专利名称：用于形成和修改透镜的系统及由此形成的透镜的制作方法用于形成和修改透镜的系统及由此形成的透镜交叉引用本申请要求下列优先权2010年3月4日提交的序列号为12/717886的美国专利申请、2010年3月4日提交的申请号为PCT/US10/26280的PCT专利申请、2010年3月4日提交的序列号为12/717,866的美国专利申请，以及2010年3月4日提交的申请号为PCT/US10/26281的PCT专利申请。这些申请通过参考合并于此。当以下描述与上述那些申请的公开内容不一致时，以下面的说明为准。透镜被植入到眼睛中以改善视力。通常，存在两种类型的人工晶状体。一种类型替代眼睛自然晶状体，通常来替代白内障晶状体。另一种类型用来辅助已有晶状体，并充当永久性校正透镜。替代类型的透镜被植入到眼后房中。辅助类型的透镜，称为有晶状体眼人工晶状体IOL (intraocular lens)，被植入到眼前房或眼后房，以校正眼睛的屈光不正。 用于形成人工晶状体的常用技术有两种。一种技术是模制(molding)，其中光学聚合物材料形成具有预定的屈光能力的所需形状。这些透镜可获得标准的屈光力(diopterpowers),典型地相差大约O. 5屈光力。该模制技术的问题是，制作定制透镜(customizedlens)是非常昂贵的，因此，对于大多数病人来说，只能获得一种相近的方法以使视力清晰。对于一些病人来说，屈光力可差0. 25或更大。而且，对于具有异常形状的角膜的病人(包括一些经历了诸如LASIK手术等角膜手术的病人)来说，这种透镜一般不是那么有效。使用的其它技术是车和统(lathing and milling),其中圆盘状透镜毛还被磨成所需形状。由于用于人工晶状体的材料的特性，优选的是，在例如在-10° F的低温下加工透镜。车和铣的问题是，处于-10° F的透镜的光学特性与处于体温下的透镜的光学特性不同，因此，这种透镜只能是接近最佳视力。此外，随着透镜变暖，其会吸收水分并且透镜的尺寸会改变，因此改变透镜的屈光力。对于一些病人来说，需要的是，透镜是非球面的以校正角膜的球面像差，或者是复曲面以在屈光度的范围内校正或减轻角膜散光。市场上可买到的IOLs—般不能统一校正这些光学缺陷，因为，即使不是上千种，也需要盘存上百种不同类型的透镜(所有的这些透镜在屈光力、非球面特征以及复曲面特征方面存在差异)。与现有制造技术相关的另一个问题是透镜经常不能满足经历了 LASIK (激光辅助原位角膜磨镶术)手术的病人的需求。LASIK手术能够校正近视、远视和/或散光。然而，在LASIK手术中产生的角膜变化使得难以找到一种适应于非球面性调节的I0L。因为库存适用这种病人的IOL存在挑战，所以现有IOL —般不能使经历了 LASIK手术或具有异常角膜的病人所满意。在Knox等人的美国公开号2008/0001320文件中对一种用于修改光学聚合物材料(如IOL中的)的折射率的技术进行了讨论。该技术使用了用于改变光学材料的小面积的折射率的激光，导致了高达大约0. 06的折射率的改变，而对于大多数应用情况来说，这在屈光力方面改变得不充分。因此，需要一种用于形成人工晶状体的系统，该系统克服现有制造技术的缺点并且还为进行了 LASIK手术的病人考虑了透镜的定制以提供多校正特征，从而接近最佳视力。
本发明提供了一种满足该需要的系统，并且还提供了通过该系统形成和修改的透镜。通过该系统形成的透镜具有独特特性。这些透镜通常地为I0LS，但是本发明具有其它应用，如下文所讨论的。根据本发明的透镜包括由具有折射率的光学材料形成的透镜体。该透镜体具有相对的前表面和后表面以及光轴。该透镜体包含修改轨迹(loci)。该修改轨迹由激光束形成，并且具有与修改之前的材料不同的折射率。为放置到人眼中而定制的聚合物透镜的光学特性通过用激光束修改透镜的轨迹来修改，因此该修改轨迹具有与修改之前的材料不同的折射率。优选地，该激光束以至少每秒50mm的速率移动，但典型地以不超过大约每秒200mm的速率移动。为了达到如此快的修改速率，理想的是，为透镜掺杂足够的UV吸收剂和/或黄色染料。因此，透镜可以包含按重量计算至少5%的UV吸收剂以及具有按重量计算至少150ppm的黄色染料。黄色染料的量优选地为按重量计算至少大约500ppm，并且按重量计算可以高达大约lOOOppm。理想的是，透镜具有等于或小于37°C (更为优选的是小于大约20°C )的玻璃化温度，使得其可以被折叠以插入到人眼中。该激光系统也可以通过用激光束修改角膜中的轨迹以在人眼中原位修改角膜的至少一种光学特性，该修改轨迹具有与修改之前不同的折射率。