KR20150050588A - 연장된 초점 심도를 위한 멀티-링 렌즈, 시스템 및 방법 - Google Patents

연장된 초점 심도를 위한 멀티-링 렌즈, 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20150050588A
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헨드릭 에이. 베이버르
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에이엠오 그로닌겐 비.브이.
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Abstract

넓고 연장된 초점 범위에 걸쳐 향상된 상 품질을 제공하기 위한 시스템 및 방법은 시력 치료 기술과 콘택트 렌즈 및 안내 렌즈(IOL)와 같은 안과용 렌즈를 포함한다. 예시적인 IOL 광학계(optics)는 제1 또는 제2 렌즈 표면에 부과된 비구면 굴절 프로필, 및 제1 또는 제2 렌즈 표면에 부과된 회절 프로필을 포함할 수 있다. 비구면 굴절 프로필은 빛을 원거리 초점 쪽으로 초점을 맞출 수 있다. 회절 프로필은, 빛의 제1 백분율을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제2 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 중심 영역을 포함할 수 있다. 회절 프로필은 또한, 중심 영역을 둘러싸고 있으면서, 빛의 제3 백분율을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제4 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 주변 영역을 포함할 수 있다.

Description

연장된 초점 심도를 위한 멀티-링 렌즈, 시스템 및 방법 {MULTI-RING LENS, SYSTEMS AND METHODS FOR EXTENDED DEPTH OF FOCUS}
관련 출원에 대한 교차-참조
본 출원은 35 U.S.C § 119(e) 하에서 동일한 발명의 명칭 하에 2012년 8월 31일자로 출원된 미국 가출원 제61/695,806호에 대한 우선권을 주장한다. 본 출원은 2009년 12월 18일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/288,255호에 대한 우선권의 이익을 주장하는, 2010년 12월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/971,607호(현재, 2013년 7월 9일자로 허여된 미국 특허 제8,480,228호)와 관련된다. 또한, 본 출원은 2010년 12월 17일자로 출원된 하기 출원들과 관련된다: 단일 미세구조 렌즈, 시스템 및 방법, 미국 특허 출원 제12/971,506호(현재, 2013년 4월 30일자로 허여된 미국 특허 제8,430,508호); 각이 가변적인 위상 지연을 갖는 안과용 렌즈, 시스템 및 방법, 미국 특허 출원 제12/971,889호(현재, 2013년 5월 21일자로 허여된 미국 특허 제8,444,267호); 및 적어도 하나의 회전식 비대칭 회절 구조를 갖는 안과용 렌즈, 시스템 및 방법, 미국 특허 출원 제61/424,433호. 본 출원은 또한 다음의 미국 특허 출원과 관련된다: 둘 다 2008년 4월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/047,699호 및 제12/109,251호(현재, 2011년 1월 18일자로 허여된 미국 특허 제7,871,162호); 2009년 4월 23일자로 출원된 제12/429,155호(현재, 2012년 7월 31일자로 허여된 미국 특허 제8,231,219호); 2009년 2월 17일자로 출원된 제12/372,573호(현재, 포기됨); 2008년 8월 23일자로 출원된 제12/197,249호; 2008년 4월 13일자로 출원된 제12/120,201호, 및 2010년 4월 30일자로 출원된 제12/771,550호. 게다가, 본 출원은 미국 특허 제6,830,332호 및 제7,896,916호와 관련된다. 상기 출원들 각각의 전체 기술내용은 모든 목적을 위해 본원에 인용에 의해 포함된다. 완전한 파리 협약 우선권(Full Paris Convention priority)이 이로써 명백히 보유된다.
본 발명의 양태는, 시력 치료 기술 및 특히, 안과용 렌즈, 예를 들면, 콘택트 렌즈, 각막 인레이 또는 온레이, 또는, 예를 들면, 유수정체(phakic) IOL 및 피기백(piggyback) IOL(즉, 이미 IOL을 갖는 눈에 이식되는 IOL)을 포함하는 안내 렌즈(IOL; intraocular lens)에 관한 것이다.
노안은 눈의 원근조절(accommodation) 특성에 영향을 미치는 상태이다. 물체가 젊고 적절하게 기능하는 눈에 더 가까이 이동함에 따라, 모양체근 수축 및 소대 이완의 영향으로 눈의 수정체가 모양이 변하며, 이에 따라, 이의 광학 도수 및 근거리에 초점을 맞추는 능력이 증가한다. 이러한 원근조절로 인해 눈은 근거리 및 원거리 물체 사이에 초점을 맞추었다가 초점을 다시 맞출 수 있다.
노안은 사람이 노화됨에 따라 정상적으로 발생하며, 원근조절의 자연 진행성 상실과 연관된다. 노안인 눈은 흔히 다양한 거리에서 물체에 신속하고 쉽게 초점을 맞출 수 있는 능력을 상실한다. 노안의 영향은 통상적으로 45세 이후에 현저해진다. 65세까지, 수정체는 흔히 거의 모든 탄력성을 상실하며 모양을 변화시키는 단지 제한된 능력만을 갖는다.
눈의 원근조절 감소와 함께, 노화는 또한 백내장의 형성으로 인한 수정체 혼탁을 유도할 수 있다. 백내장은 수정체의 경질 중심 핵에서, 수정체의 보다 연질인 주변 피질부에서, 또는 수정체의 후방에서 형성될 수 있다. 백내장은 혼탁한 자연 수정체를 인공 수정체로 대체함으로써 치료할 수 있다. 인공 수정체가 눈에서 자연 수정체를 대체하는데, 이러한 인공 수정체를 종종 안내 렌즈 또는 "IOL"이라고 언급한다.
단초점 IOL은 단지 한가지 거리, 보통 원거리 초점(far focus)에서 시력 교정을 제공하기 위한 것이다. 이식을 위한 가장 적합한 IOL 도수 예측은 제한된 정확도를 가지며, 부적당한 IOL 도수는 환자로 하여금 수술 후 잔류 굴절(residual refraction)을 갖게 할 수 있다. 따라서, IOL 이식을 받은 환자는 우수한 원거리 시력(far vision)을 달성하기 위해서는 안경을 착용하는 것이 또한 필요할 수 있다. 적어도, 단초점 IOL은 단지 한가지 거리에서 시력 치료를 제공하기 때문에 그리고 전형적인 교정은 원거리에 대한 것이기 때문에, 우수한 근거리 시력(near vision) 및 때때로 중거리 시력(intermediate vision)을 위해서는 보통 안경이 필요하다. 용어 "근거리 시력"은 일반적으로 피검자 눈으로부터 약 1 내지 2 피트의 거리에 있는 물체가 눈의 망막에 실질적으로 초점을 맞추는 경우에 제공되는 시력에 상응한다. 용어 "원거리 시력(distant vision)"은 일반적으로 적어도 약 6 피트 이상의 거리에 있는 물체가 눈의 망막에 실질적으로 초점을 맞추는 경우에 제공되는 시력에 상응한다. 용어 "중거리 시력"은 피검자 눈으로부터 약 2 피트 내지 약 5 피트의 거리에 있는 물체가 눈의 망막에 실질적으로 초점을 맞추는 경우에 제공되는 시력에 상응한다.
단초점 IOL과 관련된 제한을 해결하기 위한 다양한 시도들이 있었다. 예를 들면, 원칙적으로, 두 개의 초점(하나는 근거리 초점, 하나는 원거리 초점)과 임의로 어느 정도의 중거리 초점(intermediate focus)을 전달하는 다초점 IOL이 제안된 바 있다. 이러한 다초점 또는 이초점 IOL은 두 가지 거리에서 우수한 시력을 제공하기 위한 것이며, 굴절형 및 회절형 다초점 IOL을 둘 다 포함한다. 몇몇 경우에, 두 가지 거리에서 시력을 교정하기 위한 다초점 IOL은 약 3.0 또는 4.0 디옵터의 근거리 가입 도수(near add power)를 제공할 수 있다.
다초점 IOL은, 예를 들면, 회절 광학 표면에 의존하여 빛 에너지의 일부를 상이한 초점 거리 쪽으로 직사함으로써 환자가 근거리 및 원거리 물체 둘 다를 또렷하게 볼 수 있도록 할 수 있다. 자연 수정체를 제거하지 않고서 노안을 치료하기 위한 다초점 안과용 렌즈(콘택트 렌즈 등을 포함함)가 또한 제안된 바 있다. 단초점 또는 다초점인 회절 광학 표면은 또한 감소된 색 수차를 제공하도록 구성될 수 있다.
회절 단초점 및 다초점 렌즈는, 굴절력을 제공하는 표면 곡률 및 소정의 굴절률을 갖는 물질을 이용할 수 있다. 회절 렌즈는, 렌즈의 전반적인 광학 도수에 기여하는 회절력을 렌즈에 부여하는 회절 프로필(profile)을 갖는다. 회절 프로필은 전형적으로 다수의 회절 영역을 특징으로 한다. 안과용 렌즈에 사용되는 경우, 이들 영역은 전형적으로 렌즈의 광학 축 주위에 이격된 환형 렌즈 영역, 또는 에슐레트(echelette)이다. 각각의 에슐레트는 광학 영역, 광학 영역과 인접 에슐레트의 광학 영역 사이의 전이 영역(transition zone), 및 에슐레트 기하학에 의해 정의될 수 있다. 에슐레트 기하학은 광학 영역의 내부 직경 및 외부 직경 및 형상 또는 구배, 높이 또는 스텝 높이(step height), 및 전이 영역의 형상을 포함한다. 에슐레트의 표면적 또는 직경은 주로 렌즈의 회절력(들)을 결정하고, 에슐레트 간의 전이의 스텝 높이는 주로 상이한 가입 도수들 간의 광 분배(light distribution)를 결정한다. 더불어, 이들 에슐레트는 회절 프로필을 형성한다.
렌즈의 다초점 회절 프로필은 둘 이상의 광학 도수를 제공함으로써 노안을 완화시키는데 사용될 수 있다; 예를 들면, 하나의 광학 도수는 근거리 시력을 위한 것이고, 다른 하나는 원거리 시력을 위한 것이다. 렌즈는 또한, 원래의 수정체를 대체하여 눈의 캡슐 모양의 낭(capsular bag) 내에 위치하거나, 자연 수정체 앞에 위치하는 안내 렌즈의 형태를 취할 수 있다. 렌즈는 콘택트 렌즈, 가장 흔히 이초점 콘택트 렌즈의 형태이거나, 본원에 언급된 기타의 다른 형태일 수 있다.
다초점 안과용 렌즈가 다수의 환자에게 개선된 시력의 질을 야기하지만, 추가의 개선이 이로울 것이다. 예를 들면, 일부 가성수정체(pseudophakic) 환자는 바람직하지 못한 시각 효과(이상광시증), 예를 들면, 휘광(glare) 및 후광(halo)을 경험한다. 후광은 사용되지 않은 초점 상으로부터의 빛이 사용된 초점 상에 중첩된 초점이 맞지 않는 상(out-of-focus image)을 생성할 때 발생할 수 있다. 예를 들면, 멀리있는 점 광원으로부터의 빛이 이초점 IOL의 원거리 초점에 의해 망막 상에 이미지화되면, IOL의 근거리 초점이 원거리 초점에 의해 형성된 상의 상부에 디포커스 상(defocused image)을 동시에 중첩시킬 것이다. 이러한 디포커스 상은 자체로 초점이 맞는 상(in-focus image)을 둘러싸는 빛의 고리의 형태로 나타날 수 있으며, 이를 후광이라고 한다. 또다른 개선 분야는 다초점 렌즈의 전형적인 이초점성(bifocality)을 위주로 돌아간다. 다초점 안과용 렌즈는 전형적으로 근거리 및 원거리 시력을 제공하기 때문에, 중거리 시력이 손상될 수 있다.
연장된 초점 심도를 갖는 렌즈는 특정 환자들에게 이상광시증을 감소시키거나 이상광시증을 갖지 않게 하면서 다양한 거리에서 양호한 시력의 혜택을 제공할 수 있다. IOL의 초점 심도를 연장하기 위한 다양한 기술들이 제안되었다. 예를 들면, 몇몇 접근법들은 불스-아이 굴절 원칙(bulls-eye refractive principle)에 기초하며, 약간 증가된 도수를 갖는 중심 영역을 포함한다. 또다른 기술들은 비구면을 포함하거나 상이한 굴절 영역의 도수를 갖는 굴절 영역을 포함한다.
제안된 특정 치료들이 이를 필요로 하는 환자들에게 약간의 혜택을 제공할 수는 있지만, 여전히 더욱 발전될 가치가 있다. 예를 들면, 이상광시증 없이 넓고 연장된 초점 범위에 걸쳐 향상된 상 품질을 부여하는 개선된 IOL 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명의 양태는, 상기한 문제들을 해결하는 해법을 제공하며, 따라서, 이러한 두드러진 요구들의 적어도 일부에 대한 해답을 제공한다.
본 발명의 간단한 요지
본 발명의 양태는, 일반적으로 개선된 렌즈 및 이미징 기술을 제공한다. 예시적인 양태는, 개선된 안과용 렌즈(예를 들면, 콘택트 렌즈, 각막 인레이 또는 온레이, 또는, 예를 들면, 유수정체 IOL 및 피기백 IOL을 포함한 안내 렌즈(IOL)) 및 이들의 설계 및 사용을 위한 관련 방법을 제공한다.
본 발명의 양태는, 표면 구조를 둘러싼 1 내지 4개의 에슐레트를 지닌 원형 표면 구조를 갖는 IOL 광학계(optics)를 포함한다. 프로필은, 눈의 자연 수정체가 합성 수정체로 대체된 가성수정체 눈의 초점 심도를 증가시키도록 설계된다. 이러한 제한 링(limited ring) IOL 기술은 다수의 회절 링을 갖는 종래의 다초점 IOL과 관련된 뚜렷한 이초점성을 억제시킨다. 그 결과, 종래의 다초점 IOL과 관련된 이상광시증(예를 들면, 후광 효과)이 본 발명의 양태에 따르는 렌즈에 의해 완화될 수 있다.
예시적인 제한 링 IOL는 전방면(anterior face)과 후방면(posterior face)을 포함한다. 프로필은 전방 또는 후방 표면 또는 전방 또는 후방 면에 부과될 수 있다. 프로필은 내부 부분과 외부 부분을 가질 수 있다. 내부 부분은 전형적으로 포물선 형상을 나타낸다. 내부 부분을 또한 미세구조, 또는 중심 또는 내부 에슐레트라고 언급될 수 있다. 내부 부분과 외부 부분 사이에는, 내부 부분과 외부 부분을 연결하는 전이 영역이 존재할 수 있다. 외부 부분은 4개 이하의 에슐레트로 이루어질 수 있다.
포물성 형상 이외에, 중심/내부 에슐레트는 쌍곡선, 구면, 비구면, 및 사인곡선을 포함한 다양한 형상을 가질 수 있다. 중심/내부 에슐레트의 내부 및 외부 부분 사이의 전이는 급격한 전이일 수 있거나, 평활한 전이일 수 있다.
미세구조의 바깥쪽에 있는 외부 부분의 표면은 구면 또는 비구면 형상을 가질 수 있으며, 제한된 수의 에슐레트, 바람직하게는 4개 미만의 에슐레트로 이루어진다. 외부 부분의 형상은 다양한 동공 크기에 대해 목적하는 광학 성능을 갖기 위해 최적화될 수 있다. 목적하는 광학 성능은 초점 심도, 원거리 초점에서의 광학 품질, 및 동공 크기의 함수로서의 최적의 초점(또는 원거리 초점) 위치의 변화와 같은 요소들에 기초할 수 있다. 최적화 규칙은 형상이 굴절 단초점 IOL, 또는 연장된 초점 심도를 갖는 굴절 IOL, 또는 안구 구면 수차를 교정하거나 수정하는 굴절 설계인 것과 같이 적용될 수 있다. 중심 에슐레트와 외부 영역 사이의 상호작용(interplay)이 설계 또는 최적화시 포함되는 특수한 설계가 이루어질 수 있다. 본원에 기재된 기술은 IOL, 각막 인레이 또는 온레이, 및/또는 콘택트 렌즈를 포함한 다양한 안과용 렌즈에서 실행하기에 매우 적합하다.
