JP4847544B2 - 複数の回折パターンを有する擬調節ｉｏｌ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、多焦点眼用レンズ、特に３焦点眼内レンズ（ＩＯＬｓ）のような３焦点眼用レンズに関する。

本出願は、２００６年２月９日に出願された米国特許出願第１１／３５０，５０５号に対する米国特許法第１１９条の下における優先権を主張し、この出願の全体の内容が参照されて本明細書に組み込まれる。

白内障、近視、遠視、又は乱視のような視覚の疾患を正すための複数の眼用レンズが利用可能である。例えば、眼内レンズ（ＩｎｔｅｒａＯｃｕｌａｒ Ｌｅｎｓ：ＩＯＬ）が、取り除かれた自然レンズの失われた光学的能力を補償するために白内障手術の間に、患者の眼の中に組み込まれ得る。必須の光学的能力を提供するものの、ＩＯＬｓは自然レンズによって得られうる調節（例えば、様々な距離におけるものに焦点を合わす能力）を備えていない。しかし、多焦点ＩＯＬｓは、ある程度の調節（ｐｓｅｕｄｏ− ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ：擬調節としても知られる）を備え得ることが知られている。例えば、短焦点及び遠焦点を提供可能である２焦点回折ＩＯＬｓが利用できる。

また、３焦点眼用レンズが、短焦点及び遠焦点と同様に中焦点を提供することに関して知られている。しかしながら、そのような従来の３焦点レンズは、数多くの欠点に悩まされる。例えば、それらは、短焦点及び／又は遠焦点の劣化を犠牲にして、中焦点を提供している。

従って、一層良くされた多焦点眼用レンズ及び特に３焦点眼用レンズが、必要とされている。また、患者の眼に組み込まれて自然レンズと置換し得る眼内レンズ（ＩＯＬｓ）の形のような多焦点レンズが必要とされている。

本発明は、一般に、近視力及び遠視力と同様に中視力を提供する３焦点眼内レンズ（ＩＯＬｓ）のような多焦点眼用レンズに関する。本発明の眼用レンズは回折構造を利用して近視力、中視力及び遠視力に対応する３つの焦点領域に入射光を方向づける。ある場合には、眼用レンズは少なくとも２つの異なる回折パターンを有しており、一方は主に２焦点を、他方は近視力、中視力及び遠視力をまとめて調節するように、主に３焦点を示す。他の場合には、眼用レンズは２つの異なる回折パターンを有し、それらのパターンが近視力、中視力及び遠視力をまとめて提供するように選択された異なる追加能力ではあるが、それらの両方が主に２焦点を提供する。

一態様において、２焦点パターンが近視力及び遠視力を提供し、３焦点パターンが近視力、遠視力及び中視力を生成するような少なくとも１つの３焦点回折パターン及び少なくとも１つの２焦点回折パターンを持つ表面を有するオプティック（ｏｐｔｉｃ）を備えた３焦点眼用レンズが開示される。例えば、３焦点パターンは、その近焦点及び遠焦点それぞれが、２焦点パターンの近焦点及び遠焦点と実質的に一致しているような、近焦点、遠焦点及び中焦点を提供できる。このように、３焦点及び２焦点パターンは、近視力、中視力及び遠視力それぞれに対応して、近焦点、中焦点及び遠焦点（又は焦点領域）をまとめて提供する。ここで、”焦点”及び”焦点領域”という言葉は、それらの一般的な意味において同じ意味に用いられ、視覚的鋭敏さ（例えば画像分解能）が高められる空間的領域を特定する。ここで用いられているように”２焦点回折パターン”という言葉は、入射光を主に２つの回折次数（例えば、光エネルギーの６０％以上がこれら２つの回折次数に方向付けられる）に回折する回折構造をいう。更に、ここで用いられているように”３焦点回折パターン”という言葉は、入射光を主に３つの回折次数（例えば、光エネルギーの６０％以上がこれら３つの回折次数に方向付けられる）に回折する回折構造をいう。関係する態様には、回折パターンを有するオプティックの表面が、遠焦点に対応する回折能力を提供するように適合したベース参照曲面によって特徴付けられ得る。本発明の多くの実施形態では、約１．５〜約４．５ジオプタ（Ｄｉｏｐｔｅｒ）の範囲にある追加能力を提供する中焦点及び約３〜約９ジオプタの範囲にある追加能力を提供する近焦点と共に、遠焦点は約６〜約３４ジオプタの範囲にある光学的能力を提供する。

他の態様において、回折パターンが、回折構造を実質的に欠いている表面の周辺部分によって取り囲まれた上記表面の一部分内に配置されている。言い換えれば、回折構造は、表面の周辺部分が純粋に屈折能力を提供するような先端を切ったような形をしている。

