CN104902837A

CN104902837A - 用于白内障和屈光手术的自由形式的渐进多焦点折射型透镜

Info

Publication number: CN104902837A
Application number: CN201380069859.1A
Authority: CN
Inventors: 伊瓦伊尔·贡蒂若; 托马斯·保罗; 亚历克西·奥西波夫
Original assignee: STAAR Surgical Co
Current assignee: STAAR Surgical Co
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-09-09
Also published as: JP2016502430A; US20140135919A1; WO2014074937A1; KR20150083092A; EP2916758A1; CA2890859A1; EP2916758A4

Abstract

描述了一种新型多焦点透镜，其具有由叠加在标准圆锥形基础表面上的16阶多项式构成的自由形式的渐进多焦点正面。为远视力优化透镜的中心区域，同时为近视力优化透镜的剩余部分。所产生的自由形式的均匀非球面多项式表面是光滑的，与现有的衍射型多焦点设计不同。此外，这个透镜设计适合于屈光和白内障手术。

Description

用于白内障和屈光手术的自由形式的渐进多焦点折射型透镜

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月9日提交的美国申请号61/724,842的优先权，将其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

在老花眼开始之后，在人眼内的晶状体可能不再适应允许聚焦在远和近对象(例如，书或计算机屏幕)上。这个问题的最简单的解决方案包括佩戴用于远视力的眼镜以及用于近视力的老花镜。解决这个问题的复杂性的下一个步骤是在眼镜中使用双焦距透镜，以便患者可以通过用于远视力的透镜向前平看或者通过近视力的不同屈光力的透镜(但是在框架上的相同玻璃片的一部分)“向下看”。

实现了更复杂的两种其他解决方案。首先，具有所谓的伪调节透镜，该透镜植入眼睛内并且应该模拟结晶质的效应。结果和患者治疗效果最好地混合。虽然FDA批准这些透镜(晶体透镜)中的一个，但是很多医生和患者对其具有不愉快的经历并且该透镜不受欢迎。

备受青睐的另一种方法包括多焦点衍射(MFD)透镜。非常重要的是，强调这些透镜是CATARACT透镜，即，透镜植入患有白内障的老年(通常是60岁或以上)患者体内。因此，主要植入MFD透镜，以校正白内障问题并且涉及由MFD透镜提取自然人晶状体及其替换物。作为额外的奖励，MFD透镜被设计为恢复某个水平的近视力，但是这并非真正的调节。这种透镜不适应，确切地说，这种透镜被设计为在透镜的中心提供用于远视力的最佳焦点并且在透镜的周围提供某种程度的近视力。

最简单的MFD白内障透镜是由Alcon制造的透镜。这个透镜具有直径是3mm的中心部分，其被设计为用于远视力。在这个中心部分之外，具有使用环状物雕刻的部分，该部分改变光焦度，与在150多年前发明的菲涅耳透镜相似。这个环状物部分被设计为给患者提供近视力。在环状物部分之外，具有非球面，其被设计为提供中间视力。该设计简单，并且具有某些优点并且主要的缺点例如取决于具有中间和近视力效应的孔尺寸。

提高衍射透镜的性能的一种尝试涉及将更多的环状物和更多的屈光力加入基础型透镜中。由于在这些透镜中利用衍射效应，所以这些透镜在某种程度上具有相同的优点和缺点。

在衍射透镜设计中的另一个有趣的进展是衍射透镜。该透镜与上面描述的衍射设计相似，但是增加了交错的两个部分，即，一个部分用于提供中间视力，并且另一个部分用于提供近视力。理论上，无论患者的瞳孔多大，这两个部分都应存在于眼睛的瞳孔空间内，因此，患者应获得可接受的近视力和中间视力，由透镜的中心部分提供远视力。衍射部分变迹，以便凹槽在透镜的中心附近更深，在径向距离增大时，变得非常浅。

基于不同的原理，另一个版本的多焦点透镜是由制造的透镜。该透镜原则上与双焦点眼镜片相似，即，在透镜上具有两个曲率，用于透镜的光学性能。透镜的下部分增加了屈光力，例如，2.0屈光度(D)，并且为更远的对象(远视力)产生了最佳焦点。从光学的角度来看，虽然这种透镜具有昏迷和眩光的报告，但是这种透镜产生调制传递函数(MTF)和离焦响应，与透镜相似。

如上所述，创造以上设计，仅仅用于白内障手术。虽然现有技术设计在理论上可以在负ICL透镜上实现，但是实际上，这种实现方式非常困难。

上述多阶段设计在正面上具有一组环状物，并且这些环状物具有几百微米的深度，具有倾斜的底面(炫目的)。典型的眼内接触镜(ICL)负折射透镜在中心的厚度仅仅是116微米，并且在边缘，厚度仅仅增大为330微米。因此，实际上在不穿透背面也不严重损害所产生的透镜的机械性能的情况下难以切割环状物。由于眼睛的生理约束，所以负透镜厚度不能增大，这是因为该透镜不再适配至非常紧凑容量内，其中，这种透镜通常植入眼睛内。

