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技術 インプラント可能な眼下用デバイスの電力管理のためのシステムおよび方法

出願人 エレンザ,インコーポレイテッド
発明者 ドール、ウォルターフェール、ジャン−ノエルシュネル、ウルバントリップ、ローロフグプタ、アミタバ
出願日 2013年3月14日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2015-504585
公開日 2015年5月28日 (4年1ヶ月経過) 公開番号 2015-515321
状態 拒絶査定
技術分野 補綴
主要キーワード 予想耐用年数 密封開口 リニア電圧レギュレータ 故障リスク 分離リング 本教示内容 表面実装コンデンサ 非生体適合性材料
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年5月28日)のものです。
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図面 (13)

課題・解決手段

開示されるシステムおよび方法は、1つ以上の充電可能バッテリおよび充電可能バッテリと動作可能に結合されるプロセッサを含むインプラント可能な眼下用デバイス等のインプラント可能なデバイスの電力を管理する工程に関する。プロセッサは、第1の定電流を使用して第1の時間、第1の定電流よりも少ない第2の定電流を使用して第2の時間、および一定電圧を使用して第3の時間で各充電可能バッテリを充電する工程を含む急速充電プロセスを実施するように構成され得る。この急速充電プロセスは従来の充電工程よりも速い。プロセッサは、充電サイクル間の時間を延ばし、充電サイクルの総回数を低減し、および、電池寿命延ばすように、交互に放電する態様で2つのバッテリの放電をも管理する。

概要

背景

近距離および中間距離物体焦点を合わす人々の能力に影響を及ぼす2つの大きな状態があり、それらは老眼および偽水晶体である。老眼は、高齢化にしばしば付随する、人間の目の水晶体での眼球調節運動喪失である。老眼の人々では、この眼球調節運動の喪失によって、最初に近距離の物体に焦点を合わせることができなくなり、その後に中間の距離の物体に焦点を合わせることが困難になる。米国には老眼の人が約9千万人から1億人いると推定されている。世界的には老眼の人が約16億人いると推定されている。

老眼を矯正する標準的な道具は、老眼鏡、多焦点眼科レンズ、および単眼視野を提供することに適するコンタクトレンズである。老眼鏡は、近距離に焦点を合わせることができない問題を矯正するために単一の屈折力を有する。多焦点レンズは、広い範囲の距離での焦点問題を矯正するために、複数の焦点距離(すなわち、屈折力)を有するレンズである。多焦点光学部材は、眼鏡、コンタクトレンズ、およびIOLに使用されている。多焦点眼科レンズは、レンズの領域を異なる屈折力を有する領域に分割することによって機能する。多焦点レンズは、累進屈折力レンズ(PAL)等に見られるように連続性のある屈折力を生成する連続性のある表面から構成することができる。あるいは、多焦点レンズは、遠近両用眼鏡または三焦点レンズ等に見られるように不連続な屈折力を形成する不連続な表面から構成できる。単眼視野を提供することに適するコンタクトレンズは、異なる屈折力を有する2つのコンタクトレンズである。一つのコンタクトレンズは主に遠距離の焦点問題を矯正するためであり、および他のコンタクトレンズは主に近距離の焦点問題を矯正するためである。

偽水晶体は眼球の水晶体をIOLと取り替えたものであり、通常白内障手術中に水晶体を外科的に切除した後に実施される。事実上、寿命が延びると人々は白内障になる。さらに、白内障にかかったほとんどの人々は、寿命のいずれかの時点で白内障手術を受ける。米国では毎年、約1200万もの白内障手術が実施されていると推定される。偽水晶体の人々は、水晶体の欠如によって、眼球の調節運動が完全に損なわれるので、近くの物体または中間距離の物体のどちらにも焦点を合わせることができない。

従来のIOLは、遠くにある物体(たとえば、2メーターよりも遠い距離にある物体)を合焦させた網膜像を提供するための単焦点、球面レンズである。一般に、球面IOLの焦点距離(すなわち屈折力)は、での小角度(たとえば、約7度)の範囲で遠くの物体が見えるように選択される。残念ながら、単焦点IOLは固定焦点距離なので、眼球の自然な眼球調節運動応答まねる、または、置き換えることはできない。幸いなことに、液晶セルなどの電気活性素子を備える眼科デバイスは、損傷または除去された水晶体眼球の調節運動に変わって、可変の屈折力を提供するために使用できる。たとえば、その全体が参照によって本明細書に援用されるBlum et al.,の米国特許第7,926,940号に開示されているように、動的な可変屈折力を提供するように、電気活性素子をシャッターとして使用できる。

概要

開示されるシステムおよび方法は、1つ以上の充電可能バッテリおよび充電可能バッテリと動作可能に結合されるプロセッサを含むインプラント可能な眼下用デバイス等のインプラント可能なデバイスの電力を管理する工程に関する。プロセッサは、第1の定電流を使用して第1の時間、第1の定電流よりも少ない第2の定電流を使用して第2の時間、および一定電圧を使用して第3の時間で各充電可能バッテリを充電する工程を含む急速充電プロセスを実施するように構成され得る。この急速充電プロセスは従来の充電工程よりも速い。プロセッサは、充電サイクル間の時間を延ばし、充電サイクルの総回数を低減し、および、電池寿命延ばすように、交互に放電する態様で2つのバッテリの放電をも管理する。

目的

老眼を矯正する標準的な道具は、老眼鏡、多焦点眼科レンズ、および単眼視野を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1の充電可能バッテリと、前記第1の充電可能バッテリと動作可能に結合されるプロセッサを含み、第1の定電流を使用して第1の時間、前記第1の充電可能バッテリを充電し、前記第1の定電流よりも少ない第2の定電流を使用して第2の時間、前記第1の充電可能バッテリを充電し、および一定電圧を使用して第3の時間、前記第1の充電可能バッテリを充電するように構成されるインプラント可能なデバイス

請求項2

請求項1に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記第1の充電可能バッテリは、固体リチウムバッテリおよびリチウムイオンバッテリの少なくとも一つを含むインプラント可能なデバイス。

請求項3

請求項1に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記第1の充電可能バッテリの体積は5立方ミリメータ未満であるインプラント可能なデバイス。

請求項4

請求項1に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記プロセッサは、さらに前記第1の充電可能バッテリの電圧が第1の閾電圧を超えた場合に、前記第1の時間の終了を決定するように構成されるインプラント可能なデバイス。

請求項5

請求項4に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記プロセッサは、さらに前記第1の充電可能バッテリの電圧が第2の閾電圧を超えた場合に、前記第2の時間の終了を決定するように構成されるインプラント可能なデバイス。

請求項6

請求項1に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記第2の定電流は、実質的に前記第1の定電流の半分に等しいインプラント可能なデバイス。

請求項7

請求項6に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記第1の定電流は約40μAから約60μAであるインプラント可能なデバイス。

請求項8

請求項1に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記プロセッサは、(i)前記インプラント可能なデバイスの外部にある電力源から電力受電し(ii)前記電力を前記第1の定電流、前記第2の定電流、および前記一定電圧に変換するように構成される電力変換モジュールをさらに含むインプラント可能なデバイス。

請求項9

請求項8に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記電力源は、無線周波数源および光源の少なくとも一つを含むインプラント可能なデバイス。

請求項10

請求項1に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記プロセッサと動作可能に結合される第2の充電可能バッテリをさらに含み、前記プロセッサは、さらに、第3の定電流を使用して第4の時間、前記第2の充電可能バッテリを充電し、前記第3の定電流よりも小さい第4の定電流を使用して第5の時間、前記第2の充電可能バッテリを充電し、および第2の定電圧を使用して第6の時間、前記第2の充電可能バッテリを充電するように構成されるインプラント可能なデバイス。

請求項11

請求項1に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記プロセッサと動作可能に結合され、および前記インプラント可能なデバイスの少なくとも一つの光学特性を調節するように構成される電気的に活性な構成要素をさらに含むインプラント可能なデバイス。

請求項12

バッテリを充電する方法であって、第1の定電流を使用して第1の時間、充電可能バッテリを充電する工程;前記充電可能バッテリの電圧が第1の閾値を超えることを決定する工程;前記第1の定電流よりも少ない第2の定電流を使用して第2の時間、前記充電可能バッテリを充電する工程;前記充電可能バッテリの電圧が第2の閾値を超えることを決定する工程;および一定電圧を使用して第3の時間、前記充電可能バッテリを充電する工程を含む方法。

