專利名稱：穩(wěn)定化接觸鏡片的制作方法
穩(wěn)定化接觸鏡片
背景技術(shù)：
可通過(guò)對(duì)接觸鏡片的一個(gè)或多個(gè)表面賦予非球形的校正方面，例如圓柱形、雙焦點(diǎn)或多焦點(diǎn)特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)某些光學(xué)缺陷的校正。當(dāng)佩戴于眼睛上時(shí)，這些鏡片必須大體上保持特定的取向才有效。通常通過(guò)改變鏡片的機(jī)械特性來(lái)實(shí)現(xiàn)鏡片在眼睛上取向的保持。棱鏡穩(wěn)定化是穩(wěn)定化方法的例子，其包括使鏡片的前表面相對(duì)于后表面偏心、加厚鏡片的下周邊、在鏡片表面上形成凹陷或凸起以及縮短鏡片邊緣。另外，已使用動(dòng)態(tài)穩(wěn)定化，其中通過(guò)使用薄區(qū)或鏡片周邊厚度減小的區(qū)域來(lái)穩(wěn)定鏡片。通常，薄區(qū)位于兩個(gè)區(qū)域，從其在眼睛上放置的有利位置來(lái)看，這兩個(gè)區(qū)域關(guān)于鏡片的垂直軸線或水平軸線對(duì)稱。評(píng)價(jià)鏡片設(shè)計(jì)涉及對(duì)鏡片在眼睛上的性能作出判斷，然后在必要和可能時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。此過(guò)程通常通過(guò)在患者中對(duì)測(cè)試設(shè)計(jì)進(jìn)行臨床評(píng)價(jià)而完成。然而，此過(guò)程是耗 時(shí)且昂貴的，原因是其需要大量的患者來(lái)進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)楸仨毧紤]患者與患者之間的差異。對(duì)于改進(jìn)某些接觸鏡片的穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)鏡片的方法存在持續(xù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)穩(wěn)定化接觸鏡片的方法，其中穩(wěn)定化區(qū)由數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)限定。該結(jié)構(gòu)可以是貝塞爾曲線。在本發(fā)明的一個(gè)方面，使用貝塞爾曲線的系數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)鏡片，該曲線描述了角厚度輪廓的上部，使得垂度值為負(fù)數(shù)。當(dāng)把穩(wěn)定化區(qū)添加到鏡片周邊時(shí)，鏡片上部的厚度減小，而不是增加；減小穩(wěn)定化的上部的厚度允許減小最大厚度并且仍然保持相同的厚度差。最大厚度位置周圍的斜度不過(guò)多地受到這種輪廓變化的影響。在本發(fā)明的另一方面，將包含負(fù)垂度值的區(qū)域施加在穩(wěn)定化區(qū)的上部和下部上。在本發(fā)明的再一方面，穩(wěn)定化區(qū)的最大厚度在左側(cè)和右側(cè)之間不同。在本發(fā)明的又一方面，厚度輪廓朝正角度和/或負(fù)角度的斜面可以被調(diào)節(jié)以增加或減小斜面角度。在本發(fā)明的又一方面，根據(jù)該設(shè)計(jì)方法制作的鏡片具有改進(jìn)的穩(wěn)定性。


圖I是穩(wěn)定化接觸鏡片的前視圖或?qū)ο笠晥D。圖2A-C是具有插入的鏡片的眼睛的示意圖，其標(biāo)出了旋轉(zhuǎn)軸線和作用于鏡片的多種扭矩。圖3A-B是實(shí)例I的鏡片厚度圖和厚度輪廓坐標(biāo)圖。圖4A-B是實(shí)例2的鏡片厚度圖和厚度輪廓坐標(biāo)圖。圖5A-B是實(shí)例3的鏡片厚度圖和厚度輪廓坐標(biāo)圖。圖6A-B是實(shí)例4的鏡片厚度圖和厚度輪廓坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的接觸鏡片具有基于對(duì)作用于鏡片上的多種力進(jìn)行平衡而優(yōu)化穩(wěn)定化的設(shè)計(jì)。這涉及應(yīng)用一種設(shè)計(jì)過(guò)程，該過(guò)程平衡作用于眼睛上、眼睛的組成部分上、以及最終地置于眼睛上的穩(wěn)定化鏡片上的扭矩。優(yōu)選地，改進(jìn)的穩(wěn)定性通過(guò)用包括穩(wěn)定化元件的標(biāo)稱設(shè)計(jì)開(kāi)始改進(jìn)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，具有關(guān)于穿過(guò)中心的水平軸線和垂直軸線兩者對(duì)稱的兩個(gè)穩(wěn)定化區(qū)的鏡片設(shè)計(jì)是一種便利的基準(zhǔn)，通過(guò)它可根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)化鏡片的穩(wěn)定性。