KR20080094816A - 다중 회절 패턴을 가지는 유사-조절용 ｉｏｌ - Google Patents

Abstract

본 발명은 2중 초점 회절 패턴이 근 및 원 시력을 제공하고 3중 초점 회절 패턴이 근, 원 및 중간 시력을 만들도록, 하나 이상의 3중 회절 패턴 및 하나 이상의 2중 회절 패턴을 포함하는 표면을 가지는 안구를 포함하는 3중 안구용 렌즈에 관한 것이다. 예를 들어, 3중 초점 패턴은 근 및 원 초점이 이중 초점 패턴의 근 및 원 초점과 각각 실질적으로 동시에 발생되도록 근, 원 및 중간 초점을 제공할 수 있다. 이 방식에서, 3중 및 2중 패턴은 근, 중간 및 원 시력에 각각 대응되는, 근, 중간 및 원 초점(또는 초점 영역 들)을 총체적으로 제공한다.

Description

다중 회절 패턴을 가지는 유사-조절용 ＩＯＬ{PSEUDO-ACCOMODATIVE IOL HAVING MULTIPLE DIFFRACTIVE PATTERNS}

관련된 출원의 교차 참조

본 출원은 35 U.S.C.§119 하에서 2006년 2월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제 11/350,505에 대한 우선권을 청구하며, 이의 전체 내용은 참조로서 본원에 통합되어 있다.

배경기술

본 발명은 일반적으로 다초점 안구용 렌즈, 더욱 특별하게는, 3중 초점 안구내 렌즈(intraocular lense : IOL)와 같은 3중 초점 안과용 렌즈에 관한 것이다.

많은 안과용 렌즈가 백내장, 근시, 원시 또는 난시와 같은 시력 장애를 보정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 안구내 렌즈(IOL)는 제거된 수정체의 소실된 광 파워를 보상하기 위해 백내장 수술 동안에 환자의 눈에 이식될 수 있다. 필요한 광 파워를 제공하더라도, IOL은 수정체에 의해 얻을 수 있는 조절성(즉, 변화되는 거리에서 물체에 대해 초점을 맞추는 능력)을 제공하지 않는다. 그러나, 다초점 IOL은 어느 정도의 조절성을 제공할 수 있는 것으로 공지되어 있다(또한, 준조절성으로서 공지되어 있다). 예를 들어, 근 및 원 초점을 제공할 수 있는 2중 초점 회절 IOL을 사용할 수 있다.

3중 초점 안과용 렌즈는 또한 근초점 및 원초점, 뿐만 아니라 중간 초점을 제공하기 위한 것으로 공지되어 있다. 그러나, 이러한 통상적인 3중 초점 렌즈는 다수의 단점을 갖는다. 예를 들어, 이들 초점은 중거리 시력을 제공하지만 원거리 시력 및/또는 근거리 시력은 저하시킨다.

따라서, 개선된 다초점 안과용 렌즈, 특히 3중 초점 안과용 렌즈가 필요하다. 또한, 예를 들어, 수정체를 대체하기 위해, 환자의 눈에 이식될 수 있는 안구내 렌즈(IOL)의 형태의 이러한 다초점 렌즈가 필요하다.

발명의 요약

본 발명은 일반적으로 근거리 및 원거리, 뿐만 아니라 중간거리 시력을 제공하는 다초점 안과용 렌즈, 예를 들어 3중 초점 안구내 렌즈(IOL)에 관한 것이다. 본 발명의 안과용 렌즈는 근거리, 중거리 및 원거리 시력에 상응하는 세 개의 초점 영역에 입사광을 유도하는 회절 구조를 이용한다. 몇몇 경우에, 안과용 렌즈는 두개 이상의 상이한 회절 패턴을 포함하는데, 이중 하나는 주로 두 개의 초점을 나타내고, 나머지는 주로 세 개의 초점을 나타내어 근거리, 중간거리 및 원거리 시력을 총체적으로 수용한다. 다른 경우에, 안과용 렌즈는 두 개의 상이한 회절 패턴을 포함하며, 두 패턴은 모두 비록 패턴이 총체적으로 근거리, 중간거리 및 원거리 시력을 제공하도록 선택된 상이한 애드 파워(add power)에서지만, 주로 두 개의 초점을 제공한다.

일 양태에서, 하나 이상의 3중 초점 회절 패턴 및 하나 이상의 2중 초점 회절 패턴을 포함하여 2중 초점 패턴이 근거리 및 원거리 시력을 제공하고, 3중 초점 패턴이 근거리, 원거리, 및 중간거리 시력을 생성하는 표면을 갖는 안구를 포함하는 3중 초점 안과용 렌즈가 기술된다. 예를 들어, 3중 초점 패턴은 근 및 원 초점이 각각 2중 초점 패턴의 근 및 원 초점과 실질적으로 일치하도록 근, 원 및 중간 초점을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 3중 초점 및 2중 초점 패턴은 총체적으로 근거리, 중간 거리 및 원거리 시력에 상응하는 각각의 근, 중간 및 원 초점(또는 초점 영역)을 제공한다. 용어 "초점" 및 "초점 영역"은 일반적인 의미로 시력(예를 들어, 이미지 해상도)이 증진되는 공간 영역과 동일한 의미를 갖는 것으로 본원에서 서로 교환가능하게 사용된다. 본원에서 사용되는 용어 "2중 초점 회절 패턴"은 입사광을 주로 두 개의 회절 차수로 회절시키는 회절 구조를 말한다(예를 들어, 광에너지의 60% 또는 그 이상은 그러한 두 개의 회절 차수로 유도된다). 또한, 본원에서 사용되는 용어 "3중 초점 회절 패턴"은 입사광을 주로 세 개의 회절 차수로 회절시키는 회절 구조를 말한다(예를 들어, 광에너지의 60% 또는 그 이상은 그러한 세개의 회절 차수로 유도된다).