该修改轨迹处于大体上平行于角膜的前表面的平面层中。该层的上表面位于角膜的前表面下方大约100微米处。该层典型地为大约50微米厚。通过下面的描述、所附权利要求以及附图，本发明的这些及其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中图IA为具有本发明的特征的人工晶状体的正视图；图IB为图IA的透镜的俯视图；图2示意性地示出具有两层修改轨迹的人工晶状体的透镜体的一部分；图3示意性地示出具有多层修改轨迹的透镜体，其中一些层在眼中放置该透镜之后形成；图4A为图I的透镜的一层的示意图，所述层被修改以产生球面聚焦效应；图4B为图4A所示的层的俯视图；图4C为图I的透镜的一层的示意图，所述层被修改以产生非球面聚焦效应；图4D为图I的透镜的一层的示意图，所述层提供了散焦子午线(defocusingmeridian)以调节散光；图4E为图4D的透镜层在水平子午线的示意性俯视图；图5和图6示意性地示出了用于形成修改轨迹所使用的原理；图7示意性地示出了根据本发明的用于形成上面提及的透镜的设备的布局；
图8示出了在图7的设备中用到的算法的流程图；图9图形化地示出了用于形成透镜的材料中的包括UV吸收剂的效果；图IOA图形化地示出了修改轨迹的折射率的变化与激光脉冲能量之间的关系函数；图IOB图形化地示出了修改的透镜的折射率的变化与固定脉冲能量的激光束脉冲的数量之间的关系函数；图11示意性地表示了使用分层光栅扫描(layered raster-scan)方法形成根据本发明的透镜；图12示意性地表示了使用分层飞点扫描(layered flying spot scanning)方法形成根据本发明的透镜；
图13示意性地示出了通过逐点改变以改变折射率来产生折射层结构的过程；图14示意性地示出了如何在原位修改自然晶状体；图15示意性地示出了人类角膜中的修改层；以及图16和图17图形化地示出了实验的结果。

3......)，具体而言，对于光束544 (图3Α)，η=0，而对于光束546 (图3Β), η=1。在所有情
况下，通过与相应的作为参考的光束542比较来确定每一个光束544和546的总相移604。然后，可以从总相移604减去模块相移500，以获得特定光束544和546的单个相移502。然而，首先，确定总相移604。参考图4Α，在每一个轨迹处，从总相移604减去模块相移500 (=ηΧ2 π )，以得到单个相移502，例如，在图4Α中，在中心区域中的模块相移500总计为0X2 31=0，在第二区域(rl至r2)中为1Χ2π ,在第三区域(r2至r3)中为2Χ2π=4π，以及在第四区域(r3至r4)中为3Χ2π=6 Ji。单个相移502 CO Ji至2 π，对应于O. O至I. O个波)被刻入到相当 于5μηι至50μηι深的轨迹中。因此，进一步参考图4Α，绘制了当放置微结构的定制人工晶状体时局部相移(local phase-shift)对离瞳孔轴的距离的相关性，在径向位置rl上，相移从光轴19处的2π (相当于I. O个波)变为零。假设，撞击在微结构的定制人工晶状体上的最初光束是校准了的，展现了各个光线具有相同的光程长度，形成平坦的光波。各个光线在微结构的定制人工晶状体中移动的结果是，产生了聚焦的光波。在光束的中心部位，在由半径rl限定的面积内，光学相移相对于离光轴的距离呈二次方变化。在位置rl处，执行零移相，相当于
O.O个波。侧向邻近半径rl的相邻光线经受了相当于I. O个波的2 相移，在2 π模相位回卷技术的区域边界处，导致了相当于I. O个波的2 31的特性相位跳跃(phase-jumps)。参考图5，该相位跳跃了 2π的量，多个2π (“相移500”)可分别视为“赶上下一个波”，其与相邻的光束的关系是延迟了一个全周期2 π。一般来说，在径向位置rl、r3以及r4的每一个处，局部相移跳跃了 2 (对应于I. O个波)，然而，在这些跳跃之间，相位从相当于I. O个波的2 呈二次方变化为相当于O. O个波的零。通常，存在充足的修改轨迹，使得透镜体的折射率已被充分修改，以将透镜体的屈光力改变为至少+0. 5 (+0. 5至+X)或至少(-0. 5至-Y)，其中X可以为大约48，Y可以为大约15。在本发明的多层实施例中，典型地这些层间隔至少一微米，优选地间隔至少5 μ m。在该多层实施例中，可以为特定选择光的波长优化不同的层。例如，可以为第一波长的光(如绿色)优化第一层，为与第一波长相差至少50nm的第二波长的光(如红光)优化第二层，以及可以为与第一波长和第二波长两者均相差至少50nm的第三波长的光(如蓝光)
