KR20190040681A

KR20190040681A - 다초점 인공 수정체

Info

Publication number: KR20190040681A
Application number: KR1020170130106A
Authority: KR
Inventors: 황호식
Original assignee: 황호식
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-04-19
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: KR101979886B1

Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 다초점 인공 수정체에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 백내장 수술용 또는 시력 교정용 평광 지향 플랫 렌즈 타입 및/또는 메타 렌즈 타입 다초점 인공 수정체를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 입사 광선의 편광 상태에 따라 일부의 빛을 볼록 렌즈로서 초점 거리 +f에 모아주고, 다른 일부의 빛을 오목 렌즈로서 초점 거리 -f에 발산시켜주는 편광 지향성 플랫 렌즈; 및 상기 편광 지향성 플랫 렌즈의 일면 또는 타면에 부착된 볼록 렌즈를 포함하고, 상기 편광 지향성 플랫 렌즈 및 상기 볼록 렌즈의 결합에 의해 적어도 두개의 초점 거리 f1 및 f2가 형성되는 다초점 인공 수정체를 개시한다.

Description

다초점 인공 수정체{Multifocal intraocular lens}

본 발명의 다양한 실시예는 다초점 인공 수정체에 관한 것이다.

일반적으로 사람의 눈은 카메라의 구조 및 기능과 매우 흡사하여 눈동자의 후방에는 볼록 렌즈 형상의 투명한 조직으로 이루어진 수정체가 있어 카메라 렌즈의 기능을 하게 되는데 이러한 수정체가 노화, 외부로부터의 손상, 당뇨병, 각종 약물의 부작용, 방사능 조사, 각종 유해 전자파에의 노출 등의 요인으로 인해 뿌옇게 혼탁해져 시력 저하를 유발하는 질환을 백내장이라고 한다.

백내장의 치료에는 약물 치료에 의한 방법과 수술에 의한 치료 방법이 이루어지고 있는데 시중에 여러 가지 약물 치료 방법이 있기는 하지만 현재까지 약물 치료로는 수술적 치료를 대체할 수 있는 효과를 기대할 수 없는 상태로서 결국 백내장의 치료는 궁극적으로 수술적인 치료 방법에 의존하고 있는 실정이고 발전 방향도 주로 수술적인 측면을 따라 이루어지고 있다.

이러한 백내장의 수술 방법은 크게 두 단계로 이루어지며, 먼저, 혼탁한 수정체를 제거하는 단계와 망막에 초점을 맺게 해주는 수정체의 기능을 대체하는 인공 수정체를 이식하는 단계로 나눌 수 있는데, 일반적으로 시술되는 백내장 수술 방법은 혼탁해진 수정체를 초음파 유화술 등의 방법으로 적출한 다음, 소정 형태의 인공 수정체를 안구 내에 삽입하게 되는 외과적 수술 방법이 행해지고 있다.

여기서, 일반적인 인공 수정체는 단초점으로 제작되어 원거리의 시력은 만족할 만큼 개선되지만, 근거리에 초점을 잡기 위해서는 돋보기의 도움이 필요하다. 반면, 다초점 인공 수정체는 이같은 백내장 수술의 단점을 보완한 것으로 인공 수정체에 여러 초점이 맞추어지도록 제작한 것으로 수술 후에도 안경 없이 원거리와근거리를 모두 볼 수 있도록 개선한 것이다.

이러한 인공 수정체는 삽입 위치에 따라 전방 삽입 렌즈와 후방 삽입 렌즈로 분류될 수 있고, 삽입 시 반으로 접힐 수 있는 지의 여부에 따라 경성과 연성 인공 수정체로 나눌 수 있으며, 경성 인공 수정체는 일반적으로 PMMA(Polymethyl methacrylate) 재질을 사용하고, 연성 인공 수정체는 일반적으로 실리콘 재질 혹은 아크릴 재질로 제조되는 경우가 많다.

이중 현재 사용되는 대부분의 인공 수정체는 후방 삽입 렌즈로, 수술 시 대략 3mm 정도로 각막이나 공막을 절개하여도 안구 내로 삽입될 수 있도록, 대략 3mm 미만으로 접힐 수 있는 연성 재질의 인공 수정체가 대부분 사용되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 인공 수정체 및 백내장 수술 방법은 인공 수정체를 삽입하기 위해 각막의 절개 길이가 대략 3mm 이상이어야 함으로써, 수술 후에 난시가 발생할 확률이 높았다.