관련된 양태에서, 회절 패턴을 포함하는 안구 표면은 원 초점에 상응하는 굴절 파워를 제공하도록 적합된 기본 기준 곡선(base reference curve)에 의해 특징될 수 있다. 본 발명의 많은 구체예에서, 원 초점은 약 6 내지 약 34 디옵터(Diopter) 범위의 광 파워를 제공하고, 중간 초점은 약 1.5 내지 약 4.5 디옵터 범위의 애드 파워(add power)를 제공하고, 근 초점은 약 3 내지 약 9 디옵터의 애드 파워를 제공한다.

또 다른 양태에서, 회절 패턴은 회절 구조가 실질적으로 없는 그러한 표면의 주변 부분에 의해 둘러싸여 있는 표면의 일부분 내에 배치되어 있다. 즉, 회절 구조가 표면의 주변 부분이 순수한 굴절 파워를 제공하도록 끝이 잘린다(truncated).

또 다른 양태에서, 3중 초점 회절 패턴은 2중 초점 패턴의 안구의 광축에 더 가까이 배치될 수 있다. 예를 들어, 3중 초점 회절 패턴은 안구의 광축으로부터 약 1 내지 약 1.5 mm의 범위의 구경(눈동자) 반경(즉, 약 2 내지 약 3mm 범위의 구경 직경)에 상응하는 반경으로 연장되는, 복수의 환형 회절 구조를 포함할 수 있다. 2중 초점 패턴은 3중 초점 패턴을 둘러싸고 있는 복수의 환형 회절 구조로서 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 3중 초점 패턴은 구경 크기가 증가함에 따라 2중 초점 패턴의 회절 분포가 증가하는, 작은 구경을 위한 주회절 패턴으로서 사용될 수 있다.

관련된 양태에서, 환형 2중 초점 회절 구조는 광축으로부터 거리가 늘어남에 따라 그 경계면에서 감소하는 단 높이를 나타낸다. 단 높이에서의 감소는 아포디제이션(apodization) 함수에 의해 특징될 수 있다. 이러한 아포디제이션 함수의 일례는 다음과 같다(당업자들은 다른 함수도 이용될 수 있음을 인지할 것이다):

상기 식에서, r_i은 i번째 존(zone)의 반지름이며,

r_out은 마지막 2중 초점 회절 존의 외부 반지름이다.

또 다른 양태에서, 3중 초점 패턴을 형성하는 회절 구조는 2중 초점 패턴을 형성하는 회절 구조와 상이하게 성형된다. 예를 들어, 3중 초점 회절 패턴은 하나 또는 그 초과의 실질적으로 사각형 형태의 단을 포함할 수 있는 반면, 2중 초점 회절 패턴은 하나 또는 그 초과의 실질적으로 톱니 형태의 단을 포함한다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 기본 곡선에 의해 특징되는 참조 프로파일을 갖는 하나 이상의 표면 및 상기 기본 곡선 상에 중첩되는 두 개 이상의 환형 회절 패턴을 갖는 안구를 포함하는 3중 초점 안과용 렌즈를 제공한다. 패턴 중 하나는 주로 3개의 초점을 제공하는 반면, 나머지는 주로 두 개의 초점을 제공하여, 어느 한 패턴의 초점과 관련된 에너지 분포와 다른 패턴의 초점과 관련된 에너지 분포의 조합이 조절성 근거리, 중간 거리 및 원거리 시력을 형성시킨다. 또한, 기본 곡선은 원거리 시력에 상응하는 굴절 파워를 제공하기에 적합하게 될 수 있다.

관련된 양태에서, 실질적으로 회절 구조가 없는 안구의 주변 부분은 회절 패턴을 둘러싼다. 몇몇 경우에서, 3중 초점을 제공하는 회절 패턴은 두 개의 초점을 제공하는 회절 패턴보다 안구의 광축에 더 가깝게 배치된다. 예를 들어, 3개의 초점을 제공하는 회절 패턴은 안구의 광축으로부터 이 광축으로부터의 제 1 거리로 연장되는 복수의 환형 회절 존을 포함할 수 있고, 2개의 초점을 제공하는 회절 패턴은 상기 제 1 거리로부터, 안구의 반경보다 작은 광축으로부터의 제 2 거리로 연장되는 복수의 환형 회절 존을 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 회절 패턴이 배치된 표면의 기준 프로파일을 특징으로 하는 기본 곡선은 특히 큰 구경에 대한 원 초점에서 구면 수차(spherical aberration)를 감소시키도록 비구면(aspherical)이다.

또 다른 양태에서, 2개의 별개의 2중 초점 패턴을 포함하는 표면을 갖는 안구를 포함하는 다초점 안과용 렌즈로서, 상기 패턴은 근거리, 중간 거리 및 원거리 시력을 협력하여 제공하도록 상이한 애드 파워를 나타내는 다초점 안과용 렌즈가 기술된다. 예를 들어, 이러한 패턴 중 하나는 약 1.5 내지 약 4.5 디옵터 범위의 애드 파워를 제공할 수 있고, 다른 하나는 약 3 내지 약 9 디옵터 범위의 애드 파워를 제공할 수 있다.

관련된 양태에서, 2중 초점 패턴 중 하나는 다른 하나 보다 안구의 광축에 더 가깝게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴은, 광축으로부터 선택된 반경 거리로 연장되는 한 패턴에 상응하는 존과, 이러한 반경으로부터 많은 구체예에서 렌즈의 반경보다 작게 선택되는 보다 긴 거리로 연장되는 다른 한 패턴에 상응하는 존을 갖는, 광축에 대해 동심인 회절 존의 형태로 존재할 수 있다.

본 발명은 하기 간략하게 기술되는 첨부되는 도면과 함께 하기 상세한 설명을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.

도면의 간단한 설명

도 1A은 본 발명의 일 구체예에 따른 3중 초점 안과용 렌즈의 개략적인 횡단면도이다.

도 1B는 기본 프로파일 상에 중첩된 복수의 회절 구조를 포함하는 도 1A의 렌즈의 안구 앞쪽 표면의 개략적인 횡단면도이다.

도 2는 회절 구조에 의해 형성된 복수의 환형 존을 도시한 이전 도면의 회절 렌즈에 대한 정면도이다.

도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 3중 초점 안과용 렌즈의 근, 중간 및 원 초점 영역에서의 예시적인 광파워 분포를 도시한 것이다.

