專利名稱：隱形眼鏡及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隱形眼鏡。更具體地，本發(fā)明提供通過考慮在鏡片(lens)(透鏡)戴在眼睛上時(shí)的場(chǎng)(field)以及偏心(性)的效應(yīng)而設(shè)計(jì)的隱形眼鏡。
背景技術(shù)：
使用軟性隱形眼鏡用于矯正視覺敏銳度(acuity)缺陷已經(jīng)被廣泛接受。通常，在空中使用簡(jiǎn)單的近軸模型制作來設(shè)計(jì)軟性隱形眼鏡。這種鏡片設(shè)計(jì)方法沒有考慮在隱形眼鏡包裹在角膜上時(shí)場(chǎng)和偏心的效應(yīng)，從而導(dǎo)致不是最理想的鏡片性能。因此，需要一種改進(jìn)鏡片性能的隱形眼鏡以及鏡片設(shè)計(jì)的方法。


圖1描繪在本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法的一個(gè)實(shí)施例中使用的偏心位置。
圖2是本發(fā)明的鏡片的功率曲線。
圖3是示例的鏡片的共軸點(diǎn)比較的圖表。
圖4是示例的鏡片的離軸點(diǎn)比較的圖表。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種鏡片及其生產(chǎn)方法，其中在設(shè)計(jì)鏡片時(shí)考慮了瞳孔尺寸、場(chǎng)以及偏心性中的一個(gè)或多個(gè)。本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)是通過在鏡片設(shè)計(jì)中考慮這些因素，能設(shè)計(jì)接近受衍射限制的隱形眼鏡，其中當(dāng)離軸或偏軸時(shí)，這樣的鏡片具有優(yōu)于常規(guī)軟性隱形眼鏡的性能?！敖咏苎苌湎拗啤币馑际侵哥R片的同軸、居中性能比鏡片加眼睛的衍射極限的大約80％還高。
此外，本發(fā)明的單聚焦鏡片提供的性能最小化佩戴者通常所需要的光柱面(cylinder)，而無需由于鏡片所提供的更清晰圖像而在鏡片中包括錐度(toricity)，這補(bǔ)償了由于佩戴者的柱面而導(dǎo)致的圖像的某些模糊不清。作為另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的鏡片可用于為新出現(xiàn)的老花眼者提供近距離和中距離任務(wù)的調(diào)節(jié)。更具體地，本發(fā)明的鏡片對(duì)于校正需要小于大約1.75屈光度，優(yōu)選小于或等于增加功率的大約1.5屈光度的個(gè)體的近視敏銳度可能是有用的。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種軟性隱形眼鏡，該隱形眼鏡包括(本質(zhì)上包括)具有的形狀適于與角膜形狀實(shí)質(zhì)上相反匹配的背表面以及非球面的前表面，其中鏡片的瞳孔尺寸、場(chǎng)以及鏡片共心性之一或其中的多個(gè)的光學(xué)性能被最佳化。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種設(shè)計(jì)軟性隱形眼鏡的方法，其包括(本質(zhì)上包括)以下步驟成形鏡片的背表面，以便和角膜形狀實(shí)質(zhì)上相反地匹配；提供非球面前表面；以及對(duì)于瞳孔尺寸、場(chǎng)以及鏡片共心性之一或多個(gè)，最佳化鏡片的前表面的光學(xué)性能。
“實(shí)質(zhì)上相反匹配”意思是指鏡片的背表面實(shí)質(zhì)上可疊加在角膜的外形上?！皥?chǎng)”意思是指以某一角度進(jìn)入鏡片的光線。
本發(fā)明的鏡片的前表面是非球狀表面。通常的非球狀鏡片表面是通過提供球狀表面并且然后附加錐形常量(conic constant)到用于該表面的垂度方程式(sag equation)來設(shè)計(jì)的。在本發(fā)明的鏡片中，優(yōu)選地，通過采用球狀表面，以及與功率函數(shù)中的第三或更高(優(yōu)選地，第三到第八)編號(hào)項(xiàng)一起附加錐形常量到垂度方程式來提供非球狀表面?？蛇x地，還可以將鏡片描述為圍繞偏心圓錐或奇(特)非球面的光軸的旋轉(zhuǎn)來提供鏡片。
