CN106896522B - 具有优化性能的截短平移式接触镜片和设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有优化性能的截短平移式接触镜片和设计方法”。本发明公开了一种平移式接触镜片，该平移式接触镜片被截短以用于矫正老花眼，而且其设计得到优化，以使平移能力最大化，同时保持了当所述镜片戴在眼睛上时的舒适度。截短所述镜片得到的是非圆几何形状的镜片，同时所述镜片自身的所选部分仍保持留在眼睑下方。最大厚度和后曲面曲率半径连同斜面形状可单独优化或组合起来优化，以在所述镜片定位在眼睛上时，使所述镜片相对于眼睛的平移最大化。

Description

具有优化性能的截短平移式接触镜片和设计方法
背景技术
1.技术领域
本发明涉及眼科镜片，并且更具体地，涉及平移式接触镜片的设计，这种镜片被截短以用于矫正老花眼，而且其设计得到优化，以使平移能力最大化，同时保持了当镜片戴在眼睛上时的舒适度。
2.相关领域的讨论
接触镜片被视为医疗装置并且可被佩戴用于矫正视力和/或者用于美容或其他治疗原因。自20世纪50年代起，商业上就已利用接触镜片来改善视力。早期的接触镜片由硬性材料构成或制成，并且相对较为昂贵且脆弱。尽管仍利用这些接触镜片，但它们因其不良的初始舒适度而并不适用于所有患者。该领域的后续发展产生了基于水凝胶的软性接触镜片，该软性接触镜片在当今极其流行且被广泛利用。引入软性接触镜片已经显著改善佩戴者所体验到的舒适度。
当人衰老时，晶状体逐渐变得更硬，因此眼睛调节能力变弱。换句话讲，当我们变老时，眼肌改变人眼天然晶状体的形状以聚焦于近处物体的能力降低。这种病症被称为老花眼。在治疗老花眼患者时，一种创新是使用平移式镜片设计。两类较流行的平移式镜片设计可为截短种类或伪截短种类，这两种平移式镜片之间的主要差异在于整体镜片形状，以及镜片的下方部分与眼睑如何交互以实现镜片相对于瞳孔的平移。典型的平移式镜片依赖于接触镜片相对于眼睛(具体地讲，瞳孔)的相对运动。通常，平移式镜片具有多个光学区，但与其中视力矫正区为同心地定位的环形区域的典型同心双焦镜片不同，在平移式双焦镜片中，视力矫正区位于上部位置和下部位置。该镜片中至少存在近视矫正区和远视矫正区二者，以解决患者适应能力的损耗，并且根据注视角，患者可通过引导目光穿过一个区或另一个区来优化视力。为了实现这个目的，近区和远区一般分别置于下方和上方。例如，当朝下看时(通常针对近视力需求诸如阅读)，透过镜片的下部(近)部分查看。这将能够看清楚，因为镜片(通过与下眼睑交互)通常相对于瞳孔向上推动，瞳孔的注视角朝下。当目光回到更为水平的位置并且镜片佩戴者看着远处物体时，镜片的相对位置使得眼睛瞳孔现在正透过镜片的上方(远)部分查看。这导致优化了近视力需求和远视力需求二者的焦点。也可在近区与远区之间结合一个或多个中间区，以有利于中间视力需求，诸如查看计算机。
因此，为了针对多种视力需求实现优化的视力，必不可少的是实现平移式镜片相对于眼睛的必要运动以使平移式镜片恰当地起作用。如果没有实现，可能会导致目光穿过错误区或这两个区的一部分，并因此导致视力模糊。在美国专利6,109,749中讨论了本领域的一个早期概念，其中发明者引入了一体形成的斜面，所述斜面提供镜片前表面的某种类型的支撑物或突起，其与眼睑交互，从而有助于使镜片相对于眼睛本身平移。暂不考虑舒适度问题，虽然这种镜片与下眼睑交互的方式确实可行，但镜片的相对平移的范围可能会受到多种因素的影响，这些因素包括但不限于泪液膜的质量和存在性、镜片贴合性、镜片设计、眼睛的非对称性以及其如何与接触镜片交互，因而会影响或在某些情况下无法实现所需结果。
在也试图实现镜片的垂直移动的美国专利6,746,118中，发明者建议，二级棱镜的双重特性相比于‘749专利有所改善，这通过在促进镜片的垂直移位之外实现二次屈光得以达成。但这个问题略微更复杂，因为‘749和‘118这两个专利都未考虑到一些其他因素，例如，美国专利7,216,978表明，上眼睑和下眼睑在眨眼期间并不严格沿垂直方向运动。相反，上眼睑基本上垂直地运动，在眨眼期间具有小的鼻侧分量，并且下眼睑基本上水平地运动，由此在眨眼期间朝鼻侧运动。考虑到下眼睑主要做水平运动，可怀疑其对镜片垂直平移的贡献程度；其最多可能仅充当止挡件防止镜片向下移动。另外，上眼睑和下眼睑相对于穿过垂直子午线的平面并不对称。换句话讲，个体并非相对于在打开的上眼睑和下眼睑之间绘制出的水平轴线而对称性地眨眼。这可能至少给这些发明者一直尝试实现的镜片的所需垂直平移造成影响。相应地，自身眨眼可能并不是接触镜片理想平移中唯一可利用的因素，因此为改善设计提供了另一个机会来将镜片平移范围最大化。
在患者处理保持舒适度问题时需要考虑到眨眼动作，涉及眨眼的另一方面是上眼睑和下眼睑二者中都存在机械感受器。虽然不完全清楚上眼睑或下眼睑中的感受器在敏感度上是否存在差异，但已知的是，在眨眼期间，上眼睑行进的距离大于下眼睑行进的距离。考虑到这些机械感受器会对应力变化做出响应，更平滑且变化不那么突然的几何形状可能比几何形状突然变化的那些设计的性能更好。由于上眼睑行进的距离更大，因此其机械感受器更有可能有增大的机会来对变化作出响应。在其他因素相同的情况下，假定上眼睑的镜片-眼睑交互的持续时间比下眼睑交互更长，于是可能会认为上眼睑与镜片的交互也是一样的(如果没有更多的话)。另外，片与硬性接触镜片相比，软性接触镜的性质也可能会阻碍软性接触镜片有效地平移，因为其更有可能符合角膜的形状。关于镜片的后表面的形状以及这可以如何影响镜片平移的考虑可能是极其重要的，并且是本领域中先前发明者结合平移式镜片概念尚未解决的。
