人工晶状体及相关设计和建模方法技术

多焦点IOL(M‑IOL)具有相位改变特性，其可以控制通过其传播的光的衍射和干涉以实现多焦点和扩展的焦深(EDOF)。实施的IOL包括在透镜的前表面和后表面中的一个或两个上的工程的离散相位轮廓，以有意地以指定的方式操纵光。一种用于定义透镜表面上的离散相位轮廓的设计方法。工程的相位轮廓由同心环形区域构成，其在每个区域的尾部圆周边缘处具有突然台阶跳跃。一种光学建模方法，用于模拟光学光线追踪环境中的实施的IOL的光学性能。

Intraocular lens and related design and modeling methods

Multifocal IOL (M_IOL) has phase change characteristics, which can control the diffraction and interference of light propagating through it to achieve multifocal and extended depth of focus (EDOF). The implemented IOL includes engineering discrete phase profiles on one or both of the front and rear surfaces of the lens to deliberately manipulate light in a specified manner. A design method for defining the discrete phase profile on a lens surface is presented. The phase contour of the project consists of concentric annular regions with sudden step jumps at the circumferential edge of the tail of each region. An optical modeling method is used to simulate the optical performance of IOL implemented in an optical ray tracing environment.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】人工晶状体及相关设计和建模方法相关申请数据本即时申请要求于2016年5月5日提交的美国临时申请S/N62/332186和于2016年5月6日提交的S/N62/332675的优先权，其主题通过引用整体并入本文。
技术介绍
本专利技术的方面和实施例涉及人工晶状体(IOL)以及用于设计IOL和对IOL进行建模的方法；更具体地涉及多焦点和/或扩展的焦深(EDOF)IOL和相关联的方法；最具体地涉及具有使能多焦点和/或EDOF的离散表面相位结构的这种IOL以及相关联的方法。多焦点IOL展示出多个不同的屈光力，其针对不同距离处的对象在光学上同时将图像聚焦在用户的视网膜上。相比由单焦点IOL提供的范围而言，扩展的焦深(EDOF)IOL提供了扩展的范围，在该范围内可以在焦点上查看对象场景。这种多焦点和EDOF有助于用户恢复功能性近视力和远视力，并且可以减轻白内障手术后的老花眼。由实施的专利技术可以实现由改进的多焦点和EDOFIOL提供的益处和优点。用于设计和评估实施的多焦点和EDOFIOL的方法在下文中公开。进一步公开了从实施的设计和评估方法生成的若干设计示例。多焦点透镜使用折射光学器件或折射/衍射设计的组合来给透镜多个(例如，两个、三个或更多个)焦点。常规的衍射多焦点透镜利用闪耀衍射光栅(诸如锯状表面刻面)将能量引导到若干衍射级中。衍射光栅的空间频率(即，光栅周期的倒数)确定每个衍射级的焦点，并且锯状边缘处的台阶高度(stepheight)确定不同衍射级当中的能量分布。