TWI523647B - 利用瞳孔動態（ｐｕｐｉｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ）來增進假性調節之擴展焦深（ＥＤＯＦ）水晶體 - Google Patents

利用瞳孔動態（ｐｕｐｉｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ）來增進假性調節之擴展焦深（ＥＤＯＦ）水晶體 Download PDF

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張曉曉
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利用瞳孔動態(pupil dynamics)來增進假性調節之擴展焦深(EDOF)水晶體 相關申請案
本發明係有關於名稱“Accommodative IOL with Toric Optic and Extended Depth of Focus,”之美國專利申請案，其同時隨本申請案附上。本申請案在此併入本文以為參考資料。
 發明背景
本發明一般而言係有關於眼科水晶體，且更詳細地，係有關於可經由跨越提供在該等水晶體表面中至少一者上過渡區域的相移之受控變化而提供增強視力的人工水晶體(IOL)。
人工水晶體(IOL)通常係在白內障手術期間移植入病患的眼內以取代天然的水晶體。在睫狀肌的影響下，該天然水晶體之光功率可改變以提供於不同距離下自眼觀看物體的調節力。然而，許多IOL可提供不必預備調節力之單聚焦能力。亦已知多聚焦IOL可提供遠距光功率以及近距光功率(例如藉使用繞射性結構體)藉以得到假性調節力。
然而仍需要可提供假性調節光功率並在廣範圍之瞳孔大小內提供清晰光像之改良性IOL。一般而言，在設計IOL及水晶體時，可藉使用所謂“模型眼(model eye)”或藉計算法，諸如預計性光線覓跡法之測定法而測定光性能。典型上，此等測定法及計算法係根據得自之可使色素減至最低的可見光譜之窄特定區域的光線而進行。該窄區域通稱為“設計波長”。
 發明概要
本發明一方面係提供包括具有前表面及後表面配置於光軸附近之光件的眼科水晶體(例如IOL)。該等表面中至少一者(例如該前表面)具有一藉基礎輪廓及輔助輪廓之疊置而表示特徵的輪廓。該輔助輪廓可包括至少兩區域(例如一內區域及一外區域)及在這兩區域間之過渡區域，其中跨越該過渡區域之光程差異(亦即在該過渡區域之內與外徑向邊界間之光程差異)相當於設計波長(例如約550奈米之波長)之非整數分數(例)。
該輔助輪廓之過渡區域可自內徑向邊界延伸至外徑向邊界。在許多實施例中，該過渡區域之內徑向邊界相當於內區域之外徑向邊界，而該過渡區域之外徑向邊界相當於輔助輪廓之外區域的內徑向邊界。在許多實施例中，相對於以離光軸之漸增徑向距離為變數的該過渡區域之內徑向邊界，該過渡區域適於使光程差異得到單調變化。可藉以徑向距離為變數的連續增加或降低而表示該光程差異的單調變化之特徵，其在某些情況下係夾雜無變化之區域(高丘區域)。以實例說明，可藉線性變化或藉由一或多個高丘而分離之線性變化的連續發生而表示該單調變化之特徵。
在某些實施例中，該由於基礎輪廓與輔助輪廓之疊置所形成之表面的輪廓(Zsag)可藉以下關係式而定義：
Z sag =Z base +Z aux ,
其中：
Zsag表示該表面相對於該光軸的下降，係作為離光軸之徑向距離之函數，且其中：
其中：r表示離該光軸之徑向距離，c表示該表面之基本曲率，k表示圓錐常數；a2為第二階變形常數，a4為第四階變形常數，a6為第六階變形常數，且其中：
其中：r1表示該過渡區域之內徑向邊界，r2表示該過渡區域之外徑向邊界，且其中：△係藉以下關係式而定義：
其中：n1表示形成該光件之材料的折射率，n2表示包圍該光件之介質的折射率，λ表示設計波長(例如550奈米)，且α表示非整數分數(例如)。
在某些其它實施例中，具有該輔助輪廓之該水晶體表面的輪廓(Zsag)可藉以下關係式而定義：
Z sag =Z base +Z aux
其中：Zsag表示該表面相對於該光軸的下降，係作為離光軸之徑向距離之函數，且其中：
其中：r表示離該光軸之徑向距離，c表示該表面之基本曲率，k表示圓錐常數；a2為第二階變形常數，a4為第四階變形常數，a6為第六階變形常數，且其中：
