白内障外科手术程序包括在晶状体囊前部内切口，以除去白内障的晶 状体，并将人工晶状体(IOL)植入该位置处。通常，存在两种人工晶状体。 一种类型更换眼睛的天然晶状体，通常更换白内障的晶状体。另一种类型 用于现存晶状体的补充，并作用为永久矫正透镜。这种类型的透镜(称为 phakic IOL)植入前房或后房内，以矫正眼睛的屈光不正。在原理上，正常 眼所需的每种IOL的光焦度(源于无限远的光在视网膜上的焦点)可以精 确计算。植入透镜的光焦度是基于手术前的眼睛长度和角膜球面变曲率来 选取的，以使得病人能够在没有附加矫正措施(例如眼镜或隐形眼镜)的 情况下看见。不幸的是，由于测量中的误差和/或可变的透镜定位和伤口愈 合，进行这种手术的病人中的大约一半术后在不矫正情况下不能享受最佳 视力(Brandser等人：Acta Opthalmol Scand 75：162-165(1997)；Oshika等人： J Cataract Refract Surg 24：509-514(1998))。由于这种IOL的光焦度在它们一 经植入后就一般不能修正，因此，病人一般必须求助于使用额外的矫正透 镜，如眼镜或隐形眼镜。植入的透镜很少更换透镜光焦度更不合适的一个。
上述问题的一个解决方案是光可修正透镜，这是一种在制造和插入人 眼之后其折射特性可以改变的光学器件。这种透镜在国际申请 PCT/US99/41650中详细描述，该申请是在1999年10月13日提交并在2000 年7月20日公开，其公开内容合并于此作为参考。光可修正透镜具有设置 在聚合物基质(matrix)内的折射调制组合物。在透镜植入眼镜中一到四周且 已经发生折射率稳定之后，测量预先存在的光学像差或由外科手术导致的 像差。为了矫正这些光学像差(例如，球差、象散、prism等)，相应的照 射量施加到光可修正透镜上，该透镜通过改变其形状、其折射率、或二者 来改变其光学特性。在透镜各部分曝光于一次或多次照射而选择性并空间 上修正其折射能力之后，照射整个透镜，从而将其固定成(lock in)修正的透 镜。
具有现场修正植入的可修正人造晶状体的折射特性的足够强度的照射 源或是相干光源，如激光器，它会通过产生聚焦到视网膜上一点的高强度 而潜在地对视网膜造成永久损害；或是大功率非相干光源，它必须以1/1000 量级被衰减，以避免对眼镜的损害。于是，存在对例如在透镜植入眼睛中 之后现场改变人造晶状体的辐射源的需求。
也需要更精确地改变透镜，以便更准确补偿剩余像差，并需要确保固 定照射将在病人的虹膜之后照射透镜，在该处虹膜未完全张开。

本发明提供了一种方法和器械，以便用适宜的辐射量和空间上限定的 强度模式照射人眼内侧的光可修正透镜。与在此描述的结构相类似的实施 例也可以用在其他用途中照射光可修正透镜材料。例如，本发明可以在矫 正其他类型的光学系统(例如：显微镜、望远镜、摄像机镜头、体内的、 顾客定制的人造晶状体、以及顾客定制的隐形眼镜等)中用作像差共轭器 (conjugator)。植入后通过精确照射光可修正透镜来矫正病人的视力，病人在 术后不必佩戴眼镜。当然，丧失适应能力的年老病人会期望佩戴某种用于 近视的矫正眼镜。根据本发明的实施例，在植入并且为了发生折射稳定而 等待所需的时间(1到4周)之后，在照射之前、照射过程中以及在照射之 后测量眼睛的象差。照射源精确地对准眼睛的视线(LOS)轴，精确控制照射 的强度和持续时间，并且控制和监测照射强度的模式。在此提供了一种对 医生来说便于使用且对病人较友好的方法和器械。
可能需要各种形式的矫正，如球差、象散和高阶像差(例如，彗差、 trefoil、三阶球差等)。将需要不同的照射量和模式来矫正病人的视力。从 而，在以透镜修正辐射来照射光学系统中的光可修正透镜的方法和器械中， 本发明提供了一种改进，其包括：测量包含透镜的光学系统(例如眼睛) 的像差(包括预先存在的像差和由外科手术和伤口愈合造成的像差)并对 准改良辐射源，以便将照射以空间上限定的强度模式撞击到透镜上，该空 间上限定的强度模式将使像差消除。对照射的强度和持续时间的控制就控 制了照射的大小。在透镜受照射的同时控制并检测模式。
本发明的特定实施例提供了用于照射光可修正人造晶状体的能量源。 用于修正光可修正透镜的有用的照射源是脉冲UV激光器和弧光灯；以及连 续波(CW)UV源，如弧光放电灯、CW激光器或CW LED。在本发明一 个实施例中，提供了用于照射透镜的扩展的紫外(UV)光源，例如UV发 光二极管(LED)。UV LED的输出特性使得这个光源对本用途来说是有吸 引力的，这是因为它们不能聚焦成一个光点，并且在总的强度输出上可得 以控制。这些特征都对眼睛结构提供了较小的潜在风险。
