JP7601850B2 - 広範囲の焦点深度を有する眼用レンズ - Google Patents

Description

本開示は、概して、眼用レンズに関し、より詳細には、広範囲の焦点深度を有する眼用レンズに関する。

眼内レンズ（ＩＯＬ）は、白内障手術の際に、天然の水晶体を交換するために患者の眼に日常的に移植されている。天然の水晶体の屈折力は、毛様体筋の影響下で変化して、眼から異なる距離にある物体を見るために遠近調節をもたらし得る。しかしながら、多くのＩＯＬは、遠近調節への備えがない単焦点屈折力を提供する。遠用屈折力ならびに近用屈折力をもたらし（例えば、回折構造を用いることによって）、それにより、ある程度の偽調節をもたらす多焦点ＩＯＬも知られている。しかしながら、偽調節屈折力をもたらし得る改良型のＩＯＬに対するニーズが依然としてある。

本開示は、概して、（１）焦点深度を広げるために、瞳孔領域内での複数の位相シフトの変化を制御し、および（２）スルーフォーカス曲線をシフトさせかつ中間用補正と遠用補正との間のエネルギーのバランスを再び取るために、瞳孔領域の中心サブ領域における屈折力調整を行う、眼用レンズ（例えば、ＩＯＬ）に関する。いくつかの実施形態において、眼用レンズは、前面、後面、および光軸を有する、光学素子を含む。前面および後面の少なくとも一方は、光軸から第１の半径方向境界へ広がる第１のゾーンと、第１の半径方向境界から光学素子のエッジへ広がる第２のゾーンとを含む。第１のゾーンは、位相シフト特徴によって分離された内側領域および外側領域を含み、位相シフトは、内側領域および外側領域から外向きに延びるリッジを含む。

本開示およびその利点をより完全に理解するために、ここで、添付の図面と併せて以下の説明を参照し、図面では、参照符号は同様の特徴を示す。

本開示のいくつかの実施形態による、広範囲の焦点深度を有する眼内レンズの実施形態を示しかつ実例とする。 本開示のいくつかの実施形態による、広範囲の焦点深度を有する眼内レンズの実施形態を示しかつ実例とする。 本開示のいくつかの実施形態による、同じベース曲率を備える内側ゾーンおよび外側ゾーンを有する例示的な光学素子に関する表面サグ対光軸からの半径方向距離のプロット図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、標準的な非球面光学素子に関するスルーフォーカスプロット図と比較した、図２に示す光学素子の表面プロファイルに関するスルーフォーカスプロット図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、異なるベース曲率を備える内側ゾーンおよび外側ゾーンを有する例示的な光学素子に関する表面サグ対光軸からの半径方向距離のプロット図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図２に示す光学素子に関するスルーフォーカスプロット図と比較した、図４に示す光学素子の表面プロファイルに関するスルーフォーカスプロット図を示す。

当業者は、下記で説明する図面は、説明のためにすぎないことを理解する。図面は、本出願人の開示の範囲をなんら限定するものではない。

本開示は、概して、焦点深度を広げるように、レンズの様々な領域を通過する光波の位相シフトのばらつきを制御する表面プロファイルを有する眼用レンズ（ＩＯＬなど）に関する。以下の説明では、広範囲の焦点深度をもたらすレンズ特徴について、眼内レンズ（ＩＯＬ）に関連して説明する。しかしながら、本開示は、それらの特徴が、コンタクトレンズなどの他の眼用レンズにも適用され得ることを考慮する。本明細書では、用語眼内レンズ（およびその略記ＩＯＬ）は、眼の天然の水晶体を交換するため、または天然の水晶体が除去されるか否かに関わらず、他の方法で視覚を増強するためのいずれかで、眼の内部に移植されるレンズを説明するために使用される。