더욱이, 종래의 다초점 인공 수정체는 광학적/기구적인 구조로 회절 기능과 굴절 기능을 조정하여 원거리와 근거리 모두 잘 보이기에 한 것으로, 그 기구적/물리적 구성의 한계로 인해 눈부심이나 불빛 번짐 현상이 심한 문제가 있었다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 백내장 수술용 또는 시력 교정용 다초점 인공 수정체를 제공하는데 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 필름 또는 박막 형태의 편광 지향성 플랫 렌즈(polarization directed flat lens)와 볼록 렌즈, 또는 편광 지향성 플랫 렌즈와 메타 렌즈(meta lens)를 결합하여 새로운 형태의 플렉시블 다초점 인공 수정체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체는 입사 광선의 편광 상태에 따라 일부의 빛을 볼록 렌즈로서 초점 거리 +f에 모아주고, 다른 일부의 빛을 오목 렌즈로서 초점 거리 -f에 발산시켜주는 편광 지향성 플랫 렌즈; 및 상기 편광 지향성 플랫 렌즈의 일면 또는 타면에 부착된 볼록 렌즈를 포함하고, 상기 편광 지향성 플랫 렌즈 및 상기 볼록 렌즈의 결합에 의해 적어도 두개의 초점 거리 f1 및 f2가 형성되도록 한다.

상기 편광 지향성 플랫 렌즈는 상기 볼록 렌즈의 내측에 위치될 수 있다.

상기 볼록 렌즈는 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)으로 형성될 수 있다.

상기 편광 지향성 플랫 렌즈는 서브스트레이트; 및 상기 서브스트레이트의 일면에 증착되어 공간적으로 기하학적 위상 쉬프트를 변화시키는 3차원 패턴 형태의 광-배향 액정 중합층(photo-aligned liquid crystal polymer layer)을 포함할 수 있다.

상기 서브스트레이트는 쿼츠, 글래스, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체는 입사 광선의 편광 상태에 따라 일부의 빛을 볼록 렌즈로서 초점 거리 +f에 모아주고, 다른 일부의 빛을 오목 렌즈로서 초점 거리 -f에 발산시켜주는 편광 지향성 플랫 렌즈; 및 상기 편광 지향성 플랫 렌즈의 일면 또는 타면에 부착된 메타 렌즈를 포함하고, 상기 편광 지향성 플랫 렌즈 및 상기 메타 렌즈의 결합에 의해 적어도 두개의 초점 거리 f1 및 f2가 형성되도록 한다.

상기 메타 렌즈는 서브스트레이트; 및 상기 서브스트레이트의 일면에 다수의 나노 핀(nano-fins)이 어레이되어 형성된 메타표면(metasurfaces)을 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예는 백내장 수술용 또는 시력 교정용 다초점 인공 수정체를 제공한다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예는 필름 또는 박막 형태의 편광 지향성 플랫 렌즈(polarization directed flat lens)와 볼록 렌즈, 또는 편광 지향성 플랫 렌즈와 메타 렌즈(meta lens)를 결합하여 새로운 형태의 플렉시블한 다초점 인공 수정체를 제공한다.

일례로, 본 발명의 다양한 실시예는 다초점 인공 수정체가 매우 얇은 박막 형태의 평광 지향 플렛 렌즈를 포함함으로써, 백내장 수술 시 각막의 절개 길이를 기존의 대략 3 mm보다 더 줄일 수 있으며, 이에 따라 수술 후 생기는 난시를 더욱 줄일 수 있도록 하고, 또한 기존 다초점 인공 수정체는 두께에 한계가 있어 도수가 대략 +30D 까지만 제조 가능했으나, 박막 타입 평광 지향 플랫 렌즈에 의해 두께 한계가 없으므로 도수를 더욱 증가시킬 수 있도록 한다. 다른 예로, 기존의 시력 교정용 다초점 인공 수정체가 환자의 수정체와 접촉하여 백내장을 발생시켰으나, 본 발명의 다양한 실시예는 다초점 인공 수정체가 매우 얇고 휠 수 있는 박막 및 플렉시블 형태의 평광 지향 플랫 렌즈를 포함함으로써, 시력 교정 수술 후 이러한 백내장의 발생 확률을 현저히 줄일 수 있도록 한다.

