专利名称：具有增强的离轴视觉性能的眼内透镜的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及眼科透镜，具体涉及具有增强的同轴和离轴视觉性能的眼内透镜(IOL)。
背景技术：
眼内透镜通常是在白内障手术期间被植入到病人的眼睛中以替换天然的晶状体透镜。诸如球面象差或彗形象差的各种象差可以负面影响这种被植入的IOL的视觉性能。例如，球面象差可以降低视觉对比度，特别是对于大的瞳孔尺寸。一些常规的IOL可以校正单种象差，例如，球面象差，但不能解决多种象差的问题。
在光学成像系统中，例如，IOL，在视场中心的物体的光被聚焦到由光学元件限定的焦点上。然而，焦点是与波长有关的。因此，虽然在设计波长下的光可以聚焦到焦点上，而在其他波长下的光聚焦到理想的焦点之前或之后。这种类型的“同轴”象差称之为色差。
离轴象差在光学系统中也是很普遍的。在“球面”象差的情况下，在视场周边的物体的光被聚焦到理想的焦点之前或之后。在“彗形象差”的情况下，周边物体的图像也可能是散焦的，而呈现楔形。离轴越大，则出现的这种效应越严重，因此，它取名为“彗形象差”，因为它是在利用望远镜观看星体时首先被确认的。
诸如色差的球面象差是径向对称形式的象差，而彗形象差是非对称的象差。另一种形式的非对称象差是“三叶象差”，其中出现有不同曲率的三个独特的轴。这些形式的象差(以及其他象差)中的每种象差可以出现在眼科透镜中，特别是若这些眼科透镜构成包含病人角膜的全部视觉系统的一部分。
因此，我们需要增强的眼科透镜，更具体地说是，可以补偿多种象差的增强型IOL。
发明内容
本发明一般涉及多表面和/或多元件的眼内透镜(IOL)，其中多个表面适合于补偿各种象差，具体地说，除了补偿同轴象差以外，例如，球面象差，还可以补偿离轴象差，例如，彗形象差或三叶象差。在一些实施例中，不同的表面适合于补偿不同的象差，为的是提供增强的同轴视觉性能和离轴视觉性能。例如，当透镜被植入到人眼(或模型眼睛)中时，可以测量在6mm表观瞳孔(入瞳)上的象差值，象差值的定义是象差的方均根(RMS)，人眼的入瞳可以相当于被植入到人眼球囊中眼科透镜的约5mm透镜孔径尺寸。除非另有规定，此处说明的象差值是基于这些准则，因此，为了便于描述，在以下各节中描述的象差值中，我们省略RMS的定义和6mm规格。
在一个方面，我们公开一种包含后光学元件和前光学元件的眼内透镜。一个光学元件补偿径向对称的象差，而另一个光学元件补偿径向非对称的象差。如在此处所使用的，通过完全或部分地校正(抵消)象差的效应，光学元件可以补偿该种象差。例如，若象差造成焦点的轴向扩展，则补偿可以减小轴向扩展以产生较尖锐的焦点。
在一个相关的方面，径向对称的象差包括球面象差，而径向非对称的象差包括彗形象差或三叶象差中的任何一种。在一些情况下，后光学元件或前光学元件中的至少一个光学元件可以适合于补偿约-0.5μm至约+0.5μm范围内的象差。作为例子，每个光学元件至少可以包含一个光学表面，其基本的轮廓展示被选取的非球面度(偏离球面)，它设计成抵消一种象差，例如，球面象差。
在另一个方面，后光学元件和前光学元件沿轴向隔开的距离是在约0至约5mm的范围内。在许多情况下，后光学元件和前光学元件设置成它们的光轴是基本对准的。
在另一个方面，后光学元件和前光学元件共同提供的屈光力是在约6屈光度至约34屈光度的范围内。光学元件最好是由生物相容的材料制成，例如，软丙烯酸树脂，硅酮，水凝胶，或其他生物相容的聚合物材料，它们在具体应用中有所需的折射率。虽然在一些情况下，这两种光学元件是由相同的材料制成，而在其他的情况下，它们是由不同的材料制成。
在一个相关的方面，前光学元件和后光学元件有不同的色散(折射率的变化是波长的函数)，为的是协同地补偿色差。
在另一个方面，我们公开一种眼内透镜，它包含有后光学表面和前光学表面的光学元件。前光学表面适合于补偿径向对称的象差，而后光学表面适合于补偿径向非对称的象差。作为例子，径向对称的象差包括球面象差，而径向非对称的象差包括彗形象差或三叶象差中的任何一种。
