JP7249322B2 - モーフィングされた正弦波位相シフト構造を有する眼用レンズ - Google Patents

Description

本開示は、一般に眼用レンズに関し、より詳細には、中間視力及び近方視力のための擬似遠近調節を増加させるための拡張焦点深度を有する眼用レンズに関する。

白内障手術は最も一般的な眼科手術の１つであり、白内障の水晶体を人工眼内レンズ（ＩＯＬ）に置換する必要がある。典型的には、単焦点眼内レンズ（固定焦点距離を有する）を水晶体嚢に配置して、最良の遠方視力を提供する。単焦点ＩＯＬが埋め込まれた患者は遠方視力が良好であるが、中間視力及び近方視力の質は、日常生活の活動をサポートするには不十分であることがよくある。具体的には、コンピュータ、モバイルデバイス、及び他の技術的進歩に関連する日々のタスクゆえに、患者にとって良好で連続的な近くでの視野がますます重要になっている。それに応じて、中間視距離／近視距離において、拡張された且つ連続的な機能的視野を提供するために、ＩＯＬ並びにコンタクトレンズが必要である。

本開示は、一般に、十分な遠方視力を提供し、中間視距離から近視距離の範囲における焦点深度を拡大させる、多焦点眼用レンズ（例えば、ＩＯＬ、ハード及びソフトコンタクトレンズなど）に関する。特定の実施形態では、眼用レンズは、前面、後面、及び光軸を備える光学素子を含む。前面及び後面のうちの少なくとも一方は、ベース曲率と、モーフィングされた正弦波位相シフト（ＭＳＰＳ）構造とを含む表面プロファイルを備える。ベース曲率は、眼用レンズのベース屈折力に対応してもよく、モーフィングされた正弦波位相シフト構造は、中間視距離又は近視距離において眼用レンズの焦点深度を拡張させるように構成されてもよく、モーフィングされた正弦波位相シフトゾーンを備えてもよい。

特定の変形例では、モーフィングされた正弦波位相シフト構造は、３０～５５ｃｍ又は３３～５０ｃｍの範囲の中間視距離又は近視距離で焦点深度を拡張するように構成されている。

レンズの表面プロファイルは次のように定義できる。
Ｚ_optic＝Ｚ_base＋Ｚ_MSPS
式中、Ｚ_baseはベース曲率の表面プロファイルを定義し、Ｚ_MSPSは複数のモーフィングされた正弦波位相シフト構造を定義する。

更に、Ｚ_baseは次のように定義できる。

式中、ｒは光軸からの半径方向距離を示し、ｃは表面のベース曲率を示し、ｋは円錐定数を示し、ａ₂、ａ₄、及びａ₆はそれぞれ２次、４次、６次の係数である。

加えて、Ｚ_MPSSは次のように定義できる。

式中、ｒは光軸からの半径方向距離を示し、Ｒ_i及びＲ_i+1は各ゾーンの開始位置及び終了位置であり、Ｍ_iは各ゾーンのステップ高さであり、Ｔ_i ^Pは各ゾーン内の臨界点であり、ｉはゾーン番号を示す。

ある特定の実施形態では、本開示は、１つ以上の技術的利点を提供し得る。例えば、本開示の実施形態は、ベース単焦点非球面曲率をモーフィング正弦波位相シフト構造と組み合わせて、典型的な単焦点レンズと同様の遠方視力及び安全性プロファイルを維持しながら、近距離及び／又は中間距離において、拡張された機能的視野を提供する。モーフィングされた正弦波位相シフト構造を使用することにより、従来のＥＤＦ設計に見られる不連続な回折構造、及び小さな開口又はピンホールの影響を排除できる。それに応じて、実施形態により、患者は、従来のＥＤＦ又は単焦点設計よりも優れた視距離を、より少ない視覚妨害、低減された光の損失、及び、より高い効率と共に享受することが可能になり得る。

