CN1976649B

CN1976649B - 眼内透镜

Info

Publication number: CN1976649B
Application number: CN2006800004010A
Authority: CN
Inventors: 洪昕; 谢继红; 斯蒂芬·J·诺伊·万; 丹·斯坦雷; 姆特鲁·卡拉克雷; 迈克尔·J·辛普森; 张晓啸
Original assignee: Alcon Universal Ltd
Current assignee: Novartis AG; Alcon Inc
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2026-04-04
Also published as: RU2006140808A; SI2062553T1; BRPI0605632B1; BRPI0604841B8; AU2006231553A1; ATE395883T1; BRPI0605632A; JP2010155148A; PL2062553T3; EP2062553A1; CA2734592C; PL1753373T3; US7350916B2; WO2006108004A2; JP2008520402A; CA2567049C; BRPI0604841B1; US20060227286A1; WO2006108005A3; JP4564061B2

Abstract

在一个方面中，本发明提供包括具有前光学表面和后光学表面的光学镜的眼科透镜(例如，IOL)，其中当在具有与眼睛的水状体基本类似的折射率(例如，大约1.336)的媒介中测量时，光学镜提供大约16D～大约25D的屈光力。光学表面的至少一个的特征在于非球面基本轮廓，使得光学镜在屈光力范围上表现出大约-0.202微米～大约-0.190微米的负的球面像差。

Description

眼内透镜

相关申请

本申请要求在此引用作为参考的，2005年4月5日提交的，名称为“眼内透镜”的美国临时专利申请系列号60/668,520的优先权益。

也在此引用转让给本申请的受让人的，以及同时提交的，名称为“人眼的最佳IOL形状因子”的美国专利申请作为参考。

技术领域

本发明一般地涉及眼科透镜，更特别地涉及具有非球面轮廓的眼内透镜。

背景技术

一般而言，非球面性描述弯曲的三维表面偏离理想球形的程度。在透镜的情况下，非球面性可以在前表面、后表面上，或者在两个表面的组合效果中显示其自身，当它们折射通过透镜的光时。

天然眼的主要光学部件是形成眼的前面的角膜，以及位于眼内的天然晶状体。角膜是眼睛系统的第一部件，以及提供系统的聚焦能力的大概三分之二。晶状体提供眼睛的其余聚焦能力。

典型地在白内障外科手术过程中，将眼内透镜(IOL)植入病人眼中，以当去除天然晶状体时补偿损失的屈光力。但是，在许多情况下，固有的角膜像差会使IOL的光学性能退化。人角膜一般地表现出正的球面像差，典型地以天然晶状体的负的球面像差来抵消它。如果不解决角膜的该正的球面像差，则它将不利地影响角膜和植入IOL的组合系统的光的聚焦。

补偿球面像差的眼内透镜是已知的。但是，关于IOL应当如何补偿角膜像差或补偿到什么程度，没有一致意见。因此，需要改进的眼科透镜，特别是解决球面像差问题的改进的IOL。

发明内容

本发明一般地提供在屈光力范围上(例如，大约16D～大约25D)表现出选择程度的负的球面像差的眼科透镜，以补偿角膜的正的球面像差。在许多实施方案中，将一个或多个透镜表面配置成具有非球面轮廓，以使透镜表现出期望程度的负的球面像差。

在一个方面中，本发明提供包括具有前光学表面和后光学表面的光学镜的眼科透镜(例如，IOL)，其中当在具有与眼睛的水状体基本类似的折射率(例如，大约1.336)的媒介中测量时，光学镜提供大约6～大约34D的，更优选的大约16D～大约25D的光学屈光力。光学表面的至少一个的特征在于非球面基本轮廓，使得光学镜在屈光力范围上表现出大约-0.202微米～大约-0.190微米的负的球面像差。在6mm瞳孔上测量限定为像差的均方根(RMS)的球面像差值，当植入人眼(或模拟眼)中时，6mm瞳孔可能对应于植入人囊袋中的眼科透镜的大约5mm的透镜孔径尺寸。除非另外指明，否则这里叙述的球面像差值基于这些标准，因此为了说明的方便，将省略与在后面段落中叙述的球面像差值有关的RMS定义和6mm条件。