他の態様において、３焦点回折パターンは、２焦点パターンよりもオプティックの光学軸に対して近くに配置され得る。一例として、３焦点回折パターンは、約１ｍｍから約１．５ｍｍの範囲にある、オプティクの光学軸から開口（瞳）半径（つまり、約２〜約３ｍｍの範囲にある開口直径）に対応する半径まで延びる複数の環状の回折構造を有しても良い。２焦点パターンは、３焦点パターンを取り囲む複数の環状の回折構造として形成され得る。このようにして、３焦点パターンは、小さな開口に対する主要な回折パターンとして用いられており、開口サイズが増加すると２焦点パターンの回折寄与が増加することを備えている。

関連した態様において、環状の２焦点回折構造は、光学軸からの増加する距離の関数として、それらの境界において減少するステップ高さを示す。ステップ高さにおける減少は、アポダイゼーション関数によって特徴付けられる。そのようなアポダイゼーション関数の一例を下記に示す（当業者は他の関数も利用できることを理解するだろう）。

ここで、ｒ_iはｉ番目のゾーンの半径距離を示し、ｒ_outは最後の２焦点回折ゾーンの外側の半径を示す。

他の態様において、３焦点パターンを形成する回折構造は２焦点パターンを形成する構造とは異なって成形されている。一例として、３焦点回折パターンは１つ又は複数の実質的に四角形状のステップを有し得るが、２焦点回折パターンは１つ又は複数の実質的に鋸歯形状のステップを有する。

他の態様において、本発明は、ベース曲面によって特徴付けられた参照輪郭を備えた少なくとも１つの表面を持つオプティクと、そのベース曲面上に重ね合わされた少なくとも２つの環状の回折パターンと、を備えた３焦点眼用レンズを提供する。上記パターンの内の一方は、主として３つの焦点を提供するが、他方のパターンは、一方のパターンの焦点と関連しているエネルギー分布と他方のパターンのエネルギー分布との組み合わせが近視力、中視力及び遠視力への調節をもたらすような、主として２つの焦点を提供する。更に、ベース曲面が遠視力に対応する屈折能力を提供するように適合され得る。

関連した態様において、回折構造を実質的に欠いているオプティックの周辺部分が回折パターンを取り囲む。ある場合には、３つの焦点を提供する回折パターンは、２つの焦点を提供するパターンよりもオプティクの光学軸に対して近くに配置されている。一例として、３つの焦点を提供する回折パターンは、オプティックの光学軸からこの軸からの第１の距離まで延びる複数の環状の回折ゾーンを有して良く、２つの焦点を提供する回折パターンは、オプティックの半径よりも小さく、上記第１の距離から上記光学軸からの第２の距離まで延びる複数の環状の回折ゾーンを有して良い。

他の態様において、回折パターンが配置されている上記表面の参照輪郭を特徴づけるベース曲面は、特に大きな開口に対する遠焦点において、球面収差を低減するために非球面である。

他の態様において、２つの分離した２焦点パターンであって、近視力、中視力及び遠視力を協同して提供するように異なる追加能力を示す２焦点パターン、を有する表面を持つオプティックを含む多焦点眼用レンズが開示される。一例として、パターンの内の１つは約１．５〜約４．５ジオプタの範囲にある追加能力を提供し、他のパターンは約３〜約９ジオプタの範囲にある追加能力を提供し得る。

関連した態様において、２焦点パターンの内の一方は他方のパターンよりもオプティックの光学軸に対して近くに配置され得る。例えば、パターンは光学軸の周りに配置された同心状の複数の回折ゾーンの形であり得え、上記ゾーンが、光学軸から選択されたある半径距離まで延出している一方のパターン、及び、上記半径距離からより大きな距離まで延出している他方のパターンに対応しており、上記より大きな距離が多くの実施形態においてオプティックの半径よりも小さく選択される。

更に、本発明の理解が、以下に簡単に説明される添付の図面と共に、下記の詳細な説明を参照することによって、得られうる。

本発明は、一般に、近視力、中視力及び遠視力を提供する眼内レンズのような３焦点眼用レンズに向けられている。本発明の３焦点眼用レンズは、従来の３焦点レンズによって通常得られる視覚的能力と比較して、中視力に対して高められた視覚的能力を有利に提供し、一方、そのような従来のレンズの近視力及び遠視力能力を維持しており、及び多くの場合超えている。下記に論じる実施形態において、本発明の３焦点レンズの様々な態様が眼内レンズに関連して述べられる。しかしながら、本発明の原理がコンタクトレンズのような他の眼内レンズの製作に同様に適用され得ることが理解されるべきである。

