CN101669059B - 眼科动态光圈 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种具有动态光圈的电活性元件。该电活性元件提供增大的景深，并可用于非聚焦眼科设备，其与提供光焦度的眼内晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖、隐形眼镜或眼镜镜片间隔开并与之发生光通信。该电活性元件提供增大的景深，并也可用于聚焦和非聚焦设备，诸如可能具有或可能不具有光焦度的眼内平镜、眼内晶状体、角膜镶嵌，角膜覆盖或隐形眼镜。通过改变动态光圈的直径，可实现增大的景深或到达视网膜的增多的光。

Description

眼科动态光圈

发明人：Ronald D.Blum，Joshua N.Haddock，William Kokonaski，AnthonyVan Heugten和John Hunkeler

相关申请的交叉引用

本申请要求以下临时申请的优先权并引入其全文作参考：2007年2月23日提交的，题为“Electro-Active Ophthalmic Device for theCorrection of Refractive Errors ofthe Human Eye”的美国序列号No.60/902,866；2008年1月14日提交的题为“Electro-Active Ophthalmic Optic or Lens withDynamic Aperture”的美国序列号No.61/020,759；2008年2月1日提交的题为“Range of Optical Transmission Values for anOphthalmic Lens or Optic Comprising a Central Aperture for Providing IncreasedDepth of Focus”的美国序列号No.61/025,348。

发明背景

技术领域

本发明涉及一种眼内平镜、眼内晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖和隐形眼镜。更具体地说，本发明涉及一种具有用于增加景深的动态光圈的眼内平镜、眼内晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖以及隐形眼镜，其可用于与至少部分地校正用户的眼睛的传统误差(低阶象差如近视、远视、规则散光和老花眼)和/或非传统误差(如高阶像差)的眼科透镜进行光通信或相整合。本发明的系统具有提供增大的景深的动态光圈，所述动态光圈与用于校正视觉误差(如老花眼)的眼科透镜(其可是单视觉或多焦点透镜)进行光通信或相整合，该系统可允许从近距离到远距离的几乎连续范围的感知的聚焦。

背景技术

有两个主要情况影响个人在近距离和中距离物体上的聚焦能力：老花眼和无晶状体。老花眼是通常伴随老化的人类眼睛的晶状体的适应性调节的丧失。在老花眼的人中，这种适应性调节的丧失首先导致无法聚焦在近距离物体上，进而导致无法聚焦在中间距离物体上。据估计，在美国有大约9000万至1亿老花眼者。世界范围内，据估计，大约有16亿老花眼者。无晶状体是眼睛没有晶状体，通常是由于白内障手术期间的外科手术切除。在无晶状体的人中，晶状体的缺少造成完全的适应性调节的丧失，其导致不能聚焦在近或中间距离物体上。对于所有的实践目的而言，如果人活得足够长则他或她都会得白内障。此外，大多数白内障患者将在活着的某些时候进行白内障手术。据估计，每年在美国大约有120万例白内障手术进行。

用于校正老花眼的标准工具是老花镜、多焦点眼科镜片和单眼用隐形眼镜。老花镜具有用于校正近距离聚焦问题的单个光焦度(optical power)。多焦点透镜是这样一种透镜，其具有用于校正跨越一定距离范围的聚焦问题的一个以上的焦距(即，光焦度)。多焦点透镜用于眼镜、隐形眼镜、角膜镶嵌、角膜覆盖和眼内晶状体(IOL)中。多焦点眼科透镜借助将透镜区域划分成具有不同光焦度的区域而工作。多焦点透镜可由如同在渐增镜头(PAL)中一样产生连续的光焦度的连续表面组成。可替换地，多焦点透镜可由如在双焦点或三焦点透镜中一样产生不连续的光焦度的不连续的表面组成。单眼用隐形眼镜是具有不同的光焦度的两个隐形眼镜片。一个隐形眼镜片主要校正远距离聚焦问题，而另一个隐形眼镜片主要校正近距离聚焦问题。

用于校正无晶状体的标准工具是一种眼内晶状体(IOL)。第一类型的IOL是一种单视觉或多焦点IOL，其是非适应性调节的且不能改变其光焦度。第二类型的IOL是一种适应性调节IOL，其可借助(仅仅例如)表面的压缩、平移、机械弯曲或以上的组合来改变它的聚焦能力。通过在一只眼睛中使用单视觉IOL并在另一只眼睛中使用多焦点或适应性调节IOL或它们的任何组合，无晶状体也可能得到校正。

也可以使用可替换的方法来校正老花眼。一种方法是角膜镶嵌，其提供一个小的、固定直径的光圈。仅仅举个例子，AcuFocus所做出的ACI 7000角膜镶嵌直径大约3.8mm、10？m厚，并包含具有直径为1.6mm的透明开口的不透明环。该开口用于使人眼的光圈减小到比通常通过瞳孔的自然收缩可实现的直径更小的直径。

如在本领域众所周知的，限制光学系统的光圈直径会增大系统的景深。景深是仿佛位于像平面上的焦点中的物平面之前和之后的距离。虽然光学系统只能在具有增大的景深的系统中提供在焦距处对物体的精确的聚焦，但在焦距的任一侧的清晰度下降是渐进的。因此，在景深中，像平面上产生的模糊在正常观察情况下是感觉不到的。光圈用来通过消除至少一部分与透镜光轴形成大角度的光线(非近轴光线)来增大景深。非近轴光线仅仅在来自位于焦距处的物体时才被清晰地聚焦。对于位于其它距离的物体，非近轴光线具有偏离像平面的最高偏差。通过消除非近轴光线，偏离像平面的偏差被最小化，并且位于焦距的固定距离内(即，在景深内)的物体看起来是焦点对准的。

小光圈通过产生看起来焦点对准的较大范围的距离而抵消了一些老花眼的影响，并使得老花眼能够处理近视觉任务而不需要多焦点隐形眼镜或眼镜片。ACI 7000是由生物兼容的材料制造的，其光学特性是不变的，如聚偏氟乙烯或非水凝胶微孔渗透全氟醚(perflouroether)，仅以示例的方式举出这些。因此，一旦覆盖放置在角膜中，其折射光焦度是固定的。

虽然证明是有效的，但AcuFocus角膜镶嵌降低了到达视网膜的光量。此外，覆盖通常只能植入一只眼睛，因为当覆盖植入双眼时，有害的光学效应，如光晕、复视觉、光散射、眩光、对比度敏感度的损失和/或打到视网膜的光的减少，太大并且可能是不可接受的。这些有害的效应是由与瞳孔尺寸相比的该覆盖的光圈和封闭的环的尺寸而导致的。这些影响尤其在夜间当瞳孔扩张时发生。

校正老花眼的另一个办法是角膜屈光手术，其中一只眼睛用于远距离校正，而另一只眼睛用于近距离校正。另一种方法是角膜镶嵌，其例如提供利用衍射光学的多焦点效应。

然而，每个用于校正老花眼和/或无晶状体的这些方法都具有缺点。当然，这些缺点有些是比其它的更严重。例如，虽然眼戴眼镜能够校正人的远、近和中间距离视觉，但这种方法需要戴着设备，这有损人的自然外观。此外，在某些情况下，某些多焦点透镜可能会导致用户感到失真和经历眩晕。