在相关方面中，球面基本轮廓的特征在于例如大约-73～大约-27的圆锥常数，其中透镜的屈光力位于大约16D～大约25D。

在另一个方面中，可以根据下面的关系限定非球面基本轮廓：

z = \frac{c r^{2}}{1 + {[1 - (1 + k) c^{2} r^{2}]}^{\frac{1}{2}}} + a_{1} r^{2} + a_{2} r^{4} + a_{3} r^{6}

其中，

z表示在离透镜的光轴的径向距离r处的表面的垂度，

c表示在其顶点处(在光轴与表面的交点处)的表面的曲率，

k表示圆锥常数，

a₁表示二阶非球面系数，

a₂表示四阶非球面系数，以及

a₃表示六阶非球面系数。

在相关方面中，光学镜可以提供大约6D～大约30D的光学屈光力，以及透镜的非球面表面的特征在于上面的关系，其中c为大约0.0152mm^-1～大约0.0659mm^-1，k为大约-1162～大约-19，a₁为大约-0.00032mm^-1～大约-0.00020mm^-1，a₂为大约-0.0000003(负3×10^-7)mm^-3～大约-0.000053(负5.3×10^-5)mm^-3，以及a₃为大约0.0000082(8.2×10^-6)mm^-5～大约0.000153(1.53×10^-4)mm^-5。

在另一个方面中，光学镜可以提供大约16D～大约25D的光学屈光力，以及透镜的非球面表面的特征在于上面的关系，其中c为大约0.0369(1/27.1)mm^-1～大约0.0541(1/18.5)mm^-1，k为大约-73～大约-27，a₁为大约-0.000209mm^-1～大约-0.000264mm^-1，a₂为大约-0.0000297mm^-3～大约-0.0000131mm^-3，以及a₃为大约0.00000978mm^-5～大约0.00000846mm^-5。

在另一个方面中，眼科透镜的光学镜表现出大约-0.016～大约0.071的形状因子。而且，光学镜的主平面可以表现出相对于期望的透镜平面如两个襻-光学镜接合处所限定的平面的，大约-0.019mm～大约+0.018mm的偏移改变，其中光学镜提供大约16D～大约25D的光学屈光力。

可以用优选的生物适合的多种材料制成眼科透镜。作为例子，可以用软的丙烯酸聚合材料制成光学镜。合适材料的其他例子包括但不限于水凝胶和硅树脂聚合材料。

在另一个方面中，公开了包括具有前表面和后表面的光学镜的眼科透镜，前和后表面协同提供大约16D～大约25D的光学屈光力。表面的至少一个表现出非球面基本轮廓，以在植入眼中时提供用于抵消角膜的正的球面像差的负的球面像差，使得透镜和角膜的组合光学系统的剩余球面像差达到期望值。人角膜球面像差可以是大约0.194～大约0.284微米，具有0.09微米范围的变化。为了避免过校正，可以使透镜的球面像差(例如，大约-0.202微米～大约-0.190微米)以校正角膜球面像差的低端为目标。结果，在一些实施方案中，透镜和角膜的组合光学系统的剩余球面像差可以是小于大约0.14微米的，例如大约+0.006～大约+0.09微米的正值(如下面所讨论的，即使+0.14微米球面像差也可能是有益的)。可以例如在包括眼科透镜和表现出选择的正的球面像差(例如，人角膜的平均球面像差)的角膜模型的模拟眼中，测量剩余球面像差。可选地，可以在植入眼科透镜的人眼中，测量剩余球面像差。

在相关方面中，在上面的眼科透镜中，非球面基本轮廓的特征在于大约-73～大约-27的圆锥常数。而且，透镜可以表现出大约-0.016～大约0.071的形状因子。

在另一个方面中，公开了包括具有前表面和后表面的光学镜的眼科透镜(例如，IOL)，其中光学镜提供大约16D～大约25D的光学屈光力。光学镜包括表现出离光学镜的选择平面的，大约-0.019mm～大约+0.018mm的偏移改变的主平面。而且，表面的至少一个的特征在于非球面基本轮廓，使得光学镜在所述屈光力范围上表现出大约-0.202微米～大约-0.190微米的负的球面像差。

