CN110618540A - 利用优化的刚度分布的旋转稳定的接触镜片 - Google Patents

Abstract

本发明题为“利用优化的刚度分布的旋转稳定的接触镜片”。本发明提供了一种改善的旋转稳定的接触镜片设计和设计此类镜片的方法，其使镜片的稳定时间最小化同时使镜片在眼上的舒适度最大化。该镜片以及设计该镜片的方法在早期方法的基础上进一步改善，利用并组合不圆度和厚度差分方面，从而导致等同或最小化的稳定时间、便于插入和制造以及最大化的舒适度，其相比任一方面可独立地实现的效果而言得到改善。刚度分布的这种进一步改善通过在非圆镜片设计中优化并选择性地解决径向和周向的厚度差分来实现。

Description

利用优化的刚度分布的旋转稳定的接触镜片

背景技术

1.技术领域

本发明涉及眼科镜片，并且更具体地涉及旋转稳定的接触镜片。具体地讲，本发明涉及优化镜片几何形状并利用旋转恢复和舒适度建模来确保镜片具有可接受的旋转稳定同时还实现改善的佩戴舒适度的设计和方法。

2.相关领域的讨论

接触镜片被视为医疗设备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构成或制成，并且相对较为昂贵且脆弱。尽管现在仍使用这些接触镜片，但它们因初始舒适度较差而不适用于所有患者。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。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。一种类型的接触镜片是球形接触镜片，其为大多数部件提供均匀的光焦度，并且由于这些镜片大体上为球形，它们为旋转对称的，所以旋转放置或定位在眼上不是一个大问题。对于那些需要散光矫正的患者，可以提供除球形光焦度矫正以外的柱面光学光焦度矫正以实现视力矫正。这些镜片，有时被称为复曲面镜片，要求光学设计在佩戴在眼上时在矫正取向时为旋转稳定的。在散光患者中，镜片的相对旋转取向对于矫正患者视力是重要的。

散光由角膜和/或晶状体的非旋转对称曲率引起。正常的角膜大体上为旋转对称的，而在患有散光的个体中，角膜并非如此。换句话讲，眼睛的角膜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出一条焦点线而不是聚焦成单个点。复曲面镜片而非球形/单视力镜片可用来解决这个问题。复曲面镜片为光学元件，该光学元件在彼此垂直的两个取向上具有两种不同的光焦度。本质上，复曲面镜片具有用于矫正近视或远视的一种光焦度的球面以及用于矫正散光的在特定轴处的一种光焦度的柱面，两种光焦度均内置于单个镜片中。利用以不同角度取向的相对于眼优选地保持的曲率来产生这些光焦度。因此，复曲面镜片正确的旋转取向对于正确矫正散光是必需的。然而，在使用时，复曲面接触镜片可趋于在眼上旋转，从而临时性地提供亚最佳视力矫正。因此，目前使用的复曲面接触镜片还包括用于在佩戴者眨眼或环视时将接触镜片相对稳定地且在正确取向中保持在眼上的机构以保持精确的视力矫正。此机构还用来在插入后或当镜片移出正确的位置和取向时将镜片返回至在眼上的稳定且正确的取向。为了确保镜片的正确取向，本领域中已利用各种使镜片稳定的方法，诸如压载物或优选的厚区和薄区。尽管存在各种实现稳定的方式，但是所有方式在不同程度上最终将受到接触镜片后表面与眼睛前表面、以及与眼睑(具体地在周边区域中)的相互作用的影响，这也可不利地影响视力以及佩戴者的主观舒适度。

目前设计或使用的稳定区的挑战在于接触镜片稳定性与舒适度以及与稳定区域的多个分区中的镜片厚度增加相关的物理限制之间的权衡。用于改善旋转速度的设计改变(诸如增加稳定区域的表面坡度)还增加接触镜片厚度并且可不利地影响舒适度。另外，接触镜片设计必须实现两件事情；即，插入时旋转到适当取向以及佩戴期间保持该取向。常规设计需要在这些多种考虑之间对性能进行权衡。虽然现在许多常规镜片形状为圆形，但采用非圆形几何形状可能在一些情况下提供额外的柔韧性，以确保稳定与舒适度之间的平衡得到优化和进一步改善。

在美国专利6,406,145中，公开了具有最小厚度改变的旋转稳定的接触镜片。在美国专利6,491,392中，稳定特征的设计结合使用样条或多项式函数以改善舒适度，而美国专利6,939,005和7,159,979关注厚度差分的改变速率以缩短镜片稳定时间。美国专利7,201,480和7,682,019采用出于稳定目的的薄区的使用。

在解决散光患者需求的更近期尝试中，例如美国专利8,827,448提出使用无散光定制的镜片用于屈光矫正，其具有在接触镜片的前表面上的第一柱面光焦度和在后表面上的第二柱面光焦度。虽然已提出利用此类设计来实现改善的视敏度，但是这些项目限于镜片的光学区和其如何与非对称形状的角膜相互作用。在其它区域中，最值得注意的是在镜片的周边区域中的设计改变可仍具有影响并且将不会不利地影响那些寻求改进视敏度的限于光学区的区域，并且因此共存并进一步改善镜片性能。

出于稳定目的在早期使用的非圆镜片公开于美国专利5,760,870中，主要出于稳定目的而用以避免镜片增厚。该‘870专利的发明人指出，镜片增厚导致患者不适，不可取的光焦度变化以及在增厚区域中减少的透氧性，从而倡导代替使用非圆镜片以及镜片纵横比方面的所得差异而非厚度差分来实现稳定性。更近期地，在美国专利8,668,331中，公开了出于向心、旋转和稳定目的，使用非圆镜片来最大化镜片-盖相互作用，并且可具有指导性。在转让给与本发明受让人相同的受让人的美国已公开专利申请US20140063444中，公开了使用圆形和非圆形状以及稳定区；然而，并未讨论形状和厚度优化的组合。镜片与角膜表面的相互作用，尤其是在角膜缘位置处的相互作用可导致镜片后方出现截留气泡，这种情况在直径较大的镜片中可能更普遍，因为镜片的直径通常延伸超过角膜缘的位置。转让给与本发明相同的受让人的美国专利9,778,487是一种特别相关的技术，描述了一种利用并组合非圆形和厚度差分来优化镜片设计的方法。

概括地说，该领域中的大多数之前创新者曾试图通过以下方式来解决此稳定问题：选择性地镜片增厚、镜片减薄、棱镜压载以及所有一般表征为厚度差分设计的其它方法。只有有限的创新者曾尝试使用非圆形镜片的解决方案，非圆形镜片一般可表征为圆形/非圆形设计，这些设计在一些情况下试图完全掩蔽散光。此外，尽管镜片设计和材料均有显著改善，但许多接触镜片佩戴者仍因为感到不适而放弃使用。申请人相信，很少有人利用一套建模工具来全方位地进行镜片设计，更不必说取得成功的人了。申请人相信，使用诸如这些工具等工具可深入了解镜片设计如何与其所放置的角膜表面相互作用、以及如何优化几何镜片参数来实现旋转稳定和舒适度改善。