도 4A는 근거리, 중간거리 및 원거리 물체로부터, 본 발명의 구체예에 따른 3중 초점 IOL 렌즈가 이식된 눈의 망막으로 방출되는 광의 초점 맞추기를 개략적으로 도시한 것이다.

도 4B는 회전 패턴이 총체적으로 근거리, 중간 거리 및 원거리 시력을 제공하도록 선택된 상이한 애드 파워를 갖는 내측 및 외측 2중 초점 회절 패턴을 갖는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 3중 초점 안과용 렌즈의 개략적인 정면도이다.

도 4C는 도 4b에 도시된 렌즈의 개개의 2중 초점 패턴의 근 및 원 초점에서의 광에너지 프로파일 및 조합된 패턴에 의해 총체적으로 제공되는 근, 중간, 및 원 초점에서의 광 에너지 프로파일을 개략적으로 도시한 것이다.

도 5A는 동일하지 않은 영역을 갖는 회절 존을 지닌 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 3중 초점 안과용 렌즈의 개략적인 횡단면도이다.

도 5B는 도 5a의 안과용 렌즈의 정면도이다.

도 6은 두 개의 회절 렌즈의 회절 존의 제곱 반경 간의 관계를 대비시킨 두 개의 개략적인 그래프이며, 이 중 하나에서 회절 존은 균일 영역을 나타내고, 다른 하나에서 회절 존은 불균일 영역을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른 3중 초점 안과용 렌즈에 의해 제공된 중간 거리 시력에 대한 시력의 증진을 도시한 두 개의 개략적인 그래프를 제공한다.

도 8은 렌즈의 광축으로부터 제곱 반경 거리에 따른 두 개의 회절 차수를 교차하는 다초점 회절 안과용 렌즈의 세 개의 회절 차수와 관련된 광위상 지연(OPD)를 개략적으로 도시한 것이다.

발명의 상세한 설명

본 발명은 일반적으로, 근거리, 중간 거리 및 원거리 시력을 제공하는 안구내 렌즈와 같은 3중 초점 안과용 렌즈에 관한 것이다. 본 발명의 3중 초점 안과용 렌즈는 유리하게는 종래의 3중 초점 렌즈에 의해 일반적으로 얻어지는 중간거리 시력에 대한 시각적 성능에 비해 개선된 시각적 성능을 제공하면서, 이러한 종래 렌즈의 근거리 및 원거리 시각적 성능을 유지하고, 많은 경우에 이러한 성능을 초과한다. 하기 논의되는 구체예에서, 본 발명의 3중 초점 렌즈의 여러 양태가 안구내 렌즈와 관련하여 기술된다. 그러나, 본 발명의 이론이 콘택트 렌즈와 같은 그 밖의 안과용 렌즈의 제조에 유사하게 적용될 수 있는 것으로 이해해야 한다.

도 1A 및 1B를 참조하면, 본 발명의 일 구체예에 따른 3중 초점 안과용 렌즈(10)는 앞쪽 광표면(14) 및 뒤쪽 광표면(16)을 갖는 안구(12)를 포함한다. 이러한 구체예에서, 앞쪽 및 뒤쪽 광표면은 렌즈의 광축(18)에 대해 대칭으로 배치되나, 또한 비대칭 표면도 사용될 수 있다. 예시적 렌즈(10)는 또한 환자의 눈에 배치되기 위한 방사상으로 연장되는 고정화 부재 또는 햅틱(haptic)(20)을 포함한다. 안구(12)는 임의의 적합한 생적합성 물질로 형성될 수 있다. 이러한 물질의 몇몇 예로는, 연질 아크릴, 실리콘, 하이드로겔, 또는 특정 렌즈 적용을 위한 필요한 굴절 지수를 갖는 그 밖의 생적합성 중합체 물질을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다. 고정화 부재(20)는 또한 폴리메틸메타크릴레이드, 폴리프로필렌 등과 같은 적합한 중합체 물질로 형성될 수 있다. 표면(14) 및 (16)이 일반적으로 볼록면인 것으로 도시되었으나, 이들중 하나는 일반적으로 오목면 형태를 지닐 수 있다. 다르게는, 표면(14) 및 (16)은 한면만 볼록하거나 한면만 오목한 렌즈를 제공하도록 선택될 수 있다. 용어 "안구내 렌즈" 및 이의 약어 "IOL"은 눈의 수정체를 교체하거나, 수정체가 제거되거나 제거되지 않거나 무관하게 시력을 증진시키기 위해 눈안으로 이식되는 렌즈를 기술하기 위해, 본원에서 서로 교환가능하게 사용된다.

내부 표면(14)은 기초 곡선(22)(점선으로 도시됨)에 특징이 있으며, 이 점선은 선택적 굴절력을 제공하고, 복수의 회절 구조(24)가 이 위에 포개어진다(superimposed). 도 2에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 회절 구조(24)는 복수의 동심 환형 회절 존(26)을 형성함에 특징이 있으며, 이 존들은 입사광을 복수의 회절 차수로 회절시키고, 이는 아래에 더욱 상세히 논의될 것이다. 이 회절 존(26)은 회절 구조가 없는 주변 영역(28)에 의해 둘러싸여 있는 표면의 부분 내에 한정되어 있다. 다시 말해, 회절 존은 전면의 주변 부분이 기초 곡선에 의한 순수한 굴절력을 제공하도록 끝이 잘린(truncated) 모양이다. 이 구체예에서, 회절 존은 두 개의 회절 패턴에 특징이 있고, 이중 하나는 본원에서 3중 초점 패턴으로 칭해지고, 다른 하나는 2중 초점 패턴으로 칭해진다. 더욱 특이적으로, 3중 초점 회절 패턴을 형성하는 환형 존(26a, 26b, 및 26c)은 3 개의 회절 차수(본원에서는 회절 차수 "+1", "0" 및 "-1"로 칭함)로 우선적으로 입사광을 협조적으로(cooperatively) 안내한다. 회절 차수 +1로 안내되는 빛은 한점에 집중되어서 근 초점을 형성하며, 회절 차수 0 및 -1로 안내되는 빛 빔은 집중되어져서, 각각 중간 초점 및 원(먼) 초점을 형성한다. 3중 초점 패턴을 형성하는 회절 존이 빛을 더 높은 차수로 회절시킨다는 것을 또한 인식해야 한다. 그러나, 3중 초점 패턴은 예를 들어 약 60% 이상의 큰 비율의 입사광을 상기 세 개의 차수로 회절시킨다.