其中：r表示離該水晶體之光軸的徑向距離，r1a表示該輔助輪廓之過渡區域之第一實質上線性部份的內徑；r1b表示該第一線性部份之外徑，r2a表示該輔助輪廓之過渡區域之第二實質上線性部份的內徑，且r2b表示該第二線性部份之外徑，且其中△1及△2各可根據以下關係式而定義：
其中：n1表示形成該光件之材料的折射率，n2表示包圍該光件之介質的折射率，λ表示設計波長(例如550奈米)，α1表示非整數分數(例如)，且α2表示非整數分數(例如)。
以實例說明，在上述關係式中，該基本曲率c可以在約0.0152毫米-1至約0.0659毫米-1之範圍內，且該圓錐常數k可以在約-1162至約-19之範圍內，a2可以在約-0.00032毫米-1至約0.0毫米-1之範圍內，a4可以在約0.0毫米-3至約-0.000053(-5.3×10-5)毫米-3之範圍內，且a6可以在約0.0毫米-5至約0.000153(1.53×10-4)毫米-5之範圍內。
在另一方面中，係揭示包括具有前表面及後表面配置於光軸附近之光件的眼科水晶體(例如IOL)。彼等表面中之至少一種包括至少一內折射區域、至少一外折射區域、及自該內區域之外徑向邊界延伸至該外區域之內徑向邊界的折射過渡區域。可調整該過渡區域，藉此於一設計波長(例如550奈米)下，射入其上之輻射相可單調地在該內徑向邊界與外徑向邊界之間變化以在這些邊界之間產生可藉設計波長之非整數分數而表示特徵的相移。雖然在某些情況下，該非整數分數小於1，但是在其它情況下，其係大於1。
在某些實施例中，該等前及後表面具有適於使該水晶體得到標稱折射光功率，例如在約-15至約+50屈光度之範圍內的功率之基礎輪廓。
在一相關方面中，該具有過渡區域之表面可具有在約1毫米至約5毫米範圍內之徑向直徑，且該過渡區域可以呈具有在約0至約1毫米範圍內之徑向寬度的環形區域形式。
在另一方面中，在上述眼科水晶體中，該光件具有相對於在約1.5毫米至約6毫米範圍內之孔徑大小之該光件的聚焦面呈不對稱性之跨焦(through-focus)調變轉移函數。
在另一方面中，係揭示眼科水晶體(例如IOL)，其包括具有前表面及後表面配置於光軸附近之光件，其中各表面包括基礎表面輪廓。表面變異之圖案係疊置在該等表面中之至少一種的基礎表面輪廓上以產生在內及外表面區域之間延伸的過渡區域。該過渡區域可致使光件具有經由具有在約1.5毫米至約6毫米範圍內之直徑之孔徑而射入該光件的光(例如具有設計波長(例如550奈米)之光)之不對稱跨焦調變轉移函數。
在某些實施例中，上述水晶體可具有適於經由具有約1.5毫米至約6毫米範圍內之直徑的孔徑而射入其上之光(就該設計波長而言)的約0.25屈光度至約1.75屈光度範圍內之視野深度。
在某些實施例中，上述水晶體可具有適於經由具有小於約2毫米之直徑之孔徑而於一設計波長下射入該光件的光之實質上對稱跨焦調變轉移函數，且具有適於更大孔徑之不對稱跨焦調變轉移函數。在某些情況下，該光件具有適於經由具有在約1.5毫米至約6毫米範圍內之直徑的孔徑而射入之光(就該設計波長而言)的在約0.25D至約1.75D範圍內之視野深度。
在另一方面中，本發明提供眼科水晶體(例如IOL)，其包含具有前表面及後表面之光件，其中各表面具有一可致使該等輪廓可合作性使該光件得到標稱光功率之基礎輪廓。該等表面中之至少一種具有一藉添加輔助表面輪廓至其標稱表面輪廓而定義之輪廓，其中該輔助輪廓係藉中央區域、外區域及在該內與外區域之間延伸的過渡區域而表示特徵。可調整該輔助輪廓以在有效光功率與該適於具有設計波長且經由具有在預定範圍內之大小的孔徑而射入該光件之光的標稱光功率之間產生相移，例如在約0.25D至約1.75D範圍內之相移。該有效光功率可藉於該設計波長及孔徑下，該光件之跨焦調變轉移函數的尖峰而表示特徵。
在相關方面中，在上述水晶體中，該輔助輪廓適於增強光件之視野深度。
在另一方面中，係揭示眼科水晶體(例如IOL)，其包括具有前表面及後表面配置在光軸附近之光件。該等表面中之至少一種包括至少一內折射區域及至少一外折射區域，其中該表面之輪廓的構形可以使自內區域之外邊界至外區域之內邊界的入射輻射(例如於設計波長下之入射輻射)得到單調性變化的相移以在這兩種邊界內得到相移，其係為一設計波長(例如550奈米)之非整數分數。在某些情況下，該表面輪廓之構形可以在約0.75毫米至約2.5奈米範圍中的徑向距離內發生相移。此外，在某些情況下，該相移可以使藉該光件而顯示之焦深擴展在約0.25D至約1.75D範圍內之值。
在相關方面中，於該內區域之外邊界下，該表面之輪廓的徑向導數顯示非連續性。
