在使用前面所说的显微外科的多功能系统时，在眼睛的前部或后 部进行外科手术或实施眼科处理的外科医生必需把他或她的眼睛放 到显微观测仪器上，并希望通过使用本发明的脚控制器能实施不同眼 部的控制。希望这样的脚控制器不仅能提供对不同眼部的控制，选择 希望的外科模式，并控制被连接到这些模块的机头所产生的操作速 率，如抽取、玻璃体切除、晶状体乳化法、剪除等等。
今天使用的眼显微外科系统，如已经被提到的并在现代眼外科实 践中使用了多年，至今由脚控制器所控制，典型地可以和一显示控制 台一起结合使用。
用于眼外科仪器的、使用脚控制器的一现代控制系统实例，在共 同转让的美国专利5,157,603中被给出，其名称为用于眼外科仪器的 控制系统，在此称之为“先前的系统”。在先前系统中特别为这样的 系统而设计的脚控制器，不具备本发明脚控制器的所有特征和优点。 在揭示先前可用于眼外科的显微外科系统中的脚控制器特征时，相关 的共同转让的美国专利5,091,656和4,837,857中揭示的脚控制器也应 当被注意。
大量其他使用脚控制器的显微外科系统被知道且被使用；事实上 简单的脚控制器很多年来被应用到医疗和外科领域中和其他一些同 类的应用(其中用户希望能使用脚控制器来让手得到自由，并消除手 的操作对眼睛注意力的分散)中。
不过，当希望使用同样的脚控制器来控制不同的可能设备、眼科 工具和仪器时，或在希望同样的脚控制器对一种类型的模块和另一种 同样有用的地方(同时允许脚控制器选择所希望的模式或模块，并提 供把脚控制器应用到未来可能模块(当它们可用时)中去的能力)， 至今已知的脚控制器有着相当多的缺点。
但是，通常来说，先前的脚控制器没有所希望的灵活性和编程能 力，以用于广阔范围的可能的模式和选择。

在眼外科系统中使用脚控制器时特别关注的是眼外科医生在执 行或操作脚控制器中可能有不同的选择和各自的习惯。这样，外科医 生可能是惯于使用左脚或右脚。除了脚控制器的基本能力(允许使用 左脚或右脚)，希望脚控制器可以包容在速率、控制敏感性和反馈方 面的多种可能的差异和选择，这在实际中可方便外科医生在精度和不 同处置的选择(在人与人之间变化，甚至根据眼外科医生是执行前部 处置或后部处置方面的差异)。
因为模块化的显微外科系统是由微处理器控制的，因此也希望这 类系统中的脚控制器也以由这样系统所使用的数字形式提供接收、实 现和报告系统通信中的不同信号的能力。
这样，希望脚控制器自身是模块化的，且是一“聪明的”控制器。 我们进一步希望它仅使用低电压、低能量电路以适应于手术室环境， 并带有能与数字电路相互接口的电路，包括一中央处理器和上述模块 化微处理系统中的各种模块和外围设备。希望该“聪明控制器”具有 借助于适当的接口网络协议如已知的RS-485，通过这样的电路进行 系统通信的能力。
在借助这样的系统实现各种外科处置中，希望脚控制器提供一能 进行垂直和水平摆动的启动踏板，以在任一给定的时间依照系统的使 用模式来适应各种可能的控制动作。这样，外科医生可以将垂直控制 用于一个或多个特殊模式的操作，将水平控制用于一个或多个其他模 式的操作。
在垂直控制中，希望能有一个在特定区域中可活动的踏板。这样， 在第一个区域中，外科医生在冲洗模式中能将踏板从零偏转处移动以 增加其偏转，来增加其抽取作用；接下来进一步偏转，该踏板能移入 到第二个区域，其中当踏板在第二区域中被进一步偏转时晶状体乳化 或玻璃体切除以增加的速率发生。
更好地是，所使用的脚控制器和使用该脚控制器的外科系统允许 通过控制器的操作以电子方式选择从第一个区域向第二个区域过渡 的点。这可以通过触摸屏控制器实施，如在所引用的模块化显微外科 系统中是可行的.