이 예시적인 구체예에서, 환형 회절 존(26d, 26e, 26f, 26g, 26h 및 26i)은 2중 초점 회절 패턴을 형성하며, 이 2중 초점 회절 패턴은 입사광을 우선적으로 두 개의 회절 차수(예를 들어 "0" 및 "+1" 차수)로 회절시킨다. 2중 초점 패턴의 0번째 차수로 회절된 빛은 3중 초점 패턴의 -1 차수로 회절된 빛의 집중에 의해 만들어지는 상기 원 초점에 실질적으로 부합하는 초점으로 집중된다. 2중 초점 패턴의 +1번째 차수로 회절된 빛은 3중 초점 패턴의 +1 차수로 회절된 빛의 집중에 의해 만들어지는 상기 근 초점에 실질적으로 부합하는 초점으로 집중된다. 3중 초점 패턴에 유사하게, 2중 초점 패턴은 또한 더 높은 차수로 빛을 회절시킨다. 그러나, 이는, 예를 들어 약 60% 이상의 입사 광 에너지의 벌크를 0 및 -1 차수로 회절시킨다.

추가로, 전면의 기초 곡선에 의해 제공되는 굴절 초점은 회절 패턴에 의해 만들어지는 원 초점에 실질적으로 대응된다. 다시 말해, 렌즈의 굴절력은 원시를 위한 렌즈의 성능에 기여한다.

도 1B에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 이 예시적인 구체예에서, 3중 초점 회절 존은 실질적으로 직사각형 모양의 회절 구조(단계)에 의해 형성되며, 이들은 이들의 영역 경계에서 실질적으로 균일한 단계 높이에 의해 서로 분리되어 있다. 예를 들어, 하나의 고안 파장(design wavelength)에서 단계 높이는 하기 공식에 따라 정의될 수 있다:

공식 (1)

상기 식에서, λ는 고안 파장(예를 들어, 550 nm)이고,

a는 여러 차수에 관련된 회절 효능을 조절하도록 조정될 수 있는 파라미터를 가리킨다. 예를 들어, a는 2.5일 수 있다.

n₂는 안구의 굴절 지수이며;

n₁는 렌즈를 둘러싸는 매체의 굴절 지수를 가리킨다. 둘러싸는 매체가 1.336의 굴절 지수를 가지는 수성 액(humor)인 구체예에서, 안구(n₂)의 굴절 지수는 1.55로 선택될 수 있다. 상기 공식에 의해 제공되는 단계 높이는 단지 하나의 예이고, 다른 단계 높이는 또한 활용될 수 있다.

대조적으로, 이 예시적인 구체예에서, 2중 초점 회절 존은 복수의 톱니와 같은 회절 구조로 형성되며, 이들은 불균일 단계 높이로 이들의 각 존 경계에서 서로 떨어져 있다. 더욱 특이적으로, 2중 초점 패턴의 존 경계에서의 단계 높이는 광축으로부터의 이들의 거리가 증가하면서 점진적으로 줄어든다. 다시 말해, 2중 초점 회절 구조의 경계에서의 단계 높이는 "아포다이즈(apodized)"되어서, 구멍 크기의 함수로서 근 초점 및 원 초점으로 회절되는 광 에너지의 분획을 변경한다(예를 들어, 구멍 크기가 증가되면서, 더 많은 빛 에너지는 원 초점으로 회절된다). 예를 들어, 2중 초점 회절 패턴의 각 존 경계에서 단계 높이는 하기 식에 따라 정해질 수 있다:

공식 (2)

상기 식에서, λ는 고안 파장(예를 들어, 550 nm)을 가리키며,

a는 여러 차수에 관련된 회절 효능을 조절하도록 조정될 수 있는 파라미터를 가리키고, 예를 들어, a는 2.5일 수 있고;

n₂는 안구의 굴절 지수를 가리키며,

n₁는 렌즈가 위치하는 매체의 굴절 지수를 가리키고,

f_apodize는 크기 함수로서 이의 값은 렌즈의 전면과 광축의 교차점으로부터의 반지름 거리가 증가하는 함수에 따라 감소한다. 예를 들어, 크기 함수 f_apodize는 하기 식에 의해 정의될 수 있다:

공식 (3)

상기 식에서, r_i은 ith 존의 반지름이며,

r_out은 마지막 2중 초점 회절 존의 외부 반지름이다.

다른 아포다이즈 크기 함수는 또한 사용될 수 있다. 예를 들어 본원에 참조로서 통합되어 있는 제 11/000770으로 2004년 12월 1일에 촐원된 특허 출원 "Apodized Aspheric Diffractive Lenses"에 기재되어 있는 것이 있다. 추가로, 회절 구조는 상기 기재된 것과 상이한 기하학적 모양을 가질 수 있다.

3중 초점 및 2중 초점 패턴의 회절 특성이 상기에 별도로 논의되었지만, 이 두 패턴들은 협조적으로 근, 중간 및 원 초점을 생성하여, 근, 중간 및 원 시력을 각각 제공한다. 도 3에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 각 초점에서, 광 에너지는 초점에서 최대치를 나타내고, 그 지점의 양 옆에서 감소하는, 프로파일에 따라 분배된다. 각 초점과 관련되어 있는 회절 에너지 프로파일의 너비(예를 들어, 최대치의 반절에서의 전체 너비)는 초점의 관련된 깊이의 측정을 제공한다. 몇몇 구체예에서, 중간 초점 영역으로 안내되는 것에 비해, 근 및 원 초점 영역의 각각으로 안내되는 입사 광 에너지의 분획(예를 들어, 실질적으로 평행이 입서 광선의 형태)은 약 1.4 내지 약 4의 범위일 수 있다. 예를 들어, 원 및 근 초점의 각각과 관련되어 있는 회절 효능은 약 28% 내지 약 38%일 수 있고, 한편 중간 초점과 관련되어 있는 회절 효능은 약 10% 내지 약 28%의 범위일 수 있다.

