CN110753528A - 衍射式多焦点可植入透镜装置 - Google Patents

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Abstract

可植入透镜装置（20）具有定义了光轴的衍射表面（1）。该衍射表面包括浮雕式图案（2），该浮雕式图案在该表面上同心延伸，并且具有特征在于交替的高度的环形同心台阶序列（22），其中浮雕式图案的最里面的台阶在所有其他台阶当中具有最大的高度。

Description

衍射式多焦点可植入透镜装置
相关申请
本申请要求保护2月14日提交的印度临时专利申请No.201721005229的优先权之权益，该临时专利申请的内容通过引用整体地结合于本文中。
技术领域
本发明在其一些实施例中涉及可植入透镜装置，并且更具体地但非排他地涉及多焦点可植入透镜装置。本发明的一些实施例涉及制造多焦点可植入透镜装置的方法，并且本发明的一些实施例涉及使用多焦点可植入透镜装置的方法。
视力的质量取决于许多因素，包括眼睛的大小和形状，以及角膜和晶状体的透明度。当年龄或疾病使晶状体变得不透明时，视力会由于可以被传递到视网膜的光线减少而恶化。眼睛的晶状体中的这种缺陷在医学上被称为白内障。针对这种情况的公认的治疗是手术移除晶状体，并且用人工晶状体（an intraocular lens，IOL）来替代晶状体功能。
多年来，已经开发了众多类型的IOL以用于矫正视力缺陷。通常，这样的透镜根据如下一两个基本光学原理进行操作：折射和衍射。典型的IOL由聚甲基丙烯酸甲酯制造，具有约5-7 mm的直径，并且通过被称为支撑袢（haptic）的柔性环（flexible loop）的弹力而被支撑在眼睛中。还使用了其他材料，并且存在各种各样的透镜样式和支撑袢设计。
多焦点透镜具有多于一个焦点。作为一种类型的多焦点的双焦点透镜具有两个焦点，一个在远处而另一个在近处。在多焦点IOL中，目标是增加清晰视力的范围，并且从而减少对附加眼镜矫正的依赖。具有两个或更多个光焦度（optical power）的刚性透镜被用来在轴向分离的图像之间划分入射光。整体图像质量受透镜焦度（lens power）的数量和聚焦组件本身的图像质量的影响。
一种类型的多焦点IOL是衍射多焦点IOL。一对衍射阶（order）被用来通过使用刚性植入物来同时提供两个透镜焦度。一个焦度（power）被用于远处视力而另一个焦度被用于近处视力。在这两种情况下，散焦光也入射在视网膜上，但是人类视觉系统能容忍对比度相关的图像变化，并且这对大多数患者来说似乎不是问题。衍射设计利用了全孔径，并且能容忍瞳孔大小变化和适度的偏心（decentration）。
通常，衍射透镜由任何数量的相等面积的环形透镜区域组成。在相邻区域之间，光学台阶被提供有通常绝对地小于设计波长的相关联的路径长度差。区域的面积或大小确定了透镜的衍射焦度（diffractive power）之间的分离；这种分离随着区域面积减小而增加。光程差确定了各种衍射焦度的相对峰值强度。例如，当光程差等于波长的一半时，存在两个主要衍射焦度，即零阶和一阶衍射焦度。对于小于波长一半的绝对路径差，零阶焦度是占优势的，而对于大约一个波长的光程差，第一衍射阶焦度是占优势的。
美国专利No.8,636,796公开了一种具有两个开诺全息照片（kinoform）衍射轮廓（profile）的人工晶状体，该衍射轮廓在人工晶状体的光轴上形成两个不同的焦点。两个衍射轮廓彼此叠加，使得浮雕式图案包括与小锯齿交替的大锯齿，其中最里面的锯齿是小锯齿之一，并且紧挨着最里面的锯齿是较大锯齿之一并且具有最大的高度。
美国专利No.5,089,023公开了一种眼内光学植入物，其包括具有前面和后面以及一般的前-后光轴的折射/衍射透镜。透镜的前面和后面中的至少一个具有衍射透镜轮廓，其覆盖了透镜的有效透镜面积的大约一半。
美国专利No.5,699,142公开了一种衍射多焦点眼科透镜，其具有变迹（apodization）区域，该变迹区域在透镜的大部分上使能量平衡从近焦点逐渐偏移到远焦点，使得透镜的外部区将其全部能量引导到远焦点。
美国专利No.6,536,899公开了一种包括多个环形区域的多焦点透镜。每个环形区域被划分成两个环形子区域，使得子区域内的折射焦度（refractive power）展现出至少两个衍射焦度，并且至少一个衍射焦度基本上与每个环形区域的平均折射焦度一致。
附加的背景技术包括美国专利号4,881,805、5,344,47、7,377,641、4,162,122、4,210391、4,338,005、4,340,283、4,995,714、4,995,715、4,881,804、4,881,805、5,017,000、5,054,905、5,056,908、5,120,120、5,121,979、5,121,980、5,144,483、5,117,306、5,076,684、5,116,111、5,129,718、4,637,697、4,641,934和4,655,565，以及欧洲专利号1194797B1。
发明内容
根据本发明的一些实施例的方面，提供了一种可植入透镜装置，其具有定义了光轴的衍射表面。该衍射表面包括浮雕式图案，该浮雕式图案在该表面上同心延伸，并且具有特征在于交替的高度的环形同心台阶序列，其中浮雕式图案的最里面的台阶在所有其他台阶当中具有最大的高度。
根据本发明的一些实施例的方面，提供了一种制造可植入透镜装置的方法。该方法包括：在光学材料的表面上形成浮雕式图案，该浮雕式图案在该表面上同心延伸，并且具有特征在于交替的高度的环形同心台阶序列，其中浮雕式图案的最里面的台阶在所有其他台阶当中具有最大的高度。
根据本发明一些实施例的方面，提供了一种治疗受试者视力的方法。该方法包括将透镜装置植入受试者的眼睛中。
根据本发明的一些实施例，环形同心台阶序列的特征在于变化的主要宽度，使得至少两个台阶不具有相同的主要宽度。可选地且优选地，没有两个台阶具有相同的主要宽度。
