TWI494093B - 具有動態球面像差之調節式人工水晶體（ｉｏｌ） - Google Patents

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Description

具有動態球面像差之調節式人工水晶體(IOL) 相關申請案
本申請案在35 USC §119下主張在2008年2月7日所提出的美國臨時專利申請序號61/026,939之優先權。
本發明廣泛關於眼膜透鏡，更特別關於具有動態像差之調節式人工水晶體(IOL)。
 發明背景
眼睛的光學倍率由角膜與水晶體之光學倍率決定，其中水晶體提供約三分之一的眼睛總光學倍率。水晶體為一種透明的雙凸結構，其可藉由睫狀肌改變曲率而調整其光學倍率，以便讓眼睛聚焦在不同距離處的物體上。此過程已知為調節。由於調節，天然水晶體所具有的球面像差向負方向偏移。
但是，在罹患白內障(例如，由於年老及/或疾病)的個體中，天然水晶體變成較不透明，因此減少到達視網膜的光量。已知用於白內障的治療包括移除不透明天然水晶體及以人工水晶體(IOL)置換。雖然此IOL可改良患者的視力，但是，它們會導致眼睛的調節能力喪失或至少嚴重縮減。特別是，通常指為單焦點IOL的IOL種類提供單一光學倍率，因此不允許調節。通常已知為繞射式IOL的另一種IOL種類主要提供二種光學倍率，典型為遠及近光學倍率。就其本身而論，這些IOL僅提供有限的調節程度，通常已知 為假性調節。
雙光學調節式IOL亦已知，其使用二個可因應睫狀肌移動而彼此相對移動的光學元件來提供一定程度的連續調節。但是，此等IOL的二個光學元件之移動範圍典型有限，從而限制它們所提供的視距調節範圍。
因此，已對加強型IOL(特別是經改良的調節式IOL)和使用其之視力校正方法有一需求。
 發明概要
在一個觀點中，本發明提供一種人工水晶體(IOL)，其具有一前段光學元件、一後段光學元件及一用來耦合該前段與後段元件的機構，以便允許那些元件彼此相對地軸移動，以便當該水晶體被植入患者眼睛中時可提供調節。該前段及後段元件每個皆包含至少一個非球面表面，其中該等表面之非球面性係經調適以便提供一可隨著調節而改變的結合性球面像差。
在相關觀點中，由該IOL所具有之球面像差(由於該前段與後段元件的結合性像差)可因應已植入IOL的眼睛之瞳孔尺寸改變(當眼睛從遠視調節至近視時)而從正值改變至負值。以實施例說明之，當在調節期間瞳孔直徑從約6毫米改變至約1.5毫米時，該球面像差可在約+0.2微米至約-0.5微米(負0.5微米)之範圍內變化。在某些實例中，當該IOL光學倍率由於調節而在約0至約6D之範圍內變化時，此IOL之球面像差的動態變量之特徵亦可為在約+0.2微米至約 -0.5微米(負0.5微米)之範圍內改變。在某些其它實例中，該動態變量的範圍可甚至較大以進一步增加焦深。
在相關觀點中，當該IOL的光學元件分開一段與合適於遠視的調節狀態相應之距離時，該IOL可具有稍微正的球面像差。此正的球面像差可例如在約+0.2微米至約0微米的範圍內。比較上，當該IOL的光學元件分開一段與合適於近視的調節狀態相應之距離時，該IOL可具有負的球面像差。以實施例說明之，此負的球面像差可在約-0.5微米(負0.5微米)至約0微米的範圍內。
在其它實例中，當眼睛在不調節狀態(合適於遠視的狀態)時，該IOL可具有稍微負的球面像差，例如，球面像差在約-0.5微米(負0.5微米)至約0微米之範圍內，且當眼睛調節以便觀看不斷較近的物體時，該球面像差逐漸變成更負。
在相關觀點中，該前段光學元件提供一範圍在約6D至約40D內之單焦點折射性光學倍率，同時該後段光學元件提供一範圍在約-30D(負30D)至約-3D(負3D)內之單焦點折射性光學倍率。
在相關觀點中，該IOL的該機構適用於隨著該調節從遠視變至近視而在0毫米至2毫米之範圍內調整在該等光學元件間之軸分隔。
在另一個觀點中，已揭示出一種人工水晶體(IOL)總成，其包括一前段水晶體、一後段水晶體及一耦合機構，其中該耦合機構連接那些水晶體以便當該IOL組合被植入患者眼睛中時，可造成其因應眼睛的自然調節力量彼此相 對地軸移動。該等水晶體提供一以眼睛的調節狀態之函數改變之結合性球面像差。例如，當眼睛的調節狀態從合適於遠視狀態改變至合適於近視狀態時，該結合性球面像差從正值改變至負值。再者，當該調節力增加時，該結合性球面像差可對整體的調節力範圍呈負值且伴隨著像差減少(變成更負)。在某些實例中，此減少之特徵為在球面像差對調節所繪製的圖中可具有一實質上線性的斜率。
