JP5453419B2 - 瞳孔力学により疑似調節度合を高めた焦点深度拡張（ｅｄｏｆ）レンズ - Google Patents

瞳孔力学により疑似調節度合を高めた焦点深度拡張（ｅｄｏｆ）レンズ Download PDF

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Description

関連出願
本発明は、これと同時に出願された「Accommodative IOL with Toric Optic And Extended Depth Of Focus（円環状光学部と拡張された焦点深度を持った調節ＩＯＬ）」という表題の米国特許出願に関するものである。この出願はここでは参照によって組み込まれる。
本発明は、一般に眼科用レンズに関し、特に少なくとも１つのレンズ面に設けられた移行領域を横切る位相シフトの変化を調整することにより向上した視力を提供する眼内レンズ（ＩＯＬ）に関する。
眼内レンズ（ＩＯＬ）は、生来の水晶体と交換するような白内障手術においてごく普通に患者の眼の中に移植される。 生来の水晶体の屈折力は、眼からの距離が異なるような目標物を見るための調整を成すべく、毛様筋の影響を受けて変化し得るものである。しかしながら、多くのＩＯＬは何ら調節機能を持たない単焦点屈折力を供給するものである。（例えば、回折構造の採用により）近距離の屈折力と同様に遠距離の屈折力を提供すことで疑似的調整を果たす多焦点ＩＯＬもまた、既に知られている。
しかしながら、依然として広範囲の瞳孔サイズに亘りシャープな光学画像を提供しつつ疑似調整屈折力を提供できるような改良されたＩＯＬの必要性がある。一般に、ＩＯＬやレンズを設計する際には、光学的性能は、所謂“モデルアイ”を用いた測定や、予測レートレーシングのような計算によって決定できる。通常、そのような測定と計算は、色収差を最小にするために、選択された狭い可視スペクトル領域からの光に基づいて実行される。この狭い領域は“設計波長”として知られている。
１つの特徴において、本発明は、光軸の周りに配置された前面と後面を有する光学部（optic）を備えた眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）を提供する。その面の少なくとも一方（例えば、前面）は、基本プロファイルと補助プロファイルの重ね合わせによって特徴付けられたプロファイルを有する。前記補助プロファイルは、少なくとも２つの領域（例えば、内方領域と外方領域）と、これら領域間にある１つ又はそれ以上の移行領域とを備えることができ、移行領域を横切る光路差（即ち、移行領域の半径方向内・外方境界間の光路差）は、設計波長（例えば、約５５０ｎｍの波長）の非整数分数（例えば、１／２）に相当する。
補助プロファイルの移行領域は、半径方向内方境界から半径方向外方境界まで延びることができる。多くの実施形態において、移行領域の半径方向内方境界は内方領域の半径方向外方境界に対応し、移行領域の半径方向外方境界は補助プロファイルの外方領域の半径方向内方境界に対応している。多くの実施形態において、移行領域は、光軸からの半径方向距離を増加させる関数として、内方領域の前記外方境界に対する光路差において単調な変化を与えるように構成することができる。単調な変化は、場合によっては変化なしの領域（平坦領域）が組み入れられた、半径方向距離の関数としての連続した増加、又は減少によって特徴付けることができる。一例として、その単調な変化は、１つ又はそれ以上の平坦域で分割された一連の直線的変化によって特徴付けられる場合もある。
いくつかの実施形態では、基本プロファイルと補助プロファイルの重ね合わせとして形成される面のプロファイル（Ｚsag）は以下の関係式：
Figure 0005453419
 によって定義することができ、ここでＺsagは、光軸からの半径方向距離の関数としての光軸に対する面のサグ量を示し、さらに
Figure 0005453419
 ここで、ｒはレンズの光軸からの半径方向距離、ｃは面の基本曲率、ｋは円錐定数、ａ2は２次変形定数、ａ4は４次変形定数、ａ6は６次変形定数を夫々示し、さらに
Figure 0005453419
 ここで、ｒ1は移行領域の半径方向内方境界、ｒ2は移行領域の半径方向外方境界を示し、さらに、Δは以下の式によって定義され：
Figure 0005453419
 ここで、ｎ1は光学部形成材料の屈折率、ｎ2は光学部周囲の媒質の屈折率、λは設計波長（例えば、５５０ｎｍ）、αは非整数分数（例えば、１／２）を夫々示している。
幾つかの他の実施形態では、補助プロファイルを有するレンズ面のプロファイル（Ｚsag）は以下の関係式：
Figure 0005453419
 によって定義することができ、ここでＺsagは、光軸からの半径方向距離の関数としての光軸に対する面のサグ量を示し、さらに
Figure 0005453419
 ここで、ｒは光軸からの半径方向距離、ｃは面の基本曲率、ｋは円錐定数、ａ2は２次変形定数、ａ4は４次変形定数、ａ6は６次変形定数を夫々示し、さらに
Figure 0005453419
 ここで、ｒはレンズの光軸からの半径方向距離、ｒ1aは補助プロファイルの移行領域の第１の略直線状部分の内方半径、ｒ1bは第１の直線状部分の外方半径、ｒ2aは補助プロファイルの移行領域の第２の略直線状部分の内方半径、ｒ2bは第２の直線状部分の外方半径を夫々示し、
