CN104375283B - 用于老花眼的镜片系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于矫正老花眼的一系列眼科镜片，所述眼科镜片满足用于远视、近视、和视差的约束条件，并且可以根据结合优值函数的方法进行设计，所述优质函数说明双眼的视觉性能。

Description

用于老花眼的镜片系统

本申请是申请号为201280030934.9、申请日为2012年6月13日、发明名称为“用于老花眼的镜片系统”的专利申请的分案申请。

背景技术

本发明涉及可用于矫正老花眼的眼科镜片。

随着人们年龄的增长，他们的眼睛变得不太能够调节或弯曲自然晶状体以聚焦在离观察者相对较近的物体上。这种情况被称为老花眼。相似地，已摘除自然晶状体并且插入眼内镜片作为替代品的人们通常不具有调节的能力。

矫正眼睛的调节失效的一种方法称为单视法，其中矫正远视的单视镜片用于主眼中并且矫正近视的单视镜片用于非主眼中。单视法通常导致失去立体视觉。用于治疗老花眼的另一种方法为在人眼中均使用双焦点或多焦点接触镜片。可利用这种方法获得满意的矫正，但其相比于单视法而言通常导致图像对比度和分辨率的降低。治疗老花眼的另一种方法为改进的单视法。这种方法涉及在第一眼睛中使用双焦点或多焦点镜片，而在第二眼睛中使用不同于第一眼睛中的方法，即：要么使用单视镜片、要么使用双焦点或多焦点镜片。改进的单视法可需要考虑大量的可能镜片，以便得到满意的镜片性能。

仍然期望获得在整个完整的或几乎完整的规格范围内具有镜片光学能力的一系列镜片，这种镜片能够最佳地矫正近视，优选地同时矫正远视。

发明内容

本发明为包括第一镜片和第二镜片的组合的一系列镜片，所述第一镜片和第二镜片被选择为使得它们在整个系列中满足下述关系：

在本发明的镜片中，镜片的光学表面中的至少一个可为非球形的。优选地，两个光学表面均为非球形的。

在本发明的一个方面，镜片对选自一组镜片，以满足约0.75至约2.50屈光度的下加光需求和约-12.00至约+8.00屈光度的折射率需求。

在本发明的另一个方面，镜片具有非球形的背表面，所述背表面具有约7.85mm的顶点半径和约-0.26的二次曲线常数。一个或多个周边半径围绕中心区。这些周边半径连同中心半径一起确定镜片的总体贴合性。围绕表面的半径在7.5至10.5mm的范围内。背表面上的顶点半径和周边半径的纯总体效果产生如下镜片，所述镜片的贴合性类似于由半径为在8.0至9.4mm之间的单个单曲线形成的镜片。

在本发明的又一个方面，每个镜片具有如图2、图3、和图4所示的焦度分布。

在本发明的又一个方面，用于矫正老花眼的方法涉及提供两个或更多个镜片，每个镜片的焦度分布不同于另一个镜片的焦度分布，所述镜片得自满足下述关系的一系列镜片：

在r≤r_中心的中心区中，P＝P₀+b+c₁·r，

在r≥r_外侧的外侧区中，P＝P₀+c₂·r²，

并且在过渡区域r_中心≤r≤r_外侧中，P由分段三次Hermite(埃尔米特)插值多项式来描述，其中对于该系列镜片中的每个镜片而言，常数P₀、c₁、c₂、b、以及分段三次Hermite(埃尔米特)插值多项式的形式为不同的。

附图说明

图1为示出接触镜片的焦度分布的曲线图。

图2为示出本发明的下加光低的镜片的焦度分布的曲线图。

图3为示出本发明的下加光中等的镜片的焦度分布的曲线图。

图4为示出本发明的下加光高的镜片的焦度分布的曲线图。

图5为示出用于需要-3.0D球面矫正的受试者的眼睛的多焦点接触镜片的焦度分布的曲线图。

图6为示出具有0.06D/mm²的球面像差的-3D近视眼的焦度分布的曲线图。

图7为示出本发明的设计的Center Near(中心近距)系统的焦度分布的曲线图。

图8为示出本发明的设计的Center Distance(中心远距)系统的焦度分布的曲线图。

具体实施方式

本发明提供了用于设计接触镜片的方法、根据所述方法设计的接触镜片、以及用于制备所述镜片的方法。所述镜片相比于常规的镜片和方法而言提供用于老花眼矫正的改善方法。根据本发明的镜片对协同地起作用，从而使镜片佩戴者得到良好的双眼视力以及在近视、中视和远视方面得到一致的性能。