図１Ａ及び１Ｂを参照して、本発明の一実施形態による３焦点眼用レンズ１０は、前方光学表面１４及び後方光学表面１６を有するオプティック（ｏｐｔｉｃ）１２を含む。この実施形態において、非対称な表面も用いることができるけれども、前方及び後方光学表面は光学軸１８に対して対称に配置されている。また、例示のレンズ１０は、患者の眼の中における自身の配置のための放射状に延びる固定部材又はハプティクス（ｈａｐｔｉｃｓ）を含む。オプティック１２は任意の生物学的適合性材料から形成され得る。そのような材料のいくつかの例は、レンズの所定の適用に対して必要な屈折率を有する軟らかいアクリル、シリコン、ハイドロジェル又は他の生物学的適合性重合体材料を制限することなく含む。また、固定部材２０はポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン及びその他同類のもののような適当な重合体材料から形成され得る。表面１４、１６は概ね凸型として描かれているが、どちらの表面も凹型の形状を有していても良い。代わりに、表面１４，１６は平凸型又は平凹型レンズを提供するように選択され得る。”眼内レンズ”という用語及びその省略であるＩＯＬは、自然のレンズを置き換えるためにか、又は、さもなくば自然のレンズが取り除かれるか取り除かれないかに関わらず視覚を議論するために眼の中に埋め込まれたレンズを述べるべく、ここでは同じ意味に用いられる。

前方表面１４は、選択された屈折能力を提供し且つその上に複数の回折構造２４が重ね合わされているベース曲面２２（点線によって描かれている）によって特徴付けられる。図２において模式的に示されるように、回折構造２４は、下記に詳細に述べるように、入射光を複数の回折次数に回折する複数の同心の環状の回折ゾーン２６を形成するように特徴付けられ得る。回折ゾーン２６は、回折構造を欠いている周辺部分２８によって取り囲まれた表面の一部分内に閉じ込められている。言い換えると、回折ゾーンは、前方表面の周辺部分がベース曲面によって決定される屈折能力のみを提供するような先端を切ったような形をしている。この実施形態において、回折ゾーンは２つの回折パターンによって特徴付けられており、それらの一方はここでは３焦点パターンと呼ばれ、他方は２焦点パターンと呼ばれる。より具体的には、３焦点回折パターンを形成する同心ゾーン２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、協同して入射光を主に３つの回折次数に方向付ける（ここでは、回折次数”＋１”、”０”及び”−１”と呼ばれる）。回折次数＋１に方向付けられる光は近焦点を形成するように収束し、一方、回折次数０及び−１へ方向付けられる光ビームは、それぞれ、中及び遠（遠方）焦点を形成するように収束する。３焦点パターンを形成する回折ゾーンは、より高い次数にも光を回折することが理解されるべきである。しかしながら、３焦点パターンは入射光の大きなパーセント、例えば約６０％以上、を上記３つの次数に回折する。

この例の実施形態において、入射光を主に２つの回折次数（例えば、”０”及び”＋１”の次数）に回折する環状の回折ゾーン２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉは２焦点回折パターンを形成する。２焦点パターンの第０次に回折される光は、３焦点パターンの−１次に回折される光の収束によって作り出される上記遠方焦点と実質的に一致する焦点に収束する。そして、２焦点パターンの＋１の回折次数に回折される光は、３焦点パターンの＋１次に回折される光の収束によって作り出される上記近焦点と実質的に一致する焦点に収束する。３焦点パターンと同様に、２焦点パターンも光をより高い次数に回折する。

しかしながら、２焦点パターンは入射光エネルギーの大部分を、例えば６０％以上を、上記０及び−１次に回折する。

更に、前方表面のベース曲面によって提供される屈折焦点は、回折パターンによって作り出される遠焦点に実質的に対応する。即ち、レンズの屈折能力は遠視力に対するレンズの性能に寄与する。

図１Ｂにおいて模式的に示されるように、この例の実施形態において、３焦点回折ゾーンは実質的に長方形の回折構造（ステップ）によって形成されており、これらの回折構造はそれらのゾーン境界において実質的に一様なステップ高さによって互いに分離されている。一例として、設計波長におけるステップ高さは下記の関係に従って決定され得る。

ここで、λは設計波長（例えば５５０ｎｍ）であり、ａは様々な次数に関連している回折効率を制御するために調整され得るパラメータを示す。一例として、ａとして２．５が選択できる。ｎ₂はオプティックの屈折率であり、ｎ₁はレンズを取り囲んでいる媒体の屈折率を示す。取り囲んでいる媒体が１．３３６の屈折率を有する液体の体液である実施形態において、オプティックの屈折率（ｎ₂）は１．５５に選択できる。上記式によって提供されるステップ高さは一例に過ぎず、他のステップ高さもまた利用され得る。

