CN103037790A - 具有专用集成电路的眼科装置和方法 - Google Patents

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Abstract

具有动态电活性元件的眼科装置提供了可变光焦度和/或景深，其在遭受老花眼或无晶状体的个人体内恢复丢失的适应性。例示性装置感测指示适应性响应的生理过程并致动动态电活性元件以提供光焦度和/或景深中的期望改变。例示性装置包括两个专用集成电路（ASIC），用于处理适应性响应并致动电活性元件：高压ASIC，其将来自电源的低电压逐步提升到适于致动电活性元件的更高的电压，以及另一ASIC，其操作在低电压下（并且因此消耗很少功率）并控制高压ASIC的操作状态。因为每个ASIC都操作在最低的可能电压下，所以例示性眼科装置比其他眼科装置消耗更少功率。

Description

具有专用集成电路的眼科装置和方法
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2010年6月20日提交的、且题为“ASIC Design and Function.”的美国临时申请No. 61/356619的权益。在此通过引用将上述引用的申请在其整体上并入本文中。
背景技术
有两个主要状况影响到个人聚焦于近处和中等距离物体的能力：老花眼（presbyopia）和假晶状体（pseudophakia）。老花眼是常常伴随老龄化发生的人眼的晶状体的适应性的损失。在老花眼的个人中，这种适应性损失首先导致不能聚焦于近距离的物体，以及后来导致不能聚焦于中等距离的物体。在美国估计有大约9000万到1亿的老花眼者。在全世界，估计有大约16亿老花眼者。
用于校正老花眼的标准工具是阅读放大镜、多焦点眼科透镜和适于提供单眼视（monovision）的隐形眼镜。阅读放大镜具有单光焦度（optical power），用于校正近距离聚焦问题。多焦点透镜是具有一个以上焦距（即光焦度）的透镜，用于校正跨越一定距离范围的聚焦问题。在眼镜、隐形眼镜和眼内透镜（IOL）中使用了多焦点光学***。多焦点眼科透镜借助于将透镜区域划分成不同光焦度的区域而起作用。多焦点透镜可以由连续表面构成，如在累加透镜（PAL）中那样，该连续表面创建连续的光焦度。替代地，多焦点透镜可以由不连续表面构成，如在双焦点或三焦点透镜中那样，不连续表面创建不连续的光焦度。隐形眼镜适于提供单眼视，其是具有不同光焦度的两片隐形眼镜。一个隐形眼镜主要用于校正远距离聚焦问题，以及另一个隐形眼镜主要用于校正近距离聚焦问题。
假晶状体是利用IOL对眼睛的晶状体的替换，通常在白内障手术期间手术去除晶状体之后进行。出于所有实际目的，如果个人活得足够长，他或她都将患白内障。此外，大部分患有白内障的人将在他们的生命中的某个时点进行白内障手术。估计在美国每年执行大约一百二十万次白内障手术。在假晶状体的个人中，缺少晶状体导致完全损失适应性，其导致不能聚焦于近距离或中等距离。
常规IOL是单焦点的球面透镜，其为远处物体（例如两米之外的物体）提供聚焦的视网膜图像。通常，基于观看在中心凹（fovea）处对向小角度（例如大约七度）的远方物体来选择球面IOL的焦距（或光焦度）。令人遗憾的是，因为单聚焦IOL具有固定焦距，它们不能够模仿或替代眼睛的自然适应响应。幸运的是，可以使用具有电活性元件（例如液晶单元）的眼科装置来提供可变光焦度，作为对受损的或被去除的晶状体的适应性的替代。例如，可以将电活性元件用作快门，其提供动态可变的光焦度，如在针对Blum等人的美国专利No. 7926940中所公开的，在此通过引用将该专利在其整体上并入本文中。
发明内容
所公开技术的实施例包括一种可植入眼科装置以及操作可植入眼科装置的关联方法，该可植入眼科装置具有高压专用集成电路（ASIC）和可操作地耦合到高压ASIC的低压ASIC。高压ASIC被配置成在第一电压下致动电活性元件，低压ASIC被配置成（i）调节所述高压ASIC和（ii）操作在比所述第一电压低的第二电压下。例如，低压ASIC可以被配置成通过使所述高压ASIC从空闲状态过渡到操作状态来调节所述高压ASIC。在一些情况下，所述第一电压大约为5伏或更低，并且所述第二电压大约为5伏到大约11伏。
例示性可植入眼科装置还可以包括电源，其在等于或小于第二电压的电源电压下向高压和低压ASIC中的至少一个供应电流。开关使得电流能够响应于来自所述低压ASIC的信号而从电源流向所述高压ASIC。任选地，加电重置块响应于致动所述开关来重置所述高压ASIC。高压ASIC中的电荷泵可被用于将所述电源电压转换成所述第一电压。
在一些实施例中，可植入眼科装置具有充当电源的一个或多个电池。可操作地耦合到电池的电池充电器例如通过对由射频（RF）天线感应耦合到装置的RF电压进行整流而对电池充电。与RF天线串联的谐振电容器可以提供阻抗，以用于改变RF天线的功率传输特性，并且可以使用调谐器来微调谐振电容器。电池充电器可以通过如下方式对电池充电：（i）在恒定电流下对电池充电，直到电池达到预定电压；以及（ii）在电池达到预定电压之后在恒定电压下对电池充电预定时间。恒定电流可以是大约120μA到大约180μA，以及预定电压可以是大约1.6V到大约1.8V。
