CN101061417A - 一系列的非球面接触透镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一系列的非球面接触透镜，每个透镜在其前表面上具有第一中心光学区，并且在其后表面上具有第二中心光学区。这两个中心光学区都是非球面的表面。所述第一中心光学区设计为具有提供目标光焦度和光焦度分布的表面，其中，所述光焦度分布选自：(a)基本上恒定不变的光焦度分布；(b)与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布；以及(c)其中所述透镜在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度的光焦度分布。

Description

一系列的非球面接触透镜

技术领域

本发明涉及一系列的接触透镜。具体地来说，本发明涉及能够实现适合佩戴在眼睛上并且其中结合有受控球面像差的更好的透镜的一系列接触透镜。

背景技术

接触透镜广泛地用于校正诸如近视或远视之类的缺陷。在市场上市售的用于校正近视或远视的大部分接触透镜通常具有球面设计，也就是说，每个接触透镜具有球面的前表面和球面的后表面。尽管具有球面透镜设计的接触透镜提供可接受的视觉灵敏度，但是这种传统的设计存在几个相关的缺点。第一，球面透镜设计可能会导致透镜不能很好地佩戴在眼睛上，因为人的角膜通常具有非球面的表面。第二，球面透镜设计由于其几何形状可以给透镜引入不希望的球面像差，从而降低视觉灵敏度。通过提供具有非球面性的透镜表面，可以消除球面像差。然而，通过消除透镜的球面像差，接触透镜的光焦度分布不可避免地发生改变，从而在透镜的给定孔径(例如，4mm的瞳孔尺寸)上的视在光焦度可能不再是所需的目标光焦度。在视在光焦度上的这种变化可能会大大地妨碍眼科医生给病人正确地开具接触透镜。

因此，需要提供舒适的透镜佩戴并具有受控的球面像差的接触透镜。

发明内容

本发明提供一系列的接触透镜，所述接触透镜的光焦度在约-15屈光度至约10屈光度(D)的范围内。每个透镜包括具有第一中心光学区的前表面和具有第二中心光学区的相对的后表面。所述第一中心光学区和所述第二中心光学区均是非球面的表面。每个透镜的所述第一中心光学区均具有非球面的设计，其与所述第二中心光学区结合提供选自下述光焦度分布中的光焦度分布：(a)基本上恒定不变的光焦度分布；(b)与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布；以及(c)其中所述透镜的在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度的光焦度分布。

本发明还提供一系列的非球面接触透镜，所述非球面接触透镜的光焦度在约-15屈光度至约-6屈光度的范围内，其中，每个透镜包括具有第一中心光学区的前表面和具有第二中心光学区的相对的后表面。所述第一中心光学区和所述第二中心光学区中的一个是球面的表面，而另一个是非球面的表面。所述非球面的表面具有这样的设计，其与所述球面的表面结合提供这样的光焦度分布：其中，所述透镜的在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度。

本发明还提供制造本发明的一系列的接触透镜的方法。

根据下面结合附图对优选实施例的描述，本发明的这些和其它方面将显而易见。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的优选实施例的一系列接触透镜的球面像差分布。

具体实施方式

本发明涉及一系列接触透镜，所述接触透镜的光焦度在约-15屈光度至约10屈光度(D)的范围内，优选在约-10屈光度至约10屈光度的范围内。每个透镜包括具有第一中心光学区的前表面和具有第二中心光学区的相对的后表面。第一中心光学区和第二中心光学区均是非球面的表面。在该系列中的所有透镜的第二中心光学区基本上彼此相同，并且都是非球面的表面。每个透镜的第一中心光学区均具有非球面的设计，其与第二中心光学区结合提供选自下述光焦度分布的光焦度分布：(a)基本上恒定不变的光焦度分布；(b)与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布；以及(c)其中所述透镜的在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差减小约0.65屈光度至约1.8屈光度的光焦度分布。

