(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (1) Int. Cl. A61F2/16 (06.01) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy /07 EP B1 (4) Tytuł wynalazku: Apodyzowane asferyczne soczewki dyfrakcyjne () Pierwszeństwo: US (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 07/40 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:.07. Wiadomości Urzędu Patentowego 07/ (73) Uprawniony z patentu: Alcon, Inc., Hünenberg, CH PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: SIMPSON Michael J., Arlington, US (74) Pełnomocnik: Przedsiębiorstwo Rzeczników Patentowych Patpol Sp. z o.o. rzecz. pat. Rachubik Irena Warszawa 1 skr. poczt. 37 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 Opis DZIEDZINA TECHNIKI [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy w ogólności wieloogniskowych dyfrakcyjnych soczewek okulistycznych, a zwłaszcza apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewek wewnątrzgałkowych, które mogą dawać lepszy kontrast obrazu. [0002] Periodyczne struktury dyfrakcyjne mogą uginać światło jednocześnie w kilku kierunkach, znanych także jako rzędy dyfrakcji. W wieloogniskowych soczewkach wewnątrzgałkowych wykorzystuje się dwa rzędy dyfrakcji w celu zaopatrzenia pacjenta w dwie funkcje optyczne, jedną dla widzenia z daleka, zaś drugą dla widzenia z bliska. Tego rodzaju dyfrakcyjne soczewki wewnątrzgałkowe są zwykle tak zaprojektowane, że posiadają zdolność dodawania, która daje rozdzielenie pomiędzy ogniskiem dalekim a ogniskiem bliskim. Dzięki temu dyfrakcyjne soczewki wewnątrzgałkowe pozwalają pacjentowi, w którego oku wszczepiona jest tego rodzaju soczewka, na widzenie w pewnym zakresie odległości przedmiotów. Przykładowo dyfrakcyjna wewnątrzgałkowa soczewka okulistyczna (IOL) może zastąpić naturalną soczewkę pacjenta w celu zaopatrzenia go nie tylko w niezbędną moc optyczną, ale także w pewien zakres pseudoakomodacji. W innym zastosowaniu dyfrakcyjna soczewka IOL lub inna soczewka okulistyczna może dać pacjentowi cierpiącemu na starczowzroczność - utratę akomodacji naturalnej soczewki - zdolność pseudoakomodacji. [0003] W dokumencie US 04/16014-A1 (Piers i inni) ujawniono apodyzowaną wieloogniskową soczewkę dyfrakcyjną, która jest równo dwuwypukła, posiada podobne profile podstawy na swojej przedniej powierzchni i tylnej powierzchni. [0004] W dokumencie US-A (Koch i inni) opisano udoskonalenie jakości optycznej podwójnej soczewki wewnątrzgałkowej, w której jedna soczewka może być obracana względem drugiej wokół osi optycznej, przy czym każda z nich wykazuje sekcję kompensacyjną, która może być toryczna, przeznaczoną do kompensacji astygmatyzmu, gdy soczewki te są obracane względem siebie wzajemnie. [000] Konwencjonalne wieloogniskowe soczewki dyfrakcyjne nie są jednak zaprojektowane do kontroli czy modyfikacji aberracji naturalnego oka, tak aby połączenie soczewki i oka pacjenta mogło dawać większy kontrast obrazu. Ponadto konstrukcja apodyzowanej soczewki dyfrakcyjnej przeznaczonej do uzyskania lepszego kontrastu obrazu może przedstawiać trudności polegające na tym, że takie soczewki wykazują zmienny efekt dyfrakcyjny w różnych położeniach kątowych na soczewce. STRESZCZENIE WYNALAZKU [0006] Niniejszy wynalazek w ogólności dostarcza wieloogniskowe soczewki okulistyczne, na przykład soczewki wewnątrzgałkowe i kontaktowe, które wykorzystują asferyczne profile powierzchni w celu zwiększenia kontrastu obrazu, w szczególności w dalekim ognisku soczewki. W wielu przykładach wykonania wynalazek dostarcza pseudoakomodacyjne soczewki posiadające przynajmniej jedną asferyczną powierzchnię w celu zwiększenia kontrastu obrazu. [0007] W jednej postaci niniejszy wynalazek stanowi soczewka dyfrakcyjna, na przykład pseudoakomodacyjna soczewka wewnątrzgałkowa (IOL), która posiada optykę z asferyczną krzywizną bazową, a także liczne pierścieniowe dyfrakcyjne strefy nałożone na część krzywizny bazowej, tak aby wygenerować dalekie ognisko i bliskie ognisko. Asferyczna krzywizna bazowa zwiększa kontrast obrazu w 1

3 dalekim ognisku optyki względem tego, co uzyskiwane jest przez zasadniczo identyczną soczewkę IOL, w której odpowiednia krzywizna bazowa jest sferyczna. [0008] Poprawę obrazu uzyskiwaną dzięki asferycznej krzywiźnie bazowej można scharakteryzować przez funkcję przenoszenia modulacji (MTF), jaką wykazują łącznie soczewka IOL oraz oko pacjenta, w którym wszczepiono soczewkę IOL. Przykładowo wartość funkcji MTF w dalekim ognisku może być większa niż około 0,2 (na przykład w zakresie od około 0,2 do około 0,), licząc dla modelowego oka przy przestrzennej częstotliwości około 0 par linii na milimetr (lp/mm) lub większa niż około 0,1 (na przykład w zakresie od około 0,1 do około 0,4) przy przestrzennej częstotliwości wynoszącej około 0 lp/mm, długości fali około 0 nm i wielkości źrenicy od około 4 mm do około mm. Korzystniej funkcja MTF może mieć wartość większą niż 0,3 lub 0,4. Przykładowo funkcja MTF może mieć wartość w zakresie od około 0,2 do około 0,. Przykładowo obliczona wartość funkcji MTF może być większa niż około 0,2 przy częstotliwości przestrzennej wynoszącej około 0 lp/mm, długości fali około 0 nm oraz wielkości źrenicy wynoszącej około 4, mm. [0009] W innej postaci asferyczny profil wybierany jest w celu znalezienia równowagi pomiędzy poprawą kontrastu obrazu a uzyskaniem użytecznej głębi ostrości przedmiotowej. Zamiast korygowania wszystkich aberracji, soczewka może być tak skonfigurowana, aby połączenie soczewki IOL i oka pacjenta, w którym soczewka ta jest wszczepiona, odznaczało się użyteczną głębią ostrości przedmiotową, zwłaszcza w ognisku dalekim. Określenia głębia ostrości przedmiotowa i głębia ostrości obrazowa, które stosowane są w niniejszym dokumencie wymiennie, są dobrze znane w kontekście soczewki i dobrze zrozumiałe dla znawców dziedziny. W stopniu, jaki może być wymagany przez pomiar ilościowy, parametr głębia ostrości przedmiotowa czy głębia ostrości obrazowa, może być wyznaczony przez wielkość rozogniskowania związanego z systemem optycznym, przy której poprzez-ogniskowa funkcja przenoszenia modulacji (MTF) systemu, obliczona lub zmierzona dla danej apertury, na przykład wielkości źrenicy, wynoszącej od około 4 mm do około mm (np. źrenicy o wielkości około 4, mm) i monochromatycznego światła zielonego, na przykład o długości fali 0 nm, wykazuje kontrast wynoszący przynajmniej 0,3 przy częstotliwości przestrzennej około 0 lp/mm lub kontrast przynajmniej 0,2 przy częstotliwości przestrzennej około 0 lp/mm. Należy rozumieć, że głębia ostrości w ognisku dalekim odnosi się do odległości rozogniskowania mniejszej niż odstęp pomiędzy ogniskiem dalekim a ogniskiem bliskim, to jest odnosi się do głębi ostrości, gdy pacjent widzi obiekt daleki. [00] W powiązanym aspekcie strefy dyfrakcyjne mogą być usytuowane wewnątrz części powierzchni soczewki, określanej tutaj jako strefa apodyzacji, otoczonej przez obwodową część powierzchni, która jest zasadniczo pozbawiona struktur dyfrakcyjnych. Strefy dyfrakcyjne mogą być oddzielone od siebie wzajemnie przez liczne stopnie usytuowane na granicach stref, które mają zasadniczo jednorodne wysokości. Ewentualnie wysokości stopni mogą być niejednorodne. Przykładowo wysokości stopni mogą stopniowo opadać jako funkcja narastającej odległości od osi optycznej soczewki. [0011] W niektórych przykładach wykonania soczewka zawiera przednią powierzchnię posiadającą profil asferyczny oraz tylną powierzchnię, która jest sferyczna. Ewentualnie tylna powierzchnia może być asferyczna, zaś przednia powierzchnia sferyczna. W innych przykładach wykonania zarówno przednia powierzchnia jak i tylna powierzchnia może być asferyczna, to znaczy całkowity wymagany stopień asferyczności może być podzielony pomiędzy przednią powierzchnię i tylną powierzchnię. 2

