CN102892380B - 单微结构镜片、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于在较宽且扩展的焦距范围内提供增强的图像质量的系统和方法涵盖视力治疗技术和诸如隐形眼镜和人工晶状体（IOL）的眼镜片。示例性IOL光学装置可包括圆形表面结构，其用作衍射型或相移分布。在一些情况中，单环IOL包括前面和后面，其中，可在前表面或后表面，或前面或后面上施加分布。该分布可具有诸如微结构或中心光栅的内部、和外部。在内部和外部之间，可以存在将内部和外部连接的过渡区域。

Description

单微结构镜片、系统和方法
相关申请的引用
本申请要求在35U.S.C§119(e)下于2009年12月18日提交的临时申请号61/288,255的优先权，将其全部内容结合于此以供参考。本申请涉及以下与此同时提交的申请：Limited Echelette Lens,SystemsAnd Methods（有限光栅镜片、系统和方法），美国专利申请号____；Ophthalmic Lens,Systems And Methods With Angular Varying Phase Delay（具有角变化相位延迟的眼镜片、系统和方法），美国专利申请号____；以及Ophthalmic Lens,Systems And Methods Having At Least One Rotationally AsymmetricDiffractive Structure（具有至少一个旋转不对称的衍射结构的眼镜片、系统和方法），美国专利申请号____。这三篇申请的全部内容也结合于此以供参考。本申请还涉及以下美国专利申请号：两者于2008年4月24日提交的61/047,699和12/109,251；2009年4月23日提交的12/429,155；2009年2月17日提交的12/372,573；2008年8月23日提交的12/197,249；2008年4月13日提交的12/120,201，以及2010年4月30日提交的12/771,550。这里明确地要求全部巴黎公约的优先权。
技术领域
本发明的实施方式涉及视力治疗技术，特别地，涉及眼镜片（镜片，ophthalmic lens），诸如例如隐形眼镜、角膜嵌入物或覆盖物、或人工晶状体（IOL），其包括，例如有晶状体眼IOL和双联IOL（即，在已经具有IOL的眼睛中植入的IOL）。
背景技术
老花眼是一种影响眼睛的适应性的疾病。当物体移动得更靠近年轻的、适当起作用的眼睛时，睫状肌收缩和小带松弛的作用允许眼睛的晶状体改变形状，并由此增加其屈光力和在近距离聚焦的能力。此适应性可允许眼睛在近物和远物之间聚焦和重新聚焦。
老花眼通常随着人变老而出现，并与适应性的自然逐渐损耗相关。老花眼通常失去快速且容易地在变化距离处的物体上重新聚焦的能力。老花眼的影响通常在45岁的年龄之后变得明显。到65岁的年龄，晶状体通常失去几乎全部弹性，并仅具有有限的改变形状的能力。
与眼睛的适应性减小一起，年龄还可能由于形成白内障而导致晶状体混浊。白内障可能在晶状体的硬中央核中形成，在晶状体的更软的外皮层部分中形成，或在晶状体的背面处形成。可通过用人工晶状体替换混浊的自然晶状体来治疗白内障。人工晶状体替换眼睛中的自然晶状体，人工晶状体通常称作眼内透镜或“IOL”。
单焦点IOL旨在仅在一个距离处提供视力矫正，通常是远焦距。对植入预测最适当的IOL屈光度（强度，power）具有有限的精度，并且，不适当的IOL屈光度会在手术后给患者留下残余的折光差。因此，已接受IOL植入的患者可能必须还佩戴眼镜以实现良好的远视力。最低限度地，由于单焦点IOL仅在一个距离处提供视力治疗，并且，由于典型的矫正用于远距离，所以，对于良好的近视力和有时中视力通常都需要眼镜。术语“近视力”通常相当于当物体位于离对象眼睛基本上在眼睛的视网膜上的焦点中的约1至2英尺之间的距离时所提供的视力。术语“远视力”通常相当于当物体位于至少基本上在眼睛的视网膜上的焦点中的约6英尺或更大的距离时所提供的视力。术语“中视力”相当于当物体位于离对象眼睛基本上在眼睛的视网膜上的焦点中的约2英尺至约5英尺的距离时所提供的视力。
已用各种方式尝试来解决与单焦点IOL相关的限制。例如，已经提出了多焦点IOL，其原则上提供两个焦点，一个近焦点和一个远焦点，可选地具有一定程度的中间焦点。这种多焦点IOL或双焦点IOL，旨在于两个距离处提供良好的视力，并包括折射和衍射多焦点IOL。在一些情况中，旨在矫正两个距离处的视力的多焦点IOL可能提供约3.0或4.0屈光度的近增加屈光力（near add power）。
例如，多焦点IOL可以依赖于衍射光学表面，以朝着不同的焦距引导光能的部分，从而允许患者清楚地看到近物和远物。还已经提出了不用去除自然晶状体来治疗老花眼的多焦点眼镜片（包括隐形眼镜等）。还可以将单焦点或多焦点的衍射光学表面构造为提供减小的色像差。
衍射型单焦点和多焦点镜片可利用具有提供屈光力的给定折射率和表面曲率的材料。衍射型镜片具有使镜片具有有助于镜片的整体屈光力的衍射屈光力（衍射功率，diffractive power）的衍射型分布（衍射型曲线，衍射轮廓，diffractive profile）。典型地，衍射型分布的特征在于许多衍射区域。当用于眼镜片时，这些区域典型地是在镜片的光轴周围隔开的环形镜片区域、或光栅。每个光栅可由光学区域、该光学区域和相邻光栅的光学区域之间的过渡区域、以及光栅几何形状来限定。光栅几何形状包括光学区域的内径和外径以及形状或斜率、过渡区域的高度或阶梯高度（stepheight）以及形状。光栅的表面积或直径主要决定镜片的一种或多种衍射屈光力，光栅之间的过渡的阶梯高度主要决定不同增加屈光力之间的光分布。这些光栅一起形成衍射型分布。
镜片的多焦点衍射型分布可用来通过提供两个或多个屈光力来缓解老花眼；例如，一个用于近视力，一个用于远视力。镜片还可采用放在眼睛的囊袋内的人工晶状体的形式，代替原有晶状体，或放在自然晶状体的前面。镜片还可以是隐形眼镜的形式，最常见的是双焦点隐形眼镜，或是这里提到的任何其他形式。
虽然多焦点眼镜片使许多患者提高了视力质量，但是其他改进也将是有好处的。例如，一些人工晶状体眼患者会经历不希望有的视觉效果（闪光感异常（dysphotopsia）），例如眩光或光晕。当来自未使用的焦点图像的光产生在所使用的焦点图像上重叠的焦点之外的图像时，可能出现光晕。例如，如果使来自远点光源的光通过双焦点IOL的远焦点在视网膜上成像，那么IOL的近焦点将同时将散焦的图像重叠在由远焦点形成的图像上。此散焦的图像可以将其自身表现为焦点之内的图像周围的光环的形式，并叫做光晕。另一个改进区域在多焦点镜片的典型双聚焦周围旋转。由于多焦点眼镜片典型地提供近视力和远视力，所以可能牺牲中视力。
因此，具有扩展焦距深度（焦深）的镜片可能对一些患者提供在一定范围的距离处具有良好视力的好处，同时减小闪光感异常或没有闪光感异常。已经提出了各种扩展IOL的焦距深度的技术。例如，一些方法基于准心折射原理，并包括具有稍微增加的屈光力的中心区域。其他技术包括非球面或包括具有不同折射区域屈光力的折射区域。
虽然一些所提出的治疗可能对需要其的患者提供一些好处，但是将希望进一步提高。例如，将希望提供没有闪光感异常地在较宽且扩展的焦距范围内具有增强的图像质量的改进的IOL系统和方法。本发明的实施方式提供了解决上述问题的方案，并由此对这些突出需求中的至少一部分提供了答案。
