АДАПТИВНАЯ МУЛЬТИФОКАЛЬНАЯ ДИФРАКЦИОННАЯ ГЛАЗНАЯ ЛИНЗА Российский патент 2025 года по МПК A61F2/16 

Область техники настоящего изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к офтальмологическим линзам и более конкретно к офтальмологическим контактным и интраокулярным (внутриглазным) мультифокальным линзам, причём мультифокальность обеспечивается дифракционной структурой, которая устроена так, чтобы наилучшим образом служить человеческому зрению при различных размерах зрачков.

Уровень техники настоящего изобретения

Дифракционные линзы для офтальмологического применения представляют собой гибридные линзы с добавлением дифракционного рисунка на преломляющее тело. Часто одна сторона линзы является чисто преломляющей, а другая сторона имеет дифракционную решётку, наложенную на преломляющую базовую линию. Преломляющая базовая линия может быть сферической или, в качестве альтернативы, иметь своего рода асферическую форму. Монофокальный дифракционный узор высокого порядка может также функционировать как чисто рефракционная форма. Дифракционная часть, как правило, может быть нанесена на любую из двух сторон линзы, поскольку, когда дифракционный рисунок должен сочетаться с преломляющей поверхностью с каким-либо особым свойством, обычно не имеет значения, добавлены ли они на одну и ту же сторону или если один добавляется к первой стороне, а другой – ко второй стороне линзы. Одновременно два дифракционных рисунка можно комбинировать либо посредством суперпозиции на одной стороне, либо посредством добавления их на разных сторонах внахлест. Оптическая сила линзы для определенного порядка дифракции может быть рассчитана путем сложения базовой силы преломления и оптической силы этого порядка дифракции.

По анатомии глаза свет проходит через отверстие внутри радужной оболочки, называемое зрачком, прежде чем достичь хрусталика и сфокусироваться на сетчатке. Размер зрачка регулируется мышцами радужной оболочки, поэтому она быстро сужает зрачок при ярком свете и расширяет зрачок при тусклом свете. Размер зрачка также сужается при фокусировке на близких предметах и расширяется при взгляде на более отдаленные расстояния. При максимальном сокращении диаметр зрачка взрослого человека может быть менее 1 мм и может увеличиваться до 10 раз до максимального диаметра. Размер зрачка человека также может варьироваться в зависимости от возраста, заболевания, травмы или других нарушений зрительной системы, включая дисфункцию путей, контролирующих движение зрачков.

На основе реакции зрачков в сочетании со специфической реакцией колбочек и палочек сетчатки глаза наблюдаются три основных режима работы глаза при различных уровнях освещенности (кд/м²): фотопический (яркий свет), скотопический (условия низкой освещенности) и мезопический (промежуточный). Уровень яркости наблюдаемого объекта, фона и окружения определяют активность палочек и колбочек по уровню освещенности сетчатки (интенсивности света).

Кроме того, зрительная система более чувствительна к свету, проникающему через центр зрачка, чем к свету, поступающему с периферии зрачка. Это называется эффектом Стайлза-Кроуфорда первого рода (SCE-I), также известным как «направленная чувствительность сетчатки», описывающим угловую зависимость чувствительности сетчатки. Осевые световые лучи, которые входят в зрачок вблизи его центра, параллельно рецепторам сетчатки, более эффективны, чем внеосевые световые косые лучи, которые входят в зрачок вблизи его краёв. Следовательно, свет, проходящий через периферию зрачка, менее эффективно стимулирует зрение, чем свет, проходящий вблизи центра зрачка (т. е. осевой свет формирует более резкие изображения, чем внеосевой свет), и, следовательно, увеличивает глубину фокуса (со ссылкой на: W. Fink и D. Micol, “computer-based simulation of visual perception under various eye defects using Zernike polynomials,” J. Biomed. Opt., vol. 11, no. 5, p. 054011, 2006). Эффект SCE может значительно улучшить качество расфокусированного изображения и расфокусированное зрение, особенно для задач, требующих достоверного фазового восприятия (со ссылкой на: X. Zhang, M. Ye, A. Bradley, и L. Thibos, “Apodization by the Stiles–Crawford effect moderates the visual impact of retinal image defocus,” J. Opt. Soc. Am. A, vol. 16, no. 4, p. 812, 1999).

Следует обратить внимание на то, что дифракционная решётка, выполняющая функцию линзы, имеет шаг, который в абсолютном выражении зависит от радиуса. Шаг зависит от показателя преломления, расчетной длины волны и оптической силы первого порядка дифракции. Шаг определяется так, чтобы оптическая разность хода (OPD) через линзу до фокуса первого порядка дифракции имела разницу ровно в одну длину волны за период. Чтобы показать периодичность дифракционной решётки, часто строят график зависимости профиля дифракционной линзы от квадрата радиуса. При таком построении периоды (шаг решётки) равноудалены, точнее, шаг периода в пространстве r² равен 2λ/D, где λ – расчетная длина волны, а D – оптическая дифракционная сила первого порядка в диоптриях. Это формирует основу для создания хорошо сформированных, фазосогласованных дифракционных линз.

Термин «дифракционная линза» иногда используют для обозначения широко известных линз Френеля. Линза Френеля состоит из концентрических зон с вертикальными ступенями на стыках зон. Зоны линзы Френеля часто имеют одинаковую ширину, и оптические свойства каждой зоны можно проанализировать с помощью теории преломления. Однако обсуждаемые в настоящем документе дифракционные линзы представляют собой линзы, требующие дифракционного анализа.

Наиболее хорошо изученным типом дифракционной линзы является монофокальная фазосогласованная линза Френеля, как показали Росси и др. в своем исследовании 1995 года под названием «Преломляющие и дифракционные свойства плоских микрооптических элементов». В линзах этого типа используется пилообразная дифракционная элементарная ячейка и высота ступеньки, соответствующая фазовой модуляции ровно 2π.

Часто желательно обеспечить более одной фокусной точки (координатора). Для офтальмологических линз может быть выгодно обеспечить, например, одновременное дальнее и ближнее зрение. Наиболее светоэффективная линза для обеспечения двух фокусных точек использует пилообразный профиль, аналогичный описанной выше фазосинхронной линзе Френеля, но с уменьшенной высотой. Максимально возможная эффективность дифракции для такой линзы близка к 81%. Для дифракционных линз, оптимизированных для более чем двух фокусных точек, пилообразная форма не является наиболее эффективной и, как будет обсуждаться ниже, возможна более высокая эффективность дифракции.

В последние годы всё более распространёнными становятся линзы, обеспечивающие три различных фокуса: часто для дальнего, промежуточного и ближнего зрения.

В PCT/EP2019/080758 описан способ создания мультифокальных линз, сочетающих монофокальную центральную зону, обеспечивающую только дальнее зрение, и симметричную мультифокальную решётку. В этом документе очень подробно обсуждается, как объединить монофокальную центральную зону с симметричной дифракционной решёткой для достижения максимально высокой светоотдачи. В этом документе также содержится описание того, как добиться желаемого распределения интенсивности для одного размера зрачка. Однако добавление чисто монофокальной центральной зоны снижает общую светоотдачу по сравнению с линзой с высокоэффективной решёткой на всей поверхности линзы.

В WO2020053864A1 раскрываются мультифокальные линзы, использующие симметричную дифракционную решётку с технически пятью фокусными точками. Ближнее зрение преобладает при размерах зрачка около 2 мм и меньше. Кроме того, высоты пиков дифракционной решётки превышают желаемые. При измерении на размере зрачка 2 мм линза в представленном виде ведёт себя как бифокальная линза с двумя довольно широкими пиками, а на диафрагме 3 мм она ведет себя практически как трифокальная линза.

Подавляющее большинство офтальмологических дифракционных трифокальных линз имеют пилообразный профиль. Комбинирование пилообразных профилей двух бифокальных дифракционных линз для достижения трифокальности известно в данной области техники. В результате получаются дифракционные линзы, в которых используемые порядки расположены асимметрично относительно 0-го порядка, например, трифокальная линза может использовать порядки 0, +1 и +2 или 0, +2 и +3. В патенте США 9,320,594 раскрыта дифракционная трифокальная линза, в которой оптическая толщина профиля поверхности монотонно изменяется в зависимости от радиуса внутри каждой зоны, а чёткий шаг оптической толщины на стыке соседних зон определяет высоту ступеньки. Высоты ступеней для соответствующих зон могут периодически отличаться от одной зоны к другой, чтобы адаптировать эффективность порядка дифракции оптического элемента, при этом высоты ступенек могут чередоваться между двумя значениями. В ЕР 2377493 предложен способ изготовления афакической интраокулярной линзы, способной более надёжно обеспечить каждый эффект мультифокусировки, одновременно снижая влияние изменений размера зрачка и эксцентриситета линзы. ЕР 2503962 раскрывает интраокулярную линзу, включающую переднюю поверхность и заднюю поверхность и имеющую по существу передне-заднюю оптическую ось, причём одна из этих передней и задней поверхностей включает в себя первый дифракционный профиль, образующий по меньшей мере одну первую дифракционную фокальную точку порядка +1 на указанной оптической оси и второй дифракционный профиль, образующий вторую дифракционную фокальную точку порядка +1, причём две указанные дифракционные фокальные точки являются различными, и по меньшей мере одна часть указанного второго дифракционного профиля наложена по меньшей мере на одну часть первого дифракционного профиля. Далее описывается, как можно использовать так называемую аподизацию пилообразной дифракционной решётки для увеличения относительной интенсивности дальнего зрения при увеличении размера зрачка. При обсуждении аподизации применительно к дифракционным линзам подразумевается глубина дифракционного рисунка, которая уменьшается с увеличением размера зрачка. В WO2019130030A1 описана аподизация, а также обратная аподизация дифракционных линз на основе пилообразной формы, ссылаясь на высоту профиля, которая увеличивается с увеличением размера зрачка, чтобы уменьшить и увеличить, соответственно, относительную интенсивность дальнего зрения. Сочетание этих двух концепций называется перекрестной аподизацией. US 9223148 предлагает линзы с более чем двумя оптическими силами, одна из которых является преломляющей, а другая - дифракционной. В патенте США 5,017,000 предложена фазовая пластина с многоточечным профилем, имеющая множество кольцевых концентрических зон, расположенных на расстоянии друг от друга согласно формуле r(k) = sqrt(constant x k), где r(k) представляет собой радиусы зон, а k представляет собой зону, в которой повторяющийся шаг включён в профиль и имеет длину оптического пути больше или меньше половины длины волны.

Одной из публикаций предшествующего уровня техники в области техники настоящего изобретения может считаться ЕР 3435143, в которой описаны офтальмологические мультифокальные дифракционные линзы, содержащие фокусные точки для ближнего, промежуточного и дальнего зрения. Линза содержит светопропускающий корпус линзы, обеспечивающий преломляющую фокусную точку, и периодическую светопроницаемую дифракционную решётку, проходящую концентрически, по меньшей мере, по части поверхности корпуса линзы и обеспечивающую набор дифракционных фокусных точек. Дифракционная решётка предназначена для работы в качестве делителя оптических волн, при этом преломляющая фокусная точка обеспечивает фокус для промежуточного зрения, а дифракционные фокусные точки обеспечивают фокус для ближнего и дальнего зрения. Дифракционная решётка имеет фазовый профиль, выполненный с возможностью изменения фазы падающего света на корпус линзы, оптимизируя общую эффективность светораспределения в преломляющих и дифракционных фокусах. Порядки этой линзы расположены симметрично вокруг 0-го порядка и работают как минимум в порядках -1, 0 и +1.

Изготовление дифракционных линз с резкими переходами в дифракционном профиле, в т.ч. линз с пилообразным профилем или бинарными профилями, вызывает трудности при механической обработке, а использование готовых линз сопряжено с рассеянием света, увеличением числа нежелательных оптических явлений, таких как рассеянный свет и блики, т.е. трудности зрения в присутствии яркого света, такого как прямой или отраженный солнечный свет или искусственный свет, например автомобильные фары в ночное время, и эффекты ореола, т.е. белые или цветные световые кольца или пятна, видимые при тусклом свете, т.е. в мезопических условиях. Дифракционные линзы без резких переходов лучше справляются с этими проблемами, а также имеют более высокую потенциальную дифракционную эффективность, по крайней мере, для мультифокальных линз с нечётным числом фокусных точек. Также было высказано предположение, что синусоидальные или гладкие дифракционные профили более биосовместимы по сравнению с пилообразными профилями из-за уменьшения эффекта осаждения пыли, как объяснено Осиповым и др. в своем исследовании 2015 года «Применение техники наноимпринтинга для изготовления трифокальных дифракционных линз с синусоидальным радиальным профилем», опубл. в Journal of biomedical optics 20, no. 2 (2015): 025008.

Из документа WO 2019020435 известно, что распределение света в фокусах глазной линзы, содержащей дифракционную решётку, имеющую непрерывную функцию периодического фазового профиля и используемые порядки, симметрично расположенные вокруг 0-го порядка, можно настраивать в относительно большом диапазоне интенсивности, модулируя один или оба аргумента и амплитуду функции фазового профиля в зависимости от радиуса или радиального расстояния до оптической оси корпуса линзы. Трифокальная линза, известная в данной области техники, была предложена в последние несколько лет в соответствии с положениями EP 20170183354 и вышеупомянутого WO 2019020435, которые включают трифокальную линзу, которая работает в порядках -1, 0 и +1. Общий подход к изготовлению линзы также известен из документа US 5,017,000. Полученная дифракционная линза представляет собой дифракционную линзу, работающую в порядках 0, +1 и +2.

Согласно WO 2019020435, трифокальную линзу можно сконструировать, исходя из линейной фазовой решётки, оптимизированной для дифракционной эффективности и равного распределения света между используемыми порядками дифракции. Линейные фазовые решётки были исследованы и разработаны с целью создания светоделителей. Общая теория оптимизации решёток с линейной фазой излагается в исследовании Romero и Dickey 2007 года под названием "Theory of optimal beam splitting by phase gratings. I. One-dimensional gratings" в Journal of the Optical Society of America Vol. 24, No. 8 (2007) p. 2280-2295. Существующая литература по дифракционным фазовым решёткам сосредоточена на поиске оптимального решения, то есть максимальной эффективности дифракции, для случая равного распределения интенсивности среди определенного числа порядков.