本開示及びその利点をより完全に理解するために、ここで添付の図面と併せて以下の説明を参照し、図面では、同様の参照符号は同様のフィーチャを示す。

特定の実施形態による、モーフィングされた正弦波位相シフト構造を有する拡張焦点深度ＩＯＬの例示的な実施形態を示す。 特定の実施形態による、モーフィングされた正弦波位相シフト構造を有する拡張焦点深度ＩＯＬの例示的な実施形態を示す。 ベース単焦点光学素子の例示的な表面サグプロットを示す。 光学素子上の複数のモーフィングされた正弦波位相シット構造から生じる追加された表面サグの例を示す。 特定の実施形態による、光学素子の特性を示す。 特定の実施形態による、光学素子の特性を示す。 特定の実施形態による、光学素子の特性を示す。

当業者は、以下に記載される図面が例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することは意図していないことを理解するであろう。

本開示は、一般に、十分な遠方視力を提供し、中間視距離から近視距離の範囲における焦点深度を拡大させる、眼用レンズ（例えば、ＩＯＬ及びコンタクトレンズ）に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、（１）遠距離での患者の低次及び／又は高次収差を部分的に又は完全に補正するための単焦点非球面レンズと、（２）レンズの前面及び／又は後面に追加されて、中近視距離の範囲において焦点深度を拡張させる、モーフィングされた正弦波位相シフト（ＭＳＰＳ）構造と、を有するＩＯＬ又はコンタクトレンズなどの眼用レンズを提供する。そのようなＭＳＰＳ強化レンズ設計は、単焦点レンズと同様の遠方視力及び安全性プロファイルを維持しながら、中間視距離／近視距離（例えば、５０ｃｍから３３ｃｍ）において、拡張された且つ連続的な機能的視野を提供してもよい。

図１Ａ～図１Ｂは、特定の実施形態による、中間視力から近方視力に対して拡張焦点深度を有するＩＯＬ１００の例示的な実施形態を示す。ＩＯＬ１００は、光軸１０８の周りに配置された前面１０４及び後面１０６を有する光学素子１０２を含む。光学素子１０２は、両側が凸状（双凸形）であって、挿入前に折り畳むことができる柔らかいプラスチックで作られていてもよく、それによりレンズの光学素子の直径よりも小さな切開部を通して配置することが可能である。ＩＯＬ１００は、患者の眼の水晶体嚢内にＩＯＬ１００を配置及び安定化させるように概ね動作可能な複数のハプティック１１０を更に含んでもよい。特定の構造を有するハプティック１１０が図１に示されているが、本開示は、水晶体嚢、毛様体溝、又は眼内の他の任意の好適な位置内でＩＯＬ１００を安定化させるための任意の好適な形状及び構造を有するハプティック１１０を企図している。

光学素子１０２の前面１０４（又は、他の実施形態では、後面１０６）は、ＩＯＬ１００のベース屈折力に対応するベース曲率を有してもよい。ＩＯＬ１００のベース屈折力は、典型的には患者の遠方視力に対応する。しかし、これは必須ではない。例えば、両眼に対して全体的な両眼視力を改善するために、非優位眼が、患者の対応する遠方屈折力よりもわずかに小さいベース屈折力を持つＩＯＬを有する場合がある。特定の実施形態では、ベース曲率は非球面であってもよい。図面は、光学素子１０２の前面１０４が特定の表面プロファイル、フィーチャ、及び特徴を有するものとして示しているが、本開示は、プロファイル、フィーチャ、及び特徴が光学素子１０２の後面１０６に追加的又は代替的に配置されてもよいことを企図していることに留意されたい。更に、開示された例は主に非球面単焦点ベースレンズについて議論しているが、本明細書に記載されたＭＳＰＳ構造は他のベースレンズプロファイルと組み合わせてもよい。それに応じて、本開示は、非球面単焦点光学素子に限定されず、当業者によって企図されるであろう他の変形例を含む。

ベース曲率に加えて、光学素子１０２の前面１０４（又は、他の実施形態では、後面１０６）は、複数の領域を含んでもよい。例えば、前面１０４は、光軸１０８から第１の半径方向境界まで延び得るＭＳＰＳ領域１１２と、第１の半径方向境界から第２の半径方向境界（例えば、光学素子１０２の端）まで延び得る屈折領域１１４とを含んでもよい。光学素子１０２の前面１０４は、２つの領域（ＭＳＰＳ領域１１２及び屈折領域１１４）を有するものとして図示及び説明されているが、本開示は、光学素子１０２の前面１０４又は後面１０６が任意の好適な数の領域を有する表面プロファイルを含んでもよいことを企図している。単なる一例として、前面１０４は、代替的に、回折領域によって分離された２つの屈折領域を有する表面プロファイルを含むことができる。