4 [0012] W powiązanej postaci asferyczność jednej lub większej liczby powierzchni soczewki IOL można opisać następującym równaniem: + plus wyrazy wyższego rzędu gdzie: z oznacza wygięcie powierzchni równolegle do osi (z), na przykład osi optycznej, prostopadłej do powierzchni, c oznacza krzywiznę przy wierzchołku powierzchni, cc oznacza współczynnik zależności stożkowej, R oznacza promieniowe położenie na powierzchni, ad oznacza współczynnik deformacji czwartego rzędu, zaś ae oznacza współczynnik deformacji szóstego rzędu. [0013] Odległości podane są w milimetrach. Przykładowo stała krzywizny podana jest w odwrotnościach milimetrów, zaś ad dana jest w jednostkach 1/(mm) 3 a ae w jednostkach 1/(mm). [0014] Parametry powyższej relacji mogą być dobierane na przykład na podstawie pożądanej mocy optycznej soczewki, materiału z jakiego wykonana jest soczewka, a także stopnia poprawy jakości obrazu oczekiwanego od asferyczności profilu. Przykładowo w niektórych przykładach wykonania, w których optyka soczewki formowana jest jako soczewka dwuwypukła z materiału polimerowego o średniej mocy (na przykład mocy 21 dioptrii), współczynnik zależności stożkowej (cc) przedniej powierzchni może być w zakresie od około 0 (zero) do około -0 (minus pięćdziesiąt) lub w zakresie od około - (minus ) do około - (minus ) lub też w zakresie od około -1 (minus 1) do około -2 (minus 2), zaś stałe deformacji (ad) i (ae) mogą mieć odpowiednio wartości w zakresie od około 0 do około - -3 (minus 0,001) oraz w zakresie od około 0 do około - -4 (minus 0,0001). [001] W innej postaci niniejszy wynalazek stanowi pseudoakomodacyjna apodyzowana dyfrakcyjna soczewka IOL, która zawiera układ optyczny posiadający przednią powierzchnię i tylną powierzchnię, przy czym przynajmniej jedna z tych powierzchni posiada asferyczny profil bazowy oraz liczne dyfrakcyjne strefy nałożone na część profilu bazowego, tak że każda strefa jest usytuowana przy wybranym promieniu od osi optycznej układu optycznego i jest oddzielona od sąsiedniej strefy przez stopień. Ta powierzchnia soczewki może ponadto zawierać bzregowy obszar otaczający strefy dyfrakcyjne. Dyfrakcyjne strefy generują ognisko dalekie oraz ognisko bliskie, zaś asferyczny profil zwiększa kontrast obrazu w ognisku dalekim względem kontrastu uzyskiwanego przez identyczną soczewkę z profilem sferycznym. [0016] W innych postaciach niniejszy wynalazek stanowi pseudoakomodacyjna dyfrakcyjna soczewka IOL, która zawiera układ optyczny uformowany z biozgodnego materiału polimerowego i posiadający tylną powierzchnię oraz przednią powierzchnię, gdzie optyka tworzy ognisko bliskie i ognisko dalekie. Przynajmniej jedna z powierzchni, przednia powierzchnia lub tylna powierzchnia, może być opisana przez krzywiznę bazową oraz liczne strefy dyfrakcyjne w postaci pierścieniowych koncentrycznych elementów dyfrakcyjnych usytuowanych wokół osi optycznej, z których każdy posiada pewną wysokość względem krzywizny bazowej, która stopniowo maleje w miarę zwiększania się odległości elementu dyfrakcyjnego od osi optycznej. Krzywizna bazowa może mieć asferyczny profil służący do zwiększenia kontrastu w ognisku 3

5 dalekim dla średnic źrenicy od około 4 do około milimetrów względem zasadniczo identycznej soczewki IOL, w której krzywizna bazowa jest sferyczna. [0017] W innych postaciach wynalazek stanowi apodyzowana dyfrakcyjna soczewka okulistyczna, która zawiera układ optyczny posiadający przednią powierzchnię i tylną powierzchnię, z których przynajmniej jedna posiada asferyczny profil bazowy oraz liczne pierścieniowe dyfrakcyjne strefy usytuowane na profilu bazowym w celu generowania ogniska bliskiego i ogniska dalekiego. Asferyczny profil poprawia kontrast obrazu w ognisku dalekim względem tego, co uzyskuje się w zasadniczo identycznej soczewce, w której odpowiedni profil bazowy jest sferyczny. Soczewka okulistyczna może być, bez ograniczenia, soczewką wewnątrzgałkową lub soczewką kontaktową. [0018] W innej postaci wynalazek stanowią sposoby obliczania optycznych właściwości apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewek, a zwłaszcza apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewek, które posiadają przynajmniej jedną asferyczną powierzchnię. Apodyzowane dyfrakcyjne soczewki posiadają właściwości zarówno dyfrakcji jak i apodyzacji. Stąd też obydwa te aspekty muszą być uwzględnione w konstrukcji soczewki. W szczególności apodyzowane dyfrakcyjne soczewki wykazują zmianę efektu dyfrakcyjnego w różnych położeniach promieniowych na soczewce, co może wpływać na kontrast obrazu. Konwencjonalne aberracje, takie jak aberracja sferyczna, powodowane przez kształt rogówki oka, są zwykle obliczane z oczekiwaniem, że transmisja światła ma stałą wartość na powierzchni soczewki. Przykładowo każdemu promieniowi światła, przechodzącemu przez system optyczny w standardowym programie śledzącym promienie, nadaje się równą wagę. Tego rodzaju konwencjonalne podejście nie jest jednak przydatne dla apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewek, w których transmisja optyczna może różnić się w różnych obszarach soczewki. W zamian w obliczeniach optycznych dla soczewek apodyzowanych stosować trzeba zasady optyki fizycznej. Przykładowo, jak omówiono to bardziej szczegółowo poniżej, w sposobie według wynalazku apodyzacja może być modelowana jako redukcja transmisji optycznej przez różne obszary soczewki. [0019] W powiązanej postaci wynalazek stanowi sposób obliczania funkcji przenoszenia modulacji (MTF) dla apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki posiadającej liczne pierścieniowe elementy dyfrakcyjne usytuowane w określonych promieniowych odległościach od osi optycznej soczewki poprzez wyznaczenie funkcji apodyzacji, która wskazuje na wydajność dyfrakcji w licznych położeniach promieniowych względem osi optycznej w celu kierowania światła do wybranego rzędu dyfrakcji soczewki. Funkcja apodyzacji może być całkowana na wybranej apreturze, tak aby wyznaczyć ułamek energii świetlnej uginanej do rzędu dyfrakcji. Wstępna funkcja MTF (na przykład obliczana poprzez założenie, że soczewce IOL brakuje elementów dyfrakcyjnych) może być skalowana według scałkowanej funkcji apodyzacji w celu wygenerowania pożądanej funkcji MTF. [00] Pseudoakomodacyjna dyfrakcyjna soczewka IOL według niniejszego wynalazku może znaleźć rozmaite zastosowania. Przykładowo może być ona wykorzystana zarówno u pacjentów pseudofakijnych jak i fakijnych. Przykładowo tego rodzaju soczewka IOL posiadająca małą moc bazową (lub zerową moc bazową) może zostać wykorzystana jako soczewka przedniej komory u pacjentów fakijnych. [0021] Dalsze rozumienie wynalazku można uzyskać poprzez odniesienie do następującego szczegółowego opisu w połączeniu ze stowarzyszonymi rysunkami, które opisano w skrócie poniżej. SKRÓCONY OPIS KILKU WIDOKÓW RYSUNKÓW 4

