TWI518399B - 用於產生穩態隱形眼鏡之方法及隱形眼鏡 - Google Patents

Description

用於產生穩態隱形眼鏡之方法及隱形眼鏡

本發明為設計穩態隱形眼鏡之方法。

某些視力缺陷可藉由於一隱形眼鏡之一或多個表面上設置非球面矯正形式，例如圓柱、雙焦或多焦特性加以矯正。此種鏡片一般而言在使用時必須於眼睛上維持特定定向，方能發揮作用。維持鏡片於眼睛上之特定定向，通常係於製作時變更鏡片之機械特性達到。稜鏡穩定方法包括藉由使鏡片前表面相對於後表面為偏心、加厚鏡片下緣、在鏡片表面形成凹陷或隆起，以及對鏡片邊緣截除稜角等皆為穩定化方法之實例。此外，採用減薄區域或將鏡片周圍厚度減薄使鏡片穩定化等動態穩定化方式業已為人採用。通常，從眼球上之配置觀點，所述之減薄區域位於對鏡片垂直或水平軸對稱之二區塊。

鏡片設計之評估涉及判斷眼上鏡片之效能，之後視需要性及可能性進行最佳化設計。此程序一般經由臨床評估用於患者之測試設計來加以完成。然而，由於必須將患者間之個別差異納入考量，因此此程序需要為數眾多的試用患者，相當耗時且花費龐大。

因此某些隱形眼鏡之穩定化及其設計方法仍有持續改良之必要。

本發明為設計穩態隱形眼鏡之方法，其中係藉由數學構念定義穩定化區域。該構造可為貝茲曲線(Bezier curve)。

在本發明一態樣中，鏡片係利用描述角度厚度剖面上部分之貝茲曲線係數設計而成，垂度(Sag)值為負。當於鏡片周圍加入穩定化區域時，鏡片上部分厚度為減少而非增加；減少穩定化上部分之厚度有助於在維持相同厚度差之情況下降低最大厚度。最大厚度位置周圍之斜度受此剖面改變影響不大。

在本發明另一態樣中，此包含負垂度值之區域係用於穩定化區域之上下部分。

在本發明又一態樣中，穩定化區域之最大厚度在左右兩側並不相同。

在本發明又另一態樣中，厚度剖面向正及/或負角度傾斜之斜面可加以調整，以增加或減少傾斜角度。

在本發明又另一態樣中，根據本設計方法製作之鏡片具有改良之穩定化特性。

本發明之隱形眼鏡根據作用於鏡片之各種力量平衡具有最佳化之穩定化設計。其涉及之設計程序主要在平衡作用於眼部、作用於眼球各部，與最終為作用於設置於眼上之穩定化鏡片之力矩。較佳的是，從包括穩定化元素之標稱設計開始以改良程序，從而取得穩定化之改良。例如，一種鏡片設計具有二穩定化區域，且此二穩定化區域係對於通過中心之水平及垂直軸對稱，可為鏡片設計之便利參照，並得以此為根據，按照本發明之方法最佳化鏡片之穩定性。「穩定化區域」意指鏡片周圍上，其厚度值大於其他鏡片周圍區域之範圍。所謂「周圍區域」意指環繞鏡片光學區域之鏡片表面區域，其延伸至但不包括鏡片邊緣。不含穩定化區域之周圍區域通常包含一旋向對稱表面，較佳的是一球面。另一種可用為基礎之穩定化設計為美國專利申請公開案第20050237482號所述者，該案於此合併參照；然而，任一種穩定化設計均可用為標稱設計，再將之透過本發明之方法進行最佳化。本發明穩定化設計改良程序亦可包括以下述之眼部模型測試改良、評估測試結果，以及重複執行改良程序，直到達成所需之穩定化程度為止。