請求項13

眼下用光学装置であって、前記眼下用光学装置の光学特性の少なくとも一つを変動させるように構成される電気的に活性な構成要素と、光レベルの変化と生理学的反応の少なくとも一つを感知することに応答して、約100ミリ秒未満以内にセンサー信号を生成するように構成されるセンサーと、前記センサーと動作可能に結合される第1の制御回路であって、前記センサー信号をサンプルし、前記センサー信号に応答して前記センサー信号のサンプリングから100ミリ秒以内に駆動信号を生成するように構成される前記第1の制御回路と、前記第1の制御回路および前記電気的に活性な構成要素と動作可能に結合される第2の制御回路であって、(i)前記駆動信号を受信し、(ii)前記駆動信号に応答して前記眼下用光学装置の光学特性の少なくとも一つを変動させるために、低パワー状態から高パワー状態へ遷移し、前記駆動信号の受信から約5ミリ秒以内に電気的に活性な構成要素を動作させ、(iii)前記第2の制御回路からの電流の漏れを最小化するために、電気的に活性な構成要素を動作させてから約5ミリ秒以内に前記高パワー状態から前記低パワー状態へ遷移するように構成される前記第2の制御回路を含む下用光学装置。

請求項14

請求項13に記載の眼下用光学装置であって、前記第1の制御回路は、前記センサー信号を約200ミリ秒から約310ミリ秒の間隔でサンプルするように構成される眼下用光学装置。

請求項15

請求項13に記載の眼下用光学装置であって、前記第1の制御回路は、非周期的に前記センサー信号をサンプルするように構成される眼下用光学装置。

請求項16

光レベルの変化と生理学的反応の少なくとも一つに応答して、眼下用光学装置の少なくとも一つの光学特性を変更する方法であって、(A)前記光レベルと前記生理学的反応の変化の少なくとも一つを感知する工程;(B)前記光レベルと前記生理学的反応の変化の少なくとも一つを感知してから約100ミリ秒以内にセンサー信号を生成する工程;(C)第1の制御回路で前記センサー信号をサンプリングする工程;(D)前記センサー信号のサンプリングから100ミリ秒以内に前記第1の制御回路で駆動信号を生成する工程;(E)第2の制御回路からの電流の漏れを最小化するために前記駆動信号に基づいて前記眼下用光学装置を動作させる工程;(F)前記第2の制御回路で前記駆動信号を受信する工程;(G)前記駆動信号に応答して、前記第2の制御回路を低パワー状態から高パワー状態へ遷移させる工程;(H)前記駆動信号の受信から約5ミリ秒以内に前記眼下用光学装置の少なくとも一つの特性を変更させるために、前記第2の制御回路の電気的に活性な構成要素を動作させる工程;(I)前記第2の制御回路からの電流の漏れを最小化するために、前記電気的に活性な構成要素を動作させてから約5ミリ秒以内に、前記第2の制御回路を前記高パワー状態から前記低パワー状態へ遷移させる工程を含む方法。

請求項17

インプラント可能なデバイスであって、第1の電圧を有する第1の充電可能バッテリと、第2の電圧を有する第2の充電可能バッテリと、前記第1の充電可能バッテリおよび前記第2の充電可能バッテリと動作可能に結合されるプロセッサを含み、前記第1の電圧が前記第2の電圧を下回ったことを決定し、前記第1の電圧が前記第2の電圧を下回ったという決定に応答して、放電させるべき前記第2の充電可能バッテリを選択し、前記第2の電圧が前記第1の電圧を下回ったことを決定し、前記第1の電圧が前記第2の電圧を下回ったという決定に応答して、放電させるべき前記第1の充電可能バッテリを選択することを反復して実施するように構成される前記プロセッサを含むインプラント可能なデバイス。

請求項18

請求項18に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記第1の充電可能バッテリおよび前記第2の充電可能バッテリの少なくとも一つは固体リチウムバッテリおよびリチウムイオンバッテリの少なくとも一つを備えるインプラント可能なデバイス。

請求項19

請求項18に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記第1の充電可能バッテリおよび前記第2の充電可能バッテリの少なくとも一つの体積は5立方ミリメータ未満であるインプラント可能なデバイス。

請求項20

請求項18に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記第1の電圧が第1の閾値を下回ったことを決定し、前記第2の電圧が第2の閾値を下回ったことを決定し、および前記第1の電圧が前記第1の閾値を下回ったことの決定および前記第2の電圧が前記第2の閾値を下回ったことの決定に応答して、前記第1の充電可能バッテリおよび前記第2の充電可能バッテリからの電力潮流を減少させるように構成される前記プロセッサをさらに含むインプラント可能なデバイス。

請求項21

請求項18に記載のインプラント可能なデバイスであって、前記プロセッサ、前記第1の充電可能バッテリ、および前記第2の充電可能バッテリと動作可能に結合される電気的に活性な構成要素をさらに含み、前記電気的に活性な構成要素は、前記第1の充電可能バッテリおよび前記第2の充電可能バッテリの少なくとも一つから電力が供給される場合に、前記インプラント可能なデバイスの少なくとも一つの光学特性を変動させるように構成されるインプラント可能なデバイス。

請求項22

眼内レンズであって、光レベルおよび生理学的反応の少なくとも一つを感知するように構成されるセンサーと、前記眼内レンズの光学特性の少なくとも一つを変動させるように構成される電気的に活性な構成要素と、前記センサーと動作可能に結合される第1の制御回路であって、センサー信号をサンプルし、前記センサー信号に応答して前記センサー信号のサンプリングから100ミリ秒以内に駆動信号を生成するように構成される前記第1の制御回路と、前記第1の制御回路および前記電気的に活性な構成要素と動作可能に結合される第2の制御回路であって、(i)前記駆動信号を受信し、(ii)低パワー状態から高パワー状態へ遷移し、前記駆動信号に応答して眼下用光学装置の光学特性の少なくとも一つを変動させるために前記電気的に活性な構成要素を動作させ、(iii)前記第2の制御回路からの電流の漏れを最小化するために、電気的に活性な構成要素を駆動させる前記高パワー状態から前記低パワー状態へ遷移するように構成される前記第2の制御回路と、前記第1の制御回路および前記第2の制御回路と動作可能に結合される少なくとも一つの充電可能バッテリを含み、前記充電可能バッテリは前記第2の制御回路が前記高パワー状態である場合に第2の制御回路に電力を供給するように構成され、(i)第1の時間にわたって前記第1の制御回路によって供給される第1の定電流、(ii)前記第1の時間後の第2の時間にわたって、前記第1の制御回路によって供給される前記第1の定電流よりも少ない第2の定電流、および(iii)前記第2の時間の後に第3の時間にわたって前記第1の制御回路によって供給される一定電圧で再充電される眼内レンズ。

請求項23

請求項22に記載の眼内レンズであって、前記少なくとも一つの充電可能バッテリは、第1の電圧を有する第1の充電可能バッテリおよび第2の電圧を有する第2の充電可能バッテリを含み、前記第1の制御回路は、前記第1の電圧が前記第2の電圧を下回ったことを決定する工程、前記第1の電圧が前記第2の電圧を下回ったという決定に応答して、放電させるべき前記第2の充電可能バッテリを選択する工程、前記第2の電圧が前記第1の電圧を下回ったことを決定する工程、および前記第1の電圧が前記第2の電圧を下回ったという決定に応答して、放電させるべき前記第1の充電可能バッテリを選択する工程を反復することによって第2の制御回路に電力を供給するようにさらに構成される眼内レンズ。

技術分野

0001

(関連出願の相互参照
本出願は、「An Application Specific IntegratedCircuit (ASIC) For Use In Intraocular Implants」という名称の2012年4月06日に提出された米国仮特許出願番号61/621,193号;「Electronic Control System for an Intraocular Implant」という名称の2012年04月24日に提出された米国仮特許出願番号61/637,564号;および「Rechargeable Batteries for Intraocular Implants」という名称の2012年04月25日に提出された米国仮特許出願番号61/638,016号の優先権を主張するものである。上記参照した各特許出願はその全体を参照によって本明細書に援用する。

背景技術

0002

近距離および中間距離物体焦点を合わす人々の能力に影響を及ぼす2つの大きな状態があり、それらは老眼および偽水晶体である。老眼は、高齢化にしばしば付随する、人間の目の水晶体での眼球調節運動喪失である。老眼の人々では、この眼球調節運動の喪失によって、最初に近距離の物体に焦点を合わせることができなくなり、その後に中間の距離の物体に焦点を合わせることが困難になる。米国には老眼の人が約9千万人から1億人いると推定されている。世界的には老眼の人が約16億人いると推定されている。

0003

老眼を矯正する標準的な道具は、老眼鏡、多焦点眼科レンズ、および単眼視野を提供することに適するコンタクトレンズである。老眼鏡は、近距離に焦点を合わせることができない問題を矯正するために単一の屈折力を有する。多焦点レンズは、広い範囲の距離での焦点問題を矯正するために、複数の焦点距離(すなわち、屈折力)を有するレンズである。多焦点光学部材は、眼鏡、コンタクトレンズ、およびIOLに使用されている。多焦点眼科レンズは、レンズの領域を異なる屈折力を有する領域に分割することによって機能する。多焦点レンズは、累進屈折力レンズ(PAL)等に見られるように連続性のある屈折力を生成する連続性のある表面から構成することができる。あるいは、多焦点レンズは、遠近両用眼鏡または三焦点レンズ等に見られるように不連続な屈折力を形成する不連続な表面から構成できる。単眼視野を提供することに適するコンタクトレンズは、異なる屈折力を有する2つのコンタクトレンズである。一つのコンタクトレンズは主に遠距離の焦点問題を矯正するためであり、および他のコンタクトレンズは主に近距離の焦点問題を矯正するためである。