도 1a 및 도 1b는 편광 지향성 플랫 렌즈의 구성을 도시한 단면도 및 평면도이고, 도 1c는 편광 지향성 플랫 렌즈에 의한 초점 거리를 도시한 개략도이다.
도 2는 편광 지향성 플랫 렌즈를 통하여 문서를 본 상태를 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 편광 지향성 플랫 렌즈 타입 다초점 인공 수정체의 초점 거리를 도시한 개략도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 도시한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 편광 지향성 플랫 렌즈 타입 다초점 인공 수정체 및 메타 렌즈 타입 다초점 인공 수정체의 초점 거리를 각각 도시한 개략도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 도시한 평면면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 이용한 백내장 수술 방법을 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 이용한 시력 교정 상태를 도시한 개략도이다.
도 9a 및 도 9b, 그리고 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 도시한 단면도 및 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 편광 지향성 플랫 렌즈의 구성에 대한 단면도 및 평면도가 도시되어 있고, 도 1c를 참조하면, 편광 지향성 플랫 렌즈에 의한 초점 거리에 대한 개략도가 도시되어 있다.

기본적으로, 편광 지향성 플랫 렌즈는, 종래와 같이 곡면(볼록 곡면 또는 오목 곡면) 방식이 아닌 평면 방식으로, 입사 광선의 편광 상태에 따라 일부의 빛을 볼록 렌즈로서 초점 거리 +f에 모아주고, 다른 일부의 빛을 오목 렌즈로서 초점 거리 -f에 발산시켜주는 역할을 한다.

좀 더 구체적으로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 서브스트레이트(110), 서브스트레이트(110) 위에 형성된 선형 광 중합층(LPP: Linear Photo Polymerization layer)(121), 그리고 선형 광 중합층(121) 위에 형성된 광-배향 액정 중합층(LCP: photo-aligned Liquid Crystal Polymer layer)(122)을 포함할 수 있다.

서브스트레이트(110)는 대략 평평한 제1면(상면)(111)과, 제1면(111)의 반대면인 대략 평평한 제2면(하면)(112)을 포함한다. 서브스트레이트(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 경성의 쿼츠 또는 글래스를 포함하거나, 또는 연성의 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다.

선형 광 중합층(LPP)(121)은 서브스트레이트(110)의 제1면(상면)(111)에 증착되어 형성될 수 있다. 이러한 선형 광 중합층(121)은 빛에 의해 중합되는 이방성 고분자로 형성될 수 있으며, 일례로, 선형 광 중합층(121)은 입사하는 선형 편광된 자외선의 평광축에 평행하게 배향되는 이방성 고분자로 형성될 수 있다. 이러한 선형 광 중합층(121)은 입사된 빛을 선형으로 편광하여 출사되도록 한다.

광-배향 액정 중합층(LCP)(122)은 선형 광 중합층(121)에 3차원으로 트위스트된 형태로 증착되어 형성될 수 있다. 이러한 광-배향 액정 중합층(122)은 기하학적 위상 홀로그램의 기록에 특히 적합하다. 일례로, 광-배향 액정 중합층(122)은 우완 배향 액정 중합층(Right handed LCP)과 좌완 배향 액정 중합층(Left handed LCP)의 2층 스택 구조를 포함할 수 있다.

이와 같이 하여, 광-배향 액정 중합층(122)은 입사된 빛의 기하학적 위상을 공간적으로 쉬프트시킴으로써, 홀로그램 방식으로 기록된 렌즈 파면이 완벽한 회절을 유발하도록 한다.

도면에서 Ψ(x,y)는 빛이 선형 광 중합층(121)을 통과할 때 선형 편광 방위 각도를 의미하고, Φ(x,y)는 빛이 광-배향 액정 중합층(122)을 통과할 때 광축 각도를 의미한다. 즉, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 선형 광 중합층(121)이 입사된 광의 선형 편광 방위 각도를 변경하도록 하고, 이어서 광-배향 액정 중합층(122)이 광축 각도를 변경하도록 함으로써, 결국 입사된 광이 초점 거리 +f와 -f를 동시에 갖도록 한다.