圖1為一穩定化鏡片之前面或正面。鏡片10具有一光學區域11。鏡片周圍係圍繞此光學區域11。二位於圓周內之加厚區塊12為穩定化區域。

用於製造此等新設計之程序的較佳模型包含各種之因素及假設，以用以模擬機械性運作與其對於鏡片穩定性之影響。較佳的是，此模型係利用根據已知標準編程及編碼技術之軟體。廣義而言，此模型係於指定眨眼次數中模擬如下所述施力狀況，應用於設計穩定化鏡片程序。據此決定鏡片旋轉及偏心之度數。之後以達成更期望之旋轉及/或中心設定為目標修改上述設計。接著再度套用至模型，以判定經預設數量之眨眼動作後，眨眼時之變化。

此模型假定眼部包括至少二球面表面部分，代表角膜及鞏膜，而x-y-z座標軸之原點位於代表角膜之球面中心。亦可使用其他複雜表面，如非球狀表面。鏡片之基底形狀包括球形表面部分，但從鏡片中心到邊緣之鏡片基底曲率半徑可有變化。可以一個以上之基底曲線描述後表面。假定配戴於眼部之鏡片與眼部之形狀相同。鏡片之厚度分布不必然須為旋向對稱；事實上，根據本發明鏡片之某些較佳實施例，係為不對稱。鏡片邊緣加厚區域可用於控制鏡片配戴之位置及角度。鏡片與眼睛之間存在有均勻之液態薄膜(淚膜)，其厚度通常介於1至7 μm之間，較佳的是5 μm。此淚膜稱為鏡片後淚膜。在鏡片邊緣，鏡片與眼球間液體薄膜之厚度明顯較小，稱為黏蛋白淚膜。鏡片與上下眼瞼之間存在有一均勻之液態薄膜(又稱為淚膜)，其厚度通常介於1至10 μm，較佳的是5.0 μm，以上統稱為鏡片前淚膜。上下眼瞼之邊界皆位於在x-y平面具有單位法向量之平面。因此，該等邊界於垂直於z軸之平面上的投影為直線。眼瞼運動中亦使用此假設。上眼瞼對隱形眼鏡施加一均勻壓力。此均勻壓力係施加於隱形眼鏡為上眼瞼所覆蓋之整體區域，或於靠近上眼瞼邊界具有均勻寬度之區域(以垂直於通過眼瞼邊緣弧線之平面的方向測量)。下眼瞼對隱形眼鏡施加一均勻壓力。此均勻壓力係施加於隱形眼鏡為下眼瞼所覆蓋之整體區域。眼瞼施加於隱形眼鏡之壓力構成作用於鏡片上之力矩，此力矩經由隱形眼鏡之非均勻厚度分佈(加厚區域)，尤其靠近邊緣處，作用於鏡片上。該壓力對於作用於隱形眼鏡之力矩之效應稱為瓜籽效應。當鏡片相對於眼球移動時，鏡片後淚膜會產生黏滯摩擦。鏡片相對於眼球之移動，亦會在鏡片邊緣與眼球之間造成黏蛋白淚膜之黏滯摩擦。此外，鏡片及/或眼瞼之移動也會造成鏡片前淚膜之黏滯摩擦。鏡片變形會使鏡片產生應變及應力。應變及應力造成鏡片之彈性能含量。當鏡片相對於眼球移動，而使鏡片之變形有所變化，此彈性能含量隨之變化。鏡片會朝向彈性能含量最小的位置移動。

圖2表示描述眼部構形(角膜及鞏膜)、鏡片基形及眼瞼運動之參數。鏡片之移動係依據作用於鏡片上之動量矩平衡。慣性效應忽略不計。之後所有作用於鏡片上之力矩總合為零。因此，

前四項力矩為抗力矩且與鏡片動作線性相關。其餘力矩為驅動力矩。此動量矩之平衡產生鏡片β位置之非線性一階微分方程式

此方程式以四階阮奇庫塔積分法(Runge-Kutta integration scheme)解出。隱形眼鏡上點之位置在根據沿旋轉向量β(t)之旋轉得出。由舊位置轉移至新位置之旋轉矩陣R(t)由羅德里格方程式得出

