CN109725440A

CN109725440A - 控制近视发展并矫正近视散光的隐形眼镜及设计方法

Info

Publication number: CN109725440A
Application number: CN201910176128.6A
Authority: CN
Inventors: 刘永基; 边亚燕
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-05-07

Abstract

为提高隐形眼镜的成像性能以及对于旋转和偏心的容限，本发明提出一种能够矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜，隐形眼镜的前表面交替的设有视力矫正区和近视控制区，视力矫正区和近视控制区构成多区域结构，隐形眼镜的后表面设有适配光学区，多区域结构为旋转对称的非球面，适配光学区为复曲面，多区域结构和适配光学区的外部设有衔接区，隐形眼镜控制近视的范围为‑0.5D～‑8D，控制散光的范围为‑0.5D～‑6D。本发明还提出一种设计矫正近视和散光，且控制近视进展的隐形眼镜的方法，包括：依据人眼模型参数，结合表面矢高公式初步确定隐形眼镜各区域的半径、曲率半径、二次曲面系数和非球面系数；优化设计参数。

Description

控制近视发展并矫正近视散光的隐形眼镜及设计方法

技术领域

本发明属于光学设备领域，尤其是一种矫正近视和散光，且控制近视进展的隐形眼镜及设计方法。

背景技术

近视是目前世界上大部分地区青少年儿童中最常见的屈光不正，近视进展会增加相关眼病如青光眼、视网膜退化等的风险。此外，近视的青少年中很大一部分至少有一只眼睛同时伴有0.75D或更大的散光，未得到散光矫正的人眼易产生视疲劳，视锐度下降等问题，因此在矫正近视的同时也需要考虑散光的矫正。具有控制近视并发散光眼近视进展的隐形眼镜的设计，在矫正青少年儿童近视和散光视力的同时，提供了更大的周边近视性离焦，具有潜在的应用价值。

双焦点或多焦点隐形眼镜由于佩戴舒适安全等优点，已被尝试用于控制近视进展。由香港理工大学提出的CooperVision MiSight双焦点隐形眼镜，提供了-2D的周边近视性离焦，研究证明其具有一定的控制近视进展的效果，且较大的周边近视性离焦被认为可以更有效地控制近视进展。然而很多佩戴隐形眼镜的患者并未获得散光的矫正，研究表明，相比球面隐形眼镜，散光患者佩戴复曲面隐形眼镜可获得更好的视敏度。佩戴复曲面眼镜要求特定方向的屈光轴须与患者的散光轴保持大致对准，考虑到隐形眼镜在患者佩戴过程中可能发生移动或旋转从而远离最贴合位置的情况，隐形眼镜的成像性能需要对于旋转和偏心具有一定的容限。

发明内容

基于此，本发明实施例提出一种矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜，采用的技术方案为，隐形眼镜的前表面交替的设有视力矫正区和近视控制区，视力矫正区和近视控制区构成多区域结构，隐形眼镜的后表面设有适配光学区，多区域结构为旋转对称的非球面，适配光学区为复曲面，多区域结构通过过渡区与适配光学区相结合，多区域结构和适配光学区的外部设有衔接区，隐形眼镜控制近视的范围为-0.5D～-8D，控制散光的范围为-0.5D～-6D，隐形眼镜非衔接区的厚度范围为0.01mm～0.1mm，隐形眼镜本体的直径范围为10mm～15mm。

本发明实施例的另一方面提出一种设计矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜的方法，包括步骤：

S1.获取人眼模型；

S2.确定制作隐形眼镜使用的材料；

S3.确定前表面上多区域结构中视力矫正区和近视控制区的个数；

S4.依据人眼模型参数，结合表面矢高公式初步确定矫正区、近视控制区以及衔接区各区域的半径、曲率半径、二次曲面conic系数和4～10阶偶次非球面系数，其中使用的表面矢高公式为

式中，Z₀为矢高偏移值，计算公式为Z₀＝Z_j-1(A_j-1)-Z_j(A_j)

上式中，c_j为第j个区域非球面顶点处的曲率，r为非球面上任意一点到光轴的径向距离，p_j为第j个区域的归一化径向坐标，p_j＝r/A_j,K_j为第j个区域的二次曲面系数，N_a是非球面系数的个数，a_ij为第j个区域的非球面系数；

S5.通过调制传递函数，依据隐形眼镜的成像性能和周边聚焦情况，调整各矫正区、近视控制区的设计参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明的隐形眼镜在明视觉环境下可同时完全矫正近视和散光视力，且隐形眼镜的成像性能对于佩戴过程中可能出现的偏心以及旋转均具有一定的容限。

