專利名稱：具有受控的光焦度分布的復曲面接觸透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接觸透鏡。具體地，本發(fā)明涉及一種復曲面接觸透鏡，其 具有用于校正散光視覺誤差的柱面光學表面(或光焦度)和提供改善的視 覺校正的受控的光焦度分布。
背景技術(shù)：
接觸透鏡廣泛用于校正多種不同類型的視覺缺陷。這些缺陷包括諸如
近視和遠視這樣的缺陷、散光視覺誤差、以及通常與年齡有關(guān)的i^巨離視 覺缺陷(老花)。
散光是眼睛中的與光焦度子午線(meridians)有關(guān)的折射誤差。這通 常是由具有超環(huán)面形狀的一個或多個折射面(最常見地，前角膜)造成的。 它也可能是由橫向偏移或者傾斜的一個或多個表面造成的。散光通常^Jl 則的，這意味著主(最大和最小光焦度)子午線相互垂直。帶有散光的人 們在任何距離上的視覺都是模糊的，雖然這可能因散光類型的不同而在遠 處或者近處最嚴重。這些人會抱怨與費力的目視工作有關(guān)的眼痛和頭痛。 散光可用復曲面接觸透鏡來校正，所述復曲面接觸透鏡通常具有一個球面 表面和一個超環(huán)(柱面)表面，其可以形成在復曲面透鏡的后表面(后方 表面)或前表面(前方表面)上。由于散光需要的視覺校正通常與其它折 射異常(諸如近視或遠視)相關(guān)，因此復曲面接觸透鏡一般還開具有用于 校正近視散光或遠視散光的球面光焦度校正。
傳統(tǒng)的具有一個超環(huán)面和一個球面表面的復曲面接觸透鏡通常將具有 不受控制的光焦度分布。復曲面透鏡的某一位置上的光焦度不僅取決于到 光軸(或者透鏡中心)的距離，而且還取決于相對于復曲面透鏡的主子午線的角位置。另外，復曲面透鏡的光焦度分布與其目標光焦度(即Rx)有 關(guān)。根據(jù)透鏡的球面光焦度和柱面光焦度，復曲面透鏡的光焦度可由單純 正的光焦度偏差(即遠離透鏡中心的位置上的光焦度大于透鏡中心上的光 焦度)、單純負的光焦度偏差(即遠離透鏡中心的位置上的光焦度小于透 鏡中心上的光焦度)、或它們的組合組成。在這種不受控制的光焦度分布 下，復曲面透鏡不能為患者、尤其是瞳孔較大的患者提供最佳視覺。
此外，球面像差是眼睛的內(nèi)在高階像差分量。球面像差一般是繞光軸 旋轉(zhuǎn)對稱的像差。由于角膜和晶狀體的光學特性，典型的成年人眼睛內(nèi)在 表現(xiàn)出球面像差(正的球面像差)量隨瞳孔直徑放大而增加。通常，成年 人的球面像差在瞳孔直徑為6mm時約為1屈光度，而該球面像差在瞳孔 為8mm時略小于2屈光度。具有單純正的光焦度偏差的復曲面透鏡不會 抵消而是加重眼睛的內(nèi)在球面像差，且同樣地不能向瞳孔相對較大或處于 黑暗狀態(tài)下(即具有放大的瞳孔)的患者提供良好的視覺。
因此，有利的是復曲面透鏡被設計成具有受控的光焦度分布，其優(yōu)選 能夠抵消典型人眼的內(nèi)在球面像差，以便向患者提供改善的視覺。
本發(fā)明的目的是提供一種具有受控的光焦度分布的復曲面接觸透鏡。
本發(fā)明的另一 目標是提供一種用于制造具有受控的光焦度分布的復曲 面接觸透鏡的方法。
本發(fā)明的進一步目標是提供一組接觸透鏡，其具有一組不同的柱面光 焦度和一組不同的球面光焦度。所述組中的各個透鏡均具有受控的光焦度 分布。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)上述目標，根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供了一種具有受控的光焦 度分布的復曲面接觸透鏡。本發(fā)明的復曲面接觸透鏡具有光軸、具有第一 光學區(qū)的前表面、和具有第二光學區(qū)的相對的后表面。第一光學區(qū)和第二 光學區(qū)結(jié)合提供目標柱面光焦度和目標球面光焦度。第一和第二光學區(qū)中 的至少一個具有非球面表面，其被設計成與另 一光學區(qū)的表面一 同提供受控的光焦度分布，所述光焦度分布關(guān)于光軸基本旋轉(zhuǎn)對稱或者結(jié)合有球面
像差分量，其中所述球面像差分量由四階、六階、八階Zernike球面像差 項中的任何一個來描述，且在離光軸3mm處具有-0.5屈光度至約-1.5屈光 度的值。
本發(fā)明在另 一方面提供了 一組復曲面接觸透鏡，其具有一組不同的目 標柱面光焦度和一組不同的目標球面光焦度，其中該組中的每一個接觸透 鏡都具有光軸、具有第一光學區(qū)的前表面、和具有第二光學區(qū)的相對的后 表面，其中第一和第二光學區(qū)之一為超環(huán)面，而另一光學區(qū)則為非超環(huán)面 的球面或非球面表面，其中第一和第二光學區(qū)中的至少一個的表面被設計 成與另一光學區(qū)的表面一同提供受控的光焦度分布，其中(l)透鏡的光 焦度偏差基本不變；(2 )離光軸3mm處的光焦度偏差在約-0.5屈光度至 約-1.5屈光度之間；(3)離光軸3mm處的光焦度偏差比離光軸2mm處 的光焦度偏差小約0.2屈光度至約1.0屈光度；或者(4)存在由四階、六 階、八階Zernike球面像差項或其組合描述的球面像差分量，其中該球面 像差分量在離光軸3mm處具有在-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間的值。
在其它方面，本發(fā)明提供了一種用于制造本發(fā)明的復曲面接觸透鏡或 者本發(fā)明的一組復曲面接觸透鏡的方法。
本發(fā)明的這些和其它方面將通過下述參照附圖