发明内容
本发明的实施方式通常提供改进的镜片和成像技术。示例性实施方式提供改进的眼镜片（诸如，例如，隐形眼镜、角膜嵌入物或覆盖物（cornealinlays or onlays）、或人工晶状体（眼内透镜，眼内晶状体，intraocular lens）（IOL），其包括，例如有晶状体眼IOL和双联IOL），并提供相关的用于其设计和使用的方法。
本发明的实施方式包含具有单圆形表面结构的IOL光学装置，该结构用作相移分布（相移轮廓，phase shifting profile）。这样设计该分布，使得其增加人工晶体眼的焦距深度，其中，用人造镜片代替眼睛的自然晶状体。这种单IOL技术抑制了与传统的具有许多衍射环的多焦点IOL相关的不同的双聚焦。因此，通过根据本发明的实施方式的镜片，可减轻与传统的多焦点IOL相关的闪光感异常（例如光晕效果）。
示例性单环IOL包括前面（anterior face）和后面（posterior face）。可在前表面或后表面（或前面或后面）上设置分布（外廓，曲线，轮廓，profile）。该分布可具有内部和外部。内部典型地呈现抛物线弯曲形状。内部还可称作微结构、隔离光栅（isolated echelette）、或中心光栅。在内部和外部之间，可以存在连接内部和外部的过渡区域（transition zone）。
除了抛物线形状以外，中心光栅可具有任何各种形状，包括双曲线、球面、非球面和正弦形。光栅的内部和外部之间的过渡（过渡部分，transition）可以是急剧过渡，或者，其可以是平滑过渡。
微结构的外侧处的外部的表面可具有任何球面或非球面形状。可优化外部的形状，以具有一定范围的瞳孔大小所需的光学性能。所需光学性能可以基于以下要素，诸如焦距深度（焦深）、远焦点中的光学质量、以及最佳焦点（或远焦点）位置作为瞳孔大小的函数的变化。可以应用这样的优化规则，好像形状是折射单焦点IOL，或是具有扩展焦距深度的折射IOL，或是矫正或改变视觉球面像差的折射设计。可进行这样的特殊设计：中心光栅和外部区域之间的相互作用包含在设计或优化中。这里描述的技术也适合于用任何各种眼镜片实现，包括IOL、角膜嵌入物或覆盖物、和/或隐形眼镜。
在一个方面中，本发明的实施方式包含用于治疗患者的眼睛的眼镜片系统和方法。示例性镜片可包括具有前折射型分布（前折射曲线，前折射轮廓，anterior refractive profile）的前面和具有后折射型分布（后折射曲线，后折射轮廓，posterior refractive profile）的后面。可将这些面设置在光轴周围。镜片还可包括施加在前折射型分布上、施加在后折射型分布上、或施加在两者上的衍射型分布。在一个示例性实施方式中，衍射型分布可包括仅仅一个光栅。可选地，可在镜片的中心区域内设置光栅。相关地，可将光栅定位为镜片的中心折射区域周围的环面。在一些情况中，镜片包括包围光栅或圈环（annular ring）的外围区域（peripheral zone）。光栅的特征可以在于恒定的相移（constant phase shift）。
根据一些实施方式，眼镜片可包括其特征在于抛物曲线的光栅。光栅可具有在从约1mm到约4mm范围内的直径。例如，光栅可具有约1.5mm的直径。在一些情况中，光栅可具有在从约1.0mm到约5.0mm范围内的直径。光栅可具有1至7mm2之间的表面积。优选地，光栅可具有1.5至4mm2之间的表面积。例如，光栅可具有2.3mm2的表面积。
镜片实施方式可包括其特征在于球面曲线（spherical curve）或非球面曲线（aspherical curve）的外围部分。在一些情况中，该外围部分可以是折射的。镜片可包括具有在从约4mm到约7mm范围内的外径的外围部分。例如，镜片可包括具有约5mm的外径的外围部分。
镜片可包括过渡，其特征在于具有在从约0.5μm到约4μm范围内的值的阶梯高度（step height）。根据一些实施方式，过渡的特征可以在于具有在从约1.5μm到2.5μm范围内的值的阶梯高度。根据一些实施方式，过渡的特征可以在于具有约1.7μm的值的阶梯高度。在其他实施方式中，阶梯高度可具有约2.0μm的值。
扩展的焦距深度可以基于一定范围的焦距上的相对阈值。例如，可用白光MTF曲线下的体积将图像质量表示为白光衍射有限MTF下的体积（“MTF体积”）的百分比。在一些情况中，对于2.0mm的瞳孔，镜片在从约-1.25D到约0.25D的连续范围中，可提供至少约35%的MTF体积。换句话说，镜片在至少约1.5D的连续范围内可提供至少35%的MTF体积。本发明的一些实施方式在至少约0.75D的连续范围内提供至少35%的MTF体积。其他实施方式可在至少约1.0D的连续范围内提供至少35%的MTF体积。更优选地，实施方式可在至少1.25D的连续范围内提供至少35%的MTF体积。在一些情况中，镜片可在至少约1.5D的连续范围内在每至少15mm 50个循环处提供MTF。一些实施方式在至少1.0D的连续范围内在每至少15mm 50个循环处提供MTF。在其他情况中，镜片可在至少约1.8D的范围内在每至少7mm 100个循环处提供MTF。一些实施方式在至少1.5D的连续范围内在每至少7mm 100个循环处提供MTF。
在一些情况中，衍射型分布的特征可以在于设计波长，并且，镜片可包括这样的过渡，其特征在于产生设计波长的约0.25倍至约1倍之间的相移的阶梯高度。在一些情况中，衍射型分布的特征可以在于设计波长，并且，镜片可包括这样的过渡，其特征在于产生设计波长的约0.15倍至约2倍之间的相移的阶梯高度。根据一些实施方式，镜片可包括这样的过渡，其特征在于产生约0.5的相移的阶梯高度。在其他实施方式中，镜片可包括这样的过渡，其特征在于约0.4的阶梯高度。
在另一个方面中，本发明的实施方式包含这样的系统和方法，其包括具有衍射主区域（衍射主区，diffractive primary zone）和折射外围区域（refractive peripheral zone）的眼镜片，衍射主区域呈现具有纯光学功能的基础衍射表面，折射外围区域包围衍射主区域。眼镜片还可包括将衍射主区域与折射外围区域物理地连接的过渡区域。过渡区域可以可选地提供光学特性。
为了更充分地理解本发明的本质和优点，应当结合附图参考以下详细描述。
附图说明
图1A是具有多焦点折射人工晶状体的眼睛的横截面图。
图1B是具有植入的多焦点衍射人工晶状体的眼睛的横截面图。
图2A是衍射多焦点眼镜片的正视图。
图2B是图2A的镜片的横截面图。
图3A-3B是传统的衍射多焦点镜片的衍射型分布的一部分的图示。
图4示出了根据本发明的实施方式的单微结构镜片的方面。
图4A-4B示出了根据本发明的实施方式的镜片分布的方面。
图4C描述了根据本发明的实施方式的镜片的分布的方面。
图4D示出了根据本发明的实施方式的单微结构镜片的方面。
图5示出了根据本发明的实施方式的示意性眼睛的光学系统布局的方面。
图5A-5C示出了根据本发明的实施方式的参考设计的方面。
图6A-6D示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估（designprofile evaluation）的方面。