可通过如图1所示的焦度分布来描述双焦点或多焦点接触镜片。水平轴为距接触镜片的中心的径向距离，并且垂直轴为在此径向位置处的镜片焦度。在图1所示的情况中，焦度分布为围绕接触镜片的中心旋转对称的。在已知表面形状、镜片厚度、和镜片折射率的条件下，可以计算接触镜片焦度分布(P_CL)。也可由利用干涉仪测得的镜片波前来确定接触镜片的焦度分布。通过适用于在整个远视和近视矫正范围内的约束条件来描述本发明的一系列镜片。在这些约束条件内构造所述系列的步骤在近视、中视和远视之间可获得优异的平衡性，使双眼在整个限定范围内具有无可非议的视差。

本文所述的接触镜片焦度分布为轴向焦度，并且由波前计算如下：

$P_{\mathrm{CL}}(r,\mathrm{\θ})=\frac{1}{r\sqrt{1+{\left(\frac{{\∂W}_{\mathrm{CL}}(r,\mathrm{\θ})}{\∂r}\right)}^2}}\frac{{\∂W}_{\mathrm{CL}}(r,\mathrm{\θ})}{\∂r}---\left(I\right)$

P_CL(r，θ)为在径向位置r处的焦度，并且

W_CL(r，θ)为在极坐标中的波前。

对于波前而言， $\left|\frac{{\&PartialD;W}_{\mathrm{CL}}(r,\mathrm{\&theta;})}{\&PartialD;r}\right|<<1,\mathrm{so}$

$P_{\mathrm{CL}}(r,\mathrm{\&theta;})=\frac{1}{r}\frac{{\&PartialD;W}_{\mathrm{CL}}(r,\mathrm{\&theta;})}{\&PartialD;r}.---\left(\mathrm{II}\right)$

眼睛上的接触镜片的残余焦度在公式III中给出。

P(r，θ)＝P_CL(r，θ)-Rx+SA_眼*r²+F， (III)

其中P_CL为以屈光度计的接触镜片的轴向焦度；

Rx为以屈光度计的球体Rx；

SA_eye为眼睛(0.06D/mm²)的球面像差；并且

F为以屈光度计的镜片相对于平光镜的贴合度。

尽管接触镜片的焦度分布以及眼睛上的接触镜片的残余焦度能够以极坐标进行描述并且不必为旋转对称的，但为了简洁起见，示出了围绕镜片的中心旋转对称的焦度分布。在这种情况下，接触镜片的残余焦度由公式IV给出。

P(r)＝P_CL(r)-Rx+SA_眼*r²+F (IV)

图5示出了专用于设置在-3D(Rx＝-3.0)近视眼上的多焦点接触镜片的焦度分布的例子。图6示出了具有0.06D/mm²的球面像差的-3D近视眼的焦度分布。图6中的焦度分布给定为

P_眼(r)＝-Rx+SA_眼*r²。 (v)

为清楚起见，合并公式IV和V，可以得出

P(r)＝P_CL(r)+P_眼（r)+F。 (VIa)

这给出了对于观察远距物体的受试者而言的镜片加眼睛的焦度。对于观察近距物体而言(如在阅读中)，如果受试者不能完全调节，则存在焦度偏移。此焦度偏移与它们的下加光要求(给定为ADD)有关。对于观察近距(40cm)物体而言，镜片加眼睛的焦度变为：

P(r)＝P_CL(r)+P_眼(r)+F-ADD。 (VIb)

接触镜片加眼睛的焦度可与接触镜片加眼睛的波前有关，其形式类似于公式II所示的形式。该焦度如下所示：

$P\left(r\right)=\frac{1}{r}\frac{\&PartialD;W\left(r\right)}{\&PartialD;r}.---\left(\mathrm{VII}\right)$

接触镜片加眼睛的波前W给定为

$W\left(R\right)=\underset{0}{\overset{R}{\&Integral;}}\mathrm{rP}\left(r\right)\mathrm{dr}---\left(\mathrm{VIII}\right)$