优化第三层。而且，可以形成不同的层以将光聚焦在不同的焦点。多层的另一种使用是使单层实现多个光学校正，而不是将所有视力校正都在单个层中实现。因而，可以是第一层提供屈光度调节，而其它层以提供诸如复曲面调节或非球面调节等其它光学校正。因而，第一层可以提供屈光度调节，第二层轨迹可以提供复曲面调节，以及第三层可以提供非球面调节。用于制作和修改诱镜的系统
本发明使用紧密聚焦在光学聚合物材料上的足够能量的短激光脉冲，以形成透镜。焦点处的高密度光引起光子的非线性吸收(典型的多光子吸收)并造成在该焦点处的材料的折射率的变化。只要在聚集区外侧的材料区域受到激光的影响最小。因此，利用激光来修改光学聚合物材料的选择区域导致了在这些区域的折射率的正向改变。因而，可以通过利用具有O. 05nJ至IOOOnJ脉冲能量的聚焦的可见或近红外激光照射光学聚合物材料的选择区来形成透镜。所照射的区域展现了小的或没有散射损失，这表示在所照射的区域中形成的结构在适当放大无对比增强(contrast enhancement)的情况下不清晰可见。该方法中使用的聚焦激光的脉冲能量部分地取决于被照射的光学材料的类型、所期望的折射率的变化是多少以及想要在材料内刻入的结构类型。所选择的脉冲能量也取决于将这些结构写入光学材料中的扫描速率。典型地，扫描速率越大需要的脉冲能量越大。例如，一些材料需要O. 2nJ至IOOnJ的脉冲能量，然而，其它光学材料需要O. 5nJ至IOnJ的脉冲能量。 保持脉冲宽度，以使得脉冲峰功率足够强以超过光学材料的非线性吸收的阈值。然而，由于玻璃的正色散，使用的聚焦物镜的玻璃能够显著地提高脉冲宽度。补偿方案用来提供的相应的负色散，其能够补偿由聚焦物镜引入的正色散。因此，在该申请中的术语“聚焦的”指的是使用补偿方案校正由聚焦物镜引入的正色散，来自激光器的光在光学聚合物材料内的光的聚焦。该补偿方案可以包括从由至少两个棱镜和至少一个反射镜、至少两个衍射光栅、一啁啾反射镜和色散补偿镜组成的组中选择的光学装置，以补偿由聚焦物镜引入的正色散。具有聚焦物镜的补偿方案的使用能够产生具有O. OlnJ至IOOnJ或O. OlnJ至50nJ的脉冲能量以及4fs至200fs的脉冲宽度的脉冲。有时，产生具有O. 2nJ至20nJ的能量以及4fs至IOOfs的脉冲宽度的激光脉冲是有利的。可替代地，产生具有O. 2nJ至IOnJ的能量以及5fs至50fs的脉冲宽度的激光脉冲也是有利的。该激光器能够产生波长处于紫辐射到近红外辐射范围的光。在不同的实施例中，激光的波长处于400nm至1500nm、400nm至1200nm或600nm至900nm的范围。图7示意性地示出用于形成修改轨迹的优选设备702。设备702包括激光器704(优选地如在双光子显微镜中使用的飞秒激光器)、控制单元706、扫描单元708、用于透镜盘12的支架710以及用于移动在其中正形成修改轨迹的透镜盘12的装置712。从加利福尼亚森尼维耳市 Calmar Laser 有限公司(Calmar Laser, Inc, Sunnyvale, California)可获得适合的激光器。由激光器发射的每一个脉冲可以具有大约50飞秒至大约100飞秒的持续时间以及至少大约O. 2nJ的能级。优选地，激光器704每秒产生波长为780nm且脉冲宽度为大约50fs的大约5千万个脉冲，其中每一个脉冲具有大约IOnJ的脉冲能量，该激光器为500mW激光器。发射的激光束721经由控制脉冲频率(典型地大约50MHz至IOOMHz的重复率)的声光调制器724由转镜722进行定向。当由激光器发射时，激光束721典型地具有2mm的直径。然后，激光束721在将脉冲空间地分成多种光束的扫描单元708中传播。该模式可以是光栅扫描模式或飞点模式。通过计算机控制系统726来控制扫描单元708以在透镜盘12中提供修改轨迹的所需构造。从激光器发射的光束721具有大约2nm至大约2. 5nm的直径。光束721在射出扫描器708之后聚焦成适用形成修改轨迹的大小，典型地形成直径为大约I μ m至大约3 μ m的轨迹。可以利用伸缩镜对(telescopic lens pair) 742和744以及显微物镜746来进行聚焦，其中另一个转镜748将光束从透镜对指向到显微物镜。聚焦显微物镜可以是具有3. 3mm焦距的40X/0. 8物镜。扫描和控制单元优选为从位于德国海德堡的海德堡工程(Heidelberg Engineering)获得的海德堡光谱(Heidelberg Spectralis) HRA 扫描单兀。扫描单元中的光学器件允许直径为大约150 μ m至大约450 μ m的区域被修改，而无需移动透镜盘12或者光学器件。典型地，厚度为50 μ m的单层可以在大约一分钟内在一个区域中被微结构化。为了修改透镜盘12的其它区域，有必要利用移动装置712移动支架710。移动装置712允许沿“z”方向移动，以在不同的层中提供修改轨迹，并且允许沿“X”方向和“y”方向移动，以处理处于相同深度的不同区域。移动装置712用作精确定位系统，以涵盖眼内圆盘(intraocular disk)的外径,典型地其具有6mm的直径。