图7A-7D示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图8A-8D示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图9A-9D示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图10A-10C示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图11A-11C示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图12A-12C示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图13A-13C示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图14A-14C示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图15A-15C示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图16A-16C示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图17A-17C示出了根据本发明的实施方式的设计分布评估的方面。
图18A-18C示出了根据本发明的实施方式的设计的方面。
图19A和图19B示出了根据本发明的实施方式的所测量散焦曲线的方面。
图20A-20C示出了根据本发明的实施方式的所测量散焦曲线的方面。
图21描述了根据本发明的实施方式的衍射单环IOL的方面。
图22描述了根据本发明的实施方式的衍射单环IOL的方面。
图23A-1至图23D-2示出了根据本发明的实施方式的闪光感异常表现的方面。
图24示出了根据本发明的实施方式的闪光感异常表现的方面。
为了说明的目的，并不精确地成比例地绘制一些上述附图中所示的分布几何形状。图中所示的分布的高度通常是约0.5μm至约8.0μm的等级，尽管高度可能根据以下因素而变化，例如患者所需矫正的量、镜片材料和周围介质的折射率、以及所需相位移动/延迟。
具体实施方式
应理解，已经简化了本发明的附图和描述，以说明与清楚地理解本发明相关的元件（要素），同时，为了清楚和简短的目的，消除了在典型眼镜片、可植入光学设备、系统和方法中找到的许多其他元件（要素）。因此，本领域普通技术人员可认识到，在执行本发明时希望和/或需要其他元件和/或步骤。然而，因为这种元件和步骤在本领域中是众所周知的，并且因为其并不便于更好地理解本发明，所以这里不提供这种元件和步骤的讨论。这里的公开内容涉及对本领域技术人员已知的所公开的元件和方法的所有这种变化和改进。
本发明的实施方式包含在扩展范围的焦点或焦距上提供改善的图像质量的系统和方法。这里公开的系统和方法可包含各种眼镜片，诸如例如隐形眼镜、人工晶状体、镜片（眼镜片，spectacle lenses）、以及角膜嵌入物或覆盖物。示例性实施方式包括这样的眼镜片，与传统的单焦点镜片相比，该眼镜片具有扩展的焦距深度，并且，与传统的多焦点眼镜片相比，该眼镜片的闪光感异常（dysphotopsia）减小。在一些情况中，这种技术包括IOL方法，该方法包括单环，或光栅，并典型地包括扩展的焦距深度。有利地，这种方法可对患者提供良好的远距视力，以及在中间距离处良好的没有闪光感异常的视力。
本发明的实施方式通常提供改进的镜片和成像系统，并可包含在任何这样的系统中，在该系统中，具有扩展焦距深度的镜片可能是有利的，例如照相机/录像机镜片，包括那些用于监视或用于手术步骤的、以及用于移动电话或其他相关装置中的照相机的镜片。本发明的实施方式可能以改进的眼科装置、系统和方法的形式找到其最直接的应用。本发明的示例性实施方式提供改进的眼镜片（包括，例如隐形眼镜、人工晶状体（IOL）、角膜植入物等）和相关的用于其设计和使用的方法。本发明的实施方式可以与单焦点衍射或折射镜片、双焦点衍射或折射镜片、以及多焦点衍射或折射镜片一起使用，例如，本发明的实施方式可添加至多焦点IOL，例如TECNIS多焦点、REZOOM或RESTOR IOL的相对表面。换句话说，例如，可对衍射或折射多焦点实施方式的相对表面添加扩展焦距深度特征。另外，可对例如复曲面IOL、改变视觉球面和/或色差的IOL、和/或适应的IOL添加扩展焦距深度特征。通常，可对改变视觉像差的IOL添加扩展焦距深度特征。
通常在瞳孔较小的亮光条件中进行阅读。相反，在瞳孔较大的低光度条件中进行夜间驾驶。本发明的实施方式包含对小瞳孔大小相对强调中视力或近视力，同时对大瞳孔大小也相对强调远视力的镜片。在一些这种眼镜片中，可将更大比例的光能从镜片的外围部分传递至远焦点，以适应低光度的远视条件，例如夜间驾驶；近焦距或中焦距可以接收比衍射型分布的中心部分相对更多的光能-例如，以进行阅读或计算机工作，和/或在低光度阅读条件下提供焦距深度和中距离或近距离观察，例如在阅读餐馆菜单时。
图1A是装配有多焦点IOL 11的眼睛E的横截面图。如所示出的，例如，多焦点IOL 11可包括双焦点IOL。多焦点IOL 11在眼睛E的前部从角膜12的至少一部分接收光，并通常在眼睛E的光轴周围集中。为了便于参考，图1A和图1B并未公开眼睛的其他部分的折射特性，例如角膜表面。仅示出了多焦点IOL 11的折射和/或衍射特性。
镜片11的每个主面，包括前面和后面，通常具有折射型分布（折射型外廓，折射曲线，refractive profile），例如双凸的、平凸的、平凹的、凹凸的等等。相对于周围房水、角膜、以及整个光学系统的其他光学元件的特性，这两个表面一起限定镜片11通过眼睛E在成像性能上的效果。传统的单焦点IOL具有这样的屈光力，其基于制造镜片的材料的折射率并且还基于镜片的前表面和后表面或前面和后面的曲率或形状。
在年轻的健康眼睛中，囊袋14周围的睫状肌17的收缩和松弛有助于眼睛适应当其移动更近时眼睛增加屈光力以保持聚焦在物体上的过程。当人变老时，适应程度降低，并通常导致老花眼、在近物上聚焦的能力变差。因此，传统地，患者可以使用具有两个屈光力的矫正光学装置，一个用于近视力，一个用于远视力，如多焦点IOL 11所提供的。
多焦点镜片还可以可选地专门利用镜片的折射特性。这种镜片在镜片的不同区域中通常包括不同的屈光力（power），以减轻老花眼的影响。例如，如图1A所示，折射多焦点镜片11的周边区域可能具有适于在远视距离观察的屈光力。相同的折射多焦点镜片11还可包括具有适于在近距离观察的更高的表面曲率和通常更高的整体屈光力（有时称作正增加屈光力）的内部区域。
与完全依赖镜片的折射特性相反，多焦点衍射IOL或隐形眼镜还可具有衍射屈光力，如图1B所示的IOL 18所示出的。例如，衍射屈光力可包括正或负增加屈光力，并且，该增加屈光力可能是镜片的整体屈光力的重要的（或甚至是主要的）贡献者。由多个形成衍射型分布的同心衍射区域赋予衍射屈光力。可在前面或后面或两者上施加衍射型分布。
衍射多焦点镜片的衍射型分布将进入的光引导成许多衍射级。当光13从眼睛前部进入时，多焦点镜片18引导光13，以在视网膜16上形成远场焦点15a以观察远物，并形成近场焦点15b以观察眼睛附近的物体。根据离光13的来源的距离，相反，视网膜16上的焦点可以是近场焦点15b。典型地，远场焦点15a与第0个衍射级相关，近场焦点15b与第1个衍射级相关，尽管也可使用其他级。
