CN113367840A - 人工晶状体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种人工晶状体及其制造方法，包括光学部和机械部，所述光学部包括相对设置的前表面和后表面，所述前表面和所述后表面均为非球面，且所述前表面和所述后表面中的一者被分为非球面度不同且曲率不同的视远区域、视中区域和视近区域，所述视远区域具有零球差，所述视中区域具有正球差，所述视近区域具有负球差。通过所述人工晶状体，实现对入射光的波前调制，使得平行入射光通过三个非球面度不同且曲率不同的非球面区域会以弥散的形式分别聚焦在远、中、近三个焦点附近，增加了各个焦点处的焦深，从而延长景深，使其在近距离范围、中距离范围、远距离范围都拥有良好的视觉质量。

Description

人工晶状体及其制造方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种人工晶状体及其制造方法。
背景技术
随着人口老龄化趋势，老花眼和白内障是成为人们看清物体的最大威胁。当人们达到一定年龄后，睫状肌与悬韧带随视距改变的调节能力变弱，当老花的眼睛由视远转化为视近时，其无法做到轻松聚焦，看清近距离的物体。老花眼效应往往在人们45岁开始变得明显，到达70岁之后，晶状体基本已经失去弹性从而失去调焦功能，老花眼患者必须佩戴老花眼镜才能看清楚近处的物体，对于生活造成极大的不便。人们达到一定年龄后，不仅眼睛的适应性会下降，人眼自然晶状体也会出现不可逆的浑浊病化，最终导致眼睛失明。白内障已成为人类致盲的最主要因素。通过手术取出浑浊晶状体，然后植入人工晶状体是治疗白内障最有效的方法。
在白内障手术中，因为植入的晶状体不再含有动态调节功能，在植入单焦点人工晶状体后，患者能够拥有良好的远视力，但是失去对于近处物体的聚焦功能，因此在近处阅读和观看手机时需要佩戴眼镜。各类多焦点人工晶状体的诞生使白内障手术实现术后脱镜成为可能。多焦点人工晶状体通过衍射或者区域折射的方式实现平行光通过人工晶状体之后有多个焦点存在，展示出多个不同的屈光度，使得光能重新分配，从而实现人眼在不同视距下都能看清的功能。因此人工晶状体植入术也从白内障复明性手术向屈光性手术转变，术后不仅要看得见，也要看得清，看得舒服。
双焦点人工晶状体较早被提出，其使用分区域折射或者折衍射组合的形式为人眼提供两个焦点，即视远的远焦点与视近的近焦点。其植入后视网膜上能够同时接收到远处和近处的清晰像。但是由于两个焦点距离较远，无法看清中距离出的物体且焦点处很尖锐，两个像之间会给出强烈的干扰，形成大量的眩光。因此后续人工晶状体的发展逐渐向连续的全程视力发展，大致分为景深延长型（EDOF）人工晶状体和三焦点人工晶状体。专利US8747466B2公开了一种拥有连续视程的景深延长型人工晶状体，利用小阶梯衍射光栅，实现了无穷远到58厘米之间的“无极变焦”。但是视近效果相对较差，看书和看手机时往往需要借助老花眼镜的。专利US20180147050A1公开了一种三焦点人工晶状体，能够实现远，中，近三个焦点，具有良好的近程和中程视力，但是远程视力与中程视力之间不够连续，会出现视觉断点。
常规的衍射多焦点透镜是利用闪耀光栅的衍射特性来实现对光的分光作用。衍射型人工晶状体的表面上含有锯齿状的台阶刻面，其台阶的高度决定不同衍射级能量的分布，且衍射光栅的周期决定衍射焦点的位置。对于普通双焦点衍射人工晶状体，其衍射光栅通常具有单个固定的空间频率，光栅台阶高度为某一具体高度，从而使得约80%的入射光分别分配在远焦点和近焦点之上，其余20%的光衍射至无用衍射焦点处。对于常规三焦点晶状体，其也拥有单一的空间频率，不同的是其光栅台阶高度是高低交替的，通过这种设计可以使得光的能量分布在远、中、近三个焦点处，但是依旧会有超过10%的入射光未能用于有效衍射焦点处。目前市场上的三焦点衍射型人工晶状体中，光能利用率最高的是Alcon的AcrySof IQ PanOptix IOL，为88%，而其余12%的光对于视网膜上的成像无任何帮助，且会增加眩光。
衍射多焦点人工晶状体的现有设计方法无法改变光能利用率低的问题，且在植入后，容易产生眩光等问题，而普通的分区域折射型多焦点人工晶状体，所有入射光都分配在设定焦点处，光能利用率可认为接近100%。但是在分区域折射型多焦点人工晶状体的每个焦点处成像尖锐，有严重的眩光问题，各个焦点之间的位置成像质量差，难以实现连续视程。