さらに、Δ1とΔ2は以下の式によって定義でき：
Figure 0005453419
Figure 0005453419
 ここで、ｎ1は光学部形成材料の屈折率、ｎ2は光学部周囲の媒質の屈折率、λは設計波長、α1は非整数分数、α2は非整数分数を夫々示すことになる。
一例として、上式において基本曲率ｃは、約０．０１５２ｍｍ-1から約０．０６５９ｍｍ-1までの範囲内、円錐定数ｋは約−１１６２から約−１９までの範囲内、パラメータａ2は−０．０００３２ｍｍ-1から約０．００ｍｍ-1までの範囲内、パラメータａ4は約０．０ｍｍ-3から約−０．００００５３（−５．３×１０-5）ｍｍ-3までの範囲内、パラメータａ6は約０．０ｍｍ-5から約０．０００１５３（１．５３×１０-4）ｍｍ-5までの範囲内に夫々、含まれるようにしてもよい。
別の特徴として、前面と後面を光軸の周りに配置した光学部を有する眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）が開示される。それらの面の少なくとも一方は、少なくとも１つの屈折性内方領域と、少なくとも１つの屈折性外方領域と、内方領域の半径方向外方境界から外方領域の半径方向内方境界に延びる屈折性移行領域とを有する。移行領域は、設計波長（例えば、５５０ｎｍ）でそこに入射する放射線の位相が、前記半径方向内方境界から前記半径方向外方境界にかけて単調に変化し、これら境界間に、設計波長の非整数分数によって特徴付けられた位相シフトを生じるようになっている。場合によっては、その非整数分数は１より小さいことも、或いは１より大きいこともあり得る。
いくつかの実施形態では、前面及び後面はレンズに対し、例えば約−１５ジオプターから約＋５０ジオプターまでの範囲内にあるような公称屈折力を課す基本プロファイルを示す。
関連した特徴として、移行領域を有する面は、約１ｍｍから約５ｍｍまでの範囲内にある半径方向直径を有し、その移行領域は、約０ｍｍから約１ｍｍまでの範囲内にある半径方向幅を有する環状領域の形態をとることもできる。
別の特徴では、上記眼科用レンズにおいて光学部は、約１.５ｍｍから約６ｍｍまでの範囲内の開口サイズに対しては、光学部焦点面に対して非対称なスルーフォーカス変調伝達関数を示す。
別の特徴として、それぞれが基本面プロファイルを有するような前面と後面を光軸の周りに配置した光学部を備えた眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）が開示される。ここでは、内・外面領域との間に移行領域を生成するべく、ある面変化パターンが前記面の少なくとも一方の基本面プロファイルに重ね合わされる。その移行領域により、光学部は、約１.５ｍｍから約６ｍｍまでの直径を有する開口を通って光学部に入射する光（例えば、設計波長（例：５５０ｎｍ）を持つ光）に対しては、非対称のスルーフォーカス変調伝達関数を示すことになる。
いくつかの実施形態において、上記レンズは、約１.５ｍｍから約６ｍｍまでの直径を有する開口を通って入射する設計波長の光に対しては、約０．２５ジオプターから約１．７５ジオプターまでの範囲の被写界深度を示すことができる。
いくつかの実施形態において、上記レンズは、より大きい開口に対しては非対称なスルーフォーカス変調伝達関数を示す一方で、約２ｍｍ以下の直径の開口を通って光学部に入射する設計波長の光に対しては、実質上対称となるスルーフォーカス変調伝達関数を示すことができる。場合によっては、光学部は、約１.５ｍｍから約６ｍｍまでの直径を有する開口を通って入射する設計波長の光に対しては、約０．２５ジオプターから約１．７５ジオプターまでの範囲の被写界深度を示す。
別の特徴として、本発明は、前面と後面を有する光学部を有する眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）であって、夫々の面は、互いに協働して、光学部が公称屈折力を与える、基本プロファイルを有するような眼科用レンズを提供する。それら面の少なくとも一方は、その公称面プロファイルに補助面プロファイルを加えることで定義されるプロファイルを有し、ここで補助プロファイルは、中央領域と外方領域と前記内・外方領域間に延びる移行領域とによって特徴付けられる。補助プロファイルは、選択された範囲内のサイズを持つ開口を通って光学部に入射する設計波長の光に対しては、光学部の有効屈折力と公称屈折力との間に、例えば約０．２５Ｄから約１．７５Ｄまでの範囲内にあるずれを生じるようになっている。その有効屈折力は、前記設計波長と前記開口において光学部のスルーフォーカス変調伝達関数のピークによって特徴付けることができる。
関連する特徴として、上記レンズにおいて、補助プロファイルは光学部の被写界深度を高めるようになっている。
別の特徴として、前面と後面を光軸の周りに配置した光学部を備えた眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）が開示される。それら面の少なくとも一方は、少なくとも屈折性内方領域と少なくとも屈折性外方領域を有し、その面のプロファイルは、単調に変化する位相シフトを、内方領域の外方境界から外方領域の内方境界にかけて入射放射線（例えば、設計波長の入射放射線）に課し、この２つの境界間に設計波長（例えば、５５０ｎｍ）の非整数分数である位相シフトを与えるように構成されている。場合によっては、その面のプロファイルは、位相シフトが約０．７５ｍｍから約２．５ｍｍまでの範囲内の半径方向距離に亘って生じるように構成されている。さらに場合によっては、その位相シフトが、約０．２５Ｄから約１．７５Ｄまでの範囲内の値で、光学部による焦点深度の拡張をもたらすことができる。