到此，这些区域和从一个区域到下一个区域的过渡点的定义典型 地是由脚控制器固有的机械和电气特性来定义，且这不能使过渡点的 改变变得易于实现。
此外，对一个外科医生来说，当操作脚控制器时，如利用一制动 器，能够接收到触觉反馈来容易地察觉到从一个区域到下一个区域的 过渡点是很重要的。
到此，在共同转让的Gahn美国专利5,091,656中提到的，使用了 一带有多个弹簧(依赖于使用的模式，可被有选择地接入到接合处或 从接合处断开)的机械布局，以获取触觉上的反馈。
已存在的脚控制器主要是专注于特殊系统或特殊类型设备的功 能和操作。在这个意义上已知的脚控制器有固定的功能。这样，典型 地说它们仅包含一些开关或其他“哑电路”的硬连线来对待特定用途， 缺乏象模块化显微外科系统所要求的模块化能力，并缺乏对系统的踏 板范围、和由该踏板所提供的触觉幅度和程度进行电子化编程或重新 编程的能力。
因为模块化显微外科系统不仅在它的配置上是不同的和多种多 样的，而且当在系统的任何一个可能模式下使用时，应用到这样系统 中的脚控制器在其能力、操作范围程度(例如精度控制在切割速率) 和敏感度也应当是不同的和多种多样的。
根据本发明，提供一种应用于显微外科系统的脚控制器，该显微 外科系统具有一个用于确定该系统操作模式和模式序列的中央处理 器和一个用于显示与该系统相关联的功能的电子显示设备，该脚控制 器包括：
一控制台；
控制台上的一踏板，为系统的用户在外科手术期间使用；
用户在预先确定的垂直移动的最大范围内使踏板在垂直方向移 动的装置，来有选择地控制一个或多个由系统根据其操作模式和模式 序列实现的线性功能；
处理踏板被用户水平移动的装置，以有选择地控制至少由系统根 据其操作模式和模式序列实现的其他线性功能；
控制台上的多个脚操作的开关启动器，使用户可对操作模式和模 式序列进行选择；
连接到踏板并可有选择供能的电子激活的制动装置，用于根据预 定的系统准则进行扳动动作；
所述的制动装置，用于控制踏板的扳动来指示踏板的移动从一个 活动区域向另一个活动区域的过渡；
控制台内的一控制电路，在计算机网络中连接到该显微外科系统 上，用来和显微外科系统进行数据通信；
所述控制电路以电子化方式管理踏板垂直移动，并且将这种运动 和启动报告给显微外科系统用以在其操作模式中控制显微外科系统；
所述控制电路还与该系统通信，用来对该踏板的特征和功能进行 编程，并允许用户通过改变踏板的垂直位置进行控制；和
所述控制电路还与该系统一起行使功能，用来在踏板垂直移动的 整个范围内确定多个活动区域，并使活动区域有选择地在各自的弓状 范围内变化；和
所述控制电路还包括用于对制动装置供能的制动装置驱动电路， 它包括为该制动装置提供电流完成制动动作，和用于快速增加制动装 置电流来快速抱紧制动装置从而在没有实际延迟的情况下提供扳动 动作的装置。
因此，在这个新的外科脚控制器的目的和优点中，即一外围脚控 制器模块，如此处所描述和阐明的，是这样的脚控制器：
--包括特别用于前部和后部眼外科手术的模块化显微外科系统 的可编程特征和功能；
--对一外科医生来说是主要的控制输入，以与该模块化显微外科 系统进行交互；
--用于这样的一个系统时不仅对各种眼科模块提供控制，也能提 供对所希望的外科模式的选择，并允许对由连接到该模块的机头所产 生的操作速率进行完全的控制，如所希望的玻璃体切除、晶状体乳化 法、剪除和其他一些可在该系统中使用的功能；
--为该系统提供一个或多个踏板线性输入以实现外科医生可控 的输入；此外还包括按钮类型的控制元素，借助于它，外科医生可对 赋予线性输入的功能进行完全控制；
--当它们对这样一个系统变得可用时，为这个系统提供使用带有 任何可能的未来模块的脚控制器的能力；
--允许外科医生或是左脚使用或是右脚使用；
--可以包容外科医生在速率、控制敏感性和反馈方面的多种可能 的差异和选择，这在实际中可方便外科医生在精度和不同处置的选择 (在人与人之间变化，甚至根据眼外科医生是执行前部处置或后部处 置方面的差异)；
--因此，当用于上述类型的显微外科系统，具有自由功能的编程 和重新编程的能力，以使它的功能可通过用户的预选择被赋予；且它 的功能可以随着该显微外科系统的改变而改变；
--是完全的电子化和机械化的模块；
--以由上述这样被微处理器控制的显微外科系统所使用的数字 形式提供接收、实现和报告系统通信中各种信号的能力；
--通过电子总线协议与一个被微处理器控制的上述外科系统进 行通信，因而大大地简化了系统的连接；
--当在上述多功能显微外科系统中的任何一种可能的模式下使 用时，应用到这样系统中的脚控制器在其能力、操作范围程度(例如 对切割速度做精度控制)和敏感度也应当是不同的和多种多样的，以 使外科医生通过使用本发明的脚控制器来进行外科手术或在眼睛的 前部或后部实施眼科处置，以对眼科模块进行精确的和多功能的控 制；
--提供一能进行垂直和水平摆动的启动踏板，以在给定的时间依 照系统的使用模式来适应各种可能的控制动作；
--结合数字式编码器以精确地检测出该踏板在垂直和水平模式 上的摆动；
--为踏板的用户提供一种将垂直控制用于一个或多个特殊模式 的操作、将水平控制用于一个或多个其他模式操作的能力；
