WO2022117841A1 - Ophthalmische linse und verfahren zum designen einer ophthalmischen linse - Google Patents

Ophthalmische linse und verfahren zum designen einer ophthalmischen linse Download PDF

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WO2022117841A1
WO2022117841A1 PCT/EP2021/084216 EP2021084216W WO2022117841A1 WO 2022117841 A1 WO2022117841 A1 WO 2022117841A1 EP 2021084216 W EP2021084216 W EP 2021084216W WO 2022117841 A1 WO2022117841 A1 WO 2022117841A1
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waveform
ophthalmic lens
diffractive
lens
asymmetry
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PCT/EP2021/084216
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Mario Gerlach
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Carl Zeiss Meditec Ag
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/14—Eye parts, e.g. lenses, corneal implants; Implanting instruments specially adapted therefor; Artificial eyes
    • A61F2/16—Intraocular lenses
    • A61F2/1613—Intraocular lenses having special lens configurations, e.g. multipart lenses; having particular optical properties, e.g. pseudo-accommodative lenses, lenses having aberration corrections, diffractive lenses, lenses for variably absorbing electromagnetic radiation, lenses having variable focus
    • A61F2/1654—Diffractive lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • G02C7/04—Contact lenses for the eyes
    • G02C7/041—Contact lenses for the eyes bifocal; multifocal
    • G02C7/042—Simultaneous type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C2202/00—Generic optical aspects applicable to one or more of the subgroups of G02C7/00
    • G02C2202/20—Diffractive and Fresnel lenses or lens portions

Definitions

  • the present invention relates to an ophthalmic lens and a method of designing an ophthalmic lens.
  • the invention is thus in particular in the field of ophthalmic lenses, in particular in the field of contact lenses and intraocular lenses.
  • Ophthalmic lenses typically have a lens body which, due to its nature, produces a refractive effect. It is also known in the prior art to provide ophthalmic lenses with diffractive structures in order to additionally equip the ophthalmic lens with a diffractive effect. For example, the use of diffractive structures with a sinusoidal profile to produce multifocal ophthalmic lenses or lenses with increased depth of field, so-called enhanced depth of focus lenses (abbreviated to: EDoF lenses) is known in the prior art and is used in commercial products to use. For example, the Israeli company Holo Or used sinusoidal diffraction profiles for trifocal contact lenses.
  • EDoF lenses enhanced depth of focus lenses
  • Sinusoidal diffractive structures have the property that they produce a mirror-symmetrical intensity distribution in the order of diffraction around the zeroth, provided that polychromatic effects and the material dispersion of the lens body are not taken into account.
  • Ophthalmic lenses are also known from publication WO 2020/053864 A1, which have a curve deviating from a sinusoidal shape in individual periods of the diffractive structure.
  • One embodiment of the invention relates to an ophthalmic lens comprising a lens body with a predetermined refractive power and an annular, diffractive structure.
  • the ring-shaped, diffractive structuring has a waveform in the radial direction, which differs from a waveform that is sinusoidal with the square of the radius due to asymmetry and/or flattening and/or the periodicity. Furthermore, the asymmetry and/or flattening and/or periodicity is constant over the entire radial progression of the waveform or is formed with a strictly monotonic change.
  • a further embodiment of the invention relates to a method for designing an ophthalmic lens comprising a lens body with a predetermined refractive power and an annular, diffractive structuring.
  • the design is carried out in such a way that the ring-shaped, diffractive structuring has a waveform in the radial direction that differs from a waveform that is sinusoidal with the square of the radius due to asymmetry and/or flattening and/or the periodicity, and that the asymmetry and /or flattening and/or periodicity over the entire radial progression of the waveform is constant or formed with a strictly monotonic change.
  • an ophthalmic lens is in particular a lens which is provided for the correction of ametropia in a human being or an animal.
  • the ophthalmic lens can be designed as a contact lens or an intraocular lens (IOL).
  • IOL intraocular lens
  • the lens body is that part of the lens that provides a refractive effect due to its shape and material composition.
  • the lens body can have a predetermined refractive index and/or a predetermined thickness and/or predetermined radii of curvature on its surface.
  • the predetermined refractive power is that refractive power which is defined by the choice of the parameters mentioned for the lens.
  • the predetermined refractive power can be unchangeable, in particular for a lens be, ie the eye has no way of changing the refractive power of the lens. This is particularly the case with contact lenses.
  • IOLs can have a fixed focal length with a predetermined, unchanging refractive power.
  • a radius squared sinusoidal waveform is one that exhibits a sinusoidal shape when plotting the waveform's amplitude versus radius squared, ie versus radius squared or r 2 .
  • a waveform does not show a sinusoidal shape when plotted against the (linear) radius, but only when the amplitude curve is considered against the square radius.
  • a waveform that deviates from a sinusoidal square of the radius in terms of asymmetry and/or flattening and/or periodicity is not a sinusoidal waveform with the square of the radius.
  • the term “radial progression” is within the scope of the invention only to be understood as an indication of direction, unless explicitly stated otherwise. Accordingly, a periodicity with r 2 can also be inherent in a radial progression of a waveform, unless explicitly stated otherwise.
  • the annular, diffractive structuring is a structure which is arranged in and/or on the lens body and brings about a diffractive effect.
  • the diffractive structuring can be applied to or in the lens by milling, engraving, laser engraving, a turning process, a molding technique (for example by polymerization in a master mold) and/or another form of processing.
  • the diffractive structuring optionally has a different transparency and/or a different refractive index locally than the medium surrounding the lens body. Due to the topographical modulation of the surface of the lens body, the diffractive structuring brings about optical path length differences or phase differences of light beams which pass through the diffractive structure at different radial positions.
  • the diffractive structuring is ring-shaped means that the diffractive structuring extends in the form of one or more closed rings on and/or in the lens body.
  • the annular, diffractive structure does not necessarily have to extend over the entire lens body or over an entire surface of the lens body, although this is possible according to optional embodiments. According to other embodiments, the diffractive structuring only extends over a partial area of the lens body.
  • the fact that the waveform has an asymmetry means that periods of the waveform and/or individual periods of the waveform with the square of the radius cannot be converted into themselves by mirroring, for example at a local maximum of the waveform.
  • the asymmetry can be formed in particular in flanks of different steepness, which run towards or away from a local maximum. In the context of this invention, the asymmetry has to be present relative to the square of the radius, so that the asymmetry is asymmetrical relative to a waveform that is sinusoidal with the square of the radius.
  • the flattening of the waveform is to be understood as a progression of the waveform that deviates from a sinusoidal shape with the square of the radius, which can be characterized in particular by steeper flanks and a flatter area around the local maxima.
  • the flattening can result in the waveform having an almost square shape, which is characterized by very steep flanks and a flat area extending almost half a period length.
  • the flattening may come about through the significant involvement of higher harmonics of an underlying baseline sinusoid.
  • the periodicity characterizes the regularity of the waveform. However, there does not have to be a strict periodicity in the mathematical sense. Rather, the periodicity can also change over the radial progression of the waveform, for example by making the period length shorter or longer.
  • the periodicity also does not have to be given in relation to the (linear) radius of the lens body, but can also be present in relation to a higher or lower power of the radius, for example.
  • the waveform can be periodic to the square of the radius, i.e. plotting the waveform against the squared radius results in a periodic course, while plotting against the (linear) radius shows a decreasing period length.
  • the power of the radius with which the periodicity is present does not necessarily have to be an integer.
  • the asymmetry and/or the flattening and/or the periodicity changes in a strictly monotonous manner over the entire radial progression of the waveform in that the asymmetry and/or the flattening and/or the periodicity continuously increases or decreases over the radial profile, more precisely in the profile with r 2 .
  • this precludes the asymmetry and/or the flattening and/or the periodicity from changing abruptly in the radial direction.
  • the strictly monotonic change in the asymmetry and/or the flattening is expressed as a strictly monotonic increase or a strictly monotonic decrease in the asymmetry or flattening.
  • the strictly monotonous change in the periodicity is also pronounced as a period length of the waveform that increases or decreases in the radial direction.
  • the amplitude of the waveform can optionally also change strictly monotonically over the entire radial course of the waveform.
  • Embodiments according to the invention offer the advantage that degrees of freedom are provided, by means of which the intensity distribution of the diffracted light can be adapted to the different orders of diffraction.
  • the invention offers the advantage that the diffraction intensity in the negative diffraction orders can be increased and in this way an at least partial adjustment of the polychromatic diffraction efficiency of the negative diffraction orders to the polychromatic diffraction efficiency of the positive diffraction orders can be achieved.
  • the polychromatically summed or integrated diffraction efficiency is regarded as the polychromatic diffraction efficiency. While in the positive diffraction orders the diffractive dispersion, i.e.
  • the material dispersion of the lens body i.e. the material-related wavelength dependency of the refractive index of the lens body, is in the opposite direction and at least partially compensates for this, for the negative diffraction orders the diffractive dispersion and the material dispersion rectified and amplify in this way.
  • This can be counteracted according to the invention by increasing the diffraction efficiency for the negative diffraction orders or at least for the first negative diffraction order.
  • the invention offers the advantage that multifocal lenses, such as trifocal lenses, can be provided in which the diffraction efficiency of the negative and in particular the first negative diffraction order has a comparable or better diffraction efficiency than the zeroth or first positive diffraction order.
  • multifocal lenses such as trifocal lenses
  • the diffraction efficiency of the negative and in particular the first negative diffraction order has a comparable or better diffraction efficiency than the zeroth or first positive diffraction order.
  • the invention offers the advantage that the degrees of freedom provided can also be used to improve monofocal ophthalmic lenses in that the depth of focus can be increased.
  • the range in which the user of the ophthalmic lens can see clearly with the lens can be increased, and thus the patient's satisfaction with the lens can be improved.
  • the polychromatic diffraction efficiency can be adjusted through the degrees of freedom in such a way that, for example, an overlapping polychromatic diffraction intensity of the zeroth, first positive and first negative diffraction order can be used to achieve an effect that increases the depth of field compared to conventional monofocal lenses offers.
  • the entire waveform of the ring-shaped, diffractive structuring has a continuously differentiable course in the radial direction.
  • the ring-shaped, diffractive structuring has no steps or jumps in the radial direction.
  • the annular, diffractive structuring is optionally arranged on a surface of the lens body.
  • the ring-shaped, diffractive structuring can be embossed and/or worked into a surface, for example by engraving and/or a corresponding shaping during casting and/or injection molding of the lens body.
  • an annular, diffractive structuring can be provided inside the lens body. For example, this can be achieved by local changes in the transparency and/or the refractive index inside the lens body by irradiation with a laser. Depending on the type of production, the type of attachment that appears most suitable can be used.