在另一個觀點中，已揭示出一種調節式人工水晶體(IOL)，其包含一具有前段光學元件及後段光學元件的雙元件光學元件，其中每個元件提供一球面像差，使得那些元件之結合性球面像差以已植入該光學元件的眼睛之調節狀態的函數變化。以實施例說明之，當眼睛的調節狀態從合適於遠視的狀態改變至合適於近視的狀態時，該結合性球面像差可在從約+0.2微米(正0.2微米)延伸至約-0.5微米之範圍內變化。
在另一個觀點中，本發明提供一種人工水晶體(IOL)，其包含一具有至少一個非球面表面的前段光學元件，及一具有至少一個非球面表面的後段光學元件，其中該非球面表面係經調適以便當該水晶體被植入患者眼睛中時可提供一以瞳孔尺寸之函數變化的結合性球面像差。例如，在某些實例中，該結合性球面像差對瞳孔尺寸等於或大於約6毫米來說為正及對瞳孔尺寸少於約1.5毫米來說為負。
在相關觀點中，於上述IOL中，該前段光學元件提供一範圍約6至約40D的單焦點光學倍率，及該後段光學元件提供一 範圍約-30D(負30D)至約-3D(負3D)的單焦點光學倍率。
在另一個觀點中，已揭示出一種矯正視力的方法，其包括提供一具有可變的球面像差(其經調適以便以已植入該IOL的眼睛之調節狀態的函數變化)之調節式人工水晶體(IOL)；及在患者眼睛中植入該IOL。
可參考下列詳細說明且與相關圖形相關聯對本發明獲得進一步了解，其中該等圖形在下列中有簡單討論。
圖式簡單說明
第1圖為一根據本發明之具體實例的調節式IOL之圖式側視圖，其中該IOL具有一前段水晶體、一後段水晶體及一將彼此耦合的機構，以讓該等水晶體相對於彼此呈軸向移動。
第2A圖圖式描述出顯示在第1圖中的IOL之前段水晶體，此闡明出其包括一非球面後表面。
第2B圖圖式描述出顯示在第1圖中的IOL之後段水晶體，此闡明其包括一非球面前表面。
第3A圖為根據本發明之具體實例的雙光學調節式IOL之圖式側視圖，其中該IOL在其前段光學元件的表面上具有一繞射結構。
第3B圖為一描述出第3A圖之IOL的前段光學元件表面之繞射結構的圖式圖。
第3C圖為第3A圖之IOL的前表面之繞射結構減掉該表面的基礎曲率之圖式輻射狀剖面。
第4圖顯現出三種假設的IOL設計(球面設計、減少球面像差的設計、及根據本發明之具體實例的設計)之經計算的 殘餘球面像差，如為調節之函數。
第5圖顯示出由三種IOL設計(球面設計、減少球面像差的設計及根據本發明之具體實例的設計)所提供，在其前段與後段水晶體彼此相對的不同分隔距離處之計算的近軸調節。
第6A圖顯示出三種假設的雙光學調節式IOL(球面設計、減少球面像差的設計及根據本發明之具體實例的設計)，其前段與後段水晶體分開0.6毫米的像差影響之理論計算的調節。
第6B圖顯示出三種假設的雙光學調節式IOL(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)，其前段與後段水晶體分開1毫米的像差影響之理論計算的調節。
第7A圖顯示出與三種假設的雙光學調節式IOL設計(球面設計、減少球面像差的設計及根據本發明之具體實例的設計)相應，在6毫米及3毫米瞳孔尺寸處的遠視，於100線對/毫米下之理論計算的調制轉換函數(MTF)。
第7B圖顯示出與三種假設的雙光學調節式IOL設計(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)相應，在6毫米及3毫米瞳孔尺寸處的近視，於100線對/毫米下之理論計算的調制轉換函數(MTF)。
第8A圖顯示出三種設計(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)，與3毫米瞳孔直徑在50線對/毫米下之計算的MTF相應之曲線圖，如為調節力的函數。
第8B圖顯示出三種設計(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)，與6毫米瞳孔直徑在50線對/毫米下之計算的MTF相應之曲線圖，如為調節力的函數。
第9圖顯示出傾斜及偏心在三種假設的雙光學調節式IOL設計(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)之影像品質上之計算的效應。
 較佳實施例之詳細說明
本發明廣泛提供一種調節式人工水晶體(IOL)，其具有一如為眼睛的調節狀態之函數的動態球面像差，以便提高該有效的調節力。以實施例說明之，該IOL可包括二個光學元件，其分開一段可調整的軸距離且經由一可因應眼睛的自然調節力量來改變軸距離之機構彼此連結，因此提供一調節力。每個光學元件的至少一個表面可具有一非球面曲線，使得該IOL以增加調節之函數提供一減少的球面像差。例如，該球面像差可具有一特徵為隨著調節增加呈負斜率之變量，也就是說，當眼睛調節以觀看較近的物體時，該像差可逐漸變成更負。