在截短平移式镜片设计中，通过切断或缩短镜片的产生非圆形镜片的部分来使截短接触镜片的下部变平。常规的截短平移式镜片设计在镜片的底部处形成基本上平坦的厚边缘。目的是让此平坦部分与下眼睑交互，通过眼睑在与镜片底部交互时充当正向机械止动件而实现平移。此种镜片的示例性说明示出于多个专利中，包括美国专利7,543,935、美国专利7,430,930、美国专利7,052,132、以及美国专利4,549,794。然而，接触镜片例如此种镜片上的相对平坦的边缘可能往往会影响舒适度。利用了最小能量位置这一概念的一种另选的方法是美国专利7,810,925中提供的一种方法，其中提出一种具有两个分立稳定位置的镜片设计，以针对近视力需求和远视力需求来优化镜片位置。可利用最小势能位置这一概念来实现这两个稳定位置。然而，考虑到需要一定程度的移位力(在‘925专利案中，可能为显著水平)来从一个位置移动到另一个位置，很有可能也引入了一定程度的不适，因为需要施力克服初始稳定位置才能移到第二稳定位置。舒适度可与实现镜片的所需移位一样重要(如果没有更重要的话)。
发明者还试图将伪截短设计用于平移式镜片设计。在伪截短平移式镜片方法中，镜片保持为圆形，但通过局部厚度变化，形成伪截短区，所述伪截短区与眼睑交互，以通过与眼睑的交互实现镜片的所需平移。美国专利6,921,168中示出了一个这样的示例。在‘168专利中，斜脊区位于镜片的下方部分中，以及定位在光学区下方。镜片的斜脊区旨在保持位于下眼睑下面。此镜片还包括它们称为的无脊区，其在镜片的周边区域中定位在中间位置、横向位置和上方位置，尤其是在没有斜脊区的其他任何地方。发明者所期望的是，眼睛下眼睑与斜脊的至少某个部分始终接合。下眼睑与镜片之间的这种交互正是‘168专利的发明者所宣称的所需镜片平移实现的方式。‘168专利试图通过尝试设计斜脊区，使其更好地适形于下眼睑来改善舒适度。虽然这些发明者宣称需要适形于下眼睑并且逐渐接合下眼睑(通过斜脊区的存在而实现)，但没有考虑定位在下方区域中的斜脊区本身的布置和范围。虽然‘168专利的发明者讨论了镜片的包含光学区的后表面，但没有关注或讨论镜片的后表面或形状，因为它涉及镜片平移。另外，没有提及上眼睑与无脊区区域如何交互，及其对平移和舒适度的影响。
在美国已公布的专利申请号2012/0075579和2012/0075581(其受让人也是本发明的申请人的受让人)中，提供了用于矫正老花眼的具有伪截短部分的平移式镜片。在此申请案中，伪截短部分相对于垂直子午线不对称，具体地讲，伪截短部分在下方方向和鼻侧方向上偏置，这些方向更密切对应于并且对齐目光在近距离工作期间的朝向。当我们聚焦于近处物体时，我们的目光朝下且朝内，因为每只眼睛往往朝着鼻侧会聚以便更清楚地看到近处物体。这与远距注视形成对比，其中每只眼睛均更水平地且平行于彼此朝向，以便更清楚地看到远距物体。虽然此创新的非对称方面考虑了下眼睑的水平运动和垂直运动二者，而且这些因素是平移式镜片设计中值得考虑的，尤其是在涉及其对镜片平移的影响时，不过在这个领域中也存在另外的机会。
在美国已公布的专利申请号2013/0258274(其受让人也是本发明的申请人的受让人)中，公开了下眼睑接触表面和眼睑下方支撑结构，该专利建议改变斜面形状构造，包括凸面和凹面弯曲部分两者。申请人认为这也是一个重要的考虑因素，但美国已公布的专利申请号2013/0258274没有结合后曲率半径的参数化来考虑这些斜面形状，也没有同时和/或整体地结合申请人发明的若干个设计元素来考虑它们。
最后，在美国专利6,241,355中，发明者使用无旋转对称性限制的基于花键的数学表面，以能够设计和制造其中后表面提供与复杂形状的角膜良好贴合的接触镜片。虽然在本申请中可使用贴合花键以确保实现平滑且连续表面的一般方法，但发明者在‘355专利中没有描述或考虑本申请的独特几何形状和特征。相反，它们的主要目的是改善与形状不规则的角膜的贴合性，诸如在圆锥角膜患者中发现的那些角膜。
虽然上述的现有技术装置表现了较之旧装置的很大改善，但采用了会导致某些折衷的多种特征和设计，例如而且与申请人的发明最相关的是，舒适度与平移范围之间的折衷以及如何实现此平移。在所讨论的领域，虽然分别尝试从特定方面来解决问题，但它们示从独特的角度而不是如本申请所实现的那样根据更全面的方法来解决问题。此外，即使将这些现有技术的参考结合起来，也没有提供本申请的物理结构或关系。相应地，需要一种截短平移式接触镜片，其具有改善的眼上性能，而且从多个设计注意事项考虑眼睛的解剖结构和眼睑的作用，所述多个设计注意事项诸如厚度变化的值和形状以及后部半径变化，同时还在这样的镜片与上眼睑和下眼睑两者交互时保持较高的舒适度。有利的做法是，具有实现这一目的而且与优化远视力需求和近视力需求二者相结合的镜片。
发明内容
根据本发明的接触镜片通过使用多个设计元件和特征，克服了如上文简要描述的与现有技术相关的缺点，这些设计元件和特征改善了舒适度、使镜片的相对平移范围最大化并且实现了针对近视和远视要求两者的高质量视力。具体地讲，根据本发明，通过以下操作实现了上述目的：厚度变化的参数化；优化具体地讲镜片上方区域中的厚度变化的形状，同时确保平滑且连续地过渡到镜片的所有其他区域，以实现改善的舒适度和眼睑交互；以及优化后周边半径变化，以最大化平移范围；以及包括截短平移式镜片设计的一个任选且可选的非对称方面。
