TW200808278A - Intraocular lenses with enhanced off-axis visual performance - Google Patents
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Description
200808278 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 發明領域 大致上本發明係針對眼用水晶體,更特別係針對提供 5增強同轴視覺性能之和離軸視覺性能之人工水晶體(I0L)。 【先前技術3 發明背景 例行上人工水晶體係於白内障手術期間,植入病人眼 球内來置換天然的水晶體。多種像差諸如球面像差或彗形 10 像差對此種植入的IOL之視覺性能產生不良影響。舉例言 之’球面像差可能造成視覺對比度特別大瞳孔的視覺對比 度的降級。某些習知IOL可提供單一像差的矯正,例如球面 像差的矯正,但無法解決多重像差的問題。 於光學成像系統諸如IOL中,來自於視野中心的物件之 15光係聚焦在由该光學元件所界定的焦點。但焦點係與波長 有關。如此當於設計波長之光聚焦於焦點時,於其它波長 之光將聚焦於该理想焦點的前方或後方。此型r同軸」像 差稱作為色像差。 離轴像差於光學糸統也常見。於一「球面像差」之情 20況下,來自於視野周邊之物件之光聚焦於理想焦點的前方 或後方。於「彗形」像差之情況下,周邊物件的影像也略 為未聚焦,呈現為楔形。離軸程度愈大,此種效應顯然愈 惡化,因此定名為「彗形像差」或彗差,原因在於首次係 於使用望遠鏡觀察行星時發現此種像差。 5 200808278 球面像差類似色像差是一種徑向 形像差為非對稱像差。另一型非對 差形式,而· 成整體視覺系統 其中存在有三個料同㈣率之分叫。二三葉」像差, 其它)各自係存在於眼用水晶體,特別為構:、像差形式(及 的一部分包括病人的角膜。 如此,需要有增強的眼用水晶體, 償多重像差之增強的IOL。 別需要有可補
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20 t 明内穷3 發明概要 大致上本發明係針對多表面及/或多元件人工水 (IOL),其中多個表面適合提供多種 曰曰體 左的補償,更特別除 了提供同軸像差例如球面像差之外,提供離㈣差諸如桂 形像差或三葉像差的補償。於某些實施例中,不同表面' 合補償不同像差,m而提供增_同軸視覺性能及辦強^ 離轴視覺性能。舉财之,縣対定義為像差的^方相 (咖),當水晶體植人人眼(或模型眼)内部時可透 名目(或入口)瞳孔測定,對植入人囊袋中的眼用水晶體_ 係相當於約5毫米的水晶體孔徑。除非另行指示,否則此卢 引用之像差值係基於此等鮮,如此為求容易說明,就^ 文章節中所引述的像差值,將刪除RMS定義及6毫米定性。 於-個態樣中,揭示-種人工水晶體其包括一後光學 元件及-前光學元件。絲元件中之—者提供徑向對稱^ 差的補償’ H者提供徑向非對稱像差的補償。如此爽 使用’光學70件經由完全或部分矯正(抗衡)該像差的影響而 6 200808278 ' ㈣像差的補償。舉财之,當像差造絲點的軸向展開 • 時,補償可減少該展開’因而產生更鮮明的焦點。 於一相關態樣中’徑向對稱像差包含球面像差,徑向 非對稱像差包含彗形像差或三葉像差中之任一者。於某些 5杬況下,後光學元件或前光學元件中之至少一者適合提供 於約-0.5微米至約+0·5微米範圍之像差補償。舉例言之,各 ^ 個光學元件包括至少一個光學表面,其基本輪廓資料具有 0 設計用來抗衡像差例如球面像差之選定的非球面程度(背 離球面的程度)。 10 於另一個態樣中,後光學元件和前光學元件沿軸向分 開約0毫米至約5毫米之距離。於多種情況下,後光學元件 和前光學元件相對於彼此設置,讓其光軸實質上校準。 於另一態樣中,後光學元件和前光學元件集合提供於 約6屈光度至約34屈光度之範圍之光功率。