可变焦距晶状体的制作方法

专利名称：可变焦距晶状体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变焦距晶状体，具体涉及一种改变人工晶状体的光焦度并使其具有散光矫正能力的装置。
人眼的晶状体位于瞳孔后面的正中位置并受到角膜保护。在正常的人眼中，晶状体是清澈的并基本上是对称的，其相对的凸表面形成大致球状的截段。晶状体和角膜协同将光聚焦在视网膜上。而视网膜则与神经和大脑协同作用，使投射到视网膜上的光感应成影象。
发生在角膜和晶状体内的光的折射转换成屈光度约为60度的光学校正，其中角膜的屈光度约为40度，晶状体的屈光度约为20度。眼睛中还存在有其它折射结构，但为了简化主题的描述而不予考虑。
白内障是眼睛的正常是清澈的晶状体逐渐变成不透明的一种状态。这种混浊化一般要经历一段较长的时间，通过晶状体的光量随不透明度的增长而减少。随着白内障晶状体的透光能力的减弱，眼睛感应影象的能力也就随着减弱。最终可能导致失明。由于没有消除白内障晶状体的混浊度的已知方法，一般必须用外科手术摘除混浊的晶状体以使光线不受阴碍地通过瞳孔到达视网膜上。白内障晶状体是通过在角膜和巩膜交接处的上部切出一个大致水平的切口而予以摘除的。
一旦晶状体用外科手术摘除掉，光线就能够顺利地通过瞳孔传到视网膜上。如上所述，眼睛的晶状体起很重要的聚焦功能。因此，晶状体摘除后，眼睛的视觉系统的屈光度约“缺”20度，光不再能正确地聚焦在视网膜上。眼镜、隐形眼镜和人工晶状体是白内障外科手术后通常可以采用来使光重新聚焦在视网膜上的三种光学助视器。
眼镜包含与眼睛的角膜隔开一个距离设置的透镜。透镜与角膜之间的空气间隙形成一个大于7%的影像放大率。不幸的是，大脑并不能使这种放大率在两只眼睛内变成一样，结果是一个物体出现了双象。这是一个特殊问题，如果一个人仅有一只眼睛有向内障。眼镜事实上还限制了周边视力。
隐形眼镜直接贴附在眼睛的角膜上，因而消除了空气间隙。结果，隐形眼镜的影像放大率要比眼镜的影像放大率小得多，大脑一般能够融合由一支带有隐形眼镜的眼睛和一支未带隐形眼镜的眼睛看到的影像。然而，隐形眼镜并非那么完美。例如，隐形眼镜相当脆弱并且很容易从其在角膜上的正确位置移开。此外，隐形眼镜必须定期更换，因为蛋白质积聚在镜面上，可能引发结膜炎。而且，需要作白内障手术的老年人中的许多人并不具有正确地摘下或嵌放隐形眼镜所要求的手部协调动作。
1955年前后，人工晶状体首次能够用作光学助视器来取代摘除的白内障晶状体。这种人工晶状体被植放在眼睛内，因而能够很接近地模拟由它的所取代的自然晶状体的光学特征。和眼镜不一样，采用正确地制造并放置的人工晶状体实际上不存在影像变形。同样，与隐形限镜不一样的是，人工晶状体上不会有蛋白质积聚并且无需病人照料。
为了将人工晶状体植入眼睛内，外科医生通常要在角膜上对准瞳孔的部位切一个切口或开口，然后外科医生将晶状体通过该开口放入眼睛内。晶状体的附着构件是挠性的并且可以弯摺来通过该开口。因此，必须切出的最小开口长度通常是由基本上硬性的、通常具有圆形周边的晶状体本体、或叫镜片的直径决定的。当然，眼睛上切出的开口最好尽可能地小以使眼睛损伤的风险减到最小。
目前移植人工晶状体的作法是用诸如由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料制成的诸如眼前房晶状体或眼后房晶状体的人工晶状体来取代在外科手术时、诸如在白内障外科手术时摘除的正常的晶状的人眼晶状体。但是，人工晶状体目前所存在的问题之一是，需要在外科手术前确定晶状体的光焦度。这可以例如通过在外科手术前作超声波扫描与/或测定病人的屈光度、然后对晶状体的正确光焦度作出临床估计以确定眼睛的正确屈光度这样的方式来实现。然而，即使采用现有的最好的医疗技术和尖端光学设备，眼科学家也从未能校正过从远距视觉到近距视觉的调节机能，并且植入晶状体的光焦度很少精确到足以使病人不需要使用眼镜来获得精确地聚焦的远距视觉和近距视觉。