  • the refractive power of the lens body is at least partially spherical, aspheric, or toric. This offers the advantage that the refractive power of the lens body can be adjusted for the desired use of the zeroth diffraction order and tailored to the needs of the user.
  • the annular, diffractive structuring is optionally formed concentrically around an optical axis of the ophthalmic lens. This offers the advantage that the desired imaging performance occurs along the optical axis and any imaging errors can be reduced or even completely avoided.
  • asymmetry is pronounced in such a way that in the respective periods of the waveform the average and/or maximum amount of slope of a rising edge differs from the average or maximum amount of slope of a falling edge.
  • the two edges of the periods of the waveform are formed differently. This offers a degree of freedom by means of which an efficient possibility for the optimization of the polychromatic diffraction efficiency of the individual diffraction orders can be adapted.
  • the asymmetry is pronounced such that in the respective periods of the waveform, the maximum slope of the falling edge is greater than the maximum slope of the rising edge.
  • This offers the advantage that in particular multifocal lenses can be provided in which the polychromatic diffraction intensity of the first negative diffraction order is equal to or even greater than the polychromatic diffraction intensity of the zeroth or first positive diffraction order. Accordingly, this is particularly suitable for the provision of lenses that have a particularly good imaging performance for the enable distant vision.
  • the ratio of the maximum amount of the slope of the falling edge to the maximum amount of the slope of the rising edge is at least 1.5. In other words, the falling edge is at least 1.5 times steeper than the rising edge.
  • the ophthalmic lens is optionally designed to be multifocal, in particular trifocal.
  • the annular, diffractive structuring is therefore optionally designed in such a way that at least one negative diffraction order of the annular, diffractive structuring has a greater polychromatic diffraction efficiency than the zeroth diffraction order and/or the first positive diffraction order.
  • the asymmetry is pronounced in such a way that in the respective periods the maximum amount of the slope of the rising edge is greater than the maximum amount of the slope of the falling edge.
  • This is particularly advantageous for monofocal lenses with an increased depth of field, so-called enhanced-depth-of-focus lenses, as this enables the provision of a wide polychromatic diffraction intensity, which extends over the first negative and zeroth diffraction order and optionally the first positive diffraction order and on This allows for a large depth of field.
  • the ratio of the maximum amount of the slope of the rising edge to the maximum amount of the slope of the falling edge is at least 1.5. This enables a particularly pronounced generation of a large depth of field.
  • the ring-shaped, diffractive structuring which is designed such that the polychromatic diffraction efficiency of at least one negative diffraction order of the ring-shaped, diffractive structuring is at least 75% of the diffraction efficiency of the zeroth diffraction order and/or the first positive diffraction order. This favors the overlap of the polychromatic diffraction intensities of the first negative and zeroth and optionally the first positive diffraction order and thus the provision of a large depth of field.
  • FIGS. 1A and 1B show an ophthalmic lens in schematic representations in plan view and in a cross-sectional view
  • FIGS. 2A and 2B show the wavy height profile of the diffractive structuring of the lens from FIGS. 1A and 1B;
  • FIGS. 3A to 3C show a further representation of the wavy course of the diffractive structuring
  • Figures 4A and 4B show the polychromatic diffraction efficiency of the lens according to the first optional embodiment
  • Figures 5A and 5B show the phase profile and monochromatic diffraction intensity versus added diffractive power
  • FIGS. 7A and 7B show an ophthalmic lens according to a further optional embodiment
  • FIGS. 8A and 8B show the course and the height profile of the wavy diffractive structuring according to the second optional embodiment
  • FIGS. 9A to 9C show a further representation of the wavy course of the diffractive structuring
  • FIGS. 10A and 10B show the polychromatic diffraction efficiency of the lens according to the second optional embodiment
  • Figures 11A to 11D show the phase profile and monochromatic diffraction intensity
  • FIGS. 12A to 12D show the influence of various parameters on the course of the waveform of the diffractive structuring.
  • FIGS. 1A and 1B show an ophthalmic lens 10 in schematic representations in plan view (FIG. 1A) and in a cross-sectional view (FIG. 1B).
  • the ophthalmic lens 10 is designed as a multifocal intraocular lens (IOL).
  • the lens 10 has a lens body 12, which has a refractive effect due to its material properties, in particular its refractive index, and its shape.
  • the lens 10 On the front side 12a of the lens body 12, the lens 10 has a diffractive structuring 14, as a result of which the lens 10 also has a diffractive effect in addition to the refractive effect.
  • the diffractive structuring has a wavy design, with the structuring having a wavy depth profile in the radial direction. It should be noted that these are only schematic representations in which the waveform of the diffractive Structuring is shown exaggerated for better identification. In actual configurations, the amplitude and also the period of the waveform can be made significantly smaller and more delicate in comparison to the dimensions of the lens body 12 .
  • the diffractive structuring 14 is ring-shaped, with the rings 14a of the diffractive structuring 14 running concentrically around the optical axis 12b of the lens 10 .
  • the waveform deviates from a waveform that is sinusoidal with the square of the radius in that the waveform is periodic in the radial direction of the lens body relative to the linear radius of the lens body 12 and the individual periods, i.e. the sections from one local maximum to the next local maximum, are asymmetrical have history.
  • the graphs in Figures 2A and 2B show the wavy height profile of the diffractive structuring 14 of the lens 10 from Figures 1A and 1B.
  • the height profile is given on the vertical axis relative to the otherwise smooth surface of the front side 12a of the lens body 12 in micrometers .
  • the height profile of the unstructured front side 12a or surface of the lens body 12 represents a base line, which was subtracted from the overall profile of the height contour to create the graphs shown, so that the wavy profile of the diffractive structuring 14 in the radial direction is unaffected by the curvature of the front side 12a of the lens body 12 can be seen.
  • FIG. 2A the course of the diffractive structuring is plotted as a function of the (linear) radius r, ie the linear radius r in millimeters starting from the optical axis 12b of the lens 10 is plotted on the horizontal axis.
  • FIG. 2B on the other hand, the wavy curve is given as a function of the square of the radius r, ie the square of the radius r 2 is given in mm 2 on the horizontal axis.
  • the diffractive structuring 12 of the lens body 12 runs periodically along the radial direction with the square of the radius. This means that when plotted against r 2 , the course has a periodicity so that the local maxima are equally spaced. A period is shown as an example in Figure 2B and marked with the Reference numeral 1000 provided. If, on the other hand, the wavy course is viewed linearly, ie in a plot against the linear radius r, as indicated in FIG. 1, the local maxima are not arranged equidistantly, but are compressed with increasing radius. Nevertheless, the individual sections of the curve from one maximum to the next maximum are referred to as a "period" for the sake of simplicity.
  • the periodicity of the wavy course of the diffractive structuring 14 formed with the square of the radius offers the advantage that a stronger diffractive effect can be achieved in the radially outer areas than in the radially inner areas and in this way a focusing of the incident and diffracted light can be achieved.
  • the periodicity with the square of the radius means that between the individual rings 14a of the ring-shaped, diffractive structuring 14 approximately the same surface areas are formed.
  • Figures 2A and 2B further illustrate that the waveform has asymmetry and therein deviates from a sinusoidal waveform.
  • the falling flank i.e. those flanks that lead away from a local maximum, is steeper than the rising flanks that lead to a local maximum. This allows the diffraction intensity of the individual diffraction orders to be changed and in particular the diffraction intensity of the first negative diffraction order to be increased and the diffraction intensity of the first positive diffraction order to be reduced.
  • FIGS. 3A to 3C show a more detailed representation of the wavy course of the diffractive structuring 14 plotted against the square of the radius r 2 .
  • 3A corresponds to the course of the wave-shaped profile, as in FIG. 2B, FIG. 3B to the first derivation (in the unit mm/mm) according to the radius and FIG. 3C to the amount of the first derivation (correspondingly also in the unit mm/mm).
  • the individual periods are identified as Z1 to Z5. As a precaution, it is pointed out that only part of the waveform is shown and the actual waveform can have significantly more than five periods.
  • the vertical dashed lines 1002 and 1004 which extend across all three graphs, mark those points at which the falling edge (line 1002) and the rising edge (line 1004) have the respective maximum slope in the period Z1. It can be seen in particular in the graph in FIG. 3C that, according to the embodiment shown, the amount of the slope of the falling edge is significantly greater than the amount of the slope of the rising edge. For further clarification, the numerical values are given, the slope of the falling flanks being 0.03 mm/mm and the slope of the rising flank being 0.0087 mm/mm. In this embodiment, the slope of the falling flank is therefore significantly greater than the slope of the rising flank, the ratio being approximately 3.45.
  • the ratio is approximately 3.07. Accordingly, all periods have an asymmetry, the asymmetry not being the same for all periods but being subject to a strictly monotonic change, namely a strictly monotonic decrease. As a result, a distribution of the diffraction intensity between the diffraction maxima that is advantageous for the multifocal IOL can be achieved, so that the polychromatic diffraction intensity for the first negative diffraction order is greater than the zeroth and the first positive diffraction order, even if the material dispersion of the lens body 12 is also taken into account.
  • the polychromatic diffraction efficiency for the lens 10 described in Figures 1A to 3C is shown in Figures 4A and 4B in arbitrary units, with Figure 4A showing the polychromatic diffraction order without taking into account the material dispersion of the lens body 12 and Figure 4B the polychromatic diffraction order taking into account the material dispersion of the lens body 12 represents.
  • the latter is decisive for the optical performance of the lens.
  • the horizontal axis indicates the added diffractive power in dioptres (Add Power) by which the refractive power of the lens body is changed by the diffractive power.
  • the zeroth diffractive order, reflecting the unaltered refractive power of the lens body accordingly has an added diffractive power of zero diopters.
  • the positive diffractive orders have a positive added diffractive power because they direct the incident light toward the optical axis of the lens 10 bend and increase the refractive effect of the (convex) lens body 12 accordingly.
  • the negative diffractive orders have a negative added diffractive power since they reduce the effective refractive power of the lens 10 since the diffractive power counteracts the refractive power of the lens body 12 .
  • the first negative order of diffraction has an added diffractive power of approximately ⁇ 1.3 dioptres and the first positive diffractive order has an added diffractive power of approximately +1.3 diopters.
  • the diffractive structuring with the properties as explained with reference to the previous figures leads to the polychromatic diffraction intensity of the first negative diffraction order being significantly greater than the polychromatic diffraction intensity of the zeroth and first positive diffraction order.
  • the lens according to the explained optional embodiment it can be achieved that the polychromatic diffraction intensity of the first negative diffraction order is greater than the polychromatic diffraction intensity of the zeroth and the first positive diffraction order, also taking into account the material dispersion.
  • a lens according to the embodiment explained offers the advantage that the greatest polychromatic diffraction intensity can be achieved in particular in the first negative diffraction order, i.e.