可藉參考以下實施方式及下文簡述之附圖而進一步瞭解本發明。
圖式簡單說明
第1A圖為根據本發明一實施例之IOL的示意橫斷面圖。
第1B圖為第1A圖中所示IOL之前表面的示意俯視圖。
第2A圖係以圖解描述經由根據本發明之教示在該表面上提供之過渡區域而在根據本發明之一實施例的實踐法，在射入鏡片之表面上的波前內所誘發之相促進。
第2B圖係以圖解描述經由根據本發明之教示在該表面上提供之過渡區域而在根據本發明之一實施例的實踐法，在射入水晶體之表面上的波前內所誘發之相延緩。
第3圖係以圖解描述根據本發明之一實施例的水晶體之至少一表面的輪廓可藉基礎輪廓及輔助輪廓的疊置而表示特徵。
第4A-4C圖提供用於適於不同瞳孔大小之根據本發明之一實施例的假設性水晶體之以計算測得之跨焦MTF圖表。
第5A-5F圖提供用於根據本發明之某些實施例之假設性水晶體的以計算測得之跨焦MTF圖表，其中各水晶體具有一可藉能定義過渡區域之基礎輪廓與輔助輪廓而表示特徵之表面，其中相對於其它水晶體內各別光程差異(OPD，該過渡區域可在該輔助輪廓之內及外區域之間提供不同的OPD。
第6圖為根據本發明之另一實施例之IOL的示意橫斷面圖。
第7圖係以圖解描述該前表面之輪廓的特徵為包括雙階梯過渡區域之基礎輪廓及輔助輪廓的疊置，及
第8圖代表用於根據本發明之一實施例之具有雙階梯過渡區域的假設性水晶體之以計算測得的跨焦單色MTF圖表。
 較佳實施例之詳細說明
本發明一般而言係有關於眼科水晶體(諸如IOL)及使用此等水晶體以校正視力的方法。在以下實施例中，係討論有關於人工水晶體(IOL)之本發明不同方面的顯著特徵。本發明該等教示亦可適用其它眼科水晶體，諸如隱形鏡片。該名詞“人工水晶體”及其縮寫“IOL”在文中可交互使用以描述可植入眼的內部內以取代該眼之天然水晶體或增強視力，不論該天然水晶體是否經移除。角膜內水晶體及未摘除水晶體之人工水晶體(phakic intraocular lens)為不需要移除天然水晶體即可植入眼內的人工水晶體實例。在許多實施例中，該水晶體可包括可選擇性在水晶體之光件的內及外部份之間產生光程差異之表面調變的受控圖案，藉此該水晶體可以提供適於小及大瞳孔直徑之清晰影像以及用於以中瞳孔直徑觀看物體之假性調節作用。
第1A及1B圖係以圖解方式描述根據本發明一實施例之人工水晶體(IOL)10，其包括具有配置在光軸OA附近之前表面14及後表面16的光件12。如第1B圖中所示，該前表面14包括內折射區域18、外環形折射區域20、及在該內與外折射區域之間延伸的環形過渡區域22。而該後表面16呈平整凸形表面之形式。在某些實施例中，該光件12可具有在約1毫米至約5毫米範圍內之直徑D，但是亦可使用其它直徑。
該代表性IOL 10亦包括可幫助其在眼內之安置的一或多個固定構件1及2(例如觸控構件(haptics))。
在本實施例中，該前及後表面各包括凸形基礎輪廓，但是在其它實施例中，可使用凹形或扁平基礎輪廓。如下文進一步論述，雖然該後表面之輪廓僅藉一基礎輪廓而定義，但是該前表面之輪廓係藉添加一輔助輪廓至其基礎輪廓以產生上述內、外及過渡區域而定義。這兩種表面之基礎輪廓與形成該光件之材料的折射率一起可以使該光件具有標稱光功率，該標稱光功率之定義為由除了不含上述前表面之輔助輪廓外與具有適於該前及後表面之相同基礎輪廓的光件相同的材料所形成之一般認定的光件之單聚焦折射力。該光件之標稱光功率亦可視為用於具有小於該前表面之中央區域之直徑的直徑之小孔徑的光件12之單聚焦折射力。
該前表面之輔助輪廓可調整本標稱光功率，藉此如，例如藉相當於設計波長(例如550奈米)下所計算或測定之該光件之跨焦調配轉移函數的尖峰軸向位置之聚焦長度而表示的光件之實際光功率可偏離該水晶體之標稱光功率，尤其就如下文進一步描述之在中度範圍內之孔徑(瞳孔)而言。在許多實施例中，該光功率之變化經設計可改良適於中瞳孔大小之近距視力。在某些情況下，該光件之標稱光功率可在約-15D至約+50D之範圍內，且較佳在約6D至約34D之範圍內。此外，在某些情況下，藉該前表面之輔助輪廓所導致之光件的標準光功率之改變可以在約0.25D至約2.5D之範圍內。
