-
Gebiet der
Erfindung
-
Diese
Erfindung betrifft eine Kontaktlinse und ein Verfahren zur Herstellung
einer Kontaktlinse.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Kontaktlinsen
werden im allgemeinen konzipiert, um Sehprobleme zu korrigieren,
die mit der Brechkraft des Auges verbunden sind, und gegenwärtig wird
das normalerweise erreicht durch Regelung der Brechkraft einer Kontaktlinse
mittels einer ausgewählten
Kombination der Krümmungen
der vorderen und rückwärtigen Fläche, der
Linsendicke und der Wahl des Brechungsindex des Linsenwerkstoffs.
Auf diese Weise wird der Linse eine Brechkraft verliehen, die geeignet
ist, ein gewisses Maß an
Korrektur der optischen Mängel
des Auges des Trägers
zu erreichen. Im allgemeinen kann jedoch die Brechkraft nicht in
allen optischen Bereichen der Linse reguliert werden, mit dem Ergebnis,
dass die erforderliche Brechkraft nur im zentralen Bereich der optischen
Nutzfläche
der Linse erreicht wird. Eine Anwendung der vorliegenden Erfindung
ist es, Aberrationen in der Linse selbst sowie des Linsen-/Auge-Systems
zu regulieren, wenn die Linse sich in situ auf dem Auge befindet.
-
Andere
Kontaktlinsen, zum Beispiel „Aberrations-Regulierungs"-Linsen, die auf
der Vorderfläche
eine asphärische
Krümmung
aufweisen, sind beispielsweise von Lamda Polytech Limited und von
Nissel Limited erhältlich.
Diese sind jedoch nur mit sehr begrenzten Parametern erhältlich (zum
Beispiel eine weiche Linse mit 38% Hema) und vor allem sind sie
nur mit einer Krümmung
der rückwärtigen Fläche erhältlich,
die von Hersteller spezifiziert ist.
-
Andere
Erfindungen beschreiben ebenfalls Verfahren für die Gestaltung und Herstellung
von Linsen zur Aberrations-Regulierung. Diese umfassen das US Patent
5050981 (Roffman) und das Europäische
Patent 0503111A1 (Kashiwagi, Toyohiko). Allerdings decken diese
und ähnliche
Patente nur die grundlegende Theorie für Gestaltung und Herstellung
aberrationsregulierter Linsen ab, sie umfassen aber nicht die Anwendung dieser
Theorien auf das Materialverhalten während der Herstellung; noch
berücksichtigen
sie das Materialverhalten auf dem Auge.
-
Die Erfindung
-
Entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Kontaktlinse vorgestellt, das folgende Schritte umfasst: die Form
einer asphärischen
Krümmung
zu berechnen, die der vorderen Oberfläche der Linse gegeben werden
soll, um ein gewünschtes
Brechkraft-Profil über
den optischen Bereich einer monofokalen oder multifokalen Kontaktlinse
zu erreichen, indem:
- (a) die erforderliche
Form der vorderen Oberfläche
der Linse geschätzt
wird, um eine geschätzte
Form durch die Verwendung von Standardformeln oder adaptierten Formeln
für dünne Linsen
zu erreichen;
- (b) die Brechkraft der Linse, die die geschätzte Form hat, berechnet wird
durch Simulieren des Durchgangs von parallel oder ausnahmsweise
nicht parallel einfallenden Lichtstrahlen durch die Linse hindurch
an Punkten mit wachsenden Abständen
von der optischen Achse der Linse, um eine Brechkraft-Verteilung der Linse
zu erstellen;
- (c) das Profil der Brechkraft-Verteilung für die Linse bestimmt wird;
- (d) ein iterativer Prozess eingesetzt wird, um die erforderliche
Form der vorderen Oberfläche
zu schätzen, und
zwar durch Wiederholen der Schritte (b) und (c), bis das Profil
der Brechkraft-Verteilung dem gewünschten Profil und einer gewünschten
Genauigkeit entspricht,
wobei die Kontaktlinse aus einem
Material hergestellt ist, das nicht-isotrope Formänderungs-Eigenschaften aufweist,
wie etwa Ausdehnung oder Schrumpfung, und wobei die erforderliche
Formänderungs-Funktion
aus den nicht-isotropen Materialeigenschaften der Linse berechnet
wird, und wobei die Veränderung
der konischen Exzentrizität
der Linsenflächen,
wo zutreffend, eingearbeitet wird, und wobei die Formänderungs-Funktion
auf das in Schritt (d) abgeleitete Profil angewendet wird.
