TWI746619B - 利用瞳孔切趾法而具有改良的視覺效能及最小化光暈之隱形眼鏡 - Google Patents

利用瞳孔切趾法而具有改良的視覺效能及最小化光暈之隱形眼鏡 Download PDF

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Abstract

一種軟式隱形眼鏡，其經設計以藉由降低瞳孔邊緣波前像差、減少光暈與減少光散射而改良視覺效能。該軟式隱形眼鏡經設計，以具有用於調變鏡片振幅傳遞曲線之瞳孔切趾法。

Description

利用瞳孔切趾法而具有改良的視覺效能及最小化光暈之隱形眼鏡
本發明係關於一種眼用鏡片，且具體而言係關於一種軟式隱形眼鏡，其具有調變鏡片振幅傳遞曲線之設計，且結合了平滑瞳孔轉變及較高邊緣吸收之概念，以藉由降低瞳孔邊緣波前像差、減少光暈及降低光散射而提供改良之視覺效能。
近視(Myopia或nearsightedness)是一種眼睛的光學或折射缺陷，其中來自一影像之光線在其抵達視網膜前即聚焦至一點。通常近視發生的原因為眼球過長或角膜太陡峭。可使用一負焦度(minus or negative powered)球面鏡片來矯正近視。遠視(hyperopia或farsightedness)係一種眼睛之光學或折射缺陷，其中來自一影像之光線在其抵達視網膜之後才聚焦至某一點或聚焦於視網膜後方。通常遠視發生的原因為眼球過短或角膜太扁平。可使用一正焦度(plus or positive powered)球面鏡片來矯正遠視。散光係一種光學或折射缺陷，其中個人的視力因為眼睛不能將點狀物體聚焦成視網膜上的聚焦影像而造成影像成像模糊。散光是由角膜的異常曲率所造成。完美的角膜是球形的，然而患有散光之人的角膜則非球形。換言之，角膜實際上在一方向較另一方向來得彎曲或陡峭，因此造成影像被拉長而非聚焦至一點。可利用柱面透鏡而非球面透鏡解決散光。
隱形眼鏡可用於矯正近視、遠視、散光以及其他視覺銳度之缺陷。隱形眼鏡也可用於增強配戴者的眼睛的自然外觀。隱形眼鏡就是放置於眼睛上的鏡片。隱形眼鏡被視為醫療裝置並可經配戴以矯正視力並/或用於妝飾用或其他治療原因。從1950年代起，隱形眼鏡已商品化使用，用來改良視力。早期的隱形眼鏡係由硬性材料製造 或加工而成，相對較為昂貴並且脆弱。此外，加工製成這些早期隱形眼鏡的材料不允許足夠的氧氣通過隱形眼鏡傳輸到結膜和角膜，此有可能引起許多不良臨床效應。雖然這些隱形眼鏡仍在使用，但是其剛開始的舒適性較差，因此並不適合所有患者。該領域的後續發展產生了基於水凝膠的軟式隱形眼鏡，該等軟式隱形眼鏡在當今極為流行且被廣泛使用。具體地，當今可用的聚矽氧水凝膠隱形眼鏡結合了具有極高透氧度之聚矽氧的效益、與水凝膠經證實的舒適度和臨床表現。基本上，與由早期硬性材料製成的隱形眼鏡相比，這些基於聚矽氧水凝膠的隱形眼鏡具有更高的透氧度，並且配戴起來通常更舒適。
軟式隱形眼鏡因可提供不同類型之波前像差(包括散焦與散光，但皆可提供患者高舒適度與簡易之使用)，已被廣泛用為有效改良視力之裝置。然而，部分患者在暴露於高或強光期間，如夜間開車期間，仍感受到光暈效應及/或光散射。此現象乃因於患者瞳孔邊緣處之光繞射，及於軟式隱形眼鏡自身內部之多重反射所引起。因此，需要提供患者一種健康且舒適之軟式隱形眼鏡，以確保最佳之視力校正，並可同時降低瞳孔邊緣波前像差，降低光暈及光散射。
