Бифокальная внутриглазная линза - RU2093866C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к бифокальной внутриглазной линзе, включающей оптический компонент из двулучепреломляющего полимерного материала, обладающего двойным преломлением за счет процесса ориентирования, подобного такому, как вытягивание при регулируемых условиях.

Известна бифокальная внутриглазная линза, включающая оптический компонент из двулучепреломляющего полимерного материала, обладающего показателем преломления n_o для обыкновенных лучей и показателем преломления n_e для необыкновенных лучей в результате вытяжки при регулируемых условиях (1).

Также известно, что при этом должна быть линзовая система, состоящая из по меньшей мере одной отдельной линзы с двойным преломлением и по меньшей мере одной изотропной или следующей отдельной линзы с двойным преломлением для того, чтобы можно было обеспечить по меньшей мере две преломляющие силы произвольных заданных величин. В упомянутом источнике описывается также, что требуются по меньшей мере две отдельные линзы с двойным преломлением и одна изотропная или следующая отдельная линза с двойным преломлением для того, чтобы обеспечить по меньшей мере три преломляющие силы произвольных заданных величин. Там же показывается, что при линзовой системе, включающей в себя M отдельных линз с двойным преломлением, число N_frei преломляющих сил со свободно (frei) заданными величинами равно M, то есть N_frei M. Там же говорится, что нужно систему расширять по меньшей мере на одну следующую изотропную отдельную линзу для того, чтобы обеспечить количество N_frei M+1 преломляющих сил, имеющих произвольные заданные величины.

В основу изобретения положена задача создать такую бифокальную внутриглазную линзу, которая позволила бы в одиночной линзе иметь две различные, заданные независимо друг от друга преломляющие силы D_max, D_min.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что у линзы согласно изобретению оптический компонент выполнен в виде одиночной линзы, целиком изготовленной из двулучепреломляющего полимерного материала, при этом двойное лучепреломление δ_n упомянутого полимерного материала, равное (n_e n_o), после вытяжки равно

или
,
где D_min и D_max заданные значения минимальной и максимальной оптической силы,
n_m показатель преломления среды, в которую помещена линза.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах выполнения со ссылкой на чертежи.

На фиг. 1 показана одиночная линза 10 с двойным лучепреломлением согласно данному изобретению, выполненная из материала с двойным лучепреломлением, двойное преломление δ_n которого задано уравнением

причем D_max и D_min представляют собой две как раз требуемые для оптического применения преломляющие силы. Благодаря этому выбору двойного лучепреломления достигается то, что указанная одиночная линза обладает двумя желательными, то есть заданными, преломляющими силами D_min и D_max, когда она находится в среде 40 с показателем преломления n_m; оптическая ось кристалла 100 линзы 10 находится под прямым углом к оси линзы 30; падающие параллельно оси линзы 30 естественные лучи, соответственно волны света 20 преломляются линзой 10 таким образом, что возникают результирующие лучи света 21 и 22; лучи света 21 направляются в фокус 31, лучи света 22 направляются в фокус 32; фокус 31 соответствует преломляющей силе D_max, фокус 32 соответствует преломляющей силе D_min.

На фиг. 2 изображена линзовая система с двойным лучепреломлением согласно изобретению; одиночные линзы 11 и 12 с двойным лучепреломлением выполнены из одного и того же линзового двулучепреломляющего материала, оптическая ось кристалла 101 линзы 11 и оптическая ось кристалла 102 линзы 12 соответственно расположены под прямым углом к общей для обеих линз линзовой оси 30; угол между осями кристаллов 101 и 102 составляет величину β.

На фиг. 3 изображена следующая линзовая система с двойным лучепреломлением согласно изобретению; одиночные линзы 13, 14 и 15 с двойным лучепреломлением изготовлены из одного и того же линзового двулучепреломляющего материала, все оптические оси кристаллов 103, 104 и 105 расположены под прямым углом к общей для линз 13, 14 и 15 линзовой оси 30; угол между оптическими осями кристаллов 103 и 104 составляет величину b₁, угол между оптическими осями кристаллов 104 и 105 составляет величину β₂.

Описание предпочтительных примеров выполнения.

А. Бифокальная одиночная линза с двойным лучепреломлением.

