ПЯТИФОКАЛЬНАЯ ДИФРАКЦИОННАЯ ИНТРАОКУЛЯРНАЯ ЛИНЗА Российский патент 2024 года по МПК A61F2/16 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[1] Настоящее изобретение в целом относится к мультифокальным дифракционным линзам и более конкретно к пятифокальным дифракционным интраокулярным линзам (IOL). Пятифокальные дифракционные IOL имеют пять различных фокальных точек, обеспечивающих пациенту, которому была имплантирована пятифокальная интраокулярная линза (IOL), зрение на дальнее расстояние, зрение на расширенное промежуточное расстояние, зрение на промежуточное расстояние, зрение на расширенное ближнее расстояние и зрение на ближнее расстояние. Таким образом, пациентам обеспечивается полная глубина зрения от зрения на дальнее расстояние до зрения на ближнее расстояние.

2. Описание известного уровня техники

[2] Хрусталик человека представляет собой прозрачную двояковыпуклую структуру в глазу, которая вместе с роговицей способствует преломлению света, подлежащего фокусировке на сетчатке. Хрусталик является гибким, и его кривизна контролируется цилиарными мышцами, которые изменяют кривизну хрусталика. Этот процесс называется аккомодацией. На более близком фокальном расстоянии мышцы работают для утолщения хрусталика, что приводит к более округлой форме и, следовательно, к более высокой преломляющей способности. На более дальних фокальных расстояниях мышцы работают, позволяя хрусталику расслабиться, чтобы уменьшить преломляющую способность. IOL представляет собой искусственную линзу, которую имплантируют в глаз человека после операции по удалению естественного хрусталика, который стал неэффективным по причине заболевания, такого как катаракта. Обычно IOL не имеет возможности изменять свою форму после ее имплантации, и пациент должен довольствоваться фокусирующими способностями самой IOL или дополнять IOL с помощью другой линзы, например очков или контактных линз.

[3] Ранние IOL были монофокальными по конструкции и могли обеспечивать визуальную фокусировку только на одном расстоянии, обычно на дальнем расстоянии. В результате пациенту потребовалось бы дополнить IOL с помощью очков или контактных линз, чтобы видеть на промежуточном или ближнем расстояниях. По мере развития технологии IOL стали доступны бифокальные IOL, которые предоставили пациенту две фокальные точки, чтобы улучшить зрение пациента на ближнее и на дальнее расстояние. Дальнейшие усовершенствования в материалах, производстве и программном обеспечении для компьютерного проектирования позволили создать дифракционные IOL. Эти IOL, использующие принцип дифракционной конструктивной интерференции, позволили создать аддитивные фокальные точки. Дифракционная бифокальная обычно создает две точки фокуса с энергоэффективностью приблизительно 82%. Дифракционная трифокальная IOL будет иметь три фокальные точки, две из которых отвечают за зрение на дальнее и на ближнее расстояние, как в бифокальных линзах, а третья фокальная точка отвечает за зрение на промежуточное расстояние. Промежуточная фокальная точка увеличит диапазон зрения пациента. А дифракционная трифокальная создает три фокальные точки с энергоэффективностью приблизительно 89%. Однако трифокальные дифракционные IOL имеют определенные недостатки. Во-первых, они могут быть не в состоянии предоставить промежуточную фокальную точку на удобном для пациента расстоянии. Во-вторых, все еще будут существовать «дыры» или «пропуски» во всем диапазоне зрения от зрения на дальнее расстояния до зрения на ближнее расстояние.

[4] Дополнительно как факичный, так и псевдофакичный глаз страдают от хроматической аберрации (СА). СА представляет собой неспособность линзы сфокусировать все цвета на определенную фокальную точку. Причина этого в том, что показатель преломления роговицы и линзы, как естественного хрусталика, так и IOL, зависит от длины волны цвета, и, поскольку расположение фокальной точки зависит от показателя преломления, разные цвета будут иметь разные фокальные точки. В результате изображение в белом свете, сформированное на сетчатке либо для естественного факичного глаза, либо для псевдофакичного глаза, в который была имплантирована IOL, будет размытым.

[5] В патенте США 9320594, выданном для James Schwiegerling, озаглавленном «Diffractive Trifocal Lens», раскрыта дифракционная трифокальная IOL, содержащая оптический элемент, имеющий по меньшей мере одну дифракционную поверхность с профилем, состоящим из множества кольцевых концентрических зон, где отчетливая ступень в оптической толщине на стыке смежных зон определяет высоту ступени. Высота ступеней оптимизирована для получения фазового соотношения для конструктивной интерференции на трех разных фокальных точках; дальней, промежуточной и ближней. Однако линза Schwiegerling устанавливает зрение на промежуточное расстояние равным ~80 см, а на ближнее расстояние - равным ~40 см, что больше, чем установленный OSHA удобный промежуточный диапазон, равный ~60 см, для использования при работе на компьютере. Кроме того, только часть всего диапазона зрения на промежуточное расстояние, от приблизительно 50 см до 180 см, покрывается линзой Schwiegerling, оставляя пропуски в зрении на промежуточном расстоянии, где объекты не находятся в фокусе.

