CN107765449A - 利用瞳孔切趾的具有改善的视觉性能和最小化的光晕的接触镜片 - Google Patents

Abstract

本发明题为“利用瞳孔切趾具有改善的视觉性能和最小化的光晕的接触镜片”。本发明公开了一种软性接触镜片，该软性接触镜片被设计用于改善具有降低的瞳孔边缘波前像差、减小的光晕和减小的光散射的视觉性能。利用用于调制镜片振幅透射曲线的瞳孔切趾来设计该软性接触镜片。

Description

利用瞳孔切趾的具有改善的视觉性能和最小化的光晕的接触 镜片

背景技术

1.技术领域

本发明涉及眼科镜片，并且更具体地涉及包括用于调制镜片振幅透射曲线的设计的软性接触镜片，该曲线组合平滑瞳孔过渡与较高的边缘吸收的概念，以提供具有降低的瞳孔边缘波前像差、减小的光晕和减小的光散射的改善的视觉性能。

2.相关领域的讨论

近视或近视眼为眼睛的光学缺陷或屈光缺陷，其中来自图像的光线在它们到达视网膜之前聚焦成点。一般来讲，因为眼球或球状体过长或角膜过陡发生近视。可利用负数或负光焦度球面镜片来矫正近视。远视或远视眼为眼睛的光学缺陷或屈光缺陷，其中来自图像的光线在它们到达视网膜之后或在视网膜后面聚焦成点。一般来讲，因为眼球或球状体过短或角膜过平发生远视。可利用正数或正光焦度球面镜片来矫正远视。散光为光学缺陷或屈光缺陷，其中个体的视力因眼睛不能将点目标在视网膜上聚焦成聚焦图像而模糊不清。散光由角膜的异常曲率引起。完好的角膜为球面的，而在患有散光的个体中，角膜为非球面的。换句话讲，角膜实际上在一个方向上比在另一个方向上更弯曲或更陡，从而使得图像被拉伸而不是聚焦成点。可使用柱面镜片而非球面镜片来消除散光。

接触镜片可以被用于矫正近视、远视、散光以及其它视敏度缺陷。接触镜片也可用于增强佩戴者的眼睛的自然外观。接触镜片或接触镜仅为放置在眼上的镜片。接触镜片被视为医疗装置并且可被佩戴以矫正视力和/或用于美容或其它治疗原因。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制成或构造，相对较为昂贵并且易碎。此外，这些早期的接触镜片由如下材料制成，这些材料不允许足够的氧气穿过接触镜片传输到结膜和角膜，这潜在地可引起许多不良临床效应。尽管仍使用这些接触镜片，但它们因初始舒适度较差，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得到广泛利用。具体地讲，当今可用的有机硅水凝胶接触镜片将具有极高透氧度的有机硅的有益效果与水凝胶的经证实的舒适度和临床性能结合在一起。本质上，与由早期硬性材料制成的接触镜片相比，这些基于有机硅水凝胶的接触镜片具有更高的透氧度并且通常佩戴更为舒适。

软性接触镜片通过提供不同类型的波前像差(包括离焦和散光)已被广泛用作有效的视觉矫正装置，所有均具有高度的舒适性和患者的易用性。然而，一些患者在高曝光或强曝光期间例如夜间行车期间经历光晕效应和/或光散射。这种现象是由于在患者瞳孔边缘处的光衍射和在该软性接触镜片本身内的多次反射。因此，需要一种为患者提供健康和舒适的装置以确保具有降低的瞳孔边缘波前像差、减小的光晕和减小的光散射的光学视觉矫正的软性接触镜片。

发明内容

根据本发明的利用瞳孔切趾的具有改善的视觉性能和最小化的光晕的接触镜片克服了与以上简述的现有技术相关的缺点。

根据一个方面，本发明涉及具有改善的视觉性能的软性接触镜片。软性接触镜片包括光学区域、围绕该光学区域的外围区域、和具有振幅调制分量和相位调制分量的系统瞳孔函数，振幅调制分量和相位调制分量跨光学区域和周边区域的至少一部分施加，振幅调制分量包括平滑过渡函数。

光晕和光散射主要由软性接触镜片的两种分量导致。第一分量来自瞳孔的边缘处的光衍射，并且第二分量来自形成软性接触镜片的材料内的多次内部反射/光散射。为了克服或最小化光散射或光晕效果，软性接触镜片的透射曲线相对于当前软性接触镜片的设计而改变。根据本发明，平滑瞳孔切趾函数被施加到镜片设计以消除或基本上最小化在瞳孔的边缘处的光衍射，同时将较高的吸收施加在镜片边缘处将显著减少并优选地消除与软性接触镜片的多个光反射。

