專利名稱：可變焦距晶狀體的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可變焦距晶狀體，具體涉及一種改變人工晶狀體的光焦度并使其具有散光矯正能力的裝置。
人眼的晶狀體位于瞳孔后面的正中位置并受到角膜保護。在正常的人眼中，晶狀體是清澈的并基本上是對稱的，其相對的凸表面形成大致球狀的截段。晶狀體和角膜協同將光聚焦在視網膜上。而視網膜則與神經和大腦協同作用，使投射到視網膜上的光感應成影象。
發生在角膜和晶狀體內的光的折射轉換成屈光度約為60度的光學校正，其中角膜的屈光度約為40度，晶狀體的屈光度約為20度。眼睛中還存在有其它折射結構，但為了簡化主題的描述而不予考慮。
白內障是眼睛的正常是清澈的晶狀體逐漸變成不透明的一種狀態。這種混濁化一般要經歷一段較長的時間，通過晶狀體的光量隨不透明度的增長而減少。隨著白內障晶狀體的透光能力的減弱，眼睛感應影象的能力也就隨著減弱。最終可能導致失明。由于沒有消除白內障晶狀體的混濁度的已知方法，一般必須用外科手術摘除混濁的晶狀體以使光線不受陰礙地通過瞳孔到達視網膜上。白內障晶狀體是通過在角膜和鞏膜交接處的上部切出一個大致水平的切口而予以摘除的。
一旦晶狀體用外科手術摘除掉，光線就能夠順利地通過瞳孔傳到視網膜上。如上所述，眼睛的晶狀體起很重要的聚焦功能。因此，晶狀體摘除后，眼睛的視覺系統的屈光度約“缺”20度，光不再能正確地聚焦在視網膜上。眼鏡、隱形眼鏡和人工晶狀體是白內障外科手術后通常可以采用來使光重新聚焦在視網膜上的三種光學助視器。
眼鏡包含與眼睛的角膜隔開一個距離設置的透鏡。透鏡與角膜之間的空氣間隙形成一個大于7%的影像放大率。不幸的是，大腦并不能使這種放大率在兩只眼睛內變成一樣，結果是一個物體出現了雙象。這是一個特殊問題，如果一個人僅有一只眼睛有向內障。眼鏡事實上還限制了周邊視力。
隱形眼鏡直接貼附在眼睛的角膜上，因而消除了空氣間隙。結果，隱形眼鏡的影像放大率要比眼鏡的影像放大率小得多，大腦一般能夠融合由一支帶有隱形眼鏡的眼睛和一支未帶隱形眼鏡的眼睛看到的影像。然而，隱形眼鏡并非那么完美。例如，隱形眼鏡相當脆弱并且很容易從其在角膜上的正確位置移開。此外，隱形眼鏡必須定期更換，因為蛋白質積聚在鏡面上，可能引發結膜炎。而且，需要作白內障手術的老年人中的許多人并不具有正確地摘下或嵌放隱形眼鏡所要求的手部協調動作。
1955年前后，人工晶狀體首次能夠用作光學助視器來取代摘除的白內障晶狀體。這種人工晶狀體被植放在眼睛內，因而能夠很接近地模擬由它的所取代的自然晶狀體的光學特征。和眼鏡不一樣，采用正確地制造并放置的人工晶狀體實際上不存在影像變形。同樣，與隱形限鏡不一樣的是，人工晶狀體上不會有蛋白質積聚并且無需病人照料。
為了將人工晶狀體植入眼睛內，外科醫生通常要在角膜上對準瞳孔的部位切一個切口或開口，然后外科醫生將晶狀體通過該開口放入眼睛內。晶狀體的附著構件是撓性的并且可以彎摺來通過該開口。因此，必須切出的最小開口長度通常是由基本上硬性的、通常具有圓形周邊的晶狀體本體、或叫鏡片的直徑決定的。當然，眼睛上切出的開口最好盡可能地小以使眼睛損傷的風險減到最小。
目前移植人工晶狀體的作法是用諸如由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料制成的諸如眼前房晶狀體或眼后房晶狀體的人工晶狀體來取代在外科手術時、諸如在白內障外科手術時摘除的正常的晶狀的人眼晶狀體。但是，人工晶狀體目前所存在的問題之一是，需要在外科手術前確定晶狀體的光焦度。這可以例如通過在外科手術前作超聲波掃描與/或測定病人的屈光度、然后對晶狀體的正確光焦度作出臨床估計以確定眼睛的正確屈光度這樣的方式來實現。然而，即使采用現有的最好的醫療技術和尖端光學設備，眼科學家也從未能校正過從遠距視覺到近距視覺的調節機能，并且植入晶狀體的光焦度很少精確到足以使病人不需要使用眼鏡來獲得精確地聚焦的遠距視覺和近距視覺。
