一种多焦点人工晶状体的制作方法

本发明涉及人工晶状体技术领域，尤其是涉及一种通过改变光学区光学表面结构制得的多焦点人工晶状体。

背景技术：

人眼内的天然晶状体在刚出生的婴儿时是无色透明且非常软的晶状体，随着年龄的增加，外在条件的改变，如紫外线的辐射等要素的影响下，该天然晶状体将会变得越来越硬和变成有色晶状体，当人们活到五十至六十岁以上时，有百分之三十左右的人眼内晶状体将会变成棕黄色和浑浊，不但失去了可调焦的功能，以至于完全看不见，当这种情况发生时，这种天然晶状体(即白内障晶状体)将不得不用一个人造的晶状体去置换，使之其恢复白内障病人的眼睛视力。

一个典型的人工晶状体由于光学的晶体和支撑的手臂构成，其中光学晶状体聚焦光线到视觉神经上使之能看见物体而手臂的作用在于支撑其光学区，使之光学区位于眼内的中心能够有效的聚焦。

人工晶状体的光学区和支撑手臂可以由同一种材料制成，也可以由不同的材料制成，由同一种材料制成的人工晶状体，即人们常说的单件式晶状体，由不同材料制成的人工晶状体即是人们常说的三件式晶状体，其实例在美国专利4,997,442和美国专利5,217,491中被报道，其中这些专利均是由较软的光学材料制成光学区和较硬的材料制成手臂区。

常规的单聚焦人工晶状体能够提供一个常规距离的视觉矫正，但常规单聚焦人工晶状体不能提供一个有效可调焦的视觉矫正，并且设计波长往往是检测波长，不能在可见光范围内校正色差。也就是说，它不能提供一个看远和看近都能提供其视觉矫正的作用。唯一能使单聚焦人工晶状体达到看远看近都能使起作用，就得再带上一副眼镜。其它的选择则是多聚焦的人工晶状体来取代白内障晶状体，来达到其看远看近和中等距离的视觉都能有效。但是每个距离只能有部分光线被聚焦在视觉神经上。且还存在着其它得副作用。因此，人们开始设计新型的可调焦人工晶状体，如美国专利4,409,691，美国专利5,674,282、5,496,366、6,197,059和6,387,126，美国专利6,178,878和美国专利6,406,494。

所有这些设计的可调焦人工晶状体，都是由材料较软，折射率较低的硅胶材料制作而成。由于硅胶材料的折射率较低，制成的晶状体较厚，其晶状体在眼内囊袋中移动的距离有限，使之可调焦的光学强度变化有限。同时硅胶材料形成纤维和二级白内障的几率也相对于疏水性聚丙烯酸酯为高。因此，由硅胶制成的可调焦晶状体当植入人眼内后，只有部分人能具有可调焦的功能，且这部分人占有移植总人数中的百分比也随着植入时间的增长有所降低的趋势。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种多焦点人工晶状体。本发明光学主体为具有双胶合结构的多焦点光学区，光学区中的包括多个二元面(2到4个)和非球面可以有效的校正二级光谱色差、提高了像质，扩大了附加光焦度的范围，实现了全称视力。

本发明的技术方案如下：

一种多焦点人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体(1)、第一支撑襻(2)和第二支撑襻(3)，所述光学主体(1)由基底层(1-1)和涂覆层(1-2)组成；

所述基底层(1-1)与第一支撑襻(2)、第二支撑襻(3)为一体式结构，采用同一种材料，整体成型；

所述涂覆层(1-2)通过注塑压模的方式胶合在基底层(1-1)上；

所述基底层(1-1)与涂覆层(1-2)为不同的材料制成。

所述第一支撑襻(2)、第二支撑襻(3)表面均设有斜锯齿凹槽或凸起磨砂；所述磨砂的粗糙度或斜锯齿的高度大于40μm。

所述光学主体(1)沿着光轴方向共有四个光学表面，依次分别为光学表面(a)、(b)、(c)、(d)，其中光学表面(a)靠近眼角膜，光学表面(d)靠近视网膜，光学表面(b)、(c)重合、但位于前后不同的材料上，光学表面(b)附在基底层(1-1)后侧，光学表面(c)附在涂覆层(1-2)前侧，四个光学表面中至少选择两个光学表面加工成具有浮雕结构的衍射面，其余光学表面加工成非球面。