--在多个特定的区域内，当用于垂直控制时提供一带有摆动能力 的踏板；
--在系统实现的、软件驱动的显示之下，允许对这些区域和从一 个区域到下一个区域的过渡点的定义，以容易地简化过渡点的改变；
--为踏板操作，用户可利用一制动器，能够接收到触觉反馈来容 易地察觉到从一个区域到下一个区域的过渡点；并可通过电子装置而 不是机械设备来制造这样的制动器；
--它的操作模式本质上是电子的，与特定用途中的机械或其他 “哑电路”的硬连线形成鲜明的对比；
--高度地结合了人体工程学设计，给予了外科用户一种完全本能 的、自然的操作，以实现和简化控制到至今未达到的程度。
附图说明
图1是和显微眼外科仪器一起使用的显微外科控制系统的透视 图，它具有多个控制模块，并使用了本发明的外科脚控制器部件；
图2是按照本发明的一优选实施例的该显微外科系统外围脚控 制器的顶视的平面图，相当于脚控制器部件的全部；
图3是该脚控制器的底部平面图，阐明了有关电路和相关部件；
图4是该脚控制器的透视图；
图5是本发明脚控制器电路的电路示意框图；
图6A-6F一起示出了脚控制器电路的详细电路示意图，其中：图 6A是该电路微处理器特征的详细电路示意图；图6B是与图6A中的 电路一起使用的EPLD电路的详细电路示意图；图6C是与图6A的 电路一起使用的有关复位电路的详细电路示意图；图6D是与图6A 的电路一起使用的有关RS-485电路的详细电路示意图，以和与该脚 控制器一起使用的模块化显微外科系统进行总线通信；图6E是为上 述电路供电的电源的详细电路示意图；图6F是脚控制器的有关制动 装置驱动电路的详细电路示意图，它由图6A中的电路所控制。
图7是制动装置驱动电路的电路框图；
图8A-8C一起阐明了该脚控制器操作的主要事件；
图9A和9B是指示制动装置驱动电路操作中不同的制动器可能 位置的图示化表示；
图10是有关踏板机械特征的透视图，阐明了制动踏板垂直摆动 响应的部件；
图11是有关踏板机械特征的透视图，阐明了制动踏板水平摆动 响应的部件；
图12是一示范性的屏幕显示，描述了适合于脚控制器操作重新 配置的屏幕设置和显示。

参考附图，尤其是图1-4，脚控制器部件15构成一个外围脚控制 器，后者通过提供总线协议连接即串行RS-485总线接口和连接系统 和脚控制器并为脚控制器和电路提供电源(如24伏直流电)的复位 信号线的复位信号线的电缆2312连接到模块化显微外科控制系统1 上。通过这样的总线连接2312，脚控制器15就数据通信而论其功能 等效于模块13，并在通过脚控制器输入(允许控制各种模块13，如 在模块化显微外科系统1中可被使用的各种可能眼科模块13中的任 何一个)进行眼科处置期间为外科医生提供主要的控制输入来与系统 进行交互。实例如气体/液体交换和剪刀/镊子模块327、双极凝结和 射频透热疗法模块329、照明模块331、冲洗和流动抽取模块323(包 括能力)、文式管抽取和玻璃体切除模块321、晶状体乳化法和晶状 体分割(phacoefragmentation)模块325。与该显微外科控制系统相 连接的模块13的详细情况进一步在共有未决申请(序列号 60/025,498，提交于1996年8月29日)中揭示，因此通过引用被结 合进来并进一步在此处附带的临时申请的缩微胶片中被揭示。
脚控制器15包括一外壳或控制台，总的由参考字符2314指示， 最适宜地是由可浇铸材料铸成，形成一个从脚跟部分2318朝左和右 上部分2320、2322向上倾斜的上表面2316，在它们之间形成一个近 似于U型的凹槽2324，位于能包容脚的中心踏板2326处。该踏板在 尺寸上比凹槽2324窄，很明显通过旋转凹槽壁2324(使踏板可以移 动和操作)中的转轴部件2328它可以在两边之间水平移动。为了确 保控制，踏板是向上扩张的，提供了小边2327，如图所示在踏板的 反面是有孔的以提供光线和纹理效果，来使脚的接触更安全。通过对 转轴部件的摇动，象对车辆油门踏板的方式那样对踏板增长压力时， 踏板2326在垂直方向也是可移动的。
接近于踏板2326的脚跟部分是一脚跟座2330，它是一个浅的凹 下的形状，以稳固地包容和支撑用户的脚跟，即它是一脚跟凹槽，而 不管是左脚还是右脚，并允许精确地对踏板在垂直或水平方式的移动 进行控制，且在这点上建立一个参考点以将用户的脚放在平面1 6上 并将脚触觉相对敏感地方放到准确的位置以操作踏板2326。
更优选的是，希望踏板2326可以绕着转轴部件2328所定义的俯 仰轴进行15度角的垂直移动，移动的极限受机械限定使得初始仰角 与水平成15度，若完全踩下，最终仰角相对于水平位置为0度。它 还包括后面将要讨论的适当的弹簧，用于当脚从该踏板上抬起时恢复 初始的仰角。这里不使用机械制动器，而代之以通过电路操作的可编 程制动器，包含向前和向后的两个制动器的动作。
更优选的是，希望踏板2326在水平方向绕着转轴部件2328所定 义的水平轴是可以摆动的，从标称的中心位置可以进行10度角的移 动，通过弹簧复位到中心位置(中心定位以机械的方式被提供)，使 得可通过用户在控制器的同步方向的移动来提供线性控制，至于相反 方向的移动可以对比进行，这样的操作是双态的，如同抽风器 (aspiration)的开与关。在图2中，水平的可能性相对于中线2329 由YAW LEFT和YAW RIGHT所阐明。
