KR20230021059A - 억제된 회절 차수를 이용하는 다중 초점 회절 안과용 렌즈 - Google Patents

억제된 회절 차수를 이용하는 다중 초점 회절 안과용 렌즈 Download PDF

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Abstract

다중 초점 안과용 렌즈는 안과용 렌즈 및 회절 요소를 포함한다. 안과용 렌즈는 기본 배율에 대응하는 기본 곡률을 갖는다. 회절 요소는 근시와 원시 사이의 시각의 범위에 대응하는 적어도 4개의 연속적인 회절 차수들에서의 구조적 간섭을 발생시킨다. 구조적 간섭은 근위 초점, 안과용 렌즈의 기본 배율에 대응하는 원위 초점, 및 근위 초점과 원위 초점 사이의 중간 초점을 발생시킨다. 회절 차수들 중 적어도 하나의 회절 차수의 회절 효율은 10% 미만으로 억제된다.

Description

억제된 회절 차수를 이용하는 다중 초점 회절 안과용 렌즈{MULTIFOCAL DIFFRACTIVE OPHTHALMIC LENS USING SUPPRESSED DIFFRACTIVE ORDER}
본 출원은 2014년 5월 15일에 출원된 미국 가출원 번호 61/993892호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 다중 초점 안과용 렌즈들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 억제된 회절 차수를 갖는 다중 초점 회절 안과용 렌즈에 관한 것이다.
인간의 눈은 각막이라 불리는 투명한 외측 부분을 통해 광을 굴절시키고, 수정체를 거쳐 광을 망막 상으로 굴절시킴으로써 시각을 제공하는 기능을 수행한다. 초점이 맞춰진 이미지의 품질은 눈의 크기 및 형태와, 각막 및 수정체의 투명도를 포함하는 많은 요인들에 의해 결정된다. 나이 또는 질병이 수정체의 이탈을 유발할 때, 시각은 망막 이미지 품질의 손실로 인해 저하된다. 눈의 수정체의 광학적 품질의 이러한 손실은 의학적으로 백내장으로서 알려져 있다. 이러한 상태에 대해 허용된 치료는 수정체의 수술적 제거와 인공 수정체(IOL; intraocular lens)에 의한 렌즈 기능의 대체이다. 또한, 눈이 노화됨에 따라, 원근 조절(accommodation)로서 알려진, 초점을 더 가까운 초점들로 바꾸는 능력을 잃을 수 있다. 노화로 인한 이러한 원근 조절의 손실은 노안으로서 알려져 있다.
미국에서, 대부분의 백내장 수정체는 수정체 유화술로 불리는 수술적 기술에 의해 제거된다. 이러한 수술 시, 전방 수정낭(anterior capsule)의 일부분이 제거되며, 얇은 수정체 유화술 절단 팁이 병든 수정체에 삽입되고 초음파로 진동된다. 진동하는 절단 팁은 수정체가 눈 밖으로 흡입될 수 있도록, 수정체의 핵 및 외피를 액화하거나 유화한다. 일단 제거되면, 수정체의 병든 핵 및 외피는 남아있는 낭(주머니에서))에서 인공 수정체(IOL)로 대체된다. 근거리에서 초점이 맞게 보는 환자의 능력을 적어도 부분적으로 회복하기 위해, 주입된 IOL은 다중 초점 렌즈일 수 있다.
다중 초점 렌즈 중 하나의 보통 유형은 원시 및 근시(또는 중간 시각)를 제공하는 이중 초점 렌즈와 같은, 회절 렌즈이다. 또한, 추가 초점, 및 적어도 가능성 있게, 넓은 범위의 초점이 맞는 시각을 제공하는 3중 초점 회절 렌즈들도 이용가능하다. 하지만, 다중 초점들 중에서, 특히 3중 초점 렌즈들에서, 광 에너지를 분배하는 것과 연관되는 단점들이 있다. 따라서, 개선된 다중 초점 회절 렌즈들이 필요하다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 다중 초점 안과용 렌즈는 안과용 렌즈 및 회절 요소를 포함한다. 상기 안과용 렌즈는 기본 배율(base power)에 대응하는 기본 곡률을 갖는다. 상기 회절 요소는 근시와 원시 사이의 시각의 범위에 대응하는 적어도 4개의 연속적인 회절 차수들에서 구조적 간섭을 발생시킨다. 상기 구조적 간섭은 근위 초점, 안과용 렌즈의 기본 배율에 대응하는 원위 초점, 및 근위 초점과 원위 초점 사이의 중간 초점을 발생시킨다. 회절 차수들 중 적어도 하나의 회절 차수의 회절 효율은 10% 미만으로 억제된다.
본 발명의 다양한 실시예들의 다른 특징들 및 장점들은 다음의 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예들에 따른 안구 내 렌즈를 예시한다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예들에 따른 회절 단계 배열을 예시한다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 특정 실시예들에 따른 특정 회절 단계 배열들을 예시하는 표들이다.
