JP5462154B2 - 回折型眼内レンズ - Google Patents

Description

本発明は、回折型眼内レンズ（ＩＯＬ）に関し、具体的には、回折型多焦点ＩＯＬに関する。

ＩＯＬは、患者の天然の水晶体が病気であるか、正常に機能しない場合に、患者の天然の水晶体を置換するのに用いられる人工水晶体である。ある状況下では、移植するＩＯＬとともに、天然の水晶体も患者の眼内に残しておいてもよい。ＩＯＬは、眼の後眼房また前眼房に入れられる。

ＩＯＬは、典型的には、多少の屈折力を有する。後眼房に入れるＩＯＬは、典型的には、天然の水晶体の除去を埋め合わせるのに十分な能力を有する。前眼房に入れるレンズは、天然の水晶体の能力を補うか、あるいは天然の水晶体の除去を埋め合わせるのに十分な能力を有しうる。ＩＯＬは、さまざまな形態および材料で供給される。

一部のＩＯＬは多焦点型である。多焦点ＩＯＬは、少なくとも２種類の異なる屈折力を有するＩＯＬである。典型的には、このような多焦点ＩＯＬは、装着者に近視力および遠視力を可能にする屈折力を与えることによって、老眼の影響を改善する。少なくとも１種類の能力を、回折面を使用して少なくともある程度提供する多焦点ＩＯＬは、単一回折のＩＯＬと比較して比較的輪郭が小さいという利点をもたらす。したがって、回折型ＩＯＬは、典型的には、より小さい切開を通じてより容易に患者の眼内に挿入される。

図１は、従来の多焦点ＩＯＬ１０を示しており、曲面１２は、その上に配置され、回折要素に入射する光の第１の部分が第１の焦点距離で回折し、焦点を合わせるように設定された回折要素１４を有する（例えば、光の第１部分は回折要素の第１の回折次数内へと導かれる）。第１部分の第１の焦点距離は、回折要素と曲面（例えば、回折面）の屈折力の組合せによって決定される。

光の第２部分は、回折せずに回折要素を通過する（例えば、光は回折要素の零次の回折次数へと導かれる）。光の第２部分は、回折によって逸脱することなく、レンズの回折要素を通過する。しかしながら、零次の次数における光は、第２の焦点距離で焦点が合うように、表面の屈曲によって屈折する。

図２は、第２の従来の多焦点ＩＯＬ２０を示しており、ＩＯＬの一表面の第１の領域２２は、回折要素２４を有する。表面の第１の領域は、光の第１部分が１次の回折要素内に投影されるように設定され、表面の屈折力と合わせて、近視力にとって十分な屈折力を提供する。回折部分の零次の次数における第１の領域を通過する光は、単に屈折し、遠視力のためのレンズの外側部２６からの光と結合する。したがって、第１の回折次数における光は第１の距離で焦点を結び、零次の回折次数における光は第２の距離で焦点を結ぶ。

零次の次数の屈折に頼る回折型多焦点ＩＯＬの不利な点は、零次の次数における光の焦点を合わせるためには適切な屈折曲面が必要なことから、レンズの厚さが比較的厚いことである。零次の回折次数の焦点合わせについての他の不利な点は、単に屈折した光（例えば、零次の次数における非回折光）が、少なくともある程度屈折した光と比べて、比較的大きい正の色収差を有することであり、したがって、零次の次数で光を通過させるＩＯＬの正のパワーを備えた屈折面は、患者の角膜および／または天然の水晶体によってもたらされる正の色収差に悪影響を及ぼす。

本発明の態様は、互いに異なる大きさの屈折力を有する少なくとも２つの領域を有するＩＯＬを対象とし、領域の各々は、レンズに入射される光を集光する力（focusing power）を提供するため、実質的に単一の零次ではない回折のみを有する（すなわち、実質的に零次の回折を有さない）。したがって、レンズの所定の領域を通過する実質的にすべての光は、対応する単一の回折次数に回折される。典型的には、第１および第２の領域は、レンズの同一表面上に配置されるが、本発明の態様に従った実施の形態は、そのように限定されない。