雖然在上述討論的具體實例中已與球面像差連結來描述該IOL之動態像差，本發明之教導可應用於調節式IOL中，以調節的函數動態改變其它像差型式(諸如，散光及/或柱面像差)。例如，在某些具體實例中，雙光學調節式IOL之至少一個IOL可包括柱狀表面，其經設計以對遠視減少 (例如，完整校正)眼睛柱面像差(例如，藉由抵消角膜之柱面像差)。當眼睛調節以觀看較近的物體時，在IOL之二個光學元件間的軸分隔可改變，從而產生殘餘的柱面像差。例如，柱狀表面可對近視產生目標殘餘柱面像差及擴展焦深範圍，而非完整校正角膜的柱狀誤差，因此導致變化的殘餘柱面像差。換句話說，該IOL以增加調節之函數提供一動態改變的柱面像差。
再者，雖然在下列討論的許多具體實例中由於二個光學元件的軸分隔改變而達成像差之動態變化，在其它具體實例中，可由於在調節式IOL之二個光學元件間的軸分隔之頂端上的橫向偏移而達成一或多個像差的此動態變化。
第1圖圖式描述出根據本發明之具體實例的人工水晶體(IOL)10，其包括一前段光學元件12(例如，水晶體)與一後段光學元件14(例如，另一個水晶體)，其在一定的軸距離處彼此相對地放置。如在下列進一步討論，當該IOL被植入患者眼睛中時，在二個元件間之軸距離可因應眼睛的自然調節力量變化以改變該用來提供調節的元件之結合倍率。該前段光學元件12繞著其光學軸OAA配置及該後段光學元件14繞著其各別的光學軸OAP配置。於此實例中，二個元件之光學軸共線。因此，在下列描述中將參考IOL 10的光學軸OA。
調節機構16將該前段與後段光學元件耦合在一起，以便當該IOL被植入患者眼睛中時可因應眼睛的自然調節力量而相對地軸移動(沿著光學軸OA移動)。雖然在某些具體 實例中該機構造成光學元件之一(例如，前段元件12)移動同時其它仍然靜止，在其它具體實例中該機構16可造成二個元件移動。該等光學元件的相對移動改變在那些元件間之軸分隔距離，因此改變該IOL的光學倍率。換句話說，軸距離改變可對觀看在離眼睛不同距離處之物體提供調節，如在下列進一步討論。
該前段與後段光學元件和該調節機構可由任何合適的生物相容材料形成。此材料之某些實施例包括(但不限於)水凝膠、聚矽氧、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及已知為阿克里索夫(Acrysof)(丙烯酸2-苯基乙酯與甲基丙烯酸2-苯基乙酯之交聯共聚物)的聚合材料。以實施例說明之，在某些實例中，該前段及後段光學元件由一種型式的生物相容聚合材料形成及該調節機構由另一種型式形成。
在此具體實例中，該前段光學元件12具有雙凸曲線及作用為一提供正光學倍率的水晶體，而該後段光學元件14具有雙凹曲線及作用為一提供負光學倍率的水晶體。在某些具體實例中，可一起選擇每個元件之表面曲率與形成該元件的材料，使得該前段光學元件提供一範圍在約6至約40屈光度(D)的光學倍率，或更佳範圍為約15至約35D；及該後段光學元件提供一範圍在約-30D至約-3D的光學倍率，及更佳範圍在約-25D至約-5D。以實施例說明之，可選擇二個元件的光學倍率，使得用來觀看遠距離物體(例如，在離眼睛大於約2000公分的距離處之物體)的IOL之結合倍率(即，遠視倍率)在範圍約6至約34D。可在二個光學元件彼 此分隔最小處達成IOL之此遠視倍率。當在元件間之軸距離由於調節力量而增加時，該IOL的光學倍率增加直到到達最大光學倍率，以便在距離等於或少於約40公分(即，近視)處觀看物體。此最大光學加光可例如在約0.1至約5D之範圍內。
該前段光學元件12包括一前表面12a與一後表面12b。類似地，該後段光學元件14包括一前表面14a與一後表面14b。如在下列進一步討論，在此具體實例中，該前段元件12的後表面12b與該後段元件14的前表面14a每個皆具有一非球面曲線，然而該前段元件的前表面與該後段元件的後表面具有一實質上球面曲線。如於本文中所使用，名稱“非球面曲線”通常指為一偏離與球形部分相應的表面曲線之表面曲線。雖然在某些具體實例中，此非球面偏離可繞著該表面的對稱軸(例如，水晶體之光學軸)具有旋轉對稱性，在其它具體實例中該偏離可不具有此旋轉對稱性。