6 [0022] Bardziej kompletne zrozumienie niniejszego wynalazku i jego zalet można uzyskać odnosząc się do następującego opisu wraz z załączonymi rysunkami, na których podobnymi numerami referencyjnymi oznaczono podobne elementy, przy czym: na fig. 1A przedstawiono schematyczny widok z przodu apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki posiadającej asferyczną przednią powierzchnię według jednego przykładu wykonania wynalazku; na fig. 1B przedstawiono schematyczny przekrój poprzeczny układu optycznego dyfrakcyjnej soczewki z fig. 1A, ilustrujący liczne dyfrakcyjne elementy nałożone na asferyczny profil bazowy przedniej powierzchni; na fig. 1C przedstawiono schematycznie asferyczny profil bazowy przedniej powierzchni soczewki z fig. 1A i 1B w odniesieniu do domniemanego profilu sferycznego; na fig. 2 przedstawiono przekrój poprzeczny apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki według innego przykładu wykonania wynalazku, w którym wysokości licznych dyfrakcyjnych elementów maleją jako funkcja rosnącej odległości od osi optycznej soczewki; na fig. 2B przedstawiono schematycznie asferyczny profil powierzchni soczewki z fig. 2 w porównaniu do domniemanego profilu sferycznego; na fig. 3A przedstawiono wykres funkcji przenoszenia modulacji (MTF) w ognisku, obliczony w modelowym oku dla asferycznej dyfrakcyjnej soczewki według jednego przykładu wykonania wynalazku; na fig. 3b przedstawiono wykres funkcji przenoszenia modulacji (MTF) w ognisku, obliczony w modelowym oku dla apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki zasadniczo identycznej do soczewki z fig. 3A, ale posiadającej sferyczne profile powierzchni; na fig. 4A przedstawiono liczne wykresy ilustrujące funkcje przenoszenia modulacji obliczone w modelowym oku dla 0 lp/mm i wielkości źrenicy wynoszącej 4, mm dla każdej z kilku przykładowych asferycznych apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewek połączonych z rogówkami wykazującymi pewien zakres asferyczności, jak również wykres kontrolny pokazujący odpowiednie funkcje MTF dla zasadniczo identycznych soczewek posiadających profile sferyczne; na fig. 4B przedstawiono liczne wykresy ilustrujące funkcje przenoszenia modulacji obliczone w modelowym oku dla 0 lp/mm i wielkości źrenicy wynoszącej 4, mm dla każdej z kilku przykładowych asferycznych apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewek połączonych z rogówkami wykazującymi pewien zakres asferyczności, jak również wykres kontrolny pokazujący odpowiednie funkcje MTF dla zasadniczo identycznych soczewek posiadających profile sferyczne; na fig. przedstawiono schematycznie dyfrakcyjne elementy soczewki IOL według jednego przykładu wykonania wynalazku, które wykazują stopniowo malejące wysokości w funkcji rosnącej odległości od osi optycznej (krzywizna bazowa nie jest pokazana); na fig. 6A przedstawiono wykres odpowiadający obliczonej ułamkowej wydajności dyfrakcji dla zerowego rzędu i pierwszego rzędu dyfrakcji dla soczewki opisanej schematycznie na fig. ; na fig. 6B przedstawiono wykres odpowiadający energii światła skierowanej do zerowego i pierwszego rzędu z fig., otrzymany poprzez scałkowanie danych o wydajności dyfrakcji pokazanych na fig. 6A; na fig. 7A przedstawiono schematycznie przesadzone asferyczne profile wzdłuż jednego kierunku powierzchni torycznej powierzchni soczewki IOL według jednego przykładu wykonania wynalazku, zaś

7 na fig. 7B przedstawiono schematycznie przesadzone asferyczne profile wzdłuż innego kierunku powierzchni torycznej powierzchni związanej z profilem pokazanym na fig. 7A SZCZEGÓŁOWY OPIS WYNALAZKU [0023] Niniejszy wynalazek dostarcza wieloogniskowe soczewki okulistyczne, które zawierają przynajmniej jedną asferyczną powierzchnię soczewki o asferyczności dobranej w celu uzyskania poprawy kontrastu obrazu względem tego, co uzyskiwane jest w zasadniczo identycznej soczewce, w której odpowiednia powierzchnia jest sferyczna. W poniższych przykładach wykonania treść wynalazku zilustrowana jest głównie w odniesieniu do soczewek wewnątrzgałkowych. Należy jednak rozumieć, że treści te odnoszą się w równej mierze do innych soczewek okulistycznych, takich jak na przykład soczewki kontaktowe. [0024] Na fig. 1A i 1B przedstawiono schematycznie wieloogniskowe dyfrakcyjne wewnątrzgałkowe soczewki według jednego przykładu wykonania wynalazku, posiadające układ optyczny 12, który zawiera przednią powierzchnię 14 i tylną powierzchnię 16. W tym przykładzie wykonania przednia powierzchnia i tylna powierzchnia są symetryczne wokół osi optycznej 18 soczewki, chociaż zastosować można także powierzchnie asymetryczne. Soczewka ta zawiera także rozciągające się promieniowo mocujące elementy lub dotykowe elementy służące do umieszczenia jej w oku pacjenta. Układ optyczny 12 może być uformowany z biozgodnego materiału polimerowego, na przykład miękkiego materiału akrylowego, silikonu lub hydrożelu. W istocie zastosować można dowolny biozgodny materiał - korzystnie miękki - który odznacza się współczynnikiem załamania wymaganym dla danego szczególnego zastosowania soczewki. Ponadto mocujące elementy także mogą być uformowane z odpowiednich materiałów polimerowych, takich jak na przykład metakrylan polimetylu, polipropylen i tym podobne. Pomimo, że powierzchnie 14 i 16 przedstawiono jako w ogólności wypukłe, każda z tych powierzchni może mieć w ogólności kształt wklęsły. Ewentualnie powierzchnie 14 i 16 można dobrać tak, aby uzyskać soczewkę płasko-wypukłą lub płasko-wklęsłą. Określenie soczewka wewnątrzgałkowa oraz jej skrót IOL, stosowane są tutaj wymiennie na opisanie soczewek, które są wszczepiane do wnętrza oka albo w celu zastąpienia naturalnych soczewek albo też w celu innego wspomożenia widzenia niezależnie od tego, czy naturalna soczewka została usunięta czy nie. [002] Przednia powierzchnia zilustrowanej soczewki IOL zawiera liczne pierścieniowe dyfrakcyjne strefy 22A tworzące prawie okresowe mikroskopowe elementy 22b służące do uginania światła w kilku kierunkach jednocześnie (wielkości dyfrakcyjnych elementów są przesadzone dla przejrzystości). Pomimo, że w ogólności dyfrakcyjne elementy mogą być zaprojektowane do dzielenia światła na więcej niż dwa kierunki, w tym przykładzie wykonania, dyfrakcyjne elementy współpracują kierując światło głównie w dwóch kierunkach, z których jeden zbiega się do bliskiego ogniska 24 a drugi do dalekiego ogniska 26, zgodnie z tym, co pokazano schematycznie na fig. 1B. Pomimo, że zilustrowano tutaj ograniczoną liczbę dyfrakcyjnych stref, liczba stref może być generalnie dobrana tak, aby spełniać wymagania konkretnego zastosowania. Przykładowo liczba dyfrakcyjnych stref może mieścić się w zakresie od około do około. W wielu zastosowaniach moc optyczna związana z dalekim ogniskiem może mieścić się w zakresie od około 18 do około 26 dioptrii z bliskim ogniskiem dającym dodaną moc o wartości około 4 dioptrii. Pomimo, że w tym ilustrującym przykładzie wykonania soczewka IOL ma dodatnią moc optyczną, w niektórych innych przykładach wykonania może mieć ona ujemną moc optyczną z dodatnią dodaną mocą rozdzielającą bliskie ognisko od dalekiego ogniska. Dyfrakcyjne strefy są ograniczone wewnątrz części powierzchni, określanej tutaj jako strefa apodyzacji, przy czym otoczone są przez brzegową część 28 przedniej powierzchni, która 6