根据本发明另一实施例，产生修正光，并以补偿像差的模式投影到光 可修正透镜上，该模式例如为相位与所测得的像差相反的那种。在这个实 施例的特定形式中，UV垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列用来产生 UV强度模式，并将其投影到光可修正透镜的表面上。这种结构提供了如下 优点，即：光学系统较小、较轻、在产生不同的照射强度模式方面更通用、 并且比其他UV光栅(patterning)系统更简单；光学效率高于其他系统，产生 较少热量；且照射源的工作寿命较长。
根据本发明另一实施例，修正光的模式是利用具有预定强度分布的 apodizing滤光器实现的，在再一实施例中，可以使用空间光调制器(SLM) 或数字反射镜器件(DMD)。这种器件已经用在LASIX工艺中，以修正原始 的透镜，但是它们用在为光可修正透镜的折射调制组合物提供修正光的图 案中是独特的。在任何情况下，用于矫正测得的光学像差而产生的所需光 模式可以利用例如来自于Shack-Hartmann传感器的波振面传感器反馈而获 得。这种与可变形反射镜(DM)一同使用的传感器已经广泛用于校正天文望 远镜的像差，其在本发明中使用是独特的。
一旦光可修正透镜被修正到理想程度，透镜的光学特性通过用适当波 长的光照射整个透镜来光固定(photolock)，以便平均并完整地光聚合化光可 修正透镜中剩余的折射调制组分，即，有效地去除改变折射的驱动力。
另外，在光可修正人造晶状体的固定照射中的其他特定方面是在病人 的虹膜之后照射晶状体的能力，在该处虹膜没有完全张开。根据本发明另 一实施例，角度(gonio)透镜用于克服这个问题。角度透镜最初开发来在虹 膜之前或之后以非常大的角度观察。它也用于观察视网膜的否则会被眼睛 结构遮挡的各部分。它用在本发明中以固定光可修正透镜的折射修正是独 特的。
上面已经非常广泛地概括了本发明的特征和技术优点，以便可以更好 地理解随后的详细描述。上面、以及下面将描述的本发明的其他特征和优 点构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应理解到所公开的概念和 特定实施例可以轻易用作修正或设计其他用于实现本发明相同目的的结 构，本领域技术人员也应认识到这种等价结构并不背离如所附权利要求书 中描述的本发明的精髓和范围。在参照附图考虑时，被认为是本发明的特 性的新颖特征，不论是其结构还是其操纵方法，与其他的目的和优点一同 将会从下面描述中得以更好理解。然而，应清楚地理解到每一附图是为了 图示说明和描述的目的而提供，并不意在作为本发明界限的定义。

图1是本发明透镜的示意图，该透镜在中心处被照射，随后整个透镜 被照射，从而固定成修整的光焦度；
图2是不带内部对准元件的照射系统的一个示例的示意图；
图3是为外科显微镜构型的照射系统的一个示例的示意图；
图4是为狭缝灯构型的照射系统的一个示例的示意图；
图5是用于通过掩膜在光可修正透镜上成像的光学结构的一个示例的 示意图；
图6是Shack-Hartmann波阵面传感器的实施例的示意图；
图7a和7b分别是Shack-Hartmann波振面传感器的侧视图和俯视图；
图8示出UV发光二极管的光谱输出；以及
图9a和9b示出UV发光二极管的机械描述和照射模式；
图10a和10b是用于矫正光可修正透镜的光焦度的照射分布曲线的示 例；
图11是可用在本发明中的垂直腔表面发射激光器的示意图；
图12是可用在本发明中的角度透镜；
图13是可用在本发明中的诺模图，其具有“礼帽”形强度分布曲线；
图14是用在本发明中的另一诺模图；以及
图15是用在本发明中的另一诺模图，其具有“礼帽”形强度分布曲线。

通常，光可修正透镜包括第一聚合物基质和其中设置的折射调制组合 物。第一聚合物基质形成光学元件框架，并一般是造成其多种材料特性的 原因。折射调制组合物可以是单个化合物或各化合物的组合，其能够刺激 诱发聚合，优选地是光聚合。如在此所用的，术语“聚合”指一种反应， 其中折射调制组合物的各组分中的至少一种起反应而形成与类似组分或不 同组分共价或物理键合中至少一种。第一聚合物基质和折射调制组合物的 特性(identity)取决于光学元件的最终用途。然而，作为普通规则，第一聚合 物基质和折射调制组合物选择成使得构成折射调制组合物的组分能够在第 一聚合物基质内扩散。换句话说，松散的第一聚合物基质趋于与较大的折 射调制组合物组分配对，而紧密的第一聚合物基质趋于与较小的折射调制 组合物组分配对。
