CN209360996U - 人工晶状体 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种非球面大景深多焦点人工晶状体，所述人工晶状体具有前、后两个光学表面，其中一个光学表面分布有非球面，所述非球面承担景深扩展的功能，另一个光学表面分布有多焦点结构，所述多焦点结构承担提供两个或更多个焦点的功能。所述非球面提供的景深与所述多焦点结构提供的两个或更多个焦点中的至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值匹配，非球面一方面使焦点之间的视程连续，另一方面，在近焦点方向通过景深扩展近视力，从而实现连续不间断的全程视力和足够的近视力。

Description

人工晶状体
技术领域
本实用新型涉及人工晶状体，更具体地涉及一种能够提供全程连续视力且视近距离足够近的人工晶状体。
背景技术
白内障是一种普遍性的老年性疾病，到达一定年龄发病率几乎为100%，是世界范围内致盲类疾病中的头号杀手。通过手术取出浑浊的天然晶状体，植入人工晶状体是白内障唯一有效的治疗方式。随着人们生活水平的提高，白内障手术逐渐由复明手术转变为屈光手术，患者不仅要求看得见，还要求看的清，看得持久，看得舒服，要满足不同视功能的需求。其中，脱镜是白内障病人术后众多视功能需求中尤为重要的内容。白内障患者在植入普通的单焦点人工晶状体后，术后看远清晰，但看近需要配戴老花镜。各类多焦点人工晶状体是为了满足人眼术后摘镜需求的重要发展方向。多焦点人工晶状体是一类通过衍射或区域折射的方式，将光能分配到不同的焦点上，实现视远、视近功能的人工晶状体，解决患者中程、近程视力缺失的问题。随着现代眼科技术的进步，现代多焦点人工晶状体出现了多种类型。最早出现的是双焦点人工晶状体，通过衍射或折射的方式，为人眼提供两个独立的焦点，根据人眼视近距离的不同，又分为多种附加光焦度，比如附加光焦度+4.0D的多焦点人工晶状体，能为人眼实现同时看远和看近约32cm的视近距离；附加光焦度+3.0D的多焦点人工晶状体，能为人眼实现同时看远和看近约42cm的视近距离。但是这类多焦点人工晶状体的视力是不连续的，中程视力缺失，并且由于两个焦点相距较远，焦点锐利，相互之间存在较大影响，所以眩光现象非常普遍，且患者较难适应。后续出现的多焦点人工晶状体开始倾向于向连续视力发展，主要有2种方式。一种是“无极变焦”方式，即强生公司的SymfonyZXR00型人工晶状体（专利号US8,747,466B2），将多焦点人工晶状体的附加光焦度设计为+1.5D，利用人眼自身自带的1.5D景深，将晶体的两个焦点连接起来，实现全程视力。但这种人工晶状体的缺点在于，视近能力不足，附加光焦度仅+1.5D，加上人眼自身的单侧0.75D景深，共能实现+2.25D的附加光焦度，即距人眼约58cm的视近距离，在真正的视近条件，比如看书看报纸，仍然需要配戴老花镜，并未实现脱镜的目的。另一种是三焦点人工晶状体，典型的如ZEISS的Acri.lisa三焦人工晶状体，视近附加光焦度是+3.33D，视中附加光焦度是+1.67D，能够实现远、中、近三个焦点，视近距离足够，具有中程视力，但视程并不连续，并且由于将光能分配到了三个焦点，所以每个焦点获得的光能减少，像面偏暗。国外也有公司在研发更多焦点的人工晶状体，比如四焦点、五焦点。这类多焦点人工晶状体普遍的特点是焦点与焦点之间的间距变得更近，这使人眼景深开始能够起到连接焦点的作用，随着焦点的增多，每个焦点获得的能量也减少，焦点之间变得更为平滑，人眼获得的炫光干扰也会相应减少。然而像面变得更暗是普遍存在的问题。
多焦点人工晶状体目前仍处于不断探讨新的解决方案的阶段，出现了很多类型，但如何寻找连续的、足够视近距离的、眩光少的、像面亮的解决方案，仍是行业内的共同目标。
实用新型内容
根据本实用新型的一个方面，提供了一种人工晶状体，所述人工晶状体具有光学部，所述光学部具有前表面和后表面，所述前表面和所述后表面中的一个具有非球面，所述前表面和所述后表面中的另一个具有多焦点结构，所述多焦点结构使得所述人工晶状体具有两个或更多个焦点，从而所述人工晶状体在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的焦距响应曲线具有两个或更多个峰，所述两个或更多个峰中的至少一对相邻峰对应的屈光度之差的绝对值大于等于1.6D，并且所述至少一对相邻峰之间的MTF最低值大于等于0.05。
在一些实施例中，所述非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线的表达式为：
其中，R为所述非球面的基础球面的曲率半径，r为所述曲线上任何一点距横坐标轴Z的垂直距离，z为曲线上该点距纵坐标轴r的垂直距离，A2i为非球面高次项系数，m、n均为不小于1的整数且n>m，Q为非球面系数，
其中，所述非球面的面形上的各点由所述曲线通过围绕横坐标轴Z进行旋转对称变化而得到，
其中，所述非球面通过比例因子η限定，所述比例因子η为所述非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线的不同位置处的等效曲率半径之比，
其中，等效曲率半径表示为：
其中，r为曲线上的一点距横坐标轴Z的垂直距离，即非球面在该点与顶点之间的高度差，z为曲线上的该点距纵坐标轴r的垂直距离，
其中，所述非球面在r=1.5mm和r=1.0mm处的比例因子η为1.02~1.93，优选为1.04~1.86，更优选为1.06~1.86。
