JP5460211B2

JP5460211B2 - 多焦点眼内レンズ

Info

Publication number: JP5460211B2
Application number: JP2009224114A
Authority: JP
Inventors: 義弘中畑
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP2011072348A

Description

本発明は、患者眼の眼内に設置する眼内レンズに複数の焦点を持たせた多焦点眼内レンズに関する。

白内障の手術で摘出された水晶体の代わりに眼内に挿入される眼内レンズとしては、光学部への入射光を単一の焦点に集光させる単焦点眼内レンズが知られている。また、近年光学部への入射光を複数の焦点に振り分けて集光させ、被検者眼に擬似的な調節力を与えることができる多焦点眼内レンズが知られている。このような多焦点眼内レンズとしては、光学部のベースカーブ上に形成された回折領域によって入射光を異なる複数の焦点に振り分ける回折型の多焦点眼内レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特表２０００−５１１２９９号公報

ところで、一般的な生活環境においては、近くのものを見る場合（近方視）よりも遠くのものを見ている場合（遠方視）が多い。また、眼の瞳孔は近くを見るときは小さくなり、遠くを見るときは大きくなる傾向が知られている。そのため、従来の回折型の多焦点眼内レンズは、光学部の中心付近（光軸の周辺）に形成された回折領域によって近方視を行わせ、光学部の周縁には回折領域を設けずに遠方視を重視させる設計がされている場合が多い。

しかしながら、眼の瞳孔径の大きさには個人差があり、瞳孔径が小さい被検者にとっては、このような構成の多焦点眼内レンズでは効果的に遠方視が行い難い場合がある。また、同一の被検者でも周囲の明るさ等の変化によって瞳孔の大きさは変わるので、遠方視が行い難くなる状況が発生する。日常生活で重視される遠方視が行い難くなることは被検者にとって不便である。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、瞳孔径の大きさに関わらず遠方視に適した多焦点眼内レンズを提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）入射光の一部を屈折力により所定の遠用焦点に集光させるためのベースカーブを持つ光学部と、前記光学部の前記ベースカーブを形成するレンズ面に同心円状に形成される複数の回折格子によりなり前記光学部に所定の加入度を与えるための回折領域であって、位相差により各ステップ高さが決定される前記複数の回折格子の回折によって入射光の一部を所定の近用焦点に集光させるための回折領域と、を備える多焦点眼内レンズであって、前記回折領域に形成される全ての回析格子の各ステップ高さは、前記位相差を０．２以上０．４５以下として全て一定の高さで形成され、前記回折領域は被検者眼の瞳孔径によらず前記入射光を一定の比率で前記近用焦点よりも前記遠用焦点に多く配分させるように構成されている、ことを特徴とする。

瞳孔径の大きさに関わらず遠方視に適した回折型の多焦点眼内レンズを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態で用いる眼内レンズ（多焦点眼内レンズ）の概略図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。眼内レンズ１００は所定の屈折力を有し、眼内に置いたときに角膜側となる前面１１１と、網膜側となる後面１１２を供える光学部１１０と、光学部１１０を患者眼の眼内にて固定支持するための一対の支持部１２０とからなる。なお、図１では、前面１１１と後面１１２の両面が凸面で形成されているが、前面１１１と後面１１２は凸面、凹面又は平面の組合せで構成する事が出来る。
光学部１１０は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の硬い材料や、シリコーン等の単体、又は、アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの複合材料からなる折り曲げ可能な材料から形成される。

光学部１１０の前面１１１には、光学部１１０と回折領域１５０が形成されている。本実施形態では、回折領域１５０は前面１１１の全域に形成するものとしている。なお、回折領域１５０と光学部１１０とは、金型などにより一体的に成形したり、切削加工により形成することができる。詳細は後述するが、光学部１１０が持つ屈折率と曲率とによって得られる屈折度数に、回折領域１５０により発生する加入度が加えられることによって、眼内レンズ１００に複数の焦点が与えられる。本実施形態では、遠くを見るための遠用焦点（遠用度数）と近くを見るための近用焦点（近用度数）とが与えられる。