多焦点眼镜片18典型地在两个观察级中分布大部分光能，目的通常是使成像光能约均匀地分离（50%:50%），一个观察级与远视力相应，一个观察级与近视力相应，尽管典型地，一些部分转向非观察级。
在一些实施方式中，有晶状体眼IOL可以提供矫正光学装置，该有晶状体眼IOL可用来在使自然晶状体留在原处的同时治疗患者。有晶状体眼IOL可以是角度支持的、虹膜支持的、或沟槽支持的。可将有晶状体眼IOL放在自然晶状体上或在另一IOL上双联。还想象到，本发明可应用于嵌入物、覆盖物、适应性IOL、眼镜、甚至是激光视力矫正。
图2A和图2B示出了标准衍射多焦点镜片20的方面。多焦点镜片20可具有一些通常与上述多焦点IOL 18的光学特性相似的光学特性。多焦点镜片20具有设置在光轴24周围的前镜片面21和后镜片面22。镜片20的面21，22典型地限定通光孔径25。如这里使用的，术语“通光孔径”表示限制一束来自远处光源的可由镜片或光学装置成像或聚焦的光线的程度的镜片或光学装置的开口。通光孔径通常是圆形的并由其直径确定，有时等于光学装置的整个直径。
当装配在对象或患者的眼睛上时，镜片20的光轴通常与眼睛E的光轴对准。镜片20的曲率使镜片20具有前折射型分布和后折射型分布。虽然也可在前面21和后面22或两者上施加衍射型分布，但是，图2B示出了具有衍射型分布的后面22。衍射型分布的特征在于多个在光轴24周围间隔的环形光学区域或光栅23。虽然分析光学理论通常假设无限数量的光栅，但是，标准的多焦点衍射IOL典型地具有至少9个光栅，并可具有超过30个光栅。为了清楚起见，图2B仅示出了4个光栅。典型地，IOL是双凸的，或可能是平凸的，或是凸凹的，尽管IOL可以是平平的或其他折射表面组合。
图3A和图3B是多焦点镜片的典型衍射型分布的一部分的图示。虽然该图仅示出了3个完整的光栅，但是，典型的衍射型镜片扩展到至少9个光栅至超过32个光栅。在图3A中，相对于离镜片的光轴的径向距离的平方（r2或ρ），绘制了光栅表面上的每个点的表面起伏分布（surface reliefprofile）的高度（从垂直于光线的平面开始）。在多焦点镜片中，每个光栅23可具有一定的直径或离光轴的距离，其通常与√n成比例，n是从光轴24开始数的光栅23的数目。每个光栅具有特征光学区域30和过渡区域31。光学区域30典型地具有如图3A所示当相对于ρ绘制时可能是线性的形状或向下的斜率。当相对于半径r绘制时，光学区域30具有如图3B所示的抛物线的形状或向下的斜率。至于典型的衍射多焦点镜片，如这里示出的，所有光栅具有相同的表面积。光栅23的面积决定镜片20的增加屈光力，并且，当使面积和半径相关时，该增加屈光力也与光栅的半径相关。
如图3A和图3B所示，相邻光栅之间的过渡区域31是急剧（尖锐）且不连续的。镜面的高度从稳定向下倾斜急剧地过渡至垂直向上渐进，并且，该过渡突然回到再次稳定向下倾斜。这样做时，光栅23也具有由光栅的最低点和最高点之间的距离限定的特征阶梯高度32。因此，衍射表面的斜率（或第一导数）和/或曲率（第二导数）在该过渡附近是不连续的。
有限微结构
图4提供了根据本发明的实施方式的单微结构镜片分布100的横截面的图示。仅示出了镜片的一半，尽管由于镜片是旋转对称的，所以另一半是在图4的左侧与镜片互补的镜像。单环表面的分布100包括内部或单环110、阶梯或过渡120、和外部130。内部110在分布100的中心位置170和过渡120之间延伸，外部130在过渡120和分布100的外围位置180之间延伸。中心位置170典型地设置在光轴处（尽管在一些实施方式中例如其可以是偏移的，以匹配瞳孔中心或偏移视轴等）。在此特定实例中，过渡120设置在离光轴约1.5mm的距离处，外围位置180设置在镜片的通光孔径的直径处，这里是离光轴约3.0mm的距离处。在一些情况中，过渡120可设置在离光轴从约0.5mm到约2.0mm的范围的距离处，并且，外围位置180可设置在离光轴从约2.0到约3.5mm的范围的距离处，或更大（例如，对于隐形眼镜，该范围将由于隐形眼镜的与IOL相比屈光力更大的位置而大约为15%；本领域的技术人员将根据应用而适当地依比例决定一些尺寸）。
如图4所示，相对于离镜片的光轴的径向距离（r）绘制镜片分布上的每个点的离垂直于光轴的参考平面的表面高度或垂度（d）。如这里示出的，位移或总垂度（d）的值可具有在从约0mm到约0.07mm的范围内的值。总垂度可取决于表面的折射形状，并且，对于IOL，可具有典型地在0mm至约2mm之间的值，或者，在表面是凹的情况中，具有0mm至约-2mm的值。
内部
内部或光栅110包括中心110a和外边缘110b。在内部110的中心或中心部分110a处，内部110的垂度（d）基本上与外围曲线160的位移或垂度（d）等价。在外边缘110b处，内部110的垂度（d）基本上与衍射基线140的垂度（d）等价。在径向距离（r）是零的地方，内部110的垂度（d）与外围曲线160的值等价。在径向距离零和外边缘110b处的径向距离（例如1.5mm处）之间的垂度（d）的值，从外围曲线160（r=0处）的值以抛物线的方式逐渐且平稳地变化至衍射基线140（r＝1.5mm处）。如这里示出的，内部110可呈现抛物线形状，例如，如在科恩（Cohen）的等式4a（Applied Optics（应用光学），31:19，pp.3750-3754(1992)）中描述的，将其结合于此以供参考。应理解，在一些情况中，内部110可以具有任何各种形状或分布，包括双曲线形状、球面形状、非球面和正弦形状。可在折射形状上施加内部110的形状。
过渡
在外边缘110b处，在径向距离（r）是1.5mm处，垂度（d）的值从衍射基线140的值渐进或改变至外围曲线160的值。在径向距离（r）与过渡120相对应时，内部110的垂度（d）与衍射基线140的值等价。相关地，当径向距离从零的值增加至约1.5mm的值时，分布100的位移接近外围曲线160的位移。可沿着垂直轴线确定偏移的值。可根据相位延迟的量选择偏移值。根据一个实施方式，在位置110b/130a处，内部110和外部130可能不在相同的垂直高度处结束。一种连接这两个端点的方式是通过使用垂直直线。如这里示出的，衍射过渡阶梯在分布中提供较陡的阶梯。在一些情况中，该过渡的特征在于，具有在从约0.5μm到约4μm的范围内的值的阶梯高度。根据一些实施方式，过渡的特征可在于，具有在约1.5μm至2.5μm之间范围内的值的阶梯高度。
外部
外部130包括内边缘或中心边缘130a和外边缘130b。在内边缘130a处，外部130的垂度（d）基本上与外围曲线160的垂度（d）等价。在外边缘130b处，外部130的垂度（d）保持基本上与外围曲线160的垂度（d）等价。对于在径向距离1.5mm和径向距离3.0mm之间的分布100的外部130的垂度（d）的值与外围曲线160的值等价。分布100和外围曲线160的垂度在1.5mm和3.0mm的径向距离值之间是约等价的。如这里示出的，外部130可提供正态的球面或非球面曲线，例如矫正或治疗视觉球面像差的Tecnis非球面。在US 7,615,073中可看到Tecnis IOL的更详细的描述，将其内容结合于此以供参考。实际上，可以使用任何非球面分布。在一些情况中，可使用Tecnis分布或改变、减小或增加视觉球面像差的非球面。还可使用折射多焦点表面，或扩展焦距深度的折射非球面或区域折射表面。衍射多焦点可位于相对侧上。