对于一些常规的衍射双焦点透镜，光栅通常设计为具有单个固定的空间频率，并且台阶高度通常设计为小于半波长，使得80％的入射光在远焦点和近焦点之间分裂，并且剩下的20％入射光被分散到未用于视力的其他衍射级。对于一些常规的三焦点衍射透镜，光栅也设计为具有单个固定频率，但是台阶高度在相邻区域之间在高和低之间交替(例如，可替选地，台阶高度高于0.5波长且低于0.5波长)，并且通过这样做，该设计在远焦点、中间焦点和近焦点之间实现了大约85％的能量分裂，而其余部分的15％入射光达到了未用于视力的衍射级。用于衍射多焦点IOL的现有设计方法都不能提供完全的自由度来操纵衍射表面上的相位分布到可用衍射级当中的能量分布并使到达不可用衍射级的能量最小化。在实施的专利技术中，引入加权局部衍射效率的概念以使入射光在视力的功能衍射级中的使用最大化，并且在这些级当中有效地分布该能量以实现多焦点和扩展的焦深。
技术实现思路
实施的专利技术的一个方面是多焦点IOL(M-IOL)。在实施例中，具有相位改变特性的透镜可以控制通过其传播的光的衍射和干涉，以实现多焦点和扩展的焦深(EDOF)。实施的IOL包括在透镜的前表面和后表面中的一个或两个上的工程的离散相位轮廓(profile)，以有意地以指定的方式操纵光。在非限制性实施例中，离散相位轮廓由结构台阶轮廓提供，每个结构台阶轮廓在0到2个波长λ(其中λ是主要IOL设计波长)的范围内具有最大台阶高度h。每个台阶轮廓被并入相应的多个，m个邻近的环形光学区域中，每个邻近的环形光学区域由半径rm限定在透镜的表面上并且从透镜中心向外延伸到周边。像这样，每个光学区域m将展示出多个(n)衍射级，表现为“附加光焦度(Add-Power)”。透镜的总有效光学面积被定义为m个光学区域的组合面积。示例性多焦点人工晶状体(M-IOL)包括具有前表面和后表面的晶状体，其中前表面和后表面中的至少一个被表征为包括多个，m个(m＝0,1,2,3,...)邻近的环形衍射光学区域的离散相位轮廓，每个邻近的环形衍射光学区域被表征为半径rm以及在每个相应的rm处的台阶高度hm，其中hm的至少一些值可以不等于hm+x(x＝1,2,3,...)，其中rm＝(2mλf)1/2，其中λ是设计波长，并且f是与IOL的选出的附加光焦度相对应的焦距(1000mm/附加光焦度)，进一步地，其中是与该特定光学区域m中的第n附加光焦度相对应的第n衍射级(n＝0,1,2,3......)的特定光学区域m中的衍射效率，其中其中：针对k＝(n2-n1)hm/λ的f(rm)是用于调整台阶高度hm的因子，其中(n2-n1)是非透镜介质和透镜光学区域(衍射)介质之间的折射率差，其中台阶高度hm可以从指定的确定，进一步地，其中在IOL的总有效(衍射)光学区域上的总能量分布表示为该第m光学区域中的特定光学区域m的局部衍射效率的加权总和(其中n是对应于附加光焦度n的衍射级)，其中加权因子由独立光学区域m与IOL的总有效(衍射)光学区域之间的表面积比Rm确定，其中并且Rm＝(第m环形光学区域的面积)/(IOL的总有效(衍射)光学区域)。在各种非限制性实施例中，如本领域技术人员将理解的，M-IOL可以进一步被表征为以下特征、限制、特性和/或组件中的一个或多个，单独地或以各种组合：-其特征在于，对于所有所述光学区域m，具有恒定值，并且对于所有所述光学区域m，Rm具有恒定值；-其特征在于，对于所有所述光学区域m，具有可变值，并且对于所有所述光学区域m，Rm具有恒定值；-其特征在于，对于所有所述光学区域m，具有恒定值，并且对于所有所述光学区域m，Rm具有可变值；-其特征在于，对于所有所述光学区域m，具有可变值，并且对于所有所述光学区域m，Rm具有可变值；-其特征在于，对于所有所述光学区域m，具有可变值，并且对于所有所述光学区域m，Rm具有可变值。在使用等式(2)确定时，f(rm)是用于优化可用衍射级当中的光分布并使在不可用衍射级中扩散的光最小化的调整函数，并且其提供了第m衍射的精确表面轮廓不限于球形而是扩展到非球面或自由形状的灵活性。函数f(rm)由第m衍射区域的精确相位轮廓的傅里叶变换确定。