單微結構鏡片、系統和方法

2023-12-08 08:22:01 2

專利名稱：單微結構鏡片、系統和方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及視力治療技術，特別地，涉及眼鏡片(鏡片，ophthalmiclens)，諸如例如隱形眼鏡、角膜嵌入物或覆蓋物、或人工晶狀體(I0L)，其包括，例如有晶狀體眼IOL和雙聯IOL (B卩，在已經具有IOL的眼睛中植入的I0L)。
背景技術：
老花眼是一種影響眼睛的適應性的疾病。當物體移動得更靠近年輕的、適當起作用的眼睛時，睫狀肌收縮和小帶鬆弛的作用允許眼睛的晶狀體改變形狀，並由此增加其屈光力和在近距離聚焦的能力。此適應性可允許眼睛在近物和遠物之間聚焦和重新聚焦。老花眼通常隨著人變老而出現，並與適應性的自然逐漸損耗相關。老花眼通常失去快速且容易地在變化距離處的物體上重新聚焦的能力。老花眼的影響通常在45歲的年齡之後變得明顯。到65歲的年齡，晶狀體通常失去幾乎全部彈性，並僅具有有限的改變形狀的能力。與眼睛的適應性減小一起，年齡還可能由於形成白內障而導致晶狀體混濁。白內障可能在晶狀體的硬中央核中形成，在晶狀體的更軟的外皮層部分中形成，或在晶狀體的背面處形成。可通過用人工晶狀體替換混濁的自然晶狀體來治療白內障。人工晶狀體替換眼睛中的自然晶狀體，人工晶狀體通常稱作眼內透鏡或「I0L」。單焦點IOL旨在僅在一個距離處提供視力矯正，通常是遠焦距。對植入預測最適當的IOL屈光度(強度，power)具有有限的精度，並且，不適當的IOL屈光度會在手術後給患者留下殘餘的折光差。因此，已接受IOL植入的患者可能必須還佩戴眼鏡以實現良好的遠視力。最低限度地，由於單焦點IOL僅在一個距離處提供視力治療，並且，由於典型的矯正用於遠距離，所以，對於良好的近視力和有時中視力通常都需要眼鏡。術語「近視力」通常相當於當物體位於離對象眼睛基本上在眼睛的視網膜上的焦點中的約I至2英尺之間的距離時所提供的視力。術語「遠視力」通常相當於當物體位於至少基本上在眼睛的視網膜上的焦點中的約6英尺或更大的距離時所提供的視力。術語「中視力」相當於當物體位於離對象眼睛基本上在眼睛的視網膜上的焦點中的約2英尺至約5英尺的距離時所提供的視力。已用各種方式嘗試來解決與單焦點IOL相關的限制。例如，已經提出了多焦點I0L，其原則上提供兩個焦點，一個近焦點和一個遠焦點，可選地具有一定程度的中間焦點。這種多焦點IOL或雙焦點I0L，旨在於兩個距離處提供良好的視力，並包括折射和衍射多焦點I0L。在一些情況中，旨在矯正兩個距離處的視力的多焦點IOL可能提供約3. O或4. O屈光度的近增加屈光力(near add power)。例如，多焦點IOL可以依賴於衍射光學表面，以朝著不同的焦距引導光能的部分，從而允許患者清楚地看到近物和遠物。還已經提出了不用去除自然晶狀體來治療老花眼的多焦點眼鏡片(包括隱形眼鏡等)。還可以將單焦點或多焦點的衍射光學表面構造為提供減 小的色像差。衍射型單焦點和多焦點鏡片可利用具有提供屈光力的給定折射率和表面曲率的材料。衍射型鏡片具有使鏡片具有有助於鏡片的整體屈光力的衍射屈光力(衍射功率，diffractive power)的衍射型分布(衍射型曲線,衍射輪廓,diffractive profile)。典型地，衍射型分布的特徵在於許多衍射區域。當用於眼鏡片時，這些區域典型地是在鏡片的光軸周圍隔開的環形鏡片區域、或光柵。每個光柵可由光學區域、該光學區域和相鄰光柵的光學區域之間的過渡區域、以及光柵幾何形狀來限定。光柵幾何形狀包括光學區域的內徑和外徑以及形狀或斜率、過渡區域的高度或階梯高度(step height)以及形狀。光柵的表面積或直徑主要決定鏡片的一種或多種衍射屈光力，光柵之間的過渡的階梯高度主要決定不同增加屈光力之間的光分布。這些光柵一起形成衍射型分布。鏡片的多焦點衍射型分布可用來通過提供兩個或多個屈光力來緩解老花眼；例如，一個用於近視力，一個用於遠視力。鏡片還可採用放在眼睛的囊袋內的人工晶狀體的形式，代替原有晶狀體，或放在自然晶狀體的前面。鏡片還可以是隱形眼鏡的形式，最常見的是雙焦點隱形眼鏡，或是這裡提到的任何其他形式。雖然多焦點眼鏡片使許多患者提高了視力質量，但是其他改進也將是有好處的。例如，一些人工晶狀體眼患者會經歷不希望有的視覺效果(閃光感異常(dysphotopsia)),例如眩光或光暈。當來自未使用的焦點圖像的光產生在所使用的焦點圖像上重疊的焦點之外的圖像時，可能出現光暈。例如，如果使來自遠點光源的光通過雙焦點IOL的遠焦點在視網膜上成像，那麼IOL的近焦點將同時將散焦的圖像重疊在由遠焦點形成的圖像上。此散焦的圖像可以將其自身表現為焦點之內的圖像周圍的光環的形式，並叫做光暈。另一個改進區域在多焦點鏡片的典型雙聚焦周圍旋轉。由於多焦點眼鏡片典型地提供近視力和遠視力，所以可能犧牲中視力。因此，具有擴展焦距深度(焦深)的鏡片可能對一些患者提供在一定範圍的距離處具有良好視力的好處，同時減小閃光感異常或沒有閃光感異常。已經提出了各種擴展IOL的焦距深度的技術。例如，一些方法基於準心折射原理，並包括具有稍微增加的屈光力的中心區域。其他技術包括非球面或包括具有不同折射區域屈光力的折射區域。
