專利名稱：帶有可變修正功能的可調節(jié)人工晶狀體的制作方法
專利說明帶有可變修正功能的可調節(jié)人工晶狀體
背景技術：
Louis Alvarez在1967年(US-A-3350294)第一次描述了帶有可變光能的透鏡，所述的可變光能是通過光學元件沿著垂直光軸方向運動來實現(xiàn)的。這種可變光能透鏡包括兩個可沿著垂直光軸方向相對運動的光學元件，并且其中光學元件具有這樣的結構，即該兩個光學元件的結合形成一個在光學元件的不同相對位置具有不同光能的透鏡。這種光學元件的結構用一個三元函數(shù)來描述，由基本公式將其最好地描述，該公式是將在后面將介紹的美國專利US-A-3,350,294的基礎。
這個光學原理，隨后被擴展到包括旋轉設計、半旋轉設計和只有一個光學元件必須運動的設計以及用來修正球面像差的附加第五階表面設計。這些變化在美國專利US-A-3,583,790，US-A-3,350,294和US-A-4,650,292中被披露，請參見參考文獻。
到目前為止，大部分被植入眼球內的人工晶狀體(IOLs)都是標準單焦人工晶狀體，有少量的帶有多個固定焦距的多焦晶狀體。目前，除固定焦距和多焦晶狀體以外，進一步開發(fā)研制了幾種先進的可以根據(jù)自然條件來改變眼睛的聚焦的人工晶狀體(叫做AIOLs)。所有這些IOLs和AIOLs都可以應用在置換人體原有晶狀體的治療中，例如，白內障，或用來一般調節(jié)和治療屈光不正。帶有移動立體光學元件的AIOLs和基于其上的改變已經(jīng)在專利WO-A-2005/084587，WO-A-2006/118452中披露，請參見參考文獻。
這些帶有移動光學元件的人工晶狀體，能夠產(chǎn)生很多不理想的可變像差，這取決于，例如，光學表面的分布，它們彼此間的運動角度和光學設計的其他方面。例如帶有固定屈光度的透鏡能夠被分布在處于同一個可調節(jié)人工晶狀體中的兩個移動的光學元件上，其結果是在光學元件移動時會產(chǎn)生可變的散光和彗差。這些不理想的產(chǎn)生于透鏡本身的像差可以通過本發(fā)明中下面將要描述的技術來解決，除此之外，本發(fā)明所披露的技術還能夠修正多種眼睛自身產(chǎn)生的不理想可變像差。
很明顯，現(xiàn)在需要一種帶有可變焦距，并且其聚焦可通過自然手段，例如眼睛里的睫狀肌控制的透鏡，以為病人提供良好的視力。然而，人類眼睛中的睫狀肌的收縮和放松并不僅僅用于離焦，在離焦的同時還顯示著一些高階變化的像差。這些像差可以被定義為“可變調節(jié)誘導性像差”并且是眼睛固定像差之外的額外相差。
人類眼球不變的和低階的視覺像差已經(jīng)能夠通過光學鏡片來很好地修正，例如，帶有圓球柱形光學元件的框架眼鏡或隱形眼鏡，角膜的激光治療等?？勺冋{節(jié)誘導性像差也已經(jīng)被深入研究，而且該像差在人類視覺中是很重要的，但是，現(xiàn)有的光學鏡片，例如，框架眼鏡，隱形眼鏡和人工晶狀體不能夠解決這些可變像差。一種理想狀態(tài)中的AIOLs，能夠在聚焦和離焦過程中修正這些可變調節(jié)誘導性像差。在AIOLs中離焦項能夠被修正，但是選擇修正其它像差是不能夠在球形表面沿著光軸移動的過程中被實施的。
因此，本發(fā)明提供了一種可能性，來修正自然眼產(chǎn)生的像差和由人工晶狀體自身產(chǎn)生的可變像差，或它們自身組合或兩者組合產(chǎn)生的像差。


發(fā)明內容
在本發(fā)明中，我們介紹并描述了一種光學元件，該光學元件可實現(xiàn)與可變焦距結合對高階像差的可變修正。同時，還能夠通過修正立方體元件的形狀來實現(xiàn)對不同階像差的修正。用于AIOLs的可變透鏡可包括可變修正元件，該元件可同時作用多種高階像差。這樣，這些AIOLs可以被限定為帶有用來修正可變可調節(jié)依賴性像差的可變澤尼克(Zernike)修正元件的AIOLs。