По причинам, изложенным выше, часто бывает выгодно использовать мультифокальные гибридные линзы, в которых используются гладкие дифракционные решётки, использующие как положительный, так и отрицательный порядки дифракции. Однако такие линзы, существующие в уровне техники, имеют несколько ограничений.

Особенностью, часто обсуждаемой и желаемой в мультифокальных линзах, обеспечивающих дальнее, промежуточное и ближнее зрение, является обеспечение относительно равномерного распределения интенсивности для мезопических условий, обеспечивая при этом гораздо более высокую относительную интенсивность для дальнего зрения для более крупных зрачков, доступных в скотопических условиях. В пилообразных мультифокальных дифракционных линзах это часто достигается с помощью аподизации, которая в данном контексте относится к дифракционной решётке с уменьшающейся высотой с увеличением радиуса, как описано в Davison, J. A., и Simpson, M. J. (2006). History and development of the apodized diffractive intraocular lens. Journal of Cataract & Refractive Surgery, 32(5), 849-858. Как правило, в дифракционных мультифокальных линзах высоту решётки можно уменьшить (увеличить) для увеличения (уменьшения) интенсивности преломляющей точки фокуса, т.е. 0-го порядка. Для асимметричных линз, например, использующих порядки 0, +1 и +2, как в упомянутой статье, аподизация приводит к увеличению распределения оптической силы в сторону дальнего зрения с увеличением размера зрачка. Для линзы, использующей симметричную дифракционную решётку для обеспечения дальнего, ближнего и промежуточного зрения, этот простой метод не может быть использован для этой цели, поскольку преломляющая точка фокуса в симметричных решётках находится на уровне промежуточного зрения или близко к нему. Вышеупомянутый документ WO2019130030A1 описывает способ улучшения распределения интенсивности пилообразных дифракционных линз с использованием кросс-аподизации.

В патенте США 8486141 B2 раскрыта многозональная монофокальная офтальмологическая линза, содержащая внутреннюю зону, промежуточную зону и внешнюю зону. Внутренняя зона имеет первую оптическую силу. Промежуточная зона окружает внутреннюю зону и имеет вторую оптическую силу, которая отличается от первой оптической силы на величину, которая меньше, чем по меньшей мере примерно 0,75 диоптрии. Внешняя зона окружает промежуточную зону и имеет третью оптическую силу, отличную от второй оптической силы. В некоторых вариантах реализации третья оптическая сила равна первой оптической силе. В патенте США 9968440 B2 описана офтальмологическая линза, включающая оптику, имеющую переднюю поверхность, заднюю поверхность и оптическую ось. По меньшей мере одна из передних поверхностей и задняя поверхность включают в себя первую зону, проходящую от оптической оси до первой радиальной границы, и вторую зону, проходящую от первой радиальной границы до края оптики. Первая зона включает в себя внутреннюю область и внешнюю область, разделённые элементом фазового сдвига, при этом фазовый сдвиг содержит гребень, простирающийся наружу от внутренней области и внешней области. В патенте США 7073906B1 раскрыта центральная асферическая монофокальная зона, которая расположена концентрично зоне с использованием асимметричной дифракционной решётки.

Чтобы линза обеспечивала зрение, достаточное для того, чтобы пользователь мог быть независимым от очков, она должна обеспечивать дальнее, промежуточное и ближнее зрение. В фотопических условиях, когда имеются маленькие зрачки, желательно полное мультифокальное зрение с особенно сильным дальним зрением. Но центральный размер зрачка линзы, обеспечивающей очень узкое дальнее зрение, приводит к повышенному риску несоответствия диоптрий. Центральная часть линзы, обеспечивающая немного большую силу зрения, чем предполагаемая сила дальнего зрения, уменьшит этот риск. Это особенно важно, поскольку именно качество дальнего зрения определяет клинический успех операции по удалению катаракты. Кроме того, такое распределение также способно обеспечить более высокую общую светоотдачу при разделении света дифракционной решёткой, как будет показано ниже. Из-за хорошо известного эффекта точечного отверстия, в результате которого маленький зрачок обеспечивает гораздо большую глубину резкости, небольшие изменения силы маленьких зрачков не оказывают негативного влияния на зрение. Также важно иметь возможность точно выбирать доминирующую силу линзы для очень маленьких размеров зрачка, поскольку разные технологии авторефрактометрии могут измерять послеоперационную силу при разных размерах зрачка, и может возникнуть необходимость изменить только доминирующую силу на 1 мм, чтобы соответствовать требованиям специальной технологии авторефрактометрии.

В мезопических условиях с немного увеличенными зрачками эффект точечного отверстия больше не проявляется, поэтому для мультифокальных линз, предназначенных для независимости от очков, очень важно обеспечивать сильное ближнее зрение в дополнение к дальнему зрению. Для полной независимости от очков желательно также промежуточное зрение.

Из-за рефлекса аккомодации зрачки человека сужаются при рассматривании близких предметов, даже в скотопических условиях. Из-за этого сфокусированный для ближнего зрения свет при больших зрачках использовать физиологически невозможно. Промежуточное зрение гораздо меньше страдает от этой проблемы, что в целом доказывает, что уменьшение света, направленного на ближнее зрение, при больших размерах зрачка гораздо важнее, чем уменьшение промежуточного зрения и т. д. Проектирование по этому принципу обеспечивает помимо технической светоэффективности физиологическую эффективность света.

Соответственно, существует потребность в улучшенной офтальмологической линзе, которая использует преимущества симметричных дифракционных решёток, включая очень высокую светоотдачу, таким образом, чтобы обеспечить точное размещение доминирующей оптической силы для маленьких размеров зрачка и правильно настроенное распределение оптической силы для ряда размеров зрачка, обеспечивающих также физиологическую эффективность падающего света.

Цели настоящего изобретения

Основной целью настоящего изобретения является создание офтальмологических мультифокальных линз, содержащих преломляющую базовую линию, оптическую ось и обеспечивающих по меньшей мере три фокусные точки, одна из которых обеспечивает пользователю дальнее зрение.

Другой целью настоящего изобретения является создание офтальмологической мультифокальной линзы, содержащей по меньшей мере первую и вторую части, причём эти части расположены концентрично вокруг оптической оси, причём первая часть является самой внутренней.

Ещё одной целью настоящего изобретения является создание офтальмологической мультифокальной линзы, содержащей симметричную дифракционную решётку, обеспечивающую по меньшей мере три фокусные точки, объединенные со второй частью, при этом нулевой порядок указанной дифракционной решётки добавляет оптическую силу указанной второй части, в то время как первая часть для расчетной длины волны имеет результирующую доминирующую силу, которая находится между предполагаемой силой дальнего и промежуточного зрения.

Ещё одной целью настоящего изобретения является создание офтальмологических мультифокальных линз, в которых указанная линза обеспечивает возможность сочетать повышенную дифракционную эффективность с гораздо более анатомически правильным использованием световой линзы с использованием симметричных синусоидальных дифракционных решёток, при этом распределение оптической силы должно быть адаптировано для каждого размера зрачка.

Ещё одной целью настоящего изобретения является создание офтальмологической мультифокальной линзы, которая позволяет проводить измерения линзы in vivo на участке линзы, который имеет преломляющую силу, отличную от базовой линии преломления второй части, с сохранением эффективности.

Ещё одной целью настоящего изобретения является создание офтальмологической мультифокальной линзы с оптимизированной мультифокальностью, в которой дифракционная эффективность значительно улучшена.

Краткое описание настоящего изобретения

В первом аспекте предложены офтальмологические мультифокальные линзы, по меньшей мере содержащие фокусную точку для дальнего зрения. Линза имеет светопроницаемый корпус линзы, содержащий симметричную (т.е. оптические силы симметрично ориентированы вокруг нулевого порядка) дифракционную решётку, проходящую концентрически в радиальном направлении от оптической оси корпуса линзы через часть поверхности корпуса линзы. Линза содержит по меньшей мере преломляющую базовую линию и по меньшей мере первую и вторую части, причём эти части расположены концентрично вокруг оптической оси, так что вогнутая форма в центре первой части накладывается на преломляющую базовую линию и обеспечивает оптическую силу, находящуюся между предполагаемой оптической силой дальнего и промежуточного зрения, а на втором участке симметричная дифракционная решётка, наложенная на базовую линию преломления и расположенная так, что для расчётной длины волны нулевой порядок симметричной дифракционной решётки по существу совпадает с преломляющей силой базовой линии, а также с предполагаемой промежуточной оптической силой линзы.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что путём тщательного контроля доминирующей силы центральной области мультифокальной линзы с симметричной дифракционной решёткой и дальнейшего тщательного контроля точной формы и высоты каждого выступа указанной симметричной дифракционной решётки таким образом, чтобы относительная оптическая сила, обеспечиваемая для близи, выше для размеров зрачка около 3 мм, чем для размеров зрачка 2 мм, а также 4,5 мм, и что относительная оптическая сила для ближнего зрения для 5 мм и выше подавляется ниже, чем промежуточная оптическая сила, можно сделать линзу, которая обеспечивает очень высокую дифракционную эффективность, а также более высокую физиологическую световую эффективность.

Как упоминалось выше, дифракционные линзы, имеющие сплошной и гладкий профиль без острых краев, менее подвержены бликам или рассеянию из-за неравномерности пути прохождения падающего света через линзу, а также создают меньше ореолов и при этом их изготовление легче по расчётному профилю по сравнению, например, с пилообразными или бинарными решётками или рельефами. Более высокая эффективность дифракции в любом случае приводит к меньшему рассеянию света. Для технологий производства, основанных на алмазном точении или аналогичных формах обработки, гладкий профиль будет более надежным, а также более быстрым и дешевым в изготовлении, чем профили с острыми кромками, такие как пилообразные или бинарные профили.

Важным этапом изготовления офтальмологических линз методом микрообработки или алмазного точения, например, является механическая полировка для устранения следов резки. Необходимо избавиться от всех видимых следов резки, чтобы соответствовать требованиям качества и медицинским нормам, предъявляемым к интраокулярным линзам. Однако получение чрезвычайно низкого уровня следов резания требует дорогостоящего оборудования, а также медленной резки. Если линзы полируются после резки, машине можно позволить работать быстрее. Острые углы, углы или грани в высотном профиле дифракционных линз усложняют процесс механической полировки. Если механическая полировка невозможна из-за профиля высоты линзы, необходимо либо использовать химическую полировку, для которой требуются опасные химикаты, либо изготавливать линзы без необходимости полировки. Последнее приводит к значительному увеличению производственных затрат из-за одной или обеих причин более низкой производительности и более дорогого оборудования.

Гладкая дифракционная геометрия в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность полировки и, следовательно, приводит к значительному увеличению выхода продукции по сравнению с линзами, имеющими резкие переходы в их профиле высоты.

Краткое описание чертежей настоящего изобретения

Сопровождающие чертежи даны исключительно с целью иллюстрации мультифокальных афакических дифракционных линз, преимущества которых по сравнению с известным уровнем техники были изложены выше и будут кратко объяснены ниже.

Чертежи не предназначены для ограничения объёма защиты, определённого в формуле изобретения, и не должны ссылаться на них отдельно в попытке интерпретировать объём, определённый в указанной формуле изобретения, без обращения к техническому раскрытию в описании настоящего изобретения.

На Фиг. 1 продемонстрирована упрощенная анатомия человеческого глаза.

На Фиг. 2а и 2б продемонстрирован вид спереди и сбоку соответственно типичной офтальмологической мультифокальной афакической интраокулярной линзы, известной в данной области техники.

На Фиг. 3 показана схема оптической работы известной периодической светопроницаемой линзы в форме круглого диска.

На Фиг. 4а и 4б продемонстрирована линза с монофокальной центральной зоной с симметричной мультифокальной решёткой, известная в данной области техники.

На Фиг. 5а и 5б продемонстрирован вид спереди и сбоку соответственно офтальмологических мультифокальных афакических интраокулярных линз согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 6а и 6б показан профиль линзы с дифракционной решёткой и центральной зоной отрицательной оптической силы с отрегулированной оптической силой согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 7а, 7б и 7в показан профиль линзы с дифракционной решёткой и центральной зоной с регулируемой оптической силой согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 8 показаны соответствующие активационные свойства палочек и колбочек глаза.

На Фиг. 9 показана функция точки рассеяния (SPF) для разных глаз и состояний.

На Фиг. 10a и 10б показана линза, в которой центральная зона является по существу вогнутой и очень сильно способствует дальнему зрению согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 10в, 10г и 10д продемонстрированы примеры лежащих в основе дифракционных элементарных ячеек линейной решётки и их соответствующие дифракционные эффективности согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 11а и 11б показана линза согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 12а и 12б показана линза согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 13а продемонстрирована возможная цель проектирования распределения оптической силы для линзы, изготовленной согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 13б показано смоделированное распределение оптической силы линзы, изготовленной согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание настоящего изобретения

10 Глаз

11 Роговица

12 Зрачок

13 Природный хрусталик

14 Сетчатка

15 Задняя полость

16 Передняя и задняя камеры

17 Дальнее зрение

18 Промежуточное зрение

19 Ближнее зрение

20 Оптическая ось

29 Оптическая ось

30 Офтальмологическая линза

31 Корпус линзы

32 Опорный(е) элемент(ы)

33 Центральная часть

34 Передняя поверхность

35 Задняя поверхность

36 Дифракционная решётка

37 Оптический диаметр

38 Наружный диаметр

39 Толщина центра

40 Линза

41 Корпус линзы

42 Дифракционная решётка

43 Дифракционный(е) оптический(е) элемент(ы), ДОЭ

44 Светоприемная поверхность

45 Центральная часть

46 Первичный световой луч

47 Вторичный световой луч

48 Оптическая ось

50 Мультифокальная афакичная интраокулярная линза

51 Центральная часть линзы

52 Симметричная мультифокальная решётка

53 Периферийная часть линзы

54 Передняя поверхность

55 Задняя поверхность

56 Корпус линзы

150 Поверхность корпуса линзы

151 Симметричная мультифокальная дифракционная решётка

152 Монофокальная центральная зона

153 Переходная точка

154 Промежуточная фокальная точка зрения

155 Дальняя фокальная точка зрения

156 Ближняя фокальная точка зрения.