現有技術的人工晶狀體一般不是平凸的結構就是雙凸的結構，每一弧形表面形成一個球狀截段。晶狀體通過摘除白內障晶狀體切出的同一切口放入眼睛內。如上所述，此切口一般是沿眼睛的上部在角膜和鞏膜交界處切出的。所有手術后的病人中，約有三分之一會有明顯的散光，并且約有三分之一的病人需要在手術后用眼鏡進行球狀調節以求看得清晰。實際上在所有的病例中，外科手術本身導致散光，這種散光在外科手術后的頭幾個星期、或甚至數月內會有顯著的波動。
手術后導致的散光可歸因于眼睛上毗鄰摘除白內障晶狀體和嵌放人工晶狀體時通過的切口部位的愈合特性。更具體地說，眼睛上的縫合切口比起皮膚的切口往往愈合得慢而且沒那么完全。例如，皮膚的縫合切口通常5至7天就愈合，而同樣的切口在眼睛內可能要八周至一年的時間才完全愈合，取決于縫合的方法。這樣的緩慢愈合速度歸因于眼睛組織的性質、手術后的不良的血管供應以及可的松局部使用。在眼睛愈合期間，縫合部位往往會擴散開，使外科手術前基本上是球狀的角膜變成非球狀。由于切口大致上是水平取向的，這種擴散一般是沿著眼球垂直子午線。因此，原先可能一直是球狀的眼睛的光學系統變成復曲面狀，該光學系統的眼睛垂直子午線可提供一種與眼球水平子午線不同的光學焦度。視覺系統的這種非球狀構形一般稱為“散光”。
這種導致出的散光的度數根據所用縫線的類型、縫合的技術和外科醫生所采用的技巧和照料以及眼睛的物理特性而有所變化。例如，使用細尼龍縫合材料所導致的偏離球形的偏差一般要比使用絲線或可吸收縫線小一些。一般而言，導致出的散光的屈光度在0.5至5度范圍內變化。雖然，由手術引起的散光一般是由眼球垂直子午線變陡而導致的，偏離的方位及大小是不可精確地預測的。手術后的散光一般要用隨著眼睛愈合而需要定期更換的醫療眼鏡來進行校正。
在一些情況下，盡管眼科學家作了最大的努力，用外科手術放置入病人眼睛內的晶狀體由于球形估計誤差以及由于變化著的散光情況而提供不了良好的遠距視敏度。由于外科手術本身可能導致在白內障外科手術后出現的散光的度數和散光軸發生顯著的變化，所以在外科手術后的一定時間-一般是數周或數月-之前不能準確地確定精確的散光度數和散光軸。由于不可能容易地將舊的人工晶狀體摘取與及將新的具有不同光焦度的人工晶狀體用外科手術裝入而不會不適當地危害病人的視覺，所以病人必須依靠眼鏡來提供確準地聚焦的視敏度。換句話說，盡管沒有必要再戴笨重的、體積龐大的較高度數的眼鏡，病人通常還是必須戴上眼鏡來獲得最好的聚焦的視覺。
曾經作過多次試圖提供一種可變光焦度的人工晶狀體的嘗試，該人工晶狀體的光焦度根據從晶狀體外面施加的力起變化來校正在外科手術后預料會出現的散光。美國專利4，787，903公開了一種包含有一個環形費里司內爾氏(棱鏡)透鏡的人工晶狀體，它是用諸如聚甲基丙烯酸甲酯的具有高屈光指數的材料制成的。在費里司內爾氏元件上覆蓋上一種復合材料以提供光滑的外表面，這種復合材料可以用合適的材料、例如在受到電能或輻射能激勵時可改變其屈光指數的晶格或液晶材料制成。晶狀體帶有一個用于從由外部電源向耦合套圈供電所產生的電場接受能量的協作套圈或其它的拾能裝置。耦合套圈可以裝在眼鏡框架上、圍繞著眼窩植入或者由戴晶狀體的病人或眼科學家進行放置。在該專利申請文件中提到，有些覆蓋材料是可以在兩種以上的狀態之間變換的，每一種狀態具有不同的屈光指數;其它一些材料則可提供連續可變的屈光指數，這指數在能量消失后可能是穩定不變的或可能回復到其初始值。但是，該專利并未指明這些材料是甚么材料。
美國專利4，601，545公開了一種可變光焦度晶狀體系統，該系統包括一種諸如液晶的光學活性分子材料。通過把一個受控制的刺激場、諸如一個按幾何構形的電壓矩陣、施加到晶狀體上，就可以獲得一個可變梯度的屈光指數。一個對應的水平和垂直導體矩陣施加由在各分立點有選擇地控制的外加電壓產生的靜電場，從而產生梯度屈光指數。
美國專利4，564，267公開了一種可變焦距的晶狀體，該晶狀體可以通過將一個電場施加到一個包括至少一個由光電晶體形成的晶狀體的復合晶狀體上來實施電控制。光電晶體并置于第一和第二透明電極板之間，每個電極板包含有多個同心的環形透明電極。接到電極上的電源可產生橫貫晶體的電場，該電場產生具有透鏡作用的屈光指數分布。電場使晶狀體的焦距可根據輸入的電位而變化。