구체적으로, 이러한 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 편광 상태에 따라 초점 거리를 결정하도록 한다. 즉, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 입력되는 편광 양상에 따라 양(positive) 또는 음(negative)의 초점 거리를 제공하도록 한다.

예를 들면, 우완 원형 편광 빛과 함께 이 렌즈는 하나의 초점 거리(+f)를 만들게 되며, 반면에 좌완 원형 편광 빛은 반대 초점 거리(-f)를 갖도록 한다.

더불어, 편광되지 않은 빛은 양과 음의 초점 거리를 동시에 생성하도록 한다. 두 개의 출력 파장은 원형 편광 상태이며, 서로 직교한다.

상술한 바와 같이, 이러한 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 얇은 렌즈를 효과적으로 구현해 낼 수 있는데, 예를 들면, 전체 렌즈의 두께가 대략 0.45mm 이내이고, 무게는 1g 이내이며, 구면 수차가 없고, 특히 상술한 바와 같이 볼록 렌즈 및 오목 렌즈의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 한다.

여기서, 종래의 전통적인 볼록 렌즈 또는 렌즈 어레이는 두께가 대략 5-6mm 이내이고, 무게가 4-6g 이내이며 구면 수차가 발생하고, 특히 볼록 렌즈 역할만을 수행할 수 있었음은 주지 사실이다.

도 1c에 도시되고 상술한 바와 같이, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 입사 광선의 편광 상태에 따라 일부의 빛을 볼록 렌즈로서 초점 거리 +f에 모아주고, 다른 일부의 빛을 오목 렌즈로서 초점 거리 -f에 발산시켜준다. 즉, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 우완 원형 평광 빛에 대해 +f에 초점 거리가 형성되도록 하고, 좌완 원형 평광 빛에 대해 -f에 초점 거리가 형성되도록 한다. 더불어, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 무편광 빛에 대해서, 빛(원형 평광중 하나)의 50%는 양의 렌즈로서 동작하고, 나머지 빛(직교 편광)의 50%는 음의 렌즈로서 동작한다. 또한, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)는 선형 평광 빛에 대해서, 무편광 빛과 동일한 메카니즘을 갖는다 (즉, 50%의 빛은 양의 렌즈로, 나머지 50%는 음의 렌즈로 동작함).

도 2를 참조하면, 편광 지향성 플랫 렌즈를 통하여 문서를 본 상태를 촬영한 사진이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 실제로 편광 지향성 플랫 렌즈를 통하여 문서의 글자를 보면 일부는 볼록 렌즈로서 글자를 확대하고 일부는 오목 렌즈로서 글자를 축소함을 볼 수 있다. 따라서, 이러한 편광 지향성 플랫 렌즈를 이용하여 다초점 인공 수정체 또는 다초점 렌즈를 만들 수 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 다양한 실시예는 상술한 특성을 갖는 편광 지향성 플랫 렌즈와 볼록 렌즈를 결합함으로써, 다초점 렌즈 또는 다초점 인공 수정체를 만들 수 있다는 것을 주요 특징으로 하며, 이에 대해 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 편광 지향성 플랫 렌즈 타입 다초점 인공 수정체(300)의 초점 거리에 대한 개략도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 초점 거리 +/-f의 편광 지향성 플랫 렌즈(100)와 초점 거리 F인 볼록 렌즈(200)를 결합하면, 아래의 수학식과 같이 새로운 초점 거리 f1, f2를 갖는 다초점 렌즈 또는 다초점 인공 수정체(300)를 제조할 수 있다. 여기서, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)와 볼록 렌즈(200)의 결합은 투명한 인체에 해롭지 않는 접착제에 의해 수행될 수 있다.

[렌즈의 공식]

1/f + 1/F = 1/f1

1/(-f) + 1/F = 1/f2

실제 다초점 인공 수정체의 일반적인 초점 거리인 F= 5 mm, f1=4.35 mm, f2=5.88 mm를 적용하고, 또한 f=33.3 mm인 편광 편향 플랫 렌즈를 이용할 경우, 아래의 공식처럼 계산될 수 있다.

1/33.3 + 1/5.00 = 1/4.35

1/(-33.3) + 1/5.00 = 1/5.88

이와 같이 하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체(300)는 f1=4.35 mm, f2=5.88 mm인 초점 거리를 가짐을 알 수 있다.