因此对于人工晶状体的研发仍处于不断创新，探讨新的的解决方案的阶段，寻找全视距、视程连续、眩光少、成像清晰的人工晶状体解决方案仍将是行业内的共同目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人工晶状体及其制造方法，以解决分区域折射型多焦点人工晶状体的每个焦点处成像尖锐，有严重的眩光问题，各个焦点之间的位置成像质量差，难以实现连续视程的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种人工晶状体，包括光学部和机械部，所述光学部包括相对设置的前表面和后表面，所述前表面和所述后表面均为非球面，且所述前表面和所述后表面中的一者被分为非球面度不同且曲率不同的视远区域、视中区域和视近区域，所述视远区域具有零球差，所述视中区域具有正球差，所述视近区域具有负球差。
可选的，所述前表面和所述后表面的组合形状为双凸、凸凹、平凸或者平凹的一种。
可选的，所述视远区域的零球差通过对非零球差矫正得到。
可选的，所述视远区域的矫正球差的范围为0到-0.2λ。
可选的，所述视中区域正球差的范围为大于0且小于等于0.4λ。
可选的，所述视近区域负球差的范围为大于等于-0.4λ且小于0。
可选的，所述视中区域对应视中的焦点为中焦点，中焦点的附加光焦度为+0.75D~+2.5D。
可选的，所述视近区域对应视近的焦点为近焦点，近焦点的附加光焦度为+2.5D ~+5D。
可选的，所述视远区域对应视远的焦点为远焦点，所述远焦点和所述中焦点的附加光焦度之差为0.75D~2.5D。
可选的，所述视中区域对应视中的焦点为中焦点，所述视近区域对应视近的焦点为近焦点，所述近焦点和所述中焦点的附加光焦度之差为1.25D~2.5D。
可选的，所述视近区域的直径为1mm~1.6mm。
可选的，所述视中区域的外径为2mm~2.2mm。
可选的，所述视远区域的外径为5mm~7mm。
基于同一发明构思，本发明还提供一种人工晶状体的制造方法，包括：
获取待测对象的眼球参数，将所述眼球参数输入至人眼眼球模型之中，所述人眼眼球模型包括人工晶状体，所述人工晶状体的一个非球面表面包括非球面度不同且曲率不同的视远区域、视中区域和视近区域；
将所述人眼眼球模型的物距设定为无穷远，调整所述人工晶状体的视远区域的球差为零球差，以获得人工晶状体视远参数；
对所述人工晶状体的视中距离和视近距离进行调整，并将视中区域设置为正球差的非球面区域以及将视近区域设置为负球差的非球面区域，以获得人工晶状体视中参数和人工晶状体视近参数；
确定所述人眼眼球模型是否满足视锐度的预设阈值，
若是，则将获取的所述人工晶状体视远参数、所述人工晶状体视中参数和所述人工晶状体视近参数作为所述待测对象的人工晶状体参数；
若否，重新调整所述视中距离和所述视近距离，直至所述人眼眼球模型满足视锐度的预设阈值。
可选的，所述视锐度的预设阈值为0.8。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
在本发明提供的一种人工晶状体及其制造方法，所述人工晶状体包括光学部和机械部，所述光学部包括相对设置的前表面和后表面，所述前表面和所述后表面均为非球面，且所述前表面和所述后表面中的一者被分为非球面度不同且曲率不同的视远区域、视中区域和视近区域，所述视远区域具有零球差，所述视中区域具有正球差，所述视近区域具有负球差，实现对入射光的波前调制，使得平行入射光通过非球面度不同且曲率不同的三个非球面区域会以弥散的形式分别聚焦在远、中、近三个焦点附近，增加了各个焦点处的焦深，从而延长景深，使其在近距离范围、中距离范围、远距离范围都拥有良好的视觉质量。植入患者眼睛之后，可以延长患者的景深，做到不出现视觉断点，可在不佩戴眼镜的情况下看清远中近不同距离下的物体。
附图说明
图1是本发明实施例的人工晶状体的结构示意图；
图2是本发明实施例的非球面面型函数的原理图；
图3是本发明实施例的人工晶状体的光学部的原理图；
图4是本发明实施例的人工晶状体的光学部的结构示意图；
图5-8是本发明实施例的人工晶状体的不同参数的离焦曲线图；
图9是本发明实施例的人工晶状体的不同离焦量下的视觉质量对比图；
图10是本发明实施例的人工晶状体的制造流程图；
