KR20120035182A - 중앙 단초점 회절 영역을 갖는 지역적 회절 다중초점 안구내 렌즈 - Google Patents

중앙 단초점 회절 영역을 갖는 지역적 회절 다중초점 안구내 렌즈 Download PDF

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노바르티스 아게
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Abstract

안과 렌즈(ophthalmic lens)는 전면 표면(anterior surface) 및 후면 표면을 갖는 옵틱을 포함한다. 렌즈는 또한 회절 초점 파워(diffractive focusing power)를 제공하기 위해 상기 표면들 중 하나 상에 배치된 단초점 회절 구조를 포함한다. 렌즈는 복수의 회절 초점 파워들을 제공하기 위해 상기 표면들 중 하나 상에 배치된 적어도 하나의 다중초점 회절 구조를 더 포함한다. 다중초점 회절 구조는 근거리 시력(near vision)을 위해 색수차(chromatic aberration) 보상을 제공하도록 적응된다.

Description

중앙 단초점 회절 영역을 갖는 지역적 회절 다중초점 안구내 렌즈{ZONAL DIFFRACTIVE MULTIFOCAL INTRAOCULAR LENS WITH CENTRAL MONOFOCAL DIFFRACTIVE REGION}
우선권 출원들
본 출원은 2009년 6월 9일 출원된 미국 가출원 번호 제61/185,512호에 대한 우선권을 청구하고, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
관련 출원들
본 출원은, 본 출원이 우선권을 청구하는 출원과 동일한 날에 출원된 출원 번호 제61/185,510호에 대한 우선권을 청구하는, 발명의 명칭 "IOL WITH VARYING CORRECTION OF CHROMATIC ABERRATION"인 공동-계류중인 출원 번호 제 호에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 다중초점 안과 렌즈들(ophthalmic lenses), 더 구체적으로 색수차들(chromatic aberrations)에 대한 보상을 제공하는 다중초점 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, 환자의 눈의 광학 시스템 내에 선천적으로 존재하는 색수차들을 해결하도록 설계되지 않았다. 부가하여, 많은 종래의 다중초점 IOL들은, 다중초점 IOL들이 심지어 작은 동공(pupil) 크기들에 대해서도 광 에너지의 상당한 부분을 근거리 초점으로 지향시킴에 따라, 원거리 뷰잉(distance viewing)을 위해 최적화될 수 없다.
따라서, 종래의 IOL들의 상기 단점들을 해결하는 향상된 안과 렌즈들, 특히 개선된 IOL들에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 안과 렌즈는 전면 표면(anterior surface) 및 후면 표면(posterior surface)을 갖는 옵틱(optic)을 포함한다. 렌즈는 또한 회절 포커싱 파워를 제공하기 위해 상기 표면들 중 하나 상에 배치된 단초점 회절 구조를 포함한다. 렌즈는 복수의 회절 포커싱 파워들을 제공하기 위해 상기 표면들 중 하나 상에 배치된 적어도 하나의 다중초점 회절 구조를 더 포함한다. 다중초점 회절 구조는 근거리 시력(near vision)을 위해 색수차 보상을 제공하도록 적응된다.
다른 실시예들에서, 안과 렌즈를 제조하는 방법은, 회절 포커싱 파워를 제공하기 위해 IOL의 전면 표면 또는 후면 표면 중 어느 하나 상에 배치된 단초점 회절 구조를 위한 제 1 표면 윤곽(profile)을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 복수의 회절 포커싱 파워들을 제공하기 위해 IOL의 전면 표면 또는 후면 표면 중 어느 하나 상에 배치된 적어도 하나의 다중초점 회절 구조를 위한 제 2 윤곽을 결정하는 단계를 더 포함한다. 다중초점 회절 구조는 근거리 시력을 위한 색수차 보상을 제공하도록 적응된다. 방법은 IOL을 제조하는 단계를 더 포함한다.
많은 실시예들에서, 본 발명은, 향상된 원거리 및 근거리 시력을 제공하기 위해 단초점 회절 구조뿐만 아니라 이중초점 회절 구조 또한 이용하는 안과 렌즈들(예컨대, IOL들)을 제공한다. 예로서, 일부 경우들에서, 렌즈 표면들 중 하나의 중앙 영역 상에 배치된 단초점 회절 구조는, 렌즈의 광학 표면들의 베이스 윤곽들(base profiles)로 인해 렌즈에 의해 제공된 굴절 원거리-초점 광학 파워에 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있는 단일 원거리-초점 광학 파워를 제공할 수 있다. 굴절 포커싱 파워가 포지티브 길이방향(longitudinal) 색수차를 나타낼 것이지만, 단초점 회절 구조는, 보다 많은 광 에너지를 렌즈의 원거리 초점으로 지향시키기 위해 포지티브 색수차에 반작용(counteract)할 수 있는 네거티브 길이방향 색수차를 나타낼 것이다. IOL들의 경우에서, 단초점 회절 구조의 네거티브 색수차는 또한, 보다 양호한 원거리 시력(far vision)을 제공하기 위해 환자의 눈의 선천적인 포지티브 색수차에 반작용할 수 있다. 많은 실시예들에서 단초점 회절 구조를 둘러싸는 환형 영역 상에 배치되는 이중초점 회절 구조는 원거리뿐만 아니라 근거리 광학 파워 또한 제공한다. 단초점 회절 구조와 유사하게, 이중초점 구조는 근거리 시력을 위해 눈의 포지티브 색수차에 예컨대, 반작용할 수 있는 네거티브 길이방향 색수차를 나타낸다.