现有技术的人工晶状体一般不是平凸的结构就是双凸的结构，每一弧形表面形成一个球状截段。晶状体通过摘除白内障晶状体切出的同一切口放入眼睛内。如上所述，此切口一般是沿眼睛的上部在角膜和巩膜交界处切出的。所有手术后的病人中，约有三分之一会有明显的散光，并且约有三分之一的病人需要在手术后用眼镜进行球状调节以求看得清晰。实际上在所有的病例中，外科手术本身导致散光，这种散光在外科手术后的头几个星期、或甚至数月内会有显著的波动。
手术后导致的散光可归因于眼睛上毗邻摘除白内障晶状体和嵌放人工晶状体时通过的切口部位的愈合特性。更具体地说，眼睛上的缝合切口比起皮肤的切口往往愈合得慢而且没那么完全。例如，皮肤的缝合切口通常5至7天就愈合，而同样的切口在眼睛内可能要八周至一年的时间才完全愈合，取决于缝合的方法。这样的缓慢愈合速度归因于眼睛组织的性质、手术后的不良的血管供应以及可的松局部使用。在眼睛愈合期间，缝合部位往往会扩散开，使外科手术前基本上是球状的角膜变成非球状。由于切口大致上是水平取向的，这种扩散一般是沿着眼球垂直子午线。因此，原先可能一直是球状的眼睛的光学系统变成复曲面状，该光学系统的眼睛垂直子午线可提供一种与眼球水平子午线不同的光学焦度。视觉系统的这种非球状构形一般称为“散光”。
这种导致出的散光的度数根据所用缝线的类型、缝合的技术和外科医生所采用的技巧和照料以及眼睛的物理特性而有所变化。例如，使用细尼龙缝合材料所导致的偏离球形的偏差一般要比使用丝线或可吸收缝线小一些。一般而言，导致出的散光的屈光度在0.5至5度范围内变化。虽然，由手术引起的散光一般是由眼球垂直子午线变陡而导致的，偏离的方位及大小是不可精确地预测的。手术后的散光一般要用随着眼睛愈合而需要定期更换的医疗眼镜来进行校正。
在一些情况下，尽管眼科学家作了最大的努力，用外科手术放置入病人眼睛内的晶状体由于球形估计误差以及由于变化着的散光情况而提供不了良好的远距视敏度。由于外科手术本身可能导致在白内障外科手术后出现的散光的度数和散光轴发生显著的变化，所以在外科手术后的一定时间-一般是数周或数月-之前不能准确地确定精确的散光度数和散光轴。由于不可能容易地将旧的人工晶状体摘取与及将新的具有不同光焦度的人工晶状体用外科手术装入而不会不适当地危害病人的视觉，所以病人必须依靠眼镜来提供确准地聚焦的视敏度。换句话说，尽管没有必要再戴笨重的、体积庞大的较高度数的眼镜，病人通常还是必须戴上眼镜来获得最好的聚焦的视觉。
曾经作过多次试图提供一种可变光焦度的人工晶状体的尝试，该人工晶状体的光焦度根据从晶状体外面施加的力起变化来校正在外科手术后预料会出现的散光。美国专利4，787，903公开了一种包含有一个环形费里司内尔氏(棱镜)透镜的人工晶状体，它是用诸如聚甲基丙烯酸甲酯的具有高屈光指数的材料制成的。在费里司内尔氏元件上覆盖上一种复合材料以提供光滑的外表面，这种复合材料可以用合适的材料、例如在受到电能或辐射能激励时可改变其屈光指数的晶格或液晶材料制成。晶状体带有一个用于从由外部电源向耦合套圈供电所产生的电场接受能量的协作套圈或其它的拾能装置。耦合套圈可以装在眼镜框架上、围绕着眼窝植入或者由戴晶状体的病人或眼科学家进行放置。在该专利申请文件中提到，有些覆盖材料是可以在两种以上的状态之间变换的，每一种状态具有不同的屈光指数;其它一些材料则可提供连续可变的屈光指数，这指数在能量消失后可能是稳定不变的或可能回复到其初始值。但是，该专利并未指明这些材料是甚么材料。
美国专利4，601，545公开了一种可变光焦度晶状体系统，该系统包括一种诸如液晶的光学活性分子材料。通过把一个受控制的刺激场、诸如一个按几何构形的电压矩阵、施加到晶状体上，就可以获得一个可变梯度的屈光指数。一个对应的水平和垂直导体矩阵施加由在各分立点有选择地控制的外加电压产生的静电场，从而产生梯度屈光指数。
美国专利4，564，267公开了一种可变焦距的晶状体，该晶状体可以通过将一个电场施加到一个包括至少一个由光电晶体形成的晶状体的复合晶状体上来实施电控制。光电晶体并置于第一和第二透明电极板之间，每个电极板包含有多个同心的环形透明电极。接到电极上的电源可产生横贯晶体的电场，该电场产生具有透镜作用的屈光指数分布。电场使晶状体的焦距可根据输入的电位而变化。