图中，
100-第一支撑襻结构；101-光学部；102-第二支撑襻结构；103-中心圆形区域；104-中间环形区域；105-外围区域；106-视近的近焦点；107-视中的中间焦点；108-视远的远焦点。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的人工晶状体及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1是本发明实施例的人工晶状体的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种人工晶状体，包括光学部101和机械部，所述光学部101包括相对设置的前表面和后表面，所述前表面是指光线入射的表面，所述后表面是指光线出射的表面。所述前表面和所述后表面均为非球面，且所述前表面和所述后表面中的一者分为三个非球面度不同且曲率不同的非球面区域。
在本实施例中，所述机械部包括第一支撑襻结构100和第二支撑襻结构102，所述第一支撑襻结构100和第二支撑襻结构102和所述光学部101为一件式整体结构，用同一种材料制备而成，所述材料主要包括但不限于亲水性丙烯酸酯、疏水性丙烯酸酯、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。所述材料在温度例如是35°的环境下光学折射率在1.45~1.58之间，所述材料的阿贝数例如在45~55之间。所述光学部101的直径范围例如是5mm~7mm，人工晶状体整体的长度范围例如是12mm~14mm。
请参考图2，图2是本发明实施例的非球面面型函数的原理图；所述光学部101包括相对设置的前表面和后表面，所述前表面和后表面均为非球面。所述非球面面型表达式如下：
Figure 863537DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，Z(r)为非球面面型函数，如图2所示，r为径向坐标（在垂直于光轴的方向上距透镜中心点的距离），Z（r）为径向坐标r处透镜（即人工晶状体）表面在光轴z方向上的高度，即径向距离为r时的透镜矢高，R为基础球面的曲率半径，k为二次曲面系数，an为非球面高次项系数。
在本实施例中，所述人工晶状体包含前表面和后表面，其组合形状可以为双凸、凸凹、平凸或者平凹。
在本实施例中，所述人工晶状体包含前表面和后表面，两个表面都围绕光轴设计。具有分区域的非球面度不同且曲率不同的表面可以位于前表面或者后表面，具有分区域的非球面度不同且曲率不同的所述表面的不同区域含有不同的光焦度。所述表面一部分区域可将入射光聚焦于用于视远的远焦点，其光能占总透过光能的30%~50%之间，远焦点对应附加光焦度为0D，即为基础屈光度所在焦点位置；人工晶状体上某一处的光焦度是所述人工晶状体的基础光焦度加该处附加光焦度的和，本实施例中，所述基础光焦度的范围例如是0~+35D。另外一部分区域可将入射光聚焦于用于视中的中焦点处，其光能占总透过光能的15%~30%之间，中焦点对应附加光焦度为+0.75D~+2.5D；另外一部分区域可将入射光聚焦于用于视近的近焦点处，其光能占总透过光能的20%~35%之间，近焦点对应附加光焦度为+2.5D~+5.0D。光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，表示光学系统偏折光线的能力，为透镜的焦点与透镜中心点的距离，焦点在无限远处，则光焦度为0D，焦点越靠近透镜中心点，则光焦度数值越大。人工晶状体上某一处的光焦度是所述人工晶状体的基础光焦度加该处附加光焦度的和，因为对于一特定人工晶状体来说，基础光焦度不变，故此只讨论附加光焦度。
值得注意的是，通过将光线弥散在两个焦点之间获得额外的景深时，会一定程度降低其视锐度，为保证近焦点与中间焦点处的视觉质量，视近附加光焦度与视中附加光焦度之间的差值需保证在1.25D~2.5D之间，也即所述近焦点和所述中焦点的附加光焦度之差为1.25D~2.5D；保证远焦点与中间焦点处的视觉质量，视远附加光焦度与视中附加光焦度之间的差值需保证在0.75D~2.5D，也即所述远焦点和所述中焦点的附加光焦度之差为0.75D~2.5D。
