CN110087585A - 用于散光的透镜 - Google Patents

Abstract

一种用于校正散光的透镜，可能是目镜型的，其形状被设计成以便减少由相对于理想校正位置的意外位移引起的像差，特别是以便即使当相对于透镜的理想轴线旋转时也能确保令人满意的性能。

Description

用于散光的透镜

发明领域

本发明涉及一种用于散光的矫正透镜，更具体地说，涉及一种即使相对于透镜的理想轴线旋转时也具有有益行为的矫正透镜。

背景技术

散光是一种屈光性光学缺陷，其中视力已经恶化。散光可以来源于角膜、晶状体或两者，并且可以由不规则、不对称的角膜曲率引起。散光角膜在一个方向上比在另一个方向上更弯曲，且这导致点聚焦不正确，看起来细长而不是点状。

角膜散光可以通过激光手术或眼镜、隐形眼镜和人工晶状体形状的复曲面矫正镜片来矫正。手术矫正可以用来矫正散光，并且减少或消除对眼镜或隐形眼镜的依赖。这种手术可以包括在白内障摘除手术后植入人工晶状体。

图1A和图1B中示意性示出了根据现有技术的复曲面透镜1000。具体地，复曲面透镜1000具有相对于垂直取向的两条子午线(meridian)M1和M2具有两种不同度数(powers)的光学器件。换句话说，两个曲率半径R1和R2共存于同一透镜1000中，第一个曲率半径更平，而第二个曲率半径更弯曲，具有校正由于散光角膜的两个子午线中的度数差导致的聚焦缺陷的功能。

具有散光的每只眼睛都需要透镜的两条子午线M1和M2相对于眼睛的特定位置，以便校正散光。换句话说，子午线M1与垂直方向Y形成的角度对于每只眼睛来说是特定的。当透镜围绕光轴Z旋转时，校正效果迅速恶化。例如，如果透镜1000还是多焦点的，则这种恶化会加剧。

因此，透镜1000不相对于轴线Z旋转是很重要的。这可以在透镜通过框架被保持在固定位置的眼镜的情况下容易地实现。相对比而言，在隐形眼镜或人工晶状体的情况下，将隐形眼镜或人工晶状体保持在特定位置比较困难。

一些复曲面人工晶状体包括防止旋转的特殊机械设计。例如，具有饼干状设计的人工晶状体或具有四个环以确保在胶囊(capsule)中的稳定性的透镜是已知的。

一些复曲面透镜具有经修改的光学器件(特别是通过修改度数形状(powershape)或子午线方向)。然而，这些解决方案还是有缺陷。一般来说，在这些解决方案的每一个中，高角度旋转的视觉质量的提高对应于处于低角度间隔值下的视觉质量的恶化。

发明概述

因此，本发明的一个目的是提供一种透镜，其可以是人工晶状体型的，能够减少由于相对于理想校正位置的旋转引起的像差。

本发明的另一个目的是提供一种透镜，其对应于连续表面，其变形很小，且因此易于实现。

这些目的是通过根据独立权利要求所述的透镜来实现的。

具体地，发明人已经开发了一种透镜，其具有通过校正项修改的光学设计，该校正项使得该系统对透镜本身的旋转更加宽容。

具体地，本发明的实施例可以涉及一种用于校正散光的透镜，该透镜具有根据方程式Cos[2θ]·Sin[2α]调制的校正因子，其中θ表示校正所应用于的半径或子午线相对于基准子午线的位置，其中α表示透镜相对于散光的理想校正角度的失准角度。

由于这种实施方式，有利的是，可以获得对由旋转引起的恶化更宽容的透镜。

在一些实施例中，透镜可以至少包括第一部分和第二部分，其中至少第一部分具有根据方程式Cos[2θ]·Sin[2α]调制的校正因子，并且其中至少第二部分具有根据方程式Cos[2θ]·Sin[-2α]调制的校正因子。