接触镜片，并且更具体地讲，软性接触镜片被设计用以矫正球面光焦度和/或柱面光焦度的屈光不正。然而，由于高阶像差，在瞳孔边缘处或软性接触镜片边缘处折射的光学射线可能不会精确地汇聚成像点并且由此可观察到模糊图像。这种瞳孔边缘或软性接触镜片边缘波前像差引起的模糊图像可降低总体镜片视觉矫正性能。通过应用平滑瞳孔切趾函数，瞳孔边缘或软性接触镜片边缘具有较强的吸收，并且穿过瞳孔边缘或软性接触镜片边缘的光线将具有显著降低的强度，并且因此边缘波前像差在总体视网膜图像中起到显著减少的作用。基本上，通过应用平滑瞳孔切趾函数，可获得更好的镜片视力矫正性能。

在数学上，光学系统一般可由其相位调制函数及其振幅传递函数描述。典型地；然而，在本领域的软性接触镜片的当前状态，仅相位调制用于将光学特性结合到软性接触镜片中。在本发明中，软性接触镜片被设计成用于调制该镜片振幅透射曲线，其将平滑的瞳孔过渡和较高的边缘吸收的概念结合在一起，连同相位调制来确保最优视力矫正，同时基本上最小化或消除镜片光晕、减小瞳孔边缘波前像差和光散射。

本发明的软性接触镜片利用标准制造技术易于制造并因此以合理成本提供更舒适、健康和清晰的视觉。

附图说明

根据下文附图所示的本发明优选实施方案的更为具体的说明，本发明上述及其他特征和优点将显而易见。

图1A是根据本发明的不同瞳孔切趾设计的表示。

图1B为图1A的不同切趾设计的对应光透射曲线。

图2为如根据本发明计算的视敏度改善对聚散度的平均和标准偏差的图形表示。

图3A-3D示出了根据本发明的切趾和不切趾的瞳孔函数和点扩散函数。

图4A和4B示出了根据本发明的进入不切趾的软性接触镜片的周边部分的光以及进入具有切趾的软性接触镜片的周边部分的光。

图5为根据本发明的相对光晕强度对切趾的图形表示。

具体实施方式

接触镜片或接触镜仅为放置在眼上的镜片。接触镜片被视为医疗装置并且可被佩戴以矫正视力和/或用于美容或其它治疗原因。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制成或制造，相对较为昂贵并且易碎。此外，这些早期的接触镜片由如下材料制成，这些材料不允许足够的氧气穿过接触镜片传输到结膜和角膜，这潜在地可引起许多不良临床效应。尽管仍使用这些接触镜片，但它们因初始舒适度较差，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得到广泛利用。具体地讲，当今可用的有机硅水凝胶接触镜片将具有极高透氧度的有机硅的有益效果与水凝胶的经证实的舒适度和临床性能结合在一起。本质上，与由早期硬性材料制成的接触镜片相比，这些基于有机硅水凝胶的接触镜片具有更高的透氧度并且通常佩戴更为舒适。

目前可用的接触镜片仍然是用于视力矫正的高性价比装置。薄塑料镜片贴合在眼睛的角膜上以矫正视力缺陷，包括近视或近视眼、远视或远视眼、散光(即角膜中的非球面性)以及老花眼(即晶状体适应能力的失去)。接触镜片以多种形式可用，并且由多种材料制成，以提供不同的功能性。日戴型软性接触镜片通常由软性聚合物材料制成，其与水组合以用于透氧性。日戴型软性接触镜片可为日抛型或长戴型。日抛型接触镜片通常佩戴一天然后被丢弃，而长戴型接触镜片通常被佩戴至多三十天的时间。有色软性接触镜片使用不同的材料以提供不同的功能性。例如，可视性色调接触镜片使用浅色调来帮助佩戴者定位掉落的接触镜片，增强色调的接触镜片具有半透明色调用于增强人的自然眼睛颜色，彩色色调接触镜片包括较暗的不透明色调用来改变人的眼睛颜色，并且滤光色调接触镜片用于增强某些颜色同时减弱其它颜色。刚性透气性硬性接触镜片由含硅氧烷聚合物制成，但是比软性接触镜片更具刚性，并且因此保持它们的形状并且更加耐用。双焦点接触镜片特别为远视患者设计，并且能够以软性和刚性种类获得。复曲面接触镜片特别为散光患者设计，并且也能够以软性和刚性种类获得。组合以上不同方面的组合镜片也是可获得的，例如混合型接触镜片。

