Дифракционная интраокулярная линза - RU2186417C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к офтальмологической оптике. Оно может быть применено в медицине в качестве искусственного хрусталика (интраокулярной линзы - ИОЛ), имплантируемого в глаз после удаления естественного хрусталика, поврежденного или пораженного катарактой. Конструкцию линзы можно использовать в качестве оптической части всех типов ИОЛ: переднекамерной, заднекамерной и ирис-клипс-линзы.

Известны интраокулярные линзы рефракционного типа. Их оптическая сила зависит от рефракции материала, кривизны поверхности и толщины линзы. Оптимизация аберраций линзы осуществляется подбором радиусов кривизны или асферизацией одной из поверхностей [1]. Недостатком традиционных ИОЛ является: технологические трудности изготовления тонких и гибких линз, имеющих необходимую оптическую силу при заданной рефракции материала; сложности компенсации аберраций роговицы, которые значительно ухудшают остроту зрения глаза с имплантированной ИОЛ; технологические трудности изготовления рефракционных линз с асферическими поверхностями для компенсации аберраций роговицы и собственных аберраций ИОЛ.

Известны также ИОЛ гибридного типа, реализующие способ расширения псевдоаккомодации глаза путем создания двухфокусной линзы [2], [3]. Устройство гибридной линзы включает рефракционную и дифракционную части. Дифракционный компонент линзы нанесен на одной из поверхностей рефракционной части. Рефракционный компонент формирует на сетчатке четкое изображение объектов, расположенных на дальних расстояниях от глаза. Совместное действие рефракционной и дифракционных элементов помогает видеть предметы, расположенные вблизи. В результате рефракционно-дифракционная бифокальная ИОЛ позволяет создавать на сетчатке четкое изображение объектов, расположенных в некотором диапазоне близких и дальних расстояний.

Недостатками подобного устройства являются трудности производства гибридных ИОЛ из-за необходимости совмещения разнородных технологий - технологии изготовления традиционных линз и технологии синтеза дифракционных структур, а также невозможность полной компенсации аберраций роговицы, ухудшающих остроту зрения.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является дифракционная линза, зоны которой объединены в группы [4]. Линза ограничена двумя поверхностями, одна из которых является гладкой, а другая структурированной. Оптическая сила образуется только за счет явлений дифракции на круговых зонах микрорельефа поверхности. Микрорельеф линзы может быть геометрическим или оптическим в зависимости от того, изменяется соответственно высота или плотность материала линзы.

Радиусы круговых зон дифракционной линзы определяют из соотношения
r = 2fkλ+(kλ)², (1)
где f - фокус линзы;
k - номер зоны;
λ - длина волны света в среде.

Каждая граница зоны линзы заканчивается ступенькой, которая вносит в световой пучок разность хода, равную λ, что соответствует скачку фазы в 2π. Форма и глубина профиля поверхности в пределах зоны определяют эффективность линзы и распределение падающей энергии по дифракционным порядкам.

По мере увеличения относительного отверстия дифракционной линзы, расстояние между зонами сокращается, что ставит технологический предел методам изготовления линз. Для преодоления этого недостатка зоны в дифракционной линзе разбиты по площади на несколько кольцевых групп. Расстояние между зонами в центре линзы, отсчитываемом от оптической оси, соответствует соотношению (1). Зоны последующей кольцевой структуры объединены в "суперзоны", т.е. их ширина равна сумме двух соседних зон. Последующая кольцевая структура линзы объединяет по ширине три соседних зоны и т.д. Это делается для того, чтобы увеличить шаг круговой дифракционной решетки и сделать линзу доступной для изготовления методом алмазного точения. Ширина зоны должна быть больше радиуса заточки резца инструмента.

Для сохранения одинаковой световой эффективности каждой группы зон оптическая глубина профиля зон при переходе от одной группы к другой возрастает на λ, т.е. для центральных зон первой группы она составляет λ, для первой группы с "суперзонами" - 2λ, для второй - 3λ и т.д.

Противопоставляемое решение может быть охарактеризовано как линза, имеющая дифракционную силу, в которой одна группа зон заканчивается ступеньками с оптической высотой, равной jλ, а другая группа зон имеет профиль с оптической высотой mλ, где λ - конструктивная длина волны, a j и m - ненулевые и неравные множители.

Принципиальными нерешенными задачами являются следующие: дифракционная линза обладает большой хроматической аберрацией, что не позволяет применить ее для работы в белом свете; структура линзы адаптирована к изготовлению единичных образцов методом алмазного точения: затруднено применение технологий массового производства.

