TWI511718B - 提供易於調節且具可變化性球面像差控制性之二元件系統 - Google Patents

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Description

提供易於調節且具可變化性球面像差控制性之二元件系統
本發明係有關於提供易於調節且具可變化性球面像差控制性之二元件系統。
 發明背景
本發明一般地係關於一眼用透鏡，且更特別地關於一展現調節性光學功率之眼內透鏡(IOLs)。
眼內透鏡在白內障手術期間係慣常地植入病人眼睛內以取代混濁的天然晶狀體。天然晶狀體之光學功率在睫狀肌之影響下可以變化以提供調節用於觀看眼睛前不同距離之物體。然而，許多IOLs提供不提供用於調節之單焦點功率，或一具有限制程度調節之雙焦點功率(典型地意指為『假性調節』)。調節性IOLs亦為知悉的是，相對於由單焦點或雙焦點透鏡所提供者，其可以提供增強之調節。然而，許多此種IOLs運用一複雜之光學元件組。進一步地，當該透鏡提供調節用於觀看變化距離之物體時，此種IOLs一般不會考量到像差之角色。
所以，對改良之IOLs依然有一需要，且特別地，對一改良之調節性IOLs。
 發明概要
在一觀點，本發明提供一眼用透鏡，例如一IOL，其提供一具有二個光學元件之光學體，該二光學元件係沿著一光學軸串聯配置，那些元件其中至少一個能夠沿著本質上橫截於該光學軸之方向、相對於另一者而側向移動。該等光學元件係如此裝配以致於該側向移動在由該光學體所提供之光學功率中造成變化，以及在由該光學體所展現之球面像差中造成變化。
該球面像差可以以該等元件相對於彼此之側向移位之函數而改變。做為例子，在某些事例中該球面像差以該側向移位增加之一函數而增加，例如線性地。在許多事例中，以該等元件之間側向位移之一函數的球面像差變化係正向相關於以那個位移之一函數的球面光學功率變化(例如，該光學功率及該球面像差兩者都可以與該等元件相對於彼此之側向移位線性地增加)。
在一相關觀點，該等元件之一展現一厚度剖面t 1 (x,y )，該者係依據下列之關係式界定：
其中，x、y、z 表示由相互正交之x、y 及z 軸所形成之一笛卡兒座標系統，其中該光學軸係沿著該z軸，且其中a、b、c 係為可調變之參數。該另一個光學元件可以具有一厚度剖面t 2 (x,y )，該者係依據下列之關係式相關於該厚度剖面t 1 (x,y )：
t 2 (x,y )=-t 1 (x,y )
在某些實施中，參數a、b 及c 之值可以分別地為，在約(D/mm)至約(D/mm)之範圍中；在約(D/mm3 )至約(D/mm3 )之範圍中；且，其中Δn表示形成該光學體之材料與其周圍介質材料之間之折射率差異，且(D/mm)表示每毫米之單位屈光度，且(D/mm3 )表示每立方毫米之單位屈光度。
在還另一個觀點，一眼用透鏡(例如一IOL)其包括一前部光學元件及一後部光學元件者係揭露的，其中該等元件係能夠相對於彼此側向移動。該等光學元件展現一適宜的厚度剖面，以致於該等元件相對於彼此之側向移動造成由那些元件組合所展現之至少一像差之變化(例如，球面像差)。
藉由參照於下文中概要討論之下列之詳細說明連同關聯之圖式等，本發明之各種觀點可以獲得進一步之了解。
圖式簡單說明
第1A圖係為根據本發明之一實施例之眼用透鏡之示意側視圖，該眼用透鏡具有一光學體其係由兩個可相對於彼此側向移動之光學元件所形成，第1B圖係為第1A圖之透鏡之示意透視圖，第1C圖示意地描述於第1A與1B圖中顯示的透鏡之光學元件之一之厚度剖面(另一光學元件具有類似之厚度剖面，但具有相反之符號)，第2A圖示意地描述根據本發明之一個實施例之一個二元件IOL之示範性實施，該IOL具有兩個支撐腳其係經由容許其相對於彼此側向移動之可彎曲鉸鏈而連結，第2B圖示意地描述於第2A圖中顯示之IOL之該等支撐腳與連結那些支撐腳之可彎曲鉸鏈，第2C圖示意地描述第2A圖之IOL之該等鉸鏈一旦該IOL係植入眼之囊袋中，第3A圖示意地描述根據本發明之二元件IOL之另一個示範性實施，該IOL具有兩個由數個可彎曲鉸鏈連結之支撐腳，以致於該等支撐腳、與必然地該等光學體，在該等鉸鏈鬆弛狀態時展現一側向偏移，第3B圖示意地顯示於第3A圖中描述之該等支撐腳，及第3C圖示意地描述第3B圖中顯示之該等支撐腳一旦第3A圖之IOL係植入眼之囊袋中。
