KR101711054B1 - 색수차의 변화 정정을 갖는 ｉｏｌ - Google Patents

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Abstract

안과 렌즈(ophthalmic lens)는 450㎚ 미만의 파장을 갖는 적어도 가시 광을 필터링(filter out)하도록 동작가능한 광학 필터를 포함한다. 렌즈는 또한, 550㎚ 초과의 제 1 파장 범위 내의 가시 광에 대해 초점을 발생시키고, 제 1 파장 범위 내의 인입하는(incoming) 가시 광에 대해 길이방향 색수차(longitudinal chromatic aberration)를 1 디옵터(diopter) 미만으로 감소시키도록 적응된 제 1 회절 구조를 포함한다. 렌즈는 또한, 반경 방향으로 제 1 회절 구조 외부에 있고 450㎚ 내지 550㎚ 사이의 제 2 파장 범위 내의 가시 광에 대해 초점을 발생시키도록 적응된 제 2 회절 구조를 포함한다. 제 2 회절 구조는 또한, 제 1 회절 구조보다 큰 양의, 제 1 파장 범위 내의 길이방향 색수차를 허용하면서 제 2 파장 범위 내의 인입하는 가시 광에 대해 길이방향 색수차를 1 디옵터 미만으로 감소시키도록 적응된다.

Description

색수차의 변화 정정을 갖는 ＩＯＬ{IOL WITH VARYING CORRECTION OF CHROMATIC ABERRATION}
우선권 출원
본 출원은 2009년 6월 9일 출원된 미국 가출원 번호 제61/185,510호에 대한 우선권을 청구하고, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
관련 출원들
본 출원은, 본 출원이 우선권을 청구하는 출원과 동일한 날에 출원된 출원 번호 제61/185,512호에 대한 우선권을 청구하는, 발명의 명칭 "ZONAL DIFFRACTIVE MULTIFOCAL INTRAOCULAR LENS WITH CENTRAL MONOFOCAL DIFFRACTIVE REGION"인 공동-계류중인 출원 번호 제12/780,244호에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 안과 렌즈들(ophthalmic lenses), 특히 색수차들(chromatic aberrations)에 대한 보상을 제공하는 안구내 렌즈들(IOLs; intraocular lenses)에 관한 것이다.
안구내 렌즈들은 일반적으로 백내장 수술(cataract surgery)을 통해, 폐색된 천연 수정체(occluded natural crystalline lens)를 대체하기 위해 이용된다. 다른 경우들에서, 안구내 렌즈는 환자의 시력을 개선하기 위해 천연 수정체를 유지하면서 환자의 눈에 이식될 수 있다. 단초점 및 다중초점 IOL들 양자 모두가 알려져 있다. 단초점 IOL들이 단일 포커싱 파워를 제공하는 반면에, 다중초점 IOL들은 통상적으로 가조절(pseudoaccommodation)로 알려진 조절의 정도(degree of accommodation)를 제공하기 위해 복수의 포커싱 파워들―일반적으로 2개―을 제공할 수 있다.
그러나, 많은 종래의 IOL들은 IOL들 상에 입사하는 광 에너지를 환자의 망막(retina) 상으로 집중시키는 데 있어서 IOL들의 효율을 저하시킬 수 있는 색수차들을 나타낸다. 이러한 종래의 IOL들은 일반적으로, 렌즈 내에 내재하는 및/또는 환자의 눈의 광학 시스템 내에 존재하는 색수차들을 해결하도록 설계되지 않았다.
따라서, 종래의 IOL들에 비해 개선된 성능을 갖는 향상된 안과 렌즈들, 특히 IOL들에 대한 계속되는 필요성이 존재한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 안과 렌즈는 450㎚ 미만의 파장을 갖는 적어도 가시 광을 필터링(filter out)하도록 동작가능한 광학 필터를 포함한다. 렌즈는 또한, 550㎚ 초과의 제 1 파장 범위 내의 가시 광에 대해 초점을 발생시키고, 제 1 파장 범위 내의 인입하는(incoming) 가시 광에 대해 길이방향 색수차(longitudinal chromatic aberration)를 1 디옵터(diopter) 미만으로 감소시키도록 적응된 제 1 회절 구조를 포함한다. 렌즈는 또한, 반경 방향으로 제 1 회절 구조 외부에 있고, 450㎚ 내지 550㎚ 사이의 제 2 파장 범위 내의 가시 광에 대해 초점을 발생시키도록 적응된 제 2 회절 구조를 포함한다. 제 2 회절 구조는 또한, 제 1 회절 구조보다 큰 양(amount)의, 제 1 파장 범위 내의 길이방향 색수차를 허용하면서 제 2 파장 범위 내의 인입하는 가시 광에 대해 길이방향 색수차를 1 디옵터 미만으로 감소시키도록 적응된다.
다른 실시예에서, 제 1 회절 구조의 회절 효율(diffraction efficiency)은 580㎚의 설계 파장에 대해 100%인이다.
다른 실시예에서, 제 2 회절 구조의 회절 효율은 505㎚의 설계 파장에 대해 100%이다.
다른 실시예에서, 렌즈는 21D까지의 전체적인 파워를 갖고, 제 1 회절 구조 및 제 2 회절 구조 각각은 4.25D 미만의 각각의 회절 파워를 갖는다.