替代地，电源可以是或包括太阳能电池，其生成电流，以用于为高压ASIC和/或低压ASIC供电。
在另外的实施例中，所述高压和低压ASIC中的至少一个包括配置成存储用于致动电活性元件的信息的非易失性存储器和/或可编程逻辑控制器，以基于表示患者眼睛的适应性响应的适应信号来确定所述电活性元件的致动状态。可以由模数转换器（ADC）从模拟信号转换所述适应信号，模数转换器任选地将模拟信号与来自带隙块的参考信号进行比较，该带隙块独立于温度和电源电压两者。
在示范性实施例中，ASIC之一或两者可以具有大约2mm或更小的长度或和大约2mm或更小的宽度。ASIC也可以是密封的。
在又一实施例中，可植入眼科装置包括配置成在第一电压下供应电流的电源。可操作地耦合到所述电源的电荷泵将所述第一电压转换成第二电压，所述第二电压既大于所述第一电压又适于致动电活性元件。电池充电器（i）在恒定电流下为电池充电，直到电池达到预定电压；以及（ii）在电池达到预定电压之后在恒定电压下为电池充电预定时间。
以上概要仅仅是例示性的，并非意在通过任何方式进行限制。除了上述例示性方面、实施例和特征之外，通过参考以下附图和详细描述，其他方面、实施例和特征将变得显而易见。
附图说明
被并入本说明书中并构成其一部分的附图例示了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是可植入眼科装置的图示，其包括可充电电池、第一专用集成电路（ASIC）、第二ASIC和电活性元件。
图2例示了适用于供图1的可植入眼科装置中使用的第一和第二ASIC。
图3是适于在图1和2的ASIC中使用的电荷泵的电路图。
图4是适于在图1和2的ASIC中使用的模数转换器（ADC）的电路图。
图5是适于在图1和2的ASIC中使用的带隙块的电路图。
图6示出了图2的致动器。
图7示出了图1的可充电电池、第一专用集成电路（ASIC）、第二ASIC和电活性元件的平面图和正视图。
图8例示了适于在图1的眼科装置中使用的替代第一和第二ASIC。
图9示出了图8的电池电平监测器。
图10示出了图8的电池充电器。
图11示出了适于为图8的电池感应充电的射频（RF）天线。
图12示出了适于收获DC电压以为图8的电池充电的整流器电路。
图13例示了利用图11的合适的RF天线为图8的电池感应充电。
图14是状态图，其例示了例示性第一和第二ASIC的操作。
图15示出了适于供图2和8的ASIC使用的示范性电活性元件。
图16是例示性电池充电周期期间电流和电压相对于时间的曲线图。
具体实施方式
附图中例示了本发明当前优选的实施例。已经做出努力来使用相同或相似的附图标记指代相同或相似的部分。
具有专用集成电路的眼科装置
电活性元件，例如用于可植入和可佩戴眼科装置中的那些，需要大约5-11V（例如大约9V）的操作电压。这些操作电压远大于由电池、太阳能电池或适于在可植入或可佩戴眼科装置中使用的其他电源通常所提供的4V或更低电压，这些电源通常仅有几毫米的直径和厚度。可以使用专用的驱动器电路来将电源电压逐步提升到高到足以驱动电活性元件的电压，但专用驱动器电路占据额外的空间，这增大了眼科装置的尺寸并消耗功率，其减少了眼科装置的可使用寿命。替代地，可以在与电活性元件相同的电压下操作眼科装置中的所有电子设备；不过，由于与逐步提升来自电源的电压相关联的功率损失，这导致了增加的散热。如本领域的技术人员所理解的，增加的散热是不期望的，因为这可能导致对眼睛的损伤。
这里公开的眼科装置均使用两个单独的专用集成电路（ASIC），以提供用于在小面积中且利用最小功耗致动电活性元件的所有必要功能。在例如大约4V的相对低电压下操作的第一ASIC提供诸如数据存储（存储器）、电池充电等的功能。操作在相对高电压下的，例如5-11V的第二ASIC包括电荷泵，其将来自电源（例如1.4V锂离子电池）的电压逐步提升到电活性单元的5-11V致动电压。因为大部分电子设备操作在低电压下，它们消耗更小的功率，这增加了可使用的电池寿命（以及装置自身的使用寿命），例如，达到大约二十年或更长。此外，电荷泵比其他DC-DC功率转换器消耗更少功率并需要更少面积（即它们具有更小的覆盖区（footprint）），这使其可能减小第二ASIC的尺寸和功耗。电荷泵还不需要其他DC-DC转换器中所使用的昂贵的电感器或额外的半导体。
在一些示范性装置中，如下在第一（低压）ASIC和第二（高压）ASIC之间划分功能（和关联的功能部件）。第一ASIC包括由射频（RF）场供电的功能块，其包括RF通信部分（天线）、功率管理部分和电池充电。第二ASIC包括与治疗相关联的功能块。这些治疗功能块可以由一个或多个电池供电。第一和第二ASIC通过串行通信接口进行通信，该串行通信接口可以被容纳在第二ASIC上并通过第一ASIC供电。