Две преломляющие силы D_o и D_e линзы с двойным лучепреломлением, измеренные в воздухе, соответственно вакууме, приближенно заданы выражениями
D_o (n_o-1)S (1)
и
D_e (n_e-1)S, (2)
причем D_o является преломляющей силой обыкновенных лучей и D_е является преломляющей силой необыкновенных лучей; n_o является показателем преломления для обыкновенных лучей, n_e является показателем преломления для необыкновенных лучей, S является формфактором линзы. Формфактор S является функцией геометрических параметров линзы. Для простоты формфактор S приближенно может быть представлен выражением
S 1/R_F 1/R_B, (i)
причем R_F является радиусом кривизны передней поверхности линзы и R_B является радиусом кривизны задней поверхности линзы. Эти радиусы являются положительными величинами, когда относящаяся сюда поверхность линзы является выпуклой по отношению к падающему свету; они являются отрицательными, когда относящаяся сюда поверхность линзы является вогнутой для падающего света.

Если линза находится в иммерсионной среде с показателем преломления n_m, то преломляющие силы этой линзы составляют величины D_o,m и D_e,m, причем D_o,m ассоциируется с показателем преломления для обыкновенных лучей и D_e,m ассоциируется с показателем преломления для необыкновенных лучей:
D_o,m (n_o-n_m)S (3)
и
D_e,m (n_e-n_m)S.(4)
Из уравнений 1-4 непосредственно выводится то, что разность преломляющих сил является независимой от показателя преломления n_m иммерсионной среды, то есть
D_e-D_o=D_e,m-D_o,m (n_e-n_o)S. (5)
Если теперь обе преломляющие силы D_o,m и D_e,m линзы с двойным лучепреломлением должны принимать два необходимых для специальных оптических применений значения, то оба показателя n_o и n_e материала, из которого изготовлена линза, должны выполнять следующее условие:

Если D_o,m является большей, обозначенной D_max, и D_{e, m} является меньшей, обозначенной D_min, из обеих преломляющих сил, то из уравнения (6) следует следующее соотношение:

Если, напротив, D_e,m является большей, обозначенной D_max, и D_o,m является меньшей, обозначенной D_min, из обеих преломляющих сил, то из уравнения (6) следует соотношение

В общем является невозможным выполнить уравнение (6.1) или (6.2) для произвольно заданных преломляющих сил D_max и D_min и для произвольной иммерсионной среды с показателем преломления n_m на основе одной линзы с двойным лучепреломлением, изготовленной из двулучепреломляющего материала, обладающего обоими независимым образом заданными показателями преломления n_o и n_e.

По этой причине согласно упомянутому выше известному устройству предусматриваются по меньшей мере две одиночные линзы в линзовой системе с двойным лучепреломлением для обеспечения двух желательных преломляющих сил.

Как однако показывается ниже, указанное выше условие (6.1) или (6.2) может выполняться в том случае, если линза с двойным лучепреломлением изготавливается из линзового материала, выполненного за счет вытяжки при регулируемых условиях, с двойным лучепреломлением, в котором различные степени ориентации, коррелирующие с различным по силе вытягиванием, обеспечивают различное по величине двойное лучепреломление δ_n = (n_e- n_o).
Также известно, что индуцированное за счет вытяжки двойное лучепреломление (n_e n_o) монотонно возрастает с увеличением степени вытягивания при условии, что все остальные параметры вытягивания удерживаются постоянными. Индуцированное двойное лучепреломление зависит также от многих других параметров, таких как температура вытягивания, скорость вытягивания, температурные условия и т. д. однако также всегда является возможным за счет регулировки условий вытягивания варьировать результирующее индуцированное двойное лучепреломление. Большинство ориентированных полимеров могут интерпретироваться как структура, состоящая из тонких цилиндрических стержней. Такие среды обладают положительным двойным лучепреломлением, то есть они имеют два показателя преломления с n_e > n_o.

Полимер, имеющий в невытянутом состоянии изотропный показатель преломления n_iso, после вытягивания, как правило, имеет показатель преломления n_o для обыкновенных лучей, являющийся меньшим, чем n_iso, показатель преломления n_e для необыкновенных лучей, являющийся большим, чем n_iso. Это свойство, подтвержденное при опытах по вытягиванию, может быть выражено с помощью эмпирического соотношения
(n_e n_iso) (n_iso n_o) k, (7)
причем k, как правило, принимает значения от 1 до 3. Если скомбинировать соотношения (5)-(7) и осуществить решение в отношении n_e n_o, то получают

.

