Аккомодационная интраокулярная линза (иол) с торическим оптическим элементом и увеличенной глубиной фокуса

Аккомодационная интраокулярная линза (иол) с торическим оптическим элементом и увеличенной глубиной фокуса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственная заявка

Данная заявка связана с патентной заявкой США под названием "An Extended Depth Of Focus (EDOF) Lens To Increase Pseudo-Accommodation By Utilizing Pupil Dynamics", которая была подана одновременно с ней и включена сюда в порядке ссылки.

Предпосылки изобретения

Настоящее изобретение относится, в целом, к офтальмическим линзам, в частности к аккомодационным интраокулярным линзам (ИОЛ), которые обеспечивают увеличение остроты зрения за счет управляемого изменения фазового сдвига через переходную область, обеспеченную, по меньшей мере, на одной из поверхностей линзы.

Оптическая сила глаза определяется оптической силой роговицы и хрусталика, причем хрусталик обеспечивает примерно треть полной оптической силы глаза. Хрусталик является прозрачной, двояковыпуклой структурой, кривизна которой может изменяться цилиарными мышцами для регулировки его оптической силы, чтобы глаз мог фокусироваться на объектах, находящихся на разных расстояниях от него.

Однако естественный хрусталик теряет прозрачность у лиц, страдающих катарактой, например, по причине возраста и/или заболевания, что приводит к уменьшению количества света, достигающего сетчатки. Известный метод лечения катаракты предусматривает удаление замутненного естественного хрусталика и замену его искусственной интраокулярной линзой (ИОЛ). Многие ИОЛ, которые обычно называются монофокальными ИОЛ, обеспечивают строго определенную оптическую силу и, следовательно, не допускают аккомодации. Известны также многофокусные ИОЛ, которые обеспечивают в основном две оптические силы, обычно для дальнего и ближнего зрения. Другой класс ИОЛ, которые обычно называются аккомодационными ИОЛ, может обеспечивать некоторую степень аккомодации под действием естественных аккомодационных сил глаза. Однако диапазон аккомодации, обеспечиваемый такими аккомодационными ИОЛ, может быть ограничен, например, в силу пространственных ограничений, налагаемых анатомией глаза.

Соответственно, существует потребность в усовершенствованных аккомодационных ИОЛ.

Сущность изобретения

В одном аспекте, настоящее изобретение предусматривает интраокулярную линзу (ИОЛ), которая содержит, по меньшей мере, два оптических элемента, расположенные последовательно вдоль оптической оси, и аккомодационный механизм, который присоединен к, по меньшей мере, одному из оптических элементов и приспособлен регулировать объединенную оптическую силу оптических элементов под действием естественных аккомодационных сил глаза, в который имплантированы оптические элементы, для обеспечения аккомодации. По меньшей мере, один из оптических элементов имеет поверхность, отличающуюся первой преломляющей областью, второй преломляющей областью и переходной областью между ними, где оптический фазовый сдвиг падающего света, имеющего проектную длину волны (например, 550 нм), через переходную область соответствует дробной части этой длины волны. При разработке ИОЛ и, вообще, линз оптическую производительность можно определять на основе измерений с использованием так называемого "модельного глаза" или на основе вычислений, например прогнозируемой трассировки лучей. Обычно такие измерения и вычисления осуществляются на основании света из узкой выбранной области видимого спектра для минимизации хроматических аберраций. Эта узкая область называется "проектной длиной волны".

В вышеописанной аккомодационной ИОЛ, по меньшей мере, один из оптических элементов может обеспечивать положительную оптическую силу (например, оптическую силу в диапазоне от около +20 дп до около +60 дп) и, по меньшей мере, другой из оптических элементов может обеспечивать отрицательную оптическую силу (например, оптическую силу в диапазоне от около -26 дп до около -2 дп). В ряде случаев, аккомодационный механизм приспособлен для перемещения, по меньшей мере, одного из оптических элементов вдоль оптической оси под действием естественных аккомодационных сил глаза для обеспечения аккомодации.