因此，存在对具有通过同时优化不圆度和厚度差分而实现的进一步改善旋转稳定性的接触镜片的需求，用以在维持高舒适度和视力矫正的同时实现改善的在眼睛上的性能。第二目标是去除或防止直径较大的镜片后方产生截留气泡。具体地讲，具有使镜片延伸超过角膜缘区域的稳定特征和直径的镜片更易于将气泡截留在镜片后方。

发明内容

通过提供具有优化设计的非圆形镜片设计，根据本发明的接触镜片克服了与上文简要描述的现有技术相关联的缺点，该优化设计可防止镜片发生中心屈曲，使角膜缘(角膜接触巩膜的区域)的抬起程度最小化以防止形成气泡，提供均匀分布的接触应力，并且在实现令人满意或改善舒适度的同时易于准确地定位。具体地讲，通过使用整个镜片形状并基于来自预测眼模型的反馈优化稳定区域的再成形，可实现与通过常规方法无法获得的结果。

在发现镜片边缘形状(不圆度或直径纵横比)与所采用的厚度差分量之间存在优选的关系之后，申请人进行了进一步改善。参见申请人共同拥有的美国专利9,778,487，该专利据此以引用方式并入。虽然‘487专利的方法得到的镜片在稳定取向、舒适度和抓握方面有所优化，从而实现仅通过不圆度或厚度差分方法无法获得的改善性能结果，但本发明的申请人增加了刚度分布的另外方面，以进一步实现镜片的眼睛舒适度，同时仍提供等同的旋转恢复并减少镜片下方的气泡形成发生率和大小。

如专利US 9778487所公开，不圆度和厚度差分两者均可用于优化镜片设计。在本发明中，申请人通过结合另外的方面进一步改善此方法和所得的镜片设计；即，将刚度分布结合到专利US 9778487采用的方法中。根据本发明，实现方法是在径向和周向上合理地放置材料，这可实现类似于典型现有技术稳定镜片设计的旋转恢复，但具有厚度差分显著减小的附加有益效果。我们将其称为刚度分布。如果不圆度和厚度差分两者表示设计自由度的前两个维度，对于此，二阶最佳设计可通过分析不圆度结合特定厚度差分的组合而实现，申请人确定，添加根据本发明的表示刚度分布的第三设计维度可提供另外的设计灵活性和设计选择，以对设计空间的三个维度中的每一个实现优化设计，该优化设计在存在于申请人所有的US9778487的二维设计空间中的最佳设计的基础上进行了进一步改善。

刚度是材料模量和厚度两者的函数。可将刚度计算为E乘以t的立方，其中E为弹性模量，并且t为给定点处的标称厚度(抗弯刚度)。其他人将刚度定义为E乘以t(拉伸刚度)。在本发明中，申请人选择使用被定义为E乘以t的平方的刚度分布，该度量虽然在最严格意义上不是严格的刚度，但实际上与刚度成正比。

根据一个方面，本发明涉及用于优化接触镜片在眼上的稳定性同时最大化舒适度的方法。此方法包括若干步骤，第一步是限定具有不圆度分量和厚度差分的周边几何结构的矩阵集，其中不圆度分量的范围是从真圆的95％到60％，并且厚度差分的范围是从0.1mm至0.4mm，其中矩阵集包括两个不圆度值的最小值和两个厚度差分值的最小值。然后计算针对给定不圆度分量和给定厚度差分的矩阵集中每一项的稳定时间；然后创建显示矩阵集中每一项的稳定时间的等高线图。然后，将基于最大化舒适度、最小化稳定时间或最小化制造难度的三个变量中的至少一者来评估该等高线图并限定优选区域，然后最终选择具有不圆度分量和具有厚度差分两者的周边几何结构，该结构在优选区域的局限内产生最佳稳定时间。如果具有其不圆度分量(即，直径上纵横比)和厚度差分的所得周边几何结构需要进一步优化，则可重复该过程直至所得组合实现期望的条件。

根据另一方面，本发明涉及一种接触镜片，该镜片具有用于矫正视力的内部光学区以及被配置用于提供旋转稳定性的外部区，其中旋转稳定性是通过将不圆度(或所谓的减小直径上纵横比)和厚度差分分量进行组合来实现。不圆度或减小直径上纵横比可通过以下项进行表述：一对有效尺寸，该对有效尺寸与内接圆和外接圆成比例地相关并且由其所限定；以及这些圆的中心定位以创建一系列非圆形形状。直径上纵横比或不圆度的程度优选在0.6与0.95之间。厚度差分分量可以由镜片的最大厚度与最小厚度之间的差限定，该差优选在0.1mm与0.4mm之间。周边区可以为对称的和不对称的两者。限定镜片形状的有效尺寸的外接圆和内接圆的中心可以为重合或不重合，并且可以位于相同或不同垂直或水平子午线上。

根据又一个方面，本发明涉及一种接触镜片，该接触镜片还包括利用接触镜片的刚度分布的三阶设计原理。除不圆度和厚度差分之外，利用刚度分布(或另选地合理放置镜片的材料)实现驱动旋转稳定性的几何形状倾向与所得镜片眼睛舒适度之间的最佳平衡。这可实现性能最大化和进一步改善镜片眼睛舒适度中的一者或两者。具体地讲并且根据本发明，申请人确定，对于给定的不圆度和厚度差分，在仍确保足够旋转恢复的同时，通过合理放置材料可将厚度差分进一步减小多达约50％，其中优选的范围是30％至50％。这种减小将提高镜片眼睛舒适度并减少气泡形成。申请人确定，减小低于30％对减少气泡形成没有显著影响，而大于50％的值不足以确保旋转恢复。

根据又一个方面，本发明涉及一种方法，该方法进一步改善最大舒适度的程度，同时仍能够优化接触镜片在眼睛上的稳定性。此方法包括若干步骤，第一步是限定具有不圆度分量和厚度差分的周边几何结构的矩阵集，其中不圆度分量的范围是从真圆的95％到60％，并且厚度差分的范围是从0.1mm至0.4mm，其中矩阵集包括两个不圆度值的最小值和两个厚度差分值的最小值。使用多个分析工具来限定最佳刚度分布、不圆度、以及最佳和进一步减小的厚度差分，从而得到设计空间的三个维度中每一个的优化设计，这实现了舒适度的进一步改善。然后计算针对给定不圆度分量、给定厚度差分和优化刚度分布的矩阵集中每一项的稳定时间；然后创建显示矩阵集中每一项的稳定时间的等高线图。然后，将基于最大化舒适度、最小化稳定时间或最小化制造难度的三个变量中的至少一者来评估该等高线图并限定优选区域，然后最终选择具有不圆度分量、厚度差分和刚度分布的周边几何结构，该结构在优选设计容量区域的局限内产生最佳稳定时间。如果具有其不圆度分量(即，直径上纵横比)、厚度差分和刚度分布的所得周边几何结构需要进一步优化，则可通过改变初始镜片设计参数来重复该过程，直至所得组合实现期望的条件。

