JP5429842B2 - フラストレイトした回折領域を有するアポダイズ回折型ｉｏｌ - Google Patents

Description

本発明は、一般的に眼科用レンズに関わり、より詳細に述べれば中間視力の強化に供与する眼球内レンズ（ＩＯＬｓ：intraocular lenses）に関連する。

眼球内レンズは、白内障手術の間、自然の水晶レンズと交換するために、ごく普通に患者の目の中に埋め込まれる。いくつかのＩＯＬは、遠方焦点パワーだけでなく近接焦点パワーについても、患者に供与するために回折構造を採用する。また、このようなＩＯＬは、２つの主要なレンズパワー（すなわち、遠方焦点パワーおよび近接焦点パワー）の焦点ぼけの特性が原因で、中間視力で限界を示す可能性がある。

しかしながら、中間視力を強化することができる回折型ＩＯＬに対して、未だニーズがあり、特に、遠方視力と近接視力とを著しく低下させることなく、中間位置での像品質を向上させるようなＩＯＬに対してニーズがある。

本発明は、一般的に回折型眼球内レンズ（例えば、回折型ＩＯＬ）に関わり、このレンズは、入射光の一部を遠方焦点と近接焦点との間にある中間位置に導く一方で、遠方焦点および近接焦点にも光を供与する。より特別に、このタイプの回折レンズは、中間位置に入射光の一部を導くのに適合する回折構造を含むことができる。多くの実施例において、入射光の一部を中間位置に導くことは、回折構造の２つ以上の区域境界で生成される位相遅延の間において、充分な差異を供与することで達成される。

第１の態様において、本発明は、回折型眼科用レンズ（例えば、回折型ＩＯＬ）を提示し、このレンズは、前方表面と後方表面とを有する光学系を含み、該表面により、この光学系は、遠方焦点を供与する。複数の回折区域を備える回折構造は、近接焦点を供与するために、少なくとも１つの上記表面に配置される。各々の区域は、入射光に光学的位相遅延を与える区域境界によって隣接区域から分離される。さらに、少なくとも２つの連続した区域境界（２つの異なる区域から、１つの共通回折区域を分離する２つの区域境界）は、入射光の少なくとも１つの波長に対して、それらの関係する位相遅延による差異が、約１/２０波長（λ/２０）より大きくなるように構成される。さらに好ましくは、上記区域境界は、上記差異が、約１/４波長（λ/４）より大きく、例えば約１/２０波長（λ/２０）から約１波長（λ）の範囲内になるように構成し、入射光の一部を遠方焦点と近接焦点との間にある中間位置に導けるようにする。

関連する態様において、区域境界は、複数のステップを備え、そこで少なくとも２つの連続するステップは、それらの関係する位相遅延において、約１/２０波長よりも大きな差異を供与するのに適合する高さの差を示し、さらに好ましくは、約１/４波長よりも大きい、例えば約１/２０波長から約１波長の範囲内に入るような差異を供与するのに適合する高さの差を示す。

別の態様において、回折構造の区域境界として複数のステップを有する上記ＩＯＬにおいて、ステップの一部は、回折構造が置かれた表面の中央から距離が増加するのに応じて、高さを減少させることを示す。すなわち、ステップ高さの一部は、アポダイズされている。

別の態様において、眼科用レンズの回折構造は、該回折構造が置かれるレンズ表面の全体よりもむしろ一部をカバーするように面取りされた回折構造を備える。

別の態様において、上記ＩＯＬにおける２つの連続する区域境界は、少なくとも１波長に対して上述の異なる位相遅延を示し、この波長は、約４００ｎｍから約７００ｎｍ（例えば、５５０ｎｍ）の範囲内を対象とする。

別の態様において、光学系は、約６ジオプター（Ｄ）から約３４Ｄの範囲内で遠方焦点の光学的パワーを供与する。さらに、回折構造は、約２Ｄから約４Ｄの範囲内で近接焦点の追加パワーを供与し、例えば、約２.５Ｄから約４Ｄの範囲、または約３Ｄから約４Ｄの範囲で近接焦点の追加パワーを供与する。目の中に埋め込まれるときの実効的なＩＯＬの追加パワーは、通常（実際）の追加パワーとは異なる可能性がある。例えば、角膜パワーおよび角膜とＩＯＬとの間の距離間隔による組合せは、ＩＯＬの実効的な追加パワーを弱くする可能性がある。例えば、名目上４Ｄの追加パワーは、目全体として３Ｄの実効的な追加パワーに終わる可能性がある。以下の箇所において、表記が無ければ、追加パワーで引用する値は、名目上（実際）のレンズの追加パワーを参照しており、ＩＯＬが目の中に埋め込まれるときの実効的な追加パワーとは異なる可能性がある。

関連する態様において、上記の光学系は、生体適合性の物質から形成される。このような物質のいくつかの例は、柔軟なアクリル、シリコン、ヒドロゲル、または特別な応用のために必要な屈折率を有する別の生体適合性の高分子材料を含むが、これらに限られない。例えば、いくつかの実施例において、この光学系は、２−フェニルエチル・アクリル酸および２−フェニルエチル・メタクリル樹脂の交差結合した共重合体から形成され、これは「Acrysof（登録商標）」として一般に知られている。

別の態様において、上記眼科用レンズに関して、前方表面または後方表面の少なくとも１つは、基礎プロフィルを含み、このプロフィルは、非球面性の選択度合（例えば、約−１０から約−１０００の範囲にある円錐定数によって特徴付けされるものであって、例えば約−１０から約−１００の範囲に存在）すなわち像品質を改良するためのトーリック性を示す。