Подавляющее большинство офтальмологических дифракционных трифокальных линз имеют пилообразный профиль. Комбинирование пилообразных профилей двух бифокальных дифракционных линз для достижения трифокальности известно в данной области техники. В результате получаются дифракционные линзы с полезными порядками, расположенными асимметрично относительно 0-го порядка, например трифокальная линза может использовать порядки 0, +1 и +2 или 0, +2 и +3. Такие дифракционные решётки в дальнейшем называются асимметричными.

Одним из важных свойств дифракционных решёток является различие между симметричными и асимметричными дифракционными решётками. Приписывая мультифокальным офтальмологическим линзам симметричные или асимметричные свойства, учитывают, какие порядки они используют или оказывают полезными. Симметричные дифракционные линзы используют порядки симметрично относительно нулевого порядка. Следует обратить внимание на то, что симметричные дифракционные решётки определяются тем, какие порядки они используют, а не интенсивностью распределения света в этих порядках. Некоторые симметричные дифракционные линзы могут быть настроены так, что существует значительная разница в интенсивности света между, например, +1 и -1 порядками, т.е. они имеют неравномерное светораспределение. Дифракционная решётка, настроенная таким образом, всё равно будет считаться симметричной дифракционной решёткой. Большинство симметричных решёток, обсуждаемых в этом документе, будут использовать нечётное количество смежных порядков и нулевой порядок, например решётки, используемые для трифокальных линз порядка -1, 0 и +1, или решётки для пентафокальных линз порядка -2, -1, 0, +1 и +2. Однако решётки, не использующие нулевой порядок, также можно считать симметричными. В частности, симметричный случай решётки, использующей четыре порядка -2, -1, +1 и +2, может в некоторых случаях быть полезен для офтальмологических линз.

Максимально возможную дифракционную эффективность для наиболее полезного распределения интенсивности для дифракционных мультифокальных линз с нечётным числом фокусов, в том числе трифокальных, обеспечивают гладкие синусоидальные поверхности с полезными порядками, симметрично расположенными вокруг 0-го порядка.

При сравнении дифракционных поверхностей важным фактором является эффективность дифракции. Эффективность дифракции – это мера того, какая часть оптической силы направляется в желаемые порядки дифракции или, в частности, когда речь идет о дифракционных линзах, какая часть оптической силы направляется в желаемые фокусные точки. Для бифокальных линз, у которых поверхность корпуса линзы оптимизирована для обеспечения максимально хорошего зрения на двух различных расстояниях, максимально возможная дифракционная эффективность достигается за счёт использования принципов фазосогласованной линзы Френеля, в которой используется пилообразная или зубчатая дифракционная картина. Ссылка дана на публикацию "Refractive and diffractive properties of planar micro-optical elements", M. Rossi и др., Applied Optics Vol. 34, No. 26 (1995) p. 5996-6007, при этом указанная публикация включена в настоящий документ посредством ссылки.

Часто бывает выгодно сначала рассмотреть линейную фазовую решётку, поскольку эта область имеет хорошо разработанную теорию и может быть использована для дифракционных линз. Для частного случая трифокальной линейной решётки с равным распределением интенсивности для каждого порядка в публикации специально показано, что оптимальным решением является структура без острых краев "Analytical derivation of the optimum triplicator", F. Gori и др., Optics Communication 157 (1998), p. 13-16, при этом указанная публикация включена в настоящий документ посредством ссылки.

Публикация "Theory of optimal beam splitting by phase gratings. I. One-dimensional gratings", L. A. Romero и F. M. Dickey, Journal of the Optical Society of America Vol. 24, No. 8 (2007) p. 2280-2295, включённая в настоящий документ посредством ссылки, раскрывает это в более общем плане, доказывая, что, по крайней мере, оптимальные решётки для равного разделения на нечетное число порядков имеют непрерывные профили. В последней статье представлены математические инструменты для поиска оптимальной линейной фазовой решётки для любого заданного набора целевых порядков и любого заданного распределения интенсивности между этими целевыми порядками. Оптимальная решётка определяется как линейная дифракционная решётка с наибольшей эффективностью дифракции для заданного распределения интенсивности. Отмечается, что в публикациях Gori и др. и Romero и др. обсуждаются линейные фазовые решётки только с целью создания светоделителей. Рассматривая ось X линейной решётки как пространство r² дифракционной линзы, любую такую линейную фазу можно превратить в линзу. Используя теорию из исследования Romero и Dickey, можно определить интересующие порядки и относительные распределения интенсивности соответствующего порядка и найти уравнение для оптимальной (наиболее эффективной) решётки для этих входных значений. Это также показывает, что, по крайней мере, симметричные решётки со смежным набором порядков имеют оптимальные решётки без разрывов для относительно равных распределений интенсивности. Некоторые симметричные решётки с несмежными множествами порядков также имеют решётки без разрывов. В исследовании Romero и Dickey, показаны только решётки с одинаковым распределением интенсивности, однако с использованием представленной теории документированы также решётки с неравными распределениями. Следует отметить, что это один из конкретных способов оптимизации решёток с линейной фазой. Кроме того, существуют эффекты, специфичные для линз, которые не принимаются во внимание при оптимизации решёток с линейной фазой, оптимизация этих эффектов может быть полезной при проектировании линз в соответствии с настоящим изобретением.

Одной важной частью конструкции линзы согласно настоящему изобретению является поиск набора симметричных дифракционных элементарных ячеек без разрывов, которые можно использовать вместе для обеспечения желаемого распределения интенсивности. В технике существуют разные способы расчёта и настройки симметричных дифракционных линз. Одним из способов является использование оптимизированной линейной решётки, преобразованной в дифракционные линзы, как описано выше и более подробно PCT/EP2019/080758. Одним из первых примеров линз на основе симметричной дифракционной решётки является 7-фокальная линза, описанная в статье Golub и др., "Computer generated diffractive multi-focal lens" опубл. в Journal of Modern Optics 39, no. 6 (1992): 1245-1251. В продолжение этого, дополнительные варианты реализации описаны в уже упомянутом исследовании Осипова 2015 года, а также исследовании, опубл. в 2012 году Осиповым и др. под называнием “Fabrication of three-focal diffractive lenses by two-photon polymerization technique", опубл. в Applied Physics A 107, no. 3 (2012): 525-529. В этих статьях раскрыты трифокальные симметричные линзы, изготовленные путём модификации синусовой решётки. В этих исследованиях Осипова и др. в каждой линзе используют только одну элементарную ячейку, но с учётом того, что мы теперь знаем, дифракционная решётка для адекватно адаптивной линзы может быть построена из набора модифицированных синусовых решёток, изготовленных, как описано. Другой подход также раскрыт в US5760871A и IL104316, где так называемая асимметричная формула супергаусса используется для проектирования трифокальных решёток с неравным распределением интенсивности. Набор таких элементарных дифракционных ячеек можно использовать вместе с соответствующими переходными зонами для формирования соответствующей дифракционной решётки для адаптивных линз согласно патенту. Ещё один способ описан в WO2020053864A1, где итерационный алгоритм Герхберга-Сакстона используют для проектирования профиля поверхности пентафокальной (имеющей пять фокусных точек) линзы с симметричной дифракционной решёткой.

Линза согласно настоящему изобретению представляет собой офтальмологическую линзу, содержащую по меньшей мере преломляющую базовую линию и по меньшей мере первую и вторую части, причём эти части расположены концентрично вокруг оптической оси, так что вогнутая форма в центре первой части является наложена на рефракционную базовую линию и обеспечивает оптическую силу, которая находится между предполагаемой силой дальнего и промежуточного зрения, а на второй части симметричная дифракционная решётка, наложенная на рефракционную базовую линию, расположена так, что для расчетной длины волны 0-й порядок симметричной дифракционной решётки по существу совпадает с силой преломления базовой линии, а также предполагаемой промежуточной силой линзы.

Предлагаемые мультифокальные офтальмологические линзы решают следующие проблемы, известные в данной области техники: поскольку применяются симметричные мультифокальные дифракционные решётки, возникает несколько проблем, таких как сочетание монофокальной центральной зоны (обеспечивающей только дальнее зрение) и мультифокальных решёток с фиксированной эффективностью дифракции, оптимизированной для размера зрачка 3 мм, что, как известно в данной области техники, приводит к несбалансированной линзе, в которой ближнее зрение становится особенно сильным для больших размеров зрачка. Ещё одна из таких технических трудностей, требующих решения, - это когда строго монофокальная центральная зона с оптической силой, точно совпадающей с дифракционной фокусной точкой, отвечающей за дальнее зрение, приводит к снижению общей эффективности.

Несмотря на вышеупомянутые трудности, хорошее дальнее зрение является типичным критерием успеха операции по удалению катаракты. Это связано с тем, что хорошее дальнее зрение важно для всех размеров зрачка.

По существу, настоящее изобретение конкретно касается создания адаптивных мультифокальных линз, содержащих симметричную мультифокальную дифракционную решётку. Здесь адаптивность определяется как мера функционального использования света человеческим глазом. Глаз имеет гораздо большую глубину резкости при меньшем размере зрачков из-за эффекта точечного отверстия. Размер зрачка зависит не только от зрачкового светового рефлекса, но и от рефлекса аккомодации, из-за которого зрачок недостаточно расширяется при фокусировке на более близких объектах. Настоящее изобретение также решает эту проблему, так что оптическая сила центральной части указанной мультифокальной линзы регулируется для повышения эффективности и, следовательно, показателя успеха хирургии катаракты, сохраняя при этом внутренний размер зрачка в 1 мм, чтобы по существу обеспечить дальнее зрение. Подробно это описано ниже.

В соответствии с исследованием Kanellopoulos и Asimellis под названием "Clear-cornea cataract surgery: pupil size and shape changes, along with anterior chamber volume and depth changes. A Scheimpflug imaging study." Clinical Ophthalmology (Auckland, NZ) 8 (2014): 2141, операция по удалению катаракты в среднем уменьшает фотопический зрачок на 0,27 мм. Кроме того, размеры зрачков, указанные в медицинской литературе, часто являются видимыми, поскольку их можно измерить с помощью оптического осмотра. Однако более актуальным является анатомический зрачок, расположенный ближе к естественному хрусталику (в факичном глазу). Следуя исследованию Kanellopoulos и Asimellis, видимый зрачок можно рассматривать как входной зрачок оптической системы глаза, а анатомический зрачок – как диафрагму. Согласно модели упомянутого исследования, видимый зрачок на 13,1% больше анатомического зрачка. Он, конечно, будет варьироваться у разных людей, а также в зависимости от условий окружающей среды. Размера зрачка, упомянутые в этом документе, являются физическими размерами зрачка глаза, в частности афакического и псевдофакичного глаза. В медицинской литературе естественные размеры зрачков часто указываются в диапазоне от 2 до 8 мм, но для внутриглазных линз (ВГЛ) соответствующий размер зрачка в большинстве случаев составляет до 5 мм в диаметре и максимум 6 мм.

Помимо зрачкового рефлекса на свет, зрачок реагирует также на рефлекс аккомодации. Рефлекс аккомодации – это реакция на сосредоточение внимания на близлежащем объекте, и одним из его эффектов является сужение зрачка. Из-за этого последнего эффекта даже в условиях скотопии зрачок не будет очень большим при фокусировке на близлежащих объектах. Из-за этого дополнительное ближнее зрение, обеспечиваемое интраокулярной линзой для больших зрачков, в большинстве случаев тратится впустую и в идеале не обеспечивается.

Для маленьких размеров зрачков важно учитывать эффект точечного отверстия. Сужение зрачка увеличивает глубину резкости хрусталика; для маленьких зрачков этот эффект обычно обеспечивает относительно хорошее зрение на всех расстояниях, даже если линза обеспечивает только один фокус. Многие современные мультифокальные линзы и линзы с увеличенной глубиной резкости (EDOF) используют этот эффект, позволяя доминировать в свете, обеспечиваемом линзой, для зрения на среднем или близком расстоянии. Аргумент состоит в том, что, если это предусмотрено в центре линзы, она будет работать достаточно хорошо для пользователя в фотопических условиях из-за большой глубины резкости для маленьких диафрагм, в то время как эта интенсивность, обеспечиваемая для ближнего и/или промежуточного зрения, может быть неэффективной особенно в мезопических условиях с немного большими размерами зрачков. Пример недифракционных линз с более высокой оптической силой в центральной области с уменьшением оптической силы при увеличении радиуса раскрыт в патенте США 10028825 с так называемыми прогрессивными интраокулярными линзами с непрерывной оптической силой, которые осуществляют изменение оптической силы без использования резких ступенек. Хотя это может быть приемлемо, это не идеальное решение, поскольку отличное дальнее зрение рассматривается как наиболее важный параметр ВГЛ, а качество дальнего зрения действительно является тем, что определяет клинический успех хирургии катаракты. По этой причине для ВГЛ важно обеспечивать хорошее дальнее зрение для всех размеров зрачка, за возможным исключением очень маленьких зрачков. Кроме того, офтальмологи часто ожидают, что авторефрактометр будет измерять дальнее расстояние в послеоперационном глазу, а центральная оптическая сила, которая слишком сильно отличается от дальней оптической силы хрусталика, может привести к путанице в оценке успеха операции по удалению катаракты. Однако небольшой сдвиг силы в сторону более сильных диоптрий для очень маленьких размеров зрачка может быть полезен для увеличения так называемой зоны приземления или зоны наилучшего восприятия, чтобы повысить вероятность клинического успеха, но в идеальном случае этот сдвиг не должен быть большим, чтобы идти до промежуточного добавления (примерно между 1,5 Д и 2,2 Д) и, конечно, не до ближнего добавления (приблизительно между 3 Д и 4,4 Д). Идеальный сдвиг центрального размера зрачка на 1 мм должен быть ниже 1,2 Д и, в любом случае, доминирующий фокус на расстоянии 1 мм должен быть ниже предполагаемого промежуточной силы. Здесь следует отметить, что на диафрагме 1 мм развитая мультифокальность обычно отсутствует. Измеренная кривая интенсивности или кривая MTF (передаточная функция модуляции) будет иметь один доминирующий пик.