由于这种实现方式，有利的是，可以获得相对于正方向和负方向上可能的失准α更宽容的透镜。

在一些实施例中，第一部分和第二部分可以具有基本相似的尺寸。

由于这种实施方式，有利的是，对于正和负旋转值，可以获得透镜的基本对称的行为。

在一些实施例中，透镜可以包括多个第一部分和多个第二部分。

由于这种实现方式，有利的是，例如出于与透镜本身的生产相关的原因，可以实现将透镜分成多于两个的部分。

在一些实施例中，透镜可以是复曲面透镜。

由于这种实施方式，有利的是，可以使用透镜来校正散光。

在一些实施例中，可以通过在透镜表面上引入变形来获得校正因子，所述变形包括泽尼克多项式(Zernike polynoms)Z₄和Z₅的线性组合。

由于这种实施方式，可以使用多项式的适当组合来获得所需的校正。

附图简要列表

从通过借助于附图的非限制性的示例方式示出的优选而非排他的实施例的下列详细描述中更加明显地看到，本发明的进一步的特征和优点。

在附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

具体地：

-图1A和图1B分别示意性地描绘了复曲面透镜1000的正视图和剖视图；

-图2示意性地描绘了图1A中的复曲面透镜1000的度数的图案，其与以光轴为中心的圆形截面相关，并且为了简单起见被归一化，使得其在0D和1D之间；

-图3示意性地描绘了复曲面透镜相对于理想校正轴的失准；

-图4示意性地描绘了由复曲面透镜相对于理想轴的失准引起的残余散光；

-图5A-5L示意性地描述了图1A中复曲面透镜1000的残余散光效应的测量；

-图6示意性地描绘了根据本发明的实施例的透镜6000的正视图；

-图7A-7L示意性地描绘了图6中透镜1000的残余散光效应的测量；

-图8示意性地描绘了图6中透镜6000的前分布状况(front topography)；

-图9示意性地描绘了图6中透镜6000的单独校正元件的分布状况；

-图10示意性地描绘了根据本发明的实施例的透镜10000的正视图；

-图11示意性地描绘了图10中透镜10000的前分布状况；

-图12示意性地描绘了图10中透镜10000的单独的校正元件的分布状况。

发明的详细描述

表示圆柱形透镜的在沿子午线的固定半径处评估的度数的关系根据将所述子午线与基准子午线分开的角度的平方余弦而变化。

总度数可以用图2中所示的图表来表示。具体地，图表显示了透镜的度数“P”根据在受试者和基准子午线之间的分离角“Ang”(其按照弧度来表示)变化。

利用相同的关系，有可能表示具有散光的眼睛的图解情况，对于该散光校正透镜失准。具体而言，参照图3，透镜子午线M1可以与由轴Y表示的角膜散光的主子午线形成非零的角度α。作为示例，图4用线4001描绘了子午线M1以45°-5°的角度α定向的角膜散光的度数。线4003表示以相对于子午线M1成角度α定向的矫正透镜的散光度数，并且子午线M1以45°+5°的角度α定向，因此相对于线4001的角膜散光故意(deliberately)不正确。线4002表示未校正的残余散光，它表示两个度数之间的差异。

可以通过表示角膜像差和通过用透镜的波前来矫正透镜进行的矫正来确定描述残余散光的函数关系。

从光学系统(包括眼睛)的出射光瞳出现的波前的表达式可以通过泽尼克多项式的级数展开来表示；具体地，通过下列方程式给出其中仅有与出现散光相关的泽尼克贡献(Zernike contribution)的波前：

其中Z4和Z5是指泽尼克多项式Z₄和Z₅(n＝2，m＝2)的系数，它们描述了圆柱形缺陷的贡献，而ρ和θ是归一化瞳孔坐标。泽尼克多项式Z₄和Z₅是归一化瞳孔半径ρ和角度θ的函数，如下所示：

Z₄[ρ,θ]＝Z4ρ²Cos[2θ]