根据一个方面，本发明涉及截短接触镜片。该接触镜片包括：内部光学区，该内部光学区具有至少第一视力矫正区域和第二视力矫正区域二者，第一视力矫正区域相对于第二视力矫正区域位于上方位置，并且被配置用于矫正远视力需求，第二视力矫正区域相对于第一视力矫正区域位于下方位置，并且被配置用于矫正近视力需求；外部周边区，该外部周边区区围绕内部光学区，并且被配置用于提供所述接触镜片在眼睛上的最大平移；外部周边区具有待优化以在眼睛上实现最大平移能力同时保持舒适度的至少一个镜片参数，其中所述镜片参数选自以下项组成的组：最大镜片厚度；后曲面曲率半径，其具有最小曲率半径和最大曲率半径二者；以及斜面形状。
根据另一个方面，本发明涉及截短接触镜片。该接触镜片包括：内部光学区，该内部光学区具有至少第一视力矫正区域和第二视力矫正区域二者，第一视力矫正区域相对于第二视力矫正区域位于上方位置，并且被配置用于矫正远视力需求，第二视力矫正区域相对于第一视力矫正区域位于下方位置，并且被配置用于矫正近视力需求；外部周边区，此区围绕内部光学区，并且被配置用于提供所述接触镜片在眼睛上的最大平移；外部周边区具有后表面曲率半径和可变厚度变化，其中所述可变厚度变化在外部周边区内为0.3mm或更小。
根据还有一个方面，本发明涉及截短接触镜片。该接触镜片包括：内部光学区，该内部光学区具有至少第一视力矫正区域和第二视力矫正区域二者，第一视力矫正区域相对于第二视力矫正区域位于上方位置，并且被配置用于矫正远视力需求，第二视力矫正区域相对于第一视力矫正区域位于下方位置，并且被配置用于矫正近视力需求；外部周边区，该外部周边区围绕内部光学区，并且被配置用于提供所述接触镜片在眼睛上的最大平移；外部周边区具有可变厚度变化，其中所述可变厚度变化在外部周边区内为0.3mm或更小，并且外部周边区还包括下方部分、上方部分和位于下方部分与上方部分之间的居间过渡部分。
根据又一个方面，本发明涉及截短接触镜片。该接触镜片包括：内部光学区，该内部光学区具有至少第一视力矫正区域和第二视力矫正区域二者，第一视力矫正区域相对于第二视力矫正区域位于上方位置，并且被配置用于矫正远视力需求，第二视力矫正区域相对于第一视力矫正区域位于下方位置，并且被配置用于矫正近视力需求；外部周边区，该外部周边区围绕内部光学区，并且被配置用于提供所述接触镜片在眼睛上的最大平移；外部周边区具有不一致的后表面曲率半径和可变厚度变化，其中所述可变厚度变化在外部周边区内为0.3mm或更小并且外部周边区还包括下方部分、上方部分和位于下方部分与上方部分之间的居间过渡部分，其中厚度变化和后表面曲率半径的变化是贯穿此周边区域平滑且连续融合的，并且还包括斜面部分，此斜面部分具有最大厚度和选自由以下项组成的斜面形状：凹面形状、凸面形状以及线性形状，其中所述斜面部分被定位成使得斜面部分的最大厚度位于此周边区域的下方部分内。
根据还有另一个方面，本发明涉及一种设计可变厚度变化为0.3mm或更小的接触镜片的方法。该方法包括：选择一个或多个可优化镜片参数以使镜片在眼睛上的平移最大化，其中所述镜片参数选自由以下项组成的组：最大镜片厚度；后曲面曲率半径，其具有最小曲率半径和最大曲率半径二者；以及斜面形状；针对每个参数确定沿垂直子午线位于下方位置和上方位置两处的所述参数的值；针对每个参数确定沿水平子午线位于中间位置和横向位置的所述参数的值；以及沿导致平滑且连续几何形状的位置之间的居间位置来选择每个参数的值。
根据本发明的一个方面，将所述截短镜片的周边区域的厚度变化参数化，导致在所述上方区域中产生最小厚度，并且在所述下方区域中产生最大厚度，其中所述厚度根据特定公式在这两个区域之间变化并且是由所述镜片的前表面与后表面之间存在差异所导致。
根据另一个方面，也可将所述后周边曲率半径参数化，其中所述后周边半径的曲率半径在所述上方区域中最大化或变平，同时在所述下方区域中最小化或变陡，所述曲率半径根据指定公式在这两个区域之间变化。
根据又一个方面，所述斜面形状，在所述镜片的厚度尺寸上，具体地在所述镜片的下方部分中，可以是凹面形状、凸面形状或线性形状。通过改变形状类型或使用以上形状的组合，可从对于佩戴者来说交互的有效性和舒适度的角度，来改变镜片与下眼睑和上眼睑两者交互的方式。
也可使用将这些单独设计元素或特征中的两者或更多者组合而获得的最大厚度和厚度变化来实现所需结果，也即改善的舒适度和平移，连同对定心的最小影响。根据本发明，还可任选地利用截短或伪截短镜片设计来实现上述目的，并且此设计也可能是相对于镜片的垂直子午线非对称的。这些方面可各自单独地或组合地用于优化镜片的几何形状以最大化镜片平移同时保持舒适度。
申请人对二十四种设计构型进行了模拟实验，并且分析了这些变量的交互，因为这涉及到所实现的平移和定心的程度。在十九只眼睛上对这二十四种设计中的每一种进行了评估，眼睛的几何形状通过对十九个个体的光学相干断层扫描图像处理来表征。还完成了对影响每种设计构型的舒适度的镜片参数的评定。从最初的二十四种设计中选择了两种最有潜力的设计，之后还评估了这两种设计的另外十种变型形式。设计变型形式中考虑到的关键参数包括了厚度变化的斜率(从上方区域到下方区域)、最大厚度、周边后曲面曲率半径、后曲面过渡角和斜面形状。基于对申请人通过每种设计变型形式实现的平移的模拟结果的因素分析，周边后曲面曲率半径和最大厚度被视为是与平移有关的最有影响力的因素，而结果对后曲面过渡角的范围略微不敏感。斜面形状从舒适度的角度来看往往更为重要，而其对平移程度的影响并不明显。从上方到下方的厚度变化斜率也被视为不重要。但申请人确定，从上眼睑舒适度的角度来看，如何从下方区域中的最大厚度轮廓过渡到上方区域的最小厚度与厚度本身一样重要。此外，在周边后曲面从镜片的下方区域到上方区域发生较大变化的情况下，可以实现显著增大的镜片平移，从而允许镜片的标称厚度减小。这很重要，因为厚度的减小与改善当镜片被佩戴在眼睛上时的整体舒适度相关，而且在这样做的同时实现增大的平移是优于现有技术的一个重大进步。
