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改进的电活性光学设备

阅读：113发布：2020-05-14

专利汇可以提供改进的电活性光学设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了具有动态光圈和/或变迹掩膜的光学设备。所述光圈和/或掩膜可以由一个或多个电活性元件提供，并且可以被用在眼科设备中，所述眼科设备与提供光焦度的眼内晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖或眼镜镜片分隔开并与之光通信。，下面是改进的电活性光学设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种将由佩戴者佩戴的眼科设备，所述眼科设备包括：
光圈；
外围区域；
包括多个像素区域的第一透明电极和被布置在所述第一透明电极上的第二透明电极；
被布置在所述第一电极和所述第二电极之间的电活性层，所述电活性层包括允许可变的光透射的材料；
其中所述光圈提供比所述外围区域更高的光透射；以及
其中所述光圈的形状和尺寸通过控制器、传感器或两者是可调整的。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述光圈的光透射通过控制器、传感器或两者是可调整的。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述外围区域的光透射通过控制器、传感器或两者是可调整的。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述光圈的所述光透射比所述外围区域的所述光透射更强。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述光圈的形状能够被调整为除了圆形以外的其他形状。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述多个像素区域中的每个是单独可寻址的。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述多个像素区域定义所述电活性层中的多个像素，并且其中所述多个像素的透明度是可改变的，以定义所述中心光圈。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中所述光圈能够被配置为任意形状。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中相对于所述设备的用户的视线定位所述光圈。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，其中在已将所述设备应用到所述用户的眼睛之后重新定位所述光圈。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述设备能够由所述佩戴者双目佩戴。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述设备能够校正所述佩戴者的视觉的更高阶像差。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述设备能够控制被聚焦在所述佩戴者眼睛的视网膜上的光线。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中当由所述佩戴者佩戴时，所述设备被固定在相对于所述佩戴者的瞳孔的位置。
15.一种眼科设备，包括：
包括电活性、透明的基片的变迹掩膜；
其中所述基片具有至少一个由电激活改变的光学透射特性。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括动态光圈。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，其中根据所述佩戴者的眼睛的调制传递函数优化所述光圈的形状和所述光圈的尺寸中的至少一个。
18.如权利要求16所述的设备，其特征在于，其中所述光圈的几何形状是可远程调节的。
19.如权利要求15所述的设备，其特征在于，其中所述至少一个光透射特性是所述基片的折射率。
20.如权利要求15所述的设备，其特征在于，其中所述至少一个光透射特性是由所述基片透射的光的透射的幅度和透射的相位中的至少一个。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，其中所述变迹掩膜在环境光等级范围为远距视觉提供与视网膜图像质量相关联的相位和幅度分布曲线。
22.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中一旦电激活，所述基片的所述折射率在可见光谱中改变至少0.1单位。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，其中所述基片包括液晶层，以及所述基片的所述折射率由所述液晶层的电激活改变。
24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，其中所述液晶层包括宾主型混合物。
25.如权利要求23所述的设备，其特征在于，其中所述液晶层是均匀的。
2
26.如权利要求23所述的设备，其特征在于，其中所述液晶层在至少大约0.25μm 的区域上是电可寻址的，而不影响相邻材料的反应。
27.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括能够激活所述液晶层的多个区段的计算机化的控制器。
28.如权利要求23所述的设备，其特征在于，其中所述控制器被嵌入到所述眼科设备中。
29.如权利要求23所述的设备，其特征在于，其中所述控制器被配置为激活对应于掩膜的图案中的区段，所述掩模调制所述幅度、所述相位或两者，光的所述幅度和所述相位通过所述设备被透射到配备有所述设备的用户的眼睛中。
30.如权利要求15所述的设备，其特征在于，其中所述设备能够被外科手术地植入用户的眼睛。
31.如权利要求15所述的设备，其特征在于，其中当由佩戴者佩戴时，所述基片被固定在相对于所述佩戴者的瞳孔的位置。
32.一种眼科设备，包括：
包括透明的基片的变迹掩膜；
其中所述基片在至少一个刻度圈内具有至少0.01单位/mm的折射率梯度。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，其中所述折射率梯度不影响通过所述掩膜被透射的光的散焦等级。
34.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括动态光圈。
35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，其中根据所述佩戴者的眼睛的调制传递函数优化所述光圈的形状和所述光圈的尺寸中的至少一个。
36.如权利要求34所述的设备，其特征在于，其中所述光圈的几何形状是远程可调节的。
37.如权利要求32所述的设备，其特征在于，其中当所述设备由佩戴者佩戴时，所述基片被固定在相对于所述佩戴者的瞳孔的位置。
38.一种眼科设备，包括：
基片；
液晶层，一旦电激活，所述液晶层能够改变所述设备的光透射大约30％至99％。
39.如权利要求38所述的设备，其特征在于，其中所述液晶层包括宾主型混合物。
40.如权利要求38所述的设备，其特征在于，其中所述液晶层是均匀的。
2
41.如权利要求38所述的设备，其特征在于，其中所述液晶层在至少大约0.25μm 的区域上是电可寻址的，而不影响相邻材料的反应。
42.如权利要求41所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括能够激活所述液晶层的多个区段的计算机化的控制器。
43.如权利要求42所述的设备，其特征在于，其中所述控制器被嵌入到所述眼科设备中。
44.如权利要求43所述的设备，其特征在于，其中所述控制器被配置为激活对应于掩膜的图案中的区段，所述掩模调制所述幅度、所述相位或两者，光的所述幅度和所述相位通过所述设备被透射到配备有所述设备的用户的眼睛中。
45.如权利要求38所述的设备，其特征在于，其中所述设备能够被植入到佩戴者的眼睛中。
46.如权利要求38所述的设备，其特征在于，其中当所述设备由佩戴者佩戴时，所述基片被固定在相对于所述佩戴者的瞳孔的位置。

说明书全文

改进的电活性光学设备

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2008年3月18日提交的序列号为No.61/037,351的美国申请和于2008年6月10日提交的序列号为No.61/060,291的美国申请的权益，所述申请中的每个以引用的方式被全文并入此处。

技术领域

[0003] 本发明涉及眼内镜片、眼内晶状体、角膜镶嵌(corneal inlay)和角膜覆盖(corneal onlay)。更具体而言，本发明涉及具有用于增加景深的变迹掩膜和/或动态光圈的眼内镜片、眼内晶状体、角膜镶嵌和角膜覆盖。所述掩膜和/或光圈可用于与至少部分地校正用户眼睛的常规误差(低阶像差，诸如近视、远视、规则散光和老花眼)和/或非常规误差(诸如高阶像差)的镜片进行光通信或相整合。

背景技术

[0004] 存在影响个人聚焦在近距离和中距离物体上的能力的两个主要情况：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，并且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，晶状体的缺少造成适应性调节的完全丧失，其导致不能聚焦在近或中间距离物体上。实际上，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其生命中的某时进行白内障手术。据估计，每年在美国大约有120万例白内障手术被执行。

[0005] 用于校正老花眼的标准工具是老花镜、多焦点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(opticalpower)。多焦点透镜是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)的透镜。多焦点透镜被用于眼镜、隐形眼镜、角膜镶嵌、角膜覆盖和眼内晶状体(IOLs)中。多焦点镜片借助将透镜区域划分成具有不同光焦度的区域而工作。多焦点透镜可由产生连续的光焦度的连续表面组成，如同在渐进镜(PAL)中一样。可替换地，多焦点透镜可由产生不连续的光焦度的不连续的表面组成，如在双焦点或三焦点透镜中一样。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用于校正远距离聚焦问题，而另一个隐形眼镜片主要用于校正近距离聚焦问题。