雖然一些所提出的治療可能對需要其的患者提供一些好處，但是將希望進一步提高。例如，將希望提供沒有閃光感異常地在較寬且擴展的焦距範圍內具有增強的圖像質量的改進的IOL系統和方法。本發明的實施方式提供了解決上述問題的方案，並由此對這些突出需求中的至少一部分提供了答案。

發明內容
本發明的實施方式通常提供改進的鏡片和成像技術。示例性實施方式提供改進的眼鏡片(諸如，例如，隱形眼鏡、角膜嵌入物或覆蓋物(corneal inlays or onlays)、或人工晶狀體(眼內透鏡，眼內晶狀體，intraocular lens) (I0L),其包括,例如有晶狀體眼IOL和雙聯I0L)，並提供相關的用於其設計和使用的方法。本發明的實施方式包含具有單圓形表面結構的IOL光學裝置，該結構用作相移分布(相移輪廓，phase shifting profile)。這樣設計該分布,使得其增加人工晶體眼的焦距深度，其中，用人造鏡片代替眼睛的自然晶狀體。這種單IOL技術抑制了與傳統的具有許多 衍射環的多焦點IOL相關的不同的雙聚焦。因此，通過根據本發明的實施方式的鏡片，可減輕與傳統的多焦點IOL相關的閃光感異常(例如光暈效果)。不例性單環IOL包括前面(anterior face)和後面(posterior face)。可在前表面或後表面(或前面或後面)上設置分布(外廓，曲線，輪廓，profile)。該分布可具有內部和外部。內部典型地呈現拋物線彎曲形狀。內部還可稱作微結構、隔離光柵(isolatedechelette)、或中心光柵。在內部和外部之間，可以存在連接內部和外部的過渡區域(transition zone)。除了拋物線形狀以外，中心光柵可具有任何各種形狀，包括雙曲線、球面、非球面和正弦形。光柵的內部和外部之間的過渡(過渡部分，transition)可以是急劇過渡，或者，其可以是平滑過渡。微結構的外側處的外部的表面可具有任何球面或非球面形狀。可優化外部的形狀，以具有一定範圍的瞳孔大小所需的光學性能。所需光學性能可以基於以下要素，諸如焦距深度(焦深)、遠焦點中的光學質量、以及最佳焦點(或遠焦點)位置作為瞳孔大小的函數的變化。可以應用這樣的優化規則，好像形狀是折射單焦點I0L，或是具有擴展焦距深度的折射I0L，或是矯正或改變視覺球面像差的折射設計。可進行這樣的特殊設計中心光柵和外部區域之間的相互作用包含在設計或優化中。這裡描述的技術也適合於用任何各種眼鏡片實現，包括I0L、角膜嵌入物或覆蓋物、和/或隱形眼鏡。在一個方面中，本發明的實施方式包含用於治療患者的眼睛的眼鏡片系統和方法。示例性鏡片可包括具有前折射型分布(前折射曲線，前折射輪廓，anterior refractiveprofile)的前面和具有後折射型分布(後折射曲線,後折射輪廓，posterior refractiveprofile)的後面。可將這些面設置在光軸周圍。鏡片還可包括施加在前折射型分布上、施加在後折射型分布上、或施加在兩者上的衍射型分布。在一個示例性實施方式中，衍射型分布可包括僅僅一個光柵。可選地，可在鏡片的中心區域內設置光柵。相關地，可將光柵定位為鏡片的中心折射區域周圍的環面。在一些情況中，鏡片包括包圍光柵或圈環(annularring)的外圍區域(peripheral zone)。光柵的特徵可以在於恆定的相移(constant phaseshift)。
根據一些實施方式，眼鏡片可包括其特徵在於拋物曲線的光柵。光柵可具有在從約Imm到約4mm範圍內的直徑。例如,光柵可具有約I. 5mm的直徑。在一些情況中,光柵可具有在從約I. Omm到約5. Omm範圍內的直徑。光柵可具有I至7mm2之間的表面積。優選地，光柵可具有I. 5至4mm2之間的表面積。例如，光柵可具有2. 3mm2的表面積。鏡片實施方式可包括其特徵在於球面曲線(spherical curve)或非球面曲線(aspherical curve)的外圍部分。在一些情況中，該外圍部分可以是折射的。鏡片可包括具有在從約4mm到約7mm範圍內的外徑的外圍部分。例如，鏡片可包括具有約5mm的外徑的外圍部分。鏡片可包括過渡，其特徵在於具有在從約O. 5μπι到約4μπι範圍內的值的階梯高度(step height)。根據一些實施方式,過渡的特徵可以在於具有在從約I. 5 μ m到2. 5 μ m範圍內的值的階梯高度。根據一些實施方式，過渡的特徵可以在於具有約I. 7 μ m的值的階梯高度。在其他實施方式中，階梯高度可具有約2. Oym的值。擴展的焦距深度可以基於一定範圍的焦距上的相對閾值。例如，可用白光MTF曲 線下的體積將圖像質量表示為白光衍射有限MTF下的體積(「MTF體積」)的百分比。在一些情況中，對於2. Omm的瞳孔，鏡片在從約-I. 25D到約O. 25D的連續範圍中，可提供至少約35%的MTF體積。換句話說，鏡片在至少約I. 5D的連續範圍內可提供至少35%的MTF體積。本發明的一些實施方式在至少約O. 75D的連續範圍內提供至少35%的MTF體積。其他實施方式可在至少約I. OD的連續範圍內提供至少35%的MTF體積。更優選地，實施方式可在至少I. 