本文中所用的“非球面的表面”旨在描述非球面的旋转对称表面。

“球面接触透镜”旨在描述具有中心光学区的接触透镜，该接触透镜的两个相对的表面均为球面的(即，每一个表面都可以由球面数学函数定义)。

关于接触透镜的“目标光焦度”是指由眼科医生开具的以提供负的或正的球面校正的光焦度。通常，目标光焦度与在接触透镜的中心上的光焦度对应。

关于接触透镜的“光焦度分布”旨在描述从接触透镜的中心光学区的中心至边缘的光焦度的变化。

关于透镜的“球面像差”是指透镜的光焦度随着离中心轴的距离(直径)而变化，偏离理想的光焦度(即，在透镜的中心上)，并且是围绕中心轴旋转对称的。负的球面像差旨在描述透镜在任何直径处的光焦度比透镜在中心处的光焦度都小(或者更加负)。正的球面像差旨在描述透镜在任何直径处的光焦度比透镜在中心处的光焦度都大(或者更加正)。

关于接触透镜的“球面像差分布”旨在描述从接触透镜的中心光学区的中心至边缘的球面像差的变化。

关于接触透镜的“基本上恒定不变的光焦度分布”旨在描述其中在6mm直径光学区内的任何直径(到光学区中心的距离)处的球面像差在约-0.1屈光度至约0.1屈光度之间的光焦度分布。

后表面的第二中心光学区优选是由数学函数定义的锥面：

$S_1=\frac{c_1{x}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_1){c_1}^2{x}^2}}---\left(1\right)$

其中，S₁是弧矢高度，c₁是顶点曲率(顶点半径的倒数)，x是离顶点的径向距离，k₁是锥体常量。锥面可以与眼睛的角膜的外形更充分地匹配，并且可以给佩戴者提供更好的舒适感。更优选地，该系列中的所有透镜都具有作为常用设计的第二中心光学区。

前表面的第一中心光学区优选是由下述函数定义的表面：

$S_2=\frac{c_2{x}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_2){c_2}^2{x}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{x}^2+{\mathrm{\α}}_2{x}^4+{\mathrm{\α}}_3{x}^6+{\mathrm{\α}}_4{x}^8+{\mathrm{\α}}_5{x}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{x}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{x}^{14}---\left(2\right)$

其中，S₂是弧矢高度，c₂是顶点曲率(顶点半径的倒数)，x是离顶点的径向距离，k₂是锥体常量，α₁至α₇是系数。

本领域的技术人员熟知，接触透镜的光焦度尤其随着透镜材料的折射率和透镜的前表面和后表面的曲率代数差而变化。第一中心光学区和第二中心光学区结合提供校正近视或远视的光焦度。任何光焦度分布都可以通过调节公式(2)中的c、k和α₁至α₇中的一个或多个来得到。

在优选的实施例中，在该系列中的接触透镜具有在0屈光度至约10屈光度的目标光焦度的情况中，该接触透镜的光焦度分布基本上不变。

在另一优选实施例中，在该系列中的接触透镜具有约-1屈光度至约-6屈光度的目标光焦度的情况中，该接触透镜的光焦度分布与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿。

在又一优选实施例中，在该系列中的接触透镜的目标光焦度为约-6屈光度至约-15屈光度、优选为约-6屈光度至约-10屈光度的情况中，该接触透镜具有这样的光焦度分布：其中，所述透镜的在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度，优选约0.9屈光度至约1.4屈光度。甚至更优选地，该透镜具有恒定不变的球面像差分布，基本上与具有-6屈光度的透镜的球面像差分布相同。

发现，对于平的接触透镜或者具有正的光焦度的接触透镜，消除透镜球面像差将基本上不会改变透镜的视在光焦度，同时提供更好的视觉灵敏度。

此外，还发现，对于具有约-1屈光度至约-6屈光度的光焦度的接触透镜，消除透镜球面像差将明显地降低(即，相对于变化百分率而言)透镜在相对较大的孔径处的视在光焦度。这种透镜不能提供传统定义的目标光焦度。因为眼科医生通常根据目标焦度的传统定义来给病人开具透镜处方，所以无球面像差且具有约-1屈光度至约-10屈光度的目标光焦度的接触透镜不能提供良好的视觉灵敏度。公知的是，具有约-1屈光度至约-10屈光度的目标光焦度的球面接触透镜具有负的球面相差。在用于校正人眼的固有球面像差的球面接触透镜中引入附加的负的球面像差，也可能会改变视在光焦度。因此，在需要控制透镜球面像差和需要保持传统定义的目标光焦度之间需要权衡。对于具有约-1屈光度至约-6屈光度的光焦度的非球面接触透镜，更有益的是，该透镜的光焦度分布与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿(十分相似或基本上相同)。