用于校正老花眼和/或无晶状体的包括隐形眼镜的使用的方法可以导致不适，也可以导致下列中的一个或更多：光晕、复视觉、光散射、眩光、对比度敏感度损失、有限的聚焦范围和/或打到视网膜的光减少。包括IOL的使用的方法可能会导致下列中的一个或多个：光散射、眩光、光晕、重影、对比度敏感度的损失、有限的聚焦范围和/或打到视网膜的光减少。

这些缺点或对人的视觉的危害可能非常棘手，尤其是(仅举例而言)在夜间行驶时、在雨里行驶时或在电脑上工作时。因此，需要用于老花眼和/或无晶状体的校正的更好的模式。

发明内容

在本发明的一实施例中，眼科设备可包括电活性元件，电活性元件可包括几乎透明的、具有可变直径的动态光圈和几乎不透明的、用于提供增大的景深的环，其中该眼科设备与具有用于提供对用户眼睛的屈光偏差的至少一部分校正的光焦度的眼内晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖、隐形眼镜或眼镜片之一进行光通信。

在本发明的另一实施例中，眼科设备可包括电活性元件，电活性元件可包括几乎透明的、具有可变直径的动态光圈和几乎不透明的、用于提供增大的景深的环，其中电活性元件与具有用于提供对用户眼睛的屈光偏差的至少一部分校正的光焦度的眼内晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖或隐形眼镜之一相整合。

在本发明的一实施例中，眼科设备可包括第一电活性元件，第一电活性元件具有用于提供对用户眼睛的分屈光偏差的至少一部校正的光焦度。该眼科设备可进一步包括第二电活性元件，第二电活性元件基本上没有光焦度，其可包括几乎透明的、具有可变直径的动态光圈和几乎不透明的、用于提供增大的景深的环，其中该第一电活性元件和该第二电活性元件相互进行光通信。

在本发明的一实施例中，眼科设备可包括电活性元件，电活性元件可包括几乎透明的、具有可变直径的动态光圈和几乎不透明的、用于提供增大的景深的环，其中该动态光圈的中心可相对于用户的视线而被重定位。

附图说明

本发明的实施例根据下面结合附图的详细说明将更加完整地被理解和认识，附图不是按比例的，其中相同的附图标记表示相应的、相似的或可类比的元件，在附图中：

图1示出了健康人眼的截面；

图2A示出了具有动态光圈的电活性元件的一个实施例的分解截面侧视图；

图2B示出了图2A的电活性元件的折叠的截面侧视图；

图3示出了可操作用于产生动态光圈的多个电极环；

图4A示出了具有动态光圈的电活性元件的一个实施例的分解截面侧视图；

图4B示出了图4A的电活性元件的折叠的截面侧视图；

图5示出了图3中示出的电极环的若干布置，其中根据本发明的实施例，动态光圈的几何中心可相对于人的瞳孔的几何中心而被重定位；

图6示出了五个电活性元件的堆叠，根据本发明的实施例，其每个可用于图5所示的电极环的不同布置；

图7A、7B、7C示出本发明的具有动态光圈的实施例，所述动态光圈可用作角膜镶嵌、角膜覆盖或隐形眼镜；

图8示出了根据本发明实施例的位于眼睛前室内并与健康的老花眼晶状体进行光通信的IOO；

图9示出了根据本发明实施例的位于眼睛前室内并与IOL进行光通信的IOO；

图10示出了仅根据本发明实施例的位于眼睛前室内并与用于校正远距离视觉的IOL进行光通信的IOO；

图11示出了根据本发明实施例的位于眼睛前室内并与用于校正远距离视觉和近距离视觉的IOL进行光通信的IOO；

图12示出了根据本发明实施例的位于眼睛后室内并与IOL进行光通信的IOO；

图13示出了根据本发明实施例的在IOL的最靠近眼睛瞳孔的部分中具有动态光圈的IOL；

图14示出了根据本发明实施例的在IOL的中间部分中具有动态光圈的IOL；

图15示出了根据本发明实施例的在IOL的最靠近眼睛视网膜的部分中具有动态光圈的IOL；

图16示出了根据本发明实施例的具有与健康的老花眼晶状体进行光通信的动态光圈的角膜镶嵌；

图17示出了根据本发明实施例的具有与IOL进行光通信的动态光圈的角膜镶嵌；

图18示出了根据本发明实施例在白天或日光下，当用户的瞳孔收缩时，传感器感测光的增加并且控制器可使电活性元件中的动态光圈收缩；

图19示出了根据本发明实施例在夜晚或黑暗中，当用户的瞳孔扩张时，传感器感测黑暗并且控制器可使电活性元件中的动态光圈扩张或保持扩张；

图20示出了已被取代的传感器和控制器的正常操作，其中根据本发明实施例，电活性元件中的动态光圈在黑暗的照明条件下收缩以用于近距离任务，即使用户的瞳孔是扩张的也是如此；以及

图21示出了根据本发明实施例的具有一个或多个电活性元件的折叠的本发明的平镜或透镜。

对优选实施例的说明

电活性元件是一种具有可根据电能的施加而改变的光学性质的装置。可变的光学性质可以是，例如，光焦度、焦距、衍射效率、景深、透射率、染色、不透明性或以上的组合。电活性元件可由两个基片构成。电活性材料可位于两个基片之间。该基片的形状和尺寸可被设计成使得确保电活性材料包含在基片内而不能泄漏出来。一个或多个电极可设置在与电活性材料接触的每个基片表面上。电活性元件可包括可操作地连接到控制器的电源。该控制器借助电连接而可操作地连接到电极，以向每个电极施加一个或多个电压。当电能借助电极被施加到电活性材料时，电活性材料的光学特性可改变。例如，当电能借助电极被施加到电活性材料时，电活性材料的折射率可改变，从而改变电活性元件的光焦度。

电活性元件可嵌入或附着到眼科透镜的表面以形成电活性透镜。可替换地，电活性元件可嵌入或附着到基本不提供光焦度的平镜的表面，以形成电活性平镜。在这种情况下，电活性元件可与眼科透镜进行光通信，但与眼科透镜分离或远离或者不与眼科透镜相整合。该眼科透镜可以是光学基片或透镜。“透镜”是使光会聚或发散的任何设备或设备的一部分(即，透镜能够聚焦光)。透镜可以是折射的或衍射的或两者的组合。透镜可以是在一个或两个表面上凹、凸、或平面的。透镜可以是球形的、圆柱形的、棱镜形的或它们的组合。透镜可由光学玻璃、塑料、热塑性树脂、热固性树脂、玻璃和树脂的复合物或不同光度的树脂或塑料的合成物而制成的。应当指出，在光学工业中，设备可以指的是透镜，即使它具有零光焦度(称为平的或没有光焦度)。但是，在这种情况下，透镜通常被称为“平光透镜”。透镜可以是传统或非传统的。传统的透镜校正包括如近视、远视、老花和规则散光的低阶像差的眼睛的传统误差。非传统透镜校正包括可能由眼层不规则或异常而导致的高阶像差的眼睛的非传统误差。该透镜可以是单焦点透镜或多焦点透镜，如渐增透镜或者双焦点或三焦点透镜。与其相比，这里使用的“平镜”基本上没有光焦度并且不能聚焦光(借助或者折射或者衍射)。术语“屈光偏差”可以指传统的或非传统的眼睛的误差。应该指出的是，光的改变方向并不校正眼睛的屈光偏差。因此，例如，将光转向到视网膜的健康部分并不校正眼睛的屈光偏差。