美國專利4，373，218公開了一種可變光焦度的人工晶狀體，這種人工晶狀體包括一個用于容納液晶材料的液體膨脹囊，液晶材料與一個電極和一個微處理機結合作用以改變晶狀體的屈光指數。在睫狀體內設置一個電極以將一個與所要求的調節成比例的輸入信號提供給一個可以植入人眼鞏膜內的微處理機。該微處理機產生橫貫液晶材料的電位來控制屈光指數，以獲得根據眼睛的相對位置所要求的調節。該微處理機的輸出電壓施加到可以是在流體膨脹囊的內部上形成一層覆蓋層的薄透明材料的電極上。
本發明涉及一種可變焦距晶狀體，這種晶狀體可以被制成一個植入人眼內的人工晶狀體。這種晶狀體還有其它方面的應用、包括用在照相機上。
本發明的可變焦距晶狀體具有一個用塑料之類的材料制成的透明包套，該包套包封著一種用一種諸如硅樹脂那樣的具有高粘度的合適材料制成的透明凝膠體，在這種凝膠體中懸浮有光折射顆粒。但是，包套也可以是能夠保持住晶狀體形狀的凝膠材料制成的表皮或外表層。凝膠體的物理性能與電性能將析射顆粒保持在凝膠體中的固定位置上。顆粒是由一種對外部力起反應以旋轉或改變在凝膠體內就位的顆粒的取向的合適材料構成。這樣，隨著顆粒的取向被改變，晶狀體的屈光指數也發生變化，因而通過析射顆粒的有選擇的旋轉或改變取向，可以增減晶狀體的球形校正量與/或散光校正量。
施加一個外部電磁力或其它合適的能源來調節晶狀體，直至其被正確地聚焦。在外部力去除后，具有高的抗流動性的凝膠體將顆粒保持在改變后的位置上。
在一個人工晶狀體的應用例子中，晶狀體植入者的視力可以校正到完美或接近完美的視力。晶狀體的改變后的光焦度與/或散光校正可保持穩定，直至植入者需要施加外部力場來校正由其它因素導致的偏離完美視力的偏差時為止，因而無需更換眼鏡來使眼睛保持良好的聚焦。此外，本發明的晶狀體是穩定的，在去掉外部力場后保持焦距與/或散光校正不變。這種晶狀體不需要連續的動力源，也不需要通過電路和電極矩陣使動力源耦合到晶狀體材料上，亦無需用動力耦合套圈給晶狀體供應連續動力。
通過以下結合附圖對優選實施例的詳細描述，熟悉本專業技術的人即可以很容易對本發明的上述的以及其它的優點有清楚的理解，在附圖中

圖1是正常人眼在摘除自然晶狀體前的側面剖視圖;
圖2是典型的現有技術人工晶狀體的前視圖;
圖3是圖2所示晶狀體沿眼球垂直子午線3-3截取的轉了90°的剖視圖;
圖4是圖2所示晶狀體沿眼球水平子午線4-4截取的剖視圖;
圖5是圖1所示人眼在植入圖2所示人工晶狀體后的側面剖視圖;
圖6是本發明的人工晶狀體裝置的前視圖;
圖7是圖6所示晶狀體裝置沿7-7線截取的剖視圖，示出多個光折射顆粒;
圖8是一個基本上跟圖7一樣的剖視圖，示出光折射顆粒轉了90度;
圖9是本發明的人工晶狀體裝置的示意性側視圖，示出兩個放大的光折射顆粒對來自一個光源的光束進行聚焦;
圖10是跟圖9一樣的視圖，示出光折射顆粒在存在一個磁場的情況下旋轉到一個傾鈄位置上;
圖11是跟圖9一樣的視圖，示出光折射顆粒在旋轉到一個傾斜位置上以后，將來自一個光源的光束聚焦到跟圖9所示的不同的焦點上;
圖12是本發明的晶狀體的前視圖，示出光折射顆粒為進行散光校正而進行細分區的情況;
圖13是一個用于產生磁場以使本發明的晶狀體中的光折射顆粒旋轉的基本控制裝置的示意性方框圖;
圖14是一個與圖13所示的控制裝置一起使用的裝置的示意前視圖;
圖15是用以操縱圖14所示的裝置的自動控制裝置的示意方框圖;
圖16是一個用于操縱一個采用了本發明的可變焦距晶狀體的照相機的自動控制裝置的示意性方框圖。
參見圖1，圖中示出了一個總的以標號10標出的正常人眼。眼睛10包括一個蓋住基本上是球形的鞏膜14上的一個開口的角膜12。角膜12往內在鞏膜14的開口上有一個具有一個瞳孔18的虹膜16。瞳孔18的后面位置有一個將進入的光聚焦在眼睛內表面上的視網膜22上的晶狀體20，該視網膜由視覺神經24連接至大腦(未示出)。晶狀體20設在瞳孔18后面正中的位置上并由角膜12加以保護。在正常的眼睛10中，晶狀體20是清澈的而且基本上是對稱的，其相對的凸表面形成大致上是球狀截段。晶狀體20和角膜22協同地將射進來的光聚焦在視網膜22上。而視網膜22則與視覺神經24和大腦協同作用，將投射到視網膜22上的光感應成影象。
發生在角膜12和晶狀體20內的光的折射轉換成屈光度約為60度的光學校正，其中角膜12的屈光度約為40度，晶狀體20的屈光度約為20度。眼睛10中還存在有其它折射結構，但在此為了簡化描述而不予考慮。