В родственном аспекте, в вышеописанной ИОЛ, поверхность, имеющая переходную область, демонстрирует профиль (Z_sag), заданный нижеследующим соотношением:

где Z_sag - прогиб поверхности относительно оптической оси как функция радиального расстояния от оси, и Z_base - основной профиль поверхности, и

где

r₁ - внутренняя радиальная граница переходной области,

r₂ - внешняя радиальная граница переходной области, и

Δ задана нижеследующим соотношением:

где

n₁ - показатель преломления материала, образующего оптический элемент,

n₂ - показатель преломления среды, окружающей оптический элемент,

λ - проектная длина волны, и

α - дробная часть.

В родственном аспекте, основной профиль (Z_base) вышеописанной поверхности, имеющей переходную область, может быть задан нижеследующим соотношением:

где

r - радиальное расстояние от оптической оси,

c - основная кривизна поверхности,

k - коническая постоянная,

a₂ - деформационная постоянная второго порядка,

a₄ - деформационная постоянная четвертого порядка,

a₆ - деформационная постоянная шестого порядка.

В другом варианте осуществления, поверхность ИОЛ, имеющая переходную область, имеет профиль поверхности (Z_sag), заданный нижеследующим соотношением:

где Z_sag - прогиб поверхности относительно оптической оси как функция радиального расстояния от оси, и

где

r - радиальное расстояние от оптической оси,

c - основная кривизна поверхности,

k - коническая постоянная,

a₂ - деформационная постоянная второго порядка,

a₄ - деформационная постоянная четвертого порядка,

a₆ - деформационная постоянная шестого порядка, и

где

r - радиальное расстояние от оптической оси линзы,

r_1a - внутренний радиус первого, по существу, линейного участка переходной области вспомогательного профиля,

r_1b - внешний радиус первого линейного участка,

r_2a - внутренний радиус второго, по существу, линейного участка переходной области вспомогательного профиля, и

r_2b - внешний радиус второго линейного участка, и

где

каждая из Δ₁ и Δ₂ может быть задана в соответствии с нижеследующим соотношением:

где

n₁ - показатель преломления материала, образующего оптический элемент,

n₂ - показатель преломления среды, окружающей оптический элемент,

λ - проектная длина волны (например, 550 нм),

α₁ - дробная часть (например, 1/2, 3/2,...), и

α₂ - дробная часть (например, 1/2, 3/2,...).

В порядке примера, в вышеозначенных соотношениях, основная кривизна c может находиться в диапазоне от около 0,0152 мм^-1 до около 0,0659 мм^-1, и коническая постоянная k может находиться в диапазоне от около -1162 до около -19, a₂ может находиться в диапазоне от около -0,00032 мм^-1 до около 0,0 мм^-1, a₄ может находиться в диапазоне от около 0,0 мм^-3 до около -0,000053 (минус 5,3Ч10^-5) мм^-3, и a₆ может находиться в диапазоне от около 0,0 мм^-5 до около 0,000153 (1,53Ч10^-4) мм^-5.

В другом аспекте, в вышеописанных аккомодационных ИОЛ, аккомодационный механизм может включать в себя кольцо для размещения в капсулярной сумке, и совокупность гибких элементов, присоединяющих кольцо к, по меньшей мере, одному из оптических элементов. Кольцо позволяет гибким элементам перемещать оптический элемент, присоединенный к нему, под действием естественных аккомодационных сил, оказываемых капсулярной сумкой на кольцо, для обеспечения аккомодации. В ряде случаев, аккомодационный механизм может обеспечивать динамическую аккомодацию в диапазоне от около 0,5 дп до около 2,5 дп, тогда как вышеупомянутая переходная область может увеличивать глубину фокуса ИОЛ, по меньшей мере, на около 0,5 дп (например, в диапазоне от около 0,5 дп до около 1,25 дп), например, для размеров зрачка в диапазоне от около 2,5 мм до около 3,5 мм, для обеспечения некоторой степени псевдоаккомодации.

В другом аспекте, раскрыта интраокулярная линзовая система, которая включает в себя оптическую систему, приспособленную для размещения в капсулярной сумке глаза пациента, где оптическая система содержит совокупность линз. Линзовая система дополнительно включает в себя аккомодационный механизм, присоединенный к оптической системе, позволяющий изменять ее оптическую силу под действием естественных аккомодационных сил глаза, для обеспечения аккомодации. Оптическая система имеет, по меньшей мере, одну торическую поверхность и, по меньшей мере, одну поверхность, имеющую первую преломляющую область, вторую преломляющую областью и переходную область между ними, так что оптический фазовый сдвиг падающего света, имеющего проектную длину волны (например, 550 нм), через переходную область соответствует дробной части этой длины волны.