第一ASIC调节第二ASIC。换言之，第一ASIC通过发起“唤醒”来控制第二ASIC的操作状态，通过发起“唤醒”即通过使第二ASIC从空闲（睡眠）状态过渡到操作状态，在该空闲状态中，第二ASIC不致动电活性元件或为其供电或消耗很多功率，在操作状态中，第二ASIC逐步提升电池电压和/或致动电活性元件或为其供电。通过利用第一（低压）ASIC来控制第二（高压）ASIC的操作状态，眼科装置比向患者提供类似功能的其他眼科装置消耗更少功率。
第二ASIC还可以包括电池电压电平监测器，其在第二ASIC在空闲和操作状态中时，以周期性方式对电池电压进行采样。在电池电平监测器感测到电池电压已经下降到预定阈值以下时，例如，由于自放电，第二ASIC中的开关（例如锁存器元件，诸如R-S触发器）打开，从电池断开第二ASIC以停止对电池的进一步放电。用于减小电流消耗（并延长装置寿命）的其他特征包括在低时钟频率下操作ASIC，使得门状态过渡尽可能少，并间歇地在只要可能的时候启用模拟功能部分。
图1示出了示范性可植入眼科装置100，例如IOL，其用于在动态校正或调整患者视觉时使用。装置100包括电源，在这种情况下，为可充电电池130，其耦合到第一ASIC 110和第二ASIC 120。电池130在相对低的电压下，例如大约4V或更低，向ASIC 110和120两者提供电流。第二ASIC 120被耦合到操作在相对高的电压下，例如大约5V到大约11V的电活性元件140。电活性元件140提供动态可变的光焦度和/或景深，其增加到由装置的弯曲表面所提供的（任选的）静态光焦度。在这种情况下，电活性元件140充当可变直径光圈，其响应于适应性触发器来打开和闭合，以增加或减小景深。装置100还可以包括传感器150，用于检测眼睛的适应性响应。电子设备可以被嵌入或以其他方式密封在装置100自身内部，其可以由玻璃、树脂、塑料或任何其他适当材料所模制。
图2更详细地示出了第一ASIC 110和第二ASIC 120。第一ASIC 110在非易失性存储器112中，例如电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）或其他适当存储器中存储（即保持）用于电活性元件140的设置。可以通过驱动RF前端111的一个或多个射频（RF）天线160（图1）向存储器112上加载针对电活性元件140的，对应于不同适应性响应的设置。例如，患者可以利用无线遥控器来查询、致动和/或更新眼科装置，该无线遥控器在由RF天线160接收的频率下发射数据。也可以使用RF天线160来如下所述对电源进行充电。电平移动器113将来自RF前端111的信号转换成适于由数字控制器和串行/并行接口（SPI）解码器115进行解释的逻辑电平，解码器115从存储器111检索信息并控制电池充电器114（如下所述）。数字控制器和SPI解码器115还通过SPI链路119连接到第二ASIC 120。
第二ASIC 120中的电平移动器129将来自第一ASIC 110的数字信号转换成由第二ASIC 120中的可编程逻辑控制器（PLC）122所使用的逻辑电平。电源开关127将第一和第二ASIC 110、120耦合到电池130，以及通过开关耦合到电池130的电池电平监测器126监测由电池130所供应的电压。在电源开关127闭合时，加电重置块118重置第二ASIC 120。对于上升沿和下降沿，电池电压阈值电平是相同的。利用延迟来实现对阈值电压附近毛刺（glitch）的过滤。实际上，一旦被激活，在加电重置块118解除认定重置信号之前，电池电平就应当在最小时间量内低于阈值。
PLC 122还驱动图3中更详细所示的电荷泵121，电荷泵将来自电池的低电压逐步提升或变换成适于利用致动器123致动电活性元件140的高电压。例如，电荷泵121可以将大约2V的电池电压逐步提升到适于驱动基于液晶的电活性元件的9V电平。电荷泵121通过利用有源开关定期切换陶瓷或电解质电容器来转换DC电池电压。首先，开关翻转，以通过将电容器跨越电压源进行连接来对电容器充电。接下来，开关将电容器以一种方式连接到输出，该方式产生不同的电压电平，即，使用更高的电压来对电活性单元140供电。
PLC 122还被耦合到对来自传感器150的信号进行数字化的σ-δ模数转换器（ADC）124，向ADC 124提供参考电压的带隙块125以及时钟128。在操作中，图4中更详细示出的ADC 124通过将模拟值与由带隙块125所生成的参考信号相比较来对来自传感器150的指示适应性响应的模拟信号（例如光电流）进行数字化。ADC 124包括可编程序增益放大器402和自动切换模拟电平俘获范围的自动范围调整功能。
如图5中所示，带隙块125包括经由开关504耦合到缓存器506的电压参考502。在启用带隙块125时，开关504打开，允许ADC 124采样并保持参考信号，同时禁用带隙块125以减小功耗。理想地，参考信号独立于电池电压和装置温度，以向适应性触发器提供一致的响应。ADC 124向PLC 122发送指示检测到的适应性触发器的数字信号，该PLC 122通过如下所述的算法或逻辑来处理数字信号。PLC 122检索保持在存储器112中的查找表中的数据并基于数字信号和来自查找表的数据为电活性元件140确定适当的设置。PLC 122然后使用并驱动电荷泵121和致动器123以适当设置电活性元件140。