С другой стороны, добавление ближней и промежуточной силы важно для мезопических условий, чтобы обеспечить жизнеспособное зрение на большинстве диапазонов. Обычно желательно, чтобы ближнее зрение было сильнее, чем зрение на промежуточном уровне, чтобы обеспечить хорошую способность чтения без использования очков.

Таким образом, можно резюмировать, что желательна мультифокальная линза, в которой мультифокальность обеспечивается мультифокальной симметричной решёткой, а для маленьких зрачков (например, 1 мм) доминирующий фокус должен соответствовать дальнему зрению с несколько большей оптической силой, чем предполагалось для дальней силы или, по крайней мере, более слабой, чем предполагаемая сила промежуточного зрения. При размере зрачка 2 мм должна присутствовать хорошо развитая мультифокальность (не менее трёх фокусов). Для размеров зрачков около 3 мм идеальные дифракционные мультифокальные линзы должны обеспечивать хорошее дальнее зрение, сильное ближнее зрение и некоторую промежуточную остроту зрения. Для зрачков размером более 4,5 мм оптическая сила, направленная на ближнее зрение, не может быть эффективно использована глазом. По этой причине дополнительная оптическая сила, направляемая на ближнее зрение, должна быть минимизирована или мала, а оптическая сила, идущая на близкое расстояние для зрачка 4,5 мм, должна быть меньше, чем для промежуточного и ближнего зрения.

На Фиг. 1 упрощенно показана анатомия человеческого глаза 10 с целью иллюстрации настоящего изобретения. Передняя часть глаза 10 образована роговицей 11, сферической прозрачной тканью, которая покрывает зрачок 12. Зрачок 12 представляет собой адаптируемую светоприемную часть глаза 10, которая контролирует количество света, поступающего в глаз 10. Лучи света, проходящие через зрачок 12, принимаются естественным хрусталиком 13, небольшим прозрачным и гибким диском внутри глаза 10, который фокусирует световые лучи на сетчатке 14 в задней части глаза 10. Сетчатка 14 служит для формирования изображения глазом 10. Задняя полость 15, т.е. пространство между сетчаткой 14 и хрусталиком 13, заполнено стекловидным телом, прозрачным желеобразным веществом. Передняя и задняя камеры 16, т.е. пространство между хрусталиком 13 и роговицей 11, заполнены внутриглазной жидкостью, прозрачной водянистой жидкостью. Ссылочная цифра 20 указывает оптическую ось глаза 10.

Для резкого и ясного обзора в дальнем поле глазом 10 линза 13 должна быть относительно плоской, тогда как для резкого и ясного обзора в ближнем поле линза 13 должна быть относительно изогнутой. Кривизна хрусталика 13 контролируется цилиарными мышцами (не показаны), которые, в свою очередь, управляются человеческим мозгом. Здоровый глаз 10 способен аккомодировать, т.е. управлять линзой 13, таким образом, чтобы обеспечить ясное и резкое изображение на любом расстоянии перед роговицей 11, между дальним и ближним полем.

Офтальмологические или искусственные линзы применяют для коррекции зрения глазом 10 в сочетании с линзой 13, при этом глазная линза располагается перед роговицей 11, или для замены линзы 13. В последнем случае их также называют афакическими глазными линзами.

Мультифокальные офтальмологические линзы используют для улучшения или коррекции зрения глазом 10 на различные расстояния. Например, в случае трифокальных офтальмологических линз офтальмологическая линза устроена таким образом, чтобы обеспечить резкое и чёткое зрение на трёх более или менее дискретных расстояниях или фокусных точках, часто включая дальнее зрение, промежуточное зрение и ближнее зрение, на Фиг. 1, обозначенных ссылочными номерами 17, 18 и 19, соответственно. Дальнее зрение в оптическом смысле означает, что входящие лучи света параллельны или почти параллельны. Лучи света, исходящие от объектов, расположенных на этих расстояниях или вблизи этих расстояний или фокусных точек 17, 18 и 19, правильно фокусируются на сетчатке 14, т.е. так, что проецируются чёткие и резкие изображения этих объектов. Фокальные точки 17, 18 и 19 на практике могут соответствовать фокусным расстояниям в пределах от нескольких метров, до десятков сантиметров или до сантиметров, соответственно. Обычно офтальмологи подбирают пациентам линзы так, чтобы дальний фокус позволял пациенту сфокусироваться на параллельных лучах, в общепринятой оптической терминологии – дальний фокусируется на бесконечность. Офтальмологи при тестировании пациентов обычно измеряют ближнее зрение на расстоянии 40 см от глаз и промежуточное зрение на расстоянии 66 см, но могут использоваться и другие значения.

Величина коррекции, которую обеспечивает офтальмологическая линза, называется оптической силой (OP) и выражается в диоптриях (D). Оптическая сила (OP) рассчитывается как обратная величина фокусного расстояния f, измеренного в метрах. То есть, OP = 1/f, где f – соответствующее фокусное расстояние от линзы до соответствующей точки фокуса для дальнего 17, промежуточного 18 или ближнего 19. Оптическая сила каскада линз находится путём сложения оптических сил, например, составляющих линз. Оптическая сила хрусталика 13 здорового человека составляет около 20 D.

На Фиг. 2а показан вид сверху типичной офтальмологической мультифокальной афакичной интраокулярной линзы 30, а на Фиг. 2б показан вид линзы 30 сбоку. Линза 30 содержит светопропускающий круглый дискообразный корпус 31 линзы и пару гаптических элементов 32, которые проходят наружу от корпуса 31 линзы для поддержки линзы 30 в человеческом глазу. Следует обратить внимание на то, что это один из примеров опорных элементов, и существует множество известных конструкций опорных элементов. Корпус 31 линзы имеет двояковыпуклую форму, состоящую из центральной части 33, передней поверхности 34 и задней поверхности 35. Корпус 31 линзы дополнительно содержит оптическую ось 29, проходящую поперек передней и задней поверхностей 34, 35 и через центр центральной части 33. Специалисты в данной области техники понимают, что оптическая ось 29 является виртуальной осью для обозначения оптических свойств линзы 30. Выпуклый корпус 31 линзы в практическом варианте осуществления обеспечивает преломляющую оптическую силу около 20 Д.

В показанном варианте осуществления на передней поверхности 34 корпуса 31 линзы расположена периодическая светопроницаемая дифракционная решётка или рельеф 36, состоящая из колец или зон, проходящих концентрически относительно оптической оси 29 через центральную часть 33, по меньшей мере, на части передней поверхности 34 корпуса линзы 31. Дифракционная решётка или рельеф 36 обеспечивает набор дифракционных фокусных точек. Хотя это и не показано, дифракционная решётка или рельеф 36 также может быть расположена на задней поверхности 35 корпуса линзы 31 или на обеих поверхностях 34, 35. На практике дифракционная решётка 36 не ограничивается концентрическими круглыми или кольцевыми зонами, но включает, например, концентрические зоны эллиптической или овальной формы или, в более общем смысле, любой тип концентрических зон вращения.

На практике оптический диаметр 37 корпуса линзы 31 составляет около 5–7 мм, а общий внешний диаметр 38 линзы 30, включая опорные элементы 31, составляет около 12–14 мм. Линза 30 может иметь центральную толщину 39 около 1 мм. В случае офтальмологических мультифокальных контактных линз и очковых или окулярных линз опорные элементы 32 на корпусе 31 линзы не предусмотрены, при этом корпус 31 линзы может иметь плоско-выпуклую, двояковогнутую или плоско-вогнутую форму или комбинации выпуклых и вогнутых форм. Корпус линзы может содержать любой гидрофобный акриловый, гидрофильный акриловый, силиконовый материал(ы) или любой другой подходящий светопропускающий материал для использования в человеческом глазу в случае афакической офтальмологической линзы.

На Фиг. 3 схематически показана оптическая работа известной периодической светопроницаемой дифракционной решётки или рельефа 42 линзы 40, содержащей двояковыпуклый светопропускающий круглый дискообразный корпус 41 линзы. Этот тип линзы, сочетающий в себе преломляющую и дифракционную силу, также называется гибридной линзой Линза 40 показана в разрезе в радиальном направлении корпуса линзы. Дифракционная решётка или рельеф 42 содержит множество повторяющихся, смежно расположенных призматических прозрачных дифракционных оптических элементов, ДОЭ, 43. ДОЭ 43 проходят концентрическими зонами вокруг центральной части 45 корпуса 41 линзы, аналогично кольцам или зонам решётки или рельефа 36, показанным на Фиг. 2а. В иллюстративных целях ДОЭ 43 дифракционной решётки 42 показаны как хорошо известные элементы зубчатого или пилообразного типа, содержащие непрерывную наклонную светоприёмную поверхность 44, такую как линейная или изогнутая наклонная светоприёмная поверхность 44. Решётки или рельефы, в которых ДОЭ 43 чередуются на двух высотах, разнесенных в радиальном направлении корпуса 41 линзы, называются рельефами бинарного типа (не показаны). Период повторения или шаг ДОЭ 43 монотонно уменьшается в радиальном направлении от центра или оптической оси линзы и изменяется в зависимости от квадрата радиального расстояния.

Шаг зависит от показателя преломления, расчётной длины волны и оптической силы первого порядка дифракции. Шаг определяется так, чтобы оптическая разность хода (ОРХ) через линзу до фокуса первого порядка имела разницу ровно в одну длину волны за период. Чтобы визуализировать периодичность дифракционной решётки, часто можно построить график зависимости профиля дифракционной линзы от квадрата радиуса. При таком построении периоды (шаг решётки) равноудалены, точнее, шаг периода в r² равен |2λf|, где λ – расчетная длина волны, а f – обратная оптическая сила первого порядка дифракции.

В уровне техники, одна сторона линзы является чисто преломляющей, тогда как другая сторона имеет дифракционную решётку, наложенную на преломляющую базовую линию. Преломляющая базовая линия может быть, например, сферической или иметь какую-то асферическую форму. Дифракционный рисунок, который добавляется к базовой линии преломления, обычно может быть нанесен на любую из двух сторон линзы. Следовательно, если дифракционный рисунок должен сочетаться с преломляющей поверхностью с каким-либо особым свойством, обычно не имеет большого значения, добавлены ли они к одной и той же стороне или если один добавлен к первой стороне, а другой – ко второй стороне линзы. Одновременно два дифракционных рисунка можно комбинировать либо путём суперпозиционирования на одной стороне, либо путём добавления их внахлест на разных сторонах. В описаниях, относящихся к настоящему изобретению, объединение двух линзовых конструкций всегда следует понимать как обеспечивающее обе возможности. Оптическая сила линзы для определённого порядка дифракции рассчитывается путём сложения базовой силы преломления и оптической силы этого порядка дифракции.

Падающий или первичный световой луч 46, который проходит через решётку 42 и корпус линзы 41, соответственно подвергается дифракции и преломляется, в результате чего образуется выходной или вторичный световой луч 47. Преломленные и дифрагированные световые волны, т.е. вторичные световые лучи 47, образуют множество фокальных точек на оптической оси 48 линзы 40 из-за конструктивной интерференции световых волн 47. Конструктивная интерференция возникает, когда разность оптических путей между световыми волнами 47, прибывающими из корпуса линзы 41, в конкретную точку фокуса, является целым числом. световые волны синфазны, так что их амплитуды складываются усиливающим образом. Когда разница в длине оптического пути, пройденного интерферирующими световыми волнами 47 от корпуса линзы 41, нечётно кратна половине длины волны, так что гребень одной волны встречается с впадиной другой волны, световые волны 47 частично или полностью гасят друг друга, то есть световые волны не совпадают по фазе, что не приводит к образованию фокусных точек на оптической оси 48 корпуса линзы 41.

Точки конструктивной интерференции на различных расстояниях от корпуса линзы 41 обычно обозначаются порядками дифракции. Фокальная точка, которая соответствует фокальной точке, возникающей вследствие преломляющей операции кривизны линзы 40, обозначается нулевым порядком, 0. Другие фокальные точки обозначаются порядками +m и -m, где m представляет собой положительное целое число. То есть, m = +1, +2, +3 и т. д., если соответствующая точка фокуса находится в левой части нулевого порядка, если смотреть в плоскости чертежа, т.е. на расстоянии по направлению к корпусу линзы 41, и m = -1, -2, -3 и т.д., если соответствующая точка фокуса находится в правой части нулевого порядка, если смотреть в плоскости чертежа, т.е. на расстоянии в направлении от корпуса линзы 41. Как показано на Фиг. 3.

Следует отметить, что приведенное выше распределение положительного и отрицательного порядков дифракции в некоторых публикациях и справочниках может быть обратным относительно их положения относительно нулевого порядка. Так, например, происходит, когда теория из публикации Ромеро и др. применяется напрямую, как это было сделано здесь. Если не указано иное, настоящее описание соответствует условию, показанному на Фиг. 3.

Дифракционный рельеф 42 может быть спроектирован так, чтобы обеспечивать фокусные точки на разных расстояниях от корпуса 41 линзы. Периодическое расстояние или шаг ДОЭ 43 по существу определяет, где возникают точки деструктивной и конструктивной интерференции на оптической оси 48 линзы, т.е. положение дифракционных порядков на оптической оси 48. По форме и высоте ДОЭ 43 контролируется количество падающего света, которое обеспечивается в точке конструктивной интерференции, т.е. на определенном порядке дифракции или в нем.

В случае дифракционной решётки или рельефа 42, обеспечивающего дифракционные порядки, которые равномерно расположены по обе стороны от нулевого порядка, такая решётка или рельеф называется симметричным волноделителем или дифракционной решёткой, поскольку падающий световой луч 46 дифрагируется или разделяется на порядки, которые расположены симметрично относительно нулевого порядка. Решётка или рельеф, создающие неравномерное расстояние между дифракционными порядками, например +1, +2, -3, -5, называется асимметричной дифракционной решёткой. Распространенными случаями, когда дифракционные решётки создают полезные порядки 0-го порядка и +1 или 0-го, +1 и +2, также являются асимметричные дифракционные решётки.

