TWI780457B

TWI780457B - 人工水晶體與人工眼球

Info

Publication number: TWI780457B
Application number: TW109124104A
Authority: TW
Inventors: 陳伯俊; 徐進成
Original assignee: 宇力電通數位整合有限公司
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-10-11
Also published as: TW202203868A

Abstract

一種人工水晶體，用以置於一動物或一機器人的一眼球中。人工水晶體包括一第一透光膜、一第二透光膜、一透光液體以及一液體注入及抽出模組。第一透光膜設於眼球的鞏膜所圍成的空間中。第二透光膜位於第一透光膜與眼球的角膜之間。透光液體填充於第一透光膜與第二透光膜之間。液體注入及抽出模組用以藉由一管體將透光液體的一部分注入及抽出第一透光膜與第二透光膜之間的空間，以達到改變焦距的效果。角膜與第二透光膜之間填充有房水。一種人工眼球亦被提出。

Description

人工水晶體與人工眼球

本發明是有關於一種人工水晶體與人工眼球。

人工水晶體在眼科醫學上已有多年的發展，其為白內障患者提供了恢復良好視覺的解決方案。另一方面，隨著仿生機器人科技的進展，人工水晶體亦可被應用於仿生機器人的眼球中。

然而，習知的人工水晶體在改變焦距的技術上並沒有得到真正良好的解決方案。舉例而言，多焦點的人工水晶體是在水晶體的不同區域採用不同的焦距的設計，因此未能像人體中的天然水晶體那樣可藉由睫狀肌的作動而增厚或變薄，進而改變焦距。此外，就算發展出可變形的透鏡，卻然有透鏡在直立擺設時會因為重力作用而有下方部分較厚而上方部分較薄的缺點，而難以作為人工水晶體。

本發明提供一種人工水晶體，其具有類似人類的天然水晶體那樣可藉由增厚及變薄來改變焦距，且在直立擺放時仍然保持良好的透鏡形狀。

本發明提供一種人工眼球，其中的人工水晶體具有類似人類的天然水晶體那樣可藉由增厚及變薄來改變焦距，且在直立擺放時仍然保持良好的透鏡形狀。

本發明的一實施例提出一種人工水晶體，用以置於一動物或一機器人的一眼球中。人工水晶體包括一第一透光膜、一第二透光膜、一透光液體以及一液體注入及抽出模組。第一透光膜設於眼球的鞏膜所圍成的空間中。第二透光膜設於眼球的鞏膜所圍成的空間中，且位於第一透光膜與眼球的角膜之間，其中第一透光膜與第二透光膜的至少其中之一為彈性膜。透光液體填充於第一透光膜與第二透光膜之間。液體注入及抽出模組用以藉由一管體（tube）將透光液體的一部分注入及抽出第一透光膜與第二透光膜之間的空間，以使第一透光膜、第二透光膜及其中的透光液體的整體厚度分別變厚與變薄，以達到改變焦距的效果。此外，角膜與第二透光膜之間填充有房水（aqueous humor）。

本發明的一實施例提出一種人工眼球，包括一鞏膜、一角膜及上述人工水晶體。角膜設於鞏膜前方，且人工水晶體設置於鞏膜與角膜所圍成的空間中。

在本發明的實施例的人工水晶體與人工眼球中，採用了液體注入及抽出模組將透光液體注入及抽出第一透光膜與第二透光膜之間的空間，以使第一透光膜、第二透光膜及其中的透光液體的整體厚度分別變厚與變薄，以達到改變焦距的效果。此外，第一透光膜與第二透光膜之間的透光液體的各部分的液壓可被房水的液壓或玻璃體（vitreous humor）的壓力平衡，而使第一透光膜、第二透光膜及其中的透光液體的整體無論厚薄都保持著良好的透鏡形狀。因此，本發明的實施例的人工水晶體具有類似人類的天然水晶體那樣可藉由增厚及變薄來改變焦距，且在直立擺放時仍然保持良好的透鏡形狀。