与具有多个光栅并且其中当径向距离增加时阶梯高度增加或减小的镜片相比，本发明的实施方式包含不存在这种阶梯结构的镜片结构。
人瞳孔的大小随着照度而变化。在亮光中，瞳孔较小，在暗光或低光度条件中，瞳孔较大。另外，人瞳孔的大小随着适应作用而变化。没有适应作用时，瞳孔比具有适应作用时大。因此，对于更小的瞳孔，可以希望提供相对强调中视力或近视力的设计。对于更大的瞳孔，可以希望提供相对强调远视力的设计。这种考虑可能影响IOL设计。
观察到对于多焦点镜片存在的闪光感异常（例如光晕）的条件由两个焦距的分离而支配。因此，按照本发明的示例性实施方式，镜片可以仅包括单微结构环，使得与具有多个光栅的衍射多焦点IOL相比，不同焦距之间的光分离是不完全的。
在光较亮的典型的阅读或近视条件中，瞳孔的大小较小，例如直径在约1mm至2mm之间，并且，眼睛具有较大的焦距深度（例如来自针孔效应），几乎与IOL的光学装置无关。较大的瞳孔大小（例如直径大于约4-5mm）通常应用于低光度条件，并且，通常与对其典型地建立IOL的屈光力的远距视力相关。因此，许多患者将大多从提高焦距深度的IOL受益，以能看到中间距离。对于中间瞳孔大小，具有单个光栅或环的IOL有效地增加焦距深度，同时保持较小的瞳孔大小的一般增加的焦距深度，还对较大的瞳孔大小保持强调远视力。同时，对于几乎所有瞳孔大小，由于单个光栅和光学装置的剩余的表面积或剩余的镜片部分（“非光栅”）具有不相等的表面积，所以焦距之间存在不完全的分离。由于光的分离是不完全的，所以焦距的分离是不完全的。焦距的此不完全的分离有助于焦距深度扩展和闪光感异常（例如光晕）减弱。
图4A提供了根据本发明的实施方式的镜片衍射型分布的一部分的图示，其进一步说明了单微结构实施方式。在图4A中，相对于离镜片的光轴的径向距离的平方（r2或ρ），绘制了光栅表面上的每个点的表面起伏分布的高度（从垂直于光线的平面开始）。光栅可具有特征光学区域930和过渡区域931。光学区域930可具有当如图4A所示相对于ρ绘制时可以是线性的形状或向下的斜率。当相对于半径r绘制时，光学区域930可具有抛物线的形状或向下的斜率。如这里描述的，中心光学区域930可提供中心抛物线光栅。外部（折射）区域可遵循具有固定偏移的基圆半径。在一些情况中，该分布可提供光栅或中心部分923a和折射区域或外围部分923b。
如图4A所示，光学区域930和外部区域933之间的过渡区域931可以是急剧（尖锐）且不连续的。类似地，中心部分或光栅923a和外围部分或折射区域923b之间的垂直过渡可以是急剧且不连续的。镜面的高度从稳定向下倾斜（例如越过光学区域930）急剧地过渡至垂直向上渐进，并且，该过渡突然回到稳定倾斜或基本上水平。这样做时，光栅923a或光学区域930也具有由光栅的最低点和最高点之间的距离限定的特征阶梯高度932。因此，衍射表面的斜率（或第一导数）和/或曲率（第二导数）在该过渡区域附近是不连续的。第一导数可用直线的方向表示，第二导数可用直线的弯曲表示。
根据一些实施方式，光来自下方，在由箭头A表示的方向上，并仅到达（hit）分布的光栅930。根据一些实施方式，在理论条件中，光不会到达光学区域的垂直连接处，因此，该分布可以说没有过渡区域。根据一些实施方式，实际上，当尝试制造这种分布时，例如通过车床切割，可能难以复制锐角转角（例如，在光学区域与相邻光学区域连接的地方），因此，由于有限的切凿半径（chisel radius）而可以使该转角在一定程度上形成圆角。这种倒圆对光学性能可以具有可以忽略的效果。根据相关实施方式，可以特殊的方式使过渡区域931（可称作从光栅到相邻区域或多个区域的过渡）成形，以优化光学性能，例如，以使从急剧过渡产生的散射减到最小。
根据一些实施方式，可将中心部分923a定义为光栅，并可将外围部分923b定义为折射区域。
图4B是镜片的衍射型分布971的图示，绘制了光栅972的特定点处的表面起伏分布的高度与ρ、从垂直于光线的平面移动的半径或距离的平方的关系，用传统的衍射型分布975示出，并用虚线示出。根据一些实施方式，光栅可包括光学区域或主区域977和过渡区域976。根据一些实施方式，可将中心部分972a定义为光栅，并可将外围部分972b定义为折射区域。根据一些实施方式，光栅包括一个主区域或一个过渡区域。
如图4B所示，光栅和相邻区域978之间的过渡区域976可以不是急剧的且不是不连续的。镜面的高度可平稳地过渡。另外，光栅972，或中心部分972a，可具有特征分布高度974，并且，外围部分972b可具有由光栅或部分的最低点和高程点之间的距离定义的特征分布高度974a。因此，图4B示出，中心光栅可具有另一形状，并且，可以存在过渡区域，974a处的相位偏移（高度）可以与中心区域974的相位偏移（高度）不同，并且，外部或外围区域可以具有可替代的非球面形状。
图4C是镜片分布的图示，根据本发明的实施方式，公开了包围镜片的中心折射区域的单个光栅。图4C中的镜片分布实施方式具有一个单个光栅或微结构980e，将其定位为中心折射光学区域970e周围的环面。环形光栅具有内径982e和外径984e、分布形状986e和分布高度988e（偏移1）。环形光栅980e可以由折射外围区域990e包围，具有分布高度998e（偏移2）。分布高度988e，998e的特征可以在于，其离底部/中心折射区域的相应距离。虽然未在图4C中示出，但是应注意，折射中心和外围区域可以是非球面表面，被设计为改进视觉像差，例如球面像差。如图4E中显示的，微结构和折射区域之间的过渡（例如垂直线）可以是急剧的或平滑的，如这里在别处进一步描述的。另外，折射区域可以是球面的或非球面的、或混合的，具有球面折射区域和非球面折射区域。
图4D提供了镜片的后表面上的单个微结构镜片分布200的横截面的图示，该镜片具有1.21mm的环形直径并在220处具有2.05μm的阶梯高度，相当于0.5λ（见表2）的相位延迟。在此实例中，如在专利US 5,121,980（Cohen）中描述的，用比例因数√2将环形直径从1.5mm（对于2.0屈光度的传统IOL衍射型镜片，其是内环形直径）减小至1.21mm。仅示出了镜片的一半的内部和一部分外部，尽管由于镜片是旋转对称的，但是另一半是镜像。单环面的分布200包括内部210或单环，阶梯或过渡220、以及外部230。外部230超出图4D中公开的延伸至2.5mm。内部210在分布200的中心位置270和过渡220之间延伸。外部230在过渡220和外围位置（未示出）之间延伸。
内部或光栅210包括中心210a和外边缘210b。在径向距离是零的内部210的中心或中心部分210a处，内部的垂度（sag）（d）在衍射基线240的垂度（d）和离外围曲线2601.03μm处的外围曲线260的垂度（d）之间，相当于0.25λ的相位延迟（见表2）。在外边缘210b处，内部210的垂度（d）基本上等于13.8μm处的衍射基线240的垂度（d）。径向距离零和0.61mm处的外边缘210b处的径向距离之间的垂度（d）的值，从1.03μm（在r=0处）逐渐且平稳地变化至基线240（在r=0.61mm处）的值，其是13.8μm。此变化以抛物线的方式出现。如这里示出的，内部可呈现抛物线形状，例如在科恩（Cohen）的等式4a中描述的，Applied Optics（应用光学），31:19，pp.3750-3754(1992)，将其结合于此以供参考。