對優(yōu)選實施例的描述變得清 晰。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，可以對本發(fā)明進行各種改變 和改進，而不會脫離所公開的新的構(gòu)思的精神和范圍。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細描述本發(fā)明實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然能夠在本發(fā)明中 進行各種改進和改變而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。例如，作為某一實施 例的一部分示出或者描述的特征可被用在另一實施例上以進一步形成另一 實施例。因此，本發(fā)明旨在覆蓋在所附權(quán)利要求及其等同物范圍之內(nèi)的那 些改進和改變。本發(fā)明的其它目標、特征和方面在以下詳細描述中公開或 者通過其變得顯而易見。本領(lǐng)域技術(shù)人員應理解目前的討論只是對示例
9性實施例的描迷，而不希望是對本發(fā)明的更廣義方面的限制。
除非另外定義，文中使用的所有技術(shù)和科技術(shù)語具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域 技術(shù)人員所公知的相同含義。通常，文中使用的術(shù)語和制造過程在本領(lǐng)域 公知且被普遍使用。對于這些制造過程均采用常規(guī)方法，例如本領(lǐng)域常規(guī) 方法及各種常規(guī)手段。當術(shù)語以單數(shù)示出時，本發(fā)明人也考慮到術(shù)語的復 數(shù)情況。文中使用的術(shù)語和下面所描述的制造過程在本領(lǐng)域公知且被普遍 使用。
當用于本文中時，"非球面表面，，旨在描述非球面的表面。 "球面接觸透鏡"旨在描述具有其兩個相對的表面均為球面(即，每 一個都可以由球面數(shù)學函數(shù)定義)的光學區(qū)的接觸透鏡。
光軸是通過接觸透鏡的光學區(qū)的兩相對表面的兩中心的假想的線。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣，視線(LOS)是連接固定點和入射 瞳孔中心以及連接出射瞳孔中心和視網(wǎng)膜中心凹的假想線。LOS已被美國 光學協(xié)會資助的特別工作組推薦用作用于測量和報告眼睛光學像差的參考 軸(Applegate, et al. in Vision Science and Its Applications, OSA Technical Digest ( Optical Society of America, Washington D.C.) ,2000:146-149，其 全文在此引用作為參考)。通常，LOS用關(guān)于瞳孔軸測得的角度K來指示。 瞳孔軸是垂直于角膜且穿過入射瞳孔中心的軸線。
關(guān)于接觸透鏡的"目標球面光焦度"是指由目艮保健從業(yè)者開具以提供 負的或正的球面光焦度校正的光焦度。通常，目標球面光焦度對應接觸透 鏡的光學區(qū)中心上的光焦度。
關(guān)于接觸透鏡的"目標柱面光焦度"是指由眼保健從業(yè)者開具以校正 患者的散光視覺誤差的光焦度。
當用于本文中時，關(guān)于透鏡的"球面像差"是指透鏡的光焦度隨著離 光軸的距離(半徑或者直徑)而變化，偏離理想光焦度(即光學區(qū)中心上 的光焦度)。負的球面像差旨在描述透鏡在偏離其光學區(qū)中心的位置上的 光焦度比透鏡在光學區(qū)中心上的光焦度小(或者更加負)。正的球面像差 旨在描述透鏡在偏離其光學區(qū)中心的位置上的光焦度比透鏡在該中心上的光焦度大(或者正的更多)。
關(guān)于復曲面接觸透鏡的"球面像差分量"旨在描述復曲面透鏡的波前
像差的分量可由Zernike多項式中的球面像差型Zernike項定義。
Zernike多項式是在單位圓上正交的一組函數(shù)。它們可用于描述有像 差的波前的形狀。對于這些多項式，存在幾種不同的標準化和編號方案。 通常以極坐標(p,e)定義Zernike多項式，其中p是范圍在0到1之間的 徑向坐標，e是范圍在0到27i之間的方位角分量。Zernike多項式中的每一 個都包括三個分量標準化因子，徑向相關(guān)分量和方位角相關(guān)分量。徑向 分量是多項式，然而方位角分量是正弦曲線。雙索引方案可用于清楚地描 述這些函數(shù)，其中索引n描述徑向多項式的最高次冪或階，索引m描述方 位角分量的角頻率。
由于Zernike多項式是正交的，因此像差可分離且能夠如下所述那樣 進行處理。第一階Zernike模是線性項。第二階Zernike模是二次方項， 其對應光焦度和散光。第三階Zernike才莫是三次方項，其對應彗差和三葉 草樣散光。第四階Zernike模對應球面像差、二次散光和四葉草樣散光。 第五階Zernike模是更高階的不規(guī)則像差。瞳孔內(nèi)的波前上的局部不規(guī)則 性由這些更高階的Zernike表示。
提出的OSA標準(美國光學協(xié)會)的至6階的Zernike多項式表格如 下所示(更多有關(guān) Zernike 多項式的信息見 http:〃color.eri.harvard.edu/standardiztion/standardsTOPS4.pdf)。
iinmz:(P，e)jnmz:(P,e)
00011444VT^ p4 cos 49
11-l2 p sin 615-5VT^" p5 sin 5Q
2112 p cos 6165-3VT^ (5p5-4p3) sin 39
32-2p2 sin 26175-lVT^(10p5-12p3+3p) sin9
