Мультифокальная дифракционная офтальмологическая линза, использующая подавленный дифракционный порядок
Предложена мультифокальная офтальмологическая линза, которая включает в себя офтальмологическую линзу и дифракционный элемент. Офтальмологическая линза имеет базовую кривизну, соответствующую базовой силе. Дифракционный элемент обеспечивает усиливающую интерференцию по меньшей мере в четырех последовательных дифракционных порядках в диапазоне зрения между зрением вблизи и вдаль. Усиливающая интерференция обеспечивает ближний фокус, дальний фокус, соответствующий базовой силе офтальмологической линзы, и промежуточный фокус между ближним фокусом и дальним фокусом. Эффективность дифракции по меньшей мере одного из дифракционных порядков подавлена до менее чем десяти процентов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Настоящая международная заявка притязает на приоритет согласно предварительной заявке США №61/993892, поданной 15 мая 2014 года.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в целом к мультифокальным офтальмологическим линзам, а еще конкретнее к мультифокальным дифракционным офтальмологическим линзам с подавленным дифракционным порядком.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Человеческий глаз функционирует с тем, чтобы обеспечивать зрение путем преломления света через прозрачную наружную часть, называемую роговицей, и путем преломления света посредством хрусталика на сетчатку. Качество сфокусированного изображения зависит от многих факторов, включая размер и форму глаза, и прозрачность роговицы и хрусталика. Если возраст или заболевание приводит к отклонению хрусталика от нормы, зрение ухудшается вследствие потери качества изображения на сетчатке. Такая потеря оптического качества в хрусталике глаза известна в медицине как катаракта. Принятое лечение для данного состояния заключается в хирургическом удалении хрусталика и замене функции хрусталика искусственной интраокулярной линзой (ИОЛ). Когда глаз старится, он также может терять способность изменять фокусировку до ближайших фокусных точек, называемую аккомодацией. Потерю аккомодации с возрастом называют пресбиопией (старческой дальнозоркостью).
В США большую часть катарактных хрусталиков удаляют с помощью хирургической техники, называемой факоэмульсификацией. Во время данной процедуры часть передней капсулы удаляют, тонкое факоэмульсификацинное режущее лезвие вставляют в больной хрусталик и подвергают вибрации с помощью ультразвука. Вибрирующее режущее лезвие разжижает или превращает в эмульсию ядро и корковый слой хрусталика, так что хрусталик может быть аспирирован из глаза. Больное ядро и корковый слой хрусталика после удаления заменяют искусственной интраокулярной линзой (ИОЛ) в оставшейся капсуле (в полости). Для того, чтобы по меньшей мере частично восстановить способность пациента видеть в фокусе на ближних расстояниях, имплантированная ИОЛ может быть мультифокальной линзой.
Одним из обычных типов мультифокальной линзы является дифракционная линза, такая как бифокальная линза, обеспечивающая зрение вдаль и зрение вблизи (или зрение на среднее расстояние). Доступны также трифокальные дифракционные линзы, которые обеспечивают дополнительную фокусную точку и по меньшей мере потенциально более широкий диапазон зрения в фокусе. Однако существуют недостатки, связанные с делением световой энергии между несколькими фокусными точками, в особенности в трифокальных линзах. Таким образом, существует необходимость в улучшении мультифокальных дифракционных линз.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения мультифокальная офтальмологическая линза включает в себя офтальмологическую линзу и дифракционный элемент. Офтальмологическая линза имеет базовую кривизну, соответствующую базовой силе. Дифракционный элемент обеспечивает усиливающую интерференцию по меньшей мере в четырех последовательных дифракционных порядках, соответствующих диапазону зрения между зрением вблизи и вдаль. Усиливающая интерференция обеспечивает ближний фокус, дальний фокус, соответствующий базовой силе офтальмологической линзы, и промежуточный фокус между ближним фокусом и дальним фокусом. Эффективность дифракции по меньшей мере одного из дифракционных порядков подавлена до менее чем десяти процентов.