-
Vorzugsweise
umfasst Schritt (b) das Simulieren des Durchgangs von Licht durch
das Linsen-/Auge-System, einschließlich der refraktiven Flächen innerhalb
des Linsen-/ Auge-Systems, wie beispielsweise Tränenschicht, Hornhaut, Kammerwasser,
kristalline Linse und Glaskörperflüssigkeit.
-
Die
refraktiven Flächen
können
eine Veränderung
der optischen Eigenschaften des Linsen-/Auge-Systems bewirken, beispielsweise
durch die Einbeziehung von optischmedizinischen Mitteln, die in
oder auf das Auge implantiert werden.
-
Schritt
(c) kann die Darstellung der gewünschten
Brechkraft-Verteilung als mathematische Gleichung oder als eine
Reihe von mathematischen Gleichungen einschließen. Zweckmäßigerweise ist die mathematische
Gleichung eine Polynom-Gleichung oder die Reihe von mathematischen
Gleichungen ist eine Reihe von Polynom-Gleichungen.
-
Vorzugsweise
umfasst Schritt (d):
- (e) einen Punkt auf der
Vorderfläche
der Linse als Anfangspunkt zu definieren;
- (f) den Durchgang von parallel oder ausnahmsweise nicht parallel
einfallenden Lichtstrahlen durch die Linse zu simulieren und dabei
die Geometrie der rückwärtigen Fläche der
Linse mit wachsendem Abstand zu berücksichtigen, wobei der Punkt
auf der Vorderfläche
der Linse entweder näher
zu oder entfernter von der rückwärtigen Fläche der
Linse in einer solchen Position eingestellt wird, dass die gebrochenen
Lichtstrahlen durch die optische Achse an der Stelle hindurchgehen,
die von der gewählten
definierten Brechkraft-Verteilung angezeigt wird;
- (g) einen neuen Punkt auf der Vorderfläche der Linse in einem größeren Abstand
zu dem vorherigen Punkt zu definieren;
- (h) die Schritte (f) und (g) zu wiederholen, bis alle gewählten Punkte
so berechnet sind, dass sie die gewünschte Linsenfläche abdecken;
und
- (i) ein mathematisches Anpassverfahren zu verwenden, wie etwa
ein Polynomkurven-Anpassverfahren, um eine mathematische Gleichung
an die definierten Punkte anzupassen.
-
Das
Verfahren kann die Bestimmung der Genauigkeit der Bearbeitungsgeräte und des
Herstellungsverfahrens, das für
die Herstellung der Linse verwendet wird, einschließen sowie,
mit ansteigenden Werten, die Anwendung der zuvor abgeleiteten mathematischen
Gleichung auf den jeweiligen Punkt sowie die Prüfung, ob die Punkte inner halb
der zuvor bestimmten Genauigkeit der Bearbeitungsgeräte und des
Herstellungsverfahrens liegen. Das Verfahren kann eine mathematische
Gleichung verwenden, wie eine Polynomkurve ausreichender oder höherer Ordnung,
bis das Profil oder alle Punkte mit der erforderlichen Genauigkeit
bestimmt sind.
-
Wenn
die Kontaktlinse als biegsam betrachtet wird, wie etwa eine weiche
Hydrogel- oder Silikonlinse, umfasst
das Verfahren die Berechnung einer Formänderungs-Funktion aus der Differenz zwischen
der Form der rückwärtigen Fläche der
Linse und der sich ergebenden Form der rückwärtigen Fläche der Linse, wenn sie in
situ auf dem Auge sitzt, sowie, wo anwendbar, die Einbeziehung der Änderung
der konischen Exzentrizität der
rückwärtigen Fläche der
Kontaktlinse, sowie die Anwendung der Formänderungs-Funktion auf die abgeleitete
mathematische Gleichung, die die Vorderflächen-Geometrie der Linse definiert.
-
In
ihrer bevorzugten Ausführung
ist die vorliegende Erfindung eine große Verbesserung, da sie ein Verfahren
zur Herstellung einer Kontaktlinse liefert, die eine voll regulierte
Brechkraft-Verteilung in allen optischen Bereichen der Linse hat,
sowohl in Luft als auch als Teil des Linsen-/Auge-Systems, wenn
sie in situ auf dem Auge sitzt, und da sie definierbar ist für jedes
Linsenmaterial und jede Linsenspezifikation einschließlich jeder
gewünschten
Krümmung
der rückwärtigen Fläche (beispielsweise
sphärisch,
asphärisch
oder polynom), wie von Hersteller oder einem die Linse anpassenden
Arzt spezifiziert ist. Zusätzlich
ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Optimierung des Linsen-Herstellungsverfahrens
bei der Herstellung der geeigneten vorderen Fläche der Linse, da sie die Genauigkeit
des Herstellungsvorgangs und der Bearbeitungsgeräte gewährleistet. Die vorliegende
Erfindung ist für
alle Linsentypen anwendbar, einschließlich monofokaler, multifokaler,
prismatischer, torischer Linsen und deren Kombinationen.