根據本發明之利用瞳孔切趾法而具有改良之視覺效能及最小化光暈之隱形眼鏡，克服如上簡述之與先前技術有關之缺點。
根據一態樣，本發明係關於一種具有改良之視覺效能之軟式隱形眼鏡。該軟式隱形眼鏡包含一光學區域、一環繞該光學區域之周邊區域，及一應用於該光學區域及該周邊區域之至少一部分上的具有一振幅調變分量及一相位調變分量之系統瞳孔函數，該振幅調變分量包含一平滑轉變函數(smooth transition function)。
光暈與光散射主要係因一軟式隱形眼鏡之兩個分量所造成。第一個分量係來自瞳孔邊緣處之光學繞射，而第二個分量係來自在形成該軟式隱形眼鏡之材料內部之多重反射/光散射。為克服或最小化光散射或光暈效應，軟式隱形眼鏡之傳遞曲線(transmission profile)係按此軟式隱形鏡片設計而修改。根據本發明，一平滑瞳孔切趾函數係應用於鏡片設計上以消除或實質上最小化瞳孔邊緣處之光學繞射， 而將較高之吸收度應用於鏡片邊緣將實質上降低或較佳地消除軟式隱形眼鏡之多重光學反射。
隱形眼鏡，且具體而言軟式隱形眼鏡，經設計以校正球面度數及/或柱面度數屈光不正。然而，因較高階像差，於瞳孔邊緣或軟式隱形眼鏡邊緣處折射之光線可能無法精準會聚成影像點，因此，所看到之影像可能為模糊的。此瞳孔邊緣或軟式隱形眼鏡邊緣之波前像差所導致之模糊影像，可造成整體鏡片視力校正效能之降級。藉由平滑瞳孔切趾函數之應用，瞳孔邊緣或軟式隱形眼鏡邊緣可具有一較強之吸收度，且通過瞳孔邊緣或軟式隱形眼鏡邊緣之光線將具有大幅度降低之強度，因此邊緣波前像差將對於整體視網膜成像具有大幅減少之功能。基本上，藉由平滑瞳孔切趾函數之應用，可達到較佳鏡片視力校正效能。
就數學上而言，一光學系統可大致上由其相位調變函數與振幅傳遞函數所表示。一般而言；然而，於此目前最佳技術之軟式隱形眼鏡，僅利用相位調變，以將光學特性併入軟式隱形眼鏡之中。於本發明中，軟式隱形眼鏡經設計以調變鏡片振幅傳遞曲線，其將平滑瞳孔轉變及較高邊緣吸收度之概念一同併入，並利用相位調變，以確保最佳視力校正，同時實質上最小化或消除鏡片光暈，降低瞳孔邊緣波前像差及光散射。
本發明之軟式隱形眼鏡可簡單地利用標準生產技術進行製造，且因此得以合理價格提供更為舒適、健康及清晰之視力。
100‧‧‧第一區塊
100’‧‧‧傳遞曲線
102‧‧‧第二區塊
102’‧‧‧傳遞曲線
104‧‧‧第三區塊
104’‧‧‧傳遞曲線
200‧‧‧第二區塊
300‧‧‧無切趾瞳孔函數
302‧‧‧點擴展函數
304‧‧‧切趾之瞳孔函數
306‧‧‧點擴展函數
400‧‧‧光
402‧‧‧軟式隱形眼鏡
404‧‧‧周邊光
406‧‧‧軟式隱形眼鏡
408‧‧‧虛線
從以下對本發明較佳實施例之更詳細說明中，如所附圖式所繪示，將更清楚明白本發明之前述及其他特徵與優勢。
圖1A係根據本發明之不同瞳孔切趾設計之表示圖。
圖1B係對應於圖1A之不同切趾設計之光傳遞曲線。
圖2係根據本發明所計算出之視敏度改良之於聚散度的平均與標準偏差的圖形表示。
圖3A至圖3D繪示根據本發明之具有與不具有切趾之瞳孔函數及點擴展函數。
圖4A與圖4B繪示根據本發明之以下情形：光在無切趾的情況下進入軟式隱形眼鏡之周邊部分，及光在具有切趾之情況下進入軟式隱形眼鏡之周邊部分。
圖5係根據本發明之相對光暈強度之於切趾之圖形表示。