所述浮雕结构衍射面的设计方法：

φ(r)＝2παp[j-r²/(2pλ0f0)]

α＝λ/λ0[n(λ)-n'(λ)]/[n(λ0)-n'(λ0)]

上式描述了基于半径的相位分布函数，其中λ0为设计波长，λ为实际入射光波，f0为焦距，n为材料的折射率，n'为周围介质的折射率，j表示第j个衍射环带；

同时锯齿状的衍射峰的台阶高度由公式：

hmax(r)＝pλ0/[n(λ0)-n'(λ0)]

通过预设计的多焦点的各个焦距，粗算出相位函数和台阶高度，在zemax中构建初始模型，继而优化得到最佳的预期效果。

所述非球面结构设计方法为：

以光学表面的顶点为原点o，以光轴为z轴，建立任意的空间直角坐标系，所述坐标系的横坐标轴x以及坐标轴y轴与所述光学表面相切，所述非球面的面形在上述xz平面上满足非球面方程：

其中z(x)为所述非球面在二维坐标系平面xz上的曲线表达式，c为所述非球面的基础球面曲率半径的倒数，y为所述曲线上任何一点距横坐标轴z的垂直距离，a2i为非球面高次项系数，m、n均为不小于1的整数且n>m，q为非球面系数。

所述光学主体(1)的有效光学区的直径为5.5～6.5mm，中心厚度0.65～1.25mm的双凸/凹凸透镜片；所述基底层(1-1)的厚度为0.43～0.83mm；所述涂覆层(1-2)的厚度为0.22～0.42mm；所述第一支撑襻(2)、第二支撑襻(3)的厚度均为0.15～0.35mm；

所述光学主体(1)的球差范围为-0.01μm～-0.02μm；所述光学主体(1)的附加光焦度的范围为+2d～+4.75d。

所述基底层(1-1)由折射率为1.48～1.56、色散系数为35～55的疏水性聚丙烯酸酯制成；所述涂覆层(1-2)由折光率为1.36～1.47的硅胶材料、折光率较低的亲水性聚丙烯酸酯或折光率较低的疏水性聚丙烯酸酯制成。

所述第一支撑襻(2)、第二支撑襻(3)的表面设有若干斜锯齿凹槽/凸起，且斜锯齿凹槽/凸起宽度为0.2～1.0mm、斜锯齿的斜边缘和所述支撑襻所属平面的夹角角度α在-20°～20°之间。

制备本发明多焦点人工晶状体，经过如下的设计步骤：

a光学设计：通过预设计的多焦点的各个焦距，粗算出相位函数和台阶高度，在zemax中构建初始模型，继而优化得到最佳的预期效果，可以分析光焦点漂移图，点列图，opd光学特性曲线，mtf曲线等，对光学系统做确认评估。

b车加工基底层：按照设计的光学区的基底层(1-1)的参数，编写车床程序；利用金刚石单点切削技术，车加工出晶体光学面(a)和(b)；编写铣床程序，铣削出光学区的外形以及带有磨砂/锯齿状的襻脚。

c压制模具的制备：利用金刚石单点切削制造模具的雏形，主要利用激光刻蚀修饰出带有浮雕结构的衍射表面(若需要)。

d注塑压模：将加工好的基底层落在夹具中的凹槽内，取适量涂覆层混合液，滴加在光学部中心，将压模固定在基底模具上(利用机械结构锁死)，在50℃～150℃温度下放置20min至24h的时间取出后，凝固成透明有弹性的涂覆层。

e抛光处理。

所述多焦点人工晶状体可先用车床加工出含有光学表面(a)和光学表面(c)的片基，再通过注塑工艺将涂覆层紧密附着在基底层(1-1)的光学表面(b)上，经压模成型得到光学表面(c)，而后制成人工晶状体圆片，经机械雕刻制成晶状体光学主体(1)，两个襻经机械切割制成。