Целью настоящего изобретения является наиболее полное восстановление зрительных функций за счет коррекции аберраций роговицы при помощи дифракционной ИОЛ, уменьшения веса оптической части линзы и снижения послеоперационного роговичного астигматизма.

Поставленная цель достигается тем, что оптическая сила интраокулярной линзы создается за счет явлений дифракции света на микрорельефе структурированной поверхности тонкой пластины. Пластина выполнена из эластичного, биосовместимого материала (силикон, коллаген, гидрогель и др.) или жесткого материала типа ПММА, поглощающего ультрафиолетовую часть спектра. Вторая поверхность пластины является плоской и гладкой. Микрорельеф первой, структурированной поверхности представляет собой круговую дифракционную решетку с киноформным профилем штриха (профиль с "блеском") [5]. Рельефно-фазовый профиль ИОЛ синтезирован в виде геометрической или оптической микроструктуры. Если оптическая микроструктура выполнена путем изменения плотности материала линзы (показателя преломления), то обе поверхности линзы являются плоскими.

Максимальная оптическая глубина профиля микрорельефа одинакова по всей поверхности линзы. Ее абсолютное значение h_опт≫λ_o и составляет несколько длин волн видимой части спектра. Такой дифракционный микрорельеф называют "глубоким" [5]. Через λ_o обозначена длина волны в вакууме для области максимальной чувствительности глаза, называемая конструктивной (λ_o=0,555 мкм). Геометрическая (физическая) глубина микрорельефа равна
h_max= pλ_o/n₂ -n₁= h_опт/Δn, (2)
где р - целое число;
n₁ и n₂ - показатели преломления глазной жидкости и материала ИОЛ;
Δn = n₂-n₁. h_опт/pλ_o- отическая глубина микрорельефа.

В предлагаемом для патентования изобретении значение р лежит в пределах от 3 до 20. Минимальное значение h_опт. равно отрезку, в котором по крайней мере две длины волны видимого диапазона спектра укладываются целое число раз. Эти две длины волны расположены в фиолетовой и красной части спектра симметрично по отношению к конструктивной длине волны λ_o. Дифракционная линза имеет одинаковую оптическую силу, по крайней мере для двух длин волн видимого диапазона спектра, т.е. она является ахроматической.

Структурированная поверхность ИОЛ выполнена в виде круговой дифракционной решетки, изменение глубины микрорельефа h(r) которой в зависимости от радиуса зоны r вычисляют из соотношения
h(r)=a₁-a₂r²+a₃r⁴. (3)
Коэффициент a₁ в (3) зависит от максимальной глубины ступеньки дифракционного микрорельефа h(r) и номера зоны k.

a₁=h_max(k+1) (4)
Значения h_max получают из (2). Радиусы зон r_k определяют из (3), полагая h(r)=h_max и подставляя в a₁ k=1,2,3... и т.д.

Постоянный коэффициент а₂ характеризует оптическую силу ИОЛ в среде глаза
a₂= n₁/2f₂Δn, (5)
где f₂ - фокусное расстояние линзы в среде. Постоянный коэффициент а₃ характеризует изменение оптической силы в периферической части линзы. Эти изменения необходимы для коррекции аберраций роговицы и аберраций, вызванных положением ИОЛ в сходящемся пучке. Коэффициент а₃ вносит компенсирующую асферическую добавку в волновой фронт, прошедший через ИОЛ:
a₃= cn₁/8fΔn (6)
Здесь с - безразмерный коэффициент, зависящий от оптических параметров ИОЛ, роговицы и положения ИОЛ в оптической системе глаза:
c=f₁ f₂³/(n₁-1)²S₂⁴+3f₂²/S₂²+3f₂/S₂+1 (7)
где f₁, f₂ - фокусные расстояния роговицы и хрусталика в среде, S₂ - расстояние от хрусталика до изображения объекта роговицей, которое является предметом для хрусталика.

Кроме того, для повышения глубины фокусировки и увеличения объема псевдоаккомодации дифракционная линза с киноформным профилем выполнена из двух половин (полукругов) или набора четного числа секторов, центры которых лежат на оптической оси. Сектора объединены в две группы, каждая из которых охватывает половину эффективной площади линзы и имеет разную оптическую силу. Весь свет, достигающий хрусталик, разделяется линзой на две половины по 50% в каждой и собирается в два фокуса, проецируя на сетчатку изображение ближних и дальних объектов. Увеличение глубины фокусировки достигается также введением в структуру круговых зон дифракционной круговой решетки с постоянным шагом. В этом случае радиусы зон r и высоту профиля рельефа h(r) в пределах каждой зоны определяют из соотношения
h(r) = a₁-a₂□r-a₂r²+a₃r⁴, (8)
где a₁, a₂□_, a₂ и a₃ - постоянные, характеризующие глубину профиля, оптическую силу и ее изменения, причем a₁, а₂, а₃ имеют такой же смысл, как в (3), а а₂¹ зависит от угла дифракции α на круговой решетке с постоянным шагом.

a₂□ = n₁Sinα/Δn (9)
Кроме того, структура круговых зон выполнена совмещенной с линейной дифракционной решеткой, имеющей пилообразный профиль штриха и постоянный шаг, равный
t = λ/Sinγ, (10)
где γ - угол "излома" оптической оси линзы.