関連する特徴として、内方領域の外方境界における、面のプロファイルの半径方向導関数は不連続性を示す。
本発明は、続く詳細な説明と以下に簡単に記述した添付図面を参照することで、更に理解することができる。
本発明の実施形態による眼内レンズの概要断面図である。 図１Ａに示した眼内レンズの前面の概要的平面図である。 本発明の教示によりその面に設けられた移行領域を介し、本発明の実施形態の１つの実施によるレンズ面に入射する波面に誘起された位相前進を概略的に示す図である。 本発明の教示によりその面に設けられた移行領域を介し、本発明の実施形態の別の実施によるレンズ面に入射する波面に誘起された位相遅延を概略的に示す図である。 本発明の実施形態によるレンズの少なくとも表面のプロファイルが基本プロファイルと補助プロファイルの重ね合わせで特徴付けられることができることを概略的に示した図である。 異なる瞳孔サイズに対する、本発明の実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図である。 異なる瞳孔サイズに対する、本発明の実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図である。 異なる瞳孔サイズに対する、本発明の実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図である。 本発明の幾つかの実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図であって、夫々のレンズは基本プロファイルと補助プロファイルによって特徴付けられる面を有し、この内、補助プロファイルが他のレンズの各光路差とは異なる、内外領域間光路差（ＯＰＤ）を生む移行領域を形成するような図である。 本発明の幾つかの実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図であって、夫々のレンズは基本プロファイルと補助プロファイルによって特徴付けられる面を有し、この内、補助プロファイルが他のレンズの各光路差とは異なる、内外領域間光路差（ＯＰＤ）を生む移行領域を形成するような図である。 本発明の幾つかの実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図であって、夫々のレンズは基本プロファイルと補助プロファイルによって特徴付けられる面を有し、この内、補助プロファイルが他のレンズの各光路差とは異なる、内外領域間光路差（ＯＰＤ）を生む移行領域を形成するような図である。 本発明の幾つかの実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図であって、夫々のレンズは基本プロファイルと補助プロファイルによって特徴付けられる面を有し、この内、補助プロファイルが他のレンズの各光路差とは異なる、内外領域間光路差（ＯＰＤ）を生む移行領域を形成するような図である。 本発明の幾つかの実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図であって、夫々のレンズは基本プロファイルと補助プロファイルによって特徴付けられる面を有し、この内、補助プロファイルが他のレンズの各光路差とは異なる、内外領域間光路差（ＯＰＤ）を生む移行領域を形成するような図である。 本発明の幾つかの実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提供する図であって、夫々のレンズは基本プロファイルと補助プロファイルによって特徴付けられる面を有し、この内、補助プロファイルが他のレンズの各光路差とは異なる、内外領域間光路差（ＯＰＤ）を生む移行領域を形成するような図である。 本発明の別の実施形態による眼内レンズの概略的断面図である。 前面のプロファイルを、基本プロファイルと、２段の移行領域を含む補助プロファイルを重ね合わせたものとして特徴付けることができることを示す図である。 ２段の移行領域を有する、本発明の実施形態による仮想レンズの算出スルーフォーカスＭＴＦプロットを提示する図である。
本発明は一般に、眼科用レンズ（例えば、ＩＯＬ）及びそのようなレンズを使用した視力矯正方法に関するものである。以下の実施形態では、眼内レンズ（ＩＯＬ）に関連した本発明の様々な面の際立つ特徴について説明する。本発明の教示は又、コンタクトレンズなどの他の眼科用レンズに適用することができる。用語“眼内レンズ”とその略語である“ＩＯＬ”は、眼の中に本来あるレンズと取り替えるか、或いはその本来のレンズを除去するか否かに係わらず視力を増補するかのいずれかのために、眼の内部に移植されるレンズを説明するために、ここでは互換性を持って使用される。角膜内レンズ及び有水晶体眼内レンズは、本来あるレンズの除去なしで眼の中に移植されることができるレンズの例である。多くの実施形態では、レンズは、中間の瞳孔径を以て対象物を見るための疑似調整と同様に小・大瞳孔径に対してもシャープな画像を提供するように、レンズの光学部の内・外方部分間の光路差を選択的に与える、制御された表面変調パターンを備えることができる。