Для более полного понимания различных аспектов изобретения следует обратиться к нижеследующему подробному описанию, приведенному со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые кратко описаны ниже.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1A - схематический вид в разрезе ИОЛ согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 1B - схематический вид сверху передней поверхности ИОЛ, показанной на фиг. 1A.

Фиг. 2A - графическое представление опережения по фазе, индуцированного в волновой фронт, падающий на поверхность линзы согласно одной реализации варианта осуществления изобретения, через переходную область, обеспеченную на этой поверхности согласно идее изобретения.

Фиг. 2B - графическое представление фазовой задержки, индуцированной в волновой фронт, падающий на поверхность линзы согласно другой реализации варианта осуществления изобретения, через переходную область, обеспеченную на поверхности согласно идее изобретения.

Фиг. 3 - схема, показывающая, что профиль, по меньшей мере, поверхности линзы согласно варианту осуществления изобретения может отличаться суперпозицией основного профиля и вспомогательного профиля.

Фиг. 4A-4C - расчетные графики MTF с переменной фокусировкой для гипотетической линзы согласно варианту осуществления изобретения для разных размеров зрачка.

Фиг. 5A-5F - расчетные графики MTF с переменной фокусировкой для гипотетических линз согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, где каждая линза имеет поверхность, отличающуюся основным профилем и вспомогательным профилем, задающим переходную область, обеспечивающую разность оптических путей (OPD) между внутренней и внешней областями вспомогательного профиля, отличающуюся от соответствующей OPD в других линзах.

Фиг. 6 - схематический вид в разрезе ИОЛ согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 7 - схема, показывающая, что профиль передней поверхности может являться суперпозицией основного профиля и вспомогательного профиля, который включает в себя двухступенчатую переходную область.

Фиг. 8 - расчетные графики монохроматической MTF с переменной фокусировкой для гипотетической линзы согласно варианту осуществления изобретения, имеющей двухступенчатую переходную область.

Фиг. 9A - схематический вид в разрезе аккомодационной интраокулярной линзы (ИОЛ) в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 9B - схематический вид в вертикальном разрезе аккомодационной ИОЛ, показанной на фиг. 10A.

Фиг. 10A - схематический вид переднего оптического элемента ИОЛ, показанной на фиг. 10A-10B, присоединенного к аккомодационному механизму линзы.

Фиг. 10B - схематический вид сбоку переднего оптического элемента, показанного на фиг. 11A.

Фиг. 10C - схематический вид сверху переднего оптического элемента, показанного на фиг. 11B.

Фиг. 11 - схематический вид торической поверхности, отличающейся разными радиусами кривизны в двух ортогональных направлениях вдоль поверхности.

Фиг. 12A - схематический вид сверху аккомодационной ИОЛ согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 12B - схематический вид сбоку оптического элемента, применяемого в аккомодационной ИОЛ, показанной на фиг. 13A.

Подробное описание

Настоящее изобретение, в целом, относится к офтальмическим линзам (например, ИОЛ) и способам коррекции зрения с использованием таких линз. В рассмотренных ниже вариантах осуществления, существенные признаки различных аспектов изобретения рассмотрены в связи с интраокулярными линзами (ИОЛ). Идея изобретения также применима к другим офтальмическим линзам, например контактным линзам. Термин "интраокулярная линза" и его аббревиатура "ИОЛ" используются здесь взаимозаменяемо для обозначения линз, имплантируемых внутрь глаза, либо для замены естественного хрусталика глаза, либо для иного улучшения зрения вне зависимости от того, удален естественный хрусталик или нет. Внутрироговичные линзы и факичные интраокулярные линзы являются примерами линз, которые можно имплантировать в глаз без удаления естественного хрусталика. Во многих вариантах осуществления, линза может включать в себя управляемую картину поверхностных модуляций, которые избирательно обеспечивают разность оптических путей между внутренним и внешним участками оптического элемента линзы, что позволяет линзе обеспечивать резкие изображения для малого и большого диаметров зрачка, а также псевдоаккомодацию для наблюдения объектов при промежуточных диаметрах зрачка.