在一些实施例中，所述人工晶状体在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的焦距响应曲线的至少一对相邻峰的屈光度之差的绝对值为1.6D~2.8D，优选为2.0D～2.5D，更优选为2.2D～2.5D，更优选为2.4～2.5D。
在一些实施例中，所述非球面位于人工晶状体的光学部中心位置直径5mm以内，优选的，4mm以内，更优选的，3mm以内。
在一些实施例中，所述人工晶状体具有2个或3个焦点。
在一些实施例中，所述多焦点结构是多个衍射环，其中，离光学部中心最近的衍射环的半径为0.59~0.80mm，优选为0.63~0.72mm，更优选为0.63~0.68mm，更优选为0.63~0.64mm。
在一些实施例中，所述人工晶状体在光学部的3mm直径范围内衍射环的数量为3~7个，优选为4~5个，更优选为5个。
在一些实施例中，所述衍射环的高度为1.02~2.66μm。
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于制造人工晶状体的方法，所述人工晶状体具有光学部，所述光学部具有前表面和后表面，所述人工晶状体具有两个或更多个焦点，所述方法包括：
（1）确定人眼景深；
（2）确定所述人工晶状体的两个或更多个焦点分别对应的屈光度，使得所述两个或更多个焦点中的至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值大于等于1.6D；
（3）确定非球面，使得所述非球面提供的景深与所述两个或更多个焦点中的所述至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值存在如下匹配关系：
人眼景深+所述非球面提供的景深≥所述至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值；
（4）制造人工晶状体，使得所述前表面和后表面中的一个具有步骤（3）所确定的非球面并且所述前表面和后表面中的另一个具有多焦点结构，所述多焦点结构提供分别具有步骤（2）所确定的各个屈光度的两个或更多个焦点。
在一些实施例中，在步骤（3）中，确定所述非球面，使得所述非球面提供的景深与所述两个或更多个焦点中的所述至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值存在如下匹配关系：
人眼景深+所述非球面提供的景深=所述至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值。
在一些实施例中，步骤（4）还包括制造人工晶状体，使得所述人工晶状体在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的焦距响应曲线的至少一对相邻峰之间的MTF最低值大于等于0.05。
专业术语
人工晶状体的光焦度是指眼内状态下，波长546.07nm近轴光的折合焦距的倒数，单位是米的倒数（m-1），该单位用“屈光度”表示，符号“D”。
人工晶状体的远焦度是指远处物体成像的光焦度。
人工晶状体的近焦度是指近处物体成像的光焦度。
人工晶状体的附加光焦度是指人工晶状体在远焦度以外的物体成像时的光焦度与远焦度之差。
双焦点人工晶状体具有一个远焦度和一个近焦度，远近焦度之差即为附加光焦度；三焦点人工晶状体具有一个远焦度、一个中焦度和一个近焦度，中焦度与远焦度之差为中程附加光焦度，近焦度与远焦度之差为近程附加光焦度。以此类推。
更一般的，以屈光度之差来表示不同焦点之间的光焦度差异。
焦距响应曲线是指人工晶状体在ISO标准人眼模型中成像，在某测量孔径、某空间频率下，测量人工晶状体在成像光路不同位置处的MTF，以所得MTF值为纵坐标，以成像光路上的位置为横坐标，绘制曲线。其中，在一些情况下，以屈光度表示成像光路上的位置，即横坐标是以D为单位的屈光度。成像光路上的位置通过下式转化为屈光度：
其中，为某焦点在光路上的位置，以m或mm为单位，为人工晶状体某焦点的屈光度，以D为单位；为光路上某点与人工晶状体某焦点之间的间距，为相应的该点与某焦点的屈光度之差；
其中，为离焦量，是指焦距响应曲线中，成像光路上的不同位置与某焦点之间的距离，在转化为屈光度的情况下，即表示成像光路上的不同位置与某焦点的屈光度之差。在一些情况下，为了更清楚地反映离焦量大小，将所述某焦点的屈光度设为横坐标原点。
焦点连续是指焦距响应曲线的两个相邻峰（其对应于两个相邻焦点）之间的MTF最低值在50lp/mm空间频率处大于等于0.05。
附图说明
图1示意性地示出了人眼景深所提供的中程视力。
图2a至图2c示意性地示出了本实用新型的创造性思想，其中，图2a示意性地示出了人工晶状体的多焦点结构提供了两个焦点，图2b示意性地示出了人工晶状体的非球面提供了景深的扩展，并且图2c示意性地示出了在多焦点结构和非球面的共同作用下，实现两个相邻焦点之间的连续视程。
图3示意性地示出了非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线及其上一点M。
图4a示出了本实用新型采用的非球面、现有技术的非球面和球面的曲线的区别，图4b示出了本实用新型所采用的非球面拉长焦点的示意图。
图5示意性地示出了本实用新型的人工晶状体所采用的衍射环结构及参数。
图6示意性地示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体的两个焦点之间的连续视程。