Интраокулярная линза с изломом оптической оси проецирует изображение на парамакулярные отделы сетчатки и используется в случаях поражения макулы.

Новые признаки: максимальная глубина микрорельефа круговых зон дифракционной линзы кратна по крайне мере двум разным длинам волн в пределах видимого диапазона спектра; она постоянна по всей поверхности линзы от центра до периферии; изменение глубины профиля между зонами h(r) в зависимости от радиуса зон выполнены в соответствии с соотношением (3)
h(r)=a₁-a₂r+а₃r⁴,
где a₁, а₂ и а₃ - постоянные, зависящие от максимальной глубины рельефа, оптической силы и ее изменений, необходимых для компенсации аберраций роговицы.

Кроме того, дифракционная линза выполнена из четного числа секторов, каждая половина которых стягивает угол в 180^o и имеет разную оптическую силу.

Кроме того, радиусы круговых зон выполнены в соответствии с соотношением (8)
h(r) = a₁-a₂□r-a₂r² +a₃r⁴,
где a₂□ - постоянная, характеризующая увеличенную глубину фокусировки.

Кроме того, круговые зоны линзы выполнены совмещенными с линейной дифракционной решеткой, имеющей пилообразный профиль и предназначенной для "излома" оптической оси и проецирования изображения на периферию сетчатки.

Предложенное решение иллюстрируется следующим графическим материалом.

Фиг. 1, а, б - общий вид оптической части дифракционной интраокулярной линзы.

Фиг.1,а - центральное сечение линзы.

Фиг.1,б - вид сверху на расположение круговых зон.

Фиг.2 - ход лучей через дифракционную интраокулярную линзу.

Фиг.3,а,б - профиль круговой зоны и спектральная чувствительность глаза.

Фиг.3,а - киноформный профиль дифракционной зоны.

Фиг.3,б - спектральная чувствительность глаза (функция Гольдгаммера).

Фиг.4,а,б - общий вид двухфокусной ИОЛ.

Фиг.4,а - вид сверху на расположение круговых зон.

Фиг.4,б - сечение линзы по направлениям АОС.

Фиг. 5. - упрощенная оптическая схема глаза с ИОЛ, имеющей увеличенную глубину фокуса.

Фиг.6,а,б,в,г - дифракционная линза с "изломом" оптической оси.

Фиг. 6, а - упрощенная оптическая схема глаза с ИОЛ, проектирующей изображение на периферию сетчатки.

Фиг. 6, б - топология расположения круговых и линейных решеток дифракционной линзы.

Фиг.6, в - сечение по направлению АО.

Фиг.6,г - сечение по направлению ВС.

Оптическая часть предлагаемой к патентованию линзы представляет собой тонкую пластинку, выполненную из эластичного или жесткого биосовместимого материала, поглощающего короткую ультрафиолетовую часть видимого спектра. Минимальная толщина оптической части ИОЛ определяется прочностными свойствами материала и необходимостью противостоять воздействию капсулы хрусталика при ее фиброзе. В свернутом виде эластичная линза может имплантироваться через малый разрез в роговице, что позволит уменьшить послеоперационный астигматизм. Тонкая ИОЛ имеет малый вес, что снижает давление на окружающие ткани глаза. Конструктивное выполнение оптической части позволяет моделировать новые оптические элементы за счет переноса части веса линзы на конструкцию оптики.

На фиг.1,а показано центральное сечение дифракционной ИОЛ, а на фиг.1,б - вид сверху на фрагмент линзы, иллюстрирующий расположение границ круговых зон. Дифракционная ИОЛ имеет структурированную поверхность 1 и гладкую сторону 2.

