JP2019534071A - 拡張焦点深度を有する眼内レンズ - Google Patents

Abstract

屈折型ベースパワーを提供する前面（１０２）および後面（１０４）を有する光学部（１００）を含む眼内レンズであって、前面および後面の少なくとも１つが、その上に配置された、３つの構成回折プロファイル組み合わせることにより特定される高さを有するステップを含むプロファイル（１５０）を有する、眼内レンズ。回折プロファイルは、パワーｐ１、ｐ２およびｐ３に対応し、パワーは互いに異なり、各パワーは、約１Ｄまたは約１．２５Ｄ未満の正のパワーである。回折プロファイルの各々は、水溶液に関して５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの位相遅延を生じさせるステップ高さを有する。複合プロファイルは、関数：ｚ＝ｍａｘ（回折プロファイル（ｐ１）、回折プロファイル（ｐ２）、回折プロファイル（ｐ３））、ここで、ｐ３＞ｐ２＞ｐ１である、により定められる。

Description

関連出願

本出願は、ここに参照することによってその内容が全て援用される、２０１６年１１月１６日出願の「ＩＮＴＲＡＯＣＵＬＡＲ ＬＥＮＳ ＨＡＶＩＮＧ ＡＮ ＥＸＴＥＮＤＥＤ ＤＥＰＴＨ ＯＦ ＦＯＣＵＳ」と題された米国特許出願第１５／３５３，３８１号の一部継続出願である。

本出願は、眼内レンズ、およびより詳細には拡張された焦点深度を提供する眼内レンズに関する。

光学部、および、おそらく、光学部を眼内に配置するための１つ以上のハプティックを有する眼内レンズ（ＩＯＬ）が知られている。遠見視力、中間視力および／または近見視力を含むある範囲の視力を提供するＩＯＬの１つのタイプは、多焦点レンズである。従来の多焦点レンズは、通常、２つのクラスに収まる。

多焦点レンズの第１のクラスは、屈折型多焦点と称され、光学部が複数の屈折ゾーンに分割され、特定のゾーンからの光は屈折力のみを用いて焦点の１つにのみ方向付けられる。ゾーンは、光学的中心の周りに同心であるかまたは非軸対称でもよい。屈折型多焦点レンズは、２つ以上の焦点を形成し、遠見、中間および／または近見視力を提供する。

多焦点レンズの第２クラスは、回折型多焦点と称される。そのようなレンズは、隣接ゾーンを介して透過される光と位相が一致しない光を透過する（すなわち、隣接ゾーン間に位相遅延が存在する）ラジアルゾーンを有する回折要素を含む。屈折型多焦点レンズと同様に、回折型多焦点レンズは、２つ以上の焦点を形成し、遠見、中間および／または近見視力を提供する。回折型多焦点レンズにおいて、ゾーンを分割するラジアル境界は、特定の光学的パワーを達成するように選択される。

視界を拡張するための回折型多焦点および屈折型多焦点レンズ技術はいずれも、視力が明瞭である鮮明な焦点、および焦点間でより焦点が合わない領域を有するＩＯＬを生じてきた。視覚系のパフォーマンスを測定する性能指数のよく知られる例は、変調伝達関数（「ＭＴＦ」として一般に称される）として知られる。光学系のＭＴＦは、物体の像が生じる際に光学系が維持できる入力物体のコントラストの比の指標である。ＭＴＦは、空間周波数の関数（例えば、網膜におけるｍｍごとの本線（ｌｉｎｅｓ ｐａｉｒｓ））として測定できる。概して、所定の光学系についてのＭＴＦ値は、空間周波数の増加に伴って減少する。

所定の空間周波数について、ＩＯＬの各焦点（すなわち、短焦点、中間焦点または遠焦点）は、ＭＴＦ値におけるピークとしてスルーフォーカス（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｆｏｃｕｓ）ＭＴＦプロットにおいて明らかとなり、ピーク間はＭＴＦ値がより低い領域である。ＩＯＬの個々の装着者について、より低いＭＴＦ値の領域は、個人の眼の眼球収差および彼／彼女の瞳孔反応により個人に生じるＭＴＦピークの広がりおよび平坦化に依存して、視覚を可能とするのに十分大きくてもよい。

多焦点レンズは装着者の視界を有益に広げることが知られる一方で、これらの多焦点技術を用いるＩＯＬの装着者の大部分は、網膜上に同時に形成される複数のはっきりと焦点の合った像の存在によって、視覚混乱および光現象（ｐｈｏｔｉｃ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）（すなわち、偽水晶体眼により形成される像中の所望でないアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔｓ））を受けることが知られてきた。

多焦点レンズに代わるものとして、遠見視力並びに近見視力を得るために単焦点ＩＯＬ（すなわち、ＭＴＦ曲線中に複数ピークが存在しない）の焦点深度を拡張する技術が提案されてきた。拡張焦点深度（ＥＤＯＦ）を提供するためのＩＯＬ技術には、以下が含まれる：ａ）ＩＯＬに、中央屈折ａｄｄゾーンを提供する工程；ｂ）ＩＯＬに、高い絶対値の正または負の球面収差を提供する工程；およびｃ）基礎をなす屈折型ＩＯＬに、比較的低パワーのａｄｄ回折プロファイル（すなわち、１．５ジオプトリ以下の回折ａｄｄ）を提供する工程。そのような拡張焦点深度技術の各々によって、装着者の視覚の質に与えられる改良は限られている。