420V^(2p2-1)1851V^"(10p5-12p3+3p) cos9
522V^" p2 cos 261953VTI(5p5-4p3) cos 3e
63-3p3 sin2055VT^" p5 cos 59
73-1V^"(3p3-2p) sin 9216-6V^ p6 sin 66
831V^(3p3-2p) cos9226-4VH (6p6-5p4) sin 49
933p3 cos 39236-2V^(15p6-20p4+6p2) sin 29
104-4# p4 sin 462460V7 (20p6-30p4+12p2-l)
114-2# (4p4-3p2) sin 292562VT (15p6-20p4+6p2) cos 29
1240V^(6p4-6p2+l)2664W (6p6-5p4) cos 49
1342V^(4p4-3p2) cos 202766VI p6 cos 69
"球面像差型項"是指提出的OSA標準(美國光學協(xié)會)Zernike多 項式中的Z/、 Z6°、 Z8fl、 Z^中的任一項或者這些Zernike項的組合。
球面像差分量的分離可通過用能夠?qū)⒉ㄇ胺纸獬蒢ernike基組的焦度 計系統(tǒng)在整個光焦度范圍上對透鏡進行測量來完成。這些裝置的實例是來 自Wavefront Sciences的基于Shack-Hartmann的系統(tǒng)和來自Rotlex的基 于橫向剪切干涉測量的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)能夠以與眼用波前傳感器類似的方 式輸出波前的光焦度分布。用于測量眼睛的主觀式屈光的綜合屈光檢查儀 對這些軸對稱項求平均，但是能夠通過使用柱面透鏡分離散光分量。類似 地，諸如Marco這樣的焦度計對波前的軸對稱項求平均，但是能夠分離復 曲面分量。
"光焦度偏差"是指給定透鏡位置(p，e)上的光焦度與透鏡光軸所通
過的光心(0,0)上的光焦度之差，即Ap-px-po，其中Ap是相對于光心
的在透鏡位置(p，e)上的光焦度偏差，pp，e是透鏡位置(p,e)上的光焦度，
而po,o是光心上的光焦度。
12關(guān)于接觸透鏡的"基本不變的光焦度分布"旨在描述其中在6mm直 徑光學區(qū)內(nèi)的(偏離光學區(qū)中心的)任意位置上的光焦度偏差在約-0.1屈 光度至約0.1屈光度之間的光焦度分布。
"光學模型透鏡"是指在計算機系統(tǒng)中設計的且通常不包含其它非光 學系統(tǒng)的眼用透鏡，所述非光學系統(tǒng)是接觸透鏡的一部分。
"斜面"是指位于接觸透鏡的后表面的邊緣處的非光學表面區(qū)。 一般 而言，斜面是相當平坦的曲面，且通常與接觸透鏡的基曲(光學后表面) 混合，并且看起來象邊緣附近的朝上的錐形。這樣防止更為陡峭的基曲半 徑夾住眼睛，且允許邊緣稍微抬起。該邊緣抬起對于眼淚正確流過角膜是 重要的，并且使得透鏡佩戴起來感覺更為舒適。
"透鏡體"是指位于光學區(qū)與邊緣之間的接觸透鏡的前表面的非光學 表面區(qū)。透鏡體的主要功能是控制透鏡邊緣的厚度。
在一個方面，本發(fā)明提供了一種具有受控的光焦度分布的復曲面接觸 透鏡。本發(fā)明的復曲面接觸透鏡具有光軸；前表面，其具有第一光學區(qū)； 以及相對的后表面，其具有第二光學區(qū)。第一光學區(qū)和第二光學區(qū)結(jié)合起 來提供目標柱面光焦度和目標球面光焦度。第一和第二光學區(qū)中的至少一 個具有非球面表面，其被設計成與另一光學區(qū)的表面一同提供受控的光焦 度分布，所述分布關(guān)于光軸基本旋轉(zhuǎn)對稱或者結(jié)合有球面像差分量，其中 該球面《象差分量由四階、六階、八階Zernike球面4象差型項中的任何一個 來描述，并且在離光軸3mm的地方具有-0.5屈光度至約-1.5屈光度的值。 根據(jù)本發(fā)明，關(guān)于復曲面接觸透鏡的術(shù)語"基本旋轉(zhuǎn)對稱"旨在描述在 透鏡的光學區(qū)內(nèi)，在關(guān)于光軸的給定半徑上的光焦度基本不變，即在離光 軸3mm處測得的光焦度上的最大差異小于0.05屈光度。
根據(jù)本發(fā)明，第一光學區(qū)或第二光學區(qū)之一是超環(huán)面，且另一光學區(qū) 是球面表面、或優(yōu)選為非球面表面。
通過在Y-Z平面上定義曲面(其中Z軸沿法向方向穿過曲面頂點)、 且隨后繞與Y軸平行且相距r的軸線旋轉(zhuǎn)該曲面來形成該超環(huán)面。距離r 的值基于用來校正佩戴者的散光的接觸透鏡的所需柱面光焦度進行選擇。該曲面可用任何一種數(shù)學函數(shù)來定義，優(yōu)選用錐函數(shù)(公式1)或者多項
式函數(shù)(公式2)來定義。
其中c是曲率(半徑的倒數(shù))，k是錐體常數(shù)，以及a廣oi7為系數(shù)。 距離r的值可被選擇成使接觸透鏡獲得所需要的柱面光焦度以用于校正眼
睛散光誤差o
超環(huán)面還可以是由公式3定義的雙錐形表面
其中Cx和Cy是x和y子午線上的曲率，kx和ky是錐體常數(shù)，且Z 軸穿過該表面的頂點。
根據(jù)本發(fā)明，該非超環(huán)面的非球面表面優(yōu)選通過繞Z軸旋轉(zhuǎn)公式1或 2的曲面來定義。
根據(jù)本發(fā)明，接觸透鏡的光軸可以是穿過前、后表面的幾何中心的中 心軸線。
在優(yōu)選實施例中，光軸與眼睛的視線(LOS)基本重合。人們認為對 于更高級的像差，使折射校正與整個眼睛視線而不是透鏡中心對準更為重 要。