其中R给出距镜片(和眼睛、以及波前)的中心的径向距离。

基于波前W，瞳孔函数(PF)为

$\mathrm{PF}\left(r\right)=A\left(r\right)e^{-i\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}W\left(r\right)}.---\left(\mathrm{IX}\right)$

瞳孔函数在瞳孔内为复振幅并且在瞳孔之外为零(即当r>D/2时，A(r)＝0，其中D为瞳孔直径)。光学系统(在这种情况下，镜片加眼睛)的振幅点扩散函数(PSFa)给定为瞳孔函数P(r)的傅里叶变换。

PSFa(u)＝∫PF(r)e^-i·2·π·vdr (x)

其中该积分是在瞳孔半径上完成的。量u与物体空间中的角度(弧度)相关。

θ＝λ·u。 (XI)

强度点扩散函数PSF为

PSF(u)＝PSFa(u)·PSFa^*(u) (XII)

其中*是指复共轭。

光学传递函数OTF给定为PSF的傅里叶变换。

OTF(v)＝∫PSF(θ)e^-i2π·θ·vdθ (XIII)

其中ν为每弧度的周期数。

调制传递函数MTF为

MTF(v)＝|OTF(v)|。 (XIV)

如上所述的基于波前的MTF的计算为本领域熟知的并且可用数值法来完成。

根据下述公式来计算MTF的加权面积(WA)：

其中：

MTF按照公式XIV来计算并且为角频率、瞳孔直径、以及镜片加眼睛组合的焦度分布的函数；

NCSF为神经对比敏感度函数；并且取决于频率、瞳孔直径(d)、和以cd/m²表示的亮度(L)。

对于非旋转对称的镜片设计而言，MTF被计算为二维MTF的平均值。

250cd/m²的亮度为本发明的示例性例子并且NCSF为：

其中

$E=\frac{\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;D^2}{4}\&CenterDot;L$

L为亮度(250cd/m²)，

D为以mm计的瞳孔直径，

并且E为以Td计的亮度。

常数如下所示：

k＝3.0 T＝0.1秒 η＝0.03

σ₀＝0.5弧分 X_最大＝12° Φ₀＝3×10^-8秒度²

C_1b＝0.08弧分/毫米 N_最大＝15周期 u₀＝7周期/度

NCSF的描述可见于SPIE Optical Engineering Press(SPIE光学工程出版社)在1999年发表的Peter G.J.Barten的“Contrast Sensitivity of the Human Eye and itsEffects on Image Quality”(人眼的对比敏感度及其对图像质量的影响)中，该文章以引用的方式并入本文中。

采用加权面积WA，现在可利用下述公式来计算单眼性能(MP)：

MP＝-53.0+25.1*log10(WA)-3.8782*log10(WA)²+0.1987*log10(WA)³ (XVIII)

其中log10(WA)表示WA的以10为底的对数。

可通过测得的焦度分布或各个镜片的设计焦度分布来进行计算的这个量为描述本发明的镜片系统的约束条件提供了基础。

对于每只眼睛(左眼L和右眼R)而言，针对远距物体和近距物体来计算MP。所计算的四个量为：

dL为左眼中的镜片针对远距物体计算的MP；

dR为右眼中的镜片针对远距物体计算的MP；

nL为左眼中的镜片针对近距物体计算的MP；

nR为右眼中的镜片针对近距物体计算的MP；

由这四个量来计算D和N：

D为针对远距物体的最大MP；

D＝max(dL,dR) (XVIII)

并且

N为针对近距物体的最大MP：

N＝max(nL,nR) (XIX)

针对直径在2.5mm和6.0mm之间的瞳孔尺寸来计算D和N的平均值。平均值被标定为和。

有待计算用于限定约束条件的最终数值为视差，Δ该视差计算如下：

$\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}={[{(\mathrm{dL}-\mathrm{dR})}^2+{(\mathrm{nL}-\mathrm{nR})}^2]}^{0.5}---\left(\mathrm{XX}\right)$