  • Figures 5A through 5D show the phase profile (as a function of linear radius) and monochromatic diffraction intensity as a function of added diffractive power (in diopters), respectively, without accounting for material dispersion.
  • Figures 5C and 5D show the phase profile (as a function of linear radius) and monochromatic diffraction intensity as a function of added diffractive power (in diopters), respectively, taking into account material dispersion. From this it can be seen that in order to optimize the optical performance of a lens 10, the material dispersion of the lens body must also be taken into account in order to achieve the best possible result.
  • the representation corresponds to that from FIGS. 3A to 3C, but in an embodiment for a lens with a different refractive index.
  • FIGS. 3A to 3C In the graphs it can be seen that the ratio of the magnitudes of the falling edges relative to the magnitudes of the rising edges is 3.54 and 3.0 for periods Z1 and Z5, respectively. Accordingly, variations in the asymmetry can be advantageous for the adaptation to the respective refractive index.
  • FIGS. 7A and 7B show an ophthalmic lens 10 according to a further optional embodiment of the invention, the lens 10 being designed as a monofocal intraocular lens (IOL) with an increased depth of field.
  • IOL intraocular lens
  • EDoF enhanced depth of focus
  • this lens 10 also has a lens body 12 with a refractive effect, as well as an annular, diffractive structuring 14 attached to the front side 12a of the lens body 12, which has several concentrically around the optical axis of the lens 10 running rings 14a.
  • the illustrations shown here are also of a purely schematic nature and, in particular, the dimensions of the diffractive structuring are shown greatly enlarged relative to the lens body.
  • the diffractive structuring 14 is optimized in terms of its periodicity, the change in periodicity, the asymmetry and the flattening in such a way that the optical properties of the diffractive structuring 14 the depth of field achievable with the lens 10 compared to a lens with regular, ring-shaped, diffractive structuring increased with a sinusoidal course.
  • the course or the height profile of the wavy diffractive structuring 14 is plotted relative to the course of the otherwise smooth surface 12a of the lens body 12, which represents a subtracted base line, starting radially from the optical axis 12a of the lens 10 (in micrometres), the linear radius r being plotted on the horizontal axis in FIG. 8A and the square radius r 2 in FIG. 8B.
  • the periodicity of the waveform of the diffractive structuring is subject to a strictly monotonous change both in the plot against the linear radius r and in the plot against the square radius r 2 .
  • the periodicity in the radial direction decreases with increasing radius, so that the waveform is increasingly compressed.
  • the strictly monotonous change in the periodicity offers the advantage that the depth of focus of the lens 10 can be increased.
  • FIG. 9A to 9C A closer look at the asymmetry of the waveform of the radial course of the diffractive structuring 14 is shown in Figures 9A to 9C, which, corresponding to Figures 3A to 3C, show the course of the waveform against r 2 ( Figure 9A), the first derivation after the radius in mm /mm ( Figure 9B) and the magnitude of the first derivative in mm/mm.
  • the dashed vertical lines 1002 to 1008 identify those points at which the waveform has the points that locally have the slope with the greatest magnitude.
  • the rising flanks ie the subsections that run towards a maximum, have a slope with a greater absolute value than the falling flanks, which run away from a maximum.
  • the falling edge has a maximum Incline with the amount 0.0024 mm / mm and the rising edge has a maximum incline with the amount 0.0047, which are thus in the ratio of 1: 1, 96 to each other.
  • the falling flank has a maximum gradient of 0.0018 mm/mm and the rising flank has a maximum gradient of 0.0041 mm/mm, which are therefore in a ratio of 1:2.28 to one another .
  • the asymmetry or the ratio of the gradients is also subject to a strictly monotonous change within the respective period, which contributes to providing the increased depth of field.
  • the polychromatic diffraction efficiency (in arbitrary units) resulting from the diffractive structuring 14 of the lens 10 according to the second optional embodiment is shown without taking into account the material dispersion of the lens body ( Figure 10A) and taking into account the material dispersion of the lens body 12 ( Figure 10B ) plotted against added diffraction power (in diopters). It can be seen in FIG. 10A that the diffraction intensity of the first positive diffraction order is approximately 0.32, the diffraction intensity of the zeroth diffraction order is approximately 0.3 and the diffraction intensity of the first negative diffraction order is approximately 0.2. Without considering the material dispersion (FIG.
  • the individual orders of diffraction are clearly separated from one another.
  • the material dispersion of the lens body 12 there is a significant superimposition of the diffraction orders, so that there is an approximately 2 diopter wide range of diffraction intensities around the zeroth diffraction order, which provides the lens with a greatly increased depth of field compared to a conventional monofocal lens.
  • Figures 11A and 11B show the phase profile (versus linear radius) and monochromatic diffraction intensity versus added diffractive power in diopters, respectively, without considering material dispersion for the lens 10 according to the second optional embodiment.
  • Figures 11C and 11D show the phase profile (as a function of the linear radius) and the monochromatic diffraction intensity as a function of the added diffractive power in diopters, each taking into account the material dispersion. It can be seen that for optimizing the optical performance of a lens 10, the Material dispersion of the lens body must also be taken into account in order to achieve the best possible result.
  • a regularly symmetrical shape of a sinusoidal profile is changed towards an asymmetrically undulated structure.
  • the asymmetry in the diffraction profile that can be achieved in this way allows the asymmetry already explained above with regard to the diffraction efficiencies of the different diffraction orders in relation to the zeroth diffraction order to be achieved, which provides one or more degrees of freedom for the design of lenses, for example for the design of far-dominant intensity distributions for multifocal intraocular lenses.
  • FIG. 12A The effect of varying the shape factor sf(r), which affects the flattening of the wave profile, is shown in Figure 12A.
  • An amplitude profile of the waveform (in arbitrary units) is plotted against the square radius r 2 for different values of the shape factor sf(r).
  • the shape factor sf(r) can vary strictly monotonically with radius
  • the waveform for a radius-independent shape factor is shown in Figure 12A for the sake of clarity.
  • Figure 12B shows an amplitude profile of the waveform (in arbitrary units) versus squared radius r 2 for various values of the asymmetry parameter ⁇ (r).
  • the asymmetry parameter ⁇ (r) may vary strictly monotonically with radius
  • the waveform for a radius independent parameter of asymmetry is shown in Figure 12A for clarity.
  • Increasing values of the parameter for asymmetry ß have an increasingly strong influence on the asymmetry of the waveform, so that the flanks of the waveform increase deviate strongly from a mirror-symmetrical course with regard to the local maximum.
  • Figure 12C shows an amplitude profile of the waveform (in arbitrary units) versus the squared radius r 2 for different values of the parameter sync, which defines the periodicity.
  • FIG. 12C illustrates how the parameter sync can be used to achieve the periodicity of the waveform and in particular a strictly monotonic variation of the periodicity of the waveform.
  • the arrow 1010 illustrates the increasing distortion of the waveform as the sync parameter increases.
  • FIG. 12D shows an amplitude profile of the waveform (in arbitrary units) versus the squared radius r 2 for different values of the parameter ⁇ 0, which indicates the lateral phase shift. Varying this parameter correspondingly radially offsets the periodic waveform without affecting its wavelength, flattening, and asymmetry. In other words, a variation in the parameter ⁇ 0 represents a shift in the waveform in the radial direction.
  • the arrow 1010 illustrates the increasing lateral shift in the waveform as the ⁇ d increases.
  • Lens body 12a Front side or surface of the lens body

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Abstract

Ausführungsformen betreffen eine ophthalmische Linse (10) umfassend einen Linsenkörper (12) mit einer vorbestimmten refraktiven Wirkung und einer ringförmigen, diffraktiven Strukturierung (14), wobei die ringförmige, diffraktive Strukturierung (14) in radialer Richtung eine Wellenform aufweist, die sich durch eine Asymmetrie bzw. Änderung der Flankensteilheit Abflachung und/oder die Periodizität von einer sinusförmigen Wellenform unterscheidet, und wobei die Asymmetrie und/oder Abflachung und/oder Periodizität über den gesamten radialen Verlauf der Wellenform konstant oder mit einer streng monotonen Änderung ausgebildet ist. Weitere Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Designen einer ophthalmischen Linse (10).

Description

Ophthalmische Linse und Verfahren zum Designen einer ophthalmischen Linse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine ophthalmische Linse und ein Verfahren zum Designen einer ophthalmischen Linse. Die Erfindung liegt somit insbesondere auf dem Gebiet ophthalmischen Linsen, insbesondere auf dem Gebiet der Kontaktlinsen und Intraokularlinsen.
Ophthalmische Linsen weisen typischerweise einen Linsenkörper auf, welcher durch seine Beschaffenheit eine refraktive Wirkung erzeugt. Im Stand der Technik ist es außerdem bekannt, ophthalmische Linsen mit diffraktiven Strukturen zu versehen, um die ophthalmische Linse zusätzlich mit einer diffraktiven Wirkung auszustatten. So ist beispielsweise die Verwendung von diffraktiven Strukturen mit einem sinusförmigen Profilverlauf zur Erzeugung von multifokalen ophthalmischen Linsen oder Linsen mit vergrößerter Schärfentiefe, sogenannten Enhanced-Depth- of Focus-Linsen (abgekürzt als: EDoF-Linsen) im Stand der Technik bekannt und kommt in kommerziellen Produkten zum Einsatz. Beispielsweise wurden sinusförmige Diffraktionsprofile von der israelischen Firma Holo Or für trifokal wirkende Kontaktlinsen eingesetzt. Zudem werden sinusförmige Diffraktionsprofile vom Unternehmen VSY Biotechnology zur Realisierung der trifokalen presbyopiekorngierenden Linse ACRIVA TRINOVA verwendet. Sinusförmige diffraktive Strukturen weisen dabei die Eigenschaft auf, dass sie eine spiegelsymmetrische Intensitätsverteilung in den um die nullte Beugungsordnung hervorrufen, sofern polychromatische Effekte und die Matenaldispersion des Linsenkörpers unberücksichtigt bleiben.