別の態様において、回折型眼科用レンズは、前方表面、後方表面、および回折構造を有する光学系を含むことを提示し、この回折構造は、上記表面の少なくとも１つに置かれる複数の回折区域を含み、各々の回折区域は、区域境界によって隣接区域から分離される。上記光学系は、回折構造のゼロ次の回折次数に対応する遠方焦点、および回折構造の１次の回折次数に対応する近接焦点とを供与する。さらに、ゼロ次の境界は、複数の不均一なステップ高さで特徴付けられ、このステップ高さは、中間視力を増強するために、近接焦点と遠方焦点との間の位置に入射光の一部を導くのに適した不均一な位相遅延を供与する。

関連する態様において、不均一なステップ高さは、各々が入射光に位相遅延を与えるような少なくとも２つの連続するステップを備え、各々での位相遅延による差異は、入射光の少なくとも１つの波長に対して、約１/２０の波長（λ/２０）（例えば、約１波長に対して約１/２０波長の範囲内）より大きくなる。

関連する態様において、上記回折レンズにおける光学系は、約６Ｄから約３４Ｄの範囲内（例えば、約１６Ｄから約２８Ｄの範囲内）で遠方焦点の光学的パワーを供与し、さらに約２Ｄから約４Ｄの範囲内で近接焦点の追加パワーを供与する。

別の態様において、回折区域は、回折要素を欠いた個別表面の一部によって囲まれる。

更なる別の態様において、回折型眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）は、前方表面、後方表面を含む光学系を備えることを提示し、これら表面の各々は、基礎プロファイルによって特徴付けられる。この光学系は、遠方焦点（例えば、約６Ｄから約３４Ｄの範囲内）の光学的パワーを供与し、近接焦点（例えば、約２Ｄから約４Ｄの範囲内）の光学的パワーを供与する上記表面の１つに置かれる回折構造を含む。この回折構造は、複数の回折区域を備え、該回折区域の少なくとも２つは、中間視力を増強するために、光学系への入射光の一部を近接焦点と遠方焦点との中間位置に導くことができるように、相違する充分な表面曲率（例えば、約１０％から約５０％の範囲内での相違）を示す。例えば、いくつかの実施例において、少なくとも２つの隣接区域の表面曲率は、入射光の一部を中間位置に導くのに充分な相違を有する。

関連する態様において、上記眼科用レンズに関して、少なくとも１つの区域の表面曲率は、１つ以上の隣接区域の表面曲率から、約２０％（例えば、約１０％から約５０％の範囲内）よりも大きく相違する。

別の態様において、本発明は、前方表面、後方表面を有する光学系を供与する回折型眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）を提示する。ここで、光学系は、遠方焦点（例えば、約６Ｄから約３４Ｄの範囲内）を供与する。複数の回折区域を備える回折構造は、近接焦点（例えば、約２Ｄから約４Ｄの範囲内で、追加パワーに関係する焦点）を供与するために、上記表面の少なくとも１つの上に置かれる。少なくとも１つの回折区域の表面は、非球面性を示し、回折構造が、入射光の少なくとも一部を近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くようになっている。この非球面性は、例えば約−１０から約−１０００の範囲内の円錐定数によって特徴付けることができ、例えば約−１０から約−１００の範囲内で特徴付けることができる。

別の態様において、１つ以上の区域境界の位置（例えば、光軸に対する半径上の区域）は、入射光の一部を近接焦点と遠方焦点との間の位置に導くように調整することができる。例えば、眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）は、前方表面と後方表面とを有する光学系を含むことができ、これら表面により、この光学系は、遠方焦点を供与する。環状に存在する複数の回折区域が、近接焦点を供与するように、光学系の光軸周辺の表面上に置かれる。ここで、各々の区域は、区域境界によって隣接区域から分離される。少なくとも１つの区域（ｉ）は、次式によって規定される光軸に関係する半径上の位置にある境界を有する。
ｒ_ｉ ^２＝ｒ_ｏ ^２＋２ｉλｆ
ここで、ｉは、区域番号（ｉ＝０は、中央区域を示す）を示し、λは、計画波長（例えば、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内）を示し、ｆは、近接焦点の焦点距離を示し、ｒ_ｏは、中央区域の半径を示す。更に、少なくとも別の回折区域は、入射光の少なくとも一部を近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くように想定された個別区域のために上記関係式によって規定される値から、充分に異なる半径上の位置にある境界を有する。一例として、別の回折区域の半径上の位置は、上記関係式によって規定される値から、約２０％から約５０％の範囲内の規模で相違することができる。

別の態様において、回折型眼科用レンズは、前方表面と後方表面とを有する光学系を含むことを提示し、これら表面により、光学系は遠方焦点を供与する。複数の回折区域は、近接焦点を供与するために、これら表面の少なくとも１つの上に置かれる。これら回折区域は、入射光の少なくとも一部を近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くために、
(λｆ)^１/２から充分に異なる半径を有する中央区域を備える。ここで、λは、計画波長を示し、およびｆは、近接焦点の焦点距離を示す。

別の態様において、上記眼科用レンズの１つ以上の光学的表面は、基礎プロファイルを含むことができ、この基礎プロファイルは、非球面性の選択度合すなわち視力品質を向上させるトーリック性を示す。