所述光学部101的表面能够对入射光前进行调制，即，对透镜表面进行非球面设计，引入正球差或负球差，使得通过透镜之后光的能量弥散分布在三个焦点附近，使得每个焦点对应的视距处都获得一定范围下的有效的景深，且三个焦点处的景深能够相互连接，实现远中近的连续视程。景深能够相互连接是指，例如，近焦点向远处延伸的景深加中间焦点向近处延伸的景深的和，可覆盖近焦点与中间焦点之间的距离（近焦点与中间焦点之间附加光焦度的差值）。其中景深是指某个光学系统能够在成像面上成清晰像的物方空间的深度。而一个光学系统能够在理想像面的附近都能捕获到清晰的像，这一像方空间的深度称之为焦深。景深与焦深是紧密联系的，当光学系统的孔径光阑的尺寸和接收器的分辨率确定时，景深会随着焦深的增加而增加。
请参考图3，图3是本发明实施例的人工晶状体的光学部的原理图；所述光学部101的前表面或后表面对入射光的波前具有调制功能，在不同区域上具有不同的球差设计。一个球面镜片对光线的偏折能力会随着径向高度的增加而增加，也就意味着，随着孔径（即r的值，可理解为瞳孔的大小，r值为径向坐标，在垂直于光轴的方向上距透镜中心点的距离）的增加，远离光轴的光线会聚焦在焦点更前方（即靠近透镜的方向）的位置，此称之为球差。当汇聚光线与光轴的交点相较于透镜的焦点离透镜更近时，此时所述透镜具有正球差；当汇聚光线与光轴的交点相较于透镜的焦点离透镜更远时，此时所述透镜具有负球差。
一定适量的球差能够增加人眼的焦深。一般人眼自带正球差，使得单侧人眼自带0.75D左右的景深。对于单焦点人工晶状体，人眼自带的景深不足以使得术后患者能够实现由远至近的连续视程。因此，需要人工晶状体添加额外的景深。
请参考图4，图4是本发明实施例的人工晶状体的光学部的结构示意图；所述人工晶状体的光学部101的一个表面由含有不同基础半径（即曲率不同）的三个区域组成，在本实施例中，所述三个区域为中心圆形区域103，中间环形区域104，外围区域105，所述中心圆形区域103、中间环形区域104和外围区域105为非球面度不同且曲率不同的非球面区域。在入射光入射通过不同区域之后，会分别汇聚在三个焦点附近。三个非球面度不同且曲率不同的非球面区域对应三个不同的焦点。三个焦点分别对应视近的近焦点106；视中的中间焦点107；视远的远焦点108。普通的三焦点设计中，焦点与焦点之间基本没有光分配，使得不同焦点之间所对应得视距上的成像质量极差，出现眩光和光晕现象。本实施例通过在不同区域中添加不同的非球面度，使原本只分布在焦点上的光延展开，光能弥散的分布在光轴上，连接不同焦点，实现连续的视程。
在本实施例中，所述中心圆形区域104的直径例如是1mm~1.6mm，所述中间环形区域103的外径例如是2mm~2.2mm，所述外围区域105的外径例如是5mm~7mm，其中，所述直径是指r*2的值，r值为径向坐标（在垂直于光轴的方向上距透镜中心点的距离）。在本实施例中，所述中心圆形区域104为视近区域，将所述视近区域添加负球差，使得近焦点处的光线向远处延伸，增加视近时的景深，使视近时也能看清稍远的物体。所述中间环形区域103为视中区域，将所述视中区域添加正球差，使中间焦点处的光线向近处延伸，增加视中时的景深。通过对所述视近区域和所述视中区域的正负球差大小的控制，使得视近时和视中时的清晰的区域能够相接，营造出连续的视程。所述外围区域105区域为视远区域，所述视远区域通过非球面矫正球差，使所述外围区域105成为零球差面，从而获得良好的远视觉。
值得一提的是，在本实施例中，所述中间环形区域103不局限于视中区域，同理，所述中心圆形区域104不局限于视近区域，所述外围区域105也不局限于视远区域。不同区域的视距可以调整，但是需保证所述人工晶状体的光学部101一个表面的一个区域为含有负球差的视近区域，一个区域为含有正球差的视中区域，以及一个矫正球差的视远区域，与此相类似的设计均在本发明的保护范围之内。
图5-8是本发明实施例的人工晶状体的不同参数的离焦曲线图；发明人对人工晶状体的不同参数进行了仿真实验，下面结合图5-图8进行详细介绍。