Auch sind aus der Druckschrift WO 2020/053864 A1 ophthalmische Linsen bekannt, welche in einzelnen Perioden der diffraktiven Struktur einen von einer Sinusform abweichenden Verlauf aufweisen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die optischen Eigenschaften von ophthalmischen Linsen noch weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ophthalmische Linsen und Verfahren mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung angegeben.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine ophthalmische Linse umfassend einen Linsenkörper mit einer vorbestimmten refraktiven Wirkung und einer ringförmigen, diffraktiven Strukturierung. Dabei weist die ringförmige, diffraktive Strukturierung in radialer Richtung eine Wellenform auf, die sich durch eine Asymmetrie und/oder eine Abflachung und/oder die Periodizität von einer mit dem Quadrat des Radius sinusförmigen Wellenform unterscheidet. Ferner ist die Asymmetrie und/oder Abflachung und/oder Periodizität über den gesamten radialen Verlauf der Wellenform konstant oder mit einer streng monotonen Änderung ausgebildet.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Designen einer ophthalmischen Linse umfassend einen Linsenkörper mit einer vorbestimmten refraktiven Wirkung und einer ringförmigen, diffraktiven Strukturierung. Das Designen erfolgt dabei derart, dass die ringförmige, diffraktive Strukturierung in radialer Richtung eine Wellenform aufweist, die sich durch eine Asymmetrie und/oder eine Abflachung und/oder die Periodizität von einer mit dem Quadrat des Radius sinusförmigen Wellenform unterscheidet, und dass die Asymmetrie und/oder Abflachung und/oder Periodizität über den gesamten radialen Verlauf der Wellenform konstant oder mit einer streng monotonen Änderung ausgebildet ist.
Eine ophthalmische Linse ist dabei insbesondere eine Linse, welche für die Korrektur einer Fehlsichtigkeit bei einem Menschen oder einem Tier vorgesehen ist. Insbesondere kann die ophthalmische Linse als eine Kontaktlinse oder eine Intraokularlinse (IOL) ausgebildet sein. Im Folgenden werden die Begriffe „Linse“ und „ophthalmische“ Linse als Synonyme verwendet.
Der Linsenkörper ist dabei jener Teil der Linse, der aufgrund seiner Form und materiellen Beschaffenheit eine refraktive Wirkung bereitstellt. Dabei kann der Linsenkörper einen vorbestimmten Brechungsindex und/oder eine vorbestimmte Dicke und/oder vorbestimmte Krümmungsradien an dessen Oberfläche aufweisen. Die vorbestimmte refraktive Wirkung ist dabei jene refraktive Wirkung, welche durch die Wahl der genannten Parameter für die Linse festgelegt ist. Die vorbestimmte refraktive Wirkung kann insbesondere für eine Linse unveränderlich sein, d.h. dass das Auge keine Möglichkeit hat, die refraktive Wirkung der Linse zu ändern. Dies ist insbesondere bei Kontaktlinsen der Fall. Auch lOLs können eine feste Brennweite mit einer vorbestimmten, unveränderlichen refraktiven Wirkung aufweisen.
Eine mit dem Quadrat des Radius sinusförmige Wellenform ist eine solche Wellenform, welche bei einer Auftragung des Amplitudenverlaufs der Wellenform gegen das Quadrat des Radius, d.h. gegen den quadratischen Radius bzw. r2, eine Sinusform aufweist. Mit anderen Worten weist eine solche Wellenform keine Sinusform bei einer Auftragung gegen den (linearen) Radius auf, sondern nur dann, wenn der Amplitudenverlauf gegen den quadratischen Radius betrachtet wird. Eine Wellenform, die von einer mit dem Quadrat des Radius sinusförmigen hinsichtlich einer Asymmetrie und/oder einer Abflachung und/oder der Periodizität abweicht, stellt entsprechend keine mit dem Quadrat des Radius sinusförmige Wellenform dar. Der Begriff „radialer Verlauf“ ist im Rahmen der Erfindung lediglich als Richtungsangabe zu verstehen, sofern nicht explizit anders angegeben. Einem radialen Verlauf einer Wellenform kann demnach auch eine Periodizität mit r2 innewohnen, sofern nicht explizit anders angegeben.
Die ringförmige, diffraktive Strukturierung ist dabei eine Struktur, welche in und/oder an dem Linsenkörper angeordnet ist und eine diffraktive Wirkung herbeiführt. Beispielsweise kann die diffraktive Strukturierung durch ein Einfräsen, Gravieren, Lasergravieren, ein Drehverfahren, eine Abformtechnik (beispielsweise durch eine Polymerisation in einer Urform) und/oder eine andere Form der Bearbeitung an bzw. in der Linse angebracht werden. Die diffraktive Strukturierung weist dabei optional lokal eine andere Transparenz und/oder einen anderen Brechungsindex auf als das umgebende Medium des Linsenkörpers. Die diffraktive Strukturierung bewirkt durch die topographische Modulation der Oberfläche des Linsenkörpers optische Weglängenunterschiede bzw. Phasenunterschiede von Lichtstrahlen, welche an unterschiedlichen radialen Positionen die diffraktive Struktur passieren. Dass die diffraktive Strukturierung ringförmig ist, bedeutet dabei, dass die diffraktive Strukturierung sich in Form eines oder mehrerer geschlossener Ringe an und/oder in dem Linsenkörper erstreckt. Die ringförmige, diffraktive Struktur muss sich dabei nicht zwingend über den gesamten Linsenkörper bzw. über eine gesamte Oberfläche des Linsenkörpers erstrecken, wenngleich dies gemäß optionalen Ausführungsformen möglich ist. Gemäß anderen Ausführungsformen erstreckt sich die diffraktive Strukturierung nur über einen Teilbereich des Linsenkörpers. Dass die Wellenform eine Asymmetrie aufweist, bedeutet dabei, dass Perioden der Wellenform und/oder einzelne Perioden der Wellenform mit dem Quadrat des Radius nicht durch eine Spiegelung, beispielsweise an einem lokalen Maximum der Wellenform, in sich selbst überführt werden können. Die Asymmetrie kann insbesondere in unterschiedlich steil ausgebildeten Flanken ausgebildet sein, die auf ein lokales Maximum zulaufen bzw. davon wegführen. Die Asymmetrie hat dabei im Kontext dieser Erfindung gegenüber dem quadratischen Radius vorzuliegen, sodass die Asymmetrie gegenüber einer mit dem Quadrat des Radius sinusförmigen Wellenform asymmetrisch ist.
Die Abflachung der Wellenform ist dabei als eine von einer mit dem Quadrat des Radius vorliegenden Sinusform abweichende Verlaufsform der Wellenform zu verstehen, die sich insbesondere durch steilere Flanken und einen flacheren Bereich um die lokalen Maxima herum auszeichnen kann. In einer Extremform kann die Abflachung dazu führen, dass die Wellenform einen nahezu rechteckigen Verlauf aufweist, der durch sehr steile flanken und einen nahezu eine halbe Periodenlänge ausgedehnten flachen Bereich gekennzeichnet ist. Die Abflachung kann insbesondere durch die maßgebliche Involvierung von höheren harmonischen Schwingungen einer zugrundeliegenden Basis-Sinuskurve zustande kommen.
Die Periodizität kennzeichnet dabei die Regelmäßigkeit der Wellenform. Dabei muss jedoch keine strenge Periodizität im mathematischen Sinne vorliegen. Vielmehr kann sich die Periodizität auch über den radialen Verlauf der Wellenform ändern, indem beispielsweise die Periodenlänge kürzer oder länger wird. Die Periodizität muss auch nicht gegenüber dem (linearen) Radius des Linsenkörpers gegeben sein, sondern kann beispielsweise auch bezüglich einer höheren oder niedrigeren Potenz des Radius vorliegen. Beispielsweise kann die Wellenform periodisch zum Quadrat des Radius ausgebildet sein, d.h. dass sich bei einer Auftragung der Wellenform gegen den quadratischen Radius ein periodischer Verlauf ergibt, während sich bei einer Auftragung gegen den (linearen) Radius eine mit dem abnehmende Periodenlänge erkennen lässt. Die Potenz des Radius mit welchem die Periodizität vorliegt, muss nicht zwingend ganzzahlig sein.
Dass sich die Asymmetrie und/oder die Abflachung und/oder die Periodizität über den gesamten radialen Verlauf der Wellenform streng monoton ändert, bedeutet dabei, dass die Asymmetrie und/oder die Abflachung und/oder die Periodizität über den radialen Verlauf, genauer gesagt im Verlauf mit r2, stetig zu- oder abnimmt. Dies schließt insbesondere aus, dass sich die Asymmetrie und/oder die Abflachung und/oder die Periodizität in radialer Richtung sprunghaft ändern. Mit anderen Worten ist die streng monotone Änderung der Asymmetrie und/oder der Abflachung als eine streng monotone Zunahme oder eine streng monotone Abnahme der Asymmetrie bzw. Abflachung ausgeprägt. Demnach ist auch die streng monotone Änderung der Periodizität als eine in radialer Richtung zunehmende oder abnehmende Periodenlänge der Wellenform ausgeprägt. Zusätzlich zu einem oder mehreren der genannten Parameter, die sich streng monoton über den gesamten radialen Verlauf der Wellenform ändern, kann sich optional auch die Amplitude der Wellenform streng monoton über den gesamten radialen Verlauf der Wellenform ändern.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass Freiheitsgrade bereitgestellt werden, mittels welcher die Intensitätsverteilung des gebeugten Lichts in die verschiedenen Beugungsordnungen angepasst werden kann. Insbesondere bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Beugungsintensität in den negativen Beugungsordnungen erhöht werden kann und auf diese Weise eine zumindest teilweise Angleichung der polychromatischen Beugungseffizienz der negativen Beugungsordnungen an die polychromatische Beugungseffizienz der positiven Beugungsordnungen erzielt werden kann. Als polychromatische Beugungseffizienz wird dabei die polychromatisch summierte bzw. integrierte Beugungseffizienz angesehen. Während bei den positiven Beugungsordnungen die diffraktive Dispersion, d.h. die Abhängigkeit der optischen Weglänge von der Wellenlänge des einfallenden Lichts, der Materialdispersion des Linsenkörpers, d.h. der materialbedingten Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex des Linsenkörpers, entgegengerichtet ist und diese zumindest teilweise kompensiert, sind für die negativen Beugungsordnungen die diffraktive Dispersion und die Materialdispersion gleichgerichtet und verstärken sich auf diese Weise. Dem kann erfindungsgemäß entgegengewirkt werden, indem die Beugungseffizienz für die negativen Beugungsordnungen oder zumindest für die erste negative Beugungsordnung erhöht wird. Um trotz der Überlagerung der diffraktiven Dispersion und der Materialdispersion dennoch eine polychromatische Beugungseffizienz für die erste negative Beugungsordnung und/oder andere negative Beugungsordnungen zu erzielen, die vergleichbar zur oder gar besser als die polychromatische Beugungseffizienz der nullten oder ersten positiven Beugungsordnung ist.
Demnach bietet die Erfindung den Vorteil, dass multifokale Linsen, wie etwa trifokale Linsen, bereitgestellt werden können, bei denen die Beugungseffizienz der negativen und insbesondere der ersten negativen Beugungsordnung eine vergleichbare oder bessere Beugungseffizienz aufweisen als die nullte oder erste positive Beugungsordnung. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer ophthalmischen Linse, insbesondere einer IOL oder einer Kontaktlinse, welche eine verbesserte Abbildungsleistung im Fernbereich aufweisen, wofür typischerweise die erste negative Beugungsordnung verwendet wird. Dadurch kann der Tragekomfort gesteigert werden, da dieser typischerweise durch die Abbildungsleistung für die Fernsicht am meisten geprägt wird.