8 jest pozbawiona tego rodzaju dyfrakcyjnych elementów. Innymi słowy, soczewka IOL jest apodyzowaną dyfrakcyjną soczewką. Oznacza to, że soczewka IOL wykazuje niejednorodną skuteczność dyfrakcji na przedniej powierzchni 14 soczewki, jak omówiono to bardziej szczegółowo poniżej. Apodyzacja może zostać uzyskana poprzez utworzenie dyfrakcyjnych elementów w obszarze powierzchni soczewki (określanym jako strefa apodyzacji) otoczonym przez brzegową część powierzchni, która jest pozbawiona tego rodzaju dyfrakcyjnych elementów. Stąd też apodyzacja obejmuje zarówno obszar soczewki określany jako strefa apodyzacji jak i brzegowy/zewnętrzny obszar soczewki. [0026] Zgodnie z tym, co pokazano schematycznie na fig. 1C, przednia powierzchnia 14 może być scharakteryzowana przez krzywiznę bazową, która opisuje profil powierzchni jako funkcję promieniowej odległości (r) od osi optycznej, na części której nałożone są dyfrakcyjne strefy 22. Każda dyfrakcyjna strefa jest oddzielona od sąsiedniej strefy przez stopień, którego wysokość jest związana z konstrukcyjną długością fali soczewki, zgodnie z następującym wyrażeniem: λ wysokośc stopnia = 2( n 2 n 1 ) równanie (1) 1 gdzie: λ jest konstrukcyjną długością fali (na przykład 0 nm), n 2 jest współczynnikiem załamania układu optycznego, zaś n 1 jest współczynnikiem załamania ośrodka otaczającego soczewkę. [0027] W jednym przykładzie wykonania, w którym medium otaczającym jest wodny płyn ustrojowy o współczynniku załamania wynoszącym 1,336, współczynnik załamania układu optycznego (n 2 ) jest wybrany na poziomie 1,. Jednorodna wysokość stopni określana przez powyższe równanie jest jednym przykładem. Zastosować można także inne jednorodne wysokości stopni (które mogą zmieniać bilans energii pomiędzy obrazami dalekim i bliskim). [0028] W tym przykładzie wykonania wysokości stopni pomiędzy różnymi dyfrakcyjnymi strefami soczewki 2 IOL są zasadniczo jednorodne, dając dzięki temu raptowne przejście od strefy apodyzacji do zewnętrznej części soczewki. W innych przykładach wykonania, jak na przykład te omawiane bardziej szczegółowo poniżej, wysokości stopni mogą być niejednorodne, na przykład mogą one stopniowo zmniejszać się, gdy ich odległości od osi optycznej rosną. [0029] Granica każdej pierścieniowej strefy (np. promień r i i-tej strefy) względem osi optycznej może być wybrana na różne sposoby, znane znawcom okulistyki. [00] Odwołując się do fig. 1C, bazowy profil przedniej powierzchni jest asferyczny z wybranym stopniem odchylenia od domniemanego sferycznego profilu 32, który zasadniczo jest zgodny z asferycznym profilem na niewielkich odległościach promieniowych (to jest w miejscach usytuowanych w pobliżu osi optycznej). W tym przykładzie wykonania tylna powierzchnia ma profil sferyczny. W innych przykładach 3 wykonania tylna powierzchnia może być asferyczna, zaś przednia powierzchnia jest sferyczna. Ewentualnie zarówno tylna powierzchnia jak i przednia powierzchnia mogą być asferyczne, dając soczewkę o pożądanym całkowitym stopniu asferyczności. W tym przykładzie wykonania profil przedniej powierzchni jest generalnie bardziej płaski niż domniemany profil sferyczny z odchyleniem od profilu sferycznego, które staje się bardziej wyraźne wraz ze zwiększaniem odległości od osi optycznej. Jak omówiono to bardziej 40 szczegółowo poniżej, bardziej wyraźna asferyczność w brzegowej części soczewki może być szczególnie 7

9 korzystna pod względem zwiększenia kontrastu obrazu w ognisku dalekim, gdyż ta część jest szczególnie wydajna, jeżeli chodzi o kierowanie światła do dalekiego ogniska. W innych przykładach wykonania asferyczna przednia powierzchnia może być bardziej stroma niż profil sferyczny. [0031] Określenia asferyczna krzywizna bazowa i asferyczny profil są tutaj używane wymiennie i są dobrze znane znawcom dziedziny. W stopniu, w jakim mogą być potrzebne dodatkowe wyjaśnienia, terminy te stosowane są tutaj do określenia promieniowego profilu powierzchni, która wykazuje odchylenia od powierzchni sferycznej. Tego rodzaju odchylenia można na przykład scharakteryzować jako płynnie zmieniające się różnice pomiędzy profilem asferycznym a domniemanym profilem sferycznym, który zasadniczo odpowiada profilowi asferycznemu na niewielkich odległościach promieniowych od wierzchołka profilu. Ponadto terminy zasadniczo identyczna soczewka IOL czy zasadniczo identyczne soczewki stosowane są tutaj na określenia soczewki IOL, która jest uformowana z tego samego materiału, co asferyczna soczewka IOL według wynalazku, do której się ją porównuje. Każda powierzchnia takiej zasadniczo identycznej soczewki IOL ma taki sam centralny promień (to jest promień przy wierzchołku powierzchni odpowiadającej przecięciu osi optycznej z tą powierzchnią), jak promień odpowiadającej powierzchni asferycznej soczewki IOL. Ponadto zasadniczo identyczna soczewka IOL ma taką samą centralną grubość, co asferyczna soczewka IOL, z którą się ją porównuje. Jednakże zasadniczo identyczna soczewka IOL ma sferyczne profile powierzchni, to jest brakuje jej asferyczności, jaką wykazuje asferyczna soczewka IOL. [0032] W wielu przykładach wykonania asferyczność powierzchni dobiera się w celu zwiększenia, a w niektórych przypadkach zmaksymalizowania kontrastu obrazu u pacjenta, u którego dana soczewka IOL jest wszczepiona, względem tego, co uzyskuje się przy użyciu zasadniczo identycznej soczewki IOL, w której przednia powierzchnia ma domniemany sferyczny profil 32, nie zaś asferyczny profil. Przykładowo asferyczny profil można zaprojektować tak, aby dać pacjentowi kontrast obrazu charakteryzowany funkcją przenoszenia modulacji (MTF) o wartości przynajmniej 0,2 w dalekim ognisku, mierzonej lub obliczonej dla monochromatycznego światła o długości fali około 0 nm, przy częstotliwości przestrzennej wynoszącej 0 par linii na milimetr (odpowiadający widzeniu /) i apertury (na przykład wielkości źrenicy) wynoszącej około 4, milimetra. Funkcja MTF może mieć na przykład wartość w zakresie od około 0, 2 do około 0,. Ze względu na to, że bezpośrednie pomiary w oku pacjenta mogą być skomplikowane, w wielu przykładach wykonania poprawa jakości obrazu uzyskiwana dzięki asferycznej apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewce IOL według niniejszego wynalazku może być oszacowana poprzez teoretyczne obliczenie funkcji MTF w modelowym oku wykazującym wybrane rogówkowe i/lub naturalne aberracje soczewki, odpowiadające indywidualnemu oku pacjenta lub oczom wybranej grupy pacjentów. Informacje potrzebne do zamodelowania rogówki pacjenta i/lub naturalnej soczewki mogą być uzyskane na podstawie pomiarów aberracji kształtu fali dla oka, wykonanych z wykorzystaniem znanych metod topograficznych. [0033] Jak wiadomo znawcom o typowej znajomości dziedziny, zmierzona lub obliczona funkcja przenoszenia modulacji (MTF) związana z soczewką, może dostarczyć ilościową miarę kontrastu obrazu, dostarczaną przez tę soczewkę. W ogólności kontrast lub modulacja związana z sygnałem optycznym, na przykład, dwuwymiarowym wzorem rozkładu natężenia światła wypromieniowywanego z lub odbijanego przez obrazowany obiekt lub związanego z obrazem tego obiektu, może być zdefiniowana zgodnie z następującym wyrażeniem: 8