在发明人的第一次仿真实验中，所述人工晶状体的基础面型参数如表1所示，其中Conic为圆锥系数，Rf为前表面曲率半径，Rb为后表面曲率半径，APMX为最大孔径，APMN为最小孔径，A4、A6、A8为非球面系数，即函数Z（r）中的a4、a6、a8，所述Rf、Rb、APMX、APMN的单位均为毫米(mm)。在第一次仿真实验中，所用材料的折射率例如是1.56，基础光焦度为+18.5D，对应视近区域附加光焦度为+3.34D，对应视中区域附加光焦度为+2.22D ，即近焦点与中间焦点之间的光焦度差值为1.12D。视中区域的球差例如为0.2λ（λ为设计波长），在本实施例中，所述设计波长λ根据医药行业标准（YY-0290）确定为546nm，对应景深为1.2D；视近区域的球差为-0.2λ，对应景深为1.4D。视中区域的正球差对应景深与视近区域104负球差对应景深的和为2.6D，大于近焦点与中间焦点之间光焦度差值的2倍，因此，近焦点与中间焦点之间的景深能够相互连接。视远区域的球差为-0.1λ，因为视远区域获得最大光能比例，远焦点处的调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF，评价成像质量的参数）值比其余两个焦点要大，因此其景深范围相对较长。视远区域处的景深为1.6D，远中间焦点光焦度差值为2.22D，视远的景深加上视中景深的一半（0.6D）约等于此差值，因此远焦点与中间焦点之间的景深能够相互连接。
请参考图5，图5为第一次仿真实验在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的离焦曲线，图5的横坐标为离焦量，纵坐标为MTF（评价成像质量的参数），在本实施例中，清晰视力是指在50lp/mm处具有约0.1的MTF。50lp/mm处0.1的MTF可实现人眼约0.4的VA视力。当人眼在50lp/mm处的MTF＜0.05时，可看作为MTF接近于0，人眼分辨率不够，呈现视力不连续的点。由远至近的全视程上，没有位置上的调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF，评价成像质量的参数）值低于0.05，意味着未出现视觉断点，全视程连续。
表1 仿真实验1的基础面型参数
区域 Conic Rf Rb APMX APMN A4 A6 A8
103 -2.3 15.103 -38.085 1 0.5 4.817E-05 2.672E-04 -8.069E-05
104 -2.3 13.333 -38.085 0.5 0 6.814E-05 2.158E-04 -8.182E-05
105 -2.3 17.544 -38.085 3 1 6.807E-05 2.125E-04 -8.128E-05
在发明人的第二次仿真实验中，所述人工晶状体的基础面型参数如表2所示，其中Conic为圆锥系数，Rf为前表面曲率半径，Rb为后表面曲率半径，APMX为最大孔径，APMN为最小孔径，A4、A6、A8为非球面系数，即函数Z（r）中的a4、a6、a8，所述Rf、Rb、APMX、APMN的单位均为毫米(mm)。第二次仿真实验所用材料的折射率例如是1.50，基础光焦度为+18.5D，对应视近附加光焦度为+3.34D，对应视中区域附加光焦度为+2.22D。视中区域的球差为0.3λ（λ为设计波长），对应景深为1.9D；视近区域的球差为-0.3λ，对应景深为1.7D。视中区域的正球差对应景深与视近区域负球差对应景深的和为3.6D，大于近焦点与中间焦点之间光焦度差值的2倍，因此近焦点与中间焦点之间的景深能够相互连接。视远区域105的球差为0λ，因为，视远区域获得最大光能比例，远焦点处的MTF值比其余两个焦点要大，因此其景深范围相对较长。视远区域处的景深为1.4D，远中间焦点光焦度差值为2.22D，视远的景深加上视中景深的一半（0.95D）大于此差值，因此，远焦点与中间焦点之间的景深能够相互连接。
请参考图6，第二次仿真实验在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的离焦曲线如图6所示，图6的横坐标为离焦量，纵坐标为MTF（评价成像质量的参数），在本实施例中，清晰视力是指在50lp/mm处具有约0.1的MTF。50lp/mm处0.1的MTF可实现人眼约0.4的VA视力。当人眼在50lp/mm处的MTF＜0.05时，可看作为MTF接近于0，人眼分辨率不够，呈现视力不连续的点。由远至近的全视程上，没有位置上的MTF值低于0.05，意味着未出现视觉断点，全视程连续。
表2 仿真实验2的基础面型参数
区域 Conic Rf Rb APMX APMN A4 A6 A8