支架710可以是托架、具有透镜大小的凹槽的传送带、具有透镜大小的凹槽的托盘，以及能够足够稳定地支撑透镜以形成期望的折射模式的任何其它结构。移动装置可以是典型地由电机驱动的任何机械结构，提供沿X方向、y方向以及Z方向的移动(即，三维移动)。这些电机可以是步进电机。典型地,移动高达大约IOmm/秒。透镜制造过程使用步进通过xyz定位从双光子显微镜的一个扫描区段(直径典型的为450 μ m)到下一个扫描区段(光栅扫描或飞点扫描)。双光子显微镜提供深度扫描。典型地，在双光子显微镜的范围内可以完成一个折射层。可替代地，由机械z定位来提供z定位，以便延伸抵达至盘14中更深的层。控制单元706可以是包括存储器、处理器、显示器以及输入装置(如鼠标和/或键盘)的任何计算机。当对移动装置712来说必要时，控制单元被编程为通过将控制指令提供给扫描单元708而在盘12中提供修改轨迹所期望的模式。形成圆盘的示例性过程在图8中示出，其中光束保持静止(即，不使用扫描器)，并且机械地移动目标圆盘。当该过程开始时，提示用户在步骤801中选择所需的透镜。接下来，用户在步骤802中提供用于在激光脉冲期间扫描圆盘14的所需速度。只有当该计算机确定这个速度为安全速度(典型地，每秒移动4mm或更少)时，程序在步骤803中接收输入。该程序接下来将激光器设定为使用最大功率，并在步骤804中提示用户确认以继续进行。在这一阶段，程序为用户提供在步骤805之前避免透镜写入的最后机会。如果用户已选择放弃写入，该程序终止。否则的话，该程序在步骤806中修改记录文件，以记录适合于记录保持和前进的变量。该激光沿X方向和y方向两者的一个极点位置(其构成原点位置)开始。修改透镜中的每一个层可以被认为是深度等于点的厚度的小层的堆叠。在一给定小层上，激光跨越一个维度(例如，X)，同时保持其它两个(例如，y和Z)不变，从而写入一系列的点。该程序在步骤807中通过找出构成当前系列的起点的栅格位置来启动每个系列。接下来，在步骤808中，该程序在适当的位置写入该系列。当程序已将激光扫描到给定系列的外边界时，其在步骤809中修改记录文件以反映完成了该系列。然后，该程序在步骤810中查询输入指令以确定是否存在待形成的后续系列。继续该过程直到给定小层中的所有系列的修改轨迹都形成了。每当需要准备新系列时，该程序进展到第二变量(例如，y)，并且重设第一维(例如，X)以开始新系列807。一旦激光在小层的所有栅格位置中完成了扫描，相继考虑了每一个且在适当时写入了该系列，则该程序完成了该小层的写入。然后，在步骤811中扫描器将第一维和第二维重设为最初位置，从而激光返回到其原点位置。程序在步骤812中更新记录文件以显示完成该层。该程序然后在步骤81 3中查询以确定是否需要更多的小层来实现用户期望的透镜。如果需要更多的小层，则该程序前进到第三维(例如，z)，并且重复上述过程，以为新层817的第一条线找出第一栅格位置开始。如果不需要更多的小层，则该程序在步骤814中将激光返回到全部三维的最初的原点位置，在步骤815中修改记录文件以反映完成写入以及系统时间，并终止执行。典型地，一旦完成具有I至10个小层的层，则需要制备的任何其它层可以使用相同的过程进行制备。在一可选的程序中，扫描器708的焦点可以沿z方向(深度)移动，以形成更深的点。通常，形成处于相同深度的全部点，然后形成处于该层中下一个深度的全部点，直到形成该层中的全部点。存储器可以是用于存储数据的一个或多个设备包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备和/或其它用于存储信息的机器可读介质。可以通过硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现该控制。当在软件、固件、中间件或微码中实现时，用来执行必需任务的程序代码或代码段可以被存储在诸如存储介质或其它存储器等机器可读介质中。处理器可以执行该必需任务。