外壳的左上和右上部分2320、2322确定了相应的外部狭窄的凸 出部分2332、2334，在它们之间伸出一个柄2336，与单片外壳2314 很好地形成一个整体，它可用来将脚控制器部件15挂到并且存放到 该显微系统1的仪器箱21中。
如所示出的那样，电缆2312从外壳2314中在踏板2326和柄2336 的下面露出来，它通过适当的插头器件(例如接插件157)与显微外 科系统1相连接。电缆2312因此为该显微外科系统提供电源和通信 总线连接，使得脚控制器15和它自己的微处理器电路一起(例如图 31A-31J中的控制电路105)，(这在上面解释的该显微外科系统中是 很明显的)构成了总线上的一个节点。这样，该脚控制器电路构成了 由图1中的显微外科系统建立的计算机网络上的节点。该计算机网络 提供配电和节点(包括脚控制器15)间的点对点数据通信。
安装在外壳表面右上部分2322中的是一摇杆开关2336，它有左 边和右边的启动表面2338、2338’，用于在按下由轻微凸起部分2339 所表示的摇杆开关的中心附近的启动表面2338或2338’来进行瞬间 启动。这样，表面2338或2338’将被用户的脚有选择地按下来显现当 前动作，并包括通过拍击动作由开关定义的触觉反馈。
当和图1中的显微外科系统一起使用时摇杆开关2336是可编程 的，以为所有系统可适用的功能提供上/下、增/减、或开/关控制。这 样它可被认为是位置可换的二元开关设备，其功能取决于它的哪个表 面被有选择地按下。
脚跟座2330的右边是一相应的、同样浅凹的脚跟座2330’，用于 当外科用户希望操作摇杆开关2336时休息和精确定位脚跟。
这样，在外壳23 14的上表面的脚跟凹槽2330、2330’为用户确定 了踏板操作和摇杆开关操作的位置，使得可在没有视觉观察条件下依 靠触觉将脚放好。
安装在外壳表面的左上部分2320中的是一模式按钮2340，在其 上面是一双极按钮2342，两者都是靠触觉反馈瞬间启动类型的开关。 模式按钮被外科医生用来选择操作模式，例如，选择模块13或将模 块13的操作从一个模式改变成另一个模式。这样，模式开关被显微 外科系统1用于选择操作模式。双极按钮，外涂兰色以与脚控制器外 壳的不同颜色如灰色形成对比，被外科医生有选择地按下以通过眼科 机头进行双极凝结操作。
主要内部特征
现在参考图3，外壳23 14从底部被示出，但没有盖子，正常时 部件是保持密封的，移走是为了阐明外壳23 14的内部部件(通常由 2344标明)。
穿过外壳内壁2344的转轴部件2328在中央包括一齿轮箱2346， 其中的部件用于将踏板的水平摆动转化成相应的旋转动作以驱动与 电路板2351上由微处理器控制的电路2350相连接的水平摆动编码器 2348。这样电路通信通过电缆2312使用RS-485串行数据总线协议与 模块化显微外科系统1进行。类似地垂直摆动编码器2352也连接到 电路板2350上，这个编码器从转轴部件2328的另一端被一可摇动的 齿轮驱动臂2354(摇动使踏板进行垂直摆动)的一端所驱动，这个 臂的特征和操作将在下面进行解释。臂2354的相反的一端被连接到 一磁粉制动装置2356(对踏板在垂直模式上提供电控制的扳动动作， 在后面被更完全描述)上。与水平编码器2348相联系的是一限位开 关，即原位开关2349，用作一个类似的与垂直编码器2352相联系的 限位开关，即原位开关2353(见图3)。
水平和垂直限位开关被连接到电路板2350上，用来以信号表示 各自的编码器(对应于踏板的原位，即何时对中(水平0度)以及何 时在垂直方向不下降)的原位。
主要电路特征
现在参考图5，框图示出了新的脚控制器的控制电路2350优选 实施例，阐明了它的关键电路特征。电缆23 12为脚控制器提供24伏 的直流电源，并通过双绞线的串行总线连接以RS-485协议与模块化 的外科系统传送数据。
电源输入电路2355为直流电源2356(起逻辑电路Vcc发生器的 作用)提供电源电压，后者提供常规的Vcc低电压例如5伏的直流电 给其他电路，包括RS-485通信收发器2358和RS-485复位收发器， 它们两者都与由电缆2312提供的串行总线连接进行通信。Vcc发生 器2356也起集成电路(“IC”)设备Vcc电源的作用，也就是来自于 Motorola公司的、标明为注册商标“神经元”(Echelon公司)的分布 式通信和控制处理器(例如处理器225)，此处为了方便称之为神经 元IC。它被标明为2362，并与存储器IC 2364例如优选的为商业化 的Atmel AT29C257-90的90ns或更快的64Kx8快闪存储器设备相连 接。
Vcc发生器2356也为逻辑IC 2366，即下面将解释的可电子化编 程的逻辑设备(EPLD)供应操作电压。
Vcc发生器也为用于电子控制踏板扳动动作的驱动磁粉制动装置 2356的制动装置驱动电路2368的有关电路部件供电。用于此目的的 制动装置驱动电路2368也由电源输入2355提供24伏电源，这样来 接收适合于驱动制动装置2356的电压。