Для примера внутриглазной линзы разность желательных преломляющих сил D_e,m D_o,m по сравнению с самими преломляющими силами D_o,m и D_{e, m} является малой, то есть
D_e,m D_o,m < D_o,m(1+k). (9)
Отсюда следует, что требующееся двойное лучепреломление n_e - n_o внутриглазной линзы, которая должна обладать обеими желательными преломляющими силами D_o,m и D_e,m, в отношении порядка величины задано соотношением

В случае глазной линзы, принимая, что линзовым материалом является среда с положительным двойным лучепреломлением, в качестве типичных величин следует назвать D_min D_o,m 20 диоптрий и D_max D_e,m 23 диоптрии, причем эти величины являются действительными для линзы, находящейся в среде с показателем преломления, равным 1,336. Тем самым из уравнения (8) следует, что требующееся двойное лучепреломление n_e - n_o в отношении порядка величины должно составлять от 0,02 до 0,04, если невытянутый полимер имеет показатель преломления около 1,5-1,6; чем больше изотропный показатель преломления, тем большим должно быть двойное лучепреломление.

Известно также о величинах двойного лучепреломления между 0,011 и 0,138 у вытянутых при различных условиях образцов из полиэтилентерафталата (PET). В связи с тем, что изотропный показатель PET составляет около 1,58, ясно, что требующееся "согласованное" двойное лучепреломление в пластинах из PET может индуцироваться за счет униаксиального вытягивания.

Однако PET не является единственным и лучше всего пригодным материалом для намеченных здесь целей. Проводились вытягивания пластин других синтетических материалов толщиной около 2-4 мм при различных температурах и различных степенях вытягивания; здесь приводятся отдельные результаты:
Материал Двойное преломление
поликарбонат 0,01-0,05
полисульфон 0,02-0,06
полиэфирсульфон 0,01-0,08
полистирол 0,01-0,03
карбонат сложного полиэфира 0,02-0,035
В частности, приводится в качестве примера, что поликарбонат приблизительно при 135^oC вытягивался приблизительно до двойной исходной длины. Показатели преломления измеренные с помощью рефрактометра в поляризованном свете составляли после этого: n_o 1,57 и n_e 1,606. Двояковыпуклая линза, изготовленная из этого вытянутого образца из поликарбоната, со сферическими радиусами кривизны R_F 36 мм и R_B -18 мм имела при средней толщине 0,9 мм обе преломляющие силы, измеренные в растворе поваренной соли с показателем преломления n_m 1,336, равные 20,2 и 23,3 диоптрии. Решетка разрешения прибора измерения фокусных расстояний могла раздельно восприниматься в обоих фокусах. Незначительные отклонения измеренных преломляющих сил от теоретически ожидаемых следует по всей вероятности отнести к лишь приближенному определению показателей преломления с помощью простого рефрактометра. Образец линзы схематически изображен на фиг. 1.

На основании сказанного видно, что является возможным изготовление бифокальных внутриглазных линз с различными комбинациями преломляющих сил из линзового материала с различным двойным лучепреломлением. При этом является особенно предпочтительным, что различные двойные лучепреломления могут индуцироваться в линзовых материалах идентичного химического состава за счет регулирования условий вытягивания. Поэтому необходимые при определенных обстоятельствах проверки биосовместимости должны осуществляться лишь для одного материала; далее, технологии производства должны разрабатываться лишь для одного материала. Технологии производства, такие, например, как обточка, являются практически идентичными технологиям производства монофокальных линз, так как требующиеся малые двойные лучепреломления обусловливают лишь малую механическую анизотропию линзового материала; далее, форма бифокальной линзы является эквивалентной форме монофокальной линзы, то есть линза обладает двумя гладкими поверхностями.

В. Линзовая система с большим, чем два числом преломляющих сил.

