CN113693779B - 一种具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体(1)、第一支撑襻(2)和第二支撑襻(3)，本发明光学主体具有相位调制的衍射结构光学区，实现光场的靶向分布，产生非对称、个性化三焦点视程；同时远、中视力之间连续或者中、近视力之间连续，甚至全程视力连续；并且远、中、近三个焦点均具备消色差的能力，植入眼可获得更好的预测白光视力；该结构可以提升光能利用率；减少眩光，提高视觉舒适度。

Description

一种具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体
技术领域
本发明涉及人工晶状体技术领域，尤其是涉及一种通过改变光学区光学表面衍射微结构制备的非对称连续多焦点人工晶状体。
背景技术
人工晶状体及相应的手术技术在几十年得到了迅猛的发展，晶状体置换手术方式由最初的以大切口白内障囊外摘除术过渡发展为现在的小切口超声乳化白内障吸除术联合人工晶状体植入术，手术时间短、组织损伤小、伤口修复快。白内障的治疗也由传统的复明手术发展为更具挑战的屈光手术，患者眼不仅要看得见，还要看得清、看得好。从而促使了人工晶状体的不断发展：从单焦点人工晶状体到多焦点人工晶状体。单焦点人工晶状体是接受白内障手术最常用的镜片，只有一个固定的清晰的焦点，通常用于远视力。因此，大多数患者需要矫正眼镜的帮助来完成近距离(角膜正前方20～50cm)和中距离(角膜正前方60～120cm)的用眼活动。多焦人工晶状体通过同时提供多个焦点，可以在一定范围内获得几个独立的良好的视力。研究表明，多焦人工晶状体可与单焦人工晶体媲美远视力，但对在近视眼方面，多焦人工晶状体可以提供更大的脱镜自由度。基于焦点个数，多焦人工晶状体最常见的可分为双焦点和三焦点人工晶状体。
三焦人工晶状体比双焦人工晶状体提供了更好的中间视力，这是一个特定的优势。因为许多日常活动，如使用电脑、手机和平板电脑等，需要60到80cm的良好中间视力。三焦人工晶体比双焦人工晶体有更好的光学表现，尽管和单焦人工晶体相比常规的衍射结构都容易引起光干扰。对于中距离的理解，在不同的用眼场景下仁者见仁智者见智，常规的三焦点都采用对称设计，视中距离在80cm左右(距离角膜的直线距离)，视近距离在40cm左右(距离角膜的直线距离)，并且各个视距之间存在视力断点，三焦点设计有点突破视距对称设计的局限。
最近，一种新的人工晶体被引入，即焦深延长(EDOF)。EDOF人工晶状体利用光学设计将单个焦点拉长一段距离，从而提供比单焦人工晶状体更好的中视力。但是EDOF人工晶状体缺少近视力，避免不了近视力戴镜的困扰。随着科技的进步、社会的发展，患者眼的生活方式专业需求也在变化，尤其是对个性化中、近视力，以及脱镜自由的需求日益增加。因此，预计全球对多焦点人工晶状体的需求将激增，相关企业对创新的、先进的三焦点人工晶体产品研发刻不容缓。
也有研究者设计提出可调节人工晶状体的构想，如专利US6178878和US10721155等。所有这些可调节人工晶状体设计均使用机械结构来实现人工晶状体在人眼中的位移实现变焦。复杂的机械结构在人眼内不可控制，安全性有待考证；同时可调节人工晶状体的作用依赖于睫状肌或者悬韧带组织的生物力，对于大部分失去调节能力的老花眼，有效性存疑。此类产品在国内市场还没有获证产品。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体。本发明光学主体为具有相位调制的衍射结构，相邻环带内相位分布“高低组合”且关于分界点对称。每个环带内“高低组合”的相位在常规“对称”三焦点设计的相位分布图基础上做特定的修正，可以是倒角或者倒圆，或者他们之间的组合。倒角的范围是为-90°～90°，倒圆的半径范围是0～999mm。该设计可以实现光场的靶向分布，产生非对称、个性化三焦点视程；同时远、中视力之间连续或者中、近视力之间连续，甚至全程视力连续；并且远、中、近三个焦点均具备消色差的能力，植入眼可获得更好的预测白光视力；该结构可以提升光能利用率；减少眩光，提高视觉舒适度。本发明的技术方案如下：
一种具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体(1)、第一支撑襻(2)和第二支撑襻(3)，所述光学主体(1)具有靶向光场分布。
所述光学主体(1)、第一支撑襻(2)和第二支撑襻(3)为一体式结构，采用同一种材料，整体成型。
所述光学主体(1)周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生。所述光学主体(1)由两个光学表面组成，可以是球面也可以是非球面，其中一个光学表面上叠加有衍射环带结构；