단초점 회절 구조뿐만 아니라 이중초점 회절 구조의 이용은, 작은 동공 크기들을 위해 광 에너지를 주로 원거리 초점으로 지향시키는 동안 가조절(pseudoaccommodation)을 환자에게 제공할 수 있다(단초점 구조는 주로 단일 포커싱 파워를 제공한다). 바꿔 말하면, 많은 실시예들에서, 작은 동공 크기들에서 광 에너지가 주로 원거리 초점으로 지향되도록, 렌즈의 원거리 및 근거리 초점들로 지향되는 광 에너지의 분배가 동공 크기의 함수에 따라 변화된다. 동공 크기가 단초점 회절 구조의 직경을 초과하여 증가함에 따라, 이중초점 회절 구조는 광 에너지의 일부를 렌즈의 근거리 초점으로 지향시킨다. 많은 경우들에서, 이중초점 구조는 굴절 표면 부분에 의해 둘러싸이고, 이는 인입하는(incoming) 광의 부분이 굴절 표면 부분 상에 입사하도록, 동공 크기가 추가로 증가함에 따라 원거리-초점 광학 파워에 기여한다.
다른 양상에서, 본 발명은 전면 표면 및 후면 표면을 갖는 옵틱을 포함하는 안과 렌즈(예컨대, 안구내 렌즈(IOL))를 제공한다. 단초점 회절 구조는 단일 회절 포커싱 파워를 제공하기 위해 이들 표면들 중 하나 상에 배치되고, 적어도 하나의 다중초점 회절 구조는 복수의 회절 포커싱 파워들을 제공하기 위해 이들 표면들 중 하나 상에 배치된다.
특정 실시예들에서, 단초점 회절 구조는 렌즈의 원거리-초점 광학 파워에 대응하는 포커싱 파워를 제공할 수 있다. 그 다음에, 다중초점 회절 구조는 렌즈의 원거리-초점 광학 파워에 기여할 수 있고, 또한 근거리-초점 광학 파워를 발생할 수 있다.
예로서, 단초점 회절 구조는 렌즈의 전면 표면의 중앙 영역 상에 배치될 수 있는 반면, 다중초점 회절 구조는 단초점 회절 구조를 둘러싸는 환형 영역의 형태일 수 있다. 일부 구현들에서 다중초점 회절 구조가 단초점 구조의 외부 경계로부터 옵틱의 주변부로 연장되는 반면에, 다른 실시예들에서 배치된 표면이 외부 굴절 영역을 포함하도록 다중초점 구조는 절단된다(truncated). 다른 경우들에서, 굴절 표면 영역은 단초점 회절 구조를 다중초점 구조로부터 분리시킬 수 있다.
관련된 양상에서, 단초점 및 다중초점 회절 구조들은 복수의 스텝들(steps)에 의해 서로 분리되는 복수의 회절 에셜렛들(diffractive echelettes)에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단초점 및/또는 다중초점 회절 구조들과 연관된 스텝 높이들은 아포다이즈되고(apodized), 예컨대 렌즈의 중앙으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 스텝 높이들이 감소된다.
예로서, 단초점 구조가 인접한 환형 이중초점 구조에 의해 둘러싸이는 일부 경우들에서, 인접한 외부 구역(zone)으로부터 단초점 구조의 중앙 회절 구역을 분리시키는 스텝의 높이는 높이에 있어서의 감소를 나타내는 후속 스텝들과 함께 설계 파장(예컨대, 550㎚)에서 1 파장
Figure pct00001
에 대응할 수 있어서, 이중초점 구조로부터 단초점 회절 구조를 분리시키는 스텝은 설계 파장에서 1/2 파장
Figure pct00002
에 대응하는 높이를 나타낼 것이다. 이중초점 구조와 연관된 후속 스텝들은 또한, 이중초점 구조와 표면의 굴절 외부 영역 사이의 부드러운 전이(smooth transition)를 제공하기 위해 감소하는 높이들을 나타낼 수 있다.