2.通过眼镜本体的后表面呈复曲面面型的设置，使得伴有散光的人眼佩戴贴合舒适，且可根据近视散光度数的不同实现个性化定制。

附图说明

图1是发明实施例中隐形眼镜的结构示意图；

图2是发明实施例中，佩戴该隐形眼镜眼模型在明视觉环境中，0°～7°视场下，视远时的MTF曲线；

图3是发明实施例中，佩戴该隐形眼镜眼模型在明视觉以及暗视觉环境中，周边近视性离焦随着视场角大小变化的曲线；

图4是发明实施例中，隐形眼镜佩戴过程中出现旋转时，眼模型的成像MTF随着旋转角度的变化曲线；

图5是发明实施例中，当隐形眼镜佩戴过程中出现偏心时，眼模型的成像MTF随着偏心大小的变化曲线，图中X表示向颞侧偏心，Y表示向下偏心。

附图标记说明：

前表面-1，后表面-2，视力矫正区-11，近视控制区-12，前表面衔接区-13，中央适配光学区-21，过渡区-22，后表面衔接区-23。

具体实施方式

本发明通过隐形眼镜后表面复曲面面型的设置，使得伴有散光的人眼佩戴贴合舒适，且可根据不同近视散光度数的不同实现个性化定制。本发明通过隐形眼镜前表面呈旋转对称的多区域非球面面型的设置，使得近视和散光视力得到同时矫正，并使得人眼视力基本不受隐形眼镜旋转的影响，同时提供了较大的周边近视性离焦。

如图1所示，本发明实施例中提出的矫正近视和散光，且控制近视进展的隐形眼镜包括前表面1和后表面2，前表面1分为视力矫正区11、近视控制区12和前表面衔接区13。视力矫正区11用于矫正近视和散光，近视控制区12用于提供较大的周边近视性离焦。本实施例中，视力矫正区11和近视控制区12交替设置形成多区域结构，前表面1的中心区域为视力矫正区11，多区域结构的最外侧为近视控制区12。本实施例中，多区域结构包括两个视力矫正区11和两个近视控制区12。其中，位于前表面1中心区域的视力矫正区11用于同时矫正近视和散光视力，要求较高的成像质量，因此采用了非球面，前表面其他区域对成像质量要求不高，即采用了球面。

后表面2分为中央适配光学区21、过渡区22和后表面衔接区23，中央适配光学区21为复曲面面型，中央适配光学区21的形态与近视并发散光患者眼角膜前表面形态相同。过渡区22用于实现加工过程中中央适配光学区21和后表面衔接区23的过渡。

本实施例中，前表面1和后表面2通过侧面(圆柱面)相连接。多区域结构与中央适配光学区21、过渡区22分离。前表面衔接区13和后表面衔接区23的曲率相同。

本实施例中，设计上述隐形眼镜的方法包括：

S1.获取人眼模型；

S2.确定制作隐形眼镜使用的材料；

S3.依据人眼模型确定后表面2上中央适配光学区21的参数；

S4.确定前表面1上多区域结构中视力矫正区11和近视控制区12的个数；

S5.依据人眼模型参数，结合表面矢高公式初步确定各矫正区11、近视控制区12的半径、曲率半径、二次曲面conic系数和4～10阶偶次非球面系数；

S6.通过调制传递函数，依据隐形眼镜的成像性能和周边聚焦情况，优化调整各矫正区11、近视控制区12的设计参数。

本实施例中，借助Zemax进一步说明上述设计过程。

S1.在Zemax中建立获取的人眼模型，经Zemax导出的参数表如下所示表1近视并发散光眼模型结构参数

该表为基于SR＝-3D的Atchison近视化人眼模型，并在角膜前表面切向附加了-1.5D的散光。

S2.制作隐形眼镜的材料选用硅水凝胶BalaficonA，折射率为1.422。

S3.其后表面2与人眼模型角膜前表面形态相同，且为复曲面面型，基本参数为：切向曲率半径为7.47482mm，弧矢方向的曲率半径为7.704mm，两个方向的二次曲面系数均为-0.15。

S4.从隐形眼镜中心向外依次设置一个视力矫正区11(区域1)、一个近视控制区12(区域2)、一个视力矫正区11(区域3)、一个近视控制区12(区域4)和一个前表面衔接区13(区域5)。

S5.结合表面矢高公式初步确定各区域独立的半径大小A、曲率c、二次曲面conic系数k和各阶非球面系数a，其中矢高公式为

式中，Z₀为矢高偏移值，计算公式为Z₀＝Z_j-1(A_j-1)-Z_j(A_j)

上式中，c_j为第j个区域非球面顶点处的曲率，r为非球面上任意一点到光轴的径向距离，p_j为第j个区域的归一化径向坐标，p_j＝r/A_j,K_j为第j个区域的二次曲面系数，N_a是非球面系数的个数，a_ij为第j个区域的非球面系数。

基本参数为，A1＝1.75mm，A2＝2.5mm，A3＝3.4mm，A4＝4.2mm，A5＝7.2mm，相应的曲率半径为Ra1＝8.162mm，Ra2＝6.771mm，Ra3＝8.224mm，Ra4＝7.212mm，Ra5＝8.6mm。

视力矫正区11(区域1)的二次曲面系数conic为-0.400168，四个非球面系数分别为，a₁₁＝3.0158E-003(4阶系数)，a₂₁＝-5.8717E-003(6阶系数)，a₃₁＝5.7014E-003(8阶系数)，a₄₁＝-2.0287E-003(10阶系数)。

S6.通过Zemax进行优化和性能分析，基于建立的近视并发散光人眼模型，分析了佩戴该隐形眼镜眼模型的成像性能以及周边离焦情况.