在径向距离（r）是0.61mm的外边缘210b处，垂度（d）的值从衍射基线240的值渐变或改变至外围曲线260的值。在径向距离（r）与过渡220相应的地方，内部的垂度（d）与衍射基线240的值相等。相关地，当径向距离从零的值增加至约0.61mm的值时，分布的位移接近衍射基线的位移。阶梯高度是2.05μm，导致0.5的相位延迟。
外部230包括内边缘或中心边缘230a和外边缘（未示出）。在内边缘230a处，外部的垂度（d）与外围曲线260的垂度（d）基本上相等。在外边缘处，外部的垂度（d）保持与外围曲线260的垂度（d）基本上相等。在径向距离0.61mm和径向距离2.5mm处的外围部分之间的分布的外部的垂度（d）的值与外围曲线260的值相等。分布和外围曲线260的垂度在0.61mm和2.5mm的径向距离值之间大约相等。外部可提供标准的球面或非球面分布，例如校正或治疗视觉球面像差的Tecnis非球面。
分布参数
分布设计可以一组参数来表征。典型地，具有多个光栅的传统多焦点镜片以以下参数表征：增加屈光力（add power）和光分布。例如，可将分布的单个光栅描述为反射镜片增加屈光力和光分布（如下面更详细地讨论的）。如在之前并入的2008年4月24日提交的美国专利申请号61/047,699和12/109,251中讨论的，镜片增加屈光力可以基于分布光栅的直径或径向位置或位置，并且光分布可以基于光栅的相对高度。
光栅的衍射屈光力和几何形状
在传统的衍射IOL中，光栅的直径（或大小或宽度或表面积）与镜片的衍射屈光力相关。同样地，根据传统的衍射IOL设计，这里公开的单光栅设计的几何形状的变化的特征已经在于增加屈光力方面。特别地，这里公开的单光栅实施方式的半径与具有相同增加屈光力的传统的衍射IOL的内半径相等。如本领域技术人员知道的，增加屈光力并非必须描述这里公开的单光栅实施方式的光学特性。根据一些实施方式，镜片的衍射屈光力的值在从约0.5屈光度到约3.0屈光度的范围内，其代表如以下表1中详述的光栅半径和直径。表1提供了不同样本的尺寸，其中，D代表屈光力（单位是屈光度），R代表环或光栅的半径（单位是mm），De代表环的直径（单位是mm）。在可替代的实施方式中，单光栅在折射面周围或其内部是环面的。在这种情况中，用光栅的表面积代表衍射屈光力和光栅尺寸之间的转换。表1提供了光栅的表面积的尺寸。
表1
D R（mm） De（mm） 面积（mm2）
0.5 1.48 3 6.9
1 1.05 2.1 3.5
1.5 0.86 1.7 2.3
2 0.74 1.5 1.7
2.5 0.66 1.3 1.4
3 0.61 1.2 1.2
光栅的相位延迟和几何形状
阶梯高度或分布高度可决定相位延迟或相移分布。更大的阶梯高度可相当于更大的相移。在传统的衍射IOL中，相移与镜片的光分布相关。同样地，根据传统的衍射IOL设计，这里公开的单光栅设计的几何形状的变化的特征已经在于光分布方面。如本领域技术人员知道的，光分布将并非必须描述这里公开的单光栅实施方式的光学特性。根据一些实施方式，镜片可包括这样的过渡，其特征在于产生设计波长的约0.25倍至约1倍之间的相移的阶梯高度。在一些情况中，衍射型分布的特征可在于设计波长，并且，镜片可包括这样的过渡，其特征在于产生设计波长的约0.15倍至约2倍之间的相移的阶梯高度。根据一些实施方式，镜片可包括这样的过渡，其特征在于产生约0.5的相移的阶梯高度。在其他实施方式中，镜片可包括这样的过渡，其特征在于约0.4的阶梯高度。
在光栅过渡方面，过渡处的垂度增加了与偏移值相等的量。下面的表2提供了不同样本的尺寸，该样本公开了相位延迟（单位是波长）和阶梯高度（单位是μm）之间的关系，如对于实例IOL材料有效的。
表2
相位延迟 阶梯高度
0.896 3.68
0.700 2.87
0.590 2.42
0.509 2.09
0.500 2.05
0.423 1.74
0.366 1.50
0.350 1.44
0.250 1.03
0.150 0.62
因此，在根据图4中公开的设计的镜片具有2.5D的屈光力（带有0.423的相移）的示例性实施方式中，单环的半径将是0.66mm，阶梯高度将是1.74μm。
瞳孔相关性
在一个示例性实施方式中，单环中心或单中心光栅设计具有取决于瞳孔大小的光学性能。对于非常小的瞳孔（其中，瞳孔比中心光栅的尺寸小），光栅将用作折射型镜片，由于针孔效应而具有非常大的焦距深度。对于更大和中等的瞳孔大小（其中，瞳孔覆盖中心光栅和外部区域的一部分），镜片将用作衍射/折射镜片，具有适当的相移。中心光栅的大小会影响镜片的瞳孔相关性。同样地，可根据特定患者的瞳孔大小来选择中心光栅的大小。例如，可在亮光、暗光中，在远视过程中和近视过程中，并在光级和适应作用的不同组合中，测量患者的瞳孔大小。可将这些不同的瞳孔大小（可以将其定义为瞳孔动态）用作单环或单光栅设计的最佳设计的输入参数。
例如，如果患者在近视过程中（例如，在近距离观察目标，具有较高的适应作用）具有小于2mm的瞳孔直径，在亮光和暗光下都具有此瞳孔尺寸，那么，可将中心光栅的尺寸选择为小于2mm（例如，图4A的圆形光栅的外径），以提供适当的近视力和/或中视力。相关地，如果患者在近视过程中具有大于2mm的瞳孔直径，在亮光和暗光下都具有此瞳孔尺寸，那么，可将中心光栅的尺寸选择为2mm或更大，以提供适当的近视力和中视力。通常，中心光栅的直径可以比患者在任何条件（例如，亮光/暗光；近视/远视）下具有的最小瞳孔大小还小。对于任何类型的瞳孔动态，可将大小、分布和偏移选择为，使用于该特定患者，或一组患者的镜片性能最大化。通常，这是在其中测量患者的瞳孔的不同视力环境（光级和适应作用的组合）之间的权衡。因此，示例性实施方式包括一种设计眼镜片的方法，由下述组成：利用瞳孔大小测量并且基于测量确定施加在镜片表面上的隔离光栅的大小。该瞳孔大小测量可以基于一组患者。
特定实例的变化的评估
关于图4A所示的实例，已经分析了许多变化。在这些实例中，中心光栅的大小和阶梯高度（偏移）已经改变。同样地，根据传统的衍射IOL设计，已经在xD/y%方面表征了光栅设计的变化，其中，xD代表光栅设计所代表（例如，基于光栅大小和/或位置、以及阶梯高度）的增加屈光力，并且，y%代表导入第一级焦距中的光的部分。在这里，用增加屈光力和光分布来表征中心光栅的几何形状。特别地，这里公开的单光栅实施方式的半径与具有相同增加屈光力的传统的衍射IOL的内半径相等。类似地，这里公开的单光栅实施方式的阶梯高度和相关的相位延迟与具有相同光分布的传统的衍射IOL的阶梯高度/相位延迟相等。如本领域技术人员知道的，增加屈光力和光分布将不描述如这里公开的单光栅实施方式的光学特性。表3公开了近焦点和远焦点之间的光的百分比、相位延迟、以及用于该实例中的IOL材料的阶梯高度之间的关系。
表3
近百分比 相位延迟 阶梯高度
99 0.896 3.68
85 0.700 2.87
68 0.590 2.42
52 0.509 2.09
50 0.500 2.05
35% 0.423 1.74
25 0.366 1.50
23 0.350 1.44
10 0.250 1.03
3 0.150 0.62
例如，2D/35%光栅设计代表具有半径为0.74的中心光栅的镜片，其中，相位延迟是0.423，阶梯高度是1.74。与如这里在图6-20中分析的设计一起，使用类似的术语。