本発明は、図面に関連づけて行う以下の詳細な説明により、さらに良く理解することができる。

図１Ａおよび図１Ｂに関連して、本発明の一実施例に関わるＩＯＬ１０は、光軸１８の周辺に配置される前方の光学的表面１４と後方の光学的表面１６とを有する光学系１２を含む。この実施例において、光学的表面１４および１６は、両凸面の形状のＩＯＬで供与するように、一般的な凸面の形状をしているが、別の実施例において、このＩＯＬは、平面−凸面、平面−凹面、または凸面−凹面のような別の形状を有することもできる。前方表面および後方表面における曲率は、レンズを形成する物質の屈折率と共に、光学系１０が遠方焦点の光学的パワーを供与できるように選択される。なお、遠方焦点は、例えば、約６ジオプター（Ｄ）から約３４Ｄの範囲内（例えば、約１６Ｄから約３４Ｄの範囲内）に存在する。いくつかの例において、レンズの遠方焦点での光学的パワーは、約−５Ｄから約５.５Ｄの範囲内にすることができる。

回折構造２０は、前方表面１４の部分において、近接焦点に追加パワーを供与する。このときの焦点は、例えば、約２Ｄから約４Ｄの範囲内（例えば、約２.５Ｄから約４Ｄの範囲内、または約３Ｄから約４Ｄの範囲内）である。目に埋め込まれるときのＩＯＬの実効的な追加パワーは、名目上（実際）の追加パワーとは異なる可能性がある。例えば、角膜パワーおよび角膜とＩＯＬとの間の距離間隔との組合せが、ＩＯＬの追加パワーの効果を弱める可能性がある。例えば、名目上４Ｄの追加パワーは、光学系全体として３Ｄの実効的な追加パワーに終わる可能性がある。以下の箇所において、表示が無ければ、追加パワーで引用する値は、名目上（実際）レンズの追加パワーを引用しており、目の中に埋め込まれるときの実効的なＩＯＬの追加パワーとは異なる可能性がある。

ＩＯＬ１０は、複数の固定部材すなわち触覚部材２２をさらに含むことができ、この触覚部材２２は、ＩＯＬを患者の目の中に置くことを容易にする。好ましいことに、この光学系は、生体適合性物質から形成される。なお、生体適合性物質とは、柔軟なアクリル、シリコン、ヒドロゲルが該当し、または個々の応用のために、必要な屈折率を有する別の生体適合性高分子物質も該当する。また、この触覚部材２２は、適切な重合体物質からも形成することができ、この重合体物質は、ポリメタクリル酸、ポリプロピレン等が該当する。いくつかの実施例において、触覚部材２２は、光学系１２と一体化して形成することができるが、一方、別の実施例においては、各々を分離して形成し、それから両方を結合させることもできる。一実施形態において、光学系１２は、２−フェニルエチル・アクリル酸および２−フェニルエチル・メタクリル樹脂の交差結合した共重合体から形成され、これは「Acrysof 」（登録商標）として一般に知られている。

図１Ａ、図１Ｂおよび図２に関連して、回折構造２０は、複数のステップ２６によって互いに分離する複数の回折区域２４から構成される（図示のステップ高さは、明確にするため誇張している）。より特別なこととして、各々の区域は、入射光に位相遅延を与えるステップによって、隣接区域から分離される（例えば、ステップ２６ａは、第２の区域２４ｂから第１の区域２４ａを分離する）。さらに以下で説明するように、この典型的な実施例において、中央区域（第１の区域）を第２の区域から分離するステップ２６ａによって生成される位相遅延は、レンズへの入射光の一部を、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くための他のステップで生じる位相遅延とは異なる。

この典型的な実施例において、回折区域は、複数の環状形区域を備え、この環状形区域の境界は、次式に従い光軸１８に対して半径上に置かれる。
ｒ_ｉ ^２＝ｒ_ｏ ^２＋２ｉλｆ ……式（１）
ここで、ｉは、区域番号を示し（ｉ＝０は中央区域を示す）、
λは、計画波長を示し、
ｆは、近接焦点の焦点距離を示し、
ｒ_ｏは、中央区域の半径を示し、
いくつかの実施例において、計画波長λは、視力反応の中心である青色光５５０ｎｍを選択する。さらに、いくつかのケースにおいて、中央区域（ｒ_ｏ）の半径は(λｆ)^１/２に設定することができる。

以下で詳細に説明するように、他のいくつかの実施例において、１つ以上の区域の境界位置は、入射光の一部を近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くことをさらに容易にするために、上記関係で規定された位置から変位させることができる。

既に記述したように、この典型的な実施例において、第１および第２の回折区域から分離するステップ高さは、他のステップ高さ（この実施例では、実質的に均一である）とは異なる。これは、回折構造が、入射光の一部を、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くためである。例えば、ステップ２６ａで生成される位相遅延と他のステップ（即ち、ステップ２６ｂ−２６ｄ）の各々で生成される位相遅延との差異は、入射光の少なくとも１つの波長、例えば、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲内にある少なくとも１つの波長に対して、波長の約１/２０（λ/２０）より大きくすることができ、さらに好ましくは波長の約１/４（λ/４）より大きくすることができる。一例として、一実施例において、ステップ高さは、次式の関係にしたがい規定することができる。
ステップ高さ＝ｂλ/（ｎ_２−ｎ_１）……式（２）
ここで、ｂは、位相高さを示し、
λは、計画波長を示し、例えば５５０ｎｍであり、
ｎ_２は、光学系の屈折率を示し、および
ｎ_１は、光学系を囲む媒体の屈折率を示す。
また、ステップ２６ａにとって、ｂは約−0.2 から約 0.2 の範囲内に存在し、および
他のステップにとって、ｂは、約 0.45 から約 0.55 の範囲内に存在し、好ましくは約0.5 に存在する。