角膜被認為是調節(jié)依賴像差的主要來源之一。角膜形狀的變化主要是由于眼球整體形狀的變化，部分是由于調節(jié)過程中增加的液壓造成的。形狀的變化可通過角膜地形學來測量，角膜地形學的多種測量儀器都是可以買到的。角膜地形學可以測量并限定在調節(jié)過程中角膜形狀的變化。這種測量也可以應用在白內障和老花眼中，因為角膜形狀的調節(jié)誘導性改變跟自然透鏡幾何學之間沒有關聯(lián)。角膜表面在調節(jié)過程誘發(fā)的像差能夠從測量角膜形狀上推導出來，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以確定用于修正角膜在離焦過程中產(chǎn)生高階像差的人工晶狀體形狀。這種人工晶狀體包括至少兩個折射元件，折射元件的外形組合了用于變焦效果和提供澤尼克像差項修正的高階項(澤尼克多項式的原函數(shù))的三次項。
本發(fā)明介紹并解釋了眼睛像差的可變控制的幾種概念，并提供了一個關于透鏡設計的實施例，該設計可實現(xiàn)對于調節(jié)誘發(fā)的半球單色像差的可變修正。
在這里我們將涉及如VSIA任務組(L.N.Thibos等人，and VSIA標準任務組成員，“報告眼睛光像差的標準”(Standards for Reporting theOptical Aberrations of Eyes)，OSA Trends in Optics and Photonics35，Vision Science and its Applications，V.Lakshminarayanan，ed.，[Optical Society of America，Washington，DC，2000]，pp.23

244)建議的單索引圖表提供的澤尼克像差。下面的表格簡要地介紹了光階直到n＝4的多項式。

注釋該表格能夠被擴展為多個高階多項式，并且該原理可以概括所有的澤尼克像差。
除了形成二階像差項即離焦和散光外，人類的眼睛還有很多高階像差(三葉草像差，彗差，球面像差等)，其中球面像差在實踐中是最復雜的，并且該像差隨眼睛調節(jié)方面的變化已經(jīng)被很好地記錄。用于這種可變調節(jié)誘發(fā)像差的舉例和量化，我們提及到H.Cheng等人.((調節(jié)波形像差變化的人口研究(A population study on changes in waveaberrations with accommodation)，J.Vis.3，272-280，2004)。該研究同時提供了下面將要描述的例子中的基礎數(shù)據(jù)。
在調節(jié)過程中，眼睛中各種元件的光學參數(shù)的變化，與眼睛尺寸和整體形狀的變化相關。這些變化能夠導致可變像差，該像差在個體的調節(jié)過程中增加或減少。例如，球面像差Z12，顯示調節(jié)過程中振幅的最大變化，即大約為一個5mm大小的眼睛瞳孔的一個屈光度(D)的調節(jié)約為0.06波，測量到的波長為0.83μm。高階視覺貢獻(ocular contributions)能夠導致明顯的圖像質量退化并且被普遍認為具有確定的價值。普通的定制框架眼鏡只能彌補兩階項離焦和散光。
可以在離焦同時糾正高階像差的人工晶狀體(IOLs)的內在優(yōu)勢是它們對瞳孔的位置和其尺寸不敏感。在本申請文件中描述的基于立體光學元件的可變人工晶狀體，將提供對視覺像差的修正而不用考慮瞳孔的位置和大小，與利用高于兩階澤尼克像差的更高階折射表面的矯正相板或眼科透鏡相反。
在調節(jié)角膜形狀使其曲率變陡和變平的過程中，眼睛具有確定其光學性能的幾個折射表面，在這些表面中最重要的是角膜的前表面和后表面，和晶狀體的前表面和后表面。另外，晶狀體形狀的變化可以有助于視覺像差的變化。在一個關于人工晶狀體的例子中，因為在植入人工晶狀體之前要將晶狀體從眼睛前部取出，所以此時角膜仍是調節(jié)誘導像差的主要因素。到目前為止，還沒有任何人工晶狀體設計帶有或可能帶有可以實現(xiàn)對可變像差的實際矯正性能。在本發(fā)明中描述了如何在一個帶有兩個移動立方體光學元件的AIOL中不同階的單色像差能夠同時被矯正的技術。所以，帶有兩個移動光學元件的人工晶狀體，所述光學元件的形狀如在本發(fā)明中描述的那樣，不僅能提供可變聚焦/離焦來恢復對眼睛的調節(jié)，也可以提供可變的對高階視覺像差的修正，該像差是由調節(jié)過程帶來的像差。