На фиг. 1A и 1B схематически показана интраокулярная линза (ИОЛ) 10 согласно варианту осуществления изобретения, которая включает в себя оптический элемент 12, имеющий переднюю поверхность 14 и заднюю поверхность 16, расположенные вокруг оптической оси OA. Как показано на фиг. 1B, передняя поверхность 14 включает в себя внутреннюю преломляющую область 18, внешнюю кольцевую преломляющую область 20 и кольцевую переходную область 22, которая проходит между внутренней и внешней преломляющими областями. Напротив, задняя поверхность 16 имеет форму гладкой выпуклой поверхности. В некоторых вариантах осуществления, оптический элемент 12 может иметь диаметр D в диапазоне от около 1 мм до около 5 мм, хотя можно использовать и другие диаметры.

Иллюстративная ИОЛ 10 также включает в себя один или несколько крепежных элементов 1 и 2 (например, гаптические элементы), которые могут облегчать ее размещение в глазу.

В этом варианте осуществления, каждая из передней и задней поверхностей включает в себя выпуклый основной профиль, хотя в других вариантах осуществления можно применять вогнутые или плоские основные профили. В то время как профиль задней поверхности задается исключительно основным профилем, профиль передней поверхности задается сложением вспомогательного профиля и основного профиля для генерации вышеупомянутых внутренней, внешней и переходной областей, которые дополнительно описаны ниже. Основные профили двух поверхностей совместно с показателем преломления материала, образующего оптический элемент, может обеспечивать оптический элемент с номинальной оптической силой. Номинальная оптическая сила может быть задана как монофокальная преломляющая сила предполагаемого оптического элемента, сформированного из того же материала, что и оптический элемент 12 с одинаковыми основными профилями для передней и задней поверхностей, но без вышеупомянутого вспомогательного профиля передней поверхности. Номинальную оптическую силу оптического элемента также можно рассматривать как монофокальную преломляющую силу оптического элемента 12 для малых апертур с диаметрами, меньшими диаметра центральной области передней поверхности.

Вспомогательный профиль передней поверхности может регулировать эту номинальную оптическую силу, благодаря чему фактическая оптическая сила оптического элемента, отличающаяся, например, фокусным расстоянием, соответствующим аксиальному положению пика модуляционной передаточной функции с переменной фокусировкой, вычисленной или измеренной для оптического элемента на проектной длине волны (например, 550 нм), будет отклоняться от номинальной оптической силы линзы, в частности, для размеров апертуры (зрачка) в промежуточном диапазоне, что дополнительно описано ниже. Во многих вариантах осуществления, этот сдвиг в оптической силе призван обеспечивать ближнее зрение для промежуточных размеров зрачка. В ряде случаев, номинальная оптическая сила оптического элемента может находиться в диапазоне от около -15 дп до около +50 дп и предпочтительно в диапазоне от около 6 дп до около 34 дп. Кроме того, в ряде случаев, сдвиг, обусловленный вспомогательным профилем передней поверхности, относительно номинальной силы оптического элемента, может находиться в диапазоне от около 0,25 дп до около 2,5 дп.

Согласно фиг. 1A и 1B переходная область 22 имеет форму кольцевой области, которая проходит по радиусу от внутренней радиальной границы (IB) (которая, в этом случае, соответствует внешней радиальной границе внутренней преломляющей области 18) к внешней радиальной границе (OB) (которая, в этом случае, соответствует внутренней радиальной границе внешней преломляющей области). Хотя в ряде случаев, одна или обе границы может(ут) включать в себя разрыв профиля передней поверхности (например, ступень), во многих вариантах осуществления профиль передней поверхности является непрерывным на границах, хотя радиальная производная профиля (т.е. скорость изменения прогиба поверхности как функция радиального расстояния от оптической оси) может демонстрировать разрыв на каждой границе. В ряде случаев, кольцевая ширина переходной области может находиться в диапазоне от около 0,75 мм до около 2,5 мм. В ряде случаев, отношение кольцевой ширины переходной области относительно радиального диаметра передней поверхности может находиться в диапазоне от около 0 до около 0,2.