图7示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图8示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图9示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图10示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图11示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图12示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图13示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图14示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图15示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图16示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图17示出了根据本实用新型的一个实施例的人工晶状体与现有技术的+2.4D多焦点人工晶状体在3mm孔径50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。
图18示出了根据本实用新型的人工晶状体与现有技术的+3.0D的多焦点人工晶状体的实验室美军标全程视标测量结果。
图19a和图19b示出了根据本实用新型的人工晶状体分别与Symfony ZXR00人工晶状体、现有技术的三焦点人工晶状体在实验室美军标全程视标的测量结果对比图，其中，图19a、图19b分别示出的是-0.9D~1.2D、1.5D~3.6D离焦范围的实验室美军标图。
具体实施方式
人眼景深是指人眼在聚焦完成后，在焦点前后的某一范围内都能形成清晰的像的现象。相关研究表明，人眼自身在焦点前后大约能形成1.5D的景深。如图1所示，其中F1为人眼近焦点，F2为人眼远焦点，远焦点和近焦点之间称为中视程，人眼在中视程的视力称为中程视力（IV）。人眼景深分别对远、近焦点起作用，并同时为远、近焦点的两侧分别提供单侧景深。其中提供比焦点更近方向的视力的单侧景深称为前景深（DOFf），提供比焦点更远方向的视力的单侧景深称为后景深（DOFb）。对于多焦点人工晶状体而言，近焦点的后景深、远焦点的前景深可以提供一定的中程视力。
如果人眼自身的景深单独起作用，在远焦点的近焦方向、近焦点的远焦方向各能提供0.75D的景深。当多焦点人工晶状体的附加光焦度被设置为≤1.5D时，景深能使焦点连续。强生的Symfony ZXR00即采用这种设计原理。但人眼自身景深毕竟有限，严重限制了多焦点人工晶状体的近焦点设计限度，导致近视力不足。
本实用新型提供一种人工晶状体，所述人工晶状体具有前、后两个光学面。所述光学面中，其中一个光学面具有多焦点结构，提供两个或更多个焦点，另一个光学面具有非球面。所述非球面在人工晶状体常规的使用直径，典型的如3mm直径内，将原本集中于一点的光线均匀分配至一段，形成向每个焦点更近方向的单侧景深扩展，一方面与人眼自身景深相结合，连接两个或更多个焦点中的至少一对相邻焦点，实现该至少一对相邻焦点之间的连续的视力，另一方面将近焦点扩展至更近，实现足够的视近能力。图2a至图2c示意性地示出了本实用新型的创造性思想，其中，图2a示意性地示出了人工晶状体100的多焦点结构110提供了近焦点F1和远焦点F2，图2b示意性地示出了人工晶状体100的非球面120提供了景深的扩展，并且图2c示意性地示出了在多焦点结构110和非球面120的共同作用下，实现相邻的两个焦点F1和F2之间的连续视程。在图2a和图2c中，多焦点结构110包括多个衍射环。本实用新型的人工晶状体的多焦点结构还可以通过折射的方式实现，如采用环形区域折射、扇形区域折射等方式。
本实用新型的人工晶状体的一个光学面包括非球面，所述非球面通过面形的变化精确分配光线聚焦点，拉长聚焦位置，图4a示出了本实用新型采用的非球面210、现有技术非球面220和球面200的曲线的区别，图4b示出了本实用新型所采用的非球面拉长焦点效果的示意图。所述非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线的表达式为：
其中，R为所述非球面的基础球面的曲率半径，r为所述曲线上任何一点距横坐标轴Z的垂直距离，A2i为非球面高次项系数，m、n均为不小于1的整数且n>m，Q为非球面系数，
其中，所述非球面的面形上的各点由所述曲线通过围绕横坐标轴Z进行旋转对称变化而得到。
所述人工晶状体的另一个光学面具有多焦点结构，通过多焦点结构将入射至人工晶状体的光能分配至两个或更多个焦点。以附加光焦度作为衡量指标。附加光焦度与人眼的视近距离存在换算关系，表1为标准人眼模型下计算的多焦点人工晶状体的附加光焦度与理论视近距离的对应关系。当然，由于人眼条件的不同，对应关系会有小范围的偏差。
表1 附加光焦度与视近距离的关系
附加光焦度 理论视近距离/cm
+2.0D 64
+2.4D 54
+2.8D 46
+3.2D 40
+3.6D 35
+4.0D 32
本实用新型所述的技术方案中，非球面提供的景深和多焦点结构提供的相邻焦点的屈光度之差之间具有相互制约相互影响的关系。例如，对于具有远、近两个焦点的多焦点人工晶状体而言，如果人工晶状体的两个相邻焦点的屈光度之差的绝对值过高，则非球面设计难度大幅度增加，需要非常大幅度的增加非球面度，以实现焦点的连接，且大非球面度容易给人工晶状体带来像差干扰，影响成像质量，并且在这种情况下，多焦点结构提供的附加光焦度已为人眼实现足够的视近距离，非球面对近焦点的延展作用被浪费；反之，如果两个焦点的屈光度之差过低，则非球面度可降低，但视近能力明显不足。故为使多焦点人工晶状体视程连续，并实现足够的视近距离，非球面提供的景深与多焦点结构提供的相邻焦点的屈光度之差存在如下关系：