10 1 równanie (2) gdzie I max i I min oznaczają odpowiednio maksymalną i minimalną wartość natężenia związanego z sygnałem. Taki kontrast może być obliczony lub zmierzony dla każdej częstotliwości przestrzennej występującej w sygnale optycznym. Funkcja MTF obrazującego systemu optycznego, na przykład połączonych soczewki IOL i rogówki, może zostać następnie zdefiniowana jako stosunek kontrastu związanego z obrazem obiektu tworzonym przez ów system optyczny do kontrastu związanego z obiektem. Jak wiadomo, funkcja MTF związana z systemem optycznym zależy nie tylko od częstotliwości przestrzennych rozkładu natężenia światła oświetlającego system, ale może także zależeć od innych czynników, takich jak wielkość apertury i długość fali padającego światła. [0034] W niektórych przykładach wykonania asferyczność przedniej powierzchni 14 jest tak dobierana, aby dać pacjentowi, u którego dana soczewka IOL została wszczepiona, kontrast obrazu charakteryzowany funkcją przenoszenia modulacji (MTF) o wartości większej niż około 0,2, utrzymując przy tym głębię ostrości w dopuszczalnym zakresie. Zarówno funkcja MTF jak i głębia ostrości mogą zostać obliczone dla modelowego oka. [003] W niektórych przykładach wykonania asferyczny profil przedniej powierzchni 14 soczewki IOL w funkcji promieniowej odległości (R) od osi optycznej 18 lub też tylnej powierzchni albo obydwu w innych przykładach wykonania, może zostać scharakteryzowany następującym wyrażeniem: + plus wyrazy wyższego rzędu 2 3 gdzie: z oznacza wygięcie powierzchni równolegle do osi (z), na przykład osi optycznej, prostopadłej do powierzchni, c oznacza krzywiznę przy wierzchołku powierzchni, cc oznacza współczynnik zależności stożkowej R oznacza promieniowe położenie na powierzchni ad oznacza współczynnik deformacji czwartego rzędu, zaś ae oznacza współczynnik deformacji szóstego rzędu. [0036] Chociaż w niektórych przykładach wykonania dopasowywany jest sam tylko współczynnik zależności stożkowej cc w celu uzyskania pożądanego odchylenia od sferyczności, to w innych przykładach wykonania, poza współczynnikiem zależności stożkowej cc regulowane są jedna lub obydwie stałe wyższego rzędu, ad, ae,(a zwłaszcza ae), które w większym stopniu wpływają na profil zewnętrznej części powierzchni, w celu uzyskania wybranego asferycznego profilu dla jednej lub obydwu powierzchni soczewki IOL. Asferyczne stałe wyższego rzędu (ad i ae) mogą być szczególnie przydatne do dostosowywania brzegowej części powierzchni soczewki, to znaczy części położonych daleko od osi optycznej. [0037] Wybór asferycznych stałych w powyższym wyrażeniu dla wygenerowania pożądanego sferycznego profilu może zależeć na przykład od aberracji oka, w którym wszczepiona została soczewka IOL, materiału, z jakiego wykonana jest soczewka IOL, a także mocy optycznej soczewki IOL. W ogólności stałe te są tak dobierane, że połączenie soczewki IOL i rogówki lub też soczewki IOL, rogówki i naturalnej soczewki daje kontrast obrazu charakteryzowany przez funkcję MTF, na przykład funkcję MTF obliczoną dla modelowego 9

11 1 2 3 oka, o wartości większej niż około 0,2 przy częstotliwości przestrzennej około 0 lp/mm, długości fali około 0 nm, a także wielkości źrenicy około 4, mm. Przykładowo w niektórych przykładach wykonania, w których soczewka IOL jest wykonana z akrylowego materiału polimerowego (na przykład kopolimeru akrylanu i metakrylanu) w celu wszczepienia do oka odznaczającego się asferycznością rogówki charakteryzowaną przez stałą zależności stożkowej w zakresie od zera (związaną z poważną aberracją sferyczną) do około -0, (związaną z wysokim stopniem spłaszczenia asferycznego), stała zależności stożkowej cc dla soczewki IOL w odniesieniu do powyższych parametrów może być w zakresie od około 0 do około -0 (minus pięćdziesiąt) lub w zakresie od około - (minus ) do około - (minus ) lub też w zakresie od około -1 (minus 1) do około -2 (minus 2), przy czym współczynniki deformacji ad i ae mogą mieć wartości odpowiednio w zakresie od około 0 do około +/- -3 oraz w zakresie od około 0 do około +/ Pomimo, że w niektórych przykładach wykonania sama stała zależności stożkowej jest niezerowa, to w innych przykładach wykonania współczynniki ad i ae są niezerowe, zaś stała zależności stożkowej ma ustaloną wartość zero. Typowo wszystkie trzy asferyczne współczynniki cc, ad i ae, a także w miarę możności stałe wyższych rzędów, są ustalone na wartościach niezerowych w celu utworzenia wymaganego profilu. Ponadto współczynnik krzywizny (c) może być dobrany na podstawie pożądanej mocy optycznej soczewki, materiału, z jakiego wykonana jest soczewka, a także krzywizny zewnętrznej powierzchni soczewki z wykorzystaniem sposobu znanego w dziedzinie. [0038] Odwołując się do fig. 2A i 2B, dyfrakcyjna wewnątrzgałkowa soczewka 34 według innego przykładu wykonania wynalazku zawiera układ optyczny 36 posiadający tylną powierzchnię 38 oraz przednią powierzchnię 40 z licznymi dyfrakcyjnymi elementami 42 o postaci pierścieniowych dyfrakcyjnych stref nałożonych na bazowy profil 44 powierzchni, które są otoczone przez brzegową część 4, która jest pozbawiona dyfrakcyjnych elementów, tak że uzyskuje się dalekie ognisko i bliskie ognisko przeznaczone dla transmisji światła przez soczewkę. Podobnie do poprzedniego przykładu wykonania bazowy profil 44 jest asferyczny z określonym stopniem odchylenia od domniemanego sferycznego profilu 46, który jest zgodny z asferycznym bazowym profilem na niewielkich promieniowych odległościach od przecięcia osi optycznej 48 soczewki i przedniej powierzchni 40, jak pokazano to schematycznie na fig. 2B. Kartezjański układ współrzędnych pokazany na fig. 2B pozwala na zademonstrowanie położenia punktu na przedniej powierzchni poprzez zaznaczenie jego promieniowej odległości od przecięcia się osi optycznej z przednią powierzchnią (to znaczy współrzędna r) oraz jego wygięcia (z) względem płaszczyzny stycznej do profilu przy jego wierzchołku (to jest jego przecięciu z osią optyczną) i prostopadłej do osi optycznej. [0039] Każda dyfrakcyjna strefa jest oddzielona od sąsiedniej strefy przez stopień (na przykład stopień 0 oddzielający drugą strefę od trzeciej strefy), którego wysokość maleje w miarę zwiększania się odległości strefy od osi optycznej, dając dzięki temu stopniowe przesunięcie w podziale transmitowanej energii optycznej pomiędzy bliskim a dalekim ogniskiem soczewki. To zmniejszanie wysokości stopni korzystnie redukuje niepożądane efekty blasku postrzeganego jako halo lub pierścienie wokół odległego pojedynczego źródła światła. Stopnie te są usytuowane przy promieniowych granicach stref. W tym przykładzie wykonania promieniowe położenie granicy strefy może zostać wyznaczone zgodnie z następującym wyrażeniem: 40 gdzie: równanie (4)