所述光学主体(1)由两个光学表面组成，其中至少有一个面是非球面，非球面满足如下表征方程：
Figure GDA0004076155310000031
以光学表面的顶点为原点O，以光轴为Z轴，建立任意的空间直角坐标系，所述坐标系的横坐标轴X轴以及坐标轴Z轴与所述光学表面相切，Z(x)为所述非球面在二维坐标系平面X-Z上的曲线表达式，c为所述非球面的基础球面曲率半径的倒数，Z(x)为所述曲线上任何一点距横坐标轴Z的垂直距离，A2i为非球面高次项系数，m、n均为不小于1的整数且n>m，K为圆锥系数。
所述光学主体(1)上的两个光学面组合产生基底光焦度。
所述光学主体(1)具有衍射环带结构，衍射环带结构叠加在光学主体(1)的任一个光学面上，衍射环带结构的设计公式为：
Figure GDA0004076155310000032
Figure GDA0004076155310000033
其中φ(r)是表征衍射结构的相位函数,其中λ0是设计波长,即2π的相变出现在每个带边界时的波长；n是透镜材料的折射率；F0是当照明波长λ＝λ0时的焦距；n’是围绕透镜的材料的折射率,而p是表示作为2π的倍数的最大相位调制的整数。光学表面的表面的相应最大台阶高度由下式给出:
Figure GDA0004076155310000034
所述光学主体(1)上的衍射环带结构产生附加光焦度，台阶高度范围是4.9～5.1um。
所述光学主体(1)的有效光学区的直径为5.5～6.5mm，中心厚度0.45～1.55mm的双凸/凹凸透镜片；所述第一支撑襻(2)、第二支撑襻(3)的厚度均为0.15～0.45mm。
所述光学主体(1)的附加光焦度的范围为+1.0D～+6.0D。
所述的具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，其特征在于所述光学主体(1)产生非对称/对称、个性化三焦点视程：
Figure GDA0004076155310000041
所述光学主体(1)具有衍射环带结构，衍射环带结构的衍射级次为-1级，0级，+1级，+2级或者更多级次，其中0级次不参与成像，所有成像焦点都具备消色差的能力，植入眼可获得更好的预测白光视力；
所述光学主体(1)具有衍射环带结构，衍射环带结构采用相位调制技术：相邻环带内相位分布“高低组合”且关于分界点对称。实现靶向光场分布的同时，提升光能利用率，减少眩光，提高视觉舒适度。
制备本发明具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，经过如下的设计制备步骤：
(1)确定个性化用眼需求，即患者的用眼距离L0(对应远视力)、L1(对应中视力)、L2(对应近视力)。一般L0在4m左右，L1在60～120cm范围，L2在20～50cm范围；
(2)反推个性化附加光焦度，根据步骤(1)的要求，反推光学参数附加光焦度，即附加光焦度ADD1(对应中焦点L1)和附加光焦度ADD2(对应近焦点L2)；
(3)确定衍射级次，衍射级次的总数n＝ADD2/0.8+1，n取正整数。这里以0.8D作为最小的附加光焦度单元，当n为正整数偶数，所有的衍射级次为-n/2+1…-2，-1，0，1，2…n/2，远焦点L0对应的级次是-n/2+1，中焦点对应的级次n/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为n/2；当n为正整数奇数，所有的衍射级次为-(n-1)/2…-2，-1，0，1，2…(n-1)/2，远焦点L0对应的级次是(n-1)/2，中焦点对应的级次(n-1)/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为(n-1)/2；
(4)在ZEMAX光学设计软件中，用Binary2二元面代替近似衍射环带结构，根据步骤(3)中的附加光焦度位置，优化像质得到最佳相位系数，继而得出φ(r)表达式；
(5)根据φ(r)表达式，得到常规“对称”三焦点设计的相位分布图；
(6)相位调制，“非对称”三焦点设计的关键在于相位调制，相邻环带内相位分布“高低组合”且关于分界点对称。每个环带内“高低组合”的相位在常规“对称”三焦点设计的相位分布图基础上做特定的修正，可以是倒角或者倒圆，或者他们之间的组合。倒角的范围是为-90°～90°,倒圆的半径范围是0～999mm；
(7)确定台阶高度，衍射效率，面型轮廓。面型轮廓即最终的加工面型。车加工的轨迹与面型轮廓相一致；
(8)车床、铣床、抛光加工。加工用的疏水丙烯酸酯片基采用模压的方式获得，双凸结构，其中后表面(植入后靠近囊袋的光学面)周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生。对于疏水丙烯酸酯，低温下材料达到玻璃态，采用光学冷加工方法和金刚石单点车加工技术，在片基的前表面(植入后靠近角膜的光学面)车加工出衍射环带结构；