Из следующего описания для специалиста в данной отрасли будут очевидны другие признаки и преимущества различных вариантов осуществления настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 иллюстрирует интраокулярную линзу в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 иллюстрирует расположение дифракционной ступени в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения и
Фиг.3-8 - таблицы, иллюстрирующие конкретное расположение дифракционной ступени в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Различные варианты осуществления настоящего изобретения предлагают мультифокальную дифракционную офтальмологическую линзу по меньшей мере с одним подавленным дифракционным порядком. При подавлении одного дифракционного порядка эффективность линзы может быть подобрана по сравнению с обычными дифракционными линзами. Известные трифокальные дифракционные линзы, например, делят свет между множественными дифракционными фокусами, например, порядками фокусов (-1, 0, +1) или порядками фокусов (0, +1, +2).
В отличие от этого различные варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают по меньшей мере три фокуса, соответствующие дифракционным порядкам, причем по меньшей мере один промежуточный дифракционный порядок подавляется. Это создает промежуточный фокус, то есть дозатор, либо для зрения вдаль, либо для зрения вблизи, который обеспечивает расширенный диапазон зрения около соответствующего фокуса. Кроме того, при подавлении другого промежуточного порядка больше энергии распределяется к другим фокусам, что может обеспечить более успешное зрение. В следующем описании ссылки на фокусы для офтальмологической линзы относятся к соответствующему дифракционному фокусу в пределах диапазона зрения, простирающегося от обычного наблюдения вблизи, около 30 см, до зрения вдаль (по существу, смоделированного как коллинеарные световые лучи из бесконечности). Это исключает паразитные более высокие порядки дифракционных линз, лежащие за пределами диапазона зрения, которые создают лишь нежелательные световые эффекты. Таким образом, например, даже дифракционные линзы, которые являются номинально бифокальными, включают дифракционные фокусы более высокого порядка от усиливающей интерференции, но для целей настоящего описания они не должны учитывать фокусы офтальмологической линзы.
В других вариантах осуществления мультифокальная дифракционная линза создает фокусы, соответствующие по меньшей мере четырем последовательным дифракционным порядкам, включая по меньшей мере один фокус, меньший, чем половина ближайшей силы увеличения, и по меньшей мере один другой фокус, больший, чем половина ближайшей силы увеличения. Это может быть выгодно по сравнению с обычными трифокальными линзами, которые имеют силу увеличения, составляющую половину ближайшей силы увеличения. Такое зрение на среднем расстоянии соответствует удвоенному расстоянию зрения вблизи, так что если ближняя сила увеличения соответствует рабочему расстоянию 40 см, обычному расстоянию для чтения, расстояние зрения на среднем расстоянии будет 80 см. Принимая, что общее промежуточное рабочее расстоянии составляет 60 см, это не обеспечивает четкую фокусировку на наиболее распространенном рабочем расстоянии, которое будет оказываться между ближним и промежуточным фокусами. В отличие от этого линза с фокусом, соответствующим 2/3 ближней силы увеличения, будет обеспечивать фокусировку на 60 см, соответствующую промежуточному рабочему расстоянию.
Фиг.1 иллюстрирует конкретный вариант осуществления мультифокальной дифракционной офтальмологической линзы (ИОЛ) 100, включающей дифракционный элемент 102. Дифракционный элемент 102 содержит дифракционные ступени 104 (также известные как зоны), имеющие характерное радиальное разделение для обеспечения усиливающей интерференции в характерных фокусах. В принципе любой дифракционный элемент, который создает усиливающую интерференцию с помощью сдвига фазы в зонах интерференции, часто упоминаемый как голограмма, может быть адаптирован для использования в такой мультифокальной дифракционной офтальмологической линзе. Кроме того, в то время как дифракционный элемент изображен с кольцевыми зонами, зоны предположительно также могут быть частичными, например, полукруглыми или секторными зонами. Хотя следующее описание будет относиться к дифракционному элементу 102, включающему кольцевые дифракционные ступени 103, специалисту в данной области должно быть понятно, что в любом раскрытом здесь варианте осуществления могут быть выполнены подходящие замены.