根据本发明的一些实施例，环形同心台阶序列的特征在于变化的次要宽度，使得至少两个台阶不具有相同的次要宽度。可选地且优选地，没有两个台阶具有相同的次要宽度。
根据本发明的一些实施例，环形同心台阶序列的特征在于变化的斜率，使得至少两个台阶不具有相同的斜率。可选地且优选地，没有两个台阶具有相同的斜率。
根据本发明的一些实施例，浮雕式图案对应于第一周期性衍射轮廓和第二周期性衍射轮廓的组合，该第一周期性衍射轮廓被选择为使得能够在光轴上形成第一组衍射焦点，第二周期性衍射轮廓使得能够在光轴上形成第二组衍射焦点，其中每个衍射轮廓具有多个周期（period），并且其中最里面的台阶对应于两个衍射轮廓的最里面的周期的总和。
根据本发明的一些实施例，衍射轮廓中的至少一个被变迹（apodized），其具有作为表征衍射轮廓的径向坐标的函数的渐减幅度。
根据本发明的一些实施例，第一组焦点比第二组焦点更靠近衍射表面，并且其中第一衍射轮廓的每个周期的特征斜率小于第二衍射轮廓的对应周期的特征斜率。
根据本发明的一些实施例，环形同心台阶序列包括：提供第一组焦点的环形同心台阶的奇数编号的子序列，以及提供第二组焦点的环形同心台阶的偶数编号的子序列，第一组焦点比第二组焦点更靠近衍射表面，并且其中描述第二组的每个焦点的衍射光焦度（diffractive optical power）是描述第一组的任何焦点的衍射光焦度的至少51％。
根据本发明的一些实施例，环形同心台阶的奇数编号的子序列和环形同心台阶的偶数编号的子序列中的至少一个的特征在于作为径向坐标的函数的渐减台阶高度。
根据本发明的一些实施例，奇数编号的子序列中的每个奇数编号台阶的特征斜率小于紧接奇数编号台阶的偶数编号台阶的特征斜率。
根据本发明的一些实施例，描述较远一组焦点中的焦点的衍射光焦度与描述较近一组焦点中的对应焦点的衍射光焦度之间的比率遍及这些焦点组一般是恒定的。
根据本发明的一些实施例，描述较近一组焦点中的每个焦点的衍射光焦度是至少+1.5屈光度。根据本发明的一些实施例，描述较近一组焦点中的每个焦点的衍射光焦度是至多+5屈光度。
根据本发明的一些实施例，描述较远一组焦点中的每个焦点的衍射光焦度是至少+0.77屈光度。根据本发明的一些实施例，描述较远一组焦点中的每个焦点的衍射光焦度是至多+3.0屈光度。
根据本发明的一些实施例，对于两组焦点中的至少一组，描述该组的任何一对相邻焦点的衍射光焦度彼此相差至少百分之一。
根据本发明的一些实施例，该表面具有被选择为在光轴上形成如下折射焦点的曲率，该折射焦点比由衍射轮廓形成的任何衍射焦点更远。
根据本发明的一些实施例，选择曲率和台阶，使得当光束传过该表面并且传过约3mm的瞳孔孔径时，聚焦到折射焦点上的光强度的百分比是从约42％至约58％。根据本发明的一些实施例，选择曲率和台阶，使得当光束传过该表面并且传过约3 mm的瞳孔孔径时，聚焦到两组焦点中的较远一组上的光强度的百分比是从约14％至约26％。根据本发明的一些实施例，选择曲率和台阶，使得当光束传过该表面并且传过约3 mm的瞳孔孔径时，聚焦到两组焦点中的较近一组上的光强度的百分比是从约24％至约36％。
除非以其他方式限定，本文中使用的所有技术术语和/或科学术语具有与由本发明所涉及领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。虽然与本文中描述的那些类似或等价的方法和材料可以被用在本发明的实施例的实践或测试中，但是下面描述了示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，包括定义的专利说明书将进行控制。此外，这些材料、方法和示例仅是说明性的，并且不意图一定是限制性的。
附图说明
参照附图，仅作为示例在本文中描述了本发明的一些实施例。现在详细地具体参照附图，强调的是所示出的特例是作为示例的，并且出于对本发明的实施例进行说明性讨论的目的。在这方面，利用附图所进行的描述使得可以如何实践本发明的实施例对于本领域技术人员而言变得显而易见。
在附图中：
图1A-F是根据本发明的各种示例性实施例的多焦点透镜装置的俯视图（图1A-E）和侧视图（图1F）的示意性图示；
图2是根据本发明的一些实施例的具有浮雕式图案的单个台阶的优选形状的放大视图的示意性图示；
图3是示出了根据本发明的一些实施例的衍射轮廓的曲线图；
图4A和4B是根据本发明的一些实施例的透镜装置的奇数和偶数区域的俯视图（图4A）和侧视图（图4B）的示意性图示；
图5A和5B是示出了可以根据本发明的一些实施例进行组合以形成图3的衍射轮廓的两个衍射轮廓的曲线图；
图6A-C是示出了根据本发明的一些实施例的多个焦点的示意性图示；
图7是示出了根据本发明的一些实施例的针对约3 mm的瞳孔孔径直径而获得的光分布的曲线图；以及
图8是示出了根据本发明的一些实施例的针对若干个瞳孔孔径直径而获得的光分布的曲线图。
具体实施方式
本发明在其一些实施例中涉及可植入透镜装置，并且更具体地但非排他地涉及多焦点可植入透镜装置。本发明的一些实施例涉及制造多焦点可植入透镜装置的方法，并且本发明的一些实施例涉及使用多焦点可植入透镜装置的方法。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，要理解的是本发明在其应用方面并不一定被限制于在以下描述中所阐述的和/或在附图和/或示例中所说明的构造的细节以及组件和/或方法的布置。本发明能够实现其他实施例，或者能够以各种方式实践或实施本发明。
当光的射线在空气中移动并且以角度
Figure 544201DEST_PATH_IMAGE001
（如从法线到表面测量的）撞击透光物质的表面时，它以一角度被折射到该物质中，该角度是由斯内尔定律（Snelll’s law）确定的，该定律通过下面的等式数学地实现：
Figure 461342DEST_PATH_IMAGE002
其中n S是该物质的折射率，n A是空气的折射率，并且α 2 是射线被折射到该物质中的角度。类似于α1，α2也是从法线到表面来测量的。nA的典型值大约为1。
