折衍耦合式全视程人工晶状体及其设计方法与流程

本发明涉及眼科医疗器械，具体涉及一种折衍耦合式全视程人工晶状体及其设计方法。

背景技术：

1、白内障和老视是中老年人群的高发眼科疾病，临床治疗中普遍通过植入人工晶状体替代病变或失能的自然晶状体，以恢复人眼的屈光成像功能。随着患者术后视觉质量要求的不断提升，单一视程的传统单焦点人工晶状体已难以满足日常生活中看远、办公看屏幕、近距离阅读等全场景视物需求，多焦点人工晶状体已成为行业主流研发方向。

2、目前临床广泛应用的人工晶状体主要分为纯衍射多焦点人工晶状体和纯折射连续视程人工晶状体两大类。纯衍射多焦点人工晶状体在前光学面上设置多级等高等距的衍射环带，通过衍射分光原理将入射光分散至多个焦点，实现远距离、中距离和近距离的多焦点成像。该类晶体的各衍射环带由经典衍射公式统一确定，焦点位置固定，可提供明确的多焦点视力。纯折射连续视程（extended depth of focus-edof）人工晶状体则采用单一非球面折射结构，通过非球面曲率的连续变化来延长焦深范围，使焦点在一定区间内连续延伸，从而提供平滑的视距过渡体验。

3、上述现有技术路线均存在明显的技术缺陷，纯衍射多焦点人工晶状体离散焦点导致远中近视力过渡生硬、无连续焦深；纯折射edof人工晶状体采用单一非球面折射结构，具有焦深连续、光学干扰极小的优势，能够有效改善视物断层问题，但其自身对近距焦点的屈光能力不足，近距离视物模糊，无法实现标准多焦点人工晶状体所提供的超清近视力，难以覆盖从远到近的全视程视物需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种折衍耦合式全视程人工晶状体及其设计方法，该折衍耦合式全视程人工晶状体既能实现远中近三焦点清晰成像、又能保证全程焦深连续平滑。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明第一方面提供一种折衍耦合式全视程人工晶状体，包括光学主体，所述光学主体包括相对设置的前光学面和后光学面，所述前光学面为非球面，所述后光学面为球面，所述光学主体对入射光进行折衍协同调制，形成远距焦点、中距焦点和近距焦点，其中，所述远距焦点为附加光焦度0d焦点，所述中距焦点为附加光焦度+1.5d焦点，所述近距焦点为附加光焦度+3.0d焦点；

3、所述前光学面包括沿径向依次排布的多组衍射环，沿所述前光学面的中心向外围方向每组衍射环至少包括两个曲率半径基本相等的衍射环，以及跟随其后曲率半径减小的至少一个过渡衍射环，所述过渡衍射环的曲率半径比所述曲率半径基本相等的衍射环的平均曲率半径小，其差值根据所述人工晶状体的目标眼内光焦度和所述前光学面的基础曲率半径确定，所述差值随所述基础曲率半径的增大而增大，随所述目标眼内光焦度的增大而减小；沿径向排布的多个过渡衍射环中，位于最外沿的过渡衍射环的曲率半径与位于最内沿的过渡衍射环的曲率半径基本相等。

4、在一实施例中，所述前光学面的所述衍射环总数为6~15个，所述多组衍射环的组数为2~5组。

5、在一实施例中，每组衍射环中所述曲率半径减小的过渡衍射环的数量为一个，每组衍射环中所述曲率半径基本相等的衍射环的数量为两个。

6、在一实施例中，所述衍射环的数量为10个，沿径向由内向外依次为第一衍射环至第十衍射环；

7、第一衍射环与第二衍射环的曲率半径基本相等，第三衍射环为过渡衍射环，第三衍射环的曲率半径比第一衍射环和第二衍射环的曲率半径小2mm~7mm；

8、第四衍射环与第五衍射环的曲率半径基本相等，第六衍射环为过渡衍射环，第六衍射环的曲率半径比第四衍射环和第五衍射环的曲率半径小2mm~7mm；

9、第七衍射环与第八衍射环和第九衍射环的曲率半径基本相等，第十衍射环为过渡衍射环，第十衍射环的曲率半径比第七衍射环、第八衍射环和第九衍射环的曲率半径小2mm~7mm；