図１Ａ及び図１Ｂは、光軸ＯＡ周りに配置される前面１４と後面１６を有する光学部１２を備えた、本発明の実施形態による眼内レンズ（ＩＯＬ）１０を概略的に示している。図１Ｂに示すように、前面１４は、内方屈折領域１８、輪状の外方屈折領域２０及び内、外方屈折領域間に延びる環状の移行領域２２を備えている。対照的に、後面１６は円滑な凸面の形態をとる。幾つかの実施形態では、光学部１２は約１ｍｍから約５ｍｍの範囲の直径Ｄを有することが可能であるが、他の直径でも可能である。
模範的なＩＯＬ１０は又、眼内位置決めを容易にすることができる１つ、又はそれ以上の固定部材１、２（例：ハプティック）を備える。
この実施形態では、前面と後面の夫々は凸状の基本プロファイルを備えているが、他の実施形態では、凹状や平坦な基本プロファイルを採用することも可能である。後面のプロファイルが基本プロファイルによってのみ形成される一方、前面のプロファイルは、以下に更に説明するように、前述した内、外方、移行領域を生むべく、その基本プロファイルに補助プロファイルを加えることによって形成される。光学部を形成する材料の屈折率と組み合わせた２つの面の基本プロファイルは、光学部に公称屈折力を与えることができる。公称屈折力は、前・後面では同じ基本プロファイルを持つが、上述した前面の補助プロファイルは持たない、光学部１２と同じ材料から成る想定光学部の単焦点屈折力として定義することができる。光学部の公称屈折力は又、前面の中央領域の直径より少ない直径を持つ小開口に対する光学部１２の単焦点屈折力として見なすことができる。
（光学部の実際の屈折力が、例えば設計波長（例：５５０ｎｍ）において光学部のために算出又は測定されたスルーフォーカス変調伝達関数のピークの軸方向位置に対応する焦点距離によって特徴付けられるように）光学部の実際の屈折力は、以下さらに説明することになるが、特に中距離での開口（瞳孔）サイズのためのレンズの公称屈折力から派生することになるよう、前面の補助プロファイルによってこの公称屈折力を調整することが可能である。多くの実施形態では、屈折力におけるこのシフトは、中間瞳孔サイズに対する近見視力を改善するべく設計される。場合によっては光学部の公称屈折力は約−１５Ｄ〜約＋５０Ｄの範囲内にあり、好ましくは約６Ｄ〜３４Ｄの範囲内にある。更に場合によっては、前面の補助プロファイルによって引き起こされる光学部の公称屈折力のシフトは、約０.２５Ｄ〜約２.５Ｄの範囲内に含まれることが可能である。
引き続き図１Ａと図１Ｂを参照するに、移行領域２２は半径方向内方境界（ＩＢ）（この場合、内方屈折領域１８の半径方向外方境界に相当）から半径方向外方境界（ＯＢ）（この場合、外方屈折領域の半径方向内方境界に相当）へと半径方向に延びる環状領域の形態である。場合によっては、１つ又は双方の境界は前面プロファイルにおいて不連続箇所（例えば、ステップ）を含んでもよいが、多くの実施形態では前面プロファイルは境界において連続している。しかしながら、プロファイルの半径方向派生物（すなわち、光軸からの半径方向距離の関数としてのサーフェスサグの変化率）が各境界において不連続性を示してもよい。場合によっては、移行領域の環状幅は約０.７５ｍｍ〜約２.５ｍｍの範囲内にあってもよい。また場合によっては、前面の半径に対する移行領域の環状幅の割合は約０〜約０．２の範囲内に含まれてもよい。
多くの実施形態では、前面１４の移行領域２２は、その上に入射する放射位相がその内方境界（ＩＢ）から外方境界（ＯＢ）にかけて単調に変化するように形成してもよい。すなわち、外方領域と内方領域との間のノンゼロ位相差は、移行領域を横切る光軸から半径方向距離を増加させる関数として位相を漸進的に増加するか、或いは漸進的に減少させることにより達成されることになるであろう。実施形態によっては、移行領域は、位相の漸進的増加部分又は減少部分間に点在する平坦部分であって、そこでは位相が実質上一定のままとなる平坦部分を含んでもよい。
多くの実施形態では、一方が移行領域の外方境界に入射し、他方が移行領域の内方境界に入射するような２つの平行な光線の間の位相シフトが、設計波長（例えば、５５０ｎｍの設計波長）の非整数の有理分数になるように、移行領域が構成される。一例として、そのような位相シフトは、以下の関係に従って定義することができる：
Figure 0005453419
Figure 0005453419
 ここで、Ａは整数、Ｂは非整数の有利分数、λは設計波長（例：５５０ｎｍ）である。
一例として移行領域を横切る全位相シフト量は、λが設計波長（例えば５５０ｎｍ）である場合、λ／２、λ／３等としてもよい。多くの実施形態では、位相シフトは、１つの波長に対応した周期性をもった状態で、入射放射線の波長の周期関数でもよい。