Глубина рельефа h представлена на фиг.1 увеличенной по сравнению с размерами линзы. В действительности толщина рельефа лежит в пределах 10-40 мкм, а диаметр линзы соответствует 5-7 мм. Поверхность ИОЛ между зонами ограничена плавной кривой 3. Форма профиля обеспечивает в пределах зоны одинаковую оптическую длину хода пучка от точки предмета до точки изображения. Линзу с такой формой структурированной поверхности называют киноформной. Границы зон заканчиваются ступеньками 4. Линза помещена в среду (глазная жидкость) с показателем преломления n₁. Показатель преломления самой линзы обозначен как n₂. Глубина структурированной поверхности h и радиусы зон дифракционной структуры связаны соотношениями (3)-(7). Условно площадь линзы можно разделить на две части: центральную (параксиальную) область 5 (фиг.1,а) и кольцевую структуру 6 по периферии. Эти части линзы имеют разную оптическую силу или разные номинальные фокусные расстояния. Оптическая сила периферической части постепенно снижается по сравнению с оптической силой центра линзы. Снижение оптической силы необходимо для компенсации сферической аберрации роговицы и аберрации, зависящей от положения ИОЛ в структуре глаза.

На фиг. 2 представлена упрощенная оптическая схема глаза с имплантированной дифракционной ИОЛ, рассчитанной для зрения вдаль. Здесь 7 - роговица, 8 - дифракционная интраокулярная линза, 9 - сетчатка. От объекта, находящегося в бесконечности, в глаз поступают параллельные пучки. Пучки 10, идущие вблизи оптической оси, после прохождения роговицы 7 собираются в фокусе для параксиальных лучей 11. Из-за сферической аберрации роговицы фокальная плоскость для пучков 12, поступающих на периферическую часть роговицы 7, будет проходить через точку 13. Задача дифракционной ИОЛ заключается в фокусировке (сведении) этих пучков на сетчатке 9. Для этой цели в предполагаемом изобретении оптическая сила ИОЛ не является постоянной, а меняется от центра линзы к периферии в соответствии с соотношениями (3)-(7).

Аналогично естественному хрусталику, у которого ядро имеет большую оптическую силу, чем периферия, в ИОЛ предполагаемого изобретения снижается оптическая сила по направлению от центра к краю линзы. Для этого уменьшается пространственная частота круговой дифракционной решетки в этом же направлении, что вносит в волновой фронт, прошедший ИОЛ асферическую добавку, позволяющую компенсировать аберрации роговицы. Фактически предлагаемая ИОЛ работает как асферическая линза, адаптированная к индивидуальным параметрам роговицы глаза пациента. Расстояние между зонами, вычисленное в соответствии с соотношением (3), задает оптическую силу линзы и асферическую добавку для коррекции фронта световой волны, прошедшей ИОЛ.

Традиционным дифракционным линзам, работающим в +1-м порядке дифракции, присуща высокая хроматическая аберрация. На каждые 3 диоптрии оптической силы линзы одна диоптрия приходится на продольную хроматическую аберрацию. В предлагаемой для патентования ИОЛ этот недостаток устраняется за счет перехода на дифракционные линзы с "глубоким" фазовым профилем или так называемые многопорядковые или гармонические линзы [6], [7]. Линза, синтезированная в соответствии с соотношением (3), имеет глубину микропрофиля h_max≫λ. Задержка оптического пути на h_max приводит к тому, что ИОЛ имеет одинаковые фокусные расстояния для ряда длин волн видимого диапазона спектра, т.е. линза будет ахроматизована. Степень ахроматизации будет зависеть от глубины микрорельефа линзы. В предлагаемой для патентования ИОЛ степень ахроматизации и глубина микрорельефа линзы устанавливаются с учетом спектральной чувствительности глаза, задаваемой функцией Гольдгаммера [8].

На фиг.3,а представлена форма профиля круговой зоны дифракционной линзы, а на фиг.3,б - кривая спектральной чувствительности глаза, максимум которой соответствует конструктивной длине волны (λ_o= 0,555 мкм). Дифракционный профиль ограничен плавной кривой 3, связывающей минимальную и максимальную высоты рельефа. Для всех круговых зон минимальные h_min и максимальные высоты h_max лежат на плоскостях, параллельных гладкой поверхности 2. Форма профиля между зонами выполнена по параболе, для периферических зон с малым расстоянием между зонами она аппроксимируется прямой линией. При такой форме профиля соблюдается принцип таутохронизма, т.е. разности хода пучков от точки предмета до точки изображения для всех лучей, проходящих через зону, равны между собой.

В предлагаемом к патентованию изобретении максимальная оптическая высота рельефа h_опт кратна конструктивной длине волны λ_o. Тогда в соответствии с (2)
h_опт= h_maxΔn = pλ_o
Например, при р=10 (т.е. когда в h_опт укладывается десять длин волн λ_o) геометрическая высота профиля равна
h_max= pλ_o/Δn = 10□0,555/0,1549 = 35,83 мкм
Здесь принято во внимание, что n₂=1,492 для ИОЛ из ПММА, а показатель преломления для глазной жидкости n₁=1,337, тогда Δn=0,1549.