다른 실시예에서, 제 1 회절 구조는 적어도 2㎜의 반경으로 연장되고, 제 2 회절 구조는 적어도 3㎜의 반경으로 연장된다.
다른 실시예에서, IOL을 제조하는 방법은, 550㎚ 초과의 제 1 파장 범위 내의 가시 광에 대해 초점을 발생시키고, 제 1 파장 범위 내의 인입하는 가시 광에 대해 길이방향 색수차를 1 디옵터 미만으로 감소시키도록 적응된 제 1 회절 구조를 위한 제 1 윤곽(profile)을 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 반경 방향으로 제 1 회절 구조 외부에 있고, 450㎚ 내지 550㎚ 사이의 제 2 파장 범위 내의 가시 광에 대해 초점을 발생시키도록 적응된 제 2 회절 구조를 위한 제 2 윤곽을 결정하는 단계를 포함한다. 제 2 회절 구조는 또한, 제 1 회절 구조보다 큰 양의, 제 1 파장 범위 내의 길이방향 색수차를 허용하면서 제 2 파장 범위 내의 인입하는 가시 광에 대해 길이방향 색수차를 1 디옵터 미만으로 감소시킨다. 다음으로 방법은 제 1 윤곽 및 제 2 윤곽을 갖는 안과 렌즈를 형성하는 단계 및 450㎚ 미만의 파장을 갖는 적어도 가시 광을 필터링하도록 동작가능한 광학 필터를 포함시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 제 1 회절 구조의 회절 효율은 580㎚의 설계 파장에 대해 100%이다.
다른 실시예에서, 제 2 회절 구조의 회절 효율은 505㎚의 설계 파장에 대해 100%이다.
다른 실시예에서, 렌즈는 21D까지의 전체적인 파워를 갖고, 제 1 회절 구조 및 제 2 회절 구조 각각은 4.25D 미만의 각각의 회절 파워를 갖는다.
다른 실시예에서, IOL을 제조하는 방법은 적어도 450㎚ 미만의 파장을 갖는 광을 필터링하도록 동작가능한 광학 필터를 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 명소시 조건들(photopic conditions)을 위한 선택된 동공 크기 이내의 반경을 갖는 적어도 하나의 중앙 회절 구조를 위한 제 1 윤곽을 결정하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 회절 구조는 명소시(photopic vision)를 위한 피크 시각적 수용성에 대응하는 파장 범위 내에서 길이방향 색수차를 1 디옵터 미만으로 정정하도록 구성된다. 방법은 제 1 회절 구조의 반경 외부의 광학 영역을 위한 제 2 윤곽을 결정하는 단계를 더 포함한다. 광학 영역은 적어도 하나의 회절 구조에 의해 허용된 길이방향 색수차보다 큰 양의 길이방향 색수차를 허용하도록 구성된다. 광학 영역에 의해 허용된 길이방향 색수차는, 명소시를 위한 피크 시각적 수용성으로부터 암소시(scotopic vision)를 위한 피크 시각적 수용성을 향하여 광 에너지를 시프트하고, 광학 영역에 의해 허용된 길이방향 색수차는 암소시를 위한 피크 시각적 수용성에 대응하는 파장 범위 내에서 1 디옵터 미만이다. 다음으로 방법은 광학 필터, 및 적어도 하나의 중앙 회절 영역 및 광학 영역을 위한 제 1 및 제 2 윤곽들을 갖는 안과 렌즈를 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다양한 양상들의 추가의 이해는 아래에 간략히 논의되는 도면들과 함께 다음의 상세한 설명을 참조하여 획득될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 IOL의 개략적 측면도를 도시하는 도면.
도 1b는 도 1a로부터 전면 표면의 베이스 윤곽이 제거된, 도 1a에 도시된 IOL의 전면 표면의 윤곽을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IOL의 주변부로 연장되는 복수의 회절 구조들을 갖는 IOL의 개략적 측면도를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 및 제 2 회절 구조들을 분리시키는 환형 굴절 영역을 갖는 IOL의 개략적 측면도를 도시하는 도면.
도 4는 렌즈의 후면 표면이, 구면 수차(spherical aberration) 영향을 제어하기 위한 비구면 베이스 윤곽을 나타내는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IOL의 개략적 측면도를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 특정 실시예에 따른 IOL을 제조하는 방법을 도시하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 특정 실시예에 따른 IOL을 제조하는 다른 예시적 방법을 도시하는 흐름도.
본 발명은 일반적으로, 정정을 필요로 하는 컬러들의 스펙트럼을 제한하기 위해 광학 필터와 함께 이용되는, 2개의 상이한 파장 범위들에 대한 색수차를 제공하는 공통 초점을 갖는 2개의 회절 구조들을 갖는 안구내 렌즈를 제공한다. 제 1 회절 구조는 550㎚ 초과의 비교적 긴 파장들에 대한 색수차 정정을 제공하는 반면, 제 1 회절 구조를 둘러싸는 제 2 회절 구조는 보다 긴 파장 범위 내의 색수차를 허용하면서 보다 짧은 파장 범위 이내의 색수차 정정을 제공한다. 동작시에, 회절 구조들의 조합은 작은 동공 조건들에서 색수차를 위한 양호한 정정을 제공한다. 외부의 회절 엘리먼트는 낮은-광 조건들에서의 눈의 피크 민감도(peak sensitivity)에 대응하는, 보다 짧은 파장들에 대한 색수차가 없는 선명한 이미지들을 제공하기 위해 큰-동공 조건들에서 동작한다. 회절 엘리먼트들의 조합은 광의 제한된 스펙트럼과 함께, 다양한 조명(lighting) 조건들 하에서의 선명한 시력을 허용하도록 상이한 파장 범위들에서 색수차 정정을 효율적으로 관리한다.