應該注意的是，這種帶有兩個立體光學元件的透鏡能夠修正散光像差，而不帶有額外的表面或對限定立體元件形狀的基本公式進行修改和添加。在Y軸方向上移動元件將會出現(xiàn)散光現(xiàn)象。選擇沿x軸(聚焦/離焦)方向和y(散光)方向一起正確移動，可同時控制散光像差和聚焦/離焦的程度。人們可以不費力地設計一種帶有立體光學元件的AIOL，這些元件組裝在它們X軸方向的對稱線之間的某個角度的方向上，可以精確地控制隨著AIOL調節(jié)形態(tài)而變化的散光。醫(yī)生以精確的角度植入在今天已很普通，并且該種植入是為了帶有固定散光校正功能的定焦人工晶狀體而開發(fā)的。
人類眼球的調節(jié)形成視覺像差系數(shù)的變化，在所有的單獨澤尼克參數(shù)中，球面像差Z12顯示最大的調節(jié)變化(Cheng等人，2004).球面像差的變化通常是負的，而其他澤尼克像差系數(shù)沒有優(yōu)選的變化方向，并且是以人類眼球的個體特征為條件的。
本發(fā)明的目的是提供一種通過使用人工晶狀體同時修正調節(jié)依賴性角膜像差的方法，所述人工晶狀體具有變焦功能和對高階像差的可變修正功能，并且至少包括兩個可移動的光學元件。
本發(fā)明提供了一種帶有可變光能的可調節(jié)人工晶狀體，包括至少兩個光學元件，至少一個可以相對于另一個沿垂直于光軸方向上運動，其中，所述光學元件具有這樣一種結構，即光學元件之間相對位置的不同可導致透鏡光能的變化，其中，透鏡中的至少兩個光學元件包括至少一個附加的光學修正面，該修正面適應于自然眼的一個或多個光學像差的同時可變修正，其修正程度依賴于光學元件的相對位置。
澤尼克修正表面被加在一個AIOL光學元件中的至少一個光學表面上，AIOL帶有移動的立體光學元件，用來同時可變修正調節(jié)誘導光學像差，其中所述的澤尼克修正程度依賴于兩個光學元件的相對位置。
本發(fā)明中的特征同樣適用于修正不同階的像差。但是，這種光學設計特別適合應用于可調節(jié)人工晶狀體AIOL中，該晶狀體適用于修正由于與在角膜調節(jié)過程中產(chǎn)生的高階像差相結合的離焦。所以本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例提供了一種上面已提及的透鏡，該透鏡適用于人類眼球的可變聚焦和人類眼球剩余部分的高階像差的可變修正。
原則上，本發(fā)明適于修正一個任一階的單一像差，但根據(jù)優(yōu)選實施例，修正表面能夠適用于同時修正提供眼睛透鏡可變焦光能的大于一個階的多個像差。我們進一步描述了提供不同階光學像差同步可變修正的附加光學表面，其中修正程度基于光學元件的移動程度。
在這點上重要的文獻為US-A-3,583,790，其中僅僅描述了一種球面像差的特例，該像差由使用特殊“五次項”的光學表面來修正。US-A-3,583,790中描述了兩個用于可變光能的立體折射盤，根據(jù)US-A-3,350,294和下面的表達式中描述的增加了球面像差的修正。球面偏差項包括一個下面的非零5階項 簡而言之，方程1可重寫成x＝S(y，z)，其中x，y，z是Cartesian坐標。
假定折射元件被移動了Δy，光線的光路L與第一元件在{y，z}處交叉，公式變?yōu)? L＝nh1+nS(y-Δy，z)+h0+nh2-nS(y+Δy，z)(2) 其中n是盤體材料的反射指數(shù)，h1和h2為折射盤的中心厚度；h0是折射盤之間的中心距離，S引用到公式1。
Δy項保持為線性，公式2導出 L＝(nh1+h0+nh2)-2anΔy-6cn[y2+z2]Δy-10gn{y2+z2}2Δy(3) 在光路差異項(OPD)中，基于盤之間相對移動距離Δy的光線的OPD得出 OPD＝(n-1)(h1+h2)-2a(n-1)Δy-6c(n-1)[y2+z2]Δy-10g(n-1){y2+z2}2Δy(4) 從公式4可以得出，當本發(fā)明光學系統(tǒng)部分在橫向移動距離為Δy時，本發(fā)明光學系統(tǒng)產(chǎn)生 1.第一項(n-1)(h1+h2)為常量； 2.第二項2a(n-1)Δy是線性偏差相移(見表格澤尼克項Z0)不能用于除相感應裝置例如干涉儀外的光學系統(tǒng)； 3.第三項，6c(n-1)[y2+z2]Δy拋物線透鏡，Z4帶有可變能量。在本實施例中，透鏡的焦距為F＝[12c(n-1)Δy]-1，并且在A＝3c時與包含在US-A-3,305,294中的一致。