Линза с двойным лучепреломлением согласно изобретению в соответствии с фиг. 1 может быть теоретически подразделена в соответствии с фиг. 2 или фиг. 3, и имеющиеся тогда одиночные линзы могут поворачиваться вокруг общей оси симметрии, так что индивидуальные оптические оси кристаллов отдельных линз могут образовывать друг с другом один (фиг. 2) или несколько (фиг. 3) углов. Тем самым линзовая система согласно фиг. 2 может делаться три- или квадрофокальной, линзовая система согласно фиг. 3 может делаться пента-, гекса-, гепта- или октафокальной. Дополнительно к преломляющим силам D_min и D_max которые определяют требующееся двойное лучепреломление согласно уравнению (6.1), соответственно (6.2) в случае линзовой системы согласно фиг. 2 может быть свободно задана величина следующей преломляющей силы между обеими этими преломляющими силами. При линзовой системе согласно фиг. 3 между величинами D_min и D_max могут задаваться дополнительно две следующие преломляющие силы. В общем количество N_frei свободно выбираемых преломляющих сил равняется
N_frei M + 1,
причем M представляет собой количество отдельных линз с двойным лучепреломлением в линзовой системе.

В линзовых системах согласно упомянутому известному устройству при линзовой системе, состоящей из двух линз с двойным лучепреломлением из одинакового материала, минимальная и максимальная преломляющие силы обеспечиваются за счет лучей света e-o или лучей света o-e, при этом лучи e-o являются теми лучами, которые в первой линзе являются обыкновенными и во второй линзе необыкновенными лучами. В противоположность этому в случае линзовой системы согласно изобретению вследствие согласования двойного лучепреломления максимальная и минимальная преломляющие силы соответственно обеспечиваются лучами света, соответственно являющимися исключительно обыкновенными или соответственно необыкновенными лучами света во всех одиночных линзах.

Теперь приводятся общие взаимосвязи между преломляющими силами и интенсивностями линзовой системы согласно изобретению, при этом рассматривается случай линзовой системы, изготовленной из материала с положительным двойным лучепреломлением.

Для линзовой системы согласно изобретению, которая должна обладать минимальной преломляющей силой D_min и максимальной преломляющей силой D_max, уравнения (6.1), соответственно (6.2), определяют требующиеся, соответственно согласованные, показатели преломления n_o и n_e. При этих показателях преломления n_o и n_e и показателе преломления n_m иммерсионной среды (само собой разумеется, здесь содержится случай n_m 1) формфактор S линзы, соответственно линзовой системы, задан выражением

В случае линзовой системы согласно фиг. 2 отдельным линзам 101 и 102 могут быть заданы формфакторы S₁ и S₂, при этом является действительным
S₁ + S₂ S. (12)
Четыре преломляющие силы такой линзовой системы заданы тогда следующими соотношениями:
(n_o-n_m )S₁ + (n_o-n_m)S₂ D(oo) D_o,m; (13A)
(n_e-n_m)S₁ + (n_o-n_m)S₂ D(eo); (13B)
(n_o-n_m)S₁ + (n_e-n_m)S₂ D(oe); (13C)
(n_e-n_m)S₁ + (n_e-n_m )S₂ D(oo) D_e,m. (13D)
Преломляющая сила D(oe) обеспечивается лучами света, являющимися обыкновенными лучами в первой и необыкновенными лучами во второй линзе, и т.д. На основании уравнений (12) и, например, (13B) могут быть определены формфакторы S₁ и S₂ для желательной, то есть свободно выбираемой, преломляющей силы D(eo). Из уравнений (13) следует, что D(eo) - D(oo) D(ee) D(oe). Кроме того, например, преломляющим силам D(eo) и D(oe) могут задаваться идентичные величины; для трифокальной тогда линзы является действительным S₁ S₂ S/2.

Входящие с отдельными преломляющими силами интенсивности заданы следующими соотношениями:

где β является углом между оптическими осями кристаллов отдельных линз и I является общей интенсивностью падающего естественного света (пренебрегая обычными малыми потерями передачи); в отношении четырех интенсивностей I(oo)
I(ee) является действительным сказанное выше во взаимосвязи с преломляющей силой D(oe).

