CN101957502A - 个性化角膜接触镜的设计方法 - Google Patents

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全薇
柏葆华
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Abstract

本发明属于矫正眼镜领域。本发明个性化角膜接触镜的设计方法，应用眼前节分析仪测量出人眼角膜厚度、角膜前后表面地形图，用ZEMAX光学设计软件中多项式对角膜前后表面地形图进行拟合。应用超声波测厚仪测量出人眼前房、晶状体、玻璃体等各部分的眼轴向厚度。应用哈特曼-夏克波前像差仪测量出人眼出瞳面的波像差。以人眼出瞳面波前像差数据作为系统优化函数，将晶状体面形数据为变量，利用多项式所表示的角膜前后表面、角膜厚度、人眼前房、晶状体、玻璃体等各部分的眼轴向厚度和光学常数，应用ZEMAX光学设计软件进行优化，得到晶状体的结构，进而获得个性化眼光学系统结构。在个性化眼光学系统结构的角膜前表面，加入角膜接触镜包括角膜接触镜的光学常数和厚度，以角膜接触镜面形参数为变量。像差为零作为优化目标进行优化，获得角膜接触镜的面形参数，得到角膜接触镜的设计方案。

Description

个性化角膜接触镜的设计方法
技术领域
本发明属于矫正眼镜领域。
背景技术
在人类的长期进化过程中，眼睛得到了很大的发展。生理解剖学和生物实验研究表明：人眼经长期进化已趋于完善，作为整体，人眼是一个结构复杂而功能完善的视觉系统，然而作为个体的人眼并非是理想的光学系统。个体人眼除受衍射极限和视锥细胞结构而限制了它的分辨极限外，还因个体眼存在的像差而使其视力与人类整体的理想视力有很大的差距，因此，人眼像差的矫正一直是人们关注并努力探索的科学领域。
视力矫正是涉及几乎全体大众健康的大事。传统上用球-柱眼镜或角膜接触镜矫正眼的离焦和像散已经百余年。直到上世纪90年代德国海德堡大学的Josef F.Bille博士和梁俊忠博士创造了用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器测量人眼波像差的技术，使人眼的初级像差和高级像差得以精确地测量，才使得人眼高级像差的矫正、视觉的改善成为可能。Josef F.Bille博士和梁俊忠博士应用哈特曼-夏克波像差的技术将人眼像差以Zernike项的形式较详细表达出来，结合自适应光学的应用，揭示了人眼高级像差对视力的严重影响。他们的研究为视觉矫正工程带来革命性的变化。在此之前，基于离焦和像散的视力矫正，可获得最佳20/20(即1.0)的矫正视力，亦即正常人眼的视力，它相当于28c/deg的分辨率。而由6mm瞳孔衍射极限所决定的分辨率是100c/deg，视锥细胞的尺寸所决定的Nyquist极限分辨率为58c/deg。这说明以前的视力矫正是非常有限的，人的视力改善尚留有很大的空间。Josef F.Bille博士和梁俊忠博士指出：之前的视力矫正之所以受到局限，是因为没有矫正高级像差的缘故。事实上人眼除离焦、像散之外，还普遍存在着球差、彗差、以及其它高级像差，其波前像差的Zernike展开可达65项，这些像差同样影响人的视力，在有些情况下对视力的影响更为严重。如果采用一定的技术，克服掉所有这些波前像差，人类有可能获得超过20/20的更好的视力。
发明内容
本发明提供了一种矫正人眼初级像差和高级像差的个性化接触镜的设计方法。采用该方法设计的个性化接触镜不仅可以矫正离焦、像散，还可以矫正球差、彗差等初级像差和高级像差，使人眼的视力远远超过正常人眼1.0的视力，即28c/deg的分辨率，最高可达到近58c/deg的分辨率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
首先建立个性化眼光学结构。应用眼前节分析仪测量出人眼角膜厚度以及角膜前表面和后表面的地形图，即角膜前后表面各点相对参考球面沿径向的高度值和参考球面的曲率半径；选取ZEMAX光学设计软件中的面形对角膜前表面和后表面的地形图进行拟合，得到用ZEMAX光学设计软件中的多项式所表示的角膜前表面和后表面。应用超声波测厚仪测量出人眼前房、晶状体、玻璃体等各部分的眼轴向厚度。关于晶状体的面形数据，应用ZEMAX光学设计软件进行优化来获得。应用哈特曼-夏克波前像差仪测量出人眼出瞳面的波前像差，并以该人眼波前像差数据作为系统的优化目标，即优化函数，将晶状体面形数据为变量，利用ZEMAX光学设计软件中多项式所表示的角膜前表面和后表面、人眼前房、晶状体、玻璃体等各部分的眼轴向厚度和光学常数，应用ZEMAX光学设计软件的优化功能进行优化。从而得到晶状体的结构，这样就获得了个性化眼光学系统结构。
在个性化眼光学系统结构的基础上，在角膜前表面，加入角膜接触镜包括角膜接触镜的光学常数和厚度，以角膜接触镜面形参数为变量，像差为零作为优化目标，进行优化，进而可获得角膜接触镜的面形参数，得到可以矫正球差、彗差等初级像差和高级像差的角膜接触镜的设计方案。
下面结合附图具体说明本发明的实施方案。
附图说明
附图1是本发明个性化角膜接触镜的设计方法的原理图。
如图1所示，应用眼前节分析仪〔1〕测量出人眼角膜厚度以及角膜前表面和后表面的地形图，即角膜表面各点相对参考球面沿径向的高度值和参考球面的曲率半径；选取ZEMAX光学设计软件中的面形对角膜前表面和后表面的地形图进行拟合，得到用ZEMAX光学设计软件中多项式所表示的角膜前表面和后表面的面形〔4〕。应用超声波测厚仪〔3〕测量出人眼前房、晶状体、玻璃体等各部分的眼轴向厚度〔6〕。应用哈特曼-夏克波前像差仪〔2〕测量出人眼出瞳面的波前像差〔5〕。以人眼出瞳面的波前像差数据作为系统的优化目标，即优化函数〔5〕，将晶状体面形数据为变量，并利用ZEMAX光学设计软件中多项式所表示的角膜前表面和后表面〔4〕、人眼前房、晶状体、玻璃体等各部分的眼轴向厚度〔6〕和光学常数〔7〕，应用ZEMAX光学设计软件的优化功能进行优化。从而得到晶状体的面形结构〔8〕，这样就获得了个性化眼光学系统结构〔9〕。
在个性化眼光学系统结构〔9〕的基础上，在角膜前表面，加入角膜接触镜包括角膜接触镜的光学常数和厚度，以角膜接触镜面形参数为变量，像差为零作为优化目标，进行优化，进而可获得角膜接触镜的面形参数〔10〕，得到角膜接触镜的设计方案。