本发明的镜片的系统的镜片对(主眼镜片和非主眼镜片)对于所有的患者下加光和球体要求均满足下述关系：

$\stackrel{\&OverBar;}{D}\&GreaterEqual;-1.0\&times;\mathrm{ADD}+0.53$

$\stackrel{\&OverBar;}{N}\&GreaterEqual;-1.40\&times;\mathrm{ADD}$

$\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}\&le;1.65\&times;\mathrm{ADD}-1.2$

其中和ADD为如上所述，其中在这种情况下ADD为受试者的下加光需求而非镜片的“下加光”。

本发明的优选实施例为下述镜片，所述镜片具有焦度为较正的或“近视”的中心区，因此该镜片具有“中心近距”设计。甚至更优选地，它们具有亦即连续非球形表面的视区。因此，最优选的实施例具有“中心近距的连续非球体”设计并且描述如下：

提供了下加光低、中、和高的镜片的三镜片系统，其中所述镜片中的每一个具有呈下述形式的旋转对称的焦度分布。

在r≤r_中心的中心区中，P＝P₀+b+c₁·r，

在r≥r_外侧的外侧区中，P＝P₀+c₂·r²，

并且在过渡区域r_中心≤r≤r_外侧中，P由分段三次Hermite(埃尔米特)插值多项式来描述，其中对于该系列镜片中的每个镜片而言，常数P₀、c₁、c₂、b、以及分段三次Hermite(埃尔米特)插值多项式的形式为不同的。

用于下加光低、中、和高的镜片的b为逐渐增大的，变化范围为～0.1D至1.0D，

P₀也为逐渐增大的，变化范围为0.25D至0.75D，

c₁为小的，其数值为0至较小负值(-0.1D/mm)，

c₂为大约-0.08D/mm²，

r_外侧为2.0mm或为约2.0mm，并且

r_中心在0.2至1.0mm的范围内。

其他优选的实施例包括具有“区多焦点表面”的镜片。此类镜片随着从一个焦度区移动到另一个焦度区而具有焦度的不连续性。中心部分中的非球形背表面具有大约7.20至约8.10mm并且更优选7.85mm的半径(从几何中心到中心视区的边缘)和-0.26的二次曲线常数。

在本发明的区设计中，在前面或前表面上，第一区或中心位于镜片的几何中心处的区可为并且优选地为提供近视矫正的区，或者其可提供远视或中视矫正。在镜片对中，第一区可为相同的或不同的。相似地，在连续的非球形多焦点设计中，在镜片对中的每一个的中心处的矫正可为相同的或不同的并且可选自远视、中视、和近视矫正。

可根据本发明设计的接触镜片优选地为软质接触镜片。优选地使用由适于制备此类镜片的任何材料制成的软质接触镜片。用于形成软质接触镜片的示例性材料包括(但不限于)有机硅弹性体、含有机硅的大分子单体(包括(但不限于)美国专利No.5,371,147、No.5,314,960和No.5,057,578中所公开的那些，这些专利全文以引用方式并入本文中)、水凝胶、含有机硅的水凝胶等等，以及它们的组合，更优选地，表面为有硅氧烷或者包含硅氧烷官能团(包括(但不限于)聚二甲基硅氧烷大分子单体、异丁烯酰氧基丙基聚烷基硅氧烷、以及它们的混合物)、有机硅水凝胶或水凝胶，例如依他菲康A。

优选的镜片形成材料为聚2-甲基丙烯酸羟乙酯聚合物，即分别具有在约25,000和约80,000之间的最大分子量以及小于约1.5至小于约3.5的多分散性并且其上共价键合有至少一个交联官能团。此材料在美国专利No.6,846,892中有所描述，该专利全文以引用的方式并入本文中。用于形成眼内镜片的合适材料包括(但不限于)聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、惰性透光塑料、有机硅基聚合物等等、以及它们的组合。

可通过任何已知的方式来进行镜片形成材料的固化，所述方式包括(但不限于)热、辐射、化学、电磁辐射固化等等、以及它们的组合。优选地，利用紫外光或者利用可见光全光谱来进行镜片的模制。更具体地讲，适于固化镜片材料的精确条件将取决于所选择的材料和有待形成的镜片。用于眼科镜片(包括(但不限于)接触镜片)的聚合工艺为人们所熟知的。合适的工艺在美国专利No.5,540,410中有所公开，该专利全文以引用的方式并入本文中。