其中以及

於此數值積分方法中為使用時間離散化。鏡片之移動可視為數次接續旋轉，因此在下一時間步驟t _{n +1}該旋轉矩陣為

R _{n +1}=R _{Δ t} R _n

其中R _{Δ t} 為時間步驟中之旋轉Δt。

旋轉矩陣分解為鏡片之旋轉R _α 與中心偏移R _θ

R(t)=R _θ (t)R _α (t)

鏡片之旋轉係以鏡片中心線為軸心之旋轉。中心偏移係以(x，y)平面上之一條線為軸心之旋轉。因此，鏡片位置可視為鏡片以其中心線為軸心之旋轉，之後產生中心偏移。

此等設計係利用上述方法，藉由以一或多種數學構念描述設計細節而加以製作或最佳化。較佳的是，穩定化區域係利用貝茲曲線加以描述，但亦可利用其他數學描述達成穩定化區域之完整描述。利用貝茲曲線方法時，描述徑向厚度剖面的徑向函數A_r(t_r)較佳的是利用五點控制加以定義。描述角度厚度剖面之角度函數B_α(t_α)亦利用五點控制加以定義。例如：該數學描述可表達如下：

A _{r , x} (t _t )=P _{r 1}(x).(1-t _t )⁴+4.P _{r 2}(x).(1-t _t )³.t _t +6.P _{r 3}(x).(1-t _t )².t _t ²+4.P _{r 4}(x).(1-t _t ).t _t ³+P _{r 5}(x).t _t ⁴

A _{r , y} (t _t )=P _{r 1}(y).(1-t _t )⁴+4.P _{r 2}(y).(1-t _t )³.t _t +6.P _{r 3}(y).(1-t _t )².t _t ²+4.P _{r 4}(y).(1-t _t ).t _t ³+P _{r 5}(y).t _t ⁴

其中P_ri(x)及P_ri(y)為控制點座標，而t_r為沿徑向剖面之標準化座標。徑向厚度剖面之起點為P_r1而其終點為P_r5。

B _{α , x} (t _α )=P _{α 1}(x).(1-t _α )⁴+4.P _{α 2}(x).(1-t _α )³.t _α +6.P _{α 3}(x).(1-t _α )².t _α ²+4.P _{α 4}(x).(1-t _α ).t _α ³+P _{α 5}(x).t _α ⁴

B _{α , y} (t _α )=P _{α 1}(y).(1-t _α )⁴+4.P _{α 2}(y).(1-t _α )³.t _α +6.P _{α 3}(y).(1-t _α )².t _α ²+4.P _{α 4}(y).(1-t)t _α .t _α ³+P _{α 5}(y).t _α ⁴

其中P_αi(x)與P_αi(y)為控制點座標，而t_α為沿角度剖面之標準化座標。角度厚度剖面之起點為P_α1而其終點為P_α5。

穩定化區域之大小為C(t_r,t_α)(3)，其係徑向函數A_r,y與角度函數B_α,y之乘積。將比例因數M套用至兩種函數之乘積，以控制穩定化區域之大小。

C(t _r ,t _α )=MA _{r , y} (t _r ).B _{α , y} (t _α )

上述方程式可擴充至任何數量之控制點。而此情況下，該等方程式可改寫為：

在不對稱穩定化區域設計中，可利用不同之函數描述左右穩定化區域。

在本發明一較佳實施例中，角度厚度剖面上部分之貝茲曲線係數係設定為使該垂度值為負。在特定案例中，當在鏡片周圍加入穩定化區域時，鏡片上部分厚度為減少而非增加。圖3A及3B顯示穩定化區域上部分厚度減少之情況。此可降低最大厚度卻不影響厚度差。此一剖面變化對最大厚度位置周圍之斜度影響不大。

較佳的是，本發明係用於設計製造穩定化環狀鏡片或環狀多焦鏡片，如美國專利第5,652,638、5,805,260及6,183,082號等案所述者，該等前案之全文於此合併參照。

或者，本發明之鏡片可包含高階人眼相差矯正、角膜剖面資料，或兩項兼具。此種鏡片之實例可見於美國專利第6,305,802及6,554,425號，該等前案之全文於此合併參照。

