一種多焦點人工晶狀體的制作方法

本發(fā)明涉及人工晶狀體技術領域，尤其是涉及一種通過改變光學區(qū)光學表面結構制得的多焦點人工晶狀體。

背景技術：

人眼內(nèi)的天然晶狀體在剛出生的嬰兒時是無色透明且非常軟的晶狀體，隨著年齡的增加，外在條件的改變，如紫外線的輻射等要素的影響下，該天然晶狀體將會變得越來越硬和變成有色晶狀體，當人們活到五十至六十歲以上時，有百分之三十左右的人眼內(nèi)晶狀體將會變成棕黃色和渾濁，不但失去了可調(diào)焦的功能，以至于完全看不見，當這種情況發(fā)生時，這種天然晶狀體(即白內(nèi)障晶狀體)將不得不用一個人造的晶狀體去置換，使之其恢復白內(nèi)障病人的眼睛視力。

一個典型的人工晶狀體由于光學的晶體和支撐的手臂構成，其中光學晶狀體聚焦光線到視覺神經(jīng)上使之能看見物體而手臂的作用在于支撐其光學區(qū)，使之光學區(qū)位于眼內(nèi)的中心能夠有效的聚焦。

人工晶狀體的光學區(qū)和支撐手臂可以由同一種材料制成，也可以由不同的材料制成，由同一種材料制成的人工晶狀體，即人們常說的單件式晶狀體，由不同材料制成的人工晶狀體即是人們常說的三件式晶狀體，其實例在美國專利4,997,442和美國專利5,217,491中被報道，其中這些專利均是由較軟的光學材料制成光學區(qū)和較硬的材料制成手臂區(qū)。

常規(guī)的單聚焦人工晶狀體能夠提供一個常規(guī)距離的視覺矯正，但常規(guī)單聚焦人工晶狀體不能提供一個有效可調(diào)焦的視覺矯正，并且設計波長往往是檢測波長，不能在可見光范圍內(nèi)校正色差。也就是說，它不能提供一個看遠和看近都能提供其視覺矯正的作用。唯一能使單聚焦人工晶狀體達到看遠看近都能使起作用，就得再帶上一副眼鏡。其它的選擇則是多聚焦的人工晶狀體來取代白內(nèi)障晶狀體，來達到其看遠看近和中等距離的視覺都能有效。但是每個距離只能有部分光線被聚焦在視覺神經(jīng)上。且還存在著其它得副作用。因此，人們開始設計新型的可調(diào)焦人工晶狀體，如美國專利4,409,691，美國專利5,674,282、5,496,366、6,197,059和6,387,126，美國專利6,178,878和美國專利6,406,494。

所有這些設計的可調(diào)焦人工晶狀體，都是由材料較軟，折射率較低的硅膠材料制作而成。由于硅膠材料的折射率較低，制成的晶狀體較厚，其晶狀體在眼內(nèi)囊袋中移動的距離有限，使之可調(diào)焦的光學強度變化有限。同時硅膠材料形成纖維和二級白內(nèi)障的幾率也相對于疏水性聚丙烯酸酯為高。因此，由硅膠制成的可調(diào)焦晶狀體當植入人眼內(nèi)后，只有部分人能具有可調(diào)焦的功能，且這部分人占有移植總人數(shù)中的百分比也隨著植入時間的增長有所降低的趨勢。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明申請人提供了一種多焦點人工晶狀體。本發(fā)明光學主體為具有雙膠合結構的多焦點光學區(qū)，光學區(qū)中的包括多個二元面(2到4個)和非球面可以有效的校正二級光譜色差、提高了像質，擴大了附加光焦度的范圍，實現(xiàn)了全稱視力。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種多焦點人工晶狀體，所述人工晶狀體包括光學主體(1)、第一支撐襻(2)和第二支撐襻(3)，所述光學主體(1)由基底層(1-1)和涂覆層(1-2)組成；