例如，传感器150可以检测到瞳孔尺寸上的减小，但在环境光水平上没有改变，指示患者试图聚焦于近距物体。ADC 124对来自传感器150的光电流进行数字化，以提供幅度指示了期望的适应程度的数字信号。（在一些情况下，ADC 124可以将信号电平放大预定增益。） PLC 122使用数字信号来从存储器112中的查找表中所存储的适应值对和对应的电活性元件设置当中选择用于电活性元件140的适当设置。PLC 122驱动电荷泵121，该电荷泵121转而驱动致动器123（其在图6中示为H电桥电路）以通过致动电活性元件140（其在图6中示为电容性负载）来增大光焦度和/或景深。在开关680和686闭合（且开关682和684打开）时，跨越电活性元件140施加正电压。通过打开开关680和686，并闭合开关682和684，将这个电压反向。
图7示出了平面和透视剖面图，其例示了包括第一ASIC 110、第二ASIC 120和电活性单元140的组件300的构造。组件300可以被嵌入可植入镜片中或附到可植入镜片，例如球面透镜，以形成图1中所示的可植入眼科装置100。组件300包括电活性材料302，例如液晶材料，布置于在组件300的光轴上居中的固定光圈301附近。固定光圈301对由电活性元件130所提供的光圈直径范围（和景深范围）限定了限制。用于第一和第二ASIC 110和120的焊盘被置于电活性元件140的任一侧上并夹在以下所述的基板之间。ASIC焊盘可以填充有各种电子部件，包括相对于图2A所述的那些。ASIC 110、120通过置于基板之间的各SPI层而与彼此通信，并经由电池接触线131从电池130汲取电力。
电活性材料302被包含在由上玻璃或塑料基板304和下玻璃或塑料基板330所界定的空腔之内。上基板304被包覆有：第一金属层306、第一SPI层308、第一氧化铟锡（ITO）层310、第二SPI层312、第一SiOx层314、第三SPI层316、第二金属层318和大约60μm厚的外玻璃基板320。类似地，下基板330被包覆有第三金属层332、第四SPI层334和第二ITO层336。电池接触线131被夹在第二ITO层336和第二SiOx层338之间，该第二SiOx层与另一外基板340相邻布置。
电活性材料302的任一侧上的SPI、金属、ITO和SiOx层均约为10-15μm厚，并且每个基板大约为60μm厚。整个组件300大约为2.20mm宽，且大约5.80mm长。每个ASIC 110、120都具有小于大约3.5mm2的面积。通常，每个ASIC 110、120应当具有大约2mm×2mm或更小的面积，例如大约1.75mm×1.75mm。ASIC 110和120可以是不同尺寸，例如第一ASIC 110可以约为3.15mm2，而第二ASIC 120可以约为2.75mm2。
可以将组件300嵌入或固定到眼内透镜（IOL）、眼内镜片（IOO）、角膜镶嵌物、角膜覆盖物或其他可植入眼科装置。可植入眼科装置，例如图1的装置100，可以被***或植入眼睛的前房或后房中，到囊袋或角膜基质中（类似于角膜镶嵌物），或到角膜的上皮层中（类似于角膜覆盖物），或眼睛的任何解剖结构之内。在植入时，第一和第二ASIC 110、120可以被置于患者视线之外，例如在触觉/镜片接头附近。
在可植入眼科装置为IOL的情况下，IOL可以具有由弯曲表面和/或渐变折射率分布所提供的至少一个静态光焦度。这样的IOL还包括充当动态光圈的电活性元件，其在被致动时，改变患者的景深，如针对Blum等人的美国专利No. 7926940中所述的，在此通过引用将该专利在其整体上并入本文中。替代地，可植入眼科装置可以是IOO，其具有很小到没有光焦度，但还包括动态光圈，其提供增加的景深。在具有动态光圈的一些例示性装置中，打开和闭合光圈用于提供眼科透镜的固定或静态校正光焦度之间的连续的焦点范围。
用于在例示性眼科装置中使用的电源
如上所述，第一ASIC 110和第二ASIC 120从电源汲取电功率，电源例如是太阳能电池、电容器或像由Excellatron、Wyon或Front Edge所制造的那些的薄膜可充电电池。在图1中，例如，耦合到第一和第二ASIC 110和120的可充电电池130为ASIC 110和120以及为电活性元件140提供电力。薄膜可充电电池特别良好地适于在可植入眼科装置中使用，因为其可以被循环超过45000次，这可以转换成透镜或镜片中的20-25年的可用寿命。可以使用两个薄膜可充电电池，并可以将其彼此堆叠。在这种配置中，电池之一可使用20-25年，并且在第一个电池不再可操作时，可以切换到另一个电池。替代地，可以由向控制器远程发送的信号来切换到另一个电池。这样可以将镜片或透镜的寿命延长到40-50年。
也可以使用一个或多个光敏电池，例如太阳能电池或光伏电池，来补充、增强和/或消除对电池的需求。光敏电池位于用户的用户视线之外，例如，在部分因黑暗而扩大但未完全扩大时，位于瞳孔界限的周边。这样，可以通过利用能够激励一个或多个光敏电池的眼部安全激光器来对装置进行充电。