Во многих вариантах осуществления, переходная область 22 передней поверхности 14 может иметь такую форму, чтобы фаза излучения, падающего на нее, монотонно изменялась от ее внутренней границы (IB) до ее внешней границы (OB). Таким образом, будет обеспечиваться ненулевая разность фаз между внешней областью и внутренней областью за счет постепенного увеличения или уменьшения фазы как функции увеличивающегося радиального расстояния от оптической оси через переходную область. В некоторых вариантах осуществления, переходная область может включать в себя участки плато, вкрапленные между участками постепенного увеличения или уменьшения фазы, на которых фаза может оставаться, по существу, постоянной.

Во многих вариантах осуществления, переходная область сконфигурирована так, что фазовый сдвиг между двумя параллельными лучами, один из которых падает на внешнюю границу переходной области и другой падает на внутреннюю границу переходной области, может быть дробной рациональной частью проектной длины волны (например, проектной длины волны 550 нм). В порядке примера, такой фазовый сдвиг может быть задан в соответствии с нижеследующим соотношением:

Ур. 1А

OPD=(A+B)λ Ур. 1B

где

A - целое число,

B - дробная рациональная часть, и

λ - проектная длина волны (например, 550 нм).

В порядке примера, полный фазовый сдвиг через переходную область может составлять λ/2, λ/3 и т.д., где λ - проектная длина волны, например, 550 нм. Во многих вариантах осуществления, фазовый сдвиг может быть периодической функцией длины волны падающего излучения с периодичностью, соответствующей одной длине волны.

Во многих вариантах осуществления, переходная область может приводить к дисторсии волнового фронта, исходящего из оптического элемента в соответствии с падающим излучением (т.е. волнового фронта, исходящего из задней поверхности оптического элемента), что может приводить к сдвигу эффективной фокусирующей силы линзы относительно ее номинальной силы. Кроме того, дисторсия волнового фронта может увеличивать глубину фокуса оптического элемента для диаметров апертуры, которые охватывают переходную область, особенно для апертур промежуточного диаметра, которые дополнительно описаны ниже. Например, переходная область может приводить к фазовому сдвигу между волновым фронтом, исходящим из внешнего участка оптического элемента, и волновым фронтом, исходящим из ее внутреннего участка. Такой фазовый сдвиг может приводить к интерференции излучения, исходящего из внешнего участка оптического элемента с излучением, исходящим из внутреннего участка оптического элемента в положении, где излучение, исходящее из внутреннего участка оптического элемента, будет фокусироваться, тем самым обеспечивая увеличение глубины фокуса, например, характеризуемое асимметричным профилем MTF (модуляционной передаточной функции), именуемым пиком MTF. Термины "глубина фокуса" и "глубина резкости" можно использовать взаимозаменяемо и известны и очевидны специалистам в данной области техники как расстояния в пространствах объектов и изображений, где можно разрешать приемлемое изображение. В той степени, в которой может потребоваться какое-либо дополнительное объяснение, под глубиной фокуса можно понимать величину расфокусировки относительно пика модуляционной передаточной функции с переменной фокусировкой (MTF) линзы, измеренной с помощью апертуры 3 мм и зеленого света, например света, имеющего длину волны около 550 нм, на которой MTF демонстрирует постоянный уровень, по меньшей мере, около 15% на пространственной частоте около 50 пл/мм. Можно применять и другие определения, и ясно, что на глубину резкости могут оказывать влияние многочисленные факторы, включая, например, размер апертуры, цветовое содержание света, формирующего изображение, и основную силу самой линзы.

В порядке дальнейшей иллюстрации, на фиг. 2A схематически показаны фрагмент волнового фронта, генерируемого передней поверхностью ИОЛ согласно варианту осуществления изобретения, имеющей переходную область между внутренним участком и внешним участком поверхности, и фрагмент волнового фронта, падающего на эту поверхность, и эталонный сферический волновой фронт (указанный пунктирными линиями), который минимизирует RMS (среднеквадратическую) ошибку фактического волнового фронта. Переходная область обеспечивает опережение по фазе волнового фронта (относительно волнового фронта, соответствующего предполагаемой аналогичной поверхности без переходной области), что приводит к схождению волнового фронта в фокальной плоскости перед ретинальной плоскостью (перед номинальной фокальной плоскостью ИОЛ в отсутствие переходной области). На фиг. 2B схематически показан другой случай, когда переходная область обеспечивает фазовую задержку падающего волнового фронта, что приводит к схождению волнового фронта в фокальной плоскости за ретинальной плоскостью (за номинальной фокальной плоскостью ИОЛ в отсутствие переходной области).