本发明光学主体(1)中的基底层(1-1)由光学透明的疏水性聚丙烯酸酯材料制成，疏水性聚丙烯酸酯材料是由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯衍生物(或少量的亲水性单体)，在高温下共聚而成的光学透明的聚丙烯酸酯共聚物。

本发明光学主体(1)中的涂覆层(1-2)是由一种低折光率的光学透明材料制成，这些光学透明材料是：光学透明的医用级的硅胶材料(如med6820)；也可以是生物相容的光学透明的亲水性聚丙烯酸酯材料；也可以是生物相容的光学透明的疏水性聚丙烯酸酯材料。这些材料在高温条件下聚合于基底层(1-1)的表面而组成。

本发明有益的技术效果在于：

本发明光学主体的光学区对两个材料的选择匹配，非球面和二元面的组合，实现了在可见光范围内消除色差，具有更大的焦深，更好的像质。

本发明光学主体的光学区为两焦点，三焦点，或区域多交点的光学区；有两种材料组成的双胶合透镜，它们的两个接触面具有共同的曲率，两种材料的色散特性不同，胶合后一阶色差可以被矫正。结合技术设计方案，从多色光焦点漂移图中可以看出，抛物线漂移图代替了原先的直线，因为矫正了色差，可以获得更的像质；同时光学主体具有至少两个衍射面(2到4个衍射面)，在现有多焦点技术上，拓宽了附加光焦度范围(+2d～+4.75d)，实现了全程视力，在矫正一阶色差的基础上进一步消二级光谱色差；非球面的作用起到控制球差，调节焦深，改善视觉质量；光学主体的形成采用精确的注塑压模实现，效率高(压模一片仅需5～10秒)且精准度高。该工艺系首次被应用到衍射面人工晶体的加工上，采用金属或者聚酰亚胺(pi)基复合材料模具，可以采用激光写直，或者刻蚀技术加工模具，相比金刚石单点切削精度更高。

注胶过程和压模后的凝结过程都对环境温湿度有严格的要求，保证了两种材料之间的应力匹配，使得晶体可以适用于复杂的眼液环境；最后支撑襻的磨砂/锯齿面的设计，增加了襻移动的阻力，避免晶状体在囊袋内旋转，增加了术后的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例2结构示意图；

图3为本发明实施例3结构示意图；

图4为本发明实施例1的光学部侧视图，其中光学面b，c为衍射面；

图5为本发明实施例2的光学部侧视图，其中光学面a，d为衍射面；

图6为本发明实施例3的光学部侧视图，其中光学面a，b，c，d为衍射面；

图7为本发明实施例1的光学主体远焦点mtf随空间频率的分布图；

图8为本发明实施例1的光学主体中焦点的mtf随空间频率的分布图；

图9为本发明实施例1的光学主体近焦点的mtf随空间频率的分布图；

其中：1、为光学主体，1-1、为基底层，1-2、为涂覆层，2、为第一支撑襻，3、为第二支撑襻，a、b、c、d为光学主体的四个光学表面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1

如图1所示，一种多焦点人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3，所述光学主体1由基底层1-1和涂覆层1-2组成；

所述基底层1-1与第一支撑襻2、第二支撑襻3为一体式结构，采用同一种材料，整体成型；

所述涂覆层1-2通过注塑压模的方式胶合在基底层1-1上；

所述基底层1-1与涂覆层1-2为不同的材料制成。

所述第一支撑襻2、第二支撑襻3表面均设有斜锯齿凹槽；斜锯齿的高度大于40μm。

所述光学主体1沿着光轴方向共有四个光学表面，依次分别为光学表面a、b、c、d，其中光学表面a靠近眼角膜，光学表面d靠近视网膜，光学表面b、c重合、但位于前后不同的材料上，光学表面b附在基底层1-1后侧，光学表面c附在涂覆层1-2前侧。

所述光学主体1的有效光学区的直径为5.5mm，中心厚度0.65mm的双凸透镜片；所述基底层1-1的厚度为0.43mm；所述涂覆层1-2的厚度为0.22mm；所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的厚度均为0.15mm；

所述基底层1-1由折射率为1.544、色散系数为35～55的疏水性聚丙烯酸酯制成；所述涂覆层1-2由折光率为1.41的硅胶材料、折光率较低的亲水性聚丙烯酸酯制成。