従来、低パワーの回折ａｄｄプロファイルは、隣接するゾーン間の位相遅延が設計波長（例えば、可視光について約５５０ｎｍ）の０．５波長であるように、選択されてきた。そのようなレンズの１つの例が、特許文献１に記載される。そのようなレンズは、高度の多焦点性を提供する傾向にあり、ゼロ次の回折プロファイルに対応する中心焦点と、＋１次および−１次の回折プロファイルにそれぞれ対応する短焦点および遠焦点との間で均一に光が分けられる。そのようなレンズ構成は、ＭＴＦ中に複数のピークを生じる傾向にある。しかしながら、ＭＴＦが平坦化されピークを解消するようにＩＯＬが設計される場合でも、そのような設計は、短焦点および遠焦点のそれぞれに中央焦点の周りに対照的に光を導く傾向にあり、したがって、遠見視力におけるピークのない、光エネルギーの非効率的な使用が生じ、レンズパフォーマンスが妥協されうる。

他の回折設計技術によれば、隣接するゾーン間の位相遅延は、波長の０．４〜０．５の間の数値に減少した。そのような設計は、多焦点レンズの装着者は遠見視力のためのピーク視力パフォーマンスを好む傾向にあるので、遠焦点に送られる光に対して短焦点に送られる光の比を低減することによりレンズの二焦点性を低減する傾向にある。そのようなレンズは、ＭＴＦ中の複数ピークの存在に関して、より二焦点性のレンズと同様の欠点を受ける。

米国特許第８，７４７，４６６号明細書

したがって、生じるレンズのＭＴＦ曲線中に複数のピークのない眼科用レンズの焦点深度を拡張し、光エネルギーをより有効に利用するための代替的な技術が依然として必要とされる。

本発明の態様に従って、ＥＤＯＦレンズにおける光現象の可能性を防止または低減するために、遠見視力のためのベストフォーカスおよび中間距離に向かって拡張する焦点深度を有する単焦点ＩＯＬを用いることが好ましいことが特定された。そのような「拡張された焦点深度を有する単焦点ＩＯＬ」のスルーフォーカスＭＴＦ曲線は、遠見視力に対応する（絶対最大値にも対応する）単一ピーク（すなわち、単一の極大）が存在し、最大単一ピークからの正のａｄｄパワー（すなわち、ベストフォーカスの近視側）について、ＭＴＦ中で単一ピークと最初のゼロ（以下に定義される）との間に追加のピークが存在しないように、設計される。しかし、ピークから近視方向に拡張するＭＴＦの視覚的に有効なレベルが低下する。そのような実施形態において、ＭＴＦにおける最初のゼロに達するまでＭＴＦは増加しない。いくつかの実施形態において、光現象を低減する目的のために、ＭＴＦにおいて最初のゼロに達するまでＭＴＦが単調に減少することが有用である。

そのようなパフォーマンスを達成するために、本発明の実施形態は、その上に配置された回折プロファイルを有する屈折型レンズを含む。回折プロファイルは、それぞれ１Ｄ未満のパワーを有する少なくとも３つ（すなわち３つ以上）の回折プロファイルの組合せからなる。回折プロファイルは、異なる光学的パワーを有する。３つのプロファイルは、レンズ上の各ラジアル位置において３つのプロファイルの最大値を取ることにより組み合わされる。焦点深度に沿ったエネルギーの拡散を促進するために、回折プロファイルのステップ高さは、５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの水溶液（所定のステップ高さと同じ深度の）に関して、位相遅延を有するように選択され、これは、プロファイルを組み合わせる「マックス（ｍａｘ）」技術と共に焦点深度に沿って光を拡散する傾向にある。

本発明のある態様は、屈折型ベースパワーを提供する前面および後面を有する光学部を含む眼内レンズに関する。前面および後面の少なくとも１つは、その上に、３つの構成（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）回折プロファイルを組み合わせることにより特定される高さを有するステップを含む複合プロファイルが配置される。構成回折プロファイルは、互いに異なり、それぞれ約１Ｄ未満の正のパワーである、パワーｐ１、ｐ２およびｐ３に対応する。構成回折プロファイルのそれぞれは、５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの水溶液に関して、位相遅延を生じさせるステップ高さを有する。複合プロファイルは、関数ｚ＝ｍａｘ（回折プロファイル（ｐ１）、回折プロファイル（ｐ２）、回折プロファイル（ｐ３）、ここで、ｐ３＞ｐ２＞ｐ１）により定められる。

いくつかの実施形態において、複合プロファイルは、完全にレンズの前面上に配置される。複合プロファイルは、レンズの前面および後面の両方の上に区分的に配置されてもよい。複合プロファイルは、回転対称でもよい。

いくつかの実施形態において、３つの構成プロファイルにより形成されるレンズのゾーンが、形状においてキノフォームである。

いくつかの実施形態において、構成回折プロファイルのそれぞれは、５４６ｎｍ光について０．８〜１．０×２πの水溶液に関して、位相遅延を生じさせるステップ高さを有する。

中央ゾーンは、構成回折プロファイルと独立した形状を有する屈折表面を有してもよい。いくつかの実施形態において、ｐ２に対するｐ１の比は約０．６であり、ｐ３に対するｐ１の比は約０．４である。いくつかの実施形態において、ｐ２に対するｐ１の比は約０．６７であり、ｐ３に対するｐ１の比は約０．３１である。いくつかの実施形態において、焦点深度は、０．８５ジオプトリ超である。

本発明の別の態様は、屈折型ベースパワーを提供する前面および後面を有する光学部を含む眼内レンズに関する。前面および後面の少なくとも１つは、その上に、３つの構成回折プロファイルを組み合わせることにより特定される高さを有するステップを含む複合プロファイルが配置される。構成回折プロファイルは、互いに異なり、それぞれ約１Ｄ未満の正のパワーである、パワーｐ１、ｐ２およびｐ３に対応する。構成回折プロファイルのそれぞれは、５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの水溶液に関して、位相遅延を生じさせるステップ高さを有する。複合プロファイルは、関数ｚ＝ｍａｘ（回折プロファイル（ｐ１）、回折プロファイル（ｐ２）、回折プロファイル（ｐ３）、ここで、ｐ３＞ｐ２＞ｐ１）により定められる。この態様に従った実施形態は、上述の実施形態を有してもよい。