所述基底層(1-1)與第一支撐襻(2)、第二支撐襻(3)為一體式結構，采用同一種材料，整體成型；

所述涂覆層(1-2)通過注塑壓模的方式膠合在基底層(1-1)上；

所述基底層(1-1)與涂覆層(1-2)為不同的材料制成。

所述第一支撐襻(2)、第二支撐襻(3)表面均設有斜鋸齒凹槽或凸起磨砂；所述磨砂的粗糙度或斜鋸齒的高度大于40μm。

所述光學主體(1)沿著光軸方向共有四個光學表面，依次分別為光學表面(a)、(b)、(c)、(d)，其中光學表面(a)靠近眼角膜，光學表面(d)靠近視網(wǎng)膜，光學表面(b)、(c)重合、但位于前后不同的材料上，光學表面(b)附在基底層(1-1)后側，光學表面(c)附在涂覆層(1-2)前側，四個光學表面中至少選擇兩個光學表面加工成具有浮雕結構的衍射面，其余光學表面加工成非球面。

所述浮雕結構衍射面的設計方法：

φ(r)＝2παp[j-r²/(2pλ0f0)]

α＝λ/λ0[n(λ)-n'(λ)]/[n(λ0)-n'(λ0)]

上式描述了基于半徑的相位分布函數(shù)，其中λ0為設計波長，λ為實際入射光波，f0為焦距，n為材料的折射率，n'為周圍介質的折射率，j表示第j個衍射環(huán)帶；

同時鋸齒狀的衍射峰的臺階高度由公式：

hmax(r)＝pλ0/[n(λ0)-n'(λ0)]

通過預設計的多焦點的各個焦距，粗算出相位函數(shù)和臺階高度，在zemax中構建初始模型，繼而優(yōu)化得到最佳的預期效果。

所述非球面結構設計方法為：

以光學表面的頂點為原點o，以光軸為z軸，建立任意的空間直角坐標系，所述坐標系的橫坐標軸x以及坐標軸y軸與所述光學表面相切，所述非球面的面形在上述xz平面上滿足非球面方程：

其中z(x)為所述非球面在二維坐標系平面xz上的曲線表達式，c為所述非球面的基礎球面曲率半徑的倒數(shù)，y為所述曲線上任何一點距橫坐標軸z的垂直距離，a2i為非球面高次項系數(shù)，m、n均為不小于1的整數(shù)且n>m，q為非球面系數(shù)。

所述光學主體(1)的有效光學區(qū)的直徑為5.5～6.5mm，中心厚度0.65～1.25mm的雙凸/凹凸透鏡片；所述基底層(1-1)的厚度為0.43～0.83mm；所述涂覆層(1-2)的厚度為0.22～0.42mm；所述第一支撐襻(2)、第二支撐襻(3)的厚度均為0.15～0.35mm；

所述光學主體(1)的球差范圍為-0.01μm～-0.02μm；所述光學主體(1)的附加光焦度的范圍為+2d～+4.75d。

所述基底層(1-1)由折射率為1.48～1.56、色散系數(shù)為35～55的疏水性聚丙烯酸酯制成；所述涂覆層(1-2)由折光率為1.36～1.47的硅膠材料、折光率較低的親水性聚丙烯酸酯或折光率較低的疏水性聚丙烯酸酯制成。

所述第一支撐襻(2)、第二支撐襻(3)的表面設有若干斜鋸齒凹槽/凸起，且斜鋸齒凹槽/凸起寬度為0.2～1.0mm、斜鋸齒的斜邊緣和所述支撐襻所屬平面的夾角角度α在-20°～20°之間。