하나의 측면에서, 본 발명의 양태는, 환자의 눈을 치료하기 위한 안과용 렌즈 시스템 및 방법을 포함한다. 예시적인 렌즈는 전방 굴절 프로필을 갖는 전방면과 후방 굴절 프로필을 갖는 후방면을 포함할 수 있다. 면은 광학 축 주위에 배치될 수 있다. 렌즈는 또한 전방 굴절 프로필 또는 후방 굴절 프로필에 부과된 회절 프로필을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 회절 프로필은 5개 이하의 에슐레트를 포함할 수 있다. 임의로, 중심 에슐레트는 렌즈의 중심 영역 내에 배치될 수 있다. 관련하여, 중심 에슐레트는 렌즈의 중심 굴절 영역을 둘러싼 환형 링 내에 배치될 수 있다. 몇몇 경우에, 렌즈는 중심 에슐레트 또는 환형 링을 둘러싼 제한된 수의 에슐레트를 갖는 주변 영역을 포함한다. 제한된 수의 에슐레트는 일정한 위상 변이(constant phase shift)를 특징으로 할 수 있다.
몇몇 양태에 따르면, 안과용 렌즈는 포물선을 특징으로 하는 제한된 수의 에슐레트를 포함할 수 있다. 중심 에슐레트는 약 1mm 내지 약 4mm 범위내의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 중심 에슐레트는 약 1.5mm의 직경을 가질 수 있다. 몇몇 경우에, 중심 에슐레트는 약 1.0mm 내지 약 5.0mm 범위내의 직경을 가질 수 있다. 렌즈 양태는, 제한된 수의 에슐레트 및 굴절부로 이루어진 주변부를 포함할 수 있다. 중심 및 주변 에슐레트는 1 내지 7㎟인 표면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 에슐레트는 2.3㎟인 표면적을 가질 수 있다. 몇몇 경우에, 렌즈는 에슐레트를 둘러싼 주변부를 포함할 수 있다. 렌즈는 약 4mm 내지 약 6mm 범위내의 외부 직경을 갖는 주변부를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 주변부는 약 1mm 내지 약 7mm 범위내의 외부 직경을 가질 것이다. 예를 들면, 렌즈는 약 5mm의 외부 직경을 갖는 주변부를 포함할 수 있다.
에슐레트는 약 0.5μm 내지 약 4μm 범위내의 값을 갖는 스텝 높이를 특징으로 할 수 있다. 몇몇 양태에 따르면, 전이는 약 1.5μm 내지 2.5μm 범위내의 값을 갖는 스텝 높이를 특징으로 할 수 있다. 몇몇 양태에 따르면, 전이는 약 1.7μm의 값을 갖는 스텝 높이를 특징으로 할 수 있다. 또다른 양태에서, 스텝 높이는 약 2.0μm의 값을 가질 수 있다.
임의로, 회절 프로필은 설계 파장을 특징으로 할 수 있고, 렌즈는 설계 파장의 약 0.25 내지 약 1배의 위상 변이를 생성하는 스텝 높이를 특징으로 하는 전이를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 회절 프로필은 설계 파장을 특징으로 할 수 있고, 렌즈는 설계 파장의 약 0.15 내지 약 2배의 위상 변이를 생성하는 스텝 높이를 특징으로 하는 전이를 포함할 수 있다.
몇몇 측면에서, 본 발명의 양태는, 전방 굴절 프로필을 갖는 전방면과 후방 굴절 프로필을 갖는 후방면(전방면과 후방면이 광학 축 주위에 배치되도록 한다) 및, 전방 굴절 프로필 또는 후방 굴절 프로필에 부과된 회절 프로필(회절 프로필이 내부 에슐레트 및 4개 이하의 외부 에슐레트를 포함하도록 한다)을 포함하는 안과용 렌즈를 포함하는 시스템 및 방법을 포함한다. 몇몇 양태에 따르면, 내부 에슐레트는 렌즈의 중심 영역내에 배치될 수 있다. 몇몇 경우에, 내부 에슐레트는 렌즈의 중심 영역을 둘러싼 환형 링내에 배치될 수 있다. 임의로, 내부 에슐레트 및 외부 에슐레트는 포물선을 특징으로 할 수 있다. 몇몇 경우에, 내부 에슐레트 및 외부 에슐레트는 일정한 위상 변이를 특징으로 할 수 있다. 몇몇 양태에 따르면, 안과용 렌즈는 원근조절 렌즈 및/또는 다초점 렌즈를 포함할 수 있다.
하나의 측면에서, 본 발명의 양태는, 안과용 렌즈, 및 이들의 설계 및 제작을 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 예시적인 안과용 렌즈는 제1 표면과 제2 표면을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1 및 제2 표면은 광학 축 주위에 배치되고, 비구면 굴절 프로필이 제1 표면 또는 제2 표면에 부과되며, 회절 프로필이 제1 표면 또는 제2 표면에 부과된다. 비구면 굴절 프로필은 빛을 원거리 초점 쪽으로 초점을 맞추거나 직사할 수 있다. 회절 프로필은, 빛의 제1 백분율(percentage)을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제2 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 중심 영역, 및 중심 영역을 둘러싸고 있으면서, 빛의 제3 백분율을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제4 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 주변 영역을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 중거리 초점은 1 디옵터 내지 2.5 디옵터 범위내의 안내 가입 도수(intraocular add power)에 상응한다. 몇몇 경우에, 중거리 초점은 안경면(spectacle plane)에서 0.75 내지 2 디옵터 사이의 가입 도수에 상응한다. 몇몇 경우에, 중거리 초점은 1.75 디옵터의 안내 가입 도수에 상응한다. 몇몇 양태에 따르면, 원거리 초점은 회절 프로필의 1차 회절 차수에 상응한다. 몇몇 경우에, 원거리 초점은 회절 프로필의 2차 회절 차수에 상응한다. 몇몇 경우에, 원거리 초점은 회절 프로필의 3차 회절 차수에 상응한다. 몇몇 경우에, 중거리 초점과 원거리 시야 초점 간의 차이는 약 1 디옵터 내지 약 2.5 디옵터 범위내의 도수 값에 상응한다. 임의로, 중거리 초점과 원거리 시야 초점 간의 차이는 약 1.75 디옵터의 도수에 상응할 수 있다. 몇몇 양태에 따르면, 중심 영역은 약 1mm 내지 약 3mm 범위내의 외부 직경을 갖는다. 몇몇 양태에 따르면, 중심 영역은 약 2.2mm의 외부 직경을 갖는다. 몇몇 경우에, 중심 영역에 의해 원거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율은 41% 내지 63% 범위내이고, 중심 영역에 의해 중거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율은 21% 내지 41% 범위내이다. 몇몇 경우에, 중심 영역에 의해 원거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율은 41%이고, 중심 영역에 의해 중거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율은 41%이다. 몇몇 경우에, 주변 영역에 의해 원거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율은 41% 내지 100% 범위내이고, 주변 영역에 의해 중거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율은 0% 내지 41% 범위내이다. 몇몇 경우에, 주변 영역에 의해 원거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율은 63%이고, 주변 영역에 의해 중거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율은 21%이다. 임의로, 중심 영역은, 스텝 높이를 각각 갖는 하나 이상의 에슐레트를 포함할 수 있고, 주변 영역은, 각각의 중심 영역 에슐레트들의 스텝 높이들보다 작은 스텝 높이를 각각 갖는 다수의 에슐레트를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 중심 영역은 둘 이상의 에슐레트를 포함한다. 임의로, 중심 영역은 셋 이상의 에슐레트를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 중심 영역은 2, 3, 4개의 에슐레트를 포함할 수 있다. 몇몇 양태에 따르면, 중심 영역은, 약 0.006 밀리미터의 스텝 높이를 갖는 적어도 하나의 에슐레트를 포함하고, 주변 영역은, 약 0.0055 밀리미터의 스텝 높이를 갖는 적어도 하나의 에슐레트를 포함한다. 몇몇 경우에, 중심 영역은 1.5 파장의 광로차를 갖는 적어도 하나의 에슐레트를 포함하고, 주변 영역은, 1.366 파장의 광로차를 갖는 적어도 하나의 에슐레트를 포함한다. 몇몇 경우에, 중심 영역은, 스텝 높이를 각각 갖는 두 개의 에슐레트를 포함하고, 주변 영역은, 중심 영역 에슐레트들의 스텝 높이들보다 작은 스텝 높이를 각각 갖는 7개의 에슐레트를 포함한다. 몇몇 경우에, 중심 영역은, 1.6mm의 외부 직경을 갖는 내부 에슐레트 및 2.2mm의 외부 직경을 갖는 외부 에슐레트를 포함하고, 여기서, 중심 영역의 내부 및 외부 에슐레트 각각은 스텝 높이를 가지며, 주변 영역은 중심 영역 에슐레트들의 스텝 높이들보다 작은 스텝 높이를 각각 갖는 7개의 에슐레트를 포함한다. 1.0 내지 2.5 디옵터의 가입 도수 범위에 대해, 중심 영역에는 1 내지 5개의 에슐레트가 존재할 수 있고, 주변 영역에는 3 내지 24개의 에슐레트가 존재할 수 있다. 0.75 내지 2.0 디옵터의 가입 도수 범위에 대해, 중심 영역에는 1 내지 4개의 에슐레트가 존재할 수 있고, 주변 영역에는 3 내지 19개의 에슐레트가 존재할 수 있다. 몇몇 경우에, 주변 영역은 5개 내지 12개 범위의 에슐레트를 가질 수 있다. 임의로, 렌즈는 중거리 초점에서 50c/mm에서의 MTF를 24로, 원거리 초점에서 50c/mm에서의 MTF를 44로 제공할 수 있다.
또다른 측면에서, 본 발명의 양태는, 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단, 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단, 및 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단을 포함하는 안과용 렌즈를 포함한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단은 회절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단은 굴절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단은 회절 프로필 및 굴절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단은 회절도 아니고 굴절도 아닌 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다.
또다른 측면에서, 본 발명의 양태는, 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단, 및 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단을 포함하는 안과용 렌즈를 포함한다. 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단과 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단은, 조합하는 경우, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점 및 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공할 수 있으며, 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정할 수 있다. 몇몇 경우에, 기본 도수는 5 내지 34 디옵터의 범위내이고, 가입 도수는 1 내지 2.5 디옵터 범위내이다. 몇몇 경우에, 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단은 비구면 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단은 회절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단은 렌즈 물질 구성(lens material construction)을 포함하며, 상기 구성은 제1 광학 분산을 제공하는 제1 물질, 및 제1 광학 분산과는 상이한 제2 광학 분산을 제공하는 제2 물질을 갖는다.
여전히 또다른 측면에서, 본 발명의 양태는, 각막 구면 수차를 보상하기 위한 수단, 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단, 및 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단을 포함하는 안과용 렌즈를 포함한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단은 회절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단은 굴절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단은 회절 프로필 및 굴절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단은 회절도 아니고 굴절도 아닌 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다.
또다른 측면에서, 본 발명의 양태는, 각막 구면 수차를 보상하기 위한 수단, 및 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단을 포함하는 안과용 렌즈를 포함한다. 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단 및 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단은, 조합하는 경우, 3mm 및 5mm 동공 직경에서 중거리 초점에 대해, 밀리미터 당 50 사이클에서의 변조 전달 함수 값(modulation transfer function value)을 적어도 10으로 제공할 수 있다. 몇몇 경우에, 각막 구면 수차를 보상하기 위한 수단은 비구면 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단은 회절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함한다. 몇몇 경우에, 회절 프로필은, 빛의 제1 백분율을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제2 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 중심 영역, 및 중심 영역을 둘러싸고 있으면서, 빛의 제3 백분율을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제4 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 주변 영역을 포함한다. 몇몇 경우에, 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단은 렌즈 물질 구성을 포함하며, 상기 구성은 제1 광학 분산을 제공하는 제1 물질 및 제1 광학 분산과는 상이한 제2 광학 분산을 제공하는 제2 물질을 갖는다.
또다른 측면에서, 본 발명의 양태는, 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하는 방법을 포함한다. 예시적인 방법은, 환자에 대해 특이적인 환자 파라미터 데이터 프로필을 입력함을 포함할 수 있으며, 여기서, 환자 파라미터 데이터 프로필은, 환자의 측정된 구면 수차에 상응하는 환자 구면 수차 파라미터 및 환자의 측정된 색 수차에 상응하는 환자 색 수차 파라미터를 포함한다. 상기 방법은 또한 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 안과용 렌즈 처방전은, 측정된 환자 구면 수차 및 측정된 환자 색 수차를 보상하고, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점 및 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하도록 구성될 수 있으며, 여기서, 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 안과용 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정한다. 몇몇 경우에, 안과용 렌즈 처방전은 콘택트 렌즈 처방전, 유수정체 안내 렌즈 처방전, 가성수정체 안내 렌즈 처방전, 또는 각막 인레이 처방전을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 환자 구면 수차 파라미터는 안구 구면 수차 파라미터를 포함한다. 몇몇 경우에, 환자 구면 수차 파라미터는 각막 구면 수차 파라미터를 포함한다. 몇몇 경우에, 환자 색 수차 파라미터는 안구 색 수차 파라미터를 포함한다. 몇몇 경우에, 환자 색 수차 파라미터는 각막 색 수차 파라미터를 포함한다.
여전히 또다른 측면에서, 본 발명의 양태는, 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 제작하는 방법을 포함한다. 예시적인 방법은, 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 입력하고, 처방전에 기초하여 안과용 렌즈를 제작함을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 안과용 렌즈는 환자 구면 수차와 환자 색 수차를 보상하도록 구성되고, 렌즈는 기본 도수에 상응하는 원거리 초점 및 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하도록 구성되며, 여기서, 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 안과용 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정한다. 몇몇 경우에, 안과용 렌즈는 콘택트 렌즈, 유수정체 안내 렌즈, 가성수정체 안내 렌즈, 또는 각막 인레이이다.
또다른 측면에서, 본 발명의 양태는, 환자의 눈을 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하기 위한 시스템을 포함한다. 예시적인 시스템은 환자 눈에 대해 특이적인 환자 파라미터 데이터 프로필을 수용하는 입력장치(input)를 포함할 수 있으며, 여기서, 환자 파라미터 데이터 프로필은 환자 눈의 측정된 구면 수차에 상응하는 환자 구면 수차 파라미터 및 환자 눈의 측정된 색 수차에 상응하는 환자 색 수차 파라미터를 포함한다. 시스템은 또한 눈을 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하는 기계-판독 가능 코드를 구현하는 유형 매체(tangible medium)를 갖는 모듈을 포함할 수 있다. 안과용 렌즈 처방전은, 측정된 구면 및 색 수차를 보상하고, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점 및 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하도록 구성될 수 있으며, 여기서, 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 안과용 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정한다.
하나의 측면에서, 본 발명의 양태는, 환자의 눈을 위한 안과용 렌즈를 제작하기 위한 시스템을 포함한다. 예시적인 시스템은 환자 눈에 대한 안과용 렌즈 처방전을 수용하는 입력장치를 포함할 수 있으며, 여기서, 안과용 렌즈 처방전은, 환자 눈의 측정된 환자 구면 수차 및 측정된 환자 색 수차를 보상하고, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점 및 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하도록 구성된다. 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 안과용 렌즈 처방전에 대한 연장된 초점 심도를 한정할 수 있다. 시스템은 또한 렌즈 처방전에 기초하여 안과용 렌즈를 제작하는 제조 어셈블리(manufacturing assembly)를 포함할 수 있다.
본 발명의 특성 및 이점의 추가의 이해를 위해, 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참고해야 한다.
도 1a는 다초점 굴절 안내 렌즈를 갖는 눈의 단면도이다.
도 1b는 이식된 다초점 회절 안내 렌즈를 갖는 눈의 단면도이다.
도 2a는 회절 다초점 안과용 렌즈의 정면도이다.
도 2b는 도 2a의 렌즈의 단면도이다.
도 3a 내지 3b는 종래의 회절 다초점 렌즈의 회절 프로필의 일부를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 양태에 따르는 렌즈의 중심 에슐레트의 양상을 보여준다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 양태에 따르는 렌즈 프로필의 양상을 예시한다.
도 5는 중심 에슐레트 양태에 따르는 계산된 디포커스 곡선의 양상을 보여준다.
도 6은 본 발명의 양태에 따르는 계산된 디포커스 곡선의 양상을 보여준다.
도 7 및 7a는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈의 양상을 도시한다.
도 8, 8a, 및 8aa 내지 8ae는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈의 양상을 도시한다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈의 양상을 도시한다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈의 양상을 도시한다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈의 양상을 도시한다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈의 양상을 도시한다.
도 13은 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈 처방전 생성 방법의 양상을 도시한다.
도 14는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈 제작 방법의 양상을 도시한다.
도 15는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈 처방전 생성 시스템의 양상을 도시한다.
도 16은 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈 제작 시스템의 양상을 도시한다.