在相关方面中，上面的眼科透镜包括与其连接的一对襻(haptics)，并且主平面表现出相对于襻与光学镜的接合处所限定的平面的前述偏移改变(大约-0.019mm～大约+0.018mm)。

可以结合下面简要讨论的附图，参考下面的详细说明，以获得发明进一步理解。

附图说明

图1是根据发明的一种实施方案的IOL的示意侧视图；

图2是说明偏离期望透镜平面(HP)的透镜的主平面的，图1的透镜的另一个侧视图；

图3描绘说明作为大约16D～大约25的屈光力范围上的透镜屈光力的函数的，多个示例的理论上设计的透镜的形状因子和主平面位移的变化的曲线；

图4A显示在3mm的瞳孔尺寸下的，为具有多个不同角膜不对称的球面和非球面透镜的模拟眼计算的多个MTF曲线；以及

图4B显示在5mm的瞳孔尺寸下的，为具有多个不同角膜不对称的球面和非球面透镜的模拟眼计算的多个MTF曲线。

具体实施方式

本发明一般地涉及眼科透镜(例如，眼内透镜)，它表现出选择程度的负的球面像差，以抵消角膜的正的球面像差(例如，病人人群的角膜的平均正球面像差)，从而提供增强的图像对比度。

参考图1，根据发明的一种实施方案的IOL10包括具有前光学表面14和后光学表面16的光学镜12。在该实施方案中，关于光轴18不对称地布置前和后光学表面14和16。在其他实施方案中，一个或两个表面可以表现出关于光轴18的一些程度的不对称。示例透镜10还包括适合于其放入病人眼中的，径向延伸的固定元件或襻20。虽然在该实施方案中用软的丙烯酸聚合物(例如，以商标Acrysof销售的用来形成商业可用的透镜的材料)制成光学镜12，但是在其他实施方案中，可以用任意其他合适的生物适合的材料如硅树脂或水凝胶来制成它。也可以与光学镜一起和用相同材料整体制成固定元件20(“单片”透镜)，或者与光学镜分开用合适的聚合材料如聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯等制成固定元件20(“多片”透镜)。作为更多的例子，在此引用作为参考的美国申请6,416,550号公开适合于制成1OL10的材料。

在该实施方案中，光学表面14和16一般地具有凸形，虽然也可以将其他形状(例如，凹的或平的)用于那些表面，以制成例如平-凸的或平-凹的透镜。在这里可互换地使用术语“眼内透镜”及其缩写“IOL”，以描述植入眼睛内部的，以替代眼睛的天然晶状体的或者不管是否去除天然晶状体增加视力的透镜。角膜内透镜和有晶体眼透镜是可以植入眼中而不去除天然晶状体的透镜例子。

在该实施方案中，选择光学表面14和16的曲率以及制成光学镜的材料的折射率，使得光学镜提供大约16D～大约25D的折射屈光力。作为例子，在一些实施方案中，当放入具有大约1.336的折射率的媒介(例如，眼睛的水状体)时，透镜表现出该范围内的光学屈光力。

继续参考图1，虽然光学镜12的前表面14的特征在于基本是球面的基本轮廓，但是后表面16的特征在于非球面的基本轮廓。也就是，后表面16包括这样的基本轮廓，它在离光轴的小径向距离处与假想的球面轮廓16a(用虚线描绘)基本重合，但是当离光轴的径向距离增加时表现出与该球面轮廓的偏离增加。在许多实施方案中，选择后表面的非球面性，使得光学镜表现出大约-0.202(负0.202)微米～大约-0.190(负0.190)微米的负的球面像差。在植入眼中时，具有这种负的球面像差的透镜将抵消角膜的正的球面像差。因此，包含这种透镜的作为透镜和角膜的组合光学系统的人眼的剩余球面像差可以达到期望值。如上所述的，人角膜的球面像差可以是大约0.194～0.284微米。也就是，它可以显示0.09微米范围的变化。为了避免过校正，在许多实施方案中，透镜的负的球面像差(可以是大约-0.202微米～大约-0.190微米)可以校正角膜球面像差的范围的低端。结果，在许多实施方案中，在植入IOL时，眼睛的剩余球面像差可以是大于0且小于大约+0.14微米(例如，大约+0.006～大约+0.09微米)。如下面所讨论的，光学性能评价已经显示即使具有+0.14微米的剩余球面像差，非球面的IOL仍然胜过相应的球面透镜。可以例如在包括透镜并包括具有选择的非球面性(例如，等于人群的平均角膜非球面性)的非球面角膜模型的模拟眼中，测量这种剩余球面像差。可选地，可以在植入透镜的天然眼中，测量剩余球面像差。