人眼景深+非球面提供的景深≥至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值。
更优选地，非球面提供的景深与多焦点人工晶状体的焦点距离存在如下关系：
人眼景深+非球面提供的景深=至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值。
其中，人眼景深可以通过多种途径得到，包括医学测量统计学数据、实验室人眼模型测量数据，或是对于每个个体的测量数据，一般情况下，医学统计中人眼景深为0.5～1.8D，实验室ISO标准人眼模型下，标准人眼景深为1.5D。
表2为根据所述关系式得出的，能够起到焦点连续作用的非球面景深设计及与其匹配的附加光焦度，在所述匹配关系下，人眼所能获得的总的视近能力的设计值是人眼单侧景深（人眼景深的一半）、非球面提供的景深、人工晶状体附加光焦度之和。表中给出的“清晰视力”是指所述人工晶状体真正实现清晰的视力的点。一般情况下，多焦点人工晶状体会在远焦点分配更多的光能，近焦点光能较低，所以清晰的近视力一般出现在附加光焦度与非球面提供的景深之和处，再往近处，则受到光能的影响，视力清晰度下降。在本实用新型的实施例中，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。
表2 非球面提供的景深以及与其匹配的附加光焦度
人眼单侧景深/D 非球面提供的景深/D 附加光焦度/D 总视近能力/D 清晰视力/D
0.75 0.1 1.6 2.45 1.7
0.75 0.2 1.7 2.65 1.9
0.75 0.3 1.8 2.85 2.1
0.75 0.4 1.9 3.05 2.3
0.75 0.5 2.0 3.25 2.5
0.75 0.6 2.1 3.45 2.7
0.75 0.7 2.2 3.65 2.9
0.75 0.8 2.3 3.85 3.1
0.75 0.9 2.4 4.05 3.3
0.75 1.0 2.5 4.25 3.5
0.75 1.1 2.6 4.45 3.7
0.75 1.2 2.7 4.65 3.9
0.75 1.3 2.8 4.85 4.1
对于多焦点人工晶状体而言，空间频率50lp/mm能够很好的反映出设计特征，如果是三焦点人工晶状体，则50lp/mm的焦距响应曲线会是明显的三峰结构，同样的，四焦点人工晶状体的50lp/mm的焦距响应曲线将会是四峰结构。如果是双焦点人工晶状体，则50lp/mm的焦距响应曲线会是双峰结构。当多焦点人工晶状体的50lp/mm的焦距响应曲线的相邻峰间距＞1.5D时，因为焦点不连续，人眼景深不足以延续焦点，相邻峰之间会存在明显的MTF＜0.05的视力不连续点。
本实用新型的人工晶状体明显区别于现有技术的多焦点人工晶状体的特征在于，本实用新型的人工晶状体由于多焦点结构的存在，使得人工晶状体在50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线具有多峰结构，至少一对相邻峰的间距足够远，例如大于1.6D，又例如为1.6D~2.8D，优选为2.0D～2.5D，更优选为2.2D～2.5D，更优选为2.4～2.5D，并且本实用新型的人工晶状体的多焦点结构与大景深非球面共同作用，使得焦距响应曲线的至少一对相邻峰之间的MTF最低值在50lp/mm空间频率处≥0.05，从而不存在视力不连续点，如图7至图17所示。
本实用新型的人工晶状体的非球面位于光学部中心位置直径5mm以内，优选的，4mm以内，更优选的，3mm以内。所述非球面可以位于人工晶状体的光学部的前、后表面的任意一面。区别于普通非球面，本实用新型的人工晶状体的非球面与球面的面形差异极大。这种面形差异以所述非球面在光学部某半径处的面形高度与具有相同曲率半径的球面的面形高度之间的关系限定：
为非球面在光学部1.5mm半径处的面形高度，为与非球面具有相同曲率半径的球面的面形高度，所述非球面与普通非球面与球面的面形差异存在数量级的区别。
表3 根据本实用新型的大景深非球面与普通非球面的区别
表4至表22为本实用新型的一些实施例，其中“基础面形”是指人工晶状体折射率、光焦度、中心厚度、前后表面曲率半径、非球面系数相关信息；衍射环参数是指人工晶状体上衍射环的半径和高度。
在本实用新型的一些实施例中，非球面提供的景深为0.1D～1.3D，优选为0.5D～1.0D，更优选为0.7D～1.0D。
在本实用新型的一些实施例中，非球面通过等效曲率半径的比例因子η限定，比例因子η为非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线的不同位置m、n处的等效曲率半径之比：
其中，等效曲率半径表示为：
其中，r为曲线上一点距横坐标轴Z的垂直距离，即非球面在该点与顶点之间的高度差，z为曲线上该点距纵坐标轴r的垂直距离，参见图3。
在本实用新型中，所述非球面通过比例因子η限定，所述比例因子η为所述非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线的不同位置处的等效曲率半径之比。在一些实施例中，以非球面在r=1.5mm处的等效曲率半径和在r=1.0mm处的等效曲率半径的比例因子η来表征人工晶状体的非球面程度，即：
在一些实施例中，本实用新型的人工晶状体的非球面在r=1.5mm和r=1.0mm处的比例因子η为1.02~1.93，优选为1.04~1.86，更优选为1.06~1.86。