另一种光学现象是衍射，它是光在物体的边缘周围或在其开口处通过时的轻微弯曲。弯曲的量取决于光波长的大小相比于开口或边缘的大小。如果开口远大于光的波长，则弯曲将是几乎不明显的。然而，如果两者在大小上更接近或相等，则弯曲的量相当大，并且容易用肉眼看到。
由衍射产生的光学效应是通过源自开口的不同区的光波进行相互作用从而引起衍射而产生的。说明性地，可以将该相互作用视为如下两种类型的干涉之一：（i）当两个波的波峰进行组合以产生放大的波时的相长干涉；以及（ii）当一个波的波峰和另一个波的波谷进行组合从而相互抵消时的相消干涉。
现在参考附图，图1A-F图示了根据本发明的各种示例性实施例的多焦点透镜装置20的俯视图（图1A-E）和侧视图（图1F）。装置20包括衍射表面1，该衍射表面1定义了光轴26，并且具有在表面1上同心延伸的浮雕式图案2。浮雕式图案2可选地并且优选地采用环形同心台阶序列22的形式。台阶的数量优选地但不一定是从约3至约40。
如本文中使用的，术语“约”指代±10％。
装置10可以被用于多于一个应用中。在一些实施例中，该装置被实现为人工晶状体装置，在这种情况下，透镜主体被构造为眼科人工晶状体，并且在一些实施例中，该装置被实现为隐形眼镜，在这种情况下，透镜主体被构造为隐形眼镜。
在任何上述实施例中，表面1优选地具有非球面基本轮廓，以使得透镜20跨透镜20的整个光焦度在从约-0.05微米至约-0.15微米的范围内展现出负球面像差。这样的非球面性通过在眼容纳的（eye hosting）透镜装置20中引入适度的正球面像差来在灵敏度对对比度与景深之间提供平衡。
通常，透镜20包括前面和后面，其中这些表面中的一个是衍射表面1，并且与衍射表面1相反的表面被称为表面6（参见图1F）。在图1F中图示的代表性示例中，衍射表面1是前面。本领域普通技术人员将知道如何针对衍射表面处于装置20的后面上的情况来调整图1F。
在本发明的一些实施例中，装置20的一个表面具有复曲面（toric）轮廓。通常但不一定地，与衍射表面1相反的表面可以具有复曲面轮廓。例如，衍射表面1可以具有非球面轮廓，而相反的表面6具有复曲面轮廓。
术语“非球面轮廓”是本领域技术人员公知的。在可能需要任何进一步解释的程度上，在本文中采用该术语，以指代展现出与球面表面的偏差的表面的径向轮廓。例如，这样的偏差可以被表征为非球面轮廓与推定的球面轮廓之间的平滑变化的差异，该推定的球面轮廓在距轮廓的顶点的较小径向距离处与非球面轮廓基本上一致。
从数学角度来看，非球面轮廓是一种类型的圆锥截面。圆锥截面可以通过被称为圆锥常数k的参数来表征，其中k>-1对应于椭圆（k>-1，k≠0）或圆（k≠0），k=-1对应于抛物线，并且k<-1对应于双曲线。
对于给定的圆锥截面k，非球面表面在任何点s处的垂度Z（s）（s是距透镜装置20的光轴的径向距离）可以写为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
其中C是基本球体在光轴处的曲率（半径的倒数），并且A4、A6...是第4阶、第6阶等的非球面项。上述等式中的第一项描述了非球面表面与球体的一阶偏差，而其他项表示更高阶校正。
在本发明的各种示例性实施例中，非球面轮廓由圆锥常数来表征，该圆锥常数小于-1，并且优选地不小于-100，更优选地在从约-1.1至约-3的范围内，更优选地在从约-1.1至约-1.37的范围内（包括端值）。可以基于表面的期望曲率半径和期望的非球面性来选择圆锥常数。C的典型值是但不限于：从约0.006 mm-1至约0.1 mm-1，或者从约0.002 mm-1至约0.2 mm-1（采用绝对值）。可以选择高阶非球面项的值，以使得高阶项的贡献小于根据Z（s）的值的10％。
术语“复曲面轮廓”也是本领域技术人员公知的。在可能需要任何进一步解释的程度上，在本文中采用该术语以指代：具有沿第一子午线（meridian）的第一折射焦度和沿第二子午线的第二折射焦度的表面的径向轮廓，其中第一和第二子午线彼此垂直，并且其中第一和第二折射焦度彼此不同。通常，复曲面表面的形状近似为环面（torus）的横截面的形状。
从数学角度来看，复曲面轮廓可以由两个圆锥常数k 1 和k 2 来表征，每个圆锥常数对应于两个子午线中的一个。
对于给定的圆锥截面k 1 和k 2 ，复曲面表面在任何点（r，θ）处的垂度totic（r，θ）（r是距透镜装置20的光轴的径向距离，并且θ是从主子午线测量的角度）可以写为：
Figure 867177DEST_PATH_IMAGE005
其中c1和c2是沿相应子午线的曲率。
c1和c2的典型值是但不限于：从约0.006 mm-1至约0.1 mm-1，或从约0.002 mm-1至约0.2 mm-1。k1和k2的典型值是但不限于：小于-1，更优选地从约-1.1至约-3，或从约-1.1至约-1.37（包括端值）。
在本发明的一些实施例中，复曲面轮廓完全没有球面像差，其中表征透镜主体10的柱面值可以具有任何值，优选地为至少1屈光度，或至少2屈光度，或至少2.5屈光度，或至少3屈光度，或至少3.5屈光度，或至少4屈光度，或至少4.5屈光度，或至少5屈光度，或至少5.5屈光度，或至少6屈光度。在本发明的一些实施例中，柱面具有在1-20屈光度的范围内（包括端值）的值，更优选地在1-20屈光度的范围内（包括端值）的整数值或半整数值。透镜的柱面值测量了与透镜表面的特定部分的球形度的偏差。术语“柱面（cylinder）”源自于柱面透镜，其在不同方向上固有地具有不同的焦距。由具有非零柱面值的透镜引起的光学效应被称为表面散光。在验光命名法中，术语“散光”也被用来描述生理缺陷，例如，当角膜具有不规则曲率时。对于患有散光的受试者，透镜中的某个柱面值是期望的，这是由于它校正了眼睛的散光。
完全没有球面像差的复曲面表面也在文献中被称为“像差中性”表面。像差中性表面的使用不同于常规的透镜装置，常规的透镜装置采用负的非球面性以便补偿角膜的形状。本发明人发现，对锥形常数k1和k2的明智选择允许在复曲面侧处使用像差中性表面，同时保持足够的柱面值。