隱形眼鏡就是放置於眼睛上的鏡片。隱形眼鏡被視為醫療裝置並可經配戴以矯正視力並/或用於妝飾用或其他治療原因。從1950年代起，隱形眼鏡已商品化使用，用來改良視力。早期的隱形眼鏡係由硬性材料製造或加工而成，相對較為昂貴並且脆弱。此外，加工製成這些早期隱形眼鏡的材料不允許足夠的氧氣通過隱形眼鏡傳輸到結膜和角膜，此有可能引起許多不良臨床效應。雖然這些隱形眼鏡仍在使用，但是其剛開始的舒適性較差，因此並不適合所有患者。該領域的後續發展產生了基於水凝膠的軟式隱形眼鏡，該等軟式隱形眼鏡在當今極為流行且被廣泛使用。具體地，當今可用的聚矽氧水凝膠隱形眼鏡結合了具有極高透氧度之聚矽氧的效益、與水凝膠經證實的舒適度和臨床表現。基本上，與由早期硬性材料製成的隱形眼鏡相比，這些基於聚矽氧水凝膠的隱形眼鏡具有更高的透氧度，並且配戴起來通常更舒適。
目前可得的隱形眼鏡在視力矯正上仍為符合成本效益的手段。此薄型塑膠鏡片適配於眼睛角膜上方以矯正視力缺陷，包括近視或近視眼、遠視或遠視眼、散光(即，角膜的非球面性)、及老花(即，水晶體失去調變能力)。隱形眼鏡有許多形式且以各種材料製成，以提供不同的功能。日戴型軟式隱形眼鏡一般而言是由軟質聚合物材料製成，這些材料並與水結合以提供透氧性。日戴型軟式隱形眼鏡可為日拋式或長戴拋棄式。日拋式隱形眼鏡通常配戴一天就丟棄，而長戴拋棄式隱形眼鏡通常可配戴至多三十天的期間。經著色軟式隱形眼鏡使用不同材料以提供不同功能。例如，可見性染色隱形眼鏡(visibility tint contact lens)使用淺色染色來協助配戴者找到掉落的隱形眼鏡；增色用染色隱形眼鏡(enhancement tint contact lens)具有半透明的染色來加強配戴者眼睛天生的顏色；變色用染色隱形眼鏡(color tint contact lens)包含較深、不透明的染色來改變配戴者眼睛的顏色；而濾光用染色隱形眼鏡(light filtering tint contact lens)的功能則為強化某些顏色同時弱化其他顏色。剛性透氣硬式隱形眼鏡(rigid gas permeable hard contact lens)係由含矽氧烷的聚合物所製成，但較軟式隱形眼鏡更具剛性，故因而能保持其形狀且更為耐用。雙焦距隱形眼鏡(bifocal contact lens)係專為老花患者所設計，並且有軟式與硬式兩種。複曲面隱形眼鏡(toric contact lens)係專為散光患者所設計，並也有軟式與硬式兩種。也有結合以上不同態樣之組合式鏡片，例如混合式隱形眼鏡(hybrid contact lens)。
一光學系統可由其光學轉移函數(調變轉移函數)及相位轉移函數)完全表示之。光學轉移函數可由系統瞳孔函數P(x,y)之自相關所判定，其可表示為P(x,y)=A(x,y)exp[jW(x,y)] (1)系統瞳孔函數P(x,y)包括一振幅調變分量A(x,y)及一相位調變分量W(x,y)；其中，exp[jW(x,y)]為相位項之虛數部分。於本軟式隱形眼鏡之設計中，光學相位變化曲線W(x,y)係經改變與改良，以增進視力。然而，可由方程式(1)看出，光學系統瞳孔函數P(x,y)亦相依於其振幅調變函數A(x,y)或為其振幅調變函數A(x,y)之一函數。根據本發明，軟式隱形眼鏡之光學校正效能除可藉由改變W(x,y)以得到改良外，其亦可藉由對振幅調變函數A(x,y)之特定設計而進一步改良。此些額外之改良係關於瞳孔邊緣波前像差及光暈，具體而言係降低此兩者之改良。
一般而言，一平滑轉變函數可應用於振幅調變函數A(x,y)中，而於此例示性實施例中，其可表示為A(r)=exp(-α*(r2/r0 2)), (2) 其中