替代地，光敏电池可以位于用户眼睛的前方（更接近眼睛的角膜），并与用户眼睛的虹膜的一部分分离布置。细电线可以将太阳能电池可操作地连接到ASIC。该电线可以穿过瞳孔而不接触虹膜并可操作地连接到可植入眼科装置。太阳能电池可以足够大，使得其供应足够的电功率，以消除对单独的电源的需求。细电线可以不导电，并且可以具有形状因子，该形状因子具有适当的抗拉强度以将太阳能电池保持在适当的位置。在一些配置中，可以通过眼科激光器来在虹膜中做出一个或多个小孔，使得细电线将太阳能电池连接到可植入眼科装置。
例示性眼科装置中的可充电电池
图8示出了替代的第一ASIC 210、替代的第二ASIC 220和替代的电源230，其适于在此处所公开的眼科装置（包括图1的装置100）中使用。第一ASIC 210包括存储用于电活性元件（未示出）的致动信息的存储器212、逻辑213、用于数字控制部分的低回动电压调节器和用于其他周边功能的部件215。第二ASIC 220包括控制逻辑222（例如PLC）和易失存储器224。
第一ASIC 210还包括对电源230进行监测和充电的部件，电源230包括两个单独的可充电电池232和234。在图9中更详细示出了电池电平监测器216，其监测电源230中的每个电池232、234的充电状态。如图9中所示，电池电平监测器216包括电容器分压器，以节省交错电流。
在电池电平监测器216感测到电池232、234充电不足时，其触发图10中更详细示出的电池充电器214。例如，在电池电压降到预定值，例如大约1.2V以下时，电池电平监测器216可以触发电池充电器214。一旦被激活，由RF场所感应供电的电池充电器214，根据图16中所示的曲线图对电池充电。一旦激活电池充电器214，它就进入第一阶段，其中其利用恒定电流对充电不足的电池进行充电。如果需要，可以在预定范围（例如大约120μA到大约160μA）之内微调该恒定电流。一旦充电不足的电池达到预定的结束充电电压，电池充电器214就进入第二阶段，其中它在固定电压下，例如大约4.1V到大约4.2V下，对电池130充电预定时间。预定的结束充电电压是可编程的，并且可以为大约1.6V到大约1.8V。一旦预定时间过去，电池充电器214就停止对现在已充电的电池进行充电，以防止过度充电。
电池充电器214可以通过图11中所示的RF天线260感应地汲取电力，该RF天线260通过整流电路211向电池充电器供应电流。天线260包括一个或多个微调块261，每个微调块261包括与开关262和负载电容器268两者都串联耦合的调谐电容器260；开关262和负载电容器268并联。闭合开关262将调谐电容器260连接到负载266，增大了阻抗，以从外部电源向整流电路211提供更好的功率流。可以根据需要激活或去激活微调块以优化功率流。一旦适当设置了RF天线260，磁场就在装置中诱发电流，并且图12中所示的整流电路收获DC电压，以用于对电池232、234进行充电。如图13中所示，电源（电池接触）线沿着装置的同一侧延伸，以避免形成寄生感应环路。对于关于感应充电的更多信息，参见题为“Device for Inductive Charging of Implanted Electronic Devices”的美国申请No. 12/465970，在此通过引用将该申请在整体上并入本文中。
例示性高压和低压ASIC的操作状态
第一和第二ASIC能够具有与不同装置状态对应的四个主要功率状况，下文在表1中列出其全部。在***关闭时，低压ASIC处于不加电空闲模式，并且高压ASIC处于睡眠（关机）状态。在正常操作状况下，例如在用户正开始他或她的一天时，***操作在自主治疗功能模式中，以在检测到适应性响应时提供自动适应。在装置正操作在自主治疗功能模式中时，第二ASIC切换到其操作模式，且第一ASIC保持在空闲模式中。也可以利用外部读取器对装置进行无线充电和/或通信，同时继续为患者提供自主治疗功能。在充电和提供自主治疗功能时，第一ASIC切换到外部（即感应）供电状态，且第二ASIC保持在其操作模式中。也可以无线地对装置进行充电和/或通信而不提供自主治疗功能，在这种情况下，第二ASIC关机以使功耗最小化。在每种情况下，第一ASIC能够通过经由芯片间数据接口向第二ASIC发出“中断”信号（spi_vdd），来改变第二ASIC的状态。如果第二ASIC处于掉电状态，则第一ASIC开始对第二ASIC加电并将芯片间数据接口设置成命令接收状态。
表1：ASIC加电状况
Figure DEST_PATH_IMAGE001
图14是状态图，其例示了示范性第一（低压）ASIC和示范性第二（高压）ASIC之间的控制逻辑交互。第一ASIC可以通过向眼科装置中的RF前端谐振电路施加RF载波信号而从空闲状态过渡到操作状态。例如，患者可以使用遥控器来致动眼科装置或向其上载新数据。替代地，患者可以利用充电单元对眼科装置充电。
在RF前端谐振电路检测到RF载波信号时，其向第一ASIC上的控制逻辑段块发送信号。在开始施加RF场时，控制逻辑段块可能没有意识到正施加RF场是为了通信和/或电池充电还是两者。逻辑段块检查RF信号以确定是否进入通信模式或电池充电模式。同时，发起局部存储器（EEPROM）引导序列以向本地数据锁存器传输第一ASIC上所需要的相关控制比特。这些比特可以包括用于RF调谐的微调比特或用于电池充电的控制比特。