多阶段设计的衍射环状物的第二个问题在于，如果在透镜的正面上制造环状物，那么环状物与虹膜接触。由于虹膜对在眼睛上入射的光量作出反应时打开和关闭，所以在擦伤环状物时，磨损虹膜具有严重危险。这种磨损可能造成虹膜色素颗粒脱落，可能造成眼房水的出口通道的发炎和堵塞的严重问题。另一方面，如果在背面上植入环状物并且环状物无意中与晶状体接触，那么对晶状体的损害可能造成在晶状体内形成白内障。

第三，衍射表面通常用作衍射光栅，以将光分成其色谱，产生色散。在衍射多焦点IOL的情况下，色散变成一个严重的问题，并且患者必须忍受这种影响，并且设法学会忽略这种影响。

关于双曲率设计，制造复杂，并且患者报告通过这种透镜观察到昏迷效应。这种透镜还显示了上面讨论的多个问题，例如，难以在已经非常薄的负透镜上实现两个曲率半径。

利用双曲率设计的另一个严重的问题是发生眩光和晕圈。这些问题源自尖锐转变以及透镜屈光力的突变，其中，这两个表面接触。

需要并且迄今不可使用一种改进的多焦点透镜设计，该设计可以用于屈光和白内障手术，优化该手术，以提供改进的近视力和视敏度。本发明满足这些和其他需求。

发明内容

在总体方面，本发明包括一种自由形式的渐进多焦点透镜，其具有光学件，该光学件具有均匀非球面形状。在一些方面，均匀非球面形状包括具有基本圆锥形形状的光学件，高达16阶的偶次多项式叠加在该光学件的顶部上。在这种形状中，沿着从透镜的中心中移出的半径，光学件的半径在点之间不同。

在另一方面，本发明包括一种生成命令的方法，该命令能够控制从透镜毛坯中切割自由形式的渐进多焦点光学件的车床。

在又一个方面，本发明包括一种用于提高患者的视敏度的可植入式透镜，包括：自由形式的渐进多焦点光学件，其被优化为提供至少改进的远焦点和近焦点。在又一个方面，透镜包括触觉件，其用于在眼睛内固定透镜光学件。

在进一步的方面，光学件具有基本圆锥形形状，在所述基本圆锥形形状上底架偶次16阶多项式。在更进一步方面，所述光学件具有均匀非球面形状。在更进一步的方面，均匀非球面形状具有基本圆锥形形状，在基本圆锥形形状上叠加偶次16阶多项式。

在又一个方面，本发明包括一种优化用于自由形式的渐进多焦点光学件的几何形状的方法，包括：将常数和参数输入优化引擎内；生成优化输出；将优化输出输入坐标发生器内；并且根据所述坐标发生器的输出，操作车床，以切割多焦点光学件。

在又一个方面，所述常数可包括但不限于用于远视力的物距、用于近视力的物距、透镜的期望中心厚度、透镜的期望边缘厚度、透镜的期望光学直径以及透镜的光学件的期望后曲率(posterior curvature)。

在另一个方面，所述变量可包括但不限于用于描述非球面的两个或更多个常数。在另一个方面，所述变量可包括但不限于定义16阶多项式所需要的8个常数。

在又一个方面，优值函数(merit function)可被选择并且用作优化引擎的输入。

在另一个方面，优化输出可以是描述透镜的光学表面和几何形状的21个常数。在一方面，13个常数描述非球形光学表面以及光学几何形状。在另一个方面，8个常数描述16阶偶次多项式。

在又一个方面，发生器的输出包括逐点的X和Z坐标。

从结合附图进行的以下详细描述中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，附图通过实例示出了本发明的特征。

附图说明

专利和申请文件包含以彩色显示的至少一个附图。在请求和支付必要的费用时，将由官方提供具有彩色附图的该专利或专利申请出版物的副本。

图1是示出根据本发明的一个实施方式的通过自由形式的渐进多焦点透镜的光线跟踪的示意图。

图2为具有一种配置的透镜的光线跟踪，对象放在无穷远处，并且2.5mm的孔放在透镜的前面，这允许为远视力优化透镜的中心。

图3为具有第二种配置的透镜的光线跟踪，对象放在与眼睛相距的400mm(2.5屈光度的增加屈光力)处，并且2.5mm的遮蔽件放在透镜的前面，这允许为近视力优化透镜的外围。