103 -2.3 9.563 -38.085 1 0.5 -1.714E-03 3.783E-04 -9.650E-05
104 -2.3 9.024 -38.085 3 1 -1.685E-04 3.986E-04 -1.029E-04
105 -2.3 11.523 -38.085 0.5 0 -4.999E-04 4.811E-04 -1.116E-04
在发明人的第三次仿真实验中，所述人工晶状体的基础面型参数如表3所示，其中Conic为圆锥系数，Rf为前表面曲率半径，Rb为后表面曲率半径，APMX为最大孔径，APMN为最小孔径，A4、A6、A8为非球面系数，即函数Z（r）中的a4、a6、a8，所述Rf、Rb、APMX、APMN的单位均为毫米(mm)。第三次仿真实验所用材料的折射率为1.50，基础光焦度为+18.5D，对应视近区域附加光焦度为+3.34D，对应视中区域附加光焦度为+2.22D。视中区域的球差为0.4λ（λ为设计波长），对应景深为2.2D；视近区域的球差为-0.4λ，对应景深为2.0D。视中区域的正球差对应景深与视近区域负球差对应景深的和为4.2D，大于近焦点与中间焦点之间光焦度差值的2倍，因此，近焦点与中间焦点之间的景深能够相互连接。视远区域的球差为0λ，因为视远区域获得最大光能比例，远焦点处的MTF值比其余两个焦点要大，因此其景深范围相对较长。视远区域处的景深为1.4D，远中间焦点光焦度差值为2.22D，视远的景深加上视中景深的一半（1.1D）大于此差值，因此，远焦点与中间焦点之间的景深能够相互连接。
请参考图7，第三次仿真实验在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的离焦曲线如图7所示，图7的横坐标为离焦量，纵坐标为MTF（评价成像质量的参数），在本实施例中，清晰视力是指在50lp/mm处具有约0.1的MTF。50lp/mm处0.1的MTF可实现人眼约0.4的VA视力。当人眼在50lp/mm处的MTF＜0.05时，可看作为MTF接近于0，人眼分辨率不够，呈现视力不连续的点。由远至近的全视程上，没有位置上的MTF值低于0.05，意味着未出现视觉断点，全视程连续。
表3 仿真实验3的基础面型参数
区域 Conic Rf Rb APMX APMN A4 A6 A8
103 -2.3 10.843 -38.085 1 0.5 -1.571E-03 5.659E-04 --1.501E-04
105 -2.3 9.477 -38.085 3 1 3.032E-03 -1.998E-03 1.084E-05
104 -2.3 11.523 -38.085 0.5 0 -4.999E-04 4.811E-04 -1.116E-04
在发明人的第四次仿真实验中，所述人工晶状体的基础面型参数如表4所示，其中Conic为圆锥系数，Rf为前表面曲率半径，Rb为后表面曲率半径，APMX为最大孔径，APMN为最小孔径，A4、A6、A8为非球面系数，即函数Z（r）中的a4、a6、a8，所述Rf、Rb、APMX、APMN的单位均为毫米(mm)。第四次仿真实验所用材料的折射率为1.56，基础光焦度为+18.5D，对应视近区域附加光焦度为+3.1D，对应视中区域附加光焦度为+2.17D 。视中区域的球差为0.2λ（λ为设计波长），对应景深为1.2D；视近区域的球差为-0.2λ，对应景深为1.4D；视中区域的正球差对应景深与视近区域负球差对应景深的和为2.6D，大于近焦点与中间焦点之间光焦度差值的2倍，因此近焦点与中间焦点之间的景深能够相互连接。视远区域的球差为-0.2λ，因为视远区域获得最大光能比例，远焦点处的MTF值比其余两个焦点要大，因此其景深范围相对较长。视远区域处的景深为1.8D，远中间焦点光焦度差值为2.17D，视远的景深加上视中景深的一半（0.6）大于此差值，因此，远焦点与中间焦点之间的景深能够相互连接。
请参考图8，第四次仿真实验在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的离焦曲线如图8所示，图8的横坐标为离焦量，纵坐标为MTF（评价成像质量的参数），在本实施例中，清晰视力是指在50lp/mm处具有约0.1的MTF。50lp/mm处0.1的MTF可实现人眼约0.4的VA视力。当人眼在50lp/mm处的MTF＜0.05时，可看作为MTF接近于0，人眼分辨率不够，呈现视力不连续的点。由远至近的全视程上，没有位置上的MTF值低于0.05，意味着未出现视觉断点，全视程连续。