安置該表面12b及表面14a的非球面性，使得它們協同提供一結合性球面像差，其中該像差以在二個元件間之軸距離的函數或更通常以瞳孔尺寸的函數改變，如在下列進一步討論。在其它具體實例中，除了前述提及的表面12b及14a外之IOL 10的表面可具有經選擇的非球面性程度。更通常來說，每個光學元件的至少一個表面具有經選擇的非球面性，使得它們協同提供一以瞳孔尺寸(其可由於調節而變化)的函數改變之結合性球面像差，如在下列討論。
更特別的是，當瞳孔直徑由於調節增加(其可與在IOL的光學元件之軸分隔增加相應)而減少時，由IOL所具有的 球面像差可減少。例如，在某些實例中，當眼睛在用來觀看遠距物體之不調節狀態下時，該IOL可具有小的正球面像差。當眼睛調節以聚焦在較近的物體上時，該球面像差減少及在所提供的調節力下改變至負值。當眼睛甚至進一步調節時，該球面像差逐漸變成更負。在某些其它實例中，由該用於遠視的IOL所具有之球面像差稍微負及其隨著增加的調節逐漸變成更負。
藉由進一步闡明，如圖式顯示在第2A圖中，該前段元件12的後表面12b具有一表面曲線，其在接近光學軸的輻射距離處實質上與一推定的球面曲線(由虛線顯示出)重疊，及以從該光學軸開始增加的輻射距離之函數逐漸偏離該推定的曲線。類似地，如圖式描述在第2B圖中，該後段元件14之前表面14a與推定的球面曲線(由虛線顯示出)具有一偏離。
如上述提到，選擇該表面之非球面性，使得由該二個元件所具有的結合性球面像差以瞳孔尺寸之函數改變。例如，在某些具體實例中，該IOL 10之前段及後段光學元件的非球面表面之輻射表面曲線可由下列關係定義： 其中x代表該表面在從該水晶體的光學軸算起之輻射距離r處的凹陷；c代表該表面在其頂點處(在該光學軸與該表面的交叉處)之曲率；，其中r代表在該表面上如從頂點開始測量 的輻射點；k代表二次曲線常數；a1 代表二級非球面係數；a2 代表四級非球面係數；及a3 代表六級非球面係數。對該前段元件12之後表面12b來說，在某些具體實例中，c可在範圍約-6至約-15毫米-1 內，k可在範圍約-20至約-60內，a1 可在範圍約-1E-2至約1E-2內，a2 可在範圍約-1E-2至約1E-2內及a3 可在範圍約-1E-2至約1E-2內。對該後段元件14之前表面14a來說，在某些具體實例中，c可在範圍約-60至約60內，k可在範圍約-20至約-60內，a1 可在範圍約-1E-2至約1E-2內，a2 可在範圍約-1E-2至約1E-2內及a3 可在範圍約-1E-2至約1E-2內。
進一步闡明的是，下列表1A及1B一起顯示出根據本發明之某些具體實例的三種假設的雙元件調節式IOL之典型設計參數，與此IOL之前段水晶體(表1A)和後段水晶體(表1B)的設計參數。
在使用時，IOL 10可植入患者的眼睛中以置換一閉合的天然水晶體。在白內障手術期間，例如使用鑽刀於角膜中切出一小切口。然後，經由該角膜切口塞入一裝置以切割(典型以環型方式)該前房水晶體囊的一部分，以提供取出該不透明的天然水晶體。然後，使用超音波或雷射探針打散水晶體及吸出所產生的水晶體碎片。然後，可將該欲對著囊袋的後房側放置之IOL塞入患者的囊袋中。在某些實例中，首先將已耦合至該調節機構的IOL之後段元件塞入該囊袋中，隨後塞入該前段元件及將其耦合至該調節機構。該調節機構與該囊袋銜接以便反應眼睛的自然調節力量。在某些具體實例中，該IOL組合之多種構件可被摺疊及可使用注入器塞入囊袋中。一旦進入眼睛內，該等構件可攤開而呈現出其正常形狀。
對觀看遠距物體(例如，當眼睛在不調節狀態下觀看在離眼睛大於約2000公分的距離處之物體)來說，眼睛的睫狀肌會放鬆以擴大睫環直徑。睫環之擴大依次造成小帶的向外移動，因此平坦化該囊袋。在某些具體實例中，囊袋的此平坦化可造成調節機構16將該前段與後段光學元件朝向彼此移動，因此降低該IOL的光學倍率。比較上，為了觀看較近的物體(也就是說，當眼睛在調節狀態下時)，睫狀肌會縮小而造成睫環直徑減少。此直徑減少將放鬆在小帶上的向外輻射力量以消除囊袋之平坦化。此依次可造成調節機 構16將該前段與後段光學元件彼此遠離地移動，因此增加IOL 10的總光學倍率。
已知當眼睛調節時瞳孔直徑會改變。特別是，當眼睛調節以觀看較近的物體時，瞳孔直徑減少。如上述提到，當瞳孔尺寸減少時(也就是說，當眼睛調節以觀看較近的物體時)，由IOL 10所具有的總球面像差減少(例如，其從正值改變至負值，其隨著調節增加逐漸變成更負)。負球面像差造成在不同輻射場所處的光穿越一光學孔隙，以沿著該IOL的光學軸聚焦在不同點處。當孔隙減小時，IOL之球面像差造成光聚焦較接近IOL，因此提高IOL的有效倍率。換句話說，IOL提供一以眼睛的調節狀態之函數改變的動態球面像差，以提高調節。
