專利名稱：隱形眼鏡及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于眼睛的透鏡的設(shè)計與制造。特別地，本發(fā)明提供一種隱形 眼鏡，在設(shè)計中考慮了邀竟的彎曲。
背景技術(shù)：
已知使用具有一個或多個曲率的隱糊艮鏡用于校正個體的視覺靈敏度。一 部分傳統(tǒng)的可獲得隱糊艮鏡都是4頓軟性的透鏡材料制造的。當(dāng)軟性的隱形眼 鏡被放置到眼睛上的時候，由于軟性的透鏡會在一 定程度上皿在角膜上，所
以會導(dǎo)M鏡的曲率發(fā)生改變。這種情況在透鏡包覆或彎曲的時MI尤會發(fā)生。
彎曲會影響透鏡的不同參數(shù)，比如直徑，徑向深度，前表面以及后表面的曲率，
都會在一定程度上發(fā)生改變。例如，徑向深度可能會 >20%，而曲率判5會 改變5%。由于包覆而發(fā)生的透鏡曲率改變的程度依賴于透鏡的設(shè)計， 材料 的機(jī)械特性，眼睛上的環(huán)境，像幾何微，pH， t鵬等。
一些已知的透鏡設(shè)計方法嘗試去考慮透鏡的變形。例如，已知的方法有設(shè) 計透鏡的后表面，以使得透鏡的后表面基本上是穿戴者角膜外形的復(fù)制或者非 常貼合角膜的外形。但是，這種方法存在很大缺點(diǎn)，因為人與人角膜表面不一 樣，所以這種方法要求透鏡的后表面設(shè)計為齡AiS獰'量身定做，。此外，這 種方法要求為每個透鏡設(shè)計與制造復(fù)雜的后表面。最后，這些透鏡必須在眼睛 上保持完美的平移以及旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)以保持有效。
另外一禾中已知的透鏡設(shè)計方法是這樣的，提供透鏡設(shè)計，測i站眼睛上的 設(shè)計，基于測試的結(jié)果改變設(shè)計，重復(fù)這些步驟的每個直到設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化。 這種方法昂貴而又繁瑣。
附圖
簡述
圖la是透鏡處于中心的iSH-眼睛系統(tǒng)的多色MTF圖。
圖lb是透鏡不處于中心的，-眼睛系統(tǒng)的多色MTF圖。
圖2a是圖la的透鏡-眼睛系統(tǒng)的多色MTF圖，其中透鏡在包歡做到最優(yōu)化。圖2b是圖lb的透鏡-眼睛系統(tǒng)的多色MTF圖，其中透鏡在包SJ:做到最 優(yōu)化。
發(fā)明描述及其,實施方案
本發(fā)明提供設(shè)計隱卿艮鏡的方法以及通過這些方法制造的透鏡，在這些方 法中考慮了透鏡的彎曲。該方法的一個優(yōu)點(diǎn)它對于透鏡后表面的設(shè)計不敏感， 這樣就不需要復(fù)雜的后表面設(shè)計。并且，透鏡的設(shè)計實際上可以達(dá)到最優(yōu)化， 消除了對于眼睛再設(shè)計過程的反復(fù)的設(shè)計-測試的需要。
在一個實船案中，本發(fā)明提供一種設(shè)計隱形眼睛的方法，該方法包括(基 本上包括或者包括)a)選擇眼睛模型；b)利朋艮睛模型為戴在眼睛上的透鏡 選擇光學(xué)性能度量標(biāo)準(zhǔn)(metrics); c)提供具有第一設(shè)計的第一透鏡，該設(shè)計 包括至少第一光學(xué)區(qū)域；d)模擬第一iSH^t眼睛上的彎曲以為戴在眼睛上的 第1鏡確定形狀以及性能度量標(biāo)準(zhǔn)(measurements); e)對在步驟b)中選擇 的性育娘量標(biāo)準(zhǔn)與步驟d)的性能度量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定度量標(biāo)7處的差異。
在本發(fā)明方法中的第一步，選擇一個眼睛模型以確定期望的邀竟-眼睛系統(tǒng) 的光學(xué)性能。眼睛模型可以任意合適的，己知的模型中例如一個基于人口平均 的眼睛模型，或者是基于對于一個個人眼睛的測量。在該方法中育獬使用的眼 睛模型必須包括角膜前表面的外形描述和適合進(jìn)行光學(xué)分析的眼球光學(xué)特性的 ，。眼睛模型可以使用多種多樣的皿，包括但不限于基于解剖學(xué)的或者用 波前表示的。眼睛模型不管是怎樣的形狀，眼睛模型必須允許對視網(wǎng)膜或像平 面上像的光學(xué)特性進(jìn)4fi十算，以此能夠進(jìn)行性能度量標(biāo)準(zhǔn)的比較。剩列來說， 合適的眼睛模型包括但不限于Liou- Brennan模型，此模型的描述可特別參見 Liou, H禾卩N.A. Brennan, "Anatomically Accurate, Finite Model Eye for Optical Modeling", J. Opt Soc. Am.夂14(8)， pp 1684-1695 (1997)"，以及Navarro模型，此 模型的描述可特別參見Navairo, R., Santamaria丄禾口J. Bescos, "Accommodation -Dependent Model of the Human Eye With Aspherics", J. Opt, Soc. Am.入2(8)， pp 1273-1281 (簡)"。
