专利名称：用角膜形状分析的新方法设计软隐形眼镜的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及软隐形眼镜及设计这种镜片的方法。更具体地说，本发明涉及一种软隐形眼镜及用角膜形状分析的新方法设计这种镜片。
背景技术：
未弯曲的软隐形眼镜的曲度(如一个置于生理盐水溶液中的镜片)不同于放置于眼睛中的同样的镜片的曲度。这种曲度的变化常常被称作“弯曲”(flexure)。(例如参见A.G.Bennet，”Power Changes In Soft Contact Lenses Due ToBending”，The Ophthalmic Optician，16939-945，1976，其内容在这里完整地引作参考)。在将薄薄软软的镜片置于典型的眼睛里的情况下，所述曲度的变化基本上不会影响所述镜片的光学能力。然而，对于高倍正放大率的厚镜片、双焦软镜片或其他具有角膜畸形(如由于圆锥形角膜)的使用者来说，由于弯曲而导致的光学能力的变化是显著的。
发明概述本发明使角膜的形状与软隐形眼镜的相应形状相匹配。所使用的几何校正仪可将角膜仰角映射(map)至未弯曲的软隐形眼镜的背面，从而使得由所述镜片的弯曲引起的误差最小化。所述映射校正考虑了弯曲的影响。所制得的隐形眼镜的背面具有与所述角膜的具体仰角相匹配的曲度，而其前面可以是球形或任何想要达到的对称或不对称的形状。
根据本发明，所使用的几何校正仪能映射角膜仰角，由视频角膜镜测量，例如进入未弯曲镜片的背面。以这种方式进行的映射能使得由弯曲而引起的误差最小化。本发明的方法在实现所期望的镜片设计方面使用了许多简化的设计。第一个简化方式是角膜仰角(即相对于下面最优适配球体的差异)被看作小于所述角膜曲度的顶径。第二个简化方式是当镜片被弯曲时所述镜片材料能均匀地变形及所述镜片上的全部点都停留在同样的方位角上。这些简化方式帮助人们通过一种实际可行的技术方案来设计所述镜片。
所述映射方法按两步进行。第一步，所述角膜的仰角被映射到一个较大范围的表面，该表面的曲度半径与未弯曲的软隐形眼镜的曲度半径相适应。第二步，使用一个面积保持校正仪将增大的仰角信号缩小。
本发明的其他特征和优点通过下面详细的描述会变得清楚，并结合作为实施例的附图更好地描述本发明的特征。
图1图示说明了实际的角膜仰角及它们最佳的球形配合(以一个最小的方形传感)，分别以f(x)和g(x)表示；图2图示说明了起始仰角，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)；图3图示说明了起始的角膜仰角，f(θ)，增大的仰角，f(1)(θ)，和减小的仰角，f(2)(θ)，与最佳的配合g(θ)和g(2)(θ)；图4图示说明了一个实施例，其中通过一个具有叠加的两维正弦函数的球体模拟起始的角膜仰角。
图5图示说明了图4中所介绍的角膜仰角增大的形式；及图6图示说明了使用等式(4)所得到的角膜仰角减小的变形。
优选的实施方案的描述根据本发明，关于目标使用者的眼睛的任意角膜形状信息可被获得。该信息例如通过如下方式获得在角膜的平均球面的上面和下面使用Z轴具有高分辨率的角膜形状测量仪。该信息然后经数学换算转换为仰角数据。该仰角数据然后被送至一个可以是直线、极性的、同心的或与该装置相配合的螺旋形的网格图形，在这里通过使用CNC(计算机数字控制器)车床、磨床或按位置存储的设备来加工所述镜片的表面或镜片模子。用工具加工或车床加工的表面可以是非水合的隐形眼镜聚合物底面或注塑工具插入件的表面。可以使用可编程的激光切除设备加工用或车床加工所述表面。
最初，仰角数据被送至处于未弯曲状态的软隐形眼镜模型。另外，该仰角数据可以仅被送至隐形眼镜的背面，或仅送至其前面，或者所述前面和背面的一些范围的结合。