ИОЛ 100 также включает в себя оптическую систему 104, на которой расположен дифракционный элемент 102. Оптическая система 104 определяет базовую оптическую силу линзы, которая обычно соответствует зрению вдаль пациента. Эта потребность не всегда такая, например, не доминирующий глаз может иметь ИОЛ с базовой оптической силой, немного меньшей, чем соответствующая сила на расстоянии для пациента, для улучшения общего бинокулярного зрения для обоих глаз. Несмотря на это сила увеличения для ИОЛ может быть определена по отношению к базовой оптической силе. Тактильные элементы 106 удерживают ИОЛ 100 на месте, обеспечивая устойчивую фиксацию в капсульной полости. Хотя в качестве примера показаны тактильные ответвления, в заднекамерной ИОЛ также могут использоваться любые подходящие тактильные фиксирующие конструкции для капсульной полости или ресничной борозды, совместимые с заднекамерной имплантацией.
Хотя приведенный ниже пример касается заднекамерной ИОЛ 100, из такого подхода также могут извлечь выгоду другие офтальмологические линзы, включая дифракционные очки и мультифокальные дифракционные контактные линзы. Известное и фиксированное положение линзы относительно оптической оси делает такие применения особенно выгодными для интраокулярных линз, включая внутрироговичные, переднекамерные и заднекамерные линзы. Однако это не исключает полезность мультифокальности в других применениях.
Фиг.2 иллюстрирует более подробно структуру дифракционной ступени, полезной для офтальмологических линз, таких как ИОЛ 100 по Фиг.1. В частности, Фиг.2 иллюстрирует трехступенчатую повторяющуюся дифракционную структуру, которая обеспечивает фазовое соотношение для усиливающей интерференции в четырех различных фокусных точках в пределах диапазона зрения. Соотношение ступеней на последовательных радиальных границах ступеней вдоль масштабной радиальной оси (оси x), измеренной в пространстве r2, является следующим:
где Ai - соответствующая высота ступени относительно базовой кривизны (базовой оптической силы) базовой линзы (исключая постоянное запаздывание по фазе ϕi), yi - прогиб в соответствующем сегменте (высота выше или ниже оси x), ϕi - относительное запаздывание по фазе от оси x и xi - положение ступени вдоль оси x. Как будет очевидно специалисту в отрасли дифракционной оптики, радиальное положение, указанное в формуле, находится в пространстве r2 (т.е. приведено к параболическому виду), как ожидалось для зонного размещения. В конкретных вариантах осуществления параметры выбраны таким образом, что один из фокусов подавлен, что означает, что световая энергия уменьшена по сравнению с разделением между фокусами, так что сфокусированное изображение больше не явно заметно. Это соответствует световой энергии, меньшей, чем 10% от энергии падающего света, как предполагается тем, что бифокальные линзы с паразитными дифракционными порядками, меньшими, чем 10% от энергии падающего света, не приводят к отдельно воспринимаемым изображениям. Доля энергии падающего света, сфокусированная в конкретном порядке, называется «эффективность дифракции».
Перечисленные фазовые соотношения приведены по отношению к базовой кривой, определяемой базовой силой ИОЛ, соответствующей дифракционному фокусу нулевого порядка для линзы. Радиальное расстояние между зонами x, обычно определяемое на основании обычной зоны Френеля, расположенной с промежутками в пространстве r2, как определено дифракционной силой увеличения, хотя она может быть изменена для регулирования относительного фазового соотношения между компонентами способами, известными в данной отрасли, для небольшого изменения распределения энергии между фокусами. В приведенных ниже примерах промежуток следует принимать в соответствии с известной моделью Френеля для получения четырех фокусов. Это аналогично трифокальному подходу, описанному, например, в патентах США №№5344447 и 5760817 и публикации PCT WO 2010/0093975, все из которых включены в качестве ссылки. Дифракционные ступени также могут быть аподизированы (постепенно уменьшены по высоте ступени относительно номинального фазового соотношения) для уменьшения бликов, постепенно уменьшая энергию до ближнего фокуса способом, описанным в патенте США №5699142.