代码段可以表示流程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类，或者是指令、数据结构或程序语句的组合。通过传递和/或接收信息、数据、命令行参数(arguments)、参数或存储内容，代码段可以耦合到另一个代码段或硬件电路。可以经由包括内存共享、消息传递、令牌传递、网络传输等合适途径来传递、转发或发送信息、命令行参数、参数、数据等。任选地，对于图像清晰度和焦深，自适应光学模块(AO-module)可以用来模拟折射校正的效果。AO模块可以由相点补偿器和用于预补偿由激光器704产生的单个光束的主动镜组成。用来补偿光束中的非对称像差的适应性光学器件用于申请号为7611244的美国专利中描述的发明。利用自适应光反馈控制来预补偿人眼的折射特性的方法和设备在专利号为6155684的美国专利中得到了描述。主动镜的使用在美国专利号6220707中得到了描述。用于双光子信号的光学分辨率(Axy，Λζ)总计为2Axy=2X (O. 325 λ ) /(ΝΑΟ. 91)=622nm (l/e2 直径)，Λ z=2X0· 532X I/ (η- V n2_NA2)=3102nm (NA=数值孔径，例如,0.8)。这得出了点的大小。光栅扫描方式中典型的扫描区域总计为150 μ m视场(field of view) :5Hz的1536X 1536 像素或 IOHz 的 786 X 786 像素；300μπι 视场5Hz 的 1536 X 1536 像素或 9Hz 的786X 786 像素；450μπι 视场5Hz 的 1536X 1536 像素或 9Hz 的 786X786 像素。对于形成修改轨迹时的质量控制，激光器可以用来从透镜材料的自发荧光产生光。修改轨迹比未经修改的材料产生更多的荧光。如果在发射的荧光中未检测到适当增加，则表示没有恰当地形成修改轨迹。用于检测自发荧光的合适的系统在2010年3月4日提交的同时待审的(copending)美国专利，其申请序列号12/717866 (律师档案号19330-1)题目为“System for Characterizing A Cornea And Obtaining An Ophthalmic Lens”的图7中示出。而且，检测的自发荧光可以用于定位来自显微镜物镜746的激光束的系统焦点，以使用所检测的修改轨迹作为参考位置来形成额外的轨迹。针对任何特定病人，使用常规的设计透镜的技术可确定由透镜10提供的光学效果。参见例如在专利号为 5050981 (Roffman)、5589982 (Faklis),6626535 (Altman)、6413276 (fferblin),6511180 (Guirao 等人)以及 7241311 (Norrby 等人)的美国专利中描述的技术。合适的技术在上文提及的同时待审的美国专利申请中得到了描述，其申请序列号 12/717866 (档案号 19330-1)。任选地，在圆盘中可包含激光束波长范围的光吸收剂，以降低用于形成修改轨迹所需的能量。可取的是，为此目的使用尽可能少的能量，这是因为，曝光于过多能量可导致透镜体12的破裂或其它不良的机械变化。可与激光器704 —起使用的UV吸收剂的实例是苯并三唑(benzotriozoles)的衍生物(如2- (5-氯-2-H-苯并三唑-2-基)-6- (I, I-二甲基乙基)-4-(丙烯基氧丙基(propyenyloxypropyl))苯酹以及作为吸收390nm波长的黄 色染料的苯酮(benzophenol)衍生物,如3_乙烯基_4_苯偶氮苯胺(3-vinyl_4-phenylazophenylamine)。优选地，提供的UV吸收剂的量是按用于形成透镜体12的材料的重量计算，至少O. 01%，和高达按重量计算的大约1%。在图9中，示出了在塑料材料中实现永久性结构变化的阈值能量(I) (nj)与芳烃UV吸收剂浓度(％)的关系。典型的特性展现了阈能对UV吸收剂浓度的强依赖性，表示了随着UV吸收剂的浓度局部永久性结构变化的增强，这是由于处于390nm波长(半个参考入射飞秒激光脉冲的波长780nm)的双光子吸收过程的概率增大。塑料主体分子的局部相互作用导致局部的塑料材料的部分微晶化，使得折射率η增大Λη。如在商用人工晶状体材料中使用的处于O. 8%浓度的UV吸收剂需要大约O. InJ的阈能。相反，在非掺杂块状塑料中需要大约InJ的阈能。基于直径大约为Iym的光点大小,来规定阈能,分别产生大约O. OlJ/cm2和O. lj/cm2的阈值激光能量密度。图10示出利用飞秒激光脉冲改变塑料折射率的激光-材料相互作用过程。