在本发明的一个优选实施方案中，镜片包括被周边区域围绕的中央光学区。此光学区可包括多个视力矫正区以解决近视和远视力需求以及中间视力需求。根据本发明，镜片形状在下方部分中被截短，因此镜片边缘的形状不是圆形。周边区域的厚度变化被构造成遵循截短形状，并且确保镜片平移(和定心)导致当佩戴在眼睛上时且对于每种视力矫正需求来说，恰当的视力矫正区与佩戴者的眼睛瞳孔对齐且基本上重叠。厚度变化本身是在周边区域中实现的，因此不会影响镜片光学区中的光学元件，不过考虑到了确保两个区域之间的平滑过渡。厚度变化在周边区域中周向地发生，其中镜片的最厚部分位于下方，并且最薄部分位于上方。这两类位置之间的厚度变化过渡优选地关于垂直子午线对称，并且是这两类位置之间的平滑且连续过渡，而且所述厚度变化是考虑到周边区域中的镜片前表面和后表面二者而实现的。后表面在上方区域中的曲率半径大于后表面在下方区域中的曲率半径。申请人发现，这导致后表面后曲率对垂直平移具有较小阻力。实现了这种情况，同时也保持了舒适度并且对镜片定心具有最小影响。
与邻接下眼睑顶部的真实截短镜片设计明显背离，申请人根据本发明的截短设计通过其参数化的厚度变化和斜面形状的使用，导致镜片的一部分以变化的量保持且定位在下眼睑下方，同时仍保持非圆截短形状。厚度差的范围和程度二者会影响镜片驻留在下眼睑一部分的下方的量。凸面的、线性的和凹面的斜面形状还允许镜片以变化的程度驻留在下眼睑下方，并且因此可对舒适度造成直接影响。凹面的斜面形状将实现最大程度的眼睑下方驻留，凸面的斜面形状实现最低程度的驻留，而线性斜面形状的驻留程度介于这两种斜面形状之间。这些斜面形状允许上眼睑和下眼睑二者的眼睑下方驻留具有不同程度，并且考虑到接触镜片佩戴者的光谱的敏感度和眼睛几何形状可变化，也可能会对舒适度造成不同影响。除了考虑眼睑下方驻留程度的要求外，选择一种斜面形状而不是另一种斜面形状可优选地通过选择最符合下眼睑形状的形状来实现。在另一个示例性实施方案中，所得的最大厚度及其对平移和舒适度的影响可根据厚度变化、半径变化和斜面形状这些现有设计元素中的一者或多者而优化。尽管将整体最大厚度最小化是最重要的，不过厚度变化从其最小值到其最大值的斜率也很重要。随着从初始被定位在位于下方的最厚区域中开始顺时针或逆时针地周向移动(距中心固定径向距离)，而且逐渐到达位于上方的最薄区域，最大厚度在该行程范围内逐渐根据公式(以稍微线性的方式)减小，导致在这两类区域之间发生平滑过渡。整个周边区域上的此平滑过渡是保持改善的舒适度所涉及的因素之一，具体地讲，其与现有技术中的伪截短镜片设计不同，后者具有可能会给舒适度造成负面影响的相当局部化的厚区域。
在最终的一个或多个实施方案中，虽然先前所述的示例性实施方案各自导致关于垂直子午线发生对称的厚度变化，但也可以类似的方式利用相同的设计元素来实现改善的结果，但其中所得的厚度变化是关于垂直子午线非对称的而不是对称的。目的是为了模拟和利用在看着远处物体与近处物体时自然注视方向的差异。本发明的接触镜片可与衍射或任何类型的接触镜片光学器件一起使用而没有附加的成本，并且被优化以改善临床舒适度和/或生理机能。
附图说明
通过下述内容，本发明的优选实施方案的更具体描述，如附图中所示，本发明的上述内容及其他特征和优点将显而易见。
图1A和图1B提供了根据本发明的接触镜片的前视图和侧视图，示出了代表性的感兴趣区域。
图1C、图1D和图1E分别提供了根据本发明的接触镜片的一个前视图和两个剖面图，示出了代表性的感兴趣区域，因为它涉及参数化厚度和曲率半径变化。
图1F和图1G示出了根据本发明的接触镜片的前视图和剖面侧视图，以及它与如何代表性下眼睑形状的轮廓交互。
图1H示出了根据本发明的接触镜片的光学区的替代非对称变型形式的前视图。
图1J示出了根据本发明的具有附加中间光学区的接触镜片的前视图。
图2A、图2B、图2C和图2D分别提供了根据本发明的接触镜片的一个前视图和三个详细剖面图，示出了代表性的感兴趣区域，因为它涉及参数化斜面形状。
图3A为示出了在对平移的初始参数研究中使用的二十四种设计变型形式的表格。
图3B为示出了来自初始参数研究中的#3和#9设计的另外十种设计变型形式以执行成对比较的表格。
图4A和图4B为两个代表性的等高线图和曲线图，示出了对于这二十四种设计变型形式中的两种的多个子午线，厚度与径向距离之间的关系，示出了所得的镜片最大厚度。
图5A和图5B提供了原始二十四种设计以及对照设计的对应的平移和定心结果。
图6提供了原始二十四种设计中的两种设计以及另外十种变型形式连同对照设计的平移结果。
具体实施方式
就本发明的目的而言，如图1A所示的接触镜片10由至少两个不同区域来限定。这两个区域是内部或光学区域12(从中获得视力矫正)和外部或周边区域14(提供了接触镜片10在眼睛上的机械稳定性，并且由镜片边缘11划定边界)，其中周边区域14围绕光学区域12。可存在位于内部或光学区域12与外部或周边区域14之间的任选的中间区域(未示出)，并且该区域可用于以平滑的方式来融合上述两个区域，使得不存在突然的不连续性。在一些示例性实施方案中，可以不需要这个中间区域。更具体地讲，任选的中间区域(未示出)确保了光学区域和周边区域为平滑融合的。重要的是应当指出，光学区域12和周边区域14两者可被独立地设计，但有时当特定需求为必要的时它们的设计是极为相关的。例如，具有散光光学区域的复曲面镜片的设计可能需要特定的周边区域以用于将接触镜片以预定取向保持在眼睛上。
