JP4698908B2 - 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

Description

【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. Bennet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 Optician、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。

Claims (19)

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と、
   前記隆起形状のデータを、曲がっていない状態の前記ソフト・コンタクト・レンズの地形学的形状に適用する工程と、
   曲がっている状態の前記レンズを考慮して、前記隆起形状のデータを変換する工程と、を含む方法。
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. 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. 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. 前記適用する工程が、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。
6. 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５に記載の方法。
7. 前記角膜の隆起形状を拡大する工程が以下の関係式に従って行われる請求項６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）は極座標における前記角膜の隆起形状であり、ｆ⁽¹⁾（θ）は拡大した前記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。
8. 前記Ｒ₂は曲がっていない状態の前記レンズの半径であり、Ｒ₁は前記目の角膜の半径である請求項７に記載の方法。
9. 前記変換する工程が、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６に記載の方法。
10. 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９に記載の方法。
11. 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９に記載の方法。
    ｆ⁽²⁾（θ）＝α¹ｆ⁽¹⁾［（θ−π／２）／α＋π／２］＋Ｒ₂（１−１／α）
    この式において、α¹はＲ₁／Ｒ₂であり、ｆ⁽²⁾（θ）は縮小した前記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。
12. 前記Ｒ₂は曲がっていない状態の前記レンズの半径であり、Ｒ₁は前記角膜の半径である請求項１１に記載の方法。
13. 前記角膜の隆起形状を拡大する工程が以下の関係式に従って行われる請求項６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）は拡大した前記角膜の隆起形状であり、ｆ（θ，φ）は３次元の前記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。
14. 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１３に記載の方法。
15. 前記変換する工程が、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６に記載の方法。
16. 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１５に記載の方法。
17. 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１６に記載の方法。
    ｆ⁽²⁾（θ，φ）＝α¹ｆ⁽¹⁾[θ，(φ−π／２)／α＋π／２]＋Ｒ₂（１−１／α）
    この式において、α¹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）は縮小した前記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。
18. 前記Ｒ₂（θ，φ）は前記レンズの曲率半径であり、Ｒ₁（θ，φ）は前記角膜の曲率半径である請求項１７に記載の方法。
19. 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。

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