図１Ａ～１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、広範囲の焦点深度を有する眼内レンズ１００の実施形態を示しかつ実例とする。ＩＯＬ１００は、光軸ＯＡ１０８の周りに配置される前面１０４および後面１０６を有する光学素子１０２を含む。ＩＯＬ１００は、さらに、一般的に患者の眼の水晶体嚢（ｃａｐｓｕｌａｒ ｂａｇ）内でＩＯＬ１００を位置決めしかつ安定化させるように動作可能な複数のハプティック１１０を含み得る。

図１Ａに示すように、光学素子１０２の前面１０４は、光軸１０８から第１の半径方向境界へ広がる第１のゾーン１１２と、第１の半径方向境界から光学素子１０２のエッジへ広がる第２のゾーン１１４とを含む。さらに、第１のゾーン１１２は、位相シフト特徴１２０によって分離された内側領域１１６および外側領域１１８を含み得る。概して、光学素子１０２の上述の表面特徴は、光学素子１０２を通過する光波の様々な量の位相シフト（光波が通過する光学素子１０２の領域に依存する）を生じ得、および様々な量の位相シフトを有する光波間の建設的干渉が、広範囲の焦点深度を生じ得る。上述の第１および第２のゾーン１１２、１１４を、光学素子１０２の前面１０４に配置されているとして図示しかつ説明するが、それに加えてまたはその代わりに、本開示は、第１および第２のゾーン１１２、１１４は、光学素子１０２の後面１０６に配置され得ることを考慮する。

いくつかの実施形態において、位相シフト特徴１２０は、光学素子１０２の前面１０４から前方に突出するリッジを含み得る。その結果、光軸１０８から半径方向外側に動いて、位相シフト特徴１２０は、２つの位相シフトステップを生じ得る。例えば、第１のゾーンの表面プロファイルは、以下の式：
Ｚ_{first zone}＝Ｚ_base＋Ｚ_2ps 式（１）
によって定義される。

式（１）では、Ｚ_baseは、以下の式：

（式中、
ｒは、光軸１０８からの半径方向距離であり；
ｃは、第１のゾーン１１２のベース曲率であり；
ｋは、円錐定数であり；および
ａ₂、ａ₄、ａ₆．．．およびａ_nは、それぞれ、２次、４次、６次．．．およびｎ次係数である）
に従って、第１のゾーンに対してベースサグプロファイルを定義し得る。

いくつかの実施形態において、Ｚ_baseを定義する式は、２次、４次、および６次係数のみを含み得る。換言すると、Ｚ_baseは、以下の式：

に従って、第１のゾーンに対してベースサグプロファイルを定義し得る。

式（２）および式（３）は、一般的に、非球面プロファイルを定義するが、本開示は、それらの式に含まれる定数は、それらが球面プロファイルを定義するように選択され得ることを考慮する。換言すると、第１のゾーン（Ｚ_base）のベース曲率は、球面または非球面のいずれかとし得る。

式（１）では、Ｚ_2psは、ベースサグプロファイル（Ｚ_base）に追加され得、かつ一部には、位相シフト領域１２０の特徴を定義し得る。例えば、Ｚ_2psは、以下の式：

（式中、
ｒは、光軸１０８からの半径方向距離であり；
ｒ₀は、光軸１０８であり；
内側領域１１６は、光軸１０８からｒ₁へ広がっており
位相シフト特徴１２０は、ｒ₁からｒ₄へ広がっており；
外側領域１１８は、ｒ₄からｒ₅へ広がっており；
Δ₁は、内側領域１１６に対する位相シフト１２０特徴のステップ高であり；および
Δ₂は、外側領域１１８に対する位相シフト特徴のステップ高である）
によって定義され得る。

