JP2003506749A - 角膜の地形学的分析の新規な方法に基づくソフト・コンタクト・レンズの設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 角膜の地形学的な分析によりソフト・コンタクト・レンズを設計するために使用する方法を提供する。角膜の地形学的な情報が対応するソフト・コンタクト・レンズの地形学的な情報に適合される。レンズのたわみにより生じる誤差を最小にするために角膜の隆起形状を曲がっていない状態のソフト・コンタクト・レンズの後面部上にマッピングする幾何学的な変換が用いられる。このマッピング変換処理はたわみの作用を考慮に入れている。この結果として、コンタクト・レンズは上記角膜の特定の隆起形状に適合する曲率を有する後面部を有すると共に、その前面部は球形または任意の所望の対称または非対称の形状にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の属する技術分野 本発明は一般にソフト・コンタクト・レンズおよび当該レンズを設計する方法
に関する。特に、本発明はソフト・コンタクト・レンズおよび角膜の地形学的分
析の新規な方法による当該レンズの設計に関する。

【０００２】 発明の背景 生理塩水溶液中に置かれているレンズのように曲がっていない状態のソフト・
コンタクト・レンズの曲率は目の上に置かれている同一のレンズの曲率とは異な
る。このような変化をたわみ（flexure）と言う場合が多い。（例えば、A. G. B
ennetの「屈曲によるソフト・コンタクト・レンズにおける屈折力の変化（Power
Changes In Soft Contact Lenses Due To Bending）」（The Ophthalmic Optic
ian、１６：９３９頁乃至９４５頁、１９７６年）を参照されたい。なお、この
内容は本明細書に参考文献として含まれる）。一般的な目の上に置かれている薄
い軟質レンズの場合に、この曲率における変化はレンズの屈折力に対して実質的
に影響を及ぼさない。しかしながら、二焦点軟質レンズまたは角膜異常（例えば
、円錐角膜による）を伴う被験者の場合のような、高い正の屈折力の厚いレンズ
の場合には、たわみによる屈折力における変化が著しくなる可能性がある。

【０００３】 発明の概要 本発明は対応するソフト・コンタクト・レンズの地形学的形状に対する角膜の
地形学的形状に適応する。すなわち、レンズのたわみにより生じる誤差を最小化
する方法で、幾何学的な形状変換を用いて曲がっていない状態のソフト・コンタ
クト・レンズの後面部上に角膜の隆起形状をマッピングする。このマッピング変
換はたわみの作用を考慮に入れている。この結果として得られるコンタクト・レ
ンズは角膜の特定の隆起形状に適合している曲率を有する後面部を有すると共に
、その前面部は球状または任意の所望の対称または非対称な形状にすることがで
きる。

【０００４】 本発明によれば、幾何学的な形状変換を用いて、例えば、ビデオケトラトスコ
ープにより測定した角膜の隆起形状を曲がっていない状態のレンズの後面部にマ
ッピングする。このマッピングはたわみにより生じる誤差を最小化する方法で行
われる。この本発明の方法は所望のレンズ設計を達成することにおいて多数の単
純化を利用している。第１の単純化は角膜の隆起形状（すなわち、下層の最も適
当な球面からの隔たり）をその角膜の頂上における曲率半径よりも大幅に小さい
と見なすことである。第２の単純化は曲がっている状態におけるレンズの材料が
均一に変形していて、レンズにおける全ての点が同一の方位角度に保たれている
（と見なす）ことである。これらの単純化は上記のようなレンズの設計に対する
実用的な工学上の解消方法を達成することに役立つ。

【０００５】 上記のマッピング処理は２段階の工程において行われる。第１に、角膜におけ
る各隆起形状が曲がっていない状態のソフト・コンタクト・レンズの曲率半径に
対応する一定の曲率半径を有する比較的大きな規模の表面にマッピングされる。
第２に、この拡大された隆起形状の情報が一定の領域を保存する変換により縮小
される。

【０００６】 本発明の上記以外の特徴および利点はこれらの本発明の特徴を例示的に示して
いる添付図面を参考にすると共に以下の詳細な説明により明らかになる。

【０００７】 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明によれば、任意の角膜の地形学的な情報が被験者の目に対して得られる
。この情報は、例えば、角膜の平均の球面の上方および下方のｚ軸に沿って高い
解像度を有する角膜トポグラファー（corneal topographer）により得られる。
その後、この情報は隆起形状のデータに数学的に変換される。その後、この隆起
形状のデータはその機構に対応する直線、極座標、同心円、または螺旋の形式に
することのできる一定の格子パターン上に変換可能であり、この機構によりレン
ズまたはレンズ金型の表面がＣＮＣ（計算機数値制御）旋盤、ミル、またはビッ
ト・アドレス装置により加工できる。この加工処理または旋盤処理した表面は非
水和状態の角膜コンタクト・レンズ用ポリマー・ボタン材料または射出成形処理
したツール・インサート部材の表面にすることができる。また、この表面はプロ
グラム可能なレーザー・アブレーション装置により加工処理または旋盤処理する
こともできる。

