DE60313182T2

DE60313182T2 - Vorrichtung und verfahren zur korrektur von aberrationen höherer ordnung des menschlichen auges

Info

Publication number: DE60313182T2
Application number: DE60313182T
Authority: DE
Inventors: Andreas W. Escondido DREHER; Shui T. Encinitas Lai; Donald G. San Diego BRUNS
Original assignee: Ophthonix Inc
Current assignee: Ophthonix Inc
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: US20030003295A1; EP1535104A1; JP2011154408A; AU2003258002A1; AU2003258002B2; WO2004015481A1; US7293871B2; DE60313182D1; ES2286488T3; EP1750162A3; JP4823521B2; US7695134B2; EP1750162A2; JP2005535921A; US20080252845A1; EP1535104B1; ATE359535T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur von Aberrationen des menschlichen Auges sowie ein Verfahren, das sich auf die Herstellung derselben bezieht. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wellenlängenaberrator, der so angepasst ist, dass er auf ein menschliches Auge zur Korrektur von Aberrationen höherer Ordnung positioniert werden kann.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Bei traditionellen optischen Systemen mit reflektierenden und brechenden Oberflächen ist es üblich, anzunehmen, dass das Licht, das durch das System durchgeführt wird, auf achsenparalle Strahlen, insbesondere auf Strahlen, die nahe der optischen Achse liegen und in kleinen Winkeln verlaufen, beschränkt ist. Jedoch sind praktische optische Systeme selten auf achsenparalle Strahlen beschränkt und daher weichen die tatsächlichen Bilder, die von Gaus'schen optischen Systemen aufgenommen werden, häufig von dem „perfekten" Bild ab. Diese Abweichung von dem „perfekten" Bild resultiert in der Einführung einer Verzerrung in das optische System, die Aberration genannt wird. Diese Aberrationen sind bei solchen optischen Systemen mit kleinem Brennweitenverhältnis, bei denen der Winkel von der optischen Achse größer ist, sehr problematisch.
In einem monochromen optischen System mit nur kugelförmigen Oberflächen gibt es fünf (5) grundlegende Strahlen- und Wellenaberrationen, nämlich sphärische Aberrationen, Koma, Astigmatismus, Feldkrümmung und Verzerrung. Optische Qualität des Bildes auf der Bildebene eines solchen Systems wesentlich verschlechtert, ergibt die Verringerung solcher Aberrationen erhebliche Vorteile. Es werden oft eine Reihe von Techniken verwendet, um die Aberrationen zu minimieren. Zum Beispiel kann zur Minimierung sphärischer Aberrationen oder Koma eine Linse „gebogen" werden, damit sie verschiedene Krümmungsradien an gegenüberliegenden Seiten aufweist, während eine konstante Brennweite beibehalten wird, wie es bei der Verwendung des Coddington Formfaktors vorgeschlagen wird. Es werden auch ein Paar Linsen, bei denen eine Glaslinse eine positive Brennweite aufweist und die andere, die aus einem unterschiedlichen Glas hergestellt wurde, eine negative Brennweite aufweist, zusammen zur Korrektur einer sphärischen Aberration verwendet. Ein Beispiel dieser Technik ist die „Doppel"-Linse, bei der die zwei Linsen den gleichen Krümmungsradius auf den sich gegenüberliegenden Seiten haben und miteinander verklebt werden.
Trotz der verfügbaren Techniken zur Minimierung der verschiedenen Aberrationen ist es oft schwierig, gleichzeitig alle Aberrationen zu minimieren. Tatsächlich können Korrekturen eines optischen Systems zur Minimierung einer Art von Aberration zu der Verstärkung einer der anderen Aberrationen führen. Dies ist besonders problematisch, wenn man das menschliche Auge als ein optisches System analysiert.
Das menschliche Auge, nämlich die Hornhaut und Linse, kann eine Reihe von Aberrationen aufzeigen, die die optische Leistungsfähigkeit des Auges verringern, was zu einer unscharfen Sicht führt. Historisch gesehen wurden die optischen Aberrationen durch die Einführung von vom Menschen hergestellten Linsen, wie Brillengläser oder Kontaktlinsen, vor dem menschlichen Sichtsystem korrigiert. Erst vor kurzem wurden dauerhaftere Korrekturen durch chirurgische Verfahren und Techniken wie das Einfügen intraokularer Linsen und die Hornhautformung wie die Radialkeratotomie, die astigmatische Keratotomie, die automatisierte lamellare Keratoplastie, die Fotobrechungskeratektomie oder Laser-in situ-Keratomileuis (LASIK) eingeführt.
Die Korrektur unscharfer Sicht durch Linsen war typischerweise nur auf die Korrektur von Aberrationen niederer Ordnung wie Bildschärfenverlust und Astigmatismus beschränkt. Traditionellerweise konnten Aberrationen höherer Ordnung, z. B. solche, die mit Zernike-Polynomen der dritten oder einer höheren Ordnung beschreibbar sind, nicht durch die Verwendung von Linsen korrigiert werden. Zusätzlich werden bedingt durch die Beschränkungen bei der Herstellung und des finanziellen Aufwands von Linsen der Bildschärfeverlust und der Astigmatismus typischerweise nur in kleinen Schritten korrigiert, wobei jede Korrektur auf die nächste Viertel (1/4) Dioptrie beschränkt ist. Unglücklicherweise resultiert die Auflösung einer Viertel (1/4) Dioptrie in unvollständigen Sichtkorrekturen und beschränkt die Leistungsfähigkeit des Patientenauges. Ein Vorteil von handgemachten Linsen ist, dass jegliche kontinuierliche Verschlechterung in der Leistungsfähigkeit des Auges mit einer neuen Linse kompensiert werden kann, die bei einer anstehenden Augenuntersuchung bestimmt wird.
Chirurgische Verfahren und Techniken stellen eine permanentere Korrektur der Sicht als nicht-chirurgische Ansätze zur Verfügung. Intraokulare Linsen sind handgemachte Linsen, die chirurgisch eingeführt werden, um die defekte Linse zu ersetzen. Die Formung der Hornhaut bedingt eine Reihe chirurgischer Prozeduren zur Modifikation und Änderung der Hornhaut. Der Vorteil von chirurgischen Prozeduren ist, dass sie die Möglichkeit für Korrekturen mit feinerer Auflösung bereitstellen. Jedoch erfordert jegliche Veränderung der optischen Leistungsfähigkeit des Auges, die durch das Alter oder eine Verletzung bedingt ist, zusätzlich chirurgische Eingriffe für Korrekturen oder die Hinzufügung handgemachter Linsen. Auch ist bei allen chirurgischen Prozeduren das Risiko einer Infektion und eines permanenten Schadens, der eine weitere Verschlechterung der Sicht auslöst, inhärent.
Dementsprechend existiert ein Bedarf an einem optischen Element, das optische Aberrationen bei dem menschlichen Sehen genau kompensieren wird, und zwar zusätzlich zum Fokusverlust und Astigmatismus. Dieses optische Element muss leicht ersetzbar sein, wenn sich die Leistungsfähigkeit des Auges mit dem Alter oder anderen Mängeln verschlechtert. Somit muss die optische Korrekturvorrichtung in das menschliche Sichtsystem in einer nicht invasiven und wiederholbaren Weise eingebracht werden.