如果逻辑段块确定其应当进入通信模式，则其开始与遥控器进行数据通信，处理来自遥控器的命令并存储/检索来自本地存储器的信息。如果逻辑段块确定其应当进入充电模式，则其开始恒定电流充电，然后一旦电池达到如上所述的预定充电电平，就切换到恒定电压充电。一旦通信或充电结束，患者移除遥控器或充电单元，以及第一ASIC返回至其空闲状态。
电活性元件的范例
如这里使用的，术语“电活性元件”是指具有通过施加电能来作为空间和/或时间的函数而可改变的光学性质的装置。可改变的光学性质可以是，例如光焦度，对于透镜来说，光焦度是焦距的倒数；折射率（阻滞性）；光学透射比（透射率）；衍射效率；光圈尺寸、形状或位置；或其任何组合。可以从两个基板和置于两个基板之间的电活性材料构造电活性元件。可以制定基板的形状和尺寸以确保电活性材料被包含在基板之内且不会泄露。一个或多个电极可以被置于基板与电活性材料接触的每个表面上。在通过电极向电活性材料施加电能时，可以改变电活性材料的光学性质。例如，在通过电极向电活性材料施加电能时，可以改变电活性材料的折射率，由此改变电活性元件的光焦度。
电活性元件可以嵌入诸如球面透镜的光学元件表面之内或附着于其，以形成电活性透镜。替代地，电活性元件可以被嵌入在基本不提供光焦度的镜片的表面内或附着于其以形成电活性镜片。在这种情况下，电活性元件可以与非球面光学元件和/或球面光学元件光学相通，但与非球面光学元件和/或球面光学元件分离或间隔开或不是一体的。电活性元件可以位于非球面光学元件和/或球面光学元件的整个视域中或仅在其一部分中，例如接近透镜或镜片的顶部、中间或底部。电活性元件可以能够在其自身上聚焦光。
图15示出了电活性元件600，其包括夹在两个基板620和630之间的电活性材料610，例如液晶材料。电活性材料610的厚度可以介于1μm和10μm之间，并且优选小于5μm。基板620和630可以是基本平坦和平行的，弯曲和平行的，或一个基板可以具有表面起伏衍射图案，而另一个基板可以是基板平滑的。基板620和630可以提供光焦度或基板可以没有光焦度。每个基板可以具有200μm或更小的厚度，并且可以是刚性的或柔性的。示范性刚性基板材料包括玻璃和硅。示范性柔性基板包括柔性塑料膜。通常，更薄的基板允许电活性元件的更高程度的柔性，这对于***或植入眼睛中的装置可能是重要的。
提供电接地的连续的光学透明电极622可以被置于基板之一上，并且一个或多个个别可寻址的光学透明电极632可以被置于第二基板上。每个电极632限定电活性装置中对应像素642的尺寸、形状和/或直径。示范性像素可以具有大约0.25μm2的面积，每个都具有大约0.5μm的像素间距。替代地，可以将像素布置为同心环、弧、矩形或适当形状的任何组合。电极622和632中的一个或多个也可以形成以固定图案或方式衍射入射光的结构。电极622和632例如可以包括透明导电氧化物，例如氧化铟锡（ITO），或导电有机材料，例如聚（3，4-乙撑二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS）或碳纳米管。光学透明电极的厚度可以是，例如，小于1μm，且优选小于0.1μm。一个或多个电极622和632可以包覆有对准层（未示出），其中电活性材料610被置于对准层之间。
激活电极632组合中的电极632使电活性元件600中相应的子段或像素改变状态。例如，电活性装置中的一个或多个像素可以具有响应于施加电压而从大约30%改变到大约99%的透射率。替代地，或此外，电活性装置中的一个或多个像素可以具有响应于施加电压而改变高达约0.1的折射率。像素状态可以是连续的（模拟的）、双态（例如，透射/不透明或高指数/低指数）的，或包括几个离散值（例如，30%透射、50%透射、80%透射等）。一些电活性材料，包括一些液晶材料，仅在它们经受所施加的电压的时候才保持在活性状态。其他电活性材料是双稳态的：施加电压使它们从一种状态切换到另一种状态，但使它们保持在其当前状态中不需要电压。对于在可植入眼科装置中使用，双稳态电活性材料尤其有吸引力，因为它们仅在切换时耗电。
用于在眼科装置中使用的传感器的范例
如上所述，例示性眼科装置可以包括传感器，以测量或推断距用户正尝试聚焦于其上的一个或多个物体的距离。传感器可以被可操作地（例如，无线或电气地）耦合到处理器，并且可以向处理器提供物距和/或瞳孔尺寸的指示。传感器可以包括一个或多个感测元件，例如测距仪，用于检测用户正尝试聚焦的距离，和/或光敏单元，用于检测环境光和/或入射到可植入眼科装置的光。适当的光敏单元包括，但不限于光探测器、光伏电池和紫外或红外敏感的光电池。其他适当的感测元件包括，但不限于倾斜开关、无源测距装置、飞行时间测距装置、眼部***、观察检测器、加速度计、接近开关、物理开关、手动超驰控制、在用户触碰一副眼镜的鼻梁时进行切换的电容性开关、瞳孔直径检测器、连接到眼睛肌肉或神经的生物反馈装置，等等。传感器还可以包括一个或多个微机电***（MEMS）陀螺仪，其适于检测用户头部的倾斜或用户眼睛的全向旋转。