[0006] 用于校正无晶状体的标准工具是眼内晶状体(IOL)。第一类型的IOL是单视觉或多焦点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其聚焦能力。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或其任何组合，无晶状体也可以被校正。

[0007] 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，所述角膜镶嵌提供小的、固定直径的光圈。仅举例来说，由AcuFocus制造的ACI7000角膜镶嵌直径大约3.8mm、10μm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。

[0008] 如在本领域众所周知的，限制光学系统的光圈直径会增大所述系统的景深。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。尽管光学系统只能在具有增大的景深的系统中提供在焦距处的物体的精确聚焦，但在所述焦距的任一侧上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。光圈被用于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。非近轴光线仅仅在源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所述像平面的最高偏差。通过消除非近轴光线，偏离所述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。

[0009] 小光圈通过产生看起来焦点对准的较大的距离范围而抵消了一些老花眼的影响，并使得老花眼者能够处理近视觉任务而不需要多焦点隐形眼镜或眼镜片。ACI7000是由生物兼容的材料制造的，所述生物兼容的材料的光学特性是不变的，诸如聚偏氟乙烯或非水凝胶微孔渗透全氟醚(perflouroether)，仅举例来说。因此，一旦镶嵌体被放置在角膜中，其折射光焦度是固定的。

[0010] AcuFocus角膜镶嵌被设计为降低到达视网膜的光量。此外，所述镶嵌体通常只能被植入一只眼睛中，因为当镶嵌体被植入双眼时，有害的光学效应(诸如光晕、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镶嵌体的光圈和封闭的环的尺寸导致的。这些影响尤其在夜间当瞳孔扩张时发生。

[0011] 校正老花眼的另一个方法是角膜屈光手术，其中一只眼睛被校正用于远距离，而另一只眼睛被校正用于近距离。另一种方法是角膜镶嵌，所述角膜镶嵌例如提供利用衍射光学的多焦点效应。

[0012] 然而，用于校正老花眼和/或无晶状体的这些方法中的每个都具有缺点。当然，这些缺点中的一些比其它的更严重。例如，虽然眼戴眼镜能够校正人的远、近和中距离视觉，但这种方法需要戴着设备，这有损于人的自然外观。同样地，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。

[0013] 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，并且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的使用的方法可以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。

[0014] 这些缺点或对人的视觉的危害可能是难以解决的，尤其是(仅举例而言)在夜间行驶时、在雨里行驶或在电脑上工作时。因此，存在对于用于老花眼和/或无晶状体的校正的更好的模式的需求。

发明内容

[0015] 这里所述的眼科设备包括光圈，外围区域，具有多个像素区域的第一透明电极和布置在所述第一透明电极上的第二透明电极，以及布置在所述第一电极和所述第二电极之间的电活性层，所述电活性层包括允许可变的光透射的材料。所述像素区域是可单独寻址的。所述光圈、所述外围区域、或两者的光透射是可以调节的。所述光圈的形状可以被调节为各种形状和直径，包括除了圆形以外的形状，以及相对于所述设备用户的视线定位所述光圈。在所述设备已被应用到用户眼睛之后还可以重新定位所述光圈。所述设备可由佩戴者双目佩戴，并能够校正佩戴者视觉的更高阶像差。当被佩戴时，在相对于佩戴者瞳孔的位置固定所述设备。

[0016] 这里所述的眼科设备包括由电活性、透明的基片构造的变迹掩膜，其中所述基片具有至少一个由电激活改变的光透射特性。所述可调节的光透射特性是例如，基片折射率，或透射的光的幅度和相位。所述设备可以包括动态光圈，其中基于佩戴者眼睛的调制传递函数定义所述光圈的形状和尺寸，以及所述光圈的几何形状可以是可远程调节的。所述变迹掩膜为远距视觉和环境光等级范围提供与视网膜图像质量相关联的透射曲线，诸如相位/幅度分布曲线。当被佩戴时，在相对于佩戴者瞳孔的位置处固定所述设备。

[0017] 这里所述的眼科设备包括变迹掩膜，所述变迹掩膜具有透明基片，其中所述基片具有折射率梯度。所述设备包括动态光圈，所述动态光圈是可远程调节的。当被佩戴时，在相对于佩戴者瞳孔的位置处固定所述设备。

[0018] 这里所述的眼科设备包括基片和能改变所述设备的光透射的液晶层(一旦电激活，典型地为大约30％-99％)。所述液晶层可以是像素化的，并且所述设备可以包括能以期望的模式激活所述液晶层的区段的控制器。当被佩戴时，在相对于佩戴者瞳孔的位置处固定所述设备。附图说明

[0019] 本发明的方面和特征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，所述附图不是按比例的，其中相同的附图标记指示相应的、相似的或可类比的元件。

[0020] 图1示出了健康人眼的截面；

[0021] 图2A示出了具有动态光圈的电活性元件的分解截面侧视图；

[0022] 图2B示出了图2A的电活性元件的折叠的截面侧视图；

[0023] 图2C示出了具有变迹掩膜的元件的分解截面侧视图；

[0024] 图2D示出了图2C的元件的折叠的截面侧视图；

[0025] 图3A示出了可操作用于产生动态光圈的多个电极环；

[0026] 图3B示出了具有可操作用于产生动态光圈的像素化电极的动态光圈的示例；

[0027] 图3C示出了具有可操作用于产生动态光圈的像素化电极的动态光圈的示例；

[0028] 图3D示出了具有可操作用于产生动态光圈的像素化电极的动态光圈的示例；

[0029] 图4A示出了具有动态光圈的电活性元件的分解截面侧视图；

[0030] 图4B示出了图4A的电活性元件的折叠的截面侧视图；

[0031] 图5示出了图3A中示出的电极环的若干布置，其中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；

[0032] 图6示出了五个电活性元件的堆叠，其每个可以被用于图5所示的环电极的不同布置；

[0033] 图7A、7B和7C示出了具有动态光圈的设备，所述动态光圈可用作角膜镶嵌或角膜覆盖；

[0034] 图8示出了位于眼睛前房内并与健康的老花眼晶状体进行光通信的IOO；

[0035] 图9示出了位于眼睛前房内并与IOL进行光通信的IOO；

[0036] 图10示出了位于眼睛前房内并与仅用于校正远距离视觉的IOL进行光通信的IOO；

[0037] 图11示出了位于眼睛前房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；

[0038] 图12示出了位于眼睛后房内并与IOL进行光通信的IOO；

[0039] 图13示出了在IOL的最靠近眼睛瞳孔的部分中具有动态光圈的IOL；

[0040] 图14示出了在IOL的中间部分中具有动态光圈的IOL；

[0041] 图15示出了在IOL的最靠近眼睛视网膜的部分中具有动态光圈的IOL；

[0042] 图16示出了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；

[0043] 图17示出了具有与IOL进行光通信的动态光圈的角膜镶嵌；

[0044] 图18示出了在白天期间或在光照射下，当用户的瞳孔被收缩时，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；

[0045] 图19示出了在夜晚或在黑暗中，当用户的瞳孔被扩张时，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；

[0046] 图20示出了已被覆盖(override)的传感器和控制器的正常操作，其中电活性元件中的动态光圈在黑暗的照明条件下被收缩以用于近距离任务，尽管用户的瞳孔被扩张；以及