回折領域１５０は、光軸Ｏを中心として同心円状に形成された複数の輪体１５１により構成されている。ここでは、各輪体１５１は鋸歯状の断面形状を有しており、隣合う輪体１５１の境界には回折格子１５２が形成されている（図３参照）。回折格子１５２は光学部１１０に入射する入射光の一部を回折させることにより、近方視のための近方焦点を得る役割を有する。なお、回折領域１５０は好ましくは光学部１１０の前面１１１に形成されるが、後面１１２、又は前面１１１と後面１１２の両面に形成されても良い。

支持部１２０はその一端（基端）が光学部側１１０に接合され、他端（先端）を自由端としたループ形状を有している。支持部１２０は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリプロピレン、ポリイミド等の樹脂にて形成される。支持部１２０は、図１（ｂ）に示すように、光学部１１０の前面１１１に対し所定の角度（例えば、０〜１０度程度）を持つように接合されている。これにより光学部１１０の後面１１２が嚢内で押し付けられた状態で好適に配置されるようになる。

なお、図１では、光学部１１０と支持部１２０とが別々に形成された後に一体化されるスリーピースタイプの眼内レンズを例に挙げているが、これ以外にも本発明は、同一素材の光学部１１０と支持部１２０とが切削加工、モールディング加工により一体的に形成されるワンピース型の眼内レンズにも適用することができる。

以上のような構成を備える眼内レンズ１００の最外径（最大全長）は、嚢内に眼内レンズ１００が設置された際に支持部１２０の外側から内側に向かって好適な応力がかかる程度の大きさとされ、好ましくは９mm以上１５mm以下である。光学部１１０の直径は、瞳孔の大きさに基づいて設定され、好ましくは４．２５mm以上７mm以下とされる。支持部１２０はこれらの条件を満足するように長さ及び形状が設定される。

次に、眼内レンズ１００に所定の遠用度数及び近用度数を与えるための設計方法を説明する。はじめに、光学部１１０の屈折力（屈折度数）により遠用度数が決定される。例えば、光学部１１０の屈折度数（ディオプター）は１Ｄ〜３０Ｄの範囲において必要とされる屈折度数が設定される。なお、光学部１１０の屈折力は、光学部１１０を構成する材料の屈折率、及び前後面のカーブ（曲率）によって決定される。

次に、回折領域１５０の設計により光学部１１０に与えられる加入度が決定される。例えば、回折領域１５０による加入度は２Ｄ〜４Ｄの範囲において必要とされる加入度となるように設計される。例えば、遠用度数として１Ｄ〜３０Ｄが設定されていれば、眼内レンズ１００に３Ｄ〜３４Ｄの近用度数が設定されることとなる。

以下に、回折領域１５０により所定の加入度を得るための設計方法を説明する。図２は光学部１１０を側面から見たときの前面１１１付近を模式的に示している。ここでは、ｚ軸は光学部１１０の光軸Ｏに、ｙ軸は光学部１１０の径方向に一致している。光学部１１０のベースカーブとなる曲面Ｃ上に同心円状に配置される回折格子１５２の光軸Ｏからの距離ｒｉ（ｉ＝０、１、２、３、…ｎ）は次式で求められる。

ここで、ｉは光軸Ｏからの回折格子１５２の数、λは設計波長（光学設計の基準となる
色の波長）、ｆは近方視のために加算される屈折度数を焦点距離にて示している。例えば、設計波長λは明順応においける視覚応答の中心に位置する５５５ｎｍ（緑色）、加入度を４Ｄとするならば焦点距離ｆは２５０ｍｍに設定される。

式１によって設定した加入度を得るために必要とされる曲面Ｃ上に配置される回折格子１５２の光軸Ｏからの距離ｒ０、ｒ１、ｒ２、・・・ｒｎが決定され、これにより曲面Ｃ上の回折格子の位置ｐ０、ｐ１、ｐ２、ｐ３、・・・ｐｎが決定される。

また、遠方視と近方視に寄与する光量の配分は、回折格子１５２の高さ（ステップ高さ）で決定される。回折格子１５２の高さｈは次式で求められる。

ここでは、設計波長λは５５５ｎｍ、光学部１１０の材料の屈折率ｎ２は１．５２、周辺媒質（水）の屈折率ｎ１は１．３３６である。位相差Ｐは入射光の光量を遠方視と近方視とに振り分けるためのパラメータであり、位相差Ｐにより回折格子１５２の高さが決定される。本実施形態において位相差Ｐは、回折格子１５２による回折により近用焦点よりも遠用焦点に集光される光量の配分（回折効率）が高くなるような値に設定される。回折効率の演算の詳細な説明は後述する。

