TWI526729B - 用於矯正視差之眼膜透鏡及用於生產該透鏡之方法 - Google Patents

Description

用於矯正視差之眼膜透鏡及用於生產該透鏡之方法

本發明係與眼膜透鏡有關，特別是其設計出矯正像差的透鏡。

利用隱形眼鏡對屈光不正進行矯正的方法為眾所週知。傳統的隱形眼鏡可提供低階光學像差矯正，例如失焦和散光，但未矯正較高階的像差。近來，有人已經發表用隱形眼鏡來矯正高階像差。一般而言，低階與高階眼球像差之量測，係根據與波前上任何位置的球面波前的偏差。如欲矯正此偏差，可設計透鏡一個或以上的表面幾何，來補償此球面波前的偏差。

有些人有眼球方面的問題，包含但不限於錐形角膜、不規則性散光、角膜失養症和眼球外傷，導致比一般人更大的像差。此外，即使對於沒有此類眼球問題的人而言，矯正所需的補償幾何可能有一種情況：無法獲得有關光學區整個直徑的資料。同時，光學區及/或透鏡邊緣有許多部分在厚度上可能有過多差異。在任何這些情況中，此差異可能會使得透鏡難以製造並使透鏡對眼睛造成不舒適的感覺。

本發明提出的透鏡可用於低階和高階眼球波前像差的矯正，以及設計與生產該透鏡的方法，其中光學區邊緣的透鏡厚度大致上沒有過多差異，係從像差資料的原始測量直徑外推至理想的光學區直徑。本發明的透鏡和方法，特別適用於針對眼睛有高度像差者所設計的透鏡。

在第一實施例中，本發明提出設計眼膜透鏡方法，主要包含以下：a.)取得眼睛有第一直徑的波前像差(wavefront aberration)資料；b.)將像差資料外推至第二直徑；和c.)將數學濾波器(mathematical filter)應用於外推像差資料的各個子午線(meridian)，以減低透鏡表面厚度的過多差異。在另一個實施例中，本發明依據此方法，提出所設計的透鏡。

為了本發明之目的，「過多差異」表示環繞100微米以上光學區邊緣光學區周邊最大與最小厚度之間的差異。光學區的邊緣為緊臨透鏡周圍區域的光學區直徑，或環繞該光學區的非光學區。一般而言，該光學區的邊緣寬度約為100微米至約1毫米。

為了本發明之目的，在透鏡任何給定點的厚度，係沿與後表面成直角的方向，測量透鏡前表面(或物體邊)與後表面(眼睛邊)之間的距離。

本發明方法的第一步驟，為測量某人的波前像差。進行此像差測量的儀器，包含但不限於波前傳感器、像差儀、用點擴散或線擴散來測量光學傳遞函數的裝置，或測量、評估、插入或計算眼球光學波前、波前誤差或像差的任何類似裝置。市面上合適的測量裝置，包含Wavefront Sciences、Inc、Albuquerque、New Mexico等品牌。像差的矯正，可計算透鏡表面幾何，得出所要的光學路徑差異，以補償由於眼球像差所造成的畸變。

高、低階眼球像差一般係指與波前上任何位置球面波前之偏差，典型的偏差有球面像差、失焦、散光、彗星像差和畸變。這些像差亦可用數學描述符號來表示，例如澤爾尼克多項式(Zernike polynomials)、表面擬合函數(包含但不限於泰勒級數多項式)等等。澤爾尼克多項式最適用於本發明之方法。根據澤爾尼克多項式，可在笛卡兒座標或極座標重建波前像差。

本發明方法的第二步驟為，將像差資料外推至第二直徑。在較佳的實施例中，將這些資料外推到與隱形眼鏡光學區直徑大致相等的直徑，此外推則最好利用澤爾尼克多項式來進行。因此，此外推計算可在與透鏡表面光學區直徑(一般在6.5～9mm之間，最好為約8mm)大致對應的直徑上執行。此計算最好針對相對於光學區直徑增加進行，以允許瞳孔中心像差資料中心與隱形眼鏡表面光學區像差中心之間的任何偏移校準。此直徑增加，最好至少為偏移距離的兩倍。例如，若偏移校準值為0.35mm，外推直徑最好為0.7mm，大於光學區直徑。增加的值最好為約0.3至0.7mm。

本發明發現，透鏡厚度變化過多，可從波前像差資料外推至更大的直徑。此外，本研究還發現，欲減少這些過多變化，可將數學濾波器應用至各子午線的外推像差。

合適的濾波器為能過濾外推像差的濾波器，產生平順、連續的資料，減少外推區的過多變化，並允許表面函數趨近整個外推直徑的像差，而不會在原像差資料直徑內產生明顯的誤差。或者，當厚度在過濾後仍不需有變化的情況下，可減少光學區直徑，最好以0.2mm增量方式進行，直到厚度變化可被接受為止。

在一個實施例中，過濾器可為餘弦形式，例如應用於每條子午線像差幅度與連續點之間差異的漢明視窗(Hamming Window)。使用漢明法時，像差的改變依據下式界定：Δz=z _n -z _n-1 (I)