 較佳實施例之詳細說明
本發明之該等實施例一般地係提供眼用透鏡及用於他們的製造與使用方法，該等眼用透鏡提供一調節性之球面光學功率以及一可調變之球面像差。在某些實施例中，該透鏡(例如，一IOL)可以以二元件之光學系統形成，該系統之功率及一或多個高階像差可以藉由調變那些元件之間之側向位移而被控制。在許多實施中，該二元件之厚度剖面係如此設計，以致於該等元件在橫截於該光學軸方向上相對於彼此之側向位移不僅可以變化該二元件之組合球面功率，且亦可以變化由這些元件組合所展現之球面像差。此一種透鏡於調節性折射修正及/或靜態之像差修正中可以具有各種應用。做為例子，此一種IOL可以緩和睫狀肌之調節性重擔，以便於以有限的肌肉移動在一寬廣之距離範圍內達成視覺之清晰。在靜態之像差修正中，此一種透鏡可以利用以對不同的個體提供客製化之像差修正，經由該等元件之不同的側向位移。在許多實施中，該球面像差係正向地相關於對應於該透鏡之球面光學功率之調節強度。
在下列之該等實施例中，本發明之各式各樣觀點係連結眼內透鏡(IOLs)討論。本發明之教示亦可以應用於其他眼用透鏡，諸如隱形眼鏡。該名詞『眼內透鏡』及其縮寫『IOL』於此係交換地使用以說明植入於眼睛內部內之透鏡，無論該天然晶體是否係移除的，該等透鏡不是取代眼睛之天然晶體不然就是加強視覺。角膜內透鏡及矯視性眼內透鏡(phakic intraocular lenses)係為可以不移除天然晶體而植入於眼睛中之透鏡之例子。
第1A及1B圖描述依據本發明之一示範性實施例之一可變化功率的眼內透鏡(IOLs)10，該IOLs 10包括一光學體，該光學體包含一前部光學元件14(於此亦意指為一前部光學體)及一後部光學元件16(於此亦意指一後部光學體)，該兩光學元件係沿著一光學軸OA(於此係描述為沿著藉由相互正交之x、y 及z 軸所界定之xyz 座標系統之z 軸延伸)串聯配置。該等前部及後部光學元件係裝配以本質上橫截於該光學軸OA之方向相對於彼此而移動。更特別地，在此實施中，該後部光學元件保持固定而該前部光學元件可以沿著x- 方向移動。在其他實施中，該前部光學元件保持固定而該後部元件係移動的，或該元件兩者都可以移動。如下文中更詳細之討論，該等光學元件相對於彼此之此一種側向位移不僅可以變化由該光學體12所提供之光學功率(亦即是，由該等光學元件14及16之組合所提供之光學功率)，且亦可以變化由該光學體所展現之球面像差(亦即是，由該等光學元件14及16之組合所展現之球面像差)。
更特別地，如於第1A-1C圖中示意地顯示，該等光學元件14與16每一者皆展現非一致之厚度剖面。該等光學元件之非一致厚度剖面係設計以便於經由該等元件相對於彼此之側向位移而配合地造成該光學體之光學功率以及其球面像差之改變。更特別地，在此一示範性實施中，該等元件之一(例如該前部光學元件之厚度剖面)之厚度剖面(t 1 (x,y ))，及另一元件(例如該後部光學元件之厚度剖面)之厚度剖面(t 2 (x,y ))係依據下列之關係式而界定：
t 1 (x,y )=-t 2 (x,y )=t (x,y )　方程式(1)
其中，t (x,y )係依次地依據下列之關係式而界定：
其中a、b 及c 係為可調變之參數，其對t1 及t2 具有相反之符號。