ＭＳＰＳ領域１１２は、複数のＭＳＰＳフィーチャ１１８（ゾーンとしても知られる）を有するモーフィングされた正弦波位相シフト（ＭＳＰＳ）構造１１６を備えてもよい。以下で詳細に説明するように、ＭＳＰＳ構造１１６を単焦点非球面光学素子１０２のベース曲率に追加して、偽水晶体患者に、中距離から近距離（例えば、２Ｄ～３Ｄ、１．５Ｄ～２．５Ｄ、１．５Ｄ～３．０Ｄ）において満足できる遠方視力及び連続的な視力矯正範囲をもたらし得るＩＯＬを形成してもよい。

ＭＳＰＳ強化光学素子１０２の表面は、数学的に説明することができる。特に、光学素子１０２は、患者のより低い及び／又はより高い遠方における収差を補正するベース非球面単焦点レンズを備えてもよく、特定のサグプロファイルを有してもよい。サグは、光軸から半径方向距離ｒにおける頂点からの、光学面の変位のｚ成分の指標である。光学素子１０２のベースレンズ（Ｚ_base）の前面及び後面のサグプロファイルは、式（１）に従って記述できる。

式中、
ｒは光軸からの半径方向距離を示し、
ｃは表面のベース曲率を示し、
ｋは円錐定数を示し、
ａ₂は２次の変形定数であり、
ａ₄は４次の変形定数であり、
ａ₆は６次の変形定数であり、
ａ₈は８次の変形定数であり、
ａ₁₀は１０次の変形定数である。

図２は、式（１）に基づく表面サグプロットである。前面及び後面の曲率は、ベースレンズが患者の眼の焦点ぼけを補正するように最適化され得る。その上、円錐定数（ｋ）及び高次係数（例えば、ａ₂、ａ₄、ａ₆、ａ₈など）を調節して、光学素子１０２の設計のために球面収差の異なるレベルを生成できる。このような球面収差は、個々の患者又は平均的な患者集団の角膜球面収差と組み合わされると、患者に最適な遠方視力矯正を提供できる。

中近距離でベースレンズの焦点深度を拡大するために、複数のＭＳＰＳゾーン１１６を備えるＭＳＰＳ構造１１６を、光学素子１０２の前面１０４又は後面１０６のいずれかに追加してもよい。ＭＳＰＳ構造（Ｚ_add）によって追加された前面又は後面のサグプロファイルは、式（２）に従って記述できる。

式中、
ｒは光軸からの半径方向距離を示し、
Ｒ_i及びＲ_i+1は、各ゾーンの半径方向の始点及び終点であり、
Ｍ_iは各ゾーンのステップ高さであり、
Ｔ_i ^Pは、各ゾーン内の臨界点であり、
ｉはゾーン番号ｉ＝０、１、２、３などを示す。

図３は、式（２）に基づいて追加された表面サグの例をプロットしている。図３の左側の曲線で分かるように、第１の正弦波位相シフトゾーン３１０（ｉ＝０）は、Ｒ₀からＲ₁に及ぶ。Ｍ₀は、ゾーン３１０のステップ高さであり、Ｔ₀ ^Pは、Ｒ₀からゾーン３１０のピーク（点Ｍ₀において）までの半径方向距離に対応する臨界点である。第２の正弦波位相シフトゾーン３２０（ｉ＝１）は、Ｒ₁からＲ₂に及ぶ。Ｍ₁は、ゾーン３２０のステップ高さであり、Ｔ₁ ^Pは、Ｒ₁からゾーン３２０のピーク（点Ｍ₁において）までの半径方向距離に対応する臨界点である。このパターンは、追加のゾーンに対して同様の方法で続く。