所謂“穩(wěn)定化區(qū)”是指鏡片的周邊區(qū)的區(qū)域，該區(qū)域具有比周邊區(qū)的其余區(qū)域更大的厚度值。本發(fā)明的穩(wěn)定化區(qū)可以在某些方面具有小于鏡片周邊區(qū)的平均厚度的厚度值，但其在其他方面將仍然具有也較大的厚度區(qū)。所謂“周邊區(qū)”是指環(huán)繞鏡片光學(xué)區(qū)并延伸直到鏡片邊緣但不包括鏡片邊緣的鏡片表面的區(qū)域。作為有用起點(diǎn)的另一種穩(wěn)定化設(shè)計(jì)在美國(guó)專利公布20050237482中有所描述，該專利以引用方式并入本文，但是任何穩(wěn)定化設(shè)計(jì)均可用作標(biāo)稱設(shè)計(jì)，然后根據(jù)本發(fā)明對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。穩(wěn)定化設(shè)計(jì)的改進(jìn)過(guò)程還可以包括用下述眼睛模型測(cè)試所述改進(jìn)；評(píng)價(jià)測(cè)試的結(jié)果；以及以迭代方式繼續(xù)實(shí)施改進(jìn)過(guò)程，直到實(shí)現(xiàn)所需的穩(wěn)定化水平。圖I示出了穩(wěn)定化鏡片的前表面或物側(cè)表面。鏡片10具有光學(xué)區(qū)11。鏡片的周邊圍繞光學(xué)區(qū)11。兩個(gè)厚區(qū)域12位于周邊中且為穩(wěn)定化區(qū)。 優(yōu)選用于該過(guò)程以產(chǎn)生新設(shè)計(jì)的模型包括多種因素和假設(shè)，這些因素和假設(shè)模擬機(jī)械操作及其對(duì)鏡片穩(wěn)定性的影響。優(yōu)選地，根據(jù)熟知的編程技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)編程和編碼技術(shù)將該模型簡(jiǎn)化為軟件。概述之，通過(guò)模擬在規(guī)定次數(shù)的眨眼中下述力的施加而將該模型用于設(shè)計(jì)穩(wěn)定化鏡片的過(guò)程。相應(yīng)地確定鏡片旋轉(zhuǎn)和偏心的程度。然后以旨在使旋轉(zhuǎn)和/或向心達(dá)到更期望水平的方式改變?cè)O(shè)計(jì)。然后使設(shè)計(jì)再次經(jīng)歷該模型，以確定預(yù)定次數(shù)的眨眼后的平移。模型假定眼睛優(yōu)選地由代表角膜和鞏膜的至少兩個(gè)球面部分組成，并且x-y-z坐標(biāo)軸的原點(diǎn)位于代表角膜的球形的中心。也可以使用諸如非球形表面的更復(fù)雜表面。鏡片的基部形狀由球面部分組成，但允許鏡片的基弧從鏡片的中心向邊緣變化?？墒褂貌恢挂粋€(gè)基弧來(lái)描述后表面。假定置于眼睛上的鏡片呈現(xiàn)出與眼睛相同的形狀。鏡片的厚度分布不一定旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，實(shí)際上根據(jù)本發(fā)明鏡片的一些優(yōu)選實(shí)施例不對(duì)稱。鏡片邊緣的厚區(qū)可用于控制鏡片的位置和取向行為。在鏡片和眼睛之間存在均勻的液體薄膜(淚膜)，其典型厚度為5i!m。此淚膜被稱為鏡片后淚膜。在鏡片邊緣，鏡片和眼睛之間的液膜的厚度要小得多，并且被稱為粘蛋白淚膜。在鏡片與下眼瞼和上眼瞼之間存在典型厚度為5. Oiim的均勻液體薄膜(也為淚膜)，這些被稱為鏡片前淚膜。上下眼瞼的邊界均位于x_y平面內(nèi)具有單位法向量的平面中。因此，這些邊界在垂直于z軸的平面上的投影為直線。在眼瞼運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也作出此假設(shè)。上眼瞼在接觸鏡片上施加均勻的壓力。這種均勻的壓力施加在由上眼瞼覆蓋的接觸鏡片的整個(gè)區(qū)域上或具有均勻?qū)挾鹊纳涎鄄€邊界附近的該區(qū)域的一部分上，該寬度在垂直于通過(guò)沿眼瞼邊緣劃出的曲線的平面的方向上測(cè)量。下眼瞼在接觸鏡片上施加均勻的壓力。此壓力施加在由下眼瞼覆蓋的接觸鏡片的整個(gè)區(qū)域上。由眼瞼施加在接觸鏡片上的壓力通過(guò)接觸鏡片的非均勻厚度分布(厚區(qū))而產(chǎn)生作用于鏡片的扭矩，尤其是在邊緣附近。此壓力對(duì)作用于接觸鏡片的扭矩的影響被稱為瓜籽效應(yīng)。當(dāng)鏡片相對(duì)于眼睛移動(dòng)時(shí)，在鏡片后淚膜中存在粘滯摩擦。當(dāng)鏡片相對(duì)于眼睛移動(dòng)時(shí)，在鏡片邊緣和眼睛之間的粘蛋白淚膜中也存在粘滯摩擦。另外，當(dāng)鏡片移動(dòng)和/或眼瞼運(yùn)動(dòng)時(shí)，在鏡片前淚膜中存在粘滯摩擦。