美国专利4，373，218公开了一种可变光焦度的人工晶状体，这种人工晶状体包括一个用于容纳液晶材料的液体膨胀囊，液晶材料与一个电极和一个微处理机结合作用以改变晶状体的屈光指数。在睫状体内设置一个电极以将一个与所要求的调节成比例的输入信号提供给一个可以植入人眼巩膜内的微处理机。该微处理机产生横贯液晶材料的电位来控制屈光指数，以获得根据眼睛的相对位置所要求的调节。该微处理机的输出电压施加到可以是在流体膨胀囊的内部上形成一层覆盖层的薄透明材料的电极上。
本发明涉及一种可变焦距晶状体，这种晶状体可以被制成一个植入人眼内的人工晶状体。这种晶状体还有其它方面的应用、包括用在照相机上。
本发明的可变焦距晶状体具有一个用塑料之类的材料制成的透明包套，该包套包封着一种用一种诸如硅树脂那样的具有高粘度的合适材料制成的透明凝胶体，在这种凝胶体中悬浮有光折射颗粒。但是，包套也可以是能够保持住晶状体形状的凝胶材料制成的表皮或外表层。凝胶体的物理性能与电性能将析射颗粒保持在凝胶体中的固定位置上。颗粒是由一种对外部力起反应以旋转或改变在凝胶体内就位的颗粒的取向的合适材料构成。这样，随着颗粒的取向被改变，晶状体的屈光指数也发生变化，因而通过析射颗粒的有选择的旋转或改变取向，可以增减晶状体的球形校正量与/或散光校正量。
施加一个外部电磁力或其它合适的能源来调节晶状体，直至其被正确地聚焦。在外部力去除后，具有高的抗流动性的凝胶体将颗粒保持在改变后的位置上。
在一个人工晶状体的应用例子中，晶状体植入者的视力可以校正到完美或接近完美的视力。晶状体的改变后的光焦度与/或散光校正可保持稳定，直至植入者需要施加外部力场来校正由其它因素导致的偏离完美视力的偏差时为止，因而无需更换眼镜来使眼睛保持良好的聚焦。此外，本发明的晶状体是稳定的，在去掉外部力场后保持焦距与/或散光校正不变。这种晶状体不需要连续的动力源，也不需要通过电路和电极矩阵使动力源耦合到晶状体材料上，亦无需用动力耦合套圈给晶状体供应连续动力。
通过以下结合附图对优选实施例的详细描述，熟悉本专业技术的人即可以很容易对本发明的上述的以及其它的优点有清楚的理解，在附图中

图1是正常人眼在摘除自然晶状体前的侧面剖视图;
图2是典型的现有技术人工晶状体的前视图;
图3是图2所示晶状体沿眼球垂直子午线3-3截取的转了90°的剖视图;
图4是图2所示晶状体沿眼球水平子午线4-4截取的剖视图;
图5是图1所示人眼在植入图2所示人工晶状体后的侧面剖视图;
图6是本发明的人工晶状体装置的前视图;
图7是图6所示晶状体装置沿7-7线截取的剖视图，示出多个光折射颗粒;
图8是一个基本上跟图7一样的剖视图，示出光折射颗粒转了90度;
图9是本发明的人工晶状体装置的示意性侧视图，示出两个放大的光折射颗粒对来自一个光源的光束进行聚焦;
图10是跟图9一样的视图，示出光折射颗粒在存在一个磁场的情况下旋转到一个倾钭位置上;
图11是跟图9一样的视图，示出光折射颗粒在旋转到一个倾斜位置上以后，将来自一个光源的光束聚焦到跟图9所示的不同的焦点上;
图12是本发明的晶状体的前视图，示出光折射颗粒为进行散光校正而进行细分区的情况;
图13是一个用于产生磁场以使本发明的晶状体中的光折射颗粒旋转的基本控制装置的示意性方框图;
图14是一个与图13所示的控制装置一起使用的装置的示意前视图;
图15是用以操纵图14所示的装置的自动控制装置的示意方框图;
图16是一个用于操纵一个采用了本发明的可变焦距晶状体的照相机的自动控制装置的示意性方框图。
参见图1，图中示出了一个总的以标号10标出的正常人眼。眼睛10包括一个盖住基本上是球形的巩膜14上的一个开口的角膜12。角膜12往内在巩膜14的开口上有一个具有一个瞳孔18的虹膜16。瞳孔18的后面位置有一个将进入的光聚焦在眼睛内表面上的视网膜22上的晶状体20，该视网膜由视觉神经24连接至大脑(未示出)。晶状体20设在瞳孔18后面正中的位置上并由角膜12加以保护。在正常的眼睛10中，晶状体20是清澈的而且基本上是对称的，其相对的凸表面形成大致上是球状截段。晶状体20和角膜22协同地将射进来的光聚焦在视网膜22上。而视网膜22则与视觉神经24和大脑协同作用，将投射到视网膜22上的光感应成影象。
