專利名稱：用角膜形狀分析的新方法設計軟隱形眼鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及軟隱形眼鏡及設計這種鏡片的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種軟隱形眼鏡及用角膜形狀分析的新方法設計這種鏡片。
背景技術：
未彎曲的軟隱形眼鏡的曲度(如一個置于生理鹽水溶液中的鏡片)不同于放置于眼睛中的同樣的鏡片的曲度。這種曲度的變化常常被稱作“彎曲”(flexure)。(例如參見A.G.Bennet，”Power Changes In Soft Contact Lenses Due ToBending”，The Ophthalmic Optician，16939-945，1976，其內(nèi)容在這里完整地引作參考)。在將薄薄軟軟的鏡片置于典型的眼睛里的情況下，所述曲度的變化基本上不會影響所述鏡片的光學能力。然而，對于高倍正放大率的厚鏡片、雙焦軟鏡片或其他具有角膜畸形(如由于圓錐形角膜)的使用者來說，由于彎曲而導致的光學能力的變化是顯著的。
發(fā)明概述本發(fā)明使角膜的形狀與軟隱形眼鏡的相應形狀相匹配。所使用的幾何校正儀可將角膜仰角映射(map)至未彎曲的軟隱形眼鏡的背面，從而使得由所述鏡片的彎曲引起的誤差最小化。所述映射校正考慮了彎曲的影響。所制得的隱形眼鏡的背面具有與所述角膜的具體仰角相匹配的曲度，而其前面可以是球形或任何想要達到的對稱或不對稱的形狀。
根據(jù)本發(fā)明，所使用的幾何校正儀能映射角膜仰角，由視頻角膜鏡測量，例如進入未彎曲鏡片的背面。以這種方式進行的映射能使得由彎曲而引起的誤差最小化。本發(fā)明的方法在實現(xiàn)所期望的鏡片設計方面使用了許多簡化的設計。第一個簡化方式是角膜仰角(即相對于下面最優(yōu)適配球體的差異)被看作小于所述角膜曲度的頂徑。第二個簡化方式是當鏡片被彎曲時所述鏡片材料能均勻地變形及所述鏡片上的全部點都停留在同樣的方位角上。這些簡化方式幫助人們通過一種實際可行的技術方案來設計所述鏡片。
所述映射方法按兩步進行。第一步，所述角膜的仰角被映射到一個較大范圍的表面，該表面的曲度半徑與未彎曲的軟隱形眼鏡的曲度半徑相適應。第二步，使用一個面積保持校正儀將增大的仰角信號縮小。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點通過下面詳細的描述會變得清楚，并結合作為實施例的附圖更好地描述本發(fā)明的特征。


圖1圖示說明了實際的角膜仰角及它們最佳的球形配合(以一個最小的方形傳感)，分別以f(x)和g(x)表示；圖2圖示說明了起始仰角，f(θ)，用于起始仰角的最佳球形配合，g(θ)，增大的仰角，f(1)(θ)，及用于增大的仰角的最佳球形配合g(1)(θ)；圖3圖示說明了起始的角膜仰角，f(θ)，增大的仰角，f(1)(θ)，和減小的仰角，f(2)(θ)，與最佳的配合g(θ)和g(2)(θ)；圖4圖示說明了一個實施例，其中通過一個具有疊加的兩維正弦函數(shù)的球體模擬起始的角膜仰角。
圖5圖示說明了圖4中所介紹的角膜仰角增大的形式；及圖6圖示說明了使用等式(4)所得到的角膜仰角減小的變形。
優(yōu)選的實施方案的描述根據(jù)本發(fā)明，關于目標使用者的眼睛的任意角膜形狀信息可被獲得。該信息例如通過如下方式獲得在角膜的平均球面的上面和下面使用Z軸具有高分辨率的角膜形狀測量儀。該信息然后經(jīng)數(shù)學換算轉換為仰角數(shù)據(jù)。該仰角數(shù)據(jù)然后被送至一個可以是直線、極性的、同心的或與該裝置相配合的螺旋形的網(wǎng)格圖形，在這里通過使用CNC(計算機數(shù)字控制器)車床、磨床或按位置存儲的設備來加工所述鏡片的表面或鏡片模子。用工具加工或車床加工的表面可以是非水合的隱形眼鏡聚合物底面或注塑工具插入件的表面?？梢允褂每删幊痰募す馇谐O備加工用或車床加工所述表面。
最初，仰角數(shù)據(jù)被送至處于未彎曲狀態(tài)的軟隱形眼鏡模型。另外，該仰角數(shù)據(jù)可以僅被送至隱形眼鏡的背面，或僅送至其前面，或者所述前面和背面的一些范圍的結合。