為了例示上文之厚度剖面如何可以引致該光學體12之球面功率以及其球面像差之改變，考慮該等光學元件沿著x -軸相對於彼此之側向位移之距離(Δx )，例如，其特徵在該前部元件14之一正向移動及該後部元件16之一負向移動。由該二元件組合所造成之光程差(OPD)可以決定波前，該光程差係為x 與y 之函數，其然後可以藉由下列之關係式而界定：
其中，Δn表示形成該等光學元件之材料(在此實施例中，該等光學元件係假定為由相同之材料形成)與那些元件周圍之介質之材料之間的折射率差異。
一般地，該等參數c及b可以基於，例如一IOL之設計需求，而獨立地選擇。然而，做為例子，考慮其中之事例。該光程差然後可以藉由下列之關係式而界定：
OPD =(a (x 2 +y 2 )+b (x 4 +2x 2 y 2 +y 4 ))Δx Δn 　方程式(4)
藉由引入一參數ρ，該參數ρ係相等於(x 2 +y 2 )，上文之方程式(4)可以重寫為下列形式：
OPD =(a ρ2 +b ρ4 )Δx Δn 　方程式(5)
在上文關係式(5)中之首項提供了該等光學元件組合之球面光學功率，而該第二項界定了由那些元件組合所展現之球面像差。該關係式(5)顯示了在此實施中該球面光學功率及該球面像差兩者皆以該二元件之間側向位移(Δx )之函數線性地變化。
更一般地，該球面光學功率及球面像差之變化可以藉由計算如下之OPD屈率而進一步地了解：
其中，該參數ρ係再次替換(x 2 +y 2 )。
該球面像差係數然後可以藉由將拉普拉斯運算子(亦即是，+)用於OPD之屈率(關係式6)而計算，其係如下列之關係式(7)中所顯示：
上文之關係式(7)顯示了，由該等光學元件14及16組合所展現之球面像差係以那些元件之間相對之側向分離的函數線性地變化。在此示範性實施中，如由上文關係式(6)所顯示，該二元件之組合光學功率亦以那些元件之間之側向分離的函數線性地變化。事實上，在此實施例中當該等元件之間之側向分離增加時，該光學功率及該球面像差兩者都線性地增加。
換言之，該透鏡10之球面像差係正向相關於其調節性強度。具有天然晶狀體之人類眼睛的許多研究顯示了一類似之效果係亦存在於人類眼睛中：相較於鬆弛狀態中，在調節性狀態中有更多的球面像差。所以，該透鏡10提供一類似變化之球面像差，其係為增加之光學功率之函數。
在該透鏡10之許多實施中，上文之參數a、b 及c 係如此選擇以致於該透鏡將提供下列之性質：對遠處之視覺(例如，為了看見在距離眼睛前大於約2m之物體)，該球面像差係極微的(例如，其係小於約0.06D/mm2 )；對近處之視覺(例如，為了看見在距離眼睛前小於約0.5m之物體)，該球面像差係相當大的(例如，其係大於約0.33D/mm2 )，以便於提高焦點深度，用於看見在各種距離之物體；且從遠處視覺至近處視覺，該球面像差線性地增加以降低睫狀肌所需求之移動。
做為例子，在某些事例中，參數a 可以在約(D/mm)至約(D/mm)之範圍中；參數b 可以在約(D/mm3 )至約(D/mm3 )之範圍中；且，其中Δn表示形成該光學體之材料與其周圍介質材料之間之折射率差異，且(D/mm)表示每毫米之單位屈光度，且(D/mm3 )表示每立方毫米之單位屈光度。在某些事例中，形成該透鏡之材料之折射率可以在約1.4至約1.6之範圍內，且其周圍介質(例如，眼睛之水樣液)之折射率可以為約1.3。
再次參照第1A-1C圖，在許多實施中，該等光學元件14及16係由適合之生物相容性材料形成。此種材料之一些例子包括，但不限於柔軟的壓克力塑膠、聚矽氧、水凝膠，或其他生物相容聚合性材料其具有一必要之折射率用於該透鏡之特別應用。做為例子，形成該等光學元件之材料之折射率可以在約1.4至約1.6之範圍內(例如，該光學體可以由一具有折射率1.55、通常知悉為Acrysof(丙烯酸-2-苯乙酯與甲基丙烯酸-2-苯乙酯之交聯共聚物)之透鏡材料形成)。雖然在許多實施例中，該等光學元件14及16係由相同材料形成，在某些其他實施例中，他們可以由具有不同折射率之不同材料形成。在後者事例中，上文對該兩光學元件之厚度剖面之關係式可以適當地比例以說明該二元件折射率之不同。