稳定性的优化可以通过评估如何快速地使镜片稳定至其期望的旋转位置来测量。另一方面，镜片舒适度在一定程度上更主观，但可通过分析方法进行预测并通过临床研究进行确认。虽然不圆度和厚度差分两者可独立地以不同方式实现稳定时间的减少，但根据本发明，与单独一项相比，两者的组合不仅更有效地改善稳定时间，而且是以更舒适的方式。刚度分布的使用进一步改善可获得的舒适度，同时不牺牲稳定时间。虽然厚度差分的减少可以改善舒适度，但是这也会不利地影响稳定性功效。不圆度的增加可以改善稳定性功效，但是以舒适度、增加的制造难度和成本以及增加的处理难度为代价。最佳刚度分布实现镜片厚度在径向和周向上的最佳放置，以确保仅采用实现稳定性所需的最小厚度，从而进一步改善舒适度。

根据本发明，一个目标是提供一种如何可采用这多个途径来得到比单独使用任一种途径表现更好的优化设计的方法。另一目标是当采用这种途径时的所得镜片设计。又一目标是使用根据本发明所公开的方法来改善现有设计。本发明的接触镜片可与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。另外，组合产品(诸如结合有治疗剂的接触镜片以及具有美容图案的美容镜片)也可利用本发明的有益效果。

附图说明

从以下如附图所示的本发明优选实施方案的更具体的描述，本发明的上述及其他特征和优点将显而易见。

图1A提供根据本发明的镜片和其看穿非圆形镜片本身的区域的代表图。

图1B提供根据本发明的图1A中所示的非圆形镜片的横截面示意图。

图2A至图2E提供根据本发明的各种圆形(常规)和非圆形镜片形状以及如何限定不圆度程度或直径上纵横比的示意图。

图3提供圆形镜片直径和镜片厚度差分两者的各种条件的临床舒适度读数的等高线图，而临床舒适度得分值越高代表条件越舒适。

图4A至图4D提供根据本发明的对于各种直径上纵横比(不圆度)和各种厚度差分的阈值稳定时间的实验性等高线图，以及如何利用此信息来实现针对给定不圆度或直径上纵横比和厚度差分的期望镜片功能性。

图5示出了根据本发明的2阶优化过程所采用的方法的代表性流程图。

图6示出了根据本发明的用于设计空间的三个维度中每一个的优化设计所采用的方法的代表性流程图。

图7示出了添加有效面积/刚度分布作为设计空间的三个维度中每一个的优化设计的另外设计维度的示例，所得的设计空间由各种直径纵横比(不圆度)、各种厚度差分和刚度分布这三个设计维度限定。

图8A至图8C提供了旋转/向心模型的一定程度典型输出，该模型示出了代表性设计将如何工作。

图9A至图9F提供并比较了申请人眼睑舒适度模型的典型输出，该模型示出了三种不同设计构型的结果以及它们对眼睑自身的应力状态的影响，在此情况下其对应力状态的影响代表舒适度。具体地讲，图9B是图9A的细部图，图9D是图9C的细部图，并且图9F是图9E的细部图。

图10提供了申请人虚拟裹包模型的典型输出，该模型示出了三种不同设计构型的结果、以及当镜片与眼睛的角膜/眼部表面相互作用时它们对镜片内接触应力的均匀或不均匀分布的影响。

图11A至图11C示出了现有技术复曲面镜片、现有技术非复曲面镜片和根据本发明的优化设计的代表性设计以及它们如何与典型的眼睛表面拓扑相互作用。

图12A示出了与多个基准现有技术设计相比，根据本发明的代表性设计的刚度分布。

图12B和图12C示出了如何确定有效面积(表示刚度分布和舒适度的指标)。

图13A和图13B示出了两种代表性镜片设计的旋转恢复时间(即，镜片转出位置45度至稳定所需的时间)，该时间通过虚拟旋转-向心分析模型进行计算。

图14A和图14B示出了两种代表性设计在不同时间的镜片位置的角分布以及它们在旋转恢复方面的显著差异。

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。实现视力矫正的内部区域11以及接触镜片10的外部周边区域13提供接触镜片10在眼上的机械稳定性。可利用位于内部区域11和外部区域13之间的第三任选中间区域12来以平滑的方式融合两个上述区域，使得不存在突然的不连续性。在一些示例性实施方案中，可以不需要中间区域12。

内部区域11或光学区提供视力矫正并且经设计用于特定需求，诸如单视力矫正、散光视力矫正、双焦点视力矫正、多焦点视力矫正、定制矫正或可提供视力矫正的任何其它设计。外部周边或周边区13提供了接触镜片在眼上的基本贴合性和稳定性(包括定心和取向)。当光学区包括非旋转对称特征(诸如散光矫正和/或更高阶像差矫正)时，旋转稳定为基本要求。任选中间区域或中间区12确保光学区和周边区为平滑融合的。重要的是应当指出，光学区11和周边区13两者可独立地设计，但有时当存在相互作用时它们的设计是极为相关的。例如，具有散光光学区的复曲面镜片的设计可能需要特定的周边区以用于将接触镜片以预定取向保持在眼上。

就本发明的目的而言，接触镜片也由如图1B所示的前表面14、背表面或基弧15以及边缘16限定，图1B为图1A的镜片的横截面。接触镜片的前表面和后表面由至少两个区域描述，实现视力矫正的内部区域11和提供接触镜片在眼上的机械稳定性的接触镜片的外部区域13或周边。如先前陈述，可利用位于内部区域11和外部区域13之间的任选中间区域12来以连续和/或平滑的方式接合和/或融合两个上述区域，使得不出现如上所述的不连续性。在具有非圆形设计的某些情况下，中间区域12允许轻易地从圆形光学区转变到非圆形周边，同时避免不连续性并且沿着镜片10的径向尺寸形成更光滑的厚度改变。

镜片厚度是一种可优化的重要变量并且可在三个区域中的任一者中，但是优选在外部或周边区域13中通过简单测量沿着垂直于前表面14和后表面15之间的基弧的方向的相对距离来测定。厚度差分是定义为镜片的标称厚部分与镜片的标称薄部分之间的差值。标称厚部分表示镜片的最大周边厚度。镜片的标称薄部分位于最小周边厚度的子午线，但是被指定为在与镜片的最大厚度成比例等同的径向距离处的厚度。对于稳定功效和舒适度这两个目的而言，这是重要的变量。一般来讲，厚度差分越大，稳定效应越有效，遗憾的是，较大的厚度差分也趋于使令佩戴者更易于感知并且可能导致更多不适，尤其对于非常敏感的镜片佩戴者而言。根据本发明，可以计算使用给定厚度差分的缩减或百分比的效应，并计算该缩减或百分比对于给定镜片设计稳定化所花时间以及对舒适度的影响的效应。也可直接靶向期望的厚度差分。迄今我们的研究和经历已证明在0.1mm至0.4mm范围内的厚度差分对于改善的舒适度同时仍然实现根据本发明的有效稳定化是更优选的。