25D的連續範圍內提供至少35%的MTF體積。在一些情況中，鏡片可在至少約I. 5D的連續範圍內在每至少15mm 50個循環處提供MTF。一些實施方式在至少I. OD的連續範圍內在每至少15mm 50個循環處提供MTF。在其他情況中，鏡片可在至少約I. 8D的範圍內在每至少7mm 100個循環處提供MTF。一些實施方式在至少UD的連續範圍內在每至少7mm100個循環處提供MTF。在一些情況中，衍射型分布的特徵可以在於設計波長，並且，鏡片可包括這樣的過渡，其特徵在於產生設計波長的約O. 25倍至約I倍之間的相移的階梯高度。在一些情況中，衍射型分布的特徵可以在於設計波長，並且，鏡片可包括這樣的過渡，其特徵在於產生設計波長的約O. 15倍至約2倍之間的相移的階梯高度。根據一些實施方式，鏡片可包括這樣的過渡，其特徵在於產生約O. 5的相移的階梯高度。在其他實施方式中，鏡片可包括這樣的過渡，其特徵在於約O. 4的階梯高度。在另一個方面中，本發明的實施方式包含這樣的系統和方法，其包括具有衍射主區域(衍射主區，diffractive primary zone)和折射外圍區域(refractive peripheralzone)的眼鏡片，衍射主區域呈現具有純光學功能的基礎衍射表面，折射外圍區域包圍衍射主區域。眼鏡片還可包括將衍射主區域與折射外圍區域物理地連接的過渡區域。過渡區域可以可選地提供光學特性。為了更充分地理解本發明的本質和優點，應當結合附圖參考以下詳細描述。


圖IA是具有多焦點折射人工晶狀體的眼睛的橫截面圖。圖IB是具有植入的多焦點衍射人工晶狀體的眼睛的橫截面圖。
圖2A是衍射多焦點眼鏡片的正視圖。圖2B是圖2A的鏡片的橫截面圖。圖3A-3B是傳統的衍射多焦點鏡片的衍射型分布的一部分的圖示。圖4示出了根據本發明的實施方式的單微結構鏡片的方面。圖4A-4B示出了根據本發明的實施方式的鏡片分布的方面。圖4C描述了根據本發明的實施方式的鏡片的分布的方面。圖4D示出了根據本發明的實施方式的單微結構鏡片的方面。圖5示出了根據本發明的實施方式的示意性眼睛的光學系統布局的方面。 圖5A-5C示出了根據本發明的實施方式的參考設計的方面。圖6A-6D示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估(design profileevaluation)的方面。圖7A-7D示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖8A-8D示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖9A-9D示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖10A-10C示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖11A-11C示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖12A-12C示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖13A-13C示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖14A-14C示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖15A-15C示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖16A-16C示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖17A-17C示出了根據本發明的實施方式的設計分布評估的方面。圖18A-18C示出了根據本發明的實施方式的設計的方面。圖19A和圖19B示出了根據本發明的實施方式的所測量散焦曲線的方面。圖20A-20C示出了根據本發明的實施方式的所測量散焦曲線的方面。圖21描述了根據本發明的實施方式的衍射單環IOL的方面。圖22描述了根據本發明的實施方式的衍射單環IOL的方面。圖23A-1至圖23D-2示出了根據本發明的實施方式的閃光感異常表現的方面。圖24示出了根據本發明的實施方式的閃光感異常表現的方面。為了說明的目的，並不精確地成比例地繪製一些上述附圖中所示的分布幾何形狀。圖中所示的分布的高度通常是約O. 5 μ m至約8. O μ m的等級，儘管高度可能根據以下因素而變化，例如患者所需矯正的量、鏡片材料和周圍介質的折射率、以及所需相位移動/延遲。
