CN112292631A - 用于老花眼治疗的衍射镜片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于提供改善的眼科镜片尤其是眼内镜片(IOL)的装置、系统和方法，包括用于减少在视力镜片扩展范围内的闪光感异常效果诸如光晕和眩光的特征结构。示例性眼科镜片能够包括光学件，该光学件包括各自围绕光轴设置并且从光轴径向向外延伸至光学件的外周边的第一表面和第二表面。包括多个光栅的衍射轮廓设置在第一表面上，使得第一表面上没有光栅在光轴与光学件的外周边之间重复。

Description

用于老花眼治疗的衍射镜片
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2018年12月6日提交的美国临时申请62/776,362的优先权和权益，该临时申请全文以引用方式并入本文。
背景技术
本发明的实施方案涉及视力治疗技术，并且具体地涉及眼科镜片，诸如例如接触镜片、角膜嵌入物或覆盖物、或眼内镜片(IOL)，包括例如有晶状体眼IOL和背负式IOL(即，植入已经具有IOL的眼睛中的IOL)。
老花眼是一种影响眼睛的适应性质的病症。随着物体移动成更靠近年轻的、功能正常的眼睛，睫状肌收缩和悬韧带松弛的作用允许眼睛的晶状体改变形状，并且因此增加了其屈光力和近距离聚焦能力。这种适应性能够允许眼睛在近物与远物之间聚焦和重新聚焦。
老花眼通常随着人上了年纪而出现，并且与适应性的自然逐步丧失相关联。老花眼常常丧失了快速且轻松地对不同距离处的物体重新聚焦的能力。老花眼的影响通常在45岁的年龄后变得明显。到了65岁的年龄，晶状体常常丧失几乎全部弹性性质，并且仅具有有限的改变形状的能力。
随着眼睛适应性的减退，年老也可能由于形成白内障而引起晶状体浑浊。白内障可形成于晶状体的硬中心核中、晶状体的较软周边皮质部分中或晶状体的背面处。通过用人工晶状体替代浑浊的自然晶状体，能够治疗白内障。人工晶状体替代眼睛中的自然晶状体，其中人工晶状体通常称为眼内镜片或“IOL”。
单焦IOL旨在仅在一个距离处提供视力矫正，通常为远焦。最低限度地，由于单焦IOL仅在一个距离处提供视力治疗，并且由于典型的矫正是针对远距离，因此为了获得良好的近距视力以及有时为了获得良好的中距视力，通常需要戴眼镜。术语“近距视力”通常对应于当物体与受检者眼睛为以下距离时所提供的视力：等于1.5英尺；或小于1.5英尺。术语“远距视力”通常对应于当物体相距至少约5英尺-6英尺或更大时所提供的视力。术语“中距视力”对应于当物体与受检者眼睛相距约1.5英尺至约5英尺-6英尺时所提供的视力。近距视力、中距视力和远距视力的此类特性对应于下列文献所述的特性：Morlock R,Wirth RJ,Tally SR,Garufis C,Heichel CWD,Patient-Reported Spectacle IndependenceQuestionnaire(PRSIQ):Development and Validation.Am J Ophthalmology 2017；178:101-114。
已经进行了各种尝试来解决与单焦IOL相关联的限制因素。例如，已经提出了多焦IOL，其原则上提供两个焦点，一个近焦和一个远焦，任选地具有一定程度的中焦。此类多焦或双焦IOL旨在提供良好的双距视力，并且包括折射型多焦IOL和衍射型多焦IOL两者。在一些情况下，旨在对两个距离处的视力进行矫正的多焦IOL可提供约3.0或4.0屈光度的近(增加)屈光力。
例如，多焦IOL可依赖于衍射光学表面，以将光能部分导向不同的焦距，从而允许患者清楚地看到近物和远物两者。也已经提出了不用去除自然晶状体来治疗老花眼的多焦眼科镜片(包括接触镜片等)。单焦或多焦衍射光学表面也可被配置成提供降低的色差。
衍射型单焦镜片和衍射型多焦镜片能够利用具有提供折光力的给定折射率和表面曲率的材料。衍射镜片具有衍射轮廓，该衍射轮廓赋予了镜片有助于提高镜片整体屈光力的衍射屈光力。衍射轮廓通常通过多个衍射区域来表征。当用于眼科镜片时，这些区域通常为围绕镜片的光轴而间隔开的环形镜片区域或光栅。每个光栅可由光学区域、该光学区域与相邻光栅的光学区域之间的过渡区域、以及光栅几何形状来限定。光栅几何形状包括光学区域的内径和外径以及形状或斜率、过渡区域的高度或阶梯高度以及形状。光栅的表面积或直径主要决定了镜片的衍射屈光力，并且光栅之间的过渡区的阶梯高度主要决定了不同屈光力之间的光分布。这些光栅一起形成了衍射轮廓。
镜片的多焦衍射轮廓可用于通过提供两个或更多个屈光力来缓解老花眼；例如，一个用于近距视力并且一个用于远距视力。镜片也可采用放在眼睛囊袋内的眼内镜片的形式，从而替代原有晶状体，或者放在自然晶状体前面。镜片也可以是接触镜片的形式，最常见的是双焦接触镜片，或为本文提及的任何其它形式。
虽然多焦眼科镜片改善了许多患者的视觉质量，但另外的改善也将是有益的。例如，一些人工晶状体眼患者会经历不期望的视觉效果(闪光感异常)，例如眩光或光晕。当来自未用聚焦图像的光产生了重叠在所用聚焦图像上的离焦图像时，可能出现光晕。例如，如果来自远点光源的光通过双焦IOL的远焦在视网膜上成像，则IOL的近焦将同时将散焦图像重叠在由远焦形成的图像上方。此散焦图像可将其自身表现为对焦图像周围的光环的形式，并且称为光晕。另一改善方面涉及多焦镜片的典型双焦性。虽然多焦眼科镜片通常提供足够的近距视力和远距视力，但可能牺牲中距视力。
因此，具有扩展的视力范围的镜片可以为某些患者提供在一定距离范围内具有良好视力的益处，同时减少或消除闪光感异常。已经提出了各种用于扩展IOL的焦深的技术。一种技术包含在Johnson&Johnson Vision所提供的Tecnis
Figure BDA0002801033090000031