Световая оптическая сила в световых волнах (вторичных световых лучах 47), которые фокусируются или дифрагируются в фокусных точках или порядках, которые не способствуют формированию изображения на сетчатке 14 человеческого глаза 10, теряется и снижает общую эффективность линзы 40, и, следовательно, качество изображения, воспринимаемого человеком с помощью такой линзы. На практике для оптимального проектирования линзы выгодно, если точки фокусировки для обеспечения или коррекции дальнего, промежуточного и ближнего зрения для человеческого глаза, как показано, например, на Фиг. 1, могут быть установлены заранее, а дифракционная решётка 42, обеспечивается так, чтобы максимальная общая эффективность световой оптической силы, полученной от падающего светового луча 46 в этих предварительно установленных фокусных точках, являлась оптимальной.

В научной литературе дифракционная решётка, оптимизирующая общую эффективность распределения света в заданных или целевых порядках дифракции, находится путём определения только линейной фазовой функции или фазового профиля, которая генерирует целевые порядки дифракции с максимальной общей эффективностью η или показателем эффективности, определяемым как сумма нормализованных световых оптических сил всех этих целевых порядков. Этим дифракционным решёткам затем можно придать форму линз, отрегулировав аргумент так, чтобы они имели эквидистантные периоды в пространстве r².

Специалистам в данной области техники будет понятно, что корпус линзы 41 может иметь плоско-выпуклую, двояковогнутую или плоско-вогнутую форму, а также комбинации выпуклых и вогнутых форм или кривизн (не показаны).

На Фиг. 4а и 4б показана линза и функциональность указанной линзы согласно PCT/EP2019/080758 за счёт объединения монофокальной центральной зоны с симметричной мультифокальной решёткой. На Фиг. 4а проиллюстрирован, в качестве примера, профиль высоты или профиль амплитуды другого варианта осуществления трифокальной офтальмологической линзы в соответствии с настоящим изобретением в линейном масштабе как функция радиального расстояния r, выраженного в мм. Профиль амплитуды или профиль высоты варианта осуществления глазной линзы, показанного на Фиг. 15а, включает поверхность корпуса 150 линзы, в свою очередь содержащую монофокальную центральную зону, обозначенную ссылочной позицией 152, и дифракционную решётку 151. Предполагается, что оптическая ось, проходящая через центр корпуса линзы, находится в радиальном положении r = 0, тогда как радиальное расстояние r, измеренное в направлении наружу от оптической оси, выражается в мм вдоль вертикальной оси. Ссылочная позиция 160 относится к внешней окружности передней поверхности 34 корпуса 30 линзы, как показано на Фиг. 2a и 2б. Центральная зона 152 является монофокальной и в этом примере расположена так, чтобы иметь силу, совпадающую с оптической силой фокусных точек дифракционной решётки 151.

В точке перехода 153, при радиальном положении корпуса линзы на расстоянии около 0,5 мм от оптической оси, непрерывный амплитудный профиль h(r) 152 монофокальной центральной зоны заканчивается и продолжается в симметричном мультифокальном профиле дифракционной решётки H(r) 151 дифракционной решётки. В показанном варианте реализации точка 153 перехода находится на поверхности 150 корпуса линзы.

В этом примере расчётная длина волны λ линзы принята равной 550 нм, показатель преломления n корпуса линзы установлен равным 1,492, а показатель преломления n_m среды, окружающей корпус линзы, принят равным 1,336.

На Фиг. 4б показано моделирование интенсивности линзы, показанной на Фиг. 4a, для четырёх различных размеров зрачка: 1 мм, 2 мм, 3 мм и 4,5 мм. Предполагается, что размер зрачка или зрачок соответствует двойному радиусу линзы. Оптическая сила изображена вдоль вертикальной оси в относительном масштабе, где для каждого размера зрачка максимальное число установлено равным 1. Распределение интенсивности света, смоделированное компьютером, предполагает корпус двояковыпуклой линзы офтальмологической линзы типа, показанного на Фиг. 2a, 2б, предназначенный для наведения фокуса нулевого порядка на 20 диоптрий, D, и фокусов для ближнего и дальнего зрения на 21,675 D и 18,325 D соответственно, симметрично расположенных относительно нулевого порядка. Ссылочная позиция 154 относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему точку фокуса для промежуточного зрения, ссылочная позиция 155 относится к фокальной точке для дальнего зрения при 18,325 D, а ссылочная цифра 156 относится к фокальной точке для ближнего зрения при 21,675 D. Как можно увидеть на графике, точные положения этих пиков немного изменяются в зависимости от диафрагмы, как обсуждалось в другом месте, этот эффект можно намеренно использовать при проектировании линзы.

Линза, сконструированная таким образом, обеспечивает хорошее зрение даже для очень маленьких зрачков. У такой конструкции есть два основных недостатка. Во-первых, вставка монофокальной центральной зоны в дифракционную решётку снижает эффективность дифракции. Во-вторых, при использовании этой архитектуры для обеспечения полного зрения (включая дальнее зрение, промежуточное зрение и ближнее зрение) необходимо сбалансировать распределение интенсивности, чтобы обеспечить желаемое распределение интенсивности для фотопических условий, например, диаметр зрачка 3 мм. Для трифокальной линзы это обычно предполагает обеспечение более сильного дальнего зрения по сравнению с другими расстояниями, однако с относительно сильным ближним зрением и некоторым промежуточным зрением. Из-за перекоса в сторону ближнего зрения, необходимого в дифракционной решётке, чтобы компенсировать сильное дальнее зрение в центре, такая конструкция приводит к слишком сильной относительной оптической силе ближнего зрения при больших размерах зрачка.

На Фиг. 5а показан вид сверху офтальмологической мультифокальной афакической интраокулярной линзы 50, работающей в соответствии с настоящим изобретением, а на Фиг. 5б показан вид сбоку линзы 50. Отличия от предшествующего уровня техники, показанные на Фиг. 2, заключаются в оптике линзы. Корпус линзы 56 имеет двояковыпуклую форму, состоящую из передней поверхности 54 и задней поверхности 55. Специалисту известно, что для некоторых вариантов реализации одна или обе из передней поверхности 54 и задней поверхности 55 могут быть вогнутыми или плоскими, в зависимости от базовой линии преломления, необходимой для конкретного применения. В этом применении настоящего изобретения корпус линзы в соответствии с настоящим изобретением содержит периферийную часть 53 линзы и центральную часть 51 линзы, которая объединена с симметричной мультифокальной дифракционной решёткой 52. Линза сконструирована таким образом, что для конструкции длины волны, один из дифракционных порядков симметричной мультифокальной дифракционной решётки 52 способствует дальнему зрению хрусталика, 0-й порядок симметричных мультифокальных дифракционных решёток способствует промежуточному зрению хрусталика, а еще один порядок дифракции способствует ближнему зрению. В некоторых вариантах реализации симметричная мультифокальная решётка имеет три фокусные точки, в других вариантах реализации количество фокусных точек представляет собой большее, нечётное число, например 5, 7 или 9. Центральная часть линзы 51 имеет доминирующую основную оптическую силу, которая составляет где-то посередине между способностями промежуточного и дальнего зрения. На Фиг. 5а и 5б показана линза, одна сторона которой является чисто преломляющей, а другая сторона имеет дифракционную решётку, наложенную на преломляющую базовую линию. Как пояснено выше в отношении Фиг. 3, это только одна возможная конфигурация. Можно, например, распределить дифракционную решётку по обеим сторонам или наложить дифракционную решётку на любую сторону плоско-выпуклой или плоско-вогнутой линзы. Когда говорят, что дифракционный рисунок сочетается с преломляющей поверхностью, он может иметь любое из этих значений.

Форма или профиль высоты преломляющей базовой линии для любой из частей линзы может быть выбран среди множества непрерывных профилей преломления, известных из монофокальных линз, таких как сферические, или основанные на монофокальной дифракционной поверхности, или асферические поверхности, которые относятся к числу наиболее распространенных форм монофокальных линз, известных в данной области техники. Монофокальные дифракционные поверхности относятся к фазосинхронным линзам Френеля, обсуждавшимся ранее. Регулируя число фазового синхронизма, можно создать с помощью дифракционной оптики непрерывную монофокальную зону произвольной ширины. В одной линзе можно комбинировать разные типы преломляющих поверхностей, так что центральная часть и периферийная часть состоят из разных типов преломляющих поверхностей. Изготовление преломляющих дифракционных поверхностей может осуществляться, например, с помощью любой лазерной микрообработки, алмазного точения, 3D-печати или любой другой технологии механической обработки или литографической обработки поверхности.

Настоящее изобретение описывает способ создания линзы, которая сохраняет преимущества линз предшествующего уровня техники, показанных на Фиг.4а, и которая увеличивает эффективность дифракции и значительно увеличивает количество света, используемого человеческим глазом.

При этом изменения вносятся в две части линзы: центральную часть линзы, примерно в пределах размера зрачка 1 мм, и симметричные мультифокальные дифракционные решётки. Совместно изменяя эти две структуры, мы можем достичь желаемых качеств. На Фиг. 6 показано одно из таких возможных изменений центральной части профиля линзы.

Одним из очень важных свойств мультифокальных линз является точное распределение доминирующей оптической силы для очень маленьких размерах зрачка, например, измеренных при размере зрачка 1 мм. В то время как на Фиг. 4а показан профиль линзы, у которой оптическая сила центральной зоны идеально совпадает с одним из ненулевых порядков симметричных мультифокальных дифракционных решёток, на Фиг. 6а показан профиль линзы с монофокальной центральной зоной, который слегка скорректирован в сторону 0-го порядка, используемого для промежуточного зрения. Точно так же, как на Фиг. 4а, а также в PCT/EP2019/080758, так называемая точка перехода, отмеченная на чертеже пунктирными вертикальными линиями, окружает пик, ближайший к оптической оси (оптическая ось проходит на этом изображении вертикально через центр построенного профиля линзы).

Монофокальная центральная зона добавляет локальную отрицательную оптическую силу к центру линзы относительно базовой линии преломления. В предшествующем уровне техники не рекомендуется, чтобы эта сила была идентична абсолютной силе дифракционного порядка, отвечающего за дальнее зрение. Однако небольшой сдвиг силы в монофокальной центральной зоне можно использовать для достижения более благоприятного распределения света. Было обнаружено, что небольшое снижение силы центральной зоны может иметь несколько положительных эффектов. (1) При правильном выборе он увеличивает общую эффективность дифракции и по всей части света, пригодного для использования глазом, (2) уменьшает интенсивность непригодного для использования света, мощность которого ниже, чем для предполагаемого дальнего зрения, (3) за счёт расширения пика обзора расширяется зона имплантации и это способ выбрать силу при, например, размере зрачка 1 мм. В некоторой конфигурации он может создавать асимметричный пик фокусной точки, обеспечивающий дальнее зрение. Особенно важным для увеличения шансов на клинический успех может быть расширение зоны имплантации (зоны наилучшего восприятия) за счёт небольшого смещения оптической силы в сторону более сильных диоптрий для очень маленьких размеров зрачка.

Что касается конкретного примера, представленного здесь, на Фиг. 6б показаны смоделированные пики относительной интенсивности для четырёх различных размеров зрачка. Сдвиг силы уменьшает нежелательный пик, присутствующий здесь около 17 D, и перенаправляет часть этого света в нулевой порядок (промежуточное зрение). Пик, отвечающий за дальнее зрение, можно найти около 18,35 D. Эти характеристики можно сравнить с Фиг. 4б, где наиболее значительным изменением является ослабление нежелательного пика около 17 D на Фиг. 6, что означает, что больше света становится полезным для глаза.

В профиле линзы на Фиг. 6а используется дифракционная решётка, идентичная профилю линзы на Фиг. 4а, но на Фиг. 6а центральная зона имеет отрицательную силу, которая на 0,275 D меньше в абсолютном выражении. Симметричная дифракционная решётка сконструирована так, чтобы обеспечить разделение порядков 1,675 D, в то время как монофокальная центральная зона имеет кривизну, предназначенную для добавления отрицательной силы к базовой линии преломления линзы, которая составляет 1,4 D. Как показано на Фиг. 6б, преобладающий пик для небольшого размера зрачка в 1 мм на 1,2 D ниже предполагаемого промежуточного пика, а не на 1,675 D номинальной силы порядка дифракции, совпадающей с дальним зрением. Это повышает общую эффективность и немного расширяет пик дальнего обзора. Это очень важный и полезный инструмент, если его правильно использовать.

Чисто монофокальная форма была выбрана для центральной части этих линз, потому что выгодно иметь очень доминирующее дальнее зрение для малых размеров зрачка и дальнее зрение, которое, по крайней мере, сильнее, чем другое для всех больших размеров зрачка. Однако для этого необязательно использовать чисто монофокальную зону. Фиг. 7а, 7б и 7в иллюстрируют другой выбор центральной зоны. Выгодно использовать переходную зону между центральной частью и дифракционной решёткой, расположенную близко к вершине первого пика дифракционной решётки. На Фиг. 7а показан такой профиль линзы. Вертикальные пунктирные линии на Фиг 7а указывают точку перехода, соответствующую центру переходной зоны. Чтобы избежать внезапного изменения профиля, существует плавный переход между центральной частью, которая очень ориентирована на дальнее зрение, и первыми выступами симметричной дифракционной решётки, которые полностью трифокальны и расположены так, чтобы слегка благоприятствовать ближнему зрению. Этот конкретный пример сделан таким образом, что плавный переход между двумя зонами осуществляется в пространстве параметров, а не просто добавляется переход между двумя высотами.