【０００８】 先ず、上記の隆起形状のデータは曲がっていない状態のソフト・コンタクト・
レンズのモデルに適用される。さらに、この隆起形状のデータはコンタクト・レ
ンズの後面部のみ、前面部のみ、または前面部および後面部の一部の定められた
組み合わせに適用することもできる。

【０００９】 次に、上記の隆起形状のデータはレンズが目の上に置かれた状態の軟質レンズ
のたわみ（すなわち、ラップ（wrap））を考慮に入れることにより変換される。
一般的に、軟質レンズはこれを載置する角膜よりも１．０ｍｍ乃至１．５ｍｍだ
け平坦である。それゆえ、ソフト・コンタクト・レンズの表面または金型インサ
ート部材を作成するために元の角膜の地形学的形状を利用する場合に上記の隆起
形状およびラップ（またはたわみ）の両方を考慮する必要がある。

【００１０】 このたわみ変換処理した隆起形状のデータはＣＮＣ格子パターン上にマッピン
グされて、レンズまたは金型工具の表面を作成するために使用できる。このよう
な情報を利用して得られたレンズは当該レンズの中心に対して回転方向に対称ま
たは非対称のいずれでもよい格子パターン上の厚さにおける変動を示すレンズに
なる。この製造した軟質レンズが下層の角膜を完全に包む場合は、表面の隆起形
状における変動（すなわち、角膜の平均の球面よりも上方および下方の変動）が
一般的に消失する。このようにして、角膜の不規則性が抑えられて、不規則な角
膜の地形学的形状による光学的収差も同様に実質的に消去できる。球面または非
点収差の焦点等の任意の付加的な程度の光学的補正を行なうために、適当な曲率
をレンズの前面部、後面部、または前面部および後面部の両方に組み込むことが
できる。

【００１１】 実用面における考慮において、理想的な角膜を球状として仮定できる。このよ
うな場合に、実際の角膜の隆起形状およびそれぞれの最良の球面的な適合形状（
最小自乗法の意味において）はそれぞれ図１に示すようなｆ（ｘ）およびｇ（ｘ
）により示される。この関数ｇ（ｘ）は半径Ｒ₁ を有する球の一部である。

【００１２】 一般に、曲がっていない状態のソフト・コンタクト・レンズの半径Ｒ₂ は球状
であり、最良の球面的な適合形状ｇ（ｘ）の半径よりも大きい。従って、最初の
工程は角膜の隆起形状ｆ（ｘ）を上記の最良の球面的な適合形状がＲ₂ に等しい
半径を有するようにさらに大きなスケールに変換することである。この変換処理
を単純化する場合の方法の一例は関数ｆ（ｘ）をｆ（θ）としての極座標で表現
することである。その後、スケール係数α＝Ｒ₂ ／Ｒ₁ を用いて、上記の角膜隆
起形状の拡大例を以下のように表現することができる。 ｆ⁽¹⁾ （θ）＝αｆ（θ） （１）

【００１３】 図２は元の隆起形状ｆ（θ）、当該元の隆起形状に対応する最良の球面的な適
合形状ｇ（θ）、拡大した隆起形状ｆ⁽¹⁾ （θ）、および当該拡大した隆起形状
に対応する最良の球面的な適合形状ｇ⁽¹⁾ （θ）を示している図である。

【００１４】 第２の段階において、軟質レンズにより被覆される領域が角膜の領域に対応す
るように上記の拡大した角膜隆起形状ｆ⁽¹⁾ （θ）が縮小される。二次元の場合
において、この縮小は以下の関係式に従って得られる。 ｆ⁽²⁾ （θ）＝α^-1ｆ⁽¹⁾ [(θ−π／２)／α＋π／２] ＋Ｒ₂ （１−１／α） （２）

【００１５】 図３は元の角膜の隆起形状ｆ（θ）、拡大した隆起形状ｆ⁽¹⁾ （θ）、縮小し
た隆起形状ｆ⁽²⁾ （θ）、および最良の球面的な各適合形状ｇ （θ）およびｇ^{( 1)} （θ）を示している図である。

【００１６】 上記の式（１）および式（２）において与えられているマッピング変換は角膜
およびコンタクト・レンズの後面部が球面状である場合に制限されない。むしろ
、ビデオケラトスコープにより測定した実際の角膜およびレンズの各曲率が当該
レンズと角膜の曲率半径との間の比率としてのスケール・パラメータαを計算す
るために使用できる。一般的な場合において、このスケール・パラメータはθの
関数、すなわち、α＝Ｒ₂ （θ）／Ｒ₁ （θ）＝α（θ）である。