Das Patentdokument U.S. 2002/0080464 A1 offenbart einen Wellenlängenaberrator, der eine durch Strahlung härtbare Harzschicht enthält, die wenigstens einen Bereich mit einem festgelegten Brechungsindexprofil aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Wellenlängenaberrator umfasst ein Paar durchsichtiger Fenster oder Platten, die durch eine Schicht aus Monomeren und Polymerisationsstartern, wie z.B. ein durch Strahlung härtbares Harz, getrennt sind. Es sind den Fachleuten auf dem Gebiet eine Reihe von durch Strahlung härtbare Harze bekannt. Bevorzugte durch Strahlung härtbare Harze zeigen einen variablen Brechungsindex als eine Funktion des Ausmaßes der Härtung auf, wobei das Härten durch das Bestrahlen mit ultravioletter, sichtbarer oder Infrarotstrahlung induziert wird. Vorzugsweise wird das Härten des durch Strahlung härtbaren Harzes durch das Bestrahlen mit ultraviolettem Licht durchgeführt. Die Bestrahlung mit Licht kann über die Oberfläche des durch Strahlung härtbaren Harzes variiert werden, um so ein bestimmtes und einzigartiges Retardierungsprofil zu kreieren, dass, wenn eine Welle mit idealer Ebene durch einen Wellenlängenaberrator durchgeführt wird, eine festgelegte Änderung des Wellenlängenprofils durch den Wellenlängenaberratorumgesetzt werden kann. Umgekehrt kann, wenn eine verzerrte Wellenlänge bekannt ist, wie sie durch das Messen der Wellenlänge mit einem Hartmann/Shack-Sensor gemessen wird, eine Korrektur solch einer abweichenden oder verzerrten Wellenlängenaberration durch vorherige das Herstellen eines komplementären Wellenlängenaberrators erreicht werden, so dass eine korrigierte Wellenebene zustande kommt, wenn die abnormale Wellenlänge durch den Wellenlängenaberrator durchgeführt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenaberrators umfasst das Bestrahlen des durch Strahlung härtbaren Harzes mit einer Anordnung von Licht abgebenden Dioden (LEDs). Diese LEDs können selektiv leuchten, so dass unterschiedliche Bereiche des durch Strahlung härtbaren Harzes unterschiedlichen Bestrahlungsmengen ausgesetzt sind. Diese Variation in der Bestrahlung resultiert in der Herstellung eines Wellenlängenaberrators mit einem variierenden Brechungsindex entlang seiner Oberfläche und kann die Bildung mehrerer Unterbereiche mit umfassen, wobei der Brechungsindex des gehärteten durch Strahlung härtbaren Harzes in einem Unterbereich einen konstanten Brechungsindex aufweist und wobei der Brechungsindex zwischen benachbarten Unterbereichen variiert.
Ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenaberrators umfasst das Bestrahlen des durch Strahlung härtbaren Harzes mit einer Anordnung von LEDs durch eine Verkleinerungslinse. Auf diese Weise können die LEDs ein Härtungsmuster bilden, das dann auf die Oberfläche des durch Strahlung härtbaren Harzes fokussiert wird, um eine ähnliche, aber kleinere Version des Härtungsmusters herzustellen, um einen in seiner Größe verkleinerten Wellenlängenaberrator bereit zu stellen.
Ein noch anderes alternatives Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenaberrators umfasst die Herstellung eines Härtungsmusters durch das Durchführen von Licht durch eine Flüssigkristallanzeige (LCD). Eine nicht-kohärente Lichtquelle kann benachbart zu einem Diffuser positioniert werden, um eine diffuse Lichtquelle zu generieren. Dieses diffuse Licht kann dann durch eine LCD hindurchgeführt werden, die ein Härtungsmuster enthält, und dann auf einen Wellenlängenaberrator übertragen werden. Wenn das durch Strahlung härtbare Harz bestrahlt wird, generiert das Härtungsmuster der LCD das gewünschte Brechungsindexprofil. Es können neue Muster durch die Änderung des Musters auf der LCD generiert werden.
Ein Sensor kann unter den Wellenlängenaberrator positioniert werden, um das übermittelte Bild des Härtungsmusters zu überwachen. Das Ausgangssignal dieses Sensors kann verwendet werden, um aktiv die Übertragung des Lichts durch die LCD zu modulieren, um einen Wellenlängenaberrator mit einem gewünschten Brechungsindexprofil herzustellen und um eine aktive Überwachung und Steuerung der Härtung von jedem Unterbereich des Wellenlängenaberrators bereit zu stellen.
Ein anderes alternatives Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenaberrators umfasst die Herstellung eines Härtungsmusters durch die selektive Bestrahlung von Bereichen des durch Strahlung härtbaren Harzes unter Verwendung einer Punktlichtquelle wie eines Lasers. Diese selektive Bestrahlung kann durch das Rastern eines Bereiches der Oberfläche des durch Strahlung härtbaren Harzes sowie das Variieren der Geschwindigkeit und/oder der Intensität der Lichtquelle erreicht werden, um das Härten des durch Strahlung härtbaren Harzes zu variieren. Alternativ dazu kann die Lichtquelle bestimmte Härtungsmuster direkt auf den Wellenlängenaberrator mit verschiedenen Geschwindigkeiten und/oder Lichtintensitäten wie durch ein Raster- oder Vektorscannen des Härtungsmusters auf den Aberrator übertragen. Es kann auch ein Positiv- oder Negativ- oder „Kontaktdruck", der ein bestimmtes Wellenlängenretardierungsdesign enthält, benachbart zu dem Wellenlängenaberrator positioniert werden und einem diffusen oder gebündelten Licht ausgesetzt werden, um das gewünschte Brechungsindexprofil herzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Wellenlängenaberrator zur Korrektur von Astigmatismus und Bildschärfeverlust des menschlichen Sehvermögens zur Verfügung, die in dem menschlichen Auge durch Abbildungsfehler in der Hornhaut und der Linse induziert werden. Zum Beispiel kann, falls es bekannt ist, dass Aberrationen oder eine Verzerrung in einem menschlichen Auge eine verzerrte Wellenlänge bilden, eine Korrektur solch einer abweichenden oder verzerrten Wellenlänge durch das Herstellen eines komplementären Wellenlängenaberrators erreicht werden, so dass beim Durchleiten der abnormalen Wellenlänge durch den Wellenlängenaberrator eine ebene Welle zustande kommt. Durch das Positionieren des Wellenlängenaberrators auf der Oberfläche oder der Hornhaut des Auges kann ein hoher Grad an Sichtkorrektur realisiert werden.
Der Wellenlängenaberrator umfasst ein Paar durchsichtiger Fenster oder Platten, die durch eine Schicht aus Monomeren und Polymerisationsstartern, wie z.B. einem durch Strahlung härtbaren Harz (z. B. einem Epoxyharz), getrennt sind. Das durch Strahlung härtbare Harz zeigt einen Brechungsindex, der als eine Funktion des Ausmaßes von dessen Härtung variiert. Das Härten des durch Strahlung härtbaren Harzes kann durch das Bestrahlen mit Licht, wie z.B. mit ultraviolettem Licht, durchgeführt werden. Das Bestrahlen mit Licht kann über die Oberfläche des durch Strahlung härtbaren Harzes hinweg variiert werden, um ein bestimmtes und einzigartiges Wellenlängenretardierungsprofil zu bilden, so dass, wenn eine ideale ebene Welle durch den Wellenlängenaberrator durchgeführt wird, eine festgelegte Änderung des Wellenlängenprofils durch den Wellenlängenaberrator bewirkt werden kann.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden sich besser aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen zusammen mit den folgenden Zeichnungen ergeben, bei denen gleiche Bezugszahlen identische oder funktionell ähnliche Elemente anzeigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Grafik, die eine perspektivische Ansicht eines Wellenlängenaberrators darstellt, der eine Schicht aus einem durch Strahlung härtbaren Harz enthält, das als Sandwich zwischen einer oberen durchsichtigen Abdeckung und einer unteren durchsichtigen Abdeckung vorliegt;
2 ist eine Grafik, die eine Aufsicht auf den Wellenlängenaberrator darstellt, der eine kreisrunde Sperrschicht enthält, die die durch Strahlung härtbare Harzschicht umgibt und das durch Strahlung härtbare Harz in einem festgelegten Volumen beschränkt, wobei die durch Strahlung härtbare Harzschicht innerhalb der kreisrunden Sperrschicht gebildet wird und eine Vielzahl von Brechungsindexprofilen zwischen unterschiedlichen Unterbereichen aufweist;
3 ist eine Grafik, die eine Querschnittsansicht des Wellenlängenaberrators darstellt, die entlang der Linie 3-3 der 1 aufgenommen wurde und die Positionierung der durch Strahlung härtbaren Harzschicht zwischen der oberen und der unteren durchsichtigen Abdeckung zeigt;