上式（２）は、中央区域を隣接区域から分離するステップ高さが、残りのステップ高さと異なることを意味する。より特殊なこととして、中央区域を隣接区域から分離するステップ高さ以外のステップ高さは、実質的に均一にし、回折構造において光学的位相遅延を生じさせる。このときの回折構造は、入射光を近接焦点と遠方焦点との間でほぼ等しく分散させ、近接焦点は、回折構造の第１次の回折オーダが応答し、遠方焦点は、回折構造のゼロ次の回折オーダが対応する。その一方、中央区域を隣接区域から分離するステップ高さは、異なる位相遅延を生成させ、この位相遅延が、入射光のいくつかを、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くようにする。換言すれば、中央区域と隣接区域との間にあるステップ高さによって生成される位相遅延は、中央区域に寄与する光を回折構造によって回折される光に変化させる。この結果、中央区域は、入射光を近接焦点と遠方焦点とに寄与することを継続させる一方で、両焦点の間にある中間位置に入射光のいくつかを導く。従って、中央区域は、規則的な回折構造に完全に貢献するわけではない。また、ここに記載したこのような回折構造は、“フラストレイトした回折構造”と呼ばれ、この構造により生成された回折は、また“フラストレイトした回折”と呼ばれる。この回折は、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に入射光のいくつかを方向転換するように、規則的な回折パターンを修正することを示唆する。さらに、この中間位置は、また中間焦点として呼ばれ、多くの実施例を行ったが、中間位置での光の収束は、近接焦点および遠方焦点に存在する焦点ほど鮮明な焦点とはならない。

いくつかの実施例において、中央区域を隣接区域から分離するステップは、入射光の一部を中間位置に導くために除去する（すなわち、第１の回折区域と第２の回折区域との間のステップ高さをゼロに設定する）。換言すれば、第１の回折区域と第２の回折区域とは、中間焦点を生成するために、単一の中央区域にされる。

いくつかの実施例において、閾値（例えば、約１/２０波長よりも大きな値）よりも大きな値で、互いに異なる位相遅延を生成するような少なくとも２つの連続するステップ高さを有することに加えて、ＩＯＬの回折構造の回折区域を分離する複数のステップ高さは、瞳孔サイズの変化につれて、近接焦点と遠方焦点との間の光エネルギー分配を移動させるようにアポダイズし、例えばグレア（glare）を減少させるためにアポダイズする。一例として、図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の上記のような実施に適う典型的なＩＯＬ２８を概略的に示す。このＩＯＬは、光軸ＯＡ周辺に配置される前方の光学的表面３２および後方の光学的表面３４、および前方の光学的表面に配置される回折構造３６を有する光学系３０を含む。先の実施例と類似して、光学系３０は、遠方焦点パワーを供与し、例えば、約６Ｄから約３４Ｄとの範囲内（例えば、約１６Ｄから約２８Ｄとの範囲内）で供与する。更に、光学系３０は、患者の目に埋め込むことを容易にする触覚部材３８を含む。

回折構造３６は、複数の回折区域４０から形成され、この回折区域は、複数のステップ４２ａ−４２ｅによって、互いに分離される。先の実施例と同様に、回折構造は、第１番目の回折次元に対応する近接焦点および回折構造のゼロ番目の次元に対応する遠方焦点とを生成する。さらに、連続するステップ４２ａおよび４２ｂによって生成される位相遅延の差異は、例えば、先の実施の関連で上記に説明したと同様な方法で設定される。すなわち、回折構造は、入射光の一部を、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くように設定される。さらに、この実施例において、ステップ４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、および４２ｅの高さは、アポダイズされ、すなわち光軸ＯＡから半径上の距離関数として変化する。例えば、この典型的な実施例において、各々のステップ高さは、光軸ＯＡからの距離が増加するのにしたがい減少する。このアポダイズは、瞳孔サイズが変化するにつれて、近接焦点と遠方焦点の間の光エネルギー分配に移動を生じさせ、すなわち、区域の数が、光の回折変化に寄与するようになる。

引き続き、図３Ａおよび図３Ｂの図面に関連して、この典型的な実施例において、回折構造３６のゼロ境界のステップ高さは、次式の関係において規定することができる。
第２の区域（すなわち、ステップ４２ａ）から中央区域を分離するステップにおいて、ステップ高さを下式で規定することができる。
ステップ高さ＝ｂλ/（ｎ_２−ｎ_１）……式（４ａ）
ここで、ｂは、約−0.2 から約 0.2 の範囲内に存在する値を伴う位相高さであり、他のパラメータ（λ、他）は後で規定する。
別のステップにおいて、ステップ高さを下式で規定することができる。
ステップ高さ＝ｆ_apodize＊ｂλ/（ｎ_２−ｎ_１）……式（４ｂ）
ここで、ｂは、約 0.45 から約 0.55 （好ましくは、約0.5）の範囲内に存在する値を伴う位相高さであり、
λは、計画波長を示し、例えば５５０ｎｍを示し、
ｎ_２は、光学系の屈折率を示し、
ｎ_１は、光学系の周辺媒体の屈折率を示し、
ｆ_apodizeは、アポディゼーション関数を示す。

種々のアポディゼーション関数を採用することができる。例えば、いくつかの実施例において、アポディゼーション関数（ｆ_apodize）は、以下の関係式にしたがって規定することができる。
ｆ_apodize＝１−｛（ｒ_ｉ−ｒ_in）/（ｒ_out−ｒ_in）｝^exp，ｒ_in≦ｒ≦ｒ_out ……式（５）
ここで、ｒ_ｉは、光軸と表面との交差点から各区域境界への半径上の距離を示し、
ｒ_ｉｎは、アポディゼーション区域の内側境界を示し、この境界内において、上記典型的実施例は、第２の回折区域の内側境界に対応する。
ｒ_ｏｕｔは、アポディゼーション区域の外側境界を示し、および
ｅｘｐは、ステップ高さにおいて要求される減少を得るための指数である。さらに、ステップ高さのアポディゼーションに関する詳細は、例えば米国特許第5,600,142号を参照することができ、本明細書に参照として取り込んでいる。また、別のアポディゼーション関数を使用することもできる。一例として、“面取りされた回折型眼球内レンズ”と称する同時係属出願の中で開示している関数も、代替となるアポディゼーション関数として使用することができる。