さらには、一部の実施の形態では、２つまたはそれ以上の領域は、レンズ表面の全体または実質的に全体を覆う。このような実施の形態では、光は全く、または実質的に全く、非回折のレンズを通過しないことが認識されよう。一部の実施の形態では、回折面は、前面の一部または後面の一部にのみ配置されて差し支えないが、光が非回折のレンズを通過することがないように、その部分が配置される。

本発明の第１の態様は、第１の回折領域と、第１の回折領域とは異なる大きさの力を有する第２の回折領域とを含む、ＩＯＬを対象とする。第１の領域は、そこを通過して投影される第１の選択波長における実質的にすべての光を、単一の零次ではない回折次数に回折するように構成され、第２の領域は、そこを通過して投影される第２の選択波長における実質的にすべての光を、単一の零次ではない回折次数に回折するように構成される。

一部の実施の形態では、第１の選択波長および第２の選択波長は、可視スペクトルにおける実質的に同一の波長である（例えば、互いに１００ｎｍ以内）。一部の実施の形態では、第１の選択波長および第２の選択波長は、可視スペクトルにおける同一の波長である（例えば約５５５ｎｍ）。

一部の実施の形態では、ＩＯＬはさらに、第１および第２の領域とは異なる大きさの力を有する、第３の回折領域を含む。第３の領域は、そこを通過して投影される実質的にすべての光（選択される波長において）を、対応する単一の回折次数に回折するように構成される。

一部の実施の形態では、第１の領域および第２の領域は、それぞれ一次の回折次数に光を投影する。第１および第２の領域は、同心円状に配置されて差し支えない。ＩＯＬは、１つ以上の支持部を含みうる。一部の実施の形態では、ＩＯＬは、シリコーン、ＰＭＭＡ、折り畳み可能な親水性のアクリル、および折り畳み可能な疎水性のアクリルのうち少なくとも１種類を含む材料で作られる。一部の実施の形態では、ＩＯＬは、さらに、第１および第２の領域と同心の第３の領域を含み、ここで、第１の領域、第２の領域、および第３の領域は、短焦点および遠焦点の交互の領域を形成する。

本発明の別の態様は、
（１）ＩＯＬの第１の回折領域および第２の回折領域上に光を投影する工程であって、前記第１の領域が第１の回折屈折力を有し、前記第２の領域が第１の回折屈折力とは異なる大きさの第２の回折屈折力を有する工程と；
（２）第１の領域に投影される第１の選択波長の実質的にすべての光を単一の回折次数に回折する工程と；
（３）第２の領域上に投影される第２の選択波長の実質的にすべての光を単一の回折次数に回折する工程と、
を有してなる方法を対象とする。

説明に役立つ、本発明の非限定的な実施の形態は、添付の図面を参照して、例証として記載されるものであり、同一の参照番号は、異なる図面における同一または同様の要素を指定するために用いられる。

従来の多焦点回折ＩＯＬの概略的な断面図。 別の従来の多焦点回折ＩＯＬ。 本発明の態様にしたがって構成されるＩＯＬの実施の形態例の断面図。 図３Ａにおけるレンズの平面図。

図３Ａは、本発明の態様にしたがって構成されるＩＯＬ１００の実施の形態例の断面図である。

ＩＯＬ１００は、直径Ｄを有する第１の回折領域１１０と、第２の回折領域１２０を含む。第１および第２の回折領域は、互いに異なる大きさの力を有し、したがって、異なる焦点を有する。力は従来技術に従って選択され、２つの異なる距離における患者の視力を提供する。例えば、第１の力は患者に読むための近視力を提供して差し支えなく、第２の力は遠視力のために選択されうる。図に示すレンズは異なる大きさの力を有する２つの領域を有するが、任意の適切な数の領域が提供されて構わない（例えば３つ、４つ、またはそれ以上の領域）。典型的には、異なる力を有する３つ以上の領域が存在する場合は、第１の領域は近視力を提供し、第２の領域は遠視力を提供し残る領域は、１つ以上の距離における中間視力を提供する。