内部或光学区域12提供视力矫正，并且根据本发明被设计成在最低限度上提供近视矫正和远视矫正。因此，内部或光学区域12具有至少两个视力矫正区，远视矫正区120位于上方，并且近视矫正区122位于下方。视力矫正区120和122两者均包括在内部或光学区域12的边界内。在一些示例性实施方案中，可将如图1J所示的额外中间视力矫正区121定位在远视矫正区120下面及近视矫正区122上面，并且也位于内部或光学区域12内，以便为诸如在计算机上工作这类任务提供中间视力矫正。根据本发明，外部或周边区域14提供了接触镜片在眼睛上的基本贴合性和稳定性(包括定心和取向)以及改善的平移效果。因为周边区域涉及申请人的发明，因此可利用整个周边区域来改善平移效果同时保持舒适度。具体地讲，周边区域的上方位置和下方位置以及横向位置为将设计元件/特征结构设计成具有特定位置提供了机会。
就本发明的目的而言，接触镜片也如图1B所示由前表面16、后表面或基弧18来限定，该图提供了镜片10的横截面图示。镜片厚度是一个可优化的重要变量，并且可在任一区域中(优选地在外部或周边区域14中)由以下方式确定：仅通过当镜片在距中心指定径向距离处且沿着特定角度子午线水平地定位时，测量后表面18与前表面16之间的径向距离。镜片厚度由若干重要参数得出的，诸如镜片后表面曲率半径、斜面形状、从上方区域到下方区域的厚度斜率变化，以及镜片边缘几何形状。
在周边区域由图1C中主要界定为且标记为15的区域上方出现最小镜片厚度。在周边区域由图1C中主要界定为且标记为17的区域下方出现最大镜片厚度。在图1C中还示出了代表镜片的水平子午线和垂直子午线的虚线。水平子午线是与0度和180度标示对齐的水平线，而垂直子午线是与90度和270度标示对齐的垂直线。
图1C所示的这组基本呈圆周的路径线113用于限定镜片表面的轮廓。当从区域17中位于270度角位置的最厚部分周向地移动到区域15中位于90度角位置的最薄部分时，所得的沿每个圆周路径的镜片厚度以平滑且连续的方式从最大值变为最小值，并且沿这个圆周路径位于某个位置的厚度可通过以下等式1来定义：
等式1
Figure BDA0001154043390000121
其中：T＝厚度，
Tmin＝最小厚度，
Tmax＝最大厚度，
y＝与水平轴的垂直距离，
ymin＝最小厚度沿垂直轴的位置，
ymax＝最大厚度沿垂直轴的位置，并且
α＝定义最小值与最大值之间的厚度变化率的斜率参数。
如前所述，根据本发明，图1C中在周边区域内所示的这组略呈同心的曲线相当于不同径向距离处的代表性圆周路径，所述代表性圆周路径的厚度由等式1定义。虽然在沿循代表性圆周路径中的任一者时，等式得出的是从一个厚度到下一个厚度的平滑且连续过渡，但当从一个位置径向地移动到相邻圆周路径上的相邻或邻接位置时，另行需要从一个厚度到下一个厚度的平滑且连续过渡。因此，所得的表面和厚度由沿着单个代表性圆周路径的对照点限定，并且随后通过将经过单个圆周路径的每组对照点的高阶曲线拟合到相邻圆周路径的这组对照点来限定。
如图1D和图1E所示，沿着水平子午线和垂直子午线的剖面图表明了上述过渡的实现方式，并且示出这个过渡结果，因为镜片实际上是在径向尺寸以及周向尺寸上平滑且连续的，这确保了舒适度得到保持。如图1D的沿水平子午线的剖面图所示，可以看出的是，在周边区域中横向定位的两个增厚区域101和102和后表面曲率半径105和106相对于垂直子午线均是相等且对称的。这与沿图1E所示的垂直子午线的剖面图形成对比，在图1E中，周边区域中的下方增厚区域103大体上比周边区域的上方部分中的增厚区域104厚，并且因此是非对称的。另外，如图1E所示，后表面下方部分中的后表面曲率半径107比后表面上方部分中的后表面曲率半径108小，这使得后表面曲率半径也是非对称的。此外，在将这两个剖面图进行比较的过程中，可以看出的是，位于上方的增厚区域103比厚度彼此相等的两个厚区域101和102厚，并且101和102两者均比定位在上方的区域104厚。同样，位于下方的后表面最小曲率半径107与垂直子午线对齐，并且比在周边区域中横向定位且沿水平子午线相等且定位的曲率半径105和106小，并且曲率半径105和106比在定位在后表面上方沿垂直子午线的最大曲率半径108小。最大后曲面曲率半径在上方区域15中是恒定的，并且随后平滑过渡到横向后表面曲率半径。
相对于垂直子午线对称的这个上方区域的范围可如图1C所示通过角β1来指定。同样，最小后曲面曲率半径在下方区域17中是恒定的，并且随后平滑过渡到横向后表面曲率半径。相对于垂直子午线单独地对称的这个下方区域的范围可也如图1C所示通过角β2来指定。由角β1和β2所指定的角上方区域15和下方区域17在不相等时，导致后表面曲率半径相对于水平子午线发生非对称变化，但同时仍然是相对于垂直子午线对称的。当由角β1和β2所指定而得的上方区域15和下方区域17相等时，其为优选的实施方案，这导致模具以及最终镜片的制造不那么昂贵也不那么复杂，并且导致后表面曲率半径相对于水平子午线和垂直子午线两者发生对称变化。
当两个曲率半径(Rmax和Rmin)在相应区域15和17的每一者中是恒定的时，居间过渡区中后表面的所得曲率半径变型形式(r)可由以下等式2定义，以确保从Rmax到Rmin发生平滑且连续过渡，其中r由以下等式给出
等式2
Figure BDA0001154043390000131
其中：r＝曲率半径，
Rmin＝最小曲率半径，
Rmax＝最大曲率半径，
θ＝水平子午线到感兴趣子午线的角，次角应当介于β1与β2之间，
β1＝上方(Rmax)区域自水平子午线的角范围，
并且
β2＝下方(Rmin)区域自水平子午线的角范围。