电活性元件可位于电活性透镜或平镜的整个观看区域中或位于其仅一部分中。电活性元件可位于透镜或平镜的顶部、中部或底部的附近。应该指出的是，电活性元件能够聚焦其自身上的光而不需与光学基片或透镜相组合。

图1示出了健康的人眼100的截面。眼睛的白色部分被称为巩膜110。在巩膜上覆盖有称为结膜120的透明膜。提供大部分眼睛光焦度的眼睛的中央透明部分是角膜130。虹膜140，其是眼睛的有颜色的部分并形成瞳孔150。括约肌肌肉收缩瞳孔而扩张肌肌肉扩张瞳孔。瞳孔是眼睛的天然光圈。前室160是位于虹膜和角膜的最内表面之间的充满液体的空间。晶状体170保持在晶状体囊175中，并提供眼睛光焦度的其余部分。健康的晶状体能够改变其光焦度，从而使得眼睛能够在远、中间、和近距离处聚焦，即称为适应性调节的过程。后室180是虹膜后表面和视网膜190前表面之间的空间。视网膜是眼睛的“像平面”，并连接到将视觉信息传达到大脑的视神经195。

静态(非动态)小光圈可具有大景深的优点，而且具有减少通过透镜或平镜的光透射的害处。同样，静态大光圈可具有增大通过透镜或平镜的光的透射的优点，而且具有减小景深的害处。

本发明的实施例包括一种眼科设备(其可能是透镜或平镜)，其包括具有动态光圈的电活性元件(这里可称作本发明的透镜或平镜)。动态光圈是具有可变直径的光圈。动态光圈的光圈直径可能能够在两个或多个直径之间切换，例如，在第一直径和第二直径之间切换。动态光圈可在直径之间连续地切换(即，以平滑过渡的方式)或不连续地切换(即，以不连续的步骤)。动态光圈可具有最小非零光圈直径或能够完全关闭从而使得光圈直径为零。动态光圈可产生具有圆形、椭圆形或任何形状的光圈。

本发明的实施例可具有动态光圈，其能够在用于增大的景深(并减少光的透射)的减小的尺寸和用于增加光的透射(并减小景深)的增加的尺寸之间改变。在一个实施例中，当大景深对于用户最有益时，对于近距离和/或中距离视觉可以减小动态光圈的大小。动态光圈可以在大小上从适合适当的近距离视觉的直径增加到适合适当的中间距离视觉的较大直径。动态光圈的直径在大小上可进一步增加以用于适当的远距离视觉，从而提供增加的光透射，这是因为大景深对于远距离视觉来说不是重要的。

如这里所用的，眼内平镜(IOO)是一种插入或植入眼睛中的平镜(基本不具有光焦度)。眼内平镜可插入或植入眼睛的前室或后室中、角膜的基质内(类似于角膜镶嵌)或者角膜的上皮层内(类似于角膜覆盖)或眼睛的任何组织结构内。眼内平镜具有大致为零的光焦度并因此不能聚焦光。相反，本发明实施例中的眼内平镜可具有动态光圈并只能提供增大的景深。

如这里所用的，眼内晶状体(IOL)是一种插入或植入眼睛中的透镜(具有光焦度)。眼内晶状体可插入或植入到眼睛的前室或后室内、角膜的基质内(类似于角膜镶嵌)或进入角膜的上皮层内(类似于角膜覆盖)或眼睛的任何解剖结构内。眼内晶状体具有一个或多个光焦度并且在本发明实施例中可能有或也可能没有动态光圈。当IOL具有动态光圈时，其能提供增大的景深。

如这里所用的，角膜镶嵌是一种插入或植入到角膜的基质内的平镜(具有大致为零的光焦度)或透镜(具有光焦度)。当特指角膜镶嵌平镜时，可以使用术语“角膜镶嵌平镜”或“平角膜镶嵌”。当特指角膜镶嵌透镜时，可以使用术语“角膜镶嵌透镜”或“聚焦角膜镶嵌”。如这里所用的，角膜覆盖是一种插入或植入到角膜的上皮层内的平镜(具有大致为零的光焦度)或透镜(具有光焦度)。当特指角膜覆盖平镜时，可以使用术语“角膜覆盖平镜”或“平角膜覆盖”。当特指角膜覆盖透镜时，可以使用术语“角膜覆盖透镜”或“聚焦角膜覆盖”。如这里所用的，隐形眼镜是一种可移除地放置在角膜的上面的平镜(具有大致为零的光焦度)或透镜(具有光焦度)。当特指隐形眼镜平镜时，可以使用术语“隐形眼镜平镜”或“平隐形眼镜”。当特指隐形眼镜透镜时，可以使用术语“聚焦隐形眼镜”。

在本发明的实施例中，具有动态光圈的电活性元件可与隐形眼镜、角膜镶嵌、角膜覆盖、IOO或IOL相整合(即，嵌入其中或附着于其上)。IOO或IOL可插入或植入眼睛的前室或后室内、角膜的基质内(作为角膜镶嵌)或者角膜的上皮层内(作为角膜覆盖)。角膜镶嵌、角膜覆盖和隐形眼镜可以是能够聚焦光(从而具有光焦度)的透镜或不能聚焦光(从而具有大致为零的光焦度)的平镜。本发明的实施例可提供增大的景深。本发明的一些实施例可提供增大的景深并且还可以至少部分地校正用户眼睛的传统的和/或非传统的误差。本发明的实施例可用于与能够聚焦光且至少部分地校正用户眼睛的传统和或非传统误差的下列设备中的一个或多个进行光通信：眼镜片、隐形眼镜、角膜镶嵌、角膜覆盖或眼内晶状体。本发明的实施例还可提供一发明系统，其具有动态光圈，该动态光圈提供增大的景深并与用于校正视觉误差(例如老花眼)的眼科透镜(其可以是单视觉或多焦点透镜)进行光通信和/或相整合。该发明系统可实现从近距离到远距离的几乎连续的范围的感知的聚焦(即，动态光圈提供增大的景深，这用于提供眼科透镜的固定或静态校正能力之间的连续范围的聚焦)。几乎连续的范围的聚焦可以从近距离到远距离、从近距离到中间距离、从中间距离到远距离或在任何距离范围之间。

图2A示出了具有动态光圈的电活性元件200的一实施例的分解截面侧视图。图2B示出了图2A的电活性元件的折叠截面侧视图。一个或多个电活性元件200可用于隐形眼镜、角膜镶嵌、角膜覆盖、IOO或IOL。如果使用一个以上的电活性元件，则在元件间存在合适的绝缘时，电活性元件可以一个堆叠于另一个之上。