本实用新型的人工晶状体的多焦点结构可以位于人工晶状体光学部的前、后表面的任意一面，但不与非球面位于同一面。
在一些实施例中，本实用新型的人工晶状体的多焦点结构是多个衍射环。在一些实施例中，所述衍射环的第一个衍射环的半径为0.59~0.80mm，优选为0.63~0.72mm，更优选为0.63~0.68mm，更优选为0.63~0.64mm。本实用新型的人工晶状体在光学部3mm直径范围内衍射环的数量为3~7个，优选为4~5个，更优选为5个。本实用新型的人工晶状体的衍射环的高度为1.02~2.66μm。在本实用新型中，衍射环的半径是指光学部的中心距所述衍射环之间的距离，第一个衍射环指的是离光学部中心最近的衍射环。图5示意性地示出了本实用新型的人工晶状体所采用的衍射环结构及参数，其中，R1、Ri分别代表第1、i个衍射环，ri代表第i个衍射环的半径，h指的是衍射环的高度。
在其他实施例中，本实用新型的人工晶状体的多焦点结构还可以通过折射的方式实现，如采用环形区域折射、扇形区域折射等方式。
实施例1
基础面形参数和衍射环参数分别如表4、表5所示，其中，基础面形包含人工晶状体前后表面曲率半径、中心厚度以及非球面系数。材料折射率1.46，衍射双焦点设计，后表面非球面，前表面衍射环，第一个衍射环半径0.80mm，衍射环高度1.77μm，光焦度36.0D，附加光焦度+1.6D，焦深0.10D，可实现视近+1.70D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图7所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF最小值在0.05以上，实现连续焦点。
表4 实施例1基础面形的参数
表5 实施例1的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径/mm 衍射环高度/μm
1 0.797545 1.77
2 1.130742 1.77
3 1.388415 1.77
4 1.607372 1.77
5 1.801845 1.77
6 1.979123 1.77
实施例2
基础面形参数和衍射环参数分别如表6、表7所示，材料折射率1.55，衍射双焦点设计，后表面非球面，前表面衍射环，第一个衍射环半径0.75mm，衍射环高度1.02μm，光焦度36.0D，附加光焦度+1.8D，焦深0.40D，可实现视近+2.20D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图8所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF最小值在0.05以上，接近0.10。
表6实施例2的基础面形的参数
表7 实施例2的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.754702 1.02
2 1.071356 1.02
3 1.317229 1.02
4 1.52705 1.02
5 1.714249 1.02
6 1.885712 1.02
7 2.045539 1.02
实施例3
基础面形参数和衍射环参数分别如表8、表9所示，材料折射率1.48，衍射双焦点设计，前表面非球面，后表面衍射环，第一个衍射环半径0.71mm，衍射环高度1.53μm，光焦度20.0D，附加光焦度+2.0D，焦深0.50D，可实现视近+2.50D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图9所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF最低值可达0.10。
表8 实施例3的基础面形参数
表9 实施例3的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.710401 1.53
2 1.009176 1.53
3 1.241696 1.53
4 1.440607 1.53
5 1.618539 1.53
6 1.78198 1.53
7 1.934803 1.53
8 2.079551 1.53
实施例4
基础面形参数和衍射环参数分别如表10、表11所示，材料折射率1.48，衍射双焦点设计，前表面非球面，后表面衍射环，第一个衍射环半径0.68mm，衍射环高度1.72μm，光焦度14.0D，附加光焦度+2.2D，焦深0.70D，可实现视近+2.90D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图10所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF值最低在0.05以上接近0.10。
表10 实施例4的基础面形参数
表11 实施例4的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.679583 1.72
2 0.964908 1.72
3 1.186599 1.72
4 1.375916 1.72
5 1.544951 1.72
6 1.699909 1.72
7 1.844485 1.72
8 1.981104 1.72
实施例5
基础面形参数和衍射环参数分别如表12、表13所示，材料折射率1.48，衍射双焦点设计，前表面非球面，后表面衍射环，第一个衍射环半径0.65mm，衍射环高度1.82μm，光焦度14.0D，附加光焦度+2.4D，焦深0.90D，可实现视近+3.30D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图11所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF最低值在0.05以上。