多くの実施形態では、移行領域は、その公称パワーに対するレンズの有効合焦力をシフトさせる可能性のある入射放射線に対応して光学部から出てくる波面（即ち、光学部後面から出てくる波面）に歪曲収差を生じる可能性がある。さらに、波面の歪曲収差は、以下に説明するように移行領域を包含する開口直径、特に中間径の開口に対する光学部の焦点深度を高める可能性がある。例えば、移行領域は、光学部の外方部分から出る波面と内方部分から出る波面との間の位相シフトを生じる可能性がある。そのような位相シフトは、光学部の外方部分から出る放射線を、光学部の内方部分から出る放射線が合焦することになる位置において、光学部の内方部分から出る放射線と干渉させる場合があり、例えば、ピークＭＴＦで参照された非対称のＭＴＦ（変調伝達関数）プロファイルによって特徴付けられたように焦点深度を高めることになる。“焦点深度”と“被写界深度”という用語は、互換的に使用してもよく、許容できるイメージを解像することができるオブジェクト／イメージ空間における距離を指すものとして、当業者には公知でかつ容易に理解できるものである。更なる説明が必要な場合、焦点深度は、３ｍｍの開口＋緑色光（例えば、ＭＴＦが約５０ｌｐ／ｍｍの空間周波数でＭＴＦが少なくとも約１５％のコントラストレベルを示すような約５５０ｎｍの波長の光）で測定されるレンズのスルーフォーカス変調伝達関数（ＭＴＦ）のピークに対するピンボケの量を引用してもよい。これに関しては他の定義もまた適用されることがあり、例えば、開口サイズやイメージを形成する光の色コンテント、更にレンズそれ自体のベースパワーを含むような多くの要因によって被写界深度が影響され得ることを明記すべきである。
更なる例として、図２Ａは、表面の内方部分と外方部分との間に移行領域を持つような本発明の実施形態によるＩＯＬの前面に発生する波面の断片、その表面に入射する波面の断片、及び実際の波面のＲＭＳ（二乗平均平方根）誤差を最小にする基準球状波面（点線で表示）を概略的に示している。移行領域は、網膜面の前（移行領域のない場合、ＩＯＬの公称焦点面の前）の焦点面における波面の収束につながる波面の位相前進（移行領域のない推定類似面に対応する波面に対しての）をもたらす。図２Ｂは、移行領域があることで、網膜面を超えた（移行領域がない場合、ＩＯＬの公称焦点面を超えた）焦点面における波面の収束につながる入射波面の位相後退をもたらすような別の場合を概略的に示している。
一例として、この実施例では、前面及び／又は後面の基本プロファイルは以下の関係式で定義することができる：
Figure 0005453419
 ここで、ｃはプロファイルの曲率、ｋは円錐定数を示し、更にf（ｒ2，ｒ4，ｒ6，…）は、基本プロファイルへの高次の寄与を含む関数を示している。一例として、関数は以下の関係式で表すことができる。
Figure 0005453419
 ここで、ａ2は２次変形定数、ａ4は４次変形定数、ａ6は６次変形定数である。更なる高次項も含んでもよい。
一例として、いくつかの実施形態では、パラメータｃは約０．０１５２ｍｍ-1〜約０．０６５９ｍｍ-1の範囲内、 パラメータｋは約−１１６２〜約−１９の範囲内、ａ2は−０．０００３２ｍｍ-1〜約０．００ｍｍ-1の範囲内、ａ4は０．０ｍｍ-3〜約−０．００００５３（−５．３×１０-5）ｍｍ-3の範囲内、ａ6は０．０ｍｍ-5〜約０．０００１５３（１．５３×１０-4）ｍｍ-5の範囲内となり得る。
例えば、円錐定数ｋによって特徴付けられるように、前方及び／又は後方基本プロファイルにおいてある程度の非球面性を使用すると、より大きい開口サイズに対し球面収差効果を改善することができる。より大きい開口サイズによってはそのような非球面性は幾分移行領域の光学的効果を打ち消すことができ、結果としてよりシャープなＭＴＦをもたらすことになる。幾つかの他の実施形態では、非点収差を改善するため、１つの面又は両面の基本プロファイルを円環状としてもよい（すなわち、表面に沿う２つの直交した方向の曲率半径が異なるような状態）。
上述したように、この模範的実施形態では、前面１４のプロファイルを、例えば上記式（１）によって定義されたプロファイルからなる基本プロファイルと補助プロファイルの重ね合わることで定義するようにしてもよい。この実施例では、補助プロファイルは以下の関係式によって定義することができる：
Figure 0005453419
 ここで、ｒ1は移行領域の半径方向内方境界、ｒ2は移行領域の半径方向外方境界であり、
Δは以下の関係式によって定義される：
Figure 0005453419
 ここで、ｎ1は光学部形成材料の屈折率、ｎ2は光学部を取り囲む媒質の屈折率、λは設計波長、αは非整数分数（例えば、１／２）である。
言い換えれば、この実施形態では、前面（Ｚsag）のプロファイルは、以下に定義しつつ図３に概略的に示すように、基本プロファイル（Ｚbase ）と補助プロファイル（Ｚaux ）の重ね合わせによって定義される：
Figure 0005453419
この実施形態では、上記式（４）、（５）で定義された補助プロファイルは、移行領域を横切る略直線状の位相シフトで特徴付けられている。より詳しくは、補助プロファイルは、内・外方境界の光路差が設計波長の非整数分数に対応する状態で、移行領域の内方境界から外方境界にかけて直線的に増加する位相シフトを提供する。