图4为具有第三种配置的透镜的光线跟踪。在这个配置中，在透镜的前面没有孔或遮蔽件。

图5A是与图2的配置(远视力、透镜的中心)对应的在优化之前的透镜的FFT MTF的图示。

图5B是与图2的配置(远视力、透镜的中心)对应的在优化之后的图5A的透镜的FFT MTF的图示。

图6A是与图3的配置(透镜外围、近视力)对应的在优化之前的透镜的FFT MTF图示。

图6B是在优化之后的图6A的透镜的MTF的图示。

图7A是与图4的配置对应的在优化之前的透镜的FFT MTF的图示，其包括全透镜，通过散瞳暗视敏度条件模拟远视敏度。

图7B是在优化之后的图7A的透镜的MTF的图示。

图8A是从0.250m到20m的在相对对象位置的每mm的50个线对处的透镜的FFT MTF的图示。

图8A是在相对对象位置的每mm的50个线对处图8A的透镜的FFTMTF的图示。

图9A是孔径＝5mm的离焦响应的图示。

图9B是孔径＝4.5mm的离焦响应的图示。

图9C是孔径＝4.0mm的离焦响应的图示。

图9D是孔径＝3.5mm的离焦响应的图示。

图9E是孔径＝3.0mm的离焦响应的图示。

图9F是孔径＝2.5mm的离焦响应的图示。

图9G是孔径＝2.0mm的离焦响应的图示。

图10是优化的20.0D自由形式的多焦点透镜的FFT MTF的图示。

图11示出了用于近视力和远视力的一系列孔的一系列图像模拟。

图12是示出设计自由形式的渐进多焦点透镜的方法的一个实施方式的方框图。

具体实施方式

在本发明中，自由形式的渐进多焦点折射型透镜是一种眼内透镜，其可以用于白内障和屈光手术中。其独特的特征使给两个年龄组提供远视力和近视力成为一种良好的选择。白内障患者常常是老人(60岁以上)，而屈光手术在年轻患者(30多岁和40多岁)中更常见。

在实施方式中，本发明仅仅是折射型透镜，具有一种自由形式或渐进式表面。这种透镜设计是比现有技术的折射型多焦点透镜的简单球形或圆锥形表面更复杂的表面，其可由单个数值(例如，仅仅在球面透镜的情况下，是曲率半径)或者由两个数值(例如，用于非球面透镜表面的半径和圆锥常数)描述其光学性能。

在本发明的实施方式中，自由形式的多焦点透镜具有基础圆锥表面，由偶次多项式描述的s表面位于该表面之上，具有高达并且包括16阶。这种表面称为“均匀非球面”、“渐进式表面”或“自由形式的表面”，以强调以下事实：如果在这个表面上尝试曲率测量的半径，那么人们发现这个半径在点之间不同，从透镜的中心朝外径向移动。然而，这种透镜在方位上依然对称。

图1是示出根据本发明的一个实施方式的通过自由形式的渐进多焦点透镜100的光线跟踪的示意图，其中，透镜的正面是均匀非球面。在这个实施方式中，透镜的正面具有由曲率的基圆半径和圆锥常数描述的基础圆锥形，16阶偶次多项式叠加在其顶部上。所产生的表面光滑并且仅仅折射。在“3/4视图”中显示透镜，以便3D和横截面都可见。

不能手动地或者在简单的计算机应用(例如，由微软公司发布的)中设计这种类型的透镜。相反，如图1中所示产生透镜所需要的计算通常由光线跟踪软件程序执行，例如，由Radian Zemax有限责任公司发布的Zemax或者由发布的所执行的具体计算可包括(例如)“整体最佳化”或Monte Carlo技术。

在一个实施方式中，在3个不同的配置中同时设计和优化透镜。发明人发现为特定的透镜屈光力产生最佳远视力、最佳近视力以及最佳总体透镜设计需要这种优化。例如，设置软件程序，以使用由软件程序模拟的模型眼(例如，ISO 11979-2眼睛模型)确定透镜的参数。这个工艺有利，这是因为ISO透镜模型是标准模型，并且出于质量的目的，用于测量所制造的透镜。

通过为三个不同的配置提供输入，建立期望的自由形式的设计参数，然后，使用上面描述的Monte Carlo技术等方法，模拟和优化这些配置。人们发现，在这三个配置中的每个中，确定最佳透镜设计，然后，在全部三个配置之上优化设计，提供了一种可接受的折中方案，该折中方案给透镜提供了最佳光学性能，用于在广泛的透镜屈光力之上提供近、中间以及远视力。本领域的技术人员会理解的是，在引用透镜屈光力时，表示透镜的基础光学屈光力，由透镜的分配器选择该屈光力，以校正特定的视觉问题。