-
Überdies
berücksichtigt
die vorliegende Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführung die
Wirkung von Formänderungen
aufgrund der Anpass-Verformung der Linse, wenn sie in situ auf dem
Auge sitzt, sowie der Formänderungen
des Linsenmaterials während
der Herstellung.
-
Wenn
die Kontaktlinse einen torischen Abschnitt umfasst, gleich, ob auf
der rückwärtigen,
der vorderen oder auf beiden Oberflächen, wird der vorstehende
Arbeitsgang für
jede Achse des torischen Abschnitts wiederholt.
-
Wenn
die Kontaktline einen prismatischen Abschnitt oder Abschnitte enthält, wird
Schritt (b) angepasst, um die abgesetzten Flächen einzuschließen.
-
Mittels
des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann das Profil der Vorderflächenkrümmung für die Kontaktlinse
bestimmt werden. Diese Linse kann dann mit konventionellen modernen
Techniken zur Herstellung von Kontaktlinsen hergestellt werden,
wie Drehbank-Schneiden mit numerischer Computer-Steuerung (CNC)
und Guss-Formung.
-
Vorzugsweise
hat die erfindungsgemäße Kontaktlinse
eine einzige, im wesentlichen gleichmäßige Brechkraft über praktisch
den gesamten optischen Bereich der Linse oder jeden ihrer Teilbereiche.
-
Für die Zwecke
der vorliegenden Beschreibung kann eine Linse so betrachtet werden,
als habe sie eine „praktisch
gleichmäßige" Brechkraft über ihren
optischen Bereich oder über
jeden ihrer Teilbereiche, wenn bei einer typischen Linse die Brechkraft
um weniger als 1 Dioptrie, vorzugsweise weniger als 0,5 Dioptrien
und noch besser um weniger als 0,25 Dioptrien abweicht.
-
Für die hier
anvisierten Zwecke kann die optische Fläche der Linse definiert werden
als derjenige Teil der Linsenfläche,
der sich innerhalb eines Kreises befindet, wobei dieser Kreis auf
den Mittelpunkt der Linse zentriert ist und einen Durchmesser hat,
der dem Durchmesser der vorderen optischen Zone (FOZD) der Linse entspricht.
Der FOZD einer Linse ist in ISO 8320-1986 definiert. Allgemein ist
der FOZD der Durchmesser desjenigen Teils der vorderen Fläche der
Linse, der vorgesehen ist, um dem Träger der Linse die gewünschte optische
Korrektur zu gewährleisten.
Eine Kontaktlinse kann mit einem FOZD jeder gewünschten Größe hergestellt werden. Normalerweise
ist der FOZD primär
durch den Gesamtdurchmesser der Linse bestimmt. Beispielsweise kann
eine typische starre gasdurchlässige
(RGP) Linse mit einer einzigen Brechkraft einen Gesamtdurchmesser
von 9,5 mm haben, und der FOZD einer solchen Linse liegt üblicherweise
im Bereich von 6 bis 8,5 mm. Eine durchschnittliche weiche Linse
mit einem Gesamtdurchmesser von 14 mm könnte üblicherweise einen FOZD im
Bereich von 8 bis 11 mm haben.
-
...
damit einer großen
optischen Nutzfläche)
nicht in die Pupille des Trägers
eintreten kann oder wahrscheinlich nicht auf die Netzhaut nahe bei
der Fovea einfallen kann.
-
Dementsprechend
kann „praktisch
die ganze optische Fläche" der Linse gemäß der Erfindung
bei einer Linse mit einem großen
FOZD etwa 65% der optischen Fläche
ausmachen, wird aber vorzugsweise mindestens 75%, noch besser mindestens
80% und im günstigsten
Fall mindestens 90% der optischen Fläche bei normaleren Linsen entsprechend
der Erfindung betragen.
-
Eine
asphärische
Form wird nur der vorderen Fläche
(das heißt,
derjenigen Fläche
der Kontaktlinse, die von der Hornhaut des Trägers weiter entfernt ist) für die Regulierung
der Brechkraft gegeben, die Krümmung
der rückwärtigen Fläche bleibt
weiterhin vom Hersteller oder vom Optiker, der die Linse anpasst,
bestimmbar. In diesem Zusammenhang kann die rückwärtige Fläche entweder als sphärische oder
asphärische Fläche gewählt werden
mit dem Ziel, die Anpassung auf das Auge zu unterstützen.