다른 경우들에서, 단초점 및/또는 다중초점 회절 구조들과 연관된 스텝 높이들은 실질적으로 균일할 수 있다(예컨대, 단초점 구조를 위해 약 1
Figure pct00003
및 다중초점 구조를 위해 약
Figure pct00004
).
다른 양상에서, 전면 표면 및 후면 표면을 갖는 옵틱을 포함하는 안과 렌즈(예컨대, IOL)가 개시된다. 단초점 회절 영역은 이들 표면들 중 하나의 중앙 부분 상에 배치되고, 이중초점 회절 환형 영역은 단초점 회절 영역을 둘러싼다. 단초점 회절 영역은 원거리-초점 광학 파워를 제공할 수 있고, 이중초점 회절 환형 영역은 원거리-초점뿐만 아니라 근거리-초점 광학 파워 또한 제공할 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 전면 표면 및 후면 표면을 갖는 옵틱을 포함하는 안과 렌즈를 제공한다. 단초점 회절 구조는, 원거리-초점 광학 파워를 제공하기 위해 이들 표면들 중 하나 상에 배치된다. 단초점 회절 구조는, 예컨대, 향상된 원거리 시력을 제공하기 위해 렌즈의 굴절 포커싱 파워와 연관된 포지티브 색수차 및/또는 눈의 포지티브 색수차를 보상할 수 있는 네거티브 길이방향 색수차를 제공할 수 있다. 이중초점 회절 구조는, 원거리-초점뿐만 아니라 근거리-초점 광학 파워를 제공하기 위해 표면들 중 하나 상에(예컨대, 단초점 구조가 배치되는 표면 상에) 배치된다.
관련된 양상에서, 상기 안과 렌즈에서, 이중초점 회절 구조는, 근거리 시력을 위해 눈의 포지티브 색수차를 예컨대, 보상할 수 있는 네거티브 길이방향 색수차를 나타낼 수 있다.
다른 양상에서, 전면 표면 및 후면 표면을 갖는 옵틱을 포함하는 안구내 렌즈가 개시된다. 단초점 회절 구조는 이들 표면들 중 일부, 예컨대 전면 표면의 중앙 영역 상에 배치되고, 다중초점 회절 구조(예컨대, 이중초점 회절 구조)는 단초점 회절 구조를 둘러싸도록 이들 표면들 중 환형 영역 상에 배치된다. 전면 및/또는 후면 표면의 베이스 윤곽은, 구면 수차 영향들(spherical aberrations effects)을 개선하기 위해, 바람직하게는 제거하기 위해, 선택된 비구면성(asphericity)의 정도를 나타낸다(예컨대, 이는 렌즈의 중앙으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 구면 윤곽으로부터 점진적으로 보다 큰 편차들을 나타낸다). 일부 경우들에서, 비구면성은 약 -1030 내지 약 -11의 범위 내의 코닉 상수(conic constant)에 의해 특징지어질 수 있다.
다른 양상에서, 환자의 눈 내의 이식(implantation)을 위한 IOL을 제공하는 단계를 포함하는 시력을 정정하는 방법이 개시되고, IOL은 자신의 광학 표면 상에 배치된 단초점 회절 구조뿐만 아니라 렌즈의 동일한 또는 다른 광학 표면 상에 배치된 다중초점 회절 구조를 포함하는 옵틱을 포함한다. IOL은, 폐색된 천연 렌즈를 예컨대, 대체하기 위해 또는 환자의 천연 렌즈를 보강하기(augment) 위해 환자의 눈 내에 이식될 수 있다.
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 균일 스텝 높이들을 갖는 회절 구조를 갖는 IOL의 개략적 측면도를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 IOL의 주변부로 연장되는 다중초점 회절 구조를 갖는 IOL의 개략적 측면도를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 및 제 2 회절 구조들을 분리시키는 환형 굴절 영역을 갖는 IOL의 개략적 측면도를 도시하는 도면.
도 5는 렌즈의 후면 표면이 구면 수차(spherical aberration) 영향들을 제어하기 위한 비구면 베이스 윤곽을 나타내는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IOL의 개략적 측면도를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 특정 실시예에 따른 IOL을 제조하는 방법을 도시하는 흐름도.
