專利名稱：具有感應(yīng)光圈的多焦點鏡片的制作方法
相關(guān)申請本申請要求2000年9月8日提交的美國專利申請No.09/657,562的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種具有多于一個焦距的鏡片。所提供的方法和結(jié)構(gòu)可適用于近鏡片和眼鏡片以及其他用于矯正人的視力的鏡片。
大多數(shù)視力矯正鏡片都被設(shè)計用來僅矯正遠(yuǎn)視力—即具有唯一焦距。當(dāng)人觀看接近物體時，眼睛適應(yīng)從該接近物體發(fā)出的發(fā)散光而不是平行光。人眼的調(diào)節(jié)作用導(dǎo)致了眼睛里的晶狀體在形狀上的物理變化，晶狀體的彎度使由接近物體發(fā)出的入射發(fā)散光再會聚并集中到視網(wǎng)膜上。該調(diào)節(jié)通過使晶狀體表面更陡峭地彎曲而增加光波的會聚，這反過來增加了眼睛的光學(xué)系統(tǒng)的光焦度。所觀看的物體越近，眼睛的調(diào)節(jié)需求就越大。隨著人的晶狀體的老化，它會漸漸失去類似凝膠的彈性。雖然這個過程在四十年較好的階段中是容易被人忽視的，但是晶狀體會向周圍擴(kuò)展并且變硬，從而失去改變形狀的能力并由此引起調(diào)節(jié)能力的喪失。這種情況公知為老花眼。一般地，矯正鏡片佩戴者在近五十歲時開始感覺到老花眼，然后開始需要不止一對的鏡片以便在所有距離清楚有效地觀看物體。這種多鏡片系統(tǒng)對會聚光焦度的要求則一般在下十五年里會逐漸增加。
用于人眼的多矯正眼鏡片系統(tǒng)的早期型式僅僅是在遠(yuǎn)視鏡下添加了附加眼鏡片，且指定兩鏡系統(tǒng)為雙焦點透鏡。通過這種安排得到的附加光焦度被公知為近視的強(qiáng)度增量(add-power)。最終一第三鏡被置于這兩個鏡片之間以改善中間距離的視力，于是系統(tǒng)變成三焦點透鏡。由于近來鏡片設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)的革新，目前可以得到以光焦度連續(xù)陣列制作的多焦點的眼鏡。這些眼鏡制作得可以使眼睛對從無限遠(yuǎn)到閱讀面的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些眼鏡公知為累加鏡。雖然多焦點眼鏡片在滿足眼鏡佩戴者的需求方面已經(jīng)很成功，但是定位于眼睛上或眼睛內(nèi)的多焦點鏡片(近鏡片)，如接觸鏡、人工晶狀體和可選擇的手術(shù)給予的角膜鏡片卻很少成功。近來許多新出現(xiàn)的老花眼者是僅矯正遠(yuǎn)視力的接觸鏡的終生佩戴者。隨著老花眼的發(fā)展，許多患者被迫在其接觸鏡外再佩戴閱讀眼鏡或一只眼佩戴遠(yuǎn)視鏡而另一只眼佩戴近視鏡(單視)。這兩種模式非常不方便，而且有時對佩戴者是很危險的。所謂的單視方式的佩戴者不得不喪失判斷深度所需的自然雙眼功能。需要多焦點矯正的另一增長人群是白內(nèi)障手術(shù)后人工晶狀體患者，這些患者的固有晶狀體已經(jīng)被植入的聚合晶體所替代。這些患者在手術(shù)成功后必須佩戴眼鏡來閱讀，但是如果植入晶體有效地成形為多焦點的，則許多患者可以受益。這種多焦點植入物必須能夠代替他們年輕的固有晶狀體的可變聚焦能力。眼鏡佩戴者的又一大增長人群是剛剛接受了角膜手術(shù)的人，他們發(fā)現(xiàn)自己在進(jìn)行了非常昂貴的僅矯正遠(yuǎn)視力的外科手術(shù)之后被迫佩戴閱讀眼鏡。如果角膜手術(shù)可以把多焦點引入合適形狀和光焦度分布的角膜基質(zhì)，則可以減輕手術(shù)后的老花眼者對佩戴閱讀眼鏡的需要。
此前為使用接觸鏡或其他近鏡片(在眼睛上或眼睛內(nèi)的鏡片)的人眼提供多光焦度的努力僅取得了有限的成功。Tsuetaki等人的美國專利No.4693572中所述的裝置模仿簡單的雙焦點眼鏡，是分段交替的雙焦點接觸鏡的一種實例。當(dāng)佩戴者向下凝視時，必須利用來自敏感度較低的瞼緣的壓力而使這種類型的鏡片移至佩戴者的角膜上。盡管瞼部壓力有些不適，但該設(shè)計還是取得了某些成功。這種成功部分地來自于由于光瞳孔徑暴露于兩個凝視位置上的下(近視)鏡或(上)遠(yuǎn)視鏡的很大一部分上，為給佩戴者提供的更寬的視力范圍。