白內障是眼睛10的正常是清澈的晶狀體20逐漸變成不透明的一種狀態。這種混濁化一般要經歷一段較長的時間，通過晶狀體20的光量隨不透明度的增長而減少。隨著白內障晶狀體20的透光能力減弱，眼睛10感應影象的能力也就隨著減弱。最終可能導致失明。由于沒有消除白內障晶狀體20的混濁度的已知方法，一般必須用外科手術摘除混濁的晶狀體20以使光線不受阻礙地通過瞳孔18到達視網膜22上。白內障晶狀體是通過在角膜12和鞏膜14交接處26的上部切出一個大致水平的切口而予以摘除的。
一旦白內障晶狀體20用外科手術摘除掉，光線就能夠順利地通過瞳孔18傳到視網膜22上。但是，晶狀體20起很重要的光聚焦功能。因此，晶狀體20摘除后，眼睛的視覺系統的屈光度約“缺”20度，光不再能正確地聚焦在視網膜22上。當一個晶狀體20被摘除來消除白內障時，必須用一個人造晶狀體來取代它。在白內障外科手術后，為了使光線重新聚焦在視網膜22上，通常采用一個人工晶狀體、諸如圖2所示的現有技術人工晶狀體28。
用任何一種生物學上是惰性的并適用于視覺校正的、諸如硅樹脂的透明材料制成的人工晶狀體28形成一個復曲面截段。晶狀體28是一個球體的一個截段，從前面看大體呈圓形，其直徑約為6毫米。一對觸梢30起支腿的作用將晶狀體28支撐在眼睛10的后房內的正確位置上(圖5)。每個觸梢30伸出約4毫米，從其附接到晶狀體28的周邊的直線端伸展到附接到眼睛上的弧形端。這樣，晶狀體28和兩個觸梢30的總寬度約為14毫米。
人工晶狀體28如圖5所示那樣嵌入在虹膜16的后方。這種類型的晶狀體稱作后房晶狀體，它是人工晶狀體的許多設計中最新也是最通用的類型。
應該理解到，現有技術的人工晶狀體28可以制造成適應后房以外的其它位置。例如，晶狀體28可以放置在前房內，即在角膜12和虹膜16之間的區域。但是，這樣的放置位置有時被認為是不好的，因為將晶狀體放置在非常接近角膜的位置可能導致角膜內皮出現創傷。
與人工晶狀體正確植入相聯的一個問題是準確地確定手術后要植入病人眼睛內的晶狀體的確切的標定光焦度或屈光光焦度的問題。眼科學家可以例如設法測定病人的自然晶狀體20的標定光焦度和通過使用各種各樣的測量裝置、例如超聲波裝置來測量眼睛10的深度和直徑。這些測量結合臨床經驗，使眼科學家能夠比較準確地確定所用的人工晶狀體28的正確的屈光率或光焦度。
但是，在一些情況下，盡管眼科學家作了最大的努力，用外科手術放置入眼睛內的晶狀體的屈光度不是正確的，病人不能得到良好的肉眼視敏度。在外科手術后的愈合期間，病人的散光度數是變化的，具有一種妨礙聚焦成輪廓清晰的清楚影象的屈光缺陷。一些出現在白內障外科手術后的散光是由于外科手術的切口及切口愈合導致的角膜曲率的變化所引起的。
晶狀體28的曲率可以成為非對稱的，使圖3所示的沿圖2的剖切線3-3的眼球垂直子午線在視覺上比圖4所示的沿圖2的剖切線4-4的眼球水平子午線弱些。晶狀體28在中心28a處的厚度保持不變。這樣，眼球的垂直和水平子午線的相應的視覺能力的差別是由在眼球垂直和水平子午線上的不同結構輪廓(例如不同的曲率半徑)28b和28c分別導致不同的屈光特性產生的。這樣，晶狀體28形成一個球體的復曲面截段。為了在植入眼睛內時正確地對中，兩個觸梢30分別偏離垂直子午線錯開設置并與之平行。
由此，如上所述，現有技術的人工晶狀體28具有固定的散光校正量和固定的光焦度。在圖6至9中，示出了一個本發明的非活性(passive)的穩定的人工晶狀體裝置，該裝置在圖中總的以標號32表示，其晶狀體配置有用于有選擇地改變晶狀體的光焦度的裝置和有選擇地提供散光校正的裝置。晶狀體裝置32包括一個由塑料之類的材料制成的、透明的、撓性的，大致呈圓形的包套34，它包圍著并包封著一種具有較高的抗流動性的透明凝膠體36。凝膠體36可以是一種諸如硅樹脂的材料。一對前面示出過的觸梢30可以附接到該包套34上。雖然晶狀體組件32的包套34具有一個朝向瞳孔18的凸表面和一個后凸表面，但應該理解到包套34也可以制成其它形狀。通常，前和后表面的組合可以是九種可能組合中的任一種凹面、凸面和平面的組合。