후술되는 실시예들에서, 본 발명의 다양한 양상들의 핵심적인 특징들이 안구내 렌즈들(IOLs)과 관련되어 논의된다. 본 발명의 교시들은 또한 콘택트 렌즈들과 같은 다른 안과 렌즈들에도 적용될 수 있다. 용어 "안구내 렌즈(intraocular lens)" 및 그의 약어 "IOL"은, 눈의 천연 렌즈(natural lens)를 대체하거나, 그렇지 않으면 천연 렌즈가 제거되는지의 여부에 상관없이 시력을 보강하기 위해 눈의 내부로 이식되는 렌즈들을 설명하기 위해 본 명세서에서 교환가능하게 이용된다. 각막내(intracorneal) 렌즈들 및 패킥(phakic) 안구내 렌즈들은 천연 렌즈의 제거 없이 눈 내로 이식될 수 있는 렌즈들의 예들이다.
도 1a 및 도 1b는 광학 축(OA) 둘레에 배치된 전면 표면(anterior surface)(14) 및 후면 표면(posterior surface)(16)을 갖는 옵틱(optic)(12)을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 안구내 렌즈(IOL)(10)를 개략적으로 도시한다. 제 1 회절 구조(18)는 전면 표면의 중앙 부분 상에 배치되고, 단초점 구조(18)의 외부 경계(A)로부터 전면 표면의 외부 굴절 영역(19)의 내부 경계(B)로 연장되는 제 2 회절 구조(20)에 의해 둘러싸인다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, IOL(10)의 전면 표면(14) 및 후면 표면(16) 양자 모두는 일반적으로 볼록한 베이스 윤곽들(base profiles)을 갖는다. 이 예에서, 전면 및 후면 표면들의 베이스 윤곽들의 곡률들(curvatures)은 렌즈 바디가 IOL의 원거리-초점 광학 파워에 굴절적으로 기여하게 한다(contribute refractively). 더욱이, 상기 주의된 바와 같이, 전면 표면의 외부 굴절 영역(19)은 제 2 회절 구조의 외부 경계로부터 렌즈의 주변부로 연장되고, 외부 굴절 영역(19)은 예컨대, 낮은 조명 조건들에서 큰 동공 크기들을 위한 원거리-초점 광학 파워에 굴절적으로 기여할 수 있다.
대안적으로, 렌즈 바디가 렌즈의 근거리-초점 광학 파워에 굴절적으로 기여하도록, 전면 및 후면 표면들의 곡률들이 선택될 수 있다. 다른 경우들에서, 렌즈의 근거리 및 원거리-초점 광학 파워가 렌즈 바디로부터의 (만약 있다면) 실질적 굴절 기여 없이 제 1 및 제 2 회절 구조들로부터의 회절 기여들(contributions)에 기인하도록, 전면 및 후면 표면들은 실질적으로 평탄한 윤곽들을 가질 수 있다.
옵틱은 복수의 생체적합(biocompatible) 중합 재료들을 포함하는 임의의 적합한 생체적합 재료로 형성될 수 있다. 이러한 재료들의 일부 예들은, 제한 없이, 아크리소프(Acrysof)(2-페닐에틸 아크릴레이트(2-phenylethyl acrylate) 및 2-페닐에틸 메타크릴레이트(2-phenylethyl methacrylate)의 교차-결합된(cross-linked) 중합체)로서 통상적으로 알려진 상업적 렌즈들을 형성하기 위해 이용된 연질 아크릴 재료(soft acrylic material), 실리콘 및 히드로겔(hydrogel)을 포함한다. 본 발명에 따른 기술들은, 현저한 색 분산(chromatic dispersion)을 발생시키는 1.5 초과의 높은 굴절율의 재료들에 특히 적합할 수 있다. 적합한 광학 필터들은, IOL(10)을 위해 제안된 재료에 포함될 수 있는 재료들을 포함할 수 있고, 천연 수정체와 유사하게, 시력(visual acuity)을 개선하고 및/또는 잠재적으로 유해한 파장들로부터 망막 조직(retinal tissue)을 보호하기 위한 알려진 범위에 대응할 수 있다. 적합한 재료는 예를 들면, 양자 모두가 본 명세서에 참조로서 포함된 미국 특허들 제5,470,932호 및 제5,543,504호에 설명된 바와 같은 아크리소프 천연 크로모퍼(Acrysof Natural chromophore)일 것이다. 도시되지 않았지만, IOL(10)은 또한 환자의 눈 내의 IOL(10)의 배치를 용이하게 할 수 있는 복수의 고정 부재들(예컨대, 햅틱들(haptics))을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들의 이점은, 색수차 정정으로부터의 개선된 시력으로 인하여, 단초점 IOL이, 순수하게 굴절되는 유사한 단초점 IOL 보다 얇게 제작될 수 있다는 것이다. 