(9)光学检测，在ISO模拟眼/Model eye2中测量离焦MTF曲线图，白光和546nm单色光分别测试，确保546nm下，ISO模拟眼中，远、中焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者中、近焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者每两个焦点之间的MTF@50lp/mm均大于0.09。同时确保成像焦点所在位置满足步骤(1)和(2)中的设定需求；
(10)判断，若步骤(9)中的图谱不符合设计要求，则返回步骤(6)，重新调制相位，直到满足(9)中的要求即完成设计。
本发明有益的技术效果在于：
本发明光学主体具有相位调制的衍射结构光学区，实现光场的靶向分布，产生非对称、个性化三焦点视程。
本发明光学主体具有相位调制的衍射结构光学区，结合技术设计方案，得到以下结论：平滑相位使得衍射级次的能量利用率大于81％，减少眩光的影响；实现远、中视力之间连续或者中、近视力之间连续，甚至全程视力连续；并且远、中、近三个焦点均具备消色差的能力，植入眼可获得更好的预测白光视力；该结构可以提升光能利用率；减少眩光，提高视觉舒适度。
本发明光学主体在成像后，光能利用率在90％以上，减少衍射损失。人工晶状体植入后，自然光下像质更好。可以根据患者的用眼需求，个性化中、近视力视程
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明实施例2结构示意图；
图3为本发明实施例3结构示意图；
图4为常规三焦点设计相位分布函数；
图5为本发明实施例1的相位分布函数；
图6为本发明实施例2的相位分布函数；
图7为本发明实施例3的相位分布函数；
图8为本发明实施例1的离焦MTF曲线分布图；
图9为本发明实施例2的离焦MTF曲线分布图；
图10为本发明实施例3的离焦MTF曲线分布图。
图中：
1.光学主体2.第一支撑襻3.第二支撑襻。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
如图1所示，一种具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3，所述光学主体1具有靶向光场分布。
所述光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3为一体式结构，采用同一种材料，整体成型。
所述光学主体1周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生。所述光学主体1由两个光学表面组成，可以是球面也可以是非球面，其中一个光学表面上叠加有衍射环带结构；
所述光学主体1的有效光学区的直径为6.0mm，中心厚度0.80mm的双凸透镜片；所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的厚度均为0.35mm；
所述光学主体1由折射率为1.45～1.55、色散系数为45～55的疏水性聚丙烯酸酯制成。
所述人工晶状体的制备方法为：
(1)确定个性化用眼需求，即患者的用眼距离L0＝4m(对应远视力)、L1＝60cm(对应中视力)、L2＝40cm(对应近视力)；
(2)反推个性化附加光焦度，根据步骤(1)的要求，反推光学参数附加光焦度，即附加光焦度ADD1＝2.22D(对应中焦点L1)和附加光焦度ADD2＝3.33(对应近焦点L2)；
(3)确定衍射级次，衍射级次的总数n＝ADD2/0.8+1，n取正整数。这里以0.8D作为最小的附加光焦度单元，当n为正整数偶数，所有的衍射级次为-n/2+1…-2，-1，0，1，2…n/2，远焦点L0对应的级次是-n/2+1，中焦点对应的级次n/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为n/2；当n为正整数奇数，所有的衍射级次为-(n-1)/2…-2，-1，0，1，2…(n-1)/2，远焦点L0对应的级次是(n-1)/2，中焦点对应的级次(n-1)/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为(n-1)/2；
(4)在ZEMAX光学设计软件中，用Binary2二元面代替近似衍射环带结构，根据步骤(3)中的附加光焦度位置，优化像质得到相位系数，得到φ(r)表达式；
(5)根据φ(r)表达式，得到常规“对称”三焦点设计的相位分布图，如图4；