多個分隔開設置的光折射顆粒38懸浮在凝膠體36內。顆粒38從側面看呈大致細長形，如圖7所示。凝膠體36因具有高的抗流動性而將顆粒38保持在固定的位置上。顆粒38是由一種對外部力起反應的合適材料制成的，該外部力具有使顆粒旋轉或改變取向的能力。例如，一種最好是固體的、諸如塑料的第一材料構成一種光折射體，并與一種諸如一種鐵磁性材料的第二材料結合，這種鐵磁性材料可實現高度的磁性取向，盡管存在原子的熱運動的隨機性。鐵磁性材料料可以是鐵、鈷、鎳、釓和鏑(Fe、Co、Ni、Gd和Dy)這5種元素中的任一種，或者是這些元素和其它元素的各種各樣的合金。鐵磁性材料由于具有高度的磁性取向，故對電磁場有反應。在一些情況下，光折射顆粒38中的鐵磁性材料可以被“永久”磁化或簡單地暫時按照電磁場的取向進行排列。
顆粒38可以旋轉到任一旋轉角度。如果顆粒38起始是如圖7所示那樣垂直地布置的，施加一個電磁場就會使每個顆粒旋轉到一個新的位置方向上，例如轉了90°轉到如圖8所示那樣的水平放置位置。通過改變電磁場的強度、電磁場距晶狀體32的距離以及施加電磁場的時間長短，就可以改變顆粒38的旋轉角度。
此外，還可以有選擇地使顆粒旋轉。例如，可以使第一預定數量的顆粒對第一力起反應，以功能性地使光焦度增加2.5屈光度，以模擬使焦點從運變近的調節。病人可以配置一個裝置來實現這種變化而無需醫生來操作。這種變化可以在裝置去掉或關掉后穩定住，或者可以是暫時的，晶狀體在去掉第一力后回復到其起始設定狀態。可能包括或可能不包括第一預定數量的第二預定數量的顆粒可以只對第二力起反應，這第二力是由醫生或其他受過訓練的專業人員施加，以實現較大的光焦度變化或改變散光校正量。
透明的顆粒材料和鐵磁性材料以這樣一種方式結合使之足以確保進入包套34并穿過凝膠體36的光線被顆粒38折射。例如，鐵磁性材料可以形成一層包圍住內部固體材料的薄的外膜。鐵磁性材料要薄到足以呈透明狀態，讓光線能夠被內部的光學上清澈的材料所折射。另一種方案是，鐵磁性材料可以形成一個帶有一個孔口的模殼，光學上清澈的材料從孔口注入。
圖9至11中示意地示出晶狀體32。如果鐵磁性材料先前已被磁化，該材料會具有剩磁，使每一個光折射顆粒38具有一個帶正電荷的正極(positively charged pole)。和一個帶負電荷的負極(negatively charged pole)，兩電極分別用正號和負號示出。在圖9中以放大形式示出了一對這樣的顆粒38。顆粒38在縱向上與晶狀體32的垂直軸線對準，其正極指向晶狀體32的周邊。當一個正極性的電磁場施加到晶狀體32的一側時，如圖10所示，會在顆粒38上沿磁力線產生一個力，這些磁力線從正電場向外伸展沿大致水平的路徑穿過晶狀體32。每個顆粒38的正極受到磁場的推斥，負極則受到吸引。由于凝膠體36具有高的抗流動性，顆粒38的中心將保持在凝膠體內一個固定位置上，而顆粒的邊緣則圍繞著該中心旋轉。電磁場通過吸引顆粒38的一極及推斥另一極而使顆粒38實現旋轉或取向變化，如圖10所示。
顆粒38的旋轉改變了晶狀體32的屈光指數，從而改變了晶狀體32的光焦度。如圖9所示，如果為了圖解的目的而略去由于包套34的形狀導致的折射，則從一個光源42來的光束40沿路徑A進入可變焦點人工晶狀體32直至其接觸光折射顆粒38為止。顆粒38將光束40沿路徑B折射或折彎到焦點C上。一般來說，焦點C是視網膜的斑點。
當將正極性的電磁場44放近晶狀體32時，如圖10所示，電磁場44通過將負極吸向電磁場及將正極推離電磁場而將光折射顆粒38旋轉到一個傾斜位置。凝膠體36由于具有高的抗流動性而在去掉電磁場44后將光折射顆粒保持在其旋轉后的位置上。這樣，晶狀體變化后的特征是穩定的(保持不變)并且穩定狀態是非活性的，因為它不需要產生這種狀態的電磁場繼續存在。應當理解到，如果每個顆粒的極性反向，則可以采用負極性的電磁場來使光折射顆粒38旋轉。
如圖11所示，光束沿路徑A進入晶狀體32直至接觸光折射顆粒38為止。傾斜的光折射顆粒38將光束40沿路徑D折射到到一個新的焦點E上。焦點E要較焦點C更靠近晶狀體32，因光的折射較大，故晶狀體的光焦度也較大。因此，隨著顆粒旋轉，光的折射增大，并且晶狀體32的光焦度也增大。由于光折射顆粒38可以被旋轉到一個選定的角度，所以晶狀體32的光焦度可以被調節則任何一個選定的所需值，因而可以隨時改變光焦度。晶狀體32可以在植入眼睛內之后跟角膜匹配，如果以后眼睛的光學性能發生了變化，可以改變晶狀體的光焦度來適應。