如图1F所示，镜片边缘11是接触镜片10的边沿，并且是在优化方案中考虑的另一有用变量。就本发明的目的而言，如从顶部所看到的，边缘11的形状在下方被截短并且因此是非圆形的。截短部分优选位于下方且与垂直子午线对称，并且如图1G所示可近似于下眼睑99的形状，根据本发明，该截短部分被设计成与下眼睑相互作用。如图1F所示，当从前面查看时，镜片边缘的下方贴合形状部分既不是平坦的也不是圆形的，而是近似于与镜片相互作用的下眼睑的解剖形状的二阶曲线。另外，所得的镜片厚度是多个变量的函数，所述多个变量包括但不限于参数化后表面半径、前表面几何形状，以及所使用的三个斜面形状之一，并且与根据申请人发明的更多常规截短镜片设计不同，如图1F和图1G所示，镜片的下方部分的一部分保持驻留在下眼睑99的一部分下方。镜片的位于下眼睑下方的部分表示为图1F所示的交叉影线区域13。
在一个另选的示例性实施方案中，如图1H所示，可为左右镜片二者提供相对于垂直对称的截短镜片边缘呈非对称的光学区域。这种情况下，在光学区域12中的视力矫正区122以鼻偏置定位，以解决近视矫正需求。这样，这个实施方案需要右镜片和左镜片两者。
在另一个示例性实施方案中，光学区域12可包括额外的视力矫正区。图1J示出了具有三个视力矫正区的光学区域12。如前文所述，该光学区域包括远视矫正区120和近视矫正区122，并且在这两个视力矫正区之间定位有额外的中间视力矫正区121，其用于中间视力矫正需求，诸如查看物品如计算机屏幕。设置额外的区、或改变区形状或尺寸仅仅受到光学区域12中的可用区域的限制。
除了厚度和形状变化以及后曲面曲率半径变化外，斜面形状的选择也是一个重要的考虑因素，不仅仅为了实现平移，也为了在下眼睑与镜片本身相互作用时，确保舒适度。如图2A所示，并且具体地讲由剖面图2B、2C和2D所示，所形成及受到评估的各种斜面形状包括凸面的、线性的和凹面的斜面形状。虽然斜面形状是一个重要的考虑因素(尤其对于舒适度而言)，但重要的是斜面形状需遍及整个周边区域，而不仅仅是图2A中表示为集中区域21的最下方部分。
根据本申请人的发明，斜面形状被用于镜片20的整个周边区域上。如图2A所示，在镜片表面上示出一组圆周路径113。这些圆周路径用于限定镜片表面的轮廓。图2B、图2C和图2D的每个细部图所示的前表面上的六个内部对照点214，对应于图2A所示的各圆周路径的位置。图2B、图2C和图2D各图所示的另外两个对照点与镜片边缘11上和光学区域12边界上的对应位置相关联。当围绕镜片周向地及径向地前进时，所使用的斜面形状是连续平滑的，围绕该圆周路径的最大厚度会有所不同，类似于先前就厚度变化所描述的那样。与厚度变化类似，最厚的斜面形状位于周边区域中的下部，参见图2A中的集中区域21。图2B、图2C和图2D所示的细部图各自示出在这个下方周边区域中的镜片的截面形状(即，270度位置)。尽管沿整个圆周采用单个斜面形状是优选的，但镜片中所使用的斜面形状可以是三种构型之一，或在一个另选的实施方案中，可以是两种或更多种形状的组合，从而在从下方周向位置移动到镜片上的其他位置时，斜面形状会发生改变。
斜面形状的这三个变型形式在图2B、图2C和图2D中示出。斜面形状211在前表面上是凸面的，如图2B所示，凸面部分定位在镜片的斜面部分的下方，并且由于其凸面形状而导致留在眼睑下方的区域最小。在图2C中，斜面形状212在前表面上是线性的，也定位在下方，并且与凸面形状211相比较时，允许更多镜片区域保持留在眼睑下方。如图2D所示，斜面形状213在前表面上是凹面的，并且其凹面形状也在镜片上定位于下方。与斜面形状211和212相比，斜面形状213使得保持留在眼睑下方的镜片范围最大。除了由于斜面形状引起的镜片在眼睑下的驻留程度的差异，斜面形状自身、及其在不同程度上贴合眼睑几何形状从而与眼睑发生相互作用的方式可能会影响舒适度。与其他斜面形状相比，斜面形状213是优选的，因为这种形状对舒适度具有最大的积极影响，并且不影响所实现的镜片平移的范围，然而也可使用其他斜面形状变型形式(线性的和凹面的)，由于它们并不对平移具有显著影响，因而在某些情况下，可能对于某些眼睑几何形状来说更加舒适。
图3A为提供了所评估的初始二十四种设计构型的详细规格的表格。初始参数包括：两个最大厚度值0.4mm和0.6mm；周边后曲面曲率半径变型形式，范围为8.0mm的Rmin至9.2mm的Rmax以及8.4mm的Rmin至8.8mm的Rmax；两组后曲面过渡角β1＝120；β2＝240度以及β1＝150；β2＝210度；以及周边部分中的斜面形状，该斜面形状在前表面上在周边部分中具有凸面的、线性的或凹面的几何形状。将这些参数结合起来，对这些参数的所有排列进行评估，从而确定每个参数的联合影响，进而对二十四种构型作出评价。
图3B的表示出了设计#3和设计#9的另外十种变型形式的设计规格。所评估的所有新的另外的设计变型形式均使用β1＝120度、β2＝240度的过渡角和凹面的斜面形状。如该表格所指示的，前两个新的变型形式#25和#26具有2.27的斜率参数α，以及0.3mm的最大厚度(分别从初始设计#3和#9的0.4mm开始减小)。设计#3的接下来的三个变型形式保持了2.27的斜率参数α和0.4mm的最大厚度，但分别使用了三种均一的后曲面半径之一(对于新变型形式#27为8.4mm；对于新变型形式#28为8.8mm；并且对于新变型形式#29为9.2mm)。设计变型形式#30为原始对照(TRS156)的修改形式。虽然接下来的两个设计变型形式#31和#32分别将设计#3的从上方至下方斜率参数修改为1.0和6.0，但保持了最大厚度0.4mm，并将Rmin保持为8.4mm。最后两个设计变型形式与前两个类似，但其分别将设计#9的上方至协防斜率参数修改为1.0和6.0，从而将最大厚度保持为0.4mm，并且将Rmin保持为8.0mm。