多くの実施形態では、例えば前記レンズ１０のように本発明の教示に沿ったレンズは、レンズの中央部分の直径内に含まれる小瞳孔径（例えば、２ｍｍの瞳孔径）に対する位相シフトによって発生する光学的効果なしに単焦点レンズとして効果的に機能することで、良好な遠方視力性能を提供することができる。中間の瞳孔径（例えば、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲内の瞳孔径（例えば、約３ｍｍ瞳孔径））に対しては、位相シフトによる光学的効果（例えば、レンズから出射する波面の変化）は、機能的近・中間視力の向上をもたらすことができる。 大きい瞳孔径（例えば、約４ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の瞳孔径）の場合には、位相シフトが、入射光にさらされる前面部分の遥かに小さな部分を占めるしかないため、レンズは再び良好な遠方視力性能を提供することができる。
例として、図４Ａ乃至図４Ｃは、異なる瞳孔サイズに対する、本発明の実施形態による仮想レンズの光学的性能を示している。想定されたレンズは上式（６）で定義された前面と円滑な凸状基本プロファイル（上式（２）によって定義されたもの）で特徴付けられた後面を有する。更に想定レンズは、直径約２．２ｍｍの内方境界と直径約２．６ｍｍの外方境界との間で延びる移行領域を備え、６ｍｍの直径を有する。また、前面と後面の基本曲率は、光学部が２１Ｄの公称屈折力を提供するように選択される。更に、レンズを取り囲む媒質は約１.３３６の屈折率をもつものと仮定される。以下の表１Ａ乃至１Ｃは、前後面のパラメータのみならずレンズの光学部の様々なパラメータを一覧化したものである。
Figure 0005453419
Figure 0005453419
Figure 0005453419
より詳しくは、図４Ａ乃至図４Ｃの各々において、次の変調周波数：２５ｌｐ／ｍｍ、５０ｌｐ／ｍｍ、７５ｌｐ／ｍｍ、及び１００ｌｐ／ｍｍに対応するスルーフォーカス変調伝達（ＭＴＦ）プロットが提供される。瞳孔径約２ｍｍのための図４Ａに示すＭＴＦは、約０．７Ｄの焦点深度を以て、焦点面に対し左右対称であるような、例えばアウトドア活動用として良好な光学的性能を提供する。３ｍｍの瞳孔径の場合、図４Ｂに示す各ＭＴＦは、そのピークが負のピンボケ方向にシフトすることで、レンズの焦点面に対し（即ち、ピンボケ・ゼロに対し）非対称である。そのようなシフトは、ある程度の偽適応が提供でき、（例えば、読書のための）近視力を容易にする。さらに、これらのＭＴＦは、瞳孔径２ｍｍ用として演算されたＭＴＦで示されたものよりも広い幅を持つため、中間視力としては良好な性能を示す。より大きい４ｍｍ瞳孔径（図４Ｃ）の場合、ＭＴＦの非対称性と幅が、３ｍｍ径用として計算されたものよりも小さい。これは言い換えれば、例えば夜間運転時などの低い光条件下において良好な遠方視力性能を持つことを示している。
位相シフトの光学的効果は、例えばその半径方向広さや、位相シフトを入射光に与える割合など、その領域に関連する様々なパラメータを変えることで調整することができる。一例として、上式（３）によって定義される移行領域はΔ／（ｒ2−ｒ1）で定義された傾斜を示し、それは特に中間瞳孔サイズのためその表面にそのような移行領域を有する光学部の性能を調整するべく変えることができる。
実例として、図５Ａ乃至５Ｆは、式（２）で定義された基本プロファイルと、式（４）、（５）で定義された補助プロファイルとを重ね合わせたものとして図３に示された表面プロファイルの前面を有する仮定レンズに対し、５０ｌｐ／ｍｍの変調周波数、瞳孔サイズ３ｍｍにおいて算出されたスルーフォーカス変調伝達関数（ＭＴＦ）を示している。光学部は屈折率１．５５４の材料から形成されているものと仮定された。さらに、前面の基本曲率と後面の基本曲率は、光学部が約２１Ｄの公称屈折力を持つようなものに選択された。
移行領域の光学的効果をより容易に理解できるための引用例として、図５Ａは、消失Δｚを持つ光学部、即ち本発明の教示による位相シフトを欠く光学部のＭＴＦを示している。円滑な前・後面を有する、そのような従来の光学部は、光学部焦点面に対称なＭＴＦ曲線を示し、約０．４Ｄの焦点深度を持つ。その一方、図５Ｂは本発明の実施形態による光学部のＭＴＦを示すものであり、ここではその前面が約０．０１ｍｍの半径方向幅と、Δz＝１ミクロンによって特徴付けられた移行領域を備えている。図５Ｂに示されるＭＴＦ線は、約１Ｄの大きな焦点深度を示し、その光学部がより高い被写界深度を提供することを表している。さらに、それは光学部焦点面に対し非対称である。実際、このＭＴＦ線のピークはその焦点面よりも光学部に接近している。これにより有効屈折力が増加し、近見読書が容易になる。
移行領域がΔＺ＝１．５ミクロン（図５Ｃ）となるほど急勾配（その半径方向幅は０．０１ｍｍのまま固定）になると、ＭＴＦはさらに広がり（光学部の被写界深度が大きくなり）、そのピークは光学部焦点面に比較して光学部から更に離れたところにシフトする。図５Ｄに示すように、ΔＺ＝２．５ミクロンで特徴づけられた移行領域を有する光学部のＭＴＦは、図５Ａに示したΔＺ＝０の光学部のそれと同一である。
実際、そのＭＴＦパターンはあらゆる設計波長に対して繰り返される。一例として、設計波長が５５０ｎｍ、光学部がアクリソフ材（２−アクリル酸フェニルエチルと２−メタクリル酸フェニルエチルの共架橋共重合体）からなるような実施形態においては、ΔＺ＝２．５ミクロンとなる。例えば、ΔＺ＝３．５ミクロンに対応した図５Ｅに示すＭＴＦ曲線は、ΔＺ＝１．５に対応した図５Ｂに示すものと一致し、ΔＺ＝４ミクロンに対応した図５Ｆに示すＭＴＦ曲線は、ΔＺ＝１．５ミクロンに対応した図５Ｃに示すＭＴＦ曲線と一致することになる。上式（３）で定義されたＺauxに対し、ΔＺに対応する光路差（ＯＰＤ）は以下の式によって定義される：