-
Die
Erfindung ist auf alle Typen von Kontaktlinsen (starr oder weich)
anwendbar, ungeachtet der Einsetzungs-Häufigkeit, wie beispielsweise
- a) weiche herausnehmbare sphärische Linsen
- b) weiche herausnehmbare torische Linsen
- c) weiche herausnehmbare Vielfokus-Linsen
- d) weiche sphärische
Linsen
- e) weiche torische Linsen
- f) weiche Vielfokus-Linsen
- g) starre gasdurchlässige
(RGP) sphärische
und rückwärtig asphärische Linsen
und Polynom-Linsen
- h) RGP torische Linsen
- i) RGP Bifokal-Linsen.
-
Wenn
diese Erfindung für
die Reduzierung der sphärischen
Aberration entweder der Linse oder des Linsen-/Auge-Systems eingesetzt
wird, kann die Erfindung dem Träger
von Kontaktlinsen die folgenden Vorzüge bieten:
-
a) Erhöhte Rundum-Sehschärfe
-
Der
Träger
erreicht die verordnete Korrektur der Brechkraft; allgemein bewirken
Kontaktlinsen eine durchschnittliche Korrektur der Brechkraft, die
abhängt
von der verordneten Brechkraft und den von der Linse induzierten
sphärischen
Aberrationseffekten.
-
b) Erhöhte Sehschärfe bei geringer Helligkeit
-
Bei
geringer Helligkeit weitet sich die Pupille des Trägers. Das
läßt mehr
Licht durch die peripheren Flächen
der Kontaktlinse hindurch, wo im Fall von konventionellen Kontaktlinsen
die Brechkraft von der verordneten Stärke abweicht. Dies kann auch
Halo/Flacker-Effekte erzeugen. Dieser Effekt wird bedeutend verringert,
wenn die verordnete Stärke über praktisch
die gesamte optische Fläche
konstant ist, wie es bei Linsen entsprechend der vorliegenden Erfindung
der Fall ist.
-
c) Erhöhte Linsenbewegung
-
Die
Linsenbewegung unterstützt
die Anregung des Tränenflusses
unter der Kontaktlinse, was durch Erhöhung des für das Auge verfügbaren Sauerstoffs
zu gesünderen
Bedingungen führt.
Zur Zeit heißt
Linsenbewegung (besonders die durch Zwinkern ausgelöste Linsenbewegung),
dass der Träger
für Augenblick
durch andere Bereiche als das Zentrum und demnach durch ungenaue
Stärkebereiche
schaut. Erhöhte
Linsenbewegung ist zulässig
bei Linsen, die die verordnete Stärke über die gesamte optische Fläche aufweisen,
da der Träger
keinerlei Verlust an Sehschärfe
bemerken wird.
-
d) Leichtere Anpassung
für Ärzte
-
Die
Notwendigkeit, eine absolute Zentrierung der Linse zu gewährleisten,
ist nicht gegeben, da der Träger
immer noch beste Sehschärfe
hat, auch wenn er nicht direkt durch den genauen Linsenmittelpunkt schaut.
Das erhöht
den Erfolg der ersten Anpassung, was einen beträchtlichen kommerziellen Vorteil
darstellt.
-
Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird des weiteren beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
und zwar:
-
die 1 bis 6 sind
erklärende
schematische Darstellungen zum besseren Verständnis des Verfahrens, mit dem
die Form der Vorderfläche
einer Kontaktlinse berechnet wird, um im wesentlichen gleichmäßige Brechkraft über die
optische Nutzfläche
oder deren Teilbereiche zu erreichen;
-
7 umfasst
grafische Darstellungen der theoretischen Brechkräfte der
Linsen 1 und 2 von zwei Linsenpaaren A und B, wobei in jedem Fall
Linse 1 eine asphärische
Modifikation der vorderen Fläche
mittels der vorliegenden Erfindung aufweist und Linse 2 eine sphärische Vorderfläche hat;
und
-
die 8A bis 8D sind
Darstellungen der Brechkraft-Verteilung bezogen auf die Linsenpaare
A und B.
-
Beschreibung
von Beispielen
-
Nachstehend
wird anhand von Beispielen ein Verfahren entsprechend der Erfindung
beschrieben, das der Berechnung der Asphärizität der Vorderfläche einer
Kontaktlinse dient.