表4 仿真实验4的基础面型参数
区域 Conic Rf Rb APMX APMN A4 A6 A8
103 -2.3 15.363 -38.085 1 0.5 4.817E-05 2.672E-04 -8.069E-05
104 -2.3 13.662 -38.085 0.5 0 6.814E-05 2.158E-04 -8.182E-05
105 -2.3 17.544 -38.085 3 1 -3.253E-04 2.863E-04 -6.404E-05
在本实施例中，景深随着添加的球差增大而增大，当近焦点和中间焦点两处的景深范围相交时，便可获得连续的视力。大景深的多焦点人工晶状体可以使患者在看手机看书和观看电脑时实现无差别转换，实现术后脱镜。值得一提的是，过大的球差会降低人眼的视觉敏感度，所以不能无限增大球差以扩大景深。对于整个人工晶状体状，通过波前整形调制用于视近的区域通过的球差范围为大于等于-0.4λ且小于0 ，用于视中的区域的球差范围为大于0其小于等于0.4λ ，用于视远的区域的矫正球差范围为大于等于-0.2λ且小于等于0。
图9是本发明实施例的人工晶状体在导入人眼眼球模型中，不同离焦量下的视觉质量对比图。可以看出，从0D至3.5D的离焦范围内，均能够保证良好的视觉质量。不同于市面上已有的景深延长型人工晶状体，本实施例很好地提高了景深延长型人工晶状体的视近能力，并且极大提升地光能利用率，解决了像面偏暗的问题。
图10是本发明实施例的人工晶状体的制造流程图；基于同一发明构思，本实施例还提供一种人工晶状体的制造方法，其核心为人工晶状体参数的生成，具体可包括：
步骤S10，获取待测对象的眼球参数，将所述眼球参数输入至人眼眼球模型之中，所述人眼眼球模型包括人工晶状体，所述人工晶状体的一个非球面表面包括非球面度不同且曲率不同的视远区域、视中区域和视近区域。
步骤S20，将所述人眼眼球模型的物距设定为无穷远，调整所述人工晶状体的视远区域的球差为零球差，以获得人工晶状体视远参数。
步骤S30，对所述人工晶状体的视中距离和视近距离进行调整，并将视中区域设置为正球差的非球面区域以及将视近区域设置为负球差的非球面区域，以获得人工晶状体视中参数和人工晶状体视近参数。
步骤S40，确定所述人眼眼球模型是否满足视锐度的预设阈值，若否，返回上一步骤S30，重新调整所述视中距离和所述视近距离，直至所述人眼眼球模型满足视锐度的预设阈值；若是，执行下一步骤S50。
步骤S50，生成待测对象的人工晶状体参数。
在步骤S10中，所述眼球参数包括人工晶状体参数和本领域技术人员所知晓的参数，例如角膜参数。
在步骤S20中，由于一般人眼自带正球差，将物距设定为无穷远，所述视远区域通过非球面矫正球差，使所述视远区域成为零球差面，所述视远区域非球面矫正球差的矫正范围例如是大于等于-0.2λ且小于等于0。
在步骤S30中，所述视中距离等于人工晶状体所处介质的折射率除以视中区域的附加光焦度，同理，所述视近距离等于人工晶状体所处介质的折射率除以视近区域的附加光焦度。所述视中区域的非球面区域的正球差的范围例如是大于0其小于等于0.4λ，以及所述视近区域的非球面区域负球差的范围例如是大于等于-0.4λ且小于0。
在步骤S40中，所述视锐度的预设阈值为0.8，所述视锐度是人眼的视力。
在步骤S50中，生成待测对象的人工晶状体参数，以给待测对象提供扩张的焦深和连续的视程。将获取的所述人工晶状体视远参数、所述人工晶状体视中参数和所述人工晶状体视近参数作为所述待测对象的人工晶状体参数。本实施例通过所生成的所述待测对象的人工晶状体参数，以此加工形成含光学部101和机械部的人工晶状体。