その一方、この例の実施形態における２焦点回折ゾーンは、複数の鋸歯状の回折構造によって形成されており、回折構造はそれぞれのゾーン境界において一様でないステップ高さによって互いに分離されている。より具体的には、２焦点パターンのゾーン境界におけるステップ高さは、光学軸からのそれらの距離が増加するにつれて漸次減少する。言い換えると、２焦点回折構造の境界におけるステップ高さは、開口サイズの関数として近焦点及び遠焦点に回折される光エネルギーの割合を変更するように、”アポダイズ（ａｐｄｉｚｅ）”されている（例えば、開口サイズが増加すると、より多くの光エネルギーが遠焦点に回折される）。一例として、２焦点回折パターンの各ゾーン境界におけるステップ高さは下記の関係に従って決定され得る。

ここで、λは設計波長（例えば５５０ｎｍ）であり、ａは様々な次数に関連している回折効率を制御するために調整され得るパラメータを示す。一例として、ａとして２．５が選択できる。ｎ₂はオプティックの屈折率であり、ｎ₁はレンズがその中に置かれている媒体の屈折率を示しており、ｆ_apodizeは、スケーリング関数を表わし、その値は、光学軸とレンズの前方表面との交点からの増加する半径距離の関数として減少する。一例として、スケーリング関数は下記の関係によって決定され得る。

ここで、ｒ_iはｉ番目のゾーンの半径距離を示し、ｒ_outは最後の２焦点回折ゾーンの外側の半径を示す。

また、２００４年１２月１日に出願され且つ通し番号１１／０００７７０を有する”アポダイズされた非球面回折レンズ”と題された係属中の特許出願に開示されているこれらのような他のアポダイゼーションスケーリング関数が利用され得る。この出願は参照されてこの明細書に組み込まれる。更に、回折構造は、上述した形状とは異なる幾何学的形状を有することができる。

３焦点及び２焦点パターンの回折パターンが分けられて上述されていたけれども、２つのパターンは、近視力、中視力及び遠視力それぞれを提供するための近焦点、中焦点及び遠焦点を協同して作り出す。図３に模式的に示されるように、各焦点において、光エネルギーは、焦点の点において最大を示し、その点の両側において減少するプロファイルに従って分布している。各焦点の点に関連している回折エネルギープロファイルの幅（例えば、Ｆｕｌｌ−Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）は、焦点深度に関連した尺度を提供する。ある実施形態では、中焦点距離に向けられた入射光エネルギーと比較した近焦点及び遠焦点領域のそれぞれに方向付けられた入射光エネルギーの割合（例えば、実質的に平行な入射光線の形で）は、約１．４〜約４の範囲にあって良い。一例として、近焦点及び遠焦点それぞれと関連している回折効率は約２８％〜約３８％の範囲にあって良い。一方、中焦点に関連している回折効率は約１０％〜約２８％の範囲にある。

図２を再び参照して、この実施形態において、３焦点回折パターンは光学軸からこの軸からの距離（半径）Ｒまで延出しており、一方、２焦点回折パターンは距離Ｒからより大きな半径距離Ｒ’（前方表面の半径Ｒ”よりは小さい）まで延出している。つまり、小さい開口（瞳）サイズに対して、レンズの近、中及び遠視力の特性は、３焦点回折パターンによって主に決定される。開口（瞳）サイズが増加するにつれて、レンズの特性は２焦点回折パターンによって主に決定される。この実施形態において、開口サイズが増加すると、中焦点に対して方向付けられる光エネルギーと比較して、近焦点及び遠焦点に対して方向付けられる光エネルギーの割合が増加する。更に、上述したように、開口サイズが増加すると、２焦点回折ゾーンのステップ高さのアポダイゼーションは、近焦点と比較して、遠焦点に対して方向付けられる光エネルギーの増加をもたらす。他の値を用いることもできるけれども、一般に、３焦点パターンの半径（Ｒ）が約１〜約１．５ｍｍの範囲にあり、２焦点パターンの半径（Ｒ’）が約１．５〜約２ｍｍの範囲にあると共に、オプティックの半径（Ｒ”）は約２．５〜約３．５ｍｍの範囲に選択される。更に、ここでは明快さのために少数の環状のゾーンしか描かれていないが、３焦点及び２焦点パターンそれぞれにおける環状のゾーンの数は、一般に約３〜約３０の範囲にあってよく、追加能力の増加に基づいてそれ以上でも良い。

遠焦点に関連している光学的能力は、例えば、約６〜約３４ジオプタの範囲にあって良い。中焦点は約１．５〜約４．５ジオプタの範囲にある追加能力を提供でき、近焦点は約３〜約９ジオプタの範囲にある追加能力を提供できる。