在图2中显示了上面描述的优化的配置1。图2为优化远视力的透镜的模拟的光线跟踪结果。在这个模拟中，将对象放在无穷远处，并且将模拟特定的瞳孔直径或眼睛的孔放在透镜的前面。在这个配置中，孔具有直径为2.5mm的圆形开口。从在无穷远处的对象中发射的光线穿过眼睛模型的角膜并且仅仅通过其中心2.5mm进入透镜，这允许优化通常为远视力提供大部分校正的透镜的中心。这模拟了患者在明亮的日光(适光条件)中具有的视觉情况，其中，患者的瞳孔开口通常较小，大约为2到3mm，并且患者需要具有清晰的远视力。在这个模拟中，在这两个轴上发射从对象中发射的光线，并且这些光线倾斜2.5度。

在图3中显示了上面描述的优化的配置2。在这个模拟中，将对象放在与眼睛相距的400mm，以模拟近视力和2.5屈光度的增加屈光力(1000mm/400mm)。并非在配置1中的孔，而是将遮蔽件(obscuration)放在透镜的前面，与在配置1中的孔具有相同的直径。遮蔽件阻止了撞击的所有光线，仅仅允许在超过具有2.5mm的直径的中心区域的透镜上撞击的光线继续穿过透镜。这个模拟优化透镜的外围。

在图4中显示了上面描述的优化的配置3：在这个模拟中，与在配置1中一样，从无穷大中发射光，但是在透镜的前面没有孔或遮蔽件。如图4中所示，由光线照亮透镜的整个表面。还给这个配置计算所有光学性能功能(例如，MTF、光斑大小以及离焦响应)。

在上述所有配置中，在透镜处发射光，具有0入射角(在光线与透镜的法线之间的角度)并且还倾斜2.5度，这会到达在小凹的边缘处的视网膜。

现在，描述透镜优化工艺。在负屈光力透镜的典型实施方式中，例如，具有基本屈光力-3.00 D的透镜(也称为负透镜)通常用于屈光手术中，用于校正近视。本领域的技术人员会理解的是，可以在正屈光力透镜上执行相同的优化工艺，例如，在白内障摘除之后，具有基本屈光力+12.00 D的透镜可能用于校正患者的视力。

负屈光力透镜的正面可被设计为具有进行优化的自由形式的均匀非球面。这个表面的所有几何参数(例如，基础表面的曲率半径及其圆锥常数，加上16阶偶次多项式的8项)(总共10个参数)转化成变量，并且允许软件改变这些变量，以在这两个配置1(远视力)和2(近视力)中同时产生更好的透镜。上面参照配置3描述的模拟不参与优化，并且进行模拟，以检查配置1和2的优化的最终结果，最后，提供制成的优化透镜。

进行优化的唯一另一个变量是图像表面的距离。因此，透镜的背面以及透镜的中心厚度保持恒定。通过这种方式，软件可改变总共11个几何参数，以优化透镜。

构成良好透镜的知识被编码为优值函数，其包含几十行自变量(argument)。每个自变量行表示透镜的光学性能，例如，MTF、光学路径差值等，并且提供了优值函数的高目标值。软件计算这些参数的当前值，并且从目标值中减去当前值。计算与分配给各自变量和参数的单独权重相乘的作为在当前值与目标值之间的所有差值的总和的RMS(均方根)值，并且这是优值函数的当前值。软件程序优化模拟，试图通过改变透镜的这11个变量并且通过Monte Carlo方式连续地运行模拟，来尽可能减小这个值，直到由这11个变量的某个组合尽可能减小这个值。通常，优化过程需要对透镜进行几百万的变化，基本上尝试了几百万个不同的透镜设计，以找出具有最低优值函数的设计。在大部分情况下，运行一千万种情况，以产生适当优化的透镜。

在此处描述的过程可用于优化负和正透镜。显示了优化过程的一个实例，该实例应用于20.0 D白内障透镜的设计中。在这个实例中，市售Zemax软件用于设计透镜，具有特别的修改。透镜的每个表面由旋转对称的多项式非球面限定，这由球面或非球面的偏离的多项式展开描述。均匀非球面仅仅使用径向坐标的偶数幂来描述非球面性，导致旋转对称。

在替换的实施方式中，还可以设计包含气缸分量(cylinder component)的更一般的表面，在这种情况下，可使用多项式的奇次和偶次项。在又一个实施方式中，包含高达480个多项式项的扩展的非球面还可用于设计这些透镜。

在这个实例中，可由以下等式概括地描述透镜的每个表面：

z = \frac{{cr}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) . c^{2} r^{2}}} + α_{1} r^{2} + α_{2} r^{4} + α_{3} r^{6} + α_{4} r^{8} + α_{5} r^{10} + α_{6} r^{12} + α_{7} r^{14} + α_{8} r^{16}