4 ist eine Grafik, die ein System zur Herstellung des Wellenlängenaberrators darstellt, das eine durch Computer gesteuerte LED („light emitting diode")-Konsolenanordnung enthält, die ein Härtungsmuster generiert, das durch ein Diffuserelement auf einen Wellenlängenaberrator gerichtet wird, um selektiv das durch Strahlung härtbare Harz zu härten, um ein bestimmtes festgelegtes Brechungsindexprofil zu generieren;
5 ist eine Grafik, die ein System zur Herstellung des Wellenlängenaberrators darstellt, das eine LED-Konsolenanordnung enthält, die ein Härtungsmuster generiert, das durch ein Verkleinerungselement und auf einen Wellenlängenaberrator gerichtet wird, um das durch Strahlung härtbare Harz zu härten und so ein bestimmtes Brechungsindexprofil zu generieren;
6 ist eine Grafik, die ein System zur Herstellung des Wellenlängenaberrators darstellt, das eine durch Computer gesteuerte Flüssigkristallanzeige (LCD) enthält, die ein solches Härtungsmuster generiert, dass wenn die LCD mit Licht bestrahlt wird, Licht, das dem Härtungsmuster entspricht, durch die LCD durchgeführt wird und auf den Wellenlängenaberrator gelangt, um ein bestimmtes Brechungsindexprofil zu generieren;
7A ist eine Grafik, die ein System zur Herstellung des Wellenlängenaberrators darstellt, das eine Punktlichtquelle enthält, die entlang der Oberfläche des Wellenlängenaberrators mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und mit unterschiedlichen Intensitäten bewegt wird, um selektiv das durch Strahlung härtbare Harz zu härten, um ein bestimmtes Brechungsindexprofil oder eine Anordnung von Unterbereichen zu generieren;
7B ist ein Fliesdiagramm, das ein Verfahren zur Messung eines Brechungsindexprofils des Wellenlängenaberrators darstellt und ein Feedback entsprechend dem gemessenen Brechungsindexprofil an die Strahlscanner- und Lasereinheit bereitstellt;
8 ist eine Grafik, die eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Wellenlängenaberrators darstellt, in die eine durchsichtige Abdeckung aufgenommen wurde, die in der Form einer Linse geformt ist;
9 ist eine Grafik, die eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Wellenlängenaberrators darstellt, die mit einem Salzfenster als die untere durchsichtige Abdeckung geformt ist, das, wenn es aufgelöst wird, eine exponierte durch Strahlung härtbare Harzschicht bereitstellt, die eine Nachhärtungsbehandlung des durch Strahlung härtbaren Harzes erleichtert;
10 ist eine Grafik, die eine perspektivische Ansicht des Wellenlängenaberrators darstellt, der bei der Korrektur optischer Aberrationen des menschlichen Auges zur Anwendung kommt;
11 ist eine Grafik, die eine Querschnittsansicht des Wellenlängenaberrators darstellt, die entlang der Linie 11-11 von 10 aufgenommen wurde, und die durch Strahlung härtbare Harzschicht zwischen den oberen und unteren durchsichtigen Abdeckungen zeigt;
12 ist eine Grafik, die eine Vorderansicht des Wellenlängenaberrators darstellt, der eine kreisrunde Sperrschicht enthält, die eine durch Strahlung härtbare Harzschicht in einem festgelegten Volumen beschränkt, wobei die durch Strahlung härtbare Harzschicht eine Reihe von Brechungsindexprofilen zwischen unterschiedlichen Unterbereichen aufweist;
13 ist eine Grafik, die eine Querschnittsansicht des durch Positionierung des gezeigten Wellenlängenaberrators modifizierten menschlichen Sehsystems darstellt;
14 ist eine Grafik, die eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform des Wellenlängenaberrators darstellt, der einen gehärteten des durch Strahlung härtbaren Harzbereich umfasst, der eine durch Strahlung härtbare Harzschicht in einem festgelegten Volumen beschränkt, wobei die durch Strahlung härtbare Harzschicht eine Reihe von Brechungsindexprofilen zwischen unterschiedlichen Unterbereichen aufweist; und
15 ist eine Grafik, die eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Wellenlängenaberrators darstellt, die entlang der Linie 15-15 von 14 entnommen wurde, und die durch Strahlung härtbare Harzschicht zeigt, die zwischen den inneren und äußeren durchsichtigen Abdeckungen versiegelt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In der folgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden, und die im Wege der Darstellung spezifische Beispiele oder Verfahren zeigen, wie die Erfindung praktisch durchgeführt werden kann. Wo es möglich ist, werden die gleichen Bezugszahlen in allen Zeichnungen verwendet, um sich auf gleiche oder ähnliche Komponenten zu beziehen. In einigen Fällen werden viele spezielle Details dargestellt, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Die Erfindung kann jedoch ohne die speziellen Details oder mit bestimmten Alternativen zu den hierin beschriebenen gleichwertigen Vorrichtungen und/oder Komponenten und Verfahren praktiziert werden. In anderen Fällen wurden gut bekannte Verfahren und Vorrichtungen und/oder Komponenten nicht im Detail beschrieben, um nicht unnötiger Weise Aspekte der Erfindung unklar werden zu lassen.
Wie er hierin verwendet wird, bezeichnet der Begriff „Epoxy" eine Reihe härtbarer Monomere und Prepolymere sowie Harze, die durch die Anwendung von Licht, Wärme oder jegliche anderen härtungsstartenden Verfahren, die auf dem Gebiet bekannt sind, polymerisiert werden können, und ist daher nicht auf die Mitglieder der Epoxyfamilie beschränkt. Ein „durch Strahlung härtbares Harz" wird als der Begriff hierin verwendet, der sich auf ein Monomer, Prepolymer, Polymer und/oder eine Mischung derselben bezieht, das (die) bei Bestrahlung mit Licht, vorzugsweise ultravioletter Strahlung, polymerisiert und/oder vernetzt wird/werden.
Anfänglich Bezug nehmend auf die 1 wird eine Grafik gezeigt, die eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Wellenlängenaberrators darstellt, der allgemein als 100 bezeichnet wird. Der Aberrator 100 enthält eine untere durchsichtige Abdeckung 102, eine durch Strahlung härtbare Harzschicht 104 und eine obere durchsichtige Abdeckung 106.
Die Form des Aberrators 100 wird in 1 mit quadratischen Abdeckungen 102 und 106 gezeigt. Es ist wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Form des Aberrators 100, die in 1 gezeigt wird, lediglich beispielhaft ist und dass jegliche Form verwendet werden kann. Auch zum Zweck der Darstellung werden in 1 die durchsichtigen Abdeckungen 102 und 106 als im Wesentlichen planar gezeigt. Jedoch wird betont, dass die Abdeckungen 102 und 106 gekrümmt sein können, um einen nicht-planaren Aberrator 100 zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich werden die Fachleute auf dem Gebiet erkennt, dass ein Aberrator nur eine durch Strahlung härtbare Harzschicht ohne die Notwendigkeit der oberen und der unteren durchsichtigen Abdeckungen 106 und 102 umfassen kann.
Bezug nehmend auf die 2 wird eine Grafik gezeigt, die eine Ansicht des Wellenlängenaberrators 100 von oben darstellt. Eine Sperrschicht wie eine kreisrunde Sperrschicht 108 kann die durch Strahlung härtbare Harzschicht 104 umgebend positioniert werden, um die Position des durch Strahlung härtbaren Harzes 104 zwischen der oberen durchsichtigen Abdeckung 106 und der unteren durchsichtigen Abdeckung 102 zu halten. Die Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass das durch Strahlung härtbare Harz zur direkten Positionierung auf dem Auge ohne die Notwendigkeit der oberen und unteren durchsichtigen Abdeckungen 106 und 102 geformt werden kann.
Das durch Strahlung härtbare Harz 104 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein durch Licht härtbares Harz, das aus Monomeren und Polymerisationsstartern besteht. Der Brechungsindex des Harzes ändert sich, wenn das Harz gehärtet wird, und er variiert zwischen den Positionen innerhalb der Harzschicht abhängig von dem Ausmaß der Härtung des durch Strahlung härtbaren Harzes. Das Ausmaß der Härtung wird durch die prozentuale Vernetzung zwischen den Monomeren innerhalb des durch Strahlung härtbaren Harzes bestimmt. Geeignete Harze umfassen VLE-4101 UV-Visible Light Cure Epoxy, das von Star Technology, Inc. verfügbar ist, oder Optical Adhesive #63, U.V. Curing, das von Norland Products, Inc. verfügbar ist. Typischer Weise sind diese Harze durch Bestrahlung mit UV-Licht oder sichtbarem Licht in dem Bereich von 300 bis 550 Nanometern (300–550 nm) härtbar. Im Allgemeinen sind die hierin beschriebenen Konzepte auf jegliche Art von durch Strahlung härtbares Harz anwendbar, das eine Änderung des Brechungsindex beim Härten zeigt, und die entsprechende Lichtquelle zur Härtung kann Wellenlängen im Bereich zwischen 300 nm und 3000 nm aufweisen.