【００１７】 上記のマッピング変換は三次元変換の場合に一般化できる。このような場合に
、角膜の各隆起形状は関数ｆ（θ，φ）により表現することができ、この場合の
θおよびφはそれぞれ方位角および仰角を表している。上述したように、元の隆
起形状のデータは以下の変換関係式により曲率半径Ｒ₁ （θ，φ）から曲率半径
Ｒ₂ （θ，φ）を有する表面上に拡大される。 ｆ⁽¹⁾ （θ，φ）＝αｆ（θ，φ） （３） この式において、α＝Ｒ₂ （θ，φ）／Ｒ₁ （θ，φ）である。

【００１８】 図４は元の角膜の各隆起形状が重ね合わされた二次元の正弦関数を伴う球面に
よりモデル化されている例を示している図である。また、図５は上記の式（３）
により得られ図４に示されている角膜の各隆起形状の拡大例を示している図であ
る。

【００１９】 さらに、ソフト・コンタクト・レンズの所望の後面部を得るために、上記の関
数ｆ⁽¹⁾ （θ，φ）を上述したように縮小する。しかしながら、三次元の場合に
は、その領域が保存されるようにその縮尺処理を実行する場合に多数の選択条件
が存在する。例えば、材料の変形が半径方向において不均一であると仮定する場
合に、元の方位角をそのままにして、仰角のみを縮尺することによりこの縮尺処
理を行なうことができる。このような処理は以下の関係式において表現される。 ｆ⁽²⁾ （θ，φ）＝α^-1ｆ⁽¹⁾ [θ，(φ−π／２)／α＋π／２] ＋Ｒ₂ （１−１／α） （４）

【００２０】 図６は上記の式（４）により得られる角膜の角隆起形状を縮小した例を示して
いる図である。

【００２１】 以上において、本発明を図示および説明したが、本発明の範囲および趣旨から
逸脱することなく種々の変更および改良を行なうことが可能であることが当該技
術分野における熟練者において明らかになる。従って、本発明は本明細書に記載
する特許請求の範囲による場合を除いて（上記の各図面および説明により）制限
されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実際の角膜における各隆起形状およびそれぞれの最良の球面的な適合形状（最
小自乗法の意味において）の説明図であり、それぞれｆ（ｘ）およびｇ（ｘ）で
示されている。

【図２】 元の隆起形状ｆ（θ）、元の隆起形状に対応する最良の球面的な適合形状ｇ（
θ）、拡大した隆起形状ｆ⁽¹⁾ （θ）、および拡大した隆起形状に対応する最良
の球面的な適合形状ｇ⁽¹⁾ （θ）の説明図である。

【図３】 元の角膜の隆起形状ｆ（θ）、拡大した隆起形状ｆ⁽¹⁾ （θ）、縮小した隆起
形状ｆ⁽²⁾ （θ）、および最良の球面的な各適合形状ｇ（θ）およびｇ⁽²⁾ （θ
）の説明図である。

【図４】 元の角膜の隆起形状が重ね合わせた二次元の正弦関数を伴う球面によりモデル
化されている例の説明図である。

【図５】 図４に示している角膜の隆起形状を拡大した例の説明図である。

【図６】 式（４）により得られる角膜の隆起形状を縮小した例の説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビス・ブレット・エイ オーストラリア国、4151 クイーンズラン ド州、コーパルー、リアルト・ストリート ３／48 (72)発明者 コリンズ・マイケル・ジェイ オーストラリア国、4520 クイーンズラン ド州、マウント・ネボ、マウント・ネボ・ ロード、ロット ８ (72)発明者 ロフマン・ジェフリー・エイチ アメリカ合衆国、32259 フロリダ州、ジ ャクソンビル、エッジウォーター・ブラン チ・ドライブ 307 (72)発明者 ロス・デンウッド・エフ アメリカ合衆国、32259 フロリダ州、ジ ャクソンビル、スターライト・コート 1401 (72)発明者 イスカンダー・ダウド・アール オーストラリア国、4171 クイーンズラン ド州、ホーソン、ホーソン・ロード 180 Ｆターム(参考） 2H006 BB01 BC07