光學元件典型係 15 由生物相容性材料所製成,例如具有特定用途要求之折射 φ 率之軟丙烯酸系樹脂、聚矽氧樹脂、水凝膠或其它生物相 容性聚合物材料。雖然於某些情況下’前及後兩個光學元 “ 件可由同種材料所製成,但於其它情況下可有不同材料製 . 成。 20 於相關態樣中,前光學元件和後光學元件有不同的色 散(折射率變化成波長之函數),因此協力提供色像差的補 償。 於另一個態樣中,揭示人工水晶體’包括一光學元件 且具有一後光學表面和一前光學表面。該後表面係適合提 7 200808278 供徑向對稱像差之補償,而該後表面係適合提供徑向非對 稱像差之補償。舉例言之,該徑向對稱像差包括球面像差, 而該徑向非對稱像差包含參形像差或二葉像差中之任一 者。 5 於一相關態樣中,後表面或前表面中之一者包括非球 體對稱性基本輪廓資料,其係經由提供於約-0·5微米至約 +〇·5微米範圍之矯正來球面像差的補償;而另一表面包括 一非對稱性輪廓資料,其係適合提供於約-0·5微米至約+0.5 微米範圍之矯正來提供_形像差及/或三葉像差的補償。 10 人工水晶體可由生物相容性材料製成,但適合提供於 約6屈光度至約34屈光度之範圍之光功率。 於另一個態樣中,本發明提供一種包括一後光學元件 和一前光學元件之人工水晶體(I〇L),其中該後光學元件包 含適合提供一型像差補償之至少一個光學表面,以及該後 15 .傲 一 予疋件提供適合提供另一型像差補償之至少一個光學表 面。 不目關態樣中 差 —〜—、丨,,吟Ε规y — Μ匕住问對稱像 J如球面像差,而另一像差類型包含徑向非對稱 例如彗形像差。 少於另一態樣中,該等後光學元件或前光學元件中之至 者匕^適合提供第三類型像差例如三葉像差之補償之 另〜種光學表面。 ’將可更進一步瞭解 、由參妝後文詳細說明結合附圖 發明,附圖簡單說明如下。 8 200808278 圖式簡單說明 第1圖為根據本發明之一個實施例,一種多元件I〇L之 剖面圖, 第囷為第1圖之IOL之另一剖面圖,示意顯示與該i〇L 5之W光學兀件<前表面相關聯之非球面度, ,图為第1圖之IOL之另一剖面圖,示意顯示提供與 IOL之後光予元件之前表面用來矯正彗形像差之非對稱 性,以及 第4圖為根據本發明之另一實施例之i〇l之示意剖面 10圖.亥IOL匕3〜光學元件,該光學元件具有成形來提供徑 向對私像差(例如球面像差)補償之-前表面及成形來提供 徑向非對稱像差(例如㈣像差)補償之-後表面。 C實施方式】 較佳實施例之詳細說明 15 大致上本發明係關於多元件及/或多表面眼用水晶 體,其中該等不同元件及/或不同表面提供多個單色像差、 多色像差及/或斜向像差之各自獨立構正。於履文實施例 中,本發明之各個態樣之傑出特徵將就人工水晶體(IOL)討 卿。但本發明之教示也適用於其它眼用透鏡,諸如隱形眼 20鏡此外’人工水晶體」及其縮寫「IOL」於此處互換使 用來說明植入眼球内部來置換眼睛的天然水晶體,否則係 放大視力之水晶體,而與天然水晶體是否被移除無關。角 膜内水晶體和晶狀水晶體屬於未移除天然水晶體而植入眼 内之水晶體實例。 200808278 • 參照第1圖,根據本發明之一個實施例,人工水晶體 (IOL)IO之實例包括一前光學元件12及一後光學元件14。光 學元件12係以光軸〇A為特徵,而光學元件14係以光軸〇B 為特徵。於多種情況下,光軸0A&0B實質上校準。 5 於若干·實施例中,至少一個光學元件之一或多個表面 及/或光學元件本身相對於個別光軸可為非對稱,例如用來 減少離軸像差,容後詳述。雖然於本實施例中,光學元件 φ 12及14彼此係軸向分開,但於其它實施例中,光學元件可 透過其二表面而接觸。更常見,於多個實施例中,二光學 10元件間分開0毫米至約5毫米。IOL 10進一步包括固定件或 固著件16,可辅助於病人眼球中定位。 於多個實施例中,前光學元件及後光學元件集合提供 於6屈光度(D)至約34D之範圍之光功率。