在又一種變化中，本發明之鏡片可具有美容效果，使一色彩圖案設置於眼睛上之特定方位，以提供眼睛美化之效果。

本發明之鏡片可採用適用於製造眼用鏡片，包括但不限於一般眼鏡、隱形眼鏡及眼內鏡片，之鏡片形成材料製作。可用於製作軟式隱形眼鏡之材料包括但不限於：矽彈性體、含矽大分子單體，包括但不限於其全文於此合併參照之美國專利第5,371,147、5,314,960及5,057,578號等案所述者、水凝膠、含矽水凝膠等等，及其組合。更佳為表面為矽氧烷或含有矽氧烷官能性，包括但不限於，聚二甲基矽氧烷大分子單體、甲基丙烯醯氧丙基聚烷基矽氧烷及其混合物、矽酮水凝膠或水凝膠，例如etafilcon A。

鏡片材料能藉各種便利方法固化。舉例來說，材料可在鑄模內沉積、之後以熱能、輻射、化學物、電磁輻射等方式固化、及相似方式及組合。較佳的是，在隱形眼鏡實施例中，利用紫外光或全光譜可見光進行模造。更具體來說，適合用於固化鏡片材料之精確條件與材料選擇和所要形成之鏡片種類有關。適用程序可見於美國專利第5,540,410號該案於此合併參照。

本發明之隱形眼鏡可以任何便利方法製造。一種可用之方法係採用OPTOFORM.TM.車床，以VARIFORM.TM.附件製作模具嵌件。模具嵌件繼而用以造模。隨後，適當的液態樹脂置於模子之間，再壓縮及固化該樹脂以形成本發明的鏡片。熟知此技藝人士將可了解任何數量之已知方法均可能用以製作本發明之鏡片。

本發明並將藉由以下非限制性實例加以闡明。

實例1

一種具有習知設計之散光患者用隱形眼鏡，其係利用習知鏡片設計軟體配合以下輸入設計參數設計而成：

-　球面焦度：-3.00 D

-　柱面焦度：-0.75 D

-　柱軸：180度

-　鏡片直徑：14.50 mm

-　前光學區域直徑8.50 mm

-　背面區域直徑11.35 mm

-　鏡片基曲線：8.55 mm

此鏡片之原始厚度剖面在周圍區域為旋向對稱。所述穩定化區域為於該鏡片之厚度剖面上外加之加厚區域。將一組控制點(表1)套用於上述之數學函數以建構左右穩定化區域。鏡片厚度剖面如圖4所示。

表1：套用至實例1之控制點。

實例2

將實例1所述鏡片之穩定化區域徑向位置外推0.25 mm，使光學區直徑擴大至9.00 mm，達成所需規格。利用表2之控制點套入上述之數學函數，藉以建構左右穩定化區域。穩定化區域厚度之上部分減薄而非增厚。環狀隱形眼鏡之光學區域與傳統單焦鏡片通常所具有者相等。利用上述之眼睛模型進行鏡片中心及旋轉模仿，結果顯示鏡片表現並未受到穩定化區域位置改變之顯著影響。鏡片厚度剖面如圖5所示。

表2：套用至實例2之控制點。

實例3

將實例1之鏡片利用本發明方法重新設計，使左側穩定化區域縮小40微米。將表3之控制點套用於上述之數學函數以建立左右穩定化區域。

為維持兩眼相同旋轉表現，厚度不對稱之構造需要於左右眼採取不同之設計。眼睛模型結果顯示，當最厚穩定化區域從上部分旋轉至下部分時，此設計之旋轉表現較佳。鏡片厚度剖面如圖6所示。

表4：套用至實例3之控制點。

表3：套用至實例3之控制點。

實例4

修改實例1之鏡片設計，使左側穩定化區域縮小40微米。將表4之控制點套用於上述之數學函數以建立左右穩定化區域。穩定化區域厚度之上下部分係為減少而非增加，穩定區上下部分域厚度之減少有助於在保持相同厚度差的條件下降低最大厚度。鏡片厚度剖面如圖7所示。