예시 목적을 위해, 상기한 특정 도면에 도시된 프로필 기하학은 축척에 따라 정확하게 묘사되지는 않았다. 도면 중의 일부에 도시된 프로필의 높이는 일반적으로 약 0.1μm 내지 약 8.0μm의 정도이지만, 높이는 환자에 의해 요구되는 교정의 양, 렌즈 물질의 굴절률 및 주변 매체, 및 원하는 회절 수차 간의 목적하는 광 분배와 같은 인자들에 따라 변할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명
명료성 및 간결성의 목적을 위해, 전형적인 안과용 렌즈, 이식 가능한 광학 장치, 시스템 및 방법에서 발견되는 다수의 다른 요소들을 배제하면서, 본 발명의 명확한 이해를 위해 관련된 요소들을 예시하도록 본 발명의 도면 및 설명을 간소화하였음을 이해해야 한다. 따라서, 당업계의 통상의 숙련가들은 다른 요소들 및/또는 단계들이 본 발명을 수행하는데 바람직하고/하거나 필요함을 인지할 수 있다. 그러나, 이러한 요소들 및 단계들은 당업계에 널리 공지되어 있기 때문에, 그리고 이들이 본 발명의 보다 나은 이해를 도모하지 않기 때문에, 이러한 요소들 및 단계들의 논의는 본원에 제공되지 않는다. 본원의 기재내용은 당업계의 숙련가들에게 공지된 기재된 요소들 및 방법들에 대한 이러한 모든 변화 및 변형에 관한 것이다.
본 발명의 양태는, 연장된 범위의 초점 또는 초점들에 걸쳐 개선된 상 품질을 제공하는 시스템 및 방법을 포함한다. 본원에 기재된 시스템 및 방법은, 예를 들면, 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 안경 렌즈, 및 각막 인레이 또는 온레이와 같은 각종 안과용 렌즈를 포함할 수 있다. 예시적인 양태는, 통상의 단초점 렌즈와 비교하여 연장된 초점 심도를 갖고, 통상의 다초점 안과용 렌즈와 비교하여 감소된 이상광시증을 갖는 안과용 렌즈를 포함한다. 몇몇 경우에, 이러한 기술은, 제한된 수의 링 또는 에슐레트를 포함하고, 전형적으로 연장된 초점 심도를 수반하는 IOL 접근법을 포함한다. 유리하게는, 이러한 접근법은 환자에게 이상광시증 없이 우수한 원거리 시력 뿐만 아니라 중거리 및/또는 근거리에서 우수한 시력을 제공할 수 있다.
본 발명의 양태는, 일반적으로 개선된 렌즈 및 이미징 시스템을 제공하며, 감시용으로 또는 수술 절차를 위해서 뿐만 아니라 휴대폰 또는 기타의 관련 장치에서 카메라용으로 사용되는 것들을 포함하여, 카메라/비디오 렌즈와 같은, 연장된 초점 심도를 갖는 렌즈가 유리할 수 있는 시스템에 삽입될 수 있다. 본 발명의 양태는, 개선된 안과용 장치, 시스템 및 방법의 형태로 가장 즉각적으로 사용됨을 발견할 수 있다. 예시적인 본 발명의 양태는, 개선된 안과용 렌즈(예를 들면 콘택트 렌즈, 안내 렌즈(IOL), 각막 임플란트 등을 포함함) 및 이들의 설계 및 사용을 위한 관련 방법을 제공한다. 본 발명의 양태는, 단초점 회절 또는 굴절 렌즈, 이초점 회절 또는 굴절 렌즈, 및 다초점 회절 또는 굴절 렌즈에 사용될 수 있으며, 예를 들면, 본 발명의 양태는, 다초점 IOL의 반대면에 부가될 수 있다. 다시 말해, 연장된 초점 심도 특징이, 예를 들면, 회절 또는 굴절 다초점 양태의 반대면에 부가될 수 있다.
게다가, 연장된 초점 심도 특징은, 예를 들면, 난시교정(toric) IOL, 안구 구면 및/또는 색 수차를 수정하는 IOL, 및/또는 원근조절 IOL에 부가될 수 있다. 일반적으로, 연장된 초점 심도 특징은 안구 수차를 수정하는 IOL에 부가될 수 있다.
독서는 흔히 동공이 작은 밝은 빛 상태(bright light condition)에서 이루어진다. 이와 달리, 야간 운전은 동공이 큰 저 조도 상태(low light condition)에서 이루어진다. 본 발명의 양태는, 작은 동공 크기에 대해서는 중거리 또는 근거리 시력을 상대적으로 강조하면서 또한 큰 동공 크기에 대해서는 원거리 시력을 상대적으로 강조하는 렌즈를 포함한다. 몇몇 이러한 안과용 렌즈에서는, 보다 큰 비율의 빛 에너지가 렌즈의 주변부로부터 원거리 초점으로 전달되어 야간 운전과 같이 저 조도의 원거리 주시 상태와 회절 프로필의 중심부로부터 비교적 더 많은 에너지를 수용하는 근거리 또는 중거리 주시(예를 들면, 독서 또는 컴퓨터 작업의 경우)를 원근조절하고/하거나, 예를 들면, 음식점 메뉴 읽을 때와 같이 저 조도 독서 상태하에서 중거리 또는 근거리 주시 및 초점 심도를 제공할 수 있다.
도 1a는 다초점 IOL(11)이 끼워진 눈(E)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 다초점 IOL(11)은, 예를 들면, 이초점 IOL을 포함할 수 있다. 다초점 IOL(11)은 눈(E)의 앞 부분에 있는 각막(12)의 적어도 일부로부터 빛을 받아들이며, 일반적으로 눈(E)의 광학 축 주위에 중심이 있다. 참조 용이성 및 명료성을 위해, 도 1a 및 1b는 각막 표면과 같은 눈의 다른 부분의 굴절성은 나타내지 않는다. 단지 다초점 IOL(11)의 굴절 및/또는 회절 특성만이 예시되어 있다.
전방(앞) 표면과 후방(뒤) 표면을 포함한 렌즈(11)의 각각의 주 면(major face)은 일반적으로 굴절 프로필, 예를 들면, 양면볼록(biconvex) 평-볼록(plano-convex), 평-오목(plano-concave), 메니스커스(meniscus) 등을 갖는다. 두 개의 표면은 함께, 둘러싸고 있는 수양액, 각막, 및 전체 광학 시스템의 기타의 광학 소자의 특성과 관련하여, 눈(E)에 의한 이미징 성능에 대한 렌즈(11)의 효과를 정의한다. 통상의 단초점 IOL은 렌즈를 만드는 물질의 굴절률에 및 또한 렌즈의 전방 및 후방 표면 또는 면의 곡률 또는 형상에 기초한 굴절력을 갖는다.
젊고 건강한 눈에서, 캡슐 모양의 낭(14)을 둘러싼 모양체근(17)의 수축 및 이완이 눈의 원근조절에 기여하며, 이 공정에 의해 물체가 더 가까이 움직임에 따라 눈이 광학 도수를 증가시켜 물체에 초점을 유지시킨다. 사람이 노화됨에 따라, 원근조절도는 감소하고, 근거리 물체에 대해 초점을 맞출 수 있는 능력이 감소되는 노안이 자주 야기된다. 따라서, 환자는 통상적으로, 다초점 IOL(11)에 의해 제공되는 바와 같이, 두 개의 광학 도수(하나는 근거리 시력을 위한 것이고, 다른 하나는 원거리 시력을 위한 것임)를 갖는 교정 광학계(corrective optics)를 사용할 수 있다.
다초점 렌즈는 임의로 또한 렌즈의 굴절성을 특수하게 이용할 수 있다. 이러한 렌즈는 일반적으로 노안의 작용을 완화시키도록 렌즈의 상이한 영역에 상이한 도수를 포함한다. 예를 들면, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 굴절 다초점 렌즈(11)의 주변 영역은 멀리 보이는 거리를 보는데 적합한 도수를 가질 수 있다. 동일한 굴절 다초점 렌즈(11)는 또한 근거리를 보는데 적합한 보다 높은 표면 곡률 및 일반적으로 보다 높은 전체 도수(때때로 양의 가입 도수라고 함)를 갖는 내부 영역을 포함할 수 있다.
렌즈의 굴절성에 전적으로 의존한다기 보다는, 다초점 회절 IOL 또는 콘택트 렌즈는 또한 도 1b에 도시된 IOL(18)에 의해 예시되는 바와 같이, 회절력을 가질 수 있다. 회절력은, 예를 들면, 양의 또는 음의 가입 도수를 포함할 수 있으며, 가입 도수는 렌즈의 전체 광학 도수에 대한 상당한(또는 심지어 주된) 기여인자(contributor)일 수 있다. 회절력은 회절 프로필을 형성하는 다수의 동심원성 회절 영역에 의해 부여된다. 회절 프로필은 전방면 또는 후방면 또는 둘 다에 부과될 수 있다.
회절 다초점 렌즈의 회절 프로필은 들어오는 빛을 다수의 회절 차수로 직사한다. 빛(13)이 눈의 전방으로부터 들어옴에 따라, 다초점 렌즈(18)가 빛(13)을 직사하여, 먼 물체를 보기 위해서는 망막(16) 상에 원거리 시야 초점(15a)을 형성하고, 눈에 가까운 물체를 보기 위해서는 근거리 시야 초점(15b)을 형성한다. 빛(13)의 공급원으로부터의 거리에 따라, 망막(16) 상의 초점은 대신에 근거리 시야 초점(15b)일 수 있다. 전형적으로, 원거리 시야 초점(15a)은 0차 회절 차수와 관련되고, 근거리 시야 초점(15b)은 1차 회절 차수와 관련되지만, 다른 차수가 사용될 수도 있다.
다초점 안과용 렌즈(18)는, 종종 이미징 빛 에너지를 거의 반반으로(50%:50%) 분할하는 것을 목표로, 전형적으로 빛 에너지의 대부분을 두 개의 시야 수차(viewing order)로 분배하며, 하나의 시야 수차는 원거리 시력에 상응하고, 하나의 시야 수차는 근거리 시력에 상응하지만, 전형적으로, 일부 부분은 비-시야 수차에 주어진다.
몇몇 양태에서, 교정 광학계는 유수정체 IOL에 의해 제공될 수 있으며, 이것은 자연 수정체를 제자리에 두면서 환자를 치료하는데 사용될 수 있다. 유수정체 IOL은 각(angle) 지지되거나, 홍채(iris) 지지되거나, 구(sulcus) 지지될 수 있다. 유수정체 IOL은 자연 수정체 위에 위치할 수 있거나, 또다른 IOL 위에 피기백될 수 있다. 본 발명은 인레이, 온레이, 원근조절 IOL, 안경, 및 심지어 레이저 시력 교정에 적용될 수 있는 것으로 또한 고려된다.
도 2a 및 2b는 표준 회절 다초점 렌즈(20)의 양상을 보여준다. 다초점 렌즈(20)는 상기한 다초점 IOL(11, 18)과 일반적으로 유사한 특정 광학 특성을 가질 수 있다. 다초점 렌즈(20)는 광학 축(24) 주위에 배치된 전방 렌즈면(21)과 후방 렌즈면(22)을 갖는다. 렌즈(20)의 면(21, 22)이 전형적으로 유효 구경(clear aperture)(25)을 정의한다. 본원에서 사용되는 용어 "유효 구경"은 렌즈 또는 광학계에 의해 이미지화되거나 초점화될 수 있는 원거리 광원으로부터의 광선 다발의 정도를 제한하는 렌즈 또는 광학계의 구멍을 의미한다. 유효 구경은 통상적으로 원형이고, 이의 직경에 의해 명시되며, 때때로 광학계의 전체 직경(full diameter)과 같다.
피검자 또는 환자의 눈에 끼워넣는 경우, 렌즈(20)의 광학 축은 일반적으로 눈(E)의 광학 축과 일직선에 있다. 렌즈(20)의 곡률이 렌즈(20)에 전방 굴절 프로필과 후방 굴절 프로필을 제공한다. 회절 프로필이 또한 전방면(21) 및 후방면(22) 중의 어느 하나 또는 둘 다에 부과될 수 있지만, 도 2b는 회절 프로필을 갖는 후방면(22)을 보여준다. 회절 프로필은 광학 축(24) 주위에 이격된 다수의 환형 광학 영역 또는 에슐레트(23)를 특징으로 한다. 분석 광학 이론은 일반적으로 무한개의 에슐레트를 추정하지만, 표준 다초점 회절 IOL은 전형적으로 적어도 9개의 에슐레트를 가지며, 30개 이상의 에슐레트를 가질 수 있다. 명료성을 위해, 도 2b는 단지 4개의 에슐레트를 보여준다. 전형적으로, IOL은 양면볼록, 또는 가능하게는 평-볼록, 또는 볼록-오목이지만, IOL은 평-평(plano-plano), 또는 다른 굴절 표면 조합일 수 있다.
도 3a 및 3b는 다초점 렌즈의 전형적인 회절 프로필의 일부를 그래프로 나타낸 것이다. 그래프는 단지 3개의 완전한 에슐레트를 보여주지만, 전형적인 회절 렌즈는 적어도 9개의 에슐레트로 내지 32개 이상의 에슐레트를 통해 확대된다. 도 3a에는, 에슐레트 표면 상의 각 지점의 (광선에 수직인 평면으로부터) 표면 릴리프 프로필의 높이가 렌즈의 광학 축으로부터의 방사 거리의 제곱(r2 또는 ρ)에 대해 플롯팅되어 있다. 다초점 렌즈에서, 각각의 에슐레트(23)는 종종 √n에 비례하는 광학 축으로부터의 직경 또는 거리를 가질 수 있으며, n은 광학 축(24)으로부터 계수되는 바와 같은 에슐레트(23)의 수이다. 각각의 에슐레트는 특징적인 광학 영역(30) 및 전이 영역(31)을 갖는다. 광학 영역(30)은 도 3a에 도시된 바와 같이 ρ에 대해 플롯팅하는 경우 직선일 수 있는 형상 또는 하향 구배(downward slope)를 갖는다. 반경 r에 대해 플롯팅하는 경우, 광학 영역(30)은 도 3b에 도시된 바와 같이 포물선인 형상 또는 하향 구배를 갖는다. 여기에 도시된 바와 같이 전형적인 회절 다초점 렌즈에 대해, 모든 에슐레트는 동일한 표면적을 갖는다. 에슐레트(23)의 면적이 렌즈(20)의 가입 도수를 결정하며, 면적 및 반경은 상관성이 있기 때문에, 가입 도수는 또한 에슐레트의 반경과도 관련된다.
도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 인접 에슐레트 간의 전이 영역(31)은 급격하고 불연속적이다. 렌즈면의 높이는 지속 하향 구배에서 수직 상향 스테핑(stepping vertically upwards)으로 급격하게 전이하며, 전이는 갑자기 지속 하향 구배로 다시 되돌아간다. 이렇게 하는데 있어서, 에슐레트(23)는 또한 에슐레트의 최저점과 최고점 사이의 거리에 의해 정의되는 특징적인 스텝 높이(32)를 갖는다. 따라서, 회절 표면의 구배(또는 1차 도함수) 및/또는 곡률(2차 도함수)은 전이에 인접하여 불연속적이다.
중심 에슐레트의 구조
도 4는 중심 에슐레트 구조를 묘사하는 예시적 렌즈의 일부의 단면의 그래프 도식을 제공한다. 렌즈 프로필(200)은 1.21mm의 링 직경 및 2.05μm의 220에서의 스텝 높이를 가지며, 이것은 0.5 lambda의 위상 지연과 상응한다(표 2 참조). 이러한 예에서, 링 직경은, 특허 제US 5,121,980호(Cohen)에 기재된 바와 같이, 계수 인자(scaling factor) √2에 의해 1.5mm(이것은 2.0 디옵터 통상의 IOL 회절 렌즈에 대한 내부 링 직경임)에서 1.21mm로 감소되었다. 렌즈의 절반의 내부 부분 및 외부 부분의 일부만이 도시되어 있지만, 렌즈는 회전 대칭이기 때문에, 나머지 절반은 거울상이다.
외부 부분(도시되지 않음)에서의 인접 에슐레트(들)가 아래에 상술되어 있다. 프로필(200)은 내부 부분(210) 또는 단일 링, 스텝 또는 전이(220), 및 외부 부분(230)을 포함한다. 외부 부분(230)은 도 4f에 기재된 것을 능가하여 2.5mm까지 연장되며, 제한된 추가의 에슐레트로 이루어질 수 있다. 내부 부분(210)은 프로필(200)의 중심 위치(210)와 전이(220) 사이에 연장된다. 외부 부분(230)은 전이(220)와 주변 위치(도시되지 않음) 사이에 연장된다. 몇몇 경우에, 전이(220)는 약 0.5mm 내지 약 2.0mm 범위내인 광학 축으로부터의 거리에 배치될 수 있으며, 주변 위치는 약 2.0 내지 약 3.5mm, 또는 그 이상(예를 들면, 콘택트 렌즈의 경우, 범위는 IOL과 비교하여 콘택트 렌즈의 광학적으로 보다 강력한 위치로 인해 대략 15% 더 클 것이며; 당업계의 숙련가들은 적용 분야에 따라 특정 치수를 적절하게 확대할 것이다)의 범위내인 광학 축으로부터의 거리에 배치될 수 있다.