Claims (3)

1.一种个性化角膜接触镜的设计方法，其特征在于：眼前节分析仪测量出的人眼角膜前表面和后表面的地形图，拟合为ZEMAX光学设计软件中多项式所表示的角膜前表面和后表面的面形。
2.如权利要求1所述的个性化角膜接触镜的设计方法，其特征在于：以应用哈特曼-夏克波前像差仪测量出的人眼出瞳面的波前像差数据作为系统的优化目标，即优化函数，将晶状体面形数据为变量，并利用以ZEMAX光学设计软件中多项式所表示的角膜前表面和后表面面形、人眼前房、晶状体、玻璃体等各部分的眼轴向厚度和光学常数，应用ZEMAX光学设计软件的优化功能进行优化，得到晶状体的面形结构，进而获得个性化眼光学系统结构。
3.如权利要求1所述的个性化角膜接触镜的设计方法，其特征在于：在个性化眼光学系统结构中，在角膜前表面，加入角膜接触镜包括角膜接触镜的光学常数和厚度，以角膜接触镜面形参数为变量，像差为零作为优化目标，利用ZEMAX光学设计软件的优化功能进行优化，获得角膜接触镜的面形参数，得到角膜接触镜的设计方案。所设计的个性化角膜接触镜不仅可以矫正离焦、像散，还可以矫正球差、彗差等初级像差和高级像差。
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