還有更新的設(shè)計，如Carroll的美國專利5436678所創(chuàng)立的，它依據(jù)同時聚焦的現(xiàn)象在遠(yuǎn)視力矯正的同時獲得增加強(qiáng)度。利用這種方法，在瞳孔區(qū)內(nèi)可同時出現(xiàn)多焦距遠(yuǎn)、近和中。這些裝置根據(jù)皮層視覺系統(tǒng)的辨別來選擇所觀看距離可用的最佳焦點。雖然該方法已經(jīng)獲得了相當(dāng)大的成功，但是多數(shù)設(shè)計僅能矯正適量的老花眼，而且通常當(dāng)硬的透氣接觸鏡的角膜側(cè)進(jìn)行了表面形狀處理時才是最成功的。在這些設(shè)計中，極度曲率應(yīng)用于基礎(chǔ)曲線，通常引起角膜的代謝問題。在Martin的美國專利No.5835187中，對Carroll專利的裝置進(jìn)行了修改，修改包括在前表面上的多個球帶而保持了后表面上的二次曲線，因此從兩面都可獲得多焦點增加強(qiáng)度。遺憾的是，這些球帶被拼湊在一起且不具有連續(xù)一階和二階導(dǎo)數(shù)的連續(xù)陣列或半徑，結(jié)果衍射將起到降低這些鏡片的光學(xué)性能的作用。
已經(jīng)在鏡片表面運(yùn)用了各種形狀以改善同時聚焦鏡片。已經(jīng)利用二次曲面表面的多個區(qū)域設(shè)計出非球面多焦點鏡片。在同心的設(shè)計例如接觸鏡或眼內(nèi)鏡片中，不同形狀的繞轉(zhuǎn)相鄰表面被算術(shù)地平滑以形成在鏡片表面上徑向增加的增加強(qiáng)度。二次曲面展開成眼鏡片可用形狀主要是因為它們具有可變的形狀以及固有的易控性。因此，非球面的接觸鏡通過這些二次函數(shù)展開。雖然產(chǎn)生可變焦距是高效的，但圍繞二次曲線形狀設(shè)計的鏡片不總是向眼睛提供可接受的光學(xué)系統(tǒng)，而且當(dāng)使用互連鏡片表面時該鏡片可能有些使用不便。Roffman的美國專利No.5448312和5929969中討論了更成功的雙焦點(而不是多焦點)鏡片的實例。通過交替兩種半徑的環(huán)來產(chǎn)生Roffman的雙焦點，這兩個環(huán)一個用于遠(yuǎn)距強(qiáng)度而另一個用于近距強(qiáng)度，從而對標(biāo)準(zhǔn)瞳孔尺寸和環(huán)境光條件保持很好的近距強(qiáng)度。遠(yuǎn)視力因衍射效應(yīng)而變差，衍射效應(yīng)顯然由環(huán)繞遠(yuǎn)距強(qiáng)度區(qū)域的最居中的環(huán)引起，并由各半徑之間的槽所造成的光線和光學(xué)透明度的損耗引起。對該設(shè)計的改進(jìn)將尋求僅在外部增加強(qiáng)度區(qū)內(nèi)使用具有交替環(huán)的非球面中心區(qū)和中間區(qū)。
在多數(shù)多焦點鏡片的相鄰強(qiáng)度區(qū)域中具有感應(yīng)衍射及其它降低視覺敏銳度的光學(xué)象差的邊界。已經(jīng)開發(fā)出各種平滑和轉(zhuǎn)換方法來減少這種問題。Vayntraub的美國專利No.5815236公開了應(yīng)用對數(shù)函數(shù)來限定鏡片區(qū)帶曲線之間的更平滑的轉(zhuǎn)換。Volk的美國專利No.4640595中公開了運(yùn)用可變形狀(e值)來平滑二次曲面表面。Ducharme的美國專利No.5452031公開了分段多項式或仿樣技術(shù)在平滑晶帶曲線轉(zhuǎn)換中的運(yùn)用。遺憾的是，由這些轉(zhuǎn)換占去的光區(qū)在視力矯正獲益方面被最大地浪費(fèi)掉，并且通常還會引入降低整體視覺清晰度的未聚焦區(qū)域。