Figure 106127833-A0202-12-0006-12
，r0是光學區之半徑，而α為一常數(其相關細節如後所述)，其用於決定瞳孔切趾之形式。於本發明中，振幅調變函數可為數值非為一之任何數值。應注意的是，方程式(2)係以圓柱坐標表示而非直角坐標，而方程式(1)則以直角座標表示。同時，應注意的是，除方程式(2)以外之轉移函數，可用於判定光學系統瞳孔函數P(x,y)。
根據一例示性實施例，一切趾之軟式隱形眼鏡可經設計，以利用方程式(1)及(2)，且所得之視敏度可用眼模型模擬。如圖1A所繪示，不同量值之α，將產生多種類型的瞳孔切趾。於第一區塊100中，α等於0，其係軟式隱形眼鏡之目前最佳技術；於第二區塊102中，α大約為0.5，而於第三區塊104中，α大約為1。圖1B亦顯示對應於圖1A中各α之瞳孔函數的傳遞曲線100’、102’及104’。由該三個區塊可得知，當切趾增強時，瞳孔邊緣波前像差具有較小之影響，且光暈較少，但也同時傳遞較少之光。此為一權衡取捨關係；亦即，在傳遞之光與減少之光暈與邊緣波前像差之影響之間取捨。如圖1A之第三區塊104所繪示，鏡片之邊緣傳遞較少之光。
如前所述，一切趾之軟式隱形眼鏡可經設計，以利用方程式(1)及(2)，且所得之視敏度可用眼模型模擬。眼部球面像差(SPHA)之量(其為視覺效能之一指標)可透過利用眼模型而取得。於本發明中，建立一眼模型，其彙總平均人眼球面像差及其於一預設族群中之分布或標準偏差。更具體而言，眼部球面像差分布係藉由臨床量測年齡介於20至60歲患者之眼睛而取得，其中之屈光不正範圍係介於+8 D至-12 D(預設族群)。接著應用模型化以彙總所有測得之眼部球面像差資訊，且利用一數學函數表示不同年齡患者與不同屈光不正之眼部球面像差之平均與標準偏差。利用該眼模型以進一步對預設族群中之多個眼睛執行蒙地卡羅模擬法。將具有不同切趾量值(以α表示)的一般球面鏡片適配至多個眼睛上(其係由該眼模型所產生)，且分別計算個別視敏度(visual acuity,VA)。然後，將無切趾之相同球面鏡片適配於相同組或相同族群之患者眼睛上，且亦個別計算視敏度。就每一個別眼睛計算配有具切趾之軟式隱形眼鏡之眼睛與配 有不具切趾之軟式隱形眼鏡之眼睛之間的視敏度差異，且定義為視敏度改良。圖2係所計算出之視敏度改良之於聚散度之平均與標準偏差的圖形表示。於計算過程中，α如圖例中所示自0.3至3.0變化，r0則固定或維持在4，且r在介於0至4之間變化。如所繪示，不同量之切趾(變化之α)展現不同程度之視敏度改良。當切趾較強時，即較大之α，得到較高程度之視敏度改良。舉例而言，當α等於0.8，平均之總視敏度改良係高於0.5之線。此係合理的，因較強之切趾導致較小之「有效」瞳孔大小。就視敏度而言，當α等於3，其提供最大的視敏度改良，如圖2所繪示，但必須記得此與光傳遞之間的取捨關係。
視覺改良之標準偏差實際上係因族群內的眼部球面像差變異所造成。一般而言，當患者具有較高之正眼部球面像差，其所體驗到之改良將優於具有零或負眼部球面像差之患者。眼部球面像差與切趾之間之交互作用於此領域中已有所研究並為人所習知。應注意的是，夜間視敏度之改良可有效地最小化人眼之夜間近視。平均而言，人眼具有正眼部球面像差。由於瞳孔在低亮度下較大(擴張)，故此正眼部球面像差可於夜間具有重要之功能。此夜間眼部球面像差之增加量可導致夜間近視效應。藉由應用根據本發明之平滑瞳孔切趾法，可降低邊緣光強度，進而降低夜間近視。換言之，夜間近視之降低為減少邊緣波前像差之直接結果。