发生在角膜12和晶状体20内的光的折射转换成屈光度约为60度的光学校正，其中角膜12的屈光度约为40度，晶状体20的屈光度约为20度。眼睛10中还存在有其它折射结构，但在此为了简化描述而不予考虑。
白内障是眼睛10的正常是清澈的晶状体20逐渐变成不透明的一种状态。这种混浊化一般要经历一段较长的时间，通过晶状体20的光量随不透明度的增长而减少。随着白内障晶状体20的透光能力减弱，眼睛10感应影象的能力也就随着减弱。最终可能导致失明。由于没有消除白内障晶状体20的混浊度的已知方法，一般必须用外科手术摘除混浊的晶状体20以使光线不受阻碍地通过瞳孔18到达视网膜22上。白内障晶状体是通过在角膜12和巩膜14交接处26的上部切出一个大致水平的切口而予以摘除的。
一旦白内障晶状体20用外科手术摘除掉，光线就能够顺利地通过瞳孔18传到视网膜22上。但是，晶状体20起很重要的光聚焦功能。因此，晶状体20摘除后，眼睛的视觉系统的屈光度约“缺”20度，光不再能正确地聚焦在视网膜22上。当一个晶状体20被摘除来消除白内障时，必须用一个人造晶状体来取代它。在白内障外科手术后，为了使光线重新聚焦在视网膜22上，通常采用一个人工晶状体、诸如图2所示的现有技术人工晶状体28。
用任何一种生物学上是惰性的并适用于视觉校正的、诸如硅树脂的透明材料制成的人工晶状体28形成一个复曲面截段。晶状体28是一个球体的一个截段，从前面看大体呈圆形，其直径约为6毫米。一对触梢30起支腿的作用将晶状体28支撑在眼睛10的后房内的正确位置上(图5)。每个触梢30伸出约4毫米，从其附接到晶状体28的周边的直线端伸展到附接到眼睛上的弧形端。这样，晶状体28和两个触梢30的总宽度约为14毫米。
人工晶状体28如图5所示那样嵌入在虹膜16的后方。这种类型的晶状体称作后房晶状体，它是人工晶状体的许多设计中最新也是最通用的类型。
应该理解到，现有技术的人工晶状体28可以制造成适应后房以外的其它位置。例如，晶状体28可以放置在前房内，即在角膜12和虹膜16之间的区域。但是，这样的放置位置有时被认为是不好的，因为将晶状体放置在非常接近角膜的位置可能导致角膜内皮出现创伤。
与人工晶状体正确植入相联的一个问题是准确地确定手术后要植入病人眼睛内的晶状体的确切的标定光焦度或屈光光焦度的问题。眼科学家可以例如设法测定病人的自然晶状体20的标定光焦度和通过使用各种各样的测量装置、例如超声波装置来测量眼睛10的深度和直径。这些测量结合临床经验，使眼科学家能够比较准确地确定所用的人工晶状体28的正确的屈光率或光焦度。
但是，在一些情况下，尽管眼科学家作了最大的努力，用外科手术放置入眼睛内的晶状体的屈光度不是正确的，病人不能得到良好的肉眼视敏度。在外科手术后的愈合期间，病人的散光度数是变化的，具有一种妨碍聚焦成轮廓清晰的清楚影象的屈光缺陷。一些出现在白内障外科手术后的散光是由于外科手术的切口及切口愈合导致的角膜曲率的变化所引起的。
晶状体28的曲率可以成为非对称的，使图3所示的沿图2的剖切线3-3的眼球垂直子午线在视觉上比图4所示的沿图2的剖切线4-4的眼球水平子午线弱些。晶状体28在中心28a处的厚度保持不变。这样，眼球的垂直和水平子午线的相应的视觉能力的差别是由在眼球垂直和水平子午线上的不同结构轮廓(例如不同的曲率半径)28b和28c分别导致不同的屈光特性产生的。这样，晶状体28形成一个球体的复曲面截段。为了在植入眼睛内时正确地对中，两个触梢30分别偏离垂直子午线错开设置并与之平行。
由此，如上所述，现有技术的人工晶状体28具有固定的散光校正量和固定的光焦度。在图6至9中，示出了一个本发明的非活性(passive)的稳定的人工晶状体装置，该装置在图中总的以标号32表示，其晶状体配置有用于有选择地改变晶状体的光焦度的装置和有选择地提供散光校正的装置。晶状体装置32包括一个由塑料之类的材料制成的、透明的、挠性的，大致呈圆形的包套34，它包围着并包封着一种具有较高的抗流动性的透明凝胶体36。凝胶体36可以是一种诸如硅树脂的材料。一对前面示出过的触梢30可以附接到该包套34上。虽然晶状体组件32的包套34具有一个朝向瞳孔18的凸表面和一个后凸表面，但应该理解到包套34也可以制成其它形状。通常，前和后表面的组合可以是九种可能组合中的任一种凹面、凸面和平面的组合。