본 발명은 일반적으로, 주로 단일 포커싱 파워(예컨대, 원거리-초점 광학 파워)를 제공하기 위한 단초점 회절 구조 및 복수의 포커싱 파워들(예컨대, 원거리-초점뿐만 아니라 근거리-초점 광학 파워도)을 제공하기 위한 다중초점 회절 구조(일반적으로 이중초점 회절 구조)를 이용하는 다중초점 안과 렌즈들, 예컨대, 다중초점 안구내 렌즈들(IOLs)을 제공한다. 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(14) 및 후면 표면(16)을 갖는 옵틱(12)을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중초점 안구내 렌즈(IOL)(10)를 개략적으로 도시한다. 단초점 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 이중초점 회절 구조(20)에 의해 둘러싸인다. 하기에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 단초점 회절 구조(18)가 단일 회절 포커싱 파워를 제공하는 반면, 이중초점 회절 구조(20)는 주로 2개의 회절 포커싱 파워들을 제공한다. 보다 구체적으로, 이 예에서, 단초점 회절 구조는 원거리-초점 광학 파워, 예컨대, 약 -5 내지 약 +55 디옵터(Diopters)(D)의 범위 내에, 보다 일반적으로는 약 6 내지 약 34D의 범위 내에, 또는 약 18 내지 약 26D의 범위 내에 있는 원거리-초점 광학 파워를 제공한다. 다음으로, 이중초점 회절 구조는 원거리-초점 광학 파워뿐만 아니라 근거리-초점 광학 파워 또한 제공한다. 많은 구현들에서, 근거리-초점 광학 파워는 약 1 내지 약 4 디옵터(D)의 범위 내에, 보다 일반적으로 약 2 내지 약 3D의 범위 내에 있을 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 이중초점 구조의 원거리-초점 파워는 단초점 회절 구조에 의해 제공되는 광학 파워와 실질적으로 동등하다. 다른 경우들에서, 회절 구조의 원거리-초점 광학 파워는, 예컨대, 원거리 시력(distance vision)에 대한 심도(depth-of-field)를 향상시키기 위해 단초점 구조의 광학 파워와 상이할 수 있다(예컨대, 약 0.25D 내지 약 2D의 범위 내의, 바람직하게 약 0.5D 내지 약 1D의 범위 내의 값 만큼).
도 1a에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, IOL(10)의 전면 표면(14) 및 후면 표면(16) 양자 모두는 일반적으로 볼록한 베이스 윤곽들을 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 이중초점 회절 구조의 외부 경계로부터 렌즈의 주변부로 연장되고, 예컨대, 낮은 광 조건들에서 큰 동공 크기들을 위한 렌즈의 원거리-초점 광학 파워에 굴절적으로 기여한다.
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 단초점 및 이중초점 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. 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.
도 1b를 참조하면, 회절 구조(18)가 이 경우에서 제 1 오더(order)인, 단일 오더(m)로 광을 회절시키도록, 단초점 회절 구조(18)는 복수의 스텝 높이들(24)에 의해 서로 분리된 복수의 회절 에셜렛들(diffractive echelettes)(22)을 포함한다. 이 예에서, 스텝 높이들(24)은 전면 표면의 중앙(즉, 전면 표면의 베이스 곡선과 광학 축의 교차점(intersection))으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 감소되는 높이들을 나타낸다. 특히, 이 경우에, 최중앙(centermost) 회절 에셜렛(22a)을 제 2 회절 에셜렛(22b)으로부터 분리시키는 스텝(24a)은 선택된 설계 파장(예컨대, 550㎚)에 대해 약 2π(2 파이)의 위상 시프트에 대응하고, 이때 스텝 높이들은 단초점 회절 구조를 이중초점 회절 구조로부터 분리시키는 스텝 높이(24c)를 위한 약 π(파이)의 위상 시프트에 대응하는 값으로 감소한다. 이 방식으로, 단초점 및 이중초점 회절 구조들 사이의 부드러운 전이(smooth transition)가 달성될 수 있다. 대안적으로 π 대 2π 사이의 시프트는, 연속적인 에셜렛들 사이의 스텝 높이 관계를 유지하면서 에셜렛들 사이의 반경 간격(radial spacing)을 변경시킴으로써, 또는 에셜렛들 사이의 스텝 높이들 및 반경 간격을 변경시키는 일부 조합들에 의해 완수될 수 있다.
이 실시예에서, 단초점 회절 구조의 회절 구역들의 반경 위치들은 다음 관계식에 따라 규정될 수 있다:
Figure pct00005
이 예에서, 각각의 에셜렛(22)의 윤곽은 회전의 쌍곡면의 단편(a fragment of a hyperboloid of revolution)이다. 에셜렛
Figure pct00006
의 최고 및 최저 포인트 사이의 거리는 구역들에 걸쳐서 실질적으로 균일하다. 렌즈의 설계 파라미터
Figure pct00007
는 무시해도 될 정도의 기여들을 수신하는 다른 오더들을 갖는 렌즈의 원하는 오더로 광을 지향시키도록 조절될 수 있다. 특히, 파라미터
Figure pct00008
는 다음 관계식에 따라 규정될 수 있다:
Figure pct00009
여기서,
Figure pct00010
는 렌즈가 형성되는 재료의 굴절률을 나타내고,
Figure pct00011
는 렌즈를 둘러싸는 매질(medium)의 굴절률이며,
Figure pct00012
는 진공에서의 입사 광(incident light)의 파장을 나타낸다.