도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체에 대한 단면도가 도시되어 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다초점 인공 수정체(300A)는 상술한 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 평평한 전,후면을 완전히 덮는 볼록 렌즈(200A)를 포함할 수 있다. 즉, 볼록 렌즈(200A)는 편광 지향성 플랫 렌즈(100)를 중심으로 양측에 형성된 볼록면(201A,202A)을 포함한다.

이러한 볼록 렌즈(200A)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다.

이러한 볼록 렌즈(200A)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 통상의 이중 사출 방식 또는 인서트 사출 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)를 상부 금형 및 하부 금형에 위치시켜 클램핑한 후, 플라스틱 용융 수지를 금형의 내부에 고온 고압으로 주입함으로써, 볼록 렌즈(200A)가 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 전,후면을 모두 덮는 일체화된 다초점 인공 수정체(300A)를 얻을 수 있다.

이와 같이 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 전,후면에 볼록 렌즈(200A)가 더 형성됨으로써, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)와 볼록 렌즈(200A)의 상호 작용에 의해 원하는 도수를 쉽게 구현할 수 있는 다초점 인공 수정체(300A)가 구현된다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다초점 인공 수정체(300B)는 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 전면에 부착된 볼록 렌즈(200B)를 포함할 수 있다. 즉, 볼록 렌즈(200B)는 볼록한 볼록면(201B)과 이의 반대면인 평면(202B)을 포함할 수 있는데, 평면(202B)이 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 전면에 부착에 부착될 수 있다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다초점 인공 수정체(300C)는 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 후면에 부착된 볼록 렌즈(200C)를 포함할 수 있다. 즉, 볼록 렌즈(200C)는 평평한 평면(201C)과 이의 반대면인 볼록면(202C)을 포함할 수 있는데, 평면(201C)이 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 후면에 부착에 부착될 수 있다.

이러한 볼록 렌즈(200C) 역시, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다.

더불어 이러한 볼록 렌즈(200B,200C) 역시, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 통상의 이중 사출 방식 또는 인서트 사출 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)를 상부 금형 및 하부 금형에 위치시켜 클램핑한 후, 플라스틱 용융 수지를 금형의 내부에 고압으로 주입함으로써, 볼록 렌즈(200B,200C)가 평광 플랫 렌즈(100)의 전면 또는 후면을 덮는 일체화된 다초점 인공 수정체(300B,300C)를 얻을 수 있다.

이와 같이 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 전면 또는 후면에 볼록 렌즈(200B,200C)가 더 형성됨으로써, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)와 볼록 렌즈(200B,200C)의 상호 작용에 의해 원하는 도수를 쉽게 구현할 수 있는 다초점 인공 수정체(300B,300C)가 구현된다.

한편, 도 4d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다초점 인공 수정체(300D)는 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 전면 또는 후면에 부착된 메타 렌즈(400)를 포함할 수 있다.

여기서, 메타 렌즈(400)는 평판 형태의 서브스트레이트와, 서브스트레이트의 일면에 형성된 메타표면(meta surfaces)을 포함할 수 있다. 메타표면은 서브스트레이트의 일면에 다수의 나노핀(nano fins)이 어레이되어 구현될 수 있다. 나노핀은, 예를 들어, 한정하는 것은 아니지만, 각각의 두께, 길이, 폭 및 피치가 대략 100 nm 내지 대략 1000 nm일 수 있다. 이러한 나노핀은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 평면에서 보았을 때, 서로 다른 각도로 일정한 패턴을 가지며 서브스트레이트의 일면에 일정한 피치를 가지며 배열됨으로써, 메타표면을 통과한 빛이 어느 한 지점에 포커싱될 수 있도록 한다. 즉, 메타표면은 굴곡이 없는 평면/평평 렌즈로, 빛을 작은 크기의 한 지점에 정확하게 모아줄 수 있으며, 특히, 가시광선 영역의 모든 빛에서도 높은 효율을 갖는다.

다르게 설명하면, 메타표면은 렌즈에 굴곡을 만드는 대신 상술한 바와 같이 나노 크기의 나노핀을 평면의 서브스트레이트 위에 소정 패턴 및 피치로 배열하여 형성된다. 이러한 메타표면에 입사된 빛은 나노핀의 형성 각도에 따라 입사된 빛이 방향을 틀어 특정 지점을 향하도록 함으로써, 굴곡없이 얇은 평면 형태로서 볼록 렌즈를 구현하게 된다. 즉, 본 발명에서는 편광 지향성 플랫 렌즈의 일측에 볼록한 볼록 렌즈 대신 평평한 메타 렌즈가 부착될 수 있다.