逻辑IC 2366用于开关逻辑输入/输出扩充目的、控制和编码器解 码。这样，IC 2366提供各限位开关以及双极和模式开关2340、2342 和摇杆开关2336的开关解码，这里简单地由一组不同的开关2370表 示所有开关(由EPLD逻辑2366解码)。这样，与EPLD逻辑IC 2366 相联系的是用于正交解码/相乘的水平摆动编码器2348和垂直摆动编 码器2352。
EPLD IC 2366也提供制动力量编码、选择制动力量，并为此与 所示的制动装置驱动电路2368(包括有选择地供能和控制磁粉制动 装置2356的电路特征)相连。
具体电路特征
参考图6A-6F，根据优选的实施例，脚控制器电路的详细电路示 意图被详细示出。
在图6A中，神经元IC 2362被提供以一时钟晶振输入2372用于 其操作，并通过并行数据传送与存储器IC 2364(其中存储着用于神 经元IC 2362的常驻ROM应用程序代码)有数据和地址连接。一系 列的门2374a，b，c将IC的2362和2364连接起来，并提供信号状态用 于读/写使能控制和时钟信号NEUR R/W*和NEUR ECLK，在这里和 其他电路中星号代表逻辑反转(低真)。神经元IC 2364内部的单片 RAM根据IC 2362的程序代码存储数据。
参考图6B，EPLD IC 2366最好是在网格部分设计ISP1024下可 用的芯片设备。它的输入通过各种插孔J10、J5、J8、J3(它们由上 面图5中讨论的标号为2370的组成一组的各种开关连接)被提供。 它的输入也通过插孔J6和J9(用编码器进行连接，用于测量垂直和 左右摆动)被提供。在相对一边，插孔J2示出了通过电缆2312的电 路主连接。EPLD IC 2366通过被标记为NEUR IO<10..0>的连接也被 连接到神经元IC 2362的输入/输出终端上，用以提供输入和输出，例 如前述组的状态，即开关2370的阵列，和报告水平和垂直编码数据； 并接收神经元IC时钟信号NEURECLK。出于复位的目的，EPLD IC 2364从图6C所示的复位电路处接收复位信号LOCAL RESET和 LOCAL RESET*。
参考图6C，示出了包括看门狗定时器复位功能在内的复位电路， 收发器2360优选的是商用设备类型75176、提供相应复位信号 RESET-LO和RESET-HI信号状态的线驱动器/缓冲器。一组逻辑设 备2376a，b，c，d为复位芯片2378(优选的是商用设备类型MAX705) 提供收发器2360的信号输出状态。缓冲器接收正常情况下作为来自 神经元IC 2362的WDT IN信号的周期性看门狗定时器脉冲。如果复 位芯片2378在正常脉冲间隔内没有接收到正常的看门狗时间脉冲， 它进入超时并通过门2376a，b，c，d发送复位信号(由三极管2380a、 2380b的三个复位信号LOCAL RESET、LOCAL RESET*和NEUR RESET*提供)来在本地复位脚控制器器电路。如果问题发生在脚控 制器电路中，看门狗定时器在脚控制器中产生适当的复位信号，优选 的是至少每1s复位一次，看门狗复位脉冲优选的要大于50ns。
类似地，图6D示出了优选的为商用设备类型75176的通信接收 器2358(也被称作为收发器223)。线驱动器/缓冲器为通信信号 RS485-LO和RS485-HI提供适当的信号状态，作为与相应本地信号 CP2、CP1和CP0(是神经元IC 2362的通信协议信号)的接口。
二极管箝位电路2382a、2382b分别被提供给图6C和6D中的电 路，用来适当控制复位和RS485信号的线路电平。
图6E示出了包含商用芯片设备LM2574的电源电路，起图5中 Vcc发生器2356的作用，那些熟悉本领域的人能理解它的电路设计， 该设计主要源自于国家半导体公司提供的应用说明。 踏板制动器制动装置驱动电路特征
参考图6F，制动装置驱动电路2368(图5)被特别详细示出。
在考虑图6F之前先看一下图7，这是一个制动装置控制电路框 图，示出了制动装置使能信号BRAKE EN的输入被这个电路接收来 驱动磁粉制动装置2356(踏板2326的扳动动作被实现)。
可以理解，磁粉制动装置2356的线圈2356W(图6F)有一个大 的电感，它延缓了抱紧和脱离的响应时间。这样，该制动装置控制电 路将提供通过供给该制动线圈一个大大高于其正常操作电压的电压 来加速这个制动装置的响应时间的装置。接着，一旦制动装置的电流 达到了所需要的操作值，驱动电压必需减至维持正常操作电流的水 平。实现更快响应的一常规方法是将固定的高压作用到一个与该制动 装置线圈串连的镇流电阻上；但是该镇流电阻消耗了额外的能量并产 生不希望有的热量。
图7示出的布局提供了在不消耗多余能量的情况下快速抱紧和 脱离制动装置。这部分是由于对制动装置使用脉冲宽度调节驱动实现 的，该脉冲宽度是反馈电压可控制的，特别地使用了一个直流到直流 的开关电压调整电路，也就是包含了一个开关类型的电源芯片设备 2384，更好地是一个单芯片开关电压调整器用于提供恒定电源电压； 并通过制动装置线圈提供一恒定的电流(在开关电压调整电路中包含 一个高度感应元件)。