Вычисленная высота микрорельефа (h_max=35,83 мкм) кратна еще ряду длин волн видимого спектра. Для всех этих спектральных линий, называемых резонансными [7] , фокальные расстояния совпадают с фокусом для конструктивной длины волны λ_o. Резонансные длины волн можно определить из соотношения
λ = pλ_o/(p±1), (11)
где р=1,2,3.... В рассматриваемом случае для видимой части спектра резонансные длины волн равны 0,691, 0,611, 0,555, 0,500, 0,463 мкм. На фиг.3,б они отмечены прямыми линиями. При таком выборе глубины микрорельефа наибольшее воздействие на сетчатку глаза будут оказывать 3 длины волны: λ_ф= 0,500, λ_o= 0,555 и λ_к= 0,611 мкм. Световая эффективность для других резонансных длин волн не превысит 5% (фиг.3,б).

Дифракционная ИОЛ работает как апохроматический объектив, поскольку фокальные расстояния для 3 длин волн видимого спектра равны друг другу. Свет от длин волн видимого диапазона, расположенных между резонансными линиями, фокусируется вдоль оптической оси, создавая радужную окраску вокруг основной точки изображения. Наличие радужной окраски (вторичный спектр) приведет к частичному снижению контрастной чувствительности глаза для отдельных (нерезонансных) длин волн. Острота зрения в целом будет снижена незначительно.

Возможны иные варианты выполнения микрорельефа ИОЛ. Для устранения хроматизма положения и синтеза ахроматической структуры достаточно, чтобы в области видимого спектра, ограниченного кривой спектральной чувствительности глаза (фиг.3,б), укладывались по крайней мере две резонансные длины волны. В этом случае при λ_к= 0,610 мкм и λ_ф= 0,520 мкм, более 50% световой энергии (с учетом световой чувствительности глаза) будет концентрироваться в основной фокус ИОЛ. Другие резонансные линии спектра внесут в изображение (фиг.3,б) ~ 5-6% света. При этом глубина микрорельефа составит h_max=24,4 мкм и ИОЛ будет ахроматизована.

Способность интраокулярной линзы восстанавливать нормальное зрение существенно ограничена тем, что традиционная однофокусная рефракционная ИОЛ в отличие от естественного хрусталика имеет фиксированное (постоянное) фокусное расстояние. Имплантированная ИОЛ не позволяет осуществлять процесс аккомодации глаза, т.е. фокусировать на сетчатку изображение объектов, расположенных на разных расстояниях. Максимальный диапазон расстояний, на которых объекты видны с достаточной четкостью, определяется глубиной поля зрения. Последняя зависит от диаметра зрачка глаза и даже при минимальном зрачке недостаточна для отчетливого видения. Однофокусные ИОЛ имеют ограниченный диапазон псевдоаккомодации, поэтому после операции требуется дополнительное улучшение зрения с помощью очков.

Предлагаемая к патентованию дифракционная ИОЛ может быть преобразована в линзу, имеющую два или более фокусных расстояний. Наличие двух фокусов приводит (при дальнем и ближнем зрении) к наблюдению наряду со сфокусированным изображением, расфокусированного в виде фона. Как показывают клинические испытания, расфокусированное изображение подавляется в соответствующих отделах головного мозга.

На фиг. 4 приведена конструкция двухфокусной дифракционной линзы. Для создания бифокальной ИОЛ апертура линзы разделена на четное число секторов. В качестве примера на фиг.4 показана линза, состоящая из 4-х секторов. Одна часть секторов 14 и 15, охватывающая половину эффективной площади линзы, имеет дифракционную структуру, синтезированную в соответствии с соотношением (3). Другая, 16 и 17, имеет аналогичный дифракционный рисунок, выполненный в соответствии с (3), но имеющий фокусное расстояние, отличное от первой. Центр каждой четверти круга (фиг.4) лежит на оптической оси. Весь падающий свет делится равным образом между секторами и поступает в две фокальные точки. При изменении диаметра зрачка глаза соотношение световых энергий, поступающих в каждую фокальную точку сохраняется постоянным. Таким образом, предлагаемый к патентованию вариант бифокальной дифракционной ИОЛ в отличие от рефракционных бифокальных и мультифокальных аналогов не приводит к потере зрения вдаль, вызванном случайными засветками сетчатки, например, от фар встречных автомобилей и другими подобными эффектами [3].