如上述提到，在某些具體實例中，該IOL 10對遠視具有相對小的正球面像差(例如，在範圍約0.1至0微米內)。此外，在其它具體實例中，該IOL 10對遠視具有相對小的負球面像差(例如，在範圍約-0.1至-0.2微米內)。此負或正球面像差可改良用於遠視的焦深。當眼睛調節以觀看較近的物體時，瞳孔直徑減少伴隨著由該IOL所具有的球面像差減少。例如，在對遠視具有小的正球面像差之具體實例的實例中，該球面像差可從正值改變至負值，其中當眼睛調節以觀看不斷較近的物體時將逐漸減少至較大的負值。在對遠視具有小的負球面像差之具體實例中，當眼睛調節以觀看較近的物體時該球面像差逐漸呈現負值。如上述討論，此負球面像差可提高調節。此外，可隨著較小的瞳孔尺寸 發生焦深的自然增加。
可藉由多種已知技術來測量由光學系統(諸如該典型的IOL 10)所具有之球面像差。以實施例說明之，美國專利案號4,696,569發表名稱”測量球面像差之方法及其裝置”和美國專利案號5,935,738發表名稱”相偏移遮罩、曝光方法及用來測量球面像差的量之方法”(此二者於此其全文以參考方式併入本文)皆揭示出用來測量球面像差的方法及裝置。
在某些具體實例中，包含該IOL的二種光學元件之至少一個表面具有一環面曲線。如在技藝中已知，複曲面曲線之特徵為二種不同半徑曲率與沿著表面的二個正交方向相應。以實施例說明之，可使用在技藝中已知的方式來選擇該環面曲線，以補償患者眼睛對遠視之散光像差。以實施例說明之，可對顯示在第1圖中的IOL 10之前段光學12的後表面12b授予一環面曲線。
雖然在上述具體實例中，該調節式IOL的二個光學元件每個皆提供一單焦點光學倍率；在其它具體實例中，那些光學元件之至少一個可提供多重光學倍率，例如，主要二種光學倍率。以實施例說明之，第3A圖圖式描述出根據此具體實例之調節式IOL 18，其具有一前段水晶體20與一後段水晶體22。調節機構24將前段水晶體20耦合至後段水晶體，以便當該IOL被植入患者眼睛中時可因應眼睛的自然調節力量造成其相對於彼此軸移動。類似於先前具體實例，該前段水晶體20具有雙凸曲線及該後段水晶體22具有雙凹曲線。該前段水晶體的後表面及該後段水晶體的前表面具 有一經選擇的非球面性程度，以便例如以上述討論的方式提供一如為調節的函數之動態球面像差(一當患者調節以觀看較近的物體時將減少之球面像差)。
但是，在此具體實例中，於該前段水晶體的前表面20a上配置一繞射結構26，如此該前段水晶體提供一遠景深點光學倍率和一近景深點光學倍率。更特別的是，該前段水晶體之前及後表面的曲率與形成該水晶體的材料之折射率一起授予該水晶體一折射性光學倍率(於本文中指為遠景深點倍率)。該繞射結構依次提供零級倍率(其實質上與此遠景深點倍率相應)和一級繞射倍率(其大於零級倍率)。在1級與零級光學倍率間之差異通常指為IOL的加光(add power)。
在許多具體實例中，該前段水晶體的遠景深點倍率範圍可在約6D至約40D內，及其加光範圍可在約1D至約4D內或更佳範圍在約2D至約4D內。類似於先前具體實例，該後段水晶體提供一單焦點光學倍率，其可例如在範圍約-30至約-3D內。該前段水晶體之遠景深點倍率與該後段水晶體的單焦點倍率一起提供該IOL之主要倍率。當該調節機構改變在前段與後段水晶體間之分隔距離時，此IOL的主要倍率可從合適於遠視的倍率改變至合適於近視。在某些實例中，此在倍率上的調節改變範圍可在約0.5至約5D內。
由該前段水晶體20的繞射結構所提供之加光可提高及/或增進由該前段及後段水晶體之軸移動所達成的倍率之調節改變。在某些實例中，於該調節力的範圍內選擇該繞 射加光。但是，在其它實例中，該加光可位於此範圍外以便增進該IOL的調節能力。某些典型的加光值可位於約3D至約4D之範圍內。
繞射結構26可以多種不同的方式執行。通常來說，如顯示在第3A及3B圖中，該繞射結構26包括由複數個臺階30分開的複數個繞射區域28。雖然在某些裝備中，該臺階高度實質上一致；在其它中，它們可以從該水晶體的光學軸開始增加的輻射距離之函數(也就是說，該臺階高度經切趾)變化(例如，減少)。以實施例說明之，可根據下列關係定義出實質上一致的臺階高度： 其中λ代表一設計波長(例如，550奈米)；α代表一可調整以控制與多種級數相關的繞射效率之參數，例如，α可選擇為2.5；n2 代表該光學元件之折射率；n1 代表放置水晶體的媒質之折射率。