本発明の態様にしたがって、第１の領域は、そこを通過して投影される第１の選択波長における実質的にすべての光を、単一の零次ではない回折次数に回折するように構成され、第２の領域は、そこを通過して投影される第２の選択波長における実質的にすべての光を、単一の零次ではない回折次数に回折するように構成される。

そのように構成されたレンズは、零次の次数において光を屈折させる必要がないことから、光を零次の次数に投影するように構成されたレンズよりも薄い構造を採りうることが認識されよう（すなわち、もたらされうる任意の屈折力は、回折面によって得られる力によって低減される）。典型的には、零次ではない次数は、製造の容易さ、および／または、第１の次数への回折が達成されうる効率性から、第１の正の次数または第１の負の次数であろう。しかしながら、本発明の態様にしたがって、任意の正または負の回折次数を用いて領域に異なる力を提供することもできる。回折領域は、ＩＯＬの前面および／または後面上に形成されうる。

一部の実施の形態では、第１の選択波長および第２の選択波長は、可視スペクトルにおける同一の波長であるか、または可視スペクトルにおける実質的に同一の波長である（例えば、互いに２０ｎｍ以内）が、第１の選択波長は第２の選択波長とは異なっていてもよい。第１の選択波長が第２の選択波長と同一である一部の実施の形態では、波長は、眼における感度が高い波長に位置する（例えば、約５５５ｎｍ）。第１および第２の選択波長が互いに異なる場合であっても、一部の実施の形態では、両波長は眼における感度が高い波長に位置する（例えば、第１の選択波長は５５５ｎｍであり、第２の選択波長は５４８ｎｍである）。

本発明の態様に従ったＩＯＬを使用して画像を形成するのに用いられるすべての光は、少なくともある程度は回折面によって形成され、本ＩＯＬは、光が零次の回折次数を通過する回折レンズと比較して、色収差の量を低減させることが認識されよう。一部の実施の形態では、レンズは正の色収差の量を低減させた光を伝達し、一部の実施の形態では、レンズは負の色収差を有する光を伝達し、このようにして、患者の角膜、天然の水晶体および／または他の眼光学媒体によって取り込まれた正の色収差をより良好に相殺することができる。

「そこを通過して投影される選択波長における実質的にすべての光を単一の回折次数に回折するように構成された」という語句は、レンズのある領域における所定の位置に入射した、選択波長における光の少なくとも９０％が、その領域の選択された単一の回折次数に入ることを意味する。

所定の領域における回折は、典型的には、選択された次数以外の次数へのある程度の結合を生じることが認識されよう。このような光の特定量の損失が認められる一方で、典型的には、より高い伝達効率が望ましい。例えば、より高い伝達効率は、より良好な低光量視力およびより良好なコントラスト感度をもたらすことにつながる。一部の実施の形態では、少なくとも９５％またはそれ以上の光が、選択された次数に導かれる。

式１は、所定の波長における格子素子間隔と回折の焦点距離の関係を与える式である。
ｒ_q ＝ ｓｑｒｔ（２＊ｑ＊λ＊ｄ） 式１
ここで
ｑ ＝ 区域番号
ｒ_q ＝ 同心円状の区域の半径（例えば間隔）
λ ＝ 設計波長
ｄ ＝ 回折素子の焦点距離
である。