此处示出的BRAKE EN作为开-关控制信号提供给芯片设备2384 的ON*/OFF输入，该芯片有一个V IN输入用来接收一合适的高电压 (24v直流)，这个电压要高到当压力加到踏板2326的机械装置之上 时，能有效地驱动磁粉制动装置2356的线圈绕组2356W，此处以点 线连接(连接踏板2326和制动装置2356)示出，以通过建立一个可 选择的阻止进一步踩压踏板2325的可变阻力产生一个制动器反馈， 而且根据神经元IC 2362的操作调节阻力使得用户可以感到按压制动 位置，其目的是容易地察觉到从一个区域到下一个区域的过渡点。
芯片电压调节器，是一个开关类型的电源，在终端OUTPUT处 提供一开关输出(例如52kHz)，来给包括线圈绕组2356W、快速脱 离电阻2386a和传感电阻2386b在内的电路恒定供能，该输出形成一 个与线圈绕组2356W中的电流成比例的电压。这两个电阻在它们之 间形成一个节点2387，用于作为提供到芯片设备2384的FEEDBACK 的输入端的反馈连接2388，以便控制设备2384的忙闲度，并调节输 出电压来在制动装置线圈绕组2356W和电阻2386a和2386b中维持 所需要的操作电流。
固态开关2390包括一电子开关元件，当制动装置使能信号 BRAKE EN促使该开关在ON/OFF*位置时，其触点2390b被连接到 跨越并短路电阻2386a的桥上。
在这点上，电阻2386a起快速脱离电阻的作用，因为它被触点 2390b的操作所短路，并且电阻2386b起传感电阻的作用，跨越其上 的电压确定了由反馈连接23 88所提供的用于控制制动装置电流的反 馈信号。续流二极管2392把电路接通。
如果制动装置使能信号BREAK EN出现了，开关电源芯片2384 被打开且固态开关2390以半导体开关设备的典型速度操作，分流了 快速脱离电阻2386a。
这样传感电阻2386b给出了一电压，为开关电源提供脉冲宽度调 节反馈控制信号来控制包括制动装置线圈绕组2356W的环路中的电 流，且场效应晶体管(FET)起固态开关装置的作用，来通过初始时 向制动装置线圈绕组2356W提供一个远大于正常操作电压的制动装 置驱动电压增加制动装置启动的环路电流，且当制动装置电流达到制 动动作所需要的操作值时，该制动装置驱动电压被减小到能维持用于 制动动作的操作电流的水平。
这样若BRAKE EN信号消失，开关电源芯片2384被关断，固态 开关2390再以半导体电路典型的速度断电，消除分流FET供应的电 流，且这样以极快的速度转向经由快速脱离电阻2386a的电流，引起 经由制动装置线圈2356W的环路电流迅速下降，这将很快被用户通 过扳动动作而感觉到。这样用户被发给一感觉上的信号--该踏板已经 穿过了制动器的位置，且接收到可触知的从踏板的一个活动区域转向 另一个区域的感觉。
该电路具有多于一个的制动位置，并能使磁粉制动装置的量值 --感应制动器根据预定的准则重置，可以包括外科医生的选择，例 如高阻力或低阻力制动器。它进一步可使踏板的活动区域以弓的形状 有选择地变化。
参考图6F，图7中电路的优选实现被阐明。
制动装置使能信号BRAKE EN通过逻辑门2393被提供，以反转 (低真)被发送到芯片调节器2384的反转输入端，芯片调节器2384 通过一感应电容过滤器2394接收它的24v直流电源。
门2393的反转输出驱动三极管2396的基极，很明显三极管2396 被连接控制固态开关2390的状态，这里看到的是由一个具有内部反 极性瞬态箝位二极管2391(跨越图235中示出的形成节点2390b的 漏极和源极连接，并跨越脱离电阻2386a连接)的FET构成。传感 电阻86b由电阻分压器对2398a、2398b补充，之间是一个节点2399， 4个电阻2400a，b，c，d被连接到该节点一端，相反的一端连接到对应的 固态开关设备2402(优选的为商用芯片设备类型DG212)的开关输 出2402a，b，c，d上，根据开关设备2402对应输入处的制动装置强度控 制信号BRAKE-OUT、BRAKE-OUT2、BRAKE-OUT3或 BRAKE-OUT4的出现或消失(高或低)有选择地连接电阻2400a，b，c，d 中的任何一个到地，且输入被对应的电阻2404a，b，c，d加偏压到Vcc。 从前述的内容可看出电阻2402a，b，c，d与电阻2388b一起作用提供电压 分压，在某种意义上改变电压电平来控制反馈2388，以便预先确定 当FET 2390转变其导电状态时制动装置绕组2356W将被供电的程 度，并依赖于根据模块化显微外科系统的程序选择由神经元IC 2362 所提供的制动装置强度控制信号BRAKE-OUT1、BRAKE-OUT2、 BRAKE-OUT3或BRAKE-OUT4，使得这些制动装置强度控制信号中 的每一个确定一个从最小到最大的制动制动器值。
参考图8A、8B和8C，脚控制器的控制电路操作将被更清晰地 理解。
神经元IC 2362软件执行空循环操作直到事件发生。一个事件可 以是操作组2370中一个按钮，水平编码器2348的一个变化和垂直编 码器2352一个变化。