이 예에서, 설계 파라미터
Figure pct00013
는, 회절 구조가 자신에 대해 입사하는 광을 자신의 제 1 오더 회절 초점으로 회절하게 지향시키도록(diffractively direct) 하기 위해, 1(one)로 설정된다. 그러므로, 회절 구조(18)는, 자신에 대해 입사하는 광을 (다른 오더들에 대한 일부 누설 및 산란(scattering)을 고려하여) 자신의 제 1 회절 오더에 대응하는 단일 초점 상으로 회절하게 지향시키는 단초점 렌즈로서 기능한다. 상기 주의된 바와 같이, 다른 실시예들에서 IOL의 단초점 회절 초점은 IOL의 근거리 초점에 대응할 수 있지만, 이 예에서, IOL의 단초점 회절 초점은 IOL의 원거리 초점에 대응한다.
도 1b를 참조하면, 이중초점 회절 구조(20)는 또한 복수의 스텝들(28)에 의해 서로 분리되는 복수의 회절 에셜렛들(26)로 형성된다. 그러나, 회절 에셜렛들(26) 및 스텝들(28)은, 회절 구조(20)가 주로 2개의 초점들: 원거리-초점 및 근거리-초점을 제공하도록 구성된다. 이 예에서, 이중초점 구조(20)의 원거리-초점 파워는 단초점 회절 구조(18)의 단초점 광학 파워와 실질적으로 동등하다.
이 예시적 구현에서, 스텝 높이가 외부 굴절 표면 부분(19) 및 이중초점 회절 구조의 경계에서 영의 값(vanishing value)에 도달하도록, 이중초점 회절 구조의 상이한 에셜렛들을 분리시키는 스텝들은 전면 표면(14)의 중앙으로부터 증가하는 반경 거리(radial distance)의 함수에 따라 감소되는 높이들을 나타낸다. 예로서, 스텝 높이들은 다음 관계식에 따라 규정될 수 있다:
Figure pct00014
여기서,
Figure pct00015
는 설계 파장(예컨대, 550㎚)을 나타내고,
Figure pct00016
는 렌즈가 형성되는 재료의 굴절률을 나타내고,
Figure pct00017
는 렌즈가 위치되는 매질의 굴절률을 나타내며,
Figure pct00018
는 렌즈의 전면 표면과 광학 축의 교차점으로부터 증가하는 반경 거리의 함수에 따라 그의 값을 감소시키는 스케일링 함수를 나타낸다. 예를 들면, 스케일링 함수는 다음 관계식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00019
여기서,
Figure pct00020
는 다음과 같이 규정된 i번째 에셜렛에 대한 반경 거리를 나타내고,
Figure pct00021
에 대해, 회절 구조에 대한 선택된 시작 반경,
Figure pct00022
에 대해,
Figure pct00023
Figure pct00024
는 점선(A)에 의해 도 1a에서 개략적으로 도시된 바와 같은 회절 영역의 내부 경계를 나타내고,
Figure pct00025
은 점선(B)에 의해 도 1a에서 개략적으로 도시된 바와 같은 회절 영역의 외부 경계를 나타내며,
Figure pct00026
는 아포다이제이션 구역(apodization zone)의 상대적 위치 및 회절 엘리먼트 스텝 높이에서의 원하는 감소에 기초하여 선택된 값이다. 지수(
Figure pct00027
)는 렌즈 표면에 걸친 회절 효율(diffraction efficiency)에서의 원하는 변화의 정도에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면,
Figure pct00028
는 약 2 내지 약 6의 범위 내의 값들을 취할 수 있다.
다른 예로서, 스케일링 함수는 다음 관계식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00029
여기서,
Figure pct00030
는 i번째 구역의 반경 거리를 나타내며,
Figure pct00031
은 아포다이제이션 구역의 반경을 나타낸다.
스텝 높이들의 선택에 관한 추가의 상세들은 본 명세서에 참조로서 그 전체가 포함된 미국 특허 제5,699,142호에서 찾을 수 있다.
IOL(10)의 단초점 회절 구조(18)는 네거티브 길이방향 색수차를 나타낸다. 즉, 단초점 회절 구조(18)의 광학 파워는 파장의 증가와 함께 증가된다(보다 긴 파장들을 위해 단초점 회절 구조(18)의 초점 길이가 감소됨). 이에 반해, IOL(10)뿐만 아니라 인간의 눈에 의해 제공된 굴절 파워는, 파장의 증가의 함수에 따른 광학 파워의 감소(초점 길이의 증가)에 의해 특징지어지는 포지티브 색수차를 나타낸다. 그러므로, 단초점 회절 구조는, 원거리 및/또는 근거리 시력을 위해 인간의 눈의 포지티브 색수차 및 렌즈 자체의 포지티브 색수차를 보상하도록 적응될 수 있다. 단초점 회절 구조(18)에 의해 나타난 네거티브 색수차는, IOL 및 눈을 포함하는 광학 시스템과 연관된 전체 색수차를 감소시키기 위해, 눈의 포지티브 색수차 및 IOL 자체의 포지티브 색수차에 반작용하도록 적응될 수 있다.