Кроме того, увеличение объема псевдоаккомодации глаза можно достигнуть, не разделяя апертуру линзы на сектора, имеющие разную оптическую силу. Предлагаемое к патентованию техническое решение основано на создании дифракционной линзы с увеличенной глубиной фокуса. Если структуру микропрофиля дифракционной линзы совместить с круговой дифракционой решеткой, имеющей постоянный шаг, то это приведет к "сжатию" каустики линзы в поперечном направлении и "растягиванию" ее вдоль оптической оси. Глубина фокуса, определяемая дифракцией на апертуре линзы, возрастает в несколько раз по сравнению с традиционным, рефракционным аналогом. Дифракционный элемент, совмещающий зонную пластинку и круговую решетку, работает как тандем из рефракционной линзы и аксикона, образуя вдоль оптической оси яркий "световой шнур" [9], [10]. Длина "шнура" вдоль оптической оси может быть подобрана таким образом, чтобы объем псевдоаккомодации составил 0 - 4 диоптрии. Для осуществления этой цели соотношение (3) имеет вид (8)
h(r) = a₁-a₂□r-a₂r²+a₃r⁴,
где постоянные

На фиг. 5 представлена упрощенная оптическая схема с дифракционной интраокулярной линзой, имеющей увеличенную глубину фокуса. Пучки света после роговицы 7 поступают на комбинированную дифракционную линзу 18/19. Она состоит из линзы 18, зоны которой выполнены в соответствии с соотношением (3) и дополнительной круговой дифракционной решетки (аксикон) 19, имеющей постоянный шаг и киноформный профиль структурированной поверхности. В действительности обе круговые решетки 18 и 19 совмещены в один элемент, зоны которого синтезированы в соответствии с соотношением (8). Другая поверхность ИОЛ, обращенная к сетчатке, является гладкой.

После прохождения комбинированной линзы 18/19 свет разделяется на два пучка 20 и 21, которые после переналожения образуют в области сетчатки 9 "сжатую" каустику 22, вытянутую вдоль оптической оси [10]. Изображение точки на бесконечности трансформируется линзой 18/19 в "линию", вытянутую вдоль оптической оси.

В клинической практике при повреждении центральной части сетчатки (макула) необходимо изображение проектировать на светочувствительную поверхность, расположенную вне макулы. В этом случае к имплантируемой ИОЛ добавляют рефракционный клин для "излома" оптической оси. В предлагаемой к патентованию тонкой дифракционной линзе эта задача выполнена путем добавления к круговой структуре, синтезированной в соответствии с соотношением (3) линейной дифракционной решетки с шагом
t = λ /Sinγ,
где λ_o= 0,555 мкм, а γ - необходимый угол "излома" оптической оси. Дублет из круговой и линейной дифракционных решеток будет проектировать изображение объектов на поверхность сетчатки вне ее центральной части.

Упрощенная оптическая схема глаза, работающего совместно с дублетом из дифракционной линзы и линейной дифракционной решетки с постоянным шагом, представлена на фиг.6а. Пучки света после прохождения роговицы 7 поступают на комбинированную линзу 23/24. Она состоит из круговой дифракционной линзы 23, выполненной в соответствии с соотношением (3) и линейной решетки 24, имеющей постоянный шаг и пилообразный профиль структурированной поверхности. Решетка 24 выполняет роль традиционного рефракционного клина. Свет, прошедший 23, после "дифракционного клина" 24 дифрагирует под углом к оптической оси, проецируя изображение на парамакулярную часть сетчатки. Комбинированная линза 23/24 может быть изготовлена методами лазерной фототехнологии в виде одного элемента со структурированной и гладкой поверхностями. Топология дифракционного рисунка представлена на фиг. 6,б, 6,в и 6,г.

Основные преимущества предлагаемого технического решения заключаются в следующем. По сравнению с известными интраокулярными линзами предлагаемая ИОЛ компенсирует аберрации роговицы, улучшает качество оптического изображения и остроту зрения.

Она может работать подобно ахроматической или апохроматической системе, снижая хроматизм положения и уменьшая вторичный спектр. Длины волн, для которых хроматизм устранен полностью, выбраны с учетом спектральной чувствительности глаза.

Конструктивно предлагаемая к патентованию ИОЛ может быть изготовлена в виде тонкой эластичной пластинки с микрорельефом на одной из поверхностей. Это позволит имплантировать линзу через небольшой разрез в роговице, что существенно снизит послеоперационный роговичный астигматизм.

Для расширения объема аккомодации глаза с имплантированной интраокулярной линзой к патентованию предлагаются бифокальная дифракционная ИОЛ и линза с увеличенной глубиной фокусировки как варианты основного технического решения. Ожидаемое расширение объема аккомодации составит 0-4 диоптрии, что сопоставимо с объемом аккомодации глаза с естественным хрусталиком для "близи".