0004

偽水晶体は眼球の水晶体をIOLと取り替えたものであり、通常白内障手術中に水晶体を外科的に切除した後に実施される。事実上、寿命が延びると人々は白内障になる。さらに、白内障にかかったほとんどの人々は、寿命のいずれかの時点で白内障手術を受ける。米国では毎年、約1200万もの白内障手術が実施されていると推定される。偽水晶体の人々は、水晶体の欠如によって、眼球の調節運動が完全に損なわれるので、近くの物体または中間距離の物体のどちらにも焦点を合わせることができない。

0005

従来のIOLは、遠くにある物体(たとえば、2メーターよりも遠い距離にある物体)を合焦させた網膜像を提供するための単焦点、球面レンズである。一般に、球面IOLの焦点距離(すなわち屈折力)は、での小角度(たとえば、約7度)の範囲で遠くの物体が見えるように選択される。残念ながら、単焦点IOLは固定焦点距離なので、眼球の自然な眼球調節運動応答まねる、または、置き換えることはできない。幸いなことに、液晶セルなどの電気活性素子を備える眼科デバイスは、損傷または除去された水晶体眼球の調節運動に変わって、可変の屈折力を提供するために使用できる。たとえば、その全体が参照によって本明細書に援用されるBlum et al.,の米国特許第7,926,940号に開示されているように、動的な可変屈折力を提供するように、電気活性素子をシャッターとして使用できる。

課題を解決するための手段

0006

開示された技術の実施形態は、無水晶体または偽水晶体の処置に適切なインプラント可能な眼下用デバイスなどのインプラント可能なデバイスを含む。デバイスは、第1の充電可能バッテリおよび第1の充電可能バッテリと動作可能に結合されるプロセッサを含むこともできる。プロセッサは、第1の定電流を使用して第1の時間、第1の充電可能バッテリを充電するように構成できる。プロセッサは、第1の定電流よりも少ない第2の定電流を使用して第2の時間、第1の充電可能バッテリを充電するようにも構成できる。プロセッサは、一定電圧を使用して第3の時間、第1の充電可能バッテリを充電するようにも構成することもできる。

0007

いくつかの実施形態では、第1の充電可能バッテリは、固体リチウムバッテリまたはリチウムイオンバッテリである。いくつかの実施形態では、第1の充電可能バッテリの体積は5立方ミリメータ未満である。いくつかの実施形態では、プロセッサは、第1の充電可能バッテリの電圧が第1の閾電圧を超えた場合に、第1の時間の終了を決定するように構成される。いくつかの実施形態では、プロセッサは、第1の充電可能バッテリの電圧が第2の閾電圧を超えた場合に、第2の時間の終了を決定するように構成される。いくつかの実施形態では、第2の定電流は、実質的に第1の定電流の半分に等しい。たとえば、第1の定電流は、約20μAから約40μAであり得る。

0008

いくつかの実施形態では、プロセッサは、電力変換モジュールを含むことができる。電力変換モジュールは、インプラント可能なデバイスの外部にある電力源から電力受電し、前記電力を第1の定電流、第2の定電流、および一定電圧に変換するように構成することができる。たとえば、電力源は、無線周波数源または光源であり得る。

0009

いくつかの実施形態では、デバイスは、プロセッサと動作可能に結合される第2の充電可能バッテリを含むことができる。プロセッサは、第3の定電流を使用して第4の時間、第2の充電可能バッテリを充電するようにも構成することができる。プロセッサは、第3の定電流よりも小さい第4の定電流を使用して第5の時間、第2の充電可能バッテリを充電するようにも構成することができる。プロセッサは、第2の定電圧を使用して第6の時間、第2の充電可能バッテリを充電するようにも構成することもできる。いくつかの実施形態では、デバイスは、プロセッサと動作可能に結合される電気的に活性な構成要素を含むこともできる。電気的に活性な構成要素は、インプラント可能なデバイスの少なくとも一つの光学特性を調節するように構成することもできる。

0010

開示された技術の他の態様はバッテリを充電する方法に関する。他の方法は、第1の定電流を含む。他の方法は、充電可能バッテリの電圧を使用して第1の時間、充電可能バッテリを充電する工程が第1の閾値を超えることを決定する工程を含む。他の方法は、第1の定電流よりも少ない第2の定電流を使用して第2の時間、充電可能バッテリを充電する工程を含む。他の方法は、充電可能バッテリの電圧が第2の閾値を超えることを決定する工程を含む。該方法は、一定電圧を使用して第3の時間、充電可能バッテリを充電する工程を含むこともできる。

0011

公開された技術の別の態様は、眼下用光学装置に関する。眼下用光学装置は、光学特性を変動するように構成される電気的に活性な構成要素を含むことができる。眼下用光学装置は、光レベルまたは生理学的反応の変化を検知することに応答して、それから約100ミリ秒未満でセンサー信号を生成するように構成されるセンサーを含むことができる。眼下用光学装置はセンサーと動作可能に結合される第1の制御回路であって、センサー信号をサンプルし、センサー信号に応答してセンサー信号のサンプリングから100ミリ秒以内に駆動信号を生成するように構成される第1の制御回路を含むことができる。眼下用光学装置は、第1の制御回路および電気的に活性な構成要素と動作可能に結合される第2の制御回路を含むこともできる。第2の制御回路は、駆動信号を受信するように構成できる。第2の制御回路は、駆動信号に応答して眼下用光学装置の光学特性を変動させるために、低パワー状態から高パワー状態へ遷移させ、駆動信号の受信から約5ミリ秒以内に電気的に活性な構成要素を動作させるように構成することもできる。第2の制御回路は、第2の制御回路からの電流の漏れを最小化するために、電気的に活性な構成要素を動作させてから約5ミリ秒以内に高パワー状態から低パワー状態へ遷移させるように構成することもできる。

0012

いくつかの実施形態では、第1の制御回路は、センサー信号を約200ミリ秒から約310ミリ秒の間隔でサンプルするように構成される。いくつかの他の実施形態では、第1の制御回路は、非周期的にセンサー信号をサンプルするように構成される。

0013

開示された技術の他の態様は、光レベルまたは生理学的反応の変化に応答して、眼下用光学装置の光学特性を変更する方法に関連する。他の方法は、光レベルまたは生理学的反応の変化を感知する工程を含む。他の方法は、光レベルまたは生理学的反応の変化の検知から約100ミリ秒以内にセンサー信号を生成する工程を含む。他の方法は、第1の制御回路でセンサー信号をサンプリングする工程を含む。他の方法は、センサー信号のサンプリングから100ミリ秒以内に第1の制御回路で駆動信号を生成する工程を含む。他の方法は、第2の制御回路からの電流の漏れを最小化するために駆動信号に基づいて眼下用光学装置を動作させる工程を含む。他の方法は、第2の制御回路で駆動信号を受信する工程を含む。他の方法は、駆動信号に応答して、第2の制御回路を低パワー状態から高パワー状態へ遷移させる工程を含む。他の方法は、駆動信号の受信から約5ミリ秒以内に眼下用光学装置の特性を変化させるように、第2の制御回路の電気的に活性な構成要素を動作させる工程を含む。他の方法は、第2の制御回路からの電流の漏れを最小化するために、電気的に活性な構成要素を動作させてから約5ミリ秒以内に、第2の制御回路を高パワー状態から低パワー状態へ遷移させる工程をも含む。

0014

開示された技術の他の態様は、インプラント可能なデバイスに関する。インプラント可能なデバイスは、第1の電圧を有する第1の充電可能バッテリ、第2の電圧を有する第2の充電可能バッテリ、および第1の充電可能バッテリと動作可能に結合されるプロセッサおよび第2の充電可能バッテリを含むことができる。プロセッサは、第1の電圧が第2の電圧を下回ったことを決定できるように構成される。プロセッサは、第1の電圧が第2の電圧を下回ったという決定に応答して、放電させるべき第2の充電可能バッテリを選択できるように構成される。プロセッサは、第2の電圧が第1の電圧を下回ったことを決定できるように構成される。プロセッサは、第1の電圧が第2の電圧を下回ったという決定に応答して、放電させるべき第1の充電可能バッテリを選択することができるように構成される。いくつかの実施形態では、プロセッサはこれらのステップを反復して実施するように構成される。