在本发明的各种示例性实施例中，透镜装置20包括两个或更多个支撑袢结构3。支撑袢结构3可以具有适合于将装置20固定在受试者眼睛中的任何形状。图1A-B图示了其中装置20包括两个支撑袢结构3的实施例，每个支撑袢结构3被定形为线性弧，图1C图示了其中装置20包括两个大致平面的支撑袢结构3的实施例，每个支撑袢结构3被定形为弧形，图1C图示了其中装置20包括两个大致平面的支撑袢结构3的实施例，每个支撑袢结构3被定形为闭环，并且图1C图示了其中装置20包括两个大致平面的支撑袢结构3的实施例，每个支撑袢结构3被定形为具有两个或更多个向外突出垫的板。
图2中图示了图案2的单个台阶22的优选形状的放大视图。如所示的，该台阶具有主要表面30、次要表面32和在第一表面30与第二表面32之间的圆形顶点34。顶点34的优点在于它减少了漫射光并且改进了视力质量。圆形顶点34的曲率的特征在于半径优选地在亚微米范围内。主要表面30通常为远视提供零阶折射焦度。次要表面32比主要表面30陡得多，并且通常为近视力和中间视力提供衍射焦度。每个台阶构成透镜装置20的光学区域，并且因此在本文中被可互换地称为透镜装置20的区域。
台阶的次要宽度W被定义为次要表面32到径向方向r上的投影，台阶的斜率α被定义为形成次要表面32的线与径向方向r之间的倾斜角度，并且台阶的全宽度ΔR被定义为主要30和次要32表面两者到径向方向r上的聚合投影。对于图案2中的任何台阶，典型的宽度是但不限于从约20纳米至约200纳米，并且典型的斜率是但不限于从约65°至约89°。
在本发明的一些实施例中，环形同心台阶序列的特征在于变化的次要宽度，使得没有两个台阶具有相同的次要宽度W，如上面参照图2所定义的那样，在本发明的一些实施例中，环形同心台阶序列的特征在于变化的主要宽度，使得没有两个台阶具有相同的主要宽度R，如上面参照图2所定义的那样，并且在本发明的一些实施例中，环形同心台阶序列的特征在于变化的斜率，使得没有两个台阶具有相同的斜率α，如上面参照图2所定义的那样。本发明人发现，变化的主要宽度、次要宽度和/或变化的斜率具有近视力和/或中间视力的容纳透镜装置的眼睛提供变化的衍射光焦度。这与常规的透镜不同，常规的透镜为近视力提供一个单值衍射光焦度，并且为中间视力提供另一个衍射光焦度。
透镜装置20的每个组件（包括但不限于表面1和支撑袢结构3）可以由对可见光足够透明并且适合于光学器件的任何光学材料制成。在本发明的各种示例性实施例中，透镜装置的至少一个组件由生物相容性（biocompatible）材料制成，该材料可以是亲水的或疏水的。该材料可以是或可以包含至少一种物质，该物质选自由PMMA、HEMA、胶原和丙烯酸材料组成的群组。还考虑了例如在美国公开申请No. 20160058552中公开的材料，该申请的内容由此通过引用并入到本文中。
预期在从本申请到期的专利寿命期间，将开发用于可植入透镜的许多相关材料，并且术语光学材料的范围意图先验地包括全部这样的新技术。
环形同心台阶序列22可选地且优选地以交替的高度为特征。图3是以高度函数h(r)的形式示出了通过台阶22实现的衍射轮廓7的曲线图，其中r是从表面1的中心向外测量的径向坐标r（参见图1A）。高度函数h(r)通常是周期性的，其中每个周期对应于浮雕式图案2的一个台阶，使得特定周期的h(r)的幅度是对应台阶的高度。在图3中，奇数编号的周期被指定为13a、13b等等，并且偶数编号的周期被指定为14a、14b等等。因此，对应于最里面的台阶的第一周期被指定为13a，而对应于紧挨着最里面的台阶的第二周期被指定为14a等等。如示出的，浮雕式图案的最里面的台阶在所有其他台阶当中具有最大的高度。本发明人发现，这样的配置允许最里面的台阶部分地提供近视力。这与常规透镜不同，在常规透镜中，浮雕式图案的最里面的台阶不具有最大的高度，并且因此仅可以提供中间视力。
在下面的意义上来说，台阶的高度是交替的，该意义为对于浮雕式图案的任何一对相邻台阶，该对中的一个台阶的高度大于该对中的另一台阶的高度。因此，例如，紧挨着最里面的台阶（对应于图3中的周期14a）的高度在两个奇数编号的台阶（对应于图3中的周期14a和14b）之间，这两个奇数编号的台阶高于该紧挨着最里面的台阶。
图4A是浮雕式图案2的俯视图的示意性图示。示出了多个光学区域和对应的主要宽度。最里面的区域被表示为ZONE1，紧挨着内部的区域被表示为ZONE2等等。奇数编号的区域（ZONE1、ZONE3等）可选地且优选地为容纳透镜装置的眼睛提供近视力，并且偶数编号的区域（ZONE2、ZONE4等）可选地且优选地为容纳透镜装置的眼睛提供中间视力。由奇数编号的区域所包围的平面区（垂直于光轴）的半径被指定为R1（1）、R1（2）等，并且由偶数编号的区域包围的平面区的半径被指定为R2（1）、R2（2）等。在本发明的各种示例性实施例中，至少两个区域具有不同的平面面积。优选地，没有两个区域具有相同的平面面积。区域的平面面积是平面环形的面积，该平面环形是通过在垂直于光轴的平面上投射相应区域而形成的。
描述了奇数编号区域的半径的数学函数的代表性示例是：
Figure 134823DEST_PATH_IMAGE006
其中k是奇数整数（k = 1, 3, 5...），f 1是相应奇数编号区域的一阶衍射效应的近视力焦距，并且
Figure 949195DEST_PATH_IMAGE007
是波长，眼睛在该波长下具有最大的灵敏度（通常为550 nm）。通常，以毫米为单位的f 1的值经由f 1=1000/d 1而与以屈光度为单位的相应近视力衍射添加焦度（addition power）d 1相关。
描述了偶数编号区域的半径的数学函数的代表性示例是：
其中m是奇数整数（m = 2, 4, 6...），f 2是相应偶数编号区域的二阶衍射效应的中间视力焦距，并且是如上所定义的。通常，以毫米为单位的f 2的值经由f 2=1000/d 2而与以屈光度为单位的中间视力衍射添加焦度d 2相关。