繼續參考第1A及1B圖，該過渡區域22呈環形區域之形式，其係徑向地自內徑向邊界(IB)(其在本情況下，相當於內折射區域18之外徑向邊界)延伸至外徑向邊界(OB)(其在本情況下，相當於外折射區域之內徑向邊界)。雖然在某些情況下，一或兩邊界可包括該前表面輪廓內之不連續性(例如一階梯)，但是在許多實施例中，該前表面輪廓之邊界具連續性，但是該輪廓之徑向導數(亦即作為離該光軸之徑向距離之函數之表面下垂度的變化率)可以於各邊界顯示一非連續性。在某些情況下，該過渡區域環形寬度可以在約0.75毫米至約2.5毫米之範圍內。在某些情況下，該過渡區域之環形寬度對該前表面之徑向直徑的比率可以在約0至約0.2之範圍內。
在許多實施例中，可以使前表面14之過渡區域22成形，藉此於其上入射之輻射的相可在其內邊界(IB)與外邊界(OB)之間單調地變動。亦即，可藉以離跨越該過渡區域之光距的漸增徑向距離為變數而漸進性增加或漸進性降低之該相以獲得外區域與內區域間之非零相差異。在某些實施例中，該過渡區域可包括高丘部份、其係散佈在該漸進性增加或降低之相部份之間，其中該相仍可實質上維持恆定。
在許多實施例中，該過渡區域之構形可致使在兩平行光線(其中之一係射入該過渡區域之外邊界而另一光線係射入該過渡區域之內邊界)間之相移可以是一設計波長(例如550奈米之設計波長)的非整數有理分數。經由實例說明，此種相移可根據以下關係式而定義：
OPD=(A+B)λ　Eq(1B)
其中：A代表整數，B代表非整數有理分數，而λ代表設計波長(例如550奈米)。
經由實例說明，跨越該過渡區域之總相移可以是等，其中λ代表設計波長，例如550奈米。在許多實施例中，該相移可以是入射輻射之波長的週期函數，其中週期性相當於一波長。
在許多實施例中，該過渡區域可導致自該光件回應入射輻射所出現的波前(亦即，自該光件之後表面所出現的波前)之畸變，其可以使相對於其標稱聚焦力的該水晶體之有效聚焦力改變。此外，該波前之畸變可增強用於包括該過渡區域之孔徑直徑，尤其用於如下文進一步論述之中直徑孔徑的光件之焦深。例如該過渡區域可以使自該光件之外部份出現的波前與自其內部出現的波前之間產生相移。此種相移可以使自光件出現之輻射可干擾自該光件之內部份出現的輻射，其干擾位置為自該光的內部份出現的輻射可聚焦，因此可增強，例如藉與最高MTF有關的非對稱MTF(調變轉移函數)輪廓而表示特徵之焦深的位置。該名詞“焦深”及“視野深度”可交互使用且係已知並為熟悉本項技藝者當參考於其上可分辨可接受之影像的物體及影像空間的距離時可輕易地瞭解的名詞。需要任何進一步解釋至以下程度：該焦深可指相對於以3毫米孔徑及綠光(例如具有約550奈米波長之光)測定之該水晶體的跨焦調變轉移函數(MTF)之尖峰的去焦程度，其中於約50線條對/毫米(1p/mm)之空間頻率下，該MTF顯示至少約15%之對比程度。其它定義亦可適用且應該瞭解視野深度可藉許多因素之影響，這些因素包括，例如孔徑大小、形成該影像之光的色量、及該水晶體本身之基礎能力。
作為進一步闡明，第2A圖係以圖解方式表示藉具有過渡區域在該表面之內部份與外部份之間的根據本發明一實施例之IOL的前表面而產生之波前的一片段、及射入該表面之波前的片段、及可以使該實際波前之RMS(方均根)誤差減至最低的參考球形波前(由虛線表示)。該過渡區域可導致波前之相促進(相對於相當於不含該過渡區域之推定類似表面的相移)，其可以在視網膜平面之前面(在該過渡區域不存在下，在IOL之標稱聚焦平面的前面)的聚焦平面會聚該波前。第2B圖係以圖解方式表示其中該過渡區域可導致入射波前之相延緩，其可以在視網膜平面範圍外(在該過渡區域不存在下，在IOL之標稱聚焦平面範圍外)之聚焦平面會聚該波前。
作為闡明，在本實踐法中，該前及/或後表面之基礎輪廓可藉以下關係式而定義：
其中：c表示該輪廓之曲率，k表示圓錐常數，且其中：f(r2、r4、r6、...)表示構成該基礎輪廓之含更高階的函數。以實例說明，該函數f可藉以下關係式而定義：
f(r 2 ,r 4 ,r 6 ,...)=a 2 r 2+a 4 r 4+a 6 r 6+...　Eq.(3)
其中：a2為第二階變形常數，a4為第四階變形常數，而a6為第六階變形常數，亦可包括另外更高階項。
以實例說明，在某些實施例中，該參數c可以在約0.0152毫米-1至約0.0659毫米-1範圍內，該參數k可以在約-1162至約-19範圍內，a2可以在約-0.00032毫米-1至約0.0毫米-1範圍內，a4可以在約0.0毫米-1至約-0.000053(-5.3×10-5)毫米-3範圍內，而a6可以在約0.0毫米-5至約0.000153(1.53×10-4)毫米-5範圍內。