0015

いくつかの実施形態では、第1の充電可能バッテリまたは第2の充電可能バッテリは、少なくとも一つの固体リチウムバッテリおよびリチウムイオンバッテリを含む。第1の充電可能バッテリまたは第2の充電可能バッテリは、5立方ミリメータ未満の体積を有することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサはさらに、第1の電圧が第1の閾値を下回ったことを決定し、第2の電圧が第2の閾値を下回ったことを決定し、および第1の電圧が第1の閾値を下回ったことの決定および第2の電圧が第2の閾値を下回ったことの決定に応答して、第1の充電可能バッテリおよび第2の充電可能バッテリからの電力潮流を減少させるように構成される。

0016

いくつかの実施形態では、デバイスは、プロセッサと動作可能に結合される電気的に活性な構成要素、第1の充電可能バッテリ、および第2の充電可能バッテリをも含む。電気的に活性な構成要素は、第1の充電可能バッテリおよび第2の充電可能バッテリの少なくとも一つから電力が供給される場合に、インプラント可能なデバイスの光学特性を変動させるように構成されることができる。

0017

開示された技術の他の態様は、眼下用光学装置に関する。眼下用光学装置は、光レベルおよび生理学的反応の少なくとも一つを感知するように構成されるセンサーを含む。眼下用光学装置は、眼内レンズの光学特性の少なくとも一つを変動させるように構成される電気的に活性な構成要素をも含む。眼下用光学装置は、センサーと動作可能に結合される第1の制御回路であって、センサー信号をサンプルし、センサー信号に応答してセンサー信号のサンプリングから100ミリ秒以内に駆動信号を生成するように構成される第1の制御回路をも含む。眼下用光学装置は、第1の制御回路および電気的に活性な構成要素と動作可能に結合される第2の制御回路をも含む。

0018

第2の制御回路は、駆動信号を受信するように構成できる。第2の制御回路は、低パワー状態から高パワー状態へ遷移させ、駆動信号に応答して眼下用光学装置の光学特性の少なくとも一つを変動させるために電気的に活性な構成要素を動作させるように構成できる。第2の制御回路は、第2の制御回路からの電流の漏れを最小化するために、高パワー状態から低パワー状態へ遷移させて電気的に活性な構成要素を駆動させるように構成できる。

0019

眼下用光学装置は、第1の制御回路および第2の制御回路と動作可能に結合される少なくとも一つの充電可能バッテリをも含むことができる。少なくとも一つの充電可能バッテリは、第2の制御回路が高パワー状態である場合に第2の制御回路に電力を供給するように構成し、および、第1の時間にわたって第1の制御回路によって供給される第1の定電流、第1の時間後の第2の時間にわたって、第1の制御回路によって供給される第1の定電流よりも少ない第2の定電流、および第2の時間の後に第3の時間にわたって第1の制御回路によって供給される一定電圧によって再充電されるように構成することもできる。

0020

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの充電可能バッテリは、第1の電圧を有する第1の充電可能バッテリおよび第2の電圧を有する第2の充電可能バッテリを含む。第1の制御回路は、さらに、第1の電圧が第2の電圧を下回ったことを決定する工程、第1の電圧が第2の電圧を下回ったという決定に応答して、放電させるべき第2の充電可能バッテリを選択する工程、第2の電圧が第1の電圧を下回ったことを決定する工程、および第1の電圧が第2の電圧を下回ったという決定に応答して、放電させるべき第1の充電可能バッテリを選択する工程によって第2の制御回路に電力を供給するように構成され得る。いくつかの実施形態では、第1の制御回路は、これらのステップを繰り返すように構成することができる。

0021

前述した概要は単に説明を目的にしたものであって、如何なる意味においても本願を限定することを意図したものではない。上述された説明された態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、以下の図面および詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。

0022

本明細書に取り込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の原理を説明する事に役立つ明細書と共に、本発明の実施形態を説明する。

図面の簡単な説明

0023

例示される実施形態による眼内レンズ(IOL)の斜視図である。
例示される実施形態による図1Aに示されるIOLの分解図である。
例示される実施形態による、図1AのIOLなどのインプラント可能なデバイスの使用に好適な第1のASICおよび第2のASICを示す。
例示される実施形態による図2に示される第1のASICおよび第2のASICの状態遷移図である。
例示される実施形態による、図1AのIOLなどのインプラント可能なデバイスの信号処理特性を示すタイミング図である。
例示される実施形態による、図1AのIOLなどのインプラント可能なデバイスの使用に好適なリチウムイオン充電可能バッテリの図である。
例示される実施形態による、図1AのIOLなどのインプラント可能なデバイスの使用に好適な充電可能な固体バッテリの図である。
例示される実施形態による、図1AのIOLなどのインプラント可能なデバイスの使用に好適なバッテリ充電回路を示す回路図である。
例示される実施形態による、図5Aのリチウムイオンバッテリまたは図5Bの固体バッテリなどのバッテリの充電特性を示すグラフである。
例示される実施形態による、充電可能バッテリを充電するためのプロセスのフローチャートである。
例示される実施形態による、図2に示される2つのバッテリの放電特性を示すグラフである。
例示される実施形態による、実質的に同時に2つの充電可能バッテリを放電するためのプロセスのフローチャートである。

実施例

0024

ここで発明の望ましい実施形態が図面に開示される。同一または類似の部分を参照する場合には、同一または同様の参照番号を使用する。

0025

インプラント可能な眼下用デバイスのための電気制御システム

0026

この発明は全般的に、インプラント可能な眼下用デバイスなどのインプラント可能なデバイスの電力管理に関する。図1Aは、患者視力を動的に修正または調節する使用のための眼内レンズ(IOL)などの例示的なインプラント可能な眼下用デバイス100を示す。デバイス100は電力供給源を含み、この場合には、充電可能バッテリ140であり、第1の特定用途向け集積回路(ASIC)130aおよび第2のASIC130bに結合される。バッテリ140は、例えば、約4V以下の比較的低い電圧で、電流をASIC130aおよびASIC130bの両方に供給する。第1のASIC130aは、例えば、約5Vから約11Vの比較的高い電圧で動作する電気的に活性な構成要素160と結合する。および第2のASIC130bは低電圧(例えば、約5V以下)で動作し、調節的なトリガーを示す周囲の条件および/または生理学的条件監視し、および、第1のASIC130aを制御する。

0027

電気的に活性な構成要素160は、動的に可変な屈折力および/またはデバイスの曲面によって提供される(オプションの)静的な屈折力に加えられる被写界深度を提供する。たとえば、電気的に活性な構成要素160は、被写界深度を増加または減少させるために、調節的なトリガーに応答して開閉する可変開口直径として機能できる。デバイス100は、目の調節的応答を検出するための光検出器またはイオンセンサーなどのセンサー180、および無線周波数電力または通信データを受信するためのアンテナ190を含むこともできる。電子機器は、ガラス樹脂プラスチック、あるいは、いずれかの他の適切な材料で形成できるデバイス100それ自体の内部に埋め込まれ、あるいは密封されることができる。

0028

図1Bは、図1Aに示されるインプラント可能な眼下用デバイス100の分解図である。デバイスは空洞110および貫通孔112を含み、これらはデバイス100から目に異物漏洩することを防止するため密封される。ここで定義するように、密封された空洞または貫通孔は、米国材料試験協会(ASTM)E493/E493M−11の漏れ速度が5.0×10−12Pam3s−1未満のヘリウム漏れ試験合格する空洞または貫通孔である。いくつかの実施形態では、ヘリウムが検知されない間に気密シールから漏れ出すヘリウムの量は、すなわち、通常のヘリウムの大気濃度よりも低い。

0029

組み立て体100は、電子部品—、この場合には、異なる機能ブロックを備え、追加の電子部品に装着されてもよいASIC130であってー中間ウエハー104の空洞110に配置されるASIC130を含む。ASIC130は、TiAgNiAuパッド材料を介した、熱圧縮ボンディングを使用してサブ構成要素に、すべての3次元方向に対して機械交差±10μmで装着されることができる。組み立て体は、01005SM表面実装コンデンサなどのAgPbコンデンサー(図示せず)を含むこともでき、それはプリント基板(PCB)(図示せず)に異方性導電接着剤横方向アライメント公差±50μmで結合される。好ましい実施形態では、PCB表面からコンデンサの頭部までの全高は約255±10μmである。

0030

空洞110は、底面ウエハー102と上部ウエハー106との間の中間ウエハー104中の密封開口部によって規定され、レーザー溶融ボンディング、圧力ボンディング、および/または陽極ボンディング一緒に使用して結合できる。電気的に活性化するセル160およびオブスキュレーション162などの他の構成要素は、入射光の90%以上を吸収する不透明層を構成し、ウエハー102、ウエハー104、およびウエハー106の間に装着または密封され、ホウケイ酸ガラス(例えば、Borofloat(登録商標)33あるいはD263(登録商標))、純粋シリカ(SiO2)、溶融石英、あるいは、いずれかの他の適切な材料によって形成できる。