还发现，对于高度负的接触透镜(即，具有约-6屈光度至约-15屈光度的光焦度)，通过在4mm直径处引入约-0.65屈光度至约-1.2屈光度的球面像差、且在6mm直径处引入约-1.6屈光度至约-2.4屈光度的球面像差，可以得到更好的视觉灵敏度。普遍认为，大部分的人眼通常在4mm直径处的球面像差为约0.65屈光度至约1.2屈光度，在6mm直径处的球面像差为约1.6屈光度至约2.4屈光度。在具有比-6屈光度小的目标光焦度的接触透镜中引入这种量的球面像差，可以提供更好的灵敏度，同时在视在光焦度上产生容许的变化百分率。在透镜的目标光焦度在约-1屈光度至约-6屈光度范围内的情况下，在视在光焦度上的变化百分率对于病人来说是不可容许的。

第一中心光学区和第二中心光学区可以具有任何常规透镜的形状。优选为圆形。更优选为与中心轴同心。第一中心光学区和第二中心光学区可以具有相同的或不同的尺寸。通常，这两个光学区中的任意一个的尺寸直径可以为约5mm至10mm，优选为约6mm至8mm。

在优选实施例中，在前表面上的第一中心光学区和在后表面上的第二中心光学区都与中心轴同心。

可以理解，在该系列的接触透镜中的每个透镜可以具有一个或多个非光学区，所述非光学区包围所述中心光学区。本领域的技术人员熟知怎样向透镜设计中引入常用系列的非光学区。

图1示意性地示出根据优选实施例的一系列接触透镜的光焦度分布。该系列的透镜分为三个子系列，第一子系列透镜的光焦度为约平面(0)至10屈光度，第二子系列透镜的光焦度为约-1屈光度至-6屈光度，第三子系列透镜的光焦度为约-7屈光度至-15屈光度。X轴表示离透镜中心的距离。Y轴表示在不同于透镜中心的任何位置处与在透镜中心处之间的光焦度差。从图1的顶部至底部的目标光焦度分别是平面、-1、-2、-3、-4、-5和-6。这些光焦度分布与具有相应的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布几乎相同。在第一子系列中的每个透镜的光焦度分布与平透镜的光焦度分布相同。在第二子系列中的每个透镜具有对应给定的目标光焦度的图1所示的光焦度分布中的一个。第三子系列中的每个透镜的球面像差分布与具有-6屈光度的光焦度的透镜的球面像差分布基本上相同。

通过使用光学计算机辅助设计(CAD)系统和机械CVD系统，可以设计本发明的一系列的接触透镜中的每个透镜。光学CAD系统用来设计光学模型透镜。“光学模型透镜”是指在计算机系统中设计的且通常不包含其它非光学系统的透镜，所述非光学系统是透镜中的一部分。接触透镜的示例性非光学系统包括，但不限于斜面、外围混合区、外围区、晶状体、以及接合接触透镜的前表面和后表面的边缘。

“斜面”是指位于接触透镜的后表面的边缘处的非光学表面区。一般来说，斜面是明显平坦的曲线，并且通常与接触透镜的基曲(光学前表面)混合，看起来象边缘附近的朝上的锥形。这样防止较陡峭的基曲半径抓住眼睛，并且允许边缘稍微抬起。该边缘抬起对眼泪很好地流过角膜是重要的，并且使透镜佩戴起来感觉更舒适。

