CN1969220A - 隐形眼镜及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供通过考虑瞳孔尺寸、场以及偏心性之中的一个或多个来设计的镜片。

Description

隐形眼镜及其设计方法
技术领域
本发明涉及隐形眼镜。更具体地，本发明提供通过考虑在镜片(lens)(透镜)戴在眼睛上时的场(field)以及偏心(性)的效应而设计的隐形眼镜。
背景技术
使用软性隐形眼镜用于矫正视觉敏锐度(acuity)缺陷已经被广泛接受。通常，在空中使用简单的近轴模型制作来设计软性隐形眼镜。这种镜片设计方法没有考虑在隐形眼镜包裹在角膜上时场和偏心的效应，从而导致不是最理想的镜片性能。因此，需要一种改进镜片性能的隐形眼镜以及镜片设计的方法。
附图说明
图1描绘在本发明的设计方法的一个实施例中使用的偏心位置。
图2是本发明的镜片的功率曲线。
图3是示例的镜片的共轴点比较的图表。
图4是示例的镜片的离轴点比较的图表。
具体实施方式
本发明提供一种镜片及其生产方法，其中在设计镜片时考虑了瞳孔尺寸、场以及偏心性中的一个或多个。本发明的发现是：通过在镜片设计中考虑这些因素，能设计接近受衍射限制的隐形眼镜，其中当离轴或偏轴时，这样的镜片具有优于常规软性隐形眼镜的性能。“接近受衍射限制”意思是指镜片的同轴、居中性能比镜片加眼睛的衍射极限的大约80％还高。
此外，本发明的单聚焦镜片提供的性能最小化佩戴者通常所需要的光柱面(cylinder)，而无需由于镜片所提供的更清晰图像而在镜片中包括锥度(toricity)，这补偿了由于佩戴者的柱面而导致的图像的某些模糊不清。作为另一个优点，本发明的镜片可用于为新出现的老花眼者提供近距离和中距离任务的调节。更具体地，本发明的镜片对于校正需要小于大约1.75屈光度，优选小于或等于增加功率的大约1.5屈光度的个体的近视敏锐度可能是有用的。
在一个实施例中，本发明提供一种软性隐形眼镜，该隐形眼镜包括(本质上包括)具有的形状适于与角膜形状实质上相反匹配的背表面以及非球面的前表面，其中镜片的瞳孔尺寸、场以及镜片共心性之一或其中的多个的光学性能被最佳化。在另一个实施例中，本发明提供一种设计软性隐形眼镜的方法，其包括(本质上包括)以下步骤：成形镜片的背表面，以便和角膜形状实质上相反地匹配；提供非球面前表面；以及对于瞳孔尺寸、场以及镜片共心性之一或多个，最佳化镜片的前表面的光学性能。
“实质上相反匹配”意思是指镜片的背表面实质上可叠加在角膜的外形上。“场”意思是指以某一角度进入镜片的光线。
本发明的镜片的前表面是非球状表面。通常的非球状镜片表面是通过提供球状表面并且然后附加锥形常量(conic constant)到用于该表面的垂度方程式(sag equation)来设计的。在本发明的镜片中，优选地，通过采用球状表面，以及与功率函数中的第三或更高(优选地，第三到第八)编号项一起附加锥形常量到垂度方程式来提供非球状表面。可选地，还可以将镜片描述为围绕偏心圆锥或奇(特)非球面的光轴的旋转来提供镜片。
在描述表面的任一方法中，在镜片设计中将要变化的参数是偏心的量、锥形常量、半径以及功率项。球形项、锥形常量以及较高阶项可以使用光代码设计中适当的优质函数来最佳化。适当的光学设计软件在商业上可获得，并且非限制地包括ZEMAXTM、CODE VTM、OSLOTM等。本领域普通技术人员会认识到，优质函数将根据所使用的镜片设计代码以及隐形眼镜的光学参数而变化，隐形眼镜的光参数包括但不限于折射率以及镜片厚度的约束。
所使用的锥形常量、非球面值和功率函数将取决于镜片佩戴者的规定和设计最优化偏爱(选择)而变化。然而，锥形常量的优选范围为-12.00到大约-3.00。
在本发明的镜片的一个实施例中，根据下述方程式描述半径、锥形常量以及非球面项：