一例として、図４Ａは、計算された像線強度分布（ＬＳＦ：line spread function）プロファイルを示し、このプロファイルは、従来のアポダイズした回折構造を有するアポダイズされた回折レンズにとって、線対象の像を横断するときの強度に対応する。この従来のアポダイズした回折構造において、ステップ高さの全ては、単一の値ｂ（第１の２つのステップによって生じる位相遅延の間での顕著な相違は無い）と共に、上式（４ｂ）にしたがって規定される。図５Ａは、レンズ中央からの距離の二乗関数として、レンズの瞳孔を横切るレンズのために論理的に計算した位相を示す。比較として、図４Ｂは、本発明の一実施例によるアポダイズした回折レンズのＬＳＦプロファイルを示す。この実施例は、式（４ａ）および（４ｂ）にしたがって規定されたステップ高さの回折構造（即ち、“フラストレイトした回折”を示すレンズ）を有し、この構造は、従来のレンズに比較して、より大きい中央区域の直径を有し、第１のステップでより小さな位相遅延を有する。また、図５Ｂは、レンズ中央からの距離の二乗関数として、レンズの瞳孔を横切るようなレンズのために論理的に計算した位相を示す。再び、図４Ａおよび図４Ｂに関連して、両方のＬＳＦプロファイルは、直径３ｍｍの瞳孔サイズについて計算している。フラストレイトした回折レンズに対応するＬＳＦプロファイルは、従来のアポダイズした回折レンズに対応するＬＳＦプロファイルに存在しない明確な中央の線焦点を示す。また、従来のアポダイズした回折レンズは、フラストレイトした回折レンズが、光エネルギーの一部を近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導き、そして中間位置での視力を増加させることを示唆する。

いくつかの実施例において、１つ以上の区域境界の位置は、フラストレイトした回折を供与するために、上記の式（１）で規定される位置に変更される。これによって、入射光の一部が、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導かれる。例えば、１つ以上の区域境界の位置は、上記の式（１）で決定される位置から、約２０％から約５０％の範囲内の規模で変位させることができる。いくつかの実施例において、このような区域境界の配置は、フラストレイトした回折を供与するために、区域境界によって生じる位相遅延を調整する代わりに採用される。しかし、別の実施例において、上記の位相遅延と同様に、区域境界の位置は、フラストレイトした回折を得るように配置することができる。一例において、中央区域の直径は、異なることができ、例えば上記の式（１）で規定される値よりも大きな値にすることができ、この結果、回折構造が、入射光のいくつかを、近接焦点と遠方焦点との間の位置に導くことができる。例えば、中央区域の半径は、(λｆ)^１/２より大きくすることができ、例えば、約２０％から約５０％の範囲内の規模で大きくすることができる。

いくつかの実施例において、１つ以上の区域境界に関係するステップ高さは、調整することができ、例えば、上記で説明した方法で、回折構造が、入射光のいくつかを、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くことができるように調整することができる。

更に、いくつかの実施例において、中央区域を隣接区域から分離するステップ高さを調整するよりも、別の区域境界を伴う１つ以上のステップ高さを配置する。例えば上記で説明した方法で、回折構造が、入射光の一部を、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くように、ステップ高さを配置する。例えば、上記配置による回折は、１つ以上の周辺区域において、“フラストレイト”することができる。

別のいくつかの実施例において、少なくとも１つの回折区域の表面曲率は、少なくとも１つの隣接回折区域の表面曲率と異なり、回折構造が、入射光の一部を、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くようにする。一例として、図６は、前方の光学的表面４８と後方の光学的表面５０とを有する光学系４６を包含する実施例にしたがう典型的なＩＯＬ４４を概略的に示す。このＩＯＬは、さらに前方表面部分に置かれた回折構造５２を含む。光学系４６は、例えば約６Ｄから３４Ｄの範囲内で遠方焦点の光学的パワーを供与し、例えば約２Ｄから４Ｄの範囲内で近接焦点の光学的パワーを供与する。回折構造５２は、複数のステップで互いに分離する複数の回折区域５４を含み、このステップは、均一にし、アポダイズすることができる（従来方法または本発明の教示に従う方法のいずれかによる）。この典型的な実施例において、回折構造は、複数の実質的に均一なステップ高さによって特徴付けられる。

この実施例において、中央の回折区域の表面曲率（即ち、区域５４ａ）は、隣接回折区域（即ち、区域５４ｂ）の表面曲率とは異なる（この場合、５４ｂの方が、５４ａより急勾配）。このため、回折構造は、入射光の一部を、近接焦点と遠方焦点との間の中間位置に導くことになる。一例として、２つの回折区域間での表面曲率の相違は、例えば約１０％から約５０％の範囲内にすることができ、ある例では、約１０％にすることができる。この実施において、中央の回折区域の表面曲率と隣接回折区域の表面曲率とは、入射光のエネルギーを、中間位置に導くように構成されているが、代替の実施例において、別の回折区域を、中間焦点を供与するような方法で構成することができる。さらに、いくつかの実施例において、２つ以上の回折区域の表面曲率を適合させることができ、例えば上記で説明したような方法で入射光を中間位置に導くことができる。