根據(jù)本發(fā)明，眼睛的視線可以是個體的眼睛的測量數(shù)據(jù)，或者優(yōu)選是 從統(tǒng)計上代表人群中的個體的眼睛的視線的特征數(shù)據(jù)。
任何合適的方法均可被用來獲得眼睛的視線。例如，人們可以通過固 定在初始的注視的眼睛的波前數(shù)據(jù)和角膜地形圖獲取眼睛的LOS。
+ +a2^ +a3_y +"4^ +^5>* +^6^ +a7_y由于視網(wǎng)膜中心凹的偏心(通常是暫時和較低的)和眼睛的像差，眼 睛的視線通常不與眼睛的幾何或機械軸線對齊。在這種情況下，接觸透鏡 將不會給傳至佩戴者眼睛的圖像提供最佳的視覺調(diào)整。
在優(yōu)選實施例中，離光軸3mm處的透鏡光焦度偏差在約-0.5屈光度至 約-1.5屈光度之間、優(yōu)選在約-0.8屈光度至-約l.l屈光度之間。某一位置 上的透鏡光焦度偏差旨在描述光軸通過點與該位置之間的光焦度差(Po -Pi)。
在另 一優(yōu)選實施例中，透鏡的受控的光焦度分布包括用提出的OSA標 準(美國光學協(xié)會)Zernike多項式中的Z4G、 Z6G、 Z8G、 Z^中的任一項 或者這些Zernike項的組合描述的球面像差分量，其中該球面像差分量在 離光軸3mm處的值在-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間、優(yōu)選在約-0.8屈光 度至約-l.l屈光度之間。優(yōu)選用Z/描述該球面像差分量。在只作計算時， Z (4,0)項的均方根值在約-0.034ium (對應-0.2D的球面《象差值)至約 -0.168jim (對應-1.0D的球面像差值)之間。
在另一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的復曲面接觸透鏡是多焦點的復曲面接 觸透鏡。第一和第二光學區(qū)之一為超環(huán)面，另一光學區(qū)則包括其直徑在約 2.0mm至約3.50mm之間的中心圓形區(qū)和包圍該中心圓形區(qū)的環(huán)形區(qū)。該 中心圓形區(qū)和環(huán)形區(qū)與光軸同心。第一和第二光學區(qū)結(jié)合起來提供用于校 正散光視覺誤差的目標柱面光焦度和用于補償老花的多焦點球面光焦度。
包圍中心圓形區(qū)的環(huán)形區(qū)具有用來在內(nèi)周邊緣至外周邊緣之間提供基 本不變的光焦度(基本光焦度或者目標光焦度)以進行遠距視力校正的表 面。該表面可以是球面或者非球面的。
中心圓形區(qū)是光焦度漸進遞增區(qū)，其用于i^巨視力校正和可選地用于 中間碎見力校正。它與光軸基本同心。該光焦度漸進增加區(qū)的直徑優(yōu)選在約 2.0至約3.5之間、更優(yōu)選地在約2.2mm至3.0mm之間。
優(yōu)選，前表面的第一光學區(qū)是超環(huán)面或者雙錐形表面，后表面包括光 焦度漸進遞增區(qū)。
為超環(huán)面或雙錐形表面的光學區(qū)可具有任何常規(guī)復曲面透鏡的形狀。優(yōu)選，其為圓形。更優(yōu)選為，其與光軸基本同心。
可以理解該組的接觸透鏡中的每個透鏡都可具有包圍該光學區(qū)的一 個或多個非光學區(qū)。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知如何將一組普通的非光學區(qū)引入 透鏡設計中。
本發(fā)明的復曲面接觸透鏡還可包括一個或多個取向特征，所述取向特 征在眼睛上提供預定取向。示例性的取向特征包括但不限于兩個薄區(qū)、輪 廓雙片去除區(qū)(contour double slab-off)、棱鏡平穩(wěn)載體等。本發(fā)明的復 曲面接觸透鏡優(yōu)選具有美國專利7，052，133所公開的取向特征。
另一方面，本發(fā)明提供了一組復曲面接觸透鏡，其具有一組不同的目 標柱面光焦度和一組不同的目標球面光焦度，其中所述組中的每個接觸透 鏡均具有光軸、具有第一光學區(qū)的前表面、和具有第二光學區(qū)的相對后表 面，其中第一和第二光學區(qū)之一為超環(huán)面，而另一光學區(qū)則為非超環(huán)面的 球面或非球面表面，其中第一和第二光學區(qū)中的至少一個的表面被設計成 與另一光學區(qū)的表面一同提供受控的光焦度分布，其中(l)透鏡的光焦 度偏差基本不變；(2 )離光軸3mm處的光焦度偏差在約-0.5屈光度至約 -1.5屈光度之間；(3)離光軸3mm處的光焦度偏差比離光軸2mm處的 光焦度偏差小約0.2屈光度至約1.0屈光度；或者(4)存在用四階、六階、 八階Zernike球面像差型項或其組合描述的球面像差分量，其中球面像差 分量在離光軸3mm處具有在-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間的值。
根據(jù)本發(fā)明， 一組透鏡指這樣一組透鏡，其中的每一個都具有在約-15 至約10屈光度(D )之間、優(yōu)選在約-10屈光度至約6屈光度之間的目標 球面光焦度，以及例如大小在約0.75屈光度至約4.0屈光度之間的目標柱 面光焦度。
所描述的超環(huán)面、非超環(huán)面、取向特征和光軸的各種實施例均可結(jié)合
用于本發(fā)明的這個方面。
在優(yōu)選實施例中，該組中的每個透鏡都基本沒有光焦度偏差。
在另一優(yōu)選實施例中，該組中的每個透鏡的光焦度偏差分布都是基本
旋轉(zhuǎn)對稱的。更優(yōu)選地，其目標球面光焦度在0至約15屈光度之間的各透