在曝光于适当的能源(例如热或光)时，折射调制组合物一般在光学 元件的曝光区域内形成第二聚合物基质。第二聚合物基质的存在改变了光 学元件这个部分的材料特性，从而调制其折射能力。在曝光之后，未曝光 区域内的折射调制组合物经过一定时间后迁移到曝光的区域中，导致膨胀 反应或变形。折射调制组合物迁移到曝光区域中的量与时间有关并可以精 确控制。如果容许足够长时间，折射调制组合物将再次均衡，并再次遍布 光学元件(即，包括曝光区域的第一聚合物基质)中。当该区域再次暴露 于能量源时，已经迁移到该区域(如果允许折射调制组合物再次均衡的话， 其可能较小)内的折射调制组合物聚合，而进一步增多第二聚合物基质的 形成。这个过程(曝光，随后以适当的时间间隔以允许扩散)可以重复， 直到光学元件的曝光区域达到理想的特性(例如，光焦度、折射率或形状) 为止。此时，整个光学元件暴露于能量源，以便通过聚合剩余的折射调制 组合物来“固定”成所需的透镜特性，其中剩余的组合物是在该组合物迁 移到曝光区域之前处于曝光区域之外的组合物。换句话说，由于可自由扩 散的折射调制组合物不再存在，随后的光学元件暴露于能量源不能够进一 步改变其光焦度。上面的取自国际申请PCT/US99/41650的图1示出折射调 制(由此透镜光焦度调制)，随后固定。
示例性实施例的照射系统包括若干主要部分：1)照射源；2)射束强度 成形器；3)射束传导系统；4)对准方法；5)标定元件；6)诊断元件； 以及7)固定元件。下面将详细描述每一个。
照射源
照射源必须与被照射材料的感光性兼容。在这个示例中，光聚合物/光 引发剂系统对波长在325nm和380nm之间的UV照射敏感，因此照射源是 UV源。UV源可以是激光器、发光二极管、或各种具有UV光谱的灯。照 射源可以是连续波的(CW)或脉冲的。在这个示例中照射源是CW水银弧 光灯，其配备有干涉滤光片，以产生以365nm±10nm为中心的光束(全宽全 极值(FWFM))。其他适用于本系统的方法在“用于照射可修正的可植入透镜 的方法”的标题下进行更全面描述。
射束强度成形器
射束强度成形器的特性取决于所用照射的类型，如电子束、微波、射 频、声、或光。由于照射源是弧光灯，因此在这个示例中将使用光学透镜 和变迹(apodizing)滤光片。本方法可以提供可定制模式的照射，从而在光 可修正透镜中产生定制的折射变化。变迹的(Apodized)图案可以利用若干方 法产生，并采取不同形式。例如，所需的透射图案可以是在照相软片上成 像的或利用图案生成机器光化学蚀刻到衬底上的静态掩膜图案，或者利用 化学气相淀积(CVD)施加到适当衬底上的铬。这种类型的静态图案或是连续 的或是阶(half tone)结构。另外，所需的图案可以是动态的，如通过适当的 空间光调制器(SLM；例如液晶显示器(LCD)或数字反射镜器件(DMD)) 产生的那种、旋转或平移的图案；或任何其他方法，以动态改变曝光照射 的强度分布曲线或积分时间。一些激光器本身是apodize的，并可以不需进 一步强度调制，以用来校正光可修正透镜的光焦度或象散。如在一个实施 例中描述的，使用照相软片掩膜。照相软片放置在两个载玻片之间，以在 UV投影系统中产生与传统幻灯机类似的3-D强度分布曲线。主要部件是 UV光源、聚光光学器件、象场透镜、apodizing滤光片、以及投影光学器 件。用来产生照射分布曲线的方法在“用于产生辐射强度分布曲线的方法 “标题下进行更全面描述。
用于产生空间上限定的、可变的强度图案的另一种潜在照射源是UV 垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。与使用静态掩膜或动态光调制器(例如 LCD或DMD)相反，VCSEL阵列只需要激光器阵列、透镜矩阵、和投影 光学器件。从而，优点为成本低和简单。受控的VCSEL激光器2-D阵列 取代掩膜或SLM，以及光源及其相关的聚光光学器件，以便照射光可修正 透镜或薄膜。使用UV垂直腔表面发射激光器(VCSEL)构成本发明的一个实 施例，并且在UV-VCSEL图案发生器标题下进行更全面描述。
射束传导系统
射束传导系统取决于所传导的射束类型。在这个示例中，UV束被传导， 从而使用UV可透射的光学器件。图2、3和5所示的示例共同称为临界照 明系统。在这些示例中，聚光透镜将积分器(例如光导)的输出在apodizing 滤光片上成像。干涉滤光片放置在光学系统中，以将光过滤成所需波长。 场透镜用于重定向光学系统的主光束，以使自积分器的光损失最小。物镜 将apodizing滤光片(强度图案)成像到光可修正透镜上。另一种形式的照 明被称为Kohler照明，在此照射源(光导的输出孔)成像到物镜，且不存 在场透镜。可以使用任一种类型的照明结构。在投影系统的另一实施例中， 可以从光学配置中去除聚光透镜，并将适当的散射元件(例如全息散射元 件)放置到apodizing滤光片附近，以提供入射到掩膜上的均匀场(例如平 顶的射束强度分布曲线)。然后，利用上述投影系统，投影光学器件将 apodizing滤光片成像到光可修正透镜上。
对准方法