光学素子１０２のトータルのサグ（Ｚ_optic）は、ベース表面サグＺ_baseと、Ｚ_MPSSによって記述されたモーフィングされた正弦波位相シフト構造１１６との組み合わせであり、以下の式（３）に従って記述できる。
Ｚ_optic＝Ｚ_base＋Ｚ_MSPS 式（３）

それに応じて、ＭＳＰＳ構造を非球面単焦点ベースレンズに追加することにより、様々な改善された光学設計を開発することができる。一例では、モーフィングされたＭＳＰＳ１１６は、以下の表１に示すように７つのＭＳＰＳゾーン（ｉ＝０～６）を備える。

表１のパラメータによるＭＳＰＳ構造１１６を含む光学素子１０２は、２Ｄと３Ｄとの間の拡張焦点深度をもたらすことができる。３．４ｍｍの入射瞳（ＥＰ）及び表１のパラメータに対する、光路遅延（ｏｐｄ、ミリメートル単位での半径方向距離の関数として）、及びスルーフォーカス変調伝達関数（ＭＴＦ、ターゲット輻輳（ＴＶ（Ｄ））の関数として）の曲線が図４Ａ及び図４Ｂにプロットされている。

別の例では、ＭＳＰＳ構造１１６は、以下の表２に示すように７つのＭＳＰＳゾーン（ｉ＝０～６）を備える。

表２のパラメータによるＭＳＰＳ構造１１６を含む光学素子１０２は、２Ｄと３Ｄとの間の拡張焦点深度をもたらすことができる。３．４ｍｍの入射瞳（ＥＰ）及び表２のパラメータに対する、光路遅延（ｏｐｄ）、及びスルーフォーカス変調伝達関数（ＭＴＦ）の曲線が図５Ａ及び図５Ｂにプロットされている。

別の例では、ＭＳＰＳ構造１１６は、以下の表３に示すように７つのＭＳＰＳゾーン（ｉ＝０～６）を備える。

表３のパラメータによるＭＳＰＳ構造１１６を含む光学素子１０２は、１．５Ｄと２．５Ｄとの間の拡張焦点深度をもたらすことができる。３．４ｍｍの入射瞳（ＥＰ）及び表２のパラメータに対する、光路遅延（ｏｐｄ）、及びスルーフォーカス変調伝達関数（ＭＴＦ）の曲線が図６Ａ及び図６Ｂにプロットされている。

それに応じて、本開示の実施形態は、ベース単焦点非球面曲率をＭＳＰＳ構造と組み合わせて、典型的な単焦点ＩＯＬと同様の遠方視力及び安全性プロファイルを維持しながら、近距離及び／又は中間距離において拡張された機能的視野を提供する。特定の変形例では、遠方視力を維持しながら、３３ｃｍから５０ｃｍの間の近距離において、拡張された且つ連続的な機能的視野が提供される。

本明細書で説明するように、ベース非球面単焦点レンズをＭＳＰＳ構造と組み合わせることにより、多数の長所及び利点が得られる場合がある。例えば、遠方でのベースレンズの画質は、遠方視力（例えば、視力又はコントラスト感度）が患者にとって依然として満足できる範囲で、良好に制御された形で低下し始める場合がある。その上、遠方の画質が低下するにつれて、中間／近くの焦点ぼけ位置の範囲（例えば、２～３Ｄ又は１．５～２．５Ｄ）での画質が増加し始める場合があり、それにより患者が中間距離／近距離において、はるかに広い焦点範囲にてターゲットを解像できるようになる。

それに応じて、以前の拡張焦点深度（ＥＤＦ）設計は典型的には、焦点深度を遠距離から中間距離に拡張するが、本明細書で説明するＭＳＰＳ強化設計は、中間視距離及び近視距離（例えば、２Ｄから３Ｄ）に焦点深度を拡張できる。また、２つの異なるポイント（近距離及び遠距離）で視力が補正される以前の単焦点設計と比較して、本明細書で説明するＭＳＰＳ強化設計は、中間視距離又は近視距離に焦点深度を連続的に拡張する（例えば、２Ｄから３Ｄ）。その結果、本開示は、従来のＥＤＦ又は単焦点レンズ設計によって対処されていない患者のニーズ及び利益に対処している。