在图10A中，折射率的变化Λ η被绘制为脉冲能量的函数；在图10Β中，折射率的变化Λ η被绘制为聚焦面积中在固定的脉冲能量下(例如，0. 2nJ)的脉冲数量的函数。图10Α中的曲线1050展示出随着脉冲能量从0. InJ上升至8nJ，折射率η的变化Λ η从大约0. 1%增强为大约I. 0%。在曲线1050的位置1052处表示最初出现的可测量的折射率η的变化An的阈值；在近似8nJ的脉冲能级处，与近似0. 8J/cm2的激光通量对应，达到了塑料光分裂的阈值，导致材料的附带损坏和浑浊化，使得更容易引起塑料中传播的光的不良散射损失。如从曲线1050可看出，可行的脉冲激光能量范围跨越两个数量级,从0. 05nJ至8nJ,在近似0. 2nJ的脉冲能量处，允许在该范围的较低端发生的制造过程安全运行。在非掺杂塑料中，相应的制造过程安全范围只跨越接近一个数量级。此外，由于掺入UV吸收剂而导致的低脉冲能量允许特别光滑地修改材料的特性，以提供眼内相移膜具有极低的光散射损失。在图10B中，曲线1060表示在聚焦体积中大约50个激光脉冲的累积效应产生了大约1%的折射率变化Δη，足以在厚度为50 μ m的塑料层中实现I. O个波的光程长度差(OPD= (An)X厚度)，选择0. 2nJ的低脉冲能量。在图11中，示例性地显示了眼内相移透镜的制造过程，其中扫描单元708提供一光栅扫描模式。展示了十个相邻小层的连续定位的流程，其中每一个区域包括密集地隔开的光栅扫描模式。光栅扫描小层1176、1178、1180、1182、1184、1186、1188、1190、1192以及1194的堆叠1170在X- (1172)和y- (1174)坐标系中示出，并延伸为近似50 μ m的厚度1202，S卩，每一个小层相当于近似5 μ m。对于x (1198)和y (1199)的尺度，各个小层的横向尺寸典型地在150 μ m至450 μ m之间变化，允许在每点直径为I μ m的焦点体积内激光脉冲的叠加变化具有因子10。该表面1996是层的端部。在图12中，呈现了眼内相移透镜的制造过程，其中扫描单元708提供分层飞点模式。例如，示出了十个紧密隔开的圆形扫描(circular scans)的连续定位。圆形扫描1216、1218、1220、1222、1224、1226、1228、1230、1232 以及 1234 的堆叠 1210 在 x (1212)和
I(1214)坐标系中示出，并延伸到近似50 μ m的厚度1238，即，在各个圆形扫描或小层之间的距离相当于近似5 μ m。圆形扫描的直径1236可从几微米小至大约450 μ m,使得对于每一可分辨点激光脉冲的叠加的量可在较大的范围内改变。通过改变扫描线的长度，可以根据需求选择每一线的序列点(sequence of spots)的速度。各个扫描线可展现出不同的形状。最小的扫描细节的分辨率符合直径为近似I μ m的双光子显微镜的分辨率限制，其中， 如参考图11描述的，当由双光子显微镜给定最小光栅扫描区域时，光栅扫描过程限制在近似150 μ m的分辨率。为了实际应用，眼内相移薄膜的制造过程由双扫描系统以互补方式来完成利用时间最优的光栅扫描方法来执行该过程的大部分，而通过具有固有的高空间分辨率的飞点扫描器来提供所需折射特性的细节。在图13中，展示出了通过逐点改变折射率变化Λη而产生的折射分层结构。一般来说，折射结构集合在眼内相移透镜体12中的矩形层中。在图13中，示出了眼内相移薄膜器件的一部分，包括例如宽度分别为150 μ m、300 μ m和450 μ m的三个相邻条纹1344、1348、1350和1384。透镜体14的区域的总尺寸为900 μ m的宽度1340和50 μ m的厚度1342。由于沿X方向和Y方向的每一扫描线的标准像素数量被选择为1536X 1536像素，因而每一扫描线1346、1350和1354的脉冲密度分别相当于每微米10个脉冲、每微米5个脉冲和每微米3个脉冲，产生的二维叠加因子为每光点100个脉冲、每光点25个脉冲和每光点9个脉冲。这种用于形成透镜的方法被我们称为“折射率成形(Refractive IndexShaping)”(RIS),其中使用红外飞秒激光脉冲猫准在圆盘内的预定三维空间，其中圆盘位于IOL的前表面和后表面之间，直径高达大约6mm且高度为50-100 μ m的。具有的折射率(RI)高于周围IOL透镜材料的层或区域限定了最终的透镜。这种由激光制造的“透镜”的屈光力由其几何形状和Λ (RI)来确定，其中，Λ (RI)=(修改区域的RI)- (I0L材料的RD0 “透镜”的几何形状由冲击圆盘内目标位置的激光束的模式来确定，这个过程被我们称为“写入透镜”的过程。