光學元件較佳係由 生物相容性材料諸如軟丙烯酸系樹脂、聚矽氧、水凝膠或 15其它具有特定用途要求的折射率之生物相容性聚合材料所 # 製成。舉出額外實例,併入此處以供參考,美國專利第 6,416,550號揭示適合用於形成I〇L 1〇之材料。固著件“也 ^ 係由適當聚合物材料所製成,諸如聚甲基丙烯酸甲酯、聚 - 丙烯等。 2〇 雖然於若干實施例中,光學元件係由相同材料所製 成,但於其它實施例中可由不同材料製成。舉例言之,於 本具體實施例中,後光學元件可由具有折射率約1.55之稱 作為阿奎索(ACrysof)(㈣酸笨乙醋與曱基丙晞酸2_苯乙 酉曰之父和共聚物)之軟㈣酸系材料所製成;而前光學元件 200808278 係由有更低折射率(例如1·42)之另一材料所製成,俾降低表 面反射及炫光。 持續蒼照第1圖,前光學元件12包括一前表面12a及一 後表面絲料件提供^树凸形。㈣學元件係 由大致上為凹面之前表面14a及實質上平坦之後表面咐所 製成。其它也可祕前料元件及/或後舒元件諸如 平凸形狀。
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光學元件12及14之一個或多個光學表面 經組配來減少 且於某些情況下消除多種徑向對稱像差及徑向對稱像差。 舉例言之’如第2圖之示意_示,於本實施例中,前光學 兀件12之μ表面12a具有可減少球面像差—種徑向對稱像 差之非球面替輪廓。齡之,前表面m具有於距離光轴 之小在向距離實質上重合推定的球面輪廓18(以虛線表示) 之基本輪廓’但隨著距光軸的徑向距離的增加,偏離該球 面輪廓的偏差也增加。於若干實施例中,輪廓之非球面度 可經選擇來對球面像差提供於約…微米至約心微米範 圍之補償,且較佳於㈣简至約錄米範圍之補償。 於右干實施例中,前表面之非球面輪廊 下關係式界定·· ^ cr 20 其中, τ+ν2.
Eq.⑴ Ζ表示於距離光學元件12之光軸徑向距離嗔之表面凹 陷,C表示於其頂點(於光軸與該表面的交又點)之表面曲 200808278 率;c=l/R,此處R表示於其頂點之表面半徑, k表不錐形常數, a!表示第二次羃非球面係數, 表示第四次羃非球面係數,及 5 a3表示第六次羃非球面係數。 於若干實施例中,前表面之非球面輪廓資料係以前述 關係式為特徵,c係於約〇·〇ι52毫米-1至約0.0659毫米-1之範 圍,k係於約-1162至約-19之範圍,ai係於約_0 00032毫米·! 至約-0.00020毫米·!之範圍,係於約·〇〇〇〇〇⑽3(_3χ1〇_7)毫 10米3至約-0·000053(5.3χ10-5)毫米之範圍,及七係於約 0·0000082(-8·2χ1(Τ6)毫米 _5 至約_〇 ⑽仍叩 53χ1〇·4)毫米 _5 之範圍。 繼續參考第1圖及第2圖,於本實施例中,後光學元件 14係成形為提供徑向非對稱像差諸如彗形像差之補償。例 15如,後光學元件14之前表面14a之輪廓資料適合提供彗形像 差之補償(例如於約-0.5微米至約+0.5微米之範圍,較佳於 約-0.35微米至約+0·35微米之範圍)。如技藝界所已知,彗 形像差為以光軸為中心為非對稱之離軸像差。彗形像差例 如可能出現於入射於水晶體上的光線非平行於水晶體光軸 2〇時’因而影響水晶體的離軸性能。植入於病人眼球中的肌 之離軸性能相當重要,原因在於人眼球係仰賴周邊視力來 用於例如變遷物件的知覺。此外,患有老化相關黃斑部退 化(AMD)病人典型嚴重仰賴周邊視力來從事視覺工作。如 此對此種植入IOL之病人而言,I0L之離軸性能相當重要。 12 200808278 更特別,參考第3圖,於本具體實施例中,後光 14之此主 u开 則表面14a之輪廓資料係以相對於光轴為旋轉非對稱 方式偏離推定的球面輪廓資料20(以虛線顯示),因而減少慧 $像差。於若干實施例中,此種前表面14a之非對稱輪廊資 料係根據如下關係式定義: 貝 其中 fcomaV,Θ,OC),