其中z為像差幅度；n為子午線的第一個點；n-1為子午線的第二個點。

由以上所求得的Δz值，則被漢明視窗相乘後產生一第二Δz值。漢明視窗為數值y，運算式如下：

其中：xPoint為從原像差資料半直徑至某個點的距離；xRange為原像差資料半直徑與最終外推半直徑之間的距離。

將每個第二Δz值沿子午線加總，得出外推區的像差資料。最好將每條子午線全部完成到外推半直徑並使試驗樣品保持在200微米以下。

可用於過濾目的的其它函數範例，包含：

另一個範例為：

另一個範例為：

另一個範例為：

較佳的過濾器為漢明視窗，因為相較於其他過濾器，它在外推後會造成較少的配合誤差。在此領域具有一般技術者，將可認出通常使用於快速傳利葉轉換(FFT)資料的其他信號處理視窗函數可以使用。

過濾後的資料可被轉換至直線、極同心或螺旋形式的格網狀，以符合以下方式：透鏡或透鏡模表面可利用電腦數值控制(CNC)車床、聚合物釦狀物直接加工、銑削、雷射剝蝕、射出成型嵌入或以上各種方式的結合等等來處理。透鏡表面高度或斜度達成像差矯正所需的改變，可合併成透鏡的前表面、後表面，或分成前、後表面。在較佳的實施例中，後表面配合穿戴者的角膜弧度。

對於併入戴透鏡者角膜的反向弧度高度圖像的透鏡，可利用任何已知的方法來決定角膜的弧度，包含但不限於利用角膜弧形儀。然後將資料映射至CNC格網狀，並用來製作透鏡或模具表面。

適用於本發明的隱形眼鏡，可為軟式或硬式。如使用軟式隱形眼鏡，最好以適於製作此類透鏡的材質製成。除了像差矯正、距離和近光學度數(例如柱面度數)，本發明的透鏡還可將各種矯正光學特性併入表面中。

本發明的隱形眼鏡可以任何傳統方式形成，例如：在其中形成的環狀區，可以鑽石刀車削利用交替半徑(alternating radii)方式來產生。這些區域可用鑽石刀車削成模型，用來形成本發明的透鏡。接著，將適用的液狀樹脂放置於模型之間，然後將樹脂壓縮並固化，形成本發明的透鏡。或者，將這些區域以鑽石刀車削成透鏡釦狀物(lens buttons)。

Claims (14)

1. 一種用以設計及製造眼膜透鏡的方法，包含：a.)獲得某人之一眼睛具有一第一直徑的原始波前像差資料；b.)將該像差資料外推至第二直徑；及c.)將一數學過濾器應用至該外推的像差資料的每條子午線，以減少透鏡表面厚度過多變化。
2. 如請求項1所述之方法，其中，該第二直徑實質地對等或大於隱形眼鏡之光學區的直徑。
3. 如請求項1所述之方法，其中，該過濾器選自由漢明視窗(Hamming Window)、漢寧視窗(Hanning Window)、帕爾森視窗(Parzen Window)、布萊克曼視窗(Blackman Window)、和威爾許視窗(Welch Window)所組成之群組。
4. 如請求項2所述之方法，該過濾器是從含有漢明視窗、漢寧視窗、帕爾森視窗、布萊克曼視窗、和威爾許視窗所組成之群組中挑選出。
5. 如請求項1所述之方法，其中，步驟c.)係藉由下列步驟來進行，(i)根據下式來界定該原始像差資料中的改變：Δz=z _n -z _n-1其中： z為像差幅度；n為子午線的第一個點；及n-1為子午線的第二個點；(ii)將求得的Δz值乘以漢明視窗產生一第二Δz值，漢明視窗如下： 其中：xPoint為從原始像差資料半直徑至一點的距離；及xRange為原始像差資料半直徑與最終外推半直徑之間的距離；及(iii)沿子午線將每個第二Δz值加總。
6. 如請求項2所述之方法，其中，步驟c.)係藉由下列步驟來進行，(i)根據下式來界定原始像差資料中的改變：Δz=z _n -z _n-1其中：z為像差幅度；n為子午線的第一個點；及n-1為子午線的第二個點；(ii)將求得的Δz值乘以漢明視窗產生一第二Δz值： 其中：xPoint為從原始像差資料半直徑至一點的距離；及xRange為原始像差資料半直徑與最終外推半直徑之間的距離；及(iii)沿子午線將每個第二Δz值加總。
7. 如請求項2所述之方法，更包含將經過濾的資料轉換成適合用來加工一透鏡或一透鏡模之表面的形式。
8. 一種眼膜透鏡，其係以請求項1的方法產生。
9. 一種眼膜透鏡，其係以請求項2的方法產生。
10. 一種眼膜透鏡，其係以請求項3的方法產生。
11. 一種眼膜透鏡，其係以請求項4的方法產生。
12. 一種眼膜透鏡，其係以請求項5的方法產生。
13. 一種眼膜透鏡，其係以請求項6的方法產生。
14. 一種眼膜透鏡，其係以請求項7的方法產生。