Zudem bietet die Erfindung den Vorteil, dass mittels der bereitgestellten Freiheitsgrade auch monofokale ophthalmische Linsen dahingehend verbessert werden können, dass die Schärfentiefe vergrößert werden kann. Dadurch kann der Bereich, in dem der Benutzer der ophthalmischen Linse mit der Linse scharf sehen kann, vergrößert werden und somit die Zufriedenheit des Patienten mit der Linse verbessert werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass durch die Freiheitsgrade die polychromatische Beugungseffizienz derart angepasst werden kann, dass sich beispielsweise aus einer überlappenden polychromatischen Beugungsintensität der nullten, ersten positiven und ersten negativen Beugungsordnung eine Wirkung erzielen lässt, welche einen im Vergleich zu herkömmlichen monofokalen Linsen vergrößerten, Schärfentiefenbereich bietet.
Optional weist die gesamte Wellenform der ringförmigen, diffraktiven Strukturierung in radialer Richtung einen stetig differenzierbaren Verlauf auf. Mit anderen Worten weist die ringförmige, diffraktive Strukturierung in radialer Richtung keine Stufen oder Sprünge auf. Dies bietet den Vorteil, dass die Herstellbarkeit der Linse verbessert werden kann. Außerdem kann dadurch die Homogenität der diffraktiven und refraktiven Wirkung verbessert werden.
Optional ist die ringförmige, diffraktive Strukturierung an einer Oberfläche des Linsenkörpers angeordnet. Beispielsweise kann die ringförmige, diffraktive Strukturierung auf eine Oberfläche aufgeprägt und/oder eingearbeitet sein, beispielsweise durch ein Eingravieren und/oder eine entsprechende Formgebung beim Gießen und/oder Spritzen des Linsenkörpers. Alternativ oder zusätzlich kann eine ringförmige, diffraktive Strukturierung im Inneren des Linsenkörpers bereitgestellt werden. Beispielsweise kann dies durch lokale Änderungen der Transparenz und/oder des Brechungsindex im Inneren des Linsenkörpers durch eine Bestrahlung mit einem Laser erzielt werden. Dabei kann je nach Herstellungsart, die am geeignetsten erscheinende Anbringungsart verwendet werden.
Optional ist die refraktive Wirkung des Linsenkörpers zumindest teilweise sphärisch, asphärisch oder torisch. Dies bietet den Vorteil, dass die refraktive Wirkung des Linsenkörpers für die gewünschte Verwendung der nullten Beugungsordnung angepasst und auf die Bedürfnisse des Benutzers abgestimmt werden kann.
Optional ist die ringförmige, diffraktive Strukturierung konzentrisch um eine optische Achse der ophthalmischen Linse ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass die gewünschte Abbildungsleistung entlang der optischen Achse erfolgt und etwaige Abbildungsfehler reduziert oder gar ganz vermieden werden können.
Optional ist Asymmetrie derart ausgeprägt, dass sich in den jeweiligen Perioden der Wellenform der gemittelte und/oder maximale Betrag der Steigung einer ansteigenden Flanke von dem gemittelten bzw. maximalen Betrag der Steigung einer abfallenden Flanke unterscheidet. Mit anderen Worten sind die beiden Flanken der Perioden der Wellenform unterschiedlich ausgebildet. Dies bietet einen Freiheitsgrad, mittels welchem eine effiziente Möglichkeit für die Optimierung der polychromatischen Beugungseffizienz der einzelnen Beugungsordnungen angepasst werden kann.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Asymmetrie derart ausgeprägt, dass in den jeweiligen Perioden der Wellenform der maximale Betrag der Steigung der abfallenden Flanke größer ist, als der maximale Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke. Dies bietet den Vorteil, dass insbesondre multifokale Linsen bereitgestellt werden können, bei welchen die polychromatische Beugungsintensität der ersten negativen Beugungsordnung gleich oder gar größer als die polychromatische Beugungsintensität der nullten oder ersten positiven Beugungsordnung ist. Demnach eignet sich dies insbesondere für die Bereitstellung von Linsen, die eine besonders gute Abbildungsleistung für die Fernsicht ermöglichen. Optional beträgt dabei das Verhältnis des maximalen Betrags der Steigung der abfallenden Flanke zum maximalen Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke mindestens 1 ,5. Mit anderen Worten ist abfallende Flanke um mindestens das 1 ,5-Fache steiler als die ansteigende Flanke. Dies bietet die Möglichkeit, die Verteilung der polychromatischen Beugungsintensität besonders ausgeprägt auf die erste negative Beugungsordnung zu verschieben. Optional ist die ophthalmische Linse multifokal, insbesondere trifokal, ausgebildet. Bei derartigen Linsen ist der Nutzen einer hohen polychromatischen Beugungsintensität bei der ersten negativen Beugungsordnung besonders groß, da diese typischerweise für die Fernsicht genutzt wird, welche für den Tragekomfort der Linse von besonders großer Wichtigkeit ist. Optional ist demnach die ringförmige, diffraktive Strukturierung derart ausgebildet, dass zumindest eine negative Beugungsordnung der ringförmigen, diffraktiven Strukturierung eine größere polychromatische Beugungseffizienz aufweist, als die nullte Beugungsordnung und/oder die erste positive Beugungsordnung.
Gemäß anderen optionalen Ausführungsformen ist die Asymmetrie derart ausgeprägt, dass in den jeweiligen Perioden der maximale Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke größer ist, als der maximale Betrag der Steigung der abfallenden Flanke. Dies ist insbesondere für monofokale Linsen mit vergrößertem Schärfetiefenbereich, sogenannten Enhanced-Depth-of-Focus Linsen, vorteilhaft, da dies die Bereitstellung einer breiten polychromatischen Beugungsintensität ermöglicht, die sich über die erste negative und nullte Beugungsordnung und optional die erste positive Beugungsordnung erstreckt und auf diese Weise eine große Schärfentiefe ermöglicht. Optional beträgt dabei das Verhältnis des maximalen Betrags der Steigung der ansteigenden Flanke zum maximalen Betrag der Steigung der abfallenden Flanke mindestens 1 ,5. Dies ermöglicht eine besonders ausgeprägte Erzeugung eines großen Schärfentiefenbereichs.
Optional dabei ist die ringförmige, diffraktive Strukturierung, die derart ausgebildet ist, dass die polychromatische Beugungseffizienz zumindest einer negativen Beugungsordnung der ringförmigen, diffraktiven Strukturierung zumindest 75% der Beugungseffizienz der nullten Beugungsordnung und/oder der ersten positiven Beugungsordnung beträgt. Dies begünstigt den Überlapp der polychromatischen Beugungsintensitäten der ersten negativen und nullten und optional der ersten positiven Beugungsordnung und somit die Bereitstellung eines großen Schärfentiefenbereichs. Die oben genannten und im Folgenden erläuterten Merkmale und Ausführungsformen sind dabei nicht nur als in den jeweils explizit genannten Kombinationen offenbart anzusehen, sondern sind auch in anderen technisch sinnhaften Kombinationen und Ausführungsformen vom Offenbarungsgehalt umfasst.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand von den folgenden Beispielen und optionalen Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figuren 1 A und 1 B eine ophthalmische Linse in schematischen Darstellungen in Draufsicht und in einer Querschnittansicht;
Figuren 2A und 2B das wellenförmige Höhenprofil der diffraktiven Strukturierung der Linse aus den Figuren 1 A und 1 B;
Figuren 3A bis 3C eine weiterführende Darstellung des wellenförmigen Verlaufs der diffraktiven Strukturierung;
Figuren 4A und 4B die polychromatische Beugungseffizienz der Linse gemäß der ersten optionalen Ausführungsform;
Figuren 5A und 5B das Phasenprofil und die monochromatische Beugungsintensität in Abhängigkeit von der hinzugefügten Beugungskraft;
Figuren 6A bis 6C den Verlauf einer weiteren diffraktiven Strukturierung, die erste Ableitung und den Betrag der Ableitung für eine Linse mit einem Brechungsindex von nioL = 1 ,56;
Figuren 7A und 7B eine ophthalmische Linse gemäß einer weiteren optionalen Ausführungsform; Figuren 8A und 8B den Verlauf und das Höhenprofil der wellenförmigen diffraktiven Strukturierung gemäß der zweiten optionalen Ausführungsform;
Figuren 9A bis 9C eine weiterführende Darstellung des wellenförmigen Verlaufs der diffraktiven Strukturierung;
Figuren 10A und 10B die polychromatische Beugungseffizienz der Linse gemäß der zweiten optionalen Ausführungsform;
Figuren 11A bis 11 D das Phasenprofil und die monochromatische Beugungsintensität;
Figuren 12A bis 12D den Einfluss verschiedener Parameter auf den Verlauf der Wellenform der diffraktiven Strukturierung.
In den folgenden Figuren werden gleiche oder ähnliche Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Mit Bezug auf die folgenden Figuren werden verschiedene ophthalmische Linsen gemäß optionalen Ausführungsformen der Erfindung erläutert.
Die Figuren 1A und 1 B zeigen eine ophthalmische Linse 10 in schematischen Darstellungen in Draufsicht (Figur 1A) und in einer Querschnittansicht (Figur 1 B). Die ophthalmische Linse 10 ist dabei als eine multifokale Intraokularlinse (IOL) ausgebildet.
Die Linse 10 weist einen Linsenkörper 12 auf, welcher durch seine materielle Beschaffenheit, insbesondere seinen Brechungsindex, und seine Formgebung eine refraktive Wirkung aufweist. An der Vorderseite 12a des Linsenkörpers 12 weist die Linse 10 eine diffraktive Strukturierung 14 auf, aufgrund welcher die Linse 10 zusätzlich zur refraktiven Wirkung auch eine diffraktive Wirkung aufweist. Die diffraktive Strukturierung ist gemäß der gezeigten Ausführungsform wellenförmig ausgestaltet, wobei die Strukturierung ein wellenförmiges Tiefenprofil in radialer Richtung aufweist. Dabei ist zu beachten, dass es sich lediglich um schematische Darstellungen handelt, in welchen die Wellenform der diffraktiven Strukturierung zur besseren Kenntlichmachung stark überhöht dargestellt wird. In tatsächlichen Ausgestaltungen kann die Amplitude und auch die Periode der Wellenform im Vergleich zu den Abmessungen des Linsenkörpers 12 deutlich kleiner und filigraner ausgebildet sein.