在一个相关的方面，后光学表面或前光学表面中的一个光学表面包含非球形的对称基轮廓，该轮廓可以补偿球面象差，例如，在约-0.5μm至约+0.5μm范围内的校正，而另一个光学表面包含适合于补偿彗形象差和/或三叶象差，例如，在约-0.5μm至约+0.5μm范围内的校正
眼内透镜可以由生物相容的材料制成，并适合于提供的屈光力是在约6屈光度至约34屈光度的范围内。
在另一个方面，本发明提供一种包含后光学元件和前光学元件的眼内透镜(IOL)，其中后光学元件至少包括一个适合于补偿一种象差类型的光学表面，而前光学元件至少包括一个适合于补偿另一种象差类型的光学表面。
在一个相关的方面，一种象差类型可以包括径向对称的象差，例如，球面象差，而另一种象差类型可以包括径向非对称的象差，例如，彗形象差。
在一个相关的方面，后光学元件或前光学元件中至少一个光学元件包括另一种光学表面，它适合于补偿第三种象差类型，例如，三叶象差。
通过参照以下结合附图的详细描述，可以进一步理解本发明，以下是这些附图的简单描述。
图1是按照本发明一个实施例的多元件IOL的剖面图，
图2是图1中IOL的另一个剖面图，它说明与IOL中前光学元件的前表面相关的非球面度，
图3是图1中IOL的另一个剖面图，它说明用于校正彗形象差的IOL中后光学元件的前表面的非对称性，和
图4是按照本发明另一个实施例的IOL的剖面示意图，包括有前表面和后表面的光学元件，前表面的形状适合于补偿径向对称的象差(例如，球面象差)，而后表面的形状适合于补偿径向非对称的象差(例如，彗形象差)。
具体实施例方式
本发明一般涉及多元件和/或多表面的眼科透镜，其中不同的元件和/或表面可以独立地校正多种单色，多色和倾斜象差。在以下的实施例中，我们结合眼内透镜(IOL)讨论本发明的各种显著特征。然而，本发明的内容还可以适用于其他的眼科透镜，例如，接触透镜(隐形眼镜)。此外，术语“眼内透镜”及其简称“IOL”是可替换地用于描述被植入到眼睛内部的透镜，或代替眼睛的天然晶体或增大视力，不管是否去除天然的晶体。角膜内透镜(intracorneal lense)和有晶状体眼透镜(phakic lense)是各种透镜的例子，它可以在不去除天然晶体的条件下被植入到眼睛中。
参照图1，按照本发明一个实施例的典型眼内透镜(IOL)10包含前光学元件12和后光学元件14。可以用光轴OA描述光学元件12的特征，并可以用光轴OB描述光学元件14的特征。在许多实施例中，光轴OA和光轴OB是基本对准的。
在一些实施例中，至少一个光学元件的一个或多个表面，和/或该光学元件本身相对于各自的光轴可以是非对称的，例如，为的是减小以下要进一步讨论的离轴象差。虽然在这个实施例中的光学元件12和光学元件14沿轴向是互相隔开的，但是在其他的实施例中，这两个光学元件可以通过它们的两个表面互相接触。更一般的情况是，在许多实施例中，两个光学元件之间隔开的距离是在从0至约5mm的范围内。IOL 10还包含固定件或眼白眼科透镜16，便于放置它在病人的眼睛中。
在许多实施例中，前光学元件和后光学元件共同提供的屈光力是在约6屈光度(D)至约34D的范围内。此外，光学元件最好是由生物相容的材料制成，例如，软丙烯酸树脂，硅酮，水凝胶或其的生物相容的聚合物材料，它们在具体应用中有所需的折射率。作为另一些例子，US Patent No.6,416,550公开一些适合于制成IOL 10的材料，全文合并在此供参考。眼白眼科透镜16也可以由合适的聚合物材料制成，例如，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯，等等。
而在一些实施例中，这两个光学元件都是由相同的材料制成，在其他的实施例中，它们可以由不同的材料制成。作为例子，在这个典型的实施例中，后光学元件可以由称之为Acrysoft
(2-丙烯酸苯乙酯和2-异丁烯酸苯乙酯的交联共聚物)的软丙烯酸材料制成，其折射率约为1.55，而前光学元件可以由较低折射率(例如，1.42)的另一种材料制成，为的是减小表面的反射和眩光。