多个分隔开设置的光折射颗粒38悬浮在凝胶体36内。颗粒38从侧面看呈大致细长形，如图7所示。凝胶体36因具有高的抗流动性而将颗粒38保持在固定的位置上。颗粒38是由一种对外部力起反应的合适材料制成的，该外部力具有使颗粒旋转或改变取向的能力。例如，一种最好是固体的、诸如塑料的第一材料构成一种光折射体，并与一种诸如一种铁磁性材料的第二材料结合，这种铁磁性材料可实现高度的磁性取向，尽管存在原子的热运动的随机性。铁磁性材料料可以是铁、钴、镍、钆和镝(Fe、Co、Ni、Gd和Dy)这5种元素中的任一种，或者是这些元素和其它元素的各种各样的合金。铁磁性材料由于具有高度的磁性取向，故对电磁场有反应。在一些情况下，光折射颗粒38中的铁磁性材料可以被“永久”磁化或简单地暂时按照电磁场的取向进行排列。
颗粒38可以旋转到任一旋转角度。如果颗粒38起始是如图7所示那样垂直地布置的，施加一个电磁场就会使每个颗粒旋转到一个新的位置方向上，例如转了90°转到如图8所示那样的水平放置位置。通过改变电磁场的强度、电磁场距晶状体32的距离以及施加电磁场的时间长短，就可以改变颗粒38的旋转角度。
此外，还可以有选择地使颗粒旋转。例如，可以使第一预定数量的颗粒对第一力起反应，以功能性地使光焦度增加2.5屈光度，以模拟使焦点从运变近的调节。病人可以配置一个装置来实现这种变化而无需医生来操作。这种变化可以在装置去掉或关掉后稳定住，或者可以是暂时的，晶状体在去掉第一力后回复到其起始设定状态。可能包括或可能不包括第一预定数量的第二预定数量的颗粒可以只对第二力起反应，这第二力是由医生或其他受过训练的专业人员施加，以实现较大的光焦度变化或改变散光校正量。
透明的颗粒材料和铁磁性材料以这样一种方式结合使之足以确保进入包套34并穿过凝胶体36的光线被颗粒38折射。例如，铁磁性材料可以形成一层包围住内部固体材料的薄的外膜。铁磁性材料要薄到足以呈透明状态，让光线能够被内部的光学上清澈的材料所折射。另一种方案是，铁磁性材料可以形成一个带有一个孔口的模壳，光学上清澈的材料从孔口注入。
图9至11中示意地示出晶状体32。如果铁磁性材料先前已被磁化，该材料会具有剩磁，使每一个光折射颗粒38具有一个带正电荷的正极(positively charged pole)。和一个带负电荷的负极(negatively charged pole)，两电极分别用正号和负号示出。在图9中以放大形式示出了一对这样的颗粒38。颗粒38在纵向上与晶状体32的垂直轴线对准，其正极指向晶状体32的周边。当一个正极性的电磁场施加到晶状体32的一侧时，如图10所示，会在颗粒38上沿磁力线产生一个力，这些磁力线从正电场向外伸展沿大致水平的路径穿过晶状体32。每个颗粒38的正极受到磁场的推斥，负极则受到吸引。由于凝胶体36具有高的抗流动性，颗粒38的中心将保持在凝胶体内一个固定位置上，而颗粒的边缘则围绕着该中心旋转。电磁场通过吸引颗粒38的一极及推斥另一极而使颗粒38实现旋转或取向变化，如图10所示。
颗粒38的旋转改变了晶状体32的屈光指数，从而改变了晶状体32的光焦度。如图9所示，如果为了图解的目的而略去由于包套34的形状导致的折射，则从一个光源42来的光束40沿路径A进入可变焦点人工晶状体32直至其接触光折射颗粒38为止。颗粒38将光束40沿路径B折射或折弯到焦点C上。一般来说，焦点C是视网膜的斑点。
当将正极性的电磁场44放近晶状体32时，如图10所示，电磁场44通过将负极吸向电磁场及将正极推离电磁场而将光折射颗粒38旋转到一个倾斜位置。凝胶体36由于具有高的抗流动性而在去掉电磁场44后将光折射颗粒保持在其旋转后的位置上。这样，晶状体变化后的特征是稳定的(保持不变)并且稳定状态是非活性的，因为它不需要产生这种状态的电磁场继续存在。应当理解到，如果每个颗粒的极性反向，则可以采用负极性的电磁场来使光折射颗粒38旋转。