表12 实施例5的基础面形参数
表13 实施例5的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.649496 1.82
2 0.92165 1.82
3 1.132706 1.82
4 1.312576 1.82
5 1.472826 1.82
6 1.619384 1.82
7 1.755773 1.82
8 1.884297 1.82
9 2.006563 1.82
10 2.123746 1.82
实施例6
基础面形参数和衍射环参数分别如表14、表15所示，材料折射率1.48，衍射双焦点设计，前表面非球面，后表面衍射环，第一个衍射环半径0.64mm，衍射环高度1.91μm，光焦度20.0D，附加光焦度+2.5D，焦深1.0D，可实现视近+3.50D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图12所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF最小值在0.05以上。
表14 实施例6的基础面形参数
表15 实施例6的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.636912 1.91
2 0.904025 1.91
3 1.111305 1.91
4 1.288042 1.91
5 1.445728 1.91
6 1.589723 1.91
7 1.724015 1.91
8 1.850523 1.91
9 1.971023 1.91
10 2.082513 1.91
实施例7
基础面形参数和衍射环参数分别如表16、表17所示，材料折射率1.46，衍射双焦点设计，前表面非球面，后表面衍射环，第一个衍射环半径0.62mm，衍射环高度2.29μm，光焦度5.0D，附加光焦度+2.6D，焦深1.1D，可实现视近+3.70D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图13所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF最小值在0.05以上。
表16 实施例7的基础面形参数
表17 实施例7的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.624645 2.29
2 0.88604 2.29
3 1.088499 2.29
4 1.260816 2.29
5 1.414123 2.29
6 1.554124 2.29
7 1.684207 2.29
8 1.806583 2.29
9 1.922792 2.29
10 2.033958 2.29
11 2.140937 2.29
实施例8
基础面形参数和衍射环参数分别如表18、表19所示，材料折射率1.46，衍射双焦点设计，前表面非球面，后表面衍射环，第一个衍射环半径0.60mm，衍射环高度2.66μm，光焦度5.0D，附加光焦度+2.8D，焦深1.3D，可实现视近+4.10D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图14所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF最小值在0.05以上。
表18 实施例8的基础面形参数
表19 实施例8的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.602449 2.66
2 0.854285 2.66
3 1.049142 2.66
4 1.214815 2.66
5 1.362047 2.66
6 1.496343 2.66
7 1.620972 2.66
8 1.738064 2.66
9 1.849101 2.66
10 1.955165 2.66
11 2.057076 2.66
实施例9
基础面形参数和衍射环参数分别如表20、表21所示，材料折射率1.48，衍射双焦点设计，前表面非球面，后表面衍射环，第一个衍射环半径0.60mm，衍射环高度2.10μm，光焦度20.0D，附加光焦度+2.8D，焦深1.5D，可实现视近+4.30D以上附加光焦度对应的视近距离的清晰视力，在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图15所示，MTF在远近焦点处各有一个峰值，远、近焦点的峰值之间的MTF最小值在0.05以上。
表20 实施例9的基础面形参数
表21 实施例9的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.605367 2.40
2 0.858616 2.40
3 1.054709 2.40
4 1.221561 2.40
5 1.369963 2.40
6 1.505445 2.40
7 1.631293 2.40
8 1.74965 2.40
9 1.862009 2.40
10 1.969461 2.40