继续参照图1，前光学元件12包含前表面12a和后表面12b，它们形成大致双凸形状的光学元件。后光学元件包含大致凹的前表面14a和基本平坦的后表面14b。前光学元件和/或后光学元件还可以采用其他的形状，例如，平凸形状。
光学元件12和14中的一个或多个光学表面是这样配置的，为的是减小，在有些情况下是消除，多个径向对称和径向非对称的象差。作为例子，如图2所示，在这个实施例中，前光学元件12的前表面12a具有非球面基的轮廓，可以减小球面象差，即，径向对称的象差。就是说，前表面12a包含一个基本的轮廓，它在光轴的很小径向距离上与推定的球面轮廓18(如虚线所示)基本一致，但随着与光轴的径向距离增大，它与该球面轮廓的偏差也增大。在一些实施例中，轮廓的非球面度是这样选取的，可以在约-0.5μm至约+0.5μm的范围内补偿球面象差，最好是在约-0.1μm至-0.3μm的范围内补偿球面象差。
在一些实施例中，按照以下的公式可以定义前表面的非球面轮廓 其中 z表示在光学元件12的光轴的径向距离r上的表面垂度， c表示表面顶点(光轴与该表面的相交点)的曲率，c＝1/R，其中R表示该表面顶点的半径， k表示圆锥常数， a1表示二级非球面系数 a2表示四级非球面系数 a3表示六级非球面系数
在一些实施例中，前表面的非球面轮廓可以用以上的公式描述，一其中c的范围是从约0.0152mm-1至约0.0659mm-1，k的范围是从约-1162至约-19，a1的范围是从约-0.00032mm-1至约-0.00020mm-1，a2的范围是从约-0.0000003(-3×10-7)mm-3至约-0.000053(-5.3×10-5)mm-3，和a3的范围是从约0.0000082(8.2×10-6)mm-5至约0.000153(1.53×10-4)mm-5。
继续参照图1和图2，在这个实施例中，后光学元件有这样的形状，可以补偿径向非对称的象差，例如，彗形象差。例如，后光学元件14中的前表面14a的轮廓可以适合于补偿彗形象差(例如，在约-0.5μm至约+0.5μm的范围内，最好是在约-0.35μm至约+0.35μm的范围内)。众所周知，彗形象差是围绕光轴呈现非对称的离轴象差。例如，当入射到透镜上的光线与透镜的光轴是不平行时，可以产生彗形象差，从而影响该透镜的离轴性能。被植入到病人眼中的IOL的离轴性能可能是重要的，因为人眼与瞬态物体感觉的外围视觉有关。此外，遭受年龄有关的视网膜退化(AMD)的病人通常主要依靠它们的外围视觉以完成视觉任务。因此，对于有植入IOL的这种病人，IOL的离轴性能可能是重要的。
更具体地说，参照图3，在这个典型的实施例中，后光学元件14中的前表面14a的轮廓在相对于光轴的旋转非对称方式上偏离推定的球面轮廓20(如虚线所示)以减小彗形象差。在一些实施例中，这种非对称轮廓的表面14a可以按照以下的公式定义 z＝ccoma*fcoma(r，θ，α)，Eq.(2) 其中 其中 z表示沿光轴的表面垂度， ccoma是指出校正幅度的系数(例如，在约-0.5μm至约+0.5μm范围内)， r是相对于瞳孔半径归一化的瞳孔位置， θ表示子午角，和 α代表需要校正的彗差轴。
再参照图1，在另一个实施例中，前光学元件12可以补偿一种或多种径向非对称的象差，而后光学元件可以补偿径向对称的象差。例如，前光学元件12中的前表面12a可以适合于补偿彗形象差，例如，按照以上方式所讨论的，而它的后表面12b的轮廓可以适合于补偿另一种径向非对称的象差，例如，三叶象差。例如，后表面12b的轮廓可以适合于补偿在约-0.35μm至约+0.35μm范围内的三叶象差。此外，后光学元件14中的前表面14a可以校正旋转对称的象差(例如，球面象差)，例如，按照以上讨论的方式。
作为例子，在一些实施例中，透镜表面的轮廓可以校正三叶象差，该表面的轮廓可以按照以下的公式定义 z＝ctrefoil*ftrefoil(r，θ，α)Eq.(4) 其中 其中 ctrefoil是指出校正幅度的系数(例如，在约-0.5μm至约+0.5μm范围内)， r是相对于瞳孔半径归一化的瞳孔位置， θ表示子午角，和 α是需要校正的三叶轴。