16鏡都基本沒有光焦度偏差；其目標球面光焦度在約-1.0屈光度至約-6.0屈 光度之間的各透鏡具有與具有相同目標球面光焦度的球面透鏡的光焦度偏 差分布相仿的光焦度偏差分布；且其目標球面光焦度在約-6.0屈光度至約 -15.0屈光度之間的各透鏡具有受控的光焦度分布，其中離光軸3mm處的 光焦度偏差比離光軸2mm處的光焦度偏差小約0.2屈光度至約1.0屈光度。
在另 一優(yōu)選實施例中，該組中的所有透鏡都具有基本相同的球面像差 分量，其在離光軸3111111處具有在-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間、優(yōu)選在 約-0.8屈光度至約-l.l屈光度之間的球面像差值。
在另 一優(yōu)選實施例中，該組中的所有透鏡都具有基本相同的球面像差 分量，其中離光軸3mm處的球面像差值比離光軸2mm處的球面像差值小 約0.2屈光度至約l.O屈光度。
在另一優(yōu)選實施例中，非超環(huán)面包括直徑在約l.Omm至約4.0mm之 間的中心圓形區(qū)和包圍該中心圓形區(qū)的環(huán)形區(qū)。該中心圓形區(qū)和環(huán)形區(qū)與 光軸同心。非超環(huán)面和超環(huán)面結(jié)合起來提供用于校正散光視覺誤差的目標 柱面光焦度和用于補償老花的多焦點球面光焦度。
包圍中心圓形區(qū)的環(huán)形區(qū)具有在內(nèi)周邊緣至外周邊緣之間提供基本不 變的光焦度(基本光焦度或者目標光焦度)以進行遠距視力校正的表面。 該表面可以是球面或者非球面的。
該中心圓形區(qū)是光焦度漸進遞增區(qū)，其用于i^巨視力校正和可選地用 于中間視力校正。它與光軸基本同心。該光焦度漸進遞增區(qū)的直徑優(yōu)選在 約2.0至約3.5之間、更優(yōu)選地在約2.2mm至3.0mm之間。
該光焦度漸進遞增區(qū)的上述各種實施例均可結(jié)合到該優(yōu)選實施例中。
可以理解該組的接觸透鏡中的每個透鏡都可具有包圍光學區(qū)的一個 或多個非光學區(qū)。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知如何將一組普通的非光學區(qū)引入透 鏡設計中。
可以利用光學計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)和機械CAD系統(tǒng)來設計 本發(fā)明的復曲面接觸透鏡。光學CAD系統(tǒng)被用于設計光學模型透鏡。任 何已知且合適的光學計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)可被用于設計光學模型
17透鏡。示例性的光學計算機輔助設計系統(tǒng)包括但不限于來自Breault Research Organization的高級系統(tǒng)分析程序(ASAP )和ZEMAX ( Focus Software 7>司)。優(yōu)選使用來自Breault Research Organization的高級系 統(tǒng)分析程序(ASAP)和來自ZEMAX ( Focus Software公司)的輸入來執(zhí) 行光學設計。
光學模型透鏡的設計可通過例如機械CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成包括光學區(qū)、 非光學區(qū)和非光學特征的機械透鏡設計。示例性的接觸透鏡的非光學區(qū)和 特征包括但不限于斜面、透鏡體、連接接觸透鏡的前后面的邊緣、取向特 征等。示例性的取向特征包括但不限于采用不同厚度分布以控制透鏡取 向的棱鏡平穩(wěn)部件等，其中部分透鏡幾何結(jié)構(gòu)^L去除以控制透鏡取向的多 面體表面(例如去脊區(qū))，以及通過與眼瞼相互作用而取向透鏡的脊部特 征。優(yōu)選，當將優(yōu)化的光學模型透鏡的設計轉(zhuǎn)變成機械透鏡設計時，可結(jié) 合一組接觸透鏡的一些普通特征。
任何已知且合適的機械CAD系統(tǒng)均可用于本發(fā)明。優(yōu)選使用能夠精 確地從數(shù)學上表達高階表面的機械CAD系統(tǒng)來設計接觸透鏡。這種機械 CAD系統(tǒng)的實例是Pro/Engineer。
優(yōu)選，接觸透鏡的設計可通過轉(zhuǎn)換格式在光學CAD和機械CAD系統(tǒng) 之間來回轉(zhuǎn)換，其中所述轉(zhuǎn)換格式允許光學CAD或機械CAD的接收系統(tǒng) 構(gòu)建希望設計的NURB或Beizier表面。示例性的轉(zhuǎn)換格式包括但不限于 VDA ( Verband der automobilindustrie )和IGES ( Initial Graphics Exchange Specification)。通過使用這種轉(zhuǎn)換格式，透鏡的整個表面可以 是連續(xù)的形式，其有助于制造具有徑向非對稱形狀的透鏡。Bezier和NURB 表面對于老花設計特別有利，因為可混合、分析和優(yōu)化多個區(qū)。
任何數(shù)學函數(shù)均可被用于描述眼用透鏡的前表面、后表面以及外周邊 緣，只要它們具有允許透鏡設計得到優(yōu)化的足夠動態(tài)范圍。示例性的數(shù)學 函數(shù)包括錐函數(shù)和二次函數(shù)、任意次數(shù)的多項式、Zernike多項式、指 數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)、雙曲線函數(shù)、有理函數(shù)、傅立葉級數(shù)和小波變換。優(yōu) 選用兩種或兩種以上的數(shù)學函數(shù)的組合來描述眼用透鏡的前方(前)表面