没有内部对准元件的照射系统的示例在图2中示为用在兔子10的眼睛 上。从弧光灯12输出的光通过球形反射镜16发射到积分器(在这种情况 下，为中空液体填充波导形式的光纤14)。积分器的输出产生均匀的场(即， 平顶的强度分布曲线)。光导的平顶输出聚焦到管18中包含的光掩膜发生 器上，以产生所需的照射图案。在这个图示中，兔子的头部固定到具有支 架22的平台20上。光学器件镜筒18借助于微调夹具26连接到支臂24上， 支臂24从支架22伸出，并通过粗调夹具28固定到支架22上。所需的照 明/掩膜图案取决于光可修正透镜中所需的折射变化以及材料与照射的相互 作用。这个关系将是我们称为诺模图的数学描述。
对准方法包括照射图案在光可修正透镜上的精确设置。在这种情况下， 光可修正透镜为植入眼镜中的人造晶状体。人类病人或其他对象的两个最 合适的姿态是躺在桌子上，如图3中躺着的兔子10所示，和坐在椅子上， 如图4中病人30所示。参照图3，通过光掩膜发生器管18引导的来自光源 光纤14的UV光由反射镜32转向到分束器34，并从分束器到达兔子的眼 睛。分束器34使得可以对兔子所植入的光可修正透镜进行观察，并可以通 过与分束器34垂直对齐的外科显微镜36进行手术。
参照图4，如果病人坐在椅子上，他或她的头放置在头靠38上，该头 靠38支撑下巴和前额。通过光掩膜发生器管18导引的来自光源光纤14的 UV光由分束器40转向，并从该处到达病人的眼睛。分束器40与眼科狭缝 灯42一同工作，后者具有其自身的观察用光学器件(未示出)，并可以使 照射源与病人对准。
狭缝灯可以为多种结构中的任一种，包括手持式、便携式和桌面安装 式。在一定程度上所有都可应用。如果病人躺在桌子上，与图3中外科显 微镜36类似的结构是适当的配置。
一旦头部稳定固定，与照射源的光轴共同对准并等焦面的视频摄像机 或可视显微镜用来将投影的掩膜/强度图案与光可修正透镜对准。自角膜或 光可修正透镜反射的内部或外部光源可以用作角对准辅助措施，以将照射 源与光可修正透镜对准。反射可以是用视频摄像机、可视显微镜、或其他 传感器可检测到的。
为了补偿病人眼睛在照射治疗过程中的任何移动，提供了700～800nm 范围内的激光点光源形式的固定光，以供病人注视。这将确保治疗之前的 象差或传导到光可修正透镜上的光量(dose)沿着病人的视轴或视线轴 (LOS)。
标定元件
标定元件是监测照射光束的功率和/或强度分布曲线的传感器。分束器 用于提供测量光束的样本。对于简单的象差，诸如光焦度或象散，可以用 给定的掩膜/图案发生器来固定强度分布曲线，而不需要测量总的功率或曝 光时间。为了定制强度分布曲线，需要监控投射的强度分布曲线或曝光时 间。对于UV照射，UV CCD摄像机可以用来监控强度。
图2到4中管18内的用来将掩膜成像到光可修正透镜上的光学器件的 示例是图5的照明光学结构。来自光源46，例如液体填充的光学波导的UV 光44通过硅石光学器件引导，后者由PLCX-25.4-38.6-UV透镜48构成， 而该透镜48与PLCX-25.4-30.9-UV透镜50分隔开1mm，而PLCX- 25.4-30.9-UV透镜50在这个示例中与组合PLCX-25.4-46.4-UV透镜 组52间隔开215mm。UV光44穿过掩膜54，然后在可变空间56之后穿过 光路gradiumCPX-25-60透镜58，越过可变空间62而到达光可修正透镜 60。
诊断元件
在此描述的诊断元件用于测量照射之前、过程中和/或之后的光可修正 透镜的象差。很多器械都可以用来测量眼睛中的象差。用于确定病人眼镜 处方的同样器械可以用来测量光可修正透镜中的光焦度或象散偏差。存在 多种用来测量眼睛的光焦度或象散以及高阶象差的器械。现在使用的三种 最普通的波阵面传感器是以Schemer盘，Shack Hartmann波阵面传感器、和 Talbot干涉仪为基础的。下面在“波阵面传感器在能够制造后修正光焦度的 透镜中的应用”的标题下将更全面讨论波阵面传感器在光可修正透镜中的 应用。诊断元件可以为孤立的器械，或者它可以内置于照射系统中。在诊 断元件内置于照明系统中的情况下，诊断可以在照射期间更容易地进行。
在特定实施过程中：a)Shack Hartmann波阵面传感器用于测量眼睛中 的象差；b)然后参考光可修正透镜对照射响应的诺模图来确定矫正所测量 到的象差所需的强度分布曲线；c)所需的强度分布曲线反映到可编程掩膜 发生器(诸如数字反射镜装置)上；d)标定摄像机用于闭环操作中，来校 正数字反射镜装置，以便补偿投射光学器件中的象差或光源内的不均匀性； e)光可修正透镜被照射规定的时间段；以及f)在特定时间后，再次测量眼 睛中的象差，以确保进行了正确的矫正。如果需要的话，重复该过程，直 到矫正处于可接受的屈光界限内。
利用Shack-Hartmann波阵面传感器的示例性实施例在图6中示意性 示出。对于波阵面传感器的其他细节在图7a或8b的侧视图和俯视图中示 出。这对图给出这个示例性实施例的一些尺寸，如从Shack-Hartmann波阵 面传感器的侧视图和俯视图所示。