在描述表面的任一方法中，在鏡片設(shè)計(jì)中將要變化的參數(shù)是偏心的量、錐形常量、半徑以及功率項(xiàng)。球形項(xiàng)、錐形常量以及較高階項(xiàng)可以使用光代碼設(shè)計(jì)中適當(dāng)?shù)膬?yōu)質(zhì)函數(shù)來最佳化。適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)設(shè)計(jì)軟件在商業(yè)上可獲得，并且非限制地包括ZEMAXTM、CODE VTM、OSLOTM等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，優(yōu)質(zhì)函數(shù)將根據(jù)所使用的鏡片設(shè)計(jì)代碼以及隱形眼鏡的光學(xué)參數(shù)而變化，隱形眼鏡的光參數(shù)包括但不限于折射率以及鏡片厚度的約束。
所使用的錐形常量、非球面值和功率函數(shù)將取決于鏡片佩戴者的規(guī)定和設(shè)計(jì)最優(yōu)化偏愛(選擇)而變化。然而，錐形常量的優(yōu)選范圍為-12.00到大約-3.00。
在本發(fā)明的鏡片的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)下述方程式描述半徑、錐形常量以及非球面項(xiàng)
Z=CY21+1-(1+K)C2Y2+α1+α2Y2+α3Y3+α4Y4+...---(1)]]>其中Z是表面的垂度；C是表面的曲率，該曲率是1除以表面的半徑，或C＝1/R；Y是距表面的幾何中心的距離；K是錐形常量；以及α是非球面項(xiàng)。
在這個(gè)實(shí)施例中，使用第三到第八功率(函數(shù))的α項(xiàng)。對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)的3.5屈光度實(shí)施例，值如下R＝8.578046毫米K＝-5.708632；α1＝0；α2＝0；α3＝5.583403E-3α4＝-6.85069E-3α5＝6.107366E-3α6＝-2.68785E-3α7＝6.087638E-4；和α8＝-5.56538E-5。
本發(fā)明鏡片的背面曲線或背表面實(shí)質(zhì)上相反地和角膜形狀相對(duì)應(yīng)。優(yōu)選地，該表面實(shí)質(zhì)上相反地對(duì)應(yīng)于多數(shù)人的平均角膜形狀。該背表面可利用任何通用方法來設(shè)計(jì)。例如，是總體平均角膜形狀的標(biāo)準(zhǔn)角膜形狀可使用人類的角膜外形庫(kù)來開發(fā)?？蓮娜我鈹?shù)量的源中獲得涉及總體角膜形狀的適當(dāng)信息，其中源包括但不限于Atchison、DavidA.和George Smith的“Optics of the Human Eye”，Butter-Heinemann，第15-18頁(yè)(2000)?？蛇x地，還可以使用個(gè)體角膜的角膜形狀，其形狀可使用任何適當(dāng)?shù)慕悄ば螤顪y(cè)量裝置來確定，這些裝置包括但不限于KERATRONTM設(shè)備?？梢栽跀?shù)學(xué)上描述總體平均或個(gè)人角膜輪廓，包括但不限于使用Zernike系數(shù)、多項(xiàng)式功率項(xiàng)、Taylor級(jí)數(shù)、Fourier級(jí)數(shù)、圓錐形等。作為另一種替換，可使用具有大約7.85毫米半徑和-0.260錐形常量的角膜形狀，這些值是從已知的測(cè)量值中導(dǎo)出的，并表示典型眼睛的標(biāo)稱值。
然后，利用任意適當(dāng)方法最佳化所得到的鏡片，例如，利用諸如ZEMAX的光線跟蹤程序?qū)τ诙喾N場(chǎng)中的性能進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)選地，使用居中的和偏心的場(chǎng)，最佳化該表面。圖1說明了用于上述實(shí)施例的居中鏡片以及偏心場(chǎng)。顯示了在0度上的居中的共軸鏡片10，以及在+0.5毫米水平偏心鏡片11，在-0.5毫米水平偏心鏡片12，在+0.5毫米垂直偏心鏡片13，以及在-0.5毫米水平偏心鏡片14。雖然能使用任意數(shù)量方向上的無數(shù)配置，但是優(yōu)選地該鏡片相對(duì)于瞳孔居中并在第八偏心的配置上被最佳化?？蛇x擇偏心值，以代表假定的眼睛上的鏡片的隨機(jī)偏心性，而沒有在任意方向上的偏心性偏愛。優(yōu)選地，使用不少于四個(gè)方向用于偏心優(yōu)化，這些方向相對(duì)于鏡片的中心點(diǎn)并且沿90度軸向上，沿270度軸向下，沿180度軸向左和沿0度軸向右。