Такая центральная часть, которая не является чисто монофокальной, может быть сконструирована как сегмент асферической линзы, как модифицированный сферический сегмент или как несколько сферических сегментов, сшитых вместе. Кроме того, его можно рассчитать с помощью тех же средств, которые используются для расчёта дифракционных элементарных ячеек для мультифокальных симметричных дифракционных решёток. Несколько различных способов создания таких элементарных ячеек обсуждались ранее в этом документе. Если используется последний метод, часто бывает выгодно создать элементарную ячейку, которая сильно продвигает дифракционную точку фокуса, отвечающую за дальнее зрение, а затем использовать только часть этой элементарной ячейки. Чем больше она смещена в сторону дальнего зрения, тем больше её можно сделать похожей на чисто монофокальную часть линзы. Вблизи правильного положения гребня, ближайшего к центру линзы, происходит переход к дифракционной решётке с существенно другим светораспределением. Можно отметить, что для такой линзы с номинальным порядковым разделением 1,675 D, как в данном примере, первый период решётки, отсчитываемый от центра линзы, будет заканчиваться при размере зрачка 1,62 мм (расстояние 0,81 мм от центра линзы). Это большая часть линзы и это иллюстрирует тот факт, что её конструкция должна быть тщательной и что для достижения желаемого распределения света требуется более одной функции. В данном случае точка перехода находится при размере зрачка 1,25 мм, а для центральной зоны использовалась элементарная ячейка, подобная той, что показана на Фиг. 7в. Эта форма очень сильно ориентирована на дальнее зрение (здесь она совпадает с порядком +1 элементарной ячейки), как можно видеть на графике распределения эффективности рассматриваемой элементарной ячейки. Однако часть между двумя вертикальными пунктирными линиями не использовалась. Вместо этого оптическая ось линзы примерно совпадает с пунктирной линией справа на изображении элементарной ячейки. Тогда центральная часть линзы состоит примерно из той части элементарной ячейки, которая показана не между двумя пунктирными вертикальными линиями. Вокруг вертикальной линии слева (рядом с левым плечом элементарной ячейки) данные линзы создаются путём перехода в пространстве параметров. Конечно, можно также сделать резкий переход между центральной зоной и мультифокальной дифракционной решёткой. Центральная зона, такая как показанная на Фиг. 7а, по существу монофокальна, но её форма больше похожа на дифракционную решётку, что увеличивает общую эффективность линзы. Это дает дополнительную возможность настроить общую эффективность и точную пиковую силы при размере зрачка 1 мм.

На Фиг. 7б показаны смоделированные пики относительной интенсивности для четырёх различных размеров зрачка. Симметричная дифракционная решётка сконструирована таким образом, чтобы обеспечить разделение порядков 1,675 D. Однако, как показано на Фиг. 7б, доминирующий пик для небольшого размера зрачка1 мм находится всего на 0,65 D ниже предполагаемого промежуточного пика. Нежелательный пик при 17 D здесь заметно меньше, чем соответствующие пики на Фиг. 4б и 6б, что указывает на более высокую эффективность линзы, изображённой на Фиг. 7a. Эта более высокая эффективность также чётко подтверждается как моделированием, так и измерениями с реальными линзами. Однако этот график также очень чётко указывает на главный недостаток линзы, изображенной на Фиг. 7а: высокая оптическая сила, направленная на ближнее зрение при больших размерах зрачка. При размере зрачка 4,5 мм оптическая сила ближнего зрения здесь намного выше, чем у промежуточного зрения, и даже близка по силе к оптической силе дальнего зрения. Большая часть этого ближнего света, исходящего от больших размеров зрачка, не может быть использована глазом. Таким образом, даже если эффективность дифракции высока, физиологическая светоотдача для больших размеров зрачка намного ниже идеальной. Чтобы решить эту проблему, нужны полностью адаптивные линзы.

Фиг. 8 иллюстрирует соответствующую активацию палочек и колбочек в глазу. Из-за уровня яркости и диаметра зрачков колбочки доминируют в фотопических условиях, тогда как палочки доминируют в мезопических и скотопических условиях.

На основе специфической реакции колбочек и палочек сетчатки глаза наблюдаются три основных режима работы глаза при разных уровнях освещенности (кд/м²): фотопический (яркий свет), скотопический (условия низкой освещенности) и мезопический (промежуточный). Уровень яркости наблюдаемого объекта, фона и окружения определяют активность палочек и колбочек по уровню освещенности сетчатки (интенсивности света). Следовательно, спектральная реакция глаза напрямую связана и зависит от уровня освещенности, которому он подвергается, как показано на Фиг. 8. Размер зрачка является линейной функцией логарифма эквивалентной яркости (log кд/м²), рассчитанного для больших полей для адаптации яркости от фотопических до мезопических условий (для получения дополнительной информации можно обратиться к W. Adrian, “Spectral sensitivity of the pupillary system,” Clin. Exp. Optom., vol. 86, no. 4, pp. 235–238, 2003).

Размер зрачка играет важную роль в достижении функционального уровня зрения в псевдофакичном глазу, поскольку глаз не способен производить изменение рефракции в ответ на близость объекта. Диаметр зрачка является основным предиктором повышенной псевдоаккомодации и остроты ближнего зрения, а также качества чтения путём определения области размытия сетчатки и глубины резкости (см.: E. Fonseca, P. Fiadeiro, R. Gomes, A. S. Trancon, A. Baptista и P. Serra, “Pupil function in pseudophakia: Proximal miosis behavior and optical influence,” Photonics, vol. 6, no. 4, 2019).

Дифракция является доминирующим ограничивающим фактором при малых диаметрах зрачков, тогда как при больших размерах аберрации в большей степени способствуют размытию сетчатки (см.: A. Roorda и D. R. Williams, “The arrangement of the three cone classes in the living human eye,” Nature, vol. 397, no. 6719, pp. 520–522, 1999). На Фиг. 9 показана типичная функция рассеяния точки (ФРТ) глаза в зависимости от размера зрачка. Исследования показали, что баланс между дифракцией (которая размывает изображение для маленьких зрачков) и аберрациями (влияющими на поперечное разрешение) составляет где-то между 2 мм и 4 мм зрачков, в зависимости от индивидуальных особенностей (см. A. Roorda и др., “What adaptive optics do for a scanning laser ophthalmoscope?”, Bull. Soc. Belge Ophtalmol., no. 302, pp. 231–244, 2006). Большие аберрации у больших зрачков – еще одна причина, по которой свет, направленный на ближнее зрение, не может быть физиологически использован.

На Фиг. 9 показана функция рассеяния точки (ФРТ) для разных глаз и состояний. В верхнем ряду показана функция рассеяния точки глаза без аберраций. По мере увеличения размера зрачка ФРТ уменьшается, что открывает возможности для более высокого разрешения. В нижнем ряду показаны функции рассеяния точки для глаза с типичными аберрациями. В этом случае аберрации, особенно для зрачков большего размера, размывают ФРТ.

Кроме того, размер зрачка является функцией положения стимула аккомодации для разных возрастов (J. F. Zapata-Díaz, H. Radhakrishnan, W. N. Charman и N. López-Gil, “Accommodation and age-dependent eye model based on in vivo measurements,” J. Optom., vol. 12, no. 1, pp. 3–13, 2019). Корреляция между максимальным размером зрачка и возрастом представляет собой уменьшение диаметра зрачка на расстоянии -0,23 мм за десятилетие жизни, так что у людей в возрасте 50 лет средний размер зрачка составляет 5,0 мм, а у людей в возрасте 80 лет - средний зрачок 4,1 мм (E. Fonseca, P. Fiadeiro, R. Gomes, A. S. Trancon, A. Baptista и P. Serra, “Pupil function in pseudophakia: Proximal miosis behavior and optical influence,” Photonics, vol. 6, no. 4, 2019).

Способность зрачковой системы расширяться может быть снижена из-за травматических ситуаций глаза, таких как операция по удалению катаракты. Следовательно, псевдофакический глаз менее расслаблен, чем нормальный, в условиях скотопической, мезопической и фотопической статической освещенности (см., H. K. Bhatia, S. Sharma и P. Laxminarayana, “Ophthalmology and Clinical Research Report ClinMed International Library,” pp. 2–5, 2015, и A. J. Kanellopoulos, G. Asimellis и S. Georgiadou, “Digital pupillometry and centroid shift changes after cataract surgery,” J. Cataract Refract. Surg., vol. 41, no. 2, pp. 408–414, 2015). Послеоперационный диаметр зрачка уменьшается примерно на -0,3 мм по сравнению с дооперационными измерениями (A. J. Kanellopoulos и G. Asimellis, “Clear-cornea cataract surgery: Pupil size and shape changes, Along with anterior chamber volume and depth changes. A Scheimpflug imaging study,” Clin. Ophthalmol., vol. 8, pp. 2141–2151, 2014.)

Кроме того, условия измерения могут влиять на уровень освещенности сетчатки. Большинство научных исследований основано на монокулярной пупиллометрии, где на самом деле показатели ВГЛ следует оценивать для бинокулярного зрения. Бинокулярный динамический пупиллометр необходим для точного определения размера зрачка в бинокулярных условиях. Известно, что световые раздражители вызывают большее сужение зрачка, чем монокулярное зрение, поскольку к прямому отражению при стимуляции одного глаза добавляется непрямое отражение зрачковой системы в бинокулярных условиях.

Хирурги могут предсказать послеоперационный размер зрачка, влияющий на рефракционные результаты и последующую удовлетворенность пациентов после операции по удалению катаракты, если они смогут точно и воспроизводимо определить предоперационный размер зрачка. Это основы хирургии катаракты с учетом особенностей зрачка (pupil-customized cataract surgery, PCCS), которая означает прогнозирование и максимизацию послеоперационных показателей зрения и последующей удовлетворенности пациентов путём предоперационной оценки размера зрачка у пациентов с катарактой (более подробную информацию см., Cataract surgery: Maximizing outcomes through research, H. Bissen-Miyajima, M. P. Weikert и D. D. Koch, опубл. в 2014 г.).

Как уже обсуждалось до сих пор, зрительная система более чувствительна к свету, поступающему через центр зрачка, чем к свету, поступающему с периферии зрачка из-за эффекта SCE. Эффект SCE может значительно улучшить качество расфокусированного изображения и расфокусированное зрение, особенно для задач, требующих достоверного фазового восприятия.

Эти данные могут быть использованы клинически при оценке зрительных функций после операции по удалению катаракты и могут иметь значение с точки зрения дизайна ВГЛ. Дифракционные мультифокальные интраокулярные линзы обеспечивают дальнее, промежуточное и ближнее зрение. Идеальное распределение оптической силы между ними различается для разных размеров зрачков. Для маленьких зрачков доминирующим фокусом должно быть дальнее зрение с немного большей оптической силой, чем вдаль. Для размеров зрачков около 3 мм идеальные дифракционные мультифокальные линзы должны обеспечивать чёткое дальнее зрение, сильное ближнее зрение и некоторое промежуточное зрение. Для зрачков размером более 4,5 мм оптическая сила, направленная на ближнее зрение, не может быть эффективно использована глазом. По этой причине на ближнее расстояние следует направлять как можно меньше дополнительной оптической силы, а оптическая сила, идущая на близкое расстояние, для зрачка 4,5 мм должна быть меньше, чем для промежуточного и ближнего зрения.

Поэтому мультифокальные интраокулярные линзы должны идеально распределять световую оптическую силу между фокусами таким образом, чтобы на мезопическом уровне освещенности около 80% световой оптической силы направлялось на дальнее и ближнее зрение, а на скотопическом уровне освещенности - почти 80% световой оптической силы в идеале должна распределяться на дальнее и промежуточное зрение.

На Фиг. 10а показан пример линзы согласно настоящему изобретению. Для получения полностью адаптивной линзы распределение интенсивности дифракционной решётки должно меняться в зависимости от расстояния от оптического центра. На Фиг. 10а показан профиль линзы, за вычетом базовой линии преломления, в которой используется центральная зона, которая существенно вогнута и очень сильно способствует дальнему зрению, но настроена так, чтобы лучше гармонировать с мультифокальной решёткой линзы. Точка перехода на размере зрачка 1,25 мм, вокруг первого пика, приводит к симметричным мультифокальным решёткам, состоящим из набора по-разному настроенных дифракционных элементарных ячеек. Первые периоды за пределами центральной части составляют относительно сбалансированную дифракционную решётку, которая способствует ближнему зрению больше, чем промежуточному и дальнему, затем с увеличением расстояния от оптического центра переходят на несколько ступеней к дифракционной решётке, которая сильно способствует дальнему зрению и особенно неблагоприятствует ближнему зрению по сравнению как с дальним, так и промежуточным зрениями. Конечно, даже если ближнее зрение немного предпочтительнее в области линзы между центральной частью и размером зрачка примерно 3 мм, дальнее зрение имеет доминирующую долю оптической силы для всех размеров зрачков в этом диапазоне из-за далеко продвигающейся центральной части.

Конечно, возможно и часто полезно создавать адаптивные линзы с полностью монофокальной центральной зоной, как показано на Фиг 6а. В такой конфигурации можно получить адаптивные линзы со строго определённой точкой фокусировки для всех диаметров, меньших, чем у точки перехода. Адаптивные линзы со строго монофокальной центральной зоной имеют несколько меньшую общую светоотдачу по сравнению с типом линз, изображённым на Фиг. 10, однако практически было показано, что конструкции линз со строго монофокальной центральной зоной более устойчивы к изменениям в производстве и материалах. Возмущениями материала могут быть небольшие различия в показателе преломления между партиями материалов. Монофокальные центральные зоны также могут иметь некоторые преимущества при послеоперационных измерениях авторефрактометром. По этим причинам выбор центральной зоны придется делать в каждом конкретном случае.

На Фиг. 10б показаны смоделированные пики относительной оптической силы для четырёх различных размеров зрачка. Симметричная дифракционная решётка номинально сконструирована так, чтобы обеспечить разделение порядков 1,675 D. Как показывают данные моделирования, доминирующий пик для небольшого размера зрачка 1 мм, однако, всего на 0,6 D ниже предполагаемого промежуточного пика. Суммируя данные Фиг. 10б, видно, что (1) доминирующий фокус на размере зрачка 1 мм находится между дальней и промежуточной оптической силой (18,32 D и 20 D, соответственно), (2) часть оптической силы, направленная на ближнее зрение (приблизительно 21,7 D) выше на расстоянии 3 мм, чем при любом другом показанном размере зрачка, оптическая сила промежуточного зрения (3) при размере зрачка 2 мм слабее, чем дальнего и ближнего зрения, тогда как (4) при 4,5 мм оптическая сила ближнего зрения слабее, чем дальнего и промежуточного зрения. При всех размерах зрачка от 2 мм и выше дальнее зрение является самым сильным.