在本發(fā)明方法的第二步驟中，選擇光學(xué)性能度量標(biāo)準(zhǔn)。度量標(biāo)準(zhǔn)的選擇要 考慮到戴在眼睛模型上的透鏡。性能度量標(biāo)準(zhǔn)可以是任意已知的度量標(biāo)準(zhǔn)，包 括但不限于調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function) (MTF)曲線，視覺 Strehl (Visual Strehl)等。在本發(fā)明的第三步驟中，提供第一透鏡設(shè)計，第HS鏡設(shè)計至少由所期望 的透鏡的一個表面光學(xué)區(qū)域所組成。更 地，該設(shè)計由具有全部受限的幾何 結(jié)構(gòu)地透鏡組成，也就是說透鏡的幾何結(jié)構(gòu)被完整的描述并且所有的自由度都 被約束了。第一設(shè)計可以使用許多商業(yè)上可以獲得的光學(xué)設(shè)計軟件來提供，這 些軟件包括但不限于CODEV， ZEMAX 、 OSLO，等。邀竟的設(shè)計是基于 使用調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function) (MTF)曲線，、視覺Strehl (Visual Strehl)等度量的所選期望的性會渡量標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的纖可以在前后表 面結(jié)合任意的矯正光學(xué)特征。例如，纖可以具有一個或多個球面的，非球面 的，雙焦點(diǎn)的，多焦點(diǎn)的，棱鏡的或者圓柱形的矯正。
透鏡戴在眼睛上以及包覆所弓胞的理論上的變形被模擬。該模擬考慮了在 透鏡-眼睛系統(tǒng)上所呈現(xiàn)的各種力，包括但不限于重力，淚滴膜壓力，眼瞼壓力， 角膜與透鏡后表面之間的摩擦，由于機(jī)械壓力所導(dǎo)致的透鏡內(nèi)的尖端位移，以 及由于透鏡脫水導(dǎo)致的透鏡應(yīng)變。并且，透鏡材料的特性可以，并且最好是包 括在模擬的輸入當(dāng)中。到;M的，這些輸入包括楊氏模量(Young'smodulus), 泊松比(Poisson，s ratio),壓變-應(yīng)變曲線(stress-strain curve),材料密度，以及 各種各樣的作為眼睛環(huán)境特性函數(shù)的輸入，這些環(huán)境包括但不限于溫度，PH值， M^等。本領(lǐng),術(shù)人員可以確認(rèn)對于材料所選擇的輸入依賴于所使用的材料。
透鏡的包覆使用商業(yè)上可獲得的軟件進(jìn)行模擬，這些軟件能夠模擬透鏡戴 在眼睛上所發(fā)生的，。合適的商業(yè)上可獲得軟件包括但不限于MSCMARC，， ABAQUS，等。該軟件必須允許^ffl者表^S鏡的有限元網(wǎng)格(Finite Element mesh)，標(biāo)一系歹U節(jié)點(diǎn)和元件，以艦于節(jié)點(diǎn)和元件施加當(dāng)纖戴到眼睛上的 時候纖所承受的各種力中的一個負(fù)荷(1oad《ase)或者一系列負(fù)荷的模擬。典 型的纖對于負(fù)荷的反應(yīng)是發(fā)生變形以及包覆到眼睛上直到透鏡達(dá)到穩(wěn)定的形 狀。
一旦穩(wěn)定的形狀的達(dá)到，描i^t鏡前表面與后表面變形的節(jié)點(diǎn)被提取出來 并擬合成曲線圖，對于一個二維的模擬，或者稱為一個面， 一個三維的模擬， 4柳的格式要能夠輸入到所使用的分析軟件中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到， 使用二維還是三維的模擬依賴于眼睛，鏡的形狀。例如， 一個非旋轉(zhuǎn)對稱的 透鏡，比如復(fù)曲面透鏡，就要使用三維的模型。任何合適的數(shù)值方法來將一系 列的點(diǎn)擬合成曲線或面都可以使用，例如，最小平方擬合方法。還可以使用合適的商業(yè)上可獲得的軟件來達(dá)到此目的，這些軟件包括但不限于