圖1與圖2為本發明的一實施例的人工水晶體在眼球中的兩種不同的焦距狀態的剖面示意圖。請參照圖1與圖2，本實施例的人工水晶體200，用以置於一動物或一機器人的一眼球100中。動物例如是人類或其他具有眼球的動物，而機器人例如是仿生機器人或一般機器人。眼球100例如是人工眼球或動物與生俱來自我發育出的天然眼球。人工水晶體200包括一第一透光膜210、一第二透光膜220、一透光液體230以及一液體注入及抽出模組240。第一透光膜210設於眼球100的鞏膜110所圍成的空間S1中。第二透光膜220設於眼球100的鞏膜110所圍成的空間S1中，且位於第一透光膜210與眼球100的角膜120之間，其中第一透光膜210與第二透光膜220的至少其中之一為彈性膜。舉例而言，第一透光膜210為硬膜，而第二透光膜220為可變形的彈性膜。或者，第一透光膜210為可變形的彈性膜，而第二透光膜220為硬膜。或者，第一透光膜210與第二透光膜220皆為可變形的彈性膜。透光液體230填充於第一透光膜210與第二透光膜220之間。液體注入及抽出模組240用以藉由一管體250將透光液體230的一部分注入及抽出第一透光膜210與第二透光膜220之間的空間S2，以使第一透光膜210、第二透光膜220及其中的透光液體230的整體厚度T分別變厚與變薄，以達到改變焦距的效果。舉例而言，當液體注入及抽出模組240藉由管體250將透光液體230的一部分抽出第一透光彈生膜210與第二透光膜220之間的空間S2時，空間S2會變薄，而使厚度T變薄（如圖1所繪示），此時第一透光膜210、第二透光膜220及其中的透光液體230的整體所形成的焦距較長，可用以將來自遠方的物體的光聚焦成像於視網膜130上。當液體注入及抽出模組240藉由管體250將透光液體230的一部分注入第一透光彈生膜210與第二透光膜220之間的空間S2時，空間S2會變厚，而使厚度T變厚（如圖2所繪示），此時第一透光膜210、第二透光膜220及其中的透光液體230的整體所形成的焦距較短，可用以將來自近處的物體的光聚焦成像於視網膜130上。也就是說，當第一透光膜210、第二透光膜220及其中的透光液體230的整體厚度改變時，第一透光膜210、第二透光膜220及其中的透光液體230的整體的焦距發生改變。如一般所知的，視網膜130是位於鞏膜110內側，與角膜120相對的位置。

此外，角膜120與第二透光膜220之間填充有房水140。舉例而言，角膜120與第二透光膜220之間填充有房水140的空間可包括眼球100的眼前房（anterior chamber）S4與眼後房（posterior chamber）S3所形成的空間，其中填充著房水，其中填充於眼前房S4的房水稱為前房水144，而填充於眼後房S3的房水稱為後房水142。此外，第一透光膜210與視網膜130之間的空間稱為玻璃體室（vitreous chamber）S5，其中填充有玻璃體150。在本實施例的人工水晶體200中，採用了液體注入及抽出模組240將透光液體230注入及抽出第一透光膜210與第二透光膜220之間的空間S2，以使第一透光膜210、第二透光膜220及其中的透光液體230的整體厚度T分別變厚與變薄，以達到改變焦距的效果。此外，第一透光膜210與第二透光膜220之間的透光液體230的各部分的液壓可被房水140的液壓或玻璃體150的壓力平衡，而使第一透光膜210、第二透光膜220及其中的透光液體230的整體無論厚薄都保持著良好的透鏡形狀。也就是說，當透光液體230的一部分注入及抽出第一透光膜210與第二透光膜220之間的空間S2時，房水140與透光液體230的液壓維持平衡（當第二透光膜220為彈性膜而第一透光膜210為硬膜時），或玻璃體150與透光液體230的液壓維持平衡（當第一透光膜210為彈性膜而第二透光膜220為硬膜時），或者房水140與透光液體230的液壓及玻璃體150與透光液體230的液壓皆維持平衡（當第一透光膜210與第二透光膜220皆為彈性膜時）。因此，本實施例的人工水晶體具有類似人類的天然水晶體那樣可藉由增厚及變薄來改變焦距，且在直立擺放時仍然保持良好的透鏡形狀。若人工水晶體200在空氣中直立擺放時，會有在人工水晶體200下部的液壓高於上部的液壓的情形，而導致人工水晶體200無法維持良好的透鏡形狀。然而，在本實施例中，由於使人工水晶體200與房水140及玻璃體150接觸而可透過房水140液壓或玻璃體150的壓力來平衡人工水晶體200內部的液壓，因此人工水晶體200仍然能夠維持良好的透鏡形狀。

為了使第一透光膜210與第二透光膜220之間的透光液體230的各部分的液壓與房水140的液壓維持著更為良好的平衡狀態，在本實施例中可將角膜120的直徑D1設計成大於第一透光膜210的直徑D2。