制備本發(fā)明多焦點人工晶狀體，經(jīng)過如下的設計步驟：

a光學設計：通過預設計的多焦點的各個焦距，粗算出相位函數(shù)和臺階高度，在zemax中構建初始模型，繼而優(yōu)化得到最佳的預期效果，可以分析光焦點漂移圖，點列圖，opd光學特性曲線，mtf曲線等，對光學系統(tǒng)做確認評估。

b車加工基底層：按照設計的光學區(qū)的基底層(1-1)的參數(shù)，編寫車床程序；利用金剛石單點切削技術，車加工出晶體光學面(a)和(b)；編寫銑床程序，銑削出光學區(qū)的外形以及帶有磨砂/鋸齒狀的襻腳。

c壓制模具的制備：利用金剛石單點切削制造模具的雛形，主要利用激光刻蝕修飾出帶有浮雕結構的衍射表面(若需要)。

d注塑壓模：將加工好的基底層落在夾具中的凹槽內(nèi)，取適量涂覆層混合液，滴加在光學部中心，將壓模固定在基底模具上(利用機械結構鎖死)，在50℃～150℃溫度下放置20min至24h的時間取出后，凝固成透明有彈性的涂覆層。

e拋光處理。

所述多焦點人工晶狀體可先用車床加工出含有光學表面(a)和光學表面(c)的片基，再通過注塑工藝將涂覆層緊密附著在基底層(1-1)的光學表面(b)上，經(jīng)壓模成型得到光學表面(c)，而后制成人工晶狀體圓片，經(jīng)機械雕刻制成晶狀體光學主體(1)，兩個襻經(jīng)機械切割制成。

本發(fā)明光學主體(1)中的基底層(1-1)由光學透明的疏水性聚丙烯酸酯材料制成，疏水性聚丙烯酸酯材料是由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯衍生物(或少量的親水性單體)，在高溫下共聚而成的光學透明的聚丙烯酸酯共聚物。

本發(fā)明光學主體(1)中的涂覆層(1-2)是由一種低折光率的光學透明材料制成，這些光學透明材料是：光學透明的醫(yī)用級的硅膠材料(如med6820)；也可以是生物相容的光學透明的親水性聚丙烯酸酯材料；也可以是生物相容的光學透明的疏水性聚丙烯酸酯材料。這些材料在高溫條件下聚合于基底層(1-1)的表面而組成。

本發(fā)明有益的技術效果在于：

本發(fā)明光學主體的光學區(qū)對兩個材料的選擇匹配，非球面和二元面的組合，實現(xiàn)了在可見光范圍內(nèi)消除色差，具有更大的焦深，更好的像質。

本發(fā)明光學主體的光學區(qū)為兩焦點，三焦點，或區(qū)域多交點的光學區(qū)；有兩種材料組成的雙膠合透鏡，它們的兩個接觸面具有共同的曲率，兩種材料的色散特性不同，膠合后一階色差可以被矯正。結合技術設計方案，從多色光焦點漂移圖中可以看出，拋物線漂移圖代替了原先的直線，因為矯正了色差，可以獲得更的像質；同時光學主體具有至少兩個衍射面(2到4個衍射面)，在現(xiàn)有多焦點技術上，拓寬了附加光焦度范圍(+2d～+4.75d)，實現(xiàn)了全程視力，在矯正一階色差的基礎上進一步消二級光譜色差；非球面的作用起到控制球差，調(diào)節(jié)焦深，改善視覺質量；光學主體的形成采用精確的注塑壓模實現(xiàn)，效率高(壓模一片僅需5～10秒)且精準度高。該工藝系首次被應用到衍射面人工晶體的加工上，采用金屬或者聚酰亞胺(pi)基復合材料模具，可以采用激光寫直，或者刻蝕技術加工模具，相比金剛石單點切削精度更高。

注膠過程和壓模后的凝結過程都對環(huán)境溫濕度有嚴格的要求，保證了兩種材料之間的應力匹配，使得晶體可以適用于復雜的眼液環(huán)境；最后支撐襻的磨砂/鋸齒面的設計，增加了襻移動的阻力，避免晶狀體在囊袋內(nèi)旋轉，增加了術后的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例2結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例3結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例1的光學部側視圖，其中光學面b，c為衍射面；