12 1 2 i oznacza numer strefy (i = 0 oznacza strefę centralną) λ oznacza konstrukcyjną długość fali, zaś f oznacza odległość ogniskową bliskiego ogniska. W niektórych przykładach wykonania wybrana konstrukcyjna długość fali λ wynosi 0 nm, światło zielone w centrum odpowiedzi wizualnej. [0040] Wysokość stopnia pomiędzy sąsiednimi strefami lub też pionowa wysokość każdego dyfrakcyjnego elementu na granicy strefy może zostać określona zgodnie z następującym wyrażeniem: λ wysokośc stopnia = 2( n 2 n ) 1 f apodyz równanie () gdzie: λ oznacza konstrukcyjną długość fali (na przykład 0 nm), n 2 oznacza współczynnik załamania materiału z jakiego wykonana jest soczewka optycznego, n 1 oznacza współczynnik załamania ośrodka, w którym umieszczona jest soczewka, zaś f apodyz reprezentuje funkcję skalowania, której wartość maleje w funkcji wzrostu promieniowej odległości od przecięcia osi optycznej z przednią powierzchnią soczewki. [0041] Przykładowo funkcja skalowania może być zdefiniowana przez następujące wyrażenie: f apodyz exp ( ri rin ) rin ri rout ( r r ) = 1, out in równanie (6) gdzie: r i oznacza promieniową odległość i-tej strefy, r in oznacza wewnętrzną granicę strefy apodyzacji, jak przedstawiono schematycznie na fig. 2A, r out oznacza zewnętrzną granicę strefy apodyzacji, jak przedstawiono to na fig. schematycznie na fig. 2A, zaś exp oznacza wartość wybraną na podstawie względnego położenia strefy apodyzacji i pożądanego zmniejszenia wysokości stopnia dyfrakcyjnego elementu. [0042] Wykładnik exp może zostać wybrany na podstawie pożądanego stopnia zmiany w skuteczności dyfrakcji na powierzchni soczewki. Przykładowo exp może przyjmować wartości w zakresie od około 2 do około 6. [0043] W charakterze innego przykładu funkcja skalująca może być zdefiniowana przez następujące wyrażenie: 3 3 r i f = 1 apodyz równanie (7) rout gdzie: r 1 oznacza promieniową odległość i-tej strefy, zaś r out oznacza promień strefy apodyzacji. [0044] Odwołując się ponownie do fig. 2A, w tym przykładzie wykonania każdy stopień na granicy strefy jest wyśrodkowany wokół bazowego profilu 44, przy czym połowa jego wysokości znajduje się ponad bazowym profilem a druga połowa poniżej tego profilu. Chociaż w tym przykładzie wykonania wysokości stopni wykazują stopniowy ciągły spadek w funkcji rosnącej odległości od osi optycznej, to w innych przykładach 11

13 1 2 wykonania podzbiór stref może mieć takie same wysokości stopni na odpowiednich granicach, gdzie te wysokości stopni mogą być inne niż na granicach stref. Dalsze szczegóły związane z doborem wysokości stopni można znaleźć w patencie U.S. Nr [004] Podobnie do poprzedniego przykładu wykonania asferyczność bazowego profilu 44 przedniej powierzchni 40 soczewki IOL 34 może być zdefiniowana zgodnie z równaniem (3). Wartości podobne do opisanych powyżej mogą być wykorzystane dla stałej zależności stożkowej i współczynników deformacji wyższych rzędów. W szczególności wybór niezerowej stałej zależności stożkowej (cc) oraz współczynnika deformacji szóstego rzędu (ae) może być szczególnie korzystny pod względem zwiększenia kontrastu obrazu dla rogówek, które są bardziej sferyczne niż zwykle. [0046] W celu zademonstrowania skuteczności asferycznej wewnątrzgałkowej soczewki według niniejszego wynalazku, na fig. 3A przedstawiono wykres 2 ilustrujący funkcję przenoszenia modulacji (MTF) w ognisku, obliczoną dla modelowego oka dla asferycznej soczewki podobnej do soczewki IOL przedstawionej wyżej na fig. 2A, o mocy optycznej wynoszącej 21 D oraz asferycznej przedniej powierzchni charakteryzującej się stałą zależności stożkowej (cc) o wartości - oraz stałą deformacji szóstego rzędu (ae) o wartości -0,00000 przy długości fali 0 nm i średnicy źrenicy o wartości 4, mm (,1mm na wejściu do oka), zaś na fig. 3b przedstawiono wykres 4 ilustrujący odpowiednią obliczoną funkcję MTF dla zasadniczo identycznej soczewki, która posiada profil sferyczny zamiast asferycznego. Porównanie obydwu wykresów pokazuje, że asferyczność przedniej powierzchni daje zasadniczą poprawę funkcji MTF i w konsekwencji poprawę kontrastu obrazu, nawet przy wysokiej częstotliwości przestrzennej 0 par linii na milimetr, odpowiadającą widzeniu /. [0047] W innym zestawie obliczeń obliczono funkcje przenoszenia modulacji (MTF) przy częstotliwości przestrzennej wynoszącej 0 lp/mm, odpowiadającej widzeniu /40, jak również częstotliwości przestrzennej 0 lp/mm odpowiadającej widzeniu /, dla następujących pięciu teoretycznie zamodelowanych apodyzowanych dyfrakcyjnych wewnątrzgałkowych soczewek dla różnych współczynników kształtu rogówki w zakresie wartości mocy soczewki. Moc optyczna (w pobliżu ogniska) D, promień krzywizny (r 1 ) sferycznej tylnej powierzchni, promień krzywizny (r 1 ) przedniej powierzchni w jej wierzchołku, centralna grubość (C t ) soczewki jak również wartości stałej zależności stożkowej (cc) i stałej deformacji szóstego rzędu (ae) dla tych zamodelowanych teoretycznie soczewek przedstawiono w tabeli poniżej: Tabela 1 Soczewka Moc r 1 C t r 2 cc ae (D) (mm) (mm) (mm) A 16, 16, 0,3-66, ,00001 B 19, 16, 0,61-34, ,00001 C 23, 13, 0,7-29, ,00000 D 27, 11 0,787-28,186-3, -0, E 9 0,84-37,411-1,8-0, [0048] Na fig. 4A przedstawiono liczne wykresy przedstawiające funkcje przenoszenia modulacji obliczone przy 0 lp/mm i wielkości źrenicy 4, mm dla każdej apodyzowanej dyfrakcyjnej asferycznej wewnątrzgałkowej soczewki wymienionej w powyższej tabeli 1, połączonej z rogówkami wykazującymi zakres asferyczności - od rogówki sferycznej o zerowej wartości stałej zależności stożkowej do rogówki o 12