此外，在本實施例中，第二透光膜220的比重小於等於房水140的比重的150%，且第一透光膜210的比重小於等於玻璃體150的比重的150%，以使第一透光膜210、第二透光膜220其中的透光液體230及房水140與玻璃體150的內外壓差得到平衡的同時，又能兼顧第一透光膜210與第二透光膜220的折射率設計。另外，在本實施例中，液體注入及抽出模組240包括泵、雙向閥或其組合，只要是能夠控制透光液體230注入及抽出第一透光膜210與第二透光膜220之間的空間S2的機械結構或元件，或電機結構或元件，皆可作為液體注入及抽出模組240的結構或元件。在一實施例中，人工水晶體200可更包括另一液體注入及抽出模組260，用以藉由另一管體270將透光液體230的一部分注入及抽出第一透光膜210與第二透光膜220之間的空間S2。其中，管體250連通眼後房S3（或眼前房S4）與空間S2，而管體270連通玻璃體室S5（或玻璃體室S5旁的空間）與空間S2。也就是說，管體250的一端連通了房水140，而管體270的一端連通了玻璃體150或玻璃體150旁的空間。管體250中可具有一可在管體250中滾動的滾珠252，其分隔了房水140與透光液體230，使兩者不會混合。而當滾珠252往遠離空間S2的方向移動時，較多的透光液體230進入管體250中，而使空間S2中的透光液體230變少，如圖1所繪示。當滾珠252往靠近空間S2的方向移動時，較多的透光液體230進入空間S2中，而使空間S2中的透光液體230變多，如圖2所繪示。同理，管體270中可具有一可在管體270中滾動的滾珠272，其分隔了玻璃體150（或玻璃體150旁的空間中的液體，其位於玻璃體150與第一透光膜210之間）與透光液體230，使兩者不會混合。而當滾珠272往遠離空間S2的方向移動時，較多的透光液體230進入管體270中，而使空間S2中的透光液體230變少，如圖1所繪示。當滾珠272往靠近空間S2的方向移動時，較多的透光液體230進入空間S2中，而使空間S2中的透光液體230變多，如圖2所繪示。

這兩個管體250與270可以輪流或同時使用，也可以僅採用管體250與270的其中之一。此外，如果在材質的折射率對於聚焦的需求改變或是眼球大小改變時，為了降低透光膜厚度的重新設計，用於變焦的透光膜（即彈性膜）也可以從第一透光膜210改為第二透光膜220，或從第二透光膜220改為第一透光膜210，或第一透光膜210與第二透光膜220同時變焦（即第一透光膜210與第二透光膜220皆為彈性膜），以達到快速聚焦的需求。另一方面，在量產時調整校正房水140、玻璃體150及空間S2的壓力時，兩個管體250與270的兩端都可以有注入閥作量產時的房水140及玻璃體150的壓力校正。

當眼球100為人工眼球時，眼球100中的結構與材質例如是人工結構與人工材質。舉例而言，鞏膜110可為人工鞏膜，設於鞏膜110前方的角膜120可為人工角膜，而人工水晶體200設置於鞏膜110與角膜120所圍成的空間中。此外，房水140為人工房水，而視網膜130為人工視網膜。然而，當眼球100為天然眼球時，房水140可為天然房水，或者以眼科手術將天然水晶體置換成人工水晶體200時，天然房水也可以被置換成人工房水。

綜上所述，在本發明的實施例的人工水晶體與人工眼球中，採用了液體注入及抽出模組將透光液體注入及抽出第一透光膜與第二透光膜之間的空間，以使第一透光膜、第二透光膜及其中的透光液體的整體厚度分別變厚與變薄，以達到改變焦距的效果。此外，第一透光膜與第二透光膜之間的透光液體的各部分的液壓可被房水的液壓或玻璃體的壓力平衡，而使第一透光膜、第二透光膜及其中的透光液體的整體無論厚薄都保持著良好的透鏡形狀。因此，本發明的實施例的人工水晶體具有類似人類的天然水晶體那樣可藉由增厚及變薄來改變焦距，且在直立擺放時仍然保持良好的透鏡形狀。

100:眼球 110:鞏膜 120:角膜 130:視網膜 140:房水 142:後房水 144:前房水 150:玻璃體 200:人工水晶體 210:第一透光膜 220:第二透光膜 230:透光液體 240、260:液體注入及抽出模組 250、270:管體 252、272:滾珠 D1、D2:直徑 S1、S2:空間 S3:眼後房 S4:眼前房 S5:玻璃體室 T:厚度