도 2를 다시 참조하여, 이 구체예에서, 3중 초점 회절 패턴은 광축으로부터 그 축의 거리 (반지름) R만큼 연장되며, 2중 초점 회절 패턴은 거리 R로부터 더 큰 반지름 R'로 연장된다(전면의 반지름 R'' 미만). 따라서, 작은 구멍(개구) 크기를 위해, 렌즈의 근, 중간 및 원 시력 특성은 3중 초점 회절 패턴에 의해 주로 정의된다. 구멍(개구) 크기가 증가하면, 렌즈의 특성은 2중 초점 회절 패턴에 의해 주로 따른다. 이 구체예에서, 이 개구 크기가 증가하면서, 중간 초점으로 안내되는 것에 비해 근 및 원 초점으로 안내되는 광 에너지의 분획은 증가한다. 더구나, 상기 논의된 바와 같이, 2중 초점 회절 존의 단계 높이의 아포다이제이션(apodization)은 개구 크기가 증가되면서 근 초점에 비해 원 초점으로 안내되는 광 에너지의 증가를 가져온다. 일반적으로, 안구(R'')의 반지름은 야 2.5 내지 약 3.5 밀리미터의 범위에서 선택되고, 3중 초점 패턴(R)의 반지름은 약 1 내지 약 1.5 밀리미터의 범위에서 그리고 2중 초점 패턴(R')은 약 1.5 내지 약 2 밀리미터의 범위에서 선택된다. 비록 다른 값은 또한 사용될 수 있다. 추가로, 투명성을 위해 본원에서 단지 몇몇의 환형 존이 묘사되어 있지만, 3중 초점 및 2중 초점 패턴의 각각에 다수의 환형 존은 일반적으로 약 3 내지 약 30의 범위일 수 있고, 애드 파워의 증가에 기초하여 더욱 많을 수 있다.

원 초점과 관련된 시력은 예를 들어 약 6 내지 약 34 디옵터의 범위일 수 있다. 중간 초점은 애드 파워(add power)를 약 1.5 내지 약 4.5 디옵터의 범위에서 제공할 수 있고, 근 초점은 약 3 내지 약 9 디옵터의 범위에서 애드 파워를 제공할 수 있다.

따라서, 상기 3중 초점 IOL 렌즈(10)는 예를 들어 약 무한으로부터 약 4 미터의 범위의 거리에서 물체를 볼 수 있는 원 시력을 제공하고, 예를 들어 약 0.4 m 미만의 거리에서 물체를 볼 수 있는 근 시력을 제공한다. 추가로, IOL(10)은 예를 들어 약 0.4 내지 약 4 m(및 몇몇 구체예에서 약 0.4 내지 약 1 m의 범위에서)의 범위의 거리에서 물체를 볼 수 있는 중간 시력을 제공한다. 다시 말해, 상기 3중 초점 안구용 렌즈는 세 가지 거리 범위를 위한 적응력(전형적으로 유사적응력으로 칭해짐)의 정도를 이롭게 제공한다. 추가 예시에 의해, 도 4A에서 개략적으로 도시되는 바와 같이, 3중 초점 IOL이 환자의 눈에 이식되는 경우에, 눈의 각막의 통합되는 파워 및 IOL의 근, 중간 및 원 파워는 환자의 각막 상의 근, 중간 및 원 거리 범위 내에서 각각 위치되어 있는 물체 A, B 및 C로부터 발산되는 빛을 초점화하도록 한다.

몇몇 구체예에서, 본 발명의 3중 초점 안구용 렌즈는 상이한 애드 파워를 제공하는 두 개의 2중 초점 패턴을 포함하며, 이들은 이의 한 표면 상에 위치되어서, 이들은 원, 중간 및 근 시력에 대응하는 세 개의 초점 영역을 총체적으로 제공한다. 예를 들어, 도 4B는 개략적으로 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 3중 초점 렌즈(15)의 전면(13)의 일부분 상에 위치되어 있는, 두 개의 상이한 2중 초점 패턴으로 되어 있는 복수의 회절 존(11)을 예시하고 있다. 이전의 구체예와 유사하게, 전면은 각 패턴의 0번째 회절 차수에 대응하는 원 초점 파워를 제공하는 기초 프로파일(도시되어 있지 않음)에 특징이 있다. 더욱 특이적으로, 내부 회절 존(11a, 11b, 및 11c)은 예를 들어 약 3 내지 약 9 디옵터의 범위에서의 애드 파워인, 하나의 선택된 애드 파워를 제공하는 2중 초점 패턴을 형성하며, 한편 회절 존(11d, 11e, 11f, 및 11g)은 예를 들어, 약 1.5 내지 약 4.5 디옵터의 범위에서의 애드 파워인 상이한 애드 파워를 제공하는 또 다른 2중 초점 패턴을 형성한다(회절 존은 예시적 목적을 위해 단지 도시되어 있고, 크기에 맞게 반드시 도시되어 있는 것은 아니다). 비록 이 구체예에서, 내부 2중 초점 패턴이 외부 2중 초점 패턴보다 더 높은 애드 파워를 보여주지만, 다른 구체예에서, 외부 패턴은 더 큰 애드 파워를 제공한다. 추가로, 단지 몇몇의 회절 존이 예시되어 있지만, 많은 구체예에서, 각 패턴에서의 다수의 회절 존은 약 3 내지 약 30, 또는 다른 적합한 수의 범위일 수 있다. 존 경계에서의 단계 높이는 균일하거나 불균일할 수 있고, 예를 들어 상기 논의된 방식으로 선택될 수 있다. 각 존의 애드 파워는 하기 식에 따라, 이의 존 경계의 위치를 선택함에 의해 설정될 수 있다(즉, 패턴에서의 각 회절 존의 반지름):

공식(4)

상기 식에서, i는 존 수를 가리키며(i=0은 중심 존),

λ는 고안 파장을 가리키고

f는 애드 파워를 가리킨다.