本発明の別の態様は、それぞれのレンズが上述の態様または実施形態に従って構成される、少なくとも３つのレンズを含む、一群の眼内レンズに関する。一群のレンズのそれそれは、互いに異なる屈折型ベースジオプトリ度数を有する。屈折型ベースパワーの範囲は、一群のレンズに亘って少なくとも１０ジオプトリであり、少なくとも３つのレンズのそれぞれの複合プロファイルは、一群の他のレンズのそれぞれと同じである。

「焦点深度」なる用語は、ＩＳＯ １１９７９−２ ２０１４の模型眼１中の３ｍｍ開口を通過したｍｍごとの５０本線（ｌｉｎｅｓ ｐａｉｒｓ）におけるＭＴＦが０．２ＭＴＦ単位超である範囲に亘って、近視方向に向かってスルーフォーカスＭＴＦ絶対最大ピークから測定される、ＩＯＬの焦点範囲であると定義される。焦点の１つにおいて５０ｌｐ／ｍｍで測定されて０．２よりわずかに低いＭＴＦ単位を有する多焦点ＩＯＬを用いた臨床試験によって、患者の５０％が２０／２８〜２０／２０の視力を有し、患者の４０％が２０／２０またはそれより良好な視力を有し、合わせて９０％が２０／２８またはそれより良好な視力を有したことが示された。この発見によって、患者の大部分は、５０ｌｐ／ｍｍにおいて０．２ＭＴＦ単位で２０／２８またはより良好な視力を有するであろうことが結論付けられる。この臨床データに基づいて、ＩＯＬの焦点深度の基準は、５０ｌｐ／ｍｍＭＴＦ値が０．２ＭＴＦ単位より大きいＩＯＬ焦点周辺の範囲であると定義されうる。上述の計算および本明細書における他の計算のために、３ミリメートルの瞳孔直径が仮定される。

いくつかの例において、光学系（例えば視覚系）を完全に特徴付けるために、ＭＴＦを２つの直交軸に沿って測定する必要がありうることが理解されるべきである。本明細書に記載される実施例において、回転対称が想定される。しかしながら、非対称レンズが、本発明の態様に従った設計原理を組み込んでもよく、本発明の態様の範囲内であることが理解されるべきである。

本発明の別の態様は、屈折型ベースパワーを提供するための前面および後面を有する光学部を含み、前面および後面の少なくとも１つがその上に配置された屈折型ステップを含むプロファイルを有する、単焦点眼内レンズに関する。レンズが物理的模型眼の中に配置される場合、５０ｌｐ／ｍｍの空間周波数について、模型眼のスルーフォーカス変調伝達関数（ＭＴＦ）は、ゼロのスロープにより特徴付けられるピークを有し、ＭＴＦは、それを超えると０．２ＭＴＦ単位超の数値をＭＴＦが有するピークから近視方向に拡張する範囲を有し、この範囲は１．０Ｄを超え、ピークはＭＴＦ中の最初のゼロの前でＭＴＦ中唯一のピークである。

眼内レンズに関して本明細書で用いられる場合、「前」なる用語は、レンズが埋め込まれる眼の角膜の方向を向く傾向があるレンズ上の特徴を称し、「後」なる用語は、眼の網膜上を向く傾向があるレンズ上の特徴を称する。

本明細書におけるナノメートル（ｎｍ）で特定される光の波長は、光が真空で伝搬する際の波長を称する。例えば、５４６ｎｍの光は、真空で伝搬する際に５４６ｎｍの波長を有する光を称するが、この光の波長は、レンズ中または眼の液体中で伝搬される際はレンズおよび液体の屈折率によって５４６ｎｍから逸脱するであろう。

本明細書で用いられる場合、「単焦点」なる用語は、正のａｄｄパワーについてＭＴＦ中で最初のゼロに達する前に、ＭＴＦ中で単一のピーク（すなわち、単一の極大；かつ、単一のピークは絶対最大値である）を有するレンズを称する。

「最初のゼロ」なる用語は、本明細書において、近視側で、スルーフォーカスＭＴＦプロット中で絶対最大値（すなわち、ベストフォーカス）後の最初の極小を意味するよう定義され、この極小は０．１ＭＴＦ単位未満の数値を有する。

本明細書に記載されるようなレンズの、並びに、他のレンズのパフォーマンスおよび特許請求の範囲を特定するためのパフォーマンス測定（例えば、焦点深度を含むスルーフォーカスＭＴＦ形状）は、ＩＳＯ １１９７９−２ ２０１４模型眼１中にレンズを配置することによって行われる／行われるべきである。

本発明の実施の性質および態様が、添付の図面と併せて、本発明の以下の詳細な説明により完全に説明されるであろう。

議論を容易にするために回折プロファイルが拡大された、本発明の態様に従った複合回折プロファイルを含む眼内レンズの光学部材の実施例の概略断面図 回折プロファイルが屈折表面から分離されている、ラジアル距離の関数としての図１の光学部材の軸方向に対称な回折プロファイルの断面図 図２の複合回折プロファイルを生じるよう組み合わされる構成回折プロファイルの断面図 それぞれ図１におけるＩＯＬおよび複合回折プロファイルを有しない屈折単焦点ＩＯＬについてのスルーフォーカスＭＴＦプロット（網膜において５０ｌｐ／ｍｍについて）、および、単焦点の性質並びに本発明の態様に従ったレンズの拡張されたエネルギーの広がりを示す図 所定の位相遅延ηまたは各構成プロファイルについて１つのような複数の異なる位相遅延を有するように各レンズが選択される、本発明の態様に従ったレンズの実施例のスルーフォーカスＭＴＦプロット（網膜において５０ｌｐ／ｍｍについて）を示す図 天然レンズが除去され本発明の態様に従った眼内レンズが眼の水晶体嚢に手術により埋め込まれた後の人間の眼の概略図