상기 주의된 바와 같이, 이중초점 회절 구조는 자신의 0번째 오더 회절에 대응하는 원거리-초점 광학 파워를 제공하고, 이 경우에 상기 원거리-초점 광학 파워는 단초점 회절 구조의 광학 파워 및 렌즈의 굴절 파워뿐만 아니라 그의 첫 번째 오더 회절에 대응하는 근거리-초점 광학 파워에도 실질적으로 일치한다. 단초점 회절 파워와 유사하게, 이중초점 회절 구조의 근거리-초점 광학 파워는, 근거리 시력을 위해 눈의 포지티브 색수차를 적어도 부분적으로 보상할 수 있는 네거티브 색수차를 나타낸다(예컨대, 자신의 천연 수정체(natural crystalline lens)를 유지하는 눈에 이식되는 패킥 IOL의 경우). 상기 관계는 이중초점 구조의 근거리-초점 파워가, 천연의 눈과 연관된 포지티브 색수차에 반작용하도록 적응될 수 있는 네거티브 색수차와 연관되는 것을 나타낸다.
상기 IOL(10)은 바람직하게, 예컨대 약 2㎜ 내지 약 3㎜의 범위 내의 작은 동공 크기들을 위한 색수차 보정, 예컨대, 약 2.5㎜ 내지 약 3.5㎜의 범위 내의 중간크기의 동공 크기들을 위한 이중초점 구조들을 통한 근거리 광학 파워, 및 양호한 야간 시력(night vision)으로 인해, 개선된 원거리 시력을 제공할 수 있다.
상기 실시예에서, 이중초점 구조는, 전면 표면의 중앙으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 감소되는 높이를 나타내는 스텝들을 포함하지만, 일부 다른 실시예들에서는, 이중초점 회절 에셜렛들을 분리시키는 스텝 높이들은 실질적으로 균일하다. 예로서 도 2는 전면 표면(34) 및 후면 표면(36)을 갖는 옵틱(32)을 포함하는 이러한 IOL(30)을 개략적으로 도시한다. 이전의 실시예와 유사하게, 단초점 회절 구조(38)는 전면 표면(34)의 중앙 영역 상에 배치되고, 절단된(truncated) 이중초점 구조(40)에 의해 둘러싸인다. 이중초점 구조(40)는 복수의 스텝들에 의해 서로 분리되는 복수의 회절 에셜렛들(42)을 포함한다. 이 예에서, 이중초점 구조의 인접한 에셜렛들 사이의 스텝 높이, 또는 구역 경계에서의 각각의 회절 예셜렛의 수직 높이는 실질적으로 균일하고, 다음 관계식에 따라 규정될 수 있다:
Figure pct00032
여기서,
Figure pct00033
는 설계 파장(예컨대, 550㎚)을 나타내고,
Figure pct00034
는 렌즈가 형성되는 재료의 굴절률을 나타내고,
Figure pct00035
는 렌즈가 위치되는 매질의 굴절률을 나타내며,
Figure pct00036
는 예컨대, 0.5 또는 0.7의 프랙션(fraction)을 나타낸다.
상기 실시예들에서, 이중초점 회절 구조가 절단되지만, 즉 이중초점 회절 구조는 렌즈의 주변부로 연장되지 않지만, 다른 실시예들에서는, 이중초점 회절 구조는 렌즈의 주변부로 연장될 수 있다. 예로서, 도 3은 전면 표면(49A) 및 후면 표면(49B)을 갖는 옵틱(48)을 포함하는 이러한 렌즈(46)를 개략적으로 도시한다. 이전의 실시예들과 유사하게, 단초점 회절 구조(50)는 전면 표면(49A)의 중앙 영역 상에 배치되고, 단초점 구조의 외부 경계로부터 렌즈의 주변부로 연장되는 이중초점 회절 구조(52)에 의해 둘러싸인다. 이중초점 구조는 예컨대, 상기 논의된 방식으로, 실질적으로 균일한 또는 아포다이즈된(apodized) 높이들을 가질 수 있는 복수의 스텝 높이들에 의해 서로 분리되는 복수의 회절 에셜렛들을 포함할 수 있다. 이 경우에, 이중초점 구조와 연관된 스텝은 전면 표면의 중앙으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 감소되는 높이들을 나타낸다.