Z₅[ρ,θ]＝Z5ρ²Sin[2θ]

特别地，Z4和Z5的变化修改了根据角度识别出的圆柱形轴线的取向：

现在假设圆柱波前(通常由关系式(1)表示)与具有散光缺陷的角膜引起的像差相关联；为了补偿这种缺陷，波前将增加相等和相反的贡献，例如通过用经适当设计的复曲面人工晶状体替换晶状体而获得。当人工晶状体的轴与角膜的轴完全对准时，两个贡献的总和被抵消，且屈光缺陷被矫正。

然而，在实践中，这两种贡献可能发生角度分离(由于晶状体在囊袋内的不完美定位)，导致校正仅仅是部分的。

为了确定由于IOL透镜的部分失准造成的残余缺陷，在由(1)表示的波前中引入角度α，即圆柱体的另一轴旋转，如下所示：

此外，为了简化计算，假设与人工晶状体相关的波前以相同的角度α但在相反方向上(因此是–α)旋转：

通过减去这两个贡献(这是角膜散光应该得到补偿的)，总波前将会是：

泽尼克多项式Z₄和Z₅的线性组合，其振幅是角度α的函数。通过定义散光轴γ，使得和上述关系变为：

其中常数项Sin[2α]是可识别的，它调节其振幅。

由于光度数被定义为波前主曲率的平均值，因此残余散光(即，两个度数(角膜和失准的透镜度数)之间的差)与以下关系成比例：

(方程式1) Cos[2θ]·Sin[2α]

其中θ表示应用校正的半径或子午线相对于基准子午线的位置，而α表示透镜1000相对于角膜表面(或换句话说相对于理想散光校正角度)的失准角度。在上述示例中，例如，α为5度。失准导致透镜校正的减少。通过示例的方式，图5A-5L示意性地显示了调制传递函数或MTF(也称为光学传递函数模块)，以及在瞳孔直径为3mm的示例中，以50cyc/mm表示的作为角度α的函数的视网膜图像的分析。具体地，图5A-5L显示了复曲面透镜1000的MTF的图案，并且复曲面透镜的取向α相对于角膜以2°的步长变化，以验证其如何恶化。在图5A和图5B中，失准最大，且对应于10度；在图5C和图5D中，其是8度；在图5E和图5F中，其是6度；在图5G和图5H中，其是4度；在图5I和5J中，其是2度；最后，在图5K和图5L中，失准最小，且对应于0度。

在显示MTF的图像中，一条线对应于切向面的MTF，而另一条线对应于矢状面的MTF。在完全散光矫正的眼睛中，矢状面和切向面的MTF重合。然而，如果晶状体旋转，并且因此其主子午线与角膜的主子午线不重合，则由于残留散光的存在，而导致两个MTF分裂。

如图5A和图5B中所示，并且α为10度，因此在考虑最大分离的情况下，字母F看起来模糊，并且在最佳聚焦的位置MTF约为0.2。通过相对于角膜更精确地对准透镜1000，从而减小角度α，图像质量逐渐提高，这可以从图5B-5L的演变中看出。特别是，在图5K中，在最佳聚焦位置，MTF达到略大于0.8的值。

在本发明的一个实施例中，在透镜的前表面或后表面上，即在获得复曲面透镜的同一表面上或在相对表面上引入变形，这种变形是通过将包括两个泽尼克多项式Z₄和Z₅的组合的附加表面添加到现有表面上而获得的，使得所产生的波前变化等于上述方程式中指示的残余散光的贡献和与之相对：

(方程式1) Cos[2θ]·Sin[2α]

减去这个对整个眼睛波前的贡献，实际上使光学系统更能宽容透镜本身的小旋转。

从图4中的图表中可以看出，校正项4002对应于透镜的圆柱形变形，该圆柱形变形相对于圆柱形基面的主子午线按α角度平移，该主子午线确定了校正透镜度数的变化4003。因此，由于透镜相对于角膜的不正确定位(即旋转)而产生的剩余度数通过将圆柱形表面增加到透镜的圆柱形基面上来补偿，透镜的圆柱形基面相对于第一个表面旋转了角度α。