由于鏡片的變形而在鏡片中產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力。這些應(yīng)變和應(yīng)力導(dǎo)致鏡片的彈性內(nèi)能。當(dāng)鏡片相對(duì)于眼睛移動(dòng)且鏡片的變形變化時(shí)，彈性內(nèi)能變化。鏡片趨向于彈性內(nèi)能最小的位置。描述眼睛(角膜和鞏膜)幾何形狀、鏡片基部形狀和眼瞼運(yùn)動(dòng)的參數(shù)示于圖2中。鏡片的運(yùn)動(dòng)是作用于鏡片的動(dòng)量矩的平衡的結(jié)果。忽略慣性效應(yīng)。那么，所有作用于鏡片的力矩的總和為零。因此，0=前4個(gè)力矩為抗扭矩，并且與鏡片運(yùn)動(dòng)線性相關(guān)。其余的扭矩為驅(qū)動(dòng)扭矩。此動(dòng)量矩的平衡得到鏡片位置P的非線性一階微分方程
賴
at此方程用四階Runge-Kutta積分法求解。接觸鏡片上點(diǎn)的位置隨著繞旋轉(zhuǎn)向量^ (t)的旋轉(zhuǎn)而變化。將舊的點(diǎn)位置變換為當(dāng)前位置的旋轉(zhuǎn)矩陣R(t)符合羅德里格公式
為斤=寫(xiě)曰 +sii/](/lx^a)+(I-co^/ix(/7x3ciU))
無(wú)新=場(chǎng)舊在數(shù)值積分方法中，使用時(shí)間離散化。這樣，鏡片的運(yùn)動(dòng)可被看作多個(gè)后續(xù)旋轉(zhuǎn)，因此，在下一時(shí)間步tn+1中，旋轉(zhuǎn)矩陣為Rn+1 = R AtRn其中，RAt為在時(shí)間步At期間的旋轉(zhuǎn)。將該旋轉(zhuǎn)矩陣分解為鏡片的旋轉(zhuǎn)Ra和偏心ReR(t) = R0 (t)Ra (t)鏡片的旋轉(zhuǎn)為繞鏡片的中心線的旋轉(zhuǎn)。偏心為繞(x，y)平面內(nèi)的線的旋轉(zhuǎn)。因此，鏡片的位置被看作鏡片繞其中心線的旋轉(zhuǎn)5，接著是偏心沒(méi)。通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)數(shù)字結(jié)構(gòu)描述設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)而使用以上所述模型做出或優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)選地，穩(wěn)定化區(qū)使用貝塞爾曲線描述，但可以使用其他數(shù)學(xué)描述來(lái)獲得對(duì)穩(wěn)定化區(qū)的完整描述。當(dāng)使用貝塞爾曲線方法時(shí)，描述徑向厚度輪廓的徑向函數(shù)AJtJ優(yōu)選地使用五個(gè)控制點(diǎn)來(lái)限定。描述角厚度輪廓的角函數(shù)Ba (ta)也使用五個(gè)控制點(diǎn)來(lái)限定。例如，數(shù)學(xué)描述可以如下公式化Ar, x(tt) =Prl(X). (l_tt) 4+4. Pr2(x). (l-tt)3. tt+6. Pr3 (x). (l~tt)2. tt2+
4. Pr4 (X) (l-tt) tt3+Pr5 (X) tt4Ar,y(tt) = Prl (y). (l-tt)4+4. Pr2 (y). (l-tt)3. tt+6. Pr3 (y). (l~tt)2. tt2+4. Pr4 (y) (l-tt) tt3+Pr5 (y) tt4其中，Pri (x)和PH(y)為控制點(diǎn)的坐標(biāo)，并且t,為沿徑向輪廓的歸一化坐標(biāo)。描述徑向厚度輪廓的起點(diǎn)由Prt限定，并且終點(diǎn)由Pri限定。Ba,x(ta) =Pal(X). (l_ta)4+4. Pa2(x). (l-ta)3. ta+6. Pa3(x). (l-ta)2. ta2+4. Pa4(x). (l-ta). ta3+Pa5(x). ta4Ba,y(ta) = Pai(y)- (l-ta)4+4. Pa2(y). (l-ta)3. ta+6. Pa3(y). (l_ta)2.ta2+4. Pa4(y). (l-t)ta. ta3+Pa5(y). ta4其中，Pai(X)和Pai(y)為控制點(diǎn)的坐標(biāo)，并且ta為沿角輪廓的歸一化坐標(biāo)。描述角厚度輪廓的起點(diǎn)由Pal限定，并且終點(diǎn)由Pa5限定。由C(ty ta) (3)描述的穩(wěn)定化區(qū)的大小由徑向函數(shù)\,y與角函數(shù)Ba,y的乘積獲得。為兩個(gè)函數(shù)的乘積賦予比例因數(shù)M以控制穩(wěn)定化區(qū)的大小。C(tr, ta) = M. Ar,y (tr) Ba,y (ta)這些方程可以擴(kuò)展到任何數(shù)量的控制點(diǎn)。在這種情況下，方程可以改寫(xiě)為
權(quán)利要求