[0047] 图21示出了具有一个或多个电活性元件的折叠的镜片或透镜。

具体实施方式

[0048] 如此处所使用的，电活性元件指具有可根据电能的施加而改变的光学属性的器件。所述可变的光学属性可以是，例如，光焦度、焦距、衍射效率、景深、光透射率、染色、不透明度、折射率、色散，或其组合。电活性元件可由两个基片和布置在所述两个基片之间的电活性材料构成。该基片可以被确定形状和尺寸以确保所述电活性材料被包含在基片内而不能泄露出来。一个或多个电极可被设置在与电活性材料接触的基片的每个表面上。电活性元件可包括可操作地被连接到控制器的电源。该控制器可以经由电连接而被可操作地连接到电极，以向每个电极施加一个或多个电压。当电能经由电极被施加到电活性材料时，所述电活性材料的光学属性可以被改变。例如，当电能经由电极被施加到电活性材料时，所述电活性材料的折射率可以被改变，由此改变所述电活性元件的光焦度。

[0049] 所述电活性元件可以被嵌入进或附着到镜片的表面以形成电活性透镜。可替换地，电活性元件可以被嵌入进或附着到基本不提供光焦度的镜片的表面，以形成电活性镜片。在这种情况下，电活性元件可与镜片进行光通信，但与镜片分离或分隔或者不与镜片形成整体。该镜片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，或其组合。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、棱形的或其组合。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复合物制成。应当指出，在光学工业中，设备可以指的是透镜，即使其具有零光焦度(被称为平的或没有光焦度)。然而，在这种情况下，透镜通常被称为“平透镜”。透镜可以是常规的或非常规的。常规的透镜校正包括诸如近视、远视、老花眼和规则散光的低阶像差的眼睛的常规误差。非常规透镜校正包括可以由眼层不规则或异常而导致的高阶像差的眼睛的非常规误差。该透镜可以是单焦点透镜或多焦点透镜，诸如渐进镜或者双焦点或三焦点透镜。与其相比，如这里使用的“镜片”基本上没有光焦度并且不能聚焦光(通过折射或衍射)。术语“屈光误差”可以指常规的或非常规的眼睛的误差。应该注意的是，重定向光不校正眼睛的屈光误差。因此，例如，将光重定向到视网膜的健康部分并不校正眼睛的屈光误差。

[0050] 电活性元件可以位于电活性透镜或镜片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镜片的顶部、中部或底部的附近。应该注意的是，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结合。

[0051] 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。在巩膜上覆盖有被称为结膜120的透明膜。提供大部分眼睛的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并且扩张肌肌肉扩张瞳孔。瞳孔是眼睛的天然光圈。前房160是虹膜和角膜的最内表面之间的充满液体的空间。晶状体170被保持在晶状体囊175中，并提供眼睛的光焦度的剩余部分。健康的晶状体能够改变其光焦度，以便眼睛能够在远、中间、和近距离处聚焦，被称为适应性调节的过程。后房180是虹膜后表面和视网膜190的前表面之间的空间。视网膜是眼睛的“像平面”，并被连接到将视觉信息传达到大脑的视神经195。

[0052] 静态(非动态)小光圈可具有大景深的优点，但是也具有减少通过透镜或镜片的光透射的不利之处。同样地，静态大光圈可具有增大通过透镜或镜片的光的透射的优点，但是也具有减少景深的不利之处。

[0053] 眼科设备(其可以是透镜或镜片)可以包括具有动态光圈的电活性元件。如这里所使用的，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更多直径之间切换，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者能够完全关闭以便光圈直径为零。动态光圈可产生具有圆形、椭圆形或任何形状的光圈。

[0054] 动态光圈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。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，以提供增加的光透射，这是因为大景深对于远距离视觉而言是不重要的。

[0055] 如这里所用的，光圈指由第二区域包围的第一区域，典型地在或靠近入口瞳孔处，该第二区域可以是环形的，其中第二区域具有与第一区域不同的至少一个光特性。例如，第二区域可以具有与第一区域不同的光透射、折射率、颜色或光程长度。该第二区域可以被称为外围区域。每个区域的光属性在每个区域内保持恒定，或可以根据区域的范围或另一函数而改变。切趾函数(apodization function)可被用于描述在一个或两个区域的一个或多个光属性的改变。

[0056] 变迹掩膜可被用于改变进入佩戴者眼睛的光。如这里所用的，掩膜指包括可控制光圈的设备。在一些配置中，掩膜通过调节通过该光圈透射到眼睛中的光的幅度、相位或两者而工作。该光圈可以是静态或动态光圈。该掩膜可以是静态掩膜，即，可以总是提供相同的光调节，诸如其中折射率或光透射的静态梯度被结合到该设备的层中，或其可以是具有可变折射率或光透射的动态掩膜。

[0057] 如这里所用的，眼内镜片(IOO)是被插入或植入眼睛中的镜片(基本不具有光焦度)。眼内镜片可被插入或植入眼睛的前房或后房中、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)或眼睛的前房的任何解剖结构内。眼内镜片具有大致为零的光焦度并因此不能聚焦光。相反，如此处所描述的眼内镜片可具有动态光圈并可以仅能够提供增大的景深。

[0058] 如这里所用的，眼内晶状体(IOL)是被插入或植入眼睛中的透镜(具有光焦度)。眼内晶状体可被插入或植入眼睛的前房或后房内、囊膜中、或角膜的基质内(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。

[0059] 如这里所用的，角膜镶嵌是被插入或植入到角膜的基质内的镜片(具有大致为零的光焦度)或透镜(具有光焦度)。当特指角膜镶嵌镜片时，可以使用术语“角膜镶嵌镜片”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“聚焦角膜透镜”。如这里所用的，角膜覆盖是被插入或植入到角膜的上皮层内的镜片(具有大致为零的光焦度)或透镜(具有光焦度)。当特指角膜覆盖镜片时，可以使用术语“角膜覆盖镜片”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”。

[0060] 具有动态光圈的电活性元件可与角膜镶嵌、角膜覆盖、IOO或IOL相整合(即，嵌入其中或附着于其上)。IOO或IOL可被插入或植入眼睛的前房或后房内、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)。所述角膜镶嵌和角膜覆盖可以是能够聚焦光(并因此具有光焦度)的透镜或不能聚焦光(并因此实质上不具有光焦度)的镜片。这里所述的电活性元件可提供增大的景深，并可以至少部分地校正用户眼睛的常规和/或非常规的误差。电活性元件可被用于与能够聚焦光且至少部分地校正用户眼睛的常规和/或非常规误差的下列设备中的一个或多个进行光通信：眼镜片、角膜镶嵌、角膜覆盖或眼内晶状体。动态光圈可以提供增大的景深并可以与校正折射误差(诸如老花眼)的镜片(其可以是单视觉或多焦点透镜)进行光通信和/或相整合。从近距离到远距离的几乎连续的范围的感知的聚焦可以被实现。例如，动态光圈可提供增大的景深，这用于提供镜片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包括从近距离到远距离、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的区域。

[0061] 图2A示出了具有动态光圈的电活性元件200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。一个或多个电活性元件可用于角膜镶嵌、角膜覆盖、IOO或IOL。如果使用一个以上的电活性元件，则如果元件间存在合适的绝缘，所述电活性元件可以一个在另一个之上地被堆叠。