如由衍射轮廓7表明的浮雕式图案2可以可选地且优选地被描述为两个衍射轮廓的组合。这在图5A和5B中图示，从而二者都以高度函数h1(r)和h2(r)的形式分别示出了第一衍射轮廓8（图5A）和第二衍射轮廓9（图5B）。高度函数h1(r)和h2(r)中的每一个一般是周期性的。轮廓8的周期被指定为8a、8b、8c等等，并且轮廓9的周期被指定为9a、9b、9c等等。可选地且优选地对轮廓8进行选择以便允许浮雕式图案2形成一组一阶衍射焦点，并且可选地且优选地对轮廓9进行选择以允许浮雕式图案2形成一组二阶衍射焦点。
在本发明的各种示例性实施例中，由透镜装置20实现的衍射轮廓7（图3）是衍射轮廓8（图5A）和衍射轮廓9（图5B）的总和。因此，衍射轮廓7可以提供两组衍射焦点。在图6A中示意性地图示了两组衍射焦点11和12的代表性示例。在这两组当中靠近透镜装置20的一组焦点11可选地且优选地由轮廓8提供，并且离透镜装置20较远的一组焦点12可选地且优选地由轮廓9提供。两组衍射焦点11和12处于光轴26上的两个不同区处，使得组11的最远焦点比组12的任何焦点更靠近装置20。优选地，对轮廓8进行选择以提供近视力，并且对轮廓9进行选择以向容纳透镜装置20的受试者眼睛提供中间视力。在图6B和6C中图示了组11和12的放大视图，其中F11(i)（i = 1, 2,...,k）表示组11中的第i个焦点，并且其中F12(i)（i = 1,2,...,k）表示组12中的第i个焦点，其中索引i被定义为使得：对于每组焦点，其索引为i+1的焦点比其索引为i的焦点更远离透镜装置20。
在本文中描述的任何实施例中，至少表面1和6的曲率被选择为在光轴26上形成折射焦点10，该折射焦点10比衍射轮廓8和9所形成的任何一阶衍射焦点更远。优选地，将焦点10选择为具有远视力的眼睛容纳的透镜装置20。描述了焦点10的折射光焦度的代表性示例包括但不限于：从约-99屈光度至约99屈光度，更优选地从约-50屈光度至约50屈光度。
在本发明的一些实施例中，对轮廓8和9进行选择，使得轮廓9的二阶衍射焦点与轮廓8的一阶衍射焦点11近似一致。该实施例的优点是光的一部分被用于辅助近视力。
描述了浮雕式图案2中的奇数编号台阶的高度的数学函数的代表性示例是：
Figure 112957DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，r是表示相应台阶距光轴的距离的径向坐标，λ是波长，眼睛在该波长下具有最大的灵敏度（通常为550 nm），n 1和n 2分别是透镜的材料及其植入介质的折射率，并且A1(r)是随r变化的无量纲近视力幅度因子。
描述了浮雕式图案2中的偶数编号台阶的高度的数学函数的代表性示例是：
Figure 657202DEST_PATH_IMAGE010
其中λ、n 1和n 2与上面定义的相同，并且A2(r)是随r变化的无量纲中间视力幅度因子。
在本发明的一些实施例中，H1(r)和H2(r)中的至少一个被变迹，其具有作为径向坐标r的函数的渐减幅度。例如，这可以通过将A1(r)和/或A2(r)选为r的递减函数来实现。例如，A1(r)和/或A2(r)可以被体现为几何级数，其中最大项针对最里面的台阶（分别是奇数或偶数），并且最低项针对最外面的台阶（分别是奇数或偶数）。优选地但不一定地，A1(r)和A2(r)中的每一个在连续的奇数或偶数台阶之间减小至少1％。针对最里面的奇数台阶的A1(r)的代表值是但不限于：约从0.9至0.99，例如约0.96。针对最里面的偶数台阶的A2(r)的代表值是但不限于：从约0.57至0.62，例如约0.60。在本发明的一些实施例中，A1(r)的最小值（针对最外面的奇数台阶）为从约0.58至0.62，例如0.60。在本发明的一些实施例中，A2(r)的最小值（针对最外面的偶数台阶）为从约0.28至0.32，例如0.30。
在本发明的一些实施例中，A1(r)的最小值（针对最外面的奇数台阶）与A1(r)的最大值（针对最里面的奇数台阶）之间的比率是从约0.25至约0.4。在本发明的一些实施例中，A2(r)的最小值（针对最外面的偶数台阶）与A2(r)的最大值（针对最里面的偶数台阶）之间的比率是从约0.25至约0.4。
A2(r)与A1(r)之间的比率遍及该几何级数优选地是恒定的。在这些实施例中，第i个台阶的无量纲近视力幅度因子（其中i是奇数整数，并且i=1对应于最里面的台阶）可以是A1(i)=A 0 q i-1，并且第j个周期的无量纲中间视力幅度因子（其中j=i+1是偶数整数，并且j=2对应于最里面的台阶）可以是A2(j)= pA 0 q j-2，其中p、A0和q是常数参数。例如，A0可以是从约0.9至0.99，例如，约0.96，q可以是0.99或更低，并且p可以是从约0.55至约0.65，例如约0.6。
每个奇数台阶的特征斜率（characteristic slope）可选地且优选地小于紧接该奇数台阶的偶数台阶的特征斜率。因此，例如，区域1的特征斜率小于区域2的特征斜率，区域3的特征斜率小于区域4的特征斜率等等。
在图4B中图示了根据上述函数H1、H2、R1和R2所形成的奇数和偶数区域的代表性图示。
在本发明的一些实施例中，对奇数和偶数台阶进行选择，使得描述更远一组焦点12中的每个焦点的衍射光焦度多于描述焦点组11中的任何焦点的衍射光焦度的一半（例如，至少51％，并且优选地至多62％）。可选地且优选地，描述组12的焦点的衍射光焦度与描述组11的对应焦点的衍射光焦度之间的比率遍及这两个组一般是恒定的。适合于描述组11的任何焦点的衍射光焦度的代表性示例是从约+1.5屈光度至约+5屈光度或更大。适合于描述组12的任何焦点的衍射光焦度的代表性示例是从约+0.77屈光度至约+3.0屈光度或更大，但是优选地，如所陈述的那样，是组11的任何周期的衍射光焦度的至少51％。