术语“RIS速度”被定义为这样一种速度，μ m/秒，激光束以这种速度在透镜中移动，以改变处理区域的折射率。通常，存在RIS速度范围。如果激光束移动太慢(慢于该RIS速度)，则激光束会在一个位置处停留过长，而这会烧伤透镜聚合物材料。如果激光束移动太快(快于该RIS速度)，则不能改变所处理的区域的折射率。许多因素会影响该RIS速度，例如，激光功率以及黄色染料和UV吸收剂作为掺杂剂的使用。通过增加UV吸收剂和/或黄色染料，可提高RIS速度。现有IOL包含1%或更少的UV吸收剂，典型地所提供的量足以在大约385nm处提供90%的截止，即，处于200_380nm范围中的90%或更多UV光线被UV吸收剂吸收或吸入。通常使用的UV吸收剂是取代苯并三唑(benzotrazoles)和取代苯丽(benzophenoes)。UV吸收剂可以是苯并喔唑(benzotriozoles)的丙烯酸衍生物，并且最优选的是按重量计算至少大约15%的UV吸收齐U。优选地，为了提高RIS，聚合物透镜体包含按重量计算至少5%的UV吸收剂，更优选的是按重量计算至少10%。而且，该材料可以提供有黄色染料。一些IOL的制造使用了黄色染料以阻挡有害蓝光进入眼睛而抵达视网膜。常规黄色染料通常具有芳族偶氮结构，并且其在IOL中的浓度按重量计算通常低于0.5%。优选的量是按重量计算至少大约IOOppm (百万分之)，以加快RIS。优选地，黄色染料浓度为至少大约150ppm，更优选的为至少大约500ppm，并通常高达大约lOOOppm。合适的黄色染料是3VPADPA (N-苯基-4- (3-乙烯基苯基偶氮)-苯胺)(N-PhenyI-4- (3_Vinylphenylazo)-Aniline)。它可以以大约 4000ppm 的浓度溶解在乙二
醇二甲基丙烯酸酯中且被添加到用于形成透镜的单体。利用这些量的黄色染料和UV吸收剂，使用40mW (毫瓦)的激光器，可以实现至少每秒400 μ m (典型地为每秒大约100 μ m至大约200 μ m)的RIS速度。优选地，500mW激光器使用至少每秒50mm的RIS速度。通常，通过将人工晶状体折叠并经由缝隙引入眼中而将其插入人眼中。优选地使用更高等级的染料和UV吸收剂来增加最终透镜的硬度。这需要通过单体的恰当选择来适应，以维持透镜可折叠，并且具有体温(即，37°C或更小)或更小的玻璃转化温度(Tg)，更优选地为小于室温(即，等于或小于20°C)。为了实现该结果，修改单体以及在形成透镜过程中使用的单体浓度的相对量都在该技术领域的技巧内。原位修改大体上，可以使用上文讨论的相同的方法和设备用于原位修改透镜。这包括人工晶状体、角膜镜、角膜接触镜以及自然晶状体。在大多数例子中，透镜已具有诸如屈光力、复曲面和/或非球面性等光学特征。该方法用于微调透镜，并为LASIK手术提供选择。对于原位修改，使用了图7的设备，除了不需要透镜架710或用于移动透镜的装置712之外。更确切地说，由聚焦系统提供的修改的领域范围只涵盖正被修改的透镜的部分，可以改变该聚焦系统聚焦到其它区域。参考图14，使用图7的设备可以修改自然晶状体的直径大约6mm的层1410。该层1410包含修改轨迹，每一个修改轨迹具有I到10个点。典型地，作为一个扫描区域，直径大约2mm的区域被修改。图7的设备的透镜系统依次移动以修改其它区域。每一个区域可以具有一个或多个修改轨迹平面。利用定制透镜设计和原位修改的概念，可以通过例如修改角膜，在人眼中实现定制化的屈光矫正。可选用本文描述的方法以在人类角膜中产生折射层。例如，假设在胶原组织中有1%的折射率改变，则暴露角膜前面的基质在厚度50 μ m的层中就足以促成高达+/-20屈光度的折射校正。一系列的修改轨迹层优选地被放置位于角膜表面下方100 μ m至150μπι处。也可实现校正复曲面和非球面屈光不正以及高阶光学像差。与定制IOL-设计的情况类似，通过在该领域中熟知的技术或者通过上述序列号为12/717866的同时待审申请(代理人档案号19330-1)中描述的技术可以计算出所需的校正。基于各种角膜组织的自体荧光成像，并提供在线过程控制，通过双光子显微镜704可促成原位组织替换过程。与聚合物透镜材料相反，角膜组织是不均匀的。利用荧光和二次谐波发生(SHG)成像方式，通过双光子显微镜可以看到角膜的结构。在图14中，描述了人类晶状体的前面部分内侧的折射层的产生。优选地，选择位于晶状体前囊下方大约100 μ m的层1410。修改晶状体组织的应用方法尤其适合于产生多焦点的老花眼中，以有助于近视力(near vision)或校正近视症(近视眼)或远视症(远视目艮)以及散光症(复曲面(toricity))。