유사한 성능을 획득하기 위해, 순수하게 굴절되는 IOL은, 오프-축 및 주변 광선들을 위한 보다 양호한 정정과 같이, 보다 양호한 굴절 성능을 가져야만 하고, 이는 대개는 보다 많은 굴절 재료를 필요로 한다. 색수차 정정은, IOL의 굴절 특성들에 대한 광범위한 변형들을 필요로 하지 않으면서 시력을 개선할 수 있고, 다음으로 이는 보다 적은 굴절 재료를 필요로 한다. 색수차 정정은 바람직하게, 보다 작은 절개(incision)를 허용하도록 IOL의 두께를 감소시키기 위해 활용될 수 있다. 더욱이, 이는 색수차를 정정하기 위해 일부가 보다 낮은 굴절률을 갖는 다수의 재료들을 이용하는, 필요로 하는 렌즈 재료의 양을 다시 증가시키는 방법들에 비해 이점을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예들의 IOL들의 다른 이점은, 비교적 보다 낮은 회절 파워일 수 있다. 가시적 파장들을 위해 렌즈의 전체에 걸쳐 색수차를 균일하게 정정하도록 시도한 종래의 렌즈들에서, 회절 파워는 렌즈의 주변부에서조차도 수차들을 정정하기 위해 충분히 높아야만 했고, 다음으로 이는 회절 엘리먼트를 위해 높은 파워를 필요로 했다. 또한, 렌즈의 공칭 굴절 파워가 증가함에 따라, 색수차가 이에 대응하여 커지고, 따라서 보다 많은 회절 파워를 필요로 한다. 프리먼(Freeman)의 미국 특허 제4,655,565호에 따르면, 12D의 공칭 파워를 갖는 비교적 낮은-파워 렌즈는 1 디옵터의 순(net) 길이방향 색수차 정정을 발생시키기 위해 3.4D의 (네거티브) 회절 파워를 필요로 할 것이다. 필요로 되는 회절 파워가 증가함에 따라, 필요로 되는 에셜렛들의 수 또한 증가하고, 회절 구조에 의해 발생된, 글레어(glare)와 같은 시각 장애들(visual disturbances)의 보다 큰 가능성을 낳는다.
종래의 렌즈들과 대조적으로, 본 발명의 다양한 실시예들은 제 1 회절 구조 및 제 2 회절 구조 양자 모두의 회절 파워가 미국 특허 제4,655,565호의 교시로부터 예측되는 것보다 적어지게 하고, 따라서 그렇지 않았다면 정정에 의해 발생되었을 수 있는 부정적 효과들 없이 색수차 정정으로 인한 개선된 시각적 성능을 제공한다. 예를 들면, 길이방향 색수차는, 6D의 공칭 파워와 함께 렌즈의 제 1 회절 구조를 위해 2.39의 회절 파워, 21D의 공칭 렌즈 파워와 함께 3.58의 회절 파워, 및 34D의 공칭 렌즈 파워와 함께 4.56의 회절 파워로, 중앙 구역 이내에서 일 디옵터 미만으로 감소될 수 있다. 마찬가지로, 보다 낮은 파장 범위 내에서 색수차를 정정하는 제 2 회절 구조의 회절 파워는 비교적 낮을 수 있다. 예를 들면, 550㎚ 미만의 타겟 범위 내의 길이방향 색수차는, 6D의 공칭 렌즈 파워와 함께 2.85D의 회절 파워, 4.22D의 공칭 렌즈 파워와 함께 3.58의 회절 파워, 및 34D의 공칭 렌즈 파워와 함께 8.00의 회절 파워에 대해 1 디옵터 미만으로 감소될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 제 1 회절 구조(18)는 복수의 스텝 높이들(24)에 의해 서로 분리된 복수의 회절 에셜렛들(diffractive echelettes)(22)을 포함하여, 회절 구조(18)는 하나 이상의 오더(order)들로 광을 회절시킨다. 이 예에서, 스텝 높이들(24)은 전면 표면의 중앙(즉, 전면 표면과 광학 축의 교차점(intersection))으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 감소되는 높이들을 나타낸다. 적합한 경계 조건들이 제 1 회절 구조(18)와 제 2 회절 구조의 제 1 에셜렛(24c) 사이에 부드러운 전이(smooth transition)를 제공하기 위해 선택될 수 있다. 일반적으로 스텝 높이들의 선택에 관한 추가의 상세들은, 본 명세서에 참조로서 그 전체가 포함되고, 특히 글레어 및/또는 렌즈의 주변부에서의 광과 연관된 다른 부정적인 영향들을 감소시킬 수 있는 방식으로 회절 패턴의 아포다이제이션(apodization)을 설명하는 리(Lee) 등의 미국 특허 제5,699,142호에서 찾을 수 있다. 색수차의 회절 정정에 관한 추가의 상세들은 양자 모두가 본 명세서에 참조로서 포함된 프리먼의 미국 특허 제4,655,565호 및 코헨(Cohen)의 미국 특허 제5,117,306호에서 찾을 수 있다.