도 4는 전면 표면(58) 및 후면 표면(60)을 갖는 옵틱(56)을 갖는 다른 실시예에 따른 IOL(54)을 개략적으로 도시한다. 단초점 회절 구조(62)는 전면 표면의 중앙 부분 상에 배치된다. 전면 표면은, 환형 굴절 영역(66)에 의해 단초점 회절 구조(62)로부터 분리되는 이중초점 회절 구조(64)를 더 포함한다. 외부 굴절 영역(68)은 이중초점 구조를 둘러싼다.
도 4를 계속하여 참조하면, 이 예에서, 단초점 회절 구조(62)는 IOL의 원거리-초점 파워에 대응하는 단일 회절 포커싱 파워를 제공한다. 굴절 영역들(66 및 68)은 굴절 후면 표면(60)과 함께, 단초점 회절 구조에 의해 제공된 원거리-초점 파워와 실질적으로 동등한 굴절 광학 파워를 제공하도록 구성된다. 그 다음에 이중초점 회절 구조(64)는, 단초점 회절 렌즈에 의해 제공된 회절 광학 파워 및 후면 표면과 협력하여 굴절 영역들(66 및 68)에 의해 제공된 굴절 파워와 실질적으로 동등한 원거리-초점 파워를 제공한다. 부가하여, 이중초점 회절 구조(52)는 근거리-초점 광학 파워, 예컨대, 약 1 내지 약 4D의 범위 내의 파워를 제공한다. 이 예시적인 실시예에서, 이중초점 구조는 아포다이즈된 높이들을 나타내는 스텝들을 포함하지만, 다른 실시예들에서는 각각의 스텝 높이들은 실질적으로 균일할 수 있다.
일부 실시예들에서, 비구면성(asphericity)의 정도는, 구면 수차 영향들(spherical aberrations effects)을 개선하기 위해, 바람직하게는 제거하기 위해, IOL의 전면 및/또는 후면 표면의 베이스 윤곽에 부과될(imparted) 수 있다. 예로서, 도 5는 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, 단초점 회절 구조(78)는 전면 표면(74)의 중앙 영역 상에 배치되지만, 환형 영역의 형태인 이중초점 회절 구조(80)는 단초점 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 약 -1030 내지 약 -11의 범위 내의 코닉 상수(conic constant)에 의해 특징지어질 수 있다. 비구면성은 IOL에 의해 나타난 구면 수차들을 개선, 바람직하게는 제거할 수 있다. 이 실시예에서 후면 표면의 베이스 윤곽은 비구면성의 정도를 나타내도록 적응되지만, 다른 실시예들에서는 이러한 비구면성은 전면 표면 또는 표면들 양자 모두에 부과될 수 있다.
도 6은 본 발명의 특정 실시예들에 따라 IOL을 제조하는 예시적 방법을 도시한 흐름도(100)이다. 단계(102)에서, 당업자에게 명백해질 임의의 적합한 변형들과 함께 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 단초점 회절 구조를 위한 윤곽이 결정된다. 특히, 단초점 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. 단초점 회절 구조의 초점은 예를 들면, 근거리-시력 초점, 원거리-시력 초점, 또는 중간거리-시력 초점이 되도록 선택될 수 있다. 단계(104)에서, 근거리 시력을 위한 색수차 정정을 제공하는 다중초점 회절 구조를 위한 윤곽이, 당업자에게 명백해질 임의의 적합한 변형들과 함께 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들 중 임의의 실시예에 따라 결정된다. 특히, 다중초점 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. 특정 예에서, 다중초점 회절 구조는 근거리-시력 초점 및 원거리-시력 초점에 대응하는 초점들을 갖는 이중초점 회절 구조일 수 있다. 단계(106)에서, 단계들(102 및 104)에서 결정된 각각의 윤곽들을 갖는 단초점 회절 구조 및 다중초점 회절 구조를 갖는 IOL이 제조된다. 적합한 제조 기술들은, 제한되는 것은 아니지만 몰딩, 애블레이팅(ablating) 및/또는 래딩(lathing)을 포함하는, 재료들에 적합한 임의의 형성 방법을 포함할 수 있다.
당업자들은, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 상기 실시예들에 대해 다양한 변화들이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 단초점 및 다중초점 회절 구조들 양자 모두를 단일 렌즈 표면 상에 배치하기 보다는, 하나의 구조가 렌즈의 전면 표면 상에 배치되고, 다른 구조가 렌즈의 후면 표면 상에 배치될 수 있다. 더욱이, 렌즈 바디가 IOL의 근거리-초점 광학 파워에 굴절적으로 기여하도록, 전면 및 후면 표면들의 베이스 윤곽들이 구성될 수 있다.

Claims (21)

  1. 안과 렌즈(ophthalmic lens)로서,
    전면 표면(anterior surface) 및 후면 표면(posterior surface)을 갖는 옵틱(optic),
    회절 초점 파워(diffractive focusing power)를 제공하기 위해 상기 표면들 중 하나 상에 배치된 단초점 회절 구조, 및
    복수의 회절 초점 파워들을 제공하기 위해 상기 표면들 중 하나 상에 배치된 적어도 하나의 다중초점 회절 구조 ? 상기 다중초점 회절 구조는 근거리 시력(near vision)을 위해 색수차(chromatic aberration) 보상을 제공하도록 적응됨 ?