光學(xué)間斷和無效轉(zhuǎn)換在用于遠(yuǎn)視力的鏡片范圍內(nèi)或其附近特別成問題，因為這時它們對使用者來說比在近距視覺范圍內(nèi)更明顯。清晰的遠(yuǎn)視力要求清晰的光學(xué)系統(tǒng)，且數(shù)量占優(yōu)勢的近視人群不愿忍受遠(yuǎn)距模糊。良好的瞳孔經(jīng)濟(jì)對于任何置于眼睛上或眼睛本身內(nèi)的鏡片的成功也是必不可少的。假如給定了光瞳孔徑的有限尺寸，則引入眼睛光學(xué)系統(tǒng)的一組鏡片必須運(yùn)用得非常精密且沒有浪費(fèi)或不用的光區(qū)。
已經(jīng)研究出用于增進(jìn)遠(yuǎn)視力的其他裝置。眾所周知，當(dāng)配備了相對固定的小光圈(aperture)時眼睛看遠(yuǎn)處更清晰。因此，已經(jīng)提出過利用針孔裝置或類似的小孔結(jié)構(gòu)矯正遠(yuǎn)視力的方法。Wesley的美國專利No.3794414和Kalb的美國專利5192317提供了這種方法的例子。雖然在矯正老花眼上可以得到益處，但這些設(shè)計大部分遭受到由暗圈邊緣或掩蓋區(qū)的衍射所引起的缺陷，該衍射是有損于這些小孔結(jié)構(gòu)獲得的任何可能的改進(jìn)的一種現(xiàn)象。另外，用于制作這些裝置的周邊掩蔽排除了多焦點功能，而這正是矯正老花眼所需要的。
根據(jù)上述專利及方法制成的鏡片反映出了光學(xué)局限，這是由于對全部距離和寬范圍光環(huán)境下的清晰的人眼視力的大量需求所引起的。如果充分利用眼睛的專用屬性和功能并將其經(jīng)濟(jì)地運(yùn)用在有限的瞳孔區(qū)內(nèi)，則可以更容易地遇到這些環(huán)境。人的獨特的視力系統(tǒng)由相當(dāng)簡單的光學(xué)器件組成，由于其微小尺寸和生物變化，這些光學(xué)器件通常需要光學(xué)矯正。這個基本器件連接到復(fù)雜的皮層視覺系統(tǒng)，如果具有精心設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)則皮層視覺系統(tǒng)可以有利地控制并抑制模糊區(qū)域。需要的是一種方法，一種用于形成具有多焦距的眼鏡片而沒有來自無效轉(zhuǎn)換區(qū)(特別是鄰近遠(yuǎn)視力區(qū)域)的光效率或光敏度的損耗的方法。優(yōu)選的，這種鏡片還可有效地生成小光圈以增進(jìn)遠(yuǎn)距視覺，并且沒有典型的小孔裝置所固有的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明定義了具有用于矯正從無限遠(yuǎn)到近視距的整個連續(xù)距離范圍內(nèi)的視力的光強(qiáng)度(optical power)的多焦點目鏡。引入了具有從遠(yuǎn)視區(qū)域快速增加的強(qiáng)度的光階。該光階通過產(chǎn)生有效光圈來部分地增強(qiáng)遠(yuǎn)視銳度，視覺系統(tǒng)的皮層部件通過該有效光圈被感應(yīng)以集中于遠(yuǎn)視區(qū)。從鏡片頂點，通過遠(yuǎn)視區(qū)和光階，到最大鏡片強(qiáng)度，來限定具有連續(xù)一階和二階導(dǎo)數(shù)的平滑的強(qiáng)度分布。通過形成具有由含有增長和衰減元素的單方程所限定的光強(qiáng)度的鏡表面，來實現(xiàn)組合的遠(yuǎn)視區(qū)域和光階的連續(xù)屬性。強(qiáng)度分布的平滑和連續(xù)屬性確保在遠(yuǎn)視區(qū)域中或附近不存在衍射或其他模糊效應(yīng)。限定非錐形的非球面光學(xué)表面以產(chǎn)生理想的光強(qiáng)度分布。以多項式序列的形式提供這些表面函數(shù)從而簡化在用于成形接觸鏡的計算機(jī)驅(qū)動打磨機(jī)中的使用。為了同樣的目的，強(qiáng)度和表面函數(shù)可被簡化為有代表性的列表值。為了增加對定義函數(shù)的操作，添加了附加元素例如二次曲線項。為了提高某些構(gòu)造中的近視矯正，環(huán)形近視區(qū)域從光階徑向向外延伸。為了改善低光度遠(yuǎn)視力，減少過渡(mesopic)瞳孔范圍外的鏡片區(qū)域中的強(qiáng)度。