そのように、上記３焦点ＩＯＬレンズ１０は、例えば、およそ無限遠から約４メートル（ｍ）までの遠方の範囲における見る物体に対して遠視力を、及び、それよりも近い距離、例えば約０．４ｍ、における見る物体に対する近視力を、提供する。追加して、ＩＯＬ１０は、例えば約０．４〜４ｍの範囲（ある実施形態では約０．４ｍ〜約１ｍの範囲）の距離における見る物体に対して中視力を提供する。言い換えると、上記３焦点眼用レンズは、３つの距離領域に対してある程度の調節（通常、擬調節と呼ばれる）を有利に提供する。更なる説明のために、図４Ａに模式的に示されるように、３焦点ＩＯＬが患者の眼の中に埋め込まれると、眼の角膜と、ＩＯＬの近、中及び遠能力との結合した能力が、患者の近、中及び遠方距離の領域内にそれぞれ位置付けられている物体Ａ，Ｂ，Ｃから発する光を網膜の上に焦点を合わせることを許容する。

ある実施形態において、本発明の３焦点眼用レンズは、遠、中及び近視力に対応する３つの焦点領域をまとめて提供するようにレンズの表面に配置された、異なる追加能力を提供する、２つの２焦点パターンを含む。一例として、図４Ｂは、本発明の他の実施形態による３焦点レンズ１５の前方表面１３の一部分の上に配置された２つの異なる２焦点パターンから形成された複数の回折ゾーン１１を模式的に示す。前実施形態と同様に、前方表面は、各パターンの第０次回折次数に対応する遠焦点能力を提供するベース輪郭（図示せず）によって特徴付けられている。より具体的には、内側の回折ゾーン１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、ある選択された追加能力、例えば約３〜約９ジオプタの範囲の追加能力、を提供する２焦点パターンを形成し、一方、回折ゾーン１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇは、異なる追加能力、例えば約１．５〜約４．５ジオプタの範囲の追加能力、を提供する別の２焦点パターンを形成する（回折ゾーンは説明の目的のためのみに示されており、必ずしも縮尺通りには描かれてはいない）。この実施形態において、内側の２焦点パターンは、外側の２焦点パターンよりも高い追加能力を示しているけれども、他の実施形態では、外側のパターンがより大きな追加能力を提供する。更に、少数の回折ゾーンのみが示されているけれども、多くの実施形態において、各パターンにおける回折ゾーンの数は、約３〜約３０又は任意の他の適切な数の範囲にわたることができる。ゾーン境界におけるステップ高さは、一様又は非一様であることができ、例えば上述した様に選択され得る。各ゾーンの追加能力は、そのゾーン境界（即ち、下記の関係に従うパターンにおける各回折ゾーンの半径距離）の位置を選択することによって設定され得る。

ここで、ｉはゾーン番号（ｉ＝０は中央ゾーンを示す）を示し、λは設計波長を示し、ｆは追加能力を示す。

この例の実施形態において、外側の２焦点パターンは内側の２焦点パターンよりも大きな追加能力を示す。例えば、外側及び内側の２焦点パターンは、それぞれ、それらの＋１の回折次数に対応する約４Ｄ及び約２Ｄの追加能力を提供し得る。しかしながら、２つのパターンの第０次回折次数は、実質的に一致し、約６〜約３４ジオプタの範囲にある選択された能力（オプティックの表面の曲率及びその屈折率に基づく）によって特徴付けられる遠焦点領域に向けて入射光を方向づける。図５Ｃに模式的に示すように、外側のパターンは遠焦点Ａ１及び近焦点Ａ２を提供し、一方、内側のパターンは遠焦点Ｂ１（実質的にＡ１と一致する）及び近焦点Ｂ２を提供する。それ故、２つのパターンは遠、中及び近焦点をまとめて提供し、内側及び外側パターンの上記焦点は、それぞれ、近及び中視力を提供する。

図５Ａ及び５Ｂは、前方表面３４及び後方表面３６を有するオプティック３２を含む本発明の他の実施形態による３焦点眼用レンズ３０、例えばＩＯＬ、を模式的に描く。前方表面３４の参照輪郭は、遠焦点を提供するように適合されるベース曲面３８によって特徴付けられる。前方表面３４は、更に、オプティックの光学軸４４の周りに対称に配置された複数の微視的な回折構造４２によって形成された複数の環状の回折ゾーン４０を含む。前実施形態と同様に、オプティックは生物学的適合性材料から形成でき、更に、レンズは眼の中に自身の固定を容易にするハプティクス（図示せず）を含むことができる。更に、この実施形態における表面１４、１６は概ね凹型であるけれども、他の実施形態では、表面の湾曲は平凸又は平凹型レンズを提供するように選択され得る。