具體實施例方式應理解，已經簡化了本發明的附圖和描述，以說明與清楚地理解本發明相關的元件(要素)，同時，為了清楚和簡短的目的，消除了在典型眼鏡片、可植入光學設備、系統和方法中找到的許多其他元件(要素)。因此，本領域普通技術人員可認識到，在執行本發明時希望和/或需要其他元件和/或步驟。然而，因為這種元件和步驟在本領域中是眾所周知的，並且因為其並不便於更好地理解本發明，所以這裡不提供這種元件和步驟的討論。這裡的公開內容涉及對本領域技術人員已知的所公開的元件和方法的所有這種變化和改進。本發明的實施方式包含在擴展範圍的焦點或焦距上提供改善的圖像質量的系統和方法。這裡公開的系統和方法可包含各種眼鏡片，諸如例如隱形眼鏡、人工晶狀體、鏡片(眼鏡片，spectacle lenses)、以及角膜嵌入物或覆蓋物。示例性實施方式包括這樣的眼鏡片，與傳統的單焦點鏡片相比，該眼鏡片具有擴展的焦距深度，並且，與傳統的多焦點眼鏡片相比，該眼鏡片的閃光感異常(dysphotopsia)減小。在一些情況中，這種技術包括IOL方法，該方法包括單環，或光柵，並典型地包括擴展的焦距深度。有利地，這種方法可對患者提供良好的遠距視力，以及在中間距離處良好的沒有閃光感異常的視力。本發明的實施方式通常提供改進的鏡片和成像系統，並可包含在任何這樣的系統中，在該系統中，具有擴展焦距深度的鏡片可能是有利的，例如照相機/錄像機鏡片，包括那些用於監視或用於手術步驟的、以及用於行動電話或其他相關裝置中的照相機的鏡片。本發明的實施方式可能以改進的眼科裝置、系統和方法的形式找到其最直接的應用。本發明的示例性實施方式提供改進的眼鏡片(包括，例如隱形眼鏡、人工晶狀體(I0L)、角膜植入 物等)和相關的用於其設計和使用的方法。本發明的實施方式可以與單焦點衍射或折射鏡片、雙焦點衍射或折射鏡片、以及多焦點衍射或折射鏡片一起使用，例如，本發明的實施方式可添加至多焦點I0L，例如TECNIS多焦點、REZOOM或RESTOR IOL的相對表面。換句話說，例如，可對衍射或折射多焦點實施方式的相對表面添加擴展焦距深度特徵。另外，可對例如復曲面I0L、改變視覺球面和/或色差的IOLJP /或適應的IOL添加擴展焦距深度特徵。通常，可對改變視覺像差的IOL添加擴展焦距深度特徵。通常在瞳孔較小的亮光條件中進行閱讀。相反，在瞳孔較大的低光度條件中進行夜間駕駛。本發明的實施方式包含對小瞳孔大小相對強調中視力或近視力，同時對大瞳孔大小也相對強調遠視力的鏡片。在一些這種眼鏡片中，可將更大比例的光能從鏡片的外圍部分傳遞至遠焦點，以適應低光度的遠視條件，例如夜間駕駛；近焦距或中焦距可以接收比衍射型分布的中心部分相對更多的光能-例如，以進行閱讀或計算機工作，和/或在低光度閱讀條件下提供焦距深度和中距離或近距離觀察，例如在閱讀餐館菜單時。圖IA是裝配有多焦點IOL 11的眼睛E的橫截面圖。如所示出的，例如，多焦點IOL11可包括雙焦點I0L。多焦點IOL 11在眼睛E的前部從角膜12的至少一部分接收光，並通常在眼睛E的光軸周圍集中。為了便於參考，圖IA和圖IB並未公開眼睛的其他部分的折射特性，例如角膜表面。僅示出了多焦點IOL 11的折射和/或衍射特性。鏡片11的每個主面，包括前面和後面，通常具有折射型分布(折射型外廓，折射曲線，refractive profile)，例如雙凸的、平凸的、平凹的、凹凸的等等。相對於周圍房水、角膜、以及整個光學系統的其他光學元件的特性，這兩個表面一起限定鏡片11通過眼睛E在成像性能上的效果。傳統的單焦點IOL具有這樣的屈光力，其基於製造鏡片的材料的折射率並且還基於鏡片的前表面和後表面或前面和後面的曲率或形狀。在年輕的健康眼睛中，囊袋14周圍的睫狀肌17的收縮和鬆弛有助於眼睛適應當其移動更近時眼睛增加屈光力以保持聚焦在物體上的過程。當人變老時，適應程度降低，並通常導致老花眼、在近物上聚焦的能力變差。因此，傳統地，患者可以使用具有兩個屈光力的矯正光學裝置，一個用於近視力，一個用於遠視力，如多焦點IOL 11所提供的。
多焦點鏡片還可以可選地專門利用鏡片的折射特性。這種鏡片在鏡片的不同區域中通常包括不同的屈光力(power)，以減輕老花眼的影響。例如，如圖IA所示，折射多焦點鏡片11的周邊區域可能具有適於在遠視距離觀察的屈光力。相同的折射多焦點鏡片11還可包括具有適於在近距離觀察的更高的表面曲率和通常更高的整體屈光力(有時稱作正增加屈光力)的內部區域。與完全依賴鏡片的折射特性相反，多焦點衍射IOL或隱形眼鏡還可具有衍射屈光力，如圖IB所示的IOL 18所示出的。例如，衍射屈光力可包括正或負增加屈光力，並且，該增加屈光力可能是鏡片的整體屈光力的重要的(或甚至是主要的)貢獻者。由多個形成衍射型分布的同心衍射區域賦予衍射屈光力。可在前面或後面或兩者上施加衍射型分布。衍射多焦點鏡片的衍射型分布將進入的光引導成許多衍射級。當光13從眼睛前部進入時，多焦點鏡片18引導光13，以在視網膜16上形成遠場焦點15a以觀察遠物，並形成近場焦點15b以觀察眼睛附近的物體。根據離光13的來源的距離，相反，視網膜16上的焦點可以是近場焦點15b。典型地，遠場焦點15a與第O個衍射級相關，近場焦點15b與第 I個衍射級相關，儘管也可使用其他級。多焦點眼鏡片18典型地在兩個觀察級中分布大部分光能，目的通常是使成像光能約均勻地分離(50%: 50%)，一個觀察級與遠視力相應，一個觀察級與近視力相應，儘管典型地，一些部分轉向非觀察級。在一些實施方式中，有晶狀體眼IOL可以提供矯正光學裝置，該有晶狀體眼IOL可用來在使自然晶狀體留在原處的同時治療患者。有晶狀體眼IOL可以是角度支持的、虹膜支持的、或溝槽支持的。