所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的表面设有若干斜锯齿凹槽，且斜锯齿凹槽宽度为0.2mm、斜锯齿的斜边缘和所述支撑襻所属平面的夹角角度α为20°。

所述多焦点人工晶状体的制备方法为：

(1)设计方案：光学主体的光学表面b和c为衍射面，光学表面a和d为非球面，附加光焦度为3.5d；光学部侧视图如图4所示。

(2)光学设计：通过预设计的多焦点的各个焦距，17.59mm(21.5d)，19.38mm(19.5d)，20.99mm(18d)，粗算出相位函数和台阶高度，在zemax中构建初始模型，继而优化得到最佳的预期效果，可以分析光焦点漂移图、点列图、opd光学特性曲线、离焦mtf图，对光学系统做确认评估。

评估结果如图7、图8、图9所示，由图可以看出，三焦点的mtf在主波长下均达到0.43以上(眼模型中100lp/mm空间频率下)，像质达到了国标的要求，且提供了一定的附加光焦度。

(3)车加工基底层：按照设计的光学区的基底层1-1的参数，编写车床程序；利用金刚石单点切削技术，车加工出晶光学面a和b；编写铣床程序，铣削出光学区的外形以及带有磨砂状的襻脚。

(4)压制模具的制备：利用金刚石单点切削制造模具的雏形，主要利用激光刻蚀修饰出带有浮雕结构的衍射表面(若需要)。

(5)硅胶材料的制备：各取10ml的硅胶材料parta和partb于一玻璃杯中，搅拌硅胶材料至少2分钟直到硅胶材料得到完全均匀，通过增空方法或是在低温下静置直到气泡完全移除。

(6)注塑压模：将加工好的基底层落在夹具中的凹槽内，取约0.5ml硅胶材料混合液，滴加在光学部中心，将压模固定在基底模具上(利用机械结构锁死)，在50℃温度下放置24h的时间取出后，凝固成透明有弹性的涂覆层。

(7)最后抛光处理，得到光学表面合格的人工晶状体。

实施例2

如图2所示，一种多焦点人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3，所述光学主体1由基底层1-1和涂覆层1-2组成；

所述基底层1-1与第一支撑襻2、第二支撑襻3为一体式结构，采用同一种材料，整体成型；

所述涂覆层1-2通过注塑压模的方式胶合在基底层1-1上；

所述基底层1-1与涂覆层1-2为不同的材料制成。

所述第一支撑襻2、第二支撑襻3表面均设有凸起磨砂；所述磨砂的粗糙度大于40μm。

所述光学主体1沿着光轴方向共有四个光学表面，依次分别为光学表面a、b、c、d，其中光学表面a靠近眼角膜，光学表面d靠近视网膜，光学表面b、c重合、但位于前后不同的材料上，光学表面b附在基底层1-1后侧，光学表面c附在涂覆层1-2前侧。

所述光学主体1的有效光学区的直径为6.0mm，中心厚度0.95mm的凹凸透镜片；所述基底层1-1的厚度为0.65mm；所述涂覆层1-2的厚度为0.3mm；所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的厚度均为0.25mm；

所述光学主体1的球差范围为-0.01μm；所述光学主体1的附加光焦度的范围为+4.0d。

所述基底层1-1由折射率为1.547、色散系数为55的疏水性聚丙烯酸酯制成；所述涂覆层1-2由折光率为1.362的亲水性聚丙烯酸酯。

所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的表面设有若干磨砂凸起，且磨砂凸起宽度为0.2mm。

所述多焦点人工晶状体的制备方法为：

(1)设计方案：光学主体的光学表面a和d为衍射面，光学表面b和c为非球面，附加光焦度为4.0d，光学部侧视图如图5。

(2)光学设计：通过预设计的多焦点的各个焦距，17.59mm(21.5d)，19.38mm(19.5d)，21.41mm(17.5d)，粗算出相位函数和台阶高度，在zemax中构建初始模型，继而优化得到最佳的预期效果，分析光焦点漂移图、点列图、opd光学特性曲线、离焦mtf图等，对光学系统做确认评估。