0031

ASIC130は上部ウエハー106を通り抜ける貫通孔112を介してバッテリ140に電気的に接続される。充電可能なバッテリ140は、セパレータ144によって分離して保持され、25年以上にわたって漏れないように保護するケーシング142で覆われているセル141を含む。バッテリケーシング分離リング146は組み立て体100の他の部分からセル141を絶縁し、および、バッテリ挿プレート148はバッテリ140を保持し、その構成要素は上部ウエハー106に対して適切な位置に配置される。

0032

組み立て体100は、バッテリ140を再充電するために使用できる、誘導アンテナコイル150および太陽電池170も含む。コイル150および太陽電池170は、外部のプロセッサと無線通信するために使用されることができ、例えば、ASIC130の1つまたは両方をアップデートおよび/またはメモリに記憶されている情報を抽出する。太陽電池170は、調節的なトリガー、瞳孔直径の変化、および/または他の生理学的または環境指標平均感度約0.48nA/luxmm2で検出するためにも使用されることができる。いくつかの実施形態では、組み立て体100は2つのTiAu−PIN−ZnO太陽電池を含み、第1のセルの直径は約1.175〜1.225mmであり、第2のセルの寸法は約0.1mm×1.8mmである。いくつかの実施例では、コイル150は外周5.7mm×2.6mmの周りに約15巻きが巻かれている。

0033

コイル150および太陽電池170も、貫通孔112を介してASIC130に電気的に連通する。例えば、ASIC130のいずれか1つのバッテリ充電器(図示せず)は、その全体を参照によって本明細書に援用するPCT/US2011/040896号Fehr et al.,に記載されているように再充電プロセスを制御できる。同様に、ASIC130のいずれか1つのプロセッサは、PCT/US2011/040896号Fehr et al.,に記載されているように、瞳孔直径を示す太陽電池170から信号を受信できる。プロセッサは、例えば、その全体を参照によって本明細書に援用する米国特許第7,926,940号Blum et al.,に記載されているように、太陽電池170からの信号に応答して電気的に活性化するセル160によって規定される開口部の直径をも制御できる。

0034

図1Bに示されるインプラント可能な眼下用デバイス100は例示的な図である。いくつかの実施形態では、インプラント可能な眼下用デバイス100は、図1Bに示されるよりも多くのまたは少ない構成部品を含むことができる。構成要素の配置は、さまざまな実施形態で異なってもよい。たとえば、コイル150はバッテリ140の周りを巻いてもよい。バッテリ140の周りにコイル150を巻くことによって、コイル150の機械的な安定性が良くなるが、(例えば、コイル150の前のバッテリ140で)インプラントの組み立て方制約が課されるかもしれない。バッテリ140はコイル150および外部の電磁波源(アンテナ)との間の誘導結合による干渉も受ける可能性がある。

0035

コイル150は分離支持体152の周りに巻かれることもできる。いくつかの場合には、非球面レンズまたは球面レンズなどの光学部品は、支持体152に組み込まれてもよい。たとえば、支持体の外面の一部は、屈折入射光または回折入射光に対して曲がり、または模様があってもよい。分離支持体152を使用すると、コイル150を実装する前のいくつかの部品を(例えば、バッテリ140)実装するために必要な困難性が解消され、製造工程の柔軟性も増す。それによって、コイル150を可能性がある干渉源から遠くに距離を置くことが可能になることによって、コイルの結合効率を最適化することが可能になる。しかしながら、分離支持体152を使用することによって、インプラント可能な眼下用デバイスの製造の複雑さ、および、全質量を増す可能性がある。

0036

あるいは、コイル150は自立的であってもよく、すなわち、いかなる追加の支持体も必要としない。他のコイルと同様に、自立コイルは機械交差の中で配置されなければならなく、接着剤を使用してウエハーに対して適切な位置に保持できる。アクリル、樹脂、または他の媒体の中に電子機器組み立て体100が封入される間、自立コイルが変形しないように注意が必要である。

0037

コイル150とASIC130の間の貫通孔の必要性を削減するためにコイル150を空洞の中に密封させることもできる。この実施例の場合には、コイル150は、「ディスク」の片面に2つの電気的接続を備える0.3mm厚ガラス「ディスク」の中に埋め込まれる。コイル150が空洞の中に密封されるので、絶縁層およびコイルワイヤのために非生体適合性材料を使用できる(例えば、金の代わりに銅)。空洞の中にコイル150を密封することによって、コイル150を空洞内の構成要素に接続するための生体適合性導電性材料の使用の必要性を削減する。

0038

図2は、例示される実施形態による、図1AのIOL100の第1のASIC130aおよび第2のASIC130bを示す。第1のASIC130aは、電力およびデータ管理のための磁気アンテナ180を備える無線周波数(RF)フロントエンド202を含む。いくつかの実施形態では、磁気アンテナ180は外部の無線周波数源から電力を受電でき、磁気アンテナ180はバッテリ140を充電するためのバッテリ充電および電力管理モジュール204によって使用できる。バッテリ充電および電力管理モジュール204は、以下により詳細に記述されるように、第1のASIC130aおよび第2のASIC130bに電力を供給するためにバッテリ140を放電させることもできる。

0039

バッテリ充電および電力管理モジュール204は、図1Aの電気的に活性な構成要素160に対応する、回折光学素子DOE)260を駆動する第1のASIC130a内の回折光学素子(DOE)ドライバ210とも結合する。以下に説明されるように、DOE260が駆動される、第1のASIC130aが高電力すなわち活性状態に入っていない場合は、第1のASIC130aは低パワー状態を維持する(スリープ状態または非活性状態としても知られる)。活性状態にある場合、第1のASIC130aはバッテリ充電および電力管理モジュール204と結合する、DOE260を動作させる(例えば、DOE260によって規定される開口部の開閉動作)ための高電圧信号を生成するチャージポンプ208を活性化する。動作が一旦完了すると、第1のASIC130aは低パワー状態に戻り、チャージポンプ208またはバッテリ充電および電力管理モジュール204からの漏れ電流を低減する。

0040

第1のASIC130aはシステムパラメータを記憶するための電気的に消去プログラム可能な読み出し専用メモリ(EEPROMモジュール206を含むこともできる。第1のASIC130aは、第1のASIC130aの中のさまざま構成要素間のデータ転送を制御するように構成することができるローカルデータフロー制御モジュール212を含むこともできる。第1のASIC130aの発信器214は、第1のASIC130aと第2のASIC130aの両方の構成要素間で同期通信するためのタイミング信号を供給する。

0041

いくつかの実施形態では、第1のASIC130aは、低電圧降下(LDO)レギュレータ216およびバンドギャップ基準(BGR)回路218を含むこともできる。LDOレギュレータ216は、安定化されていない充電電圧を安定化した電力供給電圧に変換するDCリニア電圧レギュレータである。BGR回路218は、温度で、たとえあったとしても、ほとんど変動しない参照電圧(例えば、1.25V)を出力する電圧基準回路である。すなわち、BGR回路の参照電圧は温度が変動しても安定したままである。BGR回路218からの参照電圧は、以下により詳細に記述されるように、いつバッテリ140が充電、放電等されるべきかを決定するために充電電圧と参照電圧を比較するコンパレータ(図示せず)を含む電力管理ブロック204を備える他のASICブロックに入力される。

0042

第2のASIC130bは、1つ以上の光検出器210に結合する。光検出器210は、目を取り囲む周囲光レベルを決定できる。光検出器210によって決定された周囲光レベルは、アナログデジタルコンバータ222によってデジタル信号に変換される。結果として得られるデジタル信号は、第1のASIC130aの動作を制御するために、第2のASIC130bによって使用される。たとえば、第2のASIC130bは、周囲光レベルに基づいた動作アルゴリズムを実装するためのロジックモジュール220を含むことができる。次に、アルゴリズムの結果を、それに応じてDOEを動作させることができる第1のASIC130aと通信することができる。第2のASIC130bは、ランダムアクセスメモリ(RAM)モジュール224を含むことができ、それは光検出器210によって決定された周囲光レベル、ADCモジュール222からのデジタル出力、およびロジックモジュール220によって使用されるべきパラメータなどの情報を記憶するように構成することができる。第1のASIC130aおよび第2のASIC130bは、第1のASIC130aと第2のASIC130b間の通信を補助するためのチップ間インターフェースモジュール226をそれぞれ備えることができる。