[0062] 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实质上是光滑的。基片可提供光焦度或基片可不具有光焦度。每块基片可具有200μm或更小的厚度，并可以是刚性的或柔性的。示例的刚性基片材料包括玻璃和硅。示例的柔性基片包括柔性塑料膜。一般来说，较薄的基片允许电活性元件的较高的柔性程度，这对于被插入或植入到眼睛中的透镜或镜片是重要的。提供电接地的连续光学透明电极
220可被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设置于第二基片上。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可以例如包括诸如铟锡氧化物(ITO)的透明导电氧化物或导电有机材料(诸如PEDOT:PSS或碳纳米管)。光学透明电极的厚度可以是例如小于1μm，但是优选地小于0.1μm。电极220和225可涂覆有调准层230。可替代地，只有一个电极被涂覆有调准层。电活性材料240被设置在调准层之间。电活性材料的厚度可以在1μm和10μm之间，但优选地小于5μm。电活性材料可以是液晶(LC)材料。

[0063] 控制器250通过电连接255连接到电极220和225，并且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。该控制器是电活性元件的一部分，或其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。该控制器可被连接到电源、传感器或任何其它必要的电子设备上。在电极之间不存在电场情况下，液晶分子在与调准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，电场垂直于调准层。因此，如果电场足够强，则液晶分子的方向将垂直于调准方向。如果电场不足够强，则液晶分子的定向将是在调准方向和垂直于调准方向之间的某方向上。应当注意，基片可和电极、调准层和电活性材料一样宽或更宽。

[0064] 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。如在现有技术中已知的，动态光圈的大小的改变通常与电活性元件的景深的改变成反比，并取决于通过电活性元件的光的透射的改变。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可以与周围边缘相分隔。该环可延伸到电活性元件的径向中心。光圈可被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、延伸到距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。光圈也能够被重定位，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内部及外部界限。如这里进一步详细地说明，光圈可被改变以实现任何连续或不连续范围的形状和/或直径。

[0065] 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的各个染料分子的方向。在具有液晶分子的均一(水平的)对准的去激活状态中，当电极之间的电场不足够强时，染料分子与调准层对准，并且对通过液晶的光的吸收被最大化或最小化，这取决于偶极矩和染料分子方位的方向之间的相对取向。在具有液晶分子的均一(水平的)对准的激活状态下，当电极之间的电场足够强时，染料分子旋转并与电场的方向对准、垂直于调准方向。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，当采用液晶的同型(垂直)对准时，使得吸收在去激活状态中被最小化的而在激活状态中被最大化的。也可使用铁电液晶材料。

[0066] 图2C示出了具有变迹掩膜的光学元件2200的分解截面侧视图。图2D示出了图2C的元件的折叠的截面侧视图。一个或多个光学元件2200可用于角膜镶嵌、角膜覆盖、IOO或IOL。如果使用一个以上的元件，如果在元件之间存在合适的绝缘，则元件可以以一个在另一个之上的方式被堆叠。

[0067] 在一个配置中，变迹掩膜可以包括单个层2210，该层2210包括折射率梯度。例如，基片2210可包括透明聚合物或具有折射率梯度(优选的，在至少一个刻度圈具有至少0.01单位/mm)的其他材料的层。在这种配置中，可以省略其他元件2200、2250、2255。该配置可被称为静态掩膜。作为特定示例，基片2210可包括至少一个材料层，诸如透明聚合物，所述材料层包括折射率梯度。优选地，该梯度在至少一个刻度圈具有至少0.01单位/mm。

[0068] 动态变迹掩膜可包括电活性元件2200，该电活性元件2200具有两个光学基片2210或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实质上是光滑的。所述基片可提供光焦度或基片可不具有光焦度。每个基片可具有200μm或更小的厚度。一般来说，较薄的基片允许电活性元件的较高的柔性程度，对于被插入或植入到眼睛中的镜片或透镜而言这是重要的。提供电接地的连续光学透明电极2220可被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2225置于第二基片上。电极2225可通过改变掩模的不同部分处的折射率而确定动态掩模的特性。所述电极2220和2225可以包括透明导电氧化物(诸如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1μm，但优选地小于0.1μm。电极2220和2225可被涂覆有调准层2230。可替代地，只有一个电极被涂覆有调准层。电活性材料2240被设置在调准层之间。电活性材料的厚度可以在1μm和10μm之间，但优选地小于5μm。电活性材料可以是液晶材料。

[0069] 控制器2250通过电连接2255连接到电极2220和2225，并且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。在一些配置中，该控制器是电活性元件的一部分。该控制器也可以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。该控制器可被连接到电源、传感器或任何其它必要的电子设备上。在电极之间不存在电场时，液晶分子在与调准方向相同的方向上对准。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，电场垂直于调准层。因此，如果电场足够强，则液晶分子的方向将垂直于调准方向。如果电场不足够强，则液晶分子将在调准方向和垂直于调准方向之间的某方向上定向。应当注意，基片可与电极、调准层和电活性材料一样宽或更宽。

[0070] 电活性材料可包括掺杂有诸如电致变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。染料材料相对于眼睛的光学特性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)调准的去激活状态中，当电极之间的电场不足够强时，染料分子与调准层对准，并且所述层的折射率不由所述染料改变。例如，去激活区域中的折射率可以是在最小值。在具有液晶分子的均一(水平)调准的激活状态下，当电极之间的电场足够强时，染料分子旋转并与电场的方向对准、垂直于调准方向。在这个方向上，所述染料改变所述区域的折射率。例如，激活区域的折射率可以是在最大值。与此相反的情况是，当采用液晶的同型(垂直)对准时，使得去激活状态具有更高的折射率而激活状态具有更低的折射率。也可使用铁电液晶材料。

[0071] 一旦电激活，液晶可以改变其可见光谱上的折射率至少0.1单位。如这里所用的，“可见光谱”指具有大约400-750nm的范围内的波长的光。液晶(LC)层可包括一旦电激活能改变光的光透射的宾主型混合物。如这里所用的，层或设备的光透射指通过该层或该设备而被透射并没有损失在吸收或散射的光能的百分比。优选地，一旦激活，所述混合物能改变2
光透射至少大约30％-99％。液晶层可如上所述被像素化，并可以在至少大约0.25μm 的离散部分中电寻址，而不影响相邻部分的反应。该液晶层可由计算机化的设备(诸如处理器和相关的软件)控制，其能以预编程或可适配的方式随意寻址多个区段。所述软件可以被永久地保存在计算机可读介质中，诸如专用芯片或经过配置用于特定用途的通用芯片，或者其可由数字信号提供。软件可以被并入到嵌入在视觉校正设备中的数字信号处理单元中，所述视觉校正设备包括变迹掩膜。所述液晶层也可被配置或编程以产生改变或调制经过该掩膜进入患者眼睛的被透射的光的幅度、相位或两者的图案，所述患者配戴有所述掩膜或并入所述掩膜的视觉校正设备。

[0072] 图2A-2D中的液晶材料可以是向列液晶、扭曲的向列液晶、超扭曲的向列液晶、胆甾醇型液晶、近晶型双稳态液晶或任何其它类型的液晶材料。调准层是薄膜，仅举例而言，其可以是小于100纳米厚并由聚酰亚胺材料构成。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(调准方向)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)。可替换地，调准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调准层时相同的结果。

[0073] 图3A示出了可操作用于产生动态光圈的多个电极环300。所述电极环可用作电活性元件200内的光学透明电极225。电活性材料240可以是掺杂有二向色染料的液晶。电极环300可由若干环形的电极310、320、330、和340组成。当然，更少或更多的电极也是可行的。每个电极可被单独寻址。一旦电活性元件被置于眼睛内或眼睛上，电极环的中心相对于视乳头轴可以是同心的。电极间的间隙可大约为5μm至10μm，但可更小。电极310的内直径是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，并且电极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。