实例

实例和数据得自基于镜片设计而非所制备镜片的计算值。在每个表内，“+”指示镜片满足本发明的约束条件。

实例1

在整个远视矫正焦度和三个增加焦度的范围内构建镜片的系统。每个镜片具有变化焦度的径向区。中心区具有较正的或“近视”的焦度，因而此镜片具有“中心近距”设计。镜片被标定为“A”、“B”、和“C”并且单独地提供逐渐改善的近视性能。用于此镜片的系统的示例性-3.0D镜片的焦度分布示于图7中。

下表通过下加光需求(+0.75至+2.50D)示出了满足本发明的一系列镜片的标准的镜片对。AA对(双眼中的每一只中的镜片)满足用于0.75、1.0、1.25D下加光要求的上述要求。AB对不满足用于任何增加焦度的要求。对于1.50、1.75、和2.00D下加光要求而言，要么BB对、要么BC对满足要求。对于高下加光而言，需要BC对。存在一对满足用于每个下加光要求的上述约束条件的镜片。

实例2：

在整个远视矫正焦度和三个增加焦度的范围内构建镜片的系统。中心区具有较正的或“近视”的焦度并且视区为连续非球体，因而此镜片为“中心近距的连续非球体”设计。镜片被标定为“A”、“B”、和“C”并且提供逐渐改善的近视性能。用于示例性的-3.00D镜片的焦度分布示于图2、3、和4中。

下表通过下加光示出了满足本发明的一系列镜片的标准的对。存在至少一对满足用于所有增加焦度的要求的镜片。

实例3

在整个远视矫正焦度和三个增加焦度的范围内构建镜片的系统。在这种情况下，中心区相比于相邻区具有较负的焦度，因而此镜片具有“中心远距”环形设计。镜片被标定为“A”、“B”、和“C”并且提供逐渐改善的近视性能。用于示例性的-3.00D镜片的焦度分布示于图8中。下表通过下加光示出了满足上述约束条件的对。存在至少一对满足用于所有增加焦度的要求的镜片。

实例4(比较例)

在整个远视矫正焦度和三个增加焦度的范围内构建采用根据现有技术的设计的镜片的系统。中心区具有较正的或“近视”的焦度，因而此镜片具有“中心近距”设计。镜片被标定为“A”、“B”、和“C”并且提供逐渐改善的近视性能。

下表通过下加光示出了用于此现有技术系统的对。不存在满足用于所有可能的下加光要求的对，因而此镜片的系统不满足本发明的要求。

给定的实例示出了构成每个系统的单一设计类型(中心近距、连续非球体、和中心远距)。系统可由混合的类型构成。例如，Center Near(中心近距)的A镜片和ContinousAsphere(连续非球体)系统可进行交换并且这两个新系统仍将满足三个约束条件。

存在将满足约束条件的其他设计类型。例如，衍射镜片和各种类型的非旋转对称设计可被制备成满足上述本发明的约束条件。

Claims (5)

1.一种包括镜片的镜片系统，其中所述镜片中的每一个具有呈下述形式的旋转对称的焦度分布：

在的中心区中，，

在的外侧区中，，

并且在过渡区域中，P由分段三次埃尔米特插值多项式来描述，其中对于所述镜片中的每一个而言，常数P₀、c₁、c₂、b、以及分段三次埃尔米特插值多项式的形式为不同的，

用于下加光低、中、和高的镜片的b为逐渐增大的，变化范围为0.1D至1.0D，

P₀也为逐渐增大的，变化范围为0.25D至0.75D，

c₁为小的，其数值为0至-0.1D/mm，

c₂为-0.08D/mm²，

r_外侧为2.0mm，并且

r_中心在0.2至1.0mm的范围内。

2.根据权利要求1所述的镜片系统，其中所述镜片系统的至少一个镜片的远距焦度范围为-12.00至+8.00屈光度。

3.根据权利要求1所述的镜片系统，其中所述镜片系统中的至少一个镜片包括下述表面，所述表面为连续非球形表面。

4.根据权利要求1所述的镜片系统，其中所述镜片系统中的至少一个镜片包括中心近距设计。

5.根据权利要求1所述的镜片系统，其中所述镜片系统中的至少一个镜片包括中心远距设计。