在一些实施例中，用于制成IOL 10的光学元件12和14的材料的色散(折射率的变化是波长的函数)以及其光学表面的曲率半径是这样选取的，可以减小或基本消除IOL 10具有的纵向色差，和/或补偿眼睛的天然色差。例如，一个光学元件(例如，12)可以配置成有正的屈光力，并利用一种类型的材料制成，而另一个光学元件(例如，14)可以配置成有负的屈光力，并利用不同的材料制成，从而使IOL可以提供色差校正。例如，在一些实施例中，IOL可以在约400nm至约700nm的波长范围内和在约1屈光度至约2屈光度的范围内提供色差校正。众所周知，材料的折射率变化作为波长的函数，这种情况称之为材料的色散。一种常用的材料色散(折射率随波长的变化).的量度是Abbe数(也称之为材料的V数或倒色散系数)，并按照以下的公式定义 其中nD，nF和nC分别代表该材料在波长为589.2nm，486.1nm和656.3nm的折射率，它们分别对应于Fraunhofer D谱线，F谱线和C谱线。一般地说，有高的V值的材料具有低的色散。在一些实施例中，制成光学元件12和14的材料有足够不同的V数，为的是减小，和在一些情况下消除IOL的色差。
作为例子，在一个实施例中，光学元件12是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(V＝55)制成，而光学元件14是由聚砜(V＝30.87)制成。其他合适的材料包括，但不限于，软丙烯酸树脂(V约为37)，聚苯乙烯(V＝30.87)，聚碳酸酯(V＝29.9)，或醋酸纤维素水合物(V是在80至84的范围内)，只要用于制成两种光学元件的材料的Abbe数之间差值足够大(例如，约大于10)，它们可以提供所需的色差补偿。标题为“Correction of Chromatic Aberrations inIntraocular Lenses”的US专利申请提供关于校正眼内透镜色差的更多细节，该专利是同时申请的并转让给本申请的受让人，全文合并在此供参考。
本发明的内容不局限于多光学元件的眼科透镜。在其他的实施例中，利用单个光学透镜中的一个表面补偿径向对称的象差，而利用该光学透镜中的另一个表面补偿径向非对称的象差。作为例子，图4表示按照本发明另一个实施例包含光学元件24的IOL 22的示意图，该光学元件有前表面24a和后表面24b。IOL 20还包含多个固定件或眼白眼科透镜26，便于放置它在病人的眼睛中。类似于以上的实施例，IOL 22最好是由生物相容的材料制成，例如，以上所讨论的材料。虽然在这个实施例中，IOL 22有双凸的形状，而在其他的实施例中，可以采用其他的形状。在这个实施例中，前表面24a有这样的表面轮廓，它适合于补偿径向非对称的象差(例如，彗形象差或三叶象差)，而后表面24b有这样的表面轮廓，它适合于补偿径向对称的象差(例如，球面象差)。例如，可以利用以上的公式(1)描述前表面，而利用以上的公式(2)和(3)或公式(4)和(5)描述后表面。
利用多光学元件IOL的不同光学元件和/或单光学元件IOL的不同表面补偿多种象差，这种情况有利地独立调整多个不同的象差模式。此外，通过流水线的制作过程，可以便于定制IOL以适应各个病人的视觉需要。例如，对于IOL的每个光学表面，可以建立与给定象差模式相关的不同校正量的一系列光学销(optic pin)。可以利用对应于不同表面的这种光学销的置换，从而使IOL补偿不同的象差和/或不同量的象差校正。
专业人员应当理解，在不偏离本发明范围的条件下，可以对以上的实施例作各种变化。
权利要求
1.一种眼内透镜(IOL)，包括
后光学元件，和
前光学元件，
其中所述后光学元件和前光学元件中的一个光学元件补偿径向对称的象差，而另一个光学元件补偿径向非对称的象差。
2.按照权利要求1的眼内透镜，其中所述径向对称的象差包括球面象差。
3.按照权利要求2的眼内透镜，其中所述径向非对称的象差包括彗形象差和三叶象差中的任何一个。
4.按照权利要求1的眼内透镜，其中所述后光学元件或前光学元件之一的光学元件适合于校正约-0.5μm至约+0.5μm范围内的径向对称象差。