具体为建立Zemax评价函数，设定所需优化的参数为变量，依次优化得到各个区域的面型参数。优化中心视力矫正区时，保证眼模型在明视觉环境中±5°视场范围内成像性能良好。优化近视控制区时，保证眼模型在25°左右的大视场下具有较大的周边近视性离焦。

经优化后，隐形眼镜可同时矫正-3D近视附加-1.5D散光，直径为14.4mm，中心厚度为0.06678mm。

如图2所示，佩戴该隐形眼镜眼模型在3mm瞳孔下，切向和弧矢方向的调制传递函数(MTF)曲线在0°、3°、7°视场下均趋于一致，可认为无散光现象。MTF值在空间频率为50c/mm处均高于0.7，在100c/mm处均高于0.53。表明此款隐形眼镜在明视觉环境下，0°～7°的视场范围内成像质量优异，可同时矫正近视和散光视力。

如图3所示，佩戴该隐形眼镜眼模型,在3mm瞳孔下，0°中心视场的离焦值接近0D，25°视场的近视性离焦达9.5D；在6mm瞳孔下，0°～30°的周边近视性离焦均在-6D左右，10°视场的近视性离焦达-6.2D。表明此款隐形眼镜可以完全矫正明视觉环境下中心视场的近视和散光视力，且在明视觉以及暗视觉环境下的大视场范围内均提供了较大的周边近视性离焦，展现出了优异的控制近视进展的潜力。

如图4所示，当佩戴过程中发生0°、10°、15°、30°、45°旋转后，MTF曲线均无明显下降。MTF值在空间频率为50c/mm处均高于0.75，在100c/mm处均高于0.48。表明此款隐形眼镜在发生±45°旋转的范围内成像性能保持良好。

如图5所示，当隐形眼镜佩戴过程中，分别向颞侧和向下各偏心0.5mm时，MTF值在空间频率为50c/mm处高于0.52，在100c/mm处高于0.34，成像质量保持良好；在向颞侧和向下各偏心1mm的范围内，MTF值在空间频率为50c/mm处均高于0.25，在100c/mm处均高于0.13。表明此款隐形眼镜在向颞侧和向下各偏心±0.5mm的范围内，像质保持较好，在向颞侧和向下偏心±1mm的范围内，像质仍可接受。

通过上述方法设计的隐形眼镜在明视觉环境下可同时完全矫正近视和散光视力，且隐形眼镜的成像性能对于佩戴过程中可能出现的偏心以及旋转均具有一定的容限，其中旋转的范围为-60°～60°，偏心的范围为-1.2mm～1.2mm，满足人眼实际视物时的需求。同时本发明隐形眼镜在明视觉的3mm瞳孔以及暗视觉的6mm瞳孔环境下均表现出了更大的周边近视性离焦，展现出了更好地控制近视进展的潜力。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜，其特征在于，隐形眼镜的前表面交替的设有视力矫正区和近视控制区，视力矫正区和近视控制区构成多区域结构，隐形眼镜的后表面设有适配光学区，多区域结构为旋转对称的非球面，适配光学区为复曲面，多区域结构通过过渡区与适配光学区相结合，多区域结构和适配光学区的外部设有衔接区，隐形眼镜控制近视的范围为-0.5D～-8D，控制散光的范围为-0.5D～-6D，隐形眼镜非衔接区的厚度范围为0.01mm～0.1mm，隐形眼镜本体的直径范围为10mm～15mm。

2.如权利要求1所述一种矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜，其特征在于，前表面自中心向外依次设有第一视力矫正区、第一近视控制区、第二视力矫正区、第二近视控制区和衔接区。

3.如权利要求2所述一种矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜，其特征在于，第一视力矫正区对应的径向半径范围为0.9mm～2mm，第一近视控制区对应的径向半径的范围为1.5mm～4.5mm。

4.如权利要求1所述一种矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜，其特征在于，适配光学区的形态与近视并发散光患者眼角膜前表面形态相同。

5.一种设计矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜的方法，其特征在于，包括步骤：

S1.获取人眼模型；

S2.确定制作隐形眼镜使用的材料；

式中，Z₀为矢高偏移值，计算公式为

Z₀＝Z_j-1(A_j-1)-Z_j(A_j)

6.如权利要求5所述一种矫正近视和散光且控制近视进展的隐形眼镜的方法，其特征在于，每个区域设有4个非球面系数，分别为4阶非球面系数，6阶非球面系数，8阶非球面系数，10阶非球面系数。