下一步，考慮到該鏡片被放在眼睛上時軟鏡片要彎曲(即卷曲)，換算該仰角數(shù)據(jù)。典型地，軟鏡片比其上用來放置鏡片的角膜更加平坦，例如為1.0-1.5mm。因而，當使用所述起始角膜形狀數(shù)據(jù)來制造軟隱形眼鏡面或模型插入件時仰角和卷曲都需要被考慮。
所述彎曲變換仰角數(shù)據(jù)可被用來映射到CNC網(wǎng)格圖形上及被用來制造鏡片或模型工具面。使用這種信息所得到的鏡片在網(wǎng)格圖形上的厚度具有波動，該網(wǎng)格圖形相對于所述鏡片的中心旋轉或不旋轉對稱。當所制得的軟鏡片完好地卷在下面的角膜上，表面仰角的波動(即在所述角膜的平均球面的上面或下面)將顯著地消失。以這種方式，角膜不規(guī)則的形狀可以被校正，由于不規(guī)則的角膜形狀引起的光學偏差也同樣可基本上消除。為了實現(xiàn)其他的光學修正度，如球面或象散焦點，在所述鏡片的前面、背面或前面和背面可以結合適宜的曲度。
基于這些實踐的考慮，發(fā)明者認為理想的角膜是球形的。在這種情況下，實際的角膜仰角與其最佳的球形配合(以一個最小的方形傳感)分別如圖1所示的f(x)和g(x)。函數(shù)g(x)是具有半徑R1的球體的部分。
一般地，所述未彎曲的軟隱形眼鏡的半徑R2是球形的并大于最佳球形配合g(x)的半徑。因此，第一步是將角膜仰角f(x)轉換為較大刻度，最佳球形配合具有等于R2的半徑。一種簡化該轉換的方法由極坐標f(θ)表示的函數(shù)f(x)。然后，使用一個調(diào)整系數(shù)，α＝R2/R1，所述角膜仰角的刻度轉換可由下式表示f(1)(θ)＝αf(θ) (1)圖2圖示說明了起始仰角，f(θ)，用于起始仰角的最佳球形配合，g(θ)，增大的仰角，f(1)(θ)，及用于增大的仰角的最佳球形配合g(1)(θ)；在第二階段，增加的角膜仰角f(1)(θ)被減小從而使得軟鏡片所覆蓋的面積與該角膜的面積相一致。在二維情況下，減小的數(shù)值根據(jù)下述關系式計算f(2)(θ)＝α-1f(1)((θ-π/2)/α+π/2〕+R2(1-1/α) (2)圖3圖示說明了起始的角膜仰角，f(θ)，增大的仰角，f(1)(θ)，和減小的仰角，f(2)(θ)，與最佳的配合g(θ)和g(1)(θ)；
式(1)和(2)所給出的映射轉換并不限于角膜和隱形眼鏡的背面是球形的情況。而且，真實的角膜和鏡片曲度(如通過視頻角膜鏡測量)可被用來計算作為所述鏡片與所述角膜的曲度半徑之間的比值的刻度參數(shù)α。在一般情況下，所述刻度參數(shù)將是θ的函數(shù)，即α＝R2(θ)/R1(θ)＝α(θ)。
上面所討論的映射轉換可推廣到三維轉換的情況。在這種情況下，所述角膜仰角可表示為函數(shù)f(θ，)，其中θ和分別表示方位角和仰角。象上面所討論的，起始的仰角被增加，從曲度半徑R1(θ，)到曲度半徑R2(θ，)的表面上，使用下述轉換關系式f(1)(θ，)＝αf(θ，)(3)其中α＝R2(θ，)/R1(θ，)。
圖4圖示說明了一個實施例，其中起始的角膜仰角被一個具有疊加的兩維正弦函數(shù)的球體模擬。圖5圖示說明了圖4中所介紹的角膜仰角的增大的變形，由上式(3)得到。
為了得到所期望的軟隱形眼鏡的背面，象上面所討論的函數(shù)f(1)(θ，)按比例下降。然而，在三維情況下，在執(zhí)行比例操作時有許多種情況可供選擇從而使得所述面積被保持。例如，如果假定所述材料的變形是均勻而又徑向的，所述比例變化可僅僅通過改變仰角的數(shù)值，而不管起始的方位角。這可由下式表示f(2)(θ，)＝α-1f(1)〔θ，(-π/2)/α+π/2〕+R2(1-1/α)(4)圖6圖示說明了使用等式(4)所得到的角膜仰角的減小的變形。
雖然上面已經(jīng)介紹和描述了本發(fā)明的不同形式，但是對于本領域的技術人員來說各種修改和完善同樣落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。上面的描述不應理解為對本發(fā)明的限制，下面的權利要求書闡述了本發(fā)明所要保護的范圍。
權利要求