本発明者は、「ｍａｘ関数」を用いて異なるａｄｄパワーに対応する複数の低パワー回折プロファイルを組み合わせることにより、眼内レンズに使用するための回折プロファイルを形成することの予想できない結果を発見した。そのようなレンズの実施形態によって、単一のピークを有する焦点深度およびレンズの光軸に沿った光エネルギーの有意な拡散がレンズに提供され、光現象の可能性がないまたは低減された、視覚的に有用な拡張された焦点深度が提供される。

図１は、本発明の態様に従った複合回折プロファイル１５０を含む眼内レンズ（図６に示される）の光学部材１００の実施例の概略断面図である。光学部材１００は、回折パワー（一般にレンズの「ベースパワー」と称される）を提供する、前面１０２および後面１０４を有する。眼内レンズの屈折面１０２、１０４は、球面または非球面のいずれかでよく、図１に示されるように両凸でよく、あるいは、平凸、メニスカスまたは任意の他の適切な形状でもよい。水平軸に沿った数値ゼロは、レンズの光軸ＯＡに対応する。複合回折プロファイル１５０を、任意の適切な正または負のジオプトリ値またはゼロのジオプトリ値を有するベース回折レンズに適用してもよい。

図示される実施形態において、前面１０２は、その上に配置された３つの回折プロファイルを組み合わせることにより生じる高さｈ_１、ｈ_２・・・ｈ_ｎを有するステップを含むプロファイルを有する。複合回折プロファイルを形成するさらなる詳細が、以下に提供される。

３つの回折プロファイルの各々は、それぞれパワーｐ１、ｐ２およびｐ３に対応する。これらのパワーは、互いに異なる大きさを有する。いくつかの実施形態において、各パワーは、約１Ｄ未満の正のパワーを有する。いくつかの実施形態において、各パワーは、約１．２５Ｄ未満の正のパワーを有する。回折プロファイルの各々は、５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの水溶液に関して、位相遅延を生じさせるステップ高さを有する。複合プロファイルは、以下の関数により定められる：
ｚ＝ｍａｘ（回折プロファイル（ｐ１）、回折プロファイル（ｐ２）、回折プロファイル（ｐ３）、ここで、ｐ３＞ｐ２＞ｐ１）。

図示される実施形態において、複合回折プロファイルはレンズの前面上に配置されるが、複合回折プロファイルは、前面または後面のいずれかの上に完全に配置されてもよい（図１に示されるように）。あるいは、複合プロファイルは、光学部材の両方の屈折側に区分的に配置されてもよい。例えば、複合プロファイルは、光軸に平行な線を用いて複数の部分に分割されてもよい。プロファイルの各部分は、レンズの前面または後面上に位置してもよく、この間所定の平行線の間の対応するラジアル位置は維持される。

図１における回折ステップ高さは、観察の容易のために、光学部材１００の残り部分に比して著しく拡大されることが理解されるであろう。さらに、ステップの鮮明さは説明のために強調されている。ステップのコーナーのいくつかの丸みは、製造工程によって生じうる。この平滑化は、例えば、レンズまたはレンズ−型機械加工またはその後のレンズ研磨工程によってもよい。そのような平滑化は、レンズの焦点深度または単焦点性を許容できないほど損なう程度に過剰でない限り、レンズパフォーマンスを低下させることは考えられない。

本明細書に記載されるような光学部材を含むＩＯＬおよび眼内におけるそのようなＩＯＬの位置決めのさらなる詳細が、以下に図６を参照して与えられる。

図２は、図１の光学部材の複合回折プロファイル１５０をより詳細に示す。プロファイルは、ラジアル位置の関数としてのプロファイル高さとして示され、回折プロファイルは、反射表面１０２とは分離される（すなわち、垂直軸上のゼロはベース屈折型レンズの後面に対応する）。図２の回折プロファイルは、光軸ＯＡの周りに回転対称であることが理解されるであろう。プロファイルは８つのゾーンを有するが、任意の数のゾーンを用いてもよい。

図３は、図２の複合回折プロファイルを生じるために組み合わされる、パワーｐ_１、ｐ_２およびｐ_３にそれぞれ対応する個々の構成回折プロファイルを示す。図２の複合回折プロファイルは、３つの個々のキノフォーム−タイプのプロファイルを組み合わせることにより生じる。ｐ_１、ｐ_２およびｐ_３に対応する３つの個々の回折プロファイルは、それぞれ式１（ａ）、１（ｂ）および１（ｃ）において定義される。

ここで、ｒは光軸からの距離であり、
λは真空における光の設計波長である。本明細書に記載される実施例において、波長は５４６ｎｍとなるように選択され、人間の眼内の光受容体は極めて敏感であり、
ｎ_１およびｎ_ｍは、５４６ｎｍの設計波長において、それぞれレンズ材料および周囲の媒体の反射率である。本明細書に記載される実施例において、レンズの屈折率の値および房水の屈折率の値は、それぞれｎ_１について１．５４０４であり、ｎ_ｍについて１．３３６である。図３の実施例において、レンズ材料は、疎水性のアクリルである。親水性のアクリル、ポリメチル−メタクリレート（ＰＭＭＡ）またはシリコーンのような他の材料を用いて、ゾーン高さが適切な位相遅延を達成するように選択される、本発明の態様に従った設計を達成してもよい。
ηは、周囲媒体（例えば水溶液）中で同じ厚さを通過する同じ光に比して、レンズ材料を通過する光によって生じる２π位相遅延の部分を示す定数である。ηについて０．８の数値を用いて、図３の回折プロファイルを導く。いくつかの実施形態（例えば図３の実施例）において、ηは複合プロファイルを構成する全てのプロファイルについて同じであり、複合プロファイルの構成プロファイルについてのηの数値は、複合プロファイルの他の構成プロファイルの１つまたは全てと異なってもよい。
Ｆ_１、Ｆ_２およびＦ_３は、プロファイルｈ_１（ｒ）；ｈ_２（ｒ）およびｈ_３（ｒ）をそれぞれ生じるように選択されるパワーｐ_１、ｐ_２およびｐ_３に対応する焦点距離である。Ｆ_１、Ｆ_２およびＦ_３は、それぞれパワーｐ_１、ｐ_２およびｐ_３の逆数によって与えられる。図３のプロファイルについて、ｐ_１、ｐ_２およびｐ_３の値は、０．３５Ｄ、０．５５Ｄおよび０．９Ｄである。
ｍ_１、ｍ_２およびｍ_３はそれぞれ、整数値０、１、２・・・を取り、回折ゾーン番号を示し、０は中央のゼロを示す。