图4A和图4B以等高线图和XY曲线图两种形式示出了所得厚度，XY曲线图示出了这两个代表性样本的相对厚度。所示出的两个设计具有类似的周边后曲面曲率半径变型形式和后曲面过渡角，并且都具有凸面的斜面形状，但图4A中的镜片41具有0.4mm的最大厚度，而图4B中的镜片42具有0.6mm的最大厚度。
图5A提供了初始24种构型以及示为设计#0的对照镜片的平移结果。在这种情况下，镜片#3和#9是为进行额外研究而选择的原始二十四种构型的两种变型。图5B示出了这些初始24种构型与对照镜片(#0)相比的定心结果，其表明对于所选择的镜片设计来说，对定心的影响在可接受范围内。评估了平移结果后，选择镜片设计#3和#9以及对照镜片进行额外研究。对设计#3和#9以及对照(参见图3B)的额外十个镜片变型针对镜片平移进行进一步评估。图6提供了所选择镜片的所得镜片平移结果。
虽然多种设计决策和选择存在折衷选择，但申请人已通过这个非常全面的评价发现，与所考虑的某些其他变量相比，基弧过渡角和斜面形状对镜片平移不那么有效，但斜面形状对于舒适度而言很重要。此外，基于所进行的因素分析，基弧和厚度是平移的最有影响力的因素。此外，通过调整基弧来弥补较低的厚度，这将导致当镜片位于眼睛上时，镜片的舒适度提高。具体地讲，申请人已确定，0.3mm的低厚度变型形式实现了比对照设备(设计#0)显著更高的平移值。在评估斜率时，对于设计变型形式#33和#34(#9的变型形式)和设计变型形式#31和#32(#3的变型形式)来说，可以确定的是，在中、高、低的上方斜率至下方斜率的选择方面不存在差异。在涉及到后表面曲率半径变型形式与一致的后表面曲率半径的关系性时，可以发现的是，对于中等(Rmin＝8.4mm至Rmax＝8.8mm)后表面曲率半径变型形式来说，一致的后曲面曲率半径的变型形式是不显著的。然而，当评估后表面曲率半径变型形式与一致的后表面曲率半径的关系性时(此时，变型形式较大(Rmin＝8.0mm至Rmax＝9.2mm))，可以发现的是，与一致的后表面曲率半径相比，变化的后表面曲率半径的存在是显著不同的且有利的。因此，申请人可以确定最优因素组合，从而在确保舒适度未被牺牲掉或未受不利影响的同时，使平移最大化。
尽管所示出并描述的据信是最为实用和优选的实施方案，但显而易见的是，对所述和所示的具体设计和方法的变更对于本领域中的技术人员来说不言自明，并且在不脱离本发明的实质和范围的情况下可使用这些变更形式。本发明不受限于文中所描述及所图示的具体结构，而是应被理解为与可落入所附权利要求书范围内的全部修改形式相一致。

Claims (20)

1.一种截短平移式接触镜片，所述镜片包括：
内部光学区，所述内部光学区具有至少第一视力矫正区域和第二视力矫正区域二者，所述第一视力矫正区域相对于所述第二视力矫正区域位于上方位置，并且所述第一视力矫正区域被配置用于矫正远视力需求，所述第二视力矫正区域相对于所述第一视力矫正区域位于下方位置，并且被配置用于矫正近视力需求；
外部周边区，所述外部周边区围绕所述内部光学区，并且被配置用于提供所述接触镜片在眼睛上的最大平移；所述外部周边区具有待优化以在眼睛上实现最大平移能力同时保持舒适度的至少一个镜片参数，其中所述镜片参数包括：最大镜片厚度；后曲面曲率半径，所述后曲面曲率半径具有最小曲率半径和最大曲率半径二者；以及斜面形状，
所述外部周边区具有可变厚度变化，其中所述可变厚度变化在所述外部周边区内为0.3mm或更小，
其中所述外部周边区包括下方部分、上方部分，
其中所述最小曲率半径位于所述周边区域的所述下方部分中，并且具有在所述下方部分内恒定的曲率半径，并且其中所述最大曲率半径是恒定的且位于所述周边区域的所述上方部分中。
2.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述内部光学区的所述第二视力矫正区域相对于所述第一视力矫正区的定位以鼻偏置定位，导致所述内部光学区围绕所述接触镜片的垂直子午线非对称。
3.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述内部光学区具有定位在所述第一视力矫正区域与所述第二视力矫正区域之间的第三视力矫正区域，其中所述第三视力矫正区域被配置用于矫正中间视力需求。
4.一种截短平移式接触镜片，所述镜片包括：内部光学区，所述内部光学区具有至少第一视力矫正区域和第二视力矫正区域二者，所述第一视力矫正区域相对于所述第二视力矫正区域位于上方位置并且被配置用于矫正远视力需求，所述第二视力矫正区域相对于所述第一视力矫正区域位于下方位置并且被配置用于矫正近视力需求；外部周边区，所述外部周边区围绕所述内部光学区，并且被配置用于提供所述接触镜片在眼睛上的最大平移；所述外部周边区具有不一致的后表面曲率半径和可变厚度变化，其中所述可变厚度变化在所述外部周边区域内为0.3mm或更小，
其中所述外部周边区包括下方部分、上方部分，
其中所述不一致的后表面曲率半径由第一后表面曲率半径和第二后表面曲率半径组成，其中所述第一后表面曲率半径位于所述周边区域的所述下方部分中，并且具有在所述下方部分内恒定的曲率半径，并且所述第一后表面曲率半径小于所述第二后表面曲率半径，并且其中所述第二后表面曲率半径是恒定的且位于所述周边区域的所述上方部分中。
5.根据权利要求4所述的接触镜片，其中所述内部光学区的所述第二视力矫正区域相对于所述第一视力矫正区的定位以鼻偏置定位，导致所述内部光学区围绕所述接触镜片的垂直子午线非对称。
6.根据权利要求4所述的接触镜片，其中所述外部周边区域还包括位于所述下方部分与所述上方部分之间的居间过渡部分。