电活性元件200可包括两个光学基片210或可由两个光学基片限定。两个基片可以大致是平的且平行的、弯曲且平行的或一个基片可具有表面凹凸衍射图案而另一个基片可以是大致光滑的。基片可具有光焦度或基片可不具有光焦度。每块基片可具有200？m或更小的厚度。一般来说，较薄的基片实现电活性元件的较高的灵活性，在本发明的一些插入或植入到眼睛中的实施例中这是重要的。提供电接地的连续光学透明电极220可置于基片中的一个之上，并且可以将一个或多个单独可寻址的光学透明电极225置于第二基片上。电极225可确定动态光圈的特性，诸如动态光圈的大小、形状和/或直径。电极220和225可以例如包括任何已知的透明导电氧化物(如ITO)或导电有机材料(如PEDOT：PSS或碳纳米管)。光学透明电极的厚度可以是例如小于1？m，优选小于0.1？m。电极220和225可涂覆有配向层230。或者，只有一个电极涂有配向层。电活性材料240设置在配向层之间。电活性材料的厚度可以在1？m和10？m之间，但优选小于5？m。电活性材料可以是液晶材料。液晶材料可以是向列液晶、扭曲向列液晶、超扭曲向列液晶、胆甾相液晶、近晶型双稳态液晶或任何其它类型的液晶材料。配向层是一种薄膜，仅举例而言，其可以是小于100纳米厚并由聚酰亚胺而构成。该薄膜被施加到与液晶材料直接接触的基片表面。在电活性元件组装前，在一个方向(配向方向)上用织物例如天鹅绒布抛光该薄膜。当液晶分子与抛光的聚酰亚胺层接触时，该液晶分子择优地位于基片的平面内，并在聚酰亚胺层被摩擦的方向上对准(即平行于基片的表面对准)。可替换地，配向层还可以由感光材料构成，该感光材料在暴露于线性偏振的UV光时产生与使用抛光的配向层时相同的结果。

控制器250通过电连接255连接到电极220和225，并且控制器250能够通过向每个电极施加一个或多个电压而在电极之间产生电场。在一些实施例中，该控制器是电活性元件的一部分。在其它实施例中，该控制器位于电活性元件之外并利用电活性元件中的电触点连接到电极。该控制器可连接到电源、传感器或任何其它必要的电子设备上。当电极之间不存在电场时，液晶分子在作为配向方向的相同方向上对准。在电极之间存在电场时，液晶分子在电场方向上定向。在电活性元件中，电场垂直于配向层。因此，如果电场足够强，则液晶分子的方向将垂直于配向方向。如果电场不够强大，则液晶分子将是在配向方向和垂直于配向方向之间的某方向上。应当指出，基片可和电极、配向层和电活性材料一样宽或更宽。

电活性元件可具有光可透射过的光圈260和吸收和/或散射光的环270。在现有技术中已知的是，动态光圈的大小的改变通常是与电活性元件的景深的改变成反比的，并与通过电活性元件的光的透射的改变成正比。光圈可以是动态的并能够在一个或多个直径之间切换。该环可定位在电活性元件的周围边缘处或与周围边缘间隔开。该环可延伸到电活性元件的径向中心。光圈可定位在电活性元件的几何中心，并能够一直延伸到电活性元件的周围边缘、延伸到离开该周围边缘的固定距离处或者延伸到距离电活性元件的几何中心的径向距离处。在其它实施例中，光圈能够被重定位，以使光圈中心与电活性元件的几何中心不相同。该环通常框住光圈并限定光圈的大小和外部界限。如这里进一步详细地说明的，光圈可被改变以实现任何一个连续或不连续范围的直径尺寸。

电活性材料可包括掺杂有诸如二向色染料的染料材料的液晶层。通过使用染料材料掺杂液晶分子，染料分子本身与液晶分子对准。染料分子是有极性的并旋转以与所施加的电场对准。染料材料的光吸收依赖于相对于入射光波各个染料分子的方向。在具有液晶分子的均一(水平)配向的去激活状态中，当电极之间的电场不够强大时，染料分子与配向层对准，并且对通过液晶的光的吸收被最大化。在具有液晶分子的均一(水平)配向的激活状态下，当电极之间的电场足够强大时，染料分子旋转并与电场的方向对准、垂直于配向方向。在这个方向上，对通过液晶的光的吸收被最小化。与此相反的情况是，当采用液晶的同向(垂直)配向时，使得吸收在去激活状态是最小化的而在激活状态是最大化的。也可使用铁电液晶材料。

图3示出了可操作用于产生动态光圈的多个电极环300。电极环可作为电活性元件200内的光学透明电极225。在这种实施例中，电活性材料240可以是掺杂有二向色染料的液晶。电极环300可由几个环形电极310、320、330、和340组成。当然，更少或更多的电极也可以。每个电极可被单独寻址。一旦电活性元件被置于眼睛内或上时，电极环的中心相对于瞳孔轴可以是同心的。电极间的间隙可大约为5？m至10？m，但可更小。电极的310内直径是r1，电极310的外直径是r2，电极320的外直径是r3，电极330的外直径是r4，电极340的外直径是r5。每个电极的内直径可限定不同的光圈大小。

如果在电极和接地电极之间施加足够强大的电场，如果向电极施加超过阈值的电压，或者如果满足将电极和接地电极之间的电活性材料置于激活状态下的条件，则电极可以是“激活的”。如果在电极和接地电极之间未施加足够强大的电场，如果向电极施加了低于阈值的电压，或者如果满足将电极和接地电极之间的电活性材料置于去激活状态下的条件，电极可以是“去激活的”。

在本发明的使用液晶材料的一实施例中，当在电极间施加超过大约10伏阈值的电压时，液晶材料可以是激活的，当在电极间施加低于大约10伏阈值的电压时，液晶材料可以是去激活的。使用的电能大约是1微瓦。应当指出，电位可以是(仅仅举例说明)1伏或更小、5伏或更小、10伏或更小或超过10伏。

为降低功耗，可使用双稳态液晶材料。双稳态液晶材料可利用电能的施加在两个稳定态中的稳态之间切换(其中一个状态是激活状态，而另一个状态是去激活状态)。双稳态液晶材料保持在一个稳态中，直至有足够的电能施加为止，从而将该双稳态液晶材料切换到另一稳态。因此，仅仅需要用以从一个状态切换到另一个而不是保留在一状态中的电功率。当在电极之间施加+5伏或更高时，双稳态液晶材料可切换到第一状态，当在电极之间施加-5伏或更低时，可切换到第二状态。当然其它电压，更高和更低的都是可以的。

在本发明的一实施例中，如果电极310、320、330、340是激活的，则不透明环270将形成在r1和r5之间，光圈260将形成在电极中心和r1之间。如果电极310是去激活的，则不透明环现在将形成在电极320的内直径和r5之间，光圈260现在将形成在电极中心和电极320的内直径之间。如果电极310、320、330和340是去激活的，则将不会有不透明环270，并且光圈260现在将形成在电极中心和r5之间。可通过首先去激活电极310、接着是电极320、接着是电极330、以及最后是电极340来增大光圈。可通过首先激活电极340、接着是电极330、接着是电极320、以及最后是电极310来减小光圈。因此，如图3所示，存在5个可能的孔径光阑。然而，更少或更多的孔径光阑是可能的。如在照相机中一样，每个孔径光阑可提供具有下一个最小光圈大小的两倍面积的光圈。换句话说，每个电极的内直径之间可能存在二的平方根的关系。当然，其它的光圈大小是可能的。当完全收缩时，光圈直径可能介于约1.0mm和约3.0mm之间，并优选介于约1.0mm和约2.5mm之间，更优选介于约1.0mm和约2.0mm之间。当完全扩张时，光圈直径可能为约7.0mm或更大。在一些实施例中，在黑暗或无光环境中可没有光圈(即，没有环，从而眼睛的瞳孔用作自然光圈)。

在本发明的实施例中，该环的外缘可进一步延伸超过瞳孔外缘(不论是完全扩张或收缩)。如果在环的外缘和瞳孔的外缘之间存在间隙，则会产生有害影响，诸如(仅仅举例说明)光晕、光散射对比度敏感度降低。