14 poważnym spłaszczeniu i wartości stałej zależności stożkowej wynoszącej -0,2 (minus 0,2), jak również w charakterze wykresu kontrolnego, wykres pokazujący odpowiednie funkcje MTF dla zasadniczo identycznych soczewek, ale o sferycznych zamiast asferycznych powierzchniach w połączeniu ze sferyczną rogówką. W szczególności na wykresie 6 przedstawiono wartości MTF otrzymywane dla takich kontrolnych sferycznych soczewek w połączeniu ze sferyczną rogówką, zaś na innym wykresie 8 przedstawiono wartości funkcji MTF otrzymywane dla każdej asferycznej soczewki A - E ze sferyczną rogówką. Porównanie wykresów 6 i 8 pokazuje, że asferyczne soczewki A - E dają znacznie lepszy kontrast obrazu (wartości funkcji MTF odpowiadające asferycznym soczewkom są większe przynajmniej ze współczynnikiem 2 niż wartości odpowiadające soczewkom sferycznym) względem zasadniczo identycznych soczewek sferycznych. Na wykresach 60 i 62 pokazano wartości MTF dla każdej z soczewek A - E w połączeniu, odpowiednio, z rogówką wykazującą sferyczność charakteryzowaną stałą zależności stożkowej około -0,26 (minus 0,26) - co stanowi poziom asferyczności często spotykany w przeciętnym oku - oraz rogówką wykazującą asferyczność opisywaną stałą zależności stożkowej o wartości około -0,2 (minus 0,2) - co stanowi poziom spłaszczenia rogówki, który minimalizuje aberracje sferyczne. Dane te pokazują, że asferyczne soczewki mogą dawać dobry kontrast obrazu dla szerokiego zakresu kształtów rogówki. [0049] Dodatkowe teoretyczne wartości funkcji MTF obliczone przy wyższej częstotliwości przestrzennej 0 lp/mm i długości fali 0 nm oraz wielkości źrenicy wynoszącej 4, mm przedstawiono na fig. 4B. Porównanie wykresu 64 ilustrującego wartości funkcji MTF odpowiadające soczewkom zasadniczo identycznym do powyższych soczewek A - E, ale o sferycznych profilach połączonych ze sferycznymi rogówkami, z wykresem 66, ilustrującym wartości MTF odpowiadające asferycznym soczewkom A - E połączonym ze sferycznymi rogówkami, wskazuje, że asferyczne soczewki dają znacznie lepszy kontrast obrazu nawet przy dużo wyższej częstotliwości przestrzennej wynoszącej 0 lp/mm, odpowiadającej widzeniu /. Podobne dane dla soczewek A - E w połączeniu z rogówką o asferyczności charakteryzującej się stałą zależności stożkowej o wartości -0,62 (minus 0,26) oraz rogówką o stałej zależności stożkowej o wartości -0,2 (minus 0,2) także zostały podane (wykresy 68 i 70) w celu zilustrowania tego, że asferyczne soczewki A- E dają poprawę kontrastu obrazu w zakresie parametrów rogówki nawet przy dużych częstotliwościach przestrzennych. [000] W powyższych przykładowych danych pokazano obliczone funkcje przenoszenia modulacji (MTF) dla apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewek. Funkcje MTF obliczone zostały z wykorzystaniem procedury śledzenie promienia, w której uwzględniona została zmiana skuteczności dyfrakcji na dyfrakcyjnych strefach w sposób opisany bardziej szczegółowo poniżej. W ogólności obliczenia funkcji MTF dla apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki, na przykład soczewki zawierającej dyfrakcyjne stopnie o wysokościach zmieniających się wskroś powierzchni, są bardziej złożone niż odpowiednie obliczenia dla dyfrakcyjnej soczewki posiadającej jednorodną wysokość stopni na swojej całej powierzchni. W tym drugim przypadku funkcja MTF może być obliczana w konwencjonalny sposób a następnie przeskalowana poprzez założenie, że światło, które nie zostało skierowane do rozważanego ogniska powoduje zmniejszenie kontrastu obrazu. Wartości kontrastu MTF mogą zostać przemnożone przez skuteczność dyfrakcji, za wyjątkiem punktu przy zerowej częstotliwości przestrzennej, który jest ustalony na jedności. Jest to równoznaczne do założenia o tym, że płaszczyzna obrazu jest równomiernie oświetlona przez energię świetlną, która nie jest zogniskowana, wszystkimi reprezentowanymi w równej mierze częstotliwościami przestrzennymi rozogniskowanego światła. Pomimo, że w praktyce rozogniskowane światło ma przestrzenną strukturę w płaszczyźnie obrazu, jest ono 13

15 1 wysoce rozogniskowane i stąd nie wpływa znacząco na ogólną postać funkcji MTF. W pierwszym przypadku, jak już zauważono powyżej, konieczne jest zastosowanie praw optyki do obliczenia właściwości optycznych apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewek. Jeden sposób według wynalazku obliczania właściwości optycznych apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki modeluje apodyzację jako różne poziomy redukcji transmisji optycznej poprzez różne obszary soczewki. [001] Przykładowo w jednym przykładowym sposobie według wynalazku obliczania funkcji MTF dla apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki posiadającej stopniowo malejące wysokości stopni (na przykład soczewki przedstawionej schematycznie na powyższej fig. 2A), wysokości stopni są modelowane tak, aby odpowiadały lokalnym skutecznościom dyfrakcji poprzez założenie, że odpowiednia powierzchnia soczewki jest siatką dyfrakcyjną o odpowiedniej długości drogi optycznej dla każdego dyfrakcyjnego stopnia. Przykładowo w celu obliczenia lokalnych skuteczności dyfrakcji dla soczewki posiadającej asferyczną przednią powierzchnię, dla której wysokości dyfrakcyjnych stopni są charakteryzowane przez powyższe równania () i (7), skuteczność dyfrakcji (DE) dla kierowania światła do rzędu dyfrakcji p przy konstrukcyjnej długości fali (λ) dana jest następującymi równaniami (8) i (9), w których α jest ułamkiem 2π opóźnienia fazowego wprowadzanego na stopniu o wysokości (h), zaś n 1 i n 2 są współczynnikami załamania, odpowiednio, materiału soczewki oraz ośrodka ją otaczającego: równanie (8) 2 3 równanie (9) gdzie sinc(x) = sin(πx)/(πx). Stąd też skuteczność dyfrakcji może zostać wyznaczona w dowolnym punkcie na powierzchni poprzez wykorzystanie lokalnej wysokości stopnia danej przez równania () i (7). Dzięki temu skuteczność dyfrakcji daje lokalny ułamek energii padającego światła, który kierowany jest w kierunku obrazu danego rzędu, dając dzięki temu skuteczną apodyzacyjną funkcję przenoszenia. [002] W charakterze przykładu na fig. przedstawiono schematycznie (linia bazowa została odjęta dla przejrzystości) skuteczność dyfrakcji przykładowej apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki ze stopniami o stopniowo malejących wysokościach, obliczoną z zastosowaniem powyższego podejścia. Na fig. 6A przedstawiono wykresy odpowiadające obliczonej ułamkowej skuteczności dyfrakcji dla zerowego rzędu i pierwszego rzędu, które odpowiadają ognisku dalekiemu i ognisku bliskiemu, odpowiednio, w funkcji promieniowej odległości od osi optycznej soczewki. Jak już zauważono powyżej, lokalna skuteczność dyfrakcji określa funkcji apodyzacji soczewki. Jednakże całkowita energia, jaka kierowana jest do ogniska, jest wymagana do prawidłowego przeskalowania funkcji MTF. W związku z powyższym skuteczność dyfrakcji może zostać scałkowana na wybranej aperturze, na przykład obszarze źrenicy, w celu uzyskania całkowitej energii skierowanej do każdego ogniska. Przykładowo na fig. 6B przedstawiono wykresy odpowiadające całkowitej energii skierowanej do ognisk zerowego i pierwszego rzędu przykładowej soczewki w funkcji promienia źrenicy, otrzymanej w wyniku scałkowania skuteczności dyfrakcji przedstawionych na fig. 6A. [003] Powyższy sposób obliczania funkcji MTF apodyzowanej dyfrakcyjnej soczewki może zostać włączony do komercyjnego oprogramowania śledzącego promienie świetlne, jak na przykład program OSLO oferowany przez Lambda Research Corporation z Littelton, Massachusetts, USA, w celu przeskalowania punktów konwencjonalnie obliczanej funkcji MTF o ułamek energii, która kierowana jest do rozważanego 14