本明細書に記載される実施形態は、キノフォームプロファイルを用いるが、他のプロファイルを用いてもよいことが理解されるであろう。例えば、キノフォーム形状への直線的近似のような直線的プロファイル、または他の適切な近似または形状を用いてもよい。また、実施例は複合プロファイルにおいて３つの構成プロファイルを含むが、３つ以上の構成プロファイルを用いて複合プロファイルを形成してもよい。４つ以上の構成プロファイルを有する実施形態において、４つ目および任意の追加の構成プロファイルは、全ての他のプロファイルと異なるパワーを有し、約１ジオプトリ未満（又は約１．２５ジオプトリ未満）のパワーを有し、上述のようにｍａｘ関数を用いる他のプロファイルと組み合わされる。

図３に示されるプロファイルのゾーンのゾーン境界は式２により与えられる：

ここで、
ｍはゾーン番号を示し、
Ｆは焦点距離であり、（上述のように）
ｒ_ｍはゾーン番号ｍについてのラジアルゾーン境界であり；
λは真空における光の波長である。

構成回折プロファイルは、式３に示されるｍａｘｉｍｕｍ関数を用いて組み合わされ、図２に示される複合回折プロファイルを形成する。

複合プロファイルを構成するｚ（ｒ）の値が、各ラジアル位置ｒにおいて、ｈ_１（ｒ）；ｈ_２（ｒ）およびｈ_３（ｒ）の最大値（すなわち、最大厚さ）として取られる。図３に示されるように、厚さは、負の方向においてゼロからの偏差として測定される。しかしながら、厚さの任意の従来の表示を用いてもよい。

図３における構成プロファイルの深さは、２．１３６マイクロメートルであり、これは、約０．８波長の伝送に基づいて与えられる位相、または約２８８度の位相に換算される。キノフォーム形状に関連する放物線のプロファイルは、全てのゾーンに亘って拡張し、各ゾーンの端部においてステップの不連続性が生じる。

図２において生じる複合プロファイルは、ベース屈折表面上に重ねられ、図１に示される光学部材を形成する。多重形状は、各ラジアル位置において複合回折プロファイルの高さを有する屈折レンズの矢状高さを加えることにより形成される。例示的実施形態において、ベース屈折レンズは、２０ジオプトリであり、両凸レンズは非球面性を有し、球面収差を実質的に取り除く。レンズの規格は以下のようである：１）−１．５８×１０^−４の非球面４次係数を有する２０．０ｍｍの前面半径、２）２０．８０７ｍｍの後ＩＯＬ面半径、および３）０．５５３ｍｍの光学部中央厚さ。

本発明者は、それぞれ約０．６〜０．４のｐ_２に対するｐ_１およびｐ_３に対するｐ_１の比によって、ＭＴＦ曲線中でピークと最初のゼロとの間に追加の極大のない最大値からＭＴＦがスムーズに落ちる焦点深度が生じることに注目した。図示される実施形態において、パワーは、０．３５Ｄ、０．５５Ｄおよび０．９Ｄであるが、ｐ_２に対するｐ_１の比が約０．６でありｐ_３に対するｐ_１の比が０．４でありパワーが１ジオプトリ未満である他のパワーを選択してもよい。それぞれ約０．６７および０．３１であるｐ_２に対するｐ_１およびｐ_３に対するｐ_１の他の比もまた、ＭＴＦ曲線中でピークと最初のゼロとの間に追加の極大のない最大値からＭＴＦがスムーズに落ちる焦点深度を生じることが発見された。例えば、ｐ_１＝０．３９Ｄ、ｐ_２＝０．５８Ｄおよびｐ_３＝１．２５Ｄを用いてもよい。

図示される実施形態において、ゾーンはブレーズされ（ｂｌａｚｅｄ）、レンズの角膜／前面側に供給される大量のエネルギーを有する非対称のＭＴＦ曲線を生じることが理解されるべきである。いくつかの実施形態においてブレージングは有利でありうるが、必ずしも必要ではない。

５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの位相遅延（水溶液に関して）を生じるステップ高さを有するプロファイルを伴う実施形態は、単一の最大値を有しＭＴＦ中で最初のゼロの前に追加の極大を有しない解決策を生じるが、プロファイルのいくつかの組合せについて、生じたレンズの計算または実験によるテストが、実質的な焦点深度を有する単焦点レンズが生成されることを確認するために所望であるかもしれない。５４６ｎｍ光について０．８〜１．０×２πの水溶液に関して位相遅延を生じさせるステップ高さを有するプロファイルのあるレンズ実施形態は、より一貫して拡張された焦点深度を有する単焦点レンズを提供する。本発明の態様に従ったレンズは、上述のように０．５以下の位相遅延を有する従来のレンズと比較して、波長の０．６超の隣接数値間の位相遅延を有することが理解されるべきである。０．６超の位相遅延は概して短焦点により多くの光を提供すると考えられ、これは従来の設計では避けられてきたが、本発明者は、上述のようにｍａｘ関数を用いて組み合わされた複数の回折プロファイルから生じる回折プロファイルと組み合わされて使用される場合に特に、そのような設計によって焦点深度が増大されることを発見した。

さらに、隣接ゾーン間の位相遅延の上記の範囲は、従来高度の単焦点性と関連付けられた１．０の位相遅延を含む。また、本発明者は、ｍａｘ関数を用いることによって、ｍａｘ関数を用いて組み合わされた３つのプロファイルによって、焦点深度を増大する態様で配光が可能となることを発見した。