В качестве примера рассматривается случай, когда линзовая система согласно фиг. 2 должна иметь минимальную преломляющую силу 20 диоптрий и максимальную преломляющую силу 24 диоптрии, если измерять в среде с показателем преломления n_m 1,336. Если линза изготавливается из поликарбоната, то требующееся двойное преломление составляет около 0,05. Если поликарбонатная пластина вытягивается таким образом, что она имеет требующееся двойное лучепреломление, то типичным образом она обладает следующими показателями преломления (показатели преломления отдельных сортов поликарбоната могут различаться): n_o 1,583 и n_e 1,633. Формфактор согласно уравнению (11) тогда составляет около 81 м^-1. Если формфакторы обеих отдельных линз согласно фиг. 2 обладают величинами S₁ 0,25S и S₂ 0,75S, то линзовая система имеет следующие четыре преломляющие cилы: 20, 21, 23 и 24 диоптрии. Линзовая система, в которой радиусы сферических поверхностей линз в последовательности спереди назад принимают значения R₁ 18 мм, R₂ 28,3 и R₃ -39,3, удовлетворяет тогда предъявляемым требованиям. Следует упомянуть, что при выборе трех радиусов имеется одна степень свободы.

Если теперь, например, 30% падающей интенсивности света должны проявиться как в наибольшей, так и в наименьшей преломляющей силе, то угол b между оптическими осями кристаллов обеих отдельных линз должен составлять 39,2^o; см. уравнение (14). В обеих расположенных между ними преломляющих силах проявляется тогда соответственно 20% падающей интенсивности.

Является очевидным то, каким образом следует расширить уравнения (13) и (14) для того, чтобы представить восемь преломляющих сил и соответствующих интенсивностей линзовой системы согласно фиг. 3.

Линзовая система согласно фиг. 3 может обеспечивать от пяти до восьми преломляющих сил в зависимости от того, как выбираются отдельные формфакторы S₁, S₂ и S₃. Могут быть составлены следующие общие правила:
S₁ ≠ S₂, S₁ + S₂ < S₃ октафокальная система
S₁ ≠ S₂, S₁ + S₂ S₃ гептафокальная система
S₁ S₂, S₁ + S₂ < S₃ гексафокальная система
S₁ S₂ S₃/2 S/4 пентафокальная система
Количество имеющихся преломляющих сил может быть уменьшено в том случае, если одному из углов между оптическими осями кристаллов задается значение 0 или 90^o, тогда линзовая система согласно фиг. 3 соответствует линзовой системе согласно фиг. 2.

В качестве особого примера рассматривается линзовая система, изготовленная из вытянутого поликарбоната с показателями преломления n_o 1,563 и n_e 1,633 и обладающая формфакторами S₁ S₂ 0,15S и S₃ 0,7S, причем S 81 м^-1; оба угла равны b₁ 35^o и β₂ 45^o. Эта линзовая система обладает следующими преломляющими силами (в иммерсионной жидкости с n_m 1,336):
20,0 диоптрий с 16,7% падающей интенсивности
20,6 " 16, 4 " -
21,2 " 16,9 " -
22,8 " 16,9 " -
23,4 " 16,4 " -
24,0 " 16,7 " -
Такая линзовая система является пригодной, например, в качестве внутриглазной линзы, которая также допускала бы неверные расчеты требующегося сложения считывания и расстояния.

Рассматривается в качестве очевидного то, каким образом следовало бы составить соотношения для линзовых систем с более чем тремя отдельными линзами.

Хотя различные формы осуществления настоящего изобретения были представлены в смысле описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, следует исходить из того, что изобретение не должно пониматься в качестве ограниченного этими примерами выполнения и что могут быть осуществлены многие изменения и модификации специалистами без того, чтобы был совершен отход от общего содержания и характера изобретения.

Реферат

Использование: офтальмология. Сущность изобретения: бифокальная внутриглазная линза включает оптический компонент из двулучепреломляющего полимерного материала, обладающего показателем преломления n_o для обыкновенных лучей и показателем преломления n_e для необыкновенных лучей в результате вытяжки при регулируемых условиях. Оптический компонент выполнен в виде одиночной линзы, целиком изготовленной из двулучепреломляющего полимерного материала, при этом двойное лучепреломление δ_n упомянутого полимерного материала, равное (n_e - n_o), после вытяжки равно

,
где D_min и D_max - заданные значения минимальной и максимальной оптической силы, n_m - показатель преломления среды, в которую помещена линза. 3 ил.

Формула