在这个等式中的项具有以下意义：

z＝表面凹陷

c＝1/R是表面曲率，其中，R是表面曲率半径。

r²＝x²+y²是表面径向坐标的平方。

k是圆锥常数，对于双曲线，该圆锥常数小于-1，对于抛物线，该圆锥常数是-1，对于椭圆形，该圆锥常数介于-1与0之间，对于球形，该圆锥常数是0，并且对于椭圆体，该圆锥常数大于0。

α₁到α₈是均匀非球面系数，并且用于在非球面上叠加多项式。要注意的是，如果所有α是0，那么以上等式描述了标准的非球面，并且如果而且，k＝0，那么等式减小为标准的球面。

曲率半径(R)、圆锥常数(k)以及8个α参数在Zemax软件程序中设为变量，每个表面提供总共10个变量，或者对于透镜的背面和正面，提供20个变量。透镜的中心厚度还可以设为变量，将潜在的变量的总数增大为21。

此外，如上所述，可以在Zemax软件程序中设置几种配置，其中，在光源与插入模型眼睛内的透镜之间的距离以及其他参数(例如，模型眼睛的瞳孔距离)改变。Liou和Brennan模型眼睛或者ISO模型眼睛或者任何其他合适的模型眼睛可以用于在设置中执行优化工艺的模拟。在这个实例中，使用ISO模型眼睛。

在表1中显示的以下实例中，定义4种配置。该表格的第2行显示了从透镜到光源(要跟踪的光线源)之间的距离从500mm变成1E10mm(＝1E7米或10,000km，基本上无穷大)。该表格的第3行设置了从在模型眼睛中的最后表面到图像平面的距离，作为在配置1中的变量，并且其他配置“获得”相同的值，以便这个距离在所有配置中相同。该表格的第4行是瞳孔的半直径，显示了为暗视力查看条件设置配置1和3，瞳孔直径打开至5mm(2×2.5mm)，而给适光查看条件设置配置2和4，瞳孔直径是3mm(2×1.5mm)。

表1

上面描述的21个参数设为变量，并且使用Zemax软件程序构造优值函数，以指导光线追踪软件优化透镜性能的方式。

多个参数可用于描述构成表现良好的透镜的物体，即，提供远视力和近视力的最佳组合的透镜，这些参数包含在优值函数内。在这个实例中，将实质权重提供给MTF参数。还可以使用其他参数，例如，斯特列尔比、能量集中度、波前误差等。下面的表2显示了优值函数的一个实例，并且下面详细描述了每行。

表2

下面是对以上表格中的每列的标题的描述：

Oper#：在优值函数中的操作号及其4个字符名称。这些是其描述描述透镜运行良好程度的操作符；

类型：在这个实例中，操作符的类型与其4个字符名称相同；

取样：由一些操作符(例如，MTFA)用于描述在通孔处抽取了多少个光线的样品；

波[长]：光波长；

场：1表示光相对表面法线以0度入射；

频[率]：计算MTFA的空间频率，在本实例中，虽然可以使用其他值，但是每毫米使用50个线对；

栅格：这是Zemax软件程序内部参数，控制软件程序执行计算的方式；

目标：这是指导Zemax确定的每个特定操作符的目标值，例如，EFLX和EFLY设为50mm的目标。这表示透镜在这个实例中是20屈光度的透镜(1000mm/50mm＝20D)；

权重：这是这个参数的相对重要性，例如，EFLX、EFLY的权重设为1000并且贡献更多，其他参数具有更低的权重，表示这些参数对优化透镜不重要；

值：这列提供每个操作符的当前值，考虑21个变量的当前值。例如，EFLX值是50.01574并且仅仅占据总优值函数的0.01478166％；

贡献％：在最后一列中提供了每个操作符对优值函数的贡献。理想地，在“值”列中列出的值应尽可能接近在“目标”列中的值，以便减少贡献。Zemax软件程序为21个变量选择值，尽可能减少所有操作符的贡献的平方和。

在内部，Zemax软件程序从上述操作符中构成优值函数的数学描述，由下面的等式表示：

{MF}^{2} = \frac{Σ W_{i} {(V_{i} - T_{i})}^{2}}{Σ W_{i}},

其中，W_i是操作数“i”的权重；V_i是操作数当前值；T_i是目标值，并且下标“i”表示操作数，即，在优值函数电子数据表中的其行数。总指数在优值函数中的所有操作数之上运行。显然，如果权重W_i设为0，用于特定的操作数，那么对优值函数的值没有影响。

现在，描述在上面的表2中显示的优值函数中的行：

行6：包括描述球面像差的Zernike第11个系数，但是其权重是0，这表示在此处仅仅供信息使用，以便在透镜优化时，Zernike软件报告其值，但是不直接用于优化过程中，因此，不需要优化透镜设计。