IOL(10)의 제 1 회절 구조(18)는 네거티브 길이방향 색수차를 나타낸다. 즉, 그의 광학 파워는 파장의 증가와 함께 증가된다(보다 긴 파장들을 위해 그의 초점 길이가 감소됨). 이에 반해, IOL(10)뿐만 아니라 인간의 눈에 의해 제공된 굴절 파워는, 파장의 증가의 함수에 따라 광학 파워의 감소(초점 길이의 증가)에 의해 특징지어지는 포지티브 색수차를 나타낸다. 그러므로, 제 1 회절 구조는, 원거리 및/또는 근거리 시력을 위해 인간의 눈의 포지티브 색수차 및 렌즈 자체의 포지티브 색수차를 보상하도록 적응될 수 있다. 제 1 회절 구조(18)는, 비교적 넓은 범위의 가시적 컬러들에 걸쳐 최소의 색수차를 제공하기 위해 550㎚ 초과의 파장들을 포함하는 파장 범위에 대해 색수차를 위한 정정을 제공하도록 적응된다. 제 1 회절 구조(18)는 밝은 조명 조건들의 일반적인 작은 동공 크기에 대응한다. 밝은 조명 조건들에서, 컬러 변화들에 민감한, 원추 세포들(cone cells)로 알려진 시각 수용체들(visual receptors)에 의한 중요한 감각 응답(sensory response)이 존재한다. 이들 조건들 하에서의 눈의 시각적 수용성(receptivity)은 "명소시(photopic vision)"로 지칭된다. 특히, 높은 시력을 담당하는 인간 눈의 중심와(fovea)는 550㎚ 초과의 피크 민감도를 갖는 원추 세포들 중 2가지 유형들을 포함한다. 따라서, 시력에 관하여, 색수차를 보다 엄격하게(stringently) 정정함으로써, 말하자면 보다 긴 파장 범위에 대해 색수차 정정을 제공함으로써 보다 큰 이점이 존재할 수 있다. 본 명세서에 설명된 파장 범위들에 걸쳐 일 디옵터 미만으로의 길이방향 색수차의 감소는 양호한 시력을 제공하기에 일반적으로 충분하여, 따라서 값은 충분한 정정의 표시로서 본 명세서에서 이용될 것이다.
제 2 회절 구조(20)는 또한 네거티브 색수차 정정을 나타낸다. 그러나, 회절 구조들(18 및 20)은, 제 2 회절 구조(20)의 색수차 정정이, 제 1 회절 구조(18) 보다 큰 정도의 파장 범위의 상부 단부(upper end)에서 색수차가 지속되도록 허용한다는 점에서 상이하다. 따라서, 예를 들면 제 2 회절 구조(20)는 450㎚ 내지 550㎚의 필터된 광의 범위 내에서 색수차를 정정할 수 있다. 제 2 회절 구조(20)가 반경 방향으로 제 1 회절 구조(18) 외부에 있기 때문에, 그 영역에서의 정정은 낮은 광과 연관된 보다 큰 동공 조건들에 보다 밀접하게 대응한다. 이들 조건들 하에서, 원추 세포들을 트리거(trigger)하기 위해 일반적으로 불충분한 광이 존재하고, 이는 제한된 컬러 민감도를 갖는 간상 세포들(rod cells)로 알려진 시각 수용체들에 의해 시력이 지배된다는 것을 의미한다. 이들 조명 조건들 하에서 눈의 시각적 수용성은 "암소시(scotopic vision)"로 알려져 있다. 이는, 색수차로부터의 시각 장애가, 간상 세포들의 피크 민감도로부터 멀리 떨어진 컬러들에 대해 특히 덜 심각하다는 것을 의미한다(약 498㎚). 따라서 제 2 회절 구조(20)의 색수차 정정은 낮은-광 조건들에서, 양호한 시력을 위해 요구되는 피크 민감도 에어리어 내에서의 광의 보다 효율적인 전달을 허용하면서, 이들 조건들 하에서 덜 중요한 파장들에 대한 색수차를 허용한다.
설명된 변형들은 또한 바람직하게, 개선된 원거리 시력과 관련된 다른 변형들과 함께 이용될 수 있다. 예를 들면, 회절 구조들(18 및 20)이 변형될 수 있어서, 회절 구조는 이 범위에 대해 개선된 시력 품질을 제공하기 위해 근거리-시력 또는 원거리-시력 초점으로 광을 포커스한다. 판독 또는 다른 근거리-시력 활동들이 발생할 것 같지 않은 낮은-광 조건들에서, 보다 많은 광 에너지가, 이 범위에서 시력을 개선하기 위해 제 2 회절 구조(20)에 의해 원거리 초점으로 지향될 수 있다. 색수차 정정과 함께 사용된, 상기 IOL(10)은 바람직하게 개선된 원거리 시력 또한 제공할 수 있다.
상기 실시예들에서는, 제 2 회절 구조(20)가 절단되고, 즉 제 2 회절 구조(20)는 렌즈의 주변부로 연장되지 않는다. 대안적 실시예들에서, 제 1 절단된 회절 구조(18)는, 렌즈의 외부 영역에서의 색수차를 허용하면서 IOL(10)의 중앙 에어리어에서 색수차 정정을 발생시키기 위해 색수차를 허용하는 외부 굴절 구조와 결합될 수 있다. 다른 대안적 실시예들에서, 제 2 회절 구조(20)는 렌즈의 주변부로 연장될 수 있다. 예로서, 도 2는 전면 표면(49A) 및 후면 표면(49B)을 갖는 옵틱(48)을 포함하는 이러한 렌즈(46)를 개략적으로 도시한다. 이전의 실시예들과 유사하게, 제 1 회절 구조(50)는 전면 표면(49A)의 중앙 영역 상에 배치되고, 제 1 회절 구조의 외부 경계로부터 렌즈의 주변부로 연장되는 제 2 회절 구조(52)에 의해 둘러싸인다. 제 2 회절 구조(52)는 예컨대, 상기 논의된 방식으로, 실질적으로 균일한 또는 아포다이즈된(apodized) 높이들을 가질 수 있는 복수의 스텝들에 의해 서로 분리되는 복수의 회절 에셜렛들을 포함할 수 있다. 이 경우에, 제 2 회절 구조(52)와 연관된 스텝은 전면 표면의 중앙으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 감소되는 높이들을 나타낸다.