4.第四項10g(n-1){y2+z2}2Δy為二次項，Z12，三階球面相差隨Δy線性變化。球面相差的振幅為A12＝10g(n-1)Δ/λ，其中λ為光的波長。
由此可以判斷，拋物線的Z4，和二次項Z12，在式4中隨著Δy線性變化。因此，離焦的振幅和球面相差是內在關聯(lián)的。所以使用了如公式1給出的串聯(lián)對五次相板的光學元件是兩元件變焦阿瓦利茲透鏡(Alvarezlenses)狹義子集，如在US-A-3,350,294中描述的那樣，且該光學系統(tǒng)為變焦透鏡，其附加產(chǎn)生的球面相差隨Δy線性變化。這樣一種光學元件帶有非常特別的適用范圍——離焦和球面相差應該同時變化。
在本發(fā)明中，描述了給定相差的可變修正或指定權重(specifiedweight)的多個相差的同時修正。相差的振幅隨著橫向位移Δx變化，并且它們相對權重在需要的時候可以被調整。
下面是一個可變修正球面相差的例子。
實驗性研究顯示，人類眼球的調節(jié)和球面相差振幅之間接近線性關系。球面相差的變化在調節(jié)中往往是負的，并且當發(fā)生了1-D眼調節(jié)時平均會減少～0.06波，這可以導致在4-D調節(jié)時～0.3波的球面像差，其嚴重扭曲近距視覺效果。然而，這種調節(jié)誘導的球面相差很可能由眼睛中的視覺器官例如角膜產(chǎn)生，透鏡和玻璃體帶有一個未知的元件，該元件依賴眼睛調節(jié)過程中產(chǎn)生的機械變形。如果調節(jié)誘導的球面像差能夠隨著離焦被修正，則近距視覺有望能夠被顯著改善，該離焦在近距視覺的銳化中是需要的。
另一個優(yōu)選實施例的主要特點為透鏡用來修正人眼由于調節(jié)造成的角膜形狀的改變所引起的可變光學像差。
應該注意的是高階相差，例如彗差，三葉草像差等，也能夠取決于眼球的調節(jié)程度。球面相差的可變修正為本發(fā)明的主題，其被用來說明所研究的光學和數(shù)學原理，但是相似的光學原理能夠被應用在基本上所有的高階相差中，并且本領域內的技術人員可以由此得出，在本發(fā)明中列舉的使用球面相差作為例子的光學和數(shù)學原理也能夠被同樣應用于修正增加的高階調節(jié)誘導光學像差。首先像差可以用一種預先成型的兩元件變焦透鏡以固定的模式修正。并且我們將使用AIOL作為該固定修正的例子。
調節(jié)光學元件的表面通常根據(jù)Alvarez變焦透鏡原理(US-A-330594)定型，可具體表示為其中常量A被調整來使用AIOL透鏡。固定拋物線透鏡被添加到這個修正表面用來修正人類眼球基本的折射。例如這種AIOL在實際中可被設計為提供例如固定值+22D的折射能，從而，0-4D的調節(jié)能量能夠被加上用來修正。眼球的基本折射能夠被帶有一個凹陷的固定光能拋物線透鏡修正，該凹陷由公式給出。附加拋物線透鏡的焦度為2C(n-1)，其中n為材料的折射指數(shù)。在通常狀況下，眼睛的角膜像差能夠通過可變IOL的折射表面修正，該表面的形狀根據(jù)公式(5)確定。
這里，R為曲率半徑，k為指定二次曲面的圓錐參量；an為(2n+2)階多項式系數(shù)，在大多數(shù)情況下n≤2。在該公式中，同時使用圓錐常量和多項式系列在某種程度上是多余的，但是沒有對透鏡工作造成影響。這種附加表面提供了對固定值的修正，并且該修正獨立于透鏡的可變離焦。該方法擴展了在US-A-6,609,793 and US-A-6,705,729中描述的用來在(標準或固定焦距)IOLs像差的固定修正的原理。這些文獻描述了這種固定修正的多個方面，特別是a1 r4+a2 r6項用來修正單個單焦點IOLs。在本發(fā)明中，我們描述了帶有附加可變澤尼克項的變焦透鏡，其修正程度隨著離焦變化。對于被表示為澤尼克多項式中項的補充結構中，可變三階和高階像差，以及它們的線性組合，產(chǎn)生隨著橫向位移Δx線性改變的振幅。下面的基礎凹陷(sag)函數(shù)S(x，y)應該為 其中P為常量(在本例中為1/2)，Cq是與第q澤尼克像差項一致的模態(tài)系數(shù)。