在如，例如藉圓錐常數k而表示特徵之該前及/或後基礎輪廓內之非球面性特定程度的用途可改善大孔徑大小之球面像差作用。就大孔徑大小而言，此種非球面性在某種程度上可抵消該過渡區域之光學作用，因此可得到更清晰之MTF。在某些其它實施例中，一或兩表面之該基礎輪廓可具複曲面性(亦即，其可沿著該等表面之兩正交方向顯示不同的彎曲半徑)以改善像散像差。
如上述，在本代表性實施例中，該前表面14之輪廓可藉基礎輪廓(諸如藉上Eq(1)而定義之輪廓)、及輔助輪廓而定義。在本實踐法中，該輔助輪廓(Zaux)可藉以下關係式而定義：
其中：r1表示該過渡區域之內徑向邊界，r2表示該過渡區域之外徑向邊界，且其中：△係藉以下關係式而定義：
其中：n1表示形成該光件之材料的折射率，n2表示包圍該光件之介質的折射率，λ表示設計波長，而α表示非整數分數，例如。
換言之，在本實施例中，該前表面之輪廓(Zsag)係藉如下文之定義之基礎輪廓(Zbase)及輔助輪廓(Zaux)之疊置而定義，且以圖解方式示於第3圖中：
Zsag=Zbase+Zaux　Eq.(6)
在本實施例中，藉上述關係式(4)及(5)而定義之輔助輪廓係藉跨越過渡區域之實質上線性相移而表示特徵。更明確地，該輔助輪廓可提供自該過渡區域之內邊界直性增加至其外邊界之相移，且該內與外邊界間之光程差異相當於該設計波長之非整數分數。
在許多實施例中，根據本發明之教示的水晶體，諸如上述之水晶體10，可藉有效地作為單聚焦水晶體而提供良好的遠視性能，且不會產生由在該水晶體之中央區域的直徑範圍內之小瞳孔直徑(例如2毫米之瞳孔直徑)的相移所導致之光學作用。就中瞳孔直徑(例如在約2毫米至約4毫米範圍內之瞳孔直徑(例如約3毫米之瞳孔直徑))而言，藉該相移所導致之光學作用(例如離開該水晶體之波前的變化)可增強機能性近距及中距視力。就大瞳孔直徑(例如在約4毫米至約5毫米範圍內之瞳孔直徑)而言，該水晶體亦可提供良好的遠距視性能，因為該相移僅表示接觸入射光之該前表面部份之小部份。
作為闡明，第4A-4C圖表示根據本發明一實施例之適於不同瞳孔大小之假設性水晶體的光學性能。假設該水晶體具有藉上述關係式(6)所定義之前表面、及藉平整凸面基礎輪廓而表示特徵之後表面(例如藉上述關係式(2)而定義之後面)。此外，該水晶體具有6毫米直徑，且其過渡區域係在具有約2.2毫米直徑之內邊界至具有約2.6毫米直徑之外邊界間延伸。該前及後表面之基礎曲率經選用可使該光件能提供21D之標稱光功率。此外，已假設包圍該水晶體之介質具有約1.336之折射率。下表1A-1C列示該水晶體之光件的各種參數以及其前與後表面之各種參數。
更詳細地，在各該第4A-4C圖中，係提供相當於以下調變頻率之跨焦調變轉移(MTF)圖表：25線條對/毫米、50線條對/毫米、75線條對/毫米、及100線條對/毫米。用於約2毫米之瞳孔直徑的第4A圖中所示之MTF表示該水晶體可提供，例如適於戶外活動之良好光學性能，其焦深為約0.7D，且該MTF在聚焦平面附近具對稱性。就3毫米之瞳孔直徑而言，第4B圖中所示之MTF各與該水晶體之聚焦平面呈不對稱性(亦即相對於零去焦)，且在該負去焦方向內其尖峰會轉移。此種轉移可提供假性調節力以幫助近距視力(例如用於閱讀)。而且，這些MTF之寬度大於藉用於2毫米瞳孔直徑所計算之MTF而顯示之寬度，其表示用於中距視力之更佳性能。就4毫米之較大瞳孔直徑(第4C圖)而言，相對於3毫米直徑所計算之MTF寬度，該等MTF之寬度及不對稱性縮小。其亦顯示在低光條件下，例如用於夜間駕駛，良好的遠視性能。
可藉改變與該區域有關之各種參數，諸如其徑向程度及使入射光產生相移之速率，而調節該相移之光學作用。以實例說明，藉上述關係式(3)而定義之該過渡區域顯示可藉而定義之斜率，其可經改變以調整特別適於中瞳孔大小之具有此種過渡區域於其表面上之光件的性能。
作為闡明，第5A-5F圖表示就具有可顯示由於藉關係式(2)而定義之基礎輪廓、及藉關係式(4)及(5)而定義之輔助輪廓的疊置所形成之在第3圖中所示之該表面輪廓的前表面之假設性水晶體而言，於3毫米之瞳孔大小及50線條對/毫米之調變頻率下，以計算測得之跨焦調變轉移函數(MTF)。已假設該光件係由具有1.554之折射率的材料所形成。此外，該前表面及後表面之基本曲率經選用可以使該光件具有約21D之標稱光功率。