1.一種制造軟隱形眼鏡的方法，包括如下步驟使用角膜形狀自動記錄儀獲得眼角膜形狀的數(shù)據(jù)；將該形狀數(shù)據(jù)轉換為仰角數(shù)據(jù)；將該仰角數(shù)據(jù)映射到網(wǎng)格圖形上；及使用該網(wǎng)格圖形以形成所述鏡片的表面。
2.權利要求1的方法，其中所述使用步驟包括通過CNC車床、磨床和按位置鉆加工設備中的一個來加工所述鏡片的表面。
3.權利要求2所述的方法，其中所述表面包括非水合角膜鏡片聚合物底部和注塑工具插入件中一個的表面。
4.權利要求1所述的方法，其中所述使用步驟包括通過一個可控制的激光切除設備來加工所述鏡片的表面。
5.權利要求1所述的方法，還包括如下步驟將所述仰角數(shù)據(jù)應用于軟隱形眼鏡的形狀測量上；及當所述鏡片彎曲時轉換所述仰角數(shù)據(jù)。
6.權利要求1所述的方法，還包括如下步驟將曲度與鏡片的背面、前面和既包括背面又包括前面的至少一個相結合。
7.權利要求6的方法，其中所述結合的步驟包括下述步驟將所述鏡片的角膜仰角轉換為放大的角膜仰角以達到與起始角膜仰角最佳的配合。
8.權利要求7所述的方法，其中所述轉換角膜仰角的步驟按如下關系式進行f(1)(θ)＝αf(θ)；其中α是R2/R1，f(θ)是在極坐標中的角膜仰角，f(1)(θ)是增大的角膜仰角，R1是第一鏡片半徑及R2是第二鏡片半徑。
9.權利要求8的方法，其中R2是未彎曲的鏡片的半徑及R1是眼角膜的半徑。
10.權利要求7的方法，還包括如下步驟減小所述增大的角膜仰角以使所述鏡片覆蓋的面積與所述眼角膜的面積相一致。
11.權利要求10的方法，其中被相應于眼角膜的鏡片覆蓋的區(qū)域是所述鏡片的背面。
12.權利要求10的方法，其中所述減小的步驟根據(jù)如下關系式進行f(2)(θ)＝α-1f(1)〔(θ-π/2)/α+π/2〕+R2(1-1/α)；其中α-1＝是R1/R2，f(2)(θ)是減小的角膜仰角，R1是第一鏡片半徑及R2是第二鏡片半徑。
13.權利要求12的方法，其中R2是未彎曲的鏡片的半徑及R1是角膜的半徑。
14.權利要求7的方法，其中所述轉換角膜仰角的步驟按如下關系式進行f(1)(θ，)＝αf(θ，)其中α是R2(θ，)/R1(θ，)，θ是方位角，是仰角，f(1)(θ，)是增加的角膜仰角，f(θ，)是三維的角膜仰角，R1是第一個鏡片半徑及R2是第二個鏡片半徑。
15.權利要求14的方法，其中R2(θ，)是所述鏡片的曲度半徑，R1(θ，)是所述眼角膜的曲度半徑。
16.權利要求7的方法，還包括如下步驟減小所述增加的角膜仰角以得到所期望的鏡片的背面。
17.權利要求16的方法，其中所述減小步驟包括僅僅減小仰角以得到一個期望的鏡片的背面曲度。
18.權利要求17的方法，其中所述僅僅調(diào)整仰角的步驟根據(jù)如下關系式進行f(2)(θ，)＝α-1f(1)〔θ，(-π/2)/α+π/2〕+R2(1-1/α)；其中α-1是R1(θ，)/R2(θ，)，θ是方位角，是仰角，f(2)(θ，)是減小的角膜仰角，R1是第一鏡片半徑及R2是第二鏡片半徑。
19.權利要求18的方法，其中R2(θ，)是所述鏡片的曲度的半徑，R1(θ，)是所述角膜的曲度的半徑。
20.權利要求1的方法，其中所述網(wǎng)格圖形采用直線形、極軸形、同軸形、圓筒形和螺旋形中的一種格式。
全文摘要
提供了一種通過角膜形狀測量分析設計軟隱形眼鏡的方法。角膜的形狀與軟隱形眼鏡的相應形狀相匹配。所使用的幾何校正儀可將角膜仰角映射至未彎曲的軟隱形眼鏡的背面,從而使得由所述鏡片的彎曲引起的誤差最小化。所述映射校正考慮了彎曲的影響。結果所制得的隱形眼鏡的背面具有與所述角膜的具體仰角相匹配的曲度,而其前面可以是球形或任何想要達到的對稱或不對稱的形狀。
文檔編號G02C7/04GK1368864SQ00811548
公開日2002年9月11日 申請日期2000年8月8日 優(yōu)先權日1999年8月11日
發(fā)明者B·A·達維斯, M·J·科林斯, J·H·羅夫曼, D·R·伊斯坎德, D·F·羅斯 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司