10、第十衍射环的曲率半径与第三衍射环的曲率半径基本相等。

11、在一实施例中，所述第一衍射环至第十衍射环的外边界半径分别为：

12、第一衍射环：0.73mm~0.80mm；

13、第二衍射环：1.05mm~1.10mm；

14、第三衍射环：1.47mm~1.50mm；

15、第四衍射环：1.65mm~1.70mm；

16、第五衍射环：1.85mm~1.90mm；

17、第六衍射环：2.07mm~2.10mm；

18、第七衍射环：2.19mm~2.25mm；

19、第八衍射环：2.32mm~2.41mm；

20、第九衍射环：2.45mm~2.55mm；

21、第十衍射环：3.0mm。

22、在一实施例中，所述前光学面的多个衍射环中，奇数衍射环的末端设有衍射台阶，偶数衍射环与相邻的所述奇数衍射环之间平滑衔接；所述衍射台阶的高度为统一值。

23、在一实施例中，偶数衍射环与相邻的奇数衍射环之间平滑衔接，用于消除结构突变所引发的杂散光。

24、在一实施例中，所述远距焦点、中距焦点和近距焦点在3mm瞳孔直径下、50lp/mm空间频率处的调制传递函数差异≤15%；

25、在0d~+3.0d离焦范围内、50lp/mm空间频率处的调制传递函数≥0.2。

26、在一实施例中，所述远距焦点、中距焦点和近距焦点的光能分配比为4:3:3。

27、在一实施例中，所述光学主体的光学面直径为5.5mm~6.5mm；所述后光学面的曲率半径为15mm、20mm或25mm。

28、本发明第二方面提供一种折衍耦合式全视程人工晶状体的设计方法，用于设计如上所述的人工晶状体，其特征在于，包括以下步骤：

29、根据人工晶状体的材料以及目标眼内光焦度选定后光学面的基础球面曲率半径；

30、基于目标眼内光焦度、前光学面光焦度、后光学面光焦度、材料折射率及眼内介质折射率确定前光学面的基础球面曲率半径；

31、以3mm瞳孔直径下、0d远焦点处、100lp/mm空间频率处的调制传递函数≥0.4，且全视场球差控制在±0.05μm以内为目标,对前光学面采用偶次非球面公式进行非球面优化，得到基础非球面前光学面；

32、在所述基础非球面前光学面上添加衍射环，其中以近距附加光焦度对应的焦距为依据，计算各所述衍射环的初始边界位置和初始台阶高度；

33、将所述前光学面的各衍射环设定为独立非球面，以远距焦点0d、中距焦点+1.5d、近距焦点+3.0d三个焦点处调制传递函数差异≤15%且0~+3.0d离焦范围内调制传递函数不低于0.2为目标，对所述各独立非球面采用偶次非球面公式进行非球面优化，得到各衍射环的最终边界位置和曲率半径。

34、在一实施例中，所述偶次非球面公式采用如下公式：

35、

36、其中：r为径向坐标，r为基础球面的曲率半径，k为二次曲面系数，为非球面高次项系数，n为不小于1的自然数。

37、在一实施例中，所述衍射结构的衍射环位置通过如下公式确定：

38、rm＝

39、其中，rm为第m个衍射环的外边界半径，m为衍射环级数，λ为入射光波长，f'为透镜焦距；

40、所述初始衍射结构的衍射环的台阶高度通过如下公式确定：

41、

42、其中，为衍射环对入射光造成的相位差，n1为人工晶状体材料在眼内浸泡状态下的折射率，n2为眼内房水或玻璃体介质的折射率，λ0=0.00055。

43、在一实施例中，所述基于目标眼内光焦度、前光学面光焦度、后光学面光焦度、材料折射率及眼内介质折射率确定前光学面的基础球面曲率半径中，采用以下公式：

44、f=ff+fb(tc/n1)fffb；其中，f为人工晶状体整体眼内光焦度，ff为前表面单面光焦度，fb为后表面单面光焦度，tc为人工晶状体中心光学厚度，n1为人工晶状体材料眼内浸泡状态下的折射率， n2为眼内房水或玻璃体介质折射率；ff=(n1n2)/ra，fb=( n2n1)/rb，ra为前光学面的基础球面曲率半径，rb为后光学面的基础球面曲率半径。

45、本发明提供的本实施例的折衍耦合式全视程人工晶状体包括光学主体，光学主体包括相对设置的前光学面和后光学面，前光学面为非球面，后光学面为球面，光学主体对入射光进行折衍协同调制，形成远距焦点、中距焦点和近距焦点，其中，远距焦点为附加光焦度0d焦点，中距焦点为附加光焦度+1.5d焦点，近距焦点为附加光焦度+3.0d焦点，前光学面包括沿径向依次排布的多组衍射环，沿前光学面的中心向外围方向每组衍射环至少包括两个曲率半径基本相等的衍射环，以及跟随其后曲率半径减小的至少一个过渡衍射环，过渡衍射环的曲率半径比所述曲率半径基本相等的衍射环的平均曲率半径小，其差值根据所述人工晶状体的目标眼内光焦度和所述前光学面的基础曲率半径确定，所述差值随所述基础曲率半径的增大而增大，随所述目标眼内光焦度的增大而减小，沿径向排布的多个过渡衍射环中，位于最外沿的过渡衍射环的曲率半径与位于最内沿的过渡衍射环的曲率半径基本相等，该人工晶状体实现了附加光焦度从0d到+3.0d的平滑累加，使离焦曲线在三个焦点之间无断层、无中视力塌陷，解决了现有纯衍射多焦点人工晶状体远、中、近视力过渡生硬，无连续焦深的缺陷。通过多组过渡衍射环的分段累加实现+1.5d和+3.0d附加焦点，弥补了纯折射edof近焦点屈光能力不足、近距视物模糊的缺陷。