1.一種接觸鏡片，所述接觸鏡片由下述步驟制作的設(shè)計(jì)穩(wěn)定化提供具有標(biāo)稱穩(wěn)定化區(qū)參數(shù)集的鏡片設(shè)計(jì)，所述設(shè)計(jì)通過(guò)將所述鏡片設(shè)計(jì)參數(shù)特征化為數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)而改進(jìn)；用平衡動(dòng)量矩的模型對(duì)所述設(shè)計(jì)建模；以及基于所述建模的結(jié)果選擇所述設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法制作的接觸鏡片，其中所述結(jié)構(gòu)為貝塞爾函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸鏡片，其中穩(wěn)定化區(qū)的角輪廓由具有負(fù)厚度的一個(gè)或多個(gè)部分限定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接觸鏡片，其中沿著包含所述穩(wěn)定化區(qū)的最大厚度的所述角輪廓的最大負(fù)厚度值在0. OlOmm至0. 060mm之間，并且優(yōu)選地為約0. 025mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)的最厚部分位于所述鏡片的水平軸線以下15度和35度之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)的最厚部分位于所述鏡片的水平軸線以下至少25度之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸鏡片，其具有厚度上彼此不同的穩(wěn)定化區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)之間的厚度差為0.020mm至0.045mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)之間的厚度差為至少0.030mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸鏡片，其具有在每個(gè)區(qū)內(nèi)變化厚度的穩(wěn)定化區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接觸鏡片，其中所述區(qū)具有從其峰到其最薄維度不均勻的斜度。
12.—種具有穩(wěn)定化區(qū)的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)的角輪廓由具有負(fù)厚度的一個(gè)或多個(gè)部分限定。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接觸鏡片，其中沿著包含所述穩(wěn)定化區(qū)的最大厚度的角輪廓的最大負(fù)厚度值在0. OlOmm至0. 060mm之間，并且優(yōu)選地為約0. 025mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)的最厚部分位于所述鏡片的水平軸線以下15度和35度之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)的最厚部分位于所述鏡片的水平軸線以下至少25度之間。
16.一種具有厚度上彼此不同的穩(wěn)定化區(qū)的接觸鏡片。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)之間的厚度差為0.020mm至0.045mm。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的接觸鏡片，其中所述穩(wěn)定化區(qū)之間的厚度差為至少0.030mm。
19.一種具有在每個(gè)區(qū)內(nèi)變化厚度的穩(wěn)定化區(qū)的接觸鏡片。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的接觸鏡片，其中所述區(qū)具有從其峰到其最薄維度不均勻的斜度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有穩(wěn)定化區(qū)的接觸鏡片，所述接觸鏡片使用諸如貝塞爾曲線的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且對(duì)所述接觸鏡片的佩戴性能進(jìn)行建模。
文檔編號(hào)G02C7/04GK102754016SQ201080057123
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者P.熱利蘭 申請(qǐng)人:莊臣及莊臣視力保護(hù)公司