圖5為本發(fā)明實施例2的光學部側視圖，其中光學面a，d為衍射面；

圖6為本發(fā)明實施例3的光學部側視圖，其中光學面a，b，c，d為衍射面；

圖7為本發(fā)明實施例1的光學主體遠焦點mtf隨空間頻率的分布圖；

圖8為本發(fā)明實施例1的光學主體中焦點的mtf隨空間頻率的分布圖；

圖9為本發(fā)明實施例1的光學主體近焦點的mtf隨空間頻率的分布圖；

其中：1、為光學主體，1-1、為基底層，1-2、為涂覆層，2、為第一支撐襻，3、為第二支撐襻，a、b、c、d為光學主體的四個光學表面。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明進行具體描述。

實施例1

如圖1所示，一種多焦點人工晶狀體，所述人工晶狀體包括光學主體1、第一支撐襻2和第二支撐襻3，所述光學主體1由基底層1-1和涂覆層1-2組成；

所述基底層1-1與第一支撐襻2、第二支撐襻3為一體式結構，采用同一種材料，整體成型；

所述涂覆層1-2通過注塑壓模的方式膠合在基底層1-1上；

所述基底層1-1與涂覆層1-2為不同的材料制成。

所述第一支撐襻2、第二支撐襻3表面均設有斜鋸齒凹槽；斜鋸齒的高度大于40μm。

所述光學主體1沿著光軸方向共有四個光學表面，依次分別為光學表面a、b、c、d，其中光學表面a靠近眼角膜，光學表面d靠近視網(wǎng)膜，光學表面b、c重合、但位于前后不同的材料上，光學表面b附在基底層1-1后側，光學表面c附在涂覆層1-2前側。

所述光學主體1的有效光學區(qū)的直徑為5.5mm，中心厚度0.65mm的雙凸透鏡片；所述基底層1-1的厚度為0.43mm；所述涂覆層1-2的厚度為0.22mm；所述第一支撐襻2、第二支撐襻3的厚度均為0.15mm；

所述基底層1-1由折射率為1.544、色散系數(shù)為35～55的疏水性聚丙烯酸酯制成；所述涂覆層1-2由折光率為1.41的硅膠材料、折光率較低的親水性聚丙烯酸酯制成。

所述第一支撐襻2、第二支撐襻3的表面設有若干斜鋸齒凹槽，且斜鋸齒凹槽寬度為0.2mm、斜鋸齒的斜邊緣和所述支撐襻所屬平面的夾角角度α為20°。

所述多焦點人工晶狀體的制備方法為：

(1)設計方案：光學主體的光學表面b和c為衍射面，光學表面a和d為非球面，附加光焦度為3.5d；光學部側視圖如圖4所示。

(2)光學設計：通過預設計的多焦點的各個焦距，17.59mm(21.5d)，19.38mm(19.5d)，20.99mm(18d)，粗算出相位函數(shù)和臺階高度，在zemax中構建初始模型，繼而優(yōu)化得到最佳的預期效果，可以分析光焦點漂移圖、點列圖、opd光學特性曲線、離焦mtf圖，對光學系統(tǒng)做確認評估。

評估結果如圖7、圖8、圖9所示，由圖可以看出，三焦點的mtf在主波長下均達到0.43以上(眼模型中100lp/mm空間頻率下)，像質達到了國標的要求，且提供了一定的附加光焦度。

(3)車加工基底層：按照設計的光學區(qū)的基底層1-1的參數(shù)，編寫車床程序；利用金剛石單點切削技術，車加工出晶光學面a和b；編寫銑床程序，銑削出光學區(qū)的外形以及帶有磨砂狀的襻腳。