Для создания адаптивных дифракционных линз согласно настоящему изобретению необходимо использовать эффективность дифракции, которая изменяется в зависимости от размера зрачка. На Фиг. 10в, 10г и 10д показаны примеры лежащих в основе дифракционных элементарных ячеек линейной решётки и их соответствующие дифракционные эффективности. Эффективность рассчитывается стандартными методами на основе данных профиля линейной решётки. Этот расчёт дифракционной эффективности, конечно, можно выполнить для любой произвольной элементарной ячейки любой формы. В этой конкретной линзе и с учётом используемых условных обозначений порядок -1 соответствует свету, предназначенному для ближнего зрения, 0-й порядок соответствует свету, предназначенному для промежуточного зрения, а порядок +1 соответствует расположению света для дальнего зрения. Общая эффективность дифракции, указанная для каждой из этих трёх цифр, представляет собой сумму эффективности дифракции трёх желаемых порядков дифракции. На Фиг. 10в показаны дифракционные эффективности формы профиля, используемого в части линзы, отмеченной как G1 на Фиг. 10a. Ближнее зрение улучшается в пользу других глубин, в то время как дальнее и промежуточное зрение остается одинаковым. На Фиг. 10г показаны дифракционные эффективности формы профиля, используемой в части линзы, обозначенной как G2 на Фиг. 10a. Здесь предпочтение отдается дальнему зрению в пользу других глубин, но в особенности свет, распространяющийся на ближнее зрение, остается очень низким. На Фиг. 10д показаны дифракционные эффективности формы профиля, используемого в части линзы, отмеченной как G3 на Фиг. 10a. Здесь оптическая сила, распределяемая на дальнее и промежуточное зрение, остается относительно одинаковой, в то время как дополнительный свет для ближнего света остается очень низким. Для больших размеров зрачка, в основном размеров зрачка выше 4,5 мм, оптическая сила, обеспечиваемая ближним зрением, очень мала или вообще отсутствует. Ограничение на используемые здесь решётки и/или преломляющие формы сводится к нежелательным эффектам. Как обсуждается ниже, можно сконструировать адаптивную линзу в соответствии с настоящим изобретением, например, с периферийной бифокальной пилообразной решёткой или периферийной частью с преломляющей способностью, соответствующей дальнему зрению. Это два примера способов снизить дополнительную оптическую силу ближнего зрения практически до нуля. Конечно, они могут придавать отрицательные оптические свойства, такие как эффекты бликов и ореолов.

Важно понимать, что эти элементарные ячейки являются конкретными примерами. В линзе, показанной на Фиг. 10а, присутствует ещё несколько различных элементарных ячеек. Часто бывает полезно медленно прогрессировать относительное распределение интенсивности в зависимости от размера зрачка. Можно использовать элементарные ячейки с совершенно разными эффективностью дифракции и результирующим распределением оптической силы, чем показано в этом примере.

На Фиг. 11а показан другой дифракционный профиль линзы согласно раскрытому изобретению и продемонстрирован один дополнительный способ изменения доминирующей оптической силы центральной части линзы. На Фиг. 6а показан профиль линзы, где доминирующую силу при малых размерах зрачка настраивали путём изменения кривизны центральной зоны. Размещение доминирующей оптической силы при малых размерах зрачка, например 1 мм, также можно очень тщательно настроить путём горизонтального смещения центрального профиля (то есть в направлении, нормальном к оптической оси) центральной части. Профиль линзы на Фиг. 11а, за исключением этого горизонтального смещения, идентичен профилю, показанному на Фиг. 10а, до размера зрачка примерно 2,4 мм. На Фиг. 11б показаны смоделированные пики относительной интенсивности для четырёх различных размеров зрачка. Имеет смысл сравнить данные этой модели с данными на Фиг. 10б. Из-за этого относительно небольшого изменения в профиле на Фиг. 11а доминирующий пик на расстоянии 1 мм смещается примерно на 0,8 D ближе к оптической силе, предназначенной для дальнего зрения. Такое расположение немного снижает общую эффективность, рассчитанную для всего диапазона обзора, но обеспечивает более сильное дальнее зрение. Кроме того, оно обеспечивает для очень маленьких размеров зрачка преобладающую силу, близкую к предполагаемой силе дальнего зрения, что может быть выгодно в некоторых обстоятельствах, например, для некоторых методов измерения оптической силы глаза после операции.

Ещё одно изменение между профилями линз на Фиг. 10а и 11а, соответственно, состоит в том, что последняя демонстрирует более высокий дифракционный профиль линзы за пределами размера зрачка примерно 2,4 мм. Эта часть линзы здесь предназначена для увеличения интенсивности, направленной на дальнее зрение, в большей степени для очень больших размеров зрачка. Одним из возможных вариантов конструкции, если требуется ещё более сильное ослабление ближнего света для больших размеров зрачка, является использование бифокальной пилообразной решётки, например, для размеров зрачка размером более 4,5 мм. Такую бифокальную пилообразную решётку можно было бы устроить так, чтобы обеспечить дополнительный свет только для дальнего и промежуточного зрения. Ещё одним вариантом было бы использование монофокальной пилообразной структуры для больших размеров зрачка. Такая конструкция тогда должна была бы быть значительно выше мультифокальных решёток.

Следует также отметить, что центральная часть, вплоть до гребня, ближайшего к центру линзы, и дифракционная решётка являются раздельными и что небольшое горизонтальное смещение центральной части не обязательно должно сочетаться с равным сдвигом дифракционные решётки. Аналогично, сдвиг дифракционной решётки не обязательно должен сопровождаться таким же сдвигом центральной зоны. Напротив, часто бывает выгодно сместить центральную часть и дифракционную решётку относительно друг друга. В частности, часто бывает выгодно выполнить сдвиг так, чтобы выступ, ближайший к центру линзы, был тоньше, чем обычно ожидается по формуле для хорошо сформированной линзы. По-другому это можно сформулировать, сказав, что часто оказывается выгодным переместить центральную зону и первую впадину дифракционной решётки ближе друг к другу, чем можно было бы ожидать из стандартной формулы для зонных пластинок Френеля. Такая конфигурация может повысить общую светоотдачу и является способом, пригодным для создания линзы согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 12а показан ещё один профиль линзы для адаптивных мультифокальных линз согласно настоящему изобретению. Важно понимать, что показанный здесь профиль меньше базовой линии преломления, которая считается одинаковой по всей оптике. Одной из важных особенностей этого профиля линзы является то, что она содержит чисто преломляющую часть, предназначенную для обеспечения света только для дальнего зрения. В этом примере эта преломляющая часть покрывает примерно все размеры зрачка за пределами размера зрачка 5 мм. Такие преломляющие участки не следует учитывать при расчёте размаха высот дифракционного профиля. Наличие преломляющей части на периферии мультифокальной линзы может быть хорошим способом создания адаптивной линзы. В данном случае весь свет будет направлен в сторону дальнего обзора для размеров зрачка более 5 мм. Это может увеличить риск возникновения эффектов ореола.

Второй важной особенностью профиля дифракционной линзы на Фиг. 12а является чисто монофокальный центр. В этом примере центральная зона формируется так, чтобы иметь отрицательную мощность, которая на 0,125 D ниже номинальной абсолютной разницы между порядками, ответственными за дальнюю и промежуточную мощность. Точка перехода между центральной зоной и симметричными мультифокальными дифракционными решётками отмечена вертикальной пунктирной линией при размере зрачка 1,14 мм. Симметричная дифракционная решётка построена по принципу, относительно похожему на показанный на Фиг. 10а. Дифракционная решётка ориентирована на ближнее зрение до размера зрачка около 2,8 мм, затем с увеличением размера зрачка всё сильнее перестраивается на дальнее и в некоторой степени промежуточное зрение.

На Фиг. 12б показаны смоделированные пики относительной интенсивности для четырёх различных размеров зрачка. Симметричная дифракционная решётка номинально сконструирована так, чтобы обеспечить разделение порядков на 1,675 D. Как показано в данных моделирования, доминирующий пик для небольшого размера зрачка 1 мм находится на 1,4 D ниже предполагаемого промежуточного пика. Суммируя данные Фиг. 12б, мы видим, что (1) доминирующий фокус при размере зрачка 1 мм располагается между предполагаемой дальней и промежуточной оптической силой (18,32 D и 20 D, соответственно), (2) интенсивность на ближнем, по отношению к интенсивности на дальнем, сильнее на расстоянии 3 мм, чем при любом другом показанном размере зрачка, промежуточная интенсивность (3) на размере зрачка 2 мм слабее, чем как на дальнем, так и на ближнем расстоянии, тогда как (4) на расстоянии 4,5 мм оптическая сила ближнего зрения меньше, чем как дальнего, так и промежуточного. При всех размерах зрачка от 2 мм и выше дальнее зрение является самым сильным. Нежелательный пик около 17 D больше, чем, например, пик показанный на Фиг. 10б, это связано с выбором центральной зоны.

На Фиг. 13а проиллюстрировано возможное целевое распределение оптической силы для конструкций линз согласно настоящему изобретению. Это идеальное распределение для адаптивных дифракционных мультифокальных линз основано на аргументах о работе человеческого глаза, приведенных ранее в этом документе. На чертеже показано желаемое распределение оптической силы для ближнего, промежуточного и дальнего зрения при размере зрачка до 6 мм. Можно предположить, что значения, в пределах ± 5 процентных пунктов, находятся в идеальной области. Часто линза, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, не попадает в идеальную область для всех типов зрения и не для всех размеров зрачка. Далее следует отметить, что это демонстрирует идеальный результат, если принять во внимание только распределение оптической силы. Особенно трудно полностью осознать очень резкий обмен оптической силы ближнего зрения с оптической силой промежуточного зрения при переходе от мезопического зрачка к скотопическому. При создании конструкции линзы согласно настоящему изобретению часто необходимо принимать во внимание, должно ли основным приоритетом для периферийной части этой конкретной конструкции быть правильное распределение оптической силы или следует отдавать приоритет минимизации аберраций и нежелательных световых явлений. Очень эффективные способы изменения распределения оптической силы для больших размеров зрачка включают бифокальные пилообразные решётки и чисто монофокальные зоны. Например, бифокальную пилообразную решётку можно создать так, чтобы обеспечить свет только для дальнего и промежуточного зрения при больших размерах зрачка. Периферийная монофокальная зона, как показано на Фиг. 12а, может быть организована так, чтобы обеспечить свет только для дальнего зрения. Однако обе эти структуры могут увеличить риск нежелательных световых явлений, особенно эффектов ореола.

На Фиг. 13б показано, в зависимости от размера зрачка, смоделированное распределение оптической силы между дальним, промежуточным и ближним зрением для гибридной линзы на Фиг. 10a. Здесь диафрагма выглядит просто как удвоенный радиус линзы. В этом моделировании дальнее зрение доминирует при всех размерах зрачка, при размере зрачка 2 мм оптическая сила для ближнего и промежуточного зрения относительно схожи. Оптическая сила ближнего зрения имеет максимальное плато для размеров зрачка от 2,5 до 3 мм, тогда как оптическая сила промежуточного зрения имеет минимальное плато примерно для того же диапазона размеров зрачка. Для размеров зрачка размером более 3,1 мм оптическая сила ближнего зрения уменьшается с увеличением размера зрачка, а оптическая сила промежуточного зрения увеличивается с увеличением размера зрачка. По оценкам, точка пересечения близка к размеру зрачка 4,5 мм. Данные на графике составлены путём предварительного расчета спектра при 8 размерах зрачка на период дифракционной решётки, всего при 105 различных размерах зрачка. Для каждого размера зрачка оптическая сила каждого зрения аппроксимируется локальным максимумом в положении соответствующего типа зрения. Затем строится график с использованием скользящих средних значений для каждого типа зрения с использованием для каждой точки графика данных за весь период. Менее волнистая линия была бы получена, если бы расчёты проводились, например, только для впадин или гребней.

Другие варианты раскрытых примеров и вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при применении заявленного изобретения на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а неопределенные артикли «а» или «an» не исключают множественности. Сам факт того, что определённые меры указаны во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована с пользой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие её рамки. Одни и те же ссылочные позиции относятся к одинаковым или эквивалентным элементам или операциям.