-
Beispiel 1
-
1 zeigt
die relevanten Terme und Definitionen:
-
Definitionen der Brechkraft
-
-
- BVP
- rückwärtiger Scheitelbrechwert
- L
- Brennweite
- Y
- Abstand vom Linsen-Zentrum
-
Definitionen der rückwärtigen Fläche
-
-
- TD
- Gesamtdurchmesser
der Linse
- BOZD
- Durchmesser der rückwärtigen optischen
Zone
- BOZR
- Radius der rückwärtigen optischen
Zone
- Be
- Exzentrizität der rückwärtigen optischen
Zone
-
Definitionen der vorderen
Fläche
-
-
- FOZD
- Durchmesser der vorderen
optischen Zone
- FOZR
- Radius der vorderen
optischen Zone
- Fe
- Exzentrizität der vorderen
optischen Zone
-
Dicke
-
-
- Tc
- Dicke des Zentrums
- Tj
- Dicke der Übergangs-Zone
- Te
- Dicke des Randes
-
Mit
Bezug auf die 2 umfasst der erste Schritt
des Verfahrens:
- a) Abschätzung des erforderlichen Radius
oder Profils der Krümmung
der Linsenvorderseite oder eines Teilbereichs davon, um die genaue
verordnete Brechkraft durch die Verwendung von Standardformeln oder adaptierten
Formeln für
dünne Linsen
zu erreichen;
function FOZR (BOZR, Tc, Ri, BVP);
var focia,
focib; real;
begin focia: = (1 – Ri)·1000/BOZR; focib: = 1000/((1000/(BVP – focia)) + (Tc/Ri); FOZR: = (Ri – 1)·1000/focib;end;
- b) Berechnung der Brechkraft der Linse durch Simulieren mit
wachsenden Abständen
des Durchgangs von parallel oder ausnahmsweise nicht parallel einfallenden
Lichtstrahlen durch die Linse hindurch, um eine Brechkraft-Verteilung der
Linse zu erstellen, welche die Orte auf der Linse den Brechkräften der
Linse gegenüberstellt;
-
Der
zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, Y von 0,00 bis FOZD/2
in wachsenden Schritten zu vergrößern.
-
Für die Berechnung
des Durchgangs der anfangs parallel einfallenden Lichtstrahlen werden
die Winkel benötigt,
in denen der Lichtstrahl sowohl von der äußeren als auch von der inneren
Fläche
gebrochen wird. Diese Winkelangaben beziehen sich auf den Winkel
zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und der Senkrechten zur Linsenfläche an diesem
Punkt.
-
Mit
Bezug auf die 3 umfasst die Berechnung der
Senkrechten am Kontaktpunkt:
Gleichung für die asphärische Krümmung: x
= sqr(y)/(r + sqrt(sqr(r) + (a·sqr(y))));wobei
a = –(1
+ sqr(e)) (für
die Berechnung der Krümmung
der rückwärtigen Fläche, e =
Be und r = BOZR; für die
Berechnung der vorderen Fläche,
e = Fe und r = FOZR).
-
Um
die Tangente dieser Krümmung
zu bestimmen, wird die obige Gleichung bezüglich y differenziert. dx/dy = y·2·z·(r + z) – (a·sqr(y))/z·sqr(r
+ z))wobei
- z
- = sqrt(sqr(r) + (a·sqr(y)))und
- a
- = –1(+ sqr(e)).
-
Um
die Senkrechte zu dieser Krümmung
zu bestimmen: –dy/dx = –z·sqr(r + z)/y·(2·z·(r + z) – (a·sqr(y)))
-
Das
ermöglicht
die Berechnung der Winkel A und B: A = tan–1(–dy/dx) B = sin–1(sin(A)/Ri)wobei
- x
- = die sagittale Tiefe
der vorderen Krümmung
an der Stelle Y,
- y
- = Stelle Y
- Ri
- = Brechungsindex des
Materials der Kontaktlinse sowie
die Berechnung der Winkel C und D: C
= tan–1(–dy1/dx1) – (tan–1(–dy/dx) – B); D = sin–1(Ri·sin(C))wobei - x1
- = die sagittale Tiefe
der rückwärtigen Krümmung an
der Stelle Y
- y1
- = Stelle Y (zu beachten
ist, dass die Stelle Y auf der rückwärtigen Fläche aus
dem Winkel B und der Dicke der Linse unter Verwendung eines iterativen
Verfahrens berechnet wird).
-
Die
Berechnung des Winkels E und der Brennweite (L) umfasst: E = tan–1(–dy1/dx1) – D L = y/tan(E)wobei
- x1
- = die sagittale Tiefe
der rückwärtigen Krümmung an
der Stelle Y
- y1
- = Stelle Y.