以實施例說明之，在某些其它實例中，若該臺階高度以從該光學軸算起的輻射距離之函數減少時，可根據下列關係定義出該臺階高度： 其中 λ代表設計波長(例如，550奈米)；a代表一可調整以控制與多種級數相關的繞射效率之參數，例如，a可選擇為2.5；n2 代表該光學元件之折射率；n1 代表放置水晶體的媒質之折射率；及f 切趾 代表一尺度函數(scaling function)，其值以從該光學軸與該水晶體之前表面的交叉開始增加的輻射距離之函數減少。以實施例說明之，該尺度函數ʃ切趾 可由下列關係定義： 其中ri 代表第i個區域的輻射距離；r 外 代表最後雙焦點繞射區域的外徑。亦可使用其它切趾尺度函數，諸如在2004年12月1日所提出具有序號11/000770之共審查中的專利申請案(發表名稱”切趾非球面繞射水晶體”)中(其於此以參考方式併入本文)所揭示之那些。
在某些具體實例中，該繞射區域呈環狀區域形式，其繞著該光學元件的光學軸延伸。在此等具體實例的某些中，根據下列關係來選擇區域界限(ri )之輻射場所： 其中i代表區域數目(i=0代表中央區域)；ri 代表第i個區域的輻射場所； λ代表設計波長；及f 代表加光。
可在本發明之多個具體實例中使用於技藝中已知的多種調節機構，諸如顯示在第1及3A圖中的IOL 10及18。此機構之實施例揭示在美國專利申請案案號7,316,713(發表名稱“調節式人工水晶體系統”)中。另一個機構揭示在美國專利申請案案號6,616,691(發表名稱“調節式人工水晶體”)中。這二篇專利於此其全文以參考方式併入本文。
實施例
根據本發明之某些具體實例，雙元件調節式IOL之典型的假設設計之光學性能理論上可與各別球面設計和球面像差減低的設計之性能比較。
根據本發明之教導的設計之表面參數提供在上述表1A及1B中。對球面設計來說，該前段水晶體和該後段水晶體的表面參數提供在下列表2A及2B中：
下列表3A及3B提供該球面像差減少之理論IOL設計的前段及後段水晶體之表面參數：
第4圖顯示出理論計算的曲線圖，其指示出上述假設設計之如為調節的函數之殘餘球面像差。該曲線圖指示出該球面設計在零調節處具有正的殘餘球面像差，且當調節力增加時該球面像差以正斜率增加。具有減少像差的設計在調節力之計算的改變上具有一實質上固定的殘餘球面像差(其具有小的正斜率)。比較上，根據本發明之教導的設計在零調節處具有小的正殘餘球面像差，且當調節力增加超過某些值時該殘餘調節改變至負值。當該調節力進一步增加時，該殘餘球面像差以負斜率減少。如上述討論，此在具有調節力的球面像差上之動態改變提供一些優點，包括提高該水晶體之有效調節力。
第5圖顯示出由三種設計在其前段與後段水晶體相對於彼此一段不同分隔距離處所提供之計算的近軸調節。該圖顯示出三種設計具有類似額定的近軸調節，如為其元件之分隔的函數。
但是，如上述提到，由根據本發明之教導的設計所提供之動態球面像差可導致當瞳孔尺寸減少時提高有效的調節。要闡明的是，第6A及6B圖顯示出前述提及的三種設計之前段與後段水晶體各別分隔0.6毫米及1毫米的像差影響之理論計算的調節。該球面設計顯示出在此調節中減少，及當該瞳孔直徑從6毫米減少至3毫米時，該具有減少的像差之設計顯示出無實質上改變。比較上，此在瞳孔直徑上的減少導致由根據本發明之教導的設計之動態球面像差所提供的有效調節力增加。
進一步闡明的是，第7A圖顯示出與先前提及的三種設計相應在6毫米及3毫米瞳孔尺寸處之遠視於100線對/毫米下之理論計算的調制轉換函數(MTF)，如為由三種水晶體所提供的影像品質之度量。如由一般熟知技藝之人士已知，成像系統(諸如IOL)的MTF可定義為與由該系統所形成的影像之物體相關的對比相對於與該物體相關的對比之比率。與光學系統相關的MTF通常不僅依照射該成像系統的光之強度分佈的空間頻率而定，而且其亦可由其它因素影響，諸如照明孔隙的尺寸和照射光的波長。在許多具體實例中，該MTF可對具有波長約550奈米的光來測量及/或計算，然而亦可使用其它波長或波長之組合。
繼續參考第7A圖，該球面設計對6毫米的瞳孔直徑具有差的影像品質，同時該具有動態球面像差的設計之理論性能可與具有減少像差的設計比較。第7B圖顯示出與三種設計相應在6毫米及3毫米處之近視於100線對/毫米下之理論計算的MTF。再次，該球面設計在6毫米瞳孔直徑處具有差的影像品質。該減少的像差及該動態像差設計二者在3毫米及6毫米瞳孔直徑二者處具有好的影像品質，且該動態像差設計對6毫米瞳孔直徑具有較低的MTF。
第8A及8B圖顯示出三種設計各別對3毫米及6毫米瞳孔直徑在50線對/毫米下之與計算的MTF相應之曲線圖，如為該調節力的函數。對3毫米瞳孔尺寸來說，由三種設計所具有的焦深可比較。對6毫米瞳孔尺寸來說，三種設計具有不同焦深，且該動態像差設計由於設計進入該系統的像差而顯示出焦深增加。