(6)相位调制，“非对称”三焦点设计的关键在于相位调制，第一组环带组合为“高+低”，将第二组环带调制为“低+高”。如图5，将常规“对称”三焦点设计的相位分布图第二组环带(图5中虚线部分)的相位关于径向位置对称；
(7)确定台阶高度，衍射效率，面型轮廓；
(8)车床、铣床、抛光加工。加工用的疏水丙烯酸酯片基采用模压的方式获得，双凸结构，其中后表面(植入后靠近囊袋的光学面)周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生。对于疏水丙烯酸酯，低温下材料达到玻璃态，采用光学冷加工方法和金刚石单点车加工技术，在片基的前表面(植入后靠近角膜的光学面)车加工出衍射环带结构；
(9)光学检测，在ISO模拟眼/Model eye2中测量离焦MTF曲线图，白光和546nm单色光分别测试，确保546nm下，ISO模拟眼中，远、中焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者中、近焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者每两个焦点之间的MTF@50lp/mm均大于0.09。同时确保成像焦点所在位置满足步骤(1)和(2)中的设定需求，测试结果如图8；
(10)判断，若步骤(9)中的图谱不符合设计要求，则返回步骤(6)，重新调制相位，直到满足步骤(9)中的要求即完成设计。
结果分析与讨论：
运用标量衍射理论对平滑相位衍射结构进一步分析，c(r)＝exp[jφ(r)]
c(r)是衍射结构的复透过率函数，x表示纵向和横向坐标，单位是毫米mm。
Figure GDA0004076155310000081
m为衍射级次，ηm为第m个衍射级次对应的衍射效率,可以得到各个级次的衍射效率，总的衍射效率约为89％，相较于传统的锯齿状的相位分布(衍射效率81％)显著提升。
图8中的离焦MTF曲线是将实施例1中的IOL导入ISO11979-2中要求的眼模型中，借助光学设备测试得到。图中可以看出，远焦点MTF@50lp/mm接近0.4，中焦点MTF@50lp/mm接近0.14，近焦点MTF@50lp/mm接近0.18。以远焦点的位置归为0D，为中焦点位置在2.22D左右，近焦点位置在3.33D左右。这与最初的设计要求一致。
实施例2
如图2所示，一种具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3，所述光学主体1具有靶向光场分布。
所述光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3为一体式结构，采用同一种材料，整体成型。
所述光学主体1周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生。所述光学主体1由两个光学表面组成，可以是球面也可以是非球面，其中一个光学表面上叠加有衍射环带结构；
所述光学主体1的有效光学区的直径为6.0mm，中心厚度0.80mm的双凸透镜片；所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的厚度均为0.35mm；
所述光学主体1由折射率为1.45～1.55、色散系数为45～55的疏水性聚丙烯酸酯制成。
所述人工晶状体的制备方法为：
(1)确定个性化用眼需求，即患者的用眼距离L0＝4m(对应远视力)、L1＝35cm(对应中视力)、L2＝25cm(对应近视力)；
(2)反推个性化附加光焦度，根据步骤(1)的要求，反推光学参数附加光焦度，即附加光焦度ADD1＝3.81D(对应中焦点L1)和附加光焦度ADD2＝5.33(对应近焦点L2)；
(3)确定衍射级次，衍射级次的总数n＝ADD2/0.8+1，n取正整数。这里以0.8D作为最小的附加光焦度单元，当n为正整数偶数，所有的衍射级次为-n/2+1…-2，-1，0，1，2…n/2，远焦点L0对应的级次是-n/2+1，中焦点对应的级次n/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为n/2；当n为正整数奇数，所有的衍射级次为-(n-1)/2…-2，-1，0，1，2…(n-1)/2，远焦点L0对应的级次是(n-1)/2，中焦点对应的级次(n-1)/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为(n-1)/2；
(4)在ZEMAX光学设计软件中，用Binary2二元面代替近似衍射环带结构，根据步骤(3)中的附加光焦度位置，优化像质得到相位系数，得到φ(r)表达式；