[0074] 如果在电极和接地电极之间施加足够强的电场，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，则电极可以是“去激活的”。

[0075] 当使用液晶材料时，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，电位可以为(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。

[0076] 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之一之间的稳态之间切换(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，直至足够的电能施加为止，以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个状态中的电能。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，并且当在电极之间施加-5伏或更低时，双稳态液晶材料可切换到第二状态。当然其它电压，更高和更低两者都是可能的。

[0077] 如果电极310、320、330和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3A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。如在照相机中那样，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，其他的光圈大小是可能的。当完全被收缩时，光圈直径可以在约1.0mm和约
3.0mm之间，并优选地在约1.0mm和约2.5mm之间，并且更优选地在约1.0mm和约2.0mm之间。当完全扩张时，光圈直径可以为约7.0mm或更大。在一些配置中，在黑暗或无光环境中可以没有光圈(即，没有环，以便眼睛的瞳孔用作天然光圈)。

[0078] 该环的外缘可进一步延伸超过瞳孔的外缘(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、和对比度敏感度降低。

[0079] 每个电极环大约在相同的时间被激活，用于光圈的瞬时改变。为了产生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。电极可在小于大约1秒的时间内被激活或去激活，并且可以优选地在少于约0.5秒内被激活或去激活。

[0080] 电极225可以是布置在栅格中的多个单独寻址电极。每个电极可被称为“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。

[0081] 一些或全部环形电极可被像素化，或者电极环的各个部分、内部或者其组合可以被像素化。图3B和3C示出了像素化电极的示例。例如，图3B示出了其中每个电极环310、320、330和340以及内部区域301被像素化的配置。在一些配置中，电极环可以被激活或去激活为环以提供期望尺寸的圆环，内部区域中的像素可以被激活或去激活以提供期望形状和/或尺寸的光圈。作为另一个示例，图3C示出了其中仅仅内部区域301被像素化，以及电极环310、320、330、340没有被像素化的配置。通过选择性地激活或去激活所述像素，可以为环和光圈提供任意形状和尺寸。作为特定示例，通过选择性地激活或去激活图3D中的阴影像素303，可以形成大致椭圆形的光圈。阴影像素的特定集合仅仅是示例性的，并且通过内部区域和/或电极环中的合适像素选择也可以形成其他形状和尺寸。如这里将进一步详细说明的，可以定义特定的光圈和/或环以匹配用户的特定需求，诸如优化眼睛的调制传递函数。

[0082] 例如，当在低至中频率范围上使图像质量最大化时，个人对于感受到的图像质量的主观满意度也会改进。主观质量系数可以定义为：

[0083]

[0084] 该函数在E.M.Granger和K.N.Cupery，“An Optical Merif Function(SQF)which Correlates with Subjective Judgments”Photogr.Sci.和Eng.，v.16(3)，1972，221-30页中被进一步详细的说明。已经发现，可以根据视觉性能度量的计算通过最小化优质函数(SQF)确定光圈的特定尺寸和形状以提供在主观视觉中的期望的改进，诸如作为瞳孔尺寸的函数的视觉斯特利尔(visual strehl)。可以使用特定眼睛模型的射线追踪执行该计算。适合于执行这些计算的模型的特定示例包括本领域公知的“Indiana Eye”模型和Liu Brennan眼睛模型。

[0085] 图4A示出了具有动态光圈的电活性元件400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可涂覆有调准层230。所述调准层具有相互偏离90度的调准方向，但其它值诸如180、270、360度或更大也是可能的。电活性材料240设置在调准层之间。电活性材料可以是液晶材料，优选地是向列型、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，以及在其中吸收和/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，平行于最接近的调准层的调准方向)。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被称为“交叉的”偏振器。

[0086] 在去激活状态下，当电极之间的电场不足够强时，调准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被偏振的光)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而被偏振)。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，垂直于调准方向。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而被偏振的光)不被旋转，并且被第二偏振器阻挡(即，该光在正交于第二偏振器的偏振方向上被偏振)。因此，在激活状态下，对通过液晶的光的吸收被最大化。

[0087] 图3A-D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。

[0088] 使用偏振膜的一个缺点在于偏振膜一般吸收大约50％的入射光。因此，在实际设备中使用这种膜将限制到达视网膜的光量。为了消除该影响，与环形电极同心的区域可被从偏振器之一或其两个中被物理地移除。移除的区域可以是任何大小或形状的，但是在优选的配置中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，同时增大通过电活性元件的整体透射。在该配置中，动态光圈的功能性未受影响并且整体透射被增大。此外，光圈和环之间的透射对比率(透过光圈的光和透过环的光之间的比率)被增大，由此使得动态光圈在提供景深方面更有效。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，由此有助于透射状态的性能超过不透明状态。在这些配置中的每一个中，可以增大环的黑暗区域和光圈的区域之间的透射对比率。

[0089] 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，因为眼睛在正常解剖构型中是不对称的。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0.1mm或0.2mm的眼睛的偏心，即便在正常的解剖情况下。

[0090] 图5示出了图3A所示的电极环的若干布置，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，其中每个电活性元件可用于图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，并且更优选地在约0.0mm和约0.5mm之间。应当注意，两个中心之间以任何角度的其他对准是可能的。这允许在植入物被手术植入后通过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排除其它布置相对于用户视线重对准动态光圈的中心。在植入物与用户的视线不对准地被通过外科手术植入的情况下这是重要的。某些视网膜疾病或外伤，仅通过示例的方式，诸如黄斑变性、视网膜裂孔或视网膜脱离都可破坏视网膜的区域。这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。

[0091] 使用光圈阻挡部分光进入人的瞳孔以增加眼睛的景深，和/或减少偏轴漫射光射线产生晕轮的影响以及其他视觉假象被认为是进入角膜的光的空间调制的特殊情况。已经发现通过使用其他类型的调制器可以实现附加的视觉益处。例如，除了尺寸和形状外定义光圈的其他特性是期望的，以提供期望的视觉效果，诸如用于给出的视觉任务集。实现此的一种方法涉及使用变迹掩膜来改变进入眼睛的光的相位和/或幅度。

[0092] 在其中电极225、2225是布置在栅格中的多个单独寻址电极的配置中，各个像素可选择性地被激活或去激活。例如，这种配置允许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。

[0093] 图2A、2B和3-7所示的设备也包括参考图2C和2D所述的变迹掩膜，该变迹掩膜可以是静态的或动态的。在某些配置中，除了所述的其他结构还提供了相对图2C-2D所述的结构。例如，所述设备可包括并入折射率梯度的附加层(诸如透明聚合物)，或者其包括除了所述的其他元件之外的附加的电活性元件2200，或与本领域技术人员公知的其他元件结合。作为另一示例，所述设备可包括当电激活时具有可变的折射率的层或者并入一旦电激活则改变其折射率的液晶的层。该变迹掩膜也可以由参考图2-7所述的一个或多个层提供。例如，基片210、520可以提供静态或动态掩膜，诸如通过包括折射率梯度或具有可变折射率的层。

[0094] 通过跨越光瞳孔径使用折射率梯度引入相位幅度变化，该光瞳孔径引起光程差的变化而不影响散焦水平α。存在跨越变迹掩膜的光瞳孔径而改变的若干参数作为瞳孔半径r的函数：介质的折射率、材料厚度、光透射和边缘几何形状(例如，取决于掩膜是圆形的或环形的，单个或两个)。该掩膜可以是静态的或动态的。动态掩膜可以通过施加如电势能的外部施加的力而是可调节的。