式に示すように、区域の間隔ｒは焦点距離ｄに比例する。力は焦点距離に反比例することから、区域間隔を縮小してより大きい屈折力を達成する。

式２は、所定の波長における回折光の所定の次数についての格子深さと伝達効率の関係を与える式である。
Ｉ ＝ ｓｉｎｃ²（ｍ−α） 式２
ここで
ｍ ＝ 回折次数
α ＝ （ｎ'−ｎ）＊Δ／λ
ｎ' ＝ ＩＯＬ材料の屈折率
ｎ ＝ 環境材料の屈折率（例えば房水）
Δ ＝ 格子の最大深さ
である。

本発明の一部の実施の形態では、回折領域は、ピーク回折効率が、眼の最大感度が生じる波長における光において生じるように設計され（すなわち、約５５５ｎｍ）、結果として、より短い、またはより長い波長を有する光は、効率的な回折に劣る。このような態様に従ったＩＯＬの利点は、実質的に５５５ｎｍよりも短い波長を有する光（例えば、青色光、紫色光および／または紫外光）では、少なくともある程度、眼における焦点がぼけていることである。青色光、紫色光および紫外光は、加齢に関係する黄斑の変性と関わっている。焦点ぼけしたエネルギーは強度が減弱していることから、焦点がぼけた青色、紫色および紫外光は、人間の黄斑（すなわち、網膜）への損傷が少ないと考えられる。

回折領域で達成されうる、波長の関数としての焦点ぼけの程度は、典型的には、屈折性のＩＯＬにおける縦の色収差によって達成されるものよりも大きいことが認識されよう。例えば、典型的な回折レンズは、紫色光（４００ｎｍ）と緑色光（５５５ｎｍ）の１ジオプトリーの屈折力の差（正の色収差）をもたらしうるが、回折素子は紫色光と緑色光の１０ジオプトリーの屈折力の差（負の色収差）をもたらしうる。

さらには、通常はＩＯＬに加えて患者の網膜に入射する青色光を低減または排除する、青色を遮蔽する発色団とは異なり、本発明の態様に従ったＩＯＬでは、青色光は、依然として患者の網膜に到達する。焦点がぼけていたとしても、患者の網膜に到達する青色光は、季節性の疾患に関してある程度の利益をもたらすと考えられる。

図３Ｂは、図３Ａにけるレンズ１００の平面図である。レンズの領域１１０および１２０は、同心円状に配置されることが理解されよう。しかしながら、領域の任意の好適な配置が用いられて差し支えない。また、２つの同心円状に配置された領域が示されているが、一部の実施の形態では、３つ、４つ、またはそれ以上の同心円状に配置された領域が用いられて構わない。例えば、領域は、短焦点と遠焦点の交互の領域をもたらす、同心円状の領域として配置されて差し支えない。

本発明の態様に従ったレンズは、患者の眼の内部に配置されるように構成されうる（例えば、前眼房または後眼房）。レンズ１００は支持部を有さずに示されているが、眼におけるＩＯＬの位置合わせを容易にするため、１つ以上の支持部を加えてもよい。支持部は、任意の適切な形状のものでありうる（例えばフィラメント状または円板状）。本発明の態様に従ったレンズは、任意の適切な製造技術を用いて製造されうる。しかしながら、優れた回折特性を形成する適切な技術の１つは、射出成形である。

本発明の態様に従ったレンズは、任意の適切な材料を使用して製造されうる。例えば、シリコーン、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、折り畳み可能な親水性のアクリル、または折り畳み可能な疎水性のアクリルのうち少なくとも１種類を使用して構わない。

図に示した実施の形態では、レンズのすべての部分を通過する光が回折する。図示した実施の形態ではレンズのすべての部分を通過する光が回折するが、レンズの任意の所定の実施の形態では、そのレンズが眼内にある場合、レンズのある部分だけが、そこを通過する光に色収差の利益を与える。レンズの他の部分（すなわち、レンズの外周縁）は、光を屈折させてもさせなくてもよい。