“晶状体”是指在边缘附近接触透镜的前表面的非光学表面区。晶状体的主要功能是控制透镜边缘的厚度。

可以使用任何已知的合适的光学计算机辅助设计(CAD)系统来设计光学模型透镜。示例性的光学计算机辅助设计系统包括但不限于，来自Breault Research Organization的高级系统分析程序(ASAP)和ZEMAX(Focus Software公司)。优选，使用来自Breault Research Organization的高级系统分析程序(ASAP)和来自ZEMAX(Focus Software公司)的输入装置，执行光学设计。

例如，通过机械CAD系统，可以将光学模型透镜的设计转换为包括光学区、非光学区和非光学特征的机械透镜设计。优选，在将最佳的光学模型透镜的设计转换为机械透镜设计时，可以并入一系列的接触透镜的一些常见特征，例如，斜面、外围区、晶状体和边缘。可以利用外围混合区，以使前表面和后表面上的中心光学区与非光学区光滑地融合。

任何已知的合适的机械CAD系统可以用于本发明。优选，使用能够精确地用数学方式表达高阶表面的机械CAD系统来设计接触透镜。这种机械CAD系统的一个例子是Pro/Engineer。

本发明的一系列的接触透镜可以是硬透镜或者软透镜。本发明的软接触透镜优选由软接触透镜材料例如水凝胶制成。任何已知的合适的水凝胶可以用于本发明。优选，在本发明中使用含硅的水凝胶。

在完成所需的设计之后，可以在计算机控制制造系统中制造本发明的接触透镜。计算机控制制造装置可以被计算机系统控制，并且能够直接制造眼用透镜或者用于制造眼用透镜的光学工具。任何已知的合适的可由计算机控制的制造装置可以用于本发明中。可由计算机控制的制造装置优选是数字控制车床，更优选是具有45°压电切割器的双轴车床或者如Durazo和Morgan在美国专利No.6,122,999中所披露的车床设备。甚至更优选地，数字控制车床是来自Precitech公司的Optoform^超精密车床(型号为30、40、50和80)，其具有Variform^压电陶瓷快速刀具伺服配件。

可以用任何适宜的方式例如车床加工和模制来制造本发明的接触透镜。优选，接触透镜由包括模制表面的接触透镜模具模制而成，其中，当在该模具中铸造透镜时，该模制表面复制接触透镜表面。例如，具有数字控制的车床的光学切割工具可以用来形成金属光学工具。然后，使用该工具制造凸凹表面模具，接下来，将凸凹表面模具结合，将合适的液态透镜形成材料放置在模具间，然后对透镜形成材料进行压缩和固化，从而形成本发明的透镜。

因此，通过提供具有两个模制表面即第一模制表面和第二模制表面的接触透镜模具，可以制造根据本发明的接触透镜。具有第一模制表面或第二模制表面的模具相互结合形成一系列接触透镜中的每一个，每个透镜包括具有第一中心光学区的凹(后)表面和具有第二中心光学区的凸(前)表面，其中，第一中心光学区和第二中心光学区结合提供用于校正近视或远视的目标光焦度和光焦度分布，该光焦度分布选自：(a)基本上恒定不变的光焦度分布；(b)与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布；以及(c)其中所述透镜的在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度的光焦度分布。

在另一方面，本发明提供制造本发明的一系列接触透镜的方法。该方法包括以下步骤：用制造装置使该系列中的每一个接触透镜成形为具有第一中心光学区的凹(后)表面和具有第二中心光学区的凸(前)表面，其中，第一中心光学区和第二中心光学区结合提供用于校正近视或远视的目标光焦度和光焦度分布，该光焦度分布选自：(a)基本上恒定不变的光焦度分布；(b)与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布；以及(c)其中所述透镜的在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度的光焦度分布。

本发明的接触透镜可以具有适合佩戴在眼睛上的更好的透镜，并且具有受控制的球面像差分布。

Claims (12)

1.一系列的接触透镜，该系列中的每个透镜具有在-15屈光度至10屈光度范围内的目标光焦度，用于校正近视或远视，该系列中的每个透镜包括具有第一中心光学区的前表面和具有第二中心光学区的相对的后表面，其中，该系列中的所有透镜的所述第二中心光学区基本上彼此相同，并且都是非球面的表面，其中，该系列中的每个透镜的所述第一中心光学区具有非球面的设计，其与所述第二中心光学区结合提供选自下述光焦度分布中的一种光焦度分布：(a)基本上恒定不变的光焦度分布；(b)与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布；以及(c)其中所述透镜在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度的光焦度分布。