-
Die
Berechnung des rückwärtigen Scheitelbrechwerts
(BVP) umfasst: BVP = 1000/L
-
Die
Berechnung wird für
alle Y-Werte bis zu FOZD/2 wiederholt.
-
Der
darauf folgende Schritt c) des Verfahrens erfordert:
- c) Bestimmung des Profils der Brechkraft-Verteilung für die Linse
oder für
jeden ihrer Teilbereiche;
-
Bei
Verwendung einer Speichereinrichtung werden alle Werte von BVP mit
wachsenden Abständen innerhalb
des optischen Bereichs der Linse oder eines Teilbereichs davon gespeichert.
-
Schritt
d) umfasst:
- d) die Verwendung eines iterativen
Prozesses, um das notwendige Profil jedes Teilbereichs der Vorderfläche abzuschätzen sowie
die Wiederholung der Schritte b) und c), bis das Profil der Brechkraft-Verteilung einem
gewünschten
Profil und der gewünschten
Genauigkeit entspricht.
-
Der
Exzentrizitätswert
der Vorderseite und der Radius der Vorderseite der Linse oder jedes
Teilbereichs wird in einem iterativen Prozess angepasst, dann wird
der Prozess wiederholt, bis das Profil der Brechkraft-Verteilung
dem gewünschten
Profil entspricht.
-
Die
vorhergehenden Gleichungen können
erweitert werden, um die zusätzlichen
Brechungsflächen des
Auges, welche die Tränenlinse,
die Hornhaut, das Kammerwasser, die Augenlinse und den Glaskörper umfassen,
mit einzubeziehen. Das ermöglicht
die Festlegung der Brechkraft in jedem Bereich der Kontaktlinse im
kompletten Linsen-/Auge-System.
Die Form der Tränenlinse
wird von der rückwärtigen Fläche der
Kontaktlinse und der Vorderseite der Hornhaut bestimmt (die normalerweise
vom Arzt mittels Keratometrie gemessen wird). Bei einer flexiblen
Linse wird jede Anpassungs-Verformung
der Linse berücksichtigt.
Die Dicke der Tränenschicht
wird vom geometrischen Berührungspunkt
zwischen der Linse und der Hornhaut aus geschätzt (typischerweise im Bereich
5 bis 10 μm).
Um die Geometrie der anderen Brechungsflächen innerhalb des Auges zu
bestimmen, kann ein modifiziertes Schema des Gullstrand-Modells Nummer 1/2
oder das Le-Grand-Modell verwendet werden.
-
Mit
Bezug auf 5 und auf die vorhergehenden
Berechnungen wird die Berechnung des Winkels D so modifiziert, dass: D = sin–1(Ric1sin(C)/Ri1)
-
Mit
Bezug auf 5 sind die Einfallswinkel und
die Brechungswinkel des Lichtstrahls an den Brechungsflächen im
Auge wie folgt: F = tan–1(–dyn/dxn) – (tan–1(–dyn-1/dxn-1) – D G = sin–1(Rinsin(F)/Rin+1)und zwar bezeichnet:
- D
- = vorheriger Brechungswinkel
- F
- = Einfallswinkel
- G
- = neuer Brechungswinkel
- xn-1
- = sagittale Tiefe
der vorherigen Brechungsfläche
an der Stelle Y
- yn-1
- = vorherige Stelle
Y, eingestellt in bezug auf den Winkel des einfallenden Lichtstrahls
- xn
- = sagittale Tiefe
der brechenden Fläche
an der Stelle Y
- yn
- = Stelle Y, eingestellt
in bezug auf den Winkel des einfallenden Lichtstrahls und die Entfernung,
die der Strahl zurückgelegt
hat
- Rin
- = Brechungsindex des
einfallenden Mediums
- Rin+i
- = Brechungsindex des
brechenden Mediums
-
Dies
wird über
alle Brechungsflächen
des Auges wiederholt, die in 5 gezeigt
sind.
-
Die
Berechnung des Winkels E und der Brennweite (L) erfolgt folgendermaßen: E = G – tan–1(–dy5/dx5) L = y/tan(E) + Abstand von der Hornhaut zur letzten
Brechungsfläche,wobei
- x
- = sagittale Tiefe
der letzten Brechungsfläche
- y
- = Stelle Y, eingestellt
in bezug auf den Winkel des einfallenden Lichtstrahls.
-
Die
Berechnung des rückwärtigen Scheitelbrechwerts
(BVP) erfolgt dann entsprechend, und zwar mittels der zuvor im einzelnen
aufgeführten
Gleichungen.