0043

インプラント可能な眼下用デバイスの動作

0044

図3は、図2に示されるASICの遷移状態を示す状態遷移図である。第1のASICおよび第2のASICは、異なるデバイスステートに対応する4つの主な電源条件を有することができ、これらのすべてが以下の表1に挙げられる。システムオフの場合には、低電圧ASIC(例えば、第2のASIC130b)は、電力が供給されないアイドルモード305であり、および高電圧ASIC(例えば、第1のASIC130a)がスリープ運転停止ステート310である。通常の動作条件では、例えば、ユーザが日常生活を送る場合には、システムは自律的な治療機能モードで動作し、調節的応答の検出に対応して自動調節機能が付与される。デバイスが自律的な治療機能モードで動作する場合、高電圧ASICがその動作モード315にスイッチし、低電圧ASICはアイドルモードを維持する。患者に自律的な治療機能を提供し続ける限りデバイスを充電できおよび/または外部の読み取り器と無線通信できる。充電および自律的な治療機能を提供する場合は、低電圧ASICは外部から(例えば、誘導的に)電力が供給されるステートにスイッチし、高電圧ASICはその動作モードを維持する。デバイスは自律的な治療機能を提供しないで充電および/または無線通信することも可能であり、この場合には高電圧ASICは動作を停止し、電力消費電流漏れを低減する。

0045

いずれの場合にも、「割り込み」信号(spi_vdd)を高電圧ASICにチップ間インターフェースを介して発行することによって、低電圧ASICは高電圧ASICのステートを変更できる。高電圧ASICが電源オフステート310にある場合には、低電圧ASICが高電圧ASICにパワーオンを開始させ、一時的なオン状態360に設定し、チップ間インターフェースをコマンド受信状態にさせる。

0046

図3に示されるように、(RF)キャリア信号を眼下用デバイスの(RF)フロントエンド共振回路に適用して、低電圧ASICは、アイドル状態305から動作状態320に遷移できる。たとえば、眼下用デバイスを駆動または眼下用デバイスに新しいデータをアップロードするために、患者は遠隔制御器を使用できる。あるいは、患者は充電ユニットで眼下用デバイスを充電できる。

0047

(RF)フロントエンド共振回路が無線周波数キャリア信号を検出すると、それは信号を低電圧ASICの制御ロジックセクションブロックに送信する。(RF)磁界の適用開始時点では、制御ロジックセクションブロックは(RF)磁界が通信のために適用されているか、および/または、バッテリ充電されているか、またはその両方であるかわからない。ロジックセクションブロックは(RF)信号を検査し、通信モードまたはバッテリ充電モードに入るかを決定する。同時に、ローカルメモリ(EEPROM)ブートシーケンスによって、低電圧ASICに要求される関連する制御ビットのローカルデータラッチへの転送が開始される。これらのビットには、rf同調のためのトリムビットまたはバッテリ充電のための制御ビットが含まれてもよい。

0048

ロジックセクションブロックが通信モードに入るべきであると決定すると、遠隔制御器とデータ通信を開始し(ステート345)、遠隔制御器からのコマンドを処理し(ステート350)、およびローカルメモリからの情報を記憶/抽出する(ステート355)。ロジックセクションブロックが充電モードに入るべきであると決定すると、それは定電流充電を開始し(ステート325)、次にEEPROMをブートし(ステート330)および一旦、バッテリが上述したあらかじめ定められた充電レベルに到達すると、一定電圧充電にスイッチする(ステート335)。一旦、通信または充電が終了すると、患者は遠隔制御器または充電ユニットを外し、および低電圧ASICはアイドル状態305に戻る。

0049

図4は、図1Aに示されるようなインプラント可能な眼下用デバイスの信号処理特性を示すタイミング図である。タイミング図はIOLによってインプラントされる周期的なプロセスの2つのサイクルを示す。各サイクルはTsampleで示されるサンプル期間405の間続く。いくつかの実施形態では、Tsampleは約200msから約310msの範囲である。このサンプル期間の継続によって、インプラント可能な眼下用デバイスは、健康な目を模倣する調節に十分な調節的なトリガーを検出および応答できる。

0050

各サイクルは一対の順次光検出器ポーリング期間410および412で開始し、それらのそれぞれは約0msから約40ms(例えば、5ms、10ms、20ms、30ms、あるいは40ms未満のいずれかの他の値)である。第1のポーリング期間410の間、低電圧ASICの制御ロジックは、第1の光検出器からの光電流電荷パケット、電圧の変化などのアナログ電気信号ポーリングし、積分し、あるいは、サンプリングする。低電圧ASICのADCは、このアナログ信号を第1の光検出器によって検出された光レベルを示すデジタル信号に変換し、第1のADCラッチング期間414の間にデジタル信号をラッチする。次に第1の光検出器から出力された電気信号はアナログデジタルコンバータ(例えば、図2のADC220)を使用してデジタル信号に変換される。第2の光検出器は、第2のポーリング期間412に周囲光をアナログ信号に変換し、次にそれはデジタル信号に変換されおよび第2のラッチ期間414にADCによってラッチされる。ポーリングおよびラッチ期間は、時間tacqの間続くアクイジッション期間415に発生し、その時間は約100ms未満(例えば、10ms、20ms、30ms、40ms、50ms、60ms、70ms、80ms、90ms、あるいは、0msから100msの間のいずれかの他の値)であり得る。

0051

低電圧ASICのロジックモジュールは、第2のラッチ期間414の後に開始される処理期間420の間に、デジタル信号を処理する。処理の間に、ロジックモジュールは、デジタル信号とメモリのルックアップテーブルに記憶されている値を比較する。比較の結果で周囲光レベルが調節的なトリガーの存在を示す方法で変化したことを示す場合には、低電圧ASICは、図2のDOE260などの電気的に活性な構成要素を制御するために使用される駆動信号を生成する。いくつかの実施形態では、処理期間420は、約100ms未満(例えば、10ms、20ms、30ms、40ms、50ms、60ms、70ms、80ms、90ms、あるいは、0msから100msの間のいずれかの他の値)の間続く。駆動信号は、スリープ状態から活性状態に遷移することで応答する高電圧ASIC(例えば、図2の第1のASIC130a)に伝送され、DOE260を駆動し、約5ms未満(例えば、約1ms、2ms、3ms、または4ms)の制御ラッチ期間425の間にスリープ状態に戻る。高電圧ASICは(例えば、全サイクル期間405で約3%以下のデューティサイクルの間)だけ活性状態にあるので、高電圧ASICの消費電力は小さく、漏れ電流が小さい。DOE260動作後のオプションの待ち期間430の後に、サイクルは再び開始する。

0052

制御ラッチ期間425の正確な長さは、DOE260の動作状態の程度と方向に少なくとも部分的に依存する。例えば、DOE260が完全透過状態(例えば、90%透過)から完全不透明状態(例えば、0%透過)へ遷移するには、部分的に透過状態(例えば、60%透過)から部分的に不透明状態(例えば、10%透過)へ遷移する場合に比べてより時間がかかる。同様に、DOE260はヒステリシスを示す場合がある。例えば、不透明状態から透過状態への遷移はその反対よりも時間がかかる。DOE260が駆動されるピクセルの数、配置、および位置は制御ラッチ期間425の長さにも影響をおよぼす。

0053

インプラント可能な眼下用デバイスのための充電可能なバッテリ

0054

図5Aは、図1Aおよび図1Bのインプラント可能な眼下用デバイス100などのインプラント可能なデバイスの使用に好適なリチウムイオン充電可能バッテリ500を示す。たとえば、バッテリ500は図2に示されるいずれかのバッテリ140に対応する。バッテリ500はケーシング510を含み、それは金あるいは、いずれかの他の適切な材料から形成できる。バッテリ500はアノード520とカソード530をも含み、図2バッテリセル141に対応できる。アノード520およびカソード530は、2つのセパレータ540によって分離される。バッテリ500は、例えば金レーザー溶接によってウエハー106上で密封されることができる。いくつかの実施形態では、バッテリ500は160μAhの容量を持つことができ、寿命は6000充電サイクル以上である。

0055

図5Bは、図1Aおよび図1Bのインプラント可能な眼下用デバイス100などのインプラント可能なデバイスの使用に好適な薄膜、固体バッテリ550を示す。バッテリ550は、図2に示されるバッテリ140のいずれか、または両方に使用することができる。いくつかの実施形態では、バッテリ550は図5Aのリチウムイオン充電可能バッテリ500とともに使用することができる。バッテリ550はマイカから形成できる基板560に形成される。基板560の厚さは約25ミクロンであり得る。電気的接触部565は基板560の上に形成できる。いくつかの実施形態では、接触部565はプラチナで形成され、その厚さは約0.5ミクロンである。カソード層570は、電気的接触部565の頭部に形成できる。いくつかの実施形態では、カソード570はLiCoO2から形成でき、その厚さは約30ミクロンであり得る。電解質層575は、カソード570と接触できる。いくつかの実施形態では、電解質層575はLiPONから形成でき、その厚さは約3ミクロンであり得る。電解質層575はアノード580からカソード570を分離する。アノード580はリチウムから形成でき、その厚さは約18ミクロンまでの範囲である。第2の接触層585は、アノード580の頭部に形成できる。第2の接触部はプラチナから形成でき、例えば、その厚さは約0.5ミクロンである。