行7和8：EFLX和EFLY：在X和Y方向的有效焦距。也可以使用作为EFLX和EFLY的平均值的EFFL。这允许Zemax软件程序为透镜设计正确的屈光力。

行9：用于所有方位角的平均MTF，通过每mm 50个线对的频率设置这个参数。其他频率以及其他值可以用于权重。在这个实例中，这个MTFA的权重设为500，并且是配置1的一部分。还可以使用相似的MTF操作符(例如，MTFS和MTFT)。

行11：CONF2：在表2中，在这行下面的行描述第二配置的操作符，直到找出新CONF参数。在这个实例中，找出在空行之前的具有权重1000的在行12中的MTFA，因此，该函数跳到CONF3。

在全部4个配置的MTFA设置在其目标值和权重内之后，设置透镜边缘厚度的值。这可由下面的操作数控制：

行19：ETGT：边缘厚度大于。这个参数促使Zemax软件程序控制透镜厚度，以便所产生的透镜不太薄。

行20：ETLT：边缘厚度小于：这个参数促使Zemax软件程序产生不太厚的透镜。

行21：ETVA：边缘厚度值：在这个实例中，Zemax软件程序不在行19和20中报告边缘厚度，这是因为程序产生满足这些约束条件的透镜。因此，ETVA在此处仅仅用于告诉用户当前边缘厚度值。通知其权重是0，并且同样，不参与优化。

行22到行31：这些行使用在Zemax软件程序中的标准的“默认优值函数”，并且允许该程序尽可能减少光学路径差值误差。这是在光线追踪中使用的标准技术，并且将这些默认优值函数操作符加入上述操作符中。

具有这个优值函数以及先前设置的21个变量，光线追迹Zemax软件程序使用其独特的专有算法来对着21个变量进行变化，并且计算上面提供的优值函数MF2。程序可以设为继续对变量进行变化，并且测试MF2的新值，直到透镜设计者将其停止，或者一旦变量的变化不再产生比非常小的内部控制的数量更大的MF2的变化，就可以设为自动停止。

现在，参照图5A，显示在优化过程开始时配置1的MTF(2.5mm孔，从而仅仅允许照亮透镜的中心，并且优化远视力)。透镜MTF显示为蓝色并且与用黑色显示的衍射极限曲线重叠，即，透镜是在这个小孔中限制用于远视力的衍射。

图5B)示出了在通过优化过程运行一千万个情况之后的MTF。黑色的顶部曲线是衍射极限，蓝色曲线是用于轴上光的MTF，并且两个绿色曲线是通过2.5度用于光的径向和正切MTF。在优化之后的透镜MTF依然几乎是衍射限制的，用于适光条件(小瞳孔、仅仅通过透镜的中心的光)。

图6A显示在优化过程开始时配置2的MTF(仅仅撞击在透镜的外围上的光，优化用于近视敏度)。近视敏度的性能非常差。低衍射极限是由在透镜前面包括遮蔽件造成的人造物。

图6B示出了在通过优化过程运行一千万个情况之后的MTF。而且，黑色的顶部曲线是衍射极限，蓝色曲线是用于轴上光的MTF，并且两个绿色曲线是通过2.5度用于光的径向和正切MTF。虽然MTF远远低于远视敏度情况，但是在50个线对/mm处依然高于0.2。在这个实例中，MTF最初非常差，但是在优化之后，显示了近视敏度的良好改进。

图7A显示在优化过程开始时配置3的MTF(撞击在整个透镜上的光，通过散瞳暗视敏度\条件模拟远视敏度)。

图7B示出了在通过优化过程运行一千万个情况之后的MTF。虽然与图5B的透镜相比，合成透镜的MTF退化，但是在每毫米50个线对处依然是合理值0.38。为了进行比较，通过相同的空间频率，人眼是0.1。

图8A-图8B示出了从250mm到20米的根据对象位置的配置3的FFTMTF(全透镜)。对于远视敏度(在大约12米以上)，通知MTF在大约0.35处几乎恒定(图8A)。图8B显示了从250mm到3米的对象范围的MTF，说明了对于近视敏度，这个透镜在400mm处产生0.16的MTF值。

图9A-图9G显示了用于配置3(全透镜)的“离焦响应”(TFR)随着图像位置变化的方式。图9A显示了用于5mm的全孔的TFR x焦点位移，并且在其他示图中，孔减少0.5mm的步骤，直到在图9G中仅仅到达2mm。这些示图显示了TFR峰值宽度与在孔减小时保持基本上相同，表示增加的多焦点屈光力不强烈地取决于孔。根据期望，在孔减小时，MTFTFR峰值高度增大，表示像差具有更小的贡献。