[6] В патенте США 10426599, выданном для Myoung-Taek Choi и др., озаглавленном «Multifocal lens having reduced chromatic aberrations», раскрыта IOL, которая имеет переднюю поверхность, заднюю поверхность и дифракционную структуру, обеспечивающую четыре фокальные точки: дальнюю, ближнюю и две промежуточные. Линза увеличивает поле зрения в промежуточном диапазоне при уменьшении СА, причем весь промежуточный диапазон между зрением на дальнее и на ближнее расстояние не покрывается только двумя фокальными точками.

[7] В патентной публикации США 2019/0224001, также выданной для Myoung-Taek Choi и др., озаглавленной «Multifocal diffractive ophthalmic lens», раскрыта IOL с четырьмя дифракционными порядками, обеспечивающими дальнюю, ближнюю и две промежуточные фокальные точки. Однако одна из промежуточных фокальных точек, дифракция 1-го порядка, подавляется, чтобы распределить больше энергии между другими фокальными точками и, таким образом, обеспечить более эффективное зрение. Однако подавление промежуточной фокальной точки приводит к потере четкости зрения в этой фокальной точке и ухудшению диапазона зрения пациента от дальнего расстояния до ближнего промежуточного.

[8] Таким образом, существует потребность в дифракционной IOL, которая: (i) обеспечивает эффективность дифракции ~100% так, чтобы не требовалось подавление одной или нескольких фокальных точек, (ii) восстанавливает потерянную эффективность дифракции, обнаруженную в существующих конструкциях дифракционных IOL, которая распределена по полезным фокальным точкам, (iii) имеет по меньшей мере пять дифракционных порядков, чтобы пациент мог обладать целостным зрением в диапазоне от зрения на дальнее расстояния до зрения на ближнее расстояние, и (iv) уменьшает СА.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[9] Раскрыта мультифокальная IOL, имеющая переднюю поверхность, заднюю поверхность и по меньшей мере одну дифракционную структуру, содержащую множество либо эшелеттов, либо гармоник Фурье. Дифракционная структура образует конструктивную интерференцию в по меньшей мере пяти последовательных порядках дифракции с высокой эффективностью использования энергии для поддержки зрения в диапазоне от зрения на дальнее расстояния до зрения на ближнее расстояние совместно с тремя аддитивными промежуточными фокальными точками для полного диапазона зрения между зрением на дальнее расстояния и зрением на ближнее расстояние. Конструкция дифракционной структуры может также обеспечивать пять последовательных порядков дифракции, начиная с 4-го порядка, для поддержки зрения в диапазоне от зрения на дальнее расстояние до зрения на ближнее расстояние с уменьшенным СА, тем самым обеспечивая пациентов высококачественным ахроматическим зрением и цветным зрением.

В одном варианте осуществления интраокулярная линза содержит:

линзу, имеющую переднюю поверхность и заднюю поверхность; и

дифракционный профиль, расположенный по меньшей мере на одной из передней поверхности и задней поверхности, причем дифракционный профиль содержит одну или более кольцевых зон вокруг оптической оси линзы, при этом каждая кольцевая зона имеет четыре кольцевых подзоны, при этом каждая кольцевая подзона содержит дифракционную ступень, причем кольцевые подзоны осуществляют излучение от оптической оси линзы до радиуса RD на линзе; и

дифракционный профиль выполнен с возможностью создания конструктивной интерференции в по меньшей мере пяти последовательных дифракционных порядках в пределах диапазона зрения, от низшего дифракционного порядка до высшего дифракционного порядка, при этом высший дифракционный порядок соответствует ближнему фокусу для зрения на ближнее расстояние, низший дифракционный порядок соответствует дальнему фокусу для зрения на дальнее расстояние, а другие дифракционные порядки соответственно соответствуют расширенному промежуточному фокусу, промежуточному фокусу и расширенному ближнему фокусу.

В варианте осуществления каждый из ближнего, расширенного ближнего, промежуточного и расширенного промежуточного фокусов соответствует разной силе аддидации относительно базовой силы дальнего фокуса;

сила аддидации, соответствующая расширенному промежуточному фокусу, меньше половины силы аддидации, соответствующей ближнему фокусу;

сила аддидации, соответствующая промежуточному фокусу, составляет половину силы аддидации, соответствующей ближнему фокусу; и

сила аддидации, соответствующая расширенному ближнему фокусу, больше половины силы аддидации, соответствующей ближнему фокусу.

В варианте осуществления пять последовательных дифракционных порядков представляют собой 0, +1, +2, +3 и +4.

В варианте осуществления пять последовательных дифракционных порядков представляют собой -2, -1, 0, +1 и +2.

В варианте осуществления дифракционный профиль аподизируется функцией в виде цилиндра:

где r представляет собой расстояние от центра линзы и R_D представляет собой радиус функции в виде цилиндра.

В варианте осуществления дифракционный профиль имеет дифракционную эффективность по меньшей мере 98%.

В варианте осуществления дифракционные ступени в каждой кольцевой подзоне дифракционного профиля выполнены таким образом, что:

эффективность дифракции низшего дифракционного порядка составляет по меньшей мере 39%;

эффективность дифракции высшего дифракционного порядка составляет по меньшей мере 20%, и

эффективность дифракции каждого из других дифракционных порядков находится в диапазоне 5-21%.