作為提供可自其更輕易瞭解該過渡區域之光學作用的參考資料，第5A圖表示用於具有消失△z之光件，亦即缺乏根據本發明之教示的相移之光件的MTF。此種具有平整前及後表面之習知光件顯示對稱性配置在該光件之聚焦平面附近的MTF曲線且顯示約0.4D之焦深。而第5B圖表示適於根據本發明一實施例之光件的MTF，其中該前表面包括藉約0.01毫米之徑向程度及△z=1微米而表示特徵之過渡區域。第5B圖中所示之MTF圖表顯示約1D之更大焦深，其表示該光件可提供增強的視野深度。而且，相對於該光件之聚焦平面，其具非對稱性。事實上，本MTF圖表之尖峰比其聚焦平面更接近該光件。其可提供有效的光功率增強以幫助近距閱讀。
由於該過渡區域必需更陡峭(其徑向程度於0.01毫米下維持固定)才能得到△Z=1.5微米(第5C圖)，所以該MTF可進一步變寬(亦即該光件可提供更大視野深度)且其尖峰可以比該光件之聚焦平面更遠離該光件。如第5D圖內所示，適於具有一特徵為△Z=2.5微米之過渡區域的光學部件之MTF與適於具有△Z=0之光件的如第5A圖中所示之MTF相同。
事實上，就每一設計波長而言，可重複該MTF圖案。以實例說明，在一其中該設計波長為550奈米且該光件係由Acrysof材料(丙烯酸2-苯基乙酯及甲基丙烯酸2-苯基乙酯之交聯共聚物)所形成之實施例中，△Z=2.5微米。例如相當於△Z=3.5微米之如第5E圖中所示之MTF曲線與△Z=1.5之如第5B圖中所示的MTF曲線相同，且相當於△Z=4微米之如第5F圖中所示的MTF曲線與相當於△Z=1.5微米之如第5C圖中所示的MTF曲線相同。相當於藉上述關係式(3)而定義之Zaux的△Z之光程差異(OPD)可藉以下關係式而定義：
光程差異(OPD)=(n2-n)△Z　Eq.(7)
其中：n1代表形成該光件之材料的折射率，而n2代表包圍該光件之材料的折射率。因此，就n2=1.552，n1=1.336，且△Z為2.5微米而定，於約550奈米之設計波長下可獲得相當於1λ之OPD。換言之，就相當於1λOPD之△Z變異而言，可重複第5A-5F圖中所示之代表性MTF圖表。
可以使用各種方法以得到根據本發明之教示的過渡區域，且其並限於藉關係式(4)而定義之上述代表性區域。此外，雖然在某些情況下，該過渡區域包括溫和性改變的表面部份，但是在其它情況下，其可藉由一或多個階梯而彼此分離之數個表面片段而形成。
第6圖係以圖解方式描述根據包括具有前表面28及後表面30之光件26的本發明之另一實施例的IOL 24。與先前實施例類似，該前表面之輪廓的特徵為一基礎輪廓及一輔助輪廓的疊置，但是其中之輔助輪廓不同於與先前實施例之上述輔助輪廓不同。
如第7圖中所圖示，上述IOL 24之前表面28的輪廓(Zsag)係藉一基礎輪廓(Zbase)及一輔助輪廓(Zaux)之疊置而形成。更詳細地，在本實踐法中，該前表面28之輪廓可藉如下複製之上述關係式(6)而定義：
Z sag = Z base + Z aux
其中該基礎輪廓(Zbase)可根據上述關係式(2)而加以定義。然而該輔助輪廓(Zaux)係藉以下關係式而定義：
其中r表示離該水晶體之光軸的徑向距離，而參數r1a、r1b、r2a及r2b係描述在第7圖內，且其等之定義如下：r1a表示該輔助輪廓之過渡區域之第一實質上線性部份的內徑。
r1b表示該第一線性部份之外徑，r2a表示該輔助輪廓之過渡區域之第二實質上線性部份的內徑，而r2b表示該第二線性部份之外徑，且其中△1及△2各可根據上述關係式(8)加以定義。
持續參考第7圖，在本實施例中，該輔助輪廓Zaux包括平坦的中央及外區域32與34、及可連接該中央及外區域之雙階梯過渡區36。更詳細地，該過渡區域36包括線性變化部份36a，其係自該中央區域32之外徑向邊界延伸至高丘區域36b(其係自徑向位置r1a延伸至另一徑向位置r1b)。該高丘區域36b接著自徑向位置r1b延伸至徑向位置r2a，於該位置r2a其可連接至另一線性變化區域36c，其可於徑向位置r2b向外徑向延伸至外區域34。該過渡區域之線性變化部份36a及36c可具有類似或不同斜率。在許多實踐法中，跨越這兩個過渡區域所提供之總相移為一設計波長(例如550奈米)之非整數分數。
該後表面30之輪廓可藉用於具有各種參數之合適選擇(其包括曲率c之半徑)的Zbase之上述關係式(2)而定義。該前表面之基礎輪廓的半徑曲率及後表面之曲率與形成該水晶體之材料的折射率一起可以使該水晶體具有標稱折射光功率，例如在約-15D至約+50D範圍內、或在約6D至約34D範圍內、或在約16D至約25D範圍內之光功率。