Wie in den Figuren 1A und 1 B zu erkennen ist, ist die diffraktive Strukturierung 14 ringförmig ausgebildet, wobei die Ringe 14a der diffraktiven Strukturierung 14 konzentrisch um die optische Achse 12b der Linse 10 verlaufen. Die Wellenform weicht von einer mit dem Quadrat des Radius sinusförmigen Wellenform ab, indem die Wellenform in radialer Richtung des Linsenkörpers gegenüber dem linearen Radius des Linsenkörpers 12 periodisch verläuft und die Einzelnen Perioden, d.h. die Abschnitte von einem lokalen Maximum zum nächsten lokalen Maximum, einen asymmetrischen Verlauf aufweisen.
Die Graphen in den Figuren 2A und 2B zeigen das wellenförmige Höhenprofil der diffraktiven Strukturierung 14 der Linse 10 aus den Figuren 1A und 1 B. Dabei ist auf der vertikalen Achse jeweils das Höhenprofil relativ zur ansonsten glatten Oberfläche der Vorderseite 12a des Linsenkörpers 12 in Mikrometern angegeben. Der Höhenverlauf der unstrukturierten Vorderseite 12a bzw. Oberfläche des Linsenkörpers 12 stellt eine Grundlinie dar, welche für die Erstellung der dargestellten Graphen dem insgesamten Verlauf der Höhenkontur abgezogen wurde, sodass der wellenförmige Verlauf der diffraktiven Strukturierung 14 in radialer Richtung ohne Einflüsse durch die Krümmung der Vorderseite 12a des Linsenkörpers 12 erkennbar wird.
In Figur 2A ist der Verlauf der diffraktiven Strukturierung in Abhängigkeit vom (linearen) Radius r aufgetragen, d.h. dass auf der horizontalen Achse der lineare Radius r in Millimetern ausgehend von der optischen Achse 12b der Linse 10 aufgetragen ist. In Figur 2B ist der wellenförmige Verlauf hingegen in Abhängigkeit vom Quadrat des Radius r angegeben, d.h. dass auf der horizontalen Achse der quadratische Radius r2 in mm2 angegeben ist.
Dabei ist erkennbar, dass die diffraktive Strukturierung 12 des Linsenkörpers 12 gemäß der gezeigten Ausführungsform entlang der radialen Richtung periodisch mit dem Quadrat des Radius verläuft. D.h. bei einer Auftragung gegen r2 weist der Verlauf eine Periodizität auf, sodass die lokalen Maxima gleich beabstandet sind. Eine Periode ist in Figur 2B beispielhaft eingezeichnete und mit dem Bezugszeichen 1000 versehen. Betrachtet man den wellenförmigen Verlauf hingegen linear, d.h. in einer Auftragung gegen den linearen Radius r, wie in Figur 1 angegeben, sind die lokalen Maxima nicht äquidistant angeordnet, sondern werden mit zunehmendem Radius gestaucht. Dennoch werden die einzelnen Teilabschnitte des Verlaufs von einem Maximum zum nächsten Maximum der Einfachheit halber als „Periode“ bezeichnet. Die mit dem Quadrat des Radius ausgebildete Periodizität des wellenförmigen Verlaufs der diffraktiven Strukturierung 14 bietet den Vorteil, dass in den radial äußeren Bereichen eine stärkere diffraktive Wirkung erzielt werden kann, als in den radial inneren Bereichen und auf diese Weise eine Fokussierung des einfallenden und gebeugten Lichts erzielt werden kann. Die Periodizität mit dem Quadrat des Radius führt dazu, dass zwischen den einzelnen Ringen 14a der ringförmigen, diffraktiven Strukturierung 14 in etwa gleiche Flächeninhalte ausgebildet sind.
Die Figuren 2A und 2B veranschaulichen weiter, dass die Wellenform eine Asymmetrie aufweist und darin von einer sinusförmigen Wellenform abweicht. Dabei ist die abfallenden Flanke, d.h. jene Flanken, die von einem lokalen Maximum wegführen, steiler ausgebildet als die ansteigenden Flanken, die zu einem lokalen Maximum hinführen. Dies ermöglicht, dass die Beugungsintensität der einzelnen Beugungsordnungen verändert werden kann und insbesondere die Beugungsintensität der ersten negativen Beugungsordnung erhöht werden kann und die Beugungsintensität der ersten positiven Beugungsordnung verringert werden kann.
Das wellenförmige Profil der diffraktiven Strukturierung 14 kann beispielsweise für einen Linsenkörper 12 mit einem Brechungsindex von nI0L = 1,46 verwendet werden.
Die Figuren 3A bis 3C zeigen eine weiterführende Darstellung des wellenförmigen Verlaufs der diffraktiven Strukturierung 14 gegen das Quadrat des Radius r2 aufgetragen. Dabei entspricht Figur 3A dem Verlauf des wellenförmigen Profils, wie in Figur 2B, Figur 3B der ersten Ableitung (in der Einheit mm/mm) nach dem Radius und Figur 3C dem Betrag der ersten Ableitung (entsprechend auch in der Einheit mm/mm). Die einzelnen Perioden sind als Z1 bis Z5 kenntlich gemacht. Vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass lediglich ein Teil des wellenförmigen Verlaufs dargestellt ist und die tatsächliche Wellenform deutlich mehr als fünf Perioden aufweisen kann. Die vertikalen gestrichelten Linien 1002 und 1004, welche sich über alle drei Graphen erstrecken, kennzeichnen jene Stellen, an denen die abfallende Flanke (Linie 1002) bzw. die ansteigende Flanke (Linie 1004) den jeweils maximalen Betrag der Steigung in der Periode Z1 aufweisen. Dabei ist insbesondere im Graphen in Figur 3C zu erkennen, dass gemäß der gezeigten Ausführungsform der Betrag der Steigung der abfallenden Flanke deutlich größer ausgeprägt ist, als der Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke. Zur weiteren Verdeutlichung sind die Zahlenwerte angegeben, wobei der Betrag der Steigung der abfallenden Flanken 0,03 mm/mm beträgt und der Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke 0,0087 mm/mm beträgt. Der Betrag der Steigung in der abfallenden Flanke ist demnach in dieser Ausführungsform deutlich größer als der Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke, wobei das Verhältnis ca. 3,45 beträgt. In der Periode Z5, in welcher die Beträge der Steigung mit 0,0215 mm/mm in der abfallenden Flanke und 0,007 in der ansteigenden Flanke angegeben sind, beträgt das Verhältnis ca. 3,07. Alle Perioden weisen demnach eine Asymmetrie auf, wobei die Asymmetrie nicht für alle Perioden gleich ausgebildet ist, sondern einer streng monotonen Änderung, nämlich einer streng monotonen Abnahme unterworfen ist. Dadurch kann eine für die multifokale IOL vorteilhafte Verteilung der Beugungsintensität zwischen den Beugungsmaxima erzielt werden, sodass die polychromatische Beugungsintensität für die erste negative Beugungsordnung größer als die nullte und die erste positive Beugungsordnung ist, auch wenn die Materialdispersion des Linsenkörpers 12 mitberücksichtigt wird.
Die polychromatische Beugungseffizienz ist für die in den Figuren 1 A bis 3C beschriebene Linse 10 in den Figuren 4A und 4B in beliebigen Einheiten dargestellt, wobei Figur 4A die polychromatische Beugungsordnung ohne Berücksichtigung der Matenaldispersion des Linsenkörpers 12 und Figur 4B die polychromatische Beugungsordnung mit Berücksichtigung der Matenaldispersion des Linsenkörpers 12 darstellt. Letztere ist für die optische Leistung der Linse maßgeblich. Die horizontale Achse gibt die hinzugefügte Beugungskraft in Dioptrien an (Add Power), um welche die refraktive Wirkung des Linsenkörpers durch die diffraktive Wirkung geändert wird. Die nullte Beugungsordnung, welche die unveränderte refraktive Wirkung des Linsenkörpers widerspiegelt, weist entsprechend eine hinzugefügte Beugungskraft von null Dioptrien auf. Die positiven Beugungsordnungen weisen eine positive hinzugefügte Beugungskraft auf, da diese das einfallende Licht in Richtung der optischen Achse der Linse 10 beugen und entsprechend die refraktive Wirkung des (konvexen) Linsenkörpers 12 verstärken. Die negativen Beugungsordnungen weißen hingegen eine negative hinzugefügte Beugungskraft auf, da diese die effektive refraktive Wirkung der Linse 10 reduzieren, da die diffraktive Wirkung der refraktiven Wirkung des Linsenkörpers 12 entgegenwirkt. So weist die erste negative Beugungsordnung eine hinzugefügte Beugungskraft von ca. -1 ,3 Dioptrien und die erste positive Beugungsordnung eine hinzugefügte Beugungskraft von etwa +1 ,3 Dioptrien auf.
Wie in Figur 4A gezeigt, führt die diffraktive Strukturierung mit den Eigenschaften, wie mit Bezug auf die vorhergehenden Figuren erläutert, dazu, dass die polychromatische Beugungsintensität der ersten negativen Beugungsordnung deutlich größer ist, als die polychromatische Beugungsintensität der nullten und ersten positiven Beugungsordnung.
Da für die negativen Beugungsordnung allerdings die Dispersion gleichgerichtet ist zur Matenaldispersion und diese entsprechend verstärkt, ist das Verhältnis der Beugungsintensitäten unter Berücksichtigung der Matenaldispersion weniger ausgeprägt, wie in Figur 4B gezeigt. Dennoch kann mit der Linse gemäß der erläuterten optionalen Ausführungsform erreicht werden, dass die polychromatische Beugungsintensität der ersten negativen Beugungsordnung auch unter Berücksichtigung der Materialdispersion größer als jeweils die polychromatische Beugungsintensität der nullten und der ersten positiven Beugungsordnung ist. Somit bietet eine Linse gemäß der der erläuterten Ausführungsform den Vorteil, dass insbesondere in der ersten negativen Beugungsordnung die größte polychromatische Beugungsintensität erreicht werden kann, d.h. in jener Beugungsordnung, die typischerweise für den Fernfokus verwendet wird. Dies bietet den Vorteil, dass das Seherleben des Patienten deutlich verbessert werden kann gegenüber Linsen mit einer sinusförmigen diffraktiven Strukturierung. Auch bietet dies den Vorteil, dass zwischen dem Fernfokus (erste negative Beugungsordnung) und dem Intermediärfokus (nullte Beugungsordnung) ein kontinuierlicher Übergangsbereich entsteht, der sich positiv auf die Schärfentiefe auswirkt und die Linse noch weiter verbessert.