在一个实施例中，每个电极环大约在相同的时间被激活以用于光圈的瞬时改变。在另一实施例中，为了逐渐缩小和扩张动态光圈的渐显和渐消效果，依次激活和/或去激活每个电极环。例如，最外层的电极环可首先被激活并最后被去激活而最内层的电极环可最后被激活并首先被去激活。在一个实施例中，电极可在不到1秒的时间内被激活或去激活，并且可以优选在少于约0.5秒内被激活或去激活。

在本发明的另一实施例中，电极225可以是布置在栅格中的多个单独寻址电极。每个电极可称为一个“像素”(在这种情况下，电极可被称为“像素化的(pixilated)”)。像素可以是任意大小或形状。通过选择性地电激活或去激活像素，可形成光圈260和环270。

图4A示出了具有动态光圈的电活性元件400的一个实施例的分解截面侧视图。图4B示出了图4A的电活性元件的折叠的截面侧视图。类似于电活性元件200，电活性元件400包括两个光学基片210。提供电接地的连续光学透明电极220可设置在基片中的一个基片上，并且一个或多个单独寻址的光学透明电极225可设置在第二基片上。电极225可确定的动态光圈的特性，诸如动态光圈的大小、形状和/或直径。电极220和225可涂覆有配向层230。所述配向层具有相互偏离90度的配向方向，但其它值诸如180、270、360度或更大也是可能的。电活性材料240设置在配向层之间。电活性材料可以是液晶材料，优选是向列型、胆甾型或近晶型双稳态液晶材料之一。液晶材料可掺杂有二向色染料，并成为二向色液晶材料。控制器250通过电连接255连接到电极220和225，并能够在电极之间产生电场。电活性元件可具有光可透射过的光圈260，以及吸收和/或散射光的环270。电活性元件400可进一步包括两个偏振器280，这两个偏振器280定位在电活性材料的任一侧上(例如，电极外部)。偏振器也可位于基片的外表面上(电极位于基片的最内层表面上)。所述偏振器中的每个偏振器在它们对应的外表面处可具有平行于液晶层的指向矢的偏振方向(即，平行于最接近的配向层的配向方向)。偏振器具有偏移例如90度的相对偏振方向。这样偏移的偏振器可称为“交叉”偏振器。

在去激活状态下，当电极之间的电场不够强大时，配向层以液晶层的指向矢为方向，以与外表面处的偏振器对准。在这个方向上，进入第一偏振器的光(即，平行于第一偏振器的偏振方向偏振的光)被液晶旋转90度，并且现在可通过第二偏振器(即，该光现在平行于第二偏振器的偏振方向上偏振)。因此，在去激活状态下，对通过电活性元件的光的吸收被最小化。在激活状态下，当电极之间的电场足够强时，液晶分子与电场的方向对准，垂直于配向方向。在这个方向上，进入第一偏振器的光(即，平行于第一偏振器的偏振方向偏振的光)不被旋转，从而被第二偏振器阻挡(即，该光在垂直于第二偏振器的偏振方向上偏振)。因此，在激活状态下，对通过液晶的光的吸收被最大化。

图3中所示的电极环可用作电活性元件400中的光学透明电极225。如上所述，如果电极310、320、330、和340被激活，则不透明环270将形成在r1和r5之间，而光圈260将形成在电极中心和r1之间。如果电极310被去激活，则不透明环现在将形成在电极320的内直径和r5之间，而光圈260现在将形成在电极中心和电极320的内直径之间。如果电极310、320、330、和340被去激活，则将没有不透明环270并且光圈260现在将形成在电极中心和r5之间。

上述实施例的一个缺点是偏振膜吸收大约50％的入射光。因此，在实际设备中利用这种膜将限制到达视网膜的光量。在本发明的一实施例中，与环形电极同心的区域可被从偏振器之一或其两个被物理移除。移除的区域可以是任何大小或形状的，但是在优选实施例中是等于最小环形电极的内直径。通过移除该中央区域，可使用一个或多个偏振器，同时增大了通过电活性元件的整体透射。在该实施例中，动态光圈的功能未受影响并且整体透射得到增大。此外，光圈和环之间的透射对比度(透过光圈的光和透过环的光之间的比例)增大，从而使得动态光圈在提供景深方面更高效。在另一实施例中，取代移除该区域，相反该区域可由更薄或效率更低的偏振膜组成，用于增大透射，从而有助于透射状态的性能超过不透明状态。这些实施例增大了环的黑暗区域和光圈的区域之间的透射对比度。

使植入的角膜镶嵌、角膜覆盖、IOO或IOL完美地以眼睛的光轴为中心实际上是不可能的，这是因为眼睛在正常解剖结构中是不对称的。大部分期望的植入位置是与瞳孔的中心轴对准。然而，必须预期相对于眼睛的瞳孔的中心的大约为0.1mm或0.2mm的眼睛的偏心，即便在正常的解剖结构下也是如此。这也适合于隐形眼镜，其不是手术植入，而是被放置于人的角膜或其泪层上。

图5示出了根据本发明实施例的图3所示的电极环的几种布置，其中动态光圈的几何中心可相对于人瞳孔的几何中心而被重定位。布置A使环形电极的几何中心与电活性元件的基片的几何中心对准。布置B、C、D、和E使环形电极的几何中心分别与电活性元件的基片的几何中心向左、向右、向上和向下对准。布置A、B、C、D和E每个均可用于单独的电活性元件。图6示出了五个电活性元件的堆叠，其中电活性元件每个可用于根据本发明实施例的图5所示的环形电极的不同布置。每个电活性元件适当地与其它电活性元件绝缘。环形电极的几何中心和基片的几何中心之间的距离可在约0.0mm和约1mm之间，更优选在约0.0mm和约0.5mm之间。应当指出，两个中心之间以任何角度的其它布置是可能的。该实施例实现了在本发明的植入物被手术植入后通过借助远程调节来改变动态光圈的中心的能力。环形电极的一个或多个布置可被激活以防止其它布置相对用户视线重对准动态光圈的中心。当本发明的植入物与用户的视线不成一直线地被通过外科手术植入时，这是很重要的情况。某些视网膜疾病或外伤例如黄斑变性、视网膜裂孔或视网膜脱离都可破坏视网膜的区域。该实施例也可用于将离开视网膜损坏区域的用户的视线重新对准到视网膜的健康区域。

在电极225是布置在栅格中的多个单独寻址电极的本发明实施例中，各个像素可选择性地被激活或去激活以相对于基片或眼睛瞳孔的几何中心重定位光圈260和环270的几何中心。

电活性元件能够在第一个光焦度和第二光焦度之间切换。电活性元件可具有去激活状态下的第一光焦度并可具有激活状态下的第二光焦度。当施加到电活性元件的电极的一个或多个电压低于第一预定阈值时，电活性元件可处于去激活状态。当施加到电活性元件的电极的一个或多个电压超过第二预定阈值时，电活性元件可处于激活状态。另外，电活性元件能够“调节”其光焦度以使得电活性元件能够在第一光焦度和第二光焦度之间提供连续的或大致连续的光焦度变化。