Z = CY 2 1 + 1 - ( 1 + K ) C 2 Y 2 + α 1 + α 2 Y 2 + α 3 Y 3 + α 4 Y 4 + . . . - - - ( 1 )
其中：Z是表面的垂度；
C是表面的曲率，该曲率是1除以表面的半径，或C＝1/R；
Y是距表面的几何中心的距离；
K是锥形常量；以及
α是非球面项。
在这个实施例中，使用第三到第八功率(函数)的α项。对于这个设计的3.5屈光度实施例，值如下：
R＝8.578046毫米
K＝-5.708632；
α1＝0；
α2＝0；
α3＝5.583403E-3
α4＝-6.85069E-3
α5＝6.107366E-3
α6＝-2.68785E-3
α7＝6.087638E-4；和
α8＝-5.56538E-5。
本发明镜片的背面曲线或背表面实质上相反地和角膜形状相对应。优选地，该表面实质上相反地对应于多数人的平均角膜形状。该背表面可利用任何通用方法来设计。例如，是总体平均角膜形状的标准角膜形状可使用人类的角膜外形库来开发。可从任意数量的源中获得涉及总体角膜形状的适当信息，其中源包括但不限于Atchison、DavidA.和George Smith的“Optics of the Human Eye”，Butter-Heinemann，第15-18页(2000)。可选地，还可以使用个体角膜的角膜形状，其形状可使用任何适当的角膜形状测量装置来确定，这些装置包括但不限于KERATRONTM设备。可以在数学上描述总体平均或个人角膜轮廓，包括但不限于使用Zernike系数、多项式功率项、Taylor级数、Fourier级数、圆锥形等。作为另一种替换，可使用具有大约7.85毫米半径和-0.260锥形常量的角膜形状，这些值是从已知的测量值中导出的，并表示典型眼睛的标称值。
然后，利用任意适当方法最佳化所得到的镜片，例如，利用诸如ZEMAX的光线跟踪程序对于多种场中的性能进行优化。优选地，使用居中的和偏心的场，最佳化该表面。图1说明了用于上述实施例的居中镜片以及偏心场。显示了在0度上的居中的共轴镜片10，以及在+0.5毫米水平偏心镜片11，在-0.5毫米水平偏心镜片12，在+0.5毫米垂直偏心镜片13，以及在-0.5毫米水平偏心镜片14。虽然能使用任意数量方向上的无数配置，但是优选地该镜片相对于瞳孔居中并在第八偏心的配置上被最佳化。可选择偏心值，以代表假定的眼睛上的镜片的随机偏心性，而没有在任意方向上的偏心性偏爱。优选地，使用不少于四个方向用于偏心优化，这些方向相对于镜片的中心点并且沿90度轴向上，沿270度轴向下，沿180度轴向左和沿0度轴向右。
镜片可以对于不同的瞳孔尺寸可以进一步最佳化。可以使用任何数量的瞳孔尺寸。优选地，分别使用两个瞳孔尺寸，3和5毫米，其尺寸近似用于低和高照度照明条件的总体平均。因为瞳孔尺寸随着照度而变化，所以由于低照度条件而导致较大的瞳孔尺寸，镜片佩戴者将感受到更多的像差。同样，通常，光点大小也随着人眼中的瞳孔尺寸而增加。因此，通过对于一个以上的瞳孔尺寸进行最佳化，可以改进镜片性能。对于上述的偏心实施例中，使用瞳孔尺寸3和5毫米，如图1所示，用于总共10种配置，每个具有5个场。使用这10种配置，前表面形状参数由于光线跟踪程序而变化，从而使用规定的优质函数来最佳化镜片-眼睛系统，该优质函数是在用于所有场和配置的50和100循环上的调制传递函数(”MTF”)。通过对于居中和偏心条件与场进行最佳化，由于镜片偏心和场而引入到图像中的像差可以被减少。
本领域普通技术人员将认识到，可以使用利用眼睛模型的计算机模型制作和光线跟踪程序来进行镜片表面的最佳化。优选地，所使用的眼睛模型是除了平均眼睛之外还表示第5和第95百分比眼睛的模型。适当的光线跟踪程序包括但不限于ZEMAX、CODE V、OSLO等。