第9圖顯示出傾斜及偏心在三種設計的影像品質上之計算的效應，如由在3毫米瞳孔直徑處與100線對/毫米相應之計算的MTF所定義。對5及10度之二種傾斜角度與0.5毫米及1.0毫米之二個偏心值的MTF值可與該額定及繞射限制的MTF值比較，此指示出該像差減少設計闡明對傾斜及偏心具最大的穩健性。
在某些具體實例中(諸如上述實施例)，該IOL具有下列機械約束：合理的邊緣厚度(例如，邊緣厚度少於約0.3毫米)，及該後段元件的後表面之最大面凹陷少於約0.5毫米(例如，少於約0.36毫米)。
一般熟知技藝之人士將察知可對上述具體實例製得多種改變而沒有離開本發明之範圍。
10‧‧‧IOL
12‧‧‧前段光學元件
12a‧‧‧前表面
12b‧‧‧後表面
14‧‧‧後段光學元件
14a‧‧‧前表面
14b‧‧‧後表面
16‧‧‧調節機構
18‧‧‧調節式IOL
20‧‧‧前段水晶體
20a‧‧‧前表面
22‧‧‧後段水晶體
24‧‧‧調節機構
26‧‧‧繞射結構
28‧‧‧繞射區域
30‧‧‧臺階
OA,OAA,OAP‧‧‧光學軸
第1圖為一根據本發明之具體實例的調節式IOL之圖式側視圖，其中該IOL具有一前段水晶體、一後段水晶體及一將彼此耦合的機構，以讓該等水晶體相對於彼此呈軸向移動。
第2A圖圖式描述出顯示在第1圖中的IOL之前段水晶體，此闡明出其包括一非球面後表面。
第2B圖圖式描述出顯示在第1圖中的IOL之後段水晶體，此闡明其包括一非球面前表面。
第3A圖為根據本發明之具體實例的雙光學調節式IOL之圖式側視圖，其中該IOL在其前段光學元件的表面上具有一繞射結構。
第3B圖為一描述出第3A圖之IOL的前段光學元件表面之繞射結構的圖式圖。
第3C圖為第3A圖之IOL的前表面之繞射結構減掉該表面的基礎曲率之圖式輻射狀剖面。
第4圖顯現出三種假設的IOL設計(球面設計、減少球面像差的設計、及根據本發明之具體實例的設計)之經計算的殘餘球面像差，如為調節之函數。
第5圖顯示出由三種IOL設計(球面設計、減少球面像差的設計及根據本發明之具體實例的設計)所提供，在其前段與後段水晶體彼此相對的不同分隔距離處之計算的近軸調節。
第6A圖顯示出三種假設的雙光學調節式IOL(球面設 計、減少球面像差的設計及根據本發明之具體實例的設計)，其前段與後段水晶體分開0.6毫米的像差影響之理論計算的調節。
第6B圖顯示出三種假設的雙光學調節式IOL(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)，其前段與後段水晶體分開1毫米的像差影響之理論計算的調節。
第7A圖顯示出與三種假設的雙光學調節式IOL設計(球面設計、減少球面像差的設計及根據本發明之具體實例的設計)相應，在6毫米及3毫米瞳孔尺寸處的遠視，於100線對/毫米下之理論計算的調制轉換函數(MTF)。
第7B圖顯示出與三種假設的雙光學調節式IOL設計(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)相應，在6毫米及3毫米瞳孔尺寸處的近視，於100線對/毫米下之理論計算的調制轉換函數(MTF)。
第8A圖顯示出三種設計(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)，與3毫米瞳孔直徑在50線對/毫米下之計算的MTF相應之曲線圖，如為調節力的函數。
第8B圖顯示出三種設計(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)，與6毫米瞳孔直徑在50線對/毫米下之計算的MTF相應之曲線圖，如為調節力的函數。
第9圖顯示出傾斜及偏心在三種假設的雙光學調節式 IOL設計(球面設計、減少球面像差之設計及根據本發明之具體實例的設計)之影像品質上之計算的效應。
10‧‧‧IOL
12‧‧‧前段光學元件
12a‧‧‧前表面
12b‧‧‧後表面
14‧‧‧後段光學元件
14a‧‧‧前表面
14b‧‧‧後表面
16‧‧‧調節機構
OA,OAA,OAP‧‧‧光學軸

Claims (16)