各環状の回折ゾーンはステップによって隣のゾーンから分離されている（例えば、ステップ５０は第２ゾーンを第３ゾーンから分離している）。ステップはゾーンにおける半径方向の境界に配置されている。他の実施形態ではステップ高さは、例えば上述したようにアポダイズされ得るけれども、この実施形態において、ステップ高さは実質的に一様である。

回折ゾーンが実質的に一様な面積を有する従来の回折レンズとは違って、この実施形態では、回折ゾーンの面積が、制御された方法で、光学軸４４からの距離の関数として変化する。この変化は、近焦点及び遠焦点を実質的に維持する一方で中視力を提供するように、回折ゾーンの２つの回折次数によって作り出される近焦点及び遠焦点における光エネルギープロファイルを十分に広げるように設計されている。例えば、図５Ｂを参照して、この実施形態において、環状の回折ゾーン４０の面積は、光学軸からの増加する距離の関数として漸次増加する。例えば、２つの回折ゾーンの面積間の最大差（例えば、最も外側のゾーン及び最も内側のゾーンの面積における差は、約７５％以上、例えば約２００％までになり得る）

回折ゾーン面積の変化は、そのゾーン番号の関数として各ゾーンの２乗半径を選択することによって実行される。ゾーンは、下記に述べる様に、光学軸から外側に放射状に連続的に番号付けられている。一例として、図６は、本発明の３焦点眼用レンズのこの実施形態で用いられる異なる関係（グループＢ）と共に、ゾーンの２乗半径（ｒ_i ²はｉ番目のゾーンの２乗半径を示す）と通常従来の回折レンズにおいて用いられるゾーン番号との間の関係（グループＡ）を対比するグラフを提供する。このグラフにおいて示されるように、３焦点レンズでは、ゾーンの２乗半径がゾーン番号の関数として選択された非線形な変化度合いを示し、一方、一様な回折面積を有するレンズのゾーンの２乗半径は、それぞれのゾーン番号の関数として線形に変化する。これは、より多くのエネルギーを中焦点領域の中に転換するように、レンズによって回折される光の干渉パターンを修正する。

より具体的には、本実施形態では、ゾーン境界の半径位置は下記の関係に従って決定され得る。

ここで、ｉはゾーン番号（ｉ＝０は中央ゾーンを示す）を示し、λは設計波長を示し、ｆは近焦点の焦点距離を示し、ｇ（ｉ）は一定ではない関数を示す。

この実施形態において、関数ｇ（ｉ）は下記の関係に従って決定される。

ここで、ｉはゾーン番号を示し、ａ及びｂは２つの調整パラメータであり、ｆは近焦点の焦点距離を示す。一例として、ａは約０．１λ〜約０．３λの範囲にあって良く、ｂは約１．５λ〜約２．５λの範囲にあって良い、ここでλは設計波長である。

上述したように、光学軸からの距離の関数としての回折ゾーンの面積の変化は、回折した光の一部を中視力を提供するための中焦点領域の中へ収束させる。例えば、約１０％〜約２８％の範囲にある回折した光の部分が中焦点領域に方向付けられる。

一例として、図７は、上記実施形態の３焦点眼用レンズによって提供される中視覚に対する視力の向上を模式的に説明する２つの図（Ｃ及びＤ）を表わす。より具体的には、グラフＣ（点線）は、環状の回折ゾーンが一様な面積を有する従来の回折レンズの近焦点及び遠焦点間の光エネルギーの分布を示す。比較して、グラフＤは、少なくとも２つ以上の回折ゾーンが一様でない面積を有している本発明の一実施形態による眼用レンズにおける光エネルギーの分布を模式的に示す。グラフＣとグラフＤとの比較は、一様でない面積を備えた回折ゾーンを有する本発明の眼用レンズの実施形態が、中視覚に対する視力のかなりの向上をもたらすことを示しており、一方、近視力及び遠視力における視覚的能力を実質的に維持している。一例として、多くの実施形態において、中焦点における回折効率が約１０％〜約２８％の範囲にあると共に、近焦点及び遠焦点のそれぞれにおける回折効率が約２８％〜約３８％の範囲にあって良い。

前実施形態と同様に、遠焦点と関連している光学能力は、約３〜約９ジオプタの範囲にある追加能力を提供する近焦点と共に、例えば約６〜約３４ジオプタの範囲にあって良い。更に、中焦点は、例えば遠焦点と比較して約１．５〜約４．５ジオプタの範囲にある追加能力を提供できる。