可將有晶狀體眼IOL放在自然晶狀體上或在另一 IOL上雙聯。還想像到，本發明可應用於嵌入物、覆蓋物、適應性I0L、眼鏡、甚至是雷射視力矯正。圖2A和圖2B示出了標準衍射多焦點鏡片20的方面。多焦點鏡片20可具有一些通常與上述多焦點IOL 18的光學特性相似的光學特性。多焦點鏡片20具有設置在光軸24周圍的前鏡片面21和後鏡片面22。鏡片20的面21，22典型地限定通光孔徑25。如這裡使用的，術語「通光孔徑」表示限制一束來自遠處光源的可由鏡片或光學裝置成像或聚焦的光線的程度的鏡片或光學裝置的開口。通光孔徑通常是圓形的並由其直徑確定，有時等於光學裝置的整個直徑。當裝配在對象或患者的眼睛上時，鏡片20的光軸通常與眼睛E的光軸對準。鏡片20的曲率使鏡片20具有前折射型分布和後折射型分布。雖然也可在前面21和後面22或兩者上施加衍射型分布，但是，圖2B示出了具有衍射型分布的後面22。衍射型分布的特徵在於多個在光軸24周圍間隔的環形光學區域或光柵23。雖然分析光學理論通常假設無限數量的光柵，但是，標準的多焦點衍射IOL典型地具有至少9個光柵，並可具有超過30個光柵。為了清楚起見，圖2B僅示出了 4個光柵。典型地，IOL是雙凸的，或可能是平凸的，或是凸凹的，儘管IOL可以是平平的或其他折射表面組合。圖3A和圖3B是多焦點鏡片的典型衍射型分布的一部分的圖示。雖然該圖僅示出了 3個完整的光柵，但是，典型的衍射型鏡片擴展到至少9個光柵至超過32個光柵。在圖3A中，相對於離鏡片的光軸的徑向距離的平方(r2或P )，繪製了光柵表面上的每個點的表面起伏分布(surface relief profile)的高度(從垂直於光線的平面開始)。在多焦點鏡片中，每個光柵23可具有一定的直徑或離光軸的距離，其通常與V η成比例，η是從光軸24開始數的光柵23的數目。每個光柵具有特徵光學區域30和過渡區域31。光學區域30典型地具有如圖3A所示當相對於P繪製時可能是線性的形狀或向下的斜率。當相對於半徑r繪製時，光學區域30具有如圖3B所示的拋物線的形狀或向下的斜率。至於典型的衍射多焦點鏡片，如這裡示出的，所有光柵具有相同的表面積。光柵23的面積決定鏡片20的增加屈光力，並且，當使面積和半徑相關時，該增加屈光力也與光柵的半徑相關。如圖3A和圖3B所示，相鄰光柵之間的過渡區域31是急劇(尖銳)且不連續的。鏡面的高度從穩定向下傾斜急劇地過渡至垂直向上漸進，並且，該過渡突然回到再次穩定向下傾斜。這樣做時，光柵23也具有由光柵的最低點和最高點之間的距離限定的特徵階梯高度32。因此，衍射表面的斜率(或第一導數)和/或曲率(第二導數)在該過渡附近是不連續的。有限微結構圖4提供了根據本發明的實施方式的單微結構鏡片分布100的橫截面的圖示。僅 示出了鏡片的一半，儘管由於鏡片是旋轉對稱的，所以另一半是在圖4的左側與鏡片互補的鏡像。單環表面的分布100包括內部或單環110、階梯或過渡120、和外部130。內部110在分布100的中心位置170和過渡120之間延伸，外部130在過渡120和分布100的外圍位置180之間延伸。中心位置170典型地設置在光軸處(儘管在一些實施方式中例如其可以是偏移的，以匹配瞳孔中心或偏移視軸等)。在此特定實例中，過渡120設置在離光軸約I. 5mm的距離處，外圍位置180設置在鏡片的通光孔徑的直徑處，這裡是離光軸約3. Omm的距離處。在一些情況中，過渡120可設置在離光軸從約O. 5mm到約2. Omm的範圍的距離處，並且，外圍位置180可設置在離光軸從約2. O到約3. 5mm的範圍的距離處，或更大(例如，對於隱形眼鏡，該範圍將由於隱形眼鏡的與IOL相比屈光力更大的位置而大約為15% ;本領域的技術人員將根據應用而適當地依比例決定一些尺寸)。如圖4所示，相對於離鏡片的光軸的徑向距離(r)繪製鏡片分布上的每個點的離垂直於光軸的參考平面的表面高度或垂度(d)。如這裡示出的，位移或總垂度(d)的值可具有在從約Omm到約O. 07mm的範圍內的值。總垂度可取決於表面的折射形狀，並且，對於I0L，可具有典型地在Omm至約2mm之間的值,或者,在表面是凹的情況中，具有Omm至約_2mm的值。內部內部或光柵110包括中心IlOa和外邊緣110b。在內部110的中心或中心部分IlOa處，內部110的垂度(d)基本上與外圍曲線160的位移或垂度(d)等價。在外邊緣IlOb處，內部110的垂度(d)基本上與衍射基線140的垂度(d)等價。在徑向距離(r)是零的地方，內部110的垂度(d)與外圍曲線160的值等價。在徑向距離零和外邊緣IlOb處的徑向距離(例如I. 5mm處)之間的垂度(d)的值，從外圍曲線160 (r=0處)的值以拋物線的方式逐漸且平穩地變化至衍射基線140 (r= I. 5mm處)。如這裡示出的，內部110可呈現拋物線形狀，例如，如在科恩(Cohen)的等式4a (Applied Optics (應用光學)，31:19，pp. 3750-3754(1992))中描述的，將其結合於此以供參考。應理解，在一些情況中，內部110可以具有任何各種形狀或分布，包括雙曲線形狀、球面形狀、非球面和正弦形狀。可在折射形狀上施加內部110的形狀。過渡