その上、本明細書に記載されるＭＳＰＳ技術は、従来のＥＤＦ ＩＯＬ設計で使用される不連続回折構造に依存しない。（典型的には視覚妨害を引き起こす）不連続な回折構造を排除することにより、開示されたレンズ設計は、従来の回折レンズと比較して改善された光学性能を提供できる。同様に、本明細書中に記載されるＭＳＰＳ技術は、焦点深度を拡大するための小さな開口又はピンホール効果を必要としない。従って、本明細書で企図される改善されたＭＳＰＳ強化レンズ設計は、そのような既存の設計と比較して、光の損失を回避し効率を改善することにより、光学性能を更に改善することができる。加えて、本明細書にて開示された改善されたレンズの前面又は後面のいずれかに追加の球面収差を追加して、様々な瞳孔サイズにおいて光学的遠方視力を実現することができ、それにより、ＭＳＰＳ強化レンズのカスタマイズのための追加の柔軟性がもたらされる。

上記で開示した及びその他の、種々のフィーチャ及び機能、若しくはそれらの代替例は、所望により組み合わせて、多くの他の異なるシステム又は適用形態とすることができることが理解されよう。例えば、上述の実施形態は、眼用レンズがＩＯＬであることに関するが、当業者は、本明細書に記載のＭＳＰＳのフィーチャ及び技術がソフト又はハードコンタクトレンズにも適用可能であることを理解するであろう。現在は予期されていない又は予想されていない、本開示における種々の代替例、修正例、変形例、又は改善例が、当業者によって引き続き実現されてもよく、この代替例、変形例、及び改善例もまた、以下の特許請求の範囲に包含されることが意図されることも理解されよう。

Claims (8)

1. 前面、後面、及び光軸を備える光学素子品を備える眼用レンズであって、
   前記前面及び前記後面のうちの少なくとも一方は、
   ベース曲率と、
   複数のモーフィングされた正弦波位相シフトゾーンを備えるモーフィングされた正弦波位相シフト構造と、
   を含む表面プロファイルを有し、
   前記表面プロファイルは、
   Ｚ _optic ＝Ｚ _base ＋Ｚ _MSPS
   として定義され、
   式中、Ｚ _base は前記ベース曲率の前記表面プロファイルを定義し、Ｚ _MSPS は複数の前記モーフィングされた正弦波位相シフト構造を定義し、
   

   

   であって、
   ｒは前記光軸からの半径方向距離を示し、
   ｃは前記表面のベース曲率を示し、
   ｋは円錐定数を示し、
   ａ ₂ 、ａ ₄ 、ａ ₆ 、ａ ₈ 、及びａ ₁₀ は、それぞれ２次、４次、６次、８次、及び１０次の係数であり、
   

   

   であって、
   ｒは前記光軸からの半径方向距離を示し、
   Ｒ _i 及びＲ _i+1 は、前記ゾーンの各々の半径方向の始点及び終点であり、
   Ｍ _i はゾーンの各々のステップ高さであり、
   Ｔ _i ^P は、前記ゾーンの各々の中の臨界点であり、
   ｉはゾーン番号を示す、眼用レンズ。
2. 前記ベース曲率は、前記眼用レンズのベース屈折力に対応する、請求項１に記載の眼用レンズ。
3. 前記モーフィングされた正弦波位相シフト構造は、中間視距離又は近視距離において前記眼用レンズの焦点深度を拡張するように構成されている、請求項１に記載の眼用レンズ。
4. モーフィングされた正弦波位相シフト構造は、３０～５５ｃｍの範囲の中間視距離又は近視距離において焦点深度を拡張するように構成されている、請求項３に記載の眼用レンズ。
5. モーフィングされた正弦波位相シフト構造は、３３～５０ｃｍの範囲の中間視距離又は近視距離において焦点深度を拡張するように構成されている、請求項３に記載の眼用レンズ。
6. モーフィングされた正弦波位相シフト構造は、少なくとも７つのモーフィングされた正弦波位相シフトゾーンを含む、請求項３に記載の眼用レンズ。
7. 眼内レンズを備える、請求項１に記載の眼用レンズ。
8. コンタクトレンズを備える、請求項１に記載の眼用レンズ。

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