如图11所示，光束沿路径A进入晶状体32直至接触光折射颗粒38为止。倾斜的光折射颗粒38将光束40沿路径D折射到到一个新的焦点E上。焦点E要较焦点C更靠近晶状体32，因光的折射较大，故晶状体的光焦度也较大。因此，随着颗粒旋转，光的折射增大，并且晶状体32的光焦度也增大。由于光折射颗粒38可以被旋转到一个选定的角度，所以晶状体32的光焦度可以被调节则任何一个选定的所需值，因而可以随时改变光焦度。晶状体32可以在植入眼睛内之后跟角膜匹配，如果以后眼睛的光学性能发生了变化，可以改变晶状体的光焦度来适应。
颗粒38还可以旋转来进行散光校正。根据磁场聚焦的条件，每一个颗粒38都可以定向在跟其毗邻的颗粒38不同的取向上。晶状体32可以再分成几个区域，每个区域具有一种不同取向的颗粒38。例如，如图12所示，晶状体32被分成四个区或分段46、48、50和52。如果在直径相对分段46和48内的颗粒38的取向对应于一个光焦度，而在直径相对分段50和52内的颗粒38的取向对应于另一个光焦度，晶状体32就可以有选择地设定来校正例如对应于分段46和48取向的散光。
沿眼睛10的任一子午线的散光可以根据需要通过使分段46、48、50和52围绕晶状体32的中心旋转来进行对位来加以校正。散光的度数通过使用常规方法很容易确定。接着可以将电磁场44施加到晶状体32的预定区域，以改变该区域中颗粒38的取向。
将颗粒38细分成区域可以用很多种方法来实现。例如，可以将永久磁铁或载流线圈成形成能够产生具有所需构形的电磁场。而且，可以在晶状体32和电磁场44的场源之间插入一种合适的电磁屏蔽装置、诸如一种低电阻率的铁磁性材料、以防止除选定区域内的颗粒38之外的所有颗粒38旋转。
图13示出了一个用于控制晶状体32中的光折射颗粒38的取向的控制系统的方框图。电源54具有一个连接到场强控制装置56的输入端的输出端。场强控制装置56的一个输出端连接到第一线圈58上。场强控制装置56的第二输出端连接到第二线圈60上。线圈58和60都可以装在支持器62上。该支持器是任何一种用来将线圈58和60定位在毗邻任何一种上述晶状体组件内的相关致动体的部位的合适的装置。场强控制装置56可以有选择地调节来将一个很宽范围的电功率分开地施加到线圈58和60的每一个上，以将相关的颗粒38移动到选定的倾斜度。线圈58和60代表单个线圈或任何其它数量的这种线圈，线圈的数量根据产生所需的电磁场强度和形状的需要而定。
如图14所示，支持器62可以形成总的用标号64表示的装置的一部分，该装置用于旋转晶状体32的光折射颗粒38。支持器62可以是盘形的，它具有一个用来对准装置64的合适的装置。例如，支持器62可以配置有一个诸如一种用以将一个激光束投射在晶状体上的装置那样的瞄准器66和一个用以使光束与晶状体上的一个标记对准的视孔。另一种方案是，晶状体32可以配置有一个只有在紫外光或红外光下才可见的标记，而由瞄准器66产生所需要的光束。在圆盘形支持器62上还装有线圈58和60，每个线圈布置成使之产生所需电磁场的一部分。图中示意地示出了装在支持器62上的附加线圈68，它代表任何所需数目的这种线圈。线圈58由一对引线70连接到任何合适的控制装置、诸如图13中所示的场强控制装置56上。同样地，线圈60由一对引线72连接到一个合适的控制装置上。
如图13和14所示，一个电磁屏蔽装置74可以配置来将晶状体32的部分区域对电磁场屏蔽住。例如，屏蔽装置74可以设置在线圈60和晶状体32(未示出)之间以防止在晶状体的选定区域内的颗粒38在毗邻区域内的颗粒被电磁场转动时旋转。
装置64可以装进一个可以由病人使用来根据情况需要改变晶状体本体的形状的装置。例如，装置64可以装入一副眼镜内或制成一个手拿的控制装置，由病人操纵以改变在近距视觉和远距视觉之间的晶状体焦距。
图15示出一个用于自动地改变晶状体32内的光折射颗粒的取向的控制装置。先前描述的电源54连接到一个控制单元80的输入端上。控制单元80的一对输出端连接到安装在支持器62上的线圈58和60上。控制单元80可以包括有一个通用的程控微处理机，这微处理机有一个标准操作软件系统和一个用以接收由一个连接到控制单元80的输入端上的键盘82发出的指令的程序，所发出的指令是有关从电源54施加到线圈58和60上的电功率的强度和持续时间的指令，以产生具有所需场强、持续时间与构形的电磁场。此外，可以将一个位置传感器84连接到控制单元80的一个输入端上，以产生一个代表支持器62和线圈58、60相对于待操纵的晶状体装置的位置的信号。位置传感器84可以是任何一种适合于测定晶状体装置上的任何一种物理特征的装置，通常是光敏装置。例如，位置传感器84可以检测包套34上的一个标记。