いくつかの実施例において、少なくとも１つの回折区域の表面は、回折構造が入射光のエネルギーを中間位置に送達するような非球面性のデザインを示す。一例として、図７は、後方の光学的表面６０と、回折構造６４が置かれる前方の光学的表面６２とを有する光学系５８を包含するＩＯＬ５６を概略的に示す。先に説明した実施例と類似して、回折構造６４は、複数のステップによって互いに分離される複数の回折区域から形成される。いくつかのケース（例えば、この典型的な実施例）において、上記ステップは、フラストレイトした回折が生じるように構成される一方で、別の実施例において、ステップは、実質的に均一にするか、または従来の方法によりアポダイズすることができる。前方表面６２は、実質的に球面の基礎プロファイルで特徴付けられる。しかしながら、中央の回折区域（区域Ａ）の表面プロファイルは、例えば、約−１０から約−１０００の範囲内（例えば、約−１０から約−１００の範囲内）の円錐定数によって特徴付けられる非球面性を示す。この結果、回折構造は、入射光のエネルギーの一部を中間位置に導くことができる。

いくつかの実施例において、複数の回折区域の表面プロファイル（区域境界間の表面プロファイル）は、選択された非球面性、例えば入射光を中間位置に導くような上記説明に類似した非球面性のプロファイルを示す。このプロファイルは、直線からの偏差を作成するのに対応し、図５Ｂに示す鋸歯のようなプロファイルになる。

いくつかの実施例において、少なくとも１つのＩＯＬの光学的表面の基礎ファイルは、非球面性の選択度合すなわち視力品質を向上させるためのトーリック性を示す。例えば、図８は、本発明の別の実施例によるＩＯＬ６６を概略的に示す。このＩＯＬ６６は、光軸７４周辺に置かれる、前方の光学的表面７０と後方の光学的表面７２とを有する光学系６８を含む。本発明の教示によるフラストレイトした回折構造７６は、前方表面に置かれる。さらに、後方表面は、光軸から近い距離において、球面（破線で表示）と実質的に一致するプロファイルを含み、光軸からの半径方向距離が増加するにつれて上記球面プロファイルからの偏差が増加する特徴を示す。いくつかの実施例において、視力品質を向上させるために、上記偏差は、後方表面で非球面性の選択度合を、例えば、約−１０から約−１０００の範囲内（例えば、約−１０から約−１００の範囲内）の円錐定数で特徴付けられる値で与えることができる。また、いくつかの別の実施例において、フラストレイトした回折構造が置かれる表面（例えば、この場合、前方の光学的表面２０）での基礎ファイルは、視力品質を向上させるような非球面性の選択度合を示すことができる。さらに、他の実施例において、フラストレイトした回折構造を有するＩＯＬの１つ以上の表面は、上記ＩＯＬ６６のような表面は、視力品質向上のトーリック性の選択度合を示すことができる。例えば、ＩＯＬ６６の前方表面７０及び/又は後方表面７２は、トーリックの基礎プロファイルを有することができる。

いくつかの実施例において、フラストレイトした回折型ＩＯＬは、数種類の青色光用フィルタを供与できる物質から形成することができる。一例として、上記ＩＯＬは、Acrysof（登録商標）用の自然物質から形成することができる。更なる一例として、米国特許第5,470,932号は、参照として本明細書にも取り込んでいるが、重合性黄色染料を開示している。この物質は、ＩＯＬを透過する青色光の強度を阻止または低減するのに使用することができる。

上記実施例において、フラストレイトした回折レンズを供与する種々の方法について説明した。中間焦点を生成する上記実施例で使用される構造の特徴の各々は、個別に採用でき、または１つ以上の他の特徴と組み合わせることでも採用できることを理解すべきである。例えば、いくつかの実施例において、中間焦点を生成するために、中央の区域を隣接区域から分離させるステップ高さを構成する方法に加えて、さらに、入射光の一部を中間焦点に導くような上記で説明した方法で、中央区域の曲率を調整することもできる。