図４は、図２におけるＥＤＯＦ ＩＯＬのスルーフォーカスＭＴＦプロットおよび比較のための屈折単焦点ＩＯＬを示す。比較のために用いられる屈折単焦点ＩＯＬは、ＥＤＯＦレンズのベース屈折レンズと同じ規定を有し、複合回折プロファイルを排除する（上記のベース屈折レンズ規定を参照）。

図４は、本発明の態様に従ったレンズの単焦点性質、並びに、本発明の態様に従ったレンズにより生じる光軸の近視側に沿ったエネルギーの広がりを示す。全てが異なる計算技術を用いて同等の結果を生じる、ＮＹ州ピッツフォードのＳｉｎｃｌａｉｒ ＯｐｔｉｃｓからのＯｓｌｏ（登録商標）またはＷＡ州カークランドのＺｅｍａｘ， ＬＬＣからのＺｅｍａｘのような光線トレーシングプラグラムにより、または、別の既存のシミュレーションツールにより、あるいは、自作コードにより、ＭＴＦを直接的な数値態様で計算してもよい。

図４は、ｍｍごとに５０本線においてかつ３ｍｍの瞳孔開口を用いた、スルーフォーカスＭＴＦのプロットである。プロットは、光軸上の焦点領域の周りの光エネルギーの広がりを測定する。焦点深度を測定するために、図４に示されるように、物理的サンプルとしてまたは計算モデルとして内部に眼内レンズが配置される模型眼の使用が必要とされることが理解されるべきである。

図４および図５におけるスルーフォーカスＭＴＦ曲線は、眼内レンズについてのＩＳＯ １１９７９−２ ２０１４規格において模型眼１として定められる模型眼における、上記で特定される眼内レンズの計算モデルを用いて生じる。レンズおよび模型眼の収差は焦点深度に何らかの拡張を生じうるので、説明の目的のために、モデルおよびベース屈折型レンズは、例えば球面収差の存在によって、図２における本発明の回折プロファイルにより提供される焦点深度の拡張が不明瞭とならないように選択される。したがって、ＩＳＯ模型眼１は、内部に存在する角膜において最低限の量の球面収差を提供するので、本明細書に記載される実施例において使用され、ベース屈折型レンズは、模型眼１中にわずかに存在する球面収差を無効にする異符号の一定量の球面収差を有するように選択された。上記の説明のために用いられるベース屈折型レンズは、モデル１の球面収差を無効にするよう選択された低量の収差を含むが、そのような構成は単に説明の目的で選択された。本発明の態様に従ったレンズは、レンズの他の態様を妨げない任意の適切な量の球面収差を有してもよい。そのような球面収差は、本発明の態様に従った特徴と組み合わされて使用される場合に、従来の態様で焦点深度を増大しうることが理解されるであろう。図４および図５のためのシミュレーションについての模型眼に使用される、開口径について３ｍｍの選択は、明所条件下で人間の眼における標準的な瞳孔サイズを表す。

図４に見られるように、焦点深度拡張型レンズのＭＴＦは、正の（すなわち近視性の）デフォーカスパワー側において０．２ＭＴＦ単位最低レベルを用いてゼロデフォーカス（すなわちベストフォーカスに対応する絶対最大値）においてＭＴＦ焦点ピークから１．１６Ｄの焦点深度を示す。図４における回折ＥＤＯＦ構造を有しない屈折非球面単焦点のＭＴＦについては、近視側の０．２レベルにおける焦点深度は０．５３Ｄである。無限遠点における対象がベストフォーカスにおける（すなわちピークＭＴＦにおける）ものだとすれば、負または遠視性デフォーカスパワー側の焦点深度は、人間の視力では用いることができないので失われたと考えられる。

図４における拡張された焦点深度の単焦点のＭＴＦの別の特徴は、ゼロデフォーカスにおける焦点ピークと１．１６Ｄデフォーカスとの間に０．２ＭＴＦレベル以下のＭＴＦディップ（ｄｉｐｓ）がなく、したがって、レンズフォーカスと焦点深度限界との間で有用な視力を支持することである。図４においてＥＤＯＦレンズのＭＴＦは、複合回折プロファイルを有しない屈折非球面単焦点のＭＴＦの絶対最大ピークより低い、０．５３ＭＴＦ単位のＭＴＦレベルにおける絶対最大ピークを有することに留意すべきである；しかしながら、ピークにおいて、ＥＤＯＦレンズのＭＴＦは、装着者に妥協のない視力を提供するのに十分大きい数値を有する。図４におけるＭＴＦ焦点深度拡張型単焦点の単焦点性質は、ＭＴＦ中の最初のゼロの前のシングルピーク（すなわち、ベストフォーカスに対応する絶対最大値）に亘って図示され、多焦点眼内レンズのユーザにより経験される視覚障害および混乱を最小限にすると期待される。

図５は、本発明の態様に従ったレンズの実施例のスルーフォーカスＭＴＦプロットを示し、各レンズの構成回折プロファイルは、１つ以上の対応する位相遅延η（５４６ｎｍ波長の画分として特定される）を有するように選択される。ある実施形態において、プロファイルｐ_１＝０．３５Ｄ、ｐ_２＝０．５５Ｄおよびｐ_３＝０．９Ｄのそれぞれについて、位相遅延η＝０．６である。別の実施形態において、プロファイルｐ_１＝０．３５Ｄ、ｐ_２＝０．５５Ｄおよびｐ_３＝０．９Ｄのそれぞれについて、位相遅延η＝０．７である。さらに別の実施形態において、プロファイルｐ_１＝０．３５Ｄ、ｐ_２＝０．５５Ｄおよびｐ_３＝０．９Ｄのそれぞれについて、位相遅延η＝０．８である。さらに別の実施形態において、プロファイルｐ_１＝０．３５Ｄについて位相遅延η＝１．０であり、プロファイルｐ_２＝０．５５Ｄについて位相遅延η＝１．１であり、プロファイルｐ_３＝０．９Ｄについて位相遅延η＝１．０である。さらに別の実施形態において、プロファイルｐ_１＝０．３５Ｄについて位相遅延η＝１．１であり、プロファイルｐ_２＝０．５５Ｄについて位相遅延η＝１．２２であり、プロファイルｐ_３＝０．９Ｄについて位相遅延η＝１．１である。別の実施形態において、５４６ｎｍの光について、プロファイルｐ_１＝０．３９Ｄが位相遅延η＝０．６を有し、プロファイルｐ_２＝０．５８Ｄが位相遅延η＝０．８８を有し、プロファイルｐ_３＝１．２５Ｄが位相遅延η＝０．７５を有するようにプロファイルが構成される。