На Фиг.3-8 представлен пример мультифокальных вариантов осуществления для дифракционной линзы (0, +1, +2, +3), в которой порядок +1 подавлен. Это преимущественно создает промежуточный фокус на 2/3 ближней силы увеличения, соответствующий сфокусированному изображению на расстоянии 60 см и 40 см, соответственно. Примечательно, что эффективность дифракции для зрения вдаль фокус (нулевого порядка) может быть около 40%, что сопоставимо с эффективностью дифракции для обычных бифокальных линз, и эффективность дифракции для подавленного фокуса первого порядка может быть меньше, чем 5%, в тоже время все еще обеспечивая фокусы зрения на среднем расстоянии и вблизи при нормальных рабочих расстояниях 60 см и 40 см, соответственно. По сравнению с обычными мультифокальными они лучше аппроксимируют весь диапазон рабочего зрения, который пациент мог бы использовать при отсутствии состояния старческой дальнозоркости.
Хотя здесь описаны конкретные варианты осуществления, специалисту в данной отрасли будет очевидно, что возможны многочисленные варианты. В частности, описанные здесь варианты осуществления представляют собой мультифокальные заднекамерные ИОЛ, использующие дифракционные порядки (0, +1, +2, +3) с подавленным порядком +1. Эти четырехпорядковые варианты осуществления могут использовать различные последовательные дифракционные порядки, такие как, например, начиная с порядка от -4 до -1. И в то же время желательно, чтобы нулевой порядок был включен для зрения вдаль, это условие не является необходимым ограничением. Наконец, в принципе может быть применен подход для более чем четырех дифракционных порядков; например, пятипорядковая дифракционная линза может иметь силы увеличения, в том числе две промежуточные силы, ближнюю силу и подавленную промежуточную силу.
1. Мультифокальная офтальмологическая линза, содержащая:
офтальмологическую линзу, имеющую переднюю поверхность и заднюю поверхность, и
дифракционный элемент, расположенный по меньшей мере на одной из передней поверхности и задней поверхности, при этом указанный дифракционный элемент включает множество кольцевых дифракционных ступеней и четыре последовательных дифракционных порядка;
при этом офтальмологическая линза обеспечивает ближний фокус, промежуточный фокус и дальний фокус, каждый, соответствующий отличающемуся одному из четыре последовательных дифракционных порядков; и
множество кольцевых дифракционных ступеней дифракционного элемента выполнены таким образом, что один из четырех дифракционных порядков подавляется и по меньшей мере часть энергии, связанная с указанным подавленным порядком дифракции перераспределяется одному из ближнего фокуса, промежуточного фокуса и дальнего фокуса.
2. Линза по п.1, в которой линза представляет собой интраокулярную линзу (ИОЛ).
3. Линза по п.2, в которой ИОЛ представляет собой заднекамерную ИОЛ.
4. Линза по п.3, в которой заднекамерная ИОЛ выполнена с возможностью ее имплантации в капсульную полость.
5. Линза по п.1, в которой четыре последовательный дифракционных порядка включают самый низкий дифракционный порядок, самый высокий дифракционный порядок и два промежуточных дифракционных порядка, и
указанный подавленный дифракционный порядок представляет собой один из двух промежуточных порядков.
6. Линза по п.1, в которой четыре последовательных порядка являются (0, +1, +2, +3).
7. Линза по п.6, в которой указанный подавленный дифракционный порядок представляет собой дифракционный порядок (+1).
8. Линза по п.7, в которой по меньшей мере часть энергии, связанной с дифракционным порядком (+1) перераспределяется на дальний фокус.
9. Линза по п.1, в которой ближний фокус соответствует зрению на 40 см, а промежуточный фокус соответствует зрению на 60 см.
10. Мультифокальная офтальмологическая линза, содержащая:
офтальмологическую линзу, имеющую базовую кривизну, переднюю поверхность и заднюю поверхность, и
дифракционный элемент, расположенный по меньшей мере на одной из передней поверхности и задней поверхности, при этом указанный дифракционный элемент включает множество кольцевых дифракционных ступеней, каждая, имеющая соответствующую высоту ступени относительно базовой кривизны, при этом множество кольцевых дифракционных ступеней включает по меньшей мере два повторяющихся набора из трех дифракционных ступеней,
при этом высоты ступеней для трех дифракционных ступеней каждого повторяющегося набора определяются следующим выражением:
где Ai - высота ступени относительно базовой кривизны, yi - прогиб в сегментеi (высота выше или ниже оси x), ϕi - относительное запаздывание по фазе от оси x и xi - положение ступени вдоль оси x.