假定元件材料的折射系數(shù)為n，在上面提到的兩元件補充幾何學中的光路L被給定為 L＝nh1+nS(x-Δx，y)+h0+nh2-nS(x+Δx，y)(7) 在該公式中常量h1，h2確定各折射元件的中心厚度，h0是兩個相應元件之間的中心距離。簡化后，L等式為 并且相關的光程差(OPD)變?yōu)? 所以從該派生的表達式中可見，當兩元件系統(tǒng)中的光學元件均橫向移動Δx時，該系統(tǒng)產(chǎn)生 1.第一項(n-1)(h1+h2)常量piston，Z0； 2.第二項A(n-1)(y2+z2)Δx變焦拋物線透鏡Z4，透鏡的焦距為F＝[2A(n-1)Δx]-1； 3.第三項所有像差項Zn包括離焦或項之間的線性組合，它們的振幅隨著Δx線性改變，即像差新振幅對應(n-1)ΔxCq。附加光能由離焦項C4產(chǎn)生為該項被表達在屈光鏡中。
4.最后一項，(n-1)R(x，y，Δx)為高階移動依賴貢獻Δx3，Δx5等的貢獻，當Δx＜＜1時，這些貢獻小到可以被忽略，并且能夠在實驗中被忽略。
所以，一對反射元件，其形狀依據(jù)上面給出的基本函數(shù)S(x，y)確定，提供隨著用于AIOLs中的離焦/調節(jié)的特殊光學像差的線性變化，該AIOLs通常用于治療白內障、老花眼和近視眼。當應用在AIOLs時，我們假設被表示為澤尼克多項式中項的視覺像差是調節(jié)依賴性的，并且主要是與角膜的形狀變化相關的，接下來，通過使用例如帶有特定的上述由函數(shù)S(x，y)確定表面形狀的附加折射表面的兩元件調節(jié)IOL，它們能夠與離焦同時被調節(jié)。該AIOLs提供了可變的離焦，其中焦距隨著橫向移動量Δx線性變化。具有外形S(x，y)的兩個折射元件沿著垂直于光軸方向在相反方向上的相對移動Δx，形成聚焦能(F-1)的線性變化，其表達式為 其中A為Alvarez項的振幅，C4為附加離焦數(shù)。
典型的像差項振幅隨著位移Δx線性改變。兩個形狀由函數(shù)S(x，y)確定的折射元件之間的相對位移為Δx，該位移為沿垂直于光軸的相反方向上的位移，產(chǎn)生q階澤尼克相差項(不包括離焦，即q≠4)線性變化。新典型振幅C′q變?yōu)? C′q＝(n-1)ΔxCq(11) 離焦修正產(chǎn)生了像差線性組合的同步變化。兩個形狀由上述函數(shù)S(x，y)確定的折射元件之間的相對位移為Δx，該位移沿垂直于光軸方向的相反方向移動，產(chǎn)生澤尼克相差項組合的線性變化。
其中新典型振幅為C′q＝(n-1)ΔxCq。單色相差的相對權重能夠根據(jù)選擇的相關系數(shù)Cq被調整。
例如，通過使用兩元件可變透鏡的符合上述原理的離焦和球面相差的同時修正，如在WO-A-2005/084587中描述的和上面相關專利提到的，可以被以如下方式實現(xiàn) 僅保留離焦和球面像差項，上面指定的sag函數(shù)S(x，y)，采用形式為 (13) 這里，B為球面相差Z12的系數(shù)。光程差變?yōu)? OPD＝(n-1)(h1+h2)-A(n-1)(y2+z2)Δx-B(n-1)Δx Z12(x，y)+(n-1)R(x，y，Δx) (14) 這里剩余的移動依賴項R表示為 公式15的第一部分是分別帶有振幅

和

的離焦(Z4)和散光(Z5)的單獨組合；最后項為piston(Z0)。
陳(Cheng)等人獲得的試驗結果證明了平均為+1-D的眼球調節(jié)量會產(chǎn)生負的～0.06波球面像差，每一元件由sag函數(shù)S(x，y)確定的上述兩元件調節(jié)透鏡，均能來修正球面像差。一個+1-D大小的調節(jié)量需要的正橫向位移為Δx0＝[2A(n-1)]-1。在該移動中球面像差改變～0.06波，換句話說 Δx0＝[2A(n-1)]-1并且最后 其中λ為光的波長。
在該形狀的折射元件的最后的表達式中，可為離焦和球面相差提供可變修正的公式為 W表示在上面例子中波長單元(波)調節(jié)量為1-D或波的球面像差程度。