Eq. (2) ⑽α(々,α) 一 2>/?(1〇5 _i2r3+3r)cos(0 + a) Eq. (3) 其中, Z表示順著光軸之表面凹陷, C 、 ⑶ma為指示矯正幅度之係數(例如於約-〇·5微米至 +〇·5微米之範圍), Γ為相對於瞳孔半徑規度化之曈隸置, Θ表示子午角,及 α表不欲矯正之彗形像差軸。 ^再度乡考第1圖,於另一個實施例中,前光學元件U y 種或夕種技向非對稱像差之補償,而後光學元件14 提供徑向對稱像差之補償。例如前光學元件12之前表面仏 ί合例如以前述方式補·形像差,料後表面謹之輪廉 20貝人料適合補償另一種後向非對稱像差,諸如三葉像差。例 如,後表面12b之輪廓資料適合對三葉像差提供於約 -0.35 微米至約+0.35微米範圍之補償。此外,後光學元件14之前 表面^可例如Μ述方式,提供旋轉對稱像差(例如球面 像差)之橋正。 13 200808278 舉例s之,於若干實施例中,提供三葉像差矯正之水 晶體表面之輪廓資料可根據如下關係式定義: Z ~ Ctrefoil ^ ftref〇il(r^,a) Eq. (4) 其中, 5 ftref〇iiir^,a) = 2>/3(5r5 - 4r3)cos(3(^ + 〇)) Eq (5) 其中,
Ctrefoil為指示矯正幅度之係數(例如於約_〇 5微米至約 +〇·5微米之範圍), Γ為相對於曈孔半徑規度化之瞳孔位置, 10 Θ表示子午角,及 α表示欲矯正之三葉像差轴。 於若干實施例中,形成I0L 10之光學元件12及14之材 料之色散(折射率變化呈波長之函數),連同其光學表面之曲 率半徑經選擇來減少或實質上消除由1〇乙1〇所具有之縱色 15像差,及/或提供眼球的自然色像差的補償。例如一個光學 元件(例如12)可組配來具有正光功率,且係由一型材料所制 成;另一個光學元件(例如14)可組配來具有負光功率,且= 由不同材料所製成,讓I0L可提供色像差矯正。例如於若^ 實施例中,I0L 10提供於約400奈米至約7〇〇奈米波長〜 20之於約1屈光度至約2屈光度之色像差矯正。如技藝界園 知,材料之折射率變化呈輻射波長之函數稱作為該二料^ 色散。常用之材料色散(折射率隨波長之變化)之測量值稱= 為亞伯值(也稱作為材料之V值或倒色散係數)定義如下· 14 200808278
v = JLd-L nF~nc Eq. (6) 此處nD、nF及nc分別表示與富郝佛(Fraunhofer)D 、]p_ 及。光5晋現象對應之於波長589·2奈米、486.1奈米及656.3 示米之材料之折射率。通常,有高V值之材料具有低色散。 5於若干實施例中,形成光學元件12及14之材料有足夠不同 的v值來減少且於某些情況下消除I〇L之色像差。 舉例言之,於一個實施例中,光學元件12可由聚甲基 丙烯酸甲酯(pmma)(v=55)所製成,而光學元件14可由聚颯 (V=3O·87)所製成。其它適當材料包括但非限制性,軟丙烯 10酸系樹脂(V約為37)、聚苯乙烯(V=30 ·87)、聚碳酸酯(ν=29.9) 或乙酸纖維素水合物(V係於約80至84之範圍),只要形成兩 個光學元件之材料之亞伯值間之差夠大(例如大於約10)來 提供期望之色彩補償即可。美國專利申請案名稱「人工水 晶體之色像差之矯正」,申請人同本案且讓予本案之受讓人 15提供於人工水晶體中有關矯正色像差之細節,全文以引用 方式併入此處。 本务明之教示並非限於多光學元件眼用水晶體。於其 它實施例中,單光學元件水晶體之一個表面用來補償徑向 對稱像差,而該光學元件的另一個表面用來補償徑向非對 20稱像差。舉例言之,第4圖示意顯示根據本發明之另一個實 施例之IOL 22 ’包括有一前表面24a及一後表面24b之一光 學元件24。I0L 22進一步包括多裀固定件或附著件26來輔 助其置於病人眼中。