В порядке иллюстрации, в этой реализации, основной профиль передней и/или задней поверхности может быть задан нижеследующим соотношением:

Ур. 2

где

c - кривизна профиля,

k - коническая постоянная, и

f(r², r⁴, r⁶,...) - функция, содержащая составляющие основного профиля более высокого порядка. В порядке примера, функция f может быть задана нижеследующим соотношением:

Ур. 3

где

a₂ - деформационная постоянная второго порядка,

a₄ - деформационная постоянная четвертого порядка, и

a₆ - деформационная постоянная шестого порядка. Можно включить дополнительные члены более высоких порядков.

В порядке примера, в некоторых вариантах осуществления, параметр c может находиться в диапазоне от около 0,0152 мм^-1 до около 0,0659 мм^-1, параметр k может находиться в диапазоне от около -1162 до около -19, a₂ может находиться в диапазоне от около -0,00032 мм^-1 до около 0,0 мм^-1, a₄ может находиться в диапазоне от около 0,0 мм^-3 до около -0,000053 (минус 5,3Ч10^-5) мм^-3, и a₆ может находиться в диапазоне от около 0.0 мм^-5 до около 0,000153 (1,53Ч10^-4) мм^-5.

Использование некоторой степени асферичности в переднем и/или заднем основном профиле, который отличается, например, конической постоянной k, позволяет ослаблять эффекты сферической аберрации для больших размеров апертуры. Для больших размеров апертуры, такая асферичность позволяет, до некоторой степени, противодействовать оптическим эффектам переходной области, что дает более резкую MTF. В некоторых других вариантах осуществления, основной профиль одной или обеих поверхностей может быть торическим (т.е. может обладать разными радиусами кривизны в двух ортогональных направлениях вдоль поверхности) для ослабления астигматических аберраций.

Как отмечено выше, в этом иллюстративном варианте осуществления, профиль передней поверхности 14 может быть задан как суперпозиция основного профиля, например профиля, заданного вышеприведенным уравнением (1), и вспомогательного профиля. В этой реализации, вспомогательный профиль (Z_aux) может быть задан нижеследующим соотношением:

Ур. 4

где

r₁ - внутренняя радиальная граница переходной области,

r₂ - внешняя радиальная граница переходной области, и

Δ задана нижеследующим соотношением:

Ур. 5

где

n₁ - показатель преломления материала, образующего оптический элемент,

n₂ - показатель преломления среды, окружающей оптический элемент,

λ - проектная длина волны, и

α - дробная часть, например, 1/2.

Другими словами, в этом варианте осуществления, профиль передней поверхности (Z_sag) задается суперпозицией основного профиля (Z_base) и вспомогательного профиля (Z_aux), заданного ниже, и схематически показан на фиг. 3:

Ур. 6

В этом варианте осуществления, вспомогательный профиль, заданный вышеозначенными соотношениями (4) и (5), отличается, по существу, линейным фазовым сдвигом через переходную область. В частности, вспомогательный профиль обеспечивает фазовый сдвиг, который линейно увеличивается от внутренней границы переходной области до ее внешней границы, причем разность оптических путей между внутренней и внешней границами соответствует дробной части проектной длины волны.

Во многих вариантах осуществления, линза, отвечающая идее изобретения, например вышеописанная линза 10, может обеспечивать хорошее дальнее зрение, эффективно функционируя как монофокальная линза без оптических эффектов, обусловленных фазовым сдвигом для малых диаметров зрачка, которые заключены в диаметре центральной области линзы (например, для диаметра зрачка 2 мм). Для средних диаметров зрачка (например, для диаметров зрачка в диапазоне от около 2 мм до около 4 мм (например, для диаметра зрачка около 3 мм)) оптические эффекты, обусловленные фазовым сдвигом (например, изменения волнового фронта, выходящего из линзы), могут улучшать ближнее и промежуточное зрение. Для больших диаметров зрачка (например, для диаметров зрачка в диапазоне от около 4 мм до около 5 мм) линза опять же может обеспечивать хорошее дальнее зрение, поскольку фазовый сдвиг будет учитывать лишь малую долю участка передней поверхности, на который падает свет.