在图6的视图中，为了说明的方便，CCD成像路径绘在系统的一侧。 实际上，CCD摄像机64安装到系统的顶部。准直的波长780nm的激光束 66聚焦到视网膜上。CCD摄像机64或红色固定光68为医生提供了将 Shack-Hartmann波阵面传感器70与病人的LOS对准的能力。图象可以通过 相对于眼睛前后移动传感器来得以聚焦，这确保波阵面传感器在病人眼睛 的出射瞳孔处成像。激光66自视网膜反射，而离开的波阵面包含与眼睛的 象差相关的信息。利用Shack-Hartmann波阵面传感器测量人眼的象差的原 理在文献中得以清楚的记载，因此，在此仅仅给出简要描述。小透镜(Lenslet) 阵列72将自视网膜反射的波阵面分成多个子孔径，并然后测量波阵面相对 于理想的无象差波阵面的倾斜。然后，所测量的斜度用于重新构建带象差 的波阵面，由此它适于一组Zernike多项式，该多项式的各阶标示特定的光 学象差，而它相应的系数代表在屈光偏差中的象差大小。然后，可以分析 这些分量中每一个的严重性，并通过本发明的技术加以矫正。
固定元件
一旦校正了象差，就施加固定照射。固定照射可以或不可以用相同的 照射系统施加。在虹膜未完全张开的那些情况中，可能需要在虹膜之后照 射光可修正透镜。根据本发明另一实施例，角度透镜用于此目的，如在标 题“固定光可修正透镜的测量透镜”下将更全面描述的。
下面将提供各种实施例的其他细节。
用于照射可修正的可植入透镜的方法
用于照射光学元件，例如光可修正透镜的能量的一种形式是在 320nm～400nm范围内的UV辐射。例如，在325nm工作的氦镉(HeCd)激光 器或为在334和365nm处的放射谱线而光谱过滤的汞(Hg)弧光灯已经用在 本发明中。这些UV源，包括在355nm工作的三倍频率激光二极管激励的 固态YAG激光器、在350～360nm范围内工作的氩离子激光器、氘放电灯， 和与任意窄带光谱滤波器一同工作的宽带氙：汞灯可以用作对光可修正材 料和透镜进行UV照射测试的光源。
存在与这些光源中每一个相关的潜在的安全问题，当使用诸如激光器 的相干光源时，存在如下的可能，即，光源会聚焦到视网膜上的一点处， 并产生可以导致永久伤害的强度。从其不会聚焦到一个微小点(tight point) 上的角度来说，宽谱非相干光源例如弧光灯是引人注意的，但是，这些光 源确实具有足够的输出照射，以至于他们必须衰减1/1000那么大，来用于 照射光可修正透镜。从而，灯的不适当使用、机械或电气故障会导致将高 强度施加到眼睛结构上并随之造成损害。
更安全的光源将是不会聚焦到一点上并且仅具有足以曝光/照射人造晶 状体材料的功率的那种。虽然在其更宽的方面，可以使用产生0.1到 100mW/cm2的照射，根据本发明实施例，在350到380nm波长范围内，总 UV功率为0.6到0.8微瓦(mW)就足以产生所需的光焦度变化。考虑到光学 器件和角膜传输损失，在这个实施例中UV源总的所需功率大约为2.5到 3.5mW。对于6.0mm直径的透镜，功率源将在9.75到12.25mW/cm2的强度 下照射。
根据本发明，UV LED可以是适当的用于照射光可修正透镜的能量源。 例如，可以使用市场上可购买到的UV LED，其具有以370nm为中心的0.75 到1mW的输出功率，同时全宽度半光谱带宽为±10nm。商业上可获得的UV LED是扩展源，它可以聚焦到足够小的尺寸上，以耦合到液体填充的光学 滤波器中。光谱输出如图8所示。对机械封装和来自UV LED的照射分布 曲线的描述在图9a和9b中示出。从卖主(Sander电器公司)规格说明书中 获得的UV LED的光学和电气特性在表1中给出。
表1
绝对最大定额(Ta＝25℃) 符号 单位 HR370A  HR370B DC正向电流 IF  MA 15  15 脉冲正向电流 IFP  MA 30  30 反向电压 VR  V 5  5 功率耗散 PD  MW 45  45 工作温度 Topt  ℃ -30....+80  -30....+80 存储温度 Tstg  ℃ -40....+100  -40....+100 1)脉冲宽度最大值10毫秒，最大负荷率1/10 HR370A 光电特性(Ta＝25℃) 符号 单位  条件 Min  典型 Max DC正向电压 VF V  IF＝10mA -  3.9 - DC反向电流 IR MA  VR＝5V -  - 光功率输出 PO MW  IF＝10mA -  1000 - 峰值波长 Λ Nm  IF＝10mA -  370 - 光谱半宽度 Δλ Nm  IF＝10mA -  12 - HR370B 光电特性(Ta＝25℃) 符号 单位  条件 Min  典型 Max DC正向电压 VF V  IF＝10mA -  3.9 - DC反向电流 IR MA  VR＝5V -  - 光功率输出 PO MW  IF＝10mA -  750 - 峰值波长 Λ Nm  IF＝10mA -  370 - 光谱半宽度 Δλ Nm  IF＝10mA -  12 -