類似先前實施例,I〇L 22較佳係由生 15 200808278 • ㈣目容性材料,諸如前文討論4料所製成4然於本實 施例中,IOL 22為雙凸形,但於其它實施例中,可採用其 它形狀。於本實施例中,前表面外之表面輪廊資料適合補 償徑向非對稱像差(勤_像差或三葉像差);而後表面 5 24b具有輪廓資料適合補償徑向對稱像差(例如球面像差)。 • 例如,前表面係以如上方程式⑴為特徵,而後表面係以如 ' 上方程式(2)及(3)或方程式(4)及(5)為特徵。 _ ❹多絲元件IOL之不同光學it件及/或使用單光學 元件IOL之不同表面來補償多個像差,可有利地允許獨立調 H)整多個不同像差模型。此外,經由將製造程序流線化,有 助於IOL之客製化來適合個別病人的視力需求。舉例言之, 對IOL之各個光學表面而言,可建立具有與給定之像差相關 聯之不同矯正量之-系列光釘。此種光釘與不同表面相對 應之排列可用來提供有不同像差補償及/或不等量像差矯 15 正之IOL。 鲁 * $日技藝人士瞭解可未脖離本發明之範圍對前述實施 例做出各項變化。 ♦ 【圖式簡單說明】 - 弟1圖為根據本發明之一個實施例,一種多元件I〇L之 20 剖面圖, 第2圖為第1圖之IOL之另一剖面圖,示意顯示與該I〇L 之前光學元件之前表面相關聯之非球面度, 第3圖為第1圖之IOL之另一剖面圖,示意顯示提供與 IOL之後光學元件之前表面用來墻正彗形像差之非對稱 16 200808278 性,以及 第4圖為根據本發明之另一實施例之IOL之示意剖面 圖,該IOL包含一光學元件,該光學元件具有成形來提供徑 向對稱像差(例如球面像差)補償之一前表面及成形來提供 5 徑向非對稱像差(例如彗形像差)補償之一後表面。 【主要元件符號說明】 10…人工水晶體(IOL) 12…前光學元件 12a·.·前表面 12b...後表面 14…後光學元件 14a...前表面 14b...後表面 16.. .固定件或固著件 18.. .球面輪廓資料 22…人工水晶體(IOL) 24…光學元件 24a...前表面 24b...後表面 26.. .固定件或固著件 OA. ..光軸 OB. ··光轴 17
Claims (1)
- 200808278 十、申請專利範圍: 1. 一種人工水晶體(10匕),包含: 一後光學元件,及 一前光學元件, 其中該等後光學元件及前光學元件中之一者提供 徑向對稱像差之補償,而另一者提供徑向非對稱像差之 補償。 2. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該徑向對稱 像差包含球面像差。 3. 如申請專利範圍第2項之人工水晶體,其中該徑向非對 稱像差包含彗形像差及三葉像差中之任一者。 4. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該等後光學 元件或前光學元件中之一者適合用來對該徑向對稱像 差提供於約-0.5微米至約+0.5微米之範圍之矯正。 5. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該等後光學 元件或前光學元件中之一者適合用來對該徑向非對稱 像差提供於約-0.5微米至約+0.5微米之範圍之矯正。 6. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該等第一光 學元件及第二光學元件於軸向分開約0毫米至約5毫米 之距離。 7_如申請專利範圍第6項之人工水晶體,其中該後光學元 件之一光軸係實質上校準該前光學元件之一光學。 8.如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該等光學元 件係適合集合提供於約6屈光度至約34屈光度之範圍之 18 200808278 光功率。 9. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該後光學元 件之折射率係與該前光學元件之折射率不同。 10. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該等後光學 元件及前光學元件具有適合協力補償色像差之不同的 色散。 11. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該提供徑向 對稱像差之補償之光學元件包含具有根據如下關係式 定義之輪廓資料之一表面: z =-—-- + axr2 + a2r4 + a3r6 l + [l-(l + ^)cVp 其中, z表示於距離光學元件12之光軸徑向距離r處之表 面凹陷,c表示於其頂點之表面曲率, k表示錐形常數, a!表示第二次羃非球面係數, a2表示第四次羃非球面係數,及 a3表示第六次羃非球面係數。 12. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該提供徑向 非對稱像差之補償之光學元件包含具有根據如下關係 式定義之輪廓資料之一表面: 其中, /謂>,θ,α) = 2λ/^(1 Or5 - 12r3 + 3,)⑽(0 + α) 19 200808278 其中, Z表示順著光軸之表面凹陷, 匕。^為指示矯正幅度之係數(例如於約-0.5微米至 約+0.5微米之範圍), r為相對於瞳孔半徑規度化之瞳孔位置, Θ表示子午角,及 α表示欲矯正之彗形像差軸。13. 如申請專利範圍第12項之人工水晶體,其中該參數Cc_a 係於約·0.5微米至約+0.5微米之範圍。 14. 如申請專利範圍第1項之人工水晶體,其中該提供徑向 非對稱像差之補償之光學元件包含具有根據如下關係 式定義之輪廓資料之一表面: Z = Ctref〇uUr,e,a) 其中, /_ 介,θ,α) = 2々(5γ5-4r3)c〇S(3(〜6〇)其中, CtrefQiA指示矯正幅度之係數(例如於約-0.5微米至 約+0.5微米之範圍), r為相對於瞳孔半徑規度化之瞳孔位置, Θ表示子午角,及 α表示欲繞正之三葉像差軸。 15. 如申請專利範圍第14項之人工水晶體,其中該參數 Ctref()ii係於約_0·5微米至約+0.5微米之範圍。 16. —種人工水晶體,包含: 具有一後光學表面及一前光學表面之一光學元件, 20 200808278 省刚表面係適合提供徑向對稱像差之補償,及該後 表面係適合提供徑向非對稱像差之補償。 如申明專利圍第16項之人工水晶體,其中該徑向對稱 像差包含球面像差。 18.如申請專利範圍第16項之人工水晶體,其中該徑向非對 稱像差包含彗形像差。如申明專利範圍第16項之人工水晶體,其中該徑向非對 稱像差包含三葉像差。 2〇.如申請專利範圍第16項之人工水晶體,其中該等光學元 件係適合集合提餘約⑽光度至約則紐之範 来功傘。 21·如申明專利耗圍第16項之人工水晶體,其中該光學元件 係由生物相容材料製成。 21如申請專利範圍第16項之人工水晶體,其中該等前表面 後表面中之壬|係對該等對稱像差及非對稱像差 中之一者提供於約一〇.5微米至約後5微米之範圍之補 償。 23· 一種人工水晶體(IOL),包含: 一後光學元件,及 一前光學元件, 其中該等後光學元件及前光學元件中之一者提供 徑向對稱像差之補償,而另—者提供徑向非對稱像差: 補償。 24.如申請專利範圍第23項之人卫水㈣,其中該像差之— 21 200808278 者包含徑向對稱像差,而另一型像差包含徑向非對稱像 差。 25. 如申請專利範圍第24項之人工水晶體,其中該徑向對稱 像差包含球面像差。 26. 如申請專利範圍第24項之人工水晶體,其中該徑向非對 稱像差包含彗形像差。 27. 如申請專利範圍第23項之人工水晶體,其中於該前光學 元件及後光學元件中之至少一者包含另一光學表面適 合提供用於第三像差之補償。22
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