例示性传感器可以包括两个或更多光探测器阵列，在每个阵列上都具有聚焦透镜。每个聚焦透镜都可以具有适于距用户眼睛特定距离的焦距。例如，可以使用三个光探测器阵列，第一个阵列具有针对近距而适当聚焦的聚焦透镜，第二个阵列具有针对中等距离而适当聚焦的聚焦透镜，以及第三个阵列具有针对远距而适当聚焦的聚焦透镜。可以使用差异算法的和来确定哪个阵列具有最高的反差比（并且从而提供最好的焦点）。于是，可以使用具有最高反差比的阵列来确定从用户到用户正聚焦的物体的距离。
在传感器检测到物距、瞳孔尺寸和/或强度上的变化时，其向处理器发送信号，处理器触发可植入眼科装置中的电活性元件的激活和/或去激活。例如，传感器可以检测光的强度并向处理器传送该信息。如果传感器检测到用户正在近距范围之内进行聚焦，处理器可以使电活性元件增大其光焦度。如果传感器检测到用户正在近距范围之外进行聚焦，处理器可以使电活性元件减小其光焦度。处理器可以具有延时特征，其确保光强度上的变化不是暂时的（即，持续超过延时特征的延迟）。于是，在用户眨他或她的眼睛时，光圈的尺寸将不改变，因为延迟电路的延迟比眨眼所花的时间长。延迟可以比大约0.0秒长，且优选为1.0秒或更长。
一些配置可以允许由人工操作的远程开关来超驰传感器和/或处理器。远程开关可以借助于无线通信、声学通信、振动通信或诸如仅举例来说的红外的光通信来发送信号。仅举例来说，如果传感器感测到暗室，例如具有微弱照明的饭店，则控制器可以使动态光圈扩大，以允许更多光到达视网膜。不过，这可能影响用户执行近距任务，例如阅读具有小印刷的菜单的能力。例如，用户可以遥控可植入眼科装置的电活性元件以改变光焦度和/或增大景深，并增强用户阅读菜单的能力。在已经完成近距任务时，用户可以远程允许传感器和控制器使电活性元件恢复回到其先前的光焦度和/或景深设置。为了关于电、光和机械传感器的更多信息，参见针对Blum等人的美国专利No. 7926940，通过引用将该专利在其整体上并入本文中。
替代地，传感器可以包括电化学检测器，其监测眼睛中，例如眼睛细胞溶质流体中的离子浓度上的变化。如本领域的技术人员所理解的，适应性响应（也称为适应性环路）包括至少三个无意的眼睛响应：（1）睫状肌收缩，（2）虹膜***收缩（瞳孔收缩增大景深），和（3）会聚（向内看使得实现在物面处的双眼视像融合，以用于最大的双目相加和最好的立体视觉）。睫状肌和虹膜***两者都是平滑肌，其松弛和收缩受到离子通道的调节，该离子通道携带钙、钠、钾、磷酸盐、镁、锌或任何其他适当的离子。在适应性脉冲引起睫状肌和/或虹膜***松弛和/或收缩时，离子通道中的离子浓度改变一定量或差别，其可以由电化学检测器所检测到，该电化学检测器响应于离子浓度上的变化来发射电信号。为了关于适应性触发器和传感器的更多信息，参见2009年7月2日提交的，题为“Sensor for Detecting Accommodative Trigger”，针对Gupta等人的美国申请No. 12/496838，通过引用将该申请在整体上并入本文中。
出于例示和描述的目的已经呈现了例示性实施例的前述描述。并非意在穷举或相对于所公开的精确形式加以限制，并且根据以上教导，修改和变化是可能的，或者可以从所公开的实施例的实践中获得修改和变化。意在的是，本发明的范围由对本发明所附的权利要求及其等价方式所限定。

Claims (37)

1.一种可植入眼科装置，包括：
高压专用集成电路（ASIC），其被配置成在第一电压下致动电活性元件；以及
低压ASIC，其被可操作地耦合到所述高压ASIC并被配置成（i）调节所述高压ASIC和（ii）操作在比所述第一电压低的第二电压下。
2.根据权利要求1所述的可植入眼科装置，其中所述低压ASIC被配置成通过使所述高压ASIC从空闲状态过渡到操作状态来调节所述高压ASIC。
3.根据权利要求1所述的可植入眼科装置，其中所述第一电压大约为5伏或更低，且所述第二电压大约为5伏到大约11伏。
4.根据权利要求1所述的可植入眼科装置，还包括：
电源，其被配置成在等于或低于所述第二电压的电源电压下向所述高压和低压ASIC中的至少一个供应电流。
5.根据权利要求4所述的可植入眼科装置，其中所述高压ASIC包括电荷泵，以将所述电源电压转换成所述第一电压。
6.根据权利要求4所述的可植入眼科装置，还包括：
开关，其被配置成使得电流能够响应于来自所述低压ASIC的信号来从电源流向所述高压ASIC；以及
加电重置块，其被配置成响应于致动所述开关来重置所述高压ASIC。
7.根据权利要求4所述的可植入眼科装置，其中所述电源包括电池，并且还包括可操作地耦合到电池并被配置成对所述电池充电的电池充电器。
8.根据权利要求7所述的可植入眼科装置，还包括：
射频（RF）天线，其可操作地耦合到电池充电并被配置成向所述电池充电器耦合RF能量；
谐振电容器，其与所述RF天线串联，以提供阻抗，用于改变所述RF天线的功率传输特性；以及
调谐器，其用以微调所述谐振电容器。
9.根据权利要求7所述的可植入眼科装置，其中所述电池充电器被配置成通过如下方式对电池充电：