综上可见，在本发明实施例提供的一种人工晶状体及其制造方法，所述人工晶状体包括光学部和机械部，所述光学部包括相对设置的前表面和后表面，所述前表面和所述后表面均为非球面，且所述前表面和所述后表面中的一者被分为非球面度不同且曲率不同的视远区域、视中区域和视近区域，所述视远区域具有零球差，所述视中区域具有正球差，所述视近区域具有负球差，通过在人工晶状体的光学部的一个表面上设计三个非球面度不同的非球面区域，实现对入射光的波前调制，使得平行入射光通过三个非球面度不同的非球面区域会以弥散的形式分别聚焦在远、中、近三个焦点附近，增加了各个焦点处的焦深，从而延长景深，使其在近距离范围、中距离范围、远距离范围都拥有良好的视觉质量。植入患者眼睛之后，可以延长患者的景深，做到不出现视觉断点，可在不佩戴眼镜的情况下看清远中近不同距离下的物体。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (15)

1.一种人工晶状体，其特征在于，包括光学部和机械部，所述光学部包括相对设置的前表面和后表面，所述前表面和所述后表面均为非球面，且所述前表面和所述后表面中的一者被分为非球面度不同且曲率不同的视远区域、视中区域和视近区域，所述视远区域具有零球差，所述视中区域具有正球差，所述视近区域具有负球差。
2.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述前表面和所述后表面的组合形状为双凸、凸凹、平凸或者平凹的一种。
3.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视远区域的零球差通过对非零球差矫正得到。
4.如权利要求3所述的人工晶状体，其特征在于，所述视远区域的矫正球差的范围为0到-0.2λ。
5.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视中区域的正球差的范围为大于0且小于等于0.4λ。
6.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视近区域的负球差的范围为大于等于-0.4λ且小于0。
7.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视中区域对应视中的焦点为中焦点，中焦点的附加光焦度为+0.75D~+2.5D。
8.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视近区域对应视近的焦点为近焦点，近焦点的附加光焦度为+2.5D~+5D。
9.如权利要求7所述的人工晶状体，其特征在于，所述视远区域对应视远的焦点为远焦点，所述远焦点和所述中焦点的附加光焦度之差为0.75D~2.5D。
10.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视中区域对应视中的焦点为中焦点，所述视近区域对应视近的焦点为近焦点，所述近焦点和所述中焦点的附加光焦度之差为1.25D~2.5D。
11.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视近区域的直径为1mm~1.6mm。
12.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视中区域的外径为2mm~2.2mm。
13.如权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述视远区域的外径为5mm~7mm 。
14.一种人工晶状体的制造方法，其特征在于，包括：
获取待测对象的眼球参数，将所述眼球参数输入至人眼眼球模型之中，所述人眼眼球模型包括人工晶状体，所述人工晶状体的一个非球面表面包括非球面度不同且曲率不同的视远区域、视中区域和视近区域；
将所述人眼眼球模型的物距设定为无穷远，调整所述人工晶状体的视远区域的球差为零球差，以获得人工晶状体视远参数；
对所述人工晶状体的视中距离和视近距离进行调整，并将视中区域设置为正球差的非球面区域以及将视近区域设置为负球差的非球面区域，以获得人工晶状体视中参数和人工晶状体视近参数；
确定所述人眼眼球模型是否满足视锐度的预设阈值；
若是，则将获取的所述人工晶状体视远参数、所述人工晶状体视中参数和所述人工晶状体视近参数作为所述待测对象的人工晶状体参数；
若否，重新调整所述视中距离和所述视近距离，直至所述人眼眼球模型满足视锐度的预设阈值。
15.如权利要求14所述的人工晶状体的制造方法，其特征在于，所述视锐度的预设阈值为0.8。
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