18和底部(后)表面。更優(yōu)選用Zernike多項式描述眼用透鏡的前方(前) 表面和底部(后)表面。甚至更優(yōu)選地，Zernike多項式和基于樣條曲線 的數(shù)學函數(shù)一同用于描述眼用透鏡的前方(前)表面和底部(后)表面。
本發(fā)明的復曲面接觸透鏡可以是硬透鏡或軟透鏡。本發(fā)明的軟接觸透 鏡優(yōu)選用諸如水凝膠這樣的軟接觸透鏡材料制成。任何已知的合適水凝膠 均可用于本發(fā)明。在本發(fā)明中優(yōu)選使用含珪的水凝膠?？梢岳斫獍?何一種軟接觸透鏡材料的上述任何一種透鏡都將落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在完成所需要的設計之后，可在計算機控制的制造系統(tǒng)中制造復曲面 接觸透鏡。透鏡設計可被轉(zhuǎn)變成可由計算機控制制造裝置解釋的包含控制 信號的數(shù)據(jù)文件。計算機控制制造裝置是可由計算機系統(tǒng)控制且能夠直接 制造眼用透鏡或者用于制造眼用透鏡的光學工具的裝置。任何已知的合適 的可由計算才幾控制的制造裝置均可用于本發(fā)明。優(yōu)選，可由計算機控制的
制造裝置是數(shù)控車床,優(yōu)選具有45度壓電切割器的兩軸車床或者由Durazo 和Morgan在美國專利6,122,999 (其在此引入作為參考)中公開的車床設 備，更優(yōu)選來自Precitech公司的數(shù)控車床，例如具有多種形態(tài)的壓電陶資 快速刀具伺服配件的Optoform超精密車床(30、 40、 50和80型)。
用于設計和制造本發(fā)明的復曲面接觸透鏡的優(yōu)選方法是在共同待決的 美國專利申請US 2006/0055876 Al (其在此引入作為參考)中公開的那些。
現(xiàn)在可以制造本發(fā)明的復曲面接觸透鏡，其中每一個均具有用于校正 散光視覺誤差的目標柱面光焦度和用于補償近視、遠視或老花的目標球面 光焦度。本發(fā)明的復曲面接觸透鏡可以用任何適宜的方式(例如車床加工 和模制)來制造。優(yōu)選地，復曲面接觸透鏡用接觸透鏡模具模制而成，其 中所i^f莫具包括當在模具中澆鑄透鏡時復制接觸透鏡表面的模制表面。例 如，具有數(shù)控車床的光學切割工具可被用來形成金屬光學工具。這些工具 然后被用來形成凹凸表面模具，然后將凹凸表面模具結(jié)合起來使用，以通 過將合適的液態(tài)透鏡形成材料置于模具之間且隨后擠壓和固化透鏡形成材 料來形成本發(fā)明的透鏡。
因此，根據(jù)本發(fā)明的接觸透鏡可通過使接觸透鏡模具具有兩個模制表面(第一模制表面和第二模制表面)來制造。具有第一模制表面或第二模 制表面的模具相互結(jié)合形成本發(fā)明的復曲面接觸透鏡。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于制造具有受控的光焦度分布的復
曲面接觸透鏡的方法。該方法包括以下步驟利用制造裝置使接觸透鏡成 形為包括光軸、具有第一光學區(qū)的前表面、和具有第二光學區(qū)的相對的后 表面，其中第 一光學區(qū)和第二光學區(qū)結(jié)合提供目標柱面光焦度和目標球面 光焦度，其中第一和第二光學區(qū)中的至少一個具有非球面表面，所述非球 面表面被設計成與另一光學區(qū)的表面一同提供受控的光焦度分布，所述光 焦度分布關(guān)于光軸基本旋轉(zhuǎn)對稱或者結(jié)合有球面像差分量，其中所述球面 像差分量由四階、六階、八階Zernike球面像差項中的任何一個來描述， 且在離光軸3mm處具有-0.5屈光度至約-1.5屈光度的值。
在另一方面中，本發(fā)明提供了一種用于制造一組復曲面接觸透鏡的方 法，其中所述一組復曲面接觸透鏡具有一組不同的目標柱面光焦度和一組 不同的目標球面光焦度。該方法包括以下步驟利用制造裝置使各個復曲 面接觸透鏡成形成包括光軸、具有第一光學區(qū)的前表面、和具有第二光學 區(qū)的相對的后表面，其中第一和第二光學區(qū)之一為超環(huán)面，而另一光學區(qū) 則為非超環(huán)面的球面或非球面表面，其中第一和第二光學區(qū)中的至少一個 的表面被設計成與另一光學區(qū)的表面一同提供受控的光焦度分布，其中 (1)透鏡的光焦度偏差基本不變；(2 )離光軸3mm處的光焦度偏差在 約-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間；(3)離光軸3mm處的光焦度偏差比 離光軸2mm處的光焦度偏差小約0.2屈光度至約1.0屈光度；或者(4 ) 存在用四階、六階、八階Zernike球面像差項或其組合描述的球面像差分 量，其中所述球面像差分量在離光軸3mm處具有在-0.5屈光度至約-1.5屈 光度之間的值。
優(yōu)選用數(shù)控車床制造本發(fā)明的復曲面接觸透鏡，所述數(shù)控車床例如是 來自Precitech公司的具有多種形態(tài)的壓電陶瓷快速刀具伺服配件的 Optoform超精密車床(30、 40、 50和80型)。
本發(fā)明已特別參考特定優(yōu)選實施例得到詳細描述，以俊_使讀者能夠在不進行過多實驗的情況下實施本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認識到許 多先前的部件、組成和/或參數(shù)可進行合理程度的改變或改進，而不會脫離 本發(fā)明的范圍和精神。另外，名稱、標題、示例材料或類似物被用來加強 讀者對該文獻的理解，而不應被解讀為限制本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明 由以下權(quán)利要求及其合理的擴展和等同物限定。