顆粒38還可以旋轉來進行散光校正。根據磁場聚焦的條件，每一個顆粒38都可以定向在跟其毗鄰的顆粒38不同的取向上。晶狀體32可以再分成幾個區域，每個區域具有一種不同取向的顆粒38。例如，如圖12所示，晶狀體32被分成四個區或分段46、48、50和52。如果在直徑相對分段46和48內的顆粒38的取向對應于一個光焦度，而在直徑相對分段50和52內的顆粒38的取向對應于另一個光焦度，晶狀體32就可以有選擇地設定來校正例如對應于分段46和48取向的散光。
沿眼睛10的任一子午線的散光可以根據需要通過使分段46、48、50和52圍繞晶狀體32的中心旋轉來進行對位來加以校正。散光的度數通過使用常規方法很容易確定。接著可以將電磁場44施加到晶狀體32的預定區域，以改變該區域中顆粒38的取向。
將顆粒38細分成區域可以用很多種方法來實現。例如，可以將永久磁鐵或載流線圈成形成能夠產生具有所需構形的電磁場。而且，可以在晶狀體32和電磁場44的場源之間插入一種合適的電磁屏蔽裝置、諸如一種低電阻率的鐵磁性材料、以防止除選定區域內的顆粒38之外的所有顆粒38旋轉。
圖13示出了一個用于控制晶狀體32中的光折射顆粒38的取向的控制系統的方框圖。電源54具有一個連接到場強控制裝置56的輸入端的輸出端。場強控制裝置56的一個輸出端連接到第一線圈58上。場強控制裝置56的第二輸出端連接到第二線圈60上。線圈58和60都可以裝在支持器62上。該支持器是任何一種用來將線圈58和60定位在毗鄰任何一種上述晶狀體組件內的相關致動體的部位的合適的裝置。場強控制裝置56可以有選擇地調節來將一個很寬范圍的電功率分開地施加到線圈58和60的每一個上，以將相關的顆粒38移動到選定的傾斜度。線圈58和60代表單個線圈或任何其它數量的這種線圈，線圈的數量根據產生所需的電磁場強度和形狀的需要而定。
如圖14所示，支持器62可以形成總的用標號64表示的裝置的一部分，該裝置用于旋轉晶狀體32的光折射顆粒38。支持器62可以是盤形的，它具有一個用來對準裝置64的合適的裝置。例如，支持器62可以配置有一個諸如一種用以將一個激光束投射在晶狀體上的裝置那樣的瞄準器66和一個用以使光束與晶狀體上的一個標記對準的視孔。另一種方案是，晶狀體32可以配置有一個只有在紫外光或紅外光下才可見的標記，而由瞄準器66產生所需要的光束。在圓盤形支持器62上還裝有線圈58和60，每個線圈布置成使之產生所需電磁場的一部分。圖中示意地示出了裝在支持器62上的附加線圈68，它代表任何所需數目的這種線圈。線圈58由一對引線70連接到任何合適的控制裝置、諸如圖13中所示的場強控制裝置56上。同樣地，線圈60由一對引線72連接到一個合適的控制裝置上。
如圖13和14所示，一個電磁屏蔽裝置74可以配置來將晶狀體32的部分區域對電磁場屏蔽住。例如，屏蔽裝置74可以設置在線圈60和晶狀體32(未示出)之間以防止在晶狀體的選定區域內的顆粒38在毗鄰區域內的顆粒被電磁場轉動時旋轉。
裝置64可以裝進一個可以由病人使用來根據情況需要改變晶狀體本體的形狀的裝置。例如，裝置64可以裝入一副眼鏡內或制成一個手拿的控制裝置，由病人操縱以改變在近距視覺和遠距視覺之間的晶狀體焦距。
圖15示出一個用于自動地改變晶狀體32內的光折射顆粒的取向的控制裝置。先前描述的電源54連接到一個控制單元80的輸入端上。控制單元80的一對輸出端連接到安裝在支持器62上的線圈58和60上。控制單元80可以包括有一個通用的程控微處理機，這微處理機有一個標準操作軟件系統和一個用以接收由一個連接到控制單元80的輸入端上的鍵盤82發出的指令的程序，所發出的指令是有關從電源54施加到線圈58和60上的電功率的強度和持續時間的指令，以產生具有所需場強、持續時間與構形的電磁場。此外，可以將一個位置傳感器84連接到控制單元80的一個輸入端上，以產生一個代表支持器62和線圈58、60相對于待操縱的晶狀體裝置的位置的信號。位置傳感器84可以是任何一種適合于測定晶狀體裝置上的任何一種物理特征的裝置，通常是光敏裝置。例如，位置傳感器84可以檢測包套34上的一個標記。