边缘16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。就本发明而言，边缘16的形状优选为非圆形并且也可为非对称的。就本发明目的而言，圆度/不圆度被定义为可贴合在镜片周边形状内的最大内接直径除以贴合在镜片周边形状周围的最小外接直径的比率。因此，在常规圆形接触镜片中，这两个直径不仅相等，而且内接直径和外接直径两者的中心是重合的。根据本发明，不圆度可导致椭圆形镜片。当最大内接直径的中心与最小外接直径的中心重合但各自的直径不相等时，出现此情况，如图2B所示。不圆度或所谓的直径上纵横比也可以包括相对于水平子午线或垂直子午线不对称的镜片。当内接直径的中心和外接直径的中心分别沿着垂直或水平子午线对齐但不重合时，可能出现这种非对称镜片类型。根据本发明的最后另一个不圆度示例可包括不对称轮廓，其中不重合的中心不在水平上或垂直上对齐。

对于圆形镜片(圆形是定义为直径上纵横比等于100％)，当仅着眼于厚度差分的缩减时，影响在于稳定时间随着原始厚度差分的百分比降低而增加。对于给定起始厚度差分，当评估不圆度增大或直径上纵横比减小时，可能发现稳定时间略有缩减，接着无变化，接着稳定时间增加。因此，对于95％的厚度差分，始自圆形镜片(直径上纵横比等于100％)，随着直径上纵横比从100％减小，稳定时间缩短，在约85％直径上纵横比时达到其最小值，在85％水平产生逆转后直径上纵横比进一步减小，然后稳定时间随着直径上纵横比的进一步减小而增加。然而，此趋势和改变速率随着不同的厚度差分而改变。随着人们探索增大不圆度或减小直径上纵横比与同时减小厚度差分的组合，如在本发明中，使得可确定最小稳定时间的局部区域，从而可限定改善的产品优于单独利用不圆度或厚度差分可实现的产品。

图2A至2E提供五种代表性情况的示例。在第一示例中，(参见图2A)示出常规圆形接触镜片20，其中内接圆和外接圆(未示出)具有等于镜片直径的相等直径。此外，所有三者(内接、外接和镜片本身)的中心是重合的，并且定位在上下轴26与鼻颞轴28的交汇处。因此，两个圆和中心定位与镜片20的周边限界无差异。在形状为椭圆形的第一不圆度示例中(参见图2B)，内接圆22和外接圆24具有不等的直径，但是它们的中心是重合的。这导致非圆形镜片几何结构20，即相对于上下轴(垂直子午线)26和鼻颞轴(水平子午线)28两者对称。在图2C中，内接圆22的中心是沿着鼻颞轴(水平子午线)28相对于外接圆24的中心移动了距离27。这导致鼻颞不对称性，同时保留上下对称性。以类似的方式，在图2D中，内接圆22的中心是沿着上下轴(垂直子午线)26相对于外接圆24的中心移动了距离29。这导致上下不对称性，同时保留鼻颞对称性。在这个系列中的最后一个代表性示例示于图2E中，其中内接圆22沿着上下轴26和鼻颞轴28两者相对于外接圆24移位。这导致不对称的镜片形状20。如图2C至图2E所示，中心位置的水平偏移27和垂直偏移29的程度以及内接圆22和外接圆24的直径不仅相关，而且可以改变，并且可以不同，以创建超出五个代表性示例中所示的多个非圆形镜片形状。

图3示出当考虑圆形镜片的厚度差分与多个竖直尺寸/直径之间的关系时的舒适度等高线。在该曲线图中，48的舒适度读数比高于48的舒适度读数更不适。如可以看出，在降低厚度差分时降低厚度差分的总体趋势仍改善舒适度，但舒适度改善的速率也是直径/尺寸因变量。还可以看出，对于大厚度差分(>75％)，因为圆形直径从14.0增加至14.5，所以对于75％以上的给定厚度差分，舒适度方面有所增加。这与在对于给定厚度差分的情况下较小厚度差分(<55％)相反，因为圆形直径从14.0增加至14.5，所以对于55％以下的给定厚度差分，舒适度方面有所下降。在该示例中，14mm尺寸/直径与最小百分比的厚度差分组合导致值为66或更高的最高水平的舒适度。虽然可以选择大于和小于14.00mm直径的竖直直径，但是随后的示例将聚焦在14.00mm竖直直径的情况。

虽然厚度差分与不圆度两者之间的关系和通过利用厚度差分和不圆度两者所实现的协同是重要的，但是同样需要考虑直径的效应。后续的示例我们将讨论对于14.00mm竖直直径镜片，其基于直径上纵横比的变化百分比具有对应的水平直径。图4A至4D示出根据本发明导致优选区域49的厚度差分与不圆度的关系。该区域是最大化舒适度以及其他考虑，诸如稳定时间和便于制造的区域。图4A至4D中所示的等高线曲线图是基于具有14.0mm的一致竖直尺寸/直径和指示从大于90秒缩放/归一化到小于-50秒的阈值稳定时间的等高线谱带或区域。阈值时间是定义为镜片在根据模型的理论预测值的最终静止位置10度内稳定所花的时间。预测时间的归一化是相对于起始设计的稳定所花的时间。

图4A示出14.0mm竖直直径镜片阈值稳定时间的代表性等高线图40。对应的水平直径是通过14.0mm竖直直径除以直径上纵横比而获得的。因此，94％直径上纵横比分组将等同于14.89mm水平直径，而88％直径上纵横比分组将等同于15.91mm水平直径，剩余的直径上纵横比以此类推。针对具有恒定水平直径的每个直径上纵横比分组，评估各自的厚度差分。该曲线图是从对于所指示的每个直径上纵横比和厚度差分组合的一组数据点(示出为在等高线图40上的黑点)构造而来的。对于特定的直径上纵横比和厚度差分组合，每个数据点是在三只眼上的阈值稳定时间的平均值。将阈值时间归一化为针对给定起始设计所获得的阈值时间(值小于0指示比起始设计更快的稳定时间)。该曲线图示出两个厚度差分改变(水平轴线)42的影响以及改变直径上纵横比或镜片周边的不圆度改变(竖直轴线)44的影响。如图所示，该等高线图40不是单调的，因此，这导致当同时考虑两个变量时，不圆度-厚度差分组合比其它组合更为理想。

如图4B所示，取决于所利用的厚度差分减小同时增加不圆度程度或减小直径上纵横比，所得的稳定时间响应将根据所选的组合而有所不同。例如，在等高线图40上加亮了在给定路径上的三个位置(等高线46)，其中位置路径41对应于约97％的厚度差分，位置路径43对应于约75％的厚度差分，并且位置路径45对应于约59％的厚度差分。可以看出，所需的不圆度程度对于每个特定位置路径是不同的，以实现由等高线46指示的相同稳定时间水平。该特定等高线(在图4B中标注为46)对应于所期望的最大稳定时间，如由临床研究所支持并且为大于和小于那些起始设计的稳定时间两者的阈值时间之间的分界线。虽然在该等高线以下的值将更为稳定时间可接受，但是存在其它考虑或权衡，诸如需要考虑的舒适度和制造便利性。