镜片中。一种技术可包括准心折射原理，并且可涉及具有略微增加的屈光力的中心区域。一种技术可包括非球面或包括具有不同折射区域屈光力的折射区域。
虽然所提议的某些治疗可以为对其有需要的患者提供一些益处，但将期望进一步的进步。例如，将期望提供没有闪光感异常并且在较宽与扩展的焦距范围内具有增强的图像质量的改善的IOL系统和方法。本发明的实施方案提供了解决上述问题的解决方案，并且因此提供了这些突出需求中的至少一些需求的答案。
发明内容
本文所述的实施方案包括眼科镜片，该眼科镜片包括光学件，该光学件包括各自围绕光轴设置并且从光轴径向向外延伸至光学件的外周边的第一表面和第二表面，第一表面与第二表面相对地面向。包括多个光栅的衍射轮廓可以设置在第一表面上，使得第一表面上没有光栅在光轴与光学件的外周边之间重复。
本文所述的实施方案包括眼科镜片，该眼科镜片包括光学件，该光学件包括各自围绕光轴设置并且从光轴径向向外延伸至光学件的外周边的第一表面和第二表面，第一表面与第二表面相对地面向。包括多个光栅的衍射轮廓可以设置在第一表面上，使得位于光轴与光学件的外周边之间的第一表面上的每个光栅在r平方空间中的轮廓不同于位于光轴与光学件的外周边之间的第一表面上的任何其它光栅在r平方空间中的轮廓。
本文所述的实施方案包括眼科镜片，该眼科镜片具有围绕光轴设置并且彼此相对地面向的第一表面和第二表面。衍射轮廓可设置在第一表面上并且可包括多个光栅。多个光栅中的至少一个光栅可以通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。
本文所述的实施方案包括眼科镜片，该眼科镜片包括光学件，该光学件包括各自围绕光轴设置并且从光轴径向向外延伸至光学件的外周边的第一表面和第二表面，第一表面与第二表面相对地面向，并且包括定位在光轴与光学件的外周边之间的径向延伸区域。包括多个光栅的衍射轮廓可设置在第一表面上的径向延伸区域内，使得没有光栅在径向延伸区域内重复。
本文所述的实施方案也包括用于制作眼科镜片的制造系统。此类制造系统能够包括接收针对患者眼睛的眼科镜片验光处方的输入。第一模块被配置成基于眼科镜片验光处方来生成衍射轮廓。衍射轮廓可包括多个光栅，并且衍射轮廓设置在光学件的光学表面上，使得光学表面上没有光栅在光轴与光学件的外周边之间重复。制造系统可包括基于衍射轮廓来制造眼科镜片的制造组件。
本文所述的实施方案也包括用于制作眼科镜片的制造系统。此类制造系统能够包括接收针对患者眼睛的眼科镜片验光处方的输入。第一模块被配置成基于眼科镜片验光处方来生成衍射轮廓。衍射轮廓可包括用于设置在光学件的光学表面上的多个光栅，并且多个光栅中的至少一个光栅可通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。制造系统可包括基于衍射轮廓来制造眼科镜片的制造组件。
本文所述的实施方案也包括设计眼内镜片的方法。此类方法能够包括限定衍射轮廓以及基于衍射轮廓来生成衍射镜片表面。衍射轮廓可包括多个光栅，并且衍射轮廓设置在光学件的光学表面上，使得光学表面上没有光栅在光轴与光学件的外周边之间重复。
本文所述的实施方案也包括设计眼内镜片的方法。此类方法能够包括限定衍射轮廓以及基于衍射轮廓来生成衍射镜片表面。衍射轮廓可包括设置在光学件的光学表面上的多个光栅，并且多个光栅中的至少一个光栅可通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。
附图说明
图1A示出了具有植入式多焦折射型眼内镜片的眼睛的剖视图；
图1B示出了具有植入式多焦衍射型眼内镜片的眼睛的剖视图；
图2A示出了衍射型多焦眼内镜片的前视图；
图2B示出了衍射型多焦眼内镜片的剖视图；
图3A至图3B是常规衍射型多焦镜片的衍射轮廓的一部分的图形表示；
图4是示出了根据本公开的某些实施方案的用于衍射镜片的镜片轮廓的图形表示；
图5是示出了根据本公开的某些实施方案的用于衍射镜片的镜片轮廓的图形表示；
图6是示出了根据实施方案的用于生成衍射镜片表面的系统的简化框图；
图7示出了用于生成衍射镜片表面的示例性方法；并且
图8示出了有利于实现图6和图7的系统和方法的示例性计算环境。
具体实施方式
当代镜片形状和衍射轮廓
图1A、图1B、图2A、图2B、图3A和图3B示出了多焦IOL镜片几何形状，其各方面在美国专利公布2011-0149236A1中有所描述，该专利公布据此全文以引用方式并入。
图1A是配有多焦IOL 11的眼睛E的剖视图。如图所示，多焦IOL 11可例如包括双焦IOL。多焦IOL 11接收来自眼睛E前方的至少一部分角膜12的光，并且通常以眼睛E的光轴为中心。为了便于参考和清楚起见，图1A和图1B没有公开眼睛的其它部分(诸如，角膜表面)的折射性质。仅示出了多焦IOL 11的折射性质和/或衍射性质。
镜片11的每个主面(包括前(前方)表面和后(后方)表面)通常具有折射轮廓，例如双凸面、平凸面、平凹面、弯月面等。相对于周围眼房水、角膜和整个光学系统的其它光学部件的性质，这两个表面一起限定了镜片11对眼睛E的成像性能的影响。常规的单焦IOL具有基于镜片制作材料的折射率并且也基于镜片前表面与后表面或前面与后面的曲率或形状的折光力。一个或多个支撑元件可被配置成将镜片11固定到患者的眼睛上。
多焦镜片也可任选地特别利用镜片的折射性质。此类镜片一般在镜片的不同区域中包括不同的屈光力，以便减轻老花眼的影响。例如，如图1A所示，折射型多焦镜片11的周边区域可具有适于在远视物距离处进行视物的屈光力。相同的折射型多焦镜片11也可包括内部区域，该内部区域具有较高的表面曲率和通常较高的适于近距离视物的整体屈光力(有时称为正增加屈光力)。