采用這種人工晶狀體，可使痊愈中的白內障病人不再需要配戴眼鏡或隱形眼鏡。免除眼鏡或隱形眼鏡會給痊愈中的白內障病人帶來極大的好處，因為他們中的許多人是老年人，就算沒有配戴眼鏡或隱形眼鏡的負擔就已經是夠困難的了。此外，如果需要的話，外部力源可以裝進一副眼鏡內，或者裝進一個手拿的裝置內，由病人有選擇地操縱以適應不同的焦距。本發明具有優于現有技術裝置的優點，它不需要在動力源和晶狀體之間進行實體的或電氣的連接來改變晶狀體。本發明的可變焦距晶狀體除了用作人工晶狀體外，還具有各種各樣的應用。例如，可變焦距晶狀體可以用作照相機透鏡。該晶狀體可用以替代或結合具有固定鏡頭、可調鏡頭、或多個可換鏡頭的照相機鏡頭來使用。
在圖16中示出了一個用以操縱照相機88中的可變焦透鏡86的控制系統的部分示意和部分方框形式的組合圖。可變焦透鏡裝置86包括一個光學上清澈的、撓性的、大致為圓形并且由塑料之類材料制成的包套90，這包套包圍著一種具有高的抗流動性的光學上清澈的凝膠體92。多個分隔開設置的光折射顆粒94懸浮在凝膠體92中。凝膠體92由于具有高的抗流動性而將顆粒94保持在固定的位置上。顆粒94是用一種對外部力起反應的合適材料、例如一種光學上清澈的材料與一種對電磁場起反應的鐵磁性材料結合構成的。
照相機88的控制系統大致與上面所述的人工晶體的控制系統相同。電源96具有一個連接到場強控制裝置98的輸入端上的輸出端。控制裝置98具有若干個接到線圈裝置100上的輸出端，這線圈裝置可以是單個線圈或多個線圈，用于產生一個電磁場。控制裝置98還有一個輸入端，從一個位置傳感器102接來焦距調節信號。控制裝置98對從輸入按鈕104傳來的聚焦信號起反應。控制裝置98通過控制施加到晶狀體86上的電磁場的強度和電磁場施加到晶狀體86上的時間來改變焦距。另一種方案是，控制裝置可以調節線圈裝置100相對于晶狀體86的位置。
位置傳感器102或輸入按鈕104可以用來給控制裝置98輸入指令來改變焦距。例如，在觀察者不通過透鏡觀察的照相機中，按鈕可以用來輸入一個與距景物的估測距離成正比的信號。在觀察者通過透鏡觀察的照相機中，位置傳感器可以連接到一個聚焦環上以產生焦距調節信號。
應該理解到，光折射顆粒可以用對外部力起反應的任何合適的材料制造。例如，光折射顆粒可以用一種對由特定的超聲頻率導致的振動起反應以使顆粒旋轉的合適的材料制成或涂覆。此外，光折射顆粒可以由對諸如激光的另一種形式的能量起反應的合適材料構成。
總起來說，提供了一個可變焦裝置來改變晶狀體裝置的光焦度。可調節的晶狀體可以用在各種各樣的應用場合中，例如，用作照相機鏡頭或植入人眼內的人工晶狀體。當用作人工晶狀體時，可變焦晶體還可以使用來消除或降低由于眼睛外科手術導致的外科手術后的散光效應。本發明采用一種具有一個光學上清澈的、撓性的、大致呈圓形并且包封著凝膠體和多個懸浮在凝膠體內的光折射顆粒的包套的人工晶狀體。光折射顆粒對外部力起反應來將凝膠體內的顆粒的取向改變到新的取向，以調節晶狀體裝置的特征、包括光焦度和散光特征。光折射顆粒在外部力去掉后在凝膠體內保持在新的位置上，這是因為凝膠體具有阻止顆粒改變位置的高的抗流動性。光折射顆粒可以對不同類型的外部力、諸如電磁力場、超聲頻率發射源、以及激光能量發射源起反應。
根據專利法的條款，本發明是按認為是代表了本發明的優選實施例的內容進行了描述。但是，應該注意到，本發明還可以按不同于在此處具體圖示和描述的方式實施而不脫離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種用于植入眼睛內的非活性的穩定的可變焦距人工晶狀體裝置，其特征在于包含有一個透明的、大致圓形的包套；一種包封在所述包套內的、具有高的抗流動性的透明凝膠體；和多個按預定取向懸浮在所述凝膠體內的光折射顆粒，所述顆粒對外部力起反應以將所述顆粒改變到相對于所述包套的新的取向上以有選擇地調節所述晶狀體裝置的特征、包括光焦度和散光校正特征，從而使所述顆粒在外部力去掉后在所述凝膠體內保持在所述新的取向上。