MATHMATICA， MATLAB，、 MATHCAD，等。
然后將所期望的性能度量標(biāo)準(zhǔn)與在眼睛上模擬盼性能進(jìn)行比較。透鏡前后 表面的包覆形狀被輸入到合適的商業(yè)生可獲得的軟件內(nèi)，例如但不限于 ZEMAX 、 OSLO 、 CODE V，等。如果在眼睛上的模擬性能符合或艦了 期望的度量標(biāo)準(zhǔn)，則透鏡設(shè)計就是可接受的。如果期望的度量標(biāo)準(zhǔn)沒有達(dá)到或 ，則第一設(shè)計就被修改以提供具有第二設(shè)計的第二透鏡，該第二設(shè)計補(bǔ)償 所選擇的度量標(biāo)準(zhǔn)與從第一透鏡設(shè)計所獲得的性能之間的差距，并且本方法的 最后兩個步驟可以重復(fù)。這個重復(fù)被執(zhí)行直到獲得一個可接受的結(jié)果。本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以認(rèn)識到，設(shè)計的改變可能涉及到一次或多次的改變曲率半徑，透 鏡厚度以及透鏡材料特性中一個或多個參數(shù)。做為選擇，可以^ffl—個優(yōu)化程 序來自動的優(yōu)化透鏡的設(shè)計，而非人工^it行這些反復(fù)設(shè)計。作為一個例子， 遺傳算法可以被使用以同時優(yōu)化多個變量，例如曲率半徑和二次曲線常數(shù)。本 領(lǐng)域可獲得的合適的遺傳算法包括但不限于Colin R. Reeves和Jonathan E. Rowe, ""Genetic-Algorithms - Principles and Perspectives: A Guide to Ga Theory" (2004)，，。
本發(fā)明方法所設(shè)計的透鏡是隱卿艮鏡，可以〗頓任意已知的材料和傳統(tǒng)的 制造軟性隱形眼鏡的方法來制造。使用本發(fā)明方法形成軟性隱形眼鏡的合適的 tt材料包括但不限于彈性硅氧烷，含硅氧烷的大分子單體，該含硅氧烷大分 子單體包括但不限于在美國專利No. 5,371,147,5，314,960,以及5,057,578所揭示 的7]0疑膠，含硅氧烷7j^疑膠等，和它們組合物，在此將這些文獻(xiàn)全部弓間作為 參考。更 的，透鏡材料包括硅氧烷官能性，包括但不限于聚二甲基硅氧烷 大分子單體，甲基丙烯酰氧基丙基聚烷基硅氧烷(methaciyloxypropyl polyalkyl siloxanes)以及它們的混合物，硅繊7jC凝膠，或者由含有羥基，羧基以及它們 組合的單體制造的7K凝膠。制造軟性隱形眼睛的材料是大家熟知的并且可以從 商業(yè)上獲得。雌的，材料是acquafilcon、聚異丁烯酸乙脂聚合物(etafilcon)、 genfilcon、 enefilcon、 balafilcon、 lotraf[iota]lcon或者galyfilcon。
借助下面的實施例本發(fā)明將被闡述的更加清楚，但是本發(fā)明并不限于此實例。
實施例 實施例1本發(fā)明的方法用于設(shè)計由etafilcon A制造的-3.00屈光度的軸對稱球面透 鏡。選擇基于解剖學(xué)的的模型眼睛，其具有為7.84mmM).26二次曲面的前角膜 表面。所選擇的性能度量標(biāo)準(zhǔn)是多色MTF。
一個綺爾的，單視覺纖在空氣中設(shè)計。該透鏡具有1.4的折射率，基線半 徑是8.3醒，中心厚度是0.084 mm，球面前半徑是8.87 mm。該3t鏡被劃分為 有限元模型，并將超彈性材料特性應(yīng)至隨鏡元上。所^^的邊界^#^1鏡基 線背向壓力以此來強(qiáng)迫背面光學(xué)區(qū)域變形到與角膜一致。在這個模擬當(dāng)中，假 設(shè)眼瞼是睜開的，也就是說它們不介入包覆的過程，由于環(huán)境變化以及脫水所 導(dǎo)致的溶脹效應(yīng)被忽略。包覆模擬被執(zhí)行直到透鏡達(dá)到穩(wěn)定，該穩(wěn)定由記錄沿 著透鏡前表面的一些節(jié)點(diǎn)的位移來判斷，當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)在它們位置上的位移在時 間步上是常數(shù)時即可判定達(dá)到穩(wěn)定。
使用最小平方法將變形的前后表面的節(jié)點(diǎn)擬合為一個擴(kuò)展的奇數(shù)球面曲 面，所^柳的擴(kuò)展的奇數(shù)球面方程是
1 + Vl-Cv2(Cc + l),2 S
其中
p是規(guī)一化的半徑坐標(biāo)； ",.是多項式常數(shù)； Cv是曲率；并且 Cc是二次曲線常數(shù)。