采用这种人工晶状体，可使痊愈中的白内障病人不再需要配戴眼镜或隐形眼镜。免除眼镜或隐形眼镜会给痊愈中的白内障病人带来极大的好处，因为他们中的许多人是老年人，就算没有配戴眼镜或隐形眼镜的负担就已经是够困难的了。此外，如果需要的话，外部力源可以装进一副眼镜内，或者装进一个手拿的装置内，由病人有选择地操纵以适应不同的焦距。本发明具有优于现有技术装置的优点，它不需要在动力源和晶状体之间进行实体的或电气的连接来改变晶状体。本发明的可变焦距晶状体除了用作人工晶状体外，还具有各种各样的应用。例如，可变焦距晶状体可以用作照相机透镜。该晶状体可用以替代或结合具有固定镜头、可调镜头、或多个可换镜头的照相机镜头来使用。
在图16中示出了一个用以操纵照相机88中的可变焦透镜86的控制系统的部分示意和部分方框形式的组合图。可变焦透镜装置86包括一个光学上清澈的、挠性的、大致为圆形并且由塑料之类材料制成的包套90，这包套包围着一种具有高的抗流动性的光学上清澈的凝胶体92。多个分隔开设置的光折射颗粒94悬浮在凝胶体92中。凝胶体92由于具有高的抗流动性而将颗粒94保持在固定的位置上。颗粒94是用一种对外部力起反应的合适材料、例如一种光学上清澈的材料与一种对电磁场起反应的铁磁性材料结合构成的。
照相机88的控制系统大致与上面所述的人工晶体的控制系统相同。电源96具有一个连接到场强控制装置98的输入端上的输出端。控制装置98具有若干个接到线圈装置100上的输出端，这线圈装置可以是单个线圈或多个线圈，用于产生一个电磁场。控制装置98还有一个输入端，从一个位置传感器102接来焦距调节信号。控制装置98对从输入按钮104传来的聚焦信号起反应。控制装置98通过控制施加到晶状体86上的电磁场的强度和电磁场施加到晶状体86上的时间来改变焦距。另一种方案是，控制装置可以调节线圈装置100相对于晶状体86的位置。
位置传感器102或输入按钮104可以用来给控制装置98输入指令来改变焦距。例如，在观察者不通过透镜观察的照相机中，按钮可以用来输入一个与距景物的估测距离成正比的信号。在观察者通过透镜观察的照相机中，位置传感器可以连接到一个聚焦环上以产生焦距调节信号。
应该理解到，光折射颗粒可以用对外部力起反应的任何合适的材料制造。例如，光折射颗粒可以用一种对由特定的超声频率导致的振动起反应以使颗粒旋转的合适的材料制成或涂覆。此外，光折射颗粒可以由对诸如激光的另一种形式的能量起反应的合适材料构成。
总起来说，提供了一个可变焦装置来改变晶状体装置的光焦度。可调节的晶状体可以用在各种各样的应用场合中，例如，用作照相机镜头或植入人眼内的人工晶状体。当用作人工晶状体时，可变焦晶体还可以使用来消除或降低由于眼睛外科手术导致的外科手术后的散光效应。本发明采用一种具有一个光学上清澈的、挠性的、大致呈圆形并且包封着凝胶体和多个悬浮在凝胶体内的光折射颗粒的包套的人工晶状体。光折射颗粒对外部力起反应来将凝胶体内的颗粒的取向改变到新的取向，以调节晶状体装置的特征、包括光焦度和散光特征。光折射颗粒在外部力去掉后在凝胶体内保持在新的位置上，这是因为凝胶体具有阻止颗粒改变位置的高的抗流动性。光折射颗粒可以对不同类型的外部力、诸如电磁力场、超声频率发射源、以及激光能量发射源起反应。
根据专利法的条款，本发明是按认为是代表了本发明的优选实施例的内容进行了描述。但是，应该注意到，本发明还可以按不同于在此处具体图示和描述的方式实施而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于植入眼睛内的非活性的稳定的可变焦距人工晶状体装置，其特征在于包含有一个透明的、大致圆形的包套；一种包封在所述包套内的、具有高的抗流动性的透明凝胶体；和多个按预定取向悬浮在所述凝胶体内的光折射颗粒，所述颗粒对外部力起反应以将所述颗粒改变到相对于所述包套的新的取向上以有选择地调节所述晶状体装置的特征、包括光焦度和散光校正特征，从而使所述颗粒在外部力去掉后在所述凝胶体内保持在所述新的取向上。