优质函数可被用于瞳孔尺寸以及共轴和偏心性的每个值。本领域普通技术人员将认识到，将根据期望的镜片设计来确定所选择的优质函数。还可以使用最佳化光学性能标准诸如光点尺寸、MTF、OTF、Strehl比率、环绕能、RMS波前误差等及其组合的优质函数。图2说明了使用本发明的设计方法为3和5毫米瞳孔并考虑0度和X、Y中+/-5度以及X和Y中0.5毫米偏心性而设计的隐形眼镜的功率曲线。该曲线是从平的到负的3.5屈光度的若干设计的平均。
作为可以如何实现最佳化的示例，选择一种眼睛模型，并修正模型中从眼睛镜片的背面到视网膜的距离，以代表一种特定规定。表示隐形眼镜的前(表)面的球状表面被添加到眼睛模型上，并且该表面被修正为非球状表面，如同利用方程式1所表示的表面。各种物场被添加到该模型上，并且然后设定表示不同的选定的瞳孔尺寸和镜片偏心性的多种配置。生成表示在不同场和配置上镜片-眼睛模型组合的性能的优质函数。镜片表面的参数变为变量，并且光学设计程序中的最佳化例程被启动，以最小化改进镜片-眼睛模型的光学性能的优质函数。
本发明的镜片在镜片被偏心(轴)时提供优于常规软性隐形眼镜的离轴物点的性能。此外，本发明的镜片对于佩戴者的光柱面提供一些校正，其最小化或基本上消除了对于镜片佩戴者要包含光学柱面校正的需求。
本发明的镜片可利用任意合适的用于制造硬性或软性隐形眼镜的镜片形成材料来制造。用于形成软性隐形眼镜的示范性材料包括但不限于硅橡胶、含硅(树脂)大裂球(包括但不限于在美国专利号5371147、5314960和5057578中所公开的，这些美国专利全部引入在此作为参考)、水凝胶、含硅(树脂)水凝胶等及其组合。更优选地，该表面是硅氧烷或包含硅氧烷功能，包括但不限于聚二甲基硅氧烷大裂球、异丁烯酰基丙基硅氧烷及其混合物、硅(树脂)水凝胶或水凝胶。示范性的材料包括但不限于acquafilcon、etafilcon、genfilcon、lenefilcon、senefilcon、balafilcon、lotrafilcon或galyfilcon。
可用任何便利方法来加工处理镜片材料。例如，可在模型内沉积该材料并用热、辐射、化学、电磁辐射处理等及其组合进行加工处理(固化)。优选地，使用紫外线灯或使用全光谱的可见光来执行模塑。更具体地，适于处理镜片材料的精确条件将取决于所选择的材料以及要形成的镜片。适当的处理公开在其全部引入在此作为参考的美国专利号4495313、4680336、4889664、5039459以及5540410中。
本发明的隐形眼镜可利用任意便利方法来形成。一种这样的方法使用车床制造模型插入物。反过来，使用该模型插入物来形成模型。随后，在模型之间放置适当的镜片材料，随后压缩并处理树脂，以形成本发明的镜片。本领域普通技术人员将认识到，可使用任意其他数量的已知方法来生产本发明的镜片。
通过考虑下面的非限制性的示例将进一步阐述本发明。
示例
比较根据本发明方法设计的镜片的性能以及在空气中使用近轴光学设计的镜片的性能。近轴设计，镜片(透镜)A，是具有-3.00屈光度的ACUVUE2BRAND etafilcon镜片。镜片A设计使用FiniteElement Analysis(“FEA”)技术被包裹在标称角膜上。然后，将从FEA得到的镜片形状载入ZEMAX光线跟踪程序。
图3和4是下面比较在距离包裹的镜片A的中心设计点高达±-0.5屈光度上的0和5度场RMS点尺寸和本发明的镜片设计即镜片B的图表。镜片B是-3.00屈光度etafilcon镜片。用于镜片B的优质函数是在焦点上、具有±5度场以及±X和±Y方向上0.5毫米偏心率的RMS点尺寸。在这些偏心条件下，对于在0度场以及在X和Y中的±5度场，最佳化场。使用的配置的总数是10，并且所有的条件是在2.5和4.5毫米视在瞳孔(apparent pupil)上。
图3和4显示了与镜片A相比较对于距离设计点高达0.5屈光度在4毫米视在瞳孔上本发明的设计具有优越的或更小的RMS光点尺寸。