在另外的實施例中，通過循環(huán)函數(shù)來構(gòu)成遠(yuǎn)視區(qū)和光階。這有利于簡化操作以適合不同的具體使用者的幾何需要。在某些結(jié)構(gòu)中，在光階外使用延伸的近視區(qū)域以提高近視矯正。
該強(qiáng)度分布適用于接觸鏡、鞏膜眼鏡、人工晶狀體、以及在角膜組織內(nèi)施加的或手術(shù)成形的鏡片。提供方程以產(chǎn)生具有所需屬性的前部光學(xué)表面。但是，從后表面產(chǎn)生所定義的強(qiáng)度分布的光學(xué)裝置也在考慮之內(nèi)。雖然名義上正強(qiáng)度鏡片也在本發(fā)明范圍內(nèi)，但是負(fù)鏡片獲得了特別的益處，這歸功于鏡片周邊鏡片厚度的減少以及因此減少的球面象差。眼鏡片沒有有效光圈的益處，但也可以利用本發(fā)明的強(qiáng)度分布來限定。
本發(fā)明還包括裝配鏡片的方法，其中對限定鏡片表面形狀的方程進(jìn)行操作以產(chǎn)生適應(yīng)具體使用者的幾何和性能需要的鏡片。根據(jù)下面的詳細(xì)實施例和附圖，本發(fā)明的附加益處和優(yōu)點將變得明顯。


圖1是本發(fā)明的一個實施例中的光強(qiáng)度作為半徑的函數(shù)的圖表。
圖2a描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個接觸鏡。
圖2b是圖2a的實施例中的光強(qiáng)度作為半徑的函數(shù)的圖表。
圖3是對于形狀因數(shù)具有不同值的可替換的強(qiáng)度分配方程，光強(qiáng)度作為半徑的函數(shù)的三個圖表。
圖4是將本發(fā)明修改以平衡遠(yuǎn)視力與近視力的強(qiáng)度分布的圖表。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的接觸鏡的光學(xué)表面的圖表。
圖6是根據(jù)本發(fā)明對于各種循環(huán)強(qiáng)度分布的增加強(qiáng)度的圖表。
圖7是用于光階和用于具有介入近視區(qū)域的降低的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換區(qū)域的循環(huán)強(qiáng)度分布的圖表。
圖8是在本發(fā)明的具有多個強(qiáng)度峰值的一個實施例中，強(qiáng)度作為徑向尺寸的函數(shù)的圖表。
圖9描繪了根據(jù)本發(fā)明的軸對稱的鏡片表面，該鏡片表面作為對于具有多峰值強(qiáng)度分布的鏡片的前光學(xué)表面，弧矢深度作為徑向尺寸的函數(shù)的圖象。
具體實施例方式
圖1描繪了本發(fā)明一個實施例的局部光強(qiáng)度分布20作為離頂點的徑向尺寸的函數(shù)。垂直軸為光強(qiáng)度P(r)，而水平軸為離頂點的徑向尺寸。位于中心的遠(yuǎn)視區(qū)22具有有效逼近頂端強(qiáng)度24的遠(yuǎn)距矯正強(qiáng)度。遠(yuǎn)距矯正強(qiáng)度是觀看無限遠(yuǎn)物體時矯正視力所需的強(qiáng)度。所需的遠(yuǎn)距矯正強(qiáng)度可以根據(jù)使用者的具體需要而不同。光焦度在遠(yuǎn)視區(qū)域22中隨著半徑增加而逐漸增加直到達(dá)到設(shè)計水平強(qiáng)度28。從頂端強(qiáng)度24(遠(yuǎn)視強(qiáng)度)到進(jìn)入瞳孔邊緣時引起模糊的強(qiáng)度處所增加的強(qiáng)度增量在這里定義為設(shè)計水平28。給多數(shù)人造成模糊的強(qiáng)度增量被發(fā)現(xiàn)介于+0.50