이 예시적인 구체예에서, 외부 2중 초점 패턴은 내부 2중 초점 패턴보다 더 큰 애드 파워를 보여준다. 예를 들어, 외부 및 내부 2중 초점 패턴은 이의 +1 회절 차수에 대응하는 약 4D 및 2D의 애드 파워를 각각 제공할 수 있다. 그러나, 2 개의 패턴의 0번째 회절 차수는 실질적으로 동시에 발생되고, 약 6 내지 약 34 디옵터의 범위에서 선택된 파워(안구의 표면의 곡률 및 이의 굴절 지수에 기초됨)에 특징이 있는 원 초점 영역으로 입사광을 안내한다. 도 4C에서 개략적으로 도시되어 있듯이, 외부 패턴은 원 초점 A1 및 근 초점 A2를 제공하며, 한편 내부 패턴은 원 초점 B1(실질적으로 A1과 동시에) 및 근 초점 B2를 제공한다. 따라서, 두 개의 패턴은 총체적으로 원, 중간 및 근 초점을 제공하며, 여기서 상기 내부 및 외부 패턴의 근 초점은 각각 근 및 중간 시력을 제공한다.

도 5A 및 5B는 개략적으로 전면(34) 및 후면(36)을 가지는 안구(32)를 포함하는, 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는, 예를 들어, IOL인, 3중 초점 안구용 렌즈(30)를 묘사하고 있다. 전면(34)의 참조 프로파일은 원 초점 파워를 제공하도록 되어 있는 기초 곡선(38)에 특징이 있다. 전면(34)은 추가로 안구의 광축(44)에 대해 대칭적으로 배치되어 있는, 복수의 미세한 회절 구조(42)에 의해 형성되어 있는, 복수의 환형 회절 존(40)을 포함한다. 종전의 구체예와 유사하게, 안구는 생체 적합한 물질로 형성될 수 있고, 이 렌즈는 눈에 이의 고정을 용이하게 하기 위해 (도시되어 있지 않은) 촉각을 추가로 포함할 수 있다. 추가로, 본 구체예에서 표면(14 및 16)은 일반적으로 오목하고, 다른 구체예에서, 표면 곡률은 평철(plano-convex) 또는 평평한 요면(plane-concave) 렌즈를 제공하도록 선택될 수 있다.

각 환형 회절 존은 단계(예를 들어 제 3 존으로부터 제 2 존을 분리하는 단계(50))에 의해 인접 존으로부터 분리되어 있다. 단계는 존의 반지름 경계에 위치하고 있다. 이 구체예에서, 비록 다른 구체예에서 이들이 상기 논의된 방식으로, 아포다이즈될 수 있지만, 단계 높이는 실질적으로 균일하다.

회절 존이 실질적으로 균일한 영역을 가지는 통상적 회절 렌즈와 달리, 이 구체예에서, 회절 존의 영역은 광축(44)으로부터의 거리의 함수로-조절된 방식으로-바뀐다. 이 변경은 실질적으로 근 및 원 초점을 유지하면서, 중간 시력을 제공하도록, 회절 존의 두 개의 회절 차수에 의해 만들어지는, 근 및 원 초점에서 광 에너지 프로파일을 충분히 넓히도록 고안되어 있다. 예를 들어, 도 5B를 참조하여, 이 구체예에서, 환형 회절 존(40)의 영역은 광축으로부터의 증가하는 거리 함수에 따라 점진적으로 증가된다. 예를 들어, 두 개의 회절 존의 영역 사이의 최대 거리(예를 들어 외부 및 내부 가장 외각 존의 영역에서의 차이)는 약 75% 이상, 예를 들어 약 200% 이하일 수 있다.

회절 존 영역의 변화는 존의 수의 함수에 따라 각 존의 제곱 반지름을 선택함에 의해 이행될 수 있다. 여기서 이 존은 예를 들어 아래에 기재되어 있는 방식으로, 광축으로부터 외부 방향으로 방사적으로 연속적으로 넘버링되어 있다. 예를 들어, 도 6은 통상적 회절 렌즈에서 전형적으로 사용되는 존 수 및 존의 제곱 반지름 사이의 관계(r_i ²는 i번째 존의 제곱 반지름을 가리킨다)(그래프 A)와 본 발명의 3중 초점 안구용 렌즈의 이 구체예에서 활용되는 상이한 관계(그래프 B)를 대조하는 그래프를 제공하며, 이는 본 발명의 3중 초점 안구용 렌즈의 이 구체예에서 활용된다. 이 그래프에서 볼 수 있듯이, 3중 초점 렌즈에서, 존의 제곱 반지름은 존 수의 함수에 따라 비선형 변이의 선택된 정도를 보여주며, 균일한 회절 영역을 가지는 렌즈의 존의 제곱 반지름은 각 존 수의 함수에 따라 선형적으로 바뀐다. 이는 중간 초점 영역으로 더 많은 에너지를 전환하도록 렌즈에 의해 회절되는 빛의 간섭 패턴을 변경시킨다.

더욱 특이적으로, 본 구체예에서, 존 경계의 방사형 위치는 하기 식에 따라 결정될 수 있다:

공식 (5)

i는 존 수를 가리키며(i=0은 중심 존을 가리킨다),

λ는 고안 파장을 가리키고,

f는 근 초점의 초점 거리를 가리키며,

g(i)는 고정되지 않은 함수를 가리킨다.

이 구체예에서, 함수 g(i)는 하기 공식에 따라 정해진다:

상기 식에서,

i는 존수를 가리키고,

a 및 b는 두 개의 조절될 수 있는 파라미터이고,

f는 근 초점의 초점 거리를 가리킨다. 예를 들어, a는 약 0.1 λ 내지 약 0.3 λ의 범위일 수 있고, b는 약 1.5 λ 내지 약 2.5 λ의 범위일 수 있으며, 여기서 λ는 고안 파장을 가리킨다.