16 1 2 ogniska (poza punktem zerowym częstotliwości przestrzennej, który jest ustalony na wartości jeden) w celu uwzględnienia energii skierowanej do innych rzędów. [004] W niektórych przykładach wykonania powierzchnia posiadająca dyfrakcyjne elementy może mieć sferyczną krzywiznę bazową, zaś inna powierzchnia (to jest powierzchnia, na której brakuje dyfrakcyjnych elementów) może mieć stopień asferyczności wybrany na podstawie treści niniejszego wynalazku, jak na przykład opisano powyżej. [00] W innym przykładzie wykonania apodyzowana dyfrakcyjna wewnątrzgałkowa soczewka (IOL) według wynalazku może mieć jedną lub dwie toryczne powierzchnie, które wykazują dwie różne moce optyczne wzdłuż dwóch ortogonalnych kierunków. Tego rodzaju toryczne soczewki IOL mogą być stosowane na przykład w celu korekcji astygmatyzmu. Przynajmniej jedna z torycznych powierzchni może odznaczać się asferycznością wzdłuż jednego lub obydwu ortogonalnych kierunków. Przykładowo w odniesieniu do fig. 7A toryczna powierzchnia w jednym lub dwóch kierunkach (oznaczonym tutaj współrzędną x) może być scharakteryzowana przez asferyczny profil 72A posiadający centralną krzywiznę R 1 przy wierzchołku (to jest przecięciu osi optycznej soczewki z powierzchnią) oraz wybrane odchylenie od sferycznego profilu 74B, który jest zasadniczo zgodny z asferycznym profilem na małych odległościach promieniowych. Zgodnie z tym, co pokazano na fig. 7B, wzdłuż innego kierunku (oznaczonego tutaj współrzędną y) profil 74A torycznej powierzchni może być scharakteryzowany przez centralną krzywiznę R 2, która różni się od krzywizny R 1, oraz wybrane odchylenie od sferycznego profilu 72B, które jest zasadniczo zgodne z asferycznym profilem na niewielkich odległościach promieniowych. Toryczna powierzchnia posiadająca asferyczność wzdłuż jednego lub obydwu ortogonalnych kierunków może także zawierać jednorodne lub niejednorodne dyfrakcyjne elementy wewnątrz strefy apodyzacji, jak na przykład struktury opisane w poprzednim przykładzie wykonania. Ewentualnie toryczną powierzchnią odznaczającą się asferycznością może być powierzchnia soczewki, która jest pozbawiona dyfrakcyjnych elementów. W niektórych przykładach wykonania obydwie powierzchnie torycznej soczewki (to znaczy jedna powierzchnia posiadająca dyfrakcyjne elementy i jedna, której brakuje takich elementów) może odznaczać się wybranym stopniem asferyczności w jednym lub obydwu ortogonalnych kierunkach. [006] Pomimo, że powyższe przykłady wykonania są nakierowane na soczewki wewnątrzgałkowe, to należy rozumieć, że treść wynalazku, wliczając w to zastosowanie asferycznych profili powierzchni do zwiększenia kontrastu obrazu, może być wykorzystana w innych okulistycznych apodyzowanych dyfrakcyjnych soczewkach, na przykład soczewkach kontaktowych. [007] Znawcy o typowej znajomości dziedziny zauważą, że bez odchodzenia od zakresu wynalazku dokonać można licznych modyfikacji powyższych przykładów wykonania Zastrzeżenia patentowe 1. Apodyzowana dyfrakcyjna soczewka (34), zawierająca: układ optyczny (36) zawierający przednią powierzchnię (40) i tylną powierzchnię (38), z których każda posiada bazowy profil (44), wspomniana przednia powierzchnia zawiera liczne pierścieniowe lub koncentryczne dyfrakcyjne elementy (42) nałożone na wspomniany bazowy profil wokół osi optycznej (48) wewnątrz jej strefy apodyzacji, znamienna tym, że przynajmniej wspomniana przednia powierzchnia lub tylna powierzchnia ma kształt toryczny z dwiema różnymi wartościami mocy optycznej wzdłuż dwóch ortogonalnych 1

17 kierunków wzdłuż powierzchni, tak aby wygenerować dalekie ognisko i bliskie ognisko i odznacza się asferycznym bazowym profilem (72A) wzdłuż przynajmniej jednego z wymienionych kierunków powierzchni. 2. Soczewka według zastrz. 1, w której strefa apodyzacji powierzchni soczewki jest otoczona przez część powierzchni (4) soczewki zasadniczo pozbawioną dyfrakcyjnych elementów (42). 3. Soczewka według zastrz. 1 lub 2, w której dyfrakcyjne elementy (42) są oddzielone od siebie przez liczne stopnie (0) o zasadniczo jednorodnej wysokości. 4. Soczewka według zastrz. 1 lub 2, w której dyfrakcyjne elementy (42) są oddzielone od sąsiedniego elementu stopniem (0) o wysokości, która stopniowo maleje w funkcji odległości od centralnej osi (48) układu optycznego.. Soczewka według dowolnego z zastrzeżeń od 1 do 4, w której asferyczny bazowy profil (72A) jest znamienny następującym wyrażeniem: + plus wyrazy wyższego rzędu gdzie: z oznacza wygięcie powierzchni równolegle do osi (z), na przykład osi optycznej, prostopadłej do powierzchni, c oznacza krzywiznę przy wierzchołku powierzchni, cc oznacza współczynnik zależności stożkowej, R oznacza promieniowe położenie na powierzchni, ad oznacza współczynnik deformacji czwartego rzędu, zaś ae oznacza współczynnik deformacji szóstego rzędu. 6. Soczewka według dowolnego z zastrzeżeń od 1 do, w której soczewka ta zawiera wewnątrzgałkową soczewkę (IOL). 7. Soczewka według zastrz. 6, w której system optyczny składający się z soczewki IOL i oka pacjenta, w którym dana soczewka IOL została wszczepiona, odznacza się funkcją przenoszenia modulacji (MTF) o wartości większej niż 0,2, licząc dla modelowego oka przy częstotliwości przestrzennej wynoszącej około 0 lp/mm, długości fali około 0 nm oraz wielkości źrenicy około 4, mm. 8. Soczewka według zastrz. 6, w której system optyczny składający się z soczewki IOL i oka pacjenta, w którym dana soczewka IOL została wszczepiona, odznacza się funkcją przenoszenia modulacji (MTF) o wartości większej niż 0,1, licząc dla modelowego oka przy częstotliwości przestrzennej wynoszącej około 0 lp/mm, długości fali około 0 nm oraz wielkości źrenicy około 4, mm. 9. Soczewka IOL według zastrz. 6, w której system optyczny składający się z tej soczewki i oka pacjenta, w którym dana soczewka IOL została wszczepiona, odznacza się funkcją przenoszenia modulacji (MTF) o wartości większej niż około 0,2, licząc dla modelowego oka przy częstotliwości przestrzennej wynoszącej około 0 lp/mm, długości fali około 0 nm oraz wielkości źrenicy około 4 mm.. Soczewka IOL według zastrz. 9, w której funkcja MTF ma wartość większą niż 0, Soczewka IOL według zastrz. 9 w której funkcja MTF ma wartość większą niż 0, Soczewka IOL według zastrz. 9, w której funkcja MTF ma wartość w zakresie od 0,2 do 0,. 16

18 13. Soczewka według dowolnego z zastrzeżeń od 1 do, w której soczewka ta zawiera soczewkę kontaktową. 14. Soczewka według dowolnego z zastrzeżeń od 1 do 13, w której układ optyczny jest uformowany z polimerowego materiału akrylowego, silikonowego lub hydrożelowego. 17

19 18

20 19