[0095] 动态掩膜优于静态掩膜之处在于当目标距离和照明条件改变时，眼睛的光学改变以适应环境中的这些改变。例如，浏览近物体(大约40cm的目标距离)的适应性调节(或用于老花眼者的部分适应性调节的眼睛)的眼睛的焦点的色差和深度对于在其非适应性调节状态(当浏览20英尺或更远的物体时)中的同一眼睛的那些是不同的。特别地，眼睛可用的焦距深度将取决于向患者提供的视觉校正的类型，并因此动态掩膜的设计将补充患者已经佩戴或者除了掩膜将接收的视觉校正设备的类型和光强。制造动态掩膜的优选的方法可涉及使用透明液晶层，该透明液晶层在柔性丙烯聚合物的两个透明片之间被密封封装，合成以在眼睛环境中生物相容。通过施加电场的液晶层的定向改变其折射率。动态掩膜中光透射的调制优选通过使用宾主型液晶系统而被提供，其中电致变色染料被合并到透明液晶中。

[0096] 为了诊断并给患者配备动态掩膜，可以执行两种测量：自然瞳孔的尺寸的测量作为环境光等级的函数，以及配备有掩膜的眼睛的出射波前的测量。可以在环境光等级范围上对于远视觉产生适于提供期望的视网膜图像质量(可能除了散焦)的掩膜的相位和幅度分布曲线。例如，在结合眼睛和动态光圈系统的OTF中峰的空间频率可以与患者的NCSF的峰相匹配。动态掩膜可以被编程以当执行预期的视觉任务时根据相位/幅度分布曲线提供合适的校正。例如，掩膜可以在亮的室外光或其中自然瞳孔关闭的其他环境中全部或部分去激活，其能降低掩膜的有效性。在被封装在IOO、IOL、角膜镶嵌或角膜覆盖中的掩膜的情况下，可以在执行合适的测量和/或为经治疗的眼睛产生相位/幅度分布曲线之前植入动态掩膜。

[0097] 电活性元件能够在第一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。可替代地，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。

[0098] 电活性透镜可被用于校正常规或非常规的眼睛的误差。该校正可由电活性元件、由光学基片或镜片或由它们两个的组合产生。

[0099] 具有动态光圈和/或动态掩膜的一个或多个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)、镜片、或基片中，以用于校正眼睛的视觉误差的目的。该电活性元件附着于或嵌入到镜片内，所述镜片校正由自然构造情况导致的和/或由白内障或健康晶状体的移除导致的用户的折射误差。镜片也可校正任何或所有用户的眼睛的常规和/或非常规的误差。因此，动态光圈和/或动态掩膜可与聚焦透镜相整合。可替换的，电活性透镜可具有带动态光圈或动态掩膜的第一电活性元件。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常规和/或非常规的误差。上述设备可以是角膜覆盖、角膜镶嵌、IOO或IOL，并可用于与聚焦透镜如(仅举例而言)IOL、晶状体、角膜镶嵌、角膜覆盖或眼镜片进行光通信。聚焦透镜可以是静态的(不能改变其光焦度)或动态的(能够改变其光焦度)。

[0100] 图7A、7B和7C示出了具有动态光圈的光学设备，所述动态光圈可用作角膜镶嵌或角膜覆盖。图7A、7B、和7C所示的设备可作微调，例如通过添加稳定化的襻、以用作具有动态光圈的前房或后房IOO或IOL。镜片或透镜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，或可没有动态光圈和/或变迹掩膜，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常规和/或非常规误差的至少一部分。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。所述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”意思是大约50％或以上的光透射(并且优选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”意思是大约50％或更少的光透射(并且优选35％或更少)，但并不意味着一定是0％的光透射。

[0101] 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(仅举例而言)激光来产生，或者它们可以是机械加工的或压印的。通常情况下，这些开口和孔位于透镜或镜片的非电区域或其它非重要区域，诸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透镜或镜片用作角膜镶嵌或角膜覆盖时，这些特征是尤为重要的。

[0102] 该控制器可从电源560汲取其电功率的至少一些。电源可附着于基片并与其整合，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。这可在透镜或镜片中提供20-25年的使用寿命。可使用两个薄膜可充电电池并可使一个堆叠于另一个之上，在该配置中，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，可通过远程地发送到控制器的信号来切换到其他电池。这可以将镜片或透镜的寿命延长到40-50年。电源也可以是电容器。电源可以被远程地充电，仅举例而言，通过感应。

[0103] 光敏电池565和压电材料也可以用来补充和/或增加电源的电能。可替代地，光敏电池和/或压电材料可消除对电源的需要。光敏电池可以是太阳能电池。可替换地，光敏电池可以是1.5μm的光伏电池。使用光伏电池并将其定位在用户的视线之外，并且更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。透镜或镜片可能因此通过利用能够对1.5μm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1.5μm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而被实现。可通过正常扩张的瞳孔或由非常黑暗的房间导致的或由设备阻挡出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。当在透镜或镜片内使用1.5μm的光伏电池或电池组时，电池或电池组需要能够弯曲。当使用不能弯曲的1.5μm的光伏电池时，使用多个电池并将它们以如下模式布置：允许在插入到眼睛中之前将透镜或镜片折叠或卷曲为覆盖或环绕电池组。

[0104] 光敏电池565可以是太阳能电池。太阳能电池可以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镜片或透镜的控制器。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房或后房内的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如下的形状因子：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。在一些配置中，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。

[0105] 这里所述的透镜或镜片可包括记忆金属材料570，用于在被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，用于对透镜或镜片感应地充电或用于接收来自发射器的信号。所述发射器可将信号发送给透镜或镜片以改变动态光圈的直径或改变透镜的光焦度。

[0106] 传感器580可被包括。该传感器可以是测距仪，用于检测用户试图聚焦的距离。该传感器可以是光敏电池565，用于检测环境光和/或入射到透镜或镜片的光。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、飞行时间测距设备、眼追踪器、检测用户可能正在观看的位置的视觉探测器、加速器、接近开关、物理开关、手动过调节控制、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，或其类似物。该传感器还可以包括一个或多个微机电系统(MEMS)陀螺仪，其适用于检测用户的头部倾斜或用户的眼睛的旋转(encyclorotation)。

[0107] 传感器可以可操作地连接到控制器。该传感器可检测感觉信息并发送信号给控制器，该控制器触发透镜或镜片的一个或多个动态部件的激活和/或去激活。当透镜或镜片包括具有动态光圈和/或变迹掩膜的电活性元件时，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。传感器可以是光探测器，并可位于透镜或镜片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示出了在白天期间或光下，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。将传感器定位在以最优方式工作的透镜或镜片的任何区域中。控制器可能有延迟特性，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。该延迟可以大于约0.0秒，并且优选为1.0秒或更长。

[0108] 传感器(仅仅是举例)可以检测到人正在聚焦的距离。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的范围聚焦，则控制器可以使动态光圈扩张。传感器可以包括两个或更多的光探测器阵列，其中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，可使用三个光探测器阵列，第一个具有用于近距离正确聚焦的聚焦透镜，第二个具有用于中距离正确聚焦的聚焦透镜，第三个具有用于远距离正确聚焦的聚焦透镜。可使用差求和算法(sum of differences algorithm)来确定哪个阵列具有最高对比率(并因此提供最佳聚焦)。具有最高对比率的阵列因此可用于确定从用户到用户正聚焦其上的物体的距离。