(4)壓制模具的制備：利用金剛石單點切削制造模具的雛形，主要利用激光刻蝕修飾出帶有浮雕結構的衍射表面(若需要)。

(5)硅膠材料的制備：各取10ml的硅膠材料parta和partb于一玻璃杯中，攪拌硅膠材料至少2分鐘直到硅膠材料得到完全均勻，通過增空方法或是在低溫下靜置直到氣泡完全移除。

(6)注塑壓模：將加工好的基底層落在夾具中的凹槽內(nèi)，取約0.5ml硅膠材料混合液，滴加在光學部中心，將壓模固定在基底模具上(利用機械結構鎖死)，在50℃溫度下放置24h的時間取出后，凝固成透明有彈性的涂覆層。

(7)最后拋光處理，得到光學表面合格的人工晶狀體。

實施例2

如圖2所示，一種多焦點人工晶狀體，所述人工晶狀體包括光學主體1、第一支撐襻2和第二支撐襻3，所述光學主體1由基底層1-1和涂覆層1-2組成；

所述基底層1-1與第一支撐襻2、第二支撐襻3為一體式結構，采用同一種材料，整體成型；

所述涂覆層1-2通過注塑壓模的方式膠合在基底層1-1上；

所述基底層1-1與涂覆層1-2為不同的材料制成。

所述第一支撐襻2、第二支撐襻3表面均設有凸起磨砂；所述磨砂的粗糙度大于40μm。

所述光學主體1沿著光軸方向共有四個光學表面，依次分別為光學表面a、b、c、d，其中光學表面a靠近眼角膜，光學表面d靠近視網(wǎng)膜，光學表面b、c重合、但位于前后不同的材料上，光學表面b附在基底層1-1后側，光學表面c附在涂覆層1-2前側。

所述光學主體1的有效光學區(qū)的直徑為6.0mm，中心厚度0.95mm的凹凸透鏡片；所述基底層1-1的厚度為0.65mm；所述涂覆層1-2的厚度為0.3mm；所述第一支撐襻2、第二支撐襻3的厚度均為0.25mm；

所述光學主體1的球差范圍為-0.01μm；所述光學主體1的附加光焦度的范圍為+4.0d。

所述基底層1-1由折射率為1.547、色散系數(shù)為55的疏水性聚丙烯酸酯制成；所述涂覆層1-2由折光率為1.362的親水性聚丙烯酸酯。

所述第一支撐襻2、第二支撐襻3的表面設有若干磨砂凸起，且磨砂凸起寬度為0.2mm。

所述多焦點人工晶狀體的制備方法為：

(1)設計方案：光學主體的光學表面a和d為衍射面，光學表面b和c為非球面，附加光焦度為4.0d，光學部側視圖如圖5。

(2)光學設計：通過預設計的多焦點的各個焦距，17.59mm(21.5d)，19.38mm(19.5d)，21.41mm(17.5d)，粗算出相位函數(shù)和臺階高度，在zemax中構建初始模型，繼而優(yōu)化得到最佳的預期效果，分析光焦點漂移圖、點列圖、opd光學特性曲線、離焦mtf圖等，對光學系統(tǒng)做確認評估。

(3)車加工基底層：按照設計的光學區(qū)的基底層1-1的參數(shù)，編寫車床程序；利用金剛石單點切削技術，車加工出晶光學面a和b；編寫銑床程序，銑削出光學區(qū)的外形以及帶有磨砂襻腳。

(4)壓制模具的制備：利用金剛石單點切削制造模具的雛形，主要利用激光刻蝕修飾出帶有浮雕結構的衍射表面(若需要)。

(5)親水性材料的制備：取等量的10ml親水性材料parta和partb于一玻璃杯中，攪拌硅膠材料至少2分鐘直到親水性材料得到完全均勻。通過增空方法或是在低溫下靜置直到氣泡完全移除。