Вариант дифракционной линзы с "изломом" оптической оси найдет применение для лечения глаз с поврежденной центральной частью сетчатки. Проецирование изображения на парамакулярную часть сетчатки вернет пациенту зрение.

Значительным преимуществом предлагаемой к патентованию дифракционной ИОЛ является возможность изготовления линзы методами лазерных фототехнологий с последующим тиражированием путем штамповки с предварительно изготовленной матрицы.

Предлагаемая дифракционная ИОЛ обеспечивает принципиально новые возможности применения, отсутствующие у известных аналогов. Она позволит наиболее полно восстановить зрительные функции за счет коррекции аберраций роговицы, снижения собственного хроматизма ИОЛ, уменьшения влияния вторичного спектра, сокращения веса линзы и устранения послеоперационного астигматизма.

Источники информации
1. P.Meunier, MTF Optimization in IOL Design, Ophthalmic Lens Design and Fabrication II, Donn M. Silbermon. Editor, Proc. SPIE V.2127, P.15-24(1994).

2. G.J. Swanson, Diffractive/refractive Lens Implant, United States Patent, N 5,089,023, Feb.18. (1992).

3. В.П. Коронкевич, Г.А. Ленкова, И.А. Искаков и др. Бифокальная дифракционно-рефракционная интраокулярная линза// Автометрия, N6, С.26, (1997).

4. J.A.Futhey. Diffractive Lens, United States Patent, N 4,936,666, Jun. 26, (1990).

5. J. A. Jordan, L. B. Lesem, P.M.Hirsch, D.V.Van Rooy. Kinoform Lenses//Appl. Opt. V.9, N8, р.1883(1970).

6. D. Faklis, G.M. Morris. Spectral properties of multiorder diffractive lenses//Appl.Opt. V.34, N 14/10 May, P.2462-2468(1995).

7. D.W. Sweeney, G.E. Sommargren. Harmonic diffractive lenses/ Appl.Opt. V.34, N 14/10 May, р.2469-2475 (1995).

8. А. А. Гершун. О распределении яркости в интерференционной картине в белом свете//ДАН СССР, Т.53, N 5, с.429-439 (1946).

9. В. П. Коронкевич. Пространственное распределение интерференционного поля за круговыми зонными пластинками //Автометрия, N3, С. 78,(1996).

10. V. P. Koronkevich, I. A. Mikhaltsova, E.G. Churin, Yu.I. Yurlov. Lensacon//Appl.Opt., V.34, р.5761, (1995).

Реферат

Изобретение относится к офтальмологической оптике, в частности к искусственным хрусталикам глаза. Линза выполнена из биосовместимого эластичного или жесткого материала типа ПММА. Она представляет собой тонкую пластину, на одну из поверхностей которой нанесен микрорельеф в виде круговой дифракционной решетки с профилем "блеска". Оптическая сила интраокулярной линзы создается за счет явлений дифракции света на структурированной поверхности. Максимальная глубина профиля микрорельефа одинакова по всей поверхности линзы. Ее абсолютное значение h_max≫λ_o и составляет несколько длин волн видимой части спектра. Дифракционная линза имеет одинаковую оптическую силу по крайней мере для двух длин волн видимого диапазона спектра, т.е. она является ахроматической или апохроматической. Кроме того, для увеличения объема псевдоаккомодации глаза линза разбита на четное число секторов, имеющих разную оптическую силу или совмещена с круговой дифракционной решеткой с постоянным шагом. Расширение объема псевдоаккомодации глаза составляет 0-4 диоптрии. Для излома оптической оси и проектирования изображения на парамакулярную часть сетчатки (при поврежденной макуле) дифракционная линза совмещена с линейной дифракционной решеткой. Технический результат предлагаемой интраокулярной линзы заключается в увеличении остроты зрения с имплантированным хрусталиком за счет компенсации аберрации роговицы. Линзу можно имплантировать через небольшой разрез, что существенно снизит послеоперационный роговичный астигматизм. Дополнительные преимущества предоставляет возможность изготовления интраокулярных линз методами современных лазерных фототехнологий. Синтез фотоматрицы линзы и тиражирование путем штамповки существенно снижает себестоимость линз. 4 с.п. ф-лы, 6 ил.