参考图15，人眼中的角膜2000从其前表面到其后表面包括以下部分S卩，扁平上皮2002、前弹性层2004、基质2006、后弹性层2008以及内皮层2010。修改层2012处于基质中，并且其上表面2014位于角膜2000的前表面2016下方大约100微米处。优选地，该层的厚度为大约50微米。为了有效修改角膜，需要精确了解角膜的前表面所在位置。确定角膜的前表面的位置的优选技术是根据于2010年3月4日提交的序列号为12/717866的共同待审申请中所描述的。具体地，一波长的红外光照明角膜的前表面，当照明时，所述波长为能够从角膜的前表面产生的荧光的波长，并能检测到所产生的荧光。典型地，红外光具 有大约780nm的波长。用激光修改角膜的效果取决于所处理角膜部分的密度。用于确定角膜前表面位置的技术可以用于确定角膜的不同部分的密度。一旦确定，可改变由激光器提供的功率，其中，当激光束修改角膜的具有更高密度的部分时所提供的能量比当修改具有较低密度的部分时的能量多。例如，大约多3%的能量用于更高的密度区域。实例I (标准诱镜)微分干涉差(DIC)显微镜用来确定有效的RIS速度范围。使用40mW激光器，对于标准的Aaren疏水性丙烯酸IOUAaren科技有限公司，150ppm黄色染料),有效RIS速度处于5 μ m/秒至75 μ m/秒的范围内。当经由DIC显微镜进行观察时，如果RIS速度慢于5 μ m/秒，则激光束会过长地停留在同一光点处，结果会烧坏材料。如果RIS速度大于75 μ m/秒，激光在改变材料的折射率方面是无效的。实例2 (变化激光功率、黄色染料以及UV吸收剂的效果)重复实例I的方案，不同的是激光能量从IOmW变化为20mW、从IOmW变化为40mW ；黄色染料的量从按重量计算从150ppm改变为500ppm、从150ppm改变为IOOOppm ;而UV吸收剂的量从按重量计算从O. 8%改变为4%。在图16和图17中示出其结果。如图16所示，当激光能量从20mW加倍到40mW时，对于全部三个测试材料，高RIS速度极限增大了将近8倍。当黄色染料浓度从150ppm增大到500ppm以及从150ppm增大IOOOppm时,RIS速度增大，如图16所示。图16中的全部材料包含相同量的UV吸收剂(O. 8%)。如图17所示，IOL中UV吸收剂百分比的增加会增加RIS速度，甚至比黄色染料更加有效。实例3 (利用额外的UV吸收剂形成聚合物诱镜体)成功制备具有8%的UV吸收剂量的聚合物材料，如下在配备有磁性搅拌棒的圆底烧瓶中加入20. 15克的BPA (N-苄基N-异丙基丙烯酰胺)、11. 4克的UV吸收剂UVAM(2- (5-氯-2H-苯并三唑-2-基)-6- (I, I- 二甲基乙基)-4-乙烯苯酚)(2- (S-ChloroJH-benzotriazoH-yDU I, 1-dimethylethyl )-4_ethenylphenol )、0· 18 克的 ΑΙΒΝ(2, 2_偶氮二异丁腈)、30. 88克的EMA (甲基丙烯酸乙酯)、5. 20克的黄色染料溶液(不纯的黄色染料)、2. 18克的交链剂-EDGMA (乙二醇二甲基丙烯酸酯)、以及73. 75克的BA (丙烯酸丁酯)。EGDMA (乙二醇二甲基丙烯酸酯)中由具有4000ppm浓度的3VPADPA (N-苯基-4- (3-乙烯基苯基偶氮)-苯胺(N-Pheny 1-4- (3_Vinylphenylazo)-Aniline))组成的黄色染料溶液。在该圆底烧瓶被放置在磁搅拌板上并搅动了 60至90分钟之后，混合溶液被转移到玻璃板模具中。该模具被放置到预加热的处于65°C的对流烘箱中用于固化过程。温度在8小时内被提高到140°C，然后冷却到30°C。在将该片材从玻璃模具移开之后，其被冲压成直径为16mm的圆钮。在被加工成IOL之前，在酒精中提取该圆钮，然后在真空中将其干燥。用如下不同浓度的UV吸收剂重复该过程对于具有4%的UV吸收剂，加入了 5. 7克的UVAM ;对于具有16%的UV吸收剂，加入了 22. 8克的UVAM。在硬度计上测量硬度特性，由DSC来测量玻璃转化温度。结果呈现在表I中。 表I透镜材料硬度和玻璃转化温度


用于放置到人眼中的透镜，如人工晶状体，所具有的至少一些光学特性利用激光进行修改。该透镜优选地包含按重量计算至少5%的UV吸收剂，因此可以实现商业上可行的产出率。激光在透镜中形成修改轨迹，其中该修改轨迹具有与修改之前的材料的折射率不同的折射率。使用相同的激光修改技术可原位修改角膜。