然而，当透镜的主子午线相对于角膜的主子午线旋转角度-α时，矫正项的符号是相反的；因此，透镜上引入的圆柱形变形将不再校正缺陷。

为此，透镜表面被分成两个基本对称的部分6001和6002，如图6中所示。在所示的实施例中，沿着透镜的主子午线进行分割。然而，本发明不限于这种情况，且每个子午线可用于将透镜分成两部分。同样明显的是，该分割不需要根据子午线进行，并且这两个部分正好是透镜的50％。在某些情况下，两个部分中的一个部分会比另一个部分大，例如为了适应制造公差。

在部分6001上形成校正柱面，当透镜旋转角度α时，该校正柱面校正缺陷。因此，在部分6002上形成校正项，当透镜旋转相反的角度-α时，该校正项校正缺陷。因此，相对于校正散光的基本复曲面透镜，透镜的整体性能恶化，该复曲面透镜与角膜完美地定位在轴上，但是更能宽容小的变化，特别是+α°以内的旋转。

换句话说，在部分6001中，校正等于

(方程式1) Cos[2θ]·Sin[2α]，

并且在第6002部分中，

(方程式2) Cos[2θ]·Sin[-2α]。

利用该实施例，可以获得相对于正方向和负方向上可能的失准α来说具有有利校正行为的复曲面透镜6000。

具体而言，事实上，如图7A-7L中可以看到的，透镜6000提高了视觉质量，当旋转时可通过比基本复曲面透镜更高的MTF值来识别，其行为如图5A-5L中所示。具体地，，在对于透镜6000瞳孔具有3mm的直径的示例中，图7A-7F示意性地显示了作为角度α的函数的以50cyc/mm表示的MTF。

可以看出，MTF值现在在0.6和0.7之间，对于高分离度(例如在α等于10度的情况下)，图像质量有明显改善，而对于低分离度(例如接近α等于0度)，图像质量没有很大恶化。

图8示意性地示出了透镜6000的前分布状况。

这两个轴都是以毫米为单位测量的。

如上所述，在图中透镜的左侧部分，施加了将圆柱体校正到-α度的变形。在图的右侧部分，施加了将圆柱体校正到+α度的变形。校正贡献在两半上引入不同的变形，从而在耦合区域产生非常小的不连续性。从图中可以看出，这种不连续性实际上是不明显的，尤其是当与透镜本身的尺度相比时。在图中的情况下，透镜具有直径为6mm的孔径，如图8中所示。

图9示意性地描绘了透镜6000的单独校正元件的分布状况，即在透镜6000和传统复曲面透镜之间的差异。这两个轴都是以毫米为单位测量的。可以看出，与标准复曲面的偏差非常小，它们约为10μm。这允许上述校正集成在任何类型的透镜中，而没有与透镜厚度的可能显著的增加相关的特定缺陷。从图表中还可以看出，校正在左右两半上具有基本对称的行为。

此外，校正具有围绕旋转轴Z的基本上正弦的图案，这是特别有利的，因为这种图案可以容易地用普通制造设备实现。

可选实施例

在上述实施例中，透镜被分成两个基本相似的部分。然而，如上所述，本发明不限于这种情况，并且两个部分可以具有不同的尺寸。

另外，部件的数量不限于两个，而是可以是任何数量，不一定是偶数。举例来说，在图10所示的本发明的另一个实施例中，透镜10000在概念上是通过散布12个扇区10001和10002制成的，其中一半具有分别与部分6001的校正相似的校正，而另一半具有分别与部分6002的校正相似的校正。