내부 부분 또는 에슐레트(210)는 중심(210a) 및 주변부 가장자리(210b)를 포함한다. 방사 거리가 0인 내부 부분(210)의 중심 또는 중심 구역(210a)에서, 내부 부분의 새그(d)는 주변부 곡선(260)으로부터 1.03μm에서 회절 기본 곡선(240)의 새그(d)와 주변부 곡선(260)의 새그(d) 사이이며, 이것은 0.25 lambda의 위상 지연과 상응한다(표 2 참조). 주변부 가장자리(210b)에서, 내부 부분(210)의 새그(d)는 13.8μm에서 회절 기본 곡선(240)의 새그(d)에 실질적으로 맞먹는다. 0.61mm에서 방사 거리 0 내지 주변부 가장자리(210b)에서의 방사 거리 간의 새그(d)의 값은 1.03μm(r=0에서)로부터 13.8μm인 기본 곡선(240)(r=0.61mm에서)의 값으로 서서히 원활하게 변한다. 이러한 변화는 포물선 방식으로 일어난다. 여기서 나타낸 바와 같이, 내부 부분은, 예를 들면, 본원에 인용에 의해 포함된 문헌[참조: Equation 4a of Cohen, Applied Optics, 31:19, pp. 3750-3754 (1992)]에 기재된 바와 같이, 포물선 형상을 나타낼 수 있다.
방사 거리(r)가 0.61mm인 주변부 가장자리(210b)에서, 새그(d)의 값은 회절 기본 곡선(240)의 값에서 주변부 곡선(260)의 값으로 움직이거나 변한다. 방사 거리(r)가 전이(220)에 상응하는 경우, 내부 부분의 새그(d)는 회절 기본 곡선(240)의 값에 맞먹는다. 관련하여, 방사 거리가 0의 값에서 약 0.61mm의 값으로 증가함에 따라 프로필의 변위는 회절 기본 곡선의 변위에 가까워진다. 스텝 높이가 2.05μm이어서 0.5의 위상 지연을 초래한다.
외부 부분(230)은 내부 또는 중심 가장자리(230a) 및 주변부 가장자리(도시되지 않음)를 포함한다. 내부 가장자리(230a)에서, 외부 부분의 새그(d)는 주변부 곡선(260)의 새그(d)에 실질적으로 맞먹는다. 주변부 가장자리에서, 외부 부분의 새그(d)는 주변부 곡선(260)의 새그(d)에 실질적으로 맞먹는다. 아래에 상술된 바와 같이, 제한된 수의 에슐레트가 내부 가장자리(230a)와 주변부 가장자리 사이에 위치할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 양태에 따르는 중심 에슐레트와 하나의 주변 인접 에슐레트를 갖는 렌즈 회절 프로필의 일부의 그래프 도식을 제공한다. 도 4a에는, 에슐레트 표면 상의 각 지점의 (광선에 수직인 평면으로부터) 표면 릴리프 프로필의 높이가 렌즈의 광학 축으로부터의 거리에 대해 플롯팅되어 있다. 에슐레트는 특징적인 광학 영역(930) 및 전이 영역(931)을 가질 수 있다. 광학 영역(930)은 도 4a에 도시된 바와 같이 ρ에 대해 플롯팅하는 경우 직선일 수 있는 형상 또는 하향 구배를 가질 수 있다. 반경 r에 대해 플롯팅하는 경우, 광학 영역(930)은 포물선인 형상 또는 하향 구배를 가질 수 있다. 중심 및 주변 에슐레트는 1 내지 7㎟의 표면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 에슐레트는 2.3㎟의 표면적을 가질 수 있다. 외부(굴절) 영역은 고정된 오프셋(offset)을 갖는 기본 반경을 따를 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 광학 영역(930)과 인접 광학 영역 사이의 전이 영역(931)은 급격하고 불연속적일 수 있다. 유사하게, 인접 에슐레트와 또한 주변부 또는 굴절 영역 사이의 수직 전이도 급격하고 불연속적일 수 있다. 렌즈면의 높이는 지속 하향 구배(예를 들면, 광학 영역(930)을 가로질러)에서 수직 상향 스테핑(예를 들면, 전이 영역(931)에서)으로 급격하게 전이하며, 전이는 외부 굴절 영역에서 갑자기 지속 하향 구배 또는 실질적으로 수평으로 다시 되돌아간다. 이렇게 하는데 있어서, 에슐레트(930)는 또한 에슐레트의 최저점과 최고점 사이의 거리에 의해 정의되는 특징적인 스텝 높이(932)를 갖는다. 따라서, 회절 표면의 구배(또는 1차 도함수) 및/또는 곡률(2차 도함수)은 전이에 인접하여 불연속적이다. 1차 도함수는 라인의 방향에 의해 지시될 수 있고, 2차 도함수는 라인의 곡선에 의해 지시될 수 있다.
몇몇 양태에 따르면, 빛은 화살표 A로 나타낸 방향으로 아래로부터 들어오며, 단지 프로필의 에슐레트(930)와 부딪친다. 몇몇 양태에 따르면, 이론적 측면에서, 빛은 광학 영역의 수직 연결부(vertical connection)와 부딪치지 않으며, 따라서 프로필은 전이 영역을 갖지 않는다고 말할 수 있다. 몇몇 양태에 따르면, 실제로, 예를 들면, 레이드 컷팅(lathe cutting)에 의해 이러한 프로필을 생성하고자 시도하는 경우, 급격한 모서리(예를 들면, 광학 영역이 인접 광학 영역과 연결되는 곳에서)에서 재생하기가 어려울 수 있으며, 따라서 모서리는 유한 치즐 반경(finite chisel radius)으로 인해 어느 정도까지 둥글게 될 수 있다. 이렇게 둥글게 되는 것은 광학 성능에 무시해도 될 정도의 영향을 미칠 수 있다. 관련 양태에 따르면, 에슐레트에서 인접 영역 또는 영역들로의 전이라고 언급될 수 있는 전이 영역(931)은 광학 성능을 최적화하도록, 예를 들면, 급격한 전이로부터 산란을 최소화하도록 특수한 방식으로 형성될 수 있다.
프로필 파라미터
프로필 설계는 일련의 파라미터의 측면에서 특징지워질 수 있다. 예를 들면, 제한된 에슐레트 프로필은 직경과 표면적을 갖는 중심 에슐레트, 동일한 표면적을 갖는 인접 에슐레트(들), 및 위상 지연을 야기하는 각 전이에서의 관련 스텝 높이를 갖는 것으로 설명할 수 있다. 중심 에슐레트는 약 1mm 내지 약 5mm 범위내의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 중심 에슐레트는 약 1.5mm의 직경을 가질 수 있다. 중심 에슐레트는 1 내지 7㎟의 표면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 중심 에슐레트는 2.3㎟의 표면적을 가질 수 있다. 주변 에슐레트(들)는 중심 에슐레트와 동일한 표면적을 가질 수 있다. 특히, 표 1은, 중심 및 주변 에슐레트의 표면적과 함께, 중심 에슐레트의 반경 및 직경의 치수를 나타낸다.
R(mm) De(mm) 면적(㎟)
1.48 3 6.9
1.05 2.1 3.5
0.86 1.7 2.3
0.74 1.5 1.7
0.66 1.3 1.4
0.61 1.2 1.2
스텝 높이 또는 프로필 높이가 위상 지연 또는 위상 이동 프로필을 결정할 수 있다. 보다 큰 스텝 높이는 보다 큰 위상 이동에 상응할 수 있다. 몇몇 양태에 따르면, 렌즈는 설계 파장의 약 0.25배 내지 약 1배의 위상 이동을 야기하는 스텝 높이를 특징으로 하는 전이를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 회절 프로필은 설계 파장을 특징으로 할 수 있으며, 렌즈는 설계 파장의 약 0.15배 내지 약 2배의 위상 이동을 야기하는 스텝 높이를 특징으로 하는 전이를 포함할 수 있다. 몇몇 양태에 따르면, 렌즈는 약 0.5의 위상 이동을 야기하는 스텝 높이를 특징으로 하는 전이를 포함할 수 있다. 또다른 양태에서, 렌즈는 약 0.4의 스텝 높이를 특징으로 하는 전이를 포함할 수 있다.
표 2는 실시예의 IOL 물질에 대해 유효한 바와 같은, 위상 지연(단위: 파장)과 스텝 높이(단위: μm) 간의 관계를 나타내는 다양한 샘플의 치수를 제공한다.
위상 지연 스텝 높이
0.896 3.68
0.700 2.87
0.590 2.42
0.509 2.09
0.500 2.05
0.423 1.74
0.366 1.50
0.350 1.44
0.250 1.03
0.150 0.62
도 4b는 본 발명의 양태에 따르는 중심 에슐레트와 두 개의 주변 에슐레트를 갖는 렌즈 회절 프로필의 일부의 그래프 도식을 제공한다. 에슐레트 표면 상의 각 지점의 (광선에 수직인 평면으로부터) 표면 릴리프 프로필의 높이가 렌즈의 광학 축으로부터의 거리에 대해 플롯팅되어 있다. 몇몇 양태에 따르면, 중심 및 주변 인접 에슐레트를 갖는 렌즈는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 또한 최외각 에슐레트와 내부 에슐레트 사이에 굴절 영역을 갖는 추가의 주변 에슐레트로 이루어질 수 있다.
도 4c는 또한 중심 에슐레트와 두 개의 주변 에슐레트를 갖는 렌즈 회절 프로필의 일부를 상술하고 있다. 그러나, 이러한 양태에서, 굴절 영역이 중심 에슐레트에 바로 인접해 있으며, 3개의 주변 및 인접 에슐레트로부터 중심 에슐레트를 분리시킨다.
상기 바람직한 양태가 동일한 스텝 높이를 지닌 에슐레트를 갖는 렌즈를 기재하고 있지만, 본원의 바람직한 양태는, 예를 들면, 도 4d에 상술된 바와 같이 다양한 스텝 높이를 지닌 에슐레트를 갖는 렌즈를 또한 포함한다. 도 4d는, 굴절 영역이 3개의 주변 인접 에슐레트로부터 중심 및 인접 에슐레트를 분리시키는 4개의 에슐레트 양태를 도시한다. 도 4d에서 나타낸 바와 같이, 3개의 외부 에슐레트의 스텝 높이(에슐레트의 최저점과 최고점 사이의 거리에 의해 정의됨)는 내부 에슐레트의 스텝 높이보다 작다. 물론, 외부 에슐레트(들)의 스텝 높이가 내부 에슐레트(들)보다 작은 양태들을 포괄하는 것 이외에, 내부 에슐레트(들)의 스텝 높이가 외부 에슐레트(들)보다 작을 수 있다. 또한, 다중 중심 링을 갖는 양태의 경우, 중심 링은 점진적으로 변하는 스텝 높이를 가질 수 있다. 주변부에서의 링도 또한 점진적으로 변하는 스텝 높이를 가질 수 있는 것으로 추가로 고려된다. 스텝 높이는 증가하거나 감소하거나 교대할 수 있는 것으로 또한 예측된다.
도 4e는 중심 에슐레트 및 중심 에슐레트에 인접하지 않는 주변 에슐레트를 갖는 렌즈 회절 프로필의 일부의 그래프 도식을 제공한다. 중심 에슐레트는 포물선인 형상 또는 하향 구배를 가질 수 있다. 굴절 영역은 주변 에슐레트로부터 중심 에슐레트를 분리할 수 있다. 주변 에슐레트는, 급격하고 불연속적인 스텝 높이에 이은 하향 구배를 특징으로 할 수 있다. 상기 양태에서와 같이, 주변 굴절 영역이 최외각 에슐레트를 둘러쌀 수 있다. 게다가, 또다른 예시적인 양태는, 도 4a 내지 4d와 유사한 비-인접 에슐레트 변형을 포함한다. 비제한적인 예를 들자면, 굴절 영역에 의해 분리되지 않은 두 개의 에슐레트는 또한 비-인접할 수 있다.
동공 의존성
사람 동공의 크기는 조명에 따라 변한다. 밝은 빛에서는 동공이 작고, 어둑하거나 저 조도 상태에서는 동공이 크다. 또한, 사람 동공의 크기는 원근조절 노력(accommodative effort)에 따라 변한다. 원근조절 노력이 없다면, 동공은 원근조절 노력이 있을 때보다 커진다. 따라서, 보다 작은 동공의 경우, 중거리 또는 근거리 시력에 상대적으로 중점을 둔 설계를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 큰 동공의 경우, 원거리 시력에 상대적으로 중점을 둔 설계를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
빛이 밝은 전형적인 독서 또는 근거리 주시 조건에서, 동공의 크기는, 예를 들면, 직경이 약 1mm 내지 2mm로 작으며, IOL의 광학계와는 거의 관계없이, 눈은 큰 초점 심도(예를 들면, 핀홀 효과(pinohle effect)로부터)를 갖는다. 동공의 크기가, 예를 들면, 직경이 약 4 내지 5mm 이상으로 큰 경우, 상황은 일반적으로 저 조도 상태에 적용되며, 이것은 종종 IOL의 도수가 전형적으로 확립되어 있는 원거리 시력과 관련된다. 따라서, 많은 환자들이 중거리에서 보기 위해서는 초점 심도를 높이는 IOL로부터 가장 혜택을 받을 것이다. 중심 에슐레트와 제한된 인접 에슐레트를 갖는 IOL은, 작은 동공 크기의 일반적인 증가된 초점 심도를 유지하고 또한 큰 동공 크기의 경우 원거리 시력에 대한 강조를 유지하면서, 중간 동공 크기에 대한 초점 심도를 효과적으로 증가시킬 수 있다.
동시에, 제한된 에슐레트 및 광학계의 잔여 표면적 또는 잔여 렌즈 부분("비-에슐레트")은 거의 모든 동공 크기에 대해 부등한 표면적을 갖기 때문에, 초점들 사이에 불완전한 분할(incomplete split)이 있다. 다초점 렌즈에 대해 존재하는 이상광시증(예를 들면, 후광)의 상태는 두 초점의 분리 및 동공 크기 효과가 우세한 것으로 관찰된다. 따라서, 본 발명의 예시적인 양태에 따라, 렌즈는, 표준 회절 다초점 IOL과 비교하여, 별도의 초점들 간의 빛 분리가 완전하지 않도록, 단지 제한된 수의 에슐레트를 포함할 수 있다. 빛의 분할이 불완전하기 때문에, 초점들의 분리가 불완전하다. 초점들의 불완전한 분리는 연장된 초점 심도 및 이상광시증(예를 들면, 후광)의 약화에 기여한다.
예시적인 양태에서, 제한된 에슐레트 설계는 동공 크기에 따라 좌우되는 광학 성능을 갖는다. 매우 작은 동공에 대해(동공이 중심 및 인접 에슐레트(들)의 크기보다 작은 경우), 에슐레트는 핀홀 효과로 인해 매우 큰 초점 심도를 갖는 굴절 렌즈로서 작용할 것이다. 중간 및 보다 큰 동공 크기에 대해(동공이 중심 에슐레트 및 인접 에슐레트를 커버하는 경우), 렌즈는 회절/굴절 렌즈로서 작용하여 빛을 수 개의 초점에 직사할 것이다. 보다 큰 동공 크기의 경우, 보다 많은 빛이 보다 낮은 차수의 초점에 직사된다. 중심 및 인접 에슐레트(들)의 크기가 렌즈의 동공 의존성에 영향을 미친다. 이와 같이, 중심 및 인접 에슐레트(들)의 크기는 특정 환자의 동공 크기에 좌우되어 선택될 수 있다. 예를 들면, 환자의 동공 크기는 밝은 빛에서, 어둑한 빛에서, 원거리 주시 동안 및 근거리 주시 동안, 및 조도와 원근조절 노력의 다양한 조합에서 측정될 수 있다. 동공 역학으로서 정의될 수 있는 이러한 다양한 동공 크기가, 제한된 에슐레트 설계의 최적 설계를 위한 입력 파라미터로서 사용될 수 있다.