(i) 在恒定电流下对所述电池充电，直到所述电池达到预定电压；以及
(ii) 在所述电池达到预定电压之后在恒定电压下对所述电池充电预定时间。
10.根据权利要求9所述的可植入眼科装置，其中所述恒定电流为大约120μA到大约180μA。
11.根据权利要求9所述的可植入眼科装置，其中所述预定电压为大约1.6V到大约1.8V。
12.根据权利要求4所述的可植入眼科装置，其中所述电源包括太阳能电池。
13.根据权利要求1所述的可植入眼科装置，其中所述高压和低压ASIC中的至少一个包括非易失性存储器，其被配置成存储用于致动所述电活性元件的信息。
14.根据权利要求1所述的可植入眼科装置，其中所述高压和低压ASIC中的至少一个包括可编程逻辑控制器，以基于表示患者眼睛的适应性响应的适应信号来确定所述电活性元件的致动状态。
15.根据权利要求14所述的可植入眼科装置，其中所述高压和低压ASIC中的至少一个包括模数转换器（ADC），其被配置成将来自传感器的模拟信号转换成适应信号。
16.根据权利要求15所述的可植入眼科装置，其中所述高压和低压ASIC中的至少一个还包括带隙块，其被配置成向所述ADC提供独立于温度和电源两者的参考电压。
17.根据权利要求1所述的可植入眼科装置，其中所述高压和低压ASIC中的至少一个具有大约2mm或更小的长度或和大约2mm或更小的宽度。
18.根据权利要求1所述的可植入眼科装置，其中所述高压和低压ASIC是密封的。
19.一种操作可植入眼科装置的方法，所述方法包括：
在由高压专用集成电路（ASIC）所供应的第一电压下致动电活性元件；以及
利用低压ASIC调节所述高压ASIC，所述低压ASIC操作在低于所述第一电压的第二电压下。
20.根据权利要求19所述的方法，调节所述高压ASIC包括使所述高压ASIC从空闲状态过渡到操作状态。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一电压大约为5伏或更低，且所述第二电压大约为5伏到大约11伏。
22.根据权利要求19所述的方法，还包括：
在等于或低于所述第二电压的电源电压下从电源向所述高压和低压ASIC中的至少一个供应电流。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：
将所述电源电压转换成所述第一电压。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括：
致动开关使得电流能够响应于来自所述低压ASIC的信号来从电源流向所述高压ASIC；以及
响应于致动所述开关来重置所述高压ASIC。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述电源包括电池。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：
向可操作地耦合到所述电池的电池充电器感应耦合射频能量。
27.根据权利要求25所述的方法，还包括：
(i) 在恒定电流下对所述电池充电，直到所述电池达到预定电压；以及
(ii) 在所述电池达到预定电压之后在恒定电压下对所述电池充电预定时间。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述恒定电流为大约120μA到大约180μA。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述预定电压为大约1.6V到大约1.8V。
30.根据权利要求22所述的方法，其中所述电源包括太阳能电池且还包括：
利用所述太阳能电池生成电流。
31.根据权利要求19所述的方法，还包括：
存储用于致动所述电活性元件的信息。
32.根据权利要求19所述的方法，还包括：
基于表示患者眼睛的适应性响应的适应信号来确定所述电活性元件的致动状态。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括：
将来自传感器的模拟信号转换成适应信号。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括：
利用所述传感器响应于检测到适应来生成所述模拟信号。
35.根据权利要求19所述的方法，其中所述高压和低压ASIC中的至少一个具有大约2mm或更小的长度或和大约2mm或更小的宽度。
36.根据权利要求19所述的方法，其中所述高压和低压ASIC是密封的。
37.一种可植入眼科装置，包括：
电源，其被配置成在第一电压下供应电流；
电荷泵，其被可操作地耦合到所述电源并被配置成将所述第一电压转换成第二电压，所述第二电压大于所述第一电压并适于致动电活性元件；以及
电池充电器，其被可操作地耦合到所述电池并被配置成对所述电池充电：
(i) 在恒定电流下对所述电池充电，直到所述电池达到预定电压；以及
(ii) 在所述电池达到预定电压之后在恒定电压下对所述电池充电预定时间。
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