도 3은 전면 표면(58) 및 후면 표면(60)을 갖는 옵틱(56)을 갖는 다른 실시예에 따른 IOL(54)을 개략적으로 도시한다. 제 1 회절 구조(62)는 전면 표면의 중앙 부분 상에 배치된다. 전면 표면은, 환형 굴절 영역(66)에 의해 제 1 회절 구조(62)로부터 분리되는 제 2 회절 구조(64)를 더 포함한다. 외부 굴절 영역(68)은 이중초점 구조를 둘러싼다.
일부 실시예들에서, 비구면성(asphericity)의 정도는, 구면 수차 영향들(spherical aberrations effects)을 개선하기 위해, IOL의 전면 및/또는 후면 표면의 베이스 윤곽에 부과될(imparted) 수 있다. 예로서, 도 4는 광학 축(OA) 둘레에 배치된 전면 표면(74) 및 후면 표면(76)을 갖는 옵틱(72)을 포함하는 이러한 IOL(70)을 개략적으로 도시한다. 이전의 실시예들과 유사하게, 제 1 회절 구조(78)는 전면 표면(74)의 중앙 영역 상에 배치되지만, 환형 영역의 형태인 제 2 회절 구조(80)는 제 1 회절 구조를 둘러싼다. 후면 표면의 베이스 윤곽은, 추정상의 구면 윤곽(putative spherical profile)(점선들에 의해 도시됨)으로부터 벗어나고(deviate), 이 경우에 후면 표면과 광학 축의 교차점으로 규정된 후면 표면의 중앙으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 점진적으로 편차(deviation)가 증가한다. 일부 실시예들에서, 후면 표면의 베이스 윤곽의 비구면성은 코닉 상수(conic constant)에 의해 특징지어질 수 있다. 비구면성은 IOL에 의해 나타난 구면 수차들을 변경시킬 수 있거나 및/또는 각막(cornea)의 예상된 구면 수차를 어느 정도(some degree) 오프셋시킬 수 있다. 이 실시예에서 후면 표면의 베이스 윤곽이 비구면성의 정도를 나타내도록 적응되지만, 다른 실시예들에서는 이러한 비구면성은 전면 표면 또는 표면들 양자 모두에 부과될 수 있고, 회절 구조들(18 및 20)은 표면들의 하나 또는 양자 모두 상에 중첩될(superimposed) 수 있다. 비구면 윤곽이 제 1 다항식에 의해 특정 반경 이내로 및 제 2 다항식에 의해 상기 반경 외부로 규정될 수 있도록, 비구면 표면 상에 변화하는 비구면 곡률을 갖는 것 또한 가능하고, 원하는 경우 이는 또한, 제 1 회절 구조(18) 및/또는 제 2 회절 구조(20)의 반경과 일치할 수 있다. 베이스 곡선은 또한 보다 높은-오더의 비구면성을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 특정 실시예들에 따라 IOL을 제조하는 예시적 방법을 도시하는 흐름도(100)이다. 단계(102)에서, 짧은 파장의 광의 필터레이션(filtration)에 대한 제한이 결정된다. 일반적인 예에서, 이 제한은 IOL을 위해 제안된 재료에 포함될 수 있는 알려진 광학 필터에 대응할 수 있고, 시력을 개선하기 위해 알려지고, 예를 들면, 450㎚ 보다 짧은 파장을 갖는 광을 필터링하는 것과 같이 천연 수정체와 유사한 범위에 대응할 수 있다. 단계(104)에서, 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 550㎚ 초과의 색수차 정정을 제공하는 제 1 회절 구조를 위한 윤곽이, 당업자에게 명백해질 임의의 적합한 변형들과 함께 결정된다. 특히, 제 1 회절 윤곽의 결정은 원하는 파워, 전면 및/또는 후면 표면들에 적합한 베이스 곡선들, 하나의 표면 또는 표면들 양자 모두에 부과되는 비구면성 또는 다른 수차 정정 등을 고려할 수 있다.