Figure 0005453419
 ただし、ｎ1は光学部形成材料の屈折率、ｎ2は光学部周囲の材料の屈折率である。この結果、ｎ2＝１．５５２、ｎ1＝１．３３６、２．５ミクロンのΔＺの場合、約５５０ｎｍの設計波長に対しては１λに対応するＯＰＤが達成される。言い換えれば、図５Ａ乃至５Ｆに示した模範的ＭＴＦプロットは１λＯＰＤに対応するΔＺ変分について繰り返される。
本発明の教示に沿った移行領域は様々な方法で具現化でき、式（４）で定義される上記模範的領域に限定されるものではない。さらに、場合によっては、移行領域は円滑に変化する面部分を有し、また他の場合では、お互いが１つ以上のステップで分離される複数の面区分から移行領域を形成することも可能である。
図６は、前面２８と後面３０を持つ光学部２６を備えた、本発明の別実施形態によるＩＯＬ２４を概略的に示している。前述の実施形態と同様に、前面プロファイルは、基本プロファイルと補助プロファイルを重ね合わせたものとして特徴付けることができるが、この補助プロファイルは先の実施形態に関連して上述した補助プロファイルと異なっている。
図７に概略的に示したように、上記ＩＯＬ２４の前面２８のプロファイル（Ｚsag）は、基本プロファイル（Ｚbase）と補助プロファイル（Ｚaux）を重ね合わせることで形成される。より詳しく言えば、この実施例において、前面２８のプロファイルは、以下に再び表したような前記式（６）で定義することができ：
Figure 0005453419
 ここで基本プロファイルＺbaseは、上式（２）によって定義することができる。しかしながら、補助プロファイル（Ｚaux）は以下の式によって定義することができ：
Figure 0005453419
 ここで、ｒはレンズの光軸からの半径方向距離を示し、パラメータｒ1a、ｒ1b、ｒ2a及びパラメータｒ2bは図７に示され、以下のように定義され：
ｒ1a：補助プロファイルの移行領域の第１の略直線状部分の内方半径、
ｒ1b：第１の直線状部分の外方半径、
ｒ2a：補助プロファイルの移行領域の第２の略直線状部分の内方半径、そして
ｒ2b：第２の直線状部分の外方半径、さらに、Δ1とΔ2は上式（８）によって定義できる。
引き続き図７を参照するに、この実施形態では補助プロファイルＺaux は、平坦な中央領域３２及び外方領域３４と、中央領域と外方領域をつなぐ２段の移行領域３６とを備えている。詳しく言えば、移行領域３６は直線的に変化する部分３６ａを備え、その部分は中央部分３２の半径方向外方境界から平坦領域３６ｂ（半径方向位置ｒ1aからもう１つの半径方向位置ｒ1bまで延びる）まで延びている。また、平坦領域３６ｂは半径方向位置ｒ1bから径方向位置ｒ2aまで延び、ここでもう１つの直線的変化部分３６ｃと接続し、同変化部分は半径方向位置ｒ2bにある外方部分３４へと半径方向外方に延びる。移行領域の直線的変化部分３６ａ、３６ｃは、同じような傾斜度だったり或いは異なる傾斜度をもつものでもよい。多くの実施例では、２つの移行領域を横切る全位相シフト量は、設計波長（例えば、５５０ｎｍ）の非整数分数である。
後面３０のプロファイルは、曲率半径ｃを含み、種々のパラメータを適当に選択したＺbaseのための上式（２）によって定義できる。後面の曲率と共に前面の基本プロファイルの曲率半径は、レンズ形成材料の屈折率と同様にレンズに対し公称の屈折力を提供するものであり、例えばその屈折力は約−１５Ｄ〜約＋５０Ｄの範囲や約６Ｄ〜約３４Ｄの範囲、或いは約１６Ｄ〜約２５Ｄの範囲に含まれる。
模範的なＩＯＬ２４の場合、多くの利点を提供できる。例えば、それは機能的な近・中間視力の増進に寄与する２段移行領域の光学的効果と共に、小さな瞳孔サイズでの遠方視力をシャープなものにすることができる。さらに、多くの実施例では、ＩＯＬは大きな瞳孔サイズに対し良好な遠方視力性能を提供する。一例として、図８は、本発明の実施形態による仮想光学部であって、そのプロファイルが上式（２）によって定義される前面を有し、その前面の補助プロファイルは上式（８）によって定義され、更に円滑な凸状後面を有するような上記仮想光学部に対し計算された、異なる瞳孔サイズに対するＭＴＦプロットを示している。そのＭＴＦプロットは設計波長５５０ｎｍの単色入射放射線に対して計算されている。以下の表２Ａ乃至２Ｃには、光学部の前・後面のパラメータが与えられている。
Figure 0005453419
Figure 0005453419
Figure 0005453419
そのＭＴＦプロットは、前面の中心部の直径に等しい約２ｍｍの瞳孔径の場合、光学部は単焦点の屈折力を与え、（半値幅として定義される）約０．５Ｄの比較的短い焦点深度を提示することを示している。換言すれば、それは良好な遠方視力性能を提供することになる。瞳孔サイズが約３ｍｍへと増加するのに従って、移行領域の光学的効果はスルーフォーカスＭＴＦにおいて明確になる。特に、３ｍｍのＭＴＦは２ｍｍ ＭＴＦよりも著しく幅が大きく、被写界深度が増大することを示している。
さらに図８を参照するに、瞳孔径がさらに約４ｍｍにまで増加すると、入射光線は中心・移行領域だけでなく前面の外方領域の一部にまで当たることになる。