В варианте осуществления R_D находится в диапазоне от 3 мм до 5 мм, включительно. В варианте осуществления дифракционный профиль имеет дифракционные ступени, описываемые посредством следующей формулы:

где

X₀, X₁, Х₂, Х₃ и Х₄ - квадраты расстояний от центра линзы, представляющие границы четырехступенчатой повторяющейся дифракционной структуры;

X - квадрат расстояния от центра линзы;

λ - длина волны света;

φ представляет собой разность оптических путей (OPD), где первый нижний индекс представляет дифракционную ступень, а второй нижний индекс представляет начальную точку этой дифракционной ступени, когда равен 1, и конечную точку этой дифракционной ступени, когда равен 2; и

ADD представляет собой желаемую силу аддидации на высшем дифракционном порядке, а п представляет собой целое число.

В варианте осуществления OPD дополнительно модифицирован посредством следующей формулы:

где α, β, γ и δ представляют собой действительные числа, обозначающие коэффициенты полиномов, подлежащие оптимизации для оптимальной работы линзы.

В варианте осуществления n=1, что приводит к пяти последовательным дифракционным порядкам, представляющим собой +4, +5, +6, +7 и +8, и к линзе, являющейся ахроматизированной.

В варианте осуществления дифракционный профиль при подчиняется синусоидальным гармоникам Фурье, а профиль преломления при подчиняется полиному, согласно следующей формуле:

где

N - общее количество гармоник;

Ai представляет собой амплитуду i-й гармоники;

ψ_i представляет собой фазу i-й гармоники; и

α, β, γ и δ представляют собой действительные числа, обозначающие коэффициенты полиномов.

В варианте осуществления количество синусоидальных гармоник Фурье составляет по меньшей мере двенадцать.

[10] Другие особенности и преимущества различных вариантов осуществления настоящего изобретения будут очевидны специалисту в данной области техники из следующего описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[11] Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания и прилагаемых графических материалов, на которых:

[12] На фиг.1 представлен пример схематического вида сверху IOL согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[13] На фиг.2 представлен схематический вид пяти последовательных порядков дифракции.

[14] На фиг.3 представлена таблица, содержащая примеры распределения силы аддидации между пятью порядками дифракции.

[15] На фиг.4 представлена примерное расположение дифракционных ступеней разности оптических путей (OPD) структур дифракции.

[16] На фиг.5 представлена таблица, содержащая примеры распределения энергии между пятью последовательными порядками дифракции.

[17] На фиг.6 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно первому варианту осуществления раскрытой дифракционной линзы.

[18] На фиг.7 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно первому варианту осуществления, имеющей частичную апертуру дифракции. Фактически это структура дифракции согласно первому варианту осуществления, аподированная с функцией в виде цилиндра.

[19] На фиг.8 представлена таблица, содержащая значения фазы OPD на восьми концах четырех сегментов структуры дифракции для первого варианта осуществления.

[20] На фиг.9 представлена таблица, показывающая эффективность дифракции при 5 последовательных порядках дифракции, достигнутую с помощью структуры дифракции согласно первому варианту осуществления.

[21] На фиг.10 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно второму варианту осуществления раскрытой дифракционной линзы.

[22] На фиг.11 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно второму варианту осуществления, имеющей частичную апертуру дифракции. Фактически это структура дифракции согласно второму варианту осуществления, аподированная с функцией в виде цилиндра.

[23] На фиг.12 представлена таблица, содержащая значения фазы OPD на восьми концах четырех сегментов структуры дифракции для второго варианта осуществления.

[24] На фиг.13 представлена эффективность дифракции при 5 последовательных порядках дифракции, достигнутая с помощью структуры дифракции согласно второму варианту осуществления.

[25] На фиг.14 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно третьему варианту осуществления раскрытой дифракционной линзы.

[26] На фиг.15 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно третьему варианту осуществления, имеющей частичную апертуру дифракции. Фактически это структура дифракции согласно третьему варианту осуществления, аподированная с функцией в виде цилиндра.

[27] На фиг.16 представлена таблица, содержащая значения фазы OPD на восьми концах четырех сегментов структуры дифракции для третьего варианта осуществления.

[28] На фиг.17 представлена эффективность дифракции при 5 последовательных порядках дифракции, достигнутая с помощью структуры дифракции согласно третьему варианту осуществления.

[29] На фиг.18 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно четвертому варианту осуществления, имеющей частичную апертуру дифракции. Фактически это ахроматизирующая версия первого варианта осуществления с частичной апертурой дифракции.

[30] На фиг.19 представлена таблица, содержащая значения фазы OPD на восьми концах четырех сегментов структуры дифракции для четвертого варианта осуществления.

[31] На фиг.20 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно пятому варианту осуществления, имеющей частичную апертуру дифракции. Фактически это ахроматизирующая версия второго варианта осуществления с частичной апертурой дифракции.

[32] На фиг.21 представлена таблица, содержащая значения фазы OPD на восьми концах четырех сегментов структуры дифракции для пятого варианта осуществления.

[33] На фиг.22 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно шестому варианту осуществления, имеющей частичную апертуру дифракции. Фактически это ахроматизирующая версия третьего варианта осуществления с частичной апертурой дифракции.