下面是优化的一个实例，执行该优化，以使用参照上面的表1和表2描述的过程给透镜设计20D的基础屈光力。在这个实例中，确定以下参数：

前半径＝RF＝14.69189762mm；

前圆锥面＝kF＝33.77664176；

后半径＝RB＝-14.69189762mm；

后圆锥面＝KB＝33.77664176；

中心厚度＝tc＝1.217mm；

边缘厚度＝0.372mm；以及

直径＝5.0mm。

在这个实例中，对优化的一个约束条件是产生对称的透镜，以便正面与背面相同。这种构造在手术期间提供给制造并且给植入透镜的医生提供了优点。例如，在透镜的制造期间，操作人员不需要记得在透明的哪一侧上运行。对于外科医生和患者，没有向后植入透镜的危险，这是因为侧边相同。虽然这种透镜有利，但是在某些情况下，可以需要正面和背面不同的其他透镜设计。根据本发明的各种实施方式，这些设计还可被优化。

以下是在以上示例性20D透镜的优化期间生成的α系数：

α_1F＝-1.746918749E-3；

α_2F＝1.2891541066E-3；

α_3F＝-2.394731319E-4；

α_4F＝-7.395684842E-6；

α_5F＝-5.428966416E-5；

α_6F＝1.309282366E-5；

α_7F＝-7.609584642E-7；

α_8F＝-4.857728161E-8。

对于背面的系数，背面的系数(α_1B-α_iB)具有与正面的相应系数相等的值，但是具有相反的符号。这使均匀非球面多项式正面和背面对于这个示例性透镜相同。

可使用调制传递函数“离焦”响应(MTF TFR)评估所产生的透镜质量。图10是根据用于上面优化的示例性20D透镜的MTF TFR的光学传输函数(OTF)的模数的绘图。绘图显示了该透镜具有用于广泛的焦点位移的高MTF，这转化成从近视敏度到远视敏度的优质视敏度，在图11中由字母“E”的模拟显示。在光源(E)在在无穷远处时，具有3、4以及5mm的瞳孔直径，这些模拟显示了在第一列中的可接受的图像质量。在第二列中，光源在眼睛前面的2米处(1米/2米＝0.5D，如在列标题中所示)。在这种情况下，对于所有瞳孔直径，图像质量更好。在光源在透镜前面的1米处时，第三列显示了所有瞳孔孔径的图像质量，并且第四列用于在光源在透镜前面的666mm处时的情况。最后，对于所有瞳孔直径，在光源在透镜前面的500mm处时，在最后的第五列显示了图像质量。用于这个特定透镜的图像质量在这个最后的情况下最佳，即，对于近视敏度。还可以优化透镜，以给远视敏度产生最佳图像质量。

如上所述，根据本发明的透镜设计优化对设计透镜有用，用于白内障和屈光手术中。相反，目前可用的多焦点设计可用于仅仅代替白内障透镜，并且如果作为屈光手术透镜用于校正近视，那么是较差的选择。

与典型的衍射型眼内透镜的粗糙表面相比，根据本发明的各种实施方式产生的透镜的自由形式的渐进多焦点(FFPM)表面光滑。在虹膜在ICL(屈光手术透镜)的正面之上滑动时，这尤其有利，该ICL通常通过完整的晶状体植入眼睛内。如果作为正面设计，那么光滑的FFPM表面不磨损虹膜，或者如果作为背面实现，那么不磨损晶状体。而且，光滑的自由形式的渐进多焦点表面不产生晕圈和眩光或者其他韦伯定律光学像差，这可以对患者造成视觉问题。

FFPM透镜设计保存了目前可用的ICL透镜的生理形状，同时提供多焦点视敏度。对植入沟内的任何透镜或者人眼的小带的顶部具有非常小的空间被其具有非常严重的生理约束。如果植入的透镜与晶状体接触，那么可以造成白内障。另一方面，如果使虹膜成穹状弯曲太多，则可造成青光眼并且导致更大的眼内压和青光眼。

上面描述的FFPM设计比衍射透镜更容易制造。不需要控制关于透镜的复杂的衍射光学件的间距、深度以及“闪耀”角和变迹因子。而且，通过改变加入了16阶多项式的基本圆锥表面，还可将复曲面加入这个设计中。

自由形式的渐进多焦点表面透镜还可设计有用于远视敏度和近视敏度的多于两个的现有配置。例如，可以设计为用于远、中间以及近视敏度或者某种其他相似的组合。例如，可设计和制造仅仅为远视敏度和中间视敏度或者仅仅为中间视敏度和近视敏度优化的透镜。透镜还可设计有用于孔和遮蔽件的其他尺寸，以更重视近视敏度或远视敏度。