鏡片可以對(duì)于不同的瞳孔尺寸可以進(jìn)一步最佳化?？梢允褂萌魏螖?shù)量的瞳孔尺寸。優(yōu)選地，分別使用兩個(gè)瞳孔尺寸，3和5毫米，其尺寸近似用于低和高照度照明條件的總體平均。因?yàn)橥壮叽珉S著照度而變化，所以由于低照度條件而導(dǎo)致較大的瞳孔尺寸，鏡片佩戴者將感受到更多的像差。同樣，通常，光點(diǎn)大小也隨著人眼中的瞳孔尺寸而增加。因此，通過對(duì)于一個(gè)以上的瞳孔尺寸進(jìn)行最佳化，可以改進(jìn)鏡片性能。對(duì)于上述的偏心實(shí)施例中，使用瞳孔尺寸3和5毫米，如圖1所示，用于總共10種配置，每個(gè)具有5個(gè)場(chǎng)。使用這10種配置，前表面形狀參數(shù)由于光線跟蹤程序而變化，從而使用規(guī)定的優(yōu)質(zhì)函數(shù)來最佳化鏡片-眼睛系統(tǒng)，該優(yōu)質(zhì)函數(shù)是在用于所有場(chǎng)和配置的50和100循環(huán)上的調(diào)制傳遞函數(shù)(”MTF”)。通過對(duì)于居中和偏心條件與場(chǎng)進(jìn)行最佳化，由于鏡片偏心和場(chǎng)而引入到圖像中的像差可以被減少。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以使用利用眼睛模型的計(jì)算機(jī)模型制作和光線跟蹤程序來進(jìn)行鏡片表面的最佳化。優(yōu)選地，所使用的眼睛模型是除了平均眼睛之外還表示第5和第95百分比眼睛的模型。適當(dāng)?shù)墓饩€跟蹤程序包括但不限于ZEMAX、CODE V、OSLO等。
優(yōu)質(zhì)函數(shù)可被用于瞳孔尺寸以及共軸和偏心性的每個(gè)值。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，將根據(jù)期望的鏡片設(shè)計(jì)來確定所選擇的優(yōu)質(zhì)函數(shù)。還可以使用最佳化光學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)諸如光點(diǎn)尺寸、MTF、OTF、Strehl比率、環(huán)繞能、RMS波前誤差等及其組合的優(yōu)質(zhì)函數(shù)。圖2說明了使用本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法為3和5毫米瞳孔并考慮0度和X、Y中+/-5度以及X和Y中0.5毫米偏心性而設(shè)計(jì)的隱形眼鏡的功率曲線。該曲線是從平的到負(fù)的3.5屈光度的若干設(shè)計(jì)的平均。
作為可以如何實(shí)現(xiàn)最佳化的示例，選擇一種眼睛模型，并修正模型中從眼睛鏡片的背面到視網(wǎng)膜的距離，以代表一種特定規(guī)定。表示隱形眼鏡的前(表)面的球狀表面被添加到眼睛模型上，并且該表面被修正為非球狀表面，如同利用方程式1所表示的表面。各種物場(chǎng)被添加到該模型上，并且然后設(shè)定表示不同的選定的瞳孔尺寸和鏡片偏心性的多種配置。生成表示在不同場(chǎng)和配置上鏡片-眼睛模型組合的性能的優(yōu)質(zhì)函數(shù)。鏡片表面的參數(shù)變?yōu)樽兞浚⑶夜鈱W(xué)設(shè)計(jì)程序中的最佳化例程被啟動(dòng)，以最小化改進(jìn)鏡片-眼睛模型的光學(xué)性能的優(yōu)質(zhì)函數(shù)。
本發(fā)明的鏡片在鏡片被偏心(軸)時(shí)提供優(yōu)于常規(guī)軟性隱形眼鏡的離軸物點(diǎn)的性能。此外，本發(fā)明的鏡片對(duì)于佩戴者的光柱面提供一些校正，其最小化或基本上消除了對(duì)于鏡片佩戴者要包含光學(xué)柱面校正的需求。