(6)注塑壓模：將加工好的基底層落在夾具中的凹槽內(nèi)，取0.5ml親水性聚丙烯酸酯混合液，滴加在光學部中心，將壓模固定在基底模具上(利用機械結構鎖死)，在100℃溫度下放置12h的時間取出后，凝固成透明的涂覆層。

(7)最后拋光處理，得到光學表面合格的人工晶狀體。

實施例3

如圖3所示，一種多焦點人工晶狀體，所述人工晶狀體包括光學主體1、第一支撐襻2和第二支撐襻3，所述光學主體1由基底層1-1和涂覆層1-2組成；

所述基底層1-1與第一支撐襻2、第二支撐襻3為一體式結構，采用同一種材料，整體成型；

所述涂覆層1-2通過注塑壓模的方式膠合在基底層1-1上；

所述基底層1-1與涂覆層1-2為不同的材料制成。

所述第一支撐襻2、第二支撐襻3表面均設有斜鋸齒凹槽；所述斜鋸齒的高度大于40μm。

所述光學主體1沿著光軸方向共有四個光學表面，依次分別為光學表面a、b、c、d，其中光學表面a靠近眼角膜，光學表面d靠近視網(wǎng)膜，光學表面b、c重合、但位于前后不同的材料上，光學表面b附在基底層1-1后側，光學表面c附在涂覆層1-2前側。

所述光學主體1的有效光學區(qū)的直徑為6.5mm，中心厚度1.25mm的雙凸片；所述基底層1-1的厚度為0.83mm；所述涂覆層1-2的厚度為0.42mm；所述第一支撐襻2、第二支撐襻3的厚度均為0.35mm；

所述光學主體1的球差為-0.02μm；所述光學主體1的附加光焦度的范圍為+4.5d。

所述基底層1-1由折射率為1.542、色散系數(shù)為55的疏水性聚丙烯酸酯制成；所述涂覆層1-2由折光率為1.462疏水性聚丙烯酸酯制成。

所述第一支撐襻2、第二支撐襻3的表面設有若干斜鋸齒凹槽，且斜鋸齒凹槽寬度為0.8mm、斜鋸齒的斜邊緣和所述支撐襻所屬平面的夾角角度α為15°。

所述多焦點人工晶狀體的制備方法為：

(1)設計方案：光學主體的光學表面a、b、c和d為衍射面，附加光焦度為4.5d，光學部側視圖如圖5。

(2)光學設計：通過預設計的多焦點的各個焦距，16.97mm(22.0d)，19.38mm(19.5d)，21.41mm(17.5d)，粗算出相位函數(shù)和臺階高度，在zemax中構建初始模型，繼而優(yōu)化得到最佳的預期效果，分析光焦點漂移圖、點列圖、opd光學特性曲線、離焦mtf圖等，對光學系統(tǒng)做確認評估。

(3)車加工基底層：按照設計的光學區(qū)的基底層1-1的參數(shù)，編寫車床程序；利用金剛石單點切削技術，車加工出晶光學面a和b；編寫銑床程序，銑削出光學區(qū)的外形以及帶鋸齒狀的襻腳。

(4)壓制模具的制備：利用金剛石單點切削制造模具的雛形，主要利用激光刻蝕修飾出帶有浮雕結構的衍射表面(若需要)，利用高精度輪廓儀檢測表面精度。

(5)疏水性涂覆材料的制備：取等量10ml的疏水性材料parta和partb于一玻璃杯中，攪拌疏水性材料至少2分鐘直到混合均勻。通過在低溫下靜置直到氣泡完全移除。

(6)注塑壓模：將加工好的基底層落在夾具中的凹槽內(nèi)，取0.5ml疏水性聚丙烯酸酯混合液，滴加在光學部中心，將壓模固定在基底模具上(利用機械結構鎖死)，在50℃溫度下放置24h的時間取出后，凝固成透明的涂覆層。

(7)最后拋光處理，得到光學表面合格的人工晶狀體。