단계(106)에서, 550㎚ 보다 큰 파장들에 대한 색수차를 허용하면서 550㎚ 미만의 범위에 대한 색수차 정정을 제공하는 제 2 회절 구조를 위한 윤곽이 결정되고, 상기 윤곽은 당업자에게 명백해질 임의의 적합한 변형들과 함께 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들 중 임의의 실시예에 따를 수 있다. 특히, 제 2 회절 윤곽의 결정은 원하는 파워, 전면 및/또는 후면 표면들에 적합한 베이스 곡선들, 하나의 표면 또는 표면들 양자 모두에 부과되는 비구면성 또는 다른 수차 정정 등을 고려할 수 있다. 단계(108)에서, 단계(102)에서 선택된 특성들을 갖는 광학 필터와 함께 단계들(104 및 106)에서 결정된 각각의 윤곽들을 갖는 제 1 및 제 2 회절 구조들을 갖는 IOL이 제조된다. 적합한 제조 기술들은, IOL 재료로의 통합과 같이, 광학 필터를 IOL에 제공하기 위한 임의의 기술과 함께, 제한되는 것은 아니지만 몰딩, 애블레이팅(ablating) 및/또는 래딩(lathing)을 포함하는, 재료들에 적합한 임의의 형성 방법을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 특정 실시예에 따라 IOL을 제조하는 예시적 방법을 도시하는 또다른 흐름도(200)이다. 단계(202)에서, IOL의 광학 필터에 대한 짧은 파장 제한이 결정된다. 단계(204)에서, 제 1 회절 구조를 위한 윤곽이 결정된다. 윤곽은, 명소시를 위한 피크 시각적 수용성 주위(around) 광 강도를 최대화시키기 위해 색수차를 정정한다. 단계(206)에서, 제 1 회절 구조 외부의 제 2 회절 구조를 위한 윤곽이 결정된다. 윤곽은, 피크 민감도로부터 먼(far) 파장들의 색수차를 허용하면서 암소시를 위한 피크 시각적 수용성 근처의 광 강도를 최대화시키기 위해 색수차를 정정한다. 단계(208)에서, 광학 필터 및 제 1 및 제 2 회절 구조들을 갖는 IOL이 제조된다. 적합한 제조 기술들은, IOL 재료로의 통합과 같이, 광학 필터를 IOL에 제공하기 위한 임의의 기술과 함께, 제한되는 것은 아니지만 몰딩, 애블레이팅 및/또는 래딩을 포함하는, 재료들에 적합한 임의의 형성 방법을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 방법의 변형에서, 제 1 및 제 2 회절 구조들에 의해 커버되는 상대적 에어리어는 회절 구조들의 각각의 색(chromatic) 피크들 사이에 가시 광 에너지를 시프트하도록 조절될 수 있다. 이러한 조절들은 각각의 명소시 및 암소시 범위들로의 광 에너지의 보다 효율적인 변환을 허용할 수 있다. 조절들은 본 명세서에 참조로서 양자 모두가 포함된 홍(Hong) 등의 미국 특허들 제7,444,894호 및 제7,481,532호에 설명된 초점들 사이에서 광 에너지를 시프트하기 위한 기술들과 유사할 수 있지만, 이 경우에서, 에너지 시프트는 파장의 함수에 따른 상대적 광 강도에 기초한다.
다른 실시예에서, 단지 굴절되는 외부 영역으로 하여금 제 2 회절 구조를 위한 윤곽의 결정을 제 1 회절 구조 외부의 굴절 윤곽을 결정하는 것과 대체시키는 것을 허용하면서, 단독으로 제 1 회절 구조(18)의 경계를 변화시킴으로써 유사한 효과가 발생될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 1 회절 구조(18)는 여전히 명소시 조건들에 대응하는 동공 크기를 위해 IOL의 중앙 영역에서 색수차를 정정하지만, 굴절 파워와 함께 옵틱의 나머지로 진입하는 광으로부터의 색수차가 명소시를 위한 피크 시각적 수용성으로부터 암소시를 위한 피크 시각적 수용성으로 광 에너지를 시프트하도록, 제 1 회절 구조(18)는 특정 반경에서 절단된다. 암소시를 위한 피크 민감도에서의 파장에 대한 인간 눈의 반응은 약간 근시적인(myopic)인 경향이 있어서, 파워의 약간의 시프트는 암소시의 파장 범위 내에서 광 강도를 증가시키기 위해 광을 포커스하는 것을 도울 수 있다. 그러므로, 색수차는 전체 렌즈에 대해 정정될 필요가 없다. 오히려, 전체 옵틱의 색수차가 고려될 때, 색수차 정정은, 큰-동공 조건들에서 양호한 암소시를 허용하면서 명소시를 위해 충분한 정정을 제공할 필요만이 있다. 본 명세서의 목적들을 위해, 명소시를 위한 피크 시각적 민감도에 대한 범위는 580㎚ 플러스 또는 마이너스 30㎚이고, 암소시를 위한 피크 시각적 민감도에 대한 범위는 505㎚ 플러스 또는 마이너스 30㎚이다.
당업자들은, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 상기 실시예들에 대해 이루어질 수 있는 다양한 변화들을 인식할 것이다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 회절 구조들 양자 모두를 단일 렌즈 표면 상에 배치하기보다는, 하나의 구조가 렌즈의 전면 표면 상에 배치되고, 다른 구조가 렌즈의 후면 표면 상에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 회절 구조 외에 부가적인 회절 구조들이 또한 포함될 수 있다. 더욱이, 렌즈 바디가 IOL의 근거리-초점 광학 파워에 굴절적으로 기여하도록, 전면 및 후면 표면들의 베이스 윤곽들이 구성될 수 있다. 당업자에게 명백한 이러한 변형들 및 다른 변형들은 청구된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이 이해되어야 한다.