2.根據權利要求1的晶狀體裝置，其特征在于所述包套制成所述凝膠體的外表面。
3.根據權利要求1的晶狀體裝置，其特征在于所述包套由塑料材料制成。
4.根據權利要求1的晶狀體裝置，其特征在于所述光折射顆粒對外部電磁力起反應以將在所述凝膠內的所述顆粒的取向改變到一個新的位置上。
5.根據權利要求1的晶狀體裝置，其特征在于所述光折射顆粒包含一種鐵磁性材料。
6.根據權利要求1的晶狀體裝置，其特征在于所述光折射顆粒由一種鐵磁性材料和一種塑料材料構成。
7.根據權利要求1的晶狀體裝置，其特征在于所述光折射顆粒由一種透明材料涂覆一種鐵磁性材料來構成。
8.根據權利要求1的晶狀體裝置，其特征在于所述包套具有凸面、凹面和平面中之一種的朝向眼睛瞳孔的表面，和凸面、凹面和平面中之一種的后表面。
9.一種非活性的穩定的可變焦距晶狀體裝置，其特征在于包含有一個透明的、大致圓形的包套;一種包封在所述包套內的、具有高的抗流動性的透明凝膠體;多個按預定取向懸浮在所述凝膠體內的光折射顆粒;和用以產生電磁場的裝置，所述顆粒對由電磁場施加的外部力起反應以將所述顆粒改變到相對于所述包套的新的取向上以有選擇地調節所述晶狀體的特征、包括光焦度和散光校正特征，從而使所述顆粒在外部力去掉后在所述凝膠體內保持在所述新的取向上。
10.根據權利要求9的晶狀體裝置，其特征在于所述光折射顆粒包含一種鐵磁性材料。
11.根據權利要求9的晶狀體裝置，其特征在于所述光折射顆粒由一種鐵磁性材料和一種塑料材料構成。
12.根據權利要求9的晶狀體裝置，其特征在于所述光折射顆粒由一種透明材料涂覆一種鐵磁性材料來構成。
13.根據權利要求9的晶狀體裝置，其特征在于在所述凝膠體內包括有具有多個具第一取向的第一部分所述光折射顆粒的第一區域，和具有多個具第二取向的第二部分所述光折射顆粒的第二區域，從而使該晶狀體裝置可校正散光。
14.根據權利要求9的晶狀體裝置，其特征在于包括一種用于將所述凝膠體的一個選定區域對產生電磁場的所述裝置所產生的電磁場屏蔽住的電磁屏蔽裝置。
15.根據權利要求14的晶狀體裝置，其特征在于所述電磁屏蔽裝置由一種具有較低電阻率的材料制成。
16.根據權利要求9的晶狀體裝置，其特征在于產生電磁場的所述裝置包括一個用以使產生電磁場的所述裝置與所述包套對準的瞄準器。
17.根據權利要求1的晶狀體裝置，其特征在于包括一個用以控制施加到所述顆粒上的電磁場的強度和持續時間兩者之中的至少一個的控制系統。
18.一種非活性的穩定的可變焦晶狀體裝置，其特征在于包含一種透明的、大致圓形的包套;一種包封在所述包套內的、并具有高的抗流動性的透明凝膠體;多個按預定取向懸浮在所述凝膠體內的光折射顆粒;用以產生一個力場的裝置;和一個用以控制施加到所述顆粒上的力場的強度和持續時間兩者之中的至少一個的控制系統，該系統連接到上述的產生一個力場的裝置上，所述顆粒對由該力場施加的外部力起反應以將所述顆粒改變到相對于所述包套的新的取向上以有選擇地調節所述晶狀體裝置的特征、包括光焦度和散光校正特征中的至少一個特征，從而使所述顆粒在外部力去掉后在所述凝膠體內保持在所述新的取向上。
19.根據權利要求18的晶狀體裝置，其特征在于包括連接到所述控制裝置上用以產生一個調節信號的裝置，所述控制裝置對所述調節信號起反應將力場施加到所述顆粒上。
20.根據權利要求19的晶狀體裝置，其特征在于所述光折射顆粒由一種鐵磁性材料和一種塑料材料構成，并且所述力場是一個電磁場。
全文摘要
一種可變焦晶狀體裝置包括一個透明的大致圓形的包套、一種包封在包套內的高的抗流動性的透明凝膠體和多個按預定取向懸浮在凝膠體中的光折射顆粒。當外力場加到晶狀體裝置上，可有選擇地聚焦的顆粒起反應以轉到相對于包套的新取向以有選擇地調節晶狀體裝置的光焦度與散光兩特征中之一，從而使顆粒在外力去掉后保持在新取向上。控制加到顆粒上的力場的強度與持續時間兩者中的至少一個的控制系統連接到線圈與電源上以產生所需力場。
文檔編號G02B3/14GK1060595SQ9110971
公開日1992年4月29日 申請日期1991年10月9日 優先權日1990年10月9日
發明者羅伯特·G·威利 申請人:羅伯特·G·威利