多焦衍射型IOL或接触镜片也能够具有衍射屈光力，而不是完全依赖于镜片的折射性质，如图1B示出的IOL 18所示。衍射屈光力能够例如包括正屈光力或负屈光力，并且该衍射屈光力可以是提高镜片的整体屈光力的最大(或甚至主要)因素。衍射屈光力由形成衍射轮廓的多个同心衍射区域所赋予。衍射轮廓可设置在前面或后面或两者上。
衍射型多焦镜片的衍射轮廓将入射光引导成多个衍射级。当光13从眼睛前方进入时，多焦镜片18引导光13，以在视网膜16上形成远场焦点15a用于观察远物以及近场焦点15b用于观察靠近眼睛的物体。根据相对于光源13的距离，视网膜16上的焦点相反可以是近场焦点15b。通常，远场焦点15a与第0个衍射级相关联，并且近场焦点15b与第1个衍射级相关联，但也可使用其它衍射级。
双焦眼科镜片18通常将大部分光能分布成两个视物级，其目标通常为使成像光能大致均匀地分离(50％:50％)，一个视物级对应于远距视力并且一个视物级对应于近距视力，但通常，某些部分归于非视物级。
矫正光学件可由有晶状体眼IOL提供，其能够使自然晶状体留在适当位置的同时，用于治疗患者。有晶状体眼IOL可为房角支撑式、虹膜支撑式或睫状沟支撑式。有晶状体眼IOL能够放置在自然晶状体上或背负在另一IOL上。也可设想，本公开可应用于嵌入物、覆盖物、适应性IOL、人工晶状体眼IOL、其它形式的眼内植入物、眼镜以及甚至激光视力矫正。
图2A和图2B示出了常规衍射型多焦镜片20的各个方面。多焦镜片20可具有与上述多焦IOL 11、18中的那些大致类似的某些光学性质。多焦镜片20具有围绕光轴24设置的前镜片面21和后镜片面22。面21、22或光学表面从光轴24径向向外延伸至光学件的外周边27。面21、22或光学表面彼此相对地面向。
当佩戴到受检者或患者的眼睛上时，镜片20的光轴与眼睛E的光轴大致对齐。镜片20的曲率赋予了镜片20前折射轮廓和后折射轮廓。虽然衍射轮廓也可设置在前面21和后面22中的任一者或两者上，但图2B示出了具有衍射轮廓的后面22。衍射轮廓通过围绕光轴24而间隔开的多个环形衍射区域或光栅23来表征。虽然分析光学理论通常假设无限数量的光栅，但标准多焦衍射型IOL通常具有至少9个光栅，并且可具有超过30个光栅。为了清楚起见，图2B仅示出了4个光栅。通常，IOL为双凸面，或可能为平凸面或凸凹面，但IOL可为双平面或其它折射型表面组合。
图3A和图3B是多焦镜片的典型衍射轮廓的一部分的图形表示。虽然曲线图仅示出了3个光栅，但典型的衍射镜片扩展到至少9个光栅至超过32个光栅。在图3A中，绘出了光栅表面上每个点的表面起伏轮廓(从垂直于光线的平面起)随着相对于镜片光轴(称为r平方空间)的径向距离的平方(r2或ρ)而变化的高度32。在多焦镜片中，每个光栅23可具有直径或相对于光轴的距离，其通常与√n成比例，n是从光轴24开始计数的光栅23的数量。每个光栅具有特征光学区域30和过渡区域31。光学区域30通常具有如图3B所示的抛物线形状或向下斜率。然而，每个光栅在r平方空间中的斜率(如图3A所示)均相同。如此处所示，对于典型的衍射型多焦镜片，所有光栅都具有相同的表面积。光栅23的面积决定了镜片20的衍射屈光力，并且当面积和半径相关时，衍射屈光力也与光栅半径相关。每个光栅的后缘相对于相邻光栅的前缘的物理偏移为阶梯高度。相邻光栅之间的示例性阶梯高度在图3A中标记为参考标号33。阶梯高度在r平方空间(图3A)和线性空间(图3B)中保持相同。阶梯偏移是过渡区域相对于下面基弧的高度偏移。示例性阶梯偏移在图4中标记为参考标号412。
常规的多焦衍射镜片通常提供近距视力和远距视力，忽略了中间距离处的视觉性能。提供扩展的视力范围能够有助于改善中间距离处的视觉性能。此外，在过渡区域之间提供零阶梯高度可减少视觉伪影，诸如光晕或眩光，否则由于光学区域之间的一个或多个边界，用户可能看见这些视觉伪影。
图4示出了图形表示，该图形表示示出了衍射轮廓400的实施方案。衍射轮廓400可产生具有扩展的视力范围的镜片或在从远距离到近距离的整个范围内提供良好视力的镜片。
轮廓呈中间下凹形式的衍射轮廓400被示出为从光轴402向外延伸。衍射区域或光栅被示出为从光轴402径向向外延伸，并且将围绕光轴402进行布置(衍射轮廓400的另一半未示出)。衍射轮廓400相对于Y轴404示出，Y轴表示衍射轮廓400的相移。高度以波长为单位示出，并且可表示相对于镜片所生成的基础球面波前的距离。在其它实施方案中，可使用其它单位或标度。本文所公开的衍射轮廓可设置在光学件上，诸如除其它类型的光学件之外参考图2A和图2B所述的光学件。
衍射轮廓400的高度或相移相对于X轴406上距光轴402的半径而示出。径向坐标表示距光轴402的距离，并且以毫米为单位示出，但在其它实施方案中，可使用其它单位或标度。衍射轮廓400可以从光轴402向外延伸2.5毫米的半径(5.0毫米的直径)，但在其它实施方案中，衍射轮廓400可延伸更小或更大的半径。
衍射轮廓400包括多个衍射区域或光栅。衍射轮廓400可设置在光轴402与光学件的外周边之间的光学件的光学表面上。多个光栅408a-408v定位在光轴402与光学件的外周边之间的光学件的表面上。
衍射轮廓400可包括二十二个光栅408a-408v。第一光栅408a与光轴402相邻。光栅408a-408v由相应的过渡区域410a-410u连接。
每个光栅408a-408v具有由相应光栅408a-408v的形状或斜率限定的轮廓。如图4所示的每个光栅408a-408v具有与光栅408a-408v彼此相同的面积。每个光栅408a-408v在r平方空间中具有彼此不同的斜率，并且在r平方空间中具有彼此不同的轮廓。
衍射轮廓400设置在光学表面上，使得光学表面上没有光栅408a-408v在光轴402与光学件的外周边之间重复。如图4所示，每个光栅408a-408v不在光轴402与光学件的外周边之间的光学件的表面上重复。位于光轴402与光学件的外周边之间的光学表面上的每个光栅408a-408v在r平方空间中的轮廓不同于位于光轴402与光学件的外周边之间的光学表面上的任何其它光栅408a-408v在r平方空间中的轮廓。如图4所示，在光学件的整个光学表面上，光学件上存在的所有光栅都不重复。