  1. 一種展現出動態球面相差係為調節力(accommodative power)之函數的調節式人工水晶體(IOL)，其包含：一具有至少一個非球面表面的前段光學元件；及一具有至少一個非球面表面的後段光學元件；一耦合該前段與後段光學元件之機構，其對於該IOL被植入的眼睛之自然調節力回應而容許該等元件相對於彼此軸移動，以在該水晶體被植入個體眼睛中時提供調節，該機構適用於隨著該調節從遠視變至近視而在0毫米至2毫米之範圍內調整在該等元件間之軸分隔；其中該前段與後段元件之該等非球面表面係適用於提供一隨著調節改變的結合性球面像差，該結合性球面像差隨著眼睛的調節狀態從適合遠視的狀態改變至適合近視的狀態，而在+0.20微米至-0.50微米的範圍內從正值改變至負值。
  2. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該IOL對遠視具有負球面像差，且該像差之減少係為增高調節之函數。
  3. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該等元件之至少一個的非球面表面具有一非球面性，其中二次曲線常數k在-20至-60的範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該前段光學元件的非球面表面與該前段光學元件的前或後表面之任何一個相對應。
  5. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該後段光學元件的非 球面表面與該後段光學元件之前或後表面的任何一個相對應。
  6. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該前段光學元件提供一在6至40屈光度範圍內的光學倍率。
  7. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該後段光學元件提供一在-30至-3屈光度範圍內的光學倍率。
  8. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該前段與後段光學元件由一生物相容材料形成。
  9. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該等光學元件之至少一個具有一複曲面。
  10. 一種展現出動態球面相差係為調節力之函數的調節式人工水晶體(IOL)，其包含：一具有至少一個非球面表面的前段光學元件；一具有至少一個非球面表面的後段光學元件；及一耦合該前段與後段光學元件之機構，其對於該IOL被植入的眼睛之自然調節力回應而容許該等元件相對於彼此軸移動，以在該水晶體被植入個體眼睛中時提供調節，該機構適用於隨著該調節從遠視變至近視而在0毫米至2毫米之範圍內調整在該等元件間之軸分隔；其中該前段與後段元件之該等非球面表面係適用於提供一結合性球面像差，在該水晶體被植入患者眼睛中時該結合性球面像差以瞳孔尺寸之函數改變，該結合性球面像差隨著眼睛的調節狀態從適合遠視的狀態改變至適合近視的狀態，而在+0.20微米至-0.50微米的範 圍內從正值改變至負值。
  11. 如申請專利範圍第10項之IOL，其中該結合性球面像差對小於1.5毫米之瞳孔尺寸來說為負的。
  12. 如申請專利範圍第10項之IOL，其中該結合性球面像差對等於或大於6毫米之瞳孔尺寸來說為正。
  13. 如申請專利範圍第10項之IOL，其中該前段光學元件提供一在6至40屈光度範圍內的單焦點光學倍率。
  14. 如申請專利範圍第10項之IOL，其中該後段光學元件提供一在-30至-3屈光度範圍內的單焦點光學倍率。
  15. 一種展現出動態球面相差係為調節力之函數的調節式人工水晶體(IOL)，其包含：一具有至少一個非球面表面的前段光學元件；一具有至少一個非球面表面的後段光學元件；一耦合該前段光學與該後段光學元件的機構，以便對於該IOL被植入的眼睛之自然調節力回應而造成該等元件相對於彼此軸移動，以在該水晶體被植入個體眼睛中時提供調節，該機構適用於隨著該調節從遠視變至近視而在0毫米至2毫米之範圍內調整在該等元件間之軸分隔；一配置在該等光學元件之一的至少一個表面上之繞射結構；其中該前段與後段元件之該等非球面表面係適用於提供一隨著調節改變的結合性球面像差，該非球面表面係經調適致使該IOL具有一隨在該等元件間之增加的 軸分隔函數而減少的球面像差，該結合性球面像差隨著眼睛的調節狀態從適合遠視的狀態改變至適合近視的狀態，而在+0.20微米至-0.50微米的範圍內從正值改變至負值。
  16. 如申請專利範圍第1項之IOL，其中該球面像差的改變呈負斜率，該改變為增高調節之函數。
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