上記３焦点レンズの機能は、光学軸からの半径距離の２乗の関数として、２つの回折ゾーンにわたる多焦点回折レンズの３つの回折次数（即ち、＋１、０、及び−１）と関連している光学的位相の遅れ（ＯＰＤ）を描いている図８に示されるダイアグラムを考慮することによって、おそらくより理解できる。＋１及び−１と関連している位相の遅れは、半径距離の２乗がゼロから第１の回折ゾーンと第２の回折ゾーンとの境界に対応する値（ここではＺＢ１２として指示される）まで変化する時、実質的に線形に変化し、一方、第０次と関連している位相の遅れは実質的に一定である。ゾーン境界において、各次数に関連している光学的位相は不連続性を示す。示されてはいないけれども、同様の位相の不連続性が第２回折ゾーンと第３回折ゾーンとの境界（ＺＢ２３で指示される）等において生じる。ゾーン境界が各回折ゾーンを横切る光学的位相変化πに対応する２乗半径位置に配置される場合、第０次に回折される光エネルギーは実質的に消滅する。言い換えると、レンズは事実上２つの回折次数（近焦点及び遠焦点）だけを提供する。しかしながら、本発明の多くの実施形態において、１つ又は複数の回折ゾーン境界の２乗半径の位置は、回折ゾーンを横切る光学的位相の変化がπよりも小さい（例えば、それはπ／４）ように選択される。このことは、回折された光エネルギーの一部分が第０次に収束する結果となり、中視力を提供する。

ある実施形態において、３焦点眼用レンズによって提供される遠方視力は、大きな開口に対して収差補正により高められる（例えば、直径において約３ｍｍよりも大きい開口サイズ、ある実施形態では収差補正は小さい開口サイズに対しても利用され得るが）。そのような収差補正は、例えば、もしピンボケの光が中焦点領域における光を増加する結果として遠焦点に現れるならば、そのピンボケの光の埋め合わせをできる。例えば、前方表面のベース輪郭（曲面）は、大きな開口に対して特に顕著である球面収差の影響を低減するためにある程度の非球面性を有するように選択され得る。本発明の実施に際して用いるために適切なそのような非球面プロファイルのいくつかの例が、上述した同時係属中の”アポダイズされた回折レンズ”と題される米国特許出願の中に開示されている。

一例として、レンズの光学軸からの半径距離（Ｒ）の関数としての前方表面の非球面プロファイルが下記の関係によって特徴付けられ得る。

ここで、ｚは、表面に垂直な軸（ｚ）、例えば光学軸、に平行な表面のダレ（ｓａｇ）を示し、ｃは表面の頂点における曲率を示し、ｃｃは円錐係数を示し、Ｒは表面の半径方向の位置を示し、ａｄは第４次の変形係数を示し、ａｅは第６次の変形係数を示す。

当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変形が上記実施形態に対してなされることを理解するだろう。

本発明の一実施形態による３焦点眼用レンズの模式的断面図である。 ベース輪郭上に重ね合わされた多数の回折構造を有している、図１Ａのレンズのオプティックにおける前方表面の模式的断面図である。 回折構造によって形成された複数の環状のゾーンが描かれた図１Ａ及び図１Ｂの回折レンズの正面図である。 本発明の一実施形態による３焦点眼用レンズの近、中及び遠焦点領域における光学能力の一例の分布を示す。 本発明の一実施形態による３焦点ＩＯＬレンズが埋め込まれている眼の網膜の上における近、中及び遠の物体から発する光の合焦を模式的に描く。 パターンが近視力、中視力及び遠視力をまとめて提供するように選択された異なる追加能力を備えた内側及び外側の２焦点回折パターンを有する本発明の他の実施形態による３焦点眼用レンズの模式的正面図である。 図４Ｂに示されたレンズの個々の２焦点パターンの近焦点及び遠焦点における光エネルギープロファイルと共に、結合されたパターンによってまとめて提供される近焦点、中焦点及び遠焦点におけるエネルギープロファイルを模式的に描く。 一様でない面積を備えた回折ゾーンを有する本発明の他の実施形態による３焦点眼用レンズの模式的断面図である。 図５Ａの眼用レンズの正面図である。 ２つのレンズの回折ゾーンの２乗半径の間の関係を対比する２つの模式的グラフを示しており、一方においては回折ゾーンが一様な面積を示しており、他方においてはそれらが一様でない面積を示す。 本発明の一実施形態による３焦点眼用レンズによって提供される中視覚に対する視力の向上を説明する２つの模式的グラフを示す。 レンズの光学軸からの２乗半径距離の関数として２つの回折次数にわたる多焦点回折眼用レンズの３つの回折次数に関連している光学的位相の遅れ（ＯＰＤ）を描く。

Claims (23)