在一个实施例中，2到10个UV LED耦合到5mm直径光纤中。在另一 实施例中，4到8个UV LED耦合到5mm直径光纤中。UV LED可以按需 要添加或减少，以在植入眼睛的光可修正透镜中产生安全并足够的功率水 平。
在特定示例中，光可修正透镜植入病人眼睛中，并且使得眼睛的折射 可以后处理，以固定化。利用标准的折射技术和/或波阵面传感器对病人眼 睛进行象差分析。利用眼睛测得的象差的知识以及先前导出的诺模图可以 计算利用UV LED作为光源校正光可修正透镜以校正病人的视力所需的照 射分布曲线和剂量。
UV LED是合适的安全光源，以用于照射系统，用来修正病人内的光可 修正透镜的光学特性。它具有有限的亮度和有限的大小。最大可能的辐射 将保持低于美国国家标准化组织(ANSI)指南，并且光可修正透镜上的光 点的最大尺寸将是光纤输出的图象。
用于产生光照射强度分布曲线的方法
取决于光可修正透镜的配方，暴露于适当频率的光将导致折射调制组 分扩散到被照射的部分中，在透镜折射率中产生相应的变化(图1)。光可 修正透镜的光焦度的主要变化是由于受影响区域内的膨胀或收缩而造成 的。虽然，由于封闭的热动力系统，如光可修正透镜的折射率正比于单位 容积的颗粒数量，而也可能发生折射率的一些局部变化。例如，如果透镜 以如图14所示的分布曲线照射，那么在照射区域内的分子将聚合，而在照 射的和未照射的区域之间产生化学潜能的差异，在照射的和未照射的区域 之间有效地建立扩散梯度。为了再次建立热动力平衡，未曝光区域内地折 射调制组分朝向产生局部化膨胀的中心扩散，且透镜光焦度增大。如果透 镜用如图15所示的图案照射，那么，分子将从透镜的中心部分扩散出去， 在透镜中心内的光焦度中有效地产生降低。由于透镜边缘的边界条件、横 跨透镜的厚度不均匀性、以及有可能的透镜材料对照射的非线性响应，膨 胀不必要是照射的线性函数。对每个病人，照射分布曲线、振幅和暴露时 间必须定制，以在IOL中产生正确量的变化。这包括IOL光焦度变化、象 散、球差和其他不规则性。这称作定制照射。
根据本发明实施例，空间光调制器可以用于为包括折射调制组合物在 内的组合物产生定制的照射强度分布曲线，其中照射调制组合物散布在， 例如IOL的聚合物基质中形成透镜。空间光调制器可以是本领域技术人员 所公知的任一种。在一个实施例中，空间光调制器是液晶显示器或数字光 处理器。
例如，在光谱的UV、可见、近红外部分内的电磁辐射可以利用与商业 视频/计算机投影系统中相类似的投影系统轻易地投影到透镜上。然而，这 些投影仪利用液晶显示器或数字光处理器，来取代投影仪中使用的薄膜。 液晶显示器可以以透射或反射模式工作。由于它们旋转光的偏振平面，必 须在光学系统中包括有偏振的光和分析器。
数字光处理器一列微小的矩形反射镜构成，一般是一侧为17微米。它 们不调制光束强度，而是调制光束落在屏幕上的时间。微小反射镜以60kHz 的速率倾斜±10度。如果反射镜致动为开位置，那么撞击到反射镜上的光被 反射到投影透镜上。如果反射镜未处于开位置，光反射到光束收集器，而 不会使其到达屏幕。对于60kHz帧中每一帧，每个反射镜或开或关，从而 反射镜致动是二元的。为了均匀照射到数字光处理器上，施加到透镜上的 能量强度分布曲线正比于每个反射镜致动的次数，而不正比于光束的强度。
利用恒定入射强度和空间改变曝光时间的方法具有若干优点：a)它避 免了产生强度阈值水平(产生任何效果的最小照射水平)之下的曝光水平； b)它避免了必须补偿相对强度水平的材料效能；以及c)它使得更容易产生 诺模图(描绘IOL相对于光强度、分布曲线和持续时间响应的曲线)。
在另一实施例中，感光板或胶片用于传统投影型系统中，以将照射图 案投射到IOL上。作为示例，图10b示出来自水银灯的365nm光线在通过 apodizing掩膜(图10a)投射光纤输出之后的光束分布曲线，其具有 $1-\frac{r^2}{r_{\max }^2}$ 光强度分布曲线。根据这个实施例，这种强度分布曲线用于光可修正透镜 的照射，并在透镜中产生理想的光焦度变化。每个不同的强度分布曲线需 要新的、单独掩膜放置在投影系统中。
通过利用液晶显示器或数字光处理器产生定制的照射强度分布曲线， 可以消除制造定制的照相掩膜的时间和成本。每种定制的照射强度分布曲 线可以在计算机屏幕上产生，并然后传递到液晶显示器或数字光处理器投 影仪中。计算机屏幕上的可变图案可以用表示三维强度分布曲线图的公式 产生。公式的参数可以由用户或医生利用病人的屈光或诺模图加以改变。 医生也可以基于自身的经验对图案/公式加以调整。在一个实施例中，可以 利用病人的屈光加上波阵面分析系统来计算照射强度分布曲线的形状，以 用于定制IOL的照射。