电活性透镜可用于校正传统或非传统的眼睛的误差。该校正可由电活性元件、由光学基片或眼科透镜或由它们两个的组合来实现。

在本发明的实施例中，具有动态光圈的电活性元件附着于或嵌入到不折射或衍射光且因此不提供聚焦能力的光学预成型件(perform)、平镜、或基片中，以用于校正眼睛的视觉误差的目的。在本发明的一些实施例中，具有动态光圈的电活性元件附着于或嵌入到眼科透镜内，所述眼科透镜校正由自然生理情况导致的和/或由白内障或健康晶状体的移除导致的用户的折射误差。眼科透镜也可校正任何或所有用户的眼睛的传统和/或非传统的误差。因此，动态光圈可与聚焦透镜相整合。可替换地，电活性透镜可具有带动态光圈的第一电活性元件。第一电活性元件或与第一电活性元件进行光通信的第二电活性元件能够校正任何或所有用户的眼睛的传统和/或非传统的误差。上述实施例可以是隐形眼镜、角膜覆盖、角膜镶嵌、IOO或IOL。上述实施例可用于与聚焦透镜如，仅举例而言，IOL、晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖、隐形眼镜或者眼镜片的光通信中。聚焦透镜可以是静态的(无法改变其光焦度)或动态的(能够改变其光焦度)。

图7A、7B和7C示出了具有动态光圈的本发明的实施例，所述动态光圈可用作角膜镶嵌、角膜覆盖或隐形眼镜。图7A、7B、和7C所示的实施例可作些微调，例如通过添加稳定化的触觉，以用作具有动态光圈的本发明的前室或后室IOO或IOL。平镜或透镜500可具有一个或多个电活性元件510。电活性元件510可类似于电活性元件200或400，或可没有动态光圈，并且可以作为替代提供可变光焦度。电活性元件可嵌入或附着到基片520。基片可没有光焦度或可具有一个或多个光焦度。基片和/或电活性元件能够用于校正眼睛的任何或全部传统和/或非传统误差的至少一部分。控制器530可通过电连接535被电连接到电活性元件中的电极上。电极可限定几乎透明的光圈540和几乎不透明的环545。术语“几乎透明”是指大约50％或以上的光透射(优选75％或以上)，但并不意味着一定是100％的光透射。术语“几乎不透明”是指大约50％或更少的光透射(优选35％或更少)，但并不意味着到一定是0％的光透射。

基片可具有一个或多个开口550和/或孔555，以允许养分和/或细胞废物通过基片和/或电活性元件。这些开口和/或孔可由例如激光来产生，或者它们可以是机械加工或压印的。通常情况下，这些开口和孔位于本发明的透镜或平镜的非电区域或其它非重要区域，例如在电极没有延伸到或没有施加电能的中心区域内。在将具有动态光圈的本发明的透镜或平镜用作角膜镶嵌或角膜覆盖时，这些特征是尤为重要的。

该控制器可从电源560汲取其电功率的至少一部分。电源可附着于基片并与其相整合，或者附着于基片但不与其相整合。电源可以是薄膜可充电电池，诸如Excellatron制造的薄膜可充电电池。该薄膜可充电电池能以超过45,000个周期被反复使用。这可提供给本发明的透镜或平镜20-25年的使用寿命。在本发明的实施例中，可使用两个薄膜可充电电池并可使他们一个堆叠于另一个之上。在该实施例中，所述电池中的一个电池可使用20-25年，并且在第一个电池不再工作的时候切换到另一个电池。可替换地，也可利用远程地发送到控制器的信号来切换到其他电池。这可以将本发明的平镜或透镜的寿命延长到40-50年。电源也可能是电容器。电源可以被远程地充电，例如通过感应。

光敏电池565和压电材料也可以用来补充和/或增加电源的电功率。另外，光敏电池和/或压电材料可消除对电源的需要。光敏电池可能是太阳能电池。可替换地，光敏电池可能是1.5？m的光伏电池。使用光伏电池并将其定位为与用户的视线不成直线，优选地使用光伏电池并将其定位于在瞳孔由于黑暗而部分扩张、但不是完全扩张时的瞳孔的边缘周边。本发明的透镜或平镜可能因此通过利用能够对1.5？m的光伏电池或电池组给予能量的眼睛安全激光而被充电。用户可将他的或她的下巴和前额放置到设备中，该设备提供为对1.5？m的光伏电池或电池组给予能量所需的眼睛安全激光。这可以在家里每天一次或根据需要来实现。可通过正常扩张的瞳孔或由非常黑暗的房间导致的或利用设备阻挡任何环境可见光导致的完全非药物扩张的瞳孔来提供合适的能量。当在本发明的透镜或平镜内使用1.5？m的光伏电池或电池组时，在大多数实施例(但并不是所有实施例)中电池或电池组需要能够弯曲。当使用不能弯曲的1.5？m的光伏电池时，使用多个电池并将它们以如下的模式布置：该模式允许在插入到眼睛中之前将本发明的透镜或平镜折叠或卷曲为覆盖或环绕电池组。

在本发明的实施例中，光敏电池565可能是太阳能电池。太阳能电池可能位于用户眼睛的虹膜的一部分的前面(较靠近眼睛的角膜)并与该虹膜的一部分分离地放置。细的电线可以可操作地将太阳能电池连接到本发明的平镜或透镜的控制器。电线可以穿过瞳孔而不触及虹膜，并可操作地连接到眼睛的前室或后室内的本发明的IOO或IOL。太阳能电池可以足够大，从而使得它提供足够的电力以避免对单独的电源的需要。细电线可以不导电并具有这样的形状因子：该形状因子具有适当的拉伸强度以保持太阳能电池位于合适的位置。在本发明的一些实施例中，可通过眼科激光器在虹膜中形成一个或多个小孔，以使得细电线将太阳能电池连接到容纳电活性元件的IOO或IOL。

本发明的透镜或平镜可包括记忆金属材料570，用于在折叠并插入到眼睛中之后重新建立设备的适当形状、定位和对准。记忆金属“记住”其形状并试图在变形后(例如，在被折叠以准备插入到眼睛中时)恢复其原来的几何形状。记忆金属也可用作天线功能，用于对本发明的透镜或平镜感应地充电或用于接收来自发射器的信号。发射器可将信号发送给本发明的透镜或平镜以改变动态光圈的直径或更改本发明的透镜的光焦度。

本发明的透镜或平镜可包括传感器580。该传感器可以是测距仪，用于检测到用户试图聚焦的位置处的距离。该传感器可以是光敏电池565，用于检测环境光和/或入射到本发明的透镜或平镜的光。该传感器可包括，例如，一个或多个下列设备：光探测器、光电或UV敏感的光电池、倾斜开关、光传感器、无源测距设备、渡越时间测量设备、眼追踪器、检测用户可能正在观看的位置的视觉探测器、加速计、接近开关、物理开关、手动超越控制、当用户触摸一幅眼镜的鼻梁时进行开关的电容开关、瞳孔直径探测器、连接到眼部肌肉或神经的生物反馈设备等等。该传感器还可以包括一个或多个微机电系统(MEMS)陀螺仪，其被适配为检测用户的头部倾斜或用户的眼睛的旋转(encyclorotation)。