7.根据权利要求6所述的接触镜片，其中所述第一后表面曲率半径平滑且连续地过渡到所述第二后表面曲率半径，其中在所述居间过渡部分中发生从所述第一后表面曲率半径到所述第二后表面曲率半径的过渡。
8.根据权利要求7所述的接触镜片，其中所述第一后表面曲率半径为约8mm。
9.根据权利要求7所述的接触镜片，其中所述第二后表面曲率半径为约9.2mm。
10.根据权利要求7所述的接触镜片，还包括斜面部分，所述斜面部分具有选自由以下项组成的斜面形状：凹面形状、凸面形状以及线性形状，其中所述斜面部分被定位在所述周边区域的所述下方部分内。
11.根据权利要求10所述的接触镜片，其中所述内部光学区还包括定位在所述第一视力矫正区域与所述第二视力矫正区域之间的第三视力矫正区域，其中所述第三视力矫正区域被配置用于矫正中间视力需求。
12.一种截短平移式接触镜片，所述镜片包括：内部光学区，所述内部光学区具有至少第一视力矫正区域和第二视力矫正区域二者，所述第一视力矫正区域相对于所述第二视力矫正区域位于上方位置，并且被配置用于矫正远视力需求，所述第二视力矫正区域相对于所述第一视力矫正区域位于下方位置，并且被配置用于矫正近视力需求；外部周边区，所述外部周边区围绕所述内部光学区，并且被配置用于提供所述接触镜片在眼睛上的最大平移；所述外部周边区具有不一致的后表面曲率半径和可变厚度变化，其中所述可变厚度变化在所述外部周边区域内为0.3mm或更小，并且所述外部周边区还包括下方部分、上方部分和位于所述下方部分与所述上方部分之间的居间过渡部分，
其中所述不一致的后表面曲率半径由第一后表面曲率半径和第二后表面曲率半径组成，其中所述第一后表面曲率半径位于所述周边区域的所述下方部分中，并且具有在所述下方部分内恒定的曲率半径，并且所述第一后表面曲率半径小于所述第二后表面曲率半径，并且其中所述第二后表面曲率半径是恒定的且位于所述周边区域的所述上方部分中。
13.根据权利要求12所述的接触镜片，其中所述可变厚度包括位于所述周边区的所述下方部分中的第一最大厚度和位于所述周边区的所述上方部分中的第二最小厚度，其中所述第一最大厚度大于所述第二最小厚度，并且所述第一最大厚度平滑且连续地过渡到所述第二最小厚度，其中主要在所述居间过渡部分中发生从所述第一最大厚度到所述第二最小厚度的过渡。
14.根据权利要求12所述的接触镜片，其中所述内部光学区的所述第二视力矫正区域相对于所述第一视力矫正区的定位以鼻偏置定位，导致所述内部光学区围绕所述接触镜片的垂直子午线非对称。
15.根据权利要求13所述的接触镜片，其中所述第一最大厚度介于0.3mm至0.6mm之间。
16.根据权利要求13所述的接触镜片，其中在所述外部周边区域内所述第一最大厚度与所述第二最小厚度之间的差值为0.3mm或更小。
17.根据权利要求13所述的接触镜片，还包括斜面部分，所述斜面部分具有最大厚度和选自由以下项组成的斜面形状：凹面形状、凸面形状以及线性形状，其中所述斜面部分被定位成使得所述斜面部分的所述最大厚度位于所述周边区域的所述下方部分内。
18.根据权利要求13所述的接触镜片，其中所述内部光学区还包括定位在所述第一视力矫正区域与所述第二视力矫正区域之间的第三视力矫正区域，其中所述第三视力矫正区域被配置用于矫正中间视力需求。
19.一种截短平移式接触镜片，所述镜片包括：内部光学区，所述内部光学区具有至少第一视力矫正区域和第二视力矫正区域二者，所述第一视力矫正区域相对于所述第二视力矫正区域位于上方位置，并且被配置用于矫正远视力需求，所述第二视力矫正区域相对于所述第一视力矫正区域位于下方位置，并且被配置用于矫正近视力需求；外部周边区，所述外部周边区围绕所述内部光学区，并且被配置用于提供所述接触镜片在眼睛上的最大平移；所述外部周边区具有不一致的后表面曲率半径和可变厚度变化，其中所述可变厚度变化在所述外部周边区域内为0.3mm或更小并且所述外部周边区域还包括下方部分、上方部分和位于所述下方部分与所述上方部分之间的居间过渡部分，其中厚度变化和后表面曲率半径的变化是贯穿所述周边区域平滑且连续融合的，并且还包括斜面部分，所述斜面部分具有最大厚度和选自由以下项组成的斜面形状：凹面形状、凸面形状以及线性形状，其中所述斜面部分被定位成使得所述斜面部分的所述最大厚度位于所述周边区域的所述下方部分内，
其中所述不一致的后表面曲率半径由第一后表面曲率半径和第二后表面曲率半径组成，其中所述第一后表面曲率半径位于所述周边区域的所述下方部分中，并且具有在所述下方部分内恒定的曲率半径，并且所述第一后表面曲率半径小于所述第二后表面曲率半径，并且其中所述第二后表面曲率半径是恒定的且位于所述周边区域的所述上方部分中。
20.一种设计接触镜片的方法，所述镜片包括：内部光学区和外部周边区，所述外部周边区围绕所述内部光学区，所述外部周边区具有不一致的后表面曲率半径和可变厚度变化，其中所述可变厚度变化在所述外部周边区域内为0.3mm或更小并且所述外部周边区域还包括下方部分、上方部分，所述外部周边区还包括斜面部分，所述方法包括：选择一个或多个可优化镜片参数以便使镜片在眼睛上的平移最大化，其中所述镜片参数包括：最大镜片厚度；所述后表面曲率半径，所述后表面曲率半径具有最小曲率半径和最大曲率半径二者；以及斜面形状；针对每个参数确定沿垂直子午线位于下方位置和上方位置两处的所述参数的值；针对每个参数确定沿水平子午线位于中间位置和横向位置两者处的所述参数的值；以及沿导致平滑且连续几何形状的位置之间的居间位置来选择每个参数的值，
其中所述最小曲率半径位于所述下方部分中，并且具有在所述下方部分内恒定的曲率半径，并且其中所述最大曲率半径是恒定的且位于所述上方部分中。
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