光学系统可以通过其光学传递函数(调制传递函数和相位传递函数)被完全描述。光学传递函数可以通过系统瞳孔函数P(x,y)的自相关来确定，该系统瞳孔函数P(x,y)由下式给出：

P(x,y)＝A(x,y)exp[jW(x,y)]。 (1)

系统瞳孔函数P(x,y)包括振幅调制分量A(x,y)和相位调制分量W(x,y)两者，其中exp[jW(x,y)]为相位项的虚分量。在软性接触镜片的当前设计中，该光相位变化曲线W(x,y)被修改并被改善以增强视力；然而，如从公式(1)可容易看出，该光学系统瞳孔函数P(x,y)也取决于或为其振幅调制函数A(x,y)的函数。根据本发明，通过特别地设计振幅调制函数A(x,y)，除了由操纵W(x,y)所作出的改善，软性接触镜片光学矫正特性可被进一步改善。这些附加改善涉及瞳孔边缘波前像差和光晕，特别是在减小二者上。

通常，平滑的过渡函数可以被施加至振幅调制函数A(x,y)，在该示例性实施方案中，该振幅调制函数A(x,y)由下式给出：

A(r)＝exp(-α*(r²/r₀ ²))， (2)

其中r＝√(x²+y²)，r₀为光学区半径并且α为确定瞳孔切趾的类型的常数，如其在下文中更详细解释的。在本发明中，该振幅调制函数是1之外的任何值。重要的是应当注意，公式(2)以圆柱坐标而不是以笛卡尔坐标给出，而公式(1)以笛卡尔坐标给出。还重要的是应当注意，公式(2)之外的传递函数可用于确定光学系统瞳孔函数P(x,y)。

根据一个示例性实施方案，切趾的软性接触镜片可利用公式(1)和(2)设计，并且所得视敏度可以用眼睛模型进行模拟。如图1A所示，不同的量值α将给出各种类型的瞳孔切趾。在第一面板100中，α等于0，这是软性接触镜片在本领域的当前状态，在第二面板102中，α为大约0.5，并且在第三面板104中，α为大约1。图1B还指示瞳孔函数100’,102’和104’针对图1A中的每个α的对应的透射曲线。如从三个面板中所能看到的，由于切趾变得更强，因此对瞳孔边缘波前像差的影响降低且具有较少的光晕，但透射的光也更少。这是折衷的做法；即，透射的光对减小的光晕和降低的边缘波前像差影响。如图1A的第三面板104中所示，镜片的边缘透射较少的光。

如上文所阐述，切趾的软性接触镜片可利用公式(1)和(2)设计，并且所得视敏度可用眼睛模型进行模拟。眼部球面像差(SPHA)的量(视觉性能的指示器)可以通过使用眼睛模型获得。在本发明中，开发出总结跨预定的群体的平均人类眼部球面像差及其分布或标准偏差的眼睛模型。更具体地讲，该眼部球面像差分布通过对患者眼睛的临床测量来获得，患者的年龄在20至60岁之间变化并且具有在+8D到-12D之间的范围内的折射误差(预定群体)。然后建模被施加以总结所有测量的眼部球面像差信息，并且利用数学函数来描述不同年龄和具有不同折射误差的患者的眼部球面像差的平均和标准偏差。使用眼睛模型，在跨预定群体的多双眼睛上进一步进行蒙特卡洛模拟。具有由α指示的不同切趾量值的普通球面镜片单独地配有由眼睛模型生成的多双眼睛，并且分别计算视敏度(VA)。不切趾的相同的球面镜片也配有相同组或群的患者眼睛，并且也单独地计算视敏度。对于每个单独的眼睛，具有切趾的软性接触镜片与具有不切趾的软性接触镜片的眼睛之间的视敏度的差别被计算和定义为视敏度改善。图2为如所计算的视敏度改善的平均和标准偏差对聚散度的图形表示。在进行该计算中，α如在图例中所示在0.3到3.0之间变化，r₀被固定或保持在4，并且r在0到4之间变化。如图所示，不同量的切趾(变化的α)展示了不同等级的视敏度改善。随着切趾更强，即α更大，观察到更高水平的视敏度改善。作为一个示例，其中α等于0.8，平均总视敏度改善高于线0.5。这是合理的，因为更强的切趾导致较小的“有效的”瞳孔尺寸。在视敏度方面，等于3的α如图2中所示提供了视敏度的最大改善，但必须记住这以光透射作为折衷。