(3)车加工基底层：按照设计的光学区的基底层1-1的参数，编写车床程序；利用金刚石单点切削技术，车加工出晶光学面a和b；编写铣床程序，铣削出光学区的外形以及带有磨砂襻脚。

(4)压制模具的制备：利用金刚石单点切削制造模具的雏形，主要利用激光刻蚀修饰出带有浮雕结构的衍射表面(若需要)。

(5)亲水性材料的制备：取等量的10ml亲水性材料parta和partb于一玻璃杯中，搅拌硅胶材料至少2分钟直到亲水性材料得到完全均匀。通过增空方法或是在低温下静置直到气泡完全移除。

(6)注塑压模：将加工好的基底层落在夹具中的凹槽内，取0.5ml亲水性聚丙烯酸酯混合液，滴加在光学部中心，将压模固定在基底模具上(利用机械结构锁死)，在100℃温度下放置12h的时间取出后，凝固成透明的涂覆层。

(7)最后抛光处理，得到光学表面合格的人工晶状体。

实施例3

如图3所示，一种多焦点人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3，所述光学主体1由基底层1-1和涂覆层1-2组成；

所述基底层1-1与第一支撑襻2、第二支撑襻3为一体式结构，采用同一种材料，整体成型；

所述涂覆层1-2通过注塑压模的方式胶合在基底层1-1上；

所述基底层1-1与涂覆层1-2为不同的材料制成。

所述第一支撑襻2、第二支撑襻3表面均设有斜锯齿凹槽；所述斜锯齿的高度大于40μm。

所述光学主体1沿着光轴方向共有四个光学表面，依次分别为光学表面a、b、c、d，其中光学表面a靠近眼角膜，光学表面d靠近视网膜，光学表面b、c重合、但位于前后不同的材料上，光学表面b附在基底层1-1后侧，光学表面c附在涂覆层1-2前侧。

所述光学主体1的有效光学区的直径为6.5mm，中心厚度1.25mm的双凸片；所述基底层1-1的厚度为0.83mm；所述涂覆层1-2的厚度为0.42mm；所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的厚度均为0.35mm；

所述光学主体1的球差为-0.02μm；所述光学主体1的附加光焦度的范围为+4.5d。

所述基底层1-1由折射率为1.542、色散系数为55的疏水性聚丙烯酸酯制成；所述涂覆层1-2由折光率为1.462疏水性聚丙烯酸酯制成。

所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的表面设有若干斜锯齿凹槽，且斜锯齿凹槽宽度为0.8mm、斜锯齿的斜边缘和所述支撑襻所属平面的夹角角度α为15°。

所述多焦点人工晶状体的制备方法为：

(1)设计方案：光学主体的光学表面a、b、c和d为衍射面，附加光焦度为4.5d，光学部侧视图如图5。

(2)光学设计：通过预设计的多焦点的各个焦距，16.97mm(22.0d)，19.38mm(19.5d)，21.41mm(17.5d)，粗算出相位函数和台阶高度，在zemax中构建初始模型，继而优化得到最佳的预期效果，分析光焦点漂移图、点列图、opd光学特性曲线、离焦mtf图等，对光学系统做确认评估。

(3)车加工基底层：按照设计的光学区的基底层1-1的参数，编写车床程序；利用金刚石单点切削技术，车加工出晶光学面a和b；编写铣床程序，铣削出光学区的外形以及带锯齿状的襻脚。

(4)压制模具的制备：利用金刚石单点切削制造模具的雏形，主要利用激光刻蚀修饰出带有浮雕结构的衍射表面(若需要)，利用高精度轮廓仪检测表面精度。

(5)疏水性涂覆材料的制备：取等量10ml的疏水性材料parta和partb于一玻璃杯中，搅拌疏水性材料至少2分钟直到混合均匀。通过在低温下静置直到气泡完全移除。

(6)注塑压模：将加工好的基底层落在夹具中的凹槽内，取0.5ml疏水性聚丙烯酸酯混合液，滴加在光学部中心，将压模固定在基底模具上(利用机械结构锁死)，在50℃温度下放置24h的时间取出后，凝固成透明的涂覆层。

(7)最后抛光处理，得到光学表面合格的人工晶状体。