如先前所陈述，虽然增加厚度差分大体降低稳定时间，但其也可降低舒适度。由申请人所执行的临床研究指出可接受的舒适度与厚度差分的关系。基于这些内部临床研究，相比于高于70％的那些，厚度差分缩减低于原始厚度差分的70％似乎提供更可接受的舒适度，如此我们已确定，如在该示例中的图4B所示，在70％厚度差分下，竖直边界47左边的值是优选的。

参照图4C，虽然不圆度程度也有助于加速稳定时间，但是此处同样存在权衡。当脱离圆形设计时，随着增大不圆度或减小直径上纵横比，一旦超过特定的不圆度水平，将引入更高的制造复杂性并且增加与操作便利性相关的难度。因此，已确定优选的是，维持不圆度的程度或直径上纵横比高于80％，如图4C所示，在等高线图40上表示为水平边界48。因此，根据本发明，保持在竖直边界47的左侧、水平面48上方以及上等高线带46的对应部分下方可限定优选区域49(示出为阴影)，该区域使以下相关考虑项最大化：稳定时间；佩戴舒适度；易于插入/抓握；以及制造复杂性，从而得到采用镜片厚度差分和镜片不圆度的最佳稳定特征，在本例中，最佳稳定特征针对根据本发明的14.00mm的垂直直径镜片示出。

在本发明的一个优选方面，可以选择通过更聚焦于一种考虑超过另一种考虑同时保持在先前描述的优选区域49的局限内来进一步增强镜片性能。例如，如果缩短稳定时间比其它考虑项更重要，则在创建的设计中，将不圆度和厚度差分中的一者放在优选区域49的右下角。如果更关注提高舒适度作为最重要的考虑项，则将减少厚度差分，从而通过选择将不圆度和厚度差分中的一者放在优选区域的左边部分来增加舒适度。最后，因为涉及设计考虑项，如果更关心插入便利性和/或制造性问题，则将靶向优选区域的上部并得到具有最小化不圆度程度和落在优选区域内的对应厚度差分的镜片设计。

如先前所陈述，针对该组不圆度和厚度差分组合所选择的竖直直径将产生独特的响应表面。增加或降低竖直直径(以及由此一组新的不圆度和厚度差分组合)将导致此响应表面的改变和该优选区域49主要以如图4D中所示的优选区域49的竖直偏移的形式移动。

根据一个示例性实施方案，据信竖直直径的增加将导致更快速的稳定时间，因此导致优选区域对应的向上偏移50。因此，竖直直径的降低将增加稳定时间并产生优选区域的向下偏移51。

虽然可以采用任何初始起始设计并使用根据本发明所述的方法进一步改善，但是优选的是，以已知设计作为起始点开始，并通过对其不圆度的修改并引入厚度差分减小来改善其功能性，以实现更舒适并且有效的稳定设计。已知设计可以是在工艺、先前商业化设计或前面的现有设计方面的设计。

如图5所示，流程图500以步骤501开始，首先限定初始起始镜片设计参数或使用现有设计的预先限定的镜片设计参数。对于给定设计，首先计算初始厚度差分，步骤502。这将为起始点以及厚度差分的最大值，并且因此指定为100％厚度差分。对于给定的起始镜片设计(圆形或非圆形)，可以通过改变纵横比来重新设计边缘特征来实现起始镜片几何结构的渐增更加非圆形的型式。以给定竖直直径尺寸开始，可以用直径上纵横比来限定每个数值系列的水平直径尺寸，从圆形设计的50％至95％，优选从圆形设计的60％至95％，最优选从圆形设计的80％至95％(步骤503)。对于使用足够的步骤或厚度差分增量在起始值的50％和100％之间的每个厚度差分，以及对于以足够的不圆度增量降至至多50％不圆度的每个直径上纵横比选项，重复该过程(步骤504)。定义了直径上纵横比和厚度差分的所有排列之后，计算每个排列的稳定时间(步骤505)；可随后用多个值来填充矩阵并创建对应的等高线图(步骤506和步骤507)。虽然每个起始设计将产生稳定时间等高线图的不同结果，但是对于相同系列的设计，可以预期类似的形状和趋势，即使并不相同。下一步是识别所得等高线图中的优选区域，具体方式为：根据要最大化的舒适度，识别介于50％和100％之间的垂直厚度差分边界；根据易于抓握性和易于制造性，将不圆度下限值确定为优选区域的水平面；以及最后确定稳定时间的最大所得等高线，该等高线等于或小于针对归一化起始设计的稳定时间的等高线，以确保等效的稳定性，或者如果需要，确保改善的稳定性以最终选择最佳几何形状(步骤508和509)。如果确定在步骤508中的区域不足够，那么可以重复针对大于或小于起始直径的直径的过程以探知通过返回至步骤502，这些替代直径是否进一步改善舒适度、处理和便于制造。该过程可以迭代的方式重复以实现期望结果。

随着添加刚度分布作为另外的设计维度，可利用针对设计空间的三个维度中每一个的优化设计的方法，进一步改善仅通过组合优化不圆度和厚度差分可实现的效果。如图6所示，这些步骤类似于图5的流程图中所示的步骤，但增加步骤605现在通过添加刚度分布参数作为第三输入而增加设计复杂性的程度，从而使此方法的所得镜片是设计空间的三个维度中每一个的优化设计。

如图6所示，流程图600以步骤601开始，首先限定初始起始镜片设计参数或使用现有设计的预定义镜片设计参数。尽管可改变待优化的参数/部件/设计维度的顺序，但优选以不圆度/纵横比开始，然后是厚度差分，然后是刚度分布。因此，首先选择起始非圆形纵横比。对于给定的起始镜片设计(圆形或非圆形)，可以通过改变纵横比来重新设计边缘特征来实现起始镜片几何结构的渐增更加非圆形的型式。以给定竖直直径尺寸开始，可以用直径上纵横比来限定每个数值系列的水平直径尺寸，从圆形设计的50％至95％，优选从圆形设计的60％至95％，最优选从圆形设计的80％至95％(步骤602)。然后可计算初始厚度差分(步骤603)。这将为起始点以及厚度差分的最大值，并且因此指定为100％厚度差分。对于使用足够的步骤或厚度差分增量在起始值的50％和100％之间的每个厚度差分，以及对于通常以足够的不圆度增量(优选1％至5％)降至至多50％不圆度的每个直径上纵横比选项，重复该过程(步骤604)。定义了直径上纵横比和厚度差分的所有排列之后，可通过评估刚度分布对设计的影响来进一步优化设计(步骤605)。具体地讲，申请人发现，在镜片舒适度方面可获得另外的有益效果，同时仍可通过合理地放置材料实现令人满意的旋转恢复，尤其是在设计存在厚度差分的大直径非圆形镜片时。