本發(fā)明中所有的實施例中除帶有傳統(tǒng)透鏡設計外還能夠帶有GRIN和菲涅爾透鏡設計。GRIN和菲涅爾透鏡設計允許制造的透鏡明顯薄于傳統(tǒng)透鏡，并且色差程度也能夠被GRIN和菲涅爾透鏡設計提供的關于光學質量在光學元件上的可選分布所減低。
同樣地，這種可變修正的進一步例子，能夠為離焦和散光提供可變修正的折射元件形狀最終的表達式為 并且能夠為離焦和彗差提供可變修正的折射元件形狀的最終表達式為 注意在實踐中，像差離焦，球面像差，散光和彗差的修正，將為眼睛提供幾乎沒有任何像差的視覺。然而，如需要的話，所有可變修正的修正公式能夠從上述介紹的結構中派生出來。
本發(fā)明不僅僅是提供了上述的IOL’s，同時還提供了一種該透鏡的應用方法。在這方面應注意到提供適合于病人眼睛的修正面需要測量眼睛的像差。在測量了像差后，修正面必須被計算出來，并且隨后就必須制造出光學元件，優(yōu)選通過機械方式，比如精密機床制作。



圖1中顯示的是，為植入本發(fā)明中所描述兩元件透鏡的由Pomerantzeff研制的寬角模式眼球(人眼寬角度光模型(Wide angle optical model ofthe human eye，)Ann.Ophthalmol.3，815-819，1971；Wide-angleoptical model of the eye，in Advancesin Diagnostic Visual Optics，Breinin and Siegel，eds.，Springer-Verlag，Berlin，1983)元件的示意圖，這種Pomerantzeff眼球模型用來計算產(chǎn)生本實施例。
圖2為AIOL的示意圖，其帶有用于調節(jié)(聚焦/離焦)的位于兩個光學元件上的兩個立體表面，一個僅位于前面提到的一個元件上的用于固定基本聚焦的拋物線透鏡，和在兩個元件上均有的附加五階表面，其用來修正在焦距發(fā)生變化時增加的球面像差 圖3為單色(λ＝0.543μm)，模型眼球的矢狀量和同軸MTFs切線的平均值，模型眼球帶有3mm瞳孔和具有下列參數(shù)的兩元件變焦透鏡A1＝0.0124mm-2，R＝7.0181mm，h1＝1.0316mm，A2＝0.0153mm-2，h2＝0.358mm，Q1＝Q2＝0mm-4。模擬的用于眼球的MTFs被調節(jié)到～6m(與敏銳測試邊界相同)和25cm(在4D調節(jié))，在圖中分別用實心圓和開放三角形描述。包括兩個立體光學元件的AIOL提供缺少誘發(fā)球面像差調節(jié)的情況下眼睛的近衍射限性能。
圖4為對缺少這種球面像差的修正的情況下，眼睛工作時誘發(fā)的球面像差調節(jié)的影響。在這個例子中，每1D調節(jié)會產(chǎn)生-0.03波的球面像差。為植入帶有兩個立體元件透鏡的AIOL的模型眼提供相應的同軸單色差MTFs，所述透鏡在25cm，50cm，1m和近距離視覺的距離時調節(jié)，顯示了退化導致的銳度、對比度與細節(jié)的損失。
圖5顯示當誘發(fā)球面相差的調節(jié)是通過附加的5階表面修正時的結果，所述5階表面用于可變化地修正三階光學元件的球面像差。在這個例子中，五階修正參數(shù)為Q1＝Q2＝1.313×10-4mm-4.。帶有兩元件的光學透鏡的模型眼睛上的單色同軸MTF表明光學透鏡能在將眼睛適應性設置為25cm，50cm和1m遠時均能同時適應性修正球面像差。
圖6為AIOL調節(jié)狀態(tài)、球面像差的可變修正和球面相差的修正量之間的關系示意圖，該AIOL帶有移動的可變聚焦/離焦立體元件。需要注意的是，在實踐中，角膜的球面像差能夠通過多種角膜地形學測量工具來測量，AIOL設計適于并且能夠被精密機床技術制造。圖中所示光學元件每移動0.18mm就會產(chǎn)生～1D的調節(jié)量，與之結合的球面像差項就會減少～0.03waves。該透鏡為眼球提供聚焦/離焦功能，同時完全修正了調節(jié)誘發(fā)球面像差。

具體實施例方式 在該例子中，透鏡(如圖1中所示在眼睛中，和圖2中單獨圖示的)包括兩個相隔距離為d(在本實施例中為0.5mm)的折射部分和前面部分(帶有光軸Z1)，其形狀基于公式 這里R為曲面半徑，A1是Alvarez項的振幅，Q1是x項的5階振幅，h1是元件的中心厚度。在本實施例中，A1＝0.012mm-2，R＝6.866mm，h1＝1mm.前面元件的后(內)側為平面，本發(fā)明前面的內容有對這個公式中各項的解釋。