(5)根据φ(r)表达式，得到常规“对称”三焦点设计的相位分布图，如图4；
(6)相位调制，“非对称”三焦点设计的关键在于相位调制，第一组环带组合为“高+低”，将第二组环带调制为“低+高”。如图6，将常规“对称”三焦点设计的相位分布图第二组环带的相位关于径向位置对称，并且在实施例1的基础上对相位结构的锐角做半径r＝0.5mm的倒圆；
(7)确定台阶高度，衍射效率，面型轮廓；
(8)车床、铣床、抛光加工。加工用的疏水丙烯酸酯片基采用模压的方式获得，双凸结构，其中后表面(植入后靠近囊袋的光学面)周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生。对于疏水丙烯酸酯，低温下材料达到玻璃态，采用光学冷加工方法和金刚石单点车加工技术，在片基的前表面(植入后靠近角膜的光学面)车加工出衍射环带结构；
(9)光学检测，在ISO模拟眼/Model eye2中测量离焦MTF曲线图，白光和546nm单色光分别测试，确保546nm下，ISO模拟眼中，远、中焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者中、近焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者每两个焦点之间的MTF@50lp/mm均大于0.09。同时确保成像焦点所在位置满足步骤(1)和(2)中的设定需求，测试结果如图9；
(10)判断，若步骤(9)中的图谱不符合设计要求，则返回步骤(6)，重新调制相位，直到满足(9)中的要求即完成设计。
结果分析与讨论：
运用标量衍射理论对平滑相位衍射结构进一步分析，c(r)＝exp[jφ(r)]
c(r)是衍射结构的复透过率函数，x表示纵向和横向坐标，单位是毫米mm。
Figure GDA0004076155310000101
m为衍射级次，ηm为第m个衍射级次对应的衍射效率,可以得到各个级次的衍射效率，总的衍射效率约为90％，相较于传统的锯齿状的相位分布(衍射效率81％)显著提升。
图9中的离焦MTF曲线是将实施例1中的IOL导入ISO11979-2中要求的眼模型中，借助光学设备测试得到。图中可以看出，远焦点MTF@50lp/mm接近0.35，中焦点MTF@50lp/mm接近0.15，近焦点MTF@50lp/mm接近0.15。以远焦点的位置归为0D，为中焦点位置在3.81D左右，近焦点位置在5.33D左右。这与最初的设计要求一致。
实施例3
如图3所示，一种具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3，所述光学主体1具有靶向光场分布。
所述光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3为一体式结构，采用同一种材料，整体成型。
所述光学主体1周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生。所述光学主体1由两个光学表面组成，可以是球面也可以是非球面，其中一个光学表面上叠加有衍射环带结构；
所述光学主体1的有效光学区的直径为6.0mm，中心厚度0.80mm的双凸透镜片；所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的厚度均为0.35mm；
所述光学主体1由折射率为1.45～1.55、色散系数为45～55的疏水性聚丙烯酸酯制成。
所述人工晶状体的制备方法为：
(1)确定个性化用眼需求，即患者的用眼距离L0＝4m(对应远视力)、L1＝70cm(对应中视力)、L2＝30cm(对应近视力)；
(2)反推个性化附加光焦度，根据步骤(1)的要求，反推光学参数附加光焦度，即附加光焦度ADD1＝1.90D(对应中焦点L1)和附加光焦度ADD2＝4.44(对应近焦点L2)；
(3)确定衍射级次，衍射级次的总数n＝ADD2/0.8+1，n取正整数。这里以0.8D作为最小的附加光焦度单元，当n为正整数偶数，所有的衍射级次为-n/2+1…-2，-1，0，1，2…n/2，远焦点L0对应的级次是-n/2+1，中焦点对应的级次n/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为n/2；当n为正整数奇数，所有的衍射级次为-(n-1)/2…-2，-1，0，1，2…(n-1)/2，远焦点L0对应的级次是(n-1)/2，中焦点对应的级次(n-1)/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为(n-1)/2；
(4)在ZEMAX光学设计软件中，用Binary2二元面代替近似衍射环带结构，根据步骤(3)中的附加光焦度位置，优化像质得到相位系数，得到φ(r)表达式；