Формула

1. Дифракционная интраокулярная линза с рельефно-фазовыми круговыми зонами, выполненная из биосовместимого материала, отличающаяся тем, что радиусы зон - r и высота профиля h(r) в пределах каждой зоны связаны соотношением
h(r)= а₁-а₂r²+a₃r⁴,
где а₁, а₂ и а₃ - постоянные, характеризующие глубину профиля, оптическую силу и изменения оптической силы линзы, причем
а₁= h_опт(k+1)/Δn;
a₂= n₁/2f₂Δn;
a₃= cn₁/8f₂³Δn,
где h_опт = pλ_o - оптическая глубина рельефа;
λ_o - конструктивная длина волны в вакууме;
р= 1, 2, 3. . . целое число;
k - номер круговой зоны;
Δn= n₂-n₁ - разность показателей преломления материала линзы (n₂) и глазной жидкости (n₁);
f₂ - фокусное расстояние линзы в среде;
с - безразмерный коэффициент, зависящий от оптических параметров линзы, роговицы и положения линзы относительно роговицы и сетчатки.

2. Дифракционная интраокулярная линза с рельефно-фазовыми круговыми зонами, выполненная из биосовместимого материала, отличающаяся тем, что она изготовлена в виде набора четного числа равных секторов, половина которых в сумме образует угол в 180^o, причем соседние сектора каждой пары имеют разную оптическую силу, границы зон - r и высота профиля h(r) в пределах каждой зоны у всех секторов связаны соотношением
h(r)= a₁-a₂r²+a₃r⁴,
где а₁, а₂ и а₃ - постоянные, характеризующие глубину профиля, оптическую силу и изменения оптической силы линзы, причем
а₁= h_опт(k+1)/Δn,
а₂= n₁ /2f_1,2Δn,
a₃= cn₁/8f³_1,2Δn,
где h_опт = pλ_o - оптическая глубина рельефа;
λ_o - конструктивная длина волны в вакууме;
р= 1, 2, 3. . . целое число;
k - номер круговой зоны;
Δn= n₂-n₁ - разность показателей преломления материала линзы (n₂) и глазной жидкости (n₁);
f₁ - фокусное расстояние линзы в среде первой группы секторов, образующих угол в 180^o;
f₂ - фокусное расстояние второй группы секторов, с - безразмерный коэффициент, зависящий от оптических параметров линзы, роговицы и положения линзы относительно роговицы и сетчатки.

3. Дифракционная интраокулярная линза с рельефно-фазовыми круговыми зонами, выполненная из биосовместимого материала, отличающаяся тем, что в структуры микропрофиля линзы добавлена круговая дифракционная решетка с постоянным шагом, а радиусы зон r и высота профиля h(r) в пределах каждой зоны связаны соотношением
h(r)= a₁-a₂'r-a₂r²+a₃r⁴,
где a₁, a₂, a'₂ и a₃ - постоянные, характеризующие глубину профиля, оптическую силу тороидальной и сферических волн соответственно и изменения оптической силы линзы, причем
а₁= h_опт(k+1)/Δn,

a₂= n₁/2f₂Δn,
a₃= cn₁/8f₂³Δn,
где h_опт = p_oλ - оптическая глубина рельефа;
λ_o - конструктивная длина волны в вакууме;
р= 1, 2, 3. . . целое число;
k - номер круговой зоны;
Δn= n₂-n₁ - разность показателей преломления линзы (n₂) и глазной жидкости (n₁);
α - угол дифракции на круговой решетке с постоянным шагом;
f₂ - фокусное расстояние линзы в среде;
с - безразмерный коэффициент, зависящий от оптических параметров линзы, роговицы и положения линзы относительно роговицы и сетчатки.

4. Дифракционная интраокулярная линза с рельефно-фазовыми круговыми зонами, выполненная из биосовместимого материала, отличающаяся тем, что структура микропрофиля совмещена с линейной дифракционной решеткой, имеющей пилообразный профиль штриха и постоянный шаг, равный
t = λ/Sinγ,
где γ - угол "излома" оптической оси линзы, а высота профиля h(r) в пределах каждой круговой зоны и радиусы зон - r связаны соотношением
h(r)= a₁-a₂r²+a₃r⁴,
где a₁, a₂ и a₃ - постоянные, характеризующие глубину профиля, оптическую силу и изменения оптической силы линзы, причем
а₁= h_опт(k+1)/Δn,
а₂= n₁/2f₂Δn,
a₃= cn₁/8f₂³Δn,
где h_опт = pλ_o - оптическая глубина рельефа;
λ_o - конструктивная длина волны в вакууме;
р = 1, 2, 3. . . целое число;
k - номер круговой зоны;
Δn= n₂-n₁ - разность показателей преломления материала линзы (n₂) и глазной жидкости (n₁);
f₂ - фокусное расстояние линзы в среде;
с - безразмерный коэффициент, зависящий от оптических параметров линзы, роговицы и положения линзы относительно роговицы и сетчатки.