5.按照权利要求1的眼内透镜，其中所述后光学元件或前光学元件之一的光学元件适合于校正约-0.5μm至约+0.5μm范围内的径向非对称象差。
6.按照权利要求1的眼内透镜，其中所述第一光学元件和第二光学元件沿轴向隔开的距离是在约0至约5mm的范围内。
7.按照权利要求6的眼内透镜，其中所述后光学元件的光轴是与所述前光学元件的光轴基本对准。
8.按照权利要求1的眼内透镜，其中所述光学元件适合于共同提供的屈光力是在约6屈光度至约34屈光度的范围内。
9.按照权利要求1的眼内透镜，其中所述后光学元件的折射率不同于所述前光学元件的折射率。
10.按照权利要求1的眼内透镜，其中所述后光学元件和前光学元件有不同的色散，它们适合于协同地补偿色差。
11.按照权利要求1的眼内透镜，其中用于补偿径向对称象差的光学元件包括有按照以下公式定义的轮廓的表面
其中
z表示在与光学元件12的光轴的径向距离r上的表面垂度，
c表示该表面顶点的曲率，
k表示圆锥常数，
a1表示二级非球面系数，
a2表示四级非球面系数，和
a3表示六级非球面系数。
12.按照权利要求1的眼内透镜，其中用于补偿径向非对称象差的光学元件包括有按照以下公式定义的轮廓的表面
其中
其中
z表示沿光轴的表面垂度，
ccoma是指出校正幅度的系数，
r是相对于瞳孔半径归一化的瞳孔位置，
θ表示子午角，和
α代表需要校正的彗差轴。
13.按照权利要求12的眼内透镜，其中参数ccoma是在约-0.5μm至约+0.5μm的范围内。
14.按照权利要求1的眼内透镜，其中用于补偿径向非对称象差的光学元件包括有按照以下公式定义的轮廓的表面
其中
其中
ctrefoil是指出校正幅度的系数，
r是相对于瞳孔半径归一化的瞳孔位置，
θ表示子午角，和
α是需要校正的三叶轴。
15.按照权利要求14的眼内透镜，其中参数ctrefoil是在约-0.5μm至约+0.5μm的范围内。
16.一种眼内透镜，包括
有后光学表面和前光学表面的光学元件，
所述前光学表面适合于补偿径向对称的象差，而所述后光学表面适合于补偿径向非对称的象差。
17.按照权利要求16的眼内透镜，其中所述径向对称象差包括球面象差。
18.按照权利要求16的眼内透镜，其中所述径向非对称象差包括彗形象差。
19.按照权利要求16的眼内透镜，其中所述径向非对称象差包括三叶象差。
20.按照权利要求16的眼内透镜，其中所述光学元件适合于提供的屈光力是在约6屈光度至约34屈光度的范围内。
21.按照权利要求16的眼内透镜，其中所述光学元件是由生物相容的材料制成。
22.按照权利要求16的眼内透镜，其中所述前光学表面和后光学表面中的任何一个表面补偿所述对称象差和非对称象差中一种象差的范围是在约-0.5μm至约+0.5μm范围内。
23.一种眼内透镜，包括
后光学元件，和
前光学元件，
其中所述后光学元件至少包括一个适合于补偿一种象差类型的光学表面，和所述前光学元件至少包括一个适合于补偿另一种象差类型的光学表面。
24.按照权利要求23的眼内透镜，其中所述象差类型中的一 种象差类型包括径向对称的象差，而另一种象差类型包括径向非对称的象差。
25.按照权利要求24的眼内透镜，其中所述径向对称的象差包括球面象差。
26.按照权利要求24的眼内透镜，其中所述径向非对称的象差包括彗形象差。
27.按照权利要求23的眼内透镜，其中所述后光学元件和前光学元件中至少一种光学元件包括适合于补偿第三种象差类型的另一个光学表面。
全文摘要
本发明一般涉及多表面和/或多元件的眼内透镜(IOL)，其中多个表面适合于补偿各种象差，具体是离轴象差，例如，彗形象差或球面象差。在一个方面，我们公开一种包含后光学元件和前光学元件的眼内透镜。一个光学元件补偿径向对称的象差，而另一个光学元件补偿径向非对称的象差。
文档编号A61F2/16GK101181171SQ20071010878
公开日2008年5月21日 申请日期2007年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者昕 洪, 姆特鲁·卡拉克雷, 张晓啸 申请人:爱尔康公司