通过以这种方式进行，可创建裁选自典型复曲面镜片刚度分布的优化刚度分布，从而改善舒适度。这些优化刚度分布接近非复曲面刚度分布，同时仍确保足够的稳定性。由于这些镜片具有不圆度和大直径，它们更有可能与眼部表面形貌的角膜缘区域相互作用。由于该区域中眼部表面的几何形状的变化，与眼部表面的镜片相互作用将受到镜片刚度的影响。这可导致在镜片下方形成气泡，或导致诸如镜片感知、结膜染色或压痕的其它情况。因此，这也提供通过以积极方式与角膜缘区域相互作用来设计具有改善性能的镜片的机会。对于刚度分布低于最优值的大直径镜片，将镜片放在眼睛上时，接触镜片下方的截留空气可能形成气泡(即，形成气穴)。虽然气泡将随时间消散，气泡通过镜片材料的渗透性而穿过，或者气泡只是随着镜片移动而从镜片下方逸出，但可通过设计适当的镜片刚度分布来最小化和/或减少这些气泡的发生率。申请人确定，对不圆度为50％至95％且现有厚度差分为0.1mm至0.4mm的先前优化非圆形镜片而言，另外将刚度分布减小到至多50％可导致舒适度进一步改善，镜片下方的气泡消除或显著减小，同时仍可实现令人满意的稳定/恢复时间。申请人的测试显示，优选将刚度分布另外减小到30％至50％，因为值高于50％开始对镜片位置的稳定/恢复产生负面影响。

在初始定义了一组矩阵变量(步骤606)之后，计算每个排列的稳定时间以及预测的舒适度和眼睛包裹度(步骤607)；可随后用多个值来填充矩阵并创建对应的等高线图(步骤608)。虽然每个起始设计将产生稳定时间等高线图的不同结果，但是对于相同系列的设计，可以预期类似的形状和趋势，即使并不相同。下一步是识别所得等高线图中的优选区域，具体方式为：根据要最大化的舒适度，识别介于50％和100％之间的垂直厚度差分边界；根据易于抓握性和易于制造性，将不圆度下限值确定为优选区域的水平面；以及确定如通过刚度分布曲线下方的面积所测量的理想刚度分布，其中上限值由几何形状限定，该几何形状的有效面积接近但略小于现有技术标准复曲面有效面积，从而实现可测量的舒适度改善。另一方面，下限值由几何形状限定，该几何形状的有效面积在现有技术非复曲面镜片的极其舒适方向上最小化，但仅被最小化至仍实现如通过旋转恢复时间所测量的足够稳定的水平。最后，根据本发明，确定稳定时间的最大所得等高线，该等高线等于或小于针对归一化起始设计的稳定时间的等高线，以确保等效的稳定性，或者如果需要，确保改善的稳定性以最终选择最佳几何形状(步骤609和610)。如果在步骤609中确定该区域不足够，则可重复针对大于或小于起始直径的直径的过程，单独或组合使用不同厚度差分或刚度分布，所有这些都是通过返回至步骤601来确定这些另选输入是否进一步改善舒适度、抓握、稳定恢复时间和制造便利性。此过程可以迭代的方式重复以实现期望的最佳结果。

随着添加刚度分布作为另外的设计维度，可实现针对设计空间的三个维度中每一个的优化设计，进一步改善仅通过组合优化不圆度和厚度差分可实现的效果。设计空间的前两个维度的设计优化利用通过不圆度和厚度差分这两个输入获得的设计参数，这两个输入如图4D的优选区域49以图形方式可视化并显示。在根据本发明，设计空间的三个维度中每一个的优化设计提供另外的刚度分布输入作为另外的设计自由度，从而使图4D的优选区域49从二维设计空间转变成可能存在多种解决方案的三维设计体积。此代表性设计体积700在图7中以图形方式示出。三维设计体积700以类似于图4D的二维优选区域49的确定方式进行确定。再次参见图7，直径上纵横比-厚度差分平面上的优选体积701得以确定并且等同于图4D的优选区域49。图4D的优选区域49与图7的优选体积700之间的唯一差别在于：我们现在正在确定除最佳不圆度和厚度差分值以外，刚度分布影响的最低可接受条件702和最高可接受条件703。刚度分布的这些上下限条件与厚度差分相关，因为厚度是两者的分量。在刚度分布不同于厚度差分的情况下，申请人确定，对于具有厚度差分的给定非圆形镜片，材料放置位置与材料放置量同样重要。这样做可实现刚度分布的额外减小，而不对稳定/恢复时间产生负面影响。申请人根据本发明确定，优选的最小刚度分布(702)为0.021MPa·mm³，并且优选的最大刚度分布(703)为0.109MPa·mm³。

在评估几何/机械镜片构型的影响和优化两者时，提供申请人采用的一些模型的简要概述具有指导意义。

旋转恢复模型

如前所述，旋转和稳定都是散光镜片设计的基础。为了更好地理解特定镜片稳定特征的影响，申请人开发出并利用数字旋转和向心模型(称为RCM)，该模型模拟接触镜片在眼睛上的旋转和向心，这是接触镜片与眼睛相互作用的结果。具体地讲，此模型预测作为镜片几何形状与模型眼睛几何形状相互作用的函数的镜片移动(旋转/平移)。模型眼睛可为具有良好表征的单独眼睛或表示群体平均值的复合眼睛几何形状。该模型包括对镜片施力的眼睑动力学，利用镜片和眼睛两者的材料和几何特性来计算接触镜片在眼睛上时所得的运动(旋转/平移)。该模型在计算镜片设计在眼睛上稳定下来所需的时间方面很有效。可移位或旋转虚拟镜片，并且在模拟眨眼之后，可确定稳定所需的时间。因此，改变镜片的几何形状将影响并改变镜片在眼睛上的所得的移动，然后可比较和评估各种设计的所得测量值。该模型的代表性输出示于图8中。

眼睑舒适度模型

虽然接触镜片在角膜(即，眼部表面)上的稳定性至关重要，但舒适度同样重要。结膜是眼睛的粘膜，覆盖眼睑的角膜和内表面两者，具有大量血管和神经分布，因此它对接触镜片的存在非常敏感。因此，接触镜片与眼睛特别是眼睑和角膜的相互作用可为舒适度的主要影响因素。如图9A至图9F所示，采用眼睑舒适模型，基于接触镜片与眼睑的相互作用，评估各种镜片设计以及每种镜片设计对舒适度的影响。该眼睑舒适度模型既可预测接触压力，也可预测由于接触镜片机械设计方面及其与眼部表面和眼睑的相互作用而对眼睑施加的剪切应力。示出了如图9A所示的现有技术非复曲面镜片901、如图9E所示的现有技术复曲面镜片903、以及根据本发明的如图9C所示的优化复曲面设计902的代表性设计的输出。如图9A、图9C和图9D所示的代表性等高线对应于上眼睑上由于佩戴接触镜片而产生越来越高的接触压力水平。对应的放大细节视图(参见图9B、图9D和图9F)针对每种设计示出了眼睑中最大峰值应力的区域，如人们所见，可以看出本发明的镜片902施加的接触压力显著低于现有技术复曲面镜片903，并且与现有技术非复曲面镜片901一致。如图9C和图9D所示，根据本发明的镜片的峰值应力状态922产生的峰值应力与使用图9A和图9B所示的具有峰值应力状态921的非复曲面镜片901在眼睑上产生的峰值应力相等。在与现有技术复曲面镜片903相互作用时，将眼睑上的这两个峰值应力状态与如图9E和图9F所示的峰值应力状态923进行对比，显示出显著更低的应力水平。具体地讲，将峰值应力区域921和922与峰值应力区域923进行比较时，申请人通过分析表明，相比于与传统现有技术复曲面镜片相互作用的眼睑上的峰值应力状态，与本发明镜片相互作用的眼睑上的峰值应力状态将峰值应力状态减小约35％，并且发现减小的峰值应力状态与同类最佳非复曲面镜片在舒适度方面非常类似。具体地讲，即使在模型边界条件下采用不同假设，本发明与现有技术非复曲面镜片之间的所有差异也小于10％。因此，申请人能够优化根据本发明的镜片设计，该镜片设计与现有技术复曲面镜片的稳定性相等，同时可实现同类最佳非复曲面镜片的舒适度水平(如通过眼睑峰值应力所测量)。