상기 논의된 바와 같이, 광축으로부터 거리의 함수로서 회절 존의 영역의 변화는 몇몇 회절된 빛의 중간 시력을 제공하기 위한 중간 초점 영역으로의 전환의 결과를 가져온다. 예를 들어, 약 10% 내지 약 28%의 범위에서 회절된 빛의 분획은 중간 초점 영역으로 안내될 수 있다.

예를 들어, 도 7은 상기 예시적인 3중 초점 안구용 렌즈에 의해 제공되는 중간 시력을 위한 시력의 높이를 개략적으로 예시하는 두 개의 그래프(C 및 D)를 보여준다. 더욱 특이적으로, 그래프 C(점선)는 통상적 회절 렌즈의 근 및 원 초점 사이의 광학 에너지의 분배를 보여주며, 여기서 환형 회절 존은 동등한 영역을 가진다. 대조적으로, 그래프 D는 본 발명의 구체예에 따라 안구용 렌즈에 광학 에너지의 분배를 개략적으로 보여주며, 여기서 둘 이상의 회절 존은 상이한 영역을 가진다. 그래프 D의 그래프 C와의 비교는 상이한 영역을 가지는 회절 존을 가지는 본 발명의 안구용 렌즈의 한 구체예가 중간 시력의 상당한 높이를 제공하고, 근 및 원 시력을 실질적으로 유지하고 있음을 보여준다. 예를 들어, 많은 구체예에서, 근 및 원 초점의 각각의 회절 효능은 약 28% 내지 약 38%의 범위에 있을 수 있고, 중간 초점에서의 회절 효능은 약 10% 내지 약 28%의 범위에 있을 수 있다.

이전 구체예에 유사하게, 원 초점과 관련되어 있는 광 파워는 예를 들어 약 6 내지 약 34 디옵터의 범위일 수 있고, 애드 파워를 제공하는 근 초점은 약 3 내지 약 9 디옵터의 범위일 수 있다. 추가로, 중간 초점은 예를 들어 애드 파워를 근 초점에 대비하여 약 1.5 내지 약 4.5의 범위에서 제공할 수 있다.

상기 3중 초점 렌즈의 기능성은 아마도 도 8에 도시되어 있는 표를 참조함에 의해 더욱 잘 이해될 수 있다. 도 8은 광축의 반지름 거리의 제곱의 함수로서, 두 개의 회절 존을 가로지르는 다초점 회절 렌즈의 세 개의 회절 차수(즉, +1, 0, 및 -1)와 관련되어 있는 광학 상 지연(optical phase delay (OPD))을 묘사하고 있다. 반지름 거리의 제곱이 0으로부터 제 2 회절 존과 제 1 회절 존의 경계에 대응하는 값으로 변하기 때문에, 0번째 차수와 관련되어 있는 것은 실질적으로 고정되어 있으면서, +1 및 -1에 관련되어 있는 상 지연은 실질적으로 선형적으로 변경된다(ZB12에 의해 지시되어 있음). 존 경계에서, 각 차수와 관련되어 있는 광학 상은 불연속을 보여준다. 도시되어 있지 않지만, 유사한 상 불연속은 제 3 존과 제 2 존의 경계에서 발생된다(ZB23에서 있음). 각 회절 존을 가로질러 π 광학 상 변화에 대응하는 존 경계가 제곱 반지름 위치에 있다면, 0번째 차수로 회절되는 광학 에너지는 실질적으로 사라진다. 다시 말해, 렌즈는 단지 두 개의 회절 차수(근 및 원 초점)을 효과적으로 제공한다. 그러나, 본 발명의 많은 구체예에서, 하나 이상의 회절 존 경계의 제곱 반지름 위치는 회절 존을 가로지르는 광학 상 변화가 π 미만(예를 들어 π/4)이 되도록 선택된다. 이는 0번째 차수로 회절된 광학 에너지의 일부의 전환을 유도하며, 이로써 중간 시력을 제공한다.

몇몇 구체예에서, 3중 초점 안구용 렌즈에 의해 제공되는 거리 시력은 큰 개구를 위한 이탈 보정에 의해 높아진다(예를 들어, 몇몇 구체예에서 이탈 보장이 더 작은 구멍 크기를 위해 또한 활용될 수 있지만, 직경 약 3 mm 보다 큰 개구 크기). 예를 들어, 이러한 이탈 보정은 필요한 경우에, 중간 초점 영역에서 빛의 증가의 결과로서 원 초점에서 보일 수 있는 탈초점된 빛을 균형시킬 수 있다. 예를 들어, 전면의 기초 프로파일(곡선)은 큰 구멍에 대해 특히 명확할 수 있는, 구형 이탈 효과를 줄이기 위해, 비구면의 일정 정도를 가지도록 선택될 수 있다. 본 발명의 실시에서의 사용에 적합한 이러한 비구면 프로파일의 몇몇 예는 상기 언급된 미국 특허 출원 "Apodized aspheric diffractive lenses"에 기재되어 있다.

예를 들어, 렌즈의 광축으로부터 반지름 거리(R)의 함수에 따르는 전면의 비구면 프로파일은 아래 공식에 의해 특징될 수 있다:

상기 식에서,

z는 축(z), 예를 들어, 표면에 수직인 광축에 평행한 표면의 새그(sag)를 가리킨다.

c는 표면의 정점에서의 곡률을 가리킨다

cc는 원뿔 계수를 가리킨다.

R은 표면의 반경 방향 위치(radial position)를 가리킨다.

ad는 제 4 차수 탈형 계수를 가리킨다.

ae는 제 6 차수 탈형 계수를 가리킨다.

당업자는 본 발명의 범위를 벗어남 없이 상기 구체예에 대한 여러 변경이 가능함을 인식할 것이다.