이러한 메타 렌즈(400)는 본 출원인에 의해 출원된 출원번호 10-2017-0104723호를 참조하면 더욱 상세한 정보를 얻을 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 편광 지향성 플랫 렌즈 타입 다초점 인공 수정체 및 메타 렌즈 타입 다초점 인공 수정체의 초점 거리에 대한 개략도가 도시되어 있다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 볼록면을 갖는 일반 볼록 렌즈와 편광 지향성 플랫 렌즈의 결합, 또는 볼록 렌즈 역할을 하는 메타 렌즈와 편광 지향성 플랫 렌즈의 결합은 모두 2개의 초점 즉, 다초점을 갖는 렌즈 또는 다초점 인공 수정체(300A,300D)를 구현하게 된다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 도시한 평면면도이다.

도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체(500,500A,500B,500C)는 대략 평판 형태의 편광 지향성 플랫 렌즈(100)와, 그 일면, 타면 또는 양면에 형성된 볼록 렌즈(200) 또는 메타 렌즈(400)와, 편광 지향성 플랫 렌즈(100), 볼록 렌즈(200) 또는 메타 렌즈(400)의 주변으로부터 외측 방향으로 연장된 고정부(530,530A,530B,530C)를 포함할 수 있다.

편광 지향성 플랫 렌즈(100)와 볼록 렌즈(200) 또는 메타 렌즈(200)는 대략 원형으로 형성되어 다초점 인공 수정체의 역할을 하며, 고정부(530,530A,530B,530C)는 인공 수정체가 다른 영역으로 이동하지 않도록 인공 수정체를 고정하는 역할을 한다. 즉, 고정부(530,530A,530B,530C)는 대략 C자 또는 J자 형태로 형성되어, 인공 수정체를 홍채의 내측에 고정하는 역할을 한다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 이용한 백내장 수술 방법을 도시한 개략도이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 안구는 백내장이 발생된 수정체(10)와, 수정체(10)의 주변에 형성된 홍채(20)와, 수정체(10) 및 홍채(20)를 감싸는 각막(30)을 포함한다. 우선, 나이프(40)를 이용하여 수정체(10) 및 홍채(20) 위의 각막(30)을 일정 길이로 절개한다. 여기서, 기존에는 각막(30)을 대략 3 mm 이상 절개하였으나, 본 발명에서는 각막(30)을 대략 2.5 mm 이내로 절개할 수 있다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 초음파 유화 툴(50)을 각막(30)의 절개 부분으로 삽입하여, 수정체(10) 중에서 백내장 부분을 마이크로 단위로 잘게 쪼갠다. 쪼개진 백내장 부분은 진공 흡입하여 제거한다.

도 7c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 편광 지향성 플랫 렌즈와 볼록 렌즈 또는 메타 렌즈로 이루어진 다초점 인공 수정체(500)를 각막(30)의 절개 부분으로 삽입한다. 이때, 다초점 인공 수정체(500)는 접혀진 상태로 각막(30)의 절개 부분으로 삽입될 수 있으며, 삽입 후 원래의 상태로 펴질 수 있다. 마지막으로, 인공 수정체의 양측으로 연장된 고정부(530)가 홍채(20)와 수정체(10) 사이에서 자리를 잡도록 위치를 조정한다.

도 7d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 편광 지향성 플랫 렌즈와 볼록 렌즈 또는 메타 렌즈를 갖는 다초점 인공 수정체(500)는 백내장이 제거된 수정체(10) 위에 자리를 잡음으로써, 환자에게 깨끗한 시야를 제공하게 된다. 이때 각막(10)의 절개 부분은 대략 2.5mm 이내로 형성됨으로써, 수술 봉합선 없이도 쉽게 자연 치유되고 또한 백내장 제거 수술 이후 난시 현상도 거의 나타나지 않게 된다.