根據本發明之教示之二元件IOL可以在各種方式中實施。做為例子，就參照第2A及2B圖，此一種IOL 18之實施包括兩個支撐腳20與22，其每一者係連接至形成該透鏡之該兩光學元件之一(例如，僅有光學元件24係顯示的，而另一個光學元件正好在其後方)(在此實施中，該等光學元件係沿著一光學軸OA從彼此分離開來，例如，約1.5mm)。該等支撐腳係依次經由數個可彎曲之鉸鏈26連接彼此，該等可彎曲之鉸鏈26容許了該兩支撐腳之側向移動，且必然地該兩光學體相對於彼此之側向移動(該支撐腳及該鉸鏈可以由，例如，適合之聚合性材料，形成)。在一鬆弛狀態，該兩支撐腳，且所以該兩光學體，具有相對於彼此之消失之側向偏移，而該側向偏移隨著增加之調節而增加。做為進一步之例示，如於第2C圖中示意地顯示，該IOL 18可以植入至眼睛之囊袋內，例如，以取代一移除的混濁天然晶體。該睫狀肌在該囊袋上之調節性力量可以造成該等支撐腳20與22經由該等鉸鏈相對於彼此之側向運動(例如，一數量在範圍約0.1至約0.5mm之內)，以增加該IOL之光學功率以及由該IOL所展現之球面像差。當該等肌肉回復其鬆弛狀態時，該等可彎曲之鉸鏈亦回復到其鬆弛(平衡)狀態，伴隨著該等光學元件之間偏移之共存減少，且必然地，該IOL光學功率之減少。
做為另一個實施例，第3A與3B圖描述了另一個二元件IOL 28之實施，其亦包括兩個支撐腳30與32，每一個係附於該兩光學體34與36之一，且其經由數個可彎曲之鉸鏈38而連結。不像先前之實施，在一鬆弛狀態，該等支撐腳係相對於彼此側向偏移一業已決定之數量(例如，在此事例中約0.25mm)，以在鬆弛狀態中提供一想望之光學功率及球面像差。如於第3C圖中示意地顯示，再次地，一旦該IOL 28係植入至眼睛之囊袋中時，該等鉸鏈38在該等睫狀肌之影響下可以相對於彼此側向移動，以變化該IOL之光學功率以及其球面像差，用於看見不同距離之物體。
在某些應用中，根據本發明之教示之一透鏡可以不使用做為一調節性透鏡，但相反地做為提供一靜態光學功率之透鏡。在此種事例中，該等元件之側向位移可以運用以調變用於一特別病人之透鏡之光學功率以及一想望之球面像差。
各種知悉之製造技術可以運用以組建依據本發明之教示之眼用透鏡(例如，IOLs)。舉例而言，該兩光學體可以形成且然後沿著一光學軸組裝，例如經由數個支撐腳及可彎曲之鉸鏈。
本發明亦提供一種眼內透鏡(intraocular lenses,IOL)，其包含：一前部光學體及一後部光學體，其係沿著一光學軸配置，至少兩個支撐腳(haptics)，其每一者係連接至該等光學體之一者，數個可彎曲之鉸鏈，其連接該兩支撐腳以便於容許該兩支撐腳相對於彼此之側向移動，從而造成該光學體相對於彼此之側向移動，該等可彎曲之鉸鏈具有一在由該光學軸及該側移動之方向所定義的一平面中呈平行四邊形形狀的橫截面，該呈平行四邊形形狀的橫截面具有一在鉸鏈接合處(hinge joints)連接於該等支撐腳的相對角(opposite corners)之間延伸的主對角線，以及一較該主對角線短之次對角線，其中該等可彎曲之鉸鏈僅於鉸鏈接合處屈曲(flex)，其中該光學元件係如此裝配，以致於該側向移動造成由該等光學體所提供之組合光學功率以及由該等光學體組合所展現之球面像差的改變。
儘管實施例已於此詳細說明之，其應不言而明的是，該說明係僅僅做為例子且其不被理解為限制之意思。因此，其係進一步不言而明的是，在該等實施例細節之眾多改變及額外之實 施例係為顯而易見的，且可能由一般技藝人士參照此說明而製成。其係預期的是，所有此種改變及額外之實施例係在下文之申請專利範圍之發明範圍之中。
10‧‧‧眼內透鏡