在一些实施方案中，可以根据下面关系限定后表面的非球面轮廓：

z = \frac{c r^{2}}{1 + {[1 - (1 + k) c^{2} r^{2}]}^{\frac{1}{2}}} + a_{1} r^{2} + a_{2} r^{4} + a_{3} r^{6}

方程(1)

其中，

z表示在离透镜的光轴的径向距离r处的表面的垂度，

c表示在其顶点处(在光轴与表面的交点处)的表面的曲率；

c = \frac{1}{r}

，其中r表示在其顶点处的表面的半径，

k表示圆锥常数，

a₁表示二阶非球面系数，

a₂表示四阶非球面系数，以及

a₃表示六阶非球面系数。

在一些实施方案中，光学镜可以提供大约6D～大约30D的屈光力，以及透镜的非球面表面的特征在于上面的关系，其中c为大约0.0152mm^-1～大约0.0659mm^-1，k为大约-1162～大约-19，a₁为大约-0.00032mm^-1～大约-0.00020mm^-1，a₂为大约-0.0000003(负3×10^-7)mm^-3～大约-0.000053(负5.3×10^-5)mm^-3，以及a₃为大约0.0000082(8.2×10^-6)mm^-5～大约0.000153(1.53×10^-4)mm^-5。

在其他实施方案中，光学镜可以提供大约16D～大约25D的屈光力，以及透镜的非球面表面的特征在于上面的关系，其中c为大约0.0369(1/27.1)mm^-1～大约0.0541(1/18.5)mm^-1，k为大约-73～大约-27，a₁为大约-0.000209mm^-1～大约-0.000264mm^-1，a₂为大约-0.0000297mm^-3～大约-0.0000131mm^-3，以及a₃为大约0.00000978mm^-5～大约0.00000846mm^-5。

虽然在该实施方案中，光学镜的后表面包括非球面轮廓，但是在其他实施方案中，前表面也可以是非球面的。可选地，可以将某个程度的非球面性给予两个表面，以获得适合于抵消正的角膜球面像差的，期望的负的球面像差。

在许多实施方案中，选择前和后光学表面(更特别地，它们的曲率)，以将期望的形状因子给予透镜。如本领域中已知的，可以用下面的关系限定透镜的形状因子：

方程(2)

其中r₁表示一个表面的半径，r₂表示另一个的半径(对于非球面表面，可以在其顶点处测量半径)。可选地，对于非球面表面，可以用下面的关系限定平均曲率(平均半径的倒数)：

C_eff＝C_base+2a₁ 方程(3)

其中，

C_eff表示非球面表面的有效曲率，

C_base表示在其顶点处的表面的曲率，以及

a₁表示在方程(1)中限定的二阶偶非球面系数。可以例如在形状因子和透镜主平面的位置的计算中使用平均曲率。

在许多实施方案中，将透镜的形状因子选择为大约-0.016～大约0.071，虽然也可以使用其他形状因子。

参考图2，在一些实施方案中，透镜10包括主平面22，它相对于期望的透镜平面如两个襻和光学镜的接合处所限定的平面(平面HP)偏移选择的距离，例如在大约-0.019～大约+0.018。在许多实施方案中，可以用下面的方式计算透镜的主平面相对于襻平面的位置。位于透镜边缘的中心线的襻平面将具有用下面关系指定的离后表面顶点的距离(HL)：