該代表性IOL 24可提供許多好處。例如其可以使小瞳孔大小得到清晰遠距視力，且該雙階梯過渡區域之光學作用有助於增強機能性近距及中距視力。而且，在許多實踐法中，該IOL可以使大瞳孔大小得到良好的遠距視性能。作為闡明，第8圖表示於不同瞳孔大小下，根據本發明一實施例之具有前表面(其輪廓係藉上述關係式(2)而定義且該前表面之輔助輪廓係藉上述關係式(8)而定義)及平整凸面後表面的假設性光件所計算之跨焦MTF圖表。該等MTF圖表係用於具有550奈米波長之單色入射輻射。下表2A-2C提供該光件之前及後表面的參數。
該等MTF圖表證明就約2毫米之瞳孔直徑(其等於該前表面之中央部份的直徑)而言。該光件可提供單聚焦折射功率且具有約0.5D之相當小焦深(其定義為於半最大值下之全寬)。換言之，其可提供良好的遠距視性能。當該瞳孔大小增至約3毫米時，該過渡區域之光學作用在跨焦MTF內會變得很明顯。更詳細地，該3毫米MTF顯著寬於2毫米MTF，其表示視野深度增強。
持續參考第8圖，當瞳孔直徑甚至進一步增至約4毫米時，該等入射光線不僅遭遇中央及過渡區域，而且遭遇前表面之外區域的一部份。
可使用各種技術與材料以組裝本發明該等IOL。例如本發明之IOL的光件可以由各種生物可相容聚合物材料形成。一些合適的生物可相容材料包括，但不限於：軟丙烯酸聚合物、水凝膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碸、聚苯乙烯、纖維素、丁酸乙酯或其它生物可相容材料。以實例說明，在一實施例中，該光件係由習稱為Acrysof之軟丙烯酸聚合物(丙烯酸2-苯基乙酯及甲基丙烯酸2-苯基乙酯之交聯共聚物)形成。該等IOL之固定構件(觸控構件)亦可由，諸如上述之合適的生物可相容材料形成。雖然在某些情況下，IOL之該光件及固定構件可以呈整體單元的形式經組裝，但是在其它情況下，其等可各別形成且使用本項技藝已知之技術結合在一起。
可使用各種本項技藝中已知之組裝技術，諸如鑄製法，以組裝該等IOL。在某些情況下，可使用揭示：2007年12月21日申請之申請中的專利申請案，名稱為“Lens Surface With Combined Diffractive,Toric and Aspheric Components,”且其序號為第11/963,098號中之組裝技術以使該IOL之前及後表面得到所欲輪廓。
一般技術者可瞭解只要不違背本發明之範圍，可對上述實施例進行各種改變。
1，2．．．固定構件
10，24．．．人工水晶體(IOL)
12，26．．．光件
14，28．．．前表面
16，30．．．後表面
18．．．內折射區域
20．．．外環形折射區域
22．．．環形過渡區域
32．．．平坦中央區域
34．．．平坦外區域
36．．．過渡區域
36a、36c．．．線性變化部份
36b．．．高丘區域
IB．．．內徑向邊界
OA．．．光軸
OB．．．外徑向邊界
r1．．．該過渡區域之內徑向邊界
r2．．．該過渡區域之外徑向邊界
r1a．．．表示該輔助輪廓之過渡區域之第一實質上線性部份的內徑
r1b．．．表示該第一線性部份之外徑
r2a．．．表示該輔助輪廓之過渡區域之第二實質上線性部份的內徑
r2b．．．表示該第二線性部份之外徑
△．．．係藉Eq.(5)而定義
△1、△2．．．係藉Eq.(8)而定義
第1A圖為根據本發明一實施例之IOL的示意橫斷面圖。
第1B圖為第1A圖中所示IOL之前表面的示意俯視圖。
第2A圖係以圖解描述經由根據本發明之教示在該表面上提供之過渡區域而在根據本發明之一實施例的實踐法，在射入鏡片之表面上的波前內所誘發之相促進。
第2B圖係以圖解描述經由根據本發明之教示在該表面上提供之過渡區域而在根據本發明之一實施例的實踐法，在射入水晶體之表面上的波前內所誘發之相延緩。
第3圖係以圖解描述根據本發明之一實施例的水晶體之至少一表面的輪廓可藉基礎輪廓及輔助輪廓的疊置而表示特徵。
第4A-4C圖提供用於適於不同瞳孔大小之根據本發明之一實施例的假設性水晶體之以計算測得之跨焦MTF圖表。
第5A-5F圖提供用於根據本發明之某些實施例之假設性水晶體的以計算測得之跨焦MTF圖表，其中各水晶體具有一可藉能定義過渡區域之基礎輪廓與輔助輪廓而表示特徵之表面，其中相對於其它水晶體內各別光程差異(OPD，該過渡區域可在該輔助輪廓之內及外區域之間提供不同的OPD。
第6圖為根據本發明之另一實施例之IOL的示意橫斷面圖。
第7圖係以圖解描述該前表面之輪廓的特徵為包括雙階梯過渡區域之基礎輪廓及輔助輪廓的疊置，及