视觉改善的标准偏差实际是由于群体内的眼部球面像差变化。一般来讲，具有较高的正眼部球面像差的患者会比经受零或负眼部球面像差的患者受益更多。眼部球面像差与切趾之间的相互作用已被研究并是本领域已知的。非常重要的是，夜间视敏度的提高可有效地最小化人夜近视。平均而言，正眼部球面像差存在于人眼中。这种正眼部球面像差由于在低光(扩张)下的大瞳孔尺寸而在夜间扮演更重要角色。这种在夜间眼部球面像差增加的量可有助于夜近视效果。通过应用根据本发明的平滑瞳孔切趾，边缘光强度可被降低，从而降低夜近视。换句话讲，夜近视降低是减少边缘波前像差的直接结果。

不仅可通过本发明改善视敏度，而且光晕(瞳孔边缘处的衍射)和光散射(镜片边缘处的多次反射)可以随着瞳孔透射的平滑过渡而显著减小。光晕和光散射的减小可用光学射线追踪来展示。如图3所示，具有切趾的瞳孔函数304时，可在最终图像点扩散函数306中观察到弱得多的晕环。更具体地，如图所示，不具有切趾瞳孔函数300时，点扩散函数302示出巨大的光晕。如上所述，很大一部分光散射是由于镜片或瞳孔边缘处的光反射。通过应用切趾，镜片边缘将具有更多的光吸收，从而减少光散射。下文详细描述的图4A和4B示出了这种效果。

光晕的重大问题来自于夜间的高照明光。夜间行车期间，入射到车辆的强光束照明导致在驾驶员的周边视觉中形成光晕。图4A示出了进入没有切趾的软性接触镜片402的周边部分的光400，并且图4B示出了进入具有切趾的软性接触镜片406的周边部分的光404。如图所示，切趾降低如由虚线408所指示的该周边入射光404的强度。假设光学光束从瞳孔边缘进入，则图5指示具有不同切趾量的光晕强度。当α等于0.8时，光晕强度小于不具有瞳孔切趾的光晕强度的一半(0.45)。随着减小的光晕，进入瞳孔的光强度将会继续降低，并且通常针对舒适的视力α应该小于10。随着等于10，光的总透射为11.1百分比。根据本发明，α优选地在0.1和10之间变化。

根据公式(1)和公式(2)的软性接触镜片的切趾可用中性密度滤波器的薄涂层制造，该薄涂层具有在镜片的光学区域上变化的透射率的透射。如本领域已知，中性密度滤波器跨光谱均匀阻光。这种中性密度滤波器涂层可利用包括涂覆和印刷技术的任何合适方式来施用或实现。此外，可以利用任何数目的合适的涂层。该涂层可施加到镜片自身上或镜片自身中。

尽管所示和所述的内容据信是最为实用和最为优选的实施方案，但显而易见，对所述和所示的具体设计和方法的变更将对于本领域中的技术人员来说提供借鉴，并且在不脱离本发明实质和范围的情况下可使用这些变型。本发明并不局限于所述和所示的具体构造，而是应当构造为与可落入所附权利要求书的范围内的全部修改形式相符。

Claims (7)

1.一种具有改善的视觉性能的软性接触镜片，所述软性接触镜片包括：

光学区域；

外围区域，所述外围区域围绕所述光学区域；和

系统瞳孔函数，所述系统瞳孔函数具有振幅调制分量和相位调制分量，所述振幅调制分量和所述相位调制分量跨所述光学区域和所述周边区域的至少一部分施加，所述振幅调制分量包括平滑过渡函数。

2.根据权利要求1所述的软性接触镜片，其中所述振幅调制分量不等于1。

3.根据权利要求1所述的软性接触镜片，其中所述平滑过渡函数由对数函数、三角函数和多项式函数中的至少一者表示。

4.根据权利要求1所述的软性接触镜片，其中所述平滑过渡函数由A(r)＝exp(-α*(r²/r₀ ²))给出。

5.根据权利要求4所述的软性接触镜片，其中α的值在0.1到10之间变化。

6.根据权利要求1所述的软性接触镜片，还包括根据所述振幅调制分量施加到根据本发明的所述镜片上或所述镜片中的所述光学区域和所述外围区域的至少一部分的材料。

7.根据权利要求6所述的软性接触镜片，其中所述材料包括中性密度滤光器。