该传感器可以可操作地连接到控制器。该传感器可检测传感信息并发送信号给控制器，该控制器触发本发明的透镜或平镜的一个或多个动态部件的激活和/或去激活。当本发明的透镜或平镜包括具有动态光圈的电活性元件时，传感器(仅仅是举例)可检测光强度并将该信息传递给控制器。在本发明的实施例中，传感器可能是光探测器，并可位于本发明的透镜或平镜的周边区域内并位于虹膜的后面。这个位置可用于感测由用户的瞳孔的收缩和扩张导致的可用光的增加和/或减少。图19示出了：在夜晚或黑暗中当用户的瞳孔扩张时，传感器感测到黑暗，以及控制器可使动态光圈扩张或保持扩张。图18示出了在白天或光下，当用户的瞳孔收缩时，传感器感测到光的增加，以及控制器可使动态光圈收缩。动态光圈可以保持收缩直到传感器感测到黑暗或可用光的缺少低于某阈值(在这种情况下控制器会使动态光圈扩张)为止。应当指出，本发明设想将传感器定位在以最优方式工作的本发明的透镜或平镜的任何区域中。在本发明的某些实施例中，控制器可能有延迟特征，这确保光强度的变化不是暂时的(即，持续超过延迟特征的延迟)。因此，当用户闪烁他或她的眼睛时，由于延迟电路的延迟比眨眼所用的时间长，因此光圈的大小将不会改变。该延迟可能长于约0.0秒，优选为1.0秒或更长。

在本发明的另一实施例中，传感器(仅仅是举例)可以检测到人正在聚焦的位置的距离。如果传感器检测到用户正在近距离范围内聚焦，则控制器可以使动态光圈收缩以产生增大的景深。如果传感器检测到用户正在超出近距离范围的位置聚焦，则控制器可以使动态光圈扩张。在本发明的实施例中，传感器可能包括两个或更多的光探测器阵列，在每个阵列上设置有聚焦透镜。每个聚焦透镜可具有适于离用户眼睛的特定距离的焦距。例如，可使用三个光电探测器阵列，第一个具有针对近距离正确聚焦的聚焦透镜，第二个具有针对中距离正确聚焦的聚焦透镜，第三个具有针对远距离正确聚焦的聚焦透镜。可使用差求和算法来确定哪个阵列具有最高对比度(从而提供最佳聚焦)。具有最高对比度的阵列因此可用于确定从用户到用户正聚焦的物体的距离。

应当指出，在本发明的透镜或平镜的一些实施例中，传感器和控制器可以被手动操作的遥控开关取代。远程开关可通过无线通信、声通信、振动通信或光通信(诸如例如红外)来发送信号。仅仅是举个例子，如果传感器感测到黑暗的房间，诸如具有暗淡光线的餐馆，则控制器可能使动态光圈扩张，以允许更多的光到达视网膜。不过，这可能会影响用户执行近距离任务(诸如读菜单)的能力。用户可以远程控制本发明的透镜或平镜的动态光圈收缩光圈以增大景深并提高用户读菜单的能力。图20示出了已经被取代的传感器和控制器的常规操作，其中动态光圈收缩以用于黑暗光线条件下的近距离任务，即使用户的瞳孔是扩张的也是如此。当近距离任务已经完成时，用户可以远程地允许传感器和控制器使光圈再次自动扩张，从而使用户针对非近距离任务能够在昏暗的餐厅内进行最佳的观看。在激活时，可以利用本发明的透镜或平镜经由由记忆金属材料570形成的天线(仅仅是举例)接收遥控开关信号。

本发明的透镜或平镜的基片可涂覆有与眼睛内的组织对象生物兼容的材料。生物兼容的材料可以包括，例如，聚偏氟乙烯或非水凝胶微孔渗透全氟醚。基片和附加到或嵌入到基片内的各种电子器件可随意被涂覆以被密闭地密封从而防止或延缓浸析。此外，该基片可被设计成来封装各种电子器件，从而使它们被掩埋在基片内。

在本发明的实施例中，本发明的透镜或平镜可弯曲、可折叠和/或能够卷起来以用于在通过约1mm至3mm的小切口插入期间的适合。可以使用一般用于IOL的植入的、具有活塞的类似注射器的设备用作插入工具，其使得能够将折叠的或卷起的本发明的透镜或平镜正确地放置在眼睛的前室或后室中的所期望的位置处。图21示出了具有一个或多个电活性元件的折叠起来的本发明的平镜或透镜。还应该注意，本发明的平隐形眼镜和聚焦隐形眼镜可以是能变形的。

具有动态光圈的本发明的实施例可被单眼地(只在用户的一个眼睛内)或双眼地(在用户的双眼内)适合或植入。因为动态光圈可被安排为在晚上或暗淡光线情况下(这时用户的瞳孔直径将自然地扩张)扩展至更大的尺寸，因此眩光、光晕、重影以及打到用户视网膜的光的减少大部分被消除。因此，与其它传统的不具备动态光圈且因此作为由于眩光、光晕、重影等的折衷从而往往在一只眼睛中适于远距离校正而在另一只眼睛中适合近距离校正的IOL、角膜覆盖、角膜镶嵌和隐形眼镜。应该指出的是，如果需要的话，本发明的平镜或透镜也可以单眼方式植入或安装。此外，这里所披露的本发明的平镜或透镜可以以这样的方式设计并制造，即动态光圈的中心点在植入到眼睛内或眼睛上后相对于平镜或透镜的中心可以被远程重定位，以更好将动态光圈的中心轴对准用户的视线。

本发明的平镜或透镜可与下列进行光通信：健康但老花眼的晶状体，变现不佳的(underperforming)或功能良好的单焦点IOL，静态多焦点IOL，动态聚焦IOL(如电活性聚焦IOL)或者没有动态光圈的适应性调节IOL，虹膜已被损伤并破损、有洞或不能正确地缩小或扩张的眼睛，诸如某些白化病患者的虹膜色素缺乏的虹膜，不具有动态光圈的功能良好或表现不佳的多焦点或单视觉隐形眼镜，不具有动态光圈的功能良好或表现不佳的多焦点或单视觉角膜镶嵌或角膜覆盖，不具有动态光圈的功能良好或表现不佳的多焦点或单视觉眼镜片，或者屈光手术不理想的眼睛。

“功能良好的”透镜能够正确地将光聚焦在视网膜上。“表现不佳的”透镜不能正确地将光聚焦在视网膜上。在大多数情况下，当与前述段落中提供的不同示例相关联或进行光通信时，本发明的平镜或透镜能改善用户感觉到的视觉灵敏度质量。当和完全成形的透镜使用时，动态光圈增大景深并用于抑制或消除用户眼睛的一些或大多数高阶像差。

本发明的容纳有在这里公开的电活性元件的透镜或平镜可由本领域公知的并用于IOL、隐形眼镜或角膜镶嵌的眼科材料组成。该材料可以是可变形或不可变形的。在本发明的一个实施例中(未示出)，本发明的IOO由两个大约100？m的聚砜材料层组成，具有适合的电极、液晶材料(其可掺杂有二向色染料)、可选偏振层、电源、控制器、传感器和其它需要的电子器件。每个100？m层用来形成可变形的封套，该封套夹入并容纳电子器件和电活性材料。该工作平镜的总厚度约500？m或以下。该特殊实施例的外直径大约为9.0mm(不包括任何触觉)。本发明的IOO能够被折叠并通过大约2mm或更小的小型手术切口被插入到眼睛内。在本发明的一些实施例中，记忆金属薄层可用作本发明的IOO的一部分，以在已经将IOO插入到了眼睛的前室或后室中之后帮助将IOO打开到其适当的形状并定位。