图5示出了示意性眼睛的光学系统布局300，该示意性眼睛包括眼镜片310、角膜320、人工晶状体（眼内晶体，intraocular lens）330和视网膜340。角膜320具有平均白内障患者的球面像差。该示意性眼睛还具有人眼的平均色差。此所谓的ACE模型，或平均角膜眼模型，基于从白内障患者的样本中收集的实际的波前测量、以及人眼的色差和色散。在以下文献中充分描述了该眼睛模型：Norrby,S.,Piers,P.,Campbell,C.,& van derMooren,M.(2007)，用于评估人工晶状体的模型眼睛，Appl Opt（应用光学），46(26),6595-6605，将其内容结合于此以供参考。使用ACE模型，可以评估各种镜片分布。通过改变眼镜片的度数，可以产生各种散焦曲线。例如，负度数眼镜片可模拟在近距离观察物体的效果。
关于图4A所示的实例，已经分析了许多变化，并已在ACE眼睛模型中计算了图像质量与散焦的关系。为了提供与实例设计的与瞳孔相关的性能相关的信息，对2.0mm、3.0mm和4.0mm的瞳孔直径进行图像分析。这在图6A至图9D，以及图10A至图13C中进行了描述。因此，可将图6A至图9D和图10A至图13C认为是单独的组。在此系列中，光栅的大小的直径从1.2mm变化至3.0mm，并且，阶梯高度从0.6μm变化至3.7μm。此系列中的光栅几何形状的特征在于xD/y%方面。一般的镜片结构是等双凸光学装置，具有非球面前表面和球面后表面。在后表面上应用单环设计。
图5A至图5C可用作参考。图5A示出了规则的非球面设计，校正角膜球面像差。图5B示出了规则的球面设计。图5C示出了规则的衍射多焦点设计，具有4屈光度增加屈光力。应指出，图5C的衍射多焦点IOL当其在图表的水平轴之外时具有未示出的第二峰。第二峰在形状、高度和宽度上与第一峰类似。
水平轴（x轴）表示散焦的量，用眼镜度数的屈光度表示。与负眼镜度数相应的图的左半部代表该眼镜使眼睛近视的情况。与正眼镜度数相应的图的右半部代表该眼镜使眼睛远视的情况。垂直轴（y轴）表示图像质量，用白光MTF曲线下方的体积表示，作为白光衍射有限MTF下方的体积的百分比。同样地，将其用作视网膜图像质量的测量。图的左部代表对近视力和中视力的图像质量，与可达-2.5D的眼镜度数相应。
如图6A、图7A、图8A和图9A所示，代表0.5D增加（加，add）的光栅设计可以提供并没有超过规则单焦点镜片的好处。其他设计通过对至少一部分瞳孔大小具有扩展的焦距深度而显示一些好处。虽然将其光栅设计为具有增加屈光力，但是，单光栅设计都并未表现出两个完全分离的峰（在峰之间具有零MTF体积），例如对于图5C所示的多焦点IOL。虽然将其光栅设计为具有增加屈光力，但是，许多设计并未在散焦曲线中表现出两个分离的峰，如对于多焦点设计来说将是典型的。例如，图12A、图13A、图13B和图13C在具有增加的焦距深度（即，对于散焦值的增加的范围，白光MTF曲线下方的体积大于零）的同时，当散焦从零屈光度变化至-2.5D时，证明了连续减小的图像质量。其他选择表现出朝着此行为的趋势，仅在代表零和第一级焦距的峰之间具有图像质量的非常有限的下降，例如那些在图10A、图11A-C和图12B-C中参考的。对于这些实例，仅对于更小的瞳孔大小（2.0mm）才存在图像质量的此稍微下降。一些选择证明远视力中的图像质量与瞳孔大小无关，例如那些在图8D、图9D、图10A-C和图11A-C中参考的。
图14A至图17C示出了实际患者的“自然眼”的计算机模型中的参考图10A至图12C的分布设计的进一步评估。此计算机模型并入与患者角膜的光学上更高等级的像差。在以下文献中描述了眼睛模型的方法：Piers,P.A.,Weeber,H.A.,Artal,P.& Norrby,S.“Theoretical comparison ofaberration-correcting customized and aspheric intraocular lenses（像差校正定制和非球面人工晶体的理论比较）”，J Refract Surg（折射外科学学报）23,374-84(2007)，将其内容结合于此以供参考。“自然眼”模型与更好地预测患者中的IOL设计的光学性能相关。
分布设计包括根据本发明的实施方式的单环衍射型镜片。这些图示描述了与散焦曲线相关的图像质量的特性。可将图14A至图17C描述为一组。在此系列中，光栅的大小的直径从约1.2mm变化至1.5mm，并且，阶梯高度从0.6μm变化至1.7μm。此系列中的光栅几何形状的特征在于xD/y%方面。一般的镜片结构是等双凸光学装置，具有Tecnis非球面前表面和球面后表面。在后表面上应用单环设计。对2mm瞳孔、3mm瞳孔和4mm瞳孔评定设计分布。可参考图18A至图18C进行描述。
图18A示出了规则的非球面设计，校正角膜球面像差。对2mm瞳孔、3mm瞳孔和4mm瞳孔进行此设计分布的评估。图18B示出了规则的球面设计。对2mm瞳孔、3mm瞳孔和4mm瞳孔进行此球面IOL设计分布的评估。图18C可以表征为衍射多焦点+4D，与图5C中描述的相似。
根据一些实施方式，如在ACE模型中看到的一般趋势在自然眼模型中也是有效的。当与规则的单焦点IOL相比时，许多设计表现出扩展的焦距深度。在图像质量在远焦点和近焦点之间稍微下降的地方，例如在图10A与图14A相比的地方，图11A与图15A相比的地方，图11B与图15B相比的地方，图11C与图15C相比的地方，图12B与图16B相比的地方，以及图12C与图16C相比的地方，减小此下降的幅度。结果表明，这些选择在一定范围的距离上提供一定的图像质量，在一些中间距离处不会明显下降。
如图所示，对于2.0mm的瞳孔，镜片可以在从约-1.25到约0.25的范围内提供至少约35%的MTF体积。换句话说，对于2.0mm的瞳孔，镜片可在至少约1.5D的连续范围内提供至少35%的MTF体积。本发明的一些实施方式在至少约0.75D的连续范围内提供至少35%的MTF体积。其他实施方式可在至少约1.0D的连续范围内提供至少35%的MTF体积。更优选地，实施方式可在至少1.25D的连续范围内提供至少35%的MTF体积。
图19A和图19B示出了与3mm瞳孔（图19A）和5mm瞳孔（图19B）相关的样本的所测量散焦曲线。这些样本与单环IOL或单环光栅相应，与图21和图22中描述的相似。水平轴表示眼镜平面中的散焦值（单位是屈光度）。垂直轴表示每毫米50个循环处的模数（MTF）。该图表明，如根据相应设计制造的实际镜片在负散焦值处表现出焦距深度的扩展。如图所示，对于3.0mm的瞳孔，镜片可在从约-1.0到约0.5的范围中在每至少约15毫米50个循环处提供MTF。换句话说，对于3.0mm的瞳孔，镜片可在至少约1.5D的连续范围内在每至少15毫米50个循环处提供MTF。一些实施方式在至少1.0D的连续范围内在每至少15毫米50个循环处提供MTF。
图20A-20C示出了在第4部分中公开的一个典型实施方式的ACE眼睛模型中的所测量散焦曲线，其具有1.21mm的环直径和1/2波长的相位延迟。水平轴表示眼镜平面中的散焦值（单位是屈光度）。垂直轴表示每毫米100个循环处的模数（MTF）。包括了对于3mm、4mm和5mm瞳孔直径的数据。如图所示，对于3.0mm的瞳孔，镜片可在从约-1.0到约0.8的范围中在每至少约7毫米100个循环处提供MTF。换句话说，对于3.0mm的瞳孔，镜片可在至少约1.8D的连续范围内在每至少7毫米100个循环处提供MTF。一些实施方式可在至少1.5D的连续范围内在每至少7毫米100个循环处提供MTF。该图表明，如根据相应设计制造的实际镜片表现出焦距深度的扩展。