本発明のＩＯＬを製造するにあたっては様々な技術や材料を使用することが可能である。 例えば、本発明のＩＯＬの光学部は様々な生体適合性ポリマー材から作ることができる。以下のものに限定されるわけではないが、適当な生体適合性材料としては、軟質アクリルポリマー、ヒドロゲル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスルホン、ポリスチレン、セルロース、アセテート・ブチレート、その他の生体適合材がある。一例として、一実施形態では、光学部は“アクリソフ”として一般的に知られている軟質アクリルポリマー（２−アクリル酸フェニルエチルと２−メタクリル酸フェニルエチルからなる架橋共重合体）から形成される。ＩＯＬの固定部材（ハプティック）もまた、例えば上述した材料のように適当な生体適合材料から形成することができる。場合によっては、ＩＯＬの光学部と固定部材を一体ユニットとして形成することも、またそれらを別々に形成し、技術的に公知の技術を用いてこれらを結合するようにしても良い。
ＩＯＬを製造するにあたっては、例えば一体成形など、技術的に公知である様々な製造技術を使うことが可能である。場合によっては、２００７年１２月２１日出願の“Lens Surface With Combined Diffractive, Toric and Aspheric Components（複合回折円環非球面要素付きレンズ面）”という表題の係属特許出願第１１／９６３，０９８号に開示された製造技術を用い、ＩＯＬの前・後面に所望のプロファイルを付けるようにしても良い。
当業者であるならば、本発明の範囲から逸脱することなく上述した実施形態に対し様々な変形が可能であることが理解されよう。

Claims (7)

  1. 光軸の周りに配置された前面及び後面を有する光学部を有し、前記面の少なくとも一方が、基本プロファイルと補助プロファイルとの重ね合わせによって特徴付けられたプロファイルを有し、前記補助プロファイルは、少なくとも第１の領域と、少なくとも第２の領域と、これら領域間の移行領域とを有する、単焦点眼内レンズであって、
    前記移行領域は、内方領域の半径方向外方境界から外方領域の半径方向内方境界まで延び、且つ、該移行領域に入射した放射の位相が前記外方境界と前記内方境界との間で位相シフトを生成するように前記内方境界から前記外方境界まで単調に変化するようになっており、
    前記位相シフトは、前記内方領域における入射波面の第１部分と前記外方領域における入射波面の第２部分とが、公称屈折力とは異なる有効屈折力を生成し、これによって所定の焦点深度を作り出すべく集束するように、可視スペクトルにおける設計波長の選択された非整数分数に相当することを特徴とする単焦点眼内レンズ。
  2. 前記移行領域は、前記光軸からの増加する半径方向距離の関数として、前記内方領域の外方境界に対する光路差の単調な変化を与えるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の眼内レンズ。
  3. 前記単調な変化は直線的な変化によって特徴付けられていることを特徴とする請求項２に記載の眼内レンズ。
  4. 前記単調な変化は、１つ又はそれ以上の平坦域によって隔てられた一連の直線的変化によって特徴付けられていることを特徴とする請求項２に記載の眼内レンズ。
  5. 前記補助プロファイルを有する前記面のプロファイル（Ｚ sag ）は以下の関係式：
    Figure 0005453419
     によって定義され、ここでＺ sag は、光軸からの半径方向距離の関数としての光軸に対する前記面のサグ量を示し、
    Figure 0005453419
     であり、ここで、ｒは前記光軸からの半径方向距離を示し、ｃは前記面の基本曲率を示し、ｋは円錐定数を示し、ａ 2 は２次変形定数であり、ａ 4 は４次変形定数であり、ａ 6 は６次変形定数であり、
    Figure 0005453419
     であり、ここで、ｒ 1 は前記移行領域の半径方向内方境界を示し、ｒ 2 は前記移行領域の半径方向外方境界を示し、Δは以下の関係式：
    Figure 0005453419
     によって定義され、ここで、ｎ 1 は前記光学部を形成する材料の屈折率を示し、ｎ 2 は前記光学部の周囲の媒質の屈折率を示し、λは設計波長を示し、αは非整数分数を示すことを特徴とする請求項１に記載の眼内レンズ。
  6. 前記基本曲率ｃは、０．０１５２ｍｍ -1 から０．０６５９ｍｍ -1 までの範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の眼内レンズ。
  7. 前記円錐定数ｋは−１１６２から−１９までの範囲内にあり、前記パラメータａ 2 は−０．０００３２ｍｍ -1 から０．００ｍｍ -1 までの範囲内にあり、前記パラメータａ 4 は０．０ｍｍ -3 から−０．００００５３ｍｍ -3 までの範囲内にあり、前記パラメータａ 6 は０．０ｍｍ -5 から０．０００１５３ｍｍ -5 までの範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載の眼内レンズ。
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