Claims (27)

1.一种软性隐形眼镜，包括：
背表面，其具有的形状适于实质上和角膜形状相反匹配，以及
非球状前表面，其中最佳化对于瞳孔尺寸、场以及镜片向心性之中的一个或多个的镜片光学性能。
2.一种软性隐形眼镜，包括：
背表面，其具有的形状适于实质上和角膜形状相反匹配，以及
非球状前表面，其中最佳化对于瞳孔尺寸、场以及镜片向心性之中每一个的镜片光学性能。
3.一种软性隐形眼镜，包括：
背表面，其具有的形状适于实质上和角膜形状相反匹配，以及
非球状前表面，其中最佳化对于瞳孔尺寸、场以及镜片向心性之中的一个或多个的镜片光学性能，以及其中镜片提供低于大约1.75屈光度的近视敏锐度的校正。
4.一种软性隐形眼镜，包括：
背表面，其具有的形状适于实质上和角膜形状相反匹配，以及
非球状前表面，其中最佳化对于瞳孔尺寸、场以及镜片向心性之中每一个的镜片光学性能，以及其中镜片提供低于大约1.75屈光度的近视敏锐度的校正。
5.权利要求1、2、3或4所述的镜片，其中背表面实质上相反地对应于全体个体的平均角膜形状。
6.权利要求1、2、3或4所述的镜片，其中背表面实质上相反地对应于个体的角膜形状。
7.权利要求1、2、3或4所述的镜片，其中背表面对应于具有大约7.85毫米半径的角膜形状，并且锥形常量是-0.260。
8.一种用于设计软性隐形眼镜的方法，包括以下步骤：
成形镜片的背表面，以便实质上相反地对应于角膜形状，
提供非球状前表面，以及
对于瞳孔尺寸、场以及镜片向心性之中的一个或多个，最佳化前表面的光学性能。
9.一种用于设计软性隐形眼镜的方法，包括以下步骤：
成形镜片的背表面，以便实质上相反地对应于角膜形状，
提供非球状前表面，以及
对于瞳孔尺寸、场以及镜片向心性，最佳化前表面的光学性能。
10.权利要求8或9所述的镜片，其中通过采用球状表面并与功率函数中的第三或更高编号项一起添加锥形常量到垂度方程式，提供非球状表面。
11.权利要求8或9所述的镜片，其中通过采用球状表面并与功率函数中的第三到第八编号项一起添加锥形常量到垂度方程式，提供非球状表面。
12.权利要求9所述的镜片，其中锥形常量是-12.00到大约-3.00。
13.权利要求10所述的镜片，其中锥形常量是-12.00到大约-3.00。
14.权利要求9所述的方法，其中使用相对于瞳孔居中的镜片以及相对于瞳孔的多个偏心值来执行最佳化。
15.权利要求10所述的方法，其中使用相对于瞳孔居中的镜片以及相对于瞳孔的多个偏心值来执行最佳化。
16.权利要求9所述的方法，其中使用相对于瞳孔居中的镜片以及相对于瞳孔的4到8之间的偏心值来执行最佳化。
17.权利要求10所述的镜片，其中使用相对于瞳孔居中的镜片以及相对于瞳孔的4到8之间的偏心值来执行最佳化。
18.权利要求9所述的方法，其中使用相对于瞳孔居中的镜片以及相对于瞳孔的多个偏心值来执行最佳化。
19.权利要求10所述的方法，其中使用相对于瞳孔居中的镜片以及相对于瞳孔的多个偏心值来执行最佳化。
20.权利要求14所述的方法，其中最佳化进一步包括对于多个瞳孔尺寸的最佳化。
21.权利要求9所述的方法，其中使用相对于瞳孔居中的镜片以及相对于瞳孔的多个偏心值来执行最佳化。
22.权利要求10所述的方法，其中使用相对于瞳孔居中的镜片以及相对于瞳孔的多个偏心值来执行最佳化。
23.权利要求9所述的方法，其中使用多个场来执行最佳化。
24.权利要求10所述的方法，其中使用多个场来执行最佳化。
25.权利要求9所述的方法，其中使用多个场来执行最佳化。
26.权利要求10所述的方法，其中使用多个场来执行最佳化。
27.权利要求14所述的方法，其中最佳化进一步包括对于3和5毫米的瞳孔尺寸进行最佳化。
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