作为示例，这个实施例中的过程通常包括在前晶状体囊中形成一个切 口，以去除白内障的晶状体，并在该位置处植入光可修正透镜。在伤口愈 合且随后折射稳定化之后，眼睛的像差或是通过传统折射技术(散焦和象 散)测量，或是通过波振面分析(散焦、象散、彗差、球差和其他高阶像 差)和/或角膜地形图(对于高阶像差)。在外科手术后的愈合以及折射稳定 之后，像差及其在眼睛中的空间分布的知识使得病人的视力可以通过代表 光可修正透镜对特定波长、强度分布曲线和周期的光的响应的诺模图来加 以矫正。在眼睛中像差的类型、大小、和空间分布确定之后，这个信息送 入到计算机程序中，该信息与输出光的矫正强度分布曲线以及光的周期的 诺模图一同工作。然后，所需的强度分布曲线的信息送入到数字光处理器， 以控制各个反射镜，后者最终确定数字光处理器/投影系统的输出，并且图 案投影到光可修正透镜上。一旦光可修正透镜被照射，就发生折射调制组 分向曝光区域扩散，眼睛再次曲折。如果需要进一步修正光可修正透镜， 则重复使用诺模图和数字光处理器图案发生器的过程。一旦所需的像差已 经得以矫正，则整个透镜被照射，以便光固定透镜，有效地阻止光可修正 透镜中进一步扩散和由此而产生的折射变化。
在另一实施例中，数字光处理器用于为光可修正透镜的UV照射产生 照射图案/掩膜的目的。商用数字光处理器投影仪(如infocus公司销售的、 可以购买到的那种)，光学器件和光源可以去除，并且代之以UV光源和透 镜系统。可以更换光学器件和光源，以照射测试IOL。为MatLab(用于解 决数学问题并产生曲线图象的商用计算机程序)或其他曲线程序产生脚本， 以观察三维强度分布曲线和这些分布曲线的二维强度投影。然后，计算机 可以连接到改进的商用投影仪上，并可以用计算出的分布曲线照射测试 IOL。平面盘片和透镜可以由光可修正透镜材料制成，并以各种图案、强度 等级、和曝光时间照射，以产生一个或多个照射诺模图。典型的强度图案 可以类似于( $1-\frac{r^2}{r_{\max }^2}$ )或高斯分布(其中，r是IOL上视力区的半径)。典型的 强度等级的范围从2到10mW/cm2，而典型的曝光时间的范围从10到60秒。 病人的折射数据可以与诺模图一同使用，来校正IOL内的光焦度和象散。 对于高阶像差，如球面像差和彗差，需要波阵面传感器，尽管消耗更多时 间，但是可以使用标准的折射技术来测量球差。
诺模图的示例
这个固定照射的示例为礼帽形强度分布曲线(图13)。这种类型的分布 曲线的显著特征是平均量的强度施加到透镜上。作为另一示例，光固定强 度(I)分布曲线可以是与方程 $I=I_0(1-\frac{r^2}{r_{\max }^2}),$ 如图14所示，其中I0是光束的峰 值强度，r是横跨透镜的半径，而rmax是透镜上象束的半径。这种分布曲线 可用于UV吸收添加剂设置在光可修正透镜中以保护视网膜的情况。由于光 可修正透镜横跨其直径具有可变化的厚度，因此，UV吸收物质添加到光可 修正透镜中可以防止固定照射到达透镜的后部。这种情况会导致折射调制 组分从光可修正透镜的后部向光可修正透镜的前部扩散。这种行为具有平 整化后表面的效果，有效地改变透镜的光焦度。通过将 $I=I_0(1-\frac{r^2}{r_{\max }^2})$ 分布曲 线以足够的强度施加到光可修正透镜上，来完全穿透光可修正透镜的中间 最厚部分和较薄的边缘，可以实现光固定。
治疗诺模图其最简单的形式代表一xy图，该图是相对于照射剂量绘出 的屈光能力变化。为满足这些需求而形成的响应表为诺模图。对于简单的 光焦度校正，诺模图仅为xy图上的曲线。作为治疗诺模图的示例，24个光 可修正透镜(名义光焦度为+20D)由重量上70％的交联硅树脂衬底、重量 上30％的甲基丙烯酸酯封端的聚二甲基硅氧烷(methacrylate endcapped dimethylsiloxane)的折射调制组分以及重量上1％的光引发剂(关于光可修正 透镜组分的进一步细节参照PCT/US99/41650)。第一组8个透镜用图5中所 示的投影系统以及图15所示的光束强度分布曲线以10mW/cm2每个照射30 秒，第二和第三组8个光可修正透镜利用与第一组8个相同的投影系统、 强度分布曲线、以及强度条件照射，而第二组以间隔5秒的两个30秒曝光 照射，第三组以间隔5秒的三个30秒曝光照射。照射后24小时，光可修 正透镜系统达到热动力学平衡，这可以依据光可修正透镜的光焦度变化稳 定确认。这些实验的结果示于表1中。