-
Gemäß einem
bevorzugten Kennzeichen der Erfindung kann der iterative Prozess
zur Berechnung der Form der vorderseitigen Krümmung, die der vorderen Fläche der
Kontaktlinse gegeben wird, beschränkt sein oder nicht beschränkt sein
auf entweder eine oder eine Reihe von beschriebenen asphärischen
Krümmungen, mittels
der Gleichung: x = sqr(y)/(r + sqrt(sqr(r) +
(a·sqr(y)))),aber
entweder eine oder eine Reihe von Polynom-Gleichungen beinhalten,
wie folgt:
- e) Bestimmung eines Anfangs-Knotenpunkts
als eines Punktes auf der Vorderseite der Linse;
-
Mit
Bezug auf 6 werden mit stufenweise erhöhtem Abstand
von der Zentralachse durch die Kontaktlinse die Knoten x0, y0, x1,
y1 bestimmt, und zwar ist
- x0
- = –Tc
- y0
- = 0
- x1
- = –Tc
- y1
- = stufenweise erhöhter Abstand
von der Zentralachse
- Tc
- = Dicke des Linsenzentrums
- f) Simulieren des Durchgangs
von parallel, oder ausnahmsweise nicht parallel einfallenden Lichtstrahlen durch
die Linse, unter Berücksichtigung
der Geometrie der rückwärtigen Linsenfläche, in
einem stufenweise erhöhten
Abstand, wobei die Position des Knotenpunkts auf der Vorderseite
der Linse entweder näher
zu oder weiter weg von der rückwärtigen Fläche der
Linse auf eine Position eingestellt wird, bei der die gebrochenen
Lichtstrahlen durch die optische Achse an der Stelle hindurchgehen,
die von der gewählten
festgelegten Brechkraft-Verteilung
angezeigt wird.
-
Mit
Bezug auf 6 wird der Weg des parallel
einfallenden Lichtstrahls mittels der vorstehenden Gleichungen berechnet,
um den Einfalls- und Brechungs-Winkel zu bestimmen, und zwar:
beispielsweisedy/dx = (yn/yn-1)/xn/xn-1)
-
Ein
iterativer Prozess wird verwendet, um die Position von xn solange anzupassen, bis der sich ergebende
Wert für
BVP dem gewünschten
Brechkraft-Profil in stufenweise erhöhtem Abstand y von der zentralen optischen
Achse der Kontaktlinse entspricht. Der Wert für xn wird
gegen den Wert yn in einer Speichereinrichtung
gespeichert.
- g) Bestimmung einer neuen Knotenposition
auf der Vorderseite der Linse in einem stufenweise erhöhten Abstand
von dem vorigen Knotenpunkt, und zwar ist:
- xn
- = xn-1
- yn
- wird stufenweise erhöht
- h) Wiederholung der Stufen f) und g), bis alle gewählten Knotenpositionen
zur Abdeckung des gewünschten Linsenbereichs
berechnet sind, und zwar yn =
FOZD/2
- i) Verwendung eines mathematischen Anpassverfahrens, wie etwa
ein Polynomkurve-Anpassverfahren, um eine mathematische Gleichung
den definierten Knotenpositionen anzupassen.
-
Eine
Polynom-Gleichung für
die gespeicherten Werte von x0 bis xn gegen die stufenweise erhöhten Werte
von y0 bis yn wird
mittels Standard-Best-Fit-Kriterien bestimmt.
-
Ein
iterativer Prozess wird verwendet, um die Ordnung der Polynom-Gleichung
zu bestimmen, die nötig
ist, um die Knotenpunkte x0 bis xn gegen die stufenweise erhöhten Werte
von y0 bis yn mit
jener Genauigkeit zu beschreiben, die für die Fertigung erforderlich
ist. Vorzugsweise muss die Polynom-Gleichung die Positionen der
Knotenpunkte mit einer Genauigkeit von ±2 μm, noch besser mit einer Genauigkeit
von ±1 μm und am besten
mit einer Genauigkeit von ±0,5 μm beschreiben.
-
Entsprechend
einem weiteren bevorzugten Kennzeichen der Erfindung erfährt die
Form, die der vorderen Fläche
einer flexiblen Linse gegeben wird, einen Ausgleich für die Wirkung
der Anpassungs-Verformung der Kontaktlinse auf der Oberfläche des
Auges.
-
Mittels
der Standardgleichung für
eine Krümmung
mit Asphärizität wird die
rückwärtige Fläche der Kontaktlinse
beschrieben: y = x2/r – sqrt(r2 – ax2)wobei
- a
- = Maß für die Asphärizität der Krümmung.