Es wird betont, dass viele andere geeignete durch Strahlung härtbare Harze existieren, die eine ähnliche Änderung im Brechungsindex bei Bestrahlung mit Licht zeigen. Andere Monomere, die in langkettige Moleküle unter Verwendung von Fotostartern polymerisieren, können auch verwendet werden. Zum Beispiel kann ein geeignetes Monomer aus der Familie der Epoxide, Urethane, Thiolene, Acrylate, Celluloseester oder Mercaptoester und einer großen Klasse von Epoxiden gewählt werden. Auch kann z. B. ein geeigneter Fotostarter aus in alpha-Position spaltenden Fotostartern wie Benzoinethern, Benzylketalen, Acetophenonen oder Phosphinoxiden oder aus Fotostartern mit Wasserstoffabspaltung wie Benzophenonen, Thioxanthonen, Kampferchinonen oder Bisimidazol oder aus kationischen Fotostartern wie Aryldiazoniumsalzen, Arylsulfonium- und Aryliodsalzen oder Ferrocensalzen gewählt werden. Alternativ dazu können andere Fotostarter wie die Phenylphosphoniumbenzophensalze, Aryl-tert-butylperester, Titanocen oder NMM verwendet werden.
Der Begriff „durch Strahlung härtbares Harz" bezieht auch auf Polymere mit einem Brechungsindex, der durch die Bestrahlung mit Licht verändert werden kann. Flüssige Kristallpolymere bestehen aus mesogenen Einheiten, die durch eine Reihe von Verfahren bevorzugt orientiert werden können, einschließlich durch mechanische Bearbeitung oder durch die Anwendung eines elektromagnetischen Feldes. Siehe z. B. A. Ciferri et al., „Polymer Liquid Crystals", Academic Press, New York, 1982 und die U. S. Patente Nr. 5,319,113 und 5,237,076. Der Brechungsindex wird vorzugsweise durch die Steuerung der Orientierung der mesogenen Einheiten gesteuert und somit sind in bevorzugten Ausführungsformen chemische Reaktionen, die Polymerisationsstarter involvieren, unnötig. Es sind den Fachleuten auf dem Gebiet eine Reihe von Flüssigkristallpolymeren bekannt, bei denen die mesogenen Einheiten in dem Polymergrundgerüst und/oder in einer Seitenkette vorhanden sind. Flüssigkristallpolymere mit Seitenketten sind bevorzugt.
In einer Ausführungsform bestrahlt eine Lichtquelle, die eine bestimmte Wellenlänge umfasst, die Monomerschicht, was den Fotostarter aktiviert und den Härtungsprozess innerhalb des durch Strahlung härtbaren Harzes startet. Das Härten der Flüssigkristallpolymere wird vorzugsweise durch das Erwärmen zur Erhöhung der Mobilität der mesogenen Einheiten und dann das Anwenden eine elektromagnetischen Feldes zur Orientierung der Mesogene durchgeführt. Der Härtungsprozess resultiert in einer entsprechenden Änderung des Brechungsindex innerhalb des Harzes. Jedoch wird auch betont, dass die Beendigung des Bestrahlens mit einer bestimmten Wellenlänge von Licht das Härten des durch Strahlung härtbaren Harzes beendet und somit die Änderung des Brechungsindex, der durch das durch Strahlung härtbare Harz gezeigt wird, beendet wird. In dieser Weise kann ein Aberrator 100 durch das Bestrahlen bestimmter Bereiche des durch Strahlung härtbaren Harzes 104 mit einer Lichtquelle, die mit der Zeit und der Position variiert, geformt werden, was in einem Aberrator mit einem variierten Brechungsindex entlang seiner Oberfläche resultiert. Der selektiv gehärtete Aberrator kann in der Form einer Linse oder eines Linsenelements zur Positionierung auf ein Auge, z. B. in der Art eines Brillenglases vorliegen. Vorzugsweise ist der selektiv gehärtete Aberrator zur Positionierung auf ein Auge geformt. Die Positionierung des Aberrators vor oder auf dem Auge korrigiert vorzugsweise Aberrationen niederer Ordnung und/oder höherer Ordnung. In einer Ausführungsform umfasst eine Kontaktlinse das gehärtete durch Strahlung härtbare Harz. In einer anderen Ausführungsform umfasst eine Kontaktlinse das gehärtete durch Strahlung härtbare Harz, das auf einer oder mehreren Linsen haftet. In einer Ausführungsform umfasst eine Brillenglaslinse ein Flüssigkristallpolymer.
In der 2 werden eine Reihe von Brechungsindexprofilen gezeigt, die in eine durch Strahlung härtbare Harzschicht 104 zu formen sind. Genauer gesagt werden verschiedene Brechungsindexprofile durch die Bereiche 110, 112 und 114 dargestellt, so dass der Aberrator 100 drei (3) verschiedene Ebenen von Brechungsindizes umfasst.
Es wird betont, dass das Einbringen von drei (3) verschiedenen Ebenen des Brechungsindex in 2 lediglich beispielhaft ist. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die hierin beschriebenen Konzepte auf ein System angewendet werden können, das jegliche Anzahl von Brechungsindexprofilen enthält, und dass solche verschiedenen Profile innerhalb einer durch Strahlung härtbaren Harzschicht 104 gebildet werden können, die fast jegliche Form oder lokale Krümmung aufweisen kann. Zudem kann die durch Strahlung härtbare Harzschicht 104 als eine Anordnung von Bildpunkten wie die Bildpunkte 109, 111, 113 betrachtet werden, die jeweils für sich selektiv bestrahlt und gehärtet werden können, um einen bestimmten Brechungsindex zu zeigen.
Nun wird Bezug nehmend auf die 3 eine Grafik gezeigt, die eine Querschnittsansicht des Wellenlängenaberrators zeigt, die entlang der Linie 3-3 von 1 entnommen ist. Die durch Strahlung härtbare Harzschicht 104 ist als Sandwich zwischen der oberen durchsichtigen Abdeckung 106 und der unteren durchsichtigen Abdeckung 102 angeordnet und wird durch die Sperrschicht 108 in Position gehalten. Das umschlossene Volumen der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 104 wird durch die Größe der Sperrschicht 108 und den Abstand zwischen der oberen durchsichtigen Abdeckung 106 und der unteren durchsichtigen Abdeckung 102 bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die durch Strahlung härtbare Harzschicht 104 eine Dicke 116 in dem Bereich von ungefähr 0,002 bis 0,1 Inch (0,0508 bis 2,54 mm); die obere durchsichtige Abdeckung 106 hat eine Dicke 118 in dem Bereich von ungefähr 0,02 bis 0,1 Inch (0,508 bis 2,54 mm); und die untere durchsichtige Abdeckung 102 hat eine Dicke 120 in dem Bereich von ungefähr 0,02 bis 0,1 Inch (0,0508 bis 2,54 mm).
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die obere durchsichtige Abdeckung 106 und die untere durchsichtige Abdeckung 104 aus einem steifen durchsichtigen Material wie Glas oder Plastik gebildet. Obwohl Glas eine stabile Plattform zur Bildung des Brechungsindexprofiles bereitstellt, ist eine solche Steifigkeit nicht notwendig. Tatsächlich können die Abdeckungen 102 und 106 aus einem flexiblen Material wie einem durchsichtigen Polymer hergestellt werden. Ein geeignetes durchsichtiges Polymer kann einen Mylarfilm, Polycarbonatfilm oder Acetatfilm umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Verwendung solcher Materialien resultiert in einem flexiblen Aberrator mit einem einzigartigen Brechungsindexprofil.
Verfahren der Herstellung
Bezug nehmend auf die 4 wird eine Grafik gezeigt, die ein System zur Herstellung des Wellenlängenaberrators darstellt, und dieses wird allgemein als 130 bezeichnet. Das System 130 umfasst eine Licht ausstrahlende Dioden (LED)-Anordnungskonsole 132 mit einer Anzahl von Dioden 135, 137, die von benachbarten Dioden durch einen Abstand 134 getrennt sind und durch einen Computer 136 durch das Interface 138 gesteuert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform variiert der Abstand 134 zwischen den Dioden 135 und 137 und kann typischerweise 0,125 Inch (3,175 mm) betragen, obwohl alternative Abstände verwendet werden können. Ein Diffuserelement 140 kann zwischen die LED Anordnungskonsole 132 und den Wellenlängenaberrator 100 positioniert werden, um das Licht diffus zu gestalten, das durch die LED-Anordnungskonsole 132 ausgestrahlt wird, um ein weicheres Brechungsindexprofil herzustellen.