式（１）～（４）によって定義されるような光学素子１０２の全表面プロファイルは、図２に示すようなサグ対光軸１０８からの半径方向距離のプロット図として、グラフで表わされ得る。図２のプロット図では、サグ値は、Ｚ_baseの寄与を除去することによって、正規化されている（すなわち、プロットされたサグ値は、Ｚ_2psにのみ対応する）。さらに、図２のプロット図では、サグプロファイルは、第１のゾーン１１２および第２のゾーン１１４に関する定数である。換言すると、式（１）が、第１のゾーン１１２のみであるのとは対照的に、光学素子１０２全体の表面プロファイルを定義すると仮定される（つまり、Ｚ_2psは、ｒ₅から光学素子１０２全体の半径にかけて一定である。）。

図３は、本開示のいくつかの実施形態による、標準的な非球面光学素子（すなわち、式（４）（Ｚ_2ps）を追加せずに、式（３）（Ｚ_base）のみによって定義される表面プロファイルを有する光学素子）に関するスルーフォーカスプロット図と比較したときの、図２に示す光学素子の表面プロファイルに関するスルーフォーカスプロット図を示す。図示の通り、図２に示す表面プロファイルの追加は（Ｚ_2psによって表わされる位相シフト特徴１２０を含む）は、標準的な非球面レンズと比較すると、より広範囲の焦点深度を生じる。

いくつかの実施形態において、ベースサグプロファイルは、第１のゾーン１１２および第２のゾーン１１４に対して異なり得る。例えば、光学素子１０２の表面プロファイルは、以下の式：
Ｚ_optic＝Ｚ_base＋Ｚ_2ps 式（５）

ｒは、光軸１０８からの半径方向距離であり；
ｒ₀は、光軸１０８であり；
第１のゾーン１１２は、光軸１０８からｒ₅へ広がっており、ここでは、内側領域１１６が光軸１０８からｒ₁へ広がっており、位相シフト特徴１２０がｒ₁からｒ₄へ広がっており、および外側領域１１８がｒ₄からｒ₅へ広がっており；
第２のゾーン１１４は、ｒ₅からｒ₆へ広がっており；
ｃは、第１のゾーン１１２のベース曲率であり；
ｋは、第１のゾーン１１２の円錐定数であり；および
ａ₂、ａ₄、およびａ₆は、それぞれ、第１のゾーン１１２の２次、４次、および６次係数であり；
ｃ’は、第２のゾーン１１４のベース曲率であり；
ｋ’は、第２のゾーン１１４の円錐定数であり；および
ａ₂’、ａ₄’、およびａ₆は、それぞれ、第２のゾーン１１４の２次、４次、および６次係数であり、
Δ₁は、内側領域１１６に対する位相シフト特徴１２０のステップ高であり、
Δ₂は、外側領域１１８に対する位相シフト特徴１２０のステップ高である
によって定義され得る。

上記の式（６）で定義されるベースプロファイルは、２次、４次、および６次係数のみを含むが、本開示は、それらのベースプロファイルは、その代わりに、任意の好適な数のより高次の係数を含んでいる（式（１）におけるように）と定義され得ることを考慮する。

第１のゾーン１１２および第２のゾーン１１４は、異なるベースサグプロファイルを含むため、Δ₃（式（８）において定義されるような）は、第１のゾーン１１２と第２のゾーン１１２との間の滑らかな移行部を提供し得る。例えば、第１のゾーン１１２は、第２のゾーン１１４と比較して、異なるベース曲率（ｃ）、円錐定数（ｋ）、および／またはより高次の係数（ａ₂、ａ₄、ａ₆）よって修正されて、図３に示すスルーフォーカス曲線と比較して、近視方向においてスルーフォーカス曲線をシフトさせ得る。図４は、本開示のいくつかの実施形態による、式（５）～（８）によって定義された表面プロファイルを有する光学素子１０２に関する表面サグ対光軸からの半径方向距離のプロット図を示す。図４にプロットされている表面プロファイルは、以下の値を前提としている。