综上，本实用新型的人工晶状体的特征在于，人工晶状体的光学部具有前、后两个光学面，其中一个光学面包括非球面，所述非球面承担景深扩展的功能，另一个光学面具有多焦点结构，所述多焦点结构承担提供两个或更多个焦点的功能，其中，所述非球面提供的景深与所述多焦点结构提供的两个或更多个焦点中的至少一对相邻焦点的屈光度之差的绝对值匹配，非球面一方面使多焦点结构的焦点连续，另一方面，在近焦点方向通过景深扩展近视力，从而实现连续不间断的全程视力和足够的近视力。本实用新型的人工晶状体在50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线具有多峰结构，至少一对相邻峰的屈光度之差的绝对值大于等于1.6D，且该至少一对相邻峰之间的MTF最低值大于等于0.05，使视程连续。
本实用新型的创造性思想也可用于三焦点、四焦点等多个焦点的人工晶状体。表22为将本实用新型的思想实施于三焦点人工晶状体的实施例10。在该实施例10中，材料的折射率为1.48，晶状体的光焦度为14.0D，光学部双凸构造，大景深非球面位于人工晶状体的前表面，衍射环位于人工晶状体的后表面，3mm直径范围内分布有7个衍射环，第一个衍射环的半径为0.55mm，衍射环的高度在2.29/1.53μm之间交替分布。人工晶状体的衍射环提供的视近附加光焦度是+3.20D，视中附加光焦度是+1.6D，人工晶状体的非球面在3mm孔径提供了0.7D的景深，从而使三个焦点相互连续，并将清晰的视近距离扩展到3.90D。在3mm孔径50lp/mm频率处的焦距响应曲线如图16所示，MTF在远、中、近焦点处各有一个峰值，一共3个峰值，相邻峰之间的MTF的最低值在0.05以上，接近0.10。
表22 实施例10的基础面形参数
表23 实施例10的衍射环参数
衍射环序号 衍射环半径 衍射环高度
1 0.557484 2.29
2 0.790361 1.53
3 0.970434 2.29
4 1.123432 1.53
5 1.259306 2.29
6 1.38315 1.53
7 1.497991 2.29
8 1.605798 1.53
9 1.707944 2.29
10 1.805426 1.53
11 1.899003 2.29
12 1.989263 1.53
在中国发明专利申请201510010026.9和201610993382.1提到一种多焦点人工晶状体，其通过非球面赋予多焦点人工晶状体一定的球差，使光线向焦点之间偏移，提高多焦点和三焦点人工晶状体中程视力，但未能起到完全连接焦点的作用，且其中所述的非球面均为普通非球面范畴，表现为大瞳孔条件下微米级别的球差，只有在大瞳孔光学面完全被使用的条件下（如>5.0mm）才能实现目的，在日常正常瞳孔的条件下无法起作用。如前所述，本实用新型的非球面与普通非球面存在非球面度数量级的差异，可在正常瞳孔条件下实现焦点的扩展，且需要与衍射环匹配设计，起到完全连接焦点的作用。
实施效果
以实施例5为例：光焦度20.0D，附加光焦度为+2.4D的衍射环，对其施加能够提供0.9D的景深的非球面，人眼单侧景深DF1为0.75D，则远焦点F2处的人眼单侧景深DF1+非球面提供的景深DF2+近焦点F1处的人眼单侧景深DF1=2.4D。故将衍射环设计为+2.4D，可保证远焦点F2和近焦点F1之间的视程连续，且非球面对近焦点F1同时起到单侧景深扩展，在近焦点F1以内仍然能获得视力，如图6所示。
该实施例能达到的视近极限为：
多焦附加光焦度（2.4D）+非球面大景深（0.9D）+人眼单侧景深=4.05D
实际上，人眼单侧景深在近焦点一侧，由于光能较低，一般能获得清晰视力的近焦为：
多焦附加光焦度（2.4D）+非球面大景深（0.9D）=3.3D
故在该实施方式下，人工晶状体能在无穷远到+3.3D范围内，实现全程连续且清晰的视力。
图17示出了根据本实用新型的人工晶状体与现有技术的+2.4D多焦点人工晶状体在50lp/mm空间频率下的焦距响应曲线。可以看出，本实用新型的人工晶状体由于非球面的大景深作用在远、近两个焦点上的焦距响应略有下降，在远焦点的向近方向、近焦点的向远方向，以及两个焦点之间，焦距响应提高。而在近焦点更近方向，焦距响应也得到相应提高。衍射环结构的双焦点设计使人工晶状体的焦距响应曲线具有双峰结构，而大景深非球面结构使人工晶状体的两个相邻焦点之间不存在的情况，实现连续视程。
图18示出了根据本实用新型的人工晶状体与现有技术的+3.0D的多焦点人工晶状体的实验室美军标全程视标测量结果。在图18中，上面一排视标是根据本实用新型的人工晶状体的测量结果，并且下面一排视标是现有技术的+3.0D的多焦点人工晶状体的测量结果。可以看到，衍射环虽然只实现了+2.4D的附加光焦度，但根据本实用新型的人工晶状体在+3.3D附加光焦度仍然清晰，且不同于现有技术的多焦点人工晶状体，根据本实用新型的人工晶状体的视力是全程连续的。
图19a和图19b示出了根据本实用新型的人工晶状体分别与Symfony ZXR00人工晶状体、现有技术的三焦点人工晶状体在实验室美军标全程视标的测量结果对比图。在图19a和图19b中，上面一排视标是根据本实用新型的人工晶状体的测量结果，中间一排视标是现有技术的三焦点人工晶状体的测量结果，并且下面一排视标是Symfony ZXR00人工晶状体的测量结果。可以看出，Symfony ZXR00人工晶状体虽然能获得全程连续的视力，但视近能力不足；现有技术的三焦点人工晶状体虽然能获得远、中、近视力，且视近能力足够，但视程不连续，有断点，且像面偏暗。而根据本实用新型的人工晶状体能够获得足够的近视力，且全程连续无断点，像面明亮程度优于现有技术的三焦点人工晶状体。