下一步，考虑到该镜片被放在眼睛上时软镜片要弯曲(即卷曲)，换算该仰角数据。典型地，软镜片比其上用来放置镜片的角膜更加平坦，例如为1.0-1.5mm。因而，当使用所述起始角膜形状数据来制造软隐形眼镜面或模型插入件时仰角和卷曲都需要被考虑。
所述弯曲变换仰角数据可被用来映射到CNC网格图形上及被用来制造镜片或模型工具面。使用这种信息所得到的镜片在网格图形上的厚度具有波动，该网格图形相对于所述镜片的中心旋转或不旋转对称。当所制得的软镜片完好地卷在下面的角膜上，表面仰角的波动(即在所述角膜的平均球面的上面或下面)将显著地消失。以这种方式，角膜不规则的形状可以被校正，由于不规则的角膜形状引起的光学偏差也同样可基本上消除。为了实现其他的光学修正度，如球面或象散焦点，在所述镜片的前面、背面或前面和背面可以结合适宜的曲度。
基于这些实践的考虑，发明者认为理想的角膜是球形的。在这种情况下，实际的角膜仰角与其最佳的球形配合(以一个最小的方形传感)分别如图1所示的f(x)和g(x)。函数g(x)是具有半径R1的球体的部分。
一般地，所述未弯曲的软隐形眼镜的半径R2是球形的并大于最佳球形配合g(x)的半径。因此，第一步是将角膜仰角f(x)转换为较大刻度，最佳球形配合具有等于R2的半径。一种简化该转换的方法由极坐标f(θ)表示的函数f(x)。然后，使用一个调整系数，α＝R2/R1，所述角膜仰角的刻度转换可由下式表示f(1)(θ)＝αf(θ) (1)图2图示说明了起始仰角，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)；在第二阶段，增加的角膜仰角f(1)(θ)被减小从而使得软镜片所覆盖的面积与该角膜的面积相一致。在二维情况下，减小的数值根据下述关系式计算f(2)(θ)＝α-1f(1)((θ-π/2)/α+π/2〕+R2(1-1/α) (2)图3图示说明了起始的角膜仰角，f(θ)，增大的仰角，f(1)(θ)，和减小的仰角，f(2)(θ)，与最佳的配合g(θ)和g(1)(θ)；
式(1)和(2)所给出的映射转换并不限于角膜和隐形眼镜的背面是球形的情况。而且，真实的角膜和镜片曲度(如通过视频角膜镜测量)可被用来计算作为所述镜片与所述角膜的曲度半径之间的比值的刻度参数α。在一般情况下，所述刻度参数将是θ的函数，即α＝R2(θ)/R1(θ)＝α(θ)。
上面所讨论的映射转换可推广到三维转换的情况。在这种情况下，所述角膜仰角可表示为函数f(θ，)，其中θ和分别表示方位角和仰角。象上面所讨论的，起始的仰角被增加，从曲度半径R1(θ，)到曲度半径R2(θ，)的表面上，使用下述转换关系式f(1)(θ，)＝αf(θ，)(3)其中α＝R2(θ，)/R1(θ，)。
图4图示说明了一个实施例，其中起始的角膜仰角被一个具有叠加的两维正弦函数的球体模拟。图5图示说明了图4中所介绍的角膜仰角的增大的变形，由上式(3)得到。
为了得到所期望的软隐形眼镜的背面，象上面所讨论的函数f(1)(θ，)按比例下降。然而，在三维情况下，在执行比例操作时有许多种情况可供选择从而使得所述面积被保持。例如，如果假定所述材料的变形是均匀而又径向的，所述比例变化可仅仅通过改变仰角的数值，而不管起始的方位角。这可由下式表示f(2)(θ，)＝α-1f(1)〔θ，(-π/2)/α+π/2〕+R2(1-1/α)(4)图6图示说明了使用等式(4)所得到的角膜仰角的减小的变形。
虽然上面已经介绍和描述了本发明的不同形式，但是对于本领域的技术人员来说各种修改和完善同样落在本发明的保护范围之内。上面的描述不应理解为对本发明的限制，下面的权利要求书阐述了本发明所要保护的范围。
权利要求