如图4所示，衍射轮廓400可以在光学件的整个径向范围内从光轴402延伸至光学件的外周边。在一个实施方案中，衍射轮廓可以仅在光学件的一部分径向范围内从光轴延伸至光学件的外周边，但仍被配置成使得光学表面上没有光栅在光轴402与光学件的外周边之间重复。例如，衍射轮廓可能尚未占据从光轴到光学件的外周边的光学件的整个径向范围(诸如，仅占据两毫米径向范围中的一毫米)，然而，该衍射轮廓(位于光轴与光学件的外周边之间)仍可被配置成使得光学表面上没有光栅在光轴402与光学件的外周边之间重复。例如，在整个光学表面上，可仅存在两个或五个光栅，但每个光栅(在真实空间和r平方空间中)可具有彼此不同的轮廓。
光栅408a-408v的阶梯高度随着光栅408a-408v相对于光轴402径向向外定位而增加，并且随着光栅408a-408v相对于光轴402径向向外定位而减小。衍射轮廓400可包括增加的阶梯高度和减小的阶梯高度(或者更大或更小的阶梯高度)的组合。例如，定位在第二光栅的径向外侧的第一光栅可具有比第二光栅更大的阶梯高度。第三光栅可定位在第二光栅的径向外侧，并且可具有比第二光栅更小的阶梯高度。可根据需要利用更大和更小阶梯高度的不同组合。光栅408a-408v的阶梯偏移随着光栅408a-408v相对于光轴402径向向外定位而增加，并且随着光栅408a-408v相对于光轴402径向向外定位而减小。衍射轮廓400可包括增加的阶梯偏移和减小的阶梯偏移(或者更大或更小的阶梯偏移)的组合。例如，定位在第二光栅的径向外侧的第一光栅可具有比第二光栅更大的阶梯偏移。第三光栅可定位在第二光栅的径向外侧，并且可具有比第二光栅更小的阶梯偏移。衍射轮廓400可以包括增加的和减小的光栅408a-408v的阶梯高度和阶梯偏移两者的组合。这些组合可以如图4(或下表1)所示，或者在其它实施方案中，可利用针对光栅的更多或更少数量的增加的和减小的阶梯高度和阶梯偏移。
在多个实施方案中，光学件的半径可变化。如图4所示，从光轴402到光学件的外周边的半径可为2.5毫米。在其它实施方案中，可利用其它半径。例如，在一个实施方案中，半径可为4毫米。在一个实施方案中，半径可介于2毫米和4毫米之间。衍射轮廓400的半径可占据光学件的半径或可为较小半径(例如，对于半径为2.5毫米的光学件，衍射轮廓半径小于2.5毫米)。因此，衍射轮廓可以从光轴402向外延伸至比光学件半径(和直径)更小的半径(和直径)。
根据本文实施方案的衍射轮廓可包括各种数量的光栅。例如，在一个实施方案中，衍射轮廓可包括至少两个光栅。在一个实施方案中，衍射轮廓可包括至少五个光栅。在一个实施方案中，衍射轮廓可包括至少十二个光栅。在一个实施方案中，衍射轮廓可包括至少三十个光栅。在一个实施方案中，衍射轮廓可包括至少三十二个光栅。在一个实施方案中，可利用至少60个光栅。在一个实施方案中，可利用介于30个和64个之间的光栅，包括端值。可利用其它数量的光栅，这可根据待用光学件的尺寸。光栅可各自被配置成在光学表面上不重复，如图4所示。
在一个实施方案中，多个光栅408a-408v中的至少一个光栅可以通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。例如，过渡区域410b、410h、410n在相应的相邻光栅(408b、408c、408h、408i、408n、408o)之间各自具有为零的阶梯高度。阶梯高度为零可减少视觉伪影，诸如光晕或眩光，否则由于光学区域之间的一个或多个边界，用户可能看到这些视觉伪影。
在多个实施方案中，阶梯高度为零的过渡区的数量可不同于图4所示的数量。例如，在一个实施方案中，仅一个过渡区可具有为零的阶梯高度(使得一个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅)。在一个实施方案中，两个过渡区可具有为零的阶梯高度(使得两个阶梯通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅)。在一个实施方案中，三个过渡区可具有为零的阶梯高度(使得三个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅，并且因此将相邻光栅计算在内，总共有六个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅)。在其它实施方案中，可利用更多或更少数量的阶梯高度为零的过渡区。例如，多个光栅中的至少一个光栅可具有为零的阶梯高度。在一个实施方案中，多个光栅中的至少三个光栅可具有为零的阶梯高度。在一个实施方案中，多个光栅中的至少六个光栅可具有为零的阶梯高度。为零的阶梯高度可根据需要定位在多个位置中的光栅之间。
阶梯高度为零的过渡区可通过与设置在光学表面上的衍射轮廓400组合或分开来实现，使得光学表面上没有光栅在光轴402与光学件的外周边之间重复。每个在光轴402与光学件的外周边之间的光学件的表面上不重复的光栅408a-408v可用于在从远焦距到近焦距的范围内进行光分布，并且可增强用户的焦深。
下表1示出了根据本发明实施方案的衍射轮廓的示例性阶梯高度和阶梯偏移。衍射轮廓的光栅的阶梯高度和阶梯偏移以微米为单位提供。如图所示，衍射轮廓的每个光栅的阶梯高度和阶梯偏移彼此不同。光栅(在真实空间和r平方空间中)具有彼此不同的轮廓。某些光栅具有为零的阶梯高度(在过渡区域2、8、14、20和23处)。
表1
过渡区域 阶梯高度 阶梯偏移
0 9.851 0.000
1 2.873 4.104
2 0.000 2.873