在本发明的一些实施例中，描述组11和/或组12的任何一对相邻焦点的衍射光焦度彼此相差至少百分之一。具体地，在分别用D11(i)和D12(i)来表示组11和12的第i个焦点的衍射光焦度的情况下，采用以下关系式中的至少一个，并且更优选地采用两者：D11(i+1)/D11(i) ≤ 0.99和D12(i+1)/D12(i) ≤ 0.99。组11中的一对焦点之间的焦点间距离优选地大于组12中的对应一对焦点之间的焦点间距离。在本发明的一些实施例中，至少一个组中的焦点形成几何级数。例如，D11(i)可以满足关系式D11(i)= d11Q11 i-1屈光度，并且D12(i)可以满足关系式D12(i)= d12Q12 i-1屈光度，其中d11、Q11、d12和Q12是常数。在本发明的一些实施例中，Q11=Q12。当每组中的焦点形成几何级数时，可以通过选择Q11=Q12和0.51d11≤d12≤0.51d11来确保如下实施例：其中描述组12的每个焦点的衍射光焦度大于描述组11的任何焦点的衍射光焦度的一半。适合于Q11和/或Q12的值的代表性示例包括但不限于0.99或0.98或0.97或更小。适合于d11的值的代表性示例包括但不限于从约+1.5屈光度至约+5屈光度。适合于d12的值的代表性示例包括但不限于从约+0.77屈光度至约+2.5屈光度。
本发明人发现，对衍射表面的区域、特别是台阶的高度和平面面积的选择可以确保离开透镜的光强度的预定分布。光强度的分布可以被定义为：当光束传过衍射表面并且传过直径为b mm的瞳孔孔径时，到达焦点10和组11、12中的每一个的强度的百分比。通常，光分布被表示为X10：X11：X12，其中X10是到达焦点10的光强度的百分比，X11是到达组11的光强度的百分比，并且X12是到达组12的光强度的百分比。该百分比是从到达光轴上的总光强度当中测量的，因此X10+X11+X12≤100％。
在本发明的各种示例性实施例中，当b等于约3 mm时，X10为从约42％至约58％，或从约45％至约55％，或从约46％至约54％，例如约50％，其受到X10+X11+X12≤100％的约束。在本发明的各种示例性实施例中，当b等于约3 mm时，X11为从约24％至约36％，或从约25％至约35％，或从约26％至约34％，或从约27％至约33％，或从约28％至约32％，例如约30%，其受到X10+X11+X12≤100％的约束。在本发明的各种示例性实施例中，当b等于约3 mm时，X12为从约14％至约26％，或从约15％至约25％，或从约16％至约24％，或从约18％至约22％，例如约20％，其受到X10+X11+X12≤100％的约束。
根据本发明的一些实施例，提供了一种制造可植入透镜装置（诸如但不限于装置20）的方法。该方法包括：在光学材料的表面上形成浮雕式图案，该浮雕式图案在该表面上同心延伸，并且具有特征在于交替的高度的环形同心台阶序列，如在上文进一步详述的那样。
本实施例的透镜装置可以用本领域已知的任何技术来制造。通常，本实施例在物质上形成由倾斜台阶分离的多个同心环形区域，其中该同心区域影响入射光的衍射和折射两者，而台阶基本上完全没有任何衍射或折射焦度。在其上形成区域和台阶的物质可以是未加工或部分加工的透镜主体，在这种情况下，区域和台阶的形成用于直接形成透镜装置。替换地，物质可以是模具，在这种情况下，区域和台阶的形成用于形成透镜模具，该透镜模具用于大规模制造透镜装置。在这些实施例中，如本领域中已知的，可以使用透镜模具来装配（case）透镜装置。
区域和台阶的形成可以通过任何方便的制造手段来完成，该制造手段包括例如计算机可控制造设备、模制（molding）等等。
“计算机可控制造设备”指代可以由计算机系统控制并且能够直接生产透镜主体或用于生产透镜装置的模具的设备。任何已知的、合适的计算机可控制造设备都可以在本发明中使用。示例性计算机可控制造设备包括但不限于：车床、研磨和铣刨机、模制装备和激光器。在本发明的各种示例性实施例中，使用计算机数控（CNC）车床，诸如以商品名DACTMVision、Optoform和CareTec销售的车床。
可选地采用快速工具伺服（FST）来形成复曲面轮廓。在这些实施例中，车床可以生成衍射图案和非球面轮廓，并且FTS可以生成复曲面轮廓。
本发明的实施例还考虑了治疗有此需要的受试者的视力的方法。该方法包括将多焦点透镜装置植入受试者的眼睛中，从而治疗受试者的视力。多焦点透镜装置优选地是装置10，如在上文进一步详述的。该方法可以例如在白内障手术时或者在白内障手术之后执行。
根据本发明的一些实施例，提供了一种治疗受试者视力的方法。该方法包括将透镜装置20植入受试者的眼睛中。
词语“示例性的”在本发明中被用来意指“用作示例、实例或图示”。被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其他实施例是优选或有利的，和/或排除来自其他实施例的特征的结合。
本文中使用的词语“可选地”意指“在一些实施中提供而在其他实施例中并不提供”。本发明的任何特定实施例可以包括多个“可选的”特征，除非这样的特征有冲突。
术语“包含（comprises）”、“包含（comprising）”、“包括（includes）”、“包括（including）”、“具有”及它们的同源词意指“包括但不限于”。
术语“由......组成”意指“包括且限于”。
术语“本质上由......组成”意指该组合物、方法或结构可以包括附加的成分、步骤和/或部分，但是仅在该附加的成分、步骤和/或部分并不实质上更改所要求保护的组合物、方法或结构的基本特性和新颖特性的情况下才是这样。
如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文以其他方式明确指示之外。例如，术语“化合物”或者“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。
遍及本申请，可以用范围格式来呈现本发明的各种实施例。应当理解的是，采用范围格式的描述仅是出于方便和简洁，并且不应当被解释为对本发明的范围的不可改变的限制。因此，对范围的描述应该被认为具有具体公开的所有可能的子范围，以及在该范围内的各个数值。例如，对诸如从1至6的范围的描述应该被认为具有具体公开的子范围（诸如，从1至3、从1至4、从1至5、从2至4、从2至6、从3至6等）以及该范围内的各个数值（例如，1、2、3、4、5以及6）。不管范围的宽度如何，这一点都适用。