尽管已经参照（一个或多个）示例性实施例描述了本实用新型，但本领域技术人员将会理解的是，本实用新型不限于本文所描述的确切结构和组成部分，而且在不偏离如所附权利要求限定的本实用新型精神和范围的情况下，从前面的描述可明白各种修改、变化和变形。本实用新型不受步骤的所示排序的限制，因为一些步骤可以按照不同的顺序和/或与其它步骤同时进行。因此，本实用新型不限于所公开的（一个或多个）具体实施例，而是将会包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种人工晶状体，所述人工晶状体具有光学部，所述光学部具有前表面和后表面，所述前表面和所述后表面中的一个具有非球面，所述前表面和所述后表面中的另一个具有多焦点结构，所述多焦点结构使得所述人工晶状体具有两个或更多个焦点，从而所述人工晶状体在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的焦距响应曲线具有两个或更多个峰，其特征在于，所述两个或更多个峰中的至少一对相邻峰对应的屈光度之差的绝对值大于等于1.6D，并且所述至少一对相邻峰之间的MTF最低值大于等于0.05。
2.根据权利要求1所述的人工晶状体，其特征在于，所述非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线的表达式为：
其中，R为所述非球面的基础球面的曲率半径，r为所述曲线上任何一点距横坐标轴Z的垂直距离，z为曲线上该点距纵坐标轴r的垂直距离，A2i为非球面高次项系数，m、n均为不小于1的整数且n>m，Q为非球面系数，
其中，所述非球面的面形上的各点由所述曲线通过围绕横坐标轴Z进行旋转对称变化而得到，
其中，所述非球面通过比例因子η限定，所述比例因子η为所述非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线的不同位置处的等效曲率半径之比，
其中，等效曲率半径表示为：
其中，r为曲线上的一点距横坐标轴Z的垂直距离，即非球面在该点与顶点之间的高度差，z为曲线上的该点距纵坐标轴r的垂直距离，
其中，所述非球面在r=1.5mm和r=1.0mm处的比例因子η为1.02~1.93。
3.根据权利要求2所述的人工晶状体，其特征在于，所述非球面在r=1.5mm和r=1.0mm处的比例因子η为1.04~1.86。
4.根据权利要求2所述的人工晶状体，其特征在于，所述非球面在r=1.5mm和r=1.0mm处的比例因子η为1.06~1.86。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的焦距响应曲线的至少一对相邻峰的屈光度之差的绝对值为1.6D~2.8D。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的焦距响应曲线的至少一对相邻峰的屈光度之差的绝对值为2.0D～2.5D。
7.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的焦距响应曲线的至少一对相邻峰的屈光度之差的绝对值为2.2D～2.5D。
8.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体在3mm孔径下50lp/mm空间频率处的焦距响应曲线的至少一对相邻峰的屈光度之差的绝对值为2.4～2.5D。
9.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述非球面位于人工晶状体的光学部中心位置直径5mm以内。
10.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述非球面位于人工晶状体的光学部中心位置直径4mm以内。
11.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述非球面位于人工晶状体的光学部中心位置直径3mm以内。
12.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体具有2个或3个焦点。
13.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述多焦点结构是多个衍射环，其中，离光学部中心最近的衍射环的半径为0.59~0.80mm。
14.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述多焦点结构是多个衍射环，其中，离光学部中心最近的衍射环的半径为0.63~0.72mm。
15.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述多焦点结构是多个衍射环，其中，离光学部中心最近的衍射环的半径为0.63~0.68mm。
16.根据权利要求1~4中任一项所述的人工晶状体，其特征在于，所述多焦点结构是多个衍射环，其中，离光学部中心最近的衍射环的半径为0.63~0.64mm。
17.根据权利要求13所述的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体在光学部的3mm直径范围内衍射环的数量为3~7个。
18.根据权利要求13所述的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体在光学部的3mm直径范围内衍射环的数量为4~5个。
19.根据权利要求13所述的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体在光学部的3mm直径范围内衍射环的数量为5个。
20.根据权利要求13所述的人工晶状体，其特征在于，所述衍射环的高度为1.02~2.66μm。
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