Für die Charakterisierung der optischen Leistung der Linse 10 erscheint die Betrachtung der polychromatischen Beugungsintensität unter Berücksichtigung der Materialdispersion des Linsenkörpers 10 geboten, da die Dispersion einen erheblichen Einfluss auf die optische Wirkung haben kann. Dies ist in den Figuren 5A bis 5D dargestellt. Die Figuren 5A und 5B zeigen das Phasenprofil (in Abhängigkeit vom linearen Radius) bzw. die monochromatische Beugungsintensität in Abhängigkeit von der hinzugefügten Beugungskraft (in Dioptrien) jeweils ohne Berücksichtigung der Materialdispersion. Die Figuren 5C und 5D zeigen das Phasenprofil (in Abhängigkeit vom linearen Radius) bzw. die monochromatische Beugungsintensität in Abhängigkeit von der hinzugefügten Beugungskraft (in Dioptrien) jeweils mit Berücksichtigung der Materialdispersion. Daran lässt sich erkennen, dass für eine Optimierung der optischen Leistung einer Linse 10 die Matenaldispersion des Linsenkörpers mit zu berücksichtigen ist, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.
Die Figuren 6A bis 6C zeigen den Verlauf einer weiteren diffraktiven Strukturierung, die erste Ableitung und den Betrag der Ableitung für eine Linse 10 mit einem Brechungsindex von nioL = 1 ,56. Der Brechungsindex des umgebenden Mediums im Auge ist unverändert HMED = 1 ,336. Die Darstellung entspricht jener aus den Figuren 3A bis 3C, jedoch in einer Ausgestaltung für eine Linse mit anderem Brechungsindex. Bzgl. der Erläuterungen der dargestellten Informationen wird demnach auf die Erläuterungen der Figuren 3A bis 3C verwiesen. In den Graphen ist ersichtlich, dass das Verhältnis der Beträge der abfallenden Flanken relativ zu den Beträgen der ansteigenden Flanken für die Perioden Z1 bzw. Z5 3,54 bzw. 3,0 beträgt. Für die Anpassung an den jeweiligen Brechungsindex können demnach Variationen der Asymmetrie vorteilhaft sein.
Die Figuren 7A und 7B zeigen eine ophthalmische Linse 10 gemäß einer weiteren optionalen Ausführungsform der Erfindung, wobei die Linse 10 als eine monofokale Intraokularlinse (IOL) mit vergrößerter Schärfentiefe ausgebildet ist. Eine derartige Linse wird auch als EDoF-Linse bezeichnet (EDoF = Enhanced Depth of Focus). Wie auch die IOL gemäß der vorhergehend erläuterten Ausführungsform (Figuren 1A und 1 B) weist auch diese Linse 10 einen Linsenkörper 12 mit refraktiver Wirkung auf, sowie eine auf der Vorderseite 12a des Linsenkörpers 12 angebrachte ringförmige, diffraktive Strukturierung 14, welche mehrere konzentrisch um die optische Achse der Linse 10 verlaufende Ringe 14a aufweist. Wie auch in den Figuren 1A und 1 B, sind auch die hier gezeigten Darstellungen rein schematischer Natur und insbesondere sind die Abmessungen der diffraktiven Strukturierung relativ zum Linsenkörper stark vergrößert dargestellt. Gemäß dieser zweiten optionalen Ausführungsform ist die diffraktive Strukturierung 14 hinsichtlich ihrer Periodizität, der Periodizitätsänderung, der Asymmetrie und der Abflachung dahingehend optimiert, dass die optischen Eigenschaften der diffraktiven Strukturierung 14 die mit der Linse 10 erzielbare Schärfentiefe gegenüber einer Linse mit regulärer, ringförmiger, diffraktiven Strukturierung mit einem sinusförmigen Verlauf vergrößert.
In den Figuren 8A und 8B ist der Verlauf bzw. das Höhenprofil der wellenförmigen diffraktiven Strukturierung 14 relativ zum Verlauf der ansonsten glatten Oberfläche 12a des Linsenkörpers 12, welcher eine subtrahierte Grundlinie darstellt, in radialer ausgehend von der optischen Achse 12a der Linse 10 aufgetragen (in Mikrometern), wobei in Figur 8A auf der horizontalen Achse der lineare Radius r aufgetragen ist und in Figur 8B der quadratische Radius r2. Dabei ist erkennbar, dass sowohl in der Auftragung gegenüber dem linearen Radius r, als auch in Auftragung gegenüber dem quadratischen Radius r2die Periodizität der Wellenform der diffraktiven Strukturierung einer streng monotonen Änderung unterliegt. Wie in den Graphen erkennbar ist, nimmt die Periodizität in radialer Richtung mit zunehmendem Radius ab, sodass die Wellenform zunehmend gestaucht wird. Dies ist eine Eigenschaft, in der sich die gezeigte Linse 10 gemäß der zweiten optionalen Ausführungsform von der Linse 10 gemäß der ersten optionalen Ausführungsform unterscheidet. Die streng monotone Änderung der Periodizität bietet dabei den Vorteil, dass die Schärfentiefe der Linse 10 vergrößert werden kann.
Eine genauere Betrachtung der Asymmetrie der Wellenform des radialen Verlaufs der diffraktiven Strukturierung 14 ist in den Figuren 9A bis 9C gezeigt, welche entsprechend den Figuren 3A bis 3C den Verlauf der Wellenform gegen r2 (Figur 9A), die erste Ableitung nach dem Radius in mm/mm (Figur 9B) und den Betrag der ersten Ableitung in mm/mm zeigen. Die gestrichelten vertikalen Linien 1002 bis 1008 machen dabei jene Stellen kenntlich, an welchen die Wellenform die Stellen aufweist, die lokal die Steigung mit dem größten Betrag aufweisen.
Dabei ist den Graphen zu entnehmen, dass die ansteigenden Flanken, d.h. die Teilabschnitte, welche auf ein Maximum zulaufen, eine Steigung mit größerem Betrag aufweisen als die absteigenden Flanken, welche von einem Maximum weglaufen. In der ersten Periode Z1 weist die abfallende Flanke eine maximale Steigung mit dem Betrag 0,0024 mm/mm auf und die ansteigende Flanke eine maximale Steigung mit dem Betrag 0,0047, welche somit im Verhältnis von 1 :1 ,96 zueinanderstehen. In der Periode Z5 weist die abfallende Flanke eine maximale Steigung mit einem Betrag von 0,0018 mm/mm und die ansteigende Flanke eine maximale Steigung mit Betrag 0,0041 mm/mm auf, welche demnach in einem Verhältnis von 1 :2,28 zueinanderstehen. Wie erkennbar, unterliegt auch die Asymmetrie bzw. das Verhältnis der Steigungen innerhalb der jeweiligen Periode einer streng monotonen Änderung, welche zur Bereitstellung der vergrößerten Schärfentiefe beiträgt.
In den Figuren 10A bis 10B ist die aus der diffraktiven Strukturierung 14 der Linse 10 gemäß der zweiten optionalen Ausführungsform resultierende polychromatische Beugungseffizienz (in beliebigen Einheiten) ohne Berücksichtigung der Matenaldispersion des Linsenkörpers (Figur 10A) und mit Berücksichtigung der Materialdispersion des Linsenkörpers 12 (Figur 10B) gegen die hinzugefügte Beugungsleistung (in Dioptrien) aufgetragen. Dabei ist in Figur 10A erkennbar, dass die Beugungsintensität der ersten positiven Beugungsordnung in etwa 0,32 beträgt, die Beugungsintensität der nullten Beugungsordnung in etwa 0,3 und die Beugungsintensität der ersten negativen Beugungsordnung in etwa 0,2 beträgt. Ohne Berücksichtigung der Materialdispersion (Figur 10A) sind die einzelnen Beugungsordnungen deutlich voneinander separiert. Unter Berücksichtigung der Matenaldispersion des Linsenkörpers 12 entsteht eine signifikante Überlagerung der Beugungsordnungen, sodass ein etwa 2 Dioptrien breiter Bereich der Beugungsintensitäten um die nullte Beugungsordnung herum entsteht, welcher der Linse eine gegenüber einer herkömmlichen monofokalen Linse stark vergrößerte Schärfentiefe bereitstellt.
Die Figuren 11 A und 11 B zeigen das Phasenprofil (in Abhängigkeit vom linearen Radius) bzw. die monochromatische Beugungsintensität in Abhängigkeit von der hinzugefügten Beugungskraft in Dioptrien jeweils ohne Berücksichtigung der Materialdispersion für die Linse 10 gemäß der zweiten optionalen Ausführungsform. Die Figuren 11 C und 11 D zeigen das Phasenprofil (in Abhängigkeit vom linearen Radius) bzw. die monochromatische Beugungsintensität in Abhängigkeit von der hinzugefügten Beugungskraft in Dioptrien jeweils mit Berücksichtigung der Materialdispersion. Daran lässt sich erkennen, dass für eine Optimierung der optischen Leistung einer Linse 10 die Materialdispersion des Linsenkörpers mit zu berücksichtigen ist, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.
Im Folgenden wird anhand eines Beispiels erläutert, wie die mathematische Beschreibung einer asymmetrischen Wellenform für den radialen Verlauf einer ringförmigen, diffraktiven Struktur erfolgen kann, ohne dass jedoch die Erfindung darauf beschränkt ist.
Gemäß dem im Folgenden erläuterten Beispiel wird eine regelmäßig symmetrische Form eines sinusförmigen Profils hin zu einer asymmetrisch undulierten Struktur verändert. Durch die dadurch erzielbare Asymmetrie im Beugungsprofil kann die bereits oben erläuterte Asymmetrie hinsichtlich der Beugungseffizienzen der verschiedenen Beugungsordnungen in Bezug zur nullten Beugungsordnung erreicht werden, wodurch einer oder mehrere Freiheitsgrade für die Gestaltung von Linsen bereitgestellt wird, beispielsweise für die Gestaltung ferndominanter Intensitätsverteilungen für multifokale Intraokularlinsen.
Beispielsweise kann die Abweichung des Profils von einem sinusförmigen Verlauf durch die folgende mathematische Formel f beschrieben werden:
( 1 ) f [r, co, a, c, sf, ß, 80, sync] =
Figure imgf000020_0001
Die Parameter und Variablen sind im Folgenden erläutert: r radiale Position auf der Linsenoberfläche J Parameter für den diffraktiven Abstand der Beugungsordnungen a Phasenhub in multiplen der Designwellenlänge c Phasenoffset sf(r) „shape factor“ Form (Abflachung) ß(r) Parameter für Asymmetrie 50 laterale Phasenverschiebung sync Parameter zur Variation der Periodizität
Die Auswirkungen der einzelnen Parameter und ihrer jeweiligen Variation auf das Profil des Wellenverlaufs werden im Folgenden beispielhaft illustriert. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die oben angegebene mathematische Funktion nur ein Beispiel darstellt und andere mathematische Funktionen, wie etwa davon abgewandelte Funktionen, Funktionen auf Basis von Fourierreihen, eine zumindest stückweise Definition über Polynome und/oder Splines ebenso geeignet sein können, um ein asymmetrisches Wellenprofil für den radialen Verlauf der diffraktiven Struktur anzugeben.