上記で説明した種々のレンズは、当業者に既知の製造技術を使用することにより、生成することができる。

当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、上記実施例に種々の変更が実施できることを理解されるであろう。
〔態様１〕
前方表面と後方表面とを有する光学系であって、遠方焦点を供与する光学系と、
近接焦点を供与するために、少なくとも１つの前記表面に配置される複数の回折区域を備える回折構造であって、各々の回折区域は、入射光に光学的位相遅延を与える区域境界によって隣接区域から分離される回折構造と、を具備する眼科用レンズであって、
入射光の一部を前記近接焦点と前記遠方焦点との間の位置に導くために、少なくとも２つの連続する区域境界は、少なくとも１つの波長に対してそれらの関係する位相遅延による差異が、約１/２０波長より大きくなるように構成される眼科用レンズ。
〔態様２〕
前記２つの連続する区域境界によって供与される前記位相遅延による差異は、約１/４の波長から約１波長との範囲内にある態様１に記載のレンズ。
〔態様３〕
前記区域境界は、複数のステップを備える態様１に記載のレンズ。
〔態様４〕
少なくとも２つの連続するステップは、それらの関係する位相遅延において前記差異を供与するのに適合する高さの差を示す態様３に記載のレンズ。
〔態様５〕
前記ステップの一部は、回折構造が置かれる表面の中央からの距離が増加するのに応じて、ステップ高さの減少を示す態様４に記載のレンズ。
〔態様６〕
前記回折構造は、該回折構造が置かれる表面の一部をカバーする面取りされた回折構造を備える態様１に記載のレンズ。
〔態様７〕
前記少なくとも１つの波長は、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内にある態様１に記載のレンズ。
〔態様８〕
前記少なくとも１つの波長は、約５５０ｎｍである態様７に記載のレンズ。
〔態様９〕
前記光学系は、約６Ｄから約３４Ｄの範囲内で、遠方焦点用の光学的パワーを供与する態様１に記載のレンズ。
〔態様１０〕
前記回折構造は、約２Ｄから約４Ｄの範囲内で、追加パワーを供与する態様１に記載のレンズ。
〔態様１１〕
前記光学系は、生体適合性物質から形成される態様１に記載のレンズ。
〔態様１２〕
前記生体適合性物質は、柔軟なアクリル、シリコン、およびヒドロゲルのいずれを備える態様１１に記載のレンズ。
〔態様１３〕
前記レンズは、ＩＯＬを備える態様１に記載のレンズ。
〔態様１４〕
前方表面と後方表面とを有する光学系と、
前記表面の少なくとも１つに配置される複数の回折区域を備える回折構造であって、各々の区域は、区域境界によって隣接区域から分離される回折構造と、を具備する眼科用レンズであって、
前記光学系は、前記回折区域の０番目の回折次数に対応する遠方焦点と、前記回折区域の１番目の回折次数に対応する近接焦点と、を供与し、
ここで、前記区域境界は、中間視力を増強するように、前記近接焦点と前記遠方焦点との間の位置に入射光の一部を導くように適合された不均一な位相遅延を生成する複数の不均一なステップ高さによって特徴付けられる眼科用レンズ。
〔態様１５〕
前記不均一なステップ高さは、各ステップが入射光に位相遅延を与えるような少なくとも２つの連続するステップであって、前記入射光の少なくとも１つの波長に対して、前記連続するステップに関係する前記位相遅延の差異が約１/２０波長より大きくなるような連続するステップ、を備える態様１４に記載のレンズ。
〔態様１６〕
前記光学系は、約６Ｄから約３４Ｄの範囲内で、遠方焦点の光学的パワーを供与する態様１５に記載のレンズ。
〔態様１７〕
前記光学系は、約２Ｄから約４Ｄの範囲内で、追加パワーに対応する近接焦点の光学的パワーを供与する態様１５に記載のレンズ。
〔態様１８〕
前記回折区域は、回折要素を欠く各々の表面の一部によって囲まれる態様１４に記載のレンズ。
〔態様１９〕
前方表面と後方表面とを有する光学系であって、遠方焦点の光学的パワーを供与する光学系と、
近接焦点の光学的パワーを供与するために、少なくとも１つの前記表面に配置される複数の回折区域を備える回折構造と、を具備する眼科用レンズであって、
ここで、少なくとも２つの前記回折区域は、中間視力を増強するために、前記光学系上の入射光の一部を前記近接焦点と前記遠方焦点との間の中間位置に導くのに充分な相違する表面曲率を示す眼科用レンズ。
〔態様２０〕
前記少なくとも２つの前記回折区域における曲率の差異は、約１０％から約５０％の範囲内にある態様１９に記載のレンズ。
〔態様２１〕
前記２つの前記回折区域は、２つの隣接区域を備える態様２０に記載のレンズ。
〔態様２２〕
前記眼科用レンズは、ＩＯＬを備える態様１９に記載のレンズ。
〔態様２３〕
前記遠方焦点の光学的パワーは、約６Ｄから約３４Ｄの範囲内にある態様１９に記載のレンズ。
〔態様２４〕
前記近接焦点の光学的パワーは、約２Ｄから約４Ｄの範囲内での追加パワーに対応する態様１９に記載のレンズ。
〔態様２５〕
前方表面と後方表面とを有する光学系であって、遠方焦点を供与する光学系と、
近接焦点を供与するために、少なくとも１つの前記表面に配置される複数の回折区域を備える回折構造と、を具備する眼科用レンズであって、
ここで、少なくとも１つの前記回折区域の表面は、前記回折構造が、少なくとも入射光の一部を前記近接焦点と前記遠方焦点との間の中間位置に導くような、非球面性を示す眼科用レンズ。
〔態様２６〕
前記非球面性は、約−１０から約−１０００の範囲内の円錐定数によって特徴付けられる態様２５のレンズ。
〔態様２７〕
前記遠方焦点は、約６Ｄから約３４Ｄの範囲内にある光学的パワーによって特徴付けられる態様２５に記載のレンズ。
〔態様２８〕
前記眼科用レンズは、ＩＯＬを備える態様２５に記載のレンズ。
〔態様２９〕
前記近接焦点は、約２Ｄから約４Ｄの範囲内にある追加パワーによって特徴付けられる態様２５に記載のレンズ。
〔態様３０〕
前方表面と後方表面とを有する光学系であって、遠方焦点を供与する光学系と、
近接焦点を供与するために、前記光学系の光軸周辺の前記表面の１つに配置される複数の環状の回折区域と、を具備する眼科用レンズであって、
ここで、少なくとも１つの前記回折区域（ｉ）は、次の関係式によって規定される半径上の位置に境界を有し、
ｒ_ｉ ^２＝ｒ_ｏ ^２＋２ｉλｆ
ここで、ｉは、区域番号を示し（ｉ＝０は中央区域を示す）、
λは、計画波長を示し、
ｆは、近接焦点の焦点距離を示し、および
ｒ_ｏは、中央区域の半径を示し、かつ、
少なくとも他の区域は、半径上の位置に境界を有し、該半径上の位置は、入射光の一部を前記近接焦点と前記遠方焦点との間の中間位置に導くための想定の個別区域のために上記関係式で規定される値とは、充分に異なる眼科用レンズ。
〔態様３１〕
前記少なくとも他の区域の半径上の位置は、約２０％から約５０％の範囲内の規模で、前記関係式で規定される半径とは異なる態様３０に記載のレンズ。
〔態様３２〕
λは、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内にある態様３０に記載のレンズ。
〔態様３３〕
前記近接焦点は、約２Ｄから約４Ｄの範囲内にある追加パワーに対応する態様３０に記載のレンズ。
〔態様３４〕
前方表面と後方表面とを有する光学系であって、遠方焦点を供与する光学系と、
近接焦点を供与するために、少なくとも１つの前記表面に配置される複数の回折区域と、を具備する眼科用レンズであって、
ここで、前記回折区域は、入射光の少なくとも一部を、前記近接焦点と前記遠方焦点との間の中間位置に導くように、 (λｆ)^１/２から充分に異なる半径を有する中央区域を備え、λは計画波長を示し、ｆは近接焦点の焦点距離を示す眼科用レンズ。
〔態様３５〕
λは、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内にある態様３４に記載のレンズ。
〔態様３６〕
前記近接焦点は、約２Ｄから約４Ｄの範囲内にある追加パワーに対応する態様３４に記載のレンズ。