[34] На фиг.23 представлена таблица, содержащая значения фазы OPD на восьми концах четырех сегментов структуры дифракции для шестого варианта осуществления.

[35] На фиг.24 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно седьмому варианту осуществления, имеющей гармоники Фурье.

[36] На фиг.25 представлена таблица, содержащая распределение энергии между пятью порядками дифракции, сгенерированными дифракционной структурой согласно седьмому варианту осуществления. Эффективные порядки дифракции представляют собой -2, -1, 0, 1, 2 для зрения на дальнее расстояние, зрения на расширенное промежуточное расстояние, зрения на промежуточное расстояние, зрения на расширенное ближнее расстояние и зрения на ближнее расстояние, соответственно.

[37] На фиг.26 представлена таблица, содержащая амплитуды и фазы гармоник Фурье.

[38] На фиг.27 представлен вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно восьмому варианту осуществления, имеющей гармоники Фурье, которая фактически является версией с частичной дифракционной апертурой согласно седьмому варианту осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[39] Следующее описание представлено для того, чтобы позволить специалисту в данной области техники создать и использовать настоящее изобретение, и предоставлено в контексте заявки на патент и ее требований. Различные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают мультифокальную дифракционную IOL с улучшенной целостностью зрения на промежуточных расстояниях. Модификации различных вариантов осуществления, описанных в этом описании, будут очевидны, и раскрытые принципы и признаки будут эффективно функционировать в других конфигурациях, таких как контактные линзы или линзы очков, без отклонения от объема изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не предназначено для ограничения различными показанными вариантами осуществления, но должно соответствовать самому широкому объему, согласующемуся с принципами и признаками, описанными в данном документе.

[40] Мультифокальная дифракционная IOL, раскрытая в рамках данного описания, имеет переднюю поверхность, заднюю поверхность и по меньшей мере одну дифракционную структуру, содержащую множество эшелеттов или гармоник Фурье. Различные варианты осуществления раскрытой дифракционной структуры предоставляют по меньшей мере пять фокальных точек, соответствующих дифракционным порядкам, чтобы обеспечить зрение на дальнее расстояние, зрение на ближнее расстояние и три стадии зрения на промежуточное расстояние. Благодаря управлению распределением энергии между по меньшей мере пятью фокальными точками и улучшению эффективности дифракции нет необходимости подавлять какой-либо из дифракционных порядков, и улучшенная эффективность дифракции снижает наличие оптической дисфотопсии. Указанная оптическая дисфотопсия представляет собой нежелательную оптику, которая может присутствовать в зрении пациента после операции по удалению катаракты и может быть классифицирована как положительная или отрицательная. Положительная дисфотопсия представляет собой нежелательный свет, такой как полоса, вспышка звездообразования, мерцание, туман или дымка, тогда как менее распространенная отрицательная дисфотопсия описывается как черная линия или дугообразная тень во временном поле зрения. Настоящее изобретение, в частности, снижает до минимума положительную дисфотопсию.

[41] На фиг.1 изображен конкретный вариант осуществления мультифокальной дифракционной IOL 10, содержащей дифракционную структуру 12 либо на передней, либо на задней стороне IOL. Дифракционная структура 12 содержит ряд кольцевых зон 14 дифракции, при этом каждая зона содержит структуру, подходящую для конструктивной интерференции света. Радиальная ширина каждой зоны 14 дифракции регулирует силу аддидации, в то время как ступенчатая структура внутри каждой зоны 14 дифракции регулирует количество света, дифрагированного в каждую из фокальных точек. Дифракционная структура 12 расположена на базовой оптике 16, которая является монофокальной и обычно устанавливается для обзора на дальнее расстояние. IOL 10 содержит гаптические элементы 18 для удержания IOL 10 на месте внутри капсульного мешка, где ранее находился хрусталик. На фиг.1 показаны два гаптических элемента, но IOL могут иметь больше двух гаптических элементов или какой-либо другой вид структуры, чтобы удерживать IOL в надлежащем положении внутри капсульного мешка. IOL 10, дифракционная структура 12 и гаптические элементы 18 обычно изготавливают из одних и тех же гибких материалов, таких как силикон. Хотя раскрытые варианты осуществления описаны как IOL, варианты осуществления могут быть в равной степени применены к контактным линзам и очкам, а также к IOL, которые располагаются в других местах глаза помимо капсульного мешка.

[42] Желательно, чтобы IOL обеспечивала пациенту полную глубину зрения, чтобы в фокусе можно было видеть на ближнее расстояние, на промежуточное расстояние и дальнее расстояние. Монофокальные IOL обеспечивали пациентам очень узкую глубину зрения, как правило, вдаль, чтобы в фокусе оставались только объекты на дальнем расстоянии. Бифокальные IOL обеспечивали пациентам одновременное зрение, при котором в фокусе находились объекты вблизи и вдали. Объекты в ближнем поле зрения представляют собой те объекты, которые обычно находятся на расстоянии 30-45 см перед роговицей глаза, в то время как объекты в дальнем поле зрения представляют собой те объекты, которые обычно находятся на расстоянии не менее 400 см от глаза. Пятифокальная IOL, представленная посредством IOL 10, стремится сфокусировать те объекты, которые находятся между ближним и дальним полями зрения, с помощью дифракционной структуры 12. Дифракционная структура 12 вносит фазовое возмущение в оптический путь для генерирования пяти эффективных порядков дифракции, чтобы обеспечить пациентам зрением на дальнее, расширенное промежуточное, промежуточное, расширенное ближнее и ближнее расстояния. На фиг.2, для дифракционной структура 12 IOL 10, раскрытой в данном документе, схематически показаны пять созданных фокальных точек: дальняя, расширенная промежуточная, промежуточная, расширенная ближняя и ближняя.