Sobald ein gewünschtes Brechungsindexprofil festgelegt wird, bestimmt beim Betrieb der Computer 136 ein bestimmtes Muster, das mit der LED-Anordnungskonsole 132 aufgestrahlt wird, um dadurch ein Härtungsmuster zu generieren, das durch das Diffuserelement 140 auf den Aberrator 100 gerichtet wird. Durch die selektive Bestrahung bestimmter LEDs 135 und 137, z. B. in der LED-Anordnungskonsole 132, wird das durch Strahlung härtbare Harz (das nicht in dieser Figur gezeigt ist) selektiv gehärtet. Dieses selektive Härten stellt ein vorher festgelegtes bestimmtes Brechungsindexprofil her, das der Zeit der Bestrahlung des durch Strahlung härtbaren Harzes sowie der Intensität der Bestrahlung entspricht. Dieses selektive Härten resultiert in einem Aberrator mit Bereichen mit verschiedenen Brechungsindizes. Somit kann durch das Variieren der Intensität und der Dauer der Bestrahlung der LEDs 135 und 137 z. B. der Aberrator so gebildet werden, dass er das gewünschte Brechungsindexprofil zeigt. Für Ausführungsformen, bei denen ein Flüssigkristallpolymer als das durch Strahlung härtbare Harz verwendet wird, stellt die LED-Anordnung eine ausreichende Wärme zur Verfügung, um die mesogenen Einheiten zu mobilisieren, die anschließend durch die Anwendung eines elektromagnetischen Feldes einer vorbestimmten Stärke (nicht gezeigt) ausgerichtet werden.
Nun wird Bezug nehmend auf 5 eine Grafik, die ein System zur Herstellung des Wellenlängenaberrators 100 darstellt, in einer Seitenansicht gezeigt und allgemein als 150 bezeichnet. Das System 150 umfasst eine LED-Anordnungskonsole 132, bei der jedes LED 151 einen Lichtstrahl 154 mit einem Abweichungswinkel 152 generiert und die LEDs kollektiv ein Härtungsmuster bilden, das durch ein Verkleinerungsbildelement 156 gerichtet wird, das das Härtungsmuster in das Lichtmuster 158 und auf einen Wellenlängenaberrator 100 fokussiert, um das durch Strahlung härtbare Harz (nicht in dieser Figur gezeigt) innerhalb des Aberrators 100 zu härten, um ein bestimmtes Wellenlängenprofil herzustellen, wie es in 2 gezeigt wird. Alternativ dazu kann das Härtungsmuster verstärkt anstatt verkleinert werden, um eine Aberratorvorrichtung mit einer größeren Fläche herzustellen.
6 ist eine Grafik, die ein System zur Herstellung des Wellenlängenaberrators 100 darstellt, und wird allgemein als 170 bezeichnet. Das System 170 umfasst eine Lichtquelle 172, dazu benachbart einen Diffuser 174, der die Lichtstrahlen 178 aufweicht und Lichtstrahlen mit einheitlicher Intensität 180 bildet. Die Lichtstrahlen 180 werden durch das per Computer gesteuerte LCD 176 durchgeführt, die als ein Modulator der räumlichen Lichtintensität wirkt und ein Härtungsmuster 182 generiert, so dass, wenn die LCD den Lichtstrahlen 180 von der Lichtquelle 172 ausgesetzt wird, Licht, das dem Härtungsmuster 182 entspricht, durch die LCD 176 hindurchgeführt wird und auf den Wellenlängenaberrator 100 gelangt, um ein bestimmtes Brechungsindexprofil 184 herzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle 172 des Systems 170 ein konstantes Fluenzlicht mit einer konstanten Intensität über die vom Licht bestrahlte Fläche. Zum Beispiel kann die Lichtquelle 172 eine Anordnung von LEDs oder jegliche andere geeignete Strahlenquelle enthalten. Die optisch durchlässigen Eigenschaften der LCD können durch die Anwendung einer variablen elektrischen Spannung auf eine Anordnung von Elektroden auf einer LCD-Vorrichtung gesteuert werden. Dies stellt die räumliche und zeitliche Variation der Intensität des Lichts zur Verfügung, das durch die LCD-Vorrichtung durchgeführt wird, um das Harz 104 in dem Aberrator 100 selektiv zu härten. Für Ausführungsformen, bei denen ein Flüssigkristallpolymer als das durch Strahlung härtbare Harz verwendet wird, stellt die konstante Fluenzlichtquelle ausreichend Wärme zur Verfügung, um die mesogenen Einheiten zu mobilisieren, die anschließend durch die Anwendung eines elektromagnetischen Feldes von festgelegter Stärke (nicht gezeigt) ausgerichtet werden.
Als ein Zusatz zu dem System 170 kann ein Detektor 185 unter den Aberrator 100 positioniert werden, um das durch den Aberrator 100 durchgeführte Bild 186 nachzuweisen. Ein Rückkopplungsinterface 188 kann den Detektor 185 mit dem Computer 189 verbinden, welcher wiederum die LCD-Anordnung 176 steuert. Auf diese Weise kann ein Brechungsindexprofil in dem Computer 189 festgelegt werden, in der LCD 176 umgesetzt werden und durch den Detektor 185 verifiziert werden, wodurch sichergestellt wird, dass in dem Aberrator 100 das geeignete Wellenlängenprofil hergestellt wurde. Der Detektor 185 kann eine intensitätsbildgebende Vorrichtung wie eine CCD oder einen Wellenlängensensor wie einen Shack-Hartmann-Sensor oder jeglichen anderen optischen Sensor enthalten, der auf dem Gebiet bekannt ist. Ein bevorzugter Wellenlängensensor wird in der U. S. Anmeldung mit der Seriennummer 10/014,037 offenbart.
Obwohl die Konsole 176 oben als eine LCD-Konsole diskutiert wird, könnte eine alternative Ausführungsform ein fotografisches Negativ oder Positiv umfassen, das verwendet werden könnte, um das Brechungsindexprofil 184 in dem Aberrator 100 zu bilden. Auf diese Weise wäre die Lichtquelle 172 eine konstante Bestrahlungsquelle und das fotografische Negativ oder Positiv, das das Brechungsindexprofil 182 enthält, würde die räumliche Bestrahlung und die Intensitätsmenge der Bestrahlung, die den Aberrator 100 erreicht, steuern, um das richtige Brechungsindexprofil 184 herzustellen.
Nun wird Bezug nehmend auf die 7A eine Grafik gezeigt, die ein alternatives System zur Herstellung des Wellenlängenaberrators 100 darstellt, und allgemein als 190 bezeichnet. Das System 190 umfasst eine Strahlenscannereinheit 195 mit einer Lasereinheit 191, die einen Laserstrahl 193 generiert, der eine Punktlichtquelle („Spot") 192 auf dem Aberrator 100 bildet, das eine Laserintensitätssteuerung (nicht gezeigt) umfassen kann. Der Spot 192 wird entlang der Oberfläche des Aberrators 100 in einem gerasterten Pfad bewegt, der durch die gestrichelten Linien 194, 196 und 198 gezeigt wird, und zwar bei variierenden Geschwindigkeiten und mit variierenden Intensitäten, um selektiv das durch Strahlung härtbare Harz 104 zu härten, um ein bestimmtes Brechungsindexprofil 212 mit den Bereichen 214, 215 und 216 mit unterschiedlichen Brechungsindizes zu generieren. Für Ausführungsformen, bei denen ein Flüssigkristallpolymer als das durch Strahlung härtbare Harz verwendet wird, stellt der Laser ausreichend Wärme zur Verfügung, um die mesogenen Einheiten zu mobilisieren, die anschließend durch die Anwendung eines elektromagnetischen Feldes von festgelegter Stärke (nicht gezeigt) ausgerichtet werden.