1. 近視力、中視力、及び遠視力をまとめて提供するように、互いに関連して適合し且つ配置された少なくとも２つの異なる回折パターンを持つ表面を有するオプティクを備えており、
   前記回折パターンの内の一方は３焦点パターンを有し、他方の回折パターンは２焦点パターンを有することを特徴とする多焦点眼用レンズ。
2. 前記２焦点パターンはアポダイズされたステップ高さを示す請求項１記載の多焦点眼用レンズ。
3. 前記３焦点パターンは、前記２焦点パターンよりも前記オプティクの光学軸に対して近くに配置されている請求項１記載の多焦点眼用レンズ。
4. 少なくとも１つの２焦点回折パターン及び少なくとも１つの３焦点回折パターンを持つ表面を有するオプティクを備えており、
   前記２焦点パターンは近視力及び遠視力を提供するように適合しており、前記３焦点パターンは近視力、遠視力及び中視力を提供するように適合している、ことを特徴とする多焦点眼用レンズ。
5. 前記表面が、前記遠視力に対応する屈折焦点を提供するように適合したベース参照曲面によって特徴づけられている請求項４記載の多焦点眼用レンズ。
6. 前記回折パターンが、回折構造を実質的に欠いている前記表面の周辺部分によって取り囲まれた前記表面の一部分内に配置されている請求項４記載の多焦点眼用レンズ。
7. 前記回折パターンが、前記オプティックの光学軸の周りに対称に配置された１つ又は複数の環状の回折構造を有している請求項６記載の多焦点眼用レンズ。
8. 前記３焦点回折パターンを有する前記環状の回折構造が、前記２焦点回折パターンを有する前記環状の回折構造よりも前記光学軸に対して近くに配置されている請求項７記載の多焦点眼用レンズ。
9. 前記３焦点回折パターンを有する前記環状の回折ゾーンが、前記光学軸から、１ｍｍから１．５ｍｍの範囲にある開口サイズに対応する半径まで延びる請求項８記載の多焦点眼用レンズ。
10. 前記２焦点回折パターンが前記３焦点回折パターンを環状に取り囲む請求項９記載の多焦点眼用レンズ。
11. 前記２焦点の環状の回折構造が、前記光学軸からの増加する距離の関数として、それらの境界において減少するステップ高さを示す請求項１０記載の多焦点眼用レンズ。
12. 前記減少するステップ高さが、選択されたアポダイゼーション関数によって特徴付けられる請求項１１記載の多焦点眼用レンズ。
13. 前記アポダイゼーション関数が下記の関係に従って決定され、
    

    

    ここで、ｒiはｉ番目のゾーンの半径距離を示し、ｒoutは最後の２焦点回折ゾーンの外側の半径を示す請求項１２記載の多焦点眼用レンズ。
14. 前記３焦点回折パターンが１つ又は複数の実質的に４角形状のステップを有しており、前記２焦点回折パターンが１つ又は複数の実質的に鋸歯形状のステップを有している請求項４記載の多焦点眼用レンズ。
15. 前記３焦点回折パターンは近焦点、遠焦点及び中焦点を提供し、前記３焦点の近焦点及び遠焦点それぞれが、前記２焦点パターンの近焦点及び遠焦点と実質的に一致している請求項４記載の多焦点眼用レンズ。
16. 前記近焦点、中焦点及び遠焦点それぞれが、前記近視力、中視力及び遠視力と実質的に一致している請求項１５記載の多焦点眼用レンズ。
17. ベース曲面によって特徴付けられる少なくとも１つの表面を持つオプティックと、
    前記オプティックに配置された少なくとも２つの環状の回折パターンであって、前記パターンの内の一方は主として３つの焦点を提供し、他方のパターンは、前記一方のパターンの焦点と関連しているエネルギー分布と前記他方のパターンのエネルギー分布との組み合わせが近視力、中視力及び遠視力を提供することをもたらすような主として２つの焦点を提供する、２つの環状の回折パターンと、
    を備えている３焦点眼用レンズ。
18. 前記ベース曲面が前記遠視力に対応する屈折能力を提供する請求項１７記載の３焦点眼用レンズ。
19. 前記回折パターンは、回折構造を欠いている前記オプティックの周辺部分によって取り囲まれている請求項１７記載の３焦点眼用レンズ。
20. ３つの焦点を提供する前記回折パターンは、２つの焦点を提供する前記回折パターンよりも、前記オプティックの光学軸に対して近くに配置されている請求項１９記載の３焦点眼用レンズ。
21. ３つの焦点を提供する前記回折パターンは、前記オプティックの光学軸から、その軸からの第１の距離まで延びる複数の環状の回折ゾーンを有している請求項１９記載の３焦点眼用レンズ。
22. ２つの焦点を提供する前記回折パターンは、前記第１の距離から、前記オプティックの半径よりも小さい第２の距離まで延びる複数の環状の回折ゾーンを有している請求項２１記載の３焦点眼用レンズ。
23. 前記ベース曲面は球面収差を低減するように非球面である請求項１７記載の３焦点眼用レンズ。

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