[43] На фиг.3 показана таблица, содержащая примеры силы аддидации (ADD), которые полезны при пресбиопии, то есть коррекции зрения на ближнее расстояние. Величина силы аддидации (ADD), которая должна быть обработана на IOL 10, зависит от степени состояния пресбиопии пациента, то есть потребностей пациента, связанных со зрением на ближнее расстояние. Из величины ADD, применяемой к зрению на ближнее расстояние, может быть определена величина силы аддидации, применяемой к каждой из промежуточных фокальных точек, при этом расширенная промежуточная равна промежуточная равна а расширенная ближняя равна от ADD, применяемой к зрению на ближнее расстояние. Таблица на фиг.3 показывает примеры, в которых величина ADD, применяемая к зрению на ближнее расстояние, составляет 2 D, 3 D, 3,2 D и 4 D.

[44] На фиг.4 показана примерная микроструктура дифракционной структуры 12 типа эшелетта, при этом ось у, проходящая в том же направлении, что и оптическая ось, показана в виде разности оптических путей (OPD), в то время как ось х, представляющая собой расстояние от центра линзы, обозначенное символом X, показана в виде радиуса r в квадрате. Микроструктура в виде эшелетта дифракционной структуры 12 принимает форму четырехступенчатой повторяющейся дифракционной структуры, которая создает фазовое соотношение для конструктивной интерференции на пяти разных фокальных точках; дальней, расширенной промежуточной, промежуточной, расширенной ближней и ближней; в пределах диапазона зрения, причем каждая ступень является дифракционной зоной 14. На фиг.1 показано восемь зон 14 дифракции и, следовательно, микроструктура, показанная на фиг.4, повторяется дважды. Радиус каждой зоны 14 дифракции основан на конструкции дифракционной линзы Френеля для диаметра кольца дифракции:

[45] Где r_i представляет собой радиус i-ой зоны линзы; λ представляет собой длину волны конструкции; и ADD представляет собой силу аддидации для ближнего фокуса. Профиль фазы каждой зоны 14 дифракции представляет собой линейный сегмент в виде радиуса r² с начальной точкой OPD, определенной как Ф_i1, и конечной точкой OPD, определенной как Ф_i2. Первая дифракционная зона 14 от центра линзы может быть выбрана в качестве опорной для OPD, то есть Ф₁₁ определяют как ноль. Поскольку микроструктура повторяется в каждой четвертой дифракционной зоне 14, значение Ф в каждом повторяющемся цикле будет равно нулю. Это показано на фиг.4, где Ф₁₁ и Ф₅₁ оба равны нулю. Ширина каждой дифракционной зоны 12 составляет X_i+1 - X_i, как определено приведенным выше уравнением Френеля, где X выражено в виде радиуса r², а i является одним из значений 0, 1, 2 или 3. Доля энергии падающего света, сфокусированная в определенном порядке дифракции, составляющая 0, +1, +2, +3 и +4, называется «эффективностью дифракции» для фокальных точек на дальнем расстоянии, на расширенном промежуточном расстоянии, на промежуточном расстоянии, на ближнем промежуточном расстоянии и на ближнем расстоянии, соответственно.

[46] Эта структура повторяется на поверхности линзы в направлении радиуса апертуры линзы. Значения OPD на двух концах каждой секции четырех сегментов представляют собой расчетные значения структуры дифракции. Распределение OPD в структуре может быть выражено следующим уравнением:

где

R_D представляет собой радиус дифракционной апертуры, R представляет собой радиус апертуры линзы, n представляет собой дифракционный порядок, и значения α, β, γ и δ все известны в данной области техники, однако β всегда равно нолю для неахроматизирующих первого, второго и третьего вариантов осуществления.

[47] Микроструктура, изображенная на фиг.4, может быть изменена для распределения фокальной энергии между пятью фокальными точками в зависимости от потребностей пациента. Таблица на фиг.5 показывает семь разных примеров эффективности дифракции на дальнем расстоянии или на 0-ом порядке дифракции, на расширенном промежуточном расстоянии или 1-ом порядке дифракции, на промежуточном расстоянии или 2-ом порядке дифракции, на расширенном ближнем расстоянии или на 3-третьем порядке дифракции и на ближнем расстоянии или на 4-ом порядке дифракции. Конкретный энергетический профиль может быть достигнут путем оптимизации до десяти Ф_ij с помощью специального или коммерческого программного обеспечения для трассировки лучей.

[48] На фиг.6, 10 и 14 показаны профили фазы OPD дифракционной структуры 12 для первого, второго и третьего вариантов осуществления, соответственно, пятифокальной IOL. Профиль фазы изображен в виде множества зон 14 дифракции вокруг оптической оси OA, показанных пунктирной линией, при этом радиальное положение равно нулю. Поскольку зоны 14 дифракции представляют собой кольцеобразные зазоры вокруг оптической оси, профиль фазы OPD симметричен относительно оптической оси OA.