在外邊緣IlOb處，在徑向距離(r)是I. 5mm處，垂度(d)的值從衍射基線140的值漸進或改變至外圍曲線160的值。在徑向距離(r)與過渡120相對應時，內部110的垂度Cd)與衍射基線140的值等價。相關地，當徑向距離從零的值增加至約I. 5mm的值時,分布100的位移接近外圍曲線160的位移。可沿著垂直軸線確定偏移的值。可根據相位延遲的量選擇偏移值。根據一個實施方式，在位置110b/130a處，內部110和外部130可能不在相同的垂直高度處結束。一種連接這兩個端點的方式是通過使用垂直直線。如這裡示出的，衍射過渡階梯在分布中提供較陡的階梯。在一些情況中，該過渡的特徵在於，具有在從約
O.5 μ m到約4 μ m的範圍內的值的階梯高度。根據一些實施方式，過渡的特徵可在於，具有在約I. 5 μ m至2. 5 μ m之間範圍內的值的階梯高度。外部外部130包括內邊緣或中心邊緣130a和外邊緣130b。在內邊緣130a處，外部130的垂度(d)基本上與外圍曲線160的垂度(d)等價。在外邊緣130b處，外部130的垂度(d)保持基本上與外圍曲線160的垂度(d)等價。對於在徑向距離I. 5mm和徑向距離3. Omm之·間的分布100的外部130的垂度(d)的值與外圍曲線160的值等價。分布100和外圍曲線160的垂度在I. 5mm和3. Omm的徑向距離值之間是約等價的。如這裡示出的,夕卜部130可提供正態的球面或非球面曲線，例如矯正或治療視覺球面像差的Tecnis非球面。在US7，615，073中可看到Tecnis IOL的更詳細的描述，將其內容結合於此以供參考。實際上，可以使用任何非球面分布。在一些情況中，可使用Tecnis分布或改變、減小或增加視覺球面像差的非球面。還可使用折射多焦點表面，或擴展焦距深度的折射非球面或區域折射表面。衍射多焦點可位於相對側上。與具有多個光柵並且其中當徑向距離增加時階梯高度增加或減小的鏡片相比，本發明的實施方式包含不存在這種階梯結構的鏡片結構。人瞳孔的大小隨著照度而變化。在亮光中，瞳孔較小，在暗光或低光度條件中，瞳孔較大。另外，人瞳孔的大小隨著適應作用而變化。沒有適應作用時，瞳孔比具有適應作用時大。因此，對於更小的瞳孔，可以希望提供相對強調中視力或近視力的設計。對於更大的瞳孔，可以希望提供相對強調遠視力的設計。這種考慮可能影響IOL設計。觀察到對於多焦點鏡片存在的閃光感異常(例如光暈)的條件由兩個焦距的分離而支配。因此，按照本發明的示例性實施方式，鏡片可以僅包括單微結構環，使得與具有多個光柵的衍射多焦點IOL相比，不同焦距之間的光分離是不完全的。在光較亮的典型的閱讀或近視條件中，瞳孔的大小較小，例如直徑在約Imm至2mm之間，並且，眼睛具有較大的焦距深度(例如來自針孔效應)，幾乎與IOL的光學裝置無關。較大的瞳孔大小(例如直徑大於約4-5_)通常應用於低光度條件，並且，通常與對其典型地建立IOL的屈光力的遠距視力相關。因此，許多患者將大多從提高焦距深度的IOL受益，以能看到中間距離。對於中間瞳孔大小，具有單個光柵或環的IOL有效地增加焦距深度，同時保持較小的瞳孔大小的一般增加的焦距深度，還對較大的瞳孔大小保持強調遠視力。同時，對於幾乎所有瞳孔大小，由於單個光柵和光學裝置的剩餘的表面積或剩餘的鏡片部分(「非光柵」)具有不相等的表面積，所以焦距之間存在不完全的分離。由於光的分離是不完全的，所以焦距的分離是不完全的。焦距的此不完全的分離有助於焦距深度擴展和閃光感異常(例如光暈)減弱。
圖4A提供了根據本發明的實施方式的鏡片衍射型分布的一部分的圖示，其進一步說明了單微結構實施方式。在圖4A中，相對於離鏡片的光軸的徑向距離的平方(r2或P )，繪製了光柵表面上的每個點的表面起伏分布的高度(從垂直於光線的平面開始)。光柵可具有特徵光學區域930和過渡區域931。光學區域930可具有當如圖4A所示相對於P繪製時可以是線性的形狀或向下的斜率。當相對於半徑r繪製時，光學區域930可具有拋物線的形狀或向下的斜率。如這裡描述的，中心光學區域930可提供中心拋物線光柵。外部(折射)區域可遵循具有固定偏移的基圓半徑。在一些情況中，該分布可提供光柵或中心部分923a和折射區域或外圍部分923b。如圖4A所示，光學區域930和外部區域933之間的過渡區域931可以是急劇(尖銳)且不連續的。類似地，中心部分或光柵923a和外圍部分或折射區域923b之間的垂直過渡可以是急劇且不連續的。鏡面的高度從穩定向下傾斜(例如越過光學區域930)急劇地過渡至垂直向上漸進，並且，該過渡突然回到穩定傾斜或基本上水平。這樣做時，光柵923a或光學區域930也具有由光柵的最低點和最高點之間的距離限定的特徵階梯高度932。因 此，衍射表面的斜率(或第一導數)和/或曲率(第二導數)在該過渡區域附近是不連續的。第一導數可用直線的方向表示，第二導數可用直線的彎曲表示。根據一些實施方式，光來自下方，在由箭頭A表示的方向上，並僅到達(hit)分布的光柵930。根據一些實施方式，在理論條件中，光不會到達光學區域的垂直連接處，因此，該分布可以說沒有過渡區域。