0056

いくつかの実施形態では、全バッテリ550の厚さは約80ミクロンであり、電気蓄積容量は約11μAh/mm3である。バッテリ550は非常に薄いので、屈曲するための柔軟性が十分にあり、例えば、体への小さな切開によって埋め込みが可能である。当業者には理解できるように、小さな切開によってより早く治癒する傾向があり、通常は大きな切開よりも腫れを軽減する。結果として、小さな切開でインプラントを実施することによって、回復期間が短くなり、合併症を起こす確率が小さくなり、および、あまり不快感を与えない傾向がある。

0057

さらに、インプラント可能なデバイスにとって、これは他のバッテリよりも安全である。たとえば、バッテリ550は、IOLの一部として患者の目に移植可能である。バッテリ550は固体デバイスなので、ガス漏れ、あるいは液体漏れの危険性がなく、不良バッテリあるいは損傷バッテリによる目への障害リスクが低減されることを意味する。

0058

インプラント可能な眼下用デバイスのためのバッテリ充電回路およびプロセス

0059

図6は、図1A図1B、および図2に示されるインプラント可能な眼下用デバイス100などのインプラント可能なデバイスに使用されるバッテリを充電するために適切なバッテリ充電回路660を示す回路図である。バッテリ充電器660は(RF)アンテナを介して誘導的に電力を取ることができ、例えば、整流回路を介してバッテリに電流を供給する。(RF)アンテナは図1Aの(RF)アンテナ190に対応する。バッテリ充電回路660は1つ以上のトリミングブロック661を含み、そのそれぞれはスイッチ664と負荷コンデンサ668の両方に直列に結合される同調コンデンサ662を含む。図6に示されるように、スイッチ664と負荷コンデンサ668は並列に配置される。スイッチ664を閉じると同調コンデンサ662は負荷666に接続され、インピーダンスが大きくなり外部の電力供給源から整流回路に良好な電力潮流を供給する。トリミングブロック661は、電力潮流を最適化するために要求通りに活性化または非活性化され得る。一旦、バッテリ充電回路660が適切に設定されると、磁界がデバイスに電流を誘起する。整流回路によって、バッテリを充電するためのDC電圧を得ることができる。

0060

図7は、図6充電回路660を使用して、図5Aのリチウムイオンバッテリ500、あるいは、図5Bの固体バッテリ550などの充電可能バッテリの充電プロセス(再充電プロファイル)を示すグラフである。グラフは、第1の時間710(tCCQ)、第2の時間720(tCCS)、および第3の時間730(tCV)の3つの時間にわたる充電電圧レベル702およびバッテリ電流ベル704を示す。第1の時間710に大きな電流を印可し、第2の時間720により小さな電流を印可すると、バッテリにとってより高速な全充電プロセスを得ることができる。

0061

いくつかの実施形態では、電流704は、図2のバッテリ充電および電力管理モジュール204などの制御モジュールによってバッテリに印可できる。グラフに示されるように、充電電圧は時間ゼロ(すなわち、第1の時間710の開始時点)のVstartから始まる。ICCQによって示される定電流は第1の時間710の間中ずっとバッテリに印可されると、第1の時間710の終了時点でVBAT,EOCで示されるあらかじめ定められたバッテリ充電終了電圧に到達するまで、バッテリの電圧702が線形に増加する。バッテリ充電終了電圧はバッテリに応じた値であってもよく、例えば、図2のバッテリ充電および電力管理モジュール204によって検出されることができる。バッテリ充電および電力管理モジュール204は、充電電圧がバッテリ充電終了電圧に到達したことを感知すると、時間710を終了することを決定する。

0062

次に、電流704は第2の時間720の開始時点でICCSで示されるレベルに低減され、第2の時間720の間中ずっと一定に維持される。いくつかの場合には、この第2の電流レベルICCSは、第1の時間710に印可される定電流レベルICCQの約半分である。電流の低減によって充電電圧702は時間720の開始時点で降下するが、再び充電終了電圧に到達するまで、時間720の間中ずっと電圧は線形に増加する。いくつかの実施形態では、充電電圧702の増加の割合は、印可される電流704のレベルに比例する。したがって、第2の時間720の間、減少した電流704によって電圧702は低い割合で増加する。

0063

充電電圧702が充電終了電圧に到達したことを感知すると、バッテリ制御モジュールは第2の時間720が終了したことを決定する。それに応答して、バッテリ制御モジュールは電流704を、時間730の終了時にIstopで示されるレベルに到達するまで低減させる。バッテリ制御モジュールは、印可される電流を変化させて、第3の時間730の間中ずっと充電電圧702を充電終了電圧に維持する。

0064

図8は、例示される実施形態による充電可能バッテリを充電するためのプロセス800のフローチャートである。プロセス800は第1の定電流で第1の時間バッテリを充電する工程(ステップ805)を含む。いくつかの実施形態では、第1の時間は、図7の時間710に対応し、および第1の定電流は電流レベルICCQに対応する。第1の時間の間、充電電圧は印可される第1の定電流に応答して線形に増加する。プロセス800は、バッテリ電圧が第1の閾値を超えることを決定する工程(ステップ810)も含むことができる。たとえば、第1の閾値は図7に示される充電終了電圧VBAT,EOCに等しい値であり得る。充電電圧が第1の閾値以上になると、第1の時間は終了し得る。

0065

プロセス800は、第2の定電流で第2の時間バッテリを充電する工程を含むことができる(ステップ815)。いくつかの実施形態では、第2の時間は図7の時間720に対応する。第2の電流は第1の定電流未満であり得る。例えば、第2の電流は第1の電流の約40%から60%であり得る(例えば、45%、50%、55%、あるいは40%から60%の間のその他のいずれかのパーセンテージ)。いくつかの実施形態では、第2の定電流は電流レベルICCSに対応する。第2の時間の間、印可される第2の定電流に応答して充電電圧は線形に増加し得る。電圧の増加の割合は、第1の時間の間バッテリが経験した電圧の増加の割合よりも大きくまたは小さくてもよい。

0066

プロセス800は、バッテリ電圧が第2の閾値を超えることをASICの制御モジュールが決定する工程(ステップ820)をも含むことができる。いくつかの実施形態では、第2の閾値は第1の閾値と等しい値であり得る。たとえば、第2の閾値は図7に示される充電終了電圧VBAT,EOCに等しい値であり得る。第2の時間は、充電電圧が第2の閾値以上になった時に終了し得る。

0067

プロセス800は、一定電圧で第3の時間バッテリを充電する工程をも含むことができる(ステップ825)。たとえば、第3の時間は図7に示される時間730に対応し、および一定電圧は、VBAT,EOCに等しくあり得る。一定電圧を達成し、例えば、一定電圧レベルを維持するために、バッテリに印可される電流は低減され得る。バッテリに蓄積される電荷が増加すると、一定電圧を維持するために要求される電流は小さくなる。いくつかの実施形態では、バッテリに印可される電流は図7に示されるように指数関数的に低減され得る。

0068

表1は、図7および図8に示される充電プロセスに使用される例示的な充電時間、電流、および電圧を示す。当業者には理解されるように、再充電プロファイルを決定するための電流および時間の正確な選択は、バッテリ技術および再充電ストラテジーによって異なる。たとえば、いくつかのバッテリは一定電圧で充電され得る。正確な再充電時間、最大バッテリ容量の再充電パーセンテージ、および電池寿命は所望される性能を達成するために調節されることができる。いくつかの場合には、バッテリ充電開始電圧Vstartは、バッテリの充電状態(SOC)または放電の深さ(DOD)によって、上げられたり下げられたりされてもよい。(SOCはバッテリの利用可能電荷量を示し、DODはバッテリによって消費された電荷量を示す。)

0069

二重バッテリ放電

0070

図9は、図2に示されるバッテリ充電および電力管理モジュール204によって制御される2つのバッテリ140の放電を示すグラフである。第1のバッテリの電圧は第1の線910で示され、第2のバッテリの電圧は線920で示される。グラフで示されるように、両方のバッテリの電圧は、時間0のV10で示される電圧から開始される。いくつかの実施形態では、電圧V10は約4200mVなどの充電終了電圧に対応する。正確な充電終了電圧は、バッテリ技術およびバッテリの放電深さによって異なってもよい。充電終了電圧は、例えば、低電圧ASIC130bのBGR回路218(図2)によって供給される参照電圧を使用して測定されることができる。

0071

動作中は、電力管理モジュール204は第1の時間にわたって第1のバッテリを線形に放電させ、一方第2のバッテリは一定電圧を維持する。たとえば、図1Aおよび図1Bに関連して上述したように電気的に活性な構成要素を動作させるために第1のバッテリは放電され得るが、第2のバッテリは未使用状態を維持する。第1のバッテリの電圧が第1の増分量だけ低減され、第1のあらかじめ定められた低電圧レベル(時間1でのV9)に到達したことを感知すると、電力管理モジュールは第1のバッテリの放電を停止し、第2のバッテリの放電を開始し、その間は第1のバッテリを一定電圧に維持する。