第二個，后面的折射元件的輪廓由下述公式確定 其中A2為Alvarez項的振幅，Q2為x項中五階項的振幅；h2為元件的中心厚度，參數(shù)為A2＝0.014308mm-2，h2＝0.35mm.里側是平面。兩個元件Q1＝Q2＝-7.1x10-5mm-4。本發(fā)明前面的內容有對這個公式中各項的解釋。所述的透鏡的材料的折射指數(shù)為n＝1.46，并且提供了未發(fā)生調節(jié)時即Δx＝0時在水溶液中(折射指數(shù)為n＝1.337)的焦點能量約為+18D，并且允許改變離焦和球面像差。
單個澤尼克項或項之間的結合后的修正產(chǎn)生了剩余項(大多數(shù)為三次項或更復雜項)。報道的設計和光學原理的缺點為使用兩個元件系統(tǒng)的下述基本功能，同時修正很多像差或修正一個階數(shù)大于2的像差，例如三葉像差，彗差和球面像差等。
剩余項非線性貢獻的增長由下式給出 根據(jù)公式，修正的局限性能夠被確定與合成圖像的退化有聯(lián)系，例如人眼中的視網(wǎng)膜。這些局限是否已經(jīng)接近取決于帶有可變像差修正功能AIOL的用途和需求。
具有上面描述過輪廓S(x，y)的兩折射元件垂直于光軸沿相反方向相對移動Δx，除單色像差Zq外，澤尼克多項式中的項隨著Δx線性變化，產(chǎn)生了所述的非線性變化剩余項，其由R＝0的二階像差(即離焦Z4和散光Z3，Z5)和R≠0的高階像差的公式19確定。在大多數(shù)情況下，相對于系統(tǒng)光圈來說(假定上述公式中為一定的)橫向位移是很小的，所以，Δx＜＜1和剩余項R～O(Δx3)就小得可以被忽略。在實踐中，這個剩余項能夠降低AIOL中的整體光學性能，人們應該能夠找到在澤尼克修正和剩余項之間的合理的折中辦法，以便當降低剩余項而沒有降低AIOL的整體光學性能時，來將澤尼克像差修正最大化。這個平衡的細節(jié)依賴于手頭AIOL的設計。
本說明書和權利要求書中通篇使用的一個光學元件的“光學表面”項，指的是實際的表面形狀，除了傳統(tǒng)對光表面的定義外，也包括它的“光學性能”和作為結果的“光學效應”。通常透鏡表面被假定具有光滑均質的形狀，其表面根據(jù)模型的功能和使用的制造方法決定，例如現(xiàn)代高級的精密車床技術，其可以制作種多樣的IOLs和隱形眼鏡，并可經(jīng)常定制。
根據(jù)當前技術，通過使用例如梯度指數(shù)(GRIN)光學元件或具有“平坦”性質的菲涅爾(Fresnel)光學設計，可以達到相似的光學性能。其他光學技術能夠實現(xiàn)這種AIOL的光學性質，可看作為本專利中所描述的光學模型給出的啟示，應被看作為本發(fā)明的一部分。
權利要求
1、一種帶有可變光能可調節(jié)人工晶狀體，包括至少兩個光學元件，至少其中一個光學元件相對另一個光學元件在垂直于光軸的方向上運動，其中，帶有該種結構的光學元件，能夠在光學元件處于不同的相對位置時使透鏡產(chǎn)生不同的光能，其特征在于透鏡中的光學元件中的至少兩個光學元件包括至少一個附加光學修正表面，該修正表面適用于一個或多個光學像差的同時可變修正，其修正程度取決于光學元件的相對位置。
2、根據(jù)權利要求1中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于修正表面適用于修正自然眼球的可變像差。
3、根據(jù)權利要求1或2中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于修正表面適用于修正可調節(jié)人工晶狀體的可變像差。
4、根據(jù)權利要求1、2或3中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于透鏡適用于可變聚焦和人類眼球內剩余光學表面的可變高階相差的修正。
5、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于透鏡適用于人眼中調節(jié)過程中發(fā)生的可變相差的修正。