圖1與圖2為本發明的一實施例的人工水晶體在眼球中的兩種不同的焦距狀態的剖面示意圖。

100:眼球

110:鞏膜

120:角膜

130:視網膜

140:房水

142:後房水

144:前房水

150:玻璃體

200:人工水晶體

210:第一透光膜

220:第二透光膜

230:透光液體

240、260:液體注入及抽出模組

250、270:管體

252、272:滾珠

D1、D2:直徑

S1、S2:空間

S3:眼後房

S4:眼前房

S5:玻璃體室

T:厚度

Claims

一種人工水晶體，用以置於一動物或一機器人的一眼球中，該人工水晶體包括：一第一透光膜，設於該眼球的鞏膜所圍成的空間中；一第二透光膜，設於該眼球的鞏膜所圍成的空間中，且位於該第一透光膜與該眼球的角膜之間，其中該第一透光膜與該第二透光膜的至少其中之一為彈性膜；一透光液體，填充於該第一透光膜與該第二透光膜之間；以及一液體注入及抽出模組，用以藉由一管體將該透光液體的一部分注入及抽出該第一透光膜與該第二透光膜之間的空間，以使該第一透光膜、該第二透光膜及其中的透光液體的整體厚度分別變厚與變薄，以達到改變焦距的效果，其中，該角膜與該第二透光膜之間填充有房水，該第一透光膜與該眼球的視網膜之間的空間填充有玻璃體，該第一透光膜的比重小於等於該玻璃體的比重的150%，且該第二透光膜的比重小於等於該房水的比重的150%。
如請求項1所述的人工水晶體，其中當該第一透光膜、該第二透光膜及其中的透光液體的整體厚度改變時，該第一透光膜、該第二透光膜及其中的透光液體的整體的焦距發生改變。
如請求項1所述的人工水晶體，其中當該透光液體的一部分注入及抽出該第一透光膜與該第二透光膜之間的空間時，該房水與該透光液體的液壓維持平衡，且該第二透光膜為彈性膜。
如請求項1所述的人工水晶體，其中當該透光液體的一部分注入及抽出該第一透光膜與該第二透光膜之間的空間時，該玻璃體與該透光液體的液壓維持平衡，且該第一透光膜為彈性膜。
如請求項1所述的人工水晶體，其中該角膜的直徑大於該第一透光膜的直徑。
如請求項1所述的人工水晶體，其中該房水為天然房水或人工房水。
如請求項1所述的人工水晶體，其中該液體注入及抽出模組包括泵、雙向閥或其組合，且該管體的一端連通該房水、該玻璃體旁的空間或該玻璃體。
如請求項7所述的人工水晶體，更包括另一液體注入及抽出模組，用以藉由另一管體將該透光液體的一部分注入及抽出該第一透光膜與該第二透光膜之間的空間，其中該管體的一端與該另一管體的一端分別連通該房水及該玻璃體旁的空間，或分別連通該房水及該玻璃體。
一種人工眼球，包括：一鞏膜；一角膜，設於該鞏膜前方；以及一人工水晶體，設置於該鞏膜與該角膜所圍成的空間中，且包括：一第一透光膜，設於該鞏膜所圍成的空間中；一第二透光膜，設於該鞏膜所圍成的空間中，且位於該第一透光膜與該角膜之間，其中該第一透光膜與該第二透光膜的至少其中之一為彈性膜；一透光液體，填充於該第一透光膜與該第二透光膜之間；以及一液體注入及抽出模組，用以藉由一管體將該透光液體的一部分注入及抽出該第一透光膜與該第二透光膜之間的空間，以使該第一透光膜、該第二透光膜及其中的透光液體的整體厚度分別變厚與變薄，以達到改變焦距的效果，其中，該角膜與該第二透光膜之間填充有房水，該第一透光膜與該人工眼球的視網膜之間的空間填充有玻璃體，該第一透光膜的比重小於等於該玻璃體的比重的150%，且該第二透光膜的比重小於等於該房水的比重的150%。
如請求項9所述的人工眼球，其中當該第一透光膜、該第二透光膜及其中的透光液體的整體厚度改變時，該第一透光膜、該第二透光膜及其中的透光液體的整體的焦距發生改變。
如請求項9所述的人工眼球，其中當該透光液體的一部分注入及抽出該第一透光膜與該第二透光膜之間的空間時，該房水與該透光液體的液壓維持平衡，且該第二透光膜為彈性膜。
如請求項9所述的人工眼球，其中當該透光液體的一部分注入及抽出該第一透光膜與該第二透光膜之間的空間時，該玻璃體與該透光液體的液壓維持平衡，且該第一透光膜為彈性膜。
如請求項9所述的人工眼球，其中該角膜的直徑大於該第一透光膜的直徑。
如請求項9所述的人工眼球，其中該液體注入及抽出模組包括泵、雙向閥或其組合，且該管體的一端連通該房水、該玻璃體旁的空間或該玻璃體。
如請求項14所述的人工眼球，其中該人工水晶體更包括另一液體注入及抽出模組，用以藉由另一管體將該透光液體的一部分注入及抽出該第一透光膜與該第二透光膜之間的空間，其中該管體的一端與該另一管體的一端分別連通該房水及該玻璃體旁的空間，或分別連通該房水及該玻璃體。