本發明不僅可改良視敏度，同時亦可顯著降低光暈(於瞳孔邊緣處之繞射)及光散射(於鏡片邊緣處之多重反射)，且具有一平滑轉變之瞳孔傳遞。此光暈與光散射之降低可藉由光學射線追蹤加以展示。如圖3所繪示，可觀察到最後一個影像即點擴展函數306中極弱之光暈環，及切趾之瞳孔函數304。更具體而言，如圖所示，無切趾瞳孔函數300即點擴展函數302顯示明顯之光暈。如前所述，有相當大部分之光散射係因為光於鏡片或瞳孔邊緣處反射所造成。藉由應用切趾法，鏡片邊緣將可吸收較多光，進而減少光散射，圖4A及圖4B以下將詳細說明此效應。
光暈之一顯著問題係因夜間之高照度光所引起。於夜間開車時，對向來車之強光照射造成在駕駛人之周邊視野中形成光暈。 圖4A繪示光400進入無切趾之一軟式隱形眼鏡402之周邊部分，及圖4B繪示光404進入具有切趾之一軟式隱形眼鏡406之周邊部分。如所示，切趾降低此入射周邊光404之強度，如虛線408所指出。假設一光束由瞳孔邊緣進入，圖5指出光暈強度與不同量之切趾。當α等於0.8，光暈之強度係小於無瞳孔切趾之光暈強度的一半(0.45)。當光暈減少時，進入瞳孔之光強度將會持續減少，且一般而言，α應小於10，以提供舒適之視覺。當其等於10，總光傳遞為11.1百分比。根據本發明，α較佳在0.1與10之間變化。
根據方程式(1)及(2)之軟式隱形眼鏡之切趾，可經製造成中性密度濾光器之一薄塗層，其於鏡片之光學區域上具有不同透射率之傳遞性。如本領域中所知，中性密度濾光器跨一光譜均勻地阻擋。此中性密度濾光器塗層可利用任何合適之方式，包括塗覆及印刷技術等，而施加或實現。此外，可使用任何數量之合適塗層。塗層可施加至鏡片、於鏡片上或於鏡片內。
儘管所顯示與所描繪者是被認為最實用且最佳的實施例，但對所屬技術領域中具有通常知識者來說，仍可輕易思及偏離所描述且所顯示的特定設計與方法，且可加以運用而不脫離本發明的精神與範疇。本發明並不限於所敘述及繪示的具體構造，而是應建構為符合可落在所附申請專利範圍之範疇內的所有修改形式。
100‧‧‧第一區塊
102‧‧‧第二區塊
104‧‧‧第三區塊

Claims (2)

  1. 一種具有改良的視覺效能之軟式隱形眼鏡，該軟式隱形眼鏡包含：一光學區域，環繞一鏡片中心；及一周邊區域，環繞該光學區域且延伸至一鏡片邊緣，其中隱形眼鏡係被配置成具有以該鏡片中心為中心圍繞之一平滑瞳孔切趾函數、並延伸至該鏡片邊緣以調變該軟式隱形眼鏡之振幅傳遞曲線，使得鏡片的透射率從該鏡片中心持續減少至該鏡片邊緣，一中性密度濾光器(neutral density filter)係被施加至該軟式隱形眼鏡以實行該平滑瞳孔切趾函數，該平滑瞳孔切趾函數係被數學地表示成A(r)=exp(-α*(r2/r0 2))，其中在對A(r)的計算過程中，α在0.3與3.0之間的範圍，r0設定為4mm，且r在0與4.0mm之間的範圍。
  2. 如請求項1所述之軟式隱形眼鏡，其中對比於沒有該中性密度濾光器之該軟式隱形眼鏡而言，該中性密度濾光器減少藉由在該軟式隱形眼鏡內之光學射線多重反射所導入之光暈。
TW106127833A 2016-08-18 2017-08-16 利用瞳孔切趾法而具有改良的視覺效能及最小化光暈之隱形眼鏡 TWI746619B (zh)

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