本發(fā)明的鏡片可利用任意合適的用于制造硬性或軟性隱形眼鏡的鏡片形成材料來制造。用于形成軟性隱形眼鏡的示范性材料包括但不限于硅橡膠、含硅(樹脂)大裂球(包括但不限于在美國(guó)專利號(hào)5371147、5314960和5057578中所公開的，這些美國(guó)專利全部引入在此作為參考)、水凝膠、含硅(樹脂)水凝膠等及其組合。更優(yōu)選地，該表面是硅氧烷或包含硅氧烷功能，包括但不限于聚二甲基硅氧烷大裂球、異丁烯?；柩跬榧捌浠旌衔?、硅(樹脂)水凝膠或水凝膠。示范性的材料包括但不限于acquafilcon、etafilcon、genfilcon、lenefilcon、senefilcon、balafilcon、lotrafilcon或galyfilcon。
可用任何便利方法來加工處理鏡片材料。例如，可在模型內(nèi)沉積該材料并用熱、輻射、化學(xué)、電磁輻射處理等及其組合進(jìn)行加工處理(固化)。優(yōu)選地，使用紫外線燈或使用全光譜的可見光來執(zhí)行模塑。更具體地，適于處理鏡片材料的精確條件將取決于所選擇的材料以及要形成的鏡片。適當(dāng)?shù)奶幚砉_在其全部引入在此作為參考的美國(guó)專利號(hào)4495313、4680336、4889664、5039459以及5540410中。
本發(fā)明的隱形眼鏡可利用任意便利方法來形成。一種這樣的方法使用車床制造模型插入物。反過來，使用該模型插入物來形成模型。隨后，在模型之間放置適當(dāng)?shù)溺R片材料，隨后壓縮并處理樹脂，以形成本發(fā)明的鏡片。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可使用任意其他數(shù)量的已知方法來生產(chǎn)本發(fā)明的鏡片。
通過考慮下面的非限制性的示例將進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
示例比較根據(jù)本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的鏡片的性能以及在空氣中使用近軸光學(xué)設(shè)計(jì)的鏡片的性能。近軸設(shè)計(jì)，鏡片(透鏡)A，是具有-3.00屈光度的ACUVUE2BRAND etafilcon鏡片。鏡片A設(shè)計(jì)使用FiniteElement Analysis(“FEA”)技術(shù)被包裹在標(biāo)稱角膜上。然后，將從FEA得到的鏡片形狀載入ZEMAX光線跟蹤程序。
圖3和4是下面比較在距離包裹的鏡片A的中心設(shè)計(jì)點(diǎn)高達(dá)±-0.5屈光度上的0和5度場(chǎng)RMS點(diǎn)尺寸和本發(fā)明的鏡片設(shè)計(jì)即鏡片B的圖表。鏡片B是-3.00屈光度etafilcon鏡片。用于鏡片B的優(yōu)質(zhì)函數(shù)是在焦點(diǎn)上、具有±5度場(chǎng)以及±X和±Y方向上0.5毫米偏心率的RMS點(diǎn)尺寸。在這些偏心條件下，對(duì)于在0度場(chǎng)以及在X和Y中的±5度場(chǎng)，最佳化場(chǎng)。使用的配置的總數(shù)是10，并且所有的條件是在2.5和4.5毫米視在瞳孔(apparent pupil)上。
圖3和4顯示了與鏡片A相比較對(duì)于距離設(shè)計(jì)點(diǎn)高達(dá)0.5屈光度在4毫米視在瞳孔上本發(fā)明的設(shè)計(jì)具有優(yōu)越的或更小的RMS光點(diǎn)尺寸。
權(quán)利要求
1.一種軟性隱形眼鏡，包括背表面，其具有的形狀適于實(shí)質(zhì)上和角膜形狀相反匹配，以及非球狀前表面，其中最佳化對(duì)于瞳孔尺寸、場(chǎng)以及鏡片向心性之中的一個(gè)或多個(gè)的鏡片光學(xué)性能。
2.一種軟性隱形眼鏡，包括背表面，其具有的形狀適于實(shí)質(zhì)上和角膜形狀相反匹配，以及非球狀前表面，其中最佳化對(duì)于瞳孔尺寸、場(chǎng)以及鏡片向心性之中每一個(gè)的鏡片光學(xué)性能。
3.一種軟性隱形眼鏡，包括背表面，其具有的形狀適于實(shí)質(zhì)上和角膜形狀相反匹配，以及非球狀前表面，其中最佳化對(duì)于瞳孔尺寸、場(chǎng)以及鏡片向心性之中的一個(gè)或多個(gè)的鏡片光學(xué)性能，以及其中鏡片提供低于大約1.75屈光度的近視敏銳度的校正。
4.一種軟性隱形眼鏡，包括背表面，其具有的形狀適于實(shí)質(zhì)上和角膜形狀相反匹配，以及非球狀前表面，其中最佳化對(duì)于瞳孔尺寸、場(chǎng)以及鏡片向心性之中每一個(gè)的鏡片光學(xué)性能，以及其中鏡片提供低于大約1.75屈光度的近視敏銳度的校正。