スルーフォーカスＭＴＦ曲線の形状はηの値に敏感であることが図５から理解されるべきである。示される実施例において、０．６のηについてより短い焦点深度であり、ηが１．２の値に近づくと焦点深度が増加した広いＭＴＦプロファイルとなることもまた理解されるべきである。しかしながら、示されるレンズ実施形態のそれぞれは、拡張された焦点深度を示す。さらに、図５における３つの曲線は、所定の複合プロファイルの構成回折プロファイルが互いに異なる値のηを有しうることをＭＴＦ曲線が示すレンズに対応する。いくつかの実施形態において、焦点深度は、模型眼１における場合０．８５ジオプトリより大きい。他の実施形態においては、１．０ジオプトリより大きい。さらなる他の実施形態においては、１．２５ジオプトリより大きい。焦点深度は、球面収差のないレンズにおいてまたは球面収差のあるレンズにおいて、達成されうる。

本発明者は、いくつかの実施形態において、構成回折プロファイルにより定められるゼロ次ゾーン（レンズの光軸の周りに配置される）が、構成回折プロファイルとは関係なく特定される表面を有する屈折領域に変えられることが所望であることをさらに特定した。そのような設計によって、あるレベルのＭＴＦを達成するために焦点深度の適切な部分に光が向けられるようにゼロ次ゾーンの曲率を選択することが可能となる。ゼロ次ゾーンの影響は、残りのプロファイルと比較すると比較的低いが、そのような設計によって、レンズを設計する際にさらなる自由度が可能となる。例えば、中央ゾーンの屈折力は、ベース屈折レンズのパワーの＋／−０．２Ｄ内になるように選択されうる。

図６は、本発明の態様に従った眼内レンズ１が手術により注入された後の、人間の眼１０を示す。光は、図６の左側から入り、角膜１４、前房１５、虹彩１６を通過し、水晶体嚢１７に入る。水晶体嚢１７は、残存容積を占め眼１０内の圧力を均一にする水溶液に加えて眼内レンズ１を収容する。眼内レンズ１を通過した後、光は水晶体嚢１７の後壁１８を出て、後眼房１１を通過し、網膜１２に当たる。網膜は光を検出し、視神経８を介して脳に伝達される信号に変換する。

眼内レンズ１は、周りを囲む水溶液より大きい屈折率を有する光学部１ａを有し、通常、眼内レンズの屈折力は約５ジオプトリ〜約３０ジオプトリの範囲内であり、通常は交換される天然レンズの損失を補う。

光学部１ａは、網膜１２の反対側を向く前面２および網膜１２を向く後面３を有する。図示されるように、光学部１ａは、光学部１ａを水晶体嚢１９に接続する１つ以上のハプティック１９により所定の位置に保持される。１つ以上のハプティックは、任意の既知のまたはこれから開発される構成（例えば、プレート、ワイヤ、Ｃ−ループ、Ｊ−ループ）でもよく、調節タイプでも非調節タイプでもよい。いくつかの実施形態において、ＩＯＬはハプティックを有しない。

眼内レンズの光学部１ａは、後壁１８に隣接して、かつさらにそれに押し付けられて、配置されてもよく、例えば、光学部１ａ上の細胞増殖を低減する。あるいは、光学部１ａは、後壁１８から間隔を空けて離れた位置で水晶体嚢１７内に配置されてもよく、光軸に沿った眼内レンズ１の光学部１ａの調節の動きを可能とする（すなわち、レンズは調節ＩＯＬである）；しかしながら、本発明の態様に従ったレンズの拡張された焦点深度の特徴の利点は、調節の動きから生じうる複雑さなしに拡張視力を容易にすることであることが理解されるであろう。

良好に矯正された眼は、網膜１２において遠くの物体（すなわち、光学的無限における物体）の像を形成する。レンズのパワーが大きすぎるまたは小さすぎると、像は、レンズ１に向かうまたはレンズ１から離れる対応距離だけ、網膜１２から離れて光軸に沿って軸方向にシフトする。網膜上に近接したまたは近い物体の焦点を合わせるために必要なパワーは、網膜上に遠いまたは離れた物体の焦点を合わせるのに必要なパワーよりも大きいことに留意すべきである。

いくつかの例において、上述のような回折プロファイルを有するレンズが、眼内レンズ群の各レンズ上に提供される。この群のレンズは、互いに異なるベースパワー（すなわち、屈折力）を有する。レンズ群は、少なくとも１０ジオプトリ度数の範囲を有し、少なくとも３つのレンズを含む。いくつかの実施形態において、レンズ群のレンズは、各レンズ上に同じ複合回折プロファイルを有する（すなわち、レンズは異なる屈折力を有し、同じ複合回折プロファイルがその上に配置されて増大された被写界深度を提供する）。例えば、レンズ群の屈折力は、１０Ｄ〜３０Ｄの範囲でもよく、レンズは０．５Ｄのインクレメント（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｓ）を有する。