或者，可重新设计FFPM透镜，而不使用上面描述的孔和遮蔽件。例如，可使用单个配置以及仅仅在优值函数内部施加的远和近或远和中间视敏度的条件。

图10是示出构成本发明的一个实施方式的方法300的示意图，用于设计优化的FFPM透镜并且用于生成然后提供给车床的具体命令和坐标，以制造FFPM透镜。该方法开始于输入常数305、变量310以及一个或多个所选的优值函数315，作为光线追迹/优化引擎320的输入。常数305可包括(例如)但不限于用于远视敏度的物距、近视敏度的物距、透镜的期望中心厚度、透镜的期望边缘厚度以及透镜的光学件的期望后曲率(posterior curvature)。例如，变量310可包括(例如)但不限于用于描述非球面的常数以及用于16阶偶次多项式的常数。例如，可需要两个常数，来描述非球面，并且16阶偶次多项式可需要8个常数。优值函数315通常是复杂优值函数，用于允许在引擎320上运行的光线追迹/优化程序确定任何规定的光线追迹中的哪个结果比任何其他结果更好或更差。这些结果取决于规定的一个或多个优值函数。

引擎320的输出通常是描述优化的FFPM透镜的光学表面和几何形状的21个常数。13个常数描述FFPM透镜的非球形光学表面以及光学几何形状。8个常数用于限定16阶多项式。这些输出与规定期望的透镜的触觉的形状和透镜的几何性能的其他常数一起输入发生器325内。

发生器325使用在计算机上运行的合适的软件，以生成逐点的X和Z坐标，车床330使用这些坐标来从透镜毛坯中切割期望的形状和几何形状，以形成完成的优化FFPM透镜。

发生器325包括软件，该软件通常可用于将由引擎321确定的设计参数转化成CNC码，该码可以传输给用于制造FFPM透镜的车床。在一个实施方式中，发生器是专有的编程脚本，包括合适的命令，以控制处理器执行发生器的功能。还可提供一个或多个装置(例如，存储器、输入部、输出部、显示器和打印机以及通信端口)，其与在处理器上运行的编程脚本交互，以将输出的CNC码传送给车床。或者，可使用便携式存储器装置(例如，光盘、固态存储器装置等)将CNC码提供给车床。

编程脚本具有一方面基于属于透镜光学性能的光学信息并且另一方面基于与透镜的触觉相关的几何信息，计算描述眼内透镜的CNC码的能力。如上所述，编程脚本依赖于使用市售的光学设计Zemax软件程序计算的光学信息，这是因为发生器325本身不执行任何光学计算，也不修改由Zemax软件程序提供的光学设计输入。

描述眼内透镜的光学性能的光学参数从引擎320中输出并且提供给发生器325，作为使用文本文件的输入。发生器将这个光学信息转化成数字坐标(CNC码)，使这些坐标与和眼内透镜的触觉相关的几何信息合并，并且确保在几何上平稳的过渡连接这两个透镜区域。

要理解的是，上面描述的过程结合到软件内，在具有处理器、输入装置、输出装置、通信端口以及存储器的计算机上运行时，用于控制计算机执行所描述的过程。计算机可以是使用合适的软件编程的通用计算机，提供该软件，以执行特定任务。或者，计算机可专门地设计为仅仅执行所描述的任务。而且，所描述的程序可结合在定制的或者在某些情况下市售的软件内或者这两者的组合内。

虽然示出和描述了本发明的几个特定形式，但是显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种修改。

Claims

1.一种用于提高患者的视敏度的可植入式透镜，包括：

自由形式的渐进多焦点光学件，被优化为至少提供改进的远焦点和近焦点。

2.根据权利要求1所述的透镜，进一步包括用于将所述透镜的所述光学件固定在眼睛内的触觉件。

3.根据权利要求1所述的透镜，其中，所述光学件具有基础圆锥形形状，在所述基础圆锥形形状上叠加偶次16阶多项式。

4.根据权利要求1所述的透镜，其中，所述光学件具有均匀非球面形状。

5.根据权利要求4所述的透镜，其中，所述均匀非球面形状具有基础圆锥形形状，在所述基础圆锥形形状上叠加偶次16阶多项式。

6.一种用于优化自由形式的渐进多焦点光学件的几何形状的方法，包括：

将常数和参数输入至优化引擎中；

生成优化输出；

将所述优化输出输入至坐标发生器内；

根据来自所述坐标发生器的输出操作车床，以切割所述多焦点光学件。

7.根据权利要求7所述的方法，其中，所述常数包括针对远视力的物距、针对近视力的物距、透镜的期望中心厚度、所述透镜的期望边缘厚度、所述透镜的期望光学直径以及所述透镜的所述光学件的期望后曲率。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述变量包括用于描述非球形表面的两个或更多个常数。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述变量包括定义16阶多项式所需要的8个常数。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，优值函数是所述优化引擎的输入。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述优化输出是描述所述透镜的光学表面和几何形状的21个常数。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，13个常数描述非球形光学表面以及光学几何形状。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述常数中的8个描述16阶偶次多项式。

14.根据权利要求7所述的方法，其中，来自所述发生器的输出包括逐点的X坐标和Z坐标。