(5)根据φ(r)表达式，得到常规“对称”三焦点设计的相位分布图，如图4；
(6)相位调制，“非对称”三焦点设计的关键在于相位调制，第一组环带组合为“高+低”，将第二组环带调制为“低+高”。如图7，将常规“对称”三焦点设计的相位分布图第二组环带的相位关于径向位置对称，并且在实施例2的基础上对相位结构的锐角做半径r＝0.5mm的倒圆和角度为-10°的倒角组合；
(7)确定台阶高度，衍射效率，面型轮廓；
(8)车床、铣床、抛光加工。加工用的疏水丙烯酸酯片基采用模压的方式获得，双凸结构，其中后表面(植入后靠近囊袋的光学面)周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生。对于疏水丙烯酸酯，低温下材料达到玻璃态，采用光学冷加工方法和金刚石单点车加工技术，在片基的前表面(植入后靠近角膜的光学面)车加工出衍射环带结构；
(9)光学检测，在ISO模拟眼/Model eye2中测量离焦MTF曲线图，白光和546nm单色光分别测试，确保546nm下，ISO模拟眼中，远、中焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者中、近焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者每两个焦点之间的MTF@50lp/mm均大于0.09。同时确保成像焦点所在位置满足步骤(1)和(2)中的设定需求，测试结果如图10；
(10)判断，若步骤(9)中的图谱不符合设计要求，则返回步骤(6)，重新调制相位，直到满足(9)中的要求即完成设计。
结果分析与讨论：
运用标量衍射理论对平滑相位衍射结构进一步分析，c(r)＝exp[jφ(r)]
c(r)是衍射结构的复透过率函数，x表示纵向和横向坐标，单位是毫米mm。
Figure GDA0004076155310000121
m为衍射级次，ηm为第m个衍射级次对应的衍射效率,可以得到各个级次的衍射效率，总的衍射效率约为90％，相较于传统的锯齿状的相位分布(衍射效率81％)显著提升。
图10中的离焦MTF曲线是将实施例1中的IOL导入ISO11979-2中要求的眼模型中，借助光学设备测试得到。图中可以看出，远焦点MTF@50lp/mm接近0.35，中焦点MTF@50lp/mm接近0.15，近焦点MTF@50lp/mm接近0.18。以远焦点的位置归为0D，为中焦点位置在1.90D左右，近焦点位置在4.44D左右。这与最初的设计要求一致。

Claims (5)

1.一种具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，所述人工晶状体包括光学主体(1)、第一支撑襻(2)和第二支撑襻(3)，其特征在于所述光学主体(1)具有靶向光场分布；所述光学主体(1)、第一支撑襻(2)和第二支撑襻(3)为一体式结构，采用同一种材料，整体成型；所述光学主体(1)周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生；
所述光学主体(1)产生非对称/对称、个性化三焦点视程：
Figure FDA0004076155300000011
所述光学主体(1)具有衍射环带结构，衍射环带结构的衍射级次为-1级，0级，+1级，+2级或者更多级次，其中0级次不参与成像，这样所有焦点都具备消色差的能力，植入眼可获得更好的预测白光视力；所述光学主体(1)具有衍射环带结构，衍射环带结构采用相位调制技术：相邻环带内相位分布“高低组合”且关于分界点对称，第一组环带组合为“高+低”，将第二组环带调制为“低+高”，将常规“对称”三焦点设计的相位分布图第二组环带的相位关于径向位置对称，每个环带内“高低组合”的相位在常规“对称”三焦点设计的相位分布图基础上做特定的修正，可以是倒角或者倒圆，或者他们之间的组合，倒角的范围是为-90°～90°，倒圆的半径范围是0～999mm，实现靶向光场分布的同时，提升光能利用率，减少眩光，提高视觉舒适度，制备本发明具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，经过如下的设计制备步骤：
(1)确定个性化用眼需求，即患者的用眼距离L0(对应远视力)、L1(对应中视力)、L2(对应近视力)，一般L0在4m左右，L1在60～120cm范围，L2在20～50cm范围；
(2)反推个性化附加光焦度，根据步骤(1)的要求，反推光学参数附加光焦度，即附加光焦度ADD1(对应中焦点L1)和附加光焦度ADD2(对应近焦点L2)；