權(quán)利要求
1. 一種復曲面接觸透鏡，其包括光軸、具有第一光學區(qū)的前表面和具有第二光學區(qū)的相對的后表面，其中第一光學區(qū)或第二光學區(qū)之一為超環(huán)面，而另一區(qū)為非超環(huán)面，所述非超環(huán)面是球面表面或者非球面表面，其中所述超環(huán)面和非超環(huán)面結(jié)合提供目標柱面光焦度和目標球面光焦度，其中所述第一和第二光學區(qū)中的至少一個具有非球面表面，其被設計成與另一光學區(qū)的表面結(jié)合提供受控的光焦度分布，所述受控的光焦度分布關(guān)于光軸基本旋轉(zhuǎn)對稱或者結(jié)合有球面像差分量，其中所述球面像差分量由四階、六階、八階Zernike球面像差型項中的任何一個來描述且在離光軸3mm處具有在約-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間的球面像差值。
2. 如權(quán)利要求1所述的復曲面接觸透鏡，其中所述受控的光焦度分 布關(guān)于光軸基本旋轉(zhuǎn)對稱。
3. 如權(quán)利要求l所述的復曲面接觸透鏡，其中所述受控的光焦度分 布結(jié)合有球面像差分量，其中所述球面像差分量由四階、六階、八階Zernike 球面像差型項中的任何一個來描述且具有在約-0.5屈光度至約-1.5屈光度 之間的球面像差值。
4. 如權(quán)利要求1所述的復曲面接觸透鏡，其中所述透鏡在離光軸 3mm處具有在約-0.8屈光度至約-l.l屈光度之間的光焦度偏差。
5. 如權(quán)利要求1所述的復曲面接觸透鏡，其中通過在Y-Z平面上定 義曲面且隨后繞與Y軸平行且相距r的軸線旋轉(zhuǎn)該曲面來形成所述超環(huán) 面，其中Z軸沿法向方向穿過該曲面的頂點，其中距離r的值基于目標柱 面光焦度來選擇，其中該曲面由任意數(shù)學函數(shù)進行定義以提供目標球面光 焦度。
6. 如權(quán)利要求5所述的復曲面接觸透鏡，其中所述曲面由公式1或 2定義<formula>formula see original document page 3</formula>其中c是曲率(半徑的倒數(shù))，k是錐體常數(shù)且on-0C7為系數(shù)，距離r 的值可被選擇成使接觸透鏡獲得所需要的柱面光焦度以用于校正眼睛的散 光誤差。
7. 如權(quán)利要求1所述的復曲面接觸透鏡，其中所述超環(huán)面由公式3 定義其中Cx和Cy是x和y子午線上的曲率，kx和ky是錐體常數(shù)，且Z軸穿 過該表面的頂點。
8. 如權(quán)利要求1所述的復曲面接觸透鏡，其中接觸透鏡的光軸與穿 過前、后表面的幾何中心的中心軸線重合。
9. 如權(quán)利要求1所述的復曲面接觸透鏡，其中所述光軸與眼睛的視 線(LOS )基本重合。
10. 如權(quán)利要求l所述的復曲面接觸透鏡，其中所述非超環(huán)面包括其 直徑在約2.0mm至約3.5mm之間的中心圓形區(qū)和包圍該中心圓形區(qū)的環(huán) 形區(qū)，其中該中心圓形區(qū)和環(huán)形區(qū)與光軸同心，其中該超環(huán)面和非超環(huán)面 結(jié)合起來提供用于校正散光視覺誤差的目標柱面光焦度和用于補償老花的 多焦球面光焦度。
11. 如權(quán)利要求10所述的復曲面接觸透鏡，其中該中心圓形區(qū)是光 焦度漸進遞增區(qū)，其用于形巨視力校正和可選地用于中間視力校正，其中 包圍該中心圓形區(qū)的環(huán)形區(qū)是遠視區(qū)。
12. —組復曲面接觸透鏡，其中每一個都具有目標柱面光焦度和在約 -15屈光度至約10屈光度之間的目標球面光焦度，其中該組中的每個接觸透鏡都包括光軸、具有第一光學區(qū)的前表面、和具有第二光學區(qū)的相對的 后表面，其中所述第一和第二光學區(qū)之一是超環(huán)面，而另一光學區(qū)是非超 環(huán)面的球面或非球面表面，其中所述第一和第二光學區(qū)中的至少一個的表面被設計成與另一光學區(qū)的表面結(jié)合提供受控的光焦度分布，其中(1) 透鏡的光焦度偏差基本不變；(2)離光軸3mm處的光焦度偏差在約-0.5 屈光度至約-1.5屈光度之間；(3)離光軸3mm處的光焦度偏差比離光軸 2mm處的光焦度偏差小約0.2屈光度至約1.0屈光度；或者(4 )存在由四 階、六階、八階Zernike球面像差型項中的任何一個或其組合描述的球面 像差分量，其中該球面像差分量在離光軸3mm處具有在-0.5屈光度至約 -1.5屈光度之間的值。
13. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中該組中的每個 透鏡都基本沒有光焦度偏差。
14. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中該組中的每個 透鏡在離光軸3mm處都具有在約-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間的光焦度 偏差。
15. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中對于每個透鏡， 離光軸3mm處的光焦度偏差都比離光軸2mm處的光焦度偏差小約0.2屈 光度至約l.O屈光度。
16. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中所述受控的光 焦度分布結(jié)合有球面像差分量，所述球面像差分量由四階、六階、八階 Zernike球面像差型項中的任何一個或其組合來描述，其中所述球面像差 分量在離光軸3mm處具有在-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間的值。
17. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中該組中的每個 透鏡的光焦度偏差分布都基本是旋轉(zhuǎn)對稱的，其中其目標球面光焦度在0 至約15屈光度之間的各透鏡都基本沒有光焦度偏差；其目標球面光焦度在 約-1.0屈光度至約-6.0屈光度之間的各透鏡具有與具有相同目標球面光焦 度的球面透鏡的光焦度偏差分布相仿的光焦度偏差分布；且其目標球面光 焦度在約-6.0屈光度至約-15.0屈光度之間的各透鏡具有受控的光焦度分布，其中離光軸3mm處的光焦度偏差比離光軸2mm處的光焦度偏差小約 0.2屈光度至約l.O屈光度。
18. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中該組中的所有 透鏡都具有一個基本相同的光焦度偏差分布，其中離光軸3mm處的光焦 度偏差在約-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間。
19. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中該組中的所有 透鏡都具有基^目同的光焦度偏差分布，其中離光軸3mm處的光焦度偏 差比離光軸2mm處的光焦度偏差小約0.2屈光度至約1.0屈光度。
20. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中該組中的所有 透鏡都具有基本相同的球面像差分量，其在離光軸3mm處具有在-0.5屈光 度至約-1,5屈光度之間、優(yōu)選在約-0.8屈光度至約-1.1屈光度之間的球面像 差值。
21. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中該組中的所有 透鏡都具有基本相同的球面像差分量，其中離光軸3mm處的球面像差值 比離光軸2mm處的球面像差值小約0.2屈光度至約1.0屈光度。
22. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中所述非超環(huán)面 包括其直徑在約2.0mm至約3.5mm之間的中心圓形區(qū)和包圍該中心圓形 區(qū)的環(huán)形區(qū)，其中該中心圓形區(qū)和環(huán)形區(qū)與光軸同心，其中所述非超環(huán)面 和超環(huán)面結(jié)合提供用于校正散光視覺誤差的目標柱面光焦度和用于補償老 花的多焦球面光焦度。
23. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中通過在Y-Z平 面上定義曲面且隨后繞與Y軸平行且相距r的軸線旋轉(zhuǎn)該曲面來形成所述 超環(huán)面，其中Z軸沿法向方向穿過該曲面的頂點，其中距離r的值基于目 標柱面光焦度來選擇，其中該曲面由任意數(shù)學函數(shù)進行定義以提供目標球 面光焦度。
24. 如權(quán)利要求23所述的一組復曲面接觸透鏡，其中所述曲面由公 式1或2定義<formula>formula see original document page 6</formula>其中c是曲率(半徑的倒數(shù))，k是錐體常數(shù)且cn-(X7為系數(shù)，距離r 的值可被選擇成使接觸透鏡獲得所需要的柱面光焦度以用于校正眼睛的散 光誤差。
25.如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中所述超環(huán)面由 公式3定義其中&和Cy是x和y子午線上的曲率，kx和ky是錐體常數(shù)，且Z軸穿 過該表面的頂點。
26. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中所述接觸透鏡 的光軸是穿過前、后表面的幾何中心的中心軸線。
27. 如權(quán)利要求12所述的一組復曲面接觸透鏡，其中光軸與眼睛的 視線(LOS )基本重合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有受控的光焦度分布的復曲面接觸透鏡。另外，本發(fā)明提供一組復曲面接觸透鏡，其中每一個具有一組不同的目標柱面光焦度和一組不同的目標球面光焦度，且每一個都具有球面像差分布，其中(1)透鏡的光焦度偏差基本不變；(2)離光軸3mm處的光焦度偏差在約-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間；(3)離光軸3mm處的光焦度偏差比離光軸2mm處的光焦度偏差小約0.2屈光度至約1.0屈光度；或者(4)存在由四階、六階、八階Zernike球面像差型項中的任何一個或其組合描述的球面像差分量，其中該球面像差分量在離光軸3mm處具有在-0.5屈光度至約-1.5屈光度之間的值。
文檔編號G02C7/04GK101490600SQ200780026742
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月17日
發(fā)明者J·M·林達徹, M·葉 申請人:諾瓦提斯公司