5.權(quán)利要求1、2、3或4所述的鏡片，其中背表面實(shí)質(zhì)上相反地對(duì)應(yīng)于全體個(gè)體的平均角膜形狀。
6.權(quán)利要求1、2、3或4所述的鏡片，其中背表面實(shí)質(zhì)上相反地對(duì)應(yīng)于個(gè)體的角膜形狀。
7.權(quán)利要求1、2、3或4所述的鏡片，其中背表面對(duì)應(yīng)于具有大約7.85毫米半徑的角膜形狀，并且錐形常量是-0.260。
8.一種用于設(shè)計(jì)軟性隱形眼鏡的方法，包括以下步驟成形鏡片的背表面，以便實(shí)質(zhì)上相反地對(duì)應(yīng)于角膜形狀，提供非球狀前表面，以及對(duì)于瞳孔尺寸、場(chǎng)以及鏡片向心性之中的一個(gè)或多個(gè)，最佳化前表面的光學(xué)性能。
9.一種用于設(shè)計(jì)軟性隱形眼鏡的方法，包括以下步驟成形鏡片的背表面，以便實(shí)質(zhì)上相反地對(duì)應(yīng)于角膜形狀，提供非球狀前表面，以及對(duì)于瞳孔尺寸、場(chǎng)以及鏡片向心性，最佳化前表面的光學(xué)性能。
10.權(quán)利要求8或9所述的鏡片，其中通過采用球狀表面并與功率函數(shù)中的第三或更高編號(hào)項(xiàng)一起添加錐形常量到垂度方程式，提供非球狀表面。
11.權(quán)利要求8或9所述的鏡片，其中通過采用球狀表面并與功率函數(shù)中的第三到第八編號(hào)項(xiàng)一起添加錐形常量到垂度方程式，提供非球狀表面。
12.權(quán)利要求9所述的鏡片，其中錐形常量是-12.00到大約-3.00。
13.權(quán)利要求10所述的鏡片，其中錐形常量是-12.00到大約-3.00。
14.權(quán)利要求9所述的方法，其中使用相對(duì)于瞳孔居中的鏡片以及相對(duì)于瞳孔的多個(gè)偏心值來執(zhí)行最佳化。
15.權(quán)利要求10所述的方法，其中使用相對(duì)于瞳孔居中的鏡片以及相對(duì)于瞳孔的多個(gè)偏心值來執(zhí)行最佳化。
16.權(quán)利要求9所述的方法，其中使用相對(duì)于瞳孔居中的鏡片以及相對(duì)于瞳孔的4到8之間的偏心值來執(zhí)行最佳化。
17.權(quán)利要求10所述的鏡片，其中使用相對(duì)于瞳孔居中的鏡片以及相對(duì)于瞳孔的4到8之間的偏心值來執(zhí)行最佳化。
18.權(quán)利要求9所述的方法，其中使用相對(duì)于瞳孔居中的鏡片以及相對(duì)于瞳孔的多個(gè)偏心值來執(zhí)行最佳化。
19.權(quán)利要求10所述的方法，其中使用相對(duì)于瞳孔居中的鏡片以及相對(duì)于瞳孔的多個(gè)偏心值來執(zhí)行最佳化。
20.權(quán)利要求14所述的方法，其中最佳化進(jìn)一步包括對(duì)于多個(gè)瞳孔尺寸的最佳化。
21.權(quán)利要求9所述的方法，其中使用相對(duì)于瞳孔居中的鏡片以及相對(duì)于瞳孔的多個(gè)偏心值來執(zhí)行最佳化。
22.權(quán)利要求10所述的方法，其中使用相對(duì)于瞳孔居中的鏡片以及相對(duì)于瞳孔的多個(gè)偏心值來執(zhí)行最佳化。
23.權(quán)利要求9所述的方法，其中使用多個(gè)場(chǎng)來執(zhí)行最佳化。
24.權(quán)利要求10所述的方法，其中使用多個(gè)場(chǎng)來執(zhí)行最佳化。
25.權(quán)利要求9所述的方法，其中使用多個(gè)場(chǎng)來執(zhí)行最佳化。
26.權(quán)利要求10所述的方法，其中使用多個(gè)場(chǎng)來執(zhí)行最佳化。
27.權(quán)利要求14所述的方法，其中最佳化進(jìn)一步包括對(duì)于3和5毫米的瞳孔尺寸進(jìn)行最佳化。
全文摘要
本發(fā)明提供通過考慮瞳孔尺寸、場(chǎng)以及偏心性之中的一個(gè)或多個(gè)來設(shè)計(jì)的鏡片。
文檔編號(hào)G02C7/04GK1969220SQ200580019497
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者L·G·瓊斯, J·W·海伍德 申請(qǐng)人:莊臣及莊臣視力保護(hù)公司