表1 强度(mW/cm2)  照射时间(秒) 强度图案 照射后24小时 的ΔD(屈光度) 10  1×30 图15 -0.66±0.02 10  2×30 图15 -1.82±0.08 10  3×30 图15 -2.65±0.13 5  2×30 图14 +1.04±0.15
作为正光焦度变化的示例，8个光可修正透镜(名义光焦度+20D)用 与上述透镜相同的组分制造。这8个光可修正透镜利用个间隔开5秒的2 个30秒的剂量和图14所示的强度图案暴露于5mW/cm2，这些实验的结构 和24小时后最终光焦度变化列于表1中。
UV-VCSEL图案发生器
VCSEL可以是单元件激光器、一维阵列或二维阵列。每个激光器元件 从顶面以狭窄的锥形光束发射几乎为正方形的激光束。对这些装置的大部 分研究在于通信用途的近红外光。为了扫描和探测图象，研制了一些可见 光阵列。用于二维阵列的占空因数由于导引所需的空间而一般较小。透镜 阵列可以放置在VCSEL阵列的顶部，以获得大于90％的占空因数。这些激 光器具有非常高的调制频率。如果控制激光器的强度过于困难，则曝光中 的能量可以通过脉宽调制或其他调制方法加以控制。通过空间上控制每个 激光器中的强度或平均能量，可以产生有效的光束强度分布曲线。然后， 这个图案/分布曲线成像到光可修正透镜或薄膜上，以产生所需的折射图案。 优点在于直接和瞬时或几乎瞬时控制照射图案以及增强图案二者的结合。
由于相同的光束分布曲线变化可以用多种类型的可能空间光调制器和 标准的显示或投影光学器件来实现，因此当照射系统与波阵面传感器以及 一些类型的观察和视频能力相结合时，这个实施例的UV-VCSEL的衍生 物在封装的简单性和尺寸方面是更重要的。
VCSEL已经在(其他波长的)成像和扫描用途中得以应用，但是未用于 照射光可修正透镜或薄膜。这种UV-VCSEL阵列在2001年3月的 photomiss Spectra第30页中有所描述，在此引入作为参考。
参照图11，在VCSEL中，光垂直传播，而不是横向通过结构。通过 这种取向，激光器腔室可以生长以匹配激光的波长。通过这种小腔室，装 置的增益带宽可以仅支持单纵向模式。在这个特定的VCSEL中，氧化物层 直接在激光器腔室之上和之下生长，从而提供增益和导向该装置的指向 (index)。
固定光可修正透镜的角度透镜
根据本发明的实施例，角度透镜用于通过照射光可修正透镜中的由虹 膜遮挡的部分来固定光可修正透镜。这个实施例的优点在于它可以轻易将 照射以较大的角度发出，以达到透镜中遮挡在虹膜后面的部分。
角度透镜一般为一块玻璃，其在一端具有精密匹配眼睛的曲率半径的 半径。凝胶或粘弹性材料用作指标匹配流体，以消除或极大减小角膜的光 焦度。在另一端透镜允许直接观察视网膜。有刻面的(faceted)反射镜在该块 玻璃的一侧上抛光，这使得可以观察眼睛的各侧，或是虹膜之上或是虹膜 之下。单独的透镜放置在刻面之上，用于将激光聚焦到眼睛内侧，或辅助 其他光学器械的聚焦。由于眼睛的区域在刻面和刻面形成到一起的地方之 间错过，角度透镜旋转以提供完整的覆盖范围。在角度透镜的这项用途中 出现同样的错过。从而，角度透镜必须旋转，以提供虹膜之后的固定照射 的完整覆盖范围。
角度透镜与1到4个刻面一同提供。在这个实施例中，选择4-反射镜 角度透镜，这是由于它给出最好的光覆盖范围，并且需要最少量的照射来 获得完整的覆盖范围。图12示出4-反射镜的角度透镜，每个反射镜处于 62°。四个62°反射镜给出360°视界，由此仅通过透镜稍微转动，得到360° 的前房投影角。这种角度透镜可以从Opt电子器件S.A.医疗分部获得、型 号为04GFA，或者为Thorpe 4反射镜角度激光透镜，型号为OT4Mga。可 以使用其他四个反射镜构型，如Ritch Trabeculopasty激光器透镜，型号为 ORTA，以及单个反射镜或两个反射镜透镜。示例为Magic View角度激光 透镜，型号为OmVGL，和单反射镜角度激光透镜，型号为OSNGA，二者 具有单个62°反射镜；以及两个反射镜的角度激光透镜，型号为02MA，其 具有两个相对的62°反射镜。角度透镜使得来自照射源的均匀光线到达眼睛 中虹膜之下，而到达光可修正透镜的边缘，实现透镜的整个固定。
概述
虽然本发明及其优点已经详细得以描述，应理解的是在不背离所附权 利要求书限定的本发明精髓和范围前提下可以对其作出各种变化、替换和 变型。此外，意图并不在于本申请的范围限定在说明书中所描述的过程、 机器、制造、物质组分、装置、方法和/或步骤的具体实施例中。如本领域 技术人员可以从本申请的公开内容中轻易理解到的，根据本发明可以利用 与在此描述的进行基本相同功能或实现基本相同结果的目前存在或以后开 发的各种过程、机器、制造、物质组分、装置、方法或步骤。于是，所附 权利要求书在其范围内包括这种过程、机器、制造、物质组分、装置、方 法或步骤。