본 발명의 다양한 실시예들은 적어도 하나의 억제된 회절 차수를 갖는 다중 초점 회절 안과용 렌즈를 제공한다. 하나의 회절 차수의 억제에 의해, 렌즈의 성능은 종래의 회절 렌즈들에 비해 적합하게 될 수 있다. 알려진 3중 초점 회절 렌즈들은 예를 들어, (-1, 0, +1) 차수 초점들 또는 (0, +1, +2) 차수 초점들과 같이, 다중 회절 초점들 사이로 광을 분리한다.
이와 대조적으로, 본 발명의 다양한 실시예들은, 적어도 하나의 중간 회절 차수가 억제되는 회절 차수들에 대응하는 적어도 3개의 초점들을 제공한다. 이것은 원시 또는 근시 중 하나에 더 가까운 중간 초점을 제공하고, 이것은 각각의 초점 주위에 더 넓은 범위의 시각을 제공한다. 더욱이, 다른 중간 차수의 억제는 다른 초점들에 더 많은 에너지를 분배하고, 이것은 더 유용한 시각을 제공할 수 있다. 다음의 설명에서, 안과용 렌즈에 대한 초점들에 대한 기준들은 30cm 주위에서 정상적인 근거리 시야로부터 원시(본질적으로 무한한 거리로부터 동일 선상의 광선들로 모델링되는)로 연장하는 시각의 범위 내에서 대응하는 회절 초점을 나타낸다. 이것은 시각 범위 밖에 있는 회절 렌즈들의 허위의 더 높은 차수를 배제하고, 이것은 원치 않는 광 효과들만을 제공한다. 따라서, 예를 들어, 명목상 이중 초점인 회절 렌즈들은 구조적 간섭으로부터 더 높은 차수의 회절 초점들을 포함하지만, 본 명세서를 위해, 이들은 안과용 렌즈의 초점들을 고려하지 않아야 한다.
다른 실시예들에서, 다중 초점 회절 렌즈는 가장 가까운 가입 배율(add power) 중 1/2 미만의 적어도 하나의 초점과, 가장 가까운 가입 배율 중 1/2 초과의 적어도 하나의 다른 초점을 포함하는 4개의 연속적인 회절 차수들에 대응하는 초점들을 발생시킨다. 이것은 가장 가까운 가입 배율의 절반인 가입 배율을 갖는, 종래의 3중 초점 렌즈들에 비해 유리할 수 있다. 이러한 중간 시각은 근시 거리의 2배에 대응하여, 근위 가입-배율이 40cm의 종래의 판독 거리의 작용 거리에 대응하면, 중간 시야 거리는 80cm이다. 보통의 중간 작용 거리가 60cm이면, 이것은 가장 보통의 작용 거리에서 예각의 초점을 제공하지 않고, 이것은 근위와 중간 초점들 사이에 있다. 이와 대조적으로, 근위 가입 배율의 2/3에 대응하는 초점을 갖는 렌즈는 중간 작용 거리에 대응하여, 60cm에서 초점을 제공한다.
도 1은 회절 요소(102)를 포함하는 다중 초점 회절 안과용 렌즈(IOL)(100)의 특정 실시예를 예시한다. 회절 요소(102)는 특유의 초점들에서 구조적 간섭을 발생시키기 위해 특유의 방사상 분리를 갖는 회절 단계들(104)(또한 구역들(zones)로서도 알려짐)을 포함한다. 원칙적으로, 종종 홀로그램으로 지칭되는, 간섭 구역들에서 위상 시프팅(phase shifting)을 통해 구조적 간섭을 발생시키는 임의의 회절 요소는 그러한 다중 초점 회절 안과용 렌즈에서 사용하도록 적응될 수 있다. 또한, 회절 요소가 고리형 구역들로 도시되지만, 구역들은 또한 반원형 또는 섹터(sector)형 구역들과 같이, 부분적인 것으로 생각될 수 있다. 다음의 설명이 고리형 회절 단계들(103)을 포함하는 회절 요소(102)와 관련될 것이지만, 적합한 대체들이 본 명세서에 개시된 임의의 실시예에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 이해되어야 한다.
또한, IOL(100)은 회절 요소(102)가 그 위에 위치되는 광학기기(optic)(104)를 포함한다. 광학기기(104)는 렌즈의 기본 광학 배율을 결정하고, 이것은 보통 환자의 원시에 대응한다. 이것은 항상, 예를 들어, 비-우세 눈(non-dominant eye)이 양쪽 눈들에 대해 전체적인 양안 시각(binocular vision)을 개선시키기 위해 환자에 대한 대응하는 원위 배율보다 약간 작은 기본 광학 배율을 갖는 IOL을 가질 수 있는 경우일 필요는 없다. 그럼에도 불구하고, IOL에 대한 가입 배율은 기본 광학 배율에 대해 한정될 수 있다. 촉각부(106)는 IOL(100)을 적소에 유지하여, 수정낭 내의 안정적인 고정을 제공한다. 촉각부 아암들(arms)이 이 예에서 예시되지만, 후치 챔버 주입(posterior chamber implanation)과 호환가능한 수정낭 또는 모양체 고랑(ciliary sulcus)을 위한 임의의 적합한 촉각부 고정 구조도 후치 챔버 IOL에 사용될 수 있다.