-
Durch
Verwendung der Formänderungsfaktoren
ty und tx wird die
obige Gleichung folgendermaßen
angepasst: y'/ty = x'2/tx 2/r – sqrt(r2 – ax'2/tx 2)deshalb y' =
x'2/r' – sqrt(r'2 – a'x'2), wobei
r' = rtx 2/ty, a'= atx 2/ty 2.
-
Die
Formänderungsfaktoren
ty und tx werden
für eine
flexible Linse bestimmt, wobei:
- r
- = Radius der Standard-Hornhaut
- a
- Asphärizität der Standard-Hornhaut
- r'
- = Radius der rückwärtigen Fläche der
flexiblen Kontaktlinse
- a'
- = Asphärizität der rückwärtigen Fläche der
flexiblen Kontaktlinse
-
Die
Formänderungsfaktoren
ty und tx werden
direkt in die Polynom-Gleichung eingeführt, die die vordere Fläche der
flexiblen Kontaktlinse beschreibt.
-
Wenn
das Material, aus dem die Kontaktlinse hergestellt ist, sich in
einem Zustand der Vor-Hydration befindet, entsprechen, bei der Bestimmung
der Radien der vorderen und der rückwärtigen Krümmung und der Asphärizität der Kontaktlinse,
die Formänderungsfaktoren
tx und ty in diesem
Fall jeweils den Faktoren der axialen und radialen Ausdehnung des
Materials.
-
Beispiel 2
-
Wiederum
mit Bezug auf 1 werden nachstehend Beispiele
von Kontaktlinsen angeführt,
die asphärische
vordere Flächen
entsprechend der Erfindung haben. Die gemäß der Erfindung angefertigten
Kontaktlinsen, die eine im wesentlichen gleichmäßige Brechkraft über praktisch
die gesamte optische Fläche
haben, sind aplanatische Linsen, die hinsichtlich induzierter sphärischer
Aberration korrigiert sind, und werden nun als solche bezeichnet.
Diese aplanatischen Linsen werden mit nicht-aplanatischen Kontaktlinsen verglichen,
die in herkömmlicher
Weise berechnet wurden und sphärische
vordere Flächen
haben.
-
So
werden zwei Linsenpaare A und B verglichen, bei denen jedes eine
aplanatische Linse und eine nicht-aplanatische Standardlinse 2 hat:
-
-
Die
Linsen wurden aus Standardmaterialien (PMMA – Polymethyl-Methacrylat) und
mittels Standardgeräten
für Drehbank-Schneiden
von Kontaktlinsen hergestellt und mit einem Visionix VC 2001 Linsenkartierungs-System
gemessen.
-
7 zeigt
die theoretischen oder vorhergesagten Brechkraft-Verteilungen über die
optischen Nutzflächen
der Linsen des Paares A (oben) und des Paares B (unten). Die Kurven
zeichnen die Brechkraft (DS) gegen den Abstand vom Linsenmittelpunkt
in mm auf und es ist klar ersichtlich, dass bei jedem Paar die Linse 1,
die aplanatische Linse, theoretisch eine gleichmäßige Brechkraft-Verteilung über die
optische Nutzfläche aufweist,
während
in jedem Fall die Linse 2, die nicht-aplanatische Linse, eine gegen
die Brechkraft im Linsenmittelpunkt erhöhte oder verminderte Brechkraft
zeigt.
-
Die 8A bis 8D sind
Brechkraft-Verteilungskartierungen für die Kontaktlinsen 1 und 2
der Paare A und B, die anschließend
an die Herstellung erstellt wurden. Jede Karte ist mit einem Schlüssel in
Form eines Brechkraft-Maßstabs
versehen.
-
Der
innere Kreis in jeder Kartierung definiert die optische Nutzfläche der
Linse, und es ist klar ersichtlich, dass bei jedem Paar innerhalb
dieser Flächen
die Linse 1 des Paares verglichen mit Linse 2 eine im wesentlichen
gleichmäßige Brechkraft
besitzt.
-
Abschließend kann
gesagt werden, dass die hier beschriebene Erfindung es ermöglicht,
Kontaktlinsen mit im wesentlichen konstanter Brechkraft innerhalb
eines gewünschten
Durchmessers herzustellen; sie ist anwendbar auf Kontaktlinsen jeder
Ausführung, unabhängig vom
eingesetzten Herstellungsverfahren, ohne die Anpassungs-Merkmale
der Linse zu verändern;
sie bietet entscheidende klinische und kommerzielle Vorteile und
sie erlaubt die Herstellung von Kontaktlinsen mit Standardgeräten jeglicher
Ausführungsform
und Techniken und erhöht
daher die laufenden Kosten der Herstellung nicht.