根據一些實施方式，實際上，當嘗試製造這種分布時，例如通過車床切割，可能難以複製銳角轉角(例如，在光學區域與相鄰光學區域連接的地方)，因此，由於有限的切鑿半徑(chisel radius)而可以使該轉角在一定程度上形成圓角。這種倒圓對光學性能可以具有可以忽略的效果。根據相關實施方式，可以特殊的方式使過渡區域931 (可稱作從光柵到相鄰區域或多個區域的過渡)成形，以優化光學性能，例如，以使從急劇過渡產生的散射減到最小。根據一些實施方式，可將中心部分923a定義為光柵，並可將外圍部分923b定義為折射區域。圖4B是鏡片的衍射型分布971的圖示，繪製了光柵972的特定點處的表面起伏分布的高度與P、從垂直於光線的平面移動的半徑或距離的平方的關係，用傳統的衍射型分布975示出，並用虛線示出。根據一些實施方式，光柵可包括光學區域或主區域977和過渡區域976。根據一些實施方式，可將中心部分972a定義為光柵，並可將外圍部分972b定義為折射區域。根據一些實施方式，光柵包括一個主區域或一個過渡區域。如圖4B所示，光柵和相鄰區域978之間的過渡區域976可以不是急劇的且不是不連續的。鏡面的高度可平穩地過渡。另外，光柵972，或中心部分972a，可具有特徵分布高度974，並且，外圍部分972b可具有由光柵或部分的最低點和高程點之間的距離定義的特徵分布高度974a。因此，圖4B示出，中心光柵可具有另一形狀，並且，可以存在過渡區域，974a處的相位偏移(高度)可以與中心區域974的相位偏移(高度)不同，並且，外部或外圍區域可以具有可替代的非球面形狀。圖4C是鏡片分布的圖示，根據本發明的實施方式，公開了包圍鏡片的中心折射區域的單個光柵。圖4C中的鏡片分布實施方式具有一個單個光柵或微結構980e，將其定位為中心折射光學區域970e周圍的環面。環形光柵具有內徑982e和外徑984e、分布形狀986e和分布高度988e (偏移I)。環形光柵980e可以由折射外圍區域990e包圍，具有分布高度998e (偏移2)。分布高度988e，998e的特徵可以在於，其離底部/中心折射區域的相應距離。雖然未在圖4C中示出，但是應注意，折射中心和外圍區域可以是非球面表面，被設計為改進視覺像差，例如球面像差。如圖4E中顯示的，微結構和折射區域之間的過渡(例如垂直線)可以是急劇的或平滑的，如這裡在別處進一步描述的。另外，折射區域可以是球面的或非球面的、或混合的，具有球面折射區域和非球面折射區域。圖4D提供了鏡片的後表面上的單個微結構鏡片分布200的橫截面的圖示，該鏡片具有I. 21mm的環形直徑並在220處具有2. 05 μ m的階梯高度，相當於O. 5 λ (見表2)的相位延遲。在此實例中，如在專利US 5，121，980(Cohen)中描述的，用比例因數V 2將環形直徑從I. 5mm (對於2. O屈光度的傳統IOL衍射型鏡片，其是內環形直徑)減小至I. 21mm。僅示出了鏡片的一半的內部和一部分外部，儘管由於鏡片是旋轉對稱的，但是另一半是鏡像。單環面的分布200包括內部210或單環，階梯或過渡220、以及外部230。外部230超出圖4D中公開的延伸至2. 5mm。內部210在分布200的中心位置270和過渡220之間延伸。外 部230在過渡220和外圍位置(未示出)之間延伸。內部或光柵210包括中心210a和外邊緣210b。在徑向距離是零的內部210的中心或中心部分210a處，內部的垂度(sag) (d)在衍射基線240的垂度(d)和離外圍曲線2601. 03 μ m處的外圍曲線260的垂度(d)之間，相當於O. 25 λ的相位延遲(見表2)。在外邊緣210b處，內部210的垂度(d)基本上等於13. 8 μ m處的衍射基線240的垂度(d)。徑向距離零和O. 61mm處的外邊緣210b處的徑向距離之間的垂度(d)的值，從1.03μπι (在r=0處)逐漸且平穩地變化至基線240 (在r=0. 61mm處)的值，其是13. 8 μ m。此變化以拋物線的方式出現。如這裡示出的，內部可呈現拋物線形狀,例如在科恩(Cohen)的等式4a中描述的，Applied Optics (應用光學)，31:19，pp. 3750-3754 (1992)，將其結合於此以供參考。在徑向距離(r)是O. 61mm的外邊緣210b處，垂度(d)的值從衍射基線240的值漸變或改變至外圍曲線260的值。在徑向距離(r)與過渡220相應的地方，內部的垂度(d)與衍射基線240的值相等。相關地，當徑向距離從零的值增加至約O. 61mm的值時，分布的位移接近衍射基線的位移。階梯高度是2. 05 μ m,導致O. 5的相位延遲。外部230包括內邊緣或中心邊緣230a和外邊緣(未示出)。在內邊緣230a處，夕卜部的垂度(d)與外圍曲線260的垂度(d)基本上相等。在外邊緣處，外部的垂度(d)保持與外圍曲線260的垂度(d)基本上相等。在徑向距離O. 61mm和徑向距離2. 5mm處的外圍部分之間的分布的外部的垂度(d)的值與外圍曲線260的值相等。分布和外圍曲線260的垂度在O. 61_和2. 5mm的徑向距離值之間大約相等。外部可提供標準的球面或非球面分布，例如校正或治療視覺球面像差的Tecnis非球面。分布參數分布設計可以一組參數來表徵。典型地，具有多個光柵的傳統多焦點鏡片以以下參數表徵增加屈光力(add power)和光分布。例如,可將分布的單個光柵描述為反射鏡片增加屈光力和光分布(如下面更詳細地討論的)。如在之前併入的2008年4月24日提交的美國專利申請號61/047，699和12/109，251中討論的，鏡片增加屈光力可以基於分布光柵的直徑或徑向位置或位置，並且光分布可以基於光柵的相對高度。光柵的衍射屈光力和幾何形狀