예를 들면, 환자가 근거리 주시(예를 들면, 높은 원근조절 노력으로 가까운 거리에서 표적을 봄) 동안 2mm보다 작은 동공 직경을 갖고, 밝은 빛 및 어둑한 빛 둘 다에서 이러한 동공 치수를 갖는다면, 중심 및 인접 에슐레트(들)의 크기는 적절한 근거리 및 중거리 시력을 제공하도록 2mm(예를 들면, 도 4a의 인접 에슐레트의 외부 직경)보다 작도록 선택될 수 있다. 관련하여, 환자가 근거리 주시 동안 2mm보다 큰 동공 직경을 갖고, 밝은 빛 및 어둑한 빛 둘 다에서 이러한 동공 치수를 갖는다면, 중심 및 인접 에슐레트(들)의 크기는 적절한 근거리 및 중거리 시력을 제공하도록 2mm 또는 이보다 클 수 있다. 일반적으로, 중심 및 인접 에슐레트(들)의 직경은, 임의의 상태하에서(예를 들면, 밝은/어둑한 빛; 근거리/원거리 주시) 환자가 갖는 최소 동공 크기보다 작을 수 있다. 임의의 타입의 동공 역학에 대해, 크기, 프로필, 및 오프셋은 특정 환자 또는 환자 그룹에 대해 렌즈 성능을 극대화하도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 이것은 환자의 동공이 측정되는 상이한 시력 환경(조도 및 원근조절 능력의 조합) 간에 균형을 유지한다(trade off). 따라서, 예시적인 양태는, 렌즈의 표면에 부과되는 별도의 에슐레트의 크기를 결정하는 측정에 기초하고 동공 크기 측정을 사용함을 포함하는 안과용 렌즈의 설계 방법을 포함한다. 동공 크기 측정은 환자 그룹에 기초할 수 있다.
특정 예의 변화의 평가
도 5 및 6은 1.48mm의 중심 링 직경, 1.7㎟의 에슐레트 표면적, 및 0.4 파장의 위상 지연을 갖는 양태의 ACE 눈 모델에서의 계산된 디포커스 곡선을 보여준다. 수평 축은 상 평면(image plane)에서의 디포커스 값(단위: 밀리미터)을 나타낸다. 음의 디포커스 값은 근시안을 나타내며, 따라서, 중거리 및 근거리에서의 시력을 시뮬레이션한다. 수직 축은 밀리미터당 50사이클에서의 모듈러스(MTF)를 나타낸다. 5mm 동공 직경에 대한 데이터가 포함되어 있다. 도 5는 단지 단일 중심 에슐레트를 갖는 양태에 대한 디포커스 곡선을 보여준다. 도 6은, 중심 에슐레트 이외에, 주변 에슐레트를 갖는, 섹션 4E에 기재된 바와 같은 예시적인 양태를 보여준다. 주변 에슐레트는 3.5㎟의 표면적 및 0.82 파장의 위상 지연을 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 약 -0.2mm 내지 -0.3mm의 디포커스 값을 갖는 중거리 시력 거리에서의 MTF는 도 5에서의 상응하는 디포커스 값에서의 MTF보다 높다. 상기 도면에 예시된 바와 같이, 중심 + 주변 에슐레트는 중심 에슐레트 단독과 비교하여 초점 심도를 증가시킨다.
본 발명의 양태는, 다초점 렌즈 설계와 조합되어 다초점 렌즈의 각 초점의 초점 심도를 연장할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 양태는, 원근조절 렌즈 설계와 조합되어 원근조절 렌즈의 원근조절 범위를 연장할 수 있다. 또한, 본 발명의 양태는, 난시교정 렌즈, 비구면 렌즈, 색 수차 보정 렌즈 등과 같이 안구 수차를 보정하는 렌즈와 조합될 수 있다.
본 발명의 양태는, 색 수차를 보정하는 렌즈 설계와 조합될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 예에서 에슐레트의 위상 지연은, 색 수차를 보정하기 위해, 파장의 이산 배수로 증가한다. 예를 들면, 2.05μm의 스텝 높이에 상응하는 0.5의 위상 지연이 사용된 경우, 대안적인 양태는, 6.15μm의 스텝 높이에 상응하는 1.5의 위상 지연을 갖는다. 이러한 양태는, 1차 회절을 원거리 초점에 지시하고, 2차 회절은 중거리 및 근거리 범위에서 초점 심도를 확립한다.
연장된 초점 심도를 위한 멀티-링 렌즈의 추가의 측면
본 발명의 양태는, 연장된 초점 심도를 제공하고 눈에 의해 생기는 자연적인 색 수차와 구면 수차를 보상하는, 비구면 전방 표면과 회절 후방 표면을 갖는 안과용 렌즈를 포함한다. 본원에 제공된 실시예 중의 다수가 안과용 렌즈의 후방에 배치된 회절 프로필을 기술하고 있지만, 회절 프로필은 또한 전방 렌즈 표면에, 또는 몇몇 경우에는 전방 및 후방 표면 둘 다에, 유사한 결과를 가지면서, 배치될 수 있는 것으로 이해된다. 유사하게, 본원에 제공된 실시예 중의 다수가 비구면 전방 표면을 기술하고 있지만, 비구면 프로필은 또한 후방 렌즈 표면에, 또는 몇몇 경우에 전방 및 후방 표면 둘 다에, 유사한 결과를 가지면서, 배치될 수 있는 것으로 이해된다. 예시적인 안과용 렌즈는 콘택트 렌즈, 유수정체 렌즈, 가성수정체 렌즈, 각막 인레이 등을 포함한다.
도 7은 전방 표면(710)과 후방 표면(720)을 갖는 예시적인 안과용 렌즈(700)를 도시한다. 전방 및 후방 표면 각각은 광학 축(715) 주위에 배치된다. 전방 표면은 비구면 형상을 포함할 수 있고, 후방 표면은 회절 형상을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 렌즈(700)는 양면-볼록 배치를 가질 수 있으며(예를 들면, 도 7a), 여기서, 전방 및 후방 표면 각각은 일반적으로 볼록 형상 또는 프로필을 나타낸다. 전방 표면(710)은 렌즈의 전체 전방(entire front)을 가로질러 연장된 비구면 형상을 포함할 수 있다. 따라서, 비구면 전방 표면(710)은 굴절성인 전체 전방 표면을 포함할 수 있다. 유사하게, 후방 표면(720)은 렌즈의 전체 후방을 가로질러 연장된 회절 프로필을 포함할 수 있다. 따라서, 후방 광학 표면(720)은 전체 후방 표면을 가로질러 연장된 회절 프로필을 포함할 수 있다. 전방 표면(710)은 빛을 원거리 시야 초점(730) 쪽으로 굴절에 의해 직사하도록 작동한다. 이러한 방식으로, 원거리 초점(730)은 렌즈(700)의 굴절 측면(refractive aspect)에 상응할 수 있다. 후방 표면은 빛을 원거리 시야 초점(730) 및 중거리 초점(740) 쪽으로 회절에 의해 직사하도록 작동한다. 이러한 방식으로, 원거리 초점(730)과 중거리 초점(740) 각각은 렌즈의 회절 측면(diffractive aspect)에 상응할 수 있다. 비구면 형상은 눈에 의해 생길 수 있는 자연적인 구면 수차(예를 들면, 안구 구면 수차 또는 각막 구면 수차)를 전부 또는 적어도 부분적으로 보상하거나 치료하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 회절 프로필은 눈에 의해 생길 수 있는 자연적인 색 수차(예를 들면, 안구 색 수차)를 전부 또는 적어도 부분적으로 보상하거나 치료하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 몇몇 경우에, 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단 및 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단은, 조합되는 경우, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점 및 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공한다. 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정할 수 있다.
원거리 시야 초점(730)은 렌즈의 기본 도수에 상응할 수 있고, 중거리 초점(740)은 렌즈의 가입 도수에 상응할 수 있다. 몇몇 경우에, 원거리 초점(730)은 회절 프로필의 1차 회절 차수에 상응한다. 임의로, 원거리 초점(730)은 회절 프로필의 2차 회절 차수에 상응할 수 있다. 유사하게, 원거리 초점은 회절 프로필의 3차 회절 차수에 상응할 수 있다. 종종, 중거리 초점(740)은, 원거리 초점(730)에 상응하는 회절 차수(예를 들면, 1차)보다 높은 회절 프로필의 회절 차수(예를 들면, 2차)에 상응한다. 렌즈에 대한 기본 도수 값은 렌즈의 타입에 좌우되어 변할 수 있다. 유사하게, 렌즈에 대한 가입 도수는 렌즈의 타입에 따라 변할 수 있다. 안내 렌즈의 경우, 기본 도수 값은 5 내지 34 디옵터 범위내이거나, 심지어 더 넓을 수 있다. 콘택트 렌즈의 경우, 기본 도수 값은 -10 내지 +5 디옵터 범위내이거나, 심지어 더 넓을 수 있다. 예시적인 안내 렌즈의 경우, 기본 도수는 20 디옵터일 수 있고, 가입 도수는 1.75 디옵터일 수 있다. 중거리 초점에 상응하는 다른 유사한 가입 도수가 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 가입 도수는 보통 3.0 내지 4.0 디옵터 범위의 가입 도수를 제공하는 다수의 최신 다초점 안내 렌즈보다 실질적으로 더 낮다. 예시적인 콘택트 렌즈의 경우, 가입 도수는 약 1.3 디옵터일 수 있다.
여기서 나타낸 바와 같이, 회절 프로필은 중심 회절 영역(750)과 외부 또는 주변 회절 영역(760)을 포함한다. 중심 영역(750)은 각각 1.6mm 및 2.2mm의 직경을 갖는 두 개의 내부 에슐레트, 또는 링을 포함한다. 중심 영역(750)은, 입사하는 또는 들어오는 빛의 41%는 원거리 시야 초점(730)에 직사하고 입사하는 또는 들어오는 빛의 41%는 중거리 초점(740)에 직사하도록, 작동한다. 이러한 의미에서, 중심 영역(750)은 50:50%의 원거리와 중거리 간의 광 분배를 제공한다고 말할 수 있다. 즉, 원거리 및 중거리 초점의 각각에 직사되는 빛의 백분율이 원거리 초점과 중거리 초점 사이에 분배된 빛의 총합의 50%이다(즉, 41/(41 + 41) = 50%). 상이한 광 분배를 제공하는 다른 회절 프로필 중심 영역이 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
주변 영역(760)은, 입사하는 또는 들어오는 빛의 63%는 원거리 시야 초점(730)에 직사하고, 입사하는 또는 들어오는 빛의 21%는 중거리 초점(740)에 직사하도록 작동한다. 이러한 의미에서, 주변 영역(760)은 75:25%의 원거리와 중거리 간의 광 분배를 제공한다고 말할 수 있다. 즉, 원거리 초점에 직사되는 빛의 백분율이 원거리 초점과 중거리 초점에 분배되는 빛의 총합의 75%이고(즉, 63/(63 + 21) = 75%), 중거리 초점에 직사되는 빛의 백분율이 원거리 초점과 중거리 초점 사이에 분배된 빛의 총합의 25%이다(즉, 21/(63 + 21) = 25%). 상이한 광 분배를 제공하는 다른 회절 프로필 주변 영역이 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
이러한 방식으로, 회절 광학 소자는 다수의 영역을 포함하며, 여기서, 각각의 영역은 특정 회절 차수에 따라 특정 방향으로 입사광을 집중시키거나 직사하는 작용을 한다. 몇몇 경우에, 빛의 약 16% 내지 18%가 허위 회절 차수로 상실된다. 몇몇 양태에 따르면, 0차(zeroth order)는 시력 치료 목적으로 사용되지 않는다.
렌즈(700)는 환자의 눈에 연장된 초점 심도를 제공한다. 예를 들면, 렌즈는 먼 물체와 중거리에 있는 물체를 동시에 환자를 위해 초점을 맞출 수 있다. 렌즈가 환자에게 제공되는 경우, 환자는 두 개의 별개의 초점상(예를 들면, 각각 원거리 및 중거리 초점에 상응하는 두 개의 상)을 인지하는 것이 아니라, 오히려 물체가 눈에 더 가까워질 때 시각적 품질(visual quality)에 있어서 일정하거나 점진적인 감소를 갖는 진정한 연장된 초점 심도를 경험할 것이다. 본원에 달리 논의되어 있는 도 12a, 12b, 및 13은 어떻게 예시적인 렌즈 설계가 연장된 초점 심도에 걸쳐 광학 품질을 개선시킬 수 있는지를 입증한다 .
구면 수차를 보정하는 비구면 전방 표면과 색 수차를 보정하는 후방 회절 표면을 조합함으로써, 본원에 기재된 바와 같은 렌즈는 연장된 초점 심도 이외에 탁월한 콘트라스트 특성을 제공한다. 예를 들면, 비구면 표면과 조합된 회절 표면은 다양한 초점에서 눈에 의해 생기는 색 수차를 보정하거나 감소시킬 수 있다.
몇몇 양태에서, 색 수차의 보정 또는 치료는 또한, 예를 들면, 내용이 본원에 인용에 의해 포함되어 있는 문헌[참조: Bradley et al. "Achromatizing the human eye" Optom. Vis. Sci. 68, 608-16 (1991)]에 기재된 바와 같이, 상이한 분산 특성을 갖는 두 가지 물질의 조합물을 함유하는 렌즈를 제공함으로써 달성될 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들면, 렌즈 설계는, 일부 중거리 파장, 예를 들면, 588nm에서 동일한 굴절률을 갖지만 상이한 양의 색 분산을 가져 588nm에서는 0 도수를 갖지만 588nm 초과 및 미만의 파장에서는 반대의 도수를 갖는 렌즈를 생성하는 물질의 페어링(pairing)을 사용할 수 있다. 본 발명의 또다른 양태는, 초점 심도를 연장하기 위해 비구면 굴절 표면 및 회절 링과 함께 상이한 분산 특성을 갖는 두 가지 물질을 사용하는 색 수차의 보정을 포함한다.
본 발명의 양태는, 안과용 렌즈 및 렌즈 처방전, 뿐만 아니라 이러한 렌즈 및 처방전을 제조하기 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 예시적인 렌즈는 광학 축 주위에 배치되어 비구면 및 회절 프로필을 제공하는 렌즈 표면을 포함한다. 비구면 프로필은 빛을 원거리 초점 쪽으로 직사할 수 있고, 회절 프로필은 (i) 빛의 제1 백분율은 원거리 초점에서의 회절 차수로 분배하고, 빛의 제2 백분율은 원거리 초점 전방에 배치된 중거리 초점에서의 또다른 회절 차수 쪽으로 분배하는 중심 영역, 및 (ii) 중심 영역을 둘러싸고 있으면서, 빛의 제1 백분율은 원거리 초점에서의 회절 차수로 분배하고, 빛의 제2 백분율은 중거리 초점에서의 또다른 회절 차수 쪽으로 분배하는 주변 영역을 포함한다. 몇몇 경우에, 비구면 프로필은 렌즈의 전방면에 의해 제공된다. 몇몇 경우에, 회절 프로필은 렌즈의 후방면에 의해 제공된다.
본원에 달리 나타낸 바와 같이, 상이한 회절 영역은 상이한 초점(예를 들면, 원거리 및 중거리 사이에)에 상이한 광 분배를 제공할 수 있다. 표 3은 예시적인 예를 제공한다.
영역 원거리
(1차 회절 차수)		 중거리
(2차 회절 차수)		 분배
(원거리:중거리)
중심 41% 41% 50:50
주변 63% 21% 75:25
본원에 달리 나타낸 바와 같이, 중거리 초점은 가입 도수에 상응한다. 따라서, 표 3에 나타낸 바와 같은 렌즈 설계는, 렌즈의 전체가 빛의 50%를 가입 도수 쪽으로 직사하는 현재 알려진 렌즈 설계와는 다르다. 이러한 공지된 렌즈 설계는 원거리 초점에서 색 수차를 충분히 보정 또는 치료할 수 없다. 또한, 이러한 공지된 렌즈 설계는 본 발명의 양태에 의해 제공되는 것보다 실질적으로 더 큰 가입 도수를 갖는다. 본 발명의 몇몇 경우에서, 예시적인 렌즈 설계는 분배된 빛의 25%를 가입 도수 쪽으로 직사하는 주변 영역을 포함한다. 게다가, 본 발명의 양태에 따르는 렌즈 설계는 전체 렌즈 또는 이의 상당부에 걸쳐 회절 프로필을 제공할 수 있기 때문에, 이러한 렌즈는 큰 동공 크기에서는 회절 프로필 또는 회절 효과를 제공하지 못하는 현재 알려진 렌즈 설계와는 다르다.
도 8은 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈의 회절 프로필(800)의 양상을 예시한다. 여기에서 나타낸 바와 같이, 회절 프로필의 중심부 또는 (제1) 에슐레트(802)는 프로필의 기본 형상 또는 곡률(804)을 기준으로 한 높이(h1)를 갖는다. 제2 에슐레트(810)는 제1 에슐레트(802)에 인접하여 주변에 배치되며, 그 사이에 제1 전이 영역(811)이 배치된다. 전이 영역(811)은 스텝 높이(h2)를 특징으로 할 수 있다. 따라서, 각각의 에슐레트는, 예를 들면, 에슐레트의 내부(또는 중심) 최고점(예를 들면, 기본 형상을 기준으로 하여 측정되는 바와 같음)과 에슐레트의 외부(또는 주변) 최저점(예를 들면, 기본 형상을 기준으로 하여 측정되는 바와 같음) 사이의 거리에 의해 정의되는 바와 같은, 특징적인 높이 또는 스텝 높이를 가질 수 있다. 여기서 나타낸 바와 같이, 에슐레트의 최저점은 기본 형상의 위치에 상응할 수 있다. 이러한 예에서, 중심 또는 제1 에슐레트(802)의 스텝 높이는 (h1)이고, 제2 주변 에슐레트(810)의 스텝 높이는 (h2)이며, 제3 주변 에슐레트(820)의 스텝 높이는 (h3)이고, 제4 주변 에슐레트(830)의 스텝 높이는 (h4)이며, 제5 주변 에슐레트(840)의 스텝 높이는 (h5)이다. 도 8a는 관련 회절 프로필 양태를 보여주며, 여기서는 볼록 후방 베이스를 기준으로 하여 도시되어 있다.
몇몇 경우에, 회절 프로필은 5mm 직경 광학 표면에 9개의 링을 포함한다. 회절 프로필은, 다른 7개의 주변 링의 스텝 높이보다 큰 스텝 높이를 각각 갖는 두 개의 중심 링을 포함할 수 있다. 회절 프로필은, 환자의 눈에 의해 생기는 자연적인 색 수차를 적어도 부분적으로 보정하거나 보상하는 단초점 회절 표면을 제공할 수 있다. 안과용 렌즈의 비구면 전방 표면은 눈의 구면 수차를 보정하거나 치료하도록 작동할 수 있다. 몇몇 경우에, 본 발명의 렌즈 시스템 및 방법 양태는, 비구면 전방 표면과 회절 후방 표면 둘 다를 갖는 렌즈가 논의되어 있는 미국 특허 제6,830,332호에 기재된 렌즈의 특징 및 치료법을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 렌즈 설계는 또한 예를 들면, 총 빛의 63%는 원거리 초점에 직사하고, 21%는 근거리 또는 중거리 초점에 직사하는 회절 표면을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 회절 표면은 1.75 D의 가입 도수를 제공할 수 있으며, 여기서 총 빛의 41%는 원거리 초점에 직사하고 41%는 중거리 초점에 직사하는 중심 2.2mm 직경 영역이, 총 빛의 63%는 원거리 초점에 직사하고 21%는 중거리 초점에 직사하는 외부 영역에 의해 둘러싸여 있다. 예시적인 회절 표면은 동공 비의존적이고, 1.75 디옵터의 가입 도수를 갖고, 50%:50%의 원거리 초점과 중거리 초점 간의 중심 영역 광 분배 및 75%:25%의 원거리 초점과 중거리 초점 간의 주변 영역 광 분배를 제공할 수 있다. 광학적 측면에서, 회절 프로필은 다수의 초점을 제공한다.
몇몇 양태에서, 회절 프로필(800)은 기본 안과용 렌즈 구성의 상부에 두 개의 회절 에슐레트(802 및 810)가 삽입되어 있는 것으로 나타내어질 수 있다. 도 8aa는 이러한 구성의 개략적인 예시를 제공한다. 여기서, 위쪽 그래프(810a)는 전체 광학 표면에 걸쳐 동일한 스텝 높이를 갖는 제1 또는 기본 회절 프로필에 상응하고, 중간 그래프(820a)는 두 개의 중심 에슐레트 또는 링(이것은 또한 동일한 스텝 높이를 가질 수 있다)을 갖는 제2 회절 프로필에 상응한다. 유사한 제2 회절 프로필이 도 8ab에 도시되어 있다(볼록 형상을 갖는 베이스가 도시되어 있으며, 중심 에슐레트는 기본 반경 아래이다). 아래쪽 그래프(830a)는 제1 및 제2 회절 프로필의 조합에 기초한 제3 회절 프로필에 상응한다. 관련하여, 도 8ac는 두 개의 회절 프로필을 조합한 최종 회절 프로필의 개략적 예시를 제공한다. 도 8ad 및 8ae는 또한 본 발명의 양태에 따르는 예시적인 회절 프로필의 양상을 보여준다. 도 8ad에서, 중심 영역의 에슐레트는 볼록 베이스로 또는 이의 전방으로 연장될 수 있다. 제1 (중심) 에슐레트 및 제2 에슐레트는 둘 다 후방 베이스로부터 유사한 또는 동일한 거리로 연장될 수 있다. 또는, 제1 에슐레트는 제2 에슐레트의 후방으로 연장될 수 있다. 또는, 제2 에슐레트는 제1 에슐레트의 후방으로 연장될 수 있다. 도 8ae에서 나타낸 바와 같이, 제1 에슐레트는 제2 또는 다른 주변 에슐레트에 대해 다양한 거리에서 후방 베이스의 후방으로 연장될 수 있다. 에슐레트 중의 일부 또는 전부가 볼록 베이스로(또는 이의 전방으로) 연장되는 것이 또한 고려된다.
기본 안과용 렌즈 구성은 본원에 인용에 의해 포함된 미국 특허 제6,830,332호에 기재된 바와 같은 회절 표면 프로필을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기본 렌즈 구성은 '332 특허의 제4 단락, 42행 내지 43행에 논의된 바와 같이, 한 파장과 같은 프로필 높이를 갖는 무채색 설계(achromatic design)를 포함할 수 있다. 본 발명의 양태는, 이러한 무채색 설계의 상부에 있는 연장된 초점 심도(EDOF) 스텝 높이를 포함한 설계를 포함한다.
몇몇 경우에, 기본 안과용 렌즈 구성은 전체 광학계에 걸쳐 동공 비의존적 회절 프로필을 포함할 수 있다. 따라서, 렌즈는 동공이 저 조도 상태에서 커짐에 따라 탁월한 중거리 시력 특성을 계속 제공할 수 있다. 이러한 동공 비의존적 회절 프로필은 두 개의 에슐레트와 동일한 링 구조(가입 도수)를 가질 수 있다. 그 결과, 두 개의 에슐레트는 그외의 일정-높이 회절 프로필 상에 보다 높은 프로필 높이(스텝 높이)를 갖는 두 개의 중심 에슐레트로 보인다.
몇몇 경우에, 각각의 에슐레트 또는 링은 한 파장보다 큰 스텝 높이 또는 프로필 높이를 갖는다. 예를 들면, 파장은 본원에 인용에 의해 포함되어 있는 미국 특허 제6,830,332호에 기재된 바와 같이 550nm일 수 있다. 따라서, 회절 프로필은 입사하는 또는 들어오는 빛을 실질적으로 또는 주로 제1 및 2차 회절 차수, 예를 들면, 각각 도 7의 원거리 초점(730) 및 중거리 초점(740)으로 분배하도록 작동할 수 있다.
몇몇 경우에, 안과용 렌즈의 회절 프로필은 자연적인 눈(예를 들면, 안내 렌즈가 최종적으로 배치되는 자연 유수정체 또는 무수정체(aphakic) 눈)에 의해 생기는 색 수차에 대한 신호와 반대인 1차 및 2차 회절 차수로 직사된 빛에서 색 수차를 생성한다. 따라서, 회절 프로필은 눈의 자연적인 색 수차를 적어도 부분적으로 보정하거나, 오프셋하거나, 그렇지 않으면 치료하도록 작동할 수 있다. 예를 들면, 환자의 무수정체 눈(900)의 광학 부분은 상이한 파장의 빛(예를 들면, 청색 광(902), 녹색 광(904) 및 적색 광(906))을 각각 상이한 초점 위치에 맞춤으로써 도 9a에 도시된 바와 같이 색 수차를 도입할 수 있다. 따라서, 환자 자신의 눈이 색 수차를 생성할 수 있으며, 눈에 의해 생기는 색 수차가 상이한 파장의 빛이 상이한 초점 길이를 갖도록 한다는 것을 알 수 있다.
여기에 도시된 바와 같이, 도 9a 및 9b는 개략적인 도면이며, 초점 또는 초점 영역(예를 들면, 각각 920a, 920b)은 명료성의 목적으로 눈의 중심에 나타내어져 있다. 보통, 초점 또는 초점 부위는 눈의 후방에 있는 망막에 있거나 이와 가깝다.
도 9b에 도시된 바와 같이 안과용 렌즈(910)를 도입함으로써, 눈의 자연적인 색 수차를 상쇄시키고, 그 결과 가시 스펙트럼의 다중 파장을 단일 초점(예를 들면, 920b) 쪽으로 가져올 수 있다. 따라서, 도 9b의 가성수정체 눈은 환자에 의해 보여지는 상의 품질의 개선을 제공한다. 도 9a와 비교하여, 상이한 파장의 빛이 이제 정렬되거나 더 많이 정렬된다. 이러한 방식으로, 안과용 렌즈(910)는 눈에 의해 생기는 색 수차(예를 들면, 안구 색 수차)를 보상하도록 작동한다. 본원에 기재된 바와 같은 안과용 렌즈는 하나 이상의 회절 차수 또는 초점에서 색 수차를 보정하거나 치료할 수 있는 것으로 이해된다.
몇몇 경우에, 환자 눈 주변(예를 들면, 각막)에서 광선이 과-굴절되어, 예를 들면, 구면 수차로 인해 상 품질을 저하시키는 디포커스 광 영역을 생성할 수 있다. 몇몇 경우에, 각막은, 임의로 눈의 다른 광학 부분과 함께, 구면 수차를 생성할 수 있다. 따라서, 구면 수차는 다양한 예에서 각막 구면 수차 또는 안구 구면 수차로 언급할 수 있다. 안과용 렌즈의 비구면 표면은, 주변 광선이 굴절되는 양을 감소시킴으로써, 이러한 구면 수차를 보상할 수 있다. 예를 들면, 도 9b에 도시된 바와 같이, 렌즈(910)의 비구면 광학 표면이 디포커스 광 영역을 보상할 수 있고, 이에 따라, 화살표 A로 나타내어진 바와 같이 망막 또는 눈의 후방 쪽으로 빛의 적절한 또는 개선된 초점을 생성할 수 있다. 여기에 나타낸 바와 같이, 안구 색 수차를 보상하는 이외에, 안과용 렌즈는 또한 안구 구면 수차를 보상하고, 보다 정확하게 초점이 맞는 광을 눈의 후방 쪽으로 전달하도록 작동한다.
몇몇 양태에 따르면, 안과용 렌즈(900)는 광범위한 초점에 걸쳐, 또는 연장된 초점 심도에 걸쳐 색 수차를 치료 또는 보정하도록 작동할 수 있다. 예를 들면, 안과용 렌즈는 원거리 초점(예를 들면, 도 7의 초점(730))에서의 색 수차의 부분 보정 또는 치료, 및 중거리 초점(예를 들면, 도 7의 초점(740))에서의 색 수차의 실질적으로 보다 큰 또는 완전한 보정 또는 치료를 제공할 수 있다. 이러한 색 수차의 치료는 특정 회절력(diffractive power)을 사용함으로써 달성될 수 있다.
예를 들면, n차 회절 차수를 안과용 렌즈의 원거리 초점과 연관시키고, j차 회절 차수를 안과용 렌즈의 중거리 초점(초점 범위)와 연관시키도록 한다. 차수 간의 차이는 j-n이다. 연장된 초점 심도 렌즈의 경우, 중거리 및 원거리 시력 간의 렌즈 도수(예를 들면, 디옵터의 단위로)의 차이가 연장된 초점 심도의 범위를 나타낸다.
관련하여, n차 회절 차수 또는 원거리 초점에서의 안과용 렌즈의 색 수차를 다음의 방정식을 사용하여 LCAf로서 규정하기로 한다:
LCAf = LCAr + n*LCAd
여기서, LCAr은 굴절 기본 렌즈의 종방향 색 수차를 나타내고, LCAd는 회절 프로필의 종방향 색 수차를 나타낸다. 상기 방정식은 "+" 표시를 포함하지만, 방정식에서 LCAd의 값은 음성인 것을 주목한다.
유사하게, j차 회절 차수, 또는 중거리 시력에 대한 회절 초점의 색 수차는 다음의 방정식을 사용하여 LCAi로서 규정할 수 있다:
LCAi = LCAr + j*LCAd.
안구 색 수차의 보정을 갖는 설계를 위해, LCAf 및 LCAi는 음의 값을 가져야 한다.
무수정체 눈의 색 수차를 LCAae라고 하기로 한다. 다음과 같을 경우 과잉-보정(over-correction) 없이 안구 색 수차의 보정이 수득된다:
-LCAf ≤ LCAae
및
-LCAi ≤ LCAae
또는:
n ≤ (LCAae + LCAr)/(-LCAd)
j ≤ (LCAae + LCAr)/(-LCAd)
예를 들면, 양의 회절 차수를 갖는 회절 프로필에서는, LCAae = 2D, LCAr = 1.5D 및 LCAd = -1.75D이다. 전체 색 수차는 j = (2+1.5)/1.75 = 2의 회절 차수에 대한 중거리 시력에서 수득된다. 이러한 경우에, 1차 회절 차수는 눈이 (2+1.5-1*1.75) = 1.75D의 LCA를 갖도록 하며, 가성수정체 눈(예를 들면, 인공 수정체 이식됨)의 경우 1.75D까지, 무수정체 눈(예를 들면, 자연 수정체 제거됨)의 경우 0.25D 까지 LCA 감소를 제공한다.
표 4는 본 발명의 양태에 따르는 예시적인 회절 프로필에 대한 스텝 높이, 직경, 광로차(파장 λ에서의 OPD) 및 광 분배 값을 제공한다.
에슐레트 스텝 높이 외부 직경 OPD 광 분배
(1차:2차)
1차/중심 h1=0.0062mm 1.60mm 1.5λ


 두 개의 조합된 에슐레트는 41%는 1차 차수에 제공하고 41%는 2차 차수에 제공한다(50:50의 1차와 2차 간의 분배에 대해)
2차 h2=0.0062mm 2.20mm 1.5λ
3차 h3=0.0062mm 2.75mm 1.5λ 일곱 개의 조합된 에슐레트는 63%는 1차 차수에 제공하고 21%는 2차 차수에 제공한다(75:25의 1차와 2차 간의 분배에 대해)
4차 h4=0.0056mm 3.17mm 1.366λ
5차 h5=0.0056mm 3.55mm 1.366λ
6차 h6=0.0056mm 3.88mm 1.366λ
7차 h7=0.0056mm 4.20mm 1.366λ
8차 h8=0.0056mm 4.48mm 1.366λ
9차 h9=0.0056mm 4.76mm 1.366λ
몇몇 양태에 따르면, 스텝 높이는 렌즈가 일반적으로 1차 및 2차 회절 차수를 사용하여 기능하도록 구성된다. 사용되는 특정 스텝 높이는 렌즈에 존재하는 물질의 굴절률, 및/또는 고려되는 파장에 따라 좌우될 수 있다. 전형적으로, 각각의 스텝 높이가 광로 길이의 차이를 생성한다. 따라서, 눈의 수양액의 굴절률을 1.336이라고 가정하고, 굴절률 1.47을 갖는 안과용 렌즈 물질을 고려하면, 대략 4 마이크론 스텝 높이가 한 파장의 광로차를 유도한다. 몇몇 경우에, 본 발명의 양태는, 4 마이크론보다 큰 스텝 높이 값을 갖는 렌즈 설계를 포함한다. 몇몇 경우에, 본 발명의 양태는, 4 내지 8 마이크론 범위내의 스텝 높이 값을 갖는 렌즈 설계를 포함한다. 몇몇 경우에, 본 발명의 양태는, 1보다 큰 광로차 값을 유도하는 에슐레트 스텝 높이를 갖는 렌즈 설계를 포함한다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 예시적인 안과용 렌즈는 작은 및 중간 동공 크기에서의 EDOF 효과를 위해 빛을 원거리 및 중거리 초점 사이에 50:50 상대 비로 직사하도록 작동하는 두 개의 에슐레트를 갖는 중심 영역을 포함할 수 있다. 추가의 주변 에슐레트는 빛을 원거리 및 중거리 초점 사이에 75:25 상대 비로 직사하도록 함께 작동하며, 이것은 보다 큰 동공 크기에 대해 EDOF 효과를 유지할 수 있다.