В порядке иллюстрации, на фиг. 4A-4C показана оптическая производительность гипотетической линзы согласно варианту осуществления изобретения для разных размеров зрачка. Предполагается, что линза имеет переднюю поверхность, заданную вышеозначенным соотношением (6), и заднюю поверхность, отличающуюся гладким выпуклым основным профилем (например, заданным вышеозначенным соотношением (2)). Кроме того, предполагается, что линза имеет диаметр 6 мм с переходной областью, проходящей между внутренней границей, имеющей диаметр около 2,2 мм, и внешней границей, имеющей диаметр около 2,6 мм. Значения основной кривизны передней и задней поверхности выбраны так, что оптический элемент обеспечивает номинальную оптическую силу 21 дп. Кроме того, предполагается, что среда, окружающая линзу, имеет показатель преломления около 1,336. В нижеприведенных таблицах 1A-1C указаны различные параметры оптического элемента линзы, а также параметры ее передней и задней поверхностей:

Таблица 1A
Оптический элемент
Центральная толщина (мм)	Диаметр (мм)	Показатель преломления
0,64	6	1,5418

Таблица 1B
Передняя поверхность
Основной профиль	Вспомогательный профиль
Основной радиус (мм)	Коническая постоянная (k)	a2	a4	A6	r1	r2	Δ
18,93	-43,56	0	2,97E-4	-2,3E-5	1,1	1,25	-1,18

Таблица 1C
Задняя поверхность
Основной радиус (мм)	Коническая постоянная (k)	a2	a4	a6
-20,23	0	0	0	0

В частности, на каждой из фиг. 4A-4C показаны графики модуляционной передаточной функции с переменной фокусировкой (MTF), соответствующие следующим частотам модуляции: 25 пл/мм, 50 пл/мм, 75 пл/мм и 100 пл/мм. MTF, показанная на фиг. 4A, для диаметра зрачка около 2 мм, указывает, что линза обеспечивает высокую оптическую производительность, например, для работы вне помещения, с глубиной фокуса около 0,7 дп, которая симметрична относительно фокальной плоскости. Для диаметра зрачка 3 мм каждая из MTF, показанная на фиг. 4B, асимметрична относительно фокальной плоскости линзы (т.е. относительно нулевой расфокусировки) со сдвигом ее пика в направлении отрицательной расфокусировки. Такой сдвиг может обеспечивать некоторую степень псевдоаккомодации для улучшения ближнего зрения (например, для чтения). Кроме того, эти MTF имеют увеличенные значения ширины по сравнению с показанными у MTF вычисленных для диаметра зрачка 2 мм, что улучшает промежуточное зрение. Для увеличенного диаметра зрачка 4 мм (фиг. 4C) асимметрия и значения ширины MTF уменьшаются относительно вычисленных для диаметра 3 мм. Это, в свою очередь, указывает хорошее дальнее зрение в условиях низкого освещения, например для ночного вождения.

Оптический эффект фазового сдвига может модулироваться путем изменения различных параметров, связанных с этой областью, например ее радиальной протяженности и скорости внесения фазового сдвига в падающий свет. В порядке примера, переходная область, заданная вышеозначенным соотношением (3), демонстрирует наклон, заданный как , который может изменяться для регулировки производительности оптического элемента, имеющего такую переходную область на его поверхности, в частности для промежуточных размеров зрачка.

В порядке иллюстрации, на фиг. 5A-5F показаны вычисленные модуляционные передаточные функции с переменной фокусировкой (MTF) при размере зрачка 3 мм и для частоты модуляции 50 пл/мм для гипотетических линз, имеющих переднюю поверхность, демонстрирующую профиль поверхности, показанный на фиг. 3, как суперпозицию основного профиля, заданного соотношением (2), и вспомогательного профиля, заданного соотношениями (4) и (5). Предполагается, что оптический элемент формирован из материала, имеющего показатель преломления 1,554. Кроме того, основная кривизна передней поверхности и задней поверхности выбраны так, чтобы оптический элемент имел номинальную оптическую силу около 21 дп.