HL = Sa g_{2} + \frac{ET}{2}

方程(4)

其中Sag₂表示在透镜边缘处的后表面的下垂高度，以及ET表示IOL边缘厚度。可以用下面关系获得第二主平面离后表面顶点的相对位置：

p p_{2} = \frac{- n_{1} d F_{1}}{n_{2} F_{L}}

方程(5)

其中n₁和n₂分别是透镜周围的媒介和制成透镜的材料的折射率，F₁和F_L分别是第一表面(前表面)和整个透镜的屈光力，以及d是IOL的中心厚度。因此，可以用下面的关系获得第二主点相对于襻平面(IOL的锚平面)的位置：

ΔP P_{2} = HL + P P_{2} = Sa g_{2} + \frac{ET}{2} - \frac{n_{1} d F_{1}}{n_{2} F_{L}}

方程(6)

其中ΔPP₂表示主平面的偏移改变，以及在上面限定了其他参数。

为了说明，下面的表1列举根据发明的一些实施方案的的多个示例设计的示例参数(例如前和后表面的半径曲率、后表面的非球面系数，以及透镜的中心厚度)多个视力涉及根据一些实施方案发明：

表1

					偶非球面系数
					偶非球面系数				IOL标示的屈光力	球面前半径	非球面后顶点	中心厚度	边缘厚度	圆锥	2阶	4阶	6阶
屈光度	r<sub>1</sub>(mm)	r<sub>2</sub>(mm)	t<sub>c</sub>(mm)	t(mm)	k	a<sub>1</sub>	a<sub>2</sub>	a<sub>3</sub>	IOL标示的屈光力	球面前半径	非球面后顶点	中心厚度	边缘厚度	圆锥	2阶	4阶	6阶
屈光度	r<sub>1</sub>(mm)	r<sub>2</sub>(mm)	t<sub>c</sub>(mm)	t(mm)	k	a<sub>1</sub>	a<sub>2</sub>	a<sub>3</sub>	16.00	27.375	-27.100	0.512	0.21	-73.3310	-2.0952E-04	-2.9663E-05	9.7771E-06
16.50	25.754	-27.100	0.522	0.21	-73.3310	-2.0952E-04	-2.9663E-05	9.7771E-06	16.00	27.375	-27.100	0.512	0.21	-73.3310	-2.0952E-04	-2.9663E-05	9.7771E-06
16.50	25.754	-27.100	0.522	0.21	-73.3310	-2.0952E-04	-2.9663E-05	9.7771E-06	17.00	24.313	-27.100	0.533	0.21	-73.3310	-2.0952E-04	-2.9663E-05	9.7771E-06
17.50	23.025	-27.100	0.543	0.21	-73.3310	-2.0952E-04	-2.9663E-05	9.7771E-06	17.00	24.313	-27.100	0.533	0.21	-73.3310	-2.0952E-04	-2.9663E-05	9.7771E-06
17.50	23.025	-27.100	0.543	0.21	-73.3310	-2.0952E-04	-2.9663E-05	9.7771E-06	18.00	24.207	-24.200	0.552	0.21	-53.9988	-2.1941E-04	-2.5269E-05	9.3176E-06
18.50	22.929	-24.200	0.563	0.21	-53.9988	-2.1941E-04	-2.5269E-05	9.3176E-06	18.00	24.207	-24.200	0.552	0.21	-53.9988	-2.1941E-04	-2.5269E-05	9.3176E-06
18.50	22.929	-24.200	0.563	0.21	-53.9988	-2.1941E-04	-2.5269E-05	9.3176E-06	19.00	21.780	-24.200	0.573	0.21	-53.9988	-2.1941E-04	-2.5269E-05	9.3176E-06
19.50	20.739	-24.200	0.584	0.21	-53.9988	-2.1941E-04	-2.5269E-05	9.3176E-06	19.00	21.780	-24.200	0.573	0.21	-53.9988	-2.1941E-04	-2.5269E-05	9.3176E-06
19.50	20.739	-24.200	0.584	0.21	-53.9988	-2.1941E-04	-2.5269E-05	9.3176E-06	20.00	21.557	-22.000	0.593	0.21	-42.1929	-2.3318E-04	-2.1144E-05	8.9923E-06
20.50	20.537	-22.000	0.603	0.21	-42.1929	-2.3318E-04	-2.1144E-05	8.9923E-06	20.00	21.557	-22.000	0.593	0.21	-42.1929	-2.3318E-04	-2.1144E-05	8.9923E-06
20.50	20.537	-22.000	0.603	0.21	-42.1929	-2.3318E-04	-2.1144E-05	8.9923E-06	21.00	19.609	-22.000	0.614	0.21	-42.1929	-2.3318E-04	-2.1144E-05	8.9923E-06
21.50	18.761	-22.000	0.624	0.21	-42.1929	-2.3318E-04	-2.1144E-05	8.9923E-06	21.00	19.609	-22.000	0.614	0.21	-42.1929	-2.3318E-04	-2.1144E-05	8.9923E-06
21.50	18.761	-22.000	0.624	0.21	-42.1929	-2.3318E-04	-2.1144E-05	8.9923E-06	22.00	19.583	-20.000	0.633	0.21	-33.2270	-2.4979E-04	-1.6772E-05	8.6957E-06
22.50	18.737	-20.000	0.644	0.21	-33.2270	-2.4979E-04	-1.6772E-05	8.6957E-06	22.00	19.583	-20.000	0.633	0.21	-33.2270	-2.4979E-04	-1.6772E-05	8.6957E-06
22.50	18.737	-20.000	0.644	0.21	-33.2270	-2.4979E-04	-1.6772E-05	8.6957E-06	23.00	17.961	-20.000	0.654	0.21	-33.2270	-2.4979E-04	-1.6772E-05	8.6957E-06
23.50	17.246	-20.000	0.665	0.21	-33.2270	-2.4979E-04	-1.6772E-05	8.6957E-06	23.00	17.961	-20.000	0.654	0.21	-33.2270	-2.4979E-04	-1.6772E-05	8.6957E-06
23.50	17.246	-20.000	0.665	0.21	-33.2270	-2.4979E-04	-1.6772E-05	8.6957E-06	24.00	17.781	-18.500	0.673	0.21	-27.4571	-2.6429E-04	-1.3133E-05	8.4634E-06
24.50	17.080	-18.500	0.684	0.21	-27.4571	-2.6429E-04	-1.3133E-05	8.4634E-06	24.00	17.781	-18.500	0.673	0.21	-27.4571	-2.6429E-04	-1.3133E-05	8.4634E-06
24.50	17.080	-18.500	0.684	0.21	-27.4571	-2.6429E-04	-1.3133E-05	8.4634E-06	25.00	16.482	-18.500	0.695	0.21	-27.4571	-2.6429E-04	-1.3133E-05	8.4634E-06
25.50	16.831	-18.500	0.705	0.21	-27.4571	-2.6429E-04	-1.3133E-05	8.4634E-06	25.00	16.482	-18.500	0.695	0.21	-27.4571	-2.6429E-04	-1.3133E-05	8.4634E-06

作为进一步的例子，图3描绘具有上面表1中所列举的参数的透镜10的实施方案中，作为透镜的屈光力的函数的形状因子和主平面位移的变化。

为了显示发明的非球面IOL在提供增强的光学性能方面的效率，对于具有某个范围像差的角膜，通过利用Alcon-Navarro模拟眼在理论上研究这种IOL所获得的图像质量，其中修改Navarro模拟眼以具有非球面角膜模型。对于具有平均人球面像差的角膜模型，以及对于其中角膜球面像差偏离平均偏差+/-1标准偏差的角膜模型，通过计算在550nm波长处模拟眼所表现出的调制传递函数(MTF)来评价图像质量。另外，为了与非球面透镜的MTF比较，也计算缺少非球面性的类似透镜所表现出的MTF。如本领域技术人员已知的，MTF提供光学系统如由IOL和角膜形成的系统所表现出的图像对比度的定量测量。更特别地，可以将成像光学系统如透镜的MTF定义为与光学系统所形成对象图像相关的对比度相对于与对象相关的对比度的比值。

在下面的表2中概括用于上面MTF计算的角膜参数：

表2

	偏离平均值-1标准偏差的角膜	平均值角膜	偏离平均值+1标准偏差的角膜
	偏离平均值-1标准偏差的角膜	平均值角膜	偏离平均值+1标准偏差的角膜	球面像差	0.155微米	0.241微米	0.327微米
圆锥常数	-0.384	-0.183	-0.059	球面像差	0.155微米	0.241微米	0.327微米

将两个球面和非球面透镜的屈光力选择成在具有折射率1.336的水性周围媒介中为22D。两种透镜的前表面表现出相同曲率半径。并且在后表面的顶点处的曲率半径也相同。但是，非球面透镜的后表面表现出某个程度的非球面性(特征在于大约-33的圆锥常数)。对于3mm和5mm瞳孔，在模拟眼的焦平面处计算MTF。

图4A显示在3mm瞳孔尺寸下的，对于前述角膜模型的球面和非球面透镜计算的多个MTF曲线对于，而图4B描绘在5mm瞳孔尺寸下的，对于那些透镜和角膜模型计算的MTF曲线。对于3mm和5mm瞳孔尺寸，非球面透镜表现出相对于非球面透镜的增强性能。值得注意的是即使是具有0.327微米的正的球面像差(表2)的模拟角膜，非球面透镜也显示优于球面透镜的MTF改进。在该情况下，组合角膜和透镜模型的剩余球面像差大约是+0.14微米(即角膜的球面像差0.327微米+透镜的球面像差-0.190微米＝0.137(大约0.14)微米的组合球面像差)。因此，在植入了眼科透镜的眼中，有利的剩余球面像差可以高达+0.14微米。应当明白的是仅提供前述MTF曲线用于说明目的，以及不一定指示发明的透镜所表现出的最佳性能。

相对于常规的非球面透镜，发明的IOL所表现出的负的球面像差的范围使得它们的光学性能不易受到未对准如倾斜和/或轴偏的影响。换句话说，相对于常规的非球面透镜，发明的IOL所给予的非球面性的值允许它们提供更强的性能。

可以使用多种透镜设计工具和透镜制造技术来设计和制造根据发明讲授的非球面透镜。作为例子并仅用于说明目的，在下面的例子中讨论用来设计具有大约16D～大约25D的屈光力的多个透镜的过程。应当明白的是描述该设计过程，以进一步说明发明的不同方面，而不打算作为发明范围的限制。

例子

通过以2D的屈光力增量将屈光力范围划分成五个带，在16D～25D的屈光力范围内在理论上设计多个非球面透镜。在这些示例设计中，假设透镜的后表面表现出非球面轮廓。使用下面的透镜方程来得到球面前表面的半径和非球面后表面的顶点半径：

D = \frac{n_{1} - n_{med}}{r_{a}} + \frac{n_{1} - n_{med}}{r_{p}} - \frac{t_{c}}{n_{1} * (\frac{n_{1} - n_{med}}{r_{a}}) * (\frac{n_{1} - n_{med}}{r_{p}})}

方程(7)

其中，

D表示透镜的屈光力，

n₁表示透镜材料的折射率，

n_med表示透镜周围媒介的折射率，

r_a表示前表面的半径，

r_p表示后表面的半径，以及

t_c表示透镜的中心厚度。

将后表面的顶点半径固定在一个带中，并且使用已知的(期望的)透镜屈光力、边缘厚度、制成透镜的材料的折射率，以及后表面半径计算前半径。为了满足形状因子和主平面位移的设计要求，先初始计算然后调整在五个带的每个中的固定的后顶点半径。对于设计的非球面部分，固定后顶点半径，然后非球面化周围半径(例如，从边缘的中心逐渐地增加周围半径)，以满足为每个带选择的像差补偿要求。因此，通过将顶点半径改变成“有效”半径来重新计算形状因子和主平面位移，其中有效半径包含顶点半径和二阶非球面系数(见方程(3))。使用上面的方程(2)来计算透镜的形状因子，并且使用下面的关系来计算主平面位移(PPS)：

PPS = \frac{D * (n_{1} - n_{med})}{r_{a}} * \frac{n_{med}}{n_{1}} * t

方程(8)

其中，

D表示透镜的屈光力，

n₁表示透镜材料的折射率，

n_med表示透镜周围材料的折射率，

r_a表示前表面的半径，以及

t表示透镜的中心厚度。

当将固定边缘厚度约束应用于每个透镜设计时，必须调整透镜的中心厚度，随后优化非球面轮廓，以维持保持厚度约束。最后，通过使用以商标标示Zemax销售的透镜设计光线跟踪软件(2003年3月4日的版本，Zamax Development Corporation，San Diego，CA)，计算IOL中心厚度。此外，因为二阶非球面系数对一阶光学性质也作出贡献从而影响主平面的计算，所以使用修改的“有效”后半径来替代顶点半径。设计的形状因子为大约-0.016～大约+0.071，并且在屈光力范围上相关的主平面位移变化为大约-0.019mm～大约+0.018mm。

Zemax

光学设计程序用于后表面的非球面设计。用前述透镜方程计算的半径是起始点。将系统瞳孔罩设置成在IOL的前表面处为5mm，它等价于在角膜平面处的大约6mm。将系统的焦点约束在傍轴焦点处，而IOL后表面的非球面参数包括被调整的唯一变量。将用于优化的误差函数构造为具有设计的光线跟踪相交图案的均方根(RMS)波前误差。在其优化周期中，Zemax

设计程序系统地调整非球面系数，直到误差函数达到最小值。因为在每个带中仅使用一个通用的后设计，因此仅对于该带中的中间屈光力值(例如，对于16D～17.5D的带中的17D，或者对于18D～19.5D的带中的19D)执行优化。对于每个带，在该带的两端检查光学性能，以保证满足设计标准。上面表1列举以该方式设计的多个透镜的参数。

本领域技术人员应当认识到可以不背离发明的范围而对于上面实施方案做出各种改变。

Claims

1.一种眼科透镜，包括：

具有折射前表面和折射后表面的光学镜，当在具有与眼睛的水状体基本类似的折射率的媒介中测量时，所述各表面协作提供16D至25D的屈光力，

其中根据下面的关系来限定所述表面中至少一个的轮廓：

z = \frac{c r^{2}}{1 + {[1 - (1 + k) c^{2} r^{2}]}^{\frac{1}{2}}} + a_{1} r^{2} + a_{2} r^{4} + a_{3} r^{6}

其中，

z表示在离透镜的光轴的径向距离r处的表面的垂度，

c表示在表面的顶点处，即在光轴与表面的交点处，的表面的曲率，

k表示圆锥常数，

a₁表示二阶非球面系数，

a₂表示四阶非球面系数，以及

a₃表示六阶非球面系数，

其中c为1/27.1mm^-1至1/18.5mm^-1，k为-73至-27，a₁为-0.000209mm^-1至-0.000264mm^-1，a₂为-0.0000297mm^-3至-0.0000131mm^-3，以及a₃为0.00000978mm^-5至0.00000846mm^-5。

2.根据权利要求1的眼科透镜，其中所述光学镜表现出-0.016～0.071的形状因子，该形状因子定义为前表面曲率和后表面曲率之和与前表面曲率和后表面曲率之差的比值。

3.根据权利要求1的眼科透镜，其中所述眼科透镜包括眼内透镜。

4.根据权利要求3的眼科透镜，其中所述光学镜具有与该光学镜耦连的一对襻，并且其中所述光学镜具有如下主平面，该主平面表现出离由所述一对襻和所述光学镜的接合处所限定的平面的偏移改变在-0.019mm至+0.018mm范围内。

5.根据权利要求3或4的眼科透镜，其中所述光学镜包括生物适合的聚合材料。

6.根据权利要求5的眼科透镜，其中聚合材料选自丙烯酸、硅树脂和水凝胶材料。