도 10a 및 10b는, 다른 단일 링 안내 렌즈 설계(즉, 1R001 및 1R002) 및 표준 다초점 안내 렌즈 설계와 비교하여, 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈 구성(즉, Xring 313, Xring 329, 및 Xring 305)에 대한 변조 전달 함수(MTF) 곡선을 보여준다. 예시적인 단일 링 설계가 2009년 12월 18일자로 출원된 상기에 인용에 의해 포함된 미국 특허 출원 제61/288,255호에 기재되어 있다. 따라서, 각종 설계의, 백색 광에서의, 직통 초점 성능(through focus performance)을 비교할 수 있다. 이러한 그래프는 내용이 본원에 인용에 의해 포함되어 있는 문헌[참조: Norrby et al., "Model eyes for evaluation of intraocular lenses" Appl. Opt. 46(26): 6595-605 (2007)]에 기재된 바와 같이, 변형된 ISO 모델과 유사한 눈 모델에 배치된 원형 렌즈(prototype lens)의 측정치를 기준으로 한다. 도 10a는 3mm의 동공 직경(예를 들면, 중간 동공 크기)에서의 렌즈의 직통 초점 성능을 예시하고, 도 10b는 5mm의 동공 직경(예를 들면, 큰 동공 크기)에서의 렌즈의 직통 초점 성능을 예시한다. 큰 동공 크기는 저 조도 상태 하에서의 동공 크기를 나타낸다. 수직 축은 밀리미터당 50 사이클에서의 변조(MTF)를 나타낸다. 수평 축은 안경면에서의 디포커스를 나타낸다. 안경면에서의 디포커스는, 대략 방정식(센티미터 단위의 시역 거리) = 100/(안경면에서의 디포커스)에 의해 시역 거리(viewing distance)로 번역될 수 있다. 예를 들면, 안경면에서 1.33 디옵터의 디포커스는 100/1.33 = 75센티미터 시역 거리와 상응한다.
여기에 나타낸 바와 같이, 중거리 초점(안경면에서 약 1.3 디옵터)에서의 피크(1010)는 안과용 렌즈의 회절 가입 도수를 변화시킴으로써 수평 위치에서 변할 수 있다. 예를 들면, 중심 및 외부 회절 영역(예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같음)의 에슐레트 직경을 조절하는 것이 회절 가입 도수를 변화시키도록 작동할 수 있다. 중거리 초점에서의 피크(1010)는 또한 안과용 렌즈의 광 분배를 변화시킴으로써 수직 위치에서 변할 수 있다. 예를 들면, 중심 및 외부 회절 영역(예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같음)의 스텝 높이를 조절하는 것이 중거리 초점에서의 광 분배 백분율을 변화시키도록 작동할 수 있다.
관련하여, 원거리 초점(0 디옵터)에서의 피크(1020)는 안과용 렌즈의 광 분배를 변화시킴으로써 수직 위치에서 변할 수 있다. 예를 들면, 중심 및 외부 회절 영역(예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같음)의 스텝 높이를 조절하는 것이 원거리 초점에서의 광 분배 백분율을 변화시키도록 작동할 수 있다. 즉, 보다 높은 백분율의 빛을 원거리 초점에 직사하는 것은 피크(1020)의 높이를 위쪽으로 증가시키고, 보다 낮은 백분율의 빛을 원거리 초점에 직사하는 것은 피크(1020)의 높이를 감소시킬 것이다.
따라서, 몇몇 양태에 따르면, 렌즈 스텝 높이에 있어서의 변화가 렌즈의 광 분배 특성, 및 이와 함께, 1010 및 1020의 수직 위치를 변화시키도록 작동할 수 있다. 또한, 링 직경의 변화가 렌즈의 가입 도수 특성, 및 이와 함께, 1010의 수평 위치를 변화시키도록 작동할 수 있다.
이러한 변화의 결과가 도 10a 및 10b에 나타내어져 있으며, 여기에는, 상이한 가입 도수와 광 분배를 갖는 본 발명에 따르는 세가지 렌즈 설계 양태("Xring"으로서 주석이 달림)가 도시되어 있다. "Xring 313"로 표지된 라인에 상응하는 렌즈는 2.5 디옵터 가입 도수를 갖고, "Xring 329"로 표지된 라인에 상응하는 렌즈는 1.75 디옵터 가입 도수를 갖고, "Xring 305"로 표지된 라인에 상응하는 렌즈는 1.5 디옵터 가입 도수를 갖는다. 여기에 도시된 바와 같이, 수평 축이 안경면에서의 디포커스를 나타내기 때문에, Xring 329 렌즈의 1.75 디옵터 설계는 약 1.3 디옵터에서 중간 피크를 갖는다. 일반적인 규칙으로서, 안경면에서의 디포커스는 안내 렌즈면에서의 디포커스의 약 ¾이다(예를 들면, ¾*1.75
Figure pct00001
1.3). 이러한 의미에서, 1.75 디옵터의 안내 렌즈 가입 도수는 1.3 D의 안경면 디포커스와는 구별될 수 있다.
시각 시스템(visual system)(예를 들면, 안과용 렌즈 및/또는 눈의 다른 광학 부분)의 성능을 평가하기 위한 변조 전달 함수(MTF)의 사용에 관한 추가의 상세한 설명이 미국 특허 공보 제2009/0210054호에 기재되어 있으며, 이는 본원에 인용에 의해 포함되어 있다.
도 11a 및 11b는, 두 개의 정규 다초점 안내 렌즈 설계와 비교하여, 본 발명의 양태에 따르는 다양한 안과용 렌즈 구성(예를 들면, Xring 설계 302 내지 311, 314, 및 329)에 대한 변조 전달 함수(MTF) 데이터를 보여준다. 여기에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈(예를 들면, Xring 설계)에 대한 원거리 초점에서의 MTF 값은 이러한 다초점 안내 렌즈 설계에 대한 원거리 초점에서의 MTF 값보다 더 양호하다. 3mm 동공의 경우, 본 발명의 양태의 MTF는 최신의 정규 다초점 렌즈의 MTF보다 18% 내지 83% 더 높다. 5mm 동공의 경우, 본 발명의 양태의 MTF는 최신의 정규 다초점 렌즈의 MTF보다 39% 내지 173% 더 높다.
도 12a는 다양한 렌즈 설계 구성에 대해, 3-mm 동공 직경에 대한 디포커스에 의한 US 공군 영상의 예시를 제공한다. 디포커스 값은 안경면에서 디옵터로 제공된다. 여기서 나타낸 바와 같이, Xring 설계(307, 311, 314, 및 329)는 다초점 안내 렌즈 설계, 단초점 렌즈 설계, 및 두 개의 단일 링 설계(1R001 및 1R002)보다 양호한 결과를 제공한다. 여기에 도시된 4개의 상이한 Xring 설계는 각각 상이한 가입 도수 및 광 분배를 갖는다. Xring 307은 1.5 디옵터의 가입 도수를 갖고, Xring 311은 2.0 디옵터의 가입 도수를 갖고, Xring 314는 2.5 디옵터의 가입 도수를 갖고, Xring 329는 1.75 디옵터의 가입 도수를 갖는다.
단일 링 안과용 렌즈 설계가 연장된 심도 효과(depth of field)를 제공할 수 있음을 입증하는 눈 모델 데이터가 2009년 12월 18일자로 출원된 상기에 인용에 의해 포함된 미국 특허 출원 제61/288,255호에 제공되어 있다. 도 12a는, 상기에 인용에 의해 포함된 문헌[참조: Norrby et al, "Model eyes for evaluation of intraocular lenses" Appl. Opt. 46(26): 6595-605 (2007)]에 기재된 바와 같은 변형된 ISO 눈 모델에서, 제US 61/288,255호에 따르는 두 개의 안내 렌즈 설계(예를 들면, 1R001 및 1R002) 및 정규 단초점 비구면 안내 렌즈 설계(도 12에서 "단초점")에 상응하는 US 공군 타겟(US Air Force target)의 디포커스 상을 제공한다. 여기에 도시된 바와 같이, 디포커스 하에서, 1R001 및 1R002 IOL 설계에 상응하는 상은, 단초점 렌즈 설계의 경우와 비교하여, 눈이 디포커스되는 경우 덜 흐릿하다. 적어도 -2.00 디옵터의 디포커스까지, 수평 및 수직 막대의 일부는 여전히 1R001 및 1R002 설계와 구별될 수 있다. 이에 반해, 정규 단초점 IOL 설계의 경우, 수평 및 수직 막대는 단지 -1.00 디옵터 미만까지만 구별될 수 있다. 이들 사진은 백색광으로 촬영되었다. 임상 결과를 EDOF 효과의 크기 측면에서 평가하거나 언급하는 것이 도움이 될 수 있다. Xring 설계는 증진된 EDOF 효과를 제공하기 위한 것이다. 도 12b는, 본 발명의 예시적인 렌즈를 이러한 동일한 변형된 ISO 눈 모델에서 측정하는 경우, 25c/mm까지의 MTF 곡선하 면적을 보여준다. 도 12b에서의 예시적인 렌즈는 렌즈의 후방면에 무채색 설계를 갖는 기본 렌즈 구성을 갖는다. 무채색 설계는 한 파장과 같은 프로필 높이를 갖는다. EDOF 설계는 무채색 설계의 상부에 놓여 있다. 도 12b의 EDOF 설계는 표 4에 나타낸다. 마지막으로, 렌즈의 전방면의 비구면 형상이 구면 수차를 감소시킨다. MTF 곡선에서의 조합 결과가 도 12b에 나타나 있다. 도 12b는 또한 정규 다초점 렌즈의 측정 결과를 보여준다. 그래프는, 사이에 골짜기를 갖는 두 개의 상이한 초점을 나타내는, 두 개의 상이한 피크를 갖는 정규 다초점 렌즈와는 대조적으로, 본 발명의 설계는 연장된 범위에 걸쳐 상 품질의 점진적인 변화를 나타내는 연장된 시력 범위에 걸친 하나의 광역 피크(broad peak)를 가짐을 예시한다. 이것은 본 발명에 따르는 IOL가, 정규 다초점 렌즈에 비해, 명확히 다른 방식으로 거동함을 예시한다.
도 12의 상은 본 발명의 양태에 따르는 예시적인 렌즈의 범위의 단지 일부를 보여준다. 몇몇 경우에, 다초점 렌즈는 약 -3 디옵터 디포커스에서 선명한(sharp) 제2 상을 갖는다. 최적 초점(0 디옵터)과 -3 디옵터에서의 제2 초점 사이에서, 다초점 렌즈는 매우 희미한 상을 나타낼 수 있다. 그러나, 다초점 렌즈의 경우, 중거리에서의 시각 기능이 20/40보다 종종 양호한 시력으로 여전히 기능적 수준에 있음을 인지해야 한다. 이러한 견해는, 상을 평가하는 경우 뿐만 아니라 본 발명의 양태에 따르는 설계를 나타내는 경우에도 유념할 수 있다.
예를 들면, Xring 311 설계의 경우, -1.50 디옵터 디포커스에서의 USAF 상은 -1.0 디옵터 디포커스에서의 상보다 선명하다. 이러한 피쳐의 규모는 다초점 렌즈에서 관찰되는 것보다 훨씬 작다. 즉, -1.50 디옵터 내지 -1.00 디옵터 간의 선명도(sharpness) 차이가 Xring 설계보다는 작고, 다초점 설계보다는 크다. 또한, 이러한 범위에 걸친 전반적인 선명도는 다초점 설계에 비해 Xring 설계의 경우 더 높다. 따라서, 임상적인 측면에서, 전체 중거리 범위에서의 기능적 시력은 대략 20/20의 시력을 갖는 최적 초점에서의 시력에 필적한 것으로 예측할 수 있다. 예를 들면, Xring 311의 경우, 중거리 범위는 0 내지 적어도 -1.75 디옵터에 이르는 것으로 추정된다.
시각 시스템(예를 들면, 안과용 렌즈 및/또는 눈의 다른 광학 부분)에서 초점 심도를 평가하기 위한 다양한 기술들이 본원에 인용에 의해 포함되어 있는 미국 특허 공보 제2009/0210054호에 기재되어 있다.
본 발명의 안과용 렌즈 양태는, 각막 및/또는 환자 눈의 또다른 광학 부분으로부터 유도될 수 있는, 구면 및 색 수차와 같은 환자 눈에 의해 생기는 다양한 수차를 보상하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 렌즈를 설계 및/또는 제작하는 방법은 환자 눈의 수차와 관련된 데이터를 수득하거나 사용함을 포함할 수 있다. 이러한 수차 데이터를 수득하기 위해 파면 측정 시스템을 포함하는 어떠한 다양한 수차계(aberrometer)라고 사용할 수 있다. 눈 및 수차를 측정하기 위한 예시적인 파면 측정 시스템의 성분은 캘리포니아주 밀피타스에 소재하는 에이엠오 매뉴팩쳐링 유에스에이, 엘엘씨(AMO MANUFACTURING USA, LLC)로부터 이용 가능한 WaveScan® 시스템의 소자를 포함할 수 있다. 하나의 양태는, 변형 거울을 갖는 WaveScan 시스템을 포함한다. 파면 측정 시스템의 대안적인 양태가 미국 특허 제6,271,915호에 기재되어 있으며, 이의 전체 기재내용은 본원에 인용에 의해 포함되어 있다. 어떠한 파면 수차계라도 본 발명의 양태에 사용될 수 있는 것으로 인지된다. 관련하여, 본 발명의 양태는, COAS 파면 수차계, ClearWave 콘택트 렌즈 수차계, CrystalWave IOL 수차계 등을 포함한, 에이엠오 파면 사이언스, 엘엘씨(AMO WAVEFRONT SCIENCES, LLC)에 의해 제공되는 각종 광학 기기 중 어느 것의 실행을 포함한다.
몇몇 경우에, 본 발명의 양태는, 본원에 기재된 바와 같은 안과용 렌즈를 제조 또는 제작하기 위한 시스템, 키트, 및 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 안과용 렌즈는 레이저 어블레이션(laser ablation) 공정을 사용하여 제작할 수 있고/있거나, 안내 렌즈의 제조를 위한 표준 기술을 포함할 수 있으며, 이의 양상들은 미국 특허 제4,856,234호, 제5,322,649호 및 제5,888,122호, 뿐만 아니라 미국 특허 공보 제2002/0082690호에 기재되어 있다. 이러한 각각의 특허 공보의 내용은 본원에 인용에 의해 포함된다. 관련하여, 몇몇 경우에, 제조 또는 제작 방법은 성형, 연마, 도수의 측정, 품질 관리, 모델링 등의 측면들을 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈 처방전을 생성하기 위한 예시적인 방법(1300)의 양상을 도시한다. 몇몇 경우에, 상기 방법은 환자 눈의 구면 및/또는 수차를 측정함을 포함할 수 있다. 여기에 나타낸 바와 같이, 상기 방법은 단계(1330)에 의해 나타내어지는 바와 같이 환자 파라미터 데이터 프로필을 입력함을 포함할 수 있다. 데이터 프로필은 (a) 측정된 환자 구면 수차(1310)에 상응하는 환자 구면 수차 파라미터 및 (b) 측정된 환자 색 수차(1320)에 상응하는 환자 색 수차 파라미터를 포함할 수 있다. 게다가, 상기 방법은 단계(1340)에 의해 나타내어지는 바와 같이, 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성함을 포함할 수 있다. 안과용 렌즈 처방전은, 측정된 환자 구면 및 색 수차를 보상하고 연장된 초점 심도를 제공하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하도록, 처방전은 기본 도수에 상응하는 원거리 초점과 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공할 수 있으며, 여기서, 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 안과용 렌즈 처방전에 대한 연장된 초점 심도를 한정한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하도록, 처방전은 3mm 및 5mm 동공 직경에서, 중거리 초점에 대해, 밀리미터당 50 사이클에서의 변조 전달 함수 값을 적어도 10으로 제공할 수 있다.
도 14는 본 발명의 양태에 따르는 안과용 렌즈를 제작하기 위한 예시적인 방법(1400)의 양상을 도시한다. 여기에 나타낸 바와 같이, 상기 방법은 단계(1410)에 의해 나타내어지는 바와 같이 환자에 대한 안과용 렌즈 처방전을 입력하고, 단계(1420)에 의해 나타내어지는 바와 같이 처방전에 기초하여 안과용 렌즈를 제작함을 포함할 수 있다. 안과용 렌즈 처방전은, 측정된 환자 구면 수차를 보상하고, 측정된 환자 색 수차를 보상하며, 연장된 초점 심도를 제공하도록 구성될 수 있다. 관련하여, 렌즈는 환자 구면 및 색 수차를 보상하고, 연장된 초점 심도를 제공하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하도록, 렌즈는 기본 도수에 상응하는 원거리 초점과 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공할 수 있으며, 여기서, 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 안과용 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하도록, 렌즈는 3mm 및 5mm 동공 직경에서, 중거리 초점에 대해, 밀리미터당 50 사이클에서의 변조 전달 함수 값을 적어도 10으로 제공할 수 있다.