В порядке обеспечения ссылки, из которой можно легче понять оптические эффекты переходной области, на фиг. 5A изображена MTF для оптического элемента, имеющего пренебрежимо малую Δz, т.е. оптического элемента, не имеющего фазового сдвига согласно идее изобретения. Такой традиционный оптический элемент, имеющий гладкие переднюю и заднюю поверхности, демонстрирует кривую MTF, симметрично расположенную относительно фокальной плоскости оптического элемента, и демонстрирует глубина фокуса около 0,4 дп. Напротив, на фиг. 5B показана MTF для оптического элемента согласно варианту осуществления изобретения, в котором передняя поверхность включает в себя переходную область, отличающуюся радиальной протяженностью около 0,01 мм и Δz=1 микрон. График MTF, показанный на фиг. 5B, демонстрирует увеличенную глубину фокуса около 1 дп, указывающую, что оптический элемент обеспечивает повышенную глубину резкости. Кроме того, она асимметрична относительно фокальной плоскости оптического элемента. Фактически, пик этого графика MTF ближе к оптическому элементу, чем эта фокальная плоскость. Это обеспечивает увеличение эффективной оптической силы для облегчения чтения.

Когда переходная область становится круче (ее радиальная протяженность остается постоянной, равной 0,01 мм) для обеспечения ΔZ=1,5 микрон (фиг. 5C), MTF дополнительно расширяется (т.е. оптический элемент обеспечивает повышенную глубину резкости) и ее пик сдвигается дальше от оптического элемента, чем фокальная плоскость оптического элемента. Как показано на фиг. 5D, MTF для оптического элемента, имеющего переходную область, отличающуюся ΔZ=2,5 микрон, идентична показанной на фиг. 5A для оптического элемента, имеющего ΔZ=0.

Фактически, картина MTF повторяется для каждой проектной длины волны. В порядке примера, согласно варианту осуществления, в котором проектная длина волны равна 550 нм и оптический элемент выполнен из материал Acrysof (поперечно сшитого сополимера 2-фенилэтил-акрилата и 2-фенилэтил-метакрилата) ΔZ=2,5 микрон. Например, кривая MTF, показанная на фиг. 5E, соответствующая ΔZ=3,5 микрон, идентична показанной на фиг. 5B для ΔZ=1,5, и кривая MTF, показанная на фиг. 5F, соответствующая ΔZ=4 микрон, идентична кривой MTF, показанной на фиг. 5C, соответствующей ΔZ=1,5 микрон. Разность оптических путей (OPD), соответствующая ΔZ для Z_aux, заданной вышеозначенным соотношением (3), может быть задана нижеследующим соотношением:

Разность оптических путей (OPD)=(n₂-n₁)ΔZ Ур. (7)

где

n₁ - показатель преломления материала, из которого сформирован оптический элемент, и

n₂ - показатель преломления материала, окружающего оптический элемент. Таким образом, для n₂=1,552 и n₁=1,336, и ΔZ=2,5 микрон, OPD, соответствующая 1 λ, достигается для проектной длины волны около 550 нм. Другими словами, иллюстративные графики MTF, показанные на фиг. 5A-5F, повторяются для изменения ΔZ, соответствующего OPD в 1 λ.

Переходная область, отвечающая идее изобретения, может быть реализована различными способами и не ограничивается вышеописанной иллюстративной областью, заданной соотношением (4). Кроме того, хотя в ряде случаев переходная область содержит плавно изменяющийся участок поверхности, в других случаях она может быть сформирована совокупностью сегментов поверхности, отделенных друг от друга одной или несколькими ступенями.

На фиг. 6 схематически представлена ИОЛ 24 согласно другому варианту осуществления изобретения, которая включает в себя оптический элемент 26, имеющий переднюю поверхность 28 и заднюю поверхность 30. По аналогии с предыдущим вариантом осуществления, профиль передней поверхности может характеризоваться суперпозицией основного профиля и вспомогательного профиля, хотя и отличающегося от вспомогательного профиля, описанного выше в связи с предыдущим вариантом осуществления.

Как схематически показано на фиг. 7, профиль (Z_sag) передней поверхности 28 вышеописанной ИОЛ 24 образован суперпозицией основного профиля (Z_base) и вспомогательного профиля (Z_aux). В частности, в этой реализации, профиль передней поверхности 28 может быть задан вышеозначенным соотношением (6), которое воспроизведено ниже: