CN101932967B - 校正像差的眼镜片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了可用于校正低阶和高阶眼波前像差的镜片，以及设计和制备所述镜片的方法，其中将镜片厚度的过度变化降至最低程度。

Description

校正像差的眼镜片及其制备方法

技术领域

本发明涉及眼镜片。具体地讲，本发明提供了可校正光学像差的眼镜片。

背景技术

使用隐形眼镜镜片来校正屈光不正已为人们所熟知。常规的隐形眼镜镜片可校正低阶光学像差，例如离焦和散光，但不能校正高阶光学像差。最近也公开了可校正高阶光学像差的隐形眼镜镜片。通常，测量在波前任何位点处对球面波前的偏差作为低阶和高阶眼像差。为了校正像差，镜片的一个或多个表面的几何形状被设计为对球面波前偏差进行补偿。

一些个体患有会产生比大多数人更极端的像差的眼部病症，包括但不限于圆锥角膜、不规则散光、角膜营养不良和眼外伤。另外，即使这些个体没有此类眼部病症，校正所需的几何补偿也可能使得没有可用来描述视区整个直径的数据。另外，视区和镜片边缘之一或全部两个可能具有厚度过度变化的区域。在每个这种情况下，变化会导致镜片可能难以制造，并且变化使得镜片戴在眼睛上不舒服。

具体实施方式

本发明提供了可用于校正低阶和高阶眼波前像差的镜片，以及设计和制备该镜片的方法，其中通过将像差从初始测得的像差直径数据外推到所需视区直径，从而导致镜片厚度在视区边缘处没有显著的过度变化。本发明的镜片和方法在为眼像差极大的个体提供镜片时尤其有用。

在第一个实施例中，本发明提供了眼镜片设计方法，该方法包括以下步骤、基本上由以下步骤组成、以及由以下步骤组成：a.)采集具有第一直径的个体眼睛的波前像差数据；b.)将像差数据外推到第二直径；以及c.)对外推像差数据的每条子午线应用数学滤波器，以减小镜片表面厚度的过度变化。在另一个实施例中，本发明提供了根据该方法设计的镜片。

对于本发明，“过度变化”是指围绕视区周边在视区边缘处的最小厚度与最大厚度之间的变化为100微米或更大。视区的边缘为紧邻镜片周边区域的视区或围绕视区的非视区的直径。通常，视区边缘的宽度为约100微米至约1毫米。

对于本发明的目的，根据镜片前表面(物体侧)与背表面(眼睛侧)之间在沿垂直于背表面方向上的距离测量镜片上任何指定点处的厚度。

根据本发明方法的第一步，测量个体的波前像差。用于测量像差的仪器包括但不限于波前传感器、像差仪、通过点扩散或线扩散测量光学传递函数的装置，或任何可测量、估计、插值或计算眼光学波前、波前误差或像差的类似装置。合适的测量装置可从例如Wavefront Sciences，Inc，(Albuquerque，New Mexico)商购获得。可通过计算镜片表面的几何形状来提供像差校正，几何形状提供所需的光程差以抵消由眼像差造成的失真。

通常，低阶和高阶眼像差为波前上任何位点处对球面波前的任何偏差。这些像差的典型描述为球面像差、离焦、散光、彗差和失真。或者，可以用数学描述符来表示像差。此类描述符的例子包括Zernike多项式、曲面拟合函数(包括但不限于Taylor系列多项式等等)。在本发明的方法中优选使用Zernike多项式。通过Zernike多项式，可以在笛卡尔坐标或极坐标中重建波前像差。

在本发明方法的第二步中，将像差数据外推到第二直径。在一个优选的实施例中，将数据外推到与隐形眼镜镜片的视区基本上相等的直径，并且更优选地使用Zernike多项式来进行外推。因此，可以对与镜片表面视区的直径基本上对应的直径进行外推计算，该直径通常介于约6.5至9mm之间，优选地为约8mm。优选地，对与视区直径相比增加的直径进行计算，以允许瞳孔中心的像差数据中心与隐形眼镜镜片表面视区的像差数据中心有任何错开。直径的增加值优选地至少为错开距离的两倍。例如，如果错开值为0.35mm，则外推直径优选比视区直径大0.7mm。更优选地，增加值为约0.3至约0.7mm。

本发明发现镜片厚度的过度变化可能是由于波前像差数据外推到更大的直径而造成的。本发明还发现这些过度变化可以通过对每条子午线上的外推像差应用数学滤波器来减小。

合适的滤波器为能够过滤掉外推像差以产生平滑连续的数据、减小外推区域的过度变化、以及允许表面函数在整个外推直径上逼近像差且不在初始像差数据直径内产生显著误差的滤波器。任选地，在滤波后厚度的变化仍然不理想的情况下，可以减小视区直径，优选地以0.2mm的增量减小，直到厚度的变化可以接受。