도 15는 본 발명의 양태에 따르는, 환자의 눈을 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하기 위한 예시적인 시스템(1500)을 예시한다. 상기 시스템은 환자 눈에 대해 특이적인 환자 파라미터 데이터 프로필을 수용하는 입력장치(1510)를 포함한다. 환자 파라미터 데이터 프로필은 환자 눈의 측정된 구면 수차에 상응하는 환자 구면 수차 파라미터, 및 환자 눈의 측정된 색 수차에 상응하는 환자 색 수차 파라미터를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 또한 눈을 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하는 기계-판독 가능 코드를 구현하는 유형 매체를 갖는 모듈(1520)을 포함한다. 여기에 나타낸 바와 같이, 처방전은 측정된 구면 및 색 수차를 보상하고 연장된 초점 심도를 제공하는 렌즈를 위한 것이다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하도록, 렌즈는 기본 도수에 상응하는 원거리 초점과 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공할 수 있으며, 여기서, 기본 도수와 가입 도수 간의 차이가 안과용 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정한다. 몇몇 경우에, 연장된 초점 심도를 제공하도록, 렌즈는 3mm 및 5mm 동공 직경에서, 중거리 초점에 대해, 밀리미터당 50 사이클에서의 변조 전달 함수 값을 적어도 10으로 제공할 수 있다.
도 16은 환자의 눈을 위한 안과용 렌즈를 제작하기 위한 예시적인 시스템(1600)을 도시한다. 상기 시스템은 환자 눈을 위한 안과용 렌즈 처방전을 수용하는 입력장치(1610)를 포함한다. 처방전은 환자의 눈을 위한 측정된 구면 및 색 수차를 보상하고 환자의 눈에 연장된 초점 심도를 제공하는 렌즈를 위한 것이다. 상기 시스템은 또한 입력장치와 연결되어 렌즈 처방전에 따라 안과용 렌즈를 제작하는 제조 어셈블리(1620)를 포함한다.
본원에 기재된 각각의 계산, 작업, 방법 및 공정들은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어를 갖는 컴퓨터 또는 기타의 프로세서를 사용하여 수행할 수 있다. 각종 방법 단계들은 모듈에 의해 수행될 수 있으며, 모듈은 본원에 기재된 방법 단계들을 수행하기 위해 정렬된 광범위하게 다양한 디지털 및/또는 아날로그 데이터 프로세싱 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 모듈은 이와 관련된 적절한 기계 프로그래밍 코드를 가짐으로써 이러한 단계들 중의 하나 이상을 수행하도록 채택된 데이터 프로세싱 하드웨어를 임의로 포함하며, 두 개 이상의 단계(또는 둘 이상의 단계의 일부)를 위한 모듈은 단일 프로세서 보드로 통합되거나, 매우 다양한 통합 및/또는 분산 프로세싱 구조의 상이한 프로세서 보드로 분리될 수 있다. 이러한 방법 및 시스템은 종종 상기한 방법 단계들을 수행하기 위한 지침을 갖는 기계-판독 가능 코드를 구현하는 유형 매체를 사용할 것이다. 적합한 유형 매체는 메모리(휘발성 메모리 및/또는 비-휘발성 메모리 포함), 저장 매체(예를 들면, 플로피 디스크, 하드 디스크, 테이프 등에; CD, CD-R/W, CD-ROM, DVD 등과 같은 광 메모리에; 또는 임의의 다른 디지털 또는 아날로그 저장 매체에 자기 기록) 등을 포함할 수 있다.
첨부된 그림, 도면, 함수 및 표를 포함한 상기한 양태들은 본 발명의 측면들을 설명하는 예시적인 목적을 위한 것이다. 따라서, 예시적인 양태들이 예를 들어 이해의 명료성을 위해 어느 정도 상세하게 기재되어 있기는 하지만, 당업계의 숙련가들은 다양한 변형, 각색 및 변화가 사용될 수 있음을 인지할 것이다. 따라서, 특허청구범위는 본원에 포함된 바람직한 버젼의 기술에 제한되어서는 안된다.

Claims (54)

  1. 제1 표면과 제2 표면(상기 제1 및 제2 표면은 광학 축 주위에 배치된다);
    상기 제1 표면 또는 제2 표면에 부과된 비구면 굴절 프로필(profile); 및
    상기 제1 표면 또는 제2 표면에 부과된 회절 프로필을 포함하는 안과용 렌즈로서,
    여기서, 상기 비구면 굴절 프로필은 빛을 원거리 초점(far focus) 쪽으로 초점을 맞추고, 상기 회절 프로필은, 빛의 제1 백분율(percentage)을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제2 백분율을 중거리 초점(intermediate focus) 쪽으로 분배하는 중심 영역, 및 상기 중심 영역을 둘러싸고 있으면서, 빛의 제3 백분율을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제4 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 주변 영역을 포함하는, 안과용 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중거리 초점이 1 디옵터 내지 2.5 디옵터 범위내의 안내 가입 도수(intraocular add power)에 상응하는, 안과용 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중거리 초점이 상기 안경면(spectacle plane)에서 0.75 내지 2 디옵터의 가입 도수에 상응하는, 안과용 렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중거리 초점이 1.75 디옵터의 안내 가입 도수에 상응하는, 안과용 렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 원거리 초점이 상기 회절 프로필의 1차 회절 차수에 상응하는, 안과용 렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원거리 초점이 상기 회절 프로필의 2차 회절 차수에 상응하는, 안과용 렌즈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 원거리 초점이 상기 회절 프로필의 3차 회절 차수에 상응하는, 안과용 렌즈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중거리 초점과 상기 원거리 시야 초점 간의 차이가 약 1 디옵터 내지 약 2.5 디옵터 범위내의 도수 값에 상응하는, 안과용 렌즈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 중거리 초점과 상기 원거리 시야 초점 간의 차이가 약 1.75 디옵터의 도수에 상응하는, 안과용 렌즈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역이 약 1mm 내지 약 3mm 범위내의 외부 직경을 갖는, 안과용 렌즈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역이 약 2.2mm의 외부 직경을 갖는, 안과용 렌즈.
  12. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역에 의해 상기 원거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율이 41% 내지 63% 범위내이고, 상기 중심 영역에 의해 상기 중거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율이 21% 내지 41% 범위내인, 안과용 렌즈.
  13. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역에 의해 상기 원거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율이 41%이고, 상기 중심 영역에 의해 상기 중거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율이 41%인, 안과용 렌즈.
  14. 제1항에 있어서, 상기 주변 영역에 의해 상기 원거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율이 41% 내지 100% 범위내이고, 상기 주변 영역에 의해 상기 중거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율이 0% 내지 41% 범위내인, 안과용 렌즈.
  15. 제1항에 있어서, 상기 주변 영역에 의해 상기 원거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율이 63%이고, 상기 주변 영역에 의해 상기 중거리 초점 쪽으로 분배되는 빛의 백분율이 21%인, 안과용 렌즈.
  16. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역이, 스텝 높이(step height)를 각각 갖는 하나 이상의 에슐레트(echelette)를 포함하고, 상기 주변 영역이, 각각의 중심 영역 에슐레트의 상기 스텝 높이보다 작은 스텝 높이를 각각 갖는 다수의 에슐레트를 포함하는, 안과용 렌즈.
  17. 제16항에 있어서, 상기 중심 영역이 2개 이상의 에슐레트를 포함하는, 안과용 렌즈.
  18. 제16항에 있어서, 상기 중심 영역이 3개 이상의 에슐레트를 포함하는, 안과용 렌즈.
  19. 제16항에 있어서, 상기 중심 영역이 2개, 3개 또는 4개의 에슐레트를 포함하는, 안과용 렌즈.
  20. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역이 약 0.006 밀리미터의 스텝 높이를 갖는 적어도 하나의 에슐레트를 포함하고, 상기 주변 영역이 약 0.0055 밀리미터의 스텝 높이를 갖는 적어도 하나의 에슐레트를 포함하는, 안과용 렌즈.
  21. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역이 1.5 파장의 광로차를 갖는 적어도 하나의 에슐레트를 포함하고, 상기 주변 영역이 1.366 파장의 광로차를 갖는 적어도 하나의 에슐레트를 포함하는, 안과용 렌즈.
  22. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역이, 스텝 높이를 각각 갖는 2개의 에슐레트를 포함하고, 상기 주변 영역이, 상기 중심 영역 에슐레트들의 스텝 높이들보다 작은 스텝 높이를 각각 갖는 7개의 에슐레트를 포함하는, 안과용 렌즈.
  23. 제1항에 있어서, 상기 중심 영역이, 1.6mm의 외부 직경을 갖는 내부 에슐레트 및 2.2mm의 외부 직경을 갖는 외부 에슐레트를 포함하고, 여기서, 상기 중심 영역의 상기 내부 에슐레트 및 상기 외부 에슐레트가 각각 스텝 높이를 가지며, 상기 주변 영역이, 상기 중심 영역 에슐레트들의 스텝 높이들보다 작은 스텝 높이를 각각 갖는 7개의 에슐레트를 포함하는, 안과용 렌즈.
  24. 제1항에 있어서, 상기 렌즈가, 상기 중거리 초점에서는 50c/mm에서의 MTF를 24로 제공하고, 상기 원거리 초점에서는 50c/mm에서의 MTF를 44로 제공하는, 안과용 렌즈.
  25. 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단;
    안구 색 수차를 보상하기 위한 수단; 및
    연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단을 포함하는 안과용 렌즈.
  26. 제25항에 있어서, 상기 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단이, 회절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  27. 제25항에 있어서, 상기 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단이, 굴절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  28. 제25항에 있어서, 상기 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단이, 회절 프로필 및 굴절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  29. 제25항에 있어서, 상기 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단이, 회절도 아니고 굴절도 아닌 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  30. 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단; 및
    안구 색 수차를 보상하기 위한 수단을 포함하는 안과용 렌즈로서,
    여기서, 상기 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단과 상기 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단이, 조합되는 경우, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점과 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하고, 상기 기본 도수와 상기 가입 도수 간의 차이가 상기 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정하는, 안과용 렌즈.
  31. 제30항에 있어서, 상기 기본 도수가 5 내지 34 디옵터 범위내이고, 상기 가입 도수가 1 내지 2.5 디옵터 범위내인, 안과용 렌즈.
  32. 제30항에 있어서, 상기 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단이, 비구면 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  33. 제30항에 있어서, 상기 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단이, 회절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  34. 제30항에 있어서, 상기 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단이 렌즈 물질 구성(lens material construction)을 포함하고, 상기 구성이 제1 광학 분산을 제공하는 제1 물질 및 상기 제1 광학 분산과는 상이한 제2 광학 분산을 제공하는 제2 물질을 포함하는, 안과용 렌즈.
  35. 각막 구면 수차를 보상하기 위한 수단;
    안구 색 수차를 보상하기 위한 수단; 및
    연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단을 포함하는 안과용 렌즈.
  36. 제35항에 있어서, 상기 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단이, 회절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  37. 제35항에 있어서, 상기 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단이, 굴절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  38. 제35항에 있어서, 상기 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단이, 회절 프로필 및 굴절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  39. 제35항에 있어서, 상기 연장된 초점 심도를 제공하기 위한 수단이, 회절도 아니고 굴절도 아닌 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  40. 각막 구면 수차를 보상하기 위한 수단; 및
    안구 색 수차를 보상하기 위한 수단을 포함하는 안과용 렌즈로서,
    여기서, 상기 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단과 상기 안구 구면 수차를 보상하기 위한 수단이, 조합되는 경우, 3mm 및 5mm 동공 직경에서 중거리 초점에 대해 밀리미터당 50 사이클에서의 변조 전달 함수 값(modulation transfer function value)을 적어도 10으로 제공하는, 안과용 렌즈.
  41. 제40항에 있어서, 상기 각막 구면 수차를 보상하기 위한 수단이, 비구면 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  42. 제40항에 있어서, 상기 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단이, 회절 프로필을 갖는 렌즈 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
  43. 제40항에 있어서, 상기 회절 프로필이, 빛의 제1 백분율을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제2 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 중심 영역, 및 상기 중심 영역을 둘러싸고 있으면서, 빛의 제3 백분율을 원거리 초점 쪽으로 분배하고 빛의 제4 백분율을 중거리 초점 쪽으로 분배하는 주변 영역을 포함하는, 안과용 렌즈.
  44. 제40항에 있어서, 상기 안구 색 수차를 보상하기 위한 수단이 렌즈 물질 구성을 포함하고, 상기 구성이 제1 광학 분산을 제공하는 제1 물질 및 상기 제1 광학 분산과는 상이한 제2 광학 분산을 제공하는 제2 물질을 포함하는, 안과용 렌즈.
  45. 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하는 방법으로서,
    상기 방법이,
    상기 환자에 대해 특이적인 환자 파라미터 데이터 프로필을 입력하는 단계(상기 환자 파라미터 데이터 프로필은, 상기 환자의 측정된 구면 수차에 상응하는 환자 구면 수차 파라미터 및 상기 환자의 측정된 색 수차에 상응하는 환자 색 수차 파라미터를 포함한다); 및
    상기 환자를 위한 상기 안과용 렌즈 처방전을 생성하는 단계를 포함하고,
    여기서, 상기 안과용 렌즈 처방전은, 상기 측정된 환자 구면 수차와 상기 측정된 환자 색 수차를 보상하고, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점과 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하도록 구성되고(configured), 상기 기본 도수와 상기 가입 도수 간의 차이가 상기 안과용 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정하는, 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하는 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 처방전이 콘택트 렌즈 처방전, 유수정체(phakic) 안내 렌즈 처방전, 가성수정체(pseudophakic) 안내 렌즈 처방전 및 각막 인레이 처방전으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 구성원을 포함하는, 방법.
  47. 제45항에 있어서, 상기 환자 구면 수차 파라미터가 안구 구면 수차 파라미터를 포함하는, 방법.
  48. 제45항에 있어서, 상기 환자 구면 수차 파라미터가 각막 구면 수차 파라미터를 포함하는, 방법.
  49. 제45항에 있어서, 상기 환자 색 수차 파라미터가 안구 색 수차 파라미터를 포함하는, 방법.
  50. 제45항에 있어서, 상기 환자 색 수차 파라미터가 각막 색 수차 파라미터를 포함하는, 방법.
  51. 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 제작하는 방법으로서,
    상기 방법이,
    상기 환자에 대한 안과용 렌즈 처방전을 입력하는 단계; 및
    상기 처방전에 기초하여 상기 안과용 렌즈를 제작하는 단계를 포함하고,
    여기서, 상기 안과용 렌즈는 환자 구면 수차와 환자 색 수차를 보상하도록 구성되고, 상기 렌즈는 기본 도수에 상응하는 원거리 초점과 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하도록 구성되며, 상기 기본 도수와 상기 가입 도수 간의 차이가 상기 안과용 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정하는, 환자를 위한 안과용 렌즈 처방전을 제작하는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 안과용 렌즈가 콘택트 렌즈, 유수정체 안내 렌즈, 가성수정체 안내 렌즈 및 각막 인레이로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 구성원을 포함하는, 방법.
  53. 환자의 눈을 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템이,
    상기 환자 눈에 대해 특이적인 환자 파라미터 데이터 프로필을 수용하는 입력장치(상기 환자 파라미터 데이터 프로필은 상기 환자 눈의 측정된 구면 수차에 상응하는 환자 구면 수차 파라미터 및 상기 환자 눈의 측정된 색 수차에 상응하는 환자 색 수차 파라미터를 포함한다); 및
    상기 눈에 대한 상기 안과용 렌즈 처방전을 생성하는 기계-판독 가능 코드를 구현하는 유형 매체(tangible medium)를 포함한 모듈을 포함하고,
    여기서, 상기 안과용 렌즈 처방전은, 상기 측정된 구면 및 색 수차를 보상하고, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점과 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하도록 구성되고, 상기 기본 도수와 상기 가입 도수 간의 차이가 상기 안과용 렌즈에 대한 연장된 초점 심도를 한정하는, 환자의 눈을 위한 안과용 렌즈 처방전을 생성하기 위한 시스템.
  54. 환자의 눈을 위한 안과용 렌즈를 제작하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템이,
    상기 환자 눈에 대한 안과용 렌즈 처방전을 수용하는 입력장치(여기서, 상기 안과용 렌즈 처방전은, 상기 환자 눈의 측정된 환자 구면 수차 및 측정된 환자 색 수차를 보상하고, 기본 도수에 상응하는 원거리 초점과 가입 도수에 상응하는 중거리 초점을 제공하도록 구성되고, 상기 기본 도수와 상기 가입 도수 간의 차이가 상기 안과용 렌즈 처방전에 대한 연장된 초점 심도를 한정한다); 및
    상기 렌즈 처방전에 기초하여 상기 안과용 렌즈를 제작하는 제조 어셈블리(manufacturing assembly)를 포함하는, 환자의 눈을 위한 안과용 렌즈를 제작하기 위한 시스템.
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