3 10.028 0.000
4 2.317 4.098
5 1.261 2.523
6 6.034 0.000
7 5.746 0.616
8 0.000 4.104
9 6.444 0.000
10 6.157 0.616
11 0.821 4.515
12 5.623 0.000
13 5.336 0.616
14 0.000 3.694
15 6.854 0.000
16 6.567 0.698
17 2.052 2.052
18 5.213 0.000
19 4.925 0.534
20 0.000 3.284
21 7.265 0.000
22 6.978 0.739
23 0.000 5.336
衍射轮廓400和上表1所示的衍射轮廓可用于提供分布在从远至近的范围内的良好视觉质量，并且可减少感光现象和散射。衍射轮廓可用于增强镜片的对比敏感度。
可利用衍射轮廓400和表1所示的衍射轮廓来减小远焦色差。衍射轮廓400和表1所示的衍射轮廓可用于通过增加衍射屈光力以提高镜片的远焦度来减小镜片或眼睛的色差。
在一个实施方案中，光轴与光学件的外周边之间仅一部分光学表面可包括在光学表面上不重复的光栅。例如，在一个实施方案中，光学表面可包括定位在光轴与光学件的外周边之间的径向延伸区域。衍射轮廓可包括多个光栅并且可设置在光学表面上的径向延伸区域内，使得没有光栅在径向延伸区域内重复。光学表面可包括另一个径向延伸区域，其中光栅在其他径向延伸区域内重复。图5示出了此类实施方案。因此，在图5中，衍射轮廓被配置成使得光学表面上的至少一个光栅在光轴与光学件的外周边之间的光学表面上重复。
图5示出了其中光学件包括衍射轮廓500的实施方案，在该衍射轮廓中，一部分光学表面包括在光学表面上重复的光栅。轮廓呈中间下凹形式的衍射轮廓500被示出为从光轴502向外延伸。衍射区域或光栅被示出为从光轴502径向向外延伸，并且将围绕光轴502进行布置(衍射轮廓500的另一半未示出)。衍射轮廓500相对于Y轴504示出，Y轴表示衍射轮廓500的相移。高度以波长为单位示出，并且可表示相对于镜片所生成的基础球面波前的距离。在其它实施方案中，可使用其它单位或标度。衍射轮廓500的高度或相移相对于X轴506上距光轴502的半径而示出。径向坐标表示距光轴502的距离，并且以毫米为单位示出，但在其它实施方案中，可使用其它单位或标度。
衍射轮廓500包括由过渡区域510a-510u隔开的多个光栅508a-508v。衍射轮廓500包括从光轴502延伸至过渡区域510o的径向延伸区域。径向延伸区域可视为中心区域，并且包括在径向延伸中心区域内均不重复的光栅508a-508o。然而，衍射轮廓500包括从中心区域径向向外延伸并从过渡区域510o开始的另一区域。此区域可视为周边区域，并且包括在此径向延伸周边区域内重复的光栅508p-508r。光栅508p-508r在r平方空间中具有彼此相同的轮廓。如图所示，示出了三个重复的光栅508p-508r，但在其它实施方案中，可利用更多或更少的数量(例如，在该区域内重复的至少一个光栅)。这些区域内的光栅数量可根据需要变化。在多个实施方案中，多个光栅集可根据需要在多个区域内重复。这些区域的位置可根据需要变化。例如，径向延伸区域可以仅定位在光轴与光学件的外周边之间。在一个实施方案中，径向延伸区域可以是从光轴502向外延伸的中心区域，如图5所示。在一个实施方案中，径向延伸区域可以是两个区域之间的中间区域。例如，鉴于非重复光栅区域始于过渡区510r并且朝向光学件的外周边径向向外延伸(并且包括非重复光栅508s-508v)，可以将图5中以过渡区域510o为开始的区域视为中间区域。因此，非重复光栅区域可视为与具有重复光栅的中间区域相邻的周边区域。可根据需要在光学表面上提供任何数量的径向延伸区域。
这些区域可根据需要包括非重复光栅或重复光栅。这些区域可根据需要来设定尺寸与定位。例如，在一个实施方案中，中心径向延伸区域可以从光轴502延伸1.5毫米的径向距离。在一个实施方案中，中心径向延伸区域可以从光轴502延伸2.5毫米的径向距离。径向延伸区域可被配置成使得在径向延伸区域内，没有光栅在径向延伸区域内重复。在一个实施方案中，诸如图4所示的实施方案，径向延伸区域可以从光轴402径向向外延伸至光学件的外周边，并且可以仅包括在径向延伸区域内不重复的光栅。在其它实施方案中，可根据需要包括具有重复光栅的其它区域。
在一个实施方案中，光学件的相对光学表面可包括重复光栅。例如，在图4所示的实施方案中，相对地面向的光学表面(诸如与表面22相对地面向的表面21)可包括衍射轮廓，该衍射轮廓具有在相对光学表面上重复的至少一个光栅。
本文所公开的衍射轮廓可不同于图4和图5所示的轮廓400、500。光栅408、508和过渡区域410、510的数量和配置也可根据需要变化。
在一个实施方案中，衍射轮廓400、500可定位在与非球面表面相对的镜片表面上。镜片相对侧上的非球面表面可被设计成减少患者的角膜球面像差。
在一个实施方案中，镜片的一个或两个表面可以是非球面的，或者包括折射表面，该折射表面被设计成扩展焦深或形成多焦性。
在一个实施方案中，可利用镜片的一个或两个表面上的折射区域，折射区域的尺寸可以与衍射区域中的一个区域的尺寸相同或不同。折射区域包括折射表面，该折射表面被设计成扩展焦深或形成多焦性。
本文所讨论的镜片轮廓的实施方案中的任一实施方案可变迹以产生所需结果。变迹可导致光栅的阶梯高度和阶梯偏移根据变迹而逐渐变化，以便逐渐增加作为瞳孔直径的函数的远焦中的光量。
用于确定镜片形状的系统和方法：
图6是示出了用于基于用户输入生成眼科镜片的系统600的简化框图。