上述の特徴および機能、またはそれらの代替物のいくつかは、多くの他の異なるシステムまたは用途に所望に組み込まれてもよいことが理解されるであろう。さまざまの現在予見できないまたは予期できない代替物、変形、バリエーション、または改良が、当業者によって後に行われ、これらもまた以下の特許請求の範囲により包含されることが意図される。

１ 眼内レンズ
１Ａ 光学部
１０ 眼
１４ 角膜
１５ 前房
１６ 虹彩
１７ 水晶体嚢
１００ 光学部材
１０２ 前面
１０４ 後面
１５０ 複合回折プロファイル

Claims (24)

1. 屈折型ベースパワーを提供する前面および後面を有する光学部であって、前記前面および後面の少なくとも１つが、３つの構成回折プロファイルを組み合わせることにより特定される高さを有するステップを含む複合プロファイルをその上に配置され、前記回折プロファイルはパワーｐ１、ｐ２およびｐ３に対応し、該パワーは互いに異なり各パワーが約１Ｄ未満の正のパワーであり、前記回折プロファイルの各々が、水溶液に関して５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの位相遅延を生じさせるステップ高さを有し、前記複合プロファイルは、以下の関数：
   ｚ＝ｍａｘ（回折プロファイル（ｐ１）、回折プロファイル（ｐ２）、回折プロファイル（ｐ３））、ここで、ｐ３＞ｐ２＞ｐ１である、
   により定められる、
   光学部を含む単焦点眼内レンズ。
2. 前記複合プロファイルが、前記レンズの前記前面上に完全に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
3. 前記複合プロファイルが、前記レンズの前記前面および後面の両方の上に区分的に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
4. 前記複合プロファイルが、回転対称であることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
5. 前記３つの構成プロファイルにより形成されるレンズのゾーンが、形状においてキノフォームであることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
6. 前記回折プロファイルの各々が、水溶液に関して、５４６ｎｍ光について０．８〜１．０×２πの位相遅延を生じさせるステップ高さを有することを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
7. 中央ゾーンが、構成回折プロファイルと独立した形状を有する回折表面を有することを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
8. ｐ_２に対するｐ_１の比が約０．６であり、ｐ_３に対するｐ_１の比が約０．４であることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
9. ｐ_２に対するｐ_１の比が約０．６７であり、ｐ_３に対するｐ_１の比が約０．３１であることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
10. 前記焦点深度が０．８５ジオプトリ超であることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ。
11. 前記焦点深度が０．８５ジオプトリ超であることを特徴とする、請求項８に記載のレンズ。
12. 屈折型ベースパワーを提供する前面および後面を有する光学部であって、前記前面および後面の少なくとも１つが、３つの構成回折プロファイルを組み合わせることにより特定される高さを有するステップを含む複合プロファイルをその上に配置され、前記回折プロファイルはパワーｐ１、ｐ２およびｐ３に対応し、該パワーは互いに異なり各パワーが約１．２５Ｄ未満の正のパワーであり、前記回折プロファイルの各々が、水溶液に関して５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの位相遅延を生じさせるステップ高さを有し、前記複合プロファイルは、以下の関数：
    ｚ＝ｍａｘ（回折プロファイル（ｐ１）、回折プロファイル（ｐ２）、回折プロファイル（ｐ３））、ここで、ｐ３＞ｐ２＞ｐ１である、
    により定められる、
    光学部を含む単焦点眼内レンズ。
13. 前記複合プロファイルが、前記レンズの前記前面上に完全に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
14. 前記複合プロファイルが、前記レンズの前記前面および後面の両方の上に区分的に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
15. 前記複合プロファイルが、回転対称であることを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
16. 前記３つの構成プロファイルにより形成されるレンズのゾーンが、形状においてキノフォームであることを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
17. 前記回折プロファイルの各々が、水溶液に関して、５４６ｎｍ光について０．８〜１．０×２πの位相遅延を生じさせるステップ高さを有することを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
18. 中央ゾーンが、構成回折プロファイルと独立した形状を有する回折表面を有することを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
19. ｐ_２に対するｐ_１の比が約０．６であり、ｐ_３に対するｐ_１の比が約０．４であることを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
20. ｐ_２に対するｐ_１の比が約０．６７であり、ｐ_３に対するｐ_１の比が約０．３１であることを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
21. 前記焦点深度が０．８５ジオプトリ超であることを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ。
22. 前記焦点深度が０．８５ジオプトリ超であることを特徴とする、請求項１９に記載のレンズ。
23. 少なくとも３つのレンズを含む、一群の単焦点眼内レンズであって、前記レンズの各々が、
    屈折型ベースパワーを提供する前面および後面を有する光学部であって、前記前面および後面の少なくとも１つが、３つの構成回折プロファイルを組み合わせることにより特定される高さを有するステップを含む複合プロファイルをその上に配置され、前記回折プロファイルはパワーｐ１、ｐ２およびｐ３に対応し、該パワーは互いに異なり各パワーが約１．２５Ｄ未満の正のパワーであり、前記回折プロファイルの各々が、水溶液に関して５４６ｎｍ光について０．６〜１．２×２πの位相遅延を生じさせるステップ高さを有し、前記複合プロファイルは、以下の関数：
    ｚ＝ｍａｘ（回折プロファイル（ｐ１）、回折プロファイル（ｐ２）、回折プロファイル（ｐ３））、ここで、ｐ３＞ｐ２＞ｐ１である、
    により定められる、
    光学部を含み、
    前記一群のレンズの各々が、互いに異なる屈折型ベースジオプトリ度数を有し、
    前記屈折型ベースパワーの範囲が、少なくとも１０ジオプトリであり、
    前記少なくとも３つのレンズの各々の前記複合プロファイルが、互いに同じである、
    一群の単焦点眼内レンズ。
24. 前記少なくとも３つのレンズの各々における前記複合プロファイルが、前記少なくとも３つのレンズの他の各々の前記複合プロファイルと同じであることを特徴とする、請求項２３に記載の一群の眼内レンズ。

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