表4：套用至實例4之控制點。

利用在此所述之眼睛模型，實例1、2及3之鏡片顯示最佳旋轉速度約在40-50度未對準範圍。該等實例之設計適用於訂製焦點矯正鏡片等其光學特性取決於鏡片定向之鏡片類型，此種鏡片由於水平軸兩側穩定化區域之不對稱性，其鏡片定向為單向。此種鏡片在偏離最終位置20度以內亦之鏡片定向旋轉速度高於傳統市售鏡片。可從左右穩定化區域係為不對稱之實例3更進一步實現訂製化。此種設計與鏡片在偏離最終位置30度以內亦之鏡片定向旋轉速度較現有市售鏡片更快。

當厚度差維持在實例1及2所示之值時，穩定化區域之厚度減薄並不影響鏡片旋轉表現，其中實例2之穩定化區域之大小較實例1減少10%。實例2之鏡片設計中，最大穩定化區域厚度較傳統產品減少約20%，因此提高使用者配戴之舒適度。

實例4鏡片之模型結果顯示其旋轉速度較慢，但在不同鏡片定向時之旋轉速度差異較少。實例4之設計適用於如環狀鏡片等其光學特性不因鏡片定向而異之鏡片，此種鏡片由於水平軸兩側穩定化區域之設計為對稱，其鏡片定向可為雙向。

10．．．鏡片

11．．．光學區域

12．．．加厚區塊

圖1為一穩定化之隱形眼鏡的前視或正面圖。

圖2A-C為配戴鏡片之眼睛示意圖，該圖標示旋轉軸及作用於該鏡片之各種力矩。

圖3A及3B為由貝茲曲線取得之新厚度剖面。

圖4A-B為實例1之鏡片厚度圖及厚度剖面圖。

圖5A-B為實例2之鏡片厚度圖及厚度剖面圖。

圖6A-B為實例3之鏡片厚度圖及厚度剖面圖。

圖7A-B為實例4之鏡片厚度圖及厚度剖面圖。

10．．．鏡片

11．．．光學區域

12．．．加厚區塊

Claims (10)

1. 一種用以穩定隱形眼鏡之方法，其包含下列步驟：(a)提供一具有一組標稱穩定化區域參數之鏡片設計及基於以鏡片設計參數為一數學構念(mathematical construct)建立一具有改良之穩定化的隱形眼鏡設計，(b)以一平衡動量矩之模型塑造該設計，以及(c)基於塑造之結果選擇該設計；其中該步驟(b)及(c)為重複進行；以及其中係利用一可模擬多種眼部機制效果之虛擬模型來完成隱形眼鏡設計。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中眨眼係該等眼部機制之其中一者，且根據眨眼調整該穩定化方式。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該數學構念為貝茲曲線(Bezier curve)。
4. 如申請專利範圍第3項之所述方法，其具有至少四個座標點。
5. 一種隱形眼鏡，其係以申請專利範圍第1項所述之方法製成。
6. 如申請專利範圍第5項所述之隱形眼鏡，其中該穩定化區域之角度剖面係由一或多個具有負厚度之區段定義而成。
7. 如申請專利範圍第6項所述之隱形眼鏡，其中沿包含穩定化區域最大厚度之該角度剖面上的最大負厚度值介於0.010mm與0.060mm之間，較佳的是約0.025mm。
8. 如申請專利範圍第5項所述之隱形眼鏡，其中該穩定化區域之最厚部分係位於鏡片水平軸以下15度至35度之間，較佳的是約25度。
9. 如申請專利範圍第5項所述之隱形眼鏡，其中介於左及右穩定化區域範圍之厚度差為0.020mm至0.045mm，較佳的是約0.030mm。
10. 如申請專利範圍第5項所述之隱形眼鏡，其中當該鏡片定向從最終靜止位置(final resting position)偏離30度以內時，該旋轉速度為最佳化。