아래의 예가 후치 챔버 IOL(100)로 다루어지지만, 다중 초점 회절 안경들 및 다중 초점 회절 콘택트 렌즈들을 포함하는, 다른 안과용 렌즈들도 동일한 접근법으로부터 이익을 얻을 수 있다. 광학 축에 대해 렌즈의 알려진 및 고정된 위치는 그러한 응용들을 특히 각막 내, 전방 챔버, 및 후치 챔버 렌즈들을 포함하는, 안구 내 렌즈에 대해 바람직하다. 하지만, 이것은 다른 응용들에서 다중 초점의 효용을 배제하지 않는다.
도 2는 도 1의 IOL(100)과 같은 안과용 렌즈들에 유용한 회절 단계 구조를 보다 상세히 예시한다. 특히, 도 2는 시각의 범위 내에서 4개의 상이한 초점들에서의 구조적 간섭에 대한 위상 관계를 발생시키는 3-단계 반복 회절 구조를 예시한다. r2-공간에서 측정된, 스케일링된 방사상 축(x-축)을 따라 연속적인 방사상 단계 경계들에서의 단계 관계는 다음과 같다:
Figure pat00001
여기서 Ai는 기본 렌즈(일정한 위상 지연(φi)을 배제함)의 기본 곡률(기본 광학 배율)에 대한 대응하는 단계 높이이고, yi는 대응하는 세그먼트(x-축 위 또는 아래의 높이)에서의 새그(sag)이고, φi는 x-축에서의 상대적인 위상 지연이며, xi는 x-축을 따라는 단계의 위치이다. 회절 광학기기의 당업자에게 명백한 바와 같이, 수학식에 표시된 방사상 위치는 구역 간격에 대해 예측된 바와 같이, r2-공간(즉, 포물선으로 스케일링됨)에 존재한다. 특정 실시예들에서, 파라미터들은, 초점들 중 하나가 억제되도록 선택되고, 이것은 즉 초점이 맞춰진 이미지가 더 이상 시각적으로 인식되지 않도록 광 에너지가 초점들 중에서 분리에 대해 감소된다는 것이다. 이것은, 입사광 에너지의 10% 미만의 허위 회절 차수들 내의 이중 초점 렌즈들이 개별적으로 인식가능한 이미지들을 초래하지 않는다는 점에 의해 제시되는 바와 같이, 입사광 에너지의 10% 미만의 광 에너지에 대응한다. 특정 차수에서 초점이 맞춰진 입사광 에너지의 단편은 "회절 효율"로서 지칭된다.
나열된 위상 관계들은 렌즈에 대한 0-차수 회절 초점에 대응하는, IOL의 기본 배율에 의해 결정되는 기본 곡선에 대해 주어진다. 구역들(xi)의 방사상 간격은 통상적으로 회절 가입 배율에 의해 결정되는 r2-공간에서 통상적인 프레넬 구역(Fresnel zone) 간격에 기초하여 결정되지만, 초점들 사이의 에너지 분배를 약간 변경하기 위해 종래 기술에 알려진 방식들로 구성요소들 사이의 상대적인 위상 관계를 조정하도록 달라질 수 있다. 아래에 나열되는 예들에서, 간격은 4개의 초점들을 발생시키기 위한 공지된 프레넬 패턴에 따라는 것으로 가정되어야 한다. 이것은 예를 들어, 미국 특허 5,344,447호 및 5,760,817호와 PCT 공보 WO 2010/0093975에서 설명된 3중 초점 접근법과 유사하고, 이들 모두는 참고용으로 원용된다. 또한, 회절 단계들은 미국 특허 5,699,142호에서 설명된 방식으로 에너지를 근위 초점으로 점차 감소시킴으로써 섬광을 감소시키기 위해 어포다이즈(apodize)(명목상 위상 관계에 대해 단계 높이에서 점차 감소)될 수 있다.
도 3 내지 도 8은, +1 차수가 억제되는 (0, +1, +2, +3) 회절 렌즈에 대한 다중 초점 실시예들의 예를 제공한다. 이것은 바람직하게는 60cm 및 40cm 거리에서 초점이 맞춰진 이미지에 각각 대응하는, 근위 가입 배율의 2/3에서의 중간 초점을 제공한다. 특히, 원시(0-차수) 초점에 대한 회절 효율은 종래의 이중 초점 렌즈들에 대한 회절 효율에 비해 거의 40%일 수 있고, 억제된 1-차수 초점에 대한 회절 효율은 5% 미만일 수 있지만, 여전히 각각 60cm 및 40cm의 정상적인 작용 거리들에서 보일 수 있는 중간 및 근위 초점들을 제공한다. 종래의 다중 초점들에 비해, 이것은, 환자가 노안 상태가 없을 때에 사용하는 작용 시각의 전체 범위에 더 양호하게 근사한다.
특정 실시예들이 본 명세서에 설명되었지만, 당업자는 다수의 변경들이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 특히, 본 명세서에 설명된 실시예들은 (0, +1, +2, +3) 회절 차수들을 이용하는 다중 초점 후치 챔버 IOL들이며, +1 차수는 억제된다. 이러한 4-차수 실시예는 예를 들어, -4로부터 -1까지의 차수를 위시해서, 상이한 연속적인 회절 차수들을 이용할 수 있다. 그리고 0-차수가 원시에 대해 포함되는 것이 바람직하지만, 그 상태는 반드시 구속될 필요가 없다. 마지막으로, 상기 접근법은 4개보다 많은 회절 차수들에 원칙적으로 적용될 수 있다; 예를 들어, 5-차수 회절 렌즈는 2개의 중간 배율들, 근위 배율, 및 억제된 중간 배율을 포함하는 가입 배율들을 가질 수 있다.