镜片包裹度的虚拟确定

接触镜片材料适形性极高，这有利于接触镜片自身包裹在角膜周围，从而形成变化的应变并因此形成变化的镜片本身的应力状态。这种变化的应力状态可导致镜片佩戴者的不适。通过使用镜片内的应力状态并采用有限元方法，可优化镜片设计以实现在眼睛上的镜片内更均匀的应力分布。镜片边缘设计也可对舒适度产生重大影响，将这一点与其它设计变量协调考虑对于实现可满足这些通常相互冲突的设计要求的设计而言十分重要。镜片如何贴合或包裹在眼睛的角膜表面上，这是镜片设计成功的重要决定因素。从图10中可以看出，对接触镜片包裹度的评估和虚拟测评可提供重要的洞察力，使人们能够优化设计。此类优化可解决如下事项，诸如防止镜片设计的中心屈曲，或最小化镜片在角膜缘之上的抬起以防止形成气泡，或简单地进一步优化和实现由镜片赋予眼睛的角膜或眼部表面的接触应力的更均匀分布。在该模型中，采用有限元分析，将竞争性设计与已知设计进行比较，以便在镜片放置在角膜表面上时，更好地理解镜片的应力状态，如图10所示。与在稳定区域的分区中具有较高应力状态的典型复曲面镜片(1003)相比，典型非复曲面镜片(1001)具有相当均匀的接触应力状态。根据本发明，即使存在稳定区域，镜片(1002)的接触应力状态也更均匀，这与非复曲面镜片(1001)很类似。

刚度分布是材料厚度和材料模量两者的函数，因此对于给定的材料(即，模量)而言，我们将材料径向地和周向地放置可影响刚度分布。同样，通过仅改变材料模量可实现不同的刚度分布。由于材料的不同放置或构型也将影响厚度，因此刚度分布的维度也与厚度差分相关。与材料模量一起考虑并进行组合时，沿多个子午线的厚度分布可用于确定刚度分布。因此，可单独地或组合地改变材料的模量和放置来实现变化的刚度分布。为了逼近轴对称镜片的镜片刚度，可通过将镜片材料的弹性模量乘以沿单条子午线在不同径向位置处截取的厚度的平方来确定刚度分布。(参见下面的公式1)

刚度分布＝E×t² 公式1

其中E等于材料的弹性模量，

t等于厚度。

每条子午线的各种刚度分布曲线下方的区域可用作刚度分布的指标，并且由于镜片舒适度与刚度相关，这些面积测量值也可作为舒适性的指标。为了逼近该曲线下的面积，将厚度分布沿径向尺寸分成固定数目的宽度为w的不同段，每个段的刚度通过公式1计算并乘以宽度w。然后将每个段的总面积求和。

有机硅水凝胶和非有机硅水凝胶接触镜片的弹性模量可在0.4至1.6MPA的范围内，具体取决于有机硅的制剂以及存在与否，其中有机硅水凝胶接触镜片通常具有比非有机硅水凝胶接触镜片更大的弹性模量。

图11所示的一系列三个图示出了表示为单个有限元模型的各种镜片设计，每个模型显示贴合眼睛的角膜或眼部表面(1104)的各种镜片设计。图11A示出了贴合眼部表面(1104)的典型复曲面式镜片(1103)的横截面，清楚地显示了角膜缘区域中镜片稳定区域的增厚区域。图11B示出了具有非复曲面式镜片(1101)的类似模型，清楚地显示了角膜缘区域中镜片的减小厚度。图11C示出了根据本发明的镜片(1102)，其具有优化的稳定区域和较大的直径以及优化的不圆度、厚度差分和减小的刚度分布。

图12A示出了典型复曲面镜片(1203)和非复曲面镜片(1201)的各种刚度分布，以及根据本发明的镜片的两个代表性镜片(1202a和1202b)的刚度分布。在该图中，水平轴表示镜片的径向轮廓，而垂直轴表示刚度分布。

在圆形和非圆镜片中，随着镜片自身的大直径和小直径变大，眼部表面在角膜缘周围的几何形状变化成为一个考虑项。就人眼而言，角膜缘的该区域通常位于距眼睛中心约6mm至6.8mm的径向外部处。镜片在该位置的刚度也很重要，因为这将影响镜片如何与眼部表面几何形状相互作用。由于存在稳定区域，复曲面镜片在该区域中相对更硬。申请人确定，镜片与角膜缘区域几何形状的这种相互作用很重要，尤其是在其涉及改善和优化稳定或恢复时间时。一个重要的考虑项是确定镜片将如何完整或完全包裹从而顺应表面轮廓，或者具有足够的刚度以在角膜缘区域上方呈圆拱形。为了公平地比较并注意到所有复曲面镜片在该区域中相对较硬，我们从有效面积中排除眼部表面最凹陷的6.0mm至6.8mm的径向分区。这样在将一种镜片设计与另一种进行比较时以及比较不同镜片设计类型时(即，将非复曲面与复曲面进行比较)，可以更合理地比较刚度分布曲线下方的有效面积。与大镜片和角膜缘区域的其它相互作用包括诸如镜片下方的气泡形成、镜片感知、结膜染色和/或压痕等项。申请人确定，这是可用于减少和/或防止气泡形成并改善有关镜片感知、结膜染色和/或压痕情况的另一个区域。

通过示例可更好地理解刚度分布的计算和优化方法，如图12B和图12C所示。图12B示出了基于从镜片中心到其外侧边缘的径向位置的镜片的典型刚度分布。图12C示出了该相同的图，但排除了角膜缘区域中在刚度分布曲线下方的面积(称为忽略面积)。该曲线下方的剩余面积(称为归一化有效面积)是用来比较一个镜片构型/类型对于另一个的相对刚度分布的面积。优化(减小)刚度分布曲线下方的该有效面积体现了该设计空间的第三维度。申请人计算过不具有稳定分区的传统非复曲面镜片的有效面积(即，有效刚度的指标(E×t²×w))以及具有稳定区域的传统复曲面镜片的有效面积。这些不包括角膜缘中该曲线下方的忽略面积(6.0mm至6.8mm)的有效面积的范围为从约0.04MPamm³至0.05MPamm³(针对传统非复曲面镜片设计)和约0.10MPamm³至0.11MPamm³(针对传统复曲面镜片设计)。传统复曲面镜片的有效面积更大，原因是由于存在稳定区域而使厚度趋于增大。申请人设计并优化了若干镜片形状，这些形状实现相当的稳定效果，但具有减小的刚度分布，实际上导致传统复曲面镜片的典型刚度分布减小约35％至50％，由此改善舒适度。根据本发明的另一个实施方案，申请人确定，通过最大化忽略面积对有效面积的比，可进一步改善镜片在舒适度和气泡减少方面的性能。根据本发明，下文所示的表1汇总了与不同弹性模量以及与申请人建议的有效面积减小这两者的相互作用。