系统600包括用户输入模块602，该用户输入模块被配置成接收限定了用户和镜片的各方面的用户输入。该输入可接收针对患者眼睛的眼科镜片验光处方。镜片的各方面可包括扩展范围的视力验光处方、解剖学尺寸(如瞳孔尺寸性能)和镜片尺寸等属性。扩展范围的视力验光处方能够包括例如用于矫正远距视力的优选屈光力或屈光力轮廓以及用于矫正近距视力的屈光力或屈光力轮廓。在一些情况下，扩展范围的视力验光处方还能够包括用于矫正两个中焦或在一些情况下多于两个中焦处的中距视力的屈光力或屈光力轮廓，该屈光力或屈光力轮廓可能介于上述屈光力之间或上述屈光力范围之间。瞳孔尺寸性能能够包括患者的瞳孔半径和待优化的视野。这些参数也能够与患者的生活方式或职业相关，使得该设计将患者的视觉需求作为瞳孔尺寸函数而并入。镜片尺寸能够包括全部镜片的优选半径，并且还可包括镜片前表面和后表面中的一个表面或另一表面的优选厚度或优选曲率。
衍射表面建模模块604能够从用户输入模块602接收关于所需镜片的信息，并且能够确定衍射镜片的各方面。衍射表面建模模块604可以为分区式的，并且可被配置成确定分区衍射镜片的各方面。衍射表面建模模块604可基于眼科镜片验光处方来生成衍射轮廓。例如，建模模块604能够确定衍射型多焦镜片的衍射轮廓的一个或多个光栅的形状，包括满足每个光栅的目标验光处方所需的定位、宽度、阶梯高度和曲率、以及任何光栅子集的定位。衍射表面建模模块604还能够确定光栅之间的过渡阶梯的形状。例如，过渡阶梯可以是平滑的或圆形的，以帮助减轻由于光穿过突然过渡区而引起的光学像差。此类过渡区域平滑化(其可称为低散射轮廓)能够通过如下方式来减少闪光感异常：通过过渡区域减少入射光在镜片后面的不当集中。又如，可以调整光栅排序、光栅偏移和光栅边界以调整一些相邻光栅之间的阶梯高度。具体地讲，衍射表面建模模块能够通过这些或类似的方法来确定光栅偏移，以将光栅过渡区处的一个或多个阶梯高度设置为零或大约为零。所生成的衍射轮廓可以是本申请中所公开的任何衍射轮廓。
衍射表面建模模块604能够被配置成例如经由在虚拟环境中对光学性质建模来生成性能标准612。性能标准能够包括衍射镜片的屈光力轮廓与基于扩展范围的视力验光处方的所需屈光力轮廓相匹配。性能标准也能够包括由镜片表面所引起的衍射像差的严重程度。在一些情况下，衍射表面建模模块604能够为镜片制造模块提供镜片表面以用于促进物理镜片的生产，该物理镜片能够经由镜片测试模块610来测试以用于根据经验来确定性能标准612，以便识别不易经由虚拟建模而识别的光学像差和缺陷，并且允许迭代。镜片制造模块可包括制造组件，该制造组件可基于衍射轮廓来制造眼科镜片。
折射表面建模模块606能够从用户输入602和衍射表面建模模块604接收信息，以便确定镜片的折射方面。例如，在具有扩展范围的视力验光处方以及能够通过衍射轮廓来生成的一组衍射屈光力的情况下，折射表面建模模块606能够提供折射几何形状，该折射几何形状被配置成提供基础屈光力，该基础屈光力在与衍射表面组合时，满足扩展范围的视力验光处方的要求。折射表面建模模块606也能够生成性能标准612，并且能够有助于向镜片制造模块608提供镜片表面，以促进物理镜片的生产。
图7是根据实施方案的用于生成衍射镜片表面的示例性方法700。方法700可结合例如图6所示的系统600来实现。方法700(或本文所述的任何其它方法、或其变型和/或它们的组合)中的一些或全部可以在配置了可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可以实现为代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序、或一个或多个应用程序)，该代码在一个或多个处理器上通过硬件或它们的组合来共同执行。代码可例如以计算机程序的形式存储在计算机可读存储介质上，该计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。计算机可读存储介质可以是非暂态的。
方法700可包括一种设计眼内镜片的方法，并且可包括接收针对患者眼睛的眼科镜片验光处方的输入，该眼科镜片验光处方可以是扩展范围的视力镜片验光处方(操作702)。输入能够包括例如用于矫正受损远距视力所需的屈光力轮廓、用于矫正受损中距视力所需的屈光力轮廓、用于适应近距视力所需的屈光力轮廓、以及上述的任何合适的组合。基于所需的屈光力轮廓，能够限定和生成衍射轮廓。所生成的衍射轮廓可包括多个光栅，并且衍射轮廓设置在光学件的光学表面上，使得光学表面上没有光栅在光轴与光学件的外周边之间重复(操作704)。
衍射镜片表面的衍射镜片轮廓可以结合已知的基础折射屈光力来使用。为此，可生成具有基础屈光力的折射镜片表面，该折射镜片表面与基于衍射轮廓生成的衍射镜片表面相结合，满足扩展范围的视力镜片验光处方(操作706)。能够基于折射镜片表面和衍射镜片表面两者来生成全部镜片表面(操作708)。折射镜片表面能够包括镜片前表面、镜片后表面或两者上的折射镜片曲率。能够生成指令以基于所生成的全部镜片表面来制造眼内镜片(操作710)。制造组件可基于指令来制造眼科镜片。
本文的方法不限于本文所讨论的衍射轮廓的示例，并且可扩展至本申请所公开的任一衍射镜片轮廓和眼科镜片。例如，衍射镜片表面所基于的衍射轮廓可包括设置在光学件的光学表面上的多个光栅，并且多个光栅中的至少一个光栅可通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。又如，衍射镜片表面所基于的衍射轮廓可包括多个光栅。衍射轮廓可设置在光学表面上，使得位于光轴与光学件的外周边之间的光学表面上的每个光栅在r平方空间中的轮廓不同于位于光轴与光学件的外周边之间的光学表面上的任何其它光栅在r平方空间中的轮廓。又如，衍射镜片表面所基于的衍射轮廓可包括多个光栅并且可设置在光学表面上的径向延伸区域内，使得没有光栅在径向延伸区域内重复。径向延伸区域可以从光轴径向向外延伸至光学件的外周边。