Alternativ dazu kann ein Spot 200 gebildet werden und entlang des Aberrators 100 auf den Pfaden 202, 204 und 206 geführt werden. Ein noch anderes alternatives Verfahren zur Herstellung des Brechungsindexprofils 212 umfasst die Bildung des Spots 210 in der Mitte des Aberrators 110 und die Bewegung des Spots entlang eines nach außen spiralförmig geformten Pfades 212. Es kann auch ein bestimmtes Brechungsindexprofil 212 in einem festgelegten Bereich durch den Laserstrahl 193 nachgefahren oder umschrieben werden, und zwar durch das direkte Bilden der Grenzen zwischen z. B. den Bereichen 214, 215 und 216. In einer alternativen Ausführungsform kann der Laserstrahl 193 stationär verbleiben und die Aberratorvorrichtung 100 kann relativ zu dem Laserstrahl 193 bewegt werden, so dass der Spot 210 entlang der Oberfläche des Aberrators geführt wird. Genauer gesagt kann der Aberrator 100 in die Richtungen 220 und/oder 222 bewegt werden, um den Spot 210 entlang der Oberfläche des Aberrators zu führen.
Als ein Zusatz zu dem System 190 kann ein Detektor 185 unter den Aberrator 100 positioniert werden, um den durch den Aberrator 100 hindurchgeführten Spot 192 nachzuweisen. Ein Rückkopplungsinterface 188 kann den Detektor 185 mit dem Computer 189 verbinden, der wiederum die Strahlscannereinheit 195 und/oder die Lasereinheit 191 steuern kann. Auf diese Weise kann ein Brechungsindexprofil in dem Computer 189 festgelegt werden, durch die Laserscannereinheit 195 und die Lasereinheit 191 umgesetzt werden und durch den Detektor 185 verifiziert werden, wodurch sichergestellt wird, dass das richtige Wellenlängenprofil in dem Aberrator 100 hergestellt wurde. Der Detektor 185 kann einen Intensitätsimager wie einen CCD oder einen Wellenlängensensor wie einen Shack-Hartmann-Sensor oder jeglichen anderen optischen Sensor, der auf dem Gebiet bekannt ist, enthalten.
Die 7B ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zur Messung eines Brechungsindexprofils (der Begriff „Brechungsindexprofil" wird hierin synonym für „Profil des Brechungsindex" verwendet) eines Aberrators und das Bereitstellen einer Rückkopplung mit einem bestrahlenden Bauteil, z. B. einem konstanten Fluenzlicht oder Laserstrahl, entsprechend einem gemessenen Brechungsindexprofil darstellt. Das Rückkopplungsverfahren von 7B kann mit jeglichem System zur Herstellung eines Aberrators umgesetzt werden. Zum Beispiel kann das Rückkopplungsverfahren der 7B verwendet werden, wenn man einen Aberrator unter Verwendung einer Lichtquelle herstellt, die durch eine selektiv durchlässige LCD-Vorrichtung durchgeführt wird (z. B. 6) oder eine Punktlichtquelle verwendet, die die Geschwindigkeit und Intensität in bestimmten Bereichen des Wellenlängenaberrators variiert, um das gewünschte Brechungsindexprofil herzustellen (z. B. 7).
In dem Block 710 wird ein fertiges Brechungsindexprofil (BIP) bestimmt. In einer Ausführungsform wird das fertige BIP durch die Untersuchung eines Auges, für das der Aberrator zur Korrektur verwendet werden wird, bestimmt. Das fertige BIP enthält Information bezüglich des Brechungsindex der verschiedenen Bereiche des Aberratos.
In dem Block 720 wird eine Strahlungsvorrichtung wie ein konstantes Fluenzlicht oder ein Laserstrahl entsprechend dem festgelegtenen BIP aktiviert. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform unter Verwendung eines konstanten Fluenzlichts zur selektiven Härtung des durch Strahlung härtbaren Harzes das Licht durch eine LCD-Konsole durchgeführt werden, die so konfiguriert ist, damit sie selektiv Licht entsprechend dem festgelegten BIP durchlässt. In ähnlicher Weise variiert in einer Ausführungsform unter Verwendung eines Laserstrahls zur Härtung des durch Strahlung härtbaren Harzes die Geschwindigkeit und die Intensität des Lasers in verschiedenen Bereichen des durch Strahlung härtbaren Harzes entsprechend dem festgelegten BIP. Jedoch wird jegliches Verfahren zur Bestrahlung (Härtung) des durch Strahlung härtbaren Harzes einen inhärenten Fehlerfaktor aufweisen, so dass das tatsächliche BIP des Aberrators nicht das gleiche sein könnte wie das festgelegte BIP. In diesem Fall können weitere Anpassungen an dem Aberrator notwendig sein.
In dem Block 730 wird das BIP des Wellenlängenaberrators bestimmt. In den Ausführungsformen der beiden 6 und 7 misst ein Detektor 185, der neben dem Aberrator gegenüber der Strahlungsvorrichtung positioniert ist, das BIP des Aberrators. Somit kann, während das durch Strahlung härtbare Harz gehärtet wird, das tatsächliche BIP des Aberrators gemessen werden.
In dem Block 740 wird das BIP des Aberrators (in Block 730 bestimmt) mit dem festgelegten BIP (bestimmt in Block 710) verglichen. Wie es oben erwähnt wurde, ist es die Aufgabe der Bestrahlung des durch Strahlung härtbaren Harzes, selektiv das BIP von Bereichen des Aberrators so zu verändern, dass das festgelegte BIP im Wesentlichen zu dem BIP des Aberrators gleich ist. In diesem Fall geht das Verfahren, wenn das BIP des Aberrators zu dem festgelegten BIP nicht im Wesentlichen gleich ist, zu den Schritten 750 und 760 über, wo zusätzliche Anpassungen an dem BIP des Aberrators durchgeführt werden.
In dem Block 750 wird eine Anpassung des BIP zur Anwendung auf den Aberrator bestimmt. In einer Ausführungsform umfasst die Anpassung des BIPs den Unterschied zwischen dem festgelegten BIP und dem BIP des Aberrators (in Block 730 bestimmt). Es ist die Aufgabe der Anpassung des BIPs, das durch Strahlung härtbare Material weiter zu härten, so dass das BIP des Aberrators im Wesentlichen mit dem festgelegten BIP übereinstimmt.
In dem Block 760 wird die Strahlungsvorrichtung entsprechend der Anpassung des BIP aktiviert. Als solches werden Teile des durch Strahlung härtbaren Harzes, die eine zusätzliche Härtung erfordern, weiter bestrahlt, um das festgelegte BIP auf dem Aberrator zu erreichen. Nachdem der Aberrator weiter entsprechend der Anpassung des BIP gehärtet wurde, kehrt der Prozess zu Block 730 zurück, der das BIP des Aberrators bestimmt und zu Block 740, der bestimmt, ob der Aberrator BIP im Wesentlichen gleichwertig zu dem festgelegten BIP ist. Auf diese Weise können die Blöcke 730, 740, 750 und 760 für einige Male wiederholt werden, bis das BIP des Aberrators im Wesentlichen mit dem festgelegten BIP des Aberrators übereinstimmt.
In dem Block 770 ist der Aberrator fertig, wenn das BIP des Aberrators im Wesentlichen mit dem festgelegten BIP übereinstimmt.
8 ist eine Grafik, die eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Wellenlängenaberrators 100 darstellt, der eine durchsichtige Abdeckung 232 beinhaltet, die in der Form einer Linse mit einer Vorderseite 233 gebildet ist, die eine Linse mit einer positionsfokussierenden Fähigkeit zeigt. Alternativ dazu kann auch eine Linse mit einer negativen Fokussierung und mit zylindrischer (astigmatischer) Stärke eingebaut werden. Als Sandwich zwischen der Vorderseite 233 und einer durchsichtigen Abdeckung 236 ist eine Schicht 234 des Brechungsindex ändernden durch Strahlung härtbaren Harzes positioniert. Die durchsichtige Abdeckung 232 hat eine kugelförmige Brechungsoberfläche 238, die als ein optisches Element fungiert. So stellt die Abdeckung 232 in Kombination mit der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 234 ein optisches Element mit sowohl fokussierenden wie auch Wellenlängenphasenprofileigenschaften zur Verfügung.
Eine alternative Ausführungsform des Wellenlängenaberrators wird in 9 gezeigt und im Allgemeinen als 240 bezeichnet. Der Aberrator 240 umfasst ein oberes durchsichtiges Fenster 242 und eine benachbarte Schicht 244 des Brechungsindex ändernden durch Strahlung härtbaren Harzes. Ein unteres durchsichtiges Fenster 246 (in gestrichelter Linie gezeigt) wird aus einem löslichen Salz gebildet. Sobald das Brechungsindexprofil in der Schicht 244 des durch Strahlung härtbaren Harzes gebildet wurde, kann das Fenster 246 aufgelöst werden. Die lösliche Natur des Fensters 246 stellt eine exponierte durch Strahlung härtbare Harzschicht zur Verfügung, die eine Nachhärtungsbehandlung des durch Strahlung härtbaren Harzes bei Notwendigkeit erleichtert. Alternativ dazu können die Fenster 242 und 246 aus organischen Materialien hergestellt werden, die in organischen Lösungsmitteln löslich sind.