*使用0.105mm³的起始传统归一化有效面积

表1

取决于镜片使用低模量或高模量的材料，优化刚度分布的范围可为0.021MPa×mm³至0.109MPa×mm³，与优化的不圆度和厚度差分结合时，既可实现改善的舒适度，也可实现令人满意的稳定性。

图13A和图13B示出了当偏离其最佳稳定位置45度进行手动重新定位时，典型镜片(图13A)和根据本发明的镜片(图13B)对自身进行重新取向所耗时长的各种试验。可以看出，利用不圆度、厚度差分和刚度分布的组合与优化时，存在显著改善。图14A和图14B示出了在以45度相差进行初始手动重新定位30秒、60秒和90秒之后，这些试验中每一个的镜片的角位置分布。注意到，与图14A中的商业市场上典型传统复曲面镜片相比，图14B中的根据本发明的镜片的分布程度显著减小。

当根据申请人的发明优化全部三个设计维度时，申请人确定，镜片的应力状态更有利，因为它涉及通过临床试验确认的舒适度，气泡形成减少也已通过临床试验确认，并且镜片的稳定和恢复时间更令人满意。

虽然所示出和描述的据信是最为实用和优选的实施方案，但显而易见的是对于本领域中的技术人员可以对所描述和所示出的具体设计和方法作出变更，而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相符。

Claims (18)

1.一种旋转稳定化的非截短接触镜片，所述旋转稳定化的非截短接触镜片包括：

光学区，所述光学区被配置成用于矫正视力；

周边区，所述周边区围绕所述光学区并且被配置成用于提供旋转稳定性，其中通过将至少两个设计参数的组合进行结合和优化来实现旋转稳定性，所述至少两个设计参数来自由不圆度分量、厚度差分分量和刚度分布分量组成的组。

2.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述不圆度分量包括：第一有效尺寸，所述第一有效尺寸由内接直径限定，所述内接直径贴合在具有第一中心的所述接触镜片的所述周边区内；和第二有效尺寸，所述第二有效尺寸由外接直径限定，所述外接直径围绕具有第二中心的所述接触镜片的所述周边区，其中所述第一有效尺寸对所述第二有效尺寸的比在约0.6至约0.95的范围内。

3.根据权利要求1所述的接触镜片，其中具有最大厚度和最小厚度的所述厚度差分分量由所述最大厚度和所述最小厚度之间的差值限定。

4.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述刚度分布分量还能够将所述厚度差分分量减小到至多约50％，而不显著降低旋转稳定性。

5.根据权利要求2所述的接触镜片，其中所述内接直径落在从约13.5mm至约14.5mm的范围内。

6.根据权利要求2所述的接触镜片，其中所述外接直径落在从约14.0mm至约20.0mm的范围内。

7.根据权利要求3所述的接触镜片，其中所述厚度差分的范围从约0.1mm至约0.4mm。

8.一种旋转稳定化的非截短接触镜片，所述旋转稳定化的非截短接触镜片包括：光学区，所述光学区被配置成用于矫正散光；周边区，所述周边区围绕所述光学区并且被配置成用于提供旋转稳定性，其中所述旋转稳定性通过优化所述镜片的不圆度分量、所述镜片的厚度差分分量和所述镜片的刚度分布分量的组合来实现，其中所述不圆度分量介于真圆的约60％和约95％之间，所述厚度差分分量的范围从约0.1mm至约0.4mm，并且所述刚度分布的范围从约0.021MPa×mm³至约0.109MPa×mm³。

9.一种优化稳定化接触镜片同时使眼睛舒适度最大化的设计的方法，所述方法包括以下步骤：限定具有至少两个设计参数的组合的周边几何结构矩阵集，所述至少两个参数来自由不圆度分量、厚度差分分量和刚度分布分量组成的组，其中所述不圆度分量定义为所述最大内接直径除以所述最小外接直径的比，其中所述比的范围是从真圆的约60％至约95％，并且所述厚度差分分量定义为除所述镜片的标称较薄部分的标称厚度之外的厚度，其中所述厚度差分的范围是从约0.1mm至约0.4mm，并且所述刚度分布分量定义为厚度分布曲线下方小于角膜缘的面积的有效面积乘以所述镜片材料的弹性模量，其中所述刚度分布的范围是从约0.021MPa×mm³至约0.109MPa×mm³，其中所述矩阵集包括至少两个设计参数的组合，所述两个设计参数来自由至少两个不圆度值、两个厚度差分值的最小值以及两个刚度分布值的最小值组成的组；针对给定矩阵值集合，计算所述镜片在眼睛上稳定的时间；创建等高线图，所述等高线图显示针对所述矩阵集中提供的所述值的所述镜片稳定的时间；评估所述等高线图并基于三个变量中的至少一者来限定优选区域，其中所述变量包括使作为镜片厚度函数的舒适度最大化、使稳定时间最小化以及使作为不圆度函数的制造难度最小化；利用所述设计参数中的至少两个参数来选择所述周边几何形状，所述设计参数来自由不圆度分量、厚度差分分量和刚度分布分量组成的组，从而产生在所述优选区域内的稳定时间；以及制造具有所述设计参数中至少两个参数的接触镜片，所述设计参数来自由选定的不圆度分量、对应的选定厚度差和选定的刚度分布组成的组。

10.根据权利要求8所述的接触镜片，其中所述镜片的所述刚度分布被配置成在角膜缘区域开始之前立即平滑且快速地从第一刚度过渡到第二刚度，其中所述第二刚度大于所述第一刚度。

11.根据权利要求10所述的接触镜片，其中所述镜片的所述刚度分布还包括最小化的刚度比，并且其中所述刚度比被定义为所述角膜缘区域内的所述刚度分布的总和除以所述角膜缘区域外的所述刚度分布的总和。

12.根据权利要求11所述的接触镜片，其中所述刚度比落在从约0.55至约0.65的范围内。

13.根据权利要求2所述的接触镜片，其中所述第一有效维度对所述第二有效维度的所述比落在从约0.8至约0.95的范围内。

14.根据权利要求13所述的接触镜片，其中所述周边区的形状是不对称的。

15.根据权利要求13所述的接触镜片，其中所述第一中心和所述第二中心重合。

16.根据权利要求13所述的接触镜片，其中所述第一中心和所述第二中心不重合。

17.根据权利要求16所述的接触镜片，其中所述不重合的中心位于相同的水平子午线上。

18.根据权利要求16所述的接触镜片，其中所述不重合的中心位于相同的垂直子午线上。