表１に示される値は、例示的な目的のために提供されるにすぎず、および本開示は、値のそれぞれが、異なる値の範囲を有し得ることを考慮する。例として、本開示は、ｒ₁が０．３ｍｍ～０．７ｍｍの範囲に入り、ｒ₄が０．８ｍｍ～１．２ｍｍの範囲に入り、ｒ₁とｒ₂との間の距離が０ｍｍ～０．２ｍｍの範囲に入り、およびｒ₃とｒ₄との間の距離が０ｍｍ～０．２ｍｍの範囲に入り得ることを考慮する。さらなる例として、本開示は、Δ₁が－１．５μｍ～－０．５μｍの範囲に入り、およびΔ₂が０．３μｍ～０．９μｍの範囲に入り得ることを考慮する。

図５は、本開示のいくつかの実施形態による、図２に示す光学素子に関するスルーフォーカスプロット図と比較した、図４に示す光学素子の表面プロファイルに関するスルーフォーカスプロット図を示す。上述の通り、異なるベース曲率、円錐定数、および／またはより高次の係数による第１のゾーン１１２の修正は、（１）中間用補正と遠用補正との間のエネルギーのバランスを再び取り、かつ（２）第１のゾーン１１２および第２のゾーン１１４が同じベース曲率を有する光学素子に対するスルーフォーカス曲線と比較して、近視方向（標的に近い方向（ｎｅａｒ ｔａｒｇｅｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ））においてスルーフォーカス曲線をシフトさせる。

様々な技術および材料は、上述のＩＯＬ１００を製作するために用いられ得る。例えば、ＩＯＬ１００の光学素子１０２は、様々な生体適合性ポリマー材料で形成され得る。いくつかの好適な生体適合性材料は、限定されるものではないが、軟質アクリルポリマー、ヒドロゲル、ポリメチメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリスルホン、ポリスチレン、セルロース、アセテートブチレート、または他の生体適合性材料を含む。例として、一実施形態において、光学素子１０２は、Ａｃｒｙｓｏｆとして一般に知られている軟質アクリルポリマー（２－フェニルエチルアクリレートと２－フェニルエチルメタクリレートの架橋共重合体）で形成され得る。ＩＯＬ１００のハプティック１０４も、上述のものなどの好適な生体適合性材料で形成され得る。場合によっては、ＩＯＬの光学素子１０２およびハプティック１０４は、一体形ユニットとして製作され得るが、他の場合には、それらは、別個に形成されて、当技術分野において公知の技術を用いて、一緒に接合され得る。

様々な上記で開示したおよび他の特徴および機能、またはそれらの代替例は、望ましくは、多くの他の異なるシステムまたは適用例に組み合わせら得ることが認識される。それに続いて、様々な現在は予見できないまたは予期せぬ代替例、修正例、変形例または改良例が、当業者によってなされ得、それらの代替例、変形例および改良例も、以下の特許請求の範囲に含まれるものとすることも認識される。

Claims (20)