回折格子１５２の位置ｐｎ（ｎ＝０、１、２、３、・・・ｎ）と位相差Ｐに基づく高さｈが決定したら、隣合う回折格子１５２の上端と下端とを繋ぐことで輪体１５１の外形形状が形作られる。なお高さｈはベースカーブとされる曲面Ｃを中間位置として上下方向に均等に配分される。また、本実施形態では輪体１５１の外形形状とされる面は、光学部１１０の光軸上に中心座標を持つ所定の曲率をもった曲面としている。

図３は輪体１５１を設計するための説明図である。ここで、一つの輪体１５１の開始位置Ｐａ，終了位置Ｐｂとすると、光軸Ｏ上に設定される輪体１５１の曲面Ｃ２の中心座標Ｚｒａｄは次式により求められる。

ここで、ｒａは輪体１５１の開始位置Ｐａでの半径、ｒｂは終了位置Ｐｂでの半径、ｚａは輪体１５１の開始位置Ｐａのｚ座標、ｚｂは終了位置Ｐｂのｚ座標である。輪体１５１の曲面Ｃ２の中心座標Ｚｒａｄが決定されたら、輪体１５１の曲面Ｃ２の曲率半径Ｒｒａｄは次式で求められる。

これにより、回折領域１５０に形成される輪体１５１の形状が決定される。なお、ここでは、開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂとが曲面Ｃ２で接続される場合を示したが、これ以外にも、開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂとを階段状の形状又は直線で接続されることで輪体１５１が形作られるようにしても良い。

ところで、入射光を遠方視と近方視とに振り分けるための比率である回折効率ηｍは次式で求められる。

ここで、位相差Ｐは前述と同様である。回折次数ｍは回折格子１５２により回折された光の方向を示し、遠方視の場合は回折をせずに通過するのみであるので０次（ｍ＝０）、近方視の場合は１次（ｍ＝１）である。レベル数Ｎは輪体１５１の曲面Ｃ２の滑らかさを示し、曲面Ｃ２が滑らかで有るほどレベル数Ｎの値は大きくなる。例えば、曲面の場合のレベル数Ｎは１Ｅ＋２０（１０²⁰）に設定される。

図４は上式を用いて、設計波長と使用波長が同一の場合において、位相差Ｐ毎に遠方視の回折効率η０と近方視の回折効率η１を求めた演算結果である。図４から、位相差Ｐを０．５よりも小さくすると、近方焦点に対する回折効率η１に比べて、遠方焦点への回折効率η０がより大きくなり、光量の配分が多くなることが分かる。

したがって、位相差Ｐは０．２〜０．４５に設定されれば良い。より好ましくは、位相差Ｐは０．３〜０．４５に設定される。なお、位相差Ｐが０．２よりも小さいと近方焦点に集光される光量が少なくなり近方視がされにくくなる。一方、位相差Ｐが０．５よりも大きくなると遠方焦点よりも近方焦点への光量の配分が多くなり、遠方視がし辛くなる。

以上のように設計された回折領域１５０の回折格子１５２に入射光が当たると、位相差Ｐの設定に応じて入射光の一部が回折されて近用焦点ｆ１へと集光される。一方、入射光の他の一部は光学部１１０の屈折力により屈折されて遠用焦点ｆ２へと集光される（図１（ｂ）参照）。これにより、被検者は近方視と遠方視の両方が得られる。

また、ここでは、回折格子１５２の高さｈは、回折格子１５２の位置ｐｉ（ｉ＝０、１
、２、３、…、ｎ）に関わらず一定の高さに設定されている。そのため、遠用焦点と近用焦点とに振り分けられる入射光の配分も光学部１１０の中央部と周辺部とで一定となる。その為、被検者眼の散瞳又は縮瞳により瞳孔径が変わったとしても常に一定の見易さでの遠方視が出来るようになる。また、瞳孔径の大きさの個人差に関わらず遠方視がし易い状態が保たれる。

以上のように、近用焦点に比べて遠用焦点に集光される入射光の配分が大きくなるように位相差Ｐが決定されることで、回折格子１５２による入射光の回折により、被検者眼の瞳孔径の状態（縮瞳、散瞳、瞳孔のサイズの個人差）に関わらずより明瞭な遠方視力を与えることができるようになる。