    를 포함하는,
    안과 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단초점 회절 구조는 원거리-초점 광학 파워(far-focus optical power)를 제공하는,
    안과 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다중초점 회절 구조는 근거리-초점 광학 파워 및 원거리-초점 광학 파워를 제공하는,
    안과 렌즈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단초점 회절 구조에 의해 제공된 원거리-초점 광학 파워는 상기 다중초점 회절 구조에 의해 제공된 원거리-초점 광학 파워와 실질적으로 동등한,
    안과 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단초점 회절 구조는 상기 표면들 중 하나의 중앙 영역 상에 배치되는,
    안과 렌즈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다중초점 회절 구조는 상기 단초점 회절 구조를 둘러싸는 상기 표면들 중 하나의 환형(annular) 영역 상에 배치되는,
    안과 렌즈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전면 표면은 상기 환형 영역의 외부 경계로부터 상기 렌즈의 주변부로 연장되는 외부 굴절 영역을 포함하는,
    안과 렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중초점 회절 구조는 복수의 스텝(steps)들에 의해 서로 분리된 복수의 회절 에셜렛들(diffractive echelettes)을 포함하는,
    안과 렌즈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스텝들은 비-균일 스텝 높이들을 나타내는,
    안과 렌즈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 비-균일 스텝 높이들은 상기 렌즈의 중앙으로부터 증가하는 거리의 함수에 따라 높이들을 감소시키는 것에 의해 특징지어지는,
    안과 렌즈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 IOL을 포함하는,
    안과 렌즈.
  12. 안과 렌즈로서,
    전면 표면 및 후면 표면을 갖는 옵틱,
    상기 표면들 중 하나의 중앙 부분 상에 배치된 단초점 회절 영역, 및
    상기 단초점 회절 영역을 둘러싸는 이중초점 회절 환형 영역 ? 상기 이중초점 회절 환형 영역은 근거리 시력을 위해 색수차 보상을 제공하도록 적응됨 ?
    을 포함하는,
    안과 렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단초점 회절 영역은 원거리-초점 광학 파워를 제공하도록 적응되는,
    안과 렌즈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 이중초점 회절 영역은 원거리-초점 및 근거리-초점 광학 파워를 제공하도록 적응되는,
    안과 렌즈.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 렌즈는 IOL을 포함하는,
    안과 렌즈.
  16. 안과 렌즈로서,
    전면 표면 및 후면 표면을 갖는 옵틱,
    원거리-초점 광학 파워를 제공하기 위해 상기 표면들 중 하나 상에 배치된 단초점 회절 구조 ? 상기 단초점 회절 구조는 원거리 시력(far vision)을 위해 색수차에 대한 보상을 제공하도록 적응됨 ? , 및
    원거리-초점 광학 파워 및 근거리-초점 광학 파워를 제공하기 위해 상기 표면들 중 하나 상에 배치된 이중초점 회절 구조 ? 상기 이중초점 회절 구조는 근거리 시력을 위해 색수차 보상을 제공하도록 적응됨 ?
    를 포함하는,
    안과 렌즈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전면 또는 후면 표면 중 적어도 하나는 비구면 베이스 윤곽(aspheric base profile)을 나타내는,
    안과 렌즈.
  18. IOL을 제조하는 방법으로서,
    회절 포커싱 파워를 제공하기 위해 IOL의 전면 표면 또는 후면 표면 중 어느 하나 상에 배치된 단초점 회절 구조를 위한 제 1 표면 윤곽을 결정하는 단계,
    복수의 회절 포커싱 파워들을 제공하기 위해 상기 IOL의 상기 전면 표면 또는 상기 후면 표면 중 어느 하나 상에 배치된 적어도 하나의 다중초점 회절 구조를 위한 제 2 윤곽을 결정하는 단계 ? 상기 다중초점 회절 구조는 근거리 시력을 위해 색수차 보상을 제공하도록 적응됨 ? , 및
    상기 IOL을 제조하는 단계
    를 포함하는,
    IOL을 제조하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    원거리-초점 광학 파워를 제공하기 위해 상기 단초점 회절 구조를 선택하는 단계를 더 포함하는,
    IOL을 제조하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    원거리-초점 광학 파워 및 근거리-초점 광학 파워를 제공하기 위해 상기 다중초점 회절 구조를 선택하는 단계를 더 포함하는,
    IOL을 제조하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    원거리 시력을 위해 색수차 보상을 제공하기 위해 상기 단초점 회절 구조를 선택하는 단계를 더 포함하는,
    IOL을 제조하는 방법.
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