Claims (29)

  1. 광학 파워를 갖는 천연 수정체(natural crystalline lens)를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈(ophthalmic lens)로서,
    450㎚ 미만의 파장을 갖는 적어도 가시 광을 필터링(filter out)하도록 동작가능한 광학 필터;
    550㎚ 초과의 제 1 파장 범위 내의 가시 광에 대해 상기 광학 파워에 대응하는 초점을 발생시키고, 상기 제 1 파장 범위 내의 인입하는(incoming) 가시 광에 대해 상기 렌즈와 눈의 길이방향 색수차(longitudinal chromatic aberration)를 0 내지 1 디옵터(diopter)로 감소시키도록 적응된 제 1 단초점 회절 구조; 및
    반경 방향으로 상기 제 1 단초점 회절 구조 외부에 있고, 450㎚ 내지 550㎚의 제 2 파장 범위 내의 상기 광학 파워에 대응하는 가시 광에 대해 초점을 발생시키고 상기 제 1 단초점 회절 구조보다 큰 양(amount)의, 상기 제 1 파장 범위 내의 길이방향 색수차를 허용하면서 상기 제 2 파장 범위 내의 인입하는 가시 광에 대해 상기 렌즈와 상기 눈의 길이방향 색수차를 0 내지 1 디옵터로 감소시키도록 적응된 제 2 단초점 회절 구조
    를 포함하는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단초점 회절 구조의 회절 효율(diffraction efficiency)은 580㎚의 설계 파장에 대해 100%인,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단초점 회절 구조의 회절 효율은 505㎚의 설계 파장에 대해 100%인,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 6D까지의 전체적인 파워를 갖고, 상기 제 1 단초점 회절 구조 및 상기 제 2 단초점 회절 구조 각각은 3D 미만의 각각의 회절 파워를 갖는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 21D까지의 전체적인 파워를 갖고, 상기 제 1 단초점 회절 구조 및 상기 제 2 단초점 회절 구조 각각은 4.25D 미만의 각각의 회절 파워를 갖는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 필터는 UV-흡수 재료를 포함하는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 안과 렌즈는 2-페닐에틸 아크릴레이트(2-phenylethyl acrylate) 및 2-페닐에틸 메타크릴레이트(2-phenylethyl methacrylate)의 교차-결합된 중합체(cross-linked copolymer)로부터 형성되는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단초점 회절 구조의 초점은 상기 제 2 단초점 회절 구조의 초점과 일치하는(coincide),
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단초점 회절 구조의 초점은 원거리-시력 초점(distance vision focus)인,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단초점 회절 구조는 적어도 2㎜의 반경으로 연장되고, 상기 제 2 단초점 회절 구조는 적어도 3㎜의 반경으로 연장되는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈.
  11. 광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법으로서,
    550㎚ 초과의 제 1 파장 범위 내의 가시 광에 대해 상기 광학 파워에 대응하는 초점을 발생시키고, 상기 제 1 파장 범위 내의 인입하는 가시 광에 대해 상기 렌즈와 눈의 길이방향 색수차를 0 내지 1 디옵터로 감소시키도록 적응된 제 1 단초점 회절 구조를 위한 제 1 윤곽(profile)을 결정하는 단계;
    반경 방향으로 상기 제 1 단초점 회절 구조 외부에 있고, 450㎚ 내지 550㎚의 제 2 파장 범위 내의 상기 광학 파워에 대응하는 가시 광에 대해 초점을 발생시키고, 상기 제 1 단초점 회절 구조보다 큰 양의, 상기 제 1 파장 범위 내의 길이방향 색수차를 허용하면서 상기 제 2 파장 범위 내의 인입하는 가시 광에 대해 상기 렌즈와 상기 눈의 길이방향 색수차를 0 내지 1 디옵터로 감소시키도록 적응된 제 2 단초점 회절 구조를 위한 제 2 윤곽을 결정하는 단계;
    상기 제 1 윤곽 및 상기 제 2 윤곽을 갖는 안과 렌즈를 형성하는 단계; 및
    450㎚ 미만의 파장을 갖는 적어도 가시 광을 필터링하도록 동작가능한 광학 필터를 포함시키는 단계
    를 포함하는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 단초점 회절 구조의 회절 효율은 580㎚의 설계 파장에 대해 100%인,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 단초점 회절 구조의 회절 효율은 505㎚의 설계 파장에 대해 100%인,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 렌즈는 6D까지의 전체적인 파워를 갖고, 상기 제 1 단초점 회절 구조 및 상기 제 2 단초점 회절 구조 각각은 3D 미만의 각각의 회절 파워를 갖는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 렌즈는 21D까지의 전체적인 파워를 갖고, 상기 제 1 단초점 회절 구조 및 상기 제 2 단초점 회절 구조 각각은 4.25D 미만의 각각의 회절 파워를 갖는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 광학 필터는 UV-흡수 재료를 포함하는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 안과 렌즈는 2-페닐에틸 아크릴레이트 및 2-페닐에틸 메타크릴레이트의 교차-결합된 중합체로부터 형성되는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 단초점 회절 구조의 초점은 상기 제 2 단초점 회절 구조의 초점과 일치하는,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 단초점 회절 구조의 초점은 원거리-시력 초점인,
    광학 파워를 갖는 천연 수정체를 대체하기 위해 적응되는 단초점 안과 렌즈를 제조하는 방법.
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