Claims (9)

  1. 기본 배율(base power)에 대응하는 기본 곡률을 갖는 안과용 렌즈; 및
    회절 요소(diffractive element)로서, 상기 회절 요소는 근시와 원시 사이의 시각의 범위에 대응하는 적어도 4개의 연속적인 회절 차수들에서의 연속적인 간섭을 발생시키고, 상기 연속적인 간섭은 근위 초점, 상기 안과용 렌즈의 상기 기본 배율에 대응하는 원위 초점, 및 상기 근위 초점과 상기 원위 초점 사이의 중간 초점을 발생시키며, 상기 회절 차수들 중 적어도 하나의 회절 차수의 회절 효율은 10% 미만으로 억제되는, 상기 회절 요소;
    를 포함하는, 다중 초점 안과용 렌즈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 안구 내 렌즈(IOL; intraocular lens)인, 다중 초점 안과용 렌즈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 IOL은 후치 챔버(posterior chamber) IOL인, 다중 초점 안과용 렌즈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 후치 챔버 IOL은 수정낭(capsular bag)에 주입되도록 구성되는, 다중 초점 안과용 렌즈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 4개의 연속적인 차수들은 (0, +1, +2, +3)인, 다중 초점 안과용 렌즈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 +1 차수는 억제되는, 다중 초점 안과용 렌즈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 근위 초점은 40cm에서의 시각에 대응하고, 상기 중간 초점은 60cm에서의 시각에 대응하는, 다중 초점 안과용 렌즈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 회절 요소는 복수의 고리형(annular) 회절 단계들을 포함하는, 다중 초점 안과용 렌즈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 회절 단계들은 다음과 같이:
    Figure pat00002

    연속적인 방사상 단계 경계들에서 상기 안과용 렌즈의 상기 기본 곡률에 대해 대응하는 단계 높이를 가지며,
    여기서 Ai는 기본 렌즈의 상기 기본 곡률(기본 광학 배율)에 대해 대응하는 단계 높이이고, yi는 대응하는 세그먼트(x-축 위 또는 아래의 높이)에서의 새그(sag)이고, φi는 상기 x-축에서의 상대적인 위상 지연이며, xi는 상기 x-축을 따르는 상기 단계의 위치인, 다중 초점 안과용 렌즈.
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