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソフト・コンタクト・レンズを形成するための方法において
   、 角膜トポグラファーにより目の角膜の地形学的なデータを取得する工程と、 前記地形学的なデータを隆起形状のデータに変換する工程と、 前記隆起形状のデータを一定の格子パターン上にマッピングする工程と、 前記格子パターンを利用してレンズの一定の表面部分を形成する工程を含む方
   法。
2. 【請求項２】 前記利用する工程がＣＮＣ旋盤、ミルおよびビット・アドレ
   ス装置の内の１個により前記レンズの表面部分を加工する工程を含む請求項１に
   記載の方法。
3. 【請求項３】 前記表面部分が非水和状態の角膜レンズ・ポリマー・ボタン
   材料および射出成形処理したツール・インサート部材の内の１個を含む請求項２
   に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記利用する工程がプログラム可能なレーザー・アブレーシ
   ョン装置により前記レンズの表面部分を加工する工程を含む請求項１に記載の方
   法。
5. 【請求項５】 さらに、 前記隆起形状のデータを前記ソフト・コンタクト・レンズの地形学的形状に適
   用する工程と、 前記レンズが曲がっている状態の場合に前記隆起形状のデータを変換する工程
   を含む請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 さらに、 前記レンズの後面部、前面部、および後面部および前面部の少なくとも１個に
   曲率情報を組み込む工程を含む請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記組み込む工程が、 前記レンズの角膜の隆起形状を拡大した角膜の隆起形状に変換して元の角膜の
   隆起形状に対応する最適な球面の適合形状を得る工程を含む請求項６に記載の方
   法。
8. 【請求項８】 前記角膜の隆起形状を変換する工程が以下の関係式に従って
   行われる請求項７に記載の方法。 ｆ⁽¹⁾ （θ）＝αｆ（θ） この式において、αはＲ₂ ／Ｒ₁ であり、ｆ（θ）は極座標における角膜の隆起
   形状であり、ｆ⁽¹⁾ （θ）は拡大した角膜の隆起形状であり、Ｒ₁ は第１のレン
   ズ半径であり、Ｒ₂ は第２のレンズ半径である。
9. 【請求項９】 前記Ｒ₂ は曲がっていない状態のレンズの半径であり、Ｒ₁ は目の角膜の半径である請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 さらに、 前記拡大した角膜の隆起形状を縮小して前記目の角膜に対応する前記レンズに
    より被覆される一定の領域を得る工程を含む請求項７に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記目の角膜に対応する前記レンズにより被覆される領域
    が当該レンズの後面部である請求項１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記縮小する工程が以下の関係式に従って行われる請求項
    １０に記載の方法。 ｆ⁽²⁾ （θ）＝α^-1ｆ⁽¹⁾ ［（θ−π／２）／α＋π／２］ ＋Ｒ₂ （１−１／α） この式において、α^-1はＲ₁ ／Ｒ₂ であり、ｆ⁽²⁾ （θ）は縮小した角膜の隆起
    形状であり、Ｒ₁ は第１のレンズ半径であり、Ｒ₂ は第２のレンズ半径である。
13. 【請求項１３】 前記Ｒ₂ は曲がっていない状態のレンズの半径であり、Ｒ ₁ は角膜の半径である請求項１２に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記角膜の隆起形状を変換する工程が以下の関係式に従っ
    て行われる請求項７に記載の方法。 ｆ⁽¹⁾ （θ，φ）＝αｆ（θ，φ） この式において、αはＲ₂ （θ，φ）／Ｒ₁ （θ，φ）であり、θは方位角であ
    り、φは仰角であり、ｆ⁽¹⁾ （θ，φ）は拡大した角膜の各隆起形状であり、ｆ
    （θ，φ）は３次元の角膜の各隆起形状であり、Ｒ₁ は第１のレンズ半径であり
    、Ｒ₂ は第２のレンズ半径である。
15. 【請求項１５】 前記Ｒ₂ （θ，φ）は前記レンズの曲率半径であり、Ｒ₁ （θ，φ）は前記目の角膜の曲率半径である請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 さらに、 前記拡大した角膜の隆起形状を縮小して前記レンズの所望の後面部を得る工程
    を含む請求項７に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記縮小する工程が前記仰角のみを縮尺して前記レンズの
    所望の後面部の曲率を得る工程を含む請求項１６に記載の方法。
18. 【請求項１８】 前記仰角のみを縮尺する工程が以下の関係式に従って行わ
    れる請求項１７に記載の方法。 ｆ⁽²⁾ （θ，φ）＝α^-1ｆ⁽¹⁾ [θ，(φ−π／２)／α＋π／２] ＋Ｒ₂ （１−１／α） この式において、α^-1はＲ₁ （θ，φ）／Ｒ₂ （θ，φ）であり、θは方位角で
    あり、φは仰角であり、ｆ⁽²⁾ （θ，φ）は縮小した角膜の各隆起形状であり、
    Ｒ₁ は第１のレンズ半径であり、Ｒ₂ は第２のレンズ半径である。
19. 【請求項１９】 前記Ｒ₂ （θ，φ）は前記レンズの曲率半径であり、Ｒ₁ （θ，φ）は角膜の曲率半径である請求項１８に記載の方法。
20. 【請求項２０】 前記格子パターンが直線、極座標、同心円、円柱、および
    螺旋の形式の内の１個で形式化される請求項１に記載の方法。