[0109] 某些配置允许传感器和/或控制器被手动操作的遥控开关覆盖。远程开关可通过无线通信、声通信、振动通信或光通信(诸如，仅仅是举例，红外)来发送信号。仅仅是举例，如果传感器感测到黑暗的房间，诸如具有暗淡光线的餐馆，则控制器可使动态光圈扩张，以允许更多的光到达视网膜。然而，这可能会影响用户执行近距离任务(诸如读菜单)的能力。用户可以远程地控制透镜或镜片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示出了已经被覆盖的传感器和控制器的常规操作，其中动态光圈被收缩，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。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，由此允许用户对非近距离任务在昏暗的餐厅内进行最佳的观看。在激活时，可以通过透镜或镜片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。

[0110] 这里所述的基片可涂覆有与眼睛内的组织对象生物相容的材料。生物相容的材料可以包括，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以可选地被涂覆以被密闭地密封，从而防止或延缓浸析。此外，该基片可被设计成封装各种电子器件，从而使它们被掩埋在基片内。

[0111] 这里所述的透镜或镜片是可弯曲的、可折叠的和/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装配。可以将一般用于IOL的植入的、具有活塞的类似注射器的设备用作插入工具，其允许将折叠的或卷起的透镜或镜片正确地放置在眼睛的前房或后房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被折叠的镜片或透镜。

[0112] 具有动态光圈和/或变迹掩膜的光学设备可被单眼地(只在用户第一个眼睛内)或双眼地(在用户的双眼内)装配或植入。因为动态光圈可被编程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被显著地消除。因此，与其它不具有动态光圈且因此由于眩光、光晕、重影等的折中而有时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其它IOL、角膜覆盖和角膜镶嵌相反，此处所述的透镜和镜片允许双眼接近(binocularapproach)。应该指出的是，如果期望的话，这里所述的镜片或透镜也可以以单眼方式植入或安装，并可以以如下的方式被设计并制造：即动态光圈和/或掩膜的中心点在植入到眼睛内或眼睛上后相对于镜片或透镜的中心可以被远程地重定位，以便更好地将动态光圈的中心轴对准用户的视线。

[0113] 具有动态光圈和/或变迹掩膜的镜片或透镜可被用于与下列进行光通信：健康但老花眼的晶状体，表现不佳的(underperforming)或功能良好的单焦点IOL，静态多焦点IOL，动态聚焦IOL(诸如电活性聚焦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的色素缺乏的虹膜，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，或者已做过不理想的屈光手术的眼睛。

[0114] “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，当被用于与前述段落中提供的不同示例相关联或进行光通信时，具有动态光圈和/或变迹掩膜的镜片或透镜将改善如用户感觉到的视觉敏锐度的质量。当与完全成形的透镜一起使用时，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。

[0115] 容纳在这里公开的电活性元件的透镜或镜片可由本领域公知的并用于IOL、或角膜镶嵌的眼科材料组成。该材料可以是柔性的或非柔性的。例如，IOO可以由两个大约100μm的、例如，具有适合的电极的聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺或聚砜材料的层、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组成。每个100μm层被用于形成柔性封套，该封套夹入并容纳电子器件和电活性材料。该工作镜片的总厚度约500μm或以下。外直径大约为9.0mm(不包括任何襻(haptic))。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。在一些配置中，记忆金属薄层可用作IOO的一部分，以在已经将IOO插入到了眼睛的前房或后房中之后帮助将IOO打开到其适当的形状和位置。

[0116] 色彩或者过滤器可被合并入透镜或镜片中，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如用户所感觉到的对比度灵敏度。

[0117] IOO或IOL的直径在大约5mm和约10mm(不包括襻)之间，这取决于透镜的或镜片的预期应用。其他的尺寸也是可能的。

[0118] 当用作角膜镶嵌时，具有动态光圈和/或变迹掩膜的镜片或透镜的直径必须小于角膜的直径。在一些配置中，镜片或透镜可具有大约5mm和大约14mm之间的直径。基片的外表面可弯曲以大致匹配角膜的曲率(诸如当在角膜镶嵌中使用时)或匹配任何其他期望的曲率，或者基片的外表面可以是平面的。

[0119] 图8示出了位于眼睛前房内并与健康的老花眼晶状体810进行光通信的IOO 800。IOO可包括动态光圈、动态掩膜或两者。在包括动态光圈的配置中，IOO通过增加焦深提供改进的中间和近距离视觉。图9示出了位于眼睛前房内并与远距离和近距离视觉的IOL
910进行光通信的IOO 900。该IOO可包括动态光圈、动态掩膜或两者。包括动态光圈的IOO可提供增加的焦深。图10示出了位于眼睛前房内并与仅用于校正远距离视觉的IOL 1010进行光通信的IOO 1000。该IOO包括动态光圈、动态掩膜、或两者。图10所示的配置可用于为通过动态光圈的方式提供近距离和/或中间距离校正提供增大的景深。图11示出了位于眼睛前房内并与校正远距离视觉和近距离视觉的IOL1110进行光通信的IOO 1100。该IOO可包括动态光圈、动态掩膜、或两者。动态光圈可用于提供增大的景深以用来提供中间距离校正。图12示出了位于眼睛后房内并与IOL进行光通信的IOO 11200。该IOO可包括动态光圈、动态掩膜、或两者。图13示出了在IOL的最靠近眼睛瞳孔的部分内具有动态光圈的IOL 1310。该IOL也可包括动态掩膜。图14示出了在IOL的中间部分中具有动态光圈的IOL。该IOL也可包括动态掩膜。图15示出了在IOL的最靠近眼睛视网膜的部分中具有动态光圈的IOL。该IOL也可包括动态掩膜。图16示出了与健康的老花眼晶状体进行光通信的角膜镶嵌。该镶嵌可包括动态光圈、动态掩膜、或两者。图17示出了与IOL进行光通信的角膜镶嵌。该镶嵌可包括动态光圈、动态掩膜、或两者。应当注意，不可能示出本发明的所有可能的配置、实施例，组合和布置。例如，未示出具有动态光圈的角膜镶嵌。此外，静态或动态变迹掩膜可被合并入IOO、IOL、角膜覆盖、角膜镶嵌或如所示和所述的其他设备中，具有或不具有动态光圈。然而，这些对本领域技术人员来说是明显的。

[0120] 可在插入没有动态光圈的常规IOL的初始手术过程期间手术地插入包括动态光圈和/或变迹掩膜的IOO或IOL。可替代地，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地插入IOO或IOL。

[0121] 包括动态光圈的透镜或镜片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。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率的量度，并且与经过下列关系的透明度(T)相关：

[0122] T＝10-ND 等式3。

[0123] 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敏锐度和对比度敏锐度来增大景深(但仅在某些情况下)。。

[0124] 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，可获得最好的结果。在优选配置中，用于几乎透明的光圈的ND值可小于约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％)。尽管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，但其将导致到达视网膜的光的整体透射的不期望的减少。

[0125] 现在将描述被认为从使用光圈和/或变迹掩膜产生的光学效应。通过光学传递函数(OTF)，可将视网膜图像质量定量地描述为目标对象的空间频率的函数，该光学传递函数是复合对比度灵敏度函数的值的曲线。复合对比度灵敏度函数可被用于特征化图像质量，因为取决于目标空间频率，眼睛的光学装置可相对于目标的空间频率改变图像的空间频率，除了减少图像的对比度之外。理论上，可以为每个对象距离和照明水平构建OTF。眼睛的OTF随着对象距离和照明水平而改变，因为这两个变量改变眼睛的光学特性。由于眼睛的折射误差、视觉失常或由于老花眼发作导致的适应性调节能力的损失都会降低眼睛的OTF。