Согласно настоящему изобретению, офтальмологическая мультифокальная линза, предназначена для обеспечения дальнего, промежуточного и ближнего зрения, причём указанная линза имеет светопроводящий корпус линзы с оптической осью и преломляющей базовой линией, которая проходит по меньшей мере через часть корпуса линзы, при этом указанная линза, дополнительно имеет первую часть, которая совпадает с центральной областью указанного светопропускающего корпуса линзы, продолжающуюся концентрически в радиальном направлении, и мультифокальные вторые части, продолжающиеся концентрически в радиальном направлении.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения указанная вторая часть офтальмологической мультифокальной линзы дополнительно содержит симметричную мультифокальную дифракционную решётку, наложенную на указанную преломляющую базовую линию, охватывающую часть линзы, при этом, её форма и результирующее распределение интенсивности света изменяются в зависимости от её расстояния до оптической оси.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная первая часть указанной офтальмологической линзы сконфигурирована таким образом, что на указанную базовую линию преломления вокруг оптической оси наложена по существу вогнутая форма, соединённая с выступом упомянутых симметричных мультифокальных дифракционных решеток, которая находится ближе всего к оптической оси.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная базовая линия преломления обеспечивает фокальную точку, по существу совпадающую с промежуточной оптической силой.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная первая часть указанной офтальмологической линзы сконфигурирована для обеспечения доминирующей оптической силы, которая находится между предполагаемыми силами дальнего и промежуточного зрения, так что монофокальная центральная зона имеет кривизну, предназначенную для добавления отрицательной силы к базовой линии преломления линзы.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанные варианты реализации, раскрытые до сих пор, обеспечивают переходную зону между центральной частью и дифракционной решеткой, которая расположена вблизи вершины первого пика дифракционной решетки.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанные офтальмологические мультифокальные линзы сконфигурированы так, чтобы иметь соотношение оптической силы, предназначенной для дальнего зрения, к оптической силе, предназначенной для ближнего зрения, которое ниже для размера зрачка 3 мм по сравнению с таким же соотношением для размера зрачка 2 мм и 4,5 мм.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная офтальмологическая мультифокальная линза сконфигурирована так, что для размера зрачка 5 мм оптическая сила, предназначенная для ближнего зрения, слабее, чем оптическая сила, предназначенная для промежуточного и дальнего зрения, соответственно, при этом указанная офтальмологическая мультифокальная линза сконфигурирована так, что для размера зрачка 3 мм оптическая сила промежуточного зрения слабее, чем оптическая сила ближнего и дальнего зрения.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанные офтальмологические мультифокальные линзы сконфигурированы таким образом, что для размера зрачка 3 мм коэффициент передаточной функции модуляции дальнего зрения к ближнему зрению ниже, чем для размеров зрачка 2 и 4,5 мм, измеренный при 50 линиях на миллиметр.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная симметричная мультифокальная дифракционная решетка дополнительно содержит дифракционную картину волнового типа, содержащую чередующиеся значения амплитуды гребня и впадины, при этом указанная первая часть является вогнутой от точки, совпадающей с оптической осью линзы, до точки, которая выполнена так, чтобы иметь большую близость к значению амплитуды пика, чем к значению амплитуды минимума, измеренному вдоль направления, нормального к оптической оси.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, разница в мощности для промежуточного и дальнего зрения настроена в пределах от 1,5 D до 2,2 D, тогда как разница в мощности для дальнего и ближнего зрения настроена в пределах от 3 D до 4,4 D.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная первая часть имеет форму, обеспечивающую монофокальность.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, Указанная симметричная мультифокальная дифракционная решетка обеспечивает ряд фокусных точек, выбранных из группы, включающей, помимо прочего, три, пять, семь, девять фокусных точек.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна из первой части, второй части или обе части объединены с пилообразной дифракционной решеткой, которая является по существу монофокальной для расчётной длины волны.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, для размеров зрачка более 3,5 мм линза содержит по меньшей мере один оптически активный элемент из группы, включающей, помимо прочего, асимметричную дифракционную решетку, форму, обеспечивающую преломляющую силу, отличную от преломляющей базовой линии, симметричную дифракционную решетку с нечётным числом фокусных точек, отличающимся от такового у упомянутых симметричных мультифокальных дифракционных решеток.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная симметричная мультифокальная дифракционная решетка содержит в пределах размера зрачка 4,5 мм по меньшей мере два периода указанной симметричной мультифокальной решетки, при этом для соответствующих элементарных ячеек линейной решетки дифракционная эффективность для порядка, ответственного за ближнее зрение, по меньшей мере на десять процентов выше для периода из двух периодов, которые расположены ближе всего к оптической оси, по сравнению с периодом, расположенным дальше от оптической оси.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, самая высокая точка гребня, ближайшая к оптической оси указанной мультифокальной решетки, расположена на нормальном расстоянии от оптической оси в пределах от 0,45 мм до 0,73 мм.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная точка упомянутой первой части, совпадающая с оптической осью упомянутой мультифокальной линзы, выполнена так, чтобы она была ниже указанной базовой линии преломления, чем любая другая впадина в пределах центральных 3 мм упомянутой мультифокальной линзы.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, максимальная высота размаха указанной симметричной мультифокальной дифракционной решетки составляет для расчётной длины волны менее 50 процентов полной фазовой модуляции, рассчитанной так, что впадина упомянутой первой части опущена.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная линза при измерении с концентрическим размером зрачка 1 мм имеет доминирующую силу, которая находится между предполагаемой дальней и промежуточной оптической силой.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, указанная линза при измерении с концентрическим размером зрачка 1 мм имеет доминирующую силу, которая не более чем на 1,2 D превышает предполагаемую силу зрения для дальнего зрения.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, предложены офтальмологические мультифокальные линзы, содержащие не менее трёх фокусных точек, обеспечивающие свет для ближнего, промежуточного и дальнего зрения.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, мультифокальность линзы обеспечивается мультифокальными симметричными решетками, наложенными поверх преломляющей базовой линии.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная мультифокальная симметричная решетка закрывает прилегающую часть линзы, которая может закрывать всю оптическую часть или меньшую её часть.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанные мультифокальные симметричные решетки отличаются формой и распределением интенсивности в зависимости от расстояния до оптической оси.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная линза имеет центральную зону, обеспечивающую доминирующий пик оптической силы, который менее чем на 1,2D превышает предполагаемую дальнюю оптическую силу указанной линзы.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная центральная зона представляет собой, за вычетом кривизны базовой линии, вогнутую форму, которая соединена с мультифокальной дифракционной решеткой в точке перехода.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, отношение оптической силы дальнего зрения к ближней меньше для размера зрачка 3 мм, чем для размера зрачка 2 мм, а также размера зрачка 4,5 мм.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, для размера зрачка 3 мм оптическая сила промежуточного зрения слабее, чем у дальнего и ближнего зрений.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, передаточная функция модуляции (MTF) дальнего зрения как минимум на 35% выше, чем у ближнего зрения, и как минимум на 20% выше, чем у промежуточного зрения, измеренная при 50 и 100 линиях на миллиметр для размеров зрачка от 1,5 до 6 мм.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, соотношение MTF от дальнего к ближнему ниже для размера зрачка 3 мм, чем для размера зрачка 2 мм, а также 4,5 мм.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная дифракционная решетка содержит дифракционную картину волнового типа, имеющую чередующиеся значения амплитуды гребня и впадины, при этом указанная точка перехода расположена ближе к значению амплитуды гребня, чем к значению амплитуды впадины указанной дифракционной решетки.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, значения аддитивной силы для промежуточного уровня составляют от 1,5 D до 2,2 D, а для ближнего фокуса - от 3 D до 4,4 D.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, впадины каждого периода упомянутой мультифокальной симметричной дифракционной решетки совмещены с рефракционной базовой линией.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная центральная зона включает монофокальную зону.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная мультифокальная линза является трифокальной линзой, и поэтому указанная мультифокальная симметричная решетка обеспечивает три фокусные точки.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная мультифокальная симметричная решетка обеспечивает ряд фокусных точек, выбранных из группы, включающей, помимо прочего, четыре, пять, семь, девять фокусных точек.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная мультифокальная симметричная решетка содержит по меньшей мере две дифракционные ячейки, существенно отличающиеся друг от друга по форме.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная мультифокальная симметричная решетка содержит по меньшей мере первую и вторую части, причём дифракционная эффективность для порядка, отвечающего за ближнее зрение, в первой части по меньшей мере на 30% выше, чем во второй.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, указанная центральная зона имеет диаметр от 0,9 мм до 1,4 мм.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, максимальная высота размаха упомянутой мультифокальной симметричной решетки составляет менее 80% полной фазовой модуляции и предпочтительно менее 50% полной фазовой модуляции.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, дифракционная решетка за пределами указанной центральной зоны расположена ближе к центральной зоне, чем у дифракционной линзы, которая повторяет расстояние правильно построенной линзы Френеля.

Изобретение относится к медицине. Офтальмологическая мультифокальная линза, обеспечивающая зрение вдаль, промежуточное зрение и зрение вблизи, имеющая светопропускающее тело с оптической осью и преломляющей базовой линией, простирающейся над частью тела линзы; дополнительно имеющая первую часть, совпадающую с центральной областью указанного корпуса линзы, и мультифокальную вторую часть, проходящую концентрически радиально; указанная вторая часть дополнительно содержит симметричную мультифокальную дифракционную решетку, наложенную на указанную базовую линию, закрывающую часть линзы, ee форма и результирующее распределение интенсивности света меняются с расстоянием до оптической оси, причем указанная первая часть является по существу вогнутой и соединена с выступом указанной решетки, который находится ближе всего к оптической оси и обеспечивает доминирующую оптическую силу между предполагаемой дальней и промежуточной оптической силой; сконфигурированная так, чтобы иметь соотношение энергии, предназначенной для зрения вдаль, к энергии, предназначенной для зрения вблизи, более низкое, чем для заранее определенных апертур. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения, причём указанная линза имеет светопроницаемый корпус линзы с оптической осью и преломляющей базовой линией, которая простирается по меньшей мере по части корпуса линзы, причём указанная линза дополнительно имеет первую часть, которая совпадает с центральной областью указанного светопроницаемого корпуса линзы, продолжающуюся концентрически в радиальном направлении, и мультифокальную вторую часть, проходящую концентрически в радиальном направлении, отличающаяся тем, что

указанная вторая часть офтальмологической мультифокальной линзы дополнительно содержит симметричную мультифокальную дифракционную решётку, наложенную на указанную преломляющую базовую линию, закрывающую часть линзы, её форма и результирующее распределение интенсивности света изменяются в зависимости от её расстояния до оптической оси, причём указанная симметричная мультифокальная решетка содержит по меньшей мере один дифракционный порядок, способствующий дальнему зрению, и один дифракционный порядок, способствующий ближнему зрению,

нулевой порядок указанной симметричной мультифокальной дифракционной решетки, наложенной на указанную базовую линию преломления, по существу совпадает со силой преломляющей базовой линии, а также с промежуточной оптической силой линзы,

указанная первая часть указанной офтальмологической линзы сконфигурирована таким образом, что на указанную базовую линию преломления вокруг оптической оси наложена по существу вогнутая форма, соединённая с выступом упомянутой симметричной мультифокальной дифракционной решётки, который находится ближе всего к оптической оси,

указанная базовая линия преломления обеспечивает фокальную точку, по существу совпадающую с промежуточной оптической силой, и;

указанная первая часть указанной офтальмологической линзы выполнена с возможностью обеспечения доминирующей оптической силы, которая находится между силами дальнего и промежуточного зрения,

указанная офтальмологическая мультифокальная линза дополнительно сконфигурирована так, что

для размера зрачка 5 миллиметров оптическая сила, предназначенная для ближнего зрения, слабее, чем оптическая сила, предназначенная как для промежуточного, так и для дальнего зрения, соответственно;

для размера зрачка 3 миллиметра оптическая сила промежуточного зрения слабее, чем оптическая сила как для ближнего, так и для дальнего зрения, соответственно.

2. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по п. 1, отличающаяся тем, что указанная офтальмологическая мультифокальная линза сконфигурирована так, чтобы иметь соотношение оптической силы, предназначенной для дальнего зрения, к оптической силе, предназначенной для ближнего зрения, которое ниже для размера зрачка 3 мм по сравнению с таким же соотношением для размеров зрачка 2 мм и 4,5 мм.

3. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что указанная офтальмологическая мультифокальная линза сконфигурирована таким образом, что для размера зрачка 3 мм соотношение передаточной функции модуляции дальнего зрения к ближнему зрению ниже, чем для размера зрачка 2 и 4,5 мм, измеренных при 50 линиях на миллиметр.

4. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная симметричная мультифокальная дифракционная решетка дополнительно содержит дифракционную картину волнового типа, содержащую чередующиеся значения амплитуды гребня и впадины, при этом указанная первая часть является вогнутой от точки, совпадающей с оптической осью линзы, до точки, которая выполнена так, чтобы быть в большей близости к значению амплитуды пика, чем к значению амплитуды минимума, измеренному в направлении, нормальном к оптической оси.

5. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что разница в силе для промежуточного и дальнего зрения настроена в пределах от 1,5 D до 2,2 D, тогда как разница в силе для дальнего и ближнего зрения настроена в пределах от 3 D до 4,4 D.

6. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная первая часть имеет форму, обеспечивающую монофокальность.

7. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по пп. 1-6, отличающаяся тем, что указанная симметричная мультифокальная дифракционная решетка обеспечивает ряд фокусных точек, выбранных из группы, включающей, помимо прочего, три, пять, семь, девять фокусных точек.

8. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из первой части, второй части или обе части объединены с пилообразной дифракционной решеткой, которая является по существу монофокальной для расчётной длины волны.

9. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что для размеров зрачка более 3,5 мм линза содержит по меньшей мере один оптически активный элемент из группы, включающей, помимо прочего, асимметричную дифракционную решетку, форму, обеспечивающую преломляющую силу, отличную от преломляющей базовой линии, симметричную дифракционную решетку с нечётным число фокусных точек, которые отличаются от таковых у упомянутых симметричных мультифокальных дифракционных решеток.

10. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная симметричная мультифокальная дифракционная решётка содержит в пределах размера зрачка 4,5 мм по меньшей мере два периода указанной симметричной мультифокальной решётки, при этом для соответствующих элементарных ячеек линейной решётки дифракционная эффективность для порядка, ответственного за ближнее зрение, по меньшей мере на десять процентов выше для периода из двух периодов, который расположен ближе всего к оптической оси, по сравнению с периодом, расположенным дальше от оптической оси.

11. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что самая высокая точка относительно указанной рефракционной базовой линии гребня, ближайшего к оптической оси указанной мультифокальной решетки, расположена на нормальном расстоянии от оптической оси в диапазоне от 0,47 мм до 0,75 мм.

12. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что точка упомянутой первой части, совпадающая с оптической осью упомянутой мультифокальной линзы, выполнена так, чтобы она была ниже указанной базовой линии преломления, чем любая другая впадина в пределах центральных 3 мм упомянутой мультифокальной линзы.

13. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что максимальная высота размаха указанной симметричной мультифокальной дифракционной решетки составляет для расчётной длины волны менее 50 процентов полной фазовой модуляции, рассчитанной так, что впадина упомянутой первой части опущена.

14. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная линза при измерении с концентрическим размером зрачка 1 мм имеет доминирующую силу, которая находится между дальней и промежуточной оптической силой.

15. Офтальмологическая мультифокальная линза, предназначенная для обеспечения дальнего зрения, промежуточного зрения и ближнего зрения по п. 14, отличающаяся тем, что указанная линза при измерении с концентрическим размером зрачка 1 мм имеет преобладающую силу, превышающую силу для дальнего зрения как минимум на 0,2 D, но не более чем на 1,2 D.