1. 光軸と、前記光軸から半径方向に延びる光学プロファイルとを含む、光学素子であって、前記光学プロファイルは、
   前記光軸から第１の半径方向境界へ広がる第１のゾーンであって、第１の曲率を有する内側領域及び外側領域を含む、第１のゾーンと、
   前記第１の半径方向境界から前記光学素子のエッジへ向けて広がる第２のゾーンと、
   第１の位相シフトステップと、第２の位相シフトステップと、前記第１の位相シフトステップから前記第２の位相シフトステップへ延びる、厚みが増したリッジを含む位相シフト特徴と、
   を含む、光学素子
   を含む、眼用レンズ。
2. 前記位相シフト特徴は、前記第１のゾーンの内側に位置し、かつ、前記内側領域と前記外側領域とを分離する、請求項１に記載の眼用レンズ。
3. 前記第１の位相シフトステップは、第１の高さを有し、前記第２の位相シフトステップは、前記第１の高さと同一ではない第２の高さを有する、請求項１に記載の眼用レンズ。
4. 前記第１の高さは、前記第２の高さよりも大きい、請求項３に記載の眼用レンズ。
5. 前記内側領域と前記外側領域とは同じ曲率半径を有する、請求項１に記載の眼用レンズ。
6. 前記第１の曲率は、第１の非球面プロファイルを含み、前記第２のゾーンは、前記第１の非球面プロファイルとは異なる第２の非球面プロファイルを含む第２の曲率を有する、請求項１に記載の眼用レンズ。
7. 前記第１のゾーンの光学プロファイルは、以下の式、
   Ｚ_{ｆｉｒｓｔ ｚｏｎｅ}＝Ｚ_ｂａｓｅ＋Ｚ_２ｐｓ
   によって定義され、Ｚ_ｂａｓｅは以下の式、
   によって定義され、ｒは、前記光軸からの半径方向距離であり、
   ｃは、前記第１のゾーンのベース曲率であり、
   ｋは、円錐定数であり、
   ａ_２、ａ_４、およびａ_６は、それぞれ、２次、４次、および６次係数であり、
   Ｚ_２ｐｓは、以下の式、
   によって定義され、
   ｒ_０は、前記光軸であり、
   前記内側領域は、前記光軸からｒ_１へ広がっており、
   前記位相シフト特徴は、ｒ_１からｒ_４へ広がっており、
   前記第１のゾーンの前記外側領域は、ｒ_４からｒ_５へ広がっており、
   Δ_１は、前記内側領域に対する前記位相シフト特徴のステップ高であり、
   Δ_２は、前記外側領域に対する前記位相シフト特徴のステップ高である、
   請求項１に記載の眼用レンズ。
8. 前記第２のゾーンの光学プロファイルは、Ｚ_２ｐｓが前記第２のゾーンにおいて一定とされ、かつ、Ｚ_{ｓｅｃｏｎｄ ｚｏｎｅ}が、前記第１のゾーンと前記第２のゾーンとの間の境界点においてＺ_{ｆｉｒｓｔ ｚｏｎｅ}と同一である場合に、以下の式、
   Ｚ_{ｓｅｃｏｎｄ ｚｏｎｅ}＝Ｚ_ｂａｓｅ＋（Δ_１＋Δ_２）
   によって定義される、請求項７に記載の眼用レンズ。
9. 前記光学素子の前記光学プロファイルは、以下の式、
   Ｚ_{ｏｐｔｉｃ}＝Ｚ_ｂａｓｅ＋Ｚ_２ｐｓ
   によって定義され、Ｚ_ｂａｓｅ及びＺ_２ｐｓは以下の式、
   によって定義され、ｒは、前記光軸からの半径方向距離であり、
   ｒ_０は、前記光軸であり、
   第１のゾーンは、前記光軸からｒ_５へ広がっており、ここでは、内側領域が前記光軸からｒ_１へ広がっており、前記位相シフト特徴がｒ_１からｒ_４へ広がっており、および前記外側領域がｒ_４からｒ_５へ広がっており、
   前記第２のゾーンは、ｒ_５からｒ_６へ広がっており、
   ｃは、前記第１のゾーンのベース曲率であり、
   ｋは、前記第１のゾーンの円錐定数であり、
   ａ_２、ａ_４、およびａ_６は、それぞれ、前記第１のゾーンの２次、４次、および６次係数であり、
   ｃ’は、前記第２のゾーンのベース曲率であり、
   ｋ’は、前記第２のゾーンの円錐定数であり、
   ａ_２’、ａ_４’、およびａ_６’は、それぞれ、前記第２のゾーンの２次、４次、および６次係数であり、