计算方法：
图8是示例性计算环境800的简化框图，该示例性计算环境可以由系统使用，用于生成本公开的衍射轮廓和眼科镜片。计算机系统822通常包括至少一个处理器852，该处理器可经由总线子系统854与多个外围设备进行通信。这些外围设备可包括具有存储器子系统858和文件存储子系统860的存储子系统856、用户界面输入设备862、用户界面输出设备864和网络接口子系统866。网络接口子系统866提供到外部网络868和/或其它设备(诸如图6的镜片制造模块608或镜片测试模块610)的接口。
用户界面输入设备862可包括键盘、点击设备诸如鼠标、轨迹球、触摸板或图形输入板、扫描仪、脚踏板、操纵杆、嵌入显示器中的触摸屏、音频输入设备诸如语音识别系统、麦克风和其它类型的输入设备。用户输入设备862通常将用于从包含本公开的任何方法的有形存储介质中下载计算机可执行代码。一般来讲，使用术语“输入设备”旨在包括用于将信息输入到计算机系统822中的各种常规和专有设备与方式。
用户界面输出设备864可包括显示子系统、打印机、传真机或非视觉显示器诸如音频输出设备。显示子系统可以是阴极射线管(CRT)、平板设备诸如液晶显示器(LCD)、投影设备等。显示子系统也可诸如经由音频输出设备来提供非视觉显示器。一般来讲，使用术语“输出设备”旨在包括用于将信息从计算机系统822输出给用户的各种常规和专有设备与方式。
存储子系统856能够存储提供了本公开各种实施方案的功能的基本程序设计和数据结构。例如，如本文所述，实现了本公开方法的功能的数据库和模块可存储在存储子系统856中。这些软件模块通常由处理器852执行。在分布式环境中，软件模块可存储在多个计算机系统上并且由多个计算机系统的处理器来执行。存储子系统856通常包括存储器子系统858和文件存储子系统860。存储器子系统858通常包括多个存储器，包括用于在程序执行期间存储指令和数据的主随机存取存储器(RAM)870和/或只读存储器(ROM)882。
可结合或使用具有硬件、软件和/或固件的计算机或其它处理器来执行上文所讨论的各种计算方法，例如，关于生成分区式或非分区式镜片表面的计算方法。各种方法步骤可以由模块执行，并且模块可包括被布置成执行本文所述的方法步骤的各种数字和/或模拟数据处理硬件和/或软件中的任一项。这些模块任选地包括数据处理硬件，该数据处理硬件适于通过具有与其相关联的适当机器编程代码来执行这些步骤中的一个或多个步骤，在各种集成和/或分布式处理架构中的任一架构中，用于执行两个或更多个步骤(或两个或更多个步骤的某部分)的模块被集成到单个处理器板中或被分离到不同的处理器板中。这些方法和系统将常常采用有形介质，该有形介质包含了机器可读代码，该机器可读代码具有用于执行上述方法步骤的指令。合适的有形介质可包括存储器(包括易失性存储器和/或非易失性存储器)、存储介质(诸如下列项上的磁记录：软盘、硬盘、磁带等；光学存储器，诸如CD、CD-R/W、CD-ROM、DVD等；或任何其它数字或模拟存储介质)等。

Claims (39)

1. 一种眼科镜片，包括：
光学件，所述光学件包括各自围绕光轴设置并且从所述光轴径向向外延伸至所述光学件的外周边的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面相对地面向；以及
衍射轮廓，所述衍射轮廓包括多个光栅并且设置在所述第一表面上，使得所述第一表面上没有光栅在所述光轴与所述光学件的外周边之间重复。
2.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中所述多个光栅中的至少一个光栅具有为零的阶梯高度。
3.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中所述多个光栅中的至少三个光栅具有为零的阶梯高度。
4.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中所述多个光栅包括至少五个光栅。
5.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中所述多个光栅包括至少十二个光栅。
6.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中所述多个光栅包括至少三十个光栅。
7.根据权利要求1所述的眼科镜片，还包括衍射轮廓，所述衍射轮廓设置在所述第二表面上并且包括在所述第二表面上重复的至少一个光栅。
8. 一种眼科镜片，包括：
光学件，所述光学件包括各自围绕光轴设置并且从所述光轴径向向外延伸至所述光学件的外周边的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面相对地面向；以及
衍射轮廓，所述衍射轮廓包括多个光栅并且设置在所述第一表面上，使得位于所述光轴与所述光学件的外周边之间的第一表面上的每个光栅在r平方空间中的轮廓不同于位于所述光轴与所述光学件的外周边之间的第一表面上的任何其它光栅在r平方空间中的轮廓。
9.根据权利要求8所述的眼科镜片，其中所述多个光栅中的至少一个光栅具有为零的阶梯高度。
10.根据权利要求8所述的眼科镜片，其中所述多个光栅中的至少三个光栅具有为零的阶梯高度。
11.根据权利要求8所述的眼科镜片，其中所述多个光栅包括至少五个光栅。
12.根据权利要求8所述的眼科镜片，其中所述多个光栅包括至少十二个光栅。
13.根据权利要求8所述的眼科镜片，其中所述多个光栅包括至少三十个光栅。
14. 一种眼科镜片，包括：
第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面围绕光轴设置并且彼此相对地面向；以及
衍射轮廓，所述衍射轮廓设置在所述第一表面上并且包括多个光栅，其中：