图21示出了一个典型的衍射单环IOL，其中，几何形状的特征在于1.0D/100%的设计分布。图22示出了一个典型的衍射单环IOL，其中，几何形状的特征在于2.0D/10%的设计分布。
术语单微结构可指这样的事实：当宏观地观察时，例如如图21-22所示，在表面上只能看到一个单环。换句话说，在整个光学表面上存在一个光学相位过渡。可选地，术语单微结构可指这样的事实：镜片仅具有一个单光栅，由镜片表面的内部代表。在可替代实施方式中，单光栅是镜片的中心部分周围的环面。环面光栅可具有两个相位过渡，一个在光栅的内半径处，一个在光栅的外半径处。
诸如图21-22中描述的典型实施方式的IOL可由丙烯酸材料制成。可将光栅放在后表面或前表面上，并且，外围区域可以是非球面的。相对的表面可以是非球面的（例如校正角膜球面像差）。
下面的表4提供了不同样本的尺寸，其中，De代表环或光栅的直径，单位是毫米，阶梯高度代表分布的高度，单位是μm。与以上的表3中一样，单光栅设计几何形状的特征在于与增加屈光力和光的百分比相关的传统的衍射IOL术语的方面。用白光在ACE模型中测试镜片。
图23A-1至图23D-2和图24示出了ACE眼睛模型中的对于4.0mm瞳孔的样本的闪光感异常（例如光晕作用）的所测量性能。这些图基于白光的扩展光源的图像，代表约50米的距离处的汽车的大灯，并与IOL样本，或实际镜片上的测量结果相应。图23A-1示出了光源产生的图像，示出了2.0D/30%设计的光晕的外观。图23B-1示出了非球面单焦点的图像。图23C-1示出了具有+1D增加屈光力的折射双焦点镜片的图像。图23D-1示出了具有4D增加屈光力的衍射多焦点镜片的图像。这些图证明，与如图23D-1所示的衍射多焦点镜片相比，并且，与如图23C-1所示的具有1D增加屈光力的折射双焦点镜片相比，减小了如图23A-1所示的2.0D/30%设计的光晕的量。为了更好的可见性，图23A-2、图23B-2、图23C-2和图23D-2分别提供图23A-1、图23B-1、图23C-1和图23D-1的负像。
图24示出了与图23A-1、图23B-1、图23C-1和图23D-1的光源图像相应的所测量光散射（杂散光）的图示。水平轴表示视角，单位是度，垂直轴表示散射的量，由散射参数表示。将散射参数定义为光能的对数乘以视角的平方。如图37A-1、图37B-1、图37C-1和图37D-1所示，图24的杂散光图中的光晕的大小在零和约0.5度之间。峰是光晕的一部分。换句话说，对大于0.5度的视角测量纯杂散光。垂直轴具有任意单位。图24示出了1.5D/30%设计（线23A）、2.0D/30%设计（线23B）和2.0D/10%设计（线23C）的杂散光。对于这三个设计，杂散光的量基本上相同。为了参考，图24还示出了与非球面单焦点（线23D）、以及具有+1D增加屈光力的折射双焦点镜片（线23E）和具有4D增加屈光力的衍射多焦点镜片（线23F）相应的杂散光图像。图24示出了3个设计的杂散光的量，所述设计具有比衍射多焦点镜片小的单光栅，并刚好比规则的单焦点镜片的稍大。图24还确认了图23A-1至图23D-2中的结论：具有单光栅的设计不会产生任何明显的光晕。
虽然以上实例描述了抛物线光栅，但是，也可将光栅和外部区域设计构造为，减小预定非功能衍射级中的光的量。在之前并入的2009年4月23日提交的美国专利申请号12/429,155中描述了这些特征的其他方面。使用如在上述申请中阐述的相同原理，可增强其他衍射级中的光的量，以帮助用那些衍射级观察。
可将本发明的实施方式与多焦点镜片设计组合，并与多焦点镜片的每个焦点的扩展焦距深度组合。类似地，可将本发明的实施方式与适应镜片设计组合，通过该设计，可扩展适应镜片的适应范围。另外，可将本发明的实施方式与校正视觉像差的镜片，例如复曲面镜片、非球面镜片、校正色差的镜片等组合。用于校正色差的实施方式可以，例如，将光栅的相位延迟增加多个不连续的波长。例如，在之前的使用0.5的相位延迟（相当于2.05μm的阶梯高度）的实例中，可替代实施方式可以具有1.5的相位延迟，相当于6.15μm的阶梯高度。因此，此实施方式将第一级衍射引导至远焦点，并且，第二级衍射在中间范围和近范围处建立焦距深度。
虽然已经通过实例并为了清楚地理解而在一定程度上详细描述了示例性实施方式，但是，本领域技术人员会认识到，可以采用许多更改、修改和变化。因此，权利要求书的范围不应限制于这里包含的优选变型的描述。

Claims (16)

1.一种眼镜片，由下述组成：
前面和后面，所述两面设置在光轴周围；以及
施加在所述前面或所述后面上的一个隔离光栅，
其中，所述光栅的特征在于抛物曲线。
2.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述前面和/或后面具有衍射型分布。
3.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述前面和/或后面具有复曲面型分布。
4.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述光栅设置在所述镜片的中心区域内。
5.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述光栅设置在所述镜片的中心折射区域周围的圈环内。
6.根据权利要求5所述的眼镜片，其中，所述镜片包括包围所述圈环的外围区域。
7.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述光栅的特征在于恒定的相移。
8.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述光栅的特征在于1至7平方毫米之间的表面积。
9.根据权利要求8所述的眼镜片，其中，所述光栅具有在从1mm到5mm的范围内的直径。
10.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述镜片进一步包括特征在于球面曲线或非球面曲线的外围部分。
11.根据权利要求10所述的眼镜片，其中，所述外围部分具有折射型分布。
12.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述眼镜片进一步包括过渡，所述过渡的特征在于具有在从0.5μm到4μm范围内的值的阶梯高度。
13.根据权利要求12所述的眼镜片，其中，所述阶梯高度提供设计波长的0.25倍至3倍之间的相移。
14.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述镜片在至少0.75D的范围内提供至少35％的MTF体积。
15.一种设计眼镜片的方法，由下述组成，利用瞳孔大小测量以及基于所述测量确定施加在镜片表面上的一个隔离光栅的大小，其中，所述光栅的特征在于抛物曲线。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述测量基于一组患者的瞳孔大小。
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