在本发明的一些实施例中，可在本发明的透镜或平镜中包含色彩或者过滤器，以过滤高能量的蓝光和/或紫外光。该过滤器或色彩也可以用来增强用户所感觉到的对比度灵敏度。

IOO或IOL的直径在大约5mm和约10mm(不包括触觉)之间，这取决于本发明的透镜的或平镜的意图目的。其他的尺寸也是可以的。

当作为角膜镶嵌使用时，本发明的具有动态光圈的平镜或透镜的直径必须小于角膜的直径。当作为隐形眼镜使用时，本发明的平镜或透镜可具有大约5mm和大约14mm之间的直径。在本发明的一些实施例中，基片的外表面可弯曲以大致匹配角膜的曲率(当在角膜镶嵌中使用时)或眼睛表面的曲率(当在隐形眼镜中使用时)。在其它实施例中，基片的外表面可能是平面的。

图8示出了根据本发明实施例的位于眼睛前室内的并与健康的老花眼晶状体进行光通信的IOO。图9示出了根据本发明实施例的位于眼睛前室内的并与IOL进行光通信的IOO。图10示出了根据本发明实施例的位于眼睛前室内的并与仅用于校正远距离视觉的IOL进行光通信的IOO。图10所示的实施例可用于为近距离和/或中间距离校正提供增大的景深。图11示出了根据本发明实施例的位于眼睛前室内并与校正远距离视觉和近距离视觉的IOL进行光通信的IOO。图11所示的实施例可用于提供增大的景深以用来提供中间距离校正。图12示出了根据本发明实施例的位于眼睛后室内的并与IOL进行光通信的IOO。图13示出了根据本发明实施例的在IOL的最靠近眼睛瞳孔的部分内具有动态光圈的IOL。图14示出了根据本发明实施例的在IOL的中间部分中具有动态光圈的IOL。图15示出了根据本发明实施例的在IOL的最靠近眼睛视网膜的部分中具有动态光圈的IOL。图16示出了根据本发明实施例的具有与健康的老花眼晶状体进行光通信的动态光圈的角膜镶嵌。图17示出了根据本发明实施例的具有与IOL 进行光通信的动态光圈的角膜镶嵌。应当指出，不可能示出本发明所有可能的实施例、组合和布置。例如，未示出具有动态光圈的隐形眼镜和角膜镶嵌的实施例。然而，这些实施例对本领域技术人员来说是明显的。

可在插入没有动态光圈的传统IOL的初始手术过程期间手术插入本发明的IOO或IOL。另外，可在最初的IOL手术后数小时、数天、数周、数月或数年，作为外科手术过程的后续而手术插入本发明的IOO或IOL。

本发明的透镜或平镜的成功运作依赖于获得通过几乎透明的光圈的最大许可透射和通过几乎不透明的环形区域的最小许可透射。利用具有0和1.0之间的ND值的中性密度(ND)光学过滤器进行实验，其中在过滤器中形成具有1.5mm直径的洞以产生光圈。在一些实验中，将第二过滤器放置在该光圈上来模拟通过光圈的透射。中性密度是基于对数标度的对光透射的量度，并且与经过下列关系的透射(T)相关：T＝10^-ND                                                等式1

在实验中，过滤器保持在未校正的+2.50D老花眼患者的眼睛前方，并与其非常靠近。老花眼患者通过光圈观看位于离患者眼睛大约13英寸的位置处的近视觉目标。结果发现，这种光圈通过提供良好的视觉灵敏度和对比度灵敏度来增大景深(但仅在某些情况下)。

一般来说，当几乎透明的光圈的ND值小于约0.1(T大于约80％)并且几乎透明的光圈和几乎不透明的环之间的ND值的差大于约0.3时，获得最好的结果。在本发明的优选实施例中，几乎透明的光圈的ND值可低于约0.04(T大于约90％)，而几乎不透明的环的ND大于约1.0(T小于约10％)。虽然增大几乎透明的光圈和几乎不透明的环之间的ND值的差可以补偿几乎透明的光圈中的高ND值，但它将导致到达视网膜的光的整体透射的不期望的减少。

Claims (22)

1.一种眼科设备，包括：

电活性元件，其包括具有可变直径的几乎透明的动态光圈和用于提供增大的景深的几乎不透明的环，其中，该眼科设备与具有用于提供对用户眼睛的屈光偏差的至少一部分校正的光焦度的眼内晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖、隐形眼镜或眼镜片之一进行光通信；

其中所述光圈能够被远程地改变，以及

其中该眼科设备是可变形的，并且所述眼科设备是可弯曲的、可折叠的和/或能够卷起来以便通过范围在1mm至3mm内的切口被手术植入所述用户眼睛中。

2.根据权利要求1的眼科设备，其中所述电活性元件进一步包括：

第一基片；

多个电极，其设置在所述第一基片的表面上；

第二基片，其具有面对所述第一基片的所述表面的表面；

单个电极，其设置在所述第二基片的所述表面上；以及

电活性材料，其设置在所述第一基片和所述第二基片的相对的表面之间，

其中，所述多个电极提供所述动态光圈和所述环。

3.根据权利要求1的眼科设备，其中所述动态光圈的所述直径能够改变为完全扩张的大小或完全收缩的大小。

4.根据权利要求3的眼科设备，其中所述动态光圈的所述直径能够改变为所述完全扩张的大小和所述完全收缩的大小之间的一个或多个大小。

5.根据权利要求2的眼科设备，其中所述动态光圈的所述直径通过向所述多个电极的电压的施加而能够改变。

6.根据权利要求2的眼科设备，其中所述电活性材料包括双稳态液晶。

7.根据权利要求2的眼科设备，进一步包括可操作地连接到所述多个电极的控制器。

8.根据权利要求7的眼科设备，进一步包括可操作地连接到所述控制器的传感器。

9.根据权利要求7的眼科设备，其中所述控制器可操作地连接到电源。

10.根据权利要求9的眼科设备，其中所述电源是一个或多个薄膜可充电电池。

11.根据权利要求10的眼科设备，其中最初所述薄膜可充电电池中的第一个薄膜可充电电池被使用，并且当所述薄膜可充电电池中的所述第一个薄膜可充电电池不再可运转时，所述薄膜可充电电池中的第二个薄膜可充电电池被使用。

12.根据权利要求8的眼科设备，其中所述控制器可操作地连接到光敏电池。

13.根据权利要求1的眼科设备，其中所述动态光圈的所述直径能够被远程地改变。

14.根据权利要求1的眼科设备，其中所述动态光圈的中心能够被远程地重定位。

15.根据权利要求2的眼科设备，进一步包括设置在所述第一基片上的第一偏振器和设置在所述第二基片上的第二偏振器，其中所述第一偏振器和所述第二偏振器是交叉偏振器。

16.根据权利要求15的眼科设备，其中所述偏振器的中央区域被去除。

17.根据权利要求2的眼科设备，其中所述电活性材料掺杂有二向色染料。

18.根据权利要求2的眼科设备，其中所述多个电极是像素化的。

19.根据权利要求1的眼科设备，其中所述几乎透明的光圈具有小于约0.1的中性密度。

20.根据权利要求1的眼科设备，其中所述几乎不透明的环具有大于约0.3的中性密度。

21.根据权利要求1的眼科设备，其中所述电活性元件与具有用于提供对用户眼睛的屈光偏差的至少一部分校正的光焦度的眼内晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖或隐形眼镜之一相整合。

22.根据权利要求1的眼科设备，其中所述增大的景深提供几乎连续范围的感知的聚焦。

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