2.根据权利要求1所述的一系列的接触透镜，其中，所述后表面的所述第二中心光学区是由公式(1)定义的锥面：

$S_1=\frac{c_1{x}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_1){c_1}^2{x}^2}}---\left(1\right)$

其中，S₁是弧矢高度，c₁是顶点曲率(顶点半径的倒数)，x是离顶点的径向距离，k₁是锥体常量。

3.根据权利要求2所述的一系列的接触透镜，其中，所述前表面的所述第一中心光学区是由公式(2)定义的表面：

$S_2=\frac{c_2{x}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_2){c_2}^2{x}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{x}^2+{\mathrm{\α}}_2{x}^4+{\mathrm{\α}}_3{x}^6+{\mathrm{\α}}_4{x}^8+{\mathrm{\α}}_5{x}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{x}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{x}^{14}---\left(2\right)$

其中，S₂是弧矢高度，c₂是顶点曲率(顶点半径的倒数)，x是离顶点的径向距离，k₂是锥体常量，以及α₁至α₇是系数。

4.根据权利要求3所述的一系列的接触透镜，其中，在该系列中具有目标正光焦度的每个透镜具有基本上恒定不变的光焦度分布。

5.根据权利要求3所述的一系列的接触透镜，其中，在该系列中具有在-1屈光度至-6屈光度范围内的目标光焦度的每个透镜具有与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布。

6.根据权利要求3所述的一系列的接触透镜，其中，在该系列中具有比-6屈光度小的目标光焦度的每个透镜具有这样的光焦度分布：其中，所述透镜6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度。

7.根据权利要求6所述的一系列的接触透镜，其中，在6mm直径处的所述球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.9屈光度至约1.4屈光度。

8.一种制造一系列的接触透镜的方法，包括以下步骤：

i)设计包括第一中心光学区的后表面，所述第一中心光学区是由公式(1)定义的非球面表面：

$S_1=\frac{c_1{x}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_1){c_1}^2{x}^2}}---\left(1\right)$

其中，S₁是弧矢高度，c₁是顶点曲率(顶点半径的倒数)，x是离顶点的径向距离，以及k₁是锥体常量；

ii)设计包括第二中心光学区的前表面，其中，所述第二中心光学区是由公式(2)定义的表面：

$S_2=\frac{c_2{x}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_2){c_2}^2{x}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{x}^2+{\mathrm{\α}}_2{x}^4+{\mathrm{\α}}_3{x}^6+{\mathrm{\α}}_4{x}^8+{\mathrm{\α}}_5{x}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{x}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{x}^{14}---\left(2\right)$

其中，S₂是弧矢高度，c₂是顶点曲率(顶点半径的倒数)，x是离顶点的径向距离，k₂是锥体常量，以及α₁至α₇是系数；

iii)对于该系列中的每个透镜，调节c₂、k₂和α₁至α₇中的一个或多个，而保持c₁和k₁不变，以提供在-15屈光度至10屈光度范围内的目标光焦度和选自于如下的光焦度分布：(a)基本上恒定不变的光焦度分布；(b)与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布；以及(c)其中所述透镜在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度的光焦度分布；以及

iv)通过车床加工或模制制造该系列中的每个透镜。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在该系列中具有目标正光焦度的每个透镜具有基本上恒定不变的光焦度分布。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，在该系列中具有在-1屈光度至-6屈光度范围内的目标光焦度的每个透镜具有与具有相同的目标光焦度的球面透镜的光焦度分布相仿的光焦度分布。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，在该系列中具有比-6屈光度小的目标光焦度的每个透镜具有这样的光焦度分布：其中，所述透镜在6mm直径处的球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.65屈光度至约1.8屈光度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在6mm直径处的所述球面像差比在4mm直径处的球面像差小约0.9屈光度至约1.4屈光度。

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