Claims (29)

1. 근시, 중간 시력 및 원시를 총체적으로 제공하도록, 서로에 대해서 적응되고 배치된 둘 이상의 상이한 회절 패턴을 포함하는 표면을 가지는 안구를 포함하는, 다초점 안구용 렌즈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회절 패턴 중 하나가 3중 초점 패턴을 포함하고, 다른 회절 패턴이 2중 초점 패턴을 포함함을 특징으로 하는 다초점 안구용 렌즈.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 2중 초점 패턴이 아포다이즈된(apodized) 단계 높이를 보여줌을 특징으로 하는 다초점 안구용 렌즈.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 3중 초점 패턴이 상기 2중 초점 패턴보다 상기 안구의 광축에 더욱 가깝게 배치됨을 특징으로 하는 다초점 안구용 렌즈.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 회절 패턴이 상이한 애드 파워(add power)를 가지는 두 개의 2중 초점 패턴을 포함함을 특징으로 하는 다초점 안구용 렌즈.
6. 하나 이상의 2중 초점 회절 패턴 및 3중 초점 회절 패턴을 포함하는 표면을 가지는 안구를 포함하는 다초점 안구용 렌즈로서, 상기 2중 초점 패턴이 근시 및 원시를 제공하도록 되어 있고, 상기 3중 초점 패턴이 근시, 원시 및 중시를 제공하도록 되어 있는, 다초점 안구용 렌즈.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 표면이 상기 원시에 대응하는 굴절 초점을 제공하도록 되어 있는 기초 참조 곡선에 특징이 있음을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 회절 패턴이 회절 구조가 실질적으로 없는 상기 표면의 주변 부분에 의해 둘러싸여 있는 상기 표면의 일부분 내에 배치되어 있음을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 회절 패턴의 각각은 상기 안구의 광축 주위에 대칭적으로 배치되어 있는 하나 이상의 환형 회절 구조를 포함함을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 3중 초점 회절 패턴을 포함하는 상기 환형 회절 구조가 상기 2중 초점 회절 패턴을 포함하는 상기 환형 회절 구조보다 상기 광축에 더 가까이 배치되어 있음을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 3중 초점 회절 패턴을 포함하는 상기 환형 회절 존이 상기 광축으로부터 약 1 내지 약 1.5 mm의 범위에서 구멍 크기에 대응하는 반지 름으로 연장됨을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 2중 초점 회절 패턴 환형이 상기 3중 초점 회절 패턴을 둘러싸고 있음을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 2중 초점 환형 회절 구조가 광축으로부터 증가하는 거리의 함수로서 이의 경계에서 감소하는 단계 높이를 보여줌을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 감소하는 단계 높이가 선택된 아포다이제이션 함수에 의해 특징됨을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 아포다이제이션 함수가 하기 공식에 따라 정의됨을 특징으로 하는 다초점 렌즈:

    

    상기 식에서, r_i은 i번째 존의 반지름이며,

    r_out은 마지막 2중 초점 회절 존의 외부 반지름이다.
16. 제 6 항에 있어서, 상기 3중 초점 회절 패턴이 하나 이상의 실질적으로 사각형 모양 단계를 포함하고, 상기 2중 초점 회절 패턴이 하나 이상의 실질적으로 톱니 모양 단계를 포함함을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
17. 제 6 항에 있어서, 상기 3중 초점 회절 패턴이, 근, 원 및 중간 초점을 제공하고, 상기 3중 초점 근 및 원 초점이 상기 2중 초점 패턴의 근 및 원 초점과 각각 실질적으로 동시에 발생됨을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 근, 중간 및 원 초점이 상기 근, 중간 및 원 시력에 각각 실질적으로 대응함을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
19. 기초 곡선, 상기 안구에 배치되어 있는 둘 이상의 환형 회절 패턴, 주로 세 개의 초점을 제공하는 상기 패턴 중 하나, 및 주로 두 개의 초점을 제공하는 다른 하나에 특징이 있는 하나 이상의 표면을 가지는 안구를 포함하여, 하나의 패턴의 초점과 관련되어 있는 에너지 분배의 다른 패턴의 에너지 분배와의 조합이 근, 중간 및 원 시력을 제공하게 되는, 3중 초점 안구용 렌즈.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 기초 곡선이 상기 원 시력에 대응하는 굴절력을 제공함을 특징으로 하는 3중 초점 렌즈.
21. 제 19 항에 있어서, 상기 회절 패턴이 회절 구조가 없는 상기 안구의 주변 부분에 의해 둘러싸여 있음을 특징으로 하는 3중 초점 렌즈.
22. 제 21 항에 있어서, 3개의 초점을 제공하는 상기 회절 패턴이 두 개의 초점을 제공하는 상기 회절 패턴보다 상기 안구의 광축에 더 가까이 배치되어 있음을 특징으로 하는 3중 초점 렌즈.
23. 제 21 항에 있어서, 3개의 초점을 제공하는 상기 회절 패턴이 상기 안구의 광축으로부터 그 광축으로부터의 제 1 거리로 연장되는 복수의 환형 회절 존을 포함함을 특징으로 하는 3중 초점 렌즈.
24. 제 23 항에 있어서, 두 개의 초점을 제공하는 상기 회절 패턴이 상기 제 1 거리로부터 상기 안구의 반지름 미만의 제 2 거리로 연장되는 복수의 환형 회절 존을 포함함을 특징으로 하는 3중 초점 렌즈.
25. 제 19 항에 있어서, 상기 기초 곡선이 비구면이어서 구면 수차를 줄임을 특징으로 하는 3중 초점 렌즈.
26. 두 개의 별도의 2중 초점 패턴을 포함하는 표면을 가지는 안구를 포함함을 특징으로 하는 다초점 안구용 렌즈로서, 상기 패턴이 상이한 애드 파워를 보여주어 서, 근, 중간 및 원 시력을 협력하여 제공하는 다초점 안구용 렌즈.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 패턴 중 하나가 약 3 내지 약 9 디옵터의 범위에 애드 파워(add power)를 제공하고, 다른 패턴이 약 1.5 내지 약 4.5 디옵터의 범위에서 애드 파워를 제공함을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
28. 제 26 항에 있어서, 상기 패턴 중 하나가 다른 패턴보다 상기 안구의 광축에 더 가깝게 배치되어 있음을 특징으로 하는 다초점 렌즈.
29. 제 28 항에 있어서, 상기 패턴의 각각은 상기 광축의 주위에 배치되어 있는 복수의 동심 회절 존을 포함하는 다초점 렌즈.

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