在傳統的衍射IOL中，光柵的直徑(或大小或寬度或表面積)與鏡片的衍射屈光力相關。同樣地，根據傳統的衍射IOL設計，這裡公開的單光柵設計的幾何形狀的變化的特徵已經在於增加屈光力方面。特別地，這裡公開的單光柵實施方式的半徑與具有相同增加屈光力的傳統的衍射IOL的內半徑相等。如本領域技術人員知道的，增加屈光力並非必須描述這裡公開的單光柵實施方式的光學特性。根據一些實施方式，鏡片的衍射屈光力的值在從約O. 5屈光度到約3. O屈光度的範圍內，其代表如以下表I中詳述的光柵半徑和直徑。表I提供了不同樣本的尺寸，其中，D代表屈光力(單位是屈光度)，R代表環或光柵的半徑(單位是_)，De代表環的直徑(單位是mm)。在可替代的實施方式中，單光柵在折射面周圍或其內部是環面的。在這種情況中，用光柵的表面積代表衍射屈光力和光柵尺寸之間的轉換。表I提供了光柵的表面積的尺寸。表I
權利要求
1.一種眼鏡片，包括 前面和後面，所述兩面設置在光軸周圍；以及 施加在所述前面或所述後面上的隔離光柵。
2.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述前面和/或後面具有衍射型分布。
3.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述前面和/或後面具有復曲面型分布。
4.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述光柵設置在所述鏡片的中心區域內。
5.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述光柵設置在所述鏡片的中心折射區域周圍的圈環內。
6.根據權利要求5所述的眼鏡片，其中，所述鏡片包括包圍所述圈環的外圍區域。
7.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述光柵的特徵在於恆定的相移。
8.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述光柵的特徵在於I至7平方毫米之間的表面積。
9.根據權利要求8所述的眼鏡片，其中，所述光柵具有在從約Imm到約5mm的範圍內的直徑。
10.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述光柵的特徵在於拋物曲線。
11.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述鏡片進一步包括特徵在於球面曲線或非球面曲線的外圍部分。
12.根據權利要求12所述的眼鏡片，其中，所述外圍部分具有折射型分布。
13.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述眼鏡片進一步包括過渡，所述過渡的特徵在於具有在從約O. 5μπι到約4μπι範圍內的值的階梯高度。
14.根據權利要求13所述的眼鏡片，其中，所述階梯高度提供設計波長的約O.25倍至約3倍之間的相移。
15.根據權利要求I所述的眼鏡片，其中，所述鏡片在至少約O.75D的範圍內提供至少35%的MTF體積。
16.—種眼鏡片,包括 衍射主區域，呈現具有純光學功能的基礎衍射表面；以及 折射外圍區域，包圍所述衍射主區域。
17.根據權利要求16所述的眼鏡片，進一步包括將所述衍射主區域與所述折射外圍區域物理連接的過渡區域，其中，所述過渡區域可選地提供光學特性。
18.根據權利要求16所述的眼鏡片，進一步包括光柵，其中，所述衍射主區域的特徵在於第一恆定相移，而所述光柵的特徵在於第二恆定相移，所述第二恆定相移與所述第一恆定相移相等或不同。
19.一種設計眼鏡片的方法，由下述組成，利用瞳孔大小測量以及基於所述測量確定施加在鏡片表面上的隔離光柵的大小。
20.根據權利要求20所述的鏡片/方法，其中，所述測量基於一組患者的瞳孔大小。
全文摘要
用於在較寬且擴展的焦距範圍內提供增強的圖像質量的系統和方法涵蓋視力治療技術和諸如隱形眼鏡和人工晶狀體(IOL)的眼鏡片。示例性IOL光學裝置可包括圓形表面結構，其用作衍射型或相移分布。在一些情況中，單環IOL包括前面和後面，其中，可在前表面或後表面，或前面或後面上施加分布。該分布可具有諸如微結構或中心光柵的內部、和外部。在內部和外部之間，可以存在將內部和外部連接的過渡區域。
文檔編號A61F2/16GK102892380SQ201080064343
公開日2013年1月23日 申請日期2010年12月17日 優先權日2009年12月18日
發明者亨德裡克·A·韋貝爾 申請人:Amo格羅寧根私人有限公司