2.根据权利要求1的晶状体装置，其特征在于所述包套制成所述凝胶体的外表面。
3.根据权利要求1的晶状体装置，其特征在于所述包套由塑料材料制成。
4.根据权利要求1的晶状体装置，其特征在于所述光折射颗粒对外部电磁力起反应以将在所述凝胶内的所述颗粒的取向改变到一个新的位置上。
5.根据权利要求1的晶状体装置，其特征在于所述光折射颗粒包含一种铁磁性材料。
6.根据权利要求1的晶状体装置，其特征在于所述光折射颗粒由一种铁磁性材料和一种塑料材料构成。
7.根据权利要求1的晶状体装置，其特征在于所述光折射颗粒由一种透明材料涂覆一种铁磁性材料来构成。
8.根据权利要求1的晶状体装置，其特征在于所述包套具有凸面、凹面和平面中之一种的朝向眼睛瞳孔的表面，和凸面、凹面和平面中之一种的后表面。
9.一种非活性的稳定的可变焦距晶状体装置，其特征在于包含有一个透明的、大致圆形的包套;一种包封在所述包套内的、具有高的抗流动性的透明凝胶体;多个按预定取向悬浮在所述凝胶体内的光折射颗粒;和用以产生电磁场的装置，所述颗粒对由电磁场施加的外部力起反应以将所述颗粒改变到相对于所述包套的新的取向上以有选择地调节所述晶状体的特征、包括光焦度和散光校正特征，从而使所述颗粒在外部力去掉后在所述凝胶体内保持在所述新的取向上。
10.根据权利要求9的晶状体装置，其特征在于所述光折射颗粒包含一种铁磁性材料。
11.根据权利要求9的晶状体装置，其特征在于所述光折射颗粒由一种铁磁性材料和一种塑料材料构成。
12.根据权利要求9的晶状体装置，其特征在于所述光折射颗粒由一种透明材料涂覆一种铁磁性材料来构成。
13.根据权利要求9的晶状体装置，其特征在于在所述凝胶体内包括有具有多个具第一取向的第一部分所述光折射颗粒的第一区域，和具有多个具第二取向的第二部分所述光折射颗粒的第二区域，从而使该晶状体装置可校正散光。
14.根据权利要求9的晶状体装置，其特征在于包括一种用于将所述凝胶体的一个选定区域对产生电磁场的所述装置所产生的电磁场屏蔽住的电磁屏蔽装置。
15.根据权利要求14的晶状体装置，其特征在于所述电磁屏蔽装置由一种具有较低电阻率的材料制成。
16.根据权利要求9的晶状体装置，其特征在于产生电磁场的所述装置包括一个用以使产生电磁场的所述装置与所述包套对准的瞄准器。
17.根据权利要求1的晶状体装置，其特征在于包括一个用以控制施加到所述颗粒上的电磁场的强度和持续时间两者之中的至少一个的控制系统。
18.一种非活性的稳定的可变焦晶状体装置，其特征在于包含一种透明的、大致圆形的包套;一种包封在所述包套内的、并具有高的抗流动性的透明凝胶体;多个按预定取向悬浮在所述凝胶体内的光折射颗粒;用以产生一个力场的装置;和一个用以控制施加到所述颗粒上的力场的强度和持续时间两者之中的至少一个的控制系统，该系统连接到上述的产生一个力场的装置上，所述颗粒对由该力场施加的外部力起反应以将所述颗粒改变到相对于所述包套的新的取向上以有选择地调节所述晶状体装置的特征、包括光焦度和散光校正特征中的至少一个特征，从而使所述颗粒在外部力去掉后在所述凝胶体内保持在所述新的取向上。
19.根据权利要求18的晶状体装置，其特征在于包括连接到所述控制装置上用以产生一个调节信号的装置，所述控制装置对所述调节信号起反应将力场施加到所述颗粒上。
20.根据权利要求19的晶状体装置，其特征在于所述光折射颗粒由一种铁磁性材料和一种塑料材料构成，并且所述力场是一个电磁场。
全文摘要
一种可变焦晶状体装置包括一个透明的大致圆形的包套、一种包封在包套内的高的抗流动性的透明凝胶体和多个按预定取向悬浮在凝胶体中的光折射颗粒。当外力场加到晶状体装置上，可有选择地聚焦的颗粒起反应以转到相对于包套的新取向以有选择地调节晶状体装置的光焦度与散光两特征中之一，从而使颗粒在外力去掉后保持在新取向上。控制加到颗粒上的力场的强度与持续时间两者中的至少一个的控制系统连接到线圈与电源上以产生所需力场。
文档编号G02B3/14GK1060595SQ9110971
公开日1992年4月29日 申请日期1991年10月9日 优先权日1990年10月9日
发明者罗伯特·G·威利 申请人:罗伯特·G·威利