图8A阐明了神经元IC定义的按钮的顺序。神经元IC 2362由它 的软件有效地建立按钮定时器间隔，在该间隔中任何脚踏开关的按下 可被检测到。第一步2406-1示出了按钮间隔的终止。在第二步2406-2 期间，串行数据输入可被神经元IC 2362从该显微外科系统中接收。 下一步2406-3检查看是否有某个原位开关，即那些与水平编码器 2348或垂直编码器2352相联系的开关接触，即指示该踏板既未压下 也未偏转。如果是(Y代表是)，该编码器计数在2406-3A步被清零。 如果不是(N代表不是)，在2406-4步表示检查是否有新的按钮被按 下。如果是(Y)，在2406-5步该条件通过网络连接电缆2312被报告 给模块化显微外科系统处理器。如果不是(N)，该事件周期完成， 在2406-6步中示出；空循环继续进行直到一个事件发生。
如图8B示出，如果水平编码器2348改变，2408-1步表示其检 测。在2408-2步新的位置限制被检测。该数据接着在2408-3步中被 发送到系统处理器中。
如图8C所示，在垂直编码器2352改变的情况下，2410-1步表 示检测该改变。在2410-2步，新的位置限制被计算。在随后的2410-3 步中制动器的设置被计算。这样在一适当的编码器限制处，制动装置 绕组2356W被适当地供能以使踏板的制动器运动，用户完全可以触 觉到，就好象是机械设备一样。这样测量的表示状态的数据在2410-4 步被发送到系统处理器上。
在操作踏板2326时，由上述的制动装置控制器和踏板控制电路 可产生不同的扳动动作方式。图9A和9B指示了这种可能性。在这 两个图中，相对的制动装置力对按踏板在垂直方向偏斜的百分比(从 0％到100％)被绘出，制动器点被标记为X1、X2。
在图9A中，曲线2412(沿虚线延伸)代表了正常的F＝kx2踏板 力从最小值F0到最大值Fmax的增长。在X1的偏斜处，例如20％，制 动装置力被利用来提供踏板力Fmax(或一较小的选择值)作为脉冲被 快速施加。经过这样生成的制动器，踏板偏斜继续进行直到第二个点 X2，例如50％，且制动装置力再次被施加以生成踏板力Fmax(或一较 小的选择值)作为脉冲被快速施加。优选地，在使用这种脉冲类型的 扳动动作方式时，利用制动装置力开启与断开之间的滞后现象。如图 9A中的第一个脉冲示出，X1表示第一个供能点，X1’代表在用户断开 制动器前阻碍踏板下降的较低值，以避免用户处于制动器来回切换的 边缘点。这样，脉冲的阴影滞后区域2413被指示出来。类似滞后区 2413在X2处初始的下一个制动装置脉冲也有。
在图9B中示出的第二个可能的方式中，踏板向第一个位置X1 的偏斜导致了制动力的快速应用，将踏板力带到F1值。该制动力被 保持直到当踏板力继续沿着F＝kx2曲线运动，直到第二个点X2，例如 50％，且制动力再次快速增长以生成踏板力F2，踏板力可以沿着正常 的力增长曲线增加直到它的最大值Fmax。当用户将踏板从一个制动器 点轻轻放松来回切换制动力时滞后现象在这种方式中也可用来使用 户不处在踏板的边缘点上。该脉冲的阴影滞后带状区域2413’被指出， 其中一旦制动力在X1被加上，则不会放松直到该踏板通过滞后间隔 后缩回到X1’。在X2处的下一个制动装置增长也被提供以类似的滞后 带2413’。
现在参考图3，制动器点X1和X2根据踏板2326的位置以虚线示 出。该软件允许制动器点X1和X2按踏板移动的百分比变化。这样， 通过使用显微外科系统的屏幕显示，该用户按希望那样变化制动器 点，以及指示制动器点的制动力的范围。
现在参考图232，239和240，与踏板2326在垂直和水平方向移动 相对应的脚控制器的机械设计方面将被理解。图3中的2414处指示 的是附着在转轴部件上面用于旋转的转轴延伸，在垂直方向带有一个 踏板2326，启动臂2416的一端有第一组齿2418用于和副齿轮2420 (由磁粉制动装置2456的转轴支撑)啮合，另一端的第二组齿2422 用于和副齿轮2424(由垂直编码器2352的转轴支撑)啮合。
在转轴部件的另一端，与它的齿轮箱2346一起，是一水平转轴 延伸2426，它支撑皮带轮2428，其上的皮带2430绕在对应的由水平 编码器2348的转轴所支撑的皮带轮2432上。
与图3一起考虑，如图10所示，启动臂2416在它的相对一端与 编码器副齿轮2424啮合在一起，且制动装置副齿轮2420(绕着孔2434 (转轴延伸114，此处为了描述清晰将其省略)的轴线是可摇动的) 当踏板在垂直方向移动时可确保绕着这个轴旋转。一个线圈压缩弹簧 2436位于臂2416的凹槽2438里面，其外端支撑在外壳23 14的适当 位置上。弹簧2436使启动臂2416如图10所示按顺时针转动使制动 踏板2326偏向原位开关位置(即用户没有压时它所占据的位置)。当 原位开关2418在原位被一启动臂2418’启动时，由臂2416的最近齿 2418所支撑，被开关2418的部件传感，如电光感应。托架2441附 着在踏板外壳2314里面的制动装置56上。类似地托架2441也附着 在垂直编码器2352上。