第8圖代表用於根據本發明之一實施例之具有雙階梯過渡區域的假設性水晶體之以計算測得的跨焦單色MTF圖表。
1．．．固定構件
2．．．固定構件
10．．．人工水晶體(IOL)
12．．．光件
14．．．前表面
16．．．後表面
OA．．．光軸

Claims (14)

  1. 一種單聚焦眼內水晶體，其包含具有一前表面及後表面配置在光軸附近之光件，該等表面中至少一者為複曲面性，且該等表面中至少一者包含具有一標稱光功率的至少一內折射區域，具有一標稱光功率的至少一外折射區域，及一設置在該等內折射區域與外折射區域之間的折射過渡區域，該過渡區域係自其之一內徑向邊界延伸至一外徑向邊界，其中該過渡區域係適於使一其上之入射輻射相自該內邊界至該外邊界單調地變化，以便在該等外邊界與內邊界之間產生相移，其特徵在於一在可見光譜中之設計波長之經選擇非整數分數，使得在該內折射區域中之一第一部分的進入波前及在該外折射區域中之一第二部分的進入波前收斂以產生一與該標稱光功率不同之有效光功率而藉此建立一聚焦深度。
  2. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中該過渡區域係適於提供相對於該內區域的該外邊界之光程差異的單調變化，其係作為距該光軸之漸增徑向距離之函數。
  3. 如申請專利範圍第2項之單聚焦眼內水晶體，其中該單調變化係以相對於一折射表面的表面高度Ztps之線性變化為特徵並定義該標稱光功率如下：其中： r1表示該過渡區域之內徑向邊界，r2表示該過渡區域之外徑向邊界，且其中：△係藉以下關係式而定義： 其中：n1表示形成該光件之材料的折射率，n2表示當定位成使用時或在眼睛上時，包圍該光件之介質的折射率，λ表示設計波長，且α表示經選擇非整數分數。
  4. 如申請專利範圍第2項之單聚焦眼內水晶體，其中該單調變化係以一藉由一或多個高丘分開的連續線性變化為特徵，且其中相對於一折射表面的表面高度Zaux之變化係定義該標稱光功率如下：其中： 其中：r表示離該水晶體之光軸的徑向距離，r1a表示該過渡區域之第一實質上線性部份的內徑；r1b表示該第一線性部份之外徑，r2a表示該過渡區域之第二實質上線性部份的內徑，且r2b表示該第二實質上線性部份之外徑，且其中△1及△2各可根據以下關係式而定義： and 其中：n1表示形成該光件之材料的折射率，n2表示包圍該光件之介質的折射率，λ表示設計波長，α1表示第一非整數分數，且α2表示第二非整數分數，該第一及第二非整數分數的總和為該經選擇非整數分數。
  5. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中該經選擇非整數分數小於1。
  6. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中該經選擇非整數分數大於1。
  7. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中該過渡區域包含一環形區域。
  8. 如申請專利範圍第7項之單聚焦眼內水晶體，其中該環形區域具有小於1毫米的徑向寬度。
  9. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中該至少一表面具有在1毫米至5毫米之範圍內的徑向直徑。
  10. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中該設計波長為550奈米。
  11. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中該光件具有一跨焦調變函數，該跨焦調變函數對於在1.5毫米至6毫米之間之孔徑大小範圍的至少一部分相對於該光件之聚焦平面呈不對稱。
  12. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中有效光功率係以對於在1.5毫米至6毫米之間之範圍內之孔徑大小且具設計波長之光件的一跨焦調變函數之峰值為特徵。
  13. 如申請專利範圍第12項之單聚焦眼內水晶體，其中視野深度的特徵為在該跨焦調變轉移函數內於15%對比度下的全寬。
  14. 如申請專利範圍第1項之單聚焦眼內水晶體，其中該有 效功率相對於該標稱光功率之差異係在0.25D與1.75D之間。
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