   Δ_１は、前記内側領域に対する前記位相シフト特徴のステップ高であり、
   Δ_２は、前記外側領域に対する前記位相シフト特徴のステップ高であり、
   Δ_３が以下の式、
   によって定義される、請求項１に記載の眼用レンズ。
10. 以下ｃ≠ｃ’、ｋ≠ｋ’、ａ_２≠ａ_２’、ａ_４≠ａ_４’、およびａ_６≠ａ_６’のうちの少なくとも１つが真であり、
    Δ_３は、前記第１のゾーンと前記第２のゾーンとの間の連続性を確保するために前記第２のゾーンの前記ベース曲率に加える定数である、請求項９に記載の眼用レンズ。
11. 前記眼用レンズは、眼内レンズを含む、請求項１に記載の眼用レンズ。
12. 前記眼用レンズは、コンタクトレンズを含む、請求項１に記載の眼用レンズ。
13. 光軸と、前記光軸から半径方向に延びる光学プロファイルとを含む、光学素子と、
    前記光学プロファイルの内側領域と外側領域とを分離する位相シフト特徴であって、
    前記光学プロファイルの前記外側領域から外向きに延びる第１の位相シフトステップであって、第１のステップ高を有する第１の位相シフトステップと、
    前記光学プロファイルの前記内側領域から内向きに延びる第２の位相シフトステップであって、第２のステップ高を有する第２の位相シフトステップと、
    前記第１の位相シフトステップから前記第２の位相シフトステップへ延びる、厚みが増したリッジ面と、を含む位相シフト特徴と、
    を含み、
    前記内側領域が前記外側領域に対して凹むように、前記第２のステップ高は前記第１のステップ高よりも大きい、眼用レンズ。
14. 前記内側領域と前記外側領域とは同じ曲率半径を有する、請求項１３に記載の眼用レンズ。
15. 前記眼用レンズは、眼内レンズを含む、請求項１３に記載の眼用レンズ。
16. 前記眼用レンズは、コンタクトレンズを含む、請求項１３に記載の眼用レンズ。
17. 光軸を有する眼用レンズであって、レンズコンポーネントを含む前記眼用レンズは、
    前記光軸から第１の半径方向境界へ広がる第１のゾーンであって、内側領域と、外側領域とを含む、第１のゾーンと、
    前記第１の半径方向境界から光学素子のエッジへ向けて広がる第２のゾーンと、
    を含み、
    前記第１のゾーンの表面プロファイルは、以下の式、
    Ｚ_{ｆｉｒｓｔ ｚｏｎｅ}＝Ｚ_ｂａｓｅ＋Ｚ_２ｐｓ
    によって定義され、Ｚ_ｂａｓｅは以下の式、
    によって定義され、ｒは、前記光軸からの半径方向距離であり、
    ｃは、前記第１のゾーンのベース曲率であり、
    ｋは、円錐定数であり、
    ａ_２、ａ_４、およびａ_６は、それぞれ、２次、４次、および６次係数であり、
    Ｚ_２ｐｓは、以下の式、
    によって定義され、
    ｒ_０は、前記光軸であり、
    前記内側領域は、前記光軸からｒ_１へ広がっており、
    位相シフト特徴は、ｒ_１からｒ_４へ広がっており、
    前記第１のゾーンの前記外側領域は、ｒ_４からｒ_５へ広がっており、
    Δ_１は、前記内側領域に対する前記位相シフト特徴のステップ高であり、
    Δ_２は、前記外側領域に対する前記位相シフト特徴のステップ高である、
    眼用レンズ。
18. 前記第２のゾーンの表面プロファイルは、Ｚ_２ｐｓが前記第２のゾーンにおいて一定とされ、かつ、Ｚ_{ｓｅｃｏｎｄ ｚｏｎｅ}が、前記第１のゾーンと前記第２のゾーンとの間の境界点においてＺ_{ｆｉｒｓｔ ｚｏｎｅ}と同一である場合に、以下の式、
    Ｚ_{ｓｅｃｏｎｄ ｚｏｎｅ}＝Ｚ_ｂａｓｅ＋（Δ_１＋Δ_２）
    によって定義される、請求項１７に記載の眼用レンズ。
19. 前記眼用レンズは、眼内レンズを含む、請求項１７に記載の眼用レンズ。
20. 前記眼用レンズは、コンタクトレンズを含む、請求項１７に記載の眼用レンズ。

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