12‧‧‧光學體
14‧‧‧前部光學元件
16‧‧‧後部光學元件
18‧‧‧眼內透鏡
20‧‧‧支撐腳
22‧‧‧支撐腳
24‧‧‧光學元件
26‧‧‧可彎曲之鉸鏈
28‧‧‧眼內透鏡
30‧‧‧支撐腳
32‧‧‧支撐腳
34‧‧‧光學體
36‧‧‧光學體
38‧‧‧可彎曲之鉸鏈
第1A圖係為根據本發明之一實施例之眼用透鏡之示意側視圖，該眼用透鏡具有一光學體其係由兩個可相對於彼此側向移動之光學元件所形成，第1B圖係為第1A圖之透鏡之示意透視圖。
第1C圖示意地描述於第1A與1B圖中顯示的透鏡之光學元件之一之厚度剖面(另一光學元件具有類似之厚度剖面，但具有相反之符號)，第2A圖示意地描述根據本發明之一個實施例之一個二元件IOL之示範性實施，該IOL具有兩個支撐腳其係經由容許其相對於彼此側向移動之可彎曲鉸鏈而連結，第2B圖示意地描述於第2A圖中顯示之IOL之該等支撐腳與連結那些支撐腳之可彎曲鉸鏈，第2C圖示意地描述第2A圖之IOL之該等鉸鏈一旦該IOL係植入眼之囊袋中，第3A圖示意地描述根據本發明之二元件IOL之另一個示範性實施，該IOL具有兩個由數個可彎曲鉸鏈連結之支撐腳，以致於該等支撐腳、與必然地該等光學體，在該等鉸鏈鬆弛狀態時展現一側向偏移，第3B圖示意地顯示於第3A圖中描述之該等支撐腳，及第3C圖示意地描述第3B圖中顯示之該等支撐腳一旦 第3A圖之IOL係植入眼之囊袋中。
14．．．前部光學元件
16．．．後部光學元件

Claims (8)

  1. 一種眼內透鏡(intraocular lenses,IOL)，其包含：一前部光學體及一後部光學體，其係沿著一光學軸配置，至少兩個支撐腳(haptics)，其每一者係連接至該等光學體之一者，數個可彎曲之鉸鏈，其連接該兩支撐腳以便於容許該兩支撐腳相對於彼此之側向移動，從而造成該光學體相對於彼此之側向移動，該等可彎曲之鉸鏈具有一在由該光學軸及該側移動之方向所定義的一平面中呈平行四邊形形狀的橫截面，該呈平行四邊形形狀的橫截面具有一在鉸鏈接合處(hinge joints)連接於該等支撐腳的相對角(opposite corners)之間延伸的主對角線，以及一較該主對角線短之次對角線，其中該等可彎曲之鉸鏈僅於鉸鏈接合處屈曲(flex)，其中該光學元件係如此裝配，以致於該側向移動造成由該等光學體所提供之組合光學功率以及由該等光學體組合所展現之球面像差的改變。
  2. 如申請專利範圍第1項之眼內透鏡，其中該等支撐腳係如此裝配，以致於該側向移動本質上係橫截於該光學軸。
  3. 如申請專利範圍第1項之眼內透鏡，其中該等元件係如此裝配以致於當該光學功率增加時該球面像差增加。
  4. 如申請專利範圍第1項之眼內透鏡，其中該球面像差係 以關聯於該側向移動的移位之函數改變。
  5. 如申請專利範圍第3項之眼內透鏡，其中當該移位增加時，該球面像差增加。
  6. 如申請專利範圍第5項之眼內透鏡，其中該球面像差係以該移位增加之函數線性地增加。
  7. 如申請專利範圍第1項之眼內透鏡，其中該等元件之一展現一厚度剖面t 1 (x,y )其係依據下列之關係式界定： 其中，x 、y 、z 表示由相互正交之x 、y 及z 軸所形成之笛卡兒座標系統，其中該光學軸係沿著該z 軸，且其中a 、b 、c 係為可調變之參數，且其中該另一個元件展現一厚度t 2 (x,y )其係依據下列之關係式而界定：t 2 (x,y )=-t 1 (x,y )。
  8. 如申請專利範圍第7項之眼內透鏡，其中：a 可以在約(D/mm)至約(D/mm)之範圍中；b 可以在約(D/mm3 )至約(D/mm3 )之範圍中；且，其中△n表示形成該光學體之材料與其周圍介質材料之間之折射率差異。
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