无论何时在本文中指示了数值范围，其都意味着包括在所指示的范围内的任何所引用的数字（分数或整数）。短语“范围在第一指示数字与第二指示数字之间”和“范围从第一指示数字到第二指示数字”在本文中可互换地使用，并且意味着包括该第一指示数字和第二指示数字以及其之间的所有分数和整数数字。
领会的是，也可以在单个实施例中以组合的形式提供出于简洁而在单独的实施例的情境中描述的本发明的某些特征。相反地，出于简洁而在单个实施例的情境中进行描述的本发明的各种特征也可以单独地提供，或者以任何合适的子组合的形式提供，或者如适合地那样在本发明的任何其它所描述的实施例中提供。在各种实施例的情境中描述的某些特征不要被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有那些元素的情况下不可操作。
如在上文描绘的以及如在下面的权利要求部分中所要求保护的本发明的各种实施例和方面在以下示例中找到实验支持。
示例
现在参照以下示例，它们与上面的描述一起以非限制的方式说明了本发明的一些实施例。
下面的表1描述了示例性实施例中的透镜装置20，其不被认为是限制性的，其中透镜装置20具有4.5屈光度的最大添加焦度并且包括六个区域。在该示例性实施例中，透镜由特征在于折射率为1.49的材料制成，并且植入介质的折射率为1.336。
表1
编号 添加焦度（屈光度） 焦距(mm) 区域半径(mm) 区域面积(mm<sup>2</sup>) A<sub>1</sub>或A<sub>2</sub> 高度(mm)
1 4.5 222 0.4944 0.7679 0.96 0.00171
2 2.34（近视力区域1的52％） 427 0.6856 0.7088 0.56 0.001
3 4.41（近视力区域1的98%） 227 0.8650 0.8740 0.94 0.00168
4 2.29（近视力区域3的52％） 436 0.9795 0.6631 0.548 0.00098
5 4.32（近视力区域3的98%） 231 1.1281 0.9841 0.921 0.00164
6 2.25（近视力区域5的52％） 445 1.2118 0.6151 0.537 0.000959
下面的表2描述了示例性实施例中的透镜装置20，其不被认为是限制性的，其中透镜装置20具有4.5屈光度的最大添加焦度并且包括六个区域。在该示例性实施例中，透镜由特征在于折射率为1.42的材料制成，并且植入介质的折射率为1.336。
表2
编号 添加焦度（屈光度） 焦距(mm) 区域半径(mm) 区域面积(mm<sup>2</sup>) A<sub>1</sub>或A<sub>2</sub> 高度(mm)
1 4.50 222 0.4944 0.7679 0.960 0.00314
2 2.34（近视力区域1的52％） 427 0.6856 0.7089 0.560 0.00183
3 4.41（近视力区域1的98%） 227 0.8650 0.8740 0.940 0.00308
4 2.29（近视力区域3的52%） 436 0.9795 0.6630 0.548 0.00179
5 4.32（近视力区域3的98%） 231 1.1281 0.9841 0.921 0.00302
6 2.25（近视力区域5的52%） 445 1.2118 0.6151 0.537 0.00176
在表1和表2中，在最左侧的列上指示区域的编号，其中1号区域是最里面的区域，并且区域6是最外面的区域。奇数编号区域（1号、3号和5号区域）为近视力提供衍射焦度，并且偶数编号区域（2号、4号和6号区域）为中间视力提供衍射焦度。第一区域的面积被计算为平面盘的面积，该平面盘是第一区域在垂直于光轴的平面上的投影。每一个其他区域的面积被计算为平面环的面积，该平面环是相应区域在垂直于光轴的平面上的投影。作为1000/d来计算焦距，其中d是以屈光度为单位的添加焦度。根据等式
Figure 650566DEST_PATH_IMAGE011
来计算奇数编号区域的高度，并且根据等式
Figure 404896DEST_PATH_IMAGE012
来计算偶数编号区域的高度，其中λ=550 nm，并且A1(r)和A2(r)的值在表1和表2的倒数第二列中给出。
与常规透镜不同，在表1和表2中描述的透镜中，没有两个区域具有相同的平面面积。附加地，没有两个近视力区域（奇数编号区域）具有相同的添加焦度。这与常规透镜不同，在常规透镜中，全部近视力区域具有相同的添加焦度。
可以通过确定沿光轴的光分布来表征本实施例的可植入透镜装置20的光学性能。图7是示出了作为光焦度的函数的沿光轴26的装置20的光强度（以任意单位）的曲线图，该曲线图是如通过计算机模拟针对约3 mm的瞳孔孔径直径、在50周/mm的空间频率下使用根据ISO标准的眼模型而获得的。该曲线图对应于图5A和5B中图示的实施例，其中两个衍射轮廓8、9的幅度作为r的函数下降。
如示出的，光分布展现出三个峰值15、16和17。这些峰值分别对应于针对远视力的折射焦点10、针对近视力的一组焦点11、以及针对中间视力的一组焦点12。如从MTF计算的，三个焦点或焦点组之间的光强度分布对于远视力而言是从约45％至约55％，例如约50％（峰值15），对于近视力而言是从约25％至约35％，例如约30％（峰值16），并且对于中间视力而言是从约15％至约25％，例如约20％（峰值17）。
图8是示出了作为光焦度的函数的沿光轴26的装置20的光强度（以任意单位）的曲线图，该曲线图是如针对三个不同的瞳孔孔径直径（3 mm、4 mm和5 mm）、在50周/mm的空间频率下使用根据ISO标准的眼模型而用实验方法获得的。该曲线图对应于图5A和5B中图示的实施例，其中两个衍射轮廓8、9的幅度作为r的函数下降。如示出的，当瞳孔孔径直径增加时，对于每一个焦点或焦点组，有更多的光到达。