图11示意性地描绘了透镜10000的前分布状况，而图12示意性地描绘了透镜10000的单独校正元件的分布状况。

如图12中所示，由校正因子在透镜上引入的变形会引入相对于透镜表面的偏差，而没有校正，偏差非常小，约为10μm。因此，同样在这种情况下，由校正引入的厚度变化基本上与透镜的厚度无关，如图11中所示。

一般来说，透镜可以被分成任意数量的部分。如上所述，因此在透镜表面上生成的不连续性很小。然而，在数量大的情况下，它们会导致视力恶化。因此，透镜可被分割的部分的数量是有上限的。通常，优选为不显著增加细分的数量，以避免调制传递函数值的降低和视力的相对应的恶化。

数值示例

在上述所有实施例中，校正的幅度取决于角度α。因此，不可能精确校正关于每个α值的残余散光。然而，α的平均值可以在透镜的可能的移动范围内选择。

因此，在一些实施例中，将评估透镜可能的最大旋转角度，并且将α选择为最大可能角度的一半。

发明人通过实验发现，在许多实际情况下，0至20度的范围内(优选0至15度，甚至更优选0至10度)的旋转值可以被认为是有效的，特别是对于人工晶状体来说。在这种情况下，α的值可以分别是小于或等于10度，优选小于7.5度，甚至更优选小于或等于5度。在任何情况下，如果意图将透镜应用于旋转较大的情况，则旋转值将有利地是较大的。举例来说，对于由于眼睑进行的运动而导致旋转角度较大的隐形眼镜，可以考虑小于30度的角度α，优选小于20度，甚至更优选小于10度。相反，在旋转较小的情况下(例如对于旋转受限于框架的存在的眼镜镜片)，α可以分别是小于或等于6度，优选小于或等于4度，甚至更优选小于或等于2度。

在以上描述中，参考了通用透镜。图5A-5L、图7A-7L、图8、图9、图11和图12中所示的数值示例有利地涉及具有与人工晶状体的尺寸兼容的尺寸的透镜。然而，本发明不限于这种情况，并且可以以人工晶状体(IOL)、隐形眼镜或眼镜镜片的形式来进行实现。

在以上描述中，独立描述了各种实施例，以便于对其进行理解。此外，对本领域的技术人员应当明显的是，本公开不限于所描述的单个实施例。相反，这些实施例和/或甚至仅仅是每个实施例的一些特征可以组合在一起，以获得如权利要求所定义的本发明的新实施例。

附图标记

1000：透镜

R1：曲率半径

M1：子午线

R2：曲率半径

M2：子午线

α：失准角度

4001：角膜散光的度数

4002：残留散光

4003：矫正透镜的散光度数

6000：透镜

6001：透镜部分

6002：透镜部分

10000：透镜

10001：透镜部分

10002：透镜部分

Claims (6)

1.一种用于校正散光的透镜(6000、10000)，具有根据下列方程式调制的校正因子：

(方程式1)Cos[2θ]·Sin[2α]

其中，θ表示所述校正所应用于的半径或子午线相对于基准子午线(M1)的位置，

其中，α表示所述透镜(6000、10000)相对于所述散光的理想校正角度的失准角度。

2.根据权利要求1所述的透镜，其中，所述透镜至少包括第一部分(6001、10001)和第二部分(6002、10002)，其中，至少所述第一部分具有根据下列方程式调制的校正因子：

(方程式1)Cos[2θ]·Sin[2α]

并且其中，至少所述第二部分具有根据下列方程式调制的校正因子：

(方程式2)Cos[2θ]·Sin[-2α]。

3.根据权利要求2所述的透镜，其中，所述第一部分和所述第二部分具有基本相似的尺寸。

4.根据权利要求2或3所述的透镜，其中，所述透镜包括多个第一部分和多个第二部分。

5.根据任一前述权利要求所述的透镜，其中，所述透镜是复曲面透镜。

6.根据任一前述权利要求所述的透镜，其中，所述校正因子是通过在所述透镜的表面上引入由泽尼克多项式Z₄和Z₅的线性组合产生的变形来获得的。