Каждая зона 14 дифракции ограничена с обеих сторон вертикальной ступенью и каждый ряд из четырех зон 14 дифракции, начиная с первой зоны дифракции, ближайшей к оптической оси OA, представлен ступенчатой структурой, показанной на фиг.4. Ступенчатая структура, показанная на фиг.4, показывает зоны дифракции вдоль радиуса апертуры линзы, начиная с оптической оси OA. Профиль дифракционной фазы отделен от преломляющей части базовой оптики 16 (т.е. ноль на вертикальной оси соответствует поверхности базовой оптики 16). Профиль фазы OPD показывает пять повторяющихся рядов из четырех зон дифракции, представленных на фиг.4. Это обсуждение также применимо к фиг.7, 11 и 15, где профиль фазы OPD дифракционной структуры 12 для первого, второго и третьего вариантов осуществления, соответственно, пятифокальной IOL аподизируется функцией в виде цилиндра.

[49] На фиг.8, 12 и 16 представлена таблица, содержащая значения фазы OPD на восьми концах четырех зон 14 дифракции структуры 12 дифракции, как показано на фиг.4 для первого, второго и третьего вариантов осуществления, соответственно, пятифокальной IOL. Столбец «ступень 1» показывает значения фазы OPD для диапазона от Х₀ до X₁, представляющего собой Ф₁₁ и Ф₁₂, соответственно. Столбец «ступень 2» показывает значения фазы OPD для диапазона от X₁ до Х₂, представляющего собой Ф₂₁ и Ф₂₂, соответственно. Столбец «ступень 3» показывает значения фазы OPD для диапазона от Х₂ до Х₃, представляющего собой Ф₃₁ и Ф₃₂, соответственно. Наконец, столбец «ступень 4» показывает значения фазы OPD для диапазона от Х₃ до Х₄, представляющего собой Ф₄₁ и Ф₄₂, соответственно. Значения фазы OPD повторяются для каждого ряда из четырех зон 14 дифракции, показанных на фиг.4. На фиг.1 показана IOL 10 с восемью зонами 14 дифракции, тем самым дважды повторяя значения фазы OPD, приведенные в таблицах.

[50] На фиг.9, 13 и 17 представлена таблица, содержащая оценку эффективности дифракции на 5 последовательных порядках дифракции, достигнутых с помощью структуры дифракции согласно первому, второму и третьему вариантам осуществления, соответственно, пятифокальной IOL при фотопической апертуре. На фигурах читатель может увидеть, что первый, второй и третий варианты осуществления IOL 10 обеспечивают превосходную эффективность как на дальней (0-ой порядок), так и на ближней (4-ый порядок) фокальных точках, при этом широко распределяя эффективность в трех промежуточных фокальных точках (1-ый, 2-ой и 3-ий порядки). Специалисту в данной области техники будет понятно, что дифракционные эффективности могут быть сдвинуты между пятью порядками посредством изменения значений OPD в структуре 12 дифракции. Таким образом, зрение может быть улучшено в любой из пяти фокальных точек дифракции за счет зрения в остальных фокальных точках, чтобы наилучшим образом адаптировать IOL к образу жизни пациента.

[51] Первый, второй и третий варианты осуществления пятифокальной IOL могут быть преобразованы в ахроматизирующую версию для уменьшения СА псевдофакичного глаза посредством изменения порядков дифракции, производящих энергию. Первый, второй и третий варианты осуществления пятифокальной IOL используют в качестве порядков дифракции, производящих энергию, 0-ый дифракционный порядок для зрения на дальнее расстояние и 4-ый дифракционный порядок для зрения на ближнее расстояние. Ахроматизирующая версия первого, второго и третьего вариантов осуществления, являющаяся четвертым, пятым и шестым вариантами осуществления в данном документе, использует в качестве порядков дифракции, производящих энергию, 4-ый для зрения на дальнее расстояние, 8-ой для зрения на ближнее расстояние и 5-ый, 6-ой и 7-ой порядки дифракции для промежуточных фокальных точек. Оценка эффективности дифракции согласно первому, второму и третьему вариантам осуществления, показанным на фиг.9, 13 и 17, соответственно, остается такой же для четвертого, пятого и шестого ахроматизирующих вариантов осуществления.

[52] На фиг.18, 20 и 22 показан ахроматизирующий профиль фазы дифракционной структуры 12 согласно четвертому, пятому и шестому вариантам осуществления, соответственно, пятифокальной IOL. Профиль фазы OPD изображен в виде множества зон 14 дифракции вокруг оптической оси OA, показанных пунктирной линией, где радиальное положение равно нулю. Поскольку зоны 14 дифракции представляют собой кольцеобразные зазоры вокруг оптической оси, профиль фазы OPD симметричен относительно оптической оси OA. Каждая зона 14 дифракции ограничена с обеих сторон вертикальной ступенью и каждый ряд из четырех зон 14 дифракции, начиная с первой зоны дифракции, ближайшей к оптической оси OA, представлен ступенчатой структурой, показанной на фиг.4. Профиль фазы отделен от преломляющей части базовой оптики 16 (т.е. ноль на вертикальной оси соответствует поверхности базовой оптики 16). Профиль фазы показывает три повторяющихся ряда из четырех зон дифракции, представленных на фиг.4.