Nun wird Bezug nehmend auf die 10 eine Grafik gezeigt, die eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Wellenlängenaberrators zeigt und allgemein als 300 bezeichnet wird. Der Aberrator 300 ermöglicht die Korrektur lokaler und nicht-einheitlicher Verzerrungen des menschlichen Auges 400 und die Herstellung komplexerer Rezepte als traditionelle Techniken. Das menschliche Auge 400 besteht aus mehreren Komponenten einschließlich der Hornhaut 402, der Netzhaut 404 und der Linse 416 (in 13 gezeigt). Der Aberrator 300 wird direkt auf die vordere Oberfläche der Hornhaut 402 des Auges 400 positioniert.
Lokale Mängel in der Hornhaut 402 bestimmen typischer Weise die Fehlerquellen, die zur Verschlechterung der Sehgenauigkeit des menschlichen Auges 400 beitragen. Beispiele dieser lokalen Mängel werden durch mehrere unterschiedliche Bereiche 408, 410 und 412 dargestellt, die unterschiedliche Radien des Brennpunktes besitzen. Wenn eine Wellenfront als Bild durch die Hornhaut 402 geführt wird, durchläuft die Wellenfront die lokalen Mängel 408, 410 und 412 und uneinheitliche Verzerrungsquellen, die bewirken, dass die Wellenfront als Bild nicht kohärent defokussiert wird und bewirken so die Verschlechterung des Sehvermögens einer Person.
Unter Bezugnahme auf die 10 und 11 umfasst der Aberrator 300 einen Körper 302, der eine innere Linse 312, eine äußere Linse 314 und eine durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 aufweist, die zwischen der inneren Linse 312 und der äußeren Linse 314 als Sandwich positioniert ist. Auch werden, wie es in der 10 gezeigt wird, in der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 316 eine Anzahl von Brechungsindexprofilen gebildet, die als 304, 306 und 308 bezeichnet werden. Wichtig ist, dass diese Profile 304, 306 und 308 so positioniert sind, um den Fehlern 408, 410 und 412 in dem Auge 400 zu entsprechen. Wie es unten diskutiert werden wird, bietet sich die Identifizierung der Fehler 408, 410 und 412 direkt dazu an, einen Wellenlängenaberrator herzustellen, der entsprechende korrigierende Brechungsindexprofile 304, 306 und 308 aufweist, so dass, wenn Licht durch den Aberrator 300 durchgeführt wird und in das Auge 400 kommt, jegliche Fehler in der Hornhaut genau kompensiert werden.
Nun wird Bezug nehmend auf die 11 der Aberrator 300 gezeigt, der eine Sperre 318 umfasst, die die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 umgibt, um sie zwischen der äußeren Linse 314 und der inneren Linse 312 zu halten. Es wird auch ein mit Gewicht versehener Anhang 310 gezeigt, der dazu dient, die Linse bedingt durch die Schwerkraft des Anhangs 310 geeignet auf der Hornhaut zu orientieren. Die Fachleute auf dem Gebiet werden auch erkennen, dass andere Verfahren zur Sicherstellung der Orientierung der Linse auf der Hornhaut wie durch die richtige Formgebung der Linse in bestimmten Ausführungsformen gleichwohl wirksam sein können.
Die Bereiche 320 und 322 werden so gezeigt, dass sie Bereiche aufzeigen, bei denen die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 gehärtet wurde, um das Brechungsindexprofil zu ergeben, das notwendig ist, um die Mängel 408, 410 und 412 in dem Auge 400 zu kompensieren.
Obwohl die 10 und 11 eine Anzahl von Brechungsindexprofilen zeigen, ist zu verstehen, dass das Einbringen dieser verschiedenen Korrekturbereiche ausschließlich beispielhaft ist und alternative Ausführungsformen vorgesehen sind, die jegliche Anzahl von Korrekturbereichen aufweisen können. Zudem wird betont, dass diese Darstellung auf Mängel in der Hornhaut eingeht. Jedoch ist vorgesehen, dass der Aberrator 300 verwendet werden kann, um jegliche und alle Aberrationen zu kompensieren, die zur Verschlechterung der menschlichen Sehkraft beitragen, einschließlich, nicht aber beschränkt auf, die Fehlerkomponenten (Aberrationen), die durch die verschiedenen Bestandteile des Auges 400 beigetragen, einschließlich der Hornhaut 402, der Linse 416 und der Netzhaut 404.
Zur Verwendung wird der Aberrator 300 direkt auf die vordere Oberfläche der Hornhaut 402 des Auges 400 positioniert. Wenn die Wellenfront in das korrigierte menschliche Sehsystem eindringt, ändert sich die Wellenfront durch den Aberrator 300. Der Aberrator 300 stellt eine translatierte Wellenfront her. Die translatierte Wellenfront ist so konstruiert, dass sie 180 Grad von der Impulsreaktion des nicht korrigierten menschlichen Sehsystems phasenverschoben ist. Wenn die Wellenfront, die durch den Aberrator 300 translatiert wurde, durch das nicht korrigierte menschliche Sichtsystem geführt wird, dann ist die wahrgenommene Wellenfront zu der Wellenfront identisch, die auf die äußere Oberfläche des korrigierten menschlichen Sichtsystems auftrifft und somit ist die Sehgenauigkeit verbessert.
Der Aberrator 300 wird in 11 mit den Meniskuslinsen 312 und 314 gezeigt. Es wird betont, dass eine oder beide dieser Linsen mit einem charakteristischen Brechungsindex gebildet werden können, wodurch eine Gesamtkorrektur für das Auge bereitgestellt wird. Alternativ dazu können die Linsen 312 und 314 so geformt werden, dass sie wenig oder keine Brechungsqualitäten aufweisen, so dass die gesamte optische Korrektur mit der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 316 realisiert wird.
11 stellt das Verhältnis zwischen der inneren durchsichtigen Linse 312 und der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 316, der äußeren durchsichtigen Linse 314 und der durch Strahlung härtbaren Sperrschicht 318 dar. Das umschlossene Volumen der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 316 bestimmt sich durch das Volumen, das von der durch Strahlung härtbaren Harzsperrschicht 318, der inneren durchsichtigen Linse 312 und der äußeren durchsichtigen Linse 314 umschlossen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die innere durchsichtige Linse 312 aus einem gasdurchlässigen flexiblen oder weichen Linsenmaterial wie einem durchsichtigen Polymer gebildet werden, um den Komfort des Patienten zu verbessern. Die äußere Linse 314 kann aus einem steifen gasdurchlässigen Material zur Bereitstellung einer strukturellen Festigkeit für die kombinierten Linsen hergestellt werden. Alternativ dazu können sowohl die innere wie auch die äußere Linse 312, 314 aus einem steifen oder weichen Linsenmaterial hergestellt werden. Die typische Dicke des äußeren, inneren und des gehärteten Harzmaterials, d. h. der gesamten Kontaktlinse, liegt im Bereich von ungefähr 0,03 bis 0,5 mm. Eine beispielhafte Dicke der Linsen 312, 314 ist wie folgt: die innere durchsichtige Linse 314 hat eine Dicke 326 von ungefähr 0,005 Inch (0,125 mm), die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 hat eine Dicke 328 von ungefähr 0,005 Inch (0,125 mm) und die äußere durchsichtige Linse 312 hat eine Dicke 330 von ungefähr 0,005 Inch (0,125 mm).
Nun wird Bezug nehmend auf die 12 eine Grafik gezeigt, die eine Vorderansicht des Wellenlängenaberrators 300 darstellt. Eine Sperrschicht wie eine kreisrunde Sperrschicht 318 kann so positioniert werden, dass sie die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 umgibt, um das durch Strahlung härtbare Harz zwischen den inneren und äußeren durchsichtigen Linsen 312 und 314 zu halten. Alternativ dazu können die Linsen 312 und 314 miteinander an deren Kanten versiegelt werden, um die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 zwischen diesen zu versiegeln, wodurch ein dünnerer Aberrator 300 zur Verfügung gestellt wird, der die Verwendung des Aberrators auf dem menschlichen Auge 400 erleichtert. Das Verbinden der Linsen 312 und 314 miteinander an deren Kanten kann durch die Anwendung von Wärme, durch die Anwendung von Druck, durch die Anwendung von Strahlung (z. B. eines Laserstrahls), durch die Anwendung chemischer Mittel wie eines Lösungsmittels oder Katalysators oder durch eine Kombination von jeglichen zwei oder mehreren dieser Verfahren durchgeführt werden.