所述多个光栅中的至少一个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。
15.根据权利要求14所述的眼科镜片，其中所述多个光栅中的至少三个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。
16. 根据权利要求14所述的眼科镜片，其中所述多个光栅中的至少六个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。
17.根据权利要求14所述的眼科镜片，其中所述眼科镜片包括光学件，所述光学件包括所述第一表面和所述第二表面，所述第一表面和所述第二表面中的每个表面从所述光轴径向向外延伸至所述光学件的外周边，并且
所述多个光栅中的至少一个光栅在所述光轴与所述光学件的外周边之间的第一表面上不重复。
18.根据权利要求17所述的眼科镜片，其中所述相邻光栅在所述光轴与所述光学件的外周边之间的第一表面上不重复。
19.根据权利要求18所述的眼科镜片，其中所述多个光栅中的每个光栅在所述光轴与所述光学件的外周边之间的第一表面上不重复。
20.根据权利要求19所述的眼科镜片，其中所述多个光栅包括至少三十个光栅。
21. 一种眼科镜片，包括：
光学件，所述光学件包括各自围绕光轴设置并且从所述光轴径向向外延伸至所述光学件的外周边的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面相对地面向，并且包括定位在所述光轴与所述光学件的外周边之间的径向延伸区域；以及
衍射轮廓，所述衍射轮廓包括多个光栅并且设置在所述第一表面上的径向延伸区域内，使得没有光栅在所述径向延伸区域内重复。
22.根据权利要求21所述的眼科镜片，其中所述径向延伸区域从所述光轴径向向外延伸至所述光学件的外周边。
23.根据权利要求22所述的眼科镜片，其中所述多个光栅包括至少五个光栅。
24. 根据权利要求21所述的眼科镜片，其中所述径向延伸区域从所述光轴径向向外延伸至1.5毫米的径向距离。
25.根据权利要求24所述的眼科镜片，其中所述径向延伸区域为中心区域，并且所述第一表面包括从所述中心区域径向向外延伸的周边区域；并且
所述衍射轮廓包括在所述周边区域内重复的至少一个光栅。
26.根据权利要求21所述的眼科镜片，其中所述径向延伸区域从所述光轴径向向外延伸至2.5毫米的径向距离。
27.一种设计眼内镜片的方法，所述方法包括：
限定衍射轮廓，所述衍射轮廓包括：
多个光栅，并且所述衍射轮廓设置在光学件的光学表面上，使得所述光学表面上没有光栅在光轴与所述光学件的外周边之间重复；以及
基于所述衍射轮廓来生成衍射镜片表面。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述多个光栅包括至少五个光栅。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述多个光栅包括至少三十个光栅。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述多个光栅中的至少一个光栅具有为零的阶梯高度。
31.一种设计眼内镜片的方法，所述方法包括：
限定衍射轮廓，所述衍射轮廓包括：
多个光栅，所述多个光栅设置在光学件的光学表面上，并且
所述多个光栅中的至少一个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅；以及
基于所述衍射轮廓来生成衍射镜片表面。
32. 根据权利要求31所述的方法，其中所述多个光栅中的至少三个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述光学表面从光轴径向向外延伸至所述光学件的外周边，并且
所述多个光栅中的每个光栅在r平方空间中的轮廓不同于位于所述光轴与所述光学件的外周边之间的光学表面上的任何其它光栅在r平方空间中的轮廓。
34.一种用于制作眼科镜片的制造系统，所述系统包括：
输入，所述输入接收针对患者眼睛的眼科镜片验光处方；
第一模块，所述第一模块被配置成基于所述眼科镜片验光处方来生成衍射轮廓，其中所述衍射轮廓包括：
多个光栅，并且所述衍射轮廓设置在光学件的光学表面上，使得所述光学表面上没有光栅在光轴与所述光学件的外周边之间重复；以及
制造组件，所述制造组件基于所述衍射轮廓来制造所述眼科镜片。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述多个光栅包括至少三十个光栅。
36.根据权利要求34所述的系统，其中所述多个光栅中的至少一个光栅具有为零的阶梯高度。
37.一种用于制作眼科镜片的制造系统，所述系统包括：
输入，所述输入接收针对患者眼睛的眼科镜片验光处方；
第一模块，所述第一模块被配置成基于所述眼科镜片验光处方来生成衍射轮廓，其中所述衍射轮廓包括：
多个光栅，所述多个光栅设置在光学件的光学表面上，并且
所述多个光栅中的至少一个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅；以及
制造组件，所述制造组件基于所述衍射轮廓来制造所述眼科镜片。
38. 根据权利要求37所述的系统，其中所述多个光栅中的至少三个光栅通过为零的阶梯高度连接至相邻光栅。
39.根据权利要求37所述的系统，其中所述光学表面从光轴径向向外延伸至所述光学件的外周边，并且
所述多个光栅中的每个光栅在r平方空间中的轮廓不同于位于所述光轴与所述光学件的外周边之间的光学表面上的任何其它光栅在r平方空间中的轮廓。
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