以下は、本発明の態様に従ったシリコーンで製造した２０ジオプトリーの「中央添加（central add）」二焦点回折型ＩＯＬの設計例である。屈折力の使用により、レンズは、２０ジオプトリーのレンズであり、レンズの基本設計は１５ジオプトリーの屈折力を有し、そのため、標準的な２０ジオプトリーのレンズよりも薄い。本発明のレンズは屈折力を提供するように加工され、一部の実施の形態では、すべての屈折力は回折により提供される。

下記の表は、基本レンズの光学的処方および、例となるレンズの前面に配置された回折格子を示している。

区域１〜７は中央の添加領域に対応し、８．７５ジオプトリーの屈折力および２３．７５ジオプトリーの合計屈折力を有する。区域８〜４０は外側の環状領域に対応し、５ジオプトリーの屈折力および２０ジオプトリーの合計屈折力を有する。したがって、中心添加領域の力は３．７５ジオプトリーである。中央領域の直径は１．９ｍｍである。

第１の領域（区域１〜７を含む）および第２の領域（区域８〜４０を含む）のそれぞれは、そこを通過して投影される実質的にすべての光を、実質的に対応する単一の回折次数に投影するように構成される。

本発明の概念および多くの典型的な実施の形態について説明してきたが、本発明がさまざまな方法で実施されうることは当業者には明白であろう。また、当業者にとって、変更および改善が容易に想起されることも明白であろう。したがって、実施の形態は、限定されることは意図されておらず、単に例証として提示されるものである。本発明は、添付の特許請求の範囲によって要求されるもの、およびその等価物によってのみ限定される。

Claims (11)

1. 第１の回折領域と、
   第１の回折領域とは異なる大きさの力を有する第２の回折領域と、
   を含むＩＯＬであって、
   前記第１の領域は、そこを通過して投影される第１の選択波長における実質的にすべての光を、単一の零次ではない回折次数に回折するように構成され、
   前記第２の領域は、そこを通過して投影される第２の選択波長における実質的にすべての光を、単一の零次ではない回折次数に回折するように構成され、
   前記第１の回折領域および前記第２の回折領域が、レンズの単一の屈折力を有する表面上に配置される、
   ＩＯＬ。
2. そこを通過して投影される第３に選択される波長における実質的にすべての光を、対応する単一の零次ではない回折次数に回折するように構成された、前記第１および前記第２の領域とは異なる大きさの力を有する第３の回折領域をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のＩＯＬ。
3. 前記第１の領域および前記第２の領域が、対応する一次の回折次数に光を投影することを特徴とする請求項１記載のＩＯＬ。
4. 前記第１および第２の領域が同心円状に配置されることを特徴とする請求項１記載のＩＯＬ。
5. 前記ＩＯＬが１つ以上の支持部を含むことを特徴とする請求項１記載のＩＯＬ。
6. 前記ＩＯＬが、シリコーン、ＰＭＭＡ、折り畳み可能な親水性のアクリル、および折り畳み可能な疎水性のアクリルのうち少なくとも１種類を含む材料で作られることを特徴とする請求項１記載のＩＯＬ。
7. 前記第１および第２の領域と同心円状に存在する第３の領域をさらに含み、前記第１の領域、前記第２の領域、および前記第３の領域が短焦点および遠焦点の交互領域を形成することを特徴とする請求項４記載のＩＯＬ。
8. 前記第１の選択波長および前記第２の選択波長が、可視スペクトルにおける実質的に同一の波長であることを特徴とする請求項１記載のＩＯＬ。
9. 前記第１の選択波長および前記第２の選択波長が、可視スペクトルにおける同一の波長であることを特徴とする請求項１記載のＩＯＬ。
10. 前記同一の波長が５５５ｎｍであることを特徴とする請求項８または９記載のＩＯＬ。
11. 前記第１の選択波長が、最大感度が生じる波長であり、
    前記第１の領域が、前記第１の選択波長におけるピーク回折効率を有し、かつ、より短いまたはより長い波長の光を低効率で回折させるように設計される
    ことを特徴とする請求項１記載のＩＯＬ。

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