[53] На фиг.19, 21 и 23 представлена таблица, содержащая значения фазы OPD на восьми концах четырех зон 14 дифракции структуры 12 дифракции, как показано на фиг.4 для четвертого, пятого и шестого вариантов осуществления, соответственно, пятифокальной IOL. Столбец «ступень 1» показывает значения фазы OPD для диапазона от Х₀ до X₁, представляющего собой Ф₁₁ и Ф₁₂, соответственно. Столбец «ступень 2» показывает значения фазы OPD для диапазона от X₁ до Х₂, представляющего собой Ф₂₁ и Ф₂₂, соответственно. Столбец «ступень 3» показывает значения фазы OPD для диапазона от Х₂ до Х₃, представляющего собой Ф₃₁ и Ф₃₂, соответственно. Наконец, столбец «ступень 4» показывает значения фазы OPD для диапазона от Х₃ до Х₄, представляющего собой Ф₄₁ и Ф₄₂, соответственно. Значения фазы OPD повторяются для каждого ряда из четырех зон 14 дифракции, показанных на фиг.4. На фиг.1 показана IOL 10 с восемью зонами 14 дифракции, тем самым дважды повторяя значения фазы OPD, приведенные в таблицах.

[54] Изготовление дифракционной структуры 12 пятифокальной IOL 10 может быть упрощено посредством применения синусоидальных гармоник Фурье к дифракционной структуре 12. Структуры дифракции в вариантах осуществления, рассмотренных до сих пор, а именно вариантах осуществления с первого по шестой, состоят из множества эшелеттов. Следующие варианты осуществления, а именно седьмой и восьмой, состоят из множества гармоник Фурье. Применение гармоник Фурье сглаживает ступенчатую структуру, показанную на фиг.4 для устранения резких контуров при сохранении эффективности дифракции дифракционной структуры 12 на ~100%. Пример распределения OPD синусоидальных гармоник Фурье может быть проиллюстрирован посредством следующего уравнения:

где Add представляет собой силу аддидации на ближнем расстоянии и значения N, А_i, Ψ_i, α, β, γ и δ представляют собой параметры, подлежащие оптимизации для целей конструирования пятифокальной IOL.

[55] На фиг.24 показан профиль фазы OPD дифракционной структуры 12, модифицированный применением двенадцати синусоидальных гармоник Фурье в качестве восьмого варианта осуществления пятифокальной IOL. Применение синусоидальных гармоник Фурье сдвигает эффективные порядки дифракции с 0, +1, +2, +3 и +4 до -2, -1, 0, +1 и +2, где порядок дифракции -2 предназначен для зрения на дальнее расстояние, порядок дифракции -1 предназначен для зрения на расширенное промежуточное расстояние, порядок дифракции 0 предназначен для зрения на промежуточное расстояние, +1 предназначен для зрения на расширенное ближнее расстояние и +2 для зрения на ближнее расстояние, соответственно. Профиль фазы OPD изображен в виде множества зон 14 дифракции вокруг оптической оси OA, показанных пунктирной линией, при этом радиальное положение равно нулю. Поскольку зоны 14 дифракции представляют собой кольцеобразные зазоры вокруг оптической оси, профиль фазы OPD симметричен относительно оптической оси OA. Профиль фазы OPD отделен от преломляющей части базовой оптики 16 (т.е. ноль на вертикальной оси соответствует поверхности базовой оптики 16). На фиг.25 представлена таблица, содержащая эффективности дифракции для каждого из порядков дифракции: -2, -1, 0, +1 и +2 в этом варианте осуществления. На фиг.26 представлена таблица, в которой перечислены амплитуды и фазы синусоидальных гармоник Фурье, применяемых к пятифокальной IOL. На фиг.27 показан вид в поперечном сечении радиального профиля фазы OPD для дифракционной структуры согласно этому варианту осуществления, аподизированного функцией в виде цилиндра, которая фактически является версией с частичной дифракционной апертурой седьмого варианта осуществления.

[56] Хотя ряд вариантов осуществления был проиллюстрирован и описан в данном документе, специалистам в данной области техники будет понятно, что широкое разнообразие эквивалентных вариантов осуществления или реализаций, рассчитанных для достижения тех же целей, может быть заменено вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе, без отклонения от объема настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники легко поймут, что варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением могут быть реализованы очень широким разнообразием способов. Данная заявка предназначена для охвата любых адаптаций или вариаций вариантов осуществления, обсужденных в данном документе.

[57] Термины и выражения, которые были применены в данном описании, используются как термины описания, а не ограничения, и при использовании таких терминов и выражений нет намерения исключать эквиваленты показанных и описанных признаков или их частей, причем следует понимать, что объем настоящего изобретения определяется и ограничивается лишь следующей формулой изобретения.