现在参考图11，与图3相比，齿轮箱外壳2346及转轴部件2328 (两者在图3中都是很明显的)在图11中都被省略以使其他元件看 起来更清晰。在齿轮箱外壳2346里面是一个由板2442驱动的齿轮部 件以保证踏板2326的安全(通过将螺丝钉穿过孔2443固定)。板2442 的延伸部是一个转轴2444，它带动螺旋齿轮2446与相应齿轮2448 (固定在一水平连接轴2450上，以支撑它外端的皮带轮2428)啮合。 很明显与用户踏板位置相对应的水平板2442将旋转驱动齿轮2446来 引起转轴2450及固定于该处的皮带轮2428相应的旋转，且这种旋转 将被耦合到水平编码器2348的皮带轮2432的皮带2430上(被一合 适的托架2451固定到脚控制器外壳上)。检测原位置(对应于0度水 平面)的限位开关2349可能同垂直原位开关118一样是光电类型的。 板2442的踏板中心0度水平位置由一对线圈压缩弹簧2452(居中固 定在被转轴2444的低端所支撑的臂2454上)的对中动作来维持，弹 簧2452的外端支撑在齿轮外壳2346的适当位置上(图3)。
相应地可看到转轴部件2328通过在该转轴部件的相对端提供分 离转轴输入而提供分离的垂直和水平移动的独立转轴连接，分别独立 地操作水平和垂直编码器2348、2352，且允许它们的位置相对远离 转轴部件2328，并不要求它们艰难地合并到实际踏板枢轴或安装机 构中，并因此为部件和调整提供更方便的方案，以及实现高效、高可 靠的结构，使之能年复一年地经受住手术室环境中外科的实在要求。
具体操作特征
新的脚控制器的操作在满足用户选择方面，以及在使用中改变与 这些选择相关的参数方面提供了至今没有过的便利。当在显微外科系 统中使用时，新的脚控制器为外科医生提供了与该系统交互的基本输 出，允许左脚或是右脚启动踏板2326在垂直和水平两个方向进行线 性输入，同时也提供按钮启动的二元控制。该脚控制器承担了外科医 生的完全控制，将那些功能赋与那些线性控制或那些按钮上。通过上 述线性控制和按钮的脚控制器外壳2314的对称放置，该脚控制器对 左脚医生和右脚医生来说工作起来很类似。功能的赋予也可以随着外 科设备安排的改变而改变。例如，基本的线性控制可以在一个设置上 控制线性抽取，在另一个上面控制线性晶状体乳化法能源。
操作中功能的说明：
在外科中当踏板控制应用于显微外科系统及它的几个模块期间， 踏板2326在垂直和水平方向被使用。垂直和水平方向可以同时控制 两个独立的线性功能，使得该系统可被说成是双线性系统。在双线性 模式中这样配置时，例如抽取功能，优选的是一直被踏板的垂直动作 所控制，另一个线性功能如晶状体乳化法，被该踏板的水平动作线性 控制。该水平移动也可用于仿真左/右边的开关动作(激活一些功能 如使玻璃体切除器从一边回流到相对一边)。并且如上面所提到的， 由磁粉制动装置2356所提供的制动器级在垂直移动时完全可以编 程。
可重编程特征和功能的说明：
参考图12，显微外科系统1的示范性屏幕显示出了适合于该脚 控制器重配置操作的屏幕设置和显示。此处可以理解，通过这样的触 摸屏显示，用户触摸所希望的视频显示“按钮”或触摸响应屏幕255 上的箭头标识，以产生改变。
在屏幕显示器上参考字符2456指示了提供踏板设置和屏幕255 上相应显示的触摸区域，如此处所描绘的。参考字符2458指示了一 带有显示按钮的触摸屏显示区域，以选择左脚或右脚操作。
2462处示出了一个带显示按钮的面板，当该踏板被水平摆动进 行回流操作时用于选择单一回流或重复回流。开关设置面板2464包 括显示按钮，用于允许可编程功能开关(模式开关2342)从软件定 义的使用列表中被选择；这里示出的是使它的模式序列可用。
作为据此而提供的模块序列的一个实例，当按下时该模式开关从 一个模式到另一个循环变化。这样，在白内障外科手术中，轻敲该模 式开关按钮2342将从一个双极凝结功能到抽取功能到晶状体乳化法 模式再一次到选择的抽取模式循环，再接着循环回双极模式。或对于 后部眼睛的外科手术中，该模式开关可被选择地从玻璃体切除模式， 到剪取模式，到玻璃体切除模式等转换，所以在选择模式中可接着使 用该踏板的线性和/或二元控制能力。另外一个例子，对于一个右脚 的用户，踏板可以向内移动(沿脚背方向)，在线性区域之上相对于 它中心位置的从0到100％的范围，且当侧向向外移动时，可以在二 元模式中切换以允许回流操作(即将回流置为开/关)。
邻近的屏幕面板2466有显示按钮，用于从被摇杆开关2336控制 的软件定义的列表中选择功能，此处示出的是控制IV pole向上和向 下移动。
为了有选择地控制垂直活动区域，显示区域2468，2470，2472被提 供，来确定该踏板在垂直方向移动的活动区域(或可被称为活动区域 的东西)，并在此建立磁粉制动装置2356产生的制动器点。例如此处 所示，活动区域1被设置为0％，活动区域2被设置为30％，活动区 域3被设置为50％。在2468，2470，2472中每个区域的显示按钮被用户 通过触摸屏幕来按下，以有选择地改变设置的量值，以根据用户的选 择引起制动器的动作，如上文中与制动装置控制电路的选择一起描述 的那样。在2474处，与制动器分界线一起，显示屏幕区域提供了一 个制动踏板控制活动区域的统计图表显示，由后面的显示按钮操作相 应地产生。
通过比较，双极开关2342不被编程，可使用它内在的二元开/关 模式，即当按下时置位。
更优选地，踏板在水平方向的移动从屏幕显示上不可编程，而且 根据在面板2460上选择的是左脚还是右脚操作，并根据面板2464上 的可编程功能开关选择例如模式序列来被激活。