In der 12 werden eine Reihe von Brechungsindexprofilen gezeigt, die in die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 zu formen sind. Genauer gesagt werden unterschiedliche Brechungsindexprofile durch die Regionen 304, 306, 307, 308 und 309 dargestellt, so dass der Aberrator 300 mehrere verschiedene Ebenen von Brechungsindizes umfasst. Es wird auch betont, dass die unterschiedlichen Profile in der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 316 so geformt werden können, dass sie tatsächlich jegliche Form oder lokale Krümmung aufweisen, die fast jedem Fehler in dem Auge 400 entgegenwirkt.
Nun wird Bezug nehmend auf die 13 eine Querschnittsansicht des Wellenlängenaberrators 300 gezeigt, der richtig auf dem menschlichen Auge positioniert ist. Genauer gesagt liegt der Aberrator 300 auf einem dünnen Film aus wässriger Flüssigkeit 420 auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut 402. Sobald er positioniert ist, modifiziert der Aberrator 300 die Wellenlängenfront bevor sie in die Hornhaut 402 eintrifft und durch die Linse 416 auf die Netzhaut 404 trifft. Der Anhang 310 hilft bei der Aufrechterhaltung der richtigen Rotationsorientierung in der optischen Achse des Aberrators 300 zur Sicherstellung einer richtigen Orientierung der modifizierten Wellenlängenfront in Bezug auf die Aberrationen in dem Auge 400. Die Krümmung der Linsen 312 und 314 stellt eine zentrierende Kraft zur Verfügung, die den Aberrator 300 in Position auf der Hornhaut 402 hält.
Die 14 und 15 sind Grafiken, die eine Vorder- und Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform zeigen, die im Allgemeinen als 500 bezeichnet wird. Der Aberrator 500 ist in vielerlei Hinsicht zu dem Aberrator ähnlich, der in Bezug auf die 11–12 gezeigt und beschrieben wird. Insbesondere umfasst der Aberrator 500 eine durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 zwischen den inneren und äußeren durchsichtigen Linsen 312 und 314. Jedoch im Gegensatz zu einigen der anderen Ausführungsformen erfordert der Aberrator 500 keine Sperrschicht (z. B. Sperre 318), um die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 zu halten.
Zum Beispiel wird der Aberrator 500 mit einem gekrümmten Harzbereich 316a gezeigt, der in der Nähe des äußeren Umfangs des Aberrators positioniert ist. Wegen der Hafteigenschaften von besonders leichten härtbaren Harzen, die verwendet werden können, kann der gehärtete Harzbereich 316a in einer zu der Sperrschicht ähnlichen Weise fungieren, die in einigen der anderen Ausführungsformen verwendet wird. Insbesondere kann der gehärtete Harzbereich 316a verwendet werden, um die innere und die äußere Linse 312 und 314 zu verbinden sowie zur Eingrenzung des durch Strahlung härtbaren Harzes der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 316.
Der gehärtete durch Strahlung härtbare Harzbereich 316a wird typischerweise durch das Härten eines Bereiches der existierenden Schicht des durch Strahlung härtbaren Harzes 316 in einer geeigneten Weise so gebildet, dass eine Versiegelung zwischen den inneren und äußeren Linsen 312 und 314 hergestellt wird. Härtungstechniken, die verwendet werden können, umfassen Wärme, Druck, Strahlung und Ähnliche.
Verfahren zur Herstellung des Aberrators für das Auge
Der Aberrator 300, der in den 10 bis 13 gezeigt wird, kann durch eine von mehreren Verfahren hergestellt werden. In diesen Verfahren werden die Linsen 312 und 314 so dimensioniert, dass sie auf ein Auge 400 positioniert werden können. In einem Verfahren ist der erste Schritt, dass entweder die konvexe Oberfläche der inneren Linse 312 oder die konkave Oberfläche der äußeren Linse 314 mit einem durch Strahlung härtbaren Harz beschichtet wird, um eine durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 zu formen. Als Nächstes wird die andere konvexe Oberfläche der inneren Linse 312 und die konkave Oberfläche der äußeren Linse 314 auf die exponierte Oberfläche der durch Strahlung härtbaren Harzschicht 316 positioniert. Zuletzt wird die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 mit Licht entsprechend einem gewünschten Brechungsindexprofil gehärtet.
In einem anderen Verfahren wird die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 gehärtet, bevor die andere Linse 312 und die Linse 314 auf die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 positioniert wird.
In einem noch anderen Verfahren wird eine Sperre 318 so positioniert, dass sie die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 umgibt, um die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 zwischen den Linsen 312 und 314 zu halten, und zwar entweder direkt bevor das durch Strahlung härtbare Harz auf die Linse 312 oder 314 positioniert wird oder aber direkt bevor die andere Linse 312 und die Linse 314 auf die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 aufgebracht wird.
In einem vierten Verfahren werden die Kanten der Linsen 312 und 314 miteinander verbunden, um die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 zwischen den Linsen 312 und 314 zu halten, und zwar direkt nachdem die andere Linse 312 und die Linse 314 auf die durch Strahlung härtbare Harzschicht 316 aufgebracht wird. Die Kanten der Linsen 312 und 314 können miteinander durch das Erwärmen dieser, durch das Zusammenpressen dieser, durch das Bestrahlen dieser (z. B. mit einem Laserstrahl), durch die Anwendung chemischer Mittel wie eines Lösungsmittels oder eines Katalysators auf diese oder durch die Kombination von zwei oder mehreren von diesen Verfahren verbunden werden.
Obwohl hier gezeigt wurde, was derzeit als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angesehen werden, werden die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran ohne Abweichung von der Erfindung durchgeführt werden können. Spezielle Teile, Formen, Materialien, Funktionen und Module wurden hierin dargestellt. Jedoch wird ein Fachmann erkennen, dass es mehrere Wege zur Herstellung des Systems der vorliegenden Erfindung gibt, und dass es viele Teile, Komponenten, Module oder Funktionen gibt, die die oben aufgelisteten ersetzen können. Obwohl die oben detaillierte Beschreibung die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung in der Anwendung auf verschiedene Ausführungsformen gezeigt und beschrieben hat, wird man verstehen, dass verschiedene Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form und den Details der dargestellten Komponenten durch die Fachleute auf dem Gebiet ohne Abweichung von den wesentlichen Eigenschaften der Erfindung durchgeführt werden können.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenaberrators, umfassend: (a) Bereitstellen eines durch Strahlung härtbaren Harzes mit einer Vielzahl von Bereichen; (b) Härten von jedem dieser Vielzahl von Bereichen gemäß einem gewünschten Brechungsindex für jeden dieser Vielzahl von Bereichen, was zu einem Brechungsindexprofil führt; und (c) Verpacken des sich ergebenden gehärteten, durch Strahlung härtbaren Harzes zur Platzierung auf einem menschlichen Auge, in einer Orientierung, dass das Profil entsprechend zu Defekten dieses Auges positioniert werden kann.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das durch Strahlung härtbare Harz zwischen eine erste Linse und eine zweite Linse gebracht wird, um eine Sandwichlinse zu bilden, bevor das Harz in (b) gehärtet wird, wobei die Sandwichlinse so geformt ist, dass sie auf ein menschliches Auge plaziert werden kann.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das durch Strahlung härtbare Harz zwischen eine erste Linse und eine zweite Linse gebracht wird, um eine Sandwichlinse zu bilden, nachdem das Harz in Schritt (b) gehärtet wurde, wobei die Sandwichlinse so geformt ist, dass sie auf ein menschliches Auge platziert werden kann.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das durch Strahlung härtbare Harz zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse gehalten wird, indem eine Barriere um das durch Strahlung härtbare Harz angebracht wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei sowohl die erste, als auch die zweite Linse Kanten aufweisen, die miteinander verbunden werden, um das durch Strahlung härtbare Harz zwischen der ersten und der zweiten Linse zu halten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Härten erreicht wird, indem eine Punktlichtquelle auf jede der Vielzahl von Regionen gerichtet wird.
Ein Wellenlängenaberrator, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.