0072

第2のバッテリが第1のあらかじめ定められた低電圧レベルV9に到達したことを感知することに応答して、電力管理モジュールは第2のバッテリの放電を停止し、第1のバッテリを第2のあらかじめ定められた電圧レベルV8に放電させることを開始し、その間第2のバッテリを一定電圧(V9)に維持する。一連のあらかじめ定められた電圧レベル(V10からV0)の間、電力管理モジュールはこのプロセスを反復して繰り返すので、2つのバッテリは実質的に同時に放電される。いくつかの実施例では、これらのあらかじめ定められた電圧レベルは、例えば、100mVの増分量で等間隔である。動作中に、第1のバッテリおよび第2のバッテリが最終的な放電レベルV0に到達するまでに数時間から数日かかる。

0073

図9に示される放電スキームは、インプラント可能なデバイスの有用寿命延ばすことに役立つ。たとえば、1つのバッテリでデバイスに電力を供給するために十分なように、デバイスを設計することができる。あるいは、図9に示されるプロセスに従う2つのバッテリの放電工程は充電サイクル間の時間を延長することができる。充電サイクルの頻度が少ないと電池の寿命時間を延ばすことができる。2つ以上のバッテリの使用によってバッテリの故障リスクも軽減することができ、1つのバッテリが故障すると、他のバッテリで動作を継続することが可能になり、インプラント可能なデバイスの有用寿命を延ばすことができる。

0074

図10は、例示される実施形態による、実質的に同時に2つの充電可能バッテリを放電させるプロセス1000のフローチャートである。プロセス1000は、電力管理モジュール(例えば、図2のモジュール204)で、第1のバッテリの電圧が第2のバッテリの電圧を下回ったことを決定する工程を含む(ステップ1005)。たとえば、電圧検知回路およびコンパレータは、第1のバッテリと第2のバッテリの相対的な電圧レベルを決定するために使用できる。プロセス1000は、第1のバッテリの電圧レベルが第2のバッテリの電圧レベルを下回ったことを決定することに応答して、放電すべき第2のバッテリを選択する工程を含むことができる(ステップ1010)。第2のバッテリから抽出される電力は、それが放電されると図2に示されるDOE260などの電気的に活性な構成要素を動作させるために使用することができる。第2のバッテリが放電されると(ステップ1010)、第1のバッテリは、例えばDOEから電気的に絶縁することによって一定電圧に維持され得る。

0075

プロセス1000は、第2のバッテリの電圧が第1のバッテリの電圧を下回ったことを決定する工程を含む(ステップ1015)。第2のバッテリが放電されるステップ1010の間に第1のバッテリが一定電圧に維持されるので、第2のバッテリの電圧は結果的に第1のバッテリの電圧未満のレベルに到達する。両方のバッテリの電圧レベルは、決定を実施するために、連続的または周期的に監視され、比較され得る。プロセス1000は、第2のバッテリの電圧レベルが第1のバッテリの電圧レベルを下回ったことを決定することに応答して、放電すべき第1のバッテリを選択する工程を含むことができる(ステップ1020)。これまでは第2のバッテリによって電力が供給されていたDOEに電力を供給するために、第1のバッテリが放電され得るが、実質的に一定電圧を維持するために第2のバッテリをオフにし得る。

0076

いくつかの実施形態では、プロセス1000のステップは反復して実施され得る。このように、任意の時点ではたった一つのバッテリが放電されるが、第1のバッテリおよび第2のバッテリは実質的に同時に放電され得る。プロセス1000は、第1のバッテリおよび第2のバッテリが使用されるデバイスの寿命を延ばすことに役立ち得る。各バッテリはデバイスに電源が供給されている期間の約半分の時間だけ使用されるので、バッテリのための充電サイクルの要求頻度が減り、デバイスの予想耐用年数が延びる。

0077

結論

0078

本明細書で説明する主題は、時には、他の異なるコンポーネント内に含まれるかまたはそれらに接続された異なるコンポーネントを示す。このように表現されたアーキテクチャが、単に例示的であること、および実際には、同じ機能を実現する他の多くのアーキテクチャを実現できることを理解されたい。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の配置が、所望の機能を実現するように効果的に「関連づけられる」。したがって、特定の機能を実現するために本明細書において結合された任意の2つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間コンポーネントに関係なく、所望の機能を実現するように互いに「関連づけられる」と見なすことができる。同様に、そのように関連づけられた任意の2つのコンポーネントはまた、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続される」または「動作可能に結合される」と見なすことができ、このように関連づけることができる任意の2つのコンポーネントはまた、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合可能である」と見なすことができる。動作可能に結合可能な特定の例には、限定するわけではないが、物理的に結合可能な、および/または物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに/または、無線で相互作用可能な、および/または無線で相互作用するコンポーネント、ならびに/または、論理的に相互作用する、および/または、論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれる。

0079

本明細書において、実質的に任意の複数形および/または単数形の用語の使用に関連して、当業者は、文脈および/または適用例に適切であるように、複数形から単数形へ、および/または単数形から複数形へ翻訳することができる。様々な単数形/複数形の変更は、明瞭にするために本明細書においてはっきりと説明してもよい。

0080

一般に、本明細書および特に添付の特許請求の範囲(例えば、添付された特許請求の範囲の本文)で用いられる用語は、一般に、「開放」用語(例えば、用語「含んでいる(including)」は、「含んでいるが、しかしそれに限定されるわけではない」と解釈すべきであり、用語「有する(having)」は、「少なくとも有する」と解釈すべきであり、用語「含む(includes))」は、「含むが、しかしそれに限定されるわけではない」と解釈すべきである等)として意図されていることが、当業者によって理解されるであろう。さらに当業者であれば、特定数の導入されたクレームレシテーション(claim recitation)が意図的である場合には、かかる意図が、そのクレームにおいて明示的に挙げられ、かかるレシテーションがなければ、かかる意図が存在しないことを理解されよう。例えば、理解の助けとして、以下の添付された特許請求の範囲には、クレームレシテーションを導入するために、導入「少なくとも1つの」および「1つまたは複数の」の使用を含んでもよい。

0081

しかしながら、かかる句の使用は、次のことを意味すると解釈すべきでない。すなわち、不定詞「a」または「an」によるクレームレシテーションの導入は、かかる導入されたクレームレシテーションを含む任意の特定のクレームを、ただ1つのかかるレシテーションを含む発明に限定することを意味すると解釈すべきでない。たとえ同じクレームが、導入句「1つもしくは複数の」または「少なくとも1つの」、ならびに不定冠詞「a」または「an」(例えば、「a」および/または「an」は、典型的には、「少なくとも1つの」または「1つもしくは複数の」を意味すると解釈すべきである)を含む場合であっても同様である。同じことが、クレームレシテーションを導入するために用いられる定冠詞の使用にも当てはまる。さらに、たとえ導入されたクレームレシテーションの特定の数が、明示的に挙げられている場合であっても、当業者は、かかるレシテーションが、典型的には、少なくとも挙げられた数を意味するように解釈されるべきであると理解されよう(例えば、他の修飾語がない「2つのレシテーション」のベアレシテーション(bare recitation)は、少なくとも2つのレシテーション、または2つ以上のレシテーション意味する)。

0082

さらに、「A、BおよびCの少なくとも1つ、等」に類似した慣用語が用いられる例において、一般に、かかる構成は、当業者がかかる慣用語を理解するであろう意味に意図されている(例えば、「A、BおよびCの少なくとも1つを有するシステム」は、限定するわけではないが、Aだけ、Bだけ、Cだけ、AおよびBを一緒に、AおよびCを一緒に、BおよびCを一緒に、ならびに/またはA、BおよびCを一緒に有するシステムを含む、等)。「A、BおよびCの少なくとも1つ、等」に類似した慣用語が用いられる例において、一般に、かかる構成は、当業者がかかる慣用語を理解するであろうとする意味に意図されている(例えば、「A、BおよびCの少なくとも1つを有するシステム」は、限定するわけではないが、Aだけ、Bだけ、Cだけ、AおよびBを一緒に、AおよびCを一緒に、BおよびCを一緒に、ならびに/またはA、BおよびCを一緒に有するシステムを含む、等)。

0083

2つ以上の代替用語を表す実質的に任意の離接語および/または句は、説明、特許請求の範囲または図面にあっても、用語の1つ、用語のどちらか、または両方の用語を含む可能性を考慮するように理解すべきである。例えば句「AまたはB」は、「A」もしくは「B」、または「AおよびB」の可能性を含むように理解されよう。

0084

説明された実施形態の明細書本文は、記述して説明する目的に提供される。それは包括的であることを意図しておらず、または、開示された正確な形態に限定されることを意図しておらず、並びに、修正および変形は上記の本教示内容の観点から可能であり、または、開示された実施形態の実施によって得ることができる。本発明の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義されることを意図している。

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