도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 이용한 시력 교정 상태를 도시한 개략도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다초점 인공 수정체(500)는 수정체(10)와 홍채(20)의 사이 공간에 끼워짐으로써, 시력을 교정하게 된다. 이때에도 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다초점 인공 수정체(500)는 박막 형태로 얇게 그리고 플렉시블하게 형성됨으로써, 수술 후 다초점 인공 수정체(500)와 기존 수정체(10) 사이의 마찰이 거의 없게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다초점 인공 수정체(500)를 시력 교정용으로 사용할 경우, 시력 교정 수술 이후 백내장이 거의 형성되지 않는다.

도 9a 및 도 9b, 그리고 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다초점 인공 수정체를 도시한 단면도 및 평면도이다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 다초점 인공 수정체 중 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 직경은 단순 볼록 렌즈(200A)의 직경에 대하여 대략 100%로 형성되거나, 또는 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 직경은 단순 볼록 렌즈(200A)의 직경에 대하여 대략 50%로 형성될 수도 있다. 실질적으로, 다초점 인공 수정체 중에서 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 직경은 단순 볼록 렌즈(200A)의 직경에 대하여 대략 30% 내지 100%의 직경으로 형성될 수 있다.

편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 직경이 대략 단순 볼록 렌즈(200A)의 직경에 비하여 대략 30%보다 작을 경우 제조 비용이 상대적으로 저렴하기는 하나 오목 렌즈로서의 기능이 떨어져 초점 거리 -f로 발산시켜주는 능력이 저하될 수 있고, 편광 지향성 플랫 렌즈(100)의 직경이 대략 단순 볼록 렌즈(200A)의 직경에 비하여 대략 100%보다 클 경우 오목 렌즈의 기능이 전반적으로 강화되나 제조 비용이 상승할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 다초점 인공 수정체를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 편광 지향성 플랫 렌즈
110; 서브스트레이트
111; 제1면
112; 제2면
121; 선형 광 중합층
125; 광-배향 액정 중합층
200; 볼록 렌즈
300; 인공 수정체
400; 메타 렌즈

Claims

입사 광선의 편광 상태에 따라 일부의 빛을 볼록 렌즈로서 초점 거리 +f에 모아주고, 다른 일부의 빛을 오목 렌즈로서 초점 거리 -f에 발산시켜주는 편광 지향성 플랫 렌즈; 및
상기 편광 지향성 플랫 렌즈의 일면 또는 타면에 부착된 볼록 렌즈를 포함하고,
상기 편광 지향성 플랫 렌즈 및 상기 볼록 렌즈의 결합에 의해 적어도 두개의 초점 거리 f1 및 f2가 형성됨을 특징으로 하는 다초점 인공 수정체.
제 1 항에 있어서,
상기 편광 지향성 플랫 렌즈는 상기 볼록 렌즈의 내측에 위치된 것을 특징으로 하는 다초점 인공 수정체.
제 1 항에 있어서,
상기 볼록 렌즈는 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)으로 형성된 것을 특징으로 하는 다초점 인공 수정체.
제 1 항에 있어서,
상기 편광 지향성 플랫 렌즈는
서브스트레이트; 및
상기 서브스트레이트의 일면에 증착되어 공간적으로 기하학적 위상 쉬프트를 변화시키는 3차원 패턴 형태의 광-배향 액정 중합층(photo-aligned liquid crystal polymer layer)을 포함함을 특징으로 하는 다초점 인공 수정체.
제 4 항에 있어서,
상기 서브스트레이트는 쿼츠, 글래스, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)으로 형성된 것을 특징으로 하는 다초점 인공 수정체.
입사 광선의 편광 상태에 따라 일부의 빛을 볼록 렌즈로서 초점 거리 +f에 모아주고, 다른 일부의 빛을 오목 렌즈로서 초점 거리 -f에 발산시켜주는 편광 지향성 플랫 렌즈; 및
상기 편광 지향성 플랫 렌즈의 일면 또는 타면에 부착된 메타 렌즈를 포함하고,
상기 편광 지향성 플랫 렌즈 및 상기 메타 렌즈의 결합에 의해 적어도 두개의 초점 거리 f1 및 f2가 형성됨을 특징으로 하는 다초점 인공 수정체.
제 6 항에 있어서,
상기 메타 렌즈는
서브스트레이트; 및
상기 서브스트레이트의 일면에 다수의 나노 핀(nano-fins)이 어레이되어 형성된 메타표면(metasurfaces)을 포함함을 특징으로 하는 다초점 인공 수정체.