(3)确定衍射级次，衍射级次的总数n＝ADD2/0.8+1，n取正整数。这里以0.8D作为最小的附加光焦度单元，当n为正整数偶数，所有的衍射级次为-n/2+1…-2，-1，0，1，2…n/2，远焦点L0对应的级次是-n/2+1，中焦点对应的级次n/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为n/2；当n为正整数奇数，所有的衍射级次为-(n-1)/2…-2，-1，0，1，2…(n-1)/2，远焦点L0对应的级次是(n-1)/2，中焦点对应的级次(n-1)/2-(ADD2-ADD1)/0.8，近焦点L2对应的级次为(n-1)/2；
(4)在ZEMAX光学设计软件中，用Binary2二元面代替近似衍射环带结构，根据步骤(3)中的附加光焦度位置，优化像质得到最佳相位系数，继而得出φ(r)表达式；
(5)根据φ(r)表达式，得到常规“对称”三焦点设计的相位分布图；
(6)相位调制，“非对称”三焦点设计的关键在于相位调制，相邻环带内相位分布“高低组合”且关于分界点对称，每个环带内“高低组合”的相位在常规“对称”三焦点设计的相位分布图基础上做特定的修正，可以是倒角或者倒圆，或者他们之间的组合，倒角的范围是为-90°～90°，倒圆的半径范围是0～999mm；
(7)确定台阶高度，衍射效率，面型轮廓，面型轮廓即最终的加工面型。车加工的轨迹与面型轮廓相一致；
(8)车床、铣床、抛光加工，加工用的疏水丙烯酸酯片基采用模压的方式获得，双凸结构，其中后表面(植入后靠近囊袋的光学面)周边具有360°直角方边，有效的抑制后发性白内障的产生，对于疏水丙烯酸酯，低温下材料达到玻璃态，采用光学冷加工方法和金刚石单点车加工技术，在片基的前表面(植入后靠近角膜的光学面)车加工出衍射环带结构；
(9)光学检测，在ISO模拟眼/Model eye2中测量离焦MTF曲线图，白光和546nm单色光分别测试，确保546nm下，ISO模拟眼中，远、中焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者中、近焦点之间的MTF@50lp/mm大于0.09，或者每两个焦点之间的MTF@50lp/mm均大于0.09，同时确保成像焦点所在位置满足步骤(1)和中的设定需求；
(10)判断，若步骤(9)中的图谱不符合设计要求，则返回步骤(6)，重新调制相位，直到满足步骤(9)中的要求即完成设计。
2.根据权利要求1所述的具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，其特征在于所述光学主体(1)由两个光学表面组成，其中至少有一个面是非球面，非球面满足如下表征方程：
Figure FDA0004076155300000031
以光学表面的顶点为原点O，以光轴为Z轴，建立任意的空间直角坐标系，所述坐标系的横坐标轴X轴以及坐标轴Z轴与所述光学表面相切，Z(x)为所述非球面在二维坐标系平面X-Z上的曲线表达式，c为所述非球面的基础球面曲率半径的倒数，Z(x)为所述曲线上任何一点距横坐标轴Z的垂直距离，A2i为非球面高次项系数，m、n均为不小于1的整数且n>m，K为圆锥系数。
光学主体(1)上的两个光学面组合产生基底光焦度。
3.根据权利要求1所述的具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，其特征在于所述光学主体(1)具有衍射环带结构，衍射环带结构叠加在光学主体(1)的任一个光学面上，衍射环带结构的设计公式为：
Figure FDA0004076155300000032
其中φ(r)是表征衍射结构的相位函数,其中λ0是设计波长,即2π的相变出现在每个带边界时的波长；n是透镜材料的折射率；F0是当照明波长λ＝λ0时的焦距；n’是围绕透镜的材料的折射率,而p是表示作为2π的倍数的最大相位调制的整数。光学表面的表面的相应最大台阶高度由下式给出：
Figure FDA0004076155300000041
光学主体(1)上的衍射环带结构产生附加光焦度，台阶高度范围是4.5～5.5um。
4.根据权利要求1所述的具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，其特征在于所述光学主体(1)的有效光学区的直径为5.5～6.5mm，中心厚度0.45～1.55mm的双凸/凹凸透镜片；所述第一支撑襻(2)、第二支撑襻(3)的厚度均为0.15～0.45mm。
5.根据权利要求1所述的具有靶向光场分布的衍射型多焦人工晶状体，其特征在于所述光学主体(1)的附加光焦度的范围为+1.0D～+6.0D。
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