[0126] 点目标的图像是与成像光学的调制传递函数(MTF)卷积的光圈的傅里叶变换，其中MTF是上面讨论并如公式1中所示的OTF的实部。产生的点图像已知为点扩展函数(PSF)，并可用作眼睛视觉(即，裸眼或用视力保健装置纠正的眼睛)的质量的测量系数。视网膜图像的PSF经发现与视觉体验的质量相关，特别是当其受到晕轮(halos)或闪烁或其他图像假象的损害时。因此，可应用系统性方法通过使用瞳孔变迹函数设计光圈。这种函数可以与其他之前的光圈表达式一致，诸如由Guyon发布的(Guyon，O，“Phase-induced amplitude apodizationof Telescope Pupils in Extrasolar Terrestrial Planet Imaging”，Astron& Astrophys，401(2003)；379页)表达式，如公式1中所示：

[0127] Ψ0(x)＝ΨE(x)-ΨE(x)×M^(x) 公式1

[0128] 其中，Ψ0(x)和ΨE(x)分别表示入口瞳孔和出口瞳孔的复合幅度，M^(x)表示掩膜形状的傅里叶变换，以及×表示卷积。

[0129] 光圈的类似公式例如由Martinache F在J Opt A.，Pure Appl Opt，6(2004)，809-814页发表的“A Phase-Induced Zonal Zernicke ApodizationDesigned for Stellar Coronagraphy”中被描述。通过引入改变波前的幅度的变迹函数或光圈作为瞳孔半径的函数，变迹函数可被用于引入如在美国专利No.5,980,040中所述的散焦。引入改变波前的相位的人造光圈作为瞳孔半径的函数也是可能的，对PSF具有有益的影响。使得变迹函数的实际幅度未改变的二次相位分布可以在入口瞳孔处产生散焦，例如：

[0130] ΨE(x)＝∏(x)e-iax2 公式2

[0131] 其中，如果|x|≤□1/2则∏(x)＝1，反之为0，其中α是表示散焦量的参数。

[0132] 因此，为了使光圈匹配给出的视觉任务集，光圈的几何形状和光学特性会与用于该视觉任务集的期望的PSF相关。为此，将视网膜图像质量(例如，如由PSF或视觉系统的OTF定义)匹配到由个人体验的视知觉。视知觉以神经对比度敏锐度函数(NCSF)为特征。在从视网膜图像到视知觉的转化中的一步是“视觉信息”的神经传递，即一旦在小凹上接收到图像由视网膜光感受器产生的电信号。该神经传递过程受到噪音的影响，在这种情况下，其会引起图像对比度的下降。神经传递的效率可以表示为空间频率的函数或视网膜图像、视网膜亮度以及关于出口瞳孔的中心的小凹上的点的位置的空间频率集。因此，可以通过能调节视网膜图像的质量的光圈以获取最大、最优或期望的光圈性能，以便包括光圈的结合的光学系统的OTF在空间频率处具有对比度峰值，该峰值匹配特定个体的NCSF的波峰。
尽管所见的图像的色度会影响NCSF和感受质量之间的关系，本公开不考虑该因素，并提供视网膜图像质量的色度评估和其到NCSF的匹配。

[0133] 可以使用不同的变量改变光圈的性能。例如Miller等人的美国专利No.5,786,883和5,757,458描述了环形光圈、对于不同类型光感受器具有多个光区的光圈、以及光圈尺寸改变的影响。一般而言，当光圈尺寸减少时，焦深增加以及视网膜图像质量改进。然而，随着增加的光圈尺寸，结合眼睛和光圈系统的整体MTF会下降。一般而言，视网膜图像质量的改进提高直到光圈尺寸变为大约2mm或更少。在这点下，衍射的效果会压倒由于景深的提高导致的积极效果。

[0134] 在光圈内可以进行两种类型的功能性调整：作为位置的函数的在光圈内的点引起的光程差(即，离瞳孔中心的距离及其方位)，以及其光透射。对于与眼睛的视觉轴正交的二维光圈，由瞳孔变迹函数提供光透射的描述，如公式2所示，其中α＝1。更一般而言，这对另一平面内的二维光圈也成立，因为光圈会被投影在与眼睛的视觉轴正交的平面上。该方法的临床益处已在例如由Applegate RA等人在Presented at the Wavefront Congress，2005发表的“Aberrations and Visualperformance，Part I，Optical and neural Limits to Vision”中被报告，其描述了眼睛的MTF作为瞳孔光圈的函数。光圈的应用以眼睛的MTF函数的高空间频率值为代价增强了低空间频率MTF。实际上，光圈用作低通带空间频率滤波器。因为普通的人类眼睛的NCSF一般在4-8周期/度达到峰值，视网膜图像的MTF和相关联的OTF值的该偏移能使OTF更好地匹配眼睛的NCSF。如之前所述，在低空间频率处改进图像质量会改进视觉舒适度和视觉的主观质量。

[0135] Guyon所描述的瞳孔变迹及其他涉及望远镜系统分辨率的改进。他们的假设是来自星星的出射波前是极端平的并且不需要纠正。当设计人类视觉系统时，会以高空间频率处的OTF为代价纠正波前像差。即，较低的光学分辨率是可接受的以接近在中到低空间频率处达到峰值的人类视觉系统的OTF，以及PSF的衍射是受限制的至少对于一些(1-3)空气直径(λ/d，λ是光的波长，以及d是瞳孔光圈)而言。

[0136] Guyon也研究了光圈的中心和系统的光轴之间的距离对光学系统的PSF的影响，并示出了该参数能被最优化以提供最优化的PSF而不影响通过光圈的波前的净光透射。同样，光圈的内边缘的几何形状能进一步调节入口瞳孔的OTF，并因此在低到中空间频率区域内提高眼睛的OTF。甚至具有散焦或低阶像差的患者也受益于为每人单独设计或为特定类型的视觉误差而设计的具有特定边缘几何形状的掩膜。例如，具有散光(astigmatism)的患者可以被配备有将具有椭圆形状的掩膜，其中椭圆的短轴匹配患者的散光轴。在这种情况下，焦深优选地沿着散光轴的方向增加。使用球形校正，这种患者能获得最佳的视觉。光圈(对于环形光圈)的外边缘的几何形状和光透射特性会被设计成使来自该边缘的衍射效应最小化。

[0137] 在Guyon和其他天文学工作中，通过使用镜像(例如，首先由Guyon和Doddier提出的PIAA技术)已实现了跨越瞳孔光圈的相位幅度变化。当适合于诸如望远镜的大范围应用时，这些设计方案不能容易地的适用到诸如这里所述的那些临床设备。

[0138] 为了实现此处所述的一些特征和益处，优选的将动态光圈和/或变迹掩膜合并入相对于瞳孔被固定的设备中。该种设备的示例包括IOO、IOL、角膜镶嵌和角膜覆盖。否则，该设备的效果会被降低或消除，或者该设备对于佩戴者的视觉会具有不期望的影响。因此，这里所述的一些特征对于并入在相对于佩戴者瞳孔并不保持固定的设备(诸如隐形眼镜和柔性焦距透镜组)中不是令人满意的。

[0139] 虽然本文中已详细描述了本发明的示例性的和当前优选的实施例，但应该理解，所述创造性原理可以被另外进行各种体现和应用，以及随附的权利要求意在被解释为包括此类变化，除非由现有技术所限制。

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