尽管已经结合其特定实施例描述了本发明，但是显然许多替换方式、修改和变化将对本领域技术人员是显而易见的。因此，意图涵盖落入所附权利要求的精神和宽泛范围内的全部这样的替换方式、修改和变化。
本说明书中提到的全部出版物、专利和专利申请都通过引用整体地结合于说明书中，这种结合达到仿佛每个单个出版物、专利或专利申请都被具体地且单独地指示为通过引用结合于本文中那样的相同程度。此外，本申请中任何参考文献的引用或标识不应当被理解为承认这样的参考文献可用作针对本发明的现有技术。就使用章节标题而言，该章节标题不应当被理解为一定是限制性的。

Claims (21)

1.一种可植入透镜装置，包括定义了光轴的衍射表面，所述衍射表面包括浮雕式图案，所述浮雕式图案在所述表面上同心延伸，并且具有特征在于交替的高度的环形同心台阶序列，其中所述浮雕式图案的最里面的台阶在所有其他台阶当中具有最大的高度。
2.一种制造可植入透镜装置的方法，所述方法包括：在光学材料的表面上形成浮雕式图案，所述浮雕式图案在所述表面上同心延伸，并且具有特征在于交替的高度的环形同心台阶序列，其中所述浮雕式图案的最里面的台阶在所有其他台阶当中具有最大的高度。
3.一种治疗受试者视力的方法，所述方法包括将权利要求1所述的透镜装置植入受试者的眼睛中。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置或方法，其中所述环形同心台阶序列的特征在于变化的主要宽度，使得没有两个台阶具有相同的主要宽度。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的装置或方法，其中所述环形同心台阶序列的特征在于变化的次要宽度，使得没有两个台阶具有相同的次要宽度。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的装置或方法，其中所述环形同心台阶序列的特征在于变化的斜率，使得没有两个台阶具有相同的斜率。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置或方法，其中所述浮雕式图案对应于第一周期性衍射轮廓和第二周期性衍射轮廓的组合，所述第一周期性衍射轮廓被选择为使得能够在所述光轴上形成第一组衍射焦点，所述第二周期性衍射轮廓使得能够在所述光轴上形成第二组衍射焦点，其中每个衍射轮廓具有多个周期，并且其中所述最里面的台阶对应于所述两个衍射轮廓的最里面的周期的总和。
8.根据权利要求7所述的装置或方法，其中所述衍射轮廓中的至少一个被变迹，其具有作为表征所述衍射轮廓的径向坐标的函数的渐减幅度。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的装置或方法，其中所述第一组焦点比所述第二组焦点更靠近所述衍射表面，并且其中所述第一衍射轮廓的每个周期的特征斜率小于所述第二衍射轮廓的对应周期的特征斜率。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的装置或方法，其中所述环形同心台阶序列包括：提供第一组焦点的环形同心台阶的奇数编号的子序列，以及提供第二组焦点的环形同心台阶的偶数编号的子序列，所述第一组焦点比所述第二组焦点更靠近所述衍射表面，并且其中描述所述第二组的每个焦点的衍射光焦度是描述所述第一组的任何焦点的衍射光焦度的至少51％。
11.根据权利要求10所述的装置或方法，其中所述奇数编号的子序列中的每个奇数编号台阶的特征斜率小于紧接所述奇数编号台阶的偶数编号台阶的特征斜率。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的装置或方法，其中描述所述较远一组焦点中的焦点的衍射光焦度与描述所述较近一组焦点中的对应焦点的衍射光焦度之间的比率遍及所述组焦点一般是恒定的。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的装置或方法，其中描述所述较近一组焦点中的每个焦点的衍射光焦度是至少+1.5屈光度。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的装置或方法，其中描述所述较近一组焦点中的每个焦点的衍射光焦度是至多+5屈光度。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的装置或方法，其中描述所述较远一组焦点中的每个焦点的衍射光焦度是至少+0.77屈光度。
16.根据权利要求10-15中任一项所述的装置或方法，其中描述所述较远一组焦点中的每个焦点的衍射光焦度是至多+3.0屈光度。
17.根据权利要求10-15中任一项所述的装置或方法，其中对于所述两组焦点中的至少一组，描述所述组的任何一对相邻焦点的衍射光焦度彼此相差至少百分之一。
18.根据权利要求7-17中任一项所述的装置或方法，其中所述表面具有被选择为在所述光轴上形成如下折射焦点的曲率，所述折射焦点比由所述衍射轮廓形成的任何衍射焦点更远。
19.根据权利要求18所述的装置或方法，其中选择所述曲率和所述台阶，使得当光束传过所述表面并且传过约3 mm的瞳孔孔径时，聚焦到所述折射焦点上的光强度的百分比是从约42％至约58％。
20.根据权利要求18和19中任一项所述的装置或方法，其中选择所述曲率和所述台阶，使得当光束传过所述表面并且传过约3 mm的瞳孔孔径时，聚焦到所述两组焦点中的所述较远一组上的光强度的百分比是从约14%至约26%。
21.根据权利要求18和19中任一项所述的装置或方法，其中选择所述曲率和所述台阶，使得当光束传过所述表面并且传过约3 mm的瞳孔孔径时，聚焦到所述两组焦点中的所述较近一组上的光强度的百分比是从约24%至约36%。
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