本発明の典型的な実施例におけるＩＯＬの概略的な断面図である。 本発明の典型的な実施例におけるＩＯＬの別の断面図であって、中間焦点に入射光の一部を導くための不均一なステップ高さを特徴とする回折構造を示す断面図である。 図１ＢのＩＯＬの概略的な正面図であって、回折構造を形成する複数の環状の回折区域を示す正面図である。 アポダイズされた回折構造を有する本発明の別の実施例による回折ＩＯＬの概略的な側面図である。 図３ＡのＩＯＬの概略的な正面図である。 アポダイズされた回折構造を有する従来の回折レンズに関して、中間焦点における理論的な像線強度分布（ＬＳＦ）を示す図である。 アポダイズされた回折構造を有する本発明の教示による典型的なレンズに関して、中間焦点における理論的な像線強度分布（ＬＳＦ）を示す図である。 横軸はレンズ中央からの距離の二乗を示し、縦軸は光学的位相を示す図において、本発明の教示によるフラストレイした回折構造を欠いたアポダイズされた回折型ＩＯＬの瞳孔での理論的な光学的位相を示す図である。 横軸はレンズ中央からの距離の二乗を示し、縦軸は光学的位相を示す図において、本発明の一実施によるアポダイズされた回折型ＩＯＬの瞳孔での理論的な光学的位相を示す図である。 回折構造が入射光を中間焦点に導くように、隣接区域の表面曲率と異なる表面曲率を備える中央の回折領域を有する回折構造を包含する本発明の一実施における回折型ＩＯＬの概略的な側面図である。 非球面の表面プロファイルを示す中央区域を有する回折構造を備える本発明の別の実施における回折型ＩＯＬの概略的な側面図である。 本発明の教示による回折構造が置かれる前方表面と、非球面すなわち、いくつかのケースでトーリックの基礎プロファイルを示すことができる後方表面と、を有する本発明の別の実施における回折型ＩＯＬの概略的な側面図である。

Claims (7)

1. 前方表面と後方表面とを有する光学系であって、遠方焦点を供与する光学系と、
   近接焦点を供与するために、第１の中央区域の近傍の前記表面の少なくとも１つに配置される環状の複数の回折区域を備える回折構造であって、各々の回折区域は、入射光に光学的位相遅延を与えるステップを有する区域境界によって隣接区域から分離される回折構造と、を具備し、
   前記光学系は、前記回折構造のゼロ次の回折オーダに対応する遠方焦点と、回折構造の１次の回折オーダに対応する近接焦点とを提供する眼科用レンズであって、
   前記第１の区域の外側の少なくとも２つの連続する区域境界は、約５５０ｎｍの計画波長における関係する位相遅延の間の差異が、１／４波長と１波長との間であることにより、前記入射光の一部が前記近接焦点と前記遠方焦点との間の中間焦点位置に導かれて、中間視力を強化するように構成され、
   前記連続する区域境界は、関係する位相遅延における前記差異を供与するのに適合するステップ高さの差を示し、
   前記第１の中央区域を近接する区域から分離する前記第１の区域境界の前記ステップ高さは、残りの連続する区域境界の間の実質的に均一である個々のステップ高さの全てと異なり、前記中央区域への寄与を前記回折構造にフラストレイトして、前記入射光のいくつかを前記中間焦点位置に更に方向転換し、
   前記ステップ高さは、
   ステップ高さ＝ｂλ/（ｎ _２ −ｎ _１ ）……式（２）
   で規定され、ｂは、位相高さを示し、
   λは、５５０ｎｍの計画波長を示し、
   ｎ _２ は、前記光学系の屈折率を示し、
   ｎ _１ は、前記光学系を囲む媒体の屈折率を示し、
   前記第１の中央区域を近接する区域から分離する前記第１の区域境界のステップ高さでは、ｂは約−0.2 から約 0.2 の範囲内にあり、均一の他のステップでは、ｂは、約 0.45 から約 0.55 の範囲内にある、ことを特徴とする眼科用レンズ。
2. 前記回折構造は、該回折構造が置かれる表面の一部をカバーする面取りされた回折構造を備える請求項１に記載のレンズ。
3. 前記光学系は、約６Ｄから約３４Ｄの範囲内で、遠方焦点用の光学的パワーを供与する請求項１に記載のレンズ。
4. 前記回折構造は、約２Ｄから約４Ｄの範囲内で、追加パワーを供与する請求項１に記載のレンズ。
5. 前記光学系は、生体適合性物質から形成される請求項１に記載のレンズ。
6. 前記生体適合性物質は、柔軟なアクリル、シリコン、およびヒドロゲルのいずれを備える請求項５に記載のレンズ。
7. 前記レンズは、眼球内レンズ（ＩＯＬ）である請求項１〜６の何れか一項に記載のレンズ。

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