6、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于修正表面適用于同時修正大于一階的像差。
7、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，所述人工晶狀體帶有兩個光學元件，每個光學元件帶有至少一個包含依據(jù)公式確定的三階項的表面，其特征在于每個光學元件帶有至少一個依據(jù)公式的附加修正表面。
8、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于所述表面滿足下列公式
來同時修正可變離焦和可變球面像差。
9、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于表面滿足下列公式
其用來同時修正可變離焦和可變散光。
10、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于所述表面滿足下列公式
其用來同時修正可變離焦和可變彗差。
11、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于光學表面可由精密機床制作。
12、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于光學元件具有GRIN式光學設計。
13、根據(jù)上述權利要求中任一個中所述可調節(jié)人工晶狀體，其特征在于光學元件包括菲涅爾式表面。
14、一種將可調節(jié)人工晶狀體應用在人眼球中的方法，該方法包括以下步驟
準備包括兩個光學元件的透鏡，兩個光學元件中的至少一個相對于另一個在垂直于光軸方向上運動，其中，帶有該種結構的光學元件，能夠在光學元件處于不同的相對位置時使透鏡產(chǎn)生不同的光能，和將透鏡植入人的眼球中，其特征在于
角膜的可變像差可以在調節(jié)過程中通過使用角膜地形學來測定，
光學元件修正表面的性能可以由測量出的像差來計算，以及
光學元件的準備包括提供修正表面，該表面適用于同時可變修正一個或多個光學像差，其中，修正程度依賴于光學元件的相對位置。
15、根據(jù)權利要求14中所述的方法，其特征在于修正表面的計算包括通過調整公式
中相應的加權系數(shù)Cq來確定不同像差的相對修正程度。
16、一種用于準備植入可調節(jié)人工晶狀體的系統(tǒng)，包括至少兩個光學元件，其中所述至少一個可以相對另一個沿垂直光軸的方向運動，帶有該種結構的光學元件，能夠在光學元件處于不同的相對位置時使人工晶狀體產(chǎn)生不同的光能，并且其中人工晶狀體中至少兩個光學元件包括至少一個附加光學修正表面，其中修正表面適用于同時可變修正一個或多個光學像差，修正程度取決于光學元件的相對位置。其特征在于該系統(tǒng)包括
測量眼睛可變像差的裝置，
依據(jù)測量的像差計算修正表面的裝置和
準備包括計算的修正表面的光學元件表面的裝置。
17、根據(jù)權利要求16中所述的系統(tǒng)，其特征在于，準備光學元件的方法中包括精密車床。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有可變光能的可調節(jié)人工晶狀體，包括至少兩個光學元件，其中至少一個光學元件可相對于另一個光學元件沿垂直于光軸方向運動，其中光學元件帶有處于不同相對位置可以使人工晶狀體產(chǎn)生不同的光能的結構，其中人工晶狀體中至少兩個光學元件包括至少一個附加光學修正表面，該修正表面適用于同時可變修正一個或多個人眼產(chǎn)生的光學像差，修正程度取決于光學元件的相對位置。這些特征使得本發(fā)明可以修正人眼產(chǎn)生的像差和人工晶狀體本身產(chǎn)生的像差。
文檔編號A61F2/16GK101568312SQ200780046158
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權日2006年12月13日
發(fā)明者M·C·羅姆巴赫, A·N·西蒙諾夫 申請人:愛克透鏡國際公司