本专利技术的一个方面是一种用于限定透镜表面上的离散相位轮廓的设计方法。根据非限制性实施例，工程的相位轮廓由同心环形区域构成，所述同心环形区域在每个区域的尾部圆周边缘处具有突然台阶跳跃。为了使入射光到不可用的衍射级的扩散最小化以及在可用的衍射级当中灵活地分布能量以便可以实现有效的多焦点和扩展的焦深，同心环形区域的表面轮廓的优化不限于球形表面，而是也可以扩展到圆锥形、一般非球面或自由曲面轮廓。另外，在每个区域的尾部圆周边缘处的突然台阶跳跃不限于垂直轮廓，而是也可以是倾斜或弯曲的表面轮廓。本专利技术的一个方面是一种光学建模方法，用于模拟光学光线追踪环境中的实施的IOL的光学性能。在示例性实施例中，该方法涉及建立光学光线追踪模型眼，其可以模拟具有插入模型中的IOL的眼的光学性能。该方法还涉及构造用户定义的表面，该用户定义的表面可用于在光学光线追踪模型中输入离散的表面相位轮廓。离散相位表面轮廓与用户定义的函数相关联，其可以基于设计的局部衍射结构轮廓来调整通过表面追踪的每条光线的相位参数。该方法更具体地涉及以下步骤：1)将具有由衍射表面修改的相位参数的光线追踪到光线追踪模型的出瞳并构建真正的瞳孔函数；2)获得光学传递函数(OTF)；3)获得调制传递函数(MTF)；4)获得不同散焦位置处的MTF；5)获得系统点扩散函数(PSF)；6)进行成像模拟。附图说明图1：透镜表面上的离散衍射环形光学区域的示意图。图2：实施的衍射透镜的横截面示意图，示出了对应于f0、f1和f2的第0、第1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多焦点人工晶状体(M‑IOL)，包括：透镜主体，其具有前表面和后表面，其中所述前表面和所述后表面中的至少一个被表征为包括多个，m(m＝0,1,2,3,...)个，邻近的环形衍射光学区域的离散相位轮廓，每个邻近的环形衍射光学区域被表征为半径rm以及在每个相应的rm处的台阶高度hm，其中hm的至少一些值能够不等于hm+x(x＝1,2,3,...)，其中rm＝(2mλf)1/2，其中λ是设计波长，并且f是与针对IOL的选出的附加光焦度相对应的焦距(1000mm/附加光焦度)，进一步地，其中

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.05 US 62/332,186;2016.05.06 US 62/332,6751.一种多焦点人工晶状体(M-IOL)，包括：透镜主体，其具有前表面和后表面，其中所述前表面和所述后表面中的至少一个被表征为包括多个，m(m＝0,1,2,3,...)个，邻近的环形衍射光学区域的离散相位轮廓，每个邻近的环形衍射光学区域被表征为半径rm以及在每个相应的rm处的台阶高度hm，其中hm的至少一些值能够不等于hm+x(x＝1,2,3,...)，其中rm＝(2mλf)1/2，其中λ是设计波长，并且f是与针对IOL的选出的附加光焦度相对应的焦距(1000mm/附加光焦度)，进一步地，其中是与特定光学区域m中第n附加光焦度相对应的第n衍射级(n＝0,1,2,3......)在该特定光学区域m中的衍射效率，其中其中：k＝(n2-n1)hm/λ是用于调整所述台阶高度hm的因子，其中(n2-n1)是非透镜介质和透镜光学区域(衍射)介质之间的折射率差，其中所述台阶高度hm能够从指定的确定，进一步地，其中在所述IOL的总有效(衍射)光学区域上的总能量分布被表示为特定光学区域m的局部衍射效率的加权总和(其中n是对应于该第m光学区域中的附加光焦度n的衍射级)，其中加权因子由独立光学区域m与所述IOL的总有效(衍射)光学区域之间的表面积比Rm确定，其中并且Rm＝(第m环形光学区域的面积)/(IOL的总有效(衍射)光学区域)。2.根据权利要求1所述的M-I...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢继红，
申请(专利权)人：特拉麦迪思有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US