然后對于包覆的纖-眼鏡系統(tǒng)產(chǎn)生多色MTF曲線。圖la是中心的，標(biāo)稱 的透鏡性能的MTF曲線圖，它的性能是可接受的。圖lb是非中心的，標(biāo)稱的 透鏡性能圖，它的性能是不可接受的。
改變設(shè)計使得前表面的具有半徑為8.35 mm的二次曲線，其具有-0.13的二 次曲線常數(shù)。有限元分析，包覆模擬，以及曲線被重復(fù)執(zhí)行。中心的和非中心 的纖性能的多色MTF曲線分別在圖2a和2b中示出，它們都是可接受的。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計隱形眼鏡的方法，所述方法包括以下步驟a)選擇眼睛模型；b)利用眼睛模型為戴在眼睛上的透鏡選擇光學(xué)性能度量標(biāo)準(zhǔn)；c)提供具有第一設(shè)計的第一透鏡，該設(shè)計包括至少第一光學(xué)區(qū)域；d)模擬第一透鏡在眼睛上的彎曲以確定第一透鏡在眼睛上的形狀和性能度量標(biāo)準(zhǔn)；以及，e)將在步驟b)中選擇的性能度量標(biāo)準(zhǔn)與步驟d)的性能度量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。
2. 權(quán)利要求l的方法，所述方法還包括步驟f)，提供用于辛M嘗度量標(biāo)準(zhǔn)差異的具有第二設(shè)計的第二透鏡；g)模擬第:iit鏡在眼睛上的彎曲以確定第::iS鏡在眼睛上的形狀和性能度量標(biāo)準(zhǔn)；以及h)將在步驟b)中選擇的性能度量標(biāo)準(zhǔn)與步驟g)的性能度量標(biāo)y微行比較。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)性能度量標(biāo)準(zhǔn)包括調(diào)制傳遞函數(shù)曲線和視 覺Strehl中的一個或兩個。
4. 權(quán)利要求2的方法，其中光學(xué)性育娘量標(biāo)準(zhǔn)包括調(diào)制傳遞函數(shù)曲線和視 覺Strehl中的一個或兩個。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中第一透鏡設(shè)計包括至少第"^t鏡一個表面上的 光學(xué)區(qū)域。
6. 權(quán)利要求2的方法，其中第^t鏡設(shè)計包括至少第"HS鏡一賴面上的 光學(xué)區(qū)域。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中第1鏡設(shè)計包括第一纖的全部受限的幾何 結(jié)構(gòu)。
8. 權(quán)利要求2的方法，其中第一透鏡設(shè)計包括第一透鏡的全部受限的幾何 結(jié)構(gòu)。
9. 權(quán)利要求l的方法，其中模擬考慮了(i)選自以下的力重力、淚滴膜壓 力、眼瞼壓力、眼瞼移動、角膜與透鏡后表面之間的摩擦、由于機(jī)械壓力導(dǎo)致 的透鏡體內(nèi)的點(diǎn)的位移以及由于 脫水導(dǎo)致的透鏡應(yīng)變，和(ii)選自楊氏模量、 泊松比、壓變-應(yīng)變曲線和材禾聰度的特性。
10. 權(quán)利要求2的方法，其中模擬考慮了(i)選自以下的九重力、淚滴膜 壓力、眼瞼壓力、眼瞼移動、角膜與透鏡后表面之間的摩擦、由于機(jī)械壓力導(dǎo) 致的透鏡體內(nèi)的點(diǎn)的位移以及由于透鏡脫水導(dǎo)致的透鏡應(yīng)變，和(ii)選自楊氏模量、泊松比、壓變-應(yīng)變曲線和材料密度的特性。
11. 一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法提供的纖。
12. —種根據(jù)權(quán)利要求10的方法提供的透鏡。
13. —種根據(jù)禾又利要求1的方法提供的M。
全文摘要
本發(fā)明提供一種設(shè)計隱形眼鏡的方法，在該方法中，考慮了透鏡彎曲。本發(fā)明的方法對于透鏡后表面的設(shè)計不敏感，并且不需要復(fù)雜的后表面設(shè)計。此外，透鏡的設(shè)計實際上可以做到最優(yōu)化，消除了對于眼睛再設(shè)計過程的反復(fù)的設(shè)計-測試的需要。
文檔編號G02C7/04GK101517458SQ200780035952
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者J·L·佩雷斯, L·G·瓊斯, P·F·朱賓 申請人:莊臣及莊臣視力保護(hù)公司