在一个实施例中，可以使用余弦形式的滤波器，例如在每条子午线的连续点之间应用到像差振幅之间差异上的Hamming Window。使用Hamming法时，根据以下公式定义像差的变化：

Δz＝z_n-z_n-1

                  (I)

其中z为像差振幅；

    n为子午线上的第一点；以及

    n-1为子午线上的第二点。

然后用Hamming Window乘以所得的Δz值，从而得到第二Δz。Hamming Window为一个值(Y)，按如下公式做乘法得到：

其中：

“x点”为初始像差数据半直径到某点的距离；“x范围”为初始像差数据半直径与最终外推半直径之间的距离。

然后沿着子午线求和Δz的每个第二值，从而得到外推区域的像差数据。优选的是在外推半直径范围内完成每条数据子午线并且保持取样距离为200微米或更小。

可以用于滤波目的的其他函数例子包括：

另一个例子为：

另一个例子为：

另一个例子为：

优选的滤波器为Hamming Window，因为与其他滤波器相比，HammingWindow在外推后产生的拟合误差更小。本领域的普通技术人员将认识到可以使用其他通常用于快速傅里叶变换数据的信号处理窗函数。

滤波后的数据可以转化为直线、极同心或螺旋形式的网格图案，以对应于可使用计算机数控(CNC)车床、聚合物按钮直接加工、铣削、激光烧蚀、嵌件注模等或这些方法的组合来加工镜片表面或镜片模具表面的机构。可以将为达到像差校正目的所需的镜片表面高度或坡度变化结合到镜片的前表面、背表面上或者在前表面和背表面上分开处理。在优选的实施例中，背表面与佩戴者的角膜地形图相匹配。

对于结合了镜片佩戴者角膜的相反地形高度图的镜片，可以采用任何已知的方法确定角膜地形图，这些方法包括但不限于使用角膜地形图仪。这些数据随后可以绘制到CNC网格图案上用来制造镜片表面或模具表面。

可用于本发明的隐形眼镜镜片可以为硬质或软质镜片。优选地使用由适于制备此类眼镜的任何材料制成的软质隐形眼镜镜片。除像差校正以及远光焦度和近光焦度之外，本发明的镜片还可以在表面上结合多种校正光学特性中的任一种，例如柱镜顶焦度。

本发明的隐形眼镜镜片可以用任何常规方法形成。例如，其中形成的环状区域可通过以交替的半径进行金刚石车削而制成。可以通过金刚石车削将该区域制成用于形成本发明镜片的模具。随后，将合适的液态树脂置于模具之间，接着通过压缩和固化树脂来形成本发明的镜片。作为另外一种选择，可以通过金刚石车削将该区域制成透镜钮。

Claims (6)

1.一种制备眼镜片的方法，所述方法包括：a.)采集具有第一直径的个体眼睛的初始波前像差数据；b.)将所述像差数据外推到第二直径；以及c.)对所述外推像差数据的每条子午线应用数学滤波器，以减小镜片表面厚度的过度变化，所述方法还包括将所述滤波后的数据转化为适于加工镜片表面或镜片模具表面的形式。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二直径基本上对应于或大于隐形眼镜镜片视区的所述直径。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器选自HammingWindow、Hanning Window、Parzen Window、Blackman Window和Welch Window。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述滤波器选自HammingWindow、Hanning Window、Parzen Window、Blackman Window和Welch Window。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c.)通过以下步骤执行：(i)根据以下公式定义所述初始像差数据的变化：

Δz＝z_n-z_n-1

其中z为所述像差振幅；

n为子午线上的第一点；以及

n-1为所述子午线上的第二点；

(ii)用Hamming Window乘以所得的Δz值：

其中：

“x点”为初始像差数据半直径到某点的距离；“x范围”为所述初始像差数据半直径与所述最终外推半直径之间的距离；以及

(iii)沿着所述子午线求和Δz的所述第二值。

6.根据权利要求2所述的方法，其中步骤c.)通过以下步骤执行：(i)根据以下公式定义所述初始像差数据的变化：

Δz＝z_n-z_n-1

其中z为所述像差振幅；

n为子午线上的第一点；以及

n-1为所述子午线上的第二点；

(ii)用Hamming Window乘以所得的Δz值：

其中：

“x点”为初始像差数据半直径到某点的距离；“x范围”为所述初始像差数据半直径与所述最终外推半直径之间的距离；以及

(iii)沿着所述子午线求和Δz的所述第二值。