Изобретение относится к медицине. Дифракционная пятифокальная интраокулярная линза содержит базовую оптику и дифракционный элемент. Базовая оптика имеет базовую кривизну, которая соответствует базовой силе. Дифракционный элемент обеспечивает конструктивную интерференцию в по меньшей мере пяти последовательных дифракционных порядках, чтобы создать ряд из пяти фокальных точек для зрения в диапазоне от зрения на ближнее расстояние до зрения на дальнее расстояние. Конструктивная интерференция предоставляет ближнюю фокальную точку на высшем дифракционном порядке из пяти последовательных дифракционных порядков, дальнюю фокальную точку на низшем дифракционном порядке и три промежуточных дифракционных порядка между высшим и низшим дифракционными порядками, чтобы обеспечить непрерывность зрения в диапазоне от зрения на ближнее расстояние до зрения на дальнее расстояние с расширенной промежуточной, промежуточной и расширенной ближней фокальными точками. Мультифокальная интраокулярная линза (i) обеспечивает эффективность дифракции - 100%, (ii) почти не создает положительных оптических помех, (iii) также может уменьшить продольную хроматическую аберрацию. 12 з.п. ф-лы, 27 ил.

1. Интраокулярная линза, содержащая:

линзу, имеющую переднюю поверхность и заднюю поверхность; и дифракционный профиль, расположенный по меньшей мере на одной из передней поверхности и задней поверхности, причем дифракционный профиль содержит одну или более кольцевых зон вокруг оптической оси линзы, при этом каждая кольцевая зона имеет четыре кольцевые подзоны, при этом каждая кольцевая подзона содержит дифракционную ступень, причем кольцевые подзоны осуществляют излучение от оптической оси линзы до радиуса R_D на линзе; и

дифракционный профиль выполнен с возможностью создания конструктивной интерференции в по меньшей мере пяти последовательных дифракционных порядках в пределах диапазона зрения, от низшего дифракционного порядка до высшего дифракционного порядка, при этом: высший дифракционный порядок соответствует ближнему фокусу для зрения на ближнее расстояние, низший дифракционный порядок соответствует дальнему фокусу для зрения на дальнее расстояние, а другие дифракционные порядки соответственно соответствуют расширенному промежуточному фокусу, промежуточному фокусу и расширенному ближнему фокусу.

2. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из ближнего, расширенного ближнего, промежуточного и расширенного промежуточного фокусов соответствует разной силе аддидации относительно базовой силы дальнего фокуса; сила аддидации, соответствующая расширенному промежуточному фокусу, меньше половины силы аддидации, соответствующей ближнему фокусу; сила аддидации, соответствующая промежуточному фокусу, составляет половину силы аддидации, соответствующей ближнему фокусу; и сила аддидации, соответствующая расширенному ближнему фокусу, больше половины силы аддидации, соответствующей ближнему фокусу.

3. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что пять последовательных дифракционных порядков представляют собой 0, +1, +2, +3 и +4.

4. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что пять последовательных дифракционных порядков представляют собой -2, -1, 0, +1 и +2.

5. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что дифракционный профиль аподизируется функцией в виде цилиндра:

где r представляет собой расстояние от центра линзы и R_D представляет собой радиус функции в виде цилиндра.

6. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что дифракционный профиль имеет дифракционную эффективность по меньшей мере 98%.

7. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что дифракционные ступени в каждой кольцевой подзоне дифракционного профиля выполнены таким образом, что: эффективность дифракции низшего дифракционного порядка составляет по меньшей мере 39%;

эффективность дифракции высшего дифракционного порядка составляет по меньшей мере 20% и

эффективность дифракции каждого из упомянутых других дифракционных порядков находится в диапазоне 5-21%.

8. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что R_D находится в диапазоне от 3 до 5 мм, включительно.

9. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что дифракционный профиль имеет дифракционные ступени, описываемые посредством следующей формулы:

где

X₀, X₁, X₂, X₃ и X₄ - квадраты расстояний от центра линзы, представляющие границы четырехступенчатой повторяющейся дифракционной структуры;

X - квадрат расстояния от центра линзы;

λ - длина волны света;

Φ представляет собой разность оптических путей (OPD), где первый нижний индекс представляет дифракционную ступень, а второй нижний индекс представляет начальную точку этой дифракционной ступени, когда равен 1, и конечную точку этой дифракционной ступени, когда равен 2; и

ADD представляет собой желаемую силу аддидации на высшем дифракционном порядке, а n представляет собой целое число.

10. Интраокулярная линза по п. 9, отличающаяся тем, что OPD дополнительно модифицирован посредством следующей формулы:

где α, β, γ и δ представляют собой действительные числа, обозначающие коэффициенты полиномов, подлежащие оптимизации для оптимальной работы линзы.

11. Интраокулярная линза по п. 9, отличающаяся тем, что n=1, что приводит к пяти последовательным дифракционным порядкам, представляющим собой +4, +5, +6, +7 и +8, и к линзе, являющейся ахроматизированной.

12. Интраокулярная линза по п. 1, отличающаяся тем, что дифракционный профиль, при подчиняется синусоидальным гармоникам Фурье, а профиль преломления, при подчиняется полиному, согласно следующей формуле:

где

N - общее количество гармоник;

A_i представляет собой амплитуду i-й гармоники;

Ψ_i представляет собой фазу i-й гармоники; и

α, β, γ и δ представляют собой действительные числа, обозначающие коэффициенты полиномов.

13. Интраокулярная линза по п. 12, отличающаяся тем, что количество синусоидальных гармоник Фурье составляет по меньшей мере двенадцать.