Die Wirkung einer Variation des Shape Factors sf(r), welcher die Abflachung des Wellenprofils beeinflusst, ist in Figur 12A gezeigt. Dabei ist ein Amplitudenprofil der Wellenform (in beliebigen Einheiten) gegen den quadratischen Radius r2 für verschiedene Werte des Shape Factors sf(r) aufgetragen. Wenngleich der Shape Factor sf(r) mit dem Radius streng monoton variieren kann, ist in Figur 12A zugunsten der Übersichtlichkeit die Wellenform für einen vom Radius unabhängigen Shape Factor gezeigt. Dabei ist die Wellenform gemäß Gleichung (1 ) für verschiedene Werte des Shape Factors sf aufgetragen, wobei sich der Wertebereich von sf = 0 bis sf = 10 erstreckt. Für größer werdende Werte von sf erfährt die Wellenform eine zunehmende Abflachung. Die Pfeile 1010 verdeutlichen die Entwicklung der Abflachung der Wellenform mit zunehmendem sf, wobei die Richtung, in welche die jeweiligen Pfeile deuten, die Richtung der Entwicklung für zunehmende Werte des Shape Factors sf angeben. Dabei ist erkennbar, dass für sf = 0 die Wellenform eine starke Ähnlichkeit mit einer sinusförmigen Wellenform aufweist, wohingegen die Wellenform für sf = 10 zu einer nahezu rechteckig verlaufenden Wellenform abgeflacht ist.
Figur 12B zeigt ein Amplitudenprofil der Wellenform (in beliebigen Einheiten) gegen den quadratischen Radius r2 für verschiedene Werte des Parameters für Asymmetrie ß(r). Wenngleich der Parameter für Asymmetrie ß(r) mit dem Radius streng monoton variieren kann, ist in Figur 12A zugunsten der Übersichtlichkeit die Wellenform für einen vom Radius unabhängigen Parameter für Asymmetrie gezeigt. Der Wertebereich reicht dabei von ß = 0 bis ß = 0, 7. Zunehmende Werte des Parameters für Asymmetrie ß beeinflussen dabei die Asymmetrie der Wellenform zunehmend stark, sodass die Flanken der Wellenform zunehmen stark von einem spiegelsymmetrischen Verlauf bezüglich des lokalen Maximums abweichen. Für größer werdenden Parameter für Asymmetrie ß verliert die auf ein lokales Maximum zulaufende Flanke an Steilheit, während die vom lokalen Maximum weglaufende Flanke an Steilheit zunimmt. Die Entwicklung der Asymmetrie der Wellenform mit zunehmendem Parameter für Asymmetrie ist mit den Pfeilen 1010 indiziert, wobei die Pfeile in die Entwicklungsrichtung mit zunehmendem Parameter für Asymmetrie ß zeigen.
Figur 12C zeigt ein Amplitudenprofil der Wellenform (in beliebigen Einheiten) gegen den quadratischen Radius r2 für verschiedene Werte des Parameters sync, welcher die Periodizität festlegt. Ein Wert von sync = 1 bedeutet dabei, dass die Wellenform periodisch mit r, d.h. mit dem linearen Radius, verläuft. Weist der sync Parameter einen wert von 2 oder 3 auf, ist die Wellenform entsprechend periodisch bezüglich r2 bzw. r3. Selbstverständlich sind auch andere Werte als die beispielhaft genannten Werte für den Parameter sync möglich, insbesondere auch Werte, die nicht ganzzahlig sind. Dadurch, dass der Graph in Figur 12C gegen das Quadrat des Radius aufgetragen ist, erscheint die Wellenform mit sync = 2 als periodisch. Die Wellenform mit sync = 3 erfährt mit zunehmendem Radius eine Stauchung, während die Wellenform mit sync = 1 mit zunehmendem Radius in quadratischer Auftragung gestreckt wird. Entsprechend verdeutlicht Figur 12C, wie der Parameter sync dazu genutzt werden kann, die Periodizität der Wellenform und insbesondere eine streng monotone Variation der Periodizität der Wellenform zu erzielen. Der Pfeil 1010 verdeutlicht die zunehmende Verzerrung der Wellenform mit größer werdenden sync Parameter.
Figur 12D zeigt ein Amplitudenprofil der Wellenform (in beliebigen Einheiten) gegen den quadratischen Radius r2 für verschiedene Werte des Parameters Ö0, welcher die laterale Phasenverschiebung angibt. Eine Variation dieses Parameters führt entsprechend zu einem radialen Versatz der periodischen Wellenform, ohne jedoch dessen Wellenlänge, Abflachung und Asymmetrie zu beeinflussen. Mit anderen Worten stellt eine Variation des Parameters Ö0 eine Verschiebung der Wellenform in radialer Richtung dar. Der Pfeil 1010 verdeutlicht die zunehmende laterale Verschiebung der Wellenform mit größer werdenden öd. Bezugszeichenliste
10 (ophthalmische) Linse
12 Linsenkörper 12a Vorderseite bzw. Oberfläche des Linsenkörpers
14 diffraktiven Strukturierung
14a Ringe der diffraktiven Strukturierung
1000 Periodenlänge
1002 ... 1008 Stellen mit maximalem Steigungsbetrag
1010 Tendenz der Änderungen bei Zunahme des jeweiligen Parameters
Z1 ... Z5 Perioden der Wellenform

Claims

22 Patentansprüche
1. Ophthalmische Linse (10) umfassend einen Linsenkörper (12) mit einer vorbestimmten refraktiven Wirkung und einer ringförmigen, diffraktiven Strukturierung (14), wobei die ringförmige, diffraktive Strukturierung (14) in radialer Richtung eine Wellenform aufweist, die sich durch eine Asymmetrie und/oder eine Abflachung und/oder die Periodizität von einer mit dem Quadrat des Radius sinusförmigen Wellenform unterscheidet, und wobei die Asymmetrie und/oder Abflachung und/oder Periodizität über den gesamten radialen Verlauf der Wellenform konstant oder mit einer streng monotonen Änderung ausgebildet ist.
2. Ophthalmische Linse (10) gemäß Anspruch 1 , wobei die Wellenform in radialer Richtung periodisch mit dem Quadrat des Radius des Linsenkörpers (12) ist.
3. Ophthalmische Linse (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die gesamte Wellenform der ringförmigen, diffraktiven Strukturierung in radialer Richtung einen stetig differenzierbaren Verlauf aufweist.
4. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Asymmetrie derart ausgeprägt ist, dass der Verlauf der Wellenform in radialer Richtung nicht spiegelsymmetrisch zum lokalen Maximum der jeweiligen asymmetrischen Periode ausgebildet ist.
5. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abflachung der Wellenform auf einer erhöhten Steilheit der Flanken und einer reduzierten Steilheit um das lokale Maximum der Periode der Wellenform beruht.
6. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die streng monotone Änderung der Asymmetrie und/oder der Abflachung als eine streng monotone Zunahme oder eine streng monotone Abnahme der Asymmetrie bzw. Abflachung ausgeprägt ist.
7. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die streng monotone Änderung der Periodizität als eine in radialer Richtung zunehmende oder abnehmende Periodenlänge der Wellenform ausgeprägt ist.
8. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ringförmige, diffraktive Strukturierung (14) an einer Oberfläche (12a) des Linsenkörpers (12) angeordnet ist.
9. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die refraktive Wirkung des Linsenkörpers (12) zumindest teilweise sphärisch, asphärisch oder torisch ist.
10. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ringförmige, diffraktive Strukturierung (14) konzentrisch um eine optische Achse (12b) der ophthalmischen Linse (10) ausgebildet ist.
11 . Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Asymmetrie derart ausgeprägt ist, dass sich in den jeweiligen Perioden der Wellenform der gemittelte und/oder maximale Betrag der Steigung einer ansteigenden Flanke von dem gemittelten bzw. maximalen Betrag der Steigung einer abfallenden Flanke unterscheidet.
12. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Asymmetrie derart ausgeprägt ist, dass in den jeweiligen Perioden der Wellenform der maximale Betrag der Steigung der abfallenden Flanke größer ist, als der maximale Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke.
13. Ophthalmische Linse (10) gemäß Anspruch 12, wobei das Verhältnis des maximalen Betrags der Steigung der abfallenden Flanke zum maximalen Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke mindestens 1 ,5 beträgt.
14. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ophthalmische Linse (10) multifokal, insbesondere trifokal, ausgebildet ist.
15. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ringförmige, diffraktive Strukturierung derart ausgebildet ist, dass zumindest eine negative Beugungsordnung der ringförmigen, diffraktiven Strukturierung (14) eine größere polychromatische Beugungseffizienz aufweist, als die nullte Beugungsordnung und/oder die erste positive Beugungsordnung.
16. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Asymmetrie derart ausgeprägt ist, dass in den jeweiligen Perioden der maximale Betrag der Steigung der ansteigenden Flanke größer ist, als der maximale Betrag der Steigung der abfallenden Flanke.
17. Ophthalmische Linse (10) gemäß Anspruch 16, wobei das Verhältnis des maximalen Betrags der Steigung der ansteigenden Flanke zum maximalen Betrag der Steigung der abfallenden Flanke mindestens 1 ,5 beträgt.
18. Ophthalmische Linse (10) gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die ophthalmische Linse (10) monofokal ausgebildet ist.
19. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die ringförmige, diffraktive Strukturierung derart ausgebildet ist, dass die polychromatische Beugungseffizienz zumindest einer negativen Beugungsordnung der ringförmigen, diffraktiven Strukturierung (14) zumindest 75% der Beugungseffizienz der nullten Beugungsordnung und/oder der ersten positiven Beugungsordnung beträgt.
20. Ophthalmische Linse (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ophthalmische Linse (10) als eine Intraokularlinse oder als eine Kontaktlinse ausgebildet ist.
21 . Verfahren zum Designen einer ophthalmischen Linse (10) umfassend einen Linsenkörper (12) mit einer vorbestimmten refraktiven Wirkung und einer ringförmigen, diffraktiven Strukturierung (14) derart, dass die ringförmige, diffraktive Strukturierung (14) in radialer Richtung eine Wellenform aufweist, die sich durch eine Asymmetrie und/oder eine Abflachung und/oder die Periodizität von einer mit dem Quadrat des Radius sinusförmigen Wellenform unterscheidet, und dass die Asymmetrie und/oder Abflachung und/oder Periodizität über den gesamten radialen Verlauf der Wellenform konstant oder mit einer streng monotonen Änderung ausgebildet ist.
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