1.一种制造软隐形眼镜的方法，包括如下步骤使用角膜形状自动记录仪获得眼角膜形状的数据；将该形状数据转换为仰角数据；将该仰角数据映射到网格图形上；及使用该网格图形以形成所述镜片的表面。
2.权利要求1的方法，其中所述使用步骤包括通过CNC车床、磨床和按位置钻加工设备中的一个来加工所述镜片的表面。
3.权利要求2所述的方法，其中所述表面包括非水合角膜镜片聚合物底部和注塑工具插入件中一个的表面。
4.权利要求1所述的方法，其中所述使用步骤包括通过一个可控制的激光切除设备来加工所述镜片的表面。
5.权利要求1所述的方法，还包括如下步骤将所述仰角数据应用于软隐形眼镜的形状测量上；及当所述镜片弯曲时转换所述仰角数据。
6.权利要求1所述的方法，还包括如下步骤将曲度与镜片的背面、前面和既包括背面又包括前面的至少一个相结合。
7.权利要求6的方法，其中所述结合的步骤包括下述步骤将所述镜片的角膜仰角转换为放大的角膜仰角以达到与起始角膜仰角最佳的配合。
8.权利要求7所述的方法，其中所述转换角膜仰角的步骤按如下关系式进行f(1)(θ)＝αf(θ)；其中α是R2/R1，f(θ)是在极坐标中的角膜仰角，f(1)(θ)是增大的角膜仰角，R1是第一镜片半径及R2是第二镜片半径。
9.权利要求8的方法，其中R2是未弯曲的镜片的半径及R1是眼角膜的半径。
10.权利要求7的方法，还包括如下步骤减小所述增大的角膜仰角以使所述镜片覆盖的面积与所述眼角膜的面积相一致。
11.权利要求10的方法，其中被相应于眼角膜的镜片覆盖的区域是所述镜片的背面。
12.权利要求10的方法，其中所述减小的步骤根据如下关系式进行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)是减小的角膜仰角，R1是第一镜片半径及R2是第二镜片半径。
13.权利要求12的方法，其中R2是未弯曲的镜片的半径及R1是角膜的半径。
14.权利要求7的方法，其中所述转换角膜仰角的步骤按如下关系式进行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，)是三维的角膜仰角，R1是第一个镜片半径及R2是第二个镜片半径。
15.权利要求14的方法，其中R2(θ，)是所述镜片的曲度半径，R1(θ，)是所述眼角膜的曲度半径。
16.权利要求7的方法，还包括如下步骤减小所述增加的角膜仰角以得到所期望的镜片的背面。
17.权利要求16的方法，其中所述减小步骤包括仅仅减小仰角以得到一个期望的镜片的背面曲度。
18.权利要求17的方法，其中所述仅仅调整仰角的步骤根据如下关系式进行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，)是减小的角膜仰角，R1是第一镜片半径及R2是第二镜片半径。
19.权利要求18的方法，其中R2(θ，)是所述镜片的曲度的半径，R1(θ，)是所述角膜的曲度的半径。
20.权利要求1的方法，其中所述网格图形采用直线形、极轴形、同轴形、圆筒形和螺旋形中的一种格式。
全文摘要
提供了一种通过角膜形状测量分析设计软隐形眼镜的方法。角膜的形状与软隐形眼镜的相应形状相匹配。所使用的几何校正仪可将角膜仰角映射至未弯曲的软隐形眼镜的背面,从而使得由所述镜片的弯曲引起的误差最小化。所述映射校正考虑了弯曲的影响。结果所制得的隐形眼镜的背面具有与所述角膜的具体仰角相匹配的曲度,而其前面可以是球形或任何想要达到的对称或不对称的形状。
文档编号G02C7/04GK1368864SQ00811548
公开日2002年9月11日 申请日期2000年8月8日 优先权日1999年8月11日
发明者B·A·达维斯, M·J·科林斯, J·H·罗夫曼, D·R·伊斯坎德, D·F·罗斯 申请人:庄臣及庄臣视力保护公司