ところで、上記の説明では、光学部１１０の前面１１１の全体に回折領域１５０が配置される場合を説明したが、回折領域１５０は前面１１１の光軸Ｏから所定の範囲内で形成されるようにしても良い。遠方視では瞳孔が開いた状態になるため、光学部１１０の外周部に回折領域１５０を配置せず、外周部を単焦点レンズとして機能させても、瞳孔径の大きさに関わらず常に快適な遠方視を行う事ができるようになる。

図５に光学部１１０の変容例を示す。図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図である。ここでは、光学部１１０の外周端面から所定の範囲（外周部）ｄで回折領域１５０を取り除いている。なお、この場合も（式２）によって決定される各回折格子１５２の高さｈは、位相差Ｐにより入射光がより遠用焦点により集光されるような高さに設定されている。

＜実施例１＞
図６に瞳孔径の変化に伴う有効レンズ径毎に行った遠方視と近方視の見え方のシミュレーション結果を示す。ここでは、遠用度数が２０Ｄ、加入度が４Ｄ（これによる近用度数が２４Ｄ）に設計された眼内レンズ１００を想定してシミュレーションを行った。上段は遠方視、下段は近方視の見え方のシミュレーション結果である。左側からそれぞれレンズ径の大きさを２ｍｍ、３ｍｍ、・・・６ｍｍに設定した場合の結果を示しており、レンズ径（瞳孔径）の大きさの違いによる見え方の変化を比較している。

光学部１１０の演算条件は、光学材料の屈折率ｎ２＝１．５２、前面１１１の曲率１８．２ｍｍ、後面１１２の曲率１８．２ｍｍ、レンズ径が６．０ｍｍである。回折領域１５０の演算条件は光学材料の屈折率ｎ２＝１．５２、周辺媒質の屈折率ｎ１＝１．３３６、設計波長λ＝５５５ｎｍ、使用波長λ＝５５５ｎｍ、近方視の焦点距離ｆ＝２５０ｍｍ、位相差Ｐ＝０．４であり、これにより回折格子１５２の位置と高さが設定される。なお、この場合、光学部１１０上に高さ１．２１ｍｍの回折格子１５２が３２個配置されることになる。

シミュレーション結果から、瞳孔径の大きさが変わっても常に一定の遠方視がしやすい状態が保たれることが分かる。つまり、遠方視が重視された眼内レンズ１００を使用することで、被検者眼の瞳孔径の個人差又は周囲の明るさの変化にかかわらず常に遠方視がされ易くなる。また、結果から、遠方視と近方視の比率はレンズ径に関わらず一定に保たれていることが分かる。これにより、本実施形態の多焦点眼内レンズの設計方法を用いれば、瞳孔径によらずに遠方視が重視された均一な遠近像が得られることが分かる。

眼内レンズ（多焦点眼内レンズ）の概略図である。光学部を側面から見たときの前面付近の模式図である。輪体の設計の説明図である。遠方視と近方視の回折効率を位相差毎に求めた演算結果である。光学部の変容例である。有効レンズ径毎の遠方視と近方視の見え方のシミュレーション結果である。

１１０光学部
１２０支持部
１５０回折領域
１５１輪体
１５２回折格子

Claims

入射光の一部を屈折力により所定の遠用焦点に集光させるためのベースカーブを持つ光学部と、
前記光学部の前記ベースカーブを形成するレンズ面に同心円状に形成される複数の回折格子によりなり前記光学部に所定の加入度を与えるための回折領域であって、
位相差により各ステップ高さが決定される前記複数の回折格子の回折によって入射光の一部を所定の近用焦点に集光させるための回折領域と、
を備える多焦点眼内レンズであって、
前記回折領域に形成される全ての回析格子の各ステップ高さは、前記位相差を０．２以上０．４５以下として全て一定の高さで形成され、前記回折領域は被検者眼の瞳孔径によらず前記入射光を一定の比率で前記近用焦点よりも前記遠用焦点に多く配分させるように構成されている、
ことを特徴とする多焦点眼内レンズ。
請求項１の多焦点眼内レンズにおいて、
前記位相差は０．３以上０．４５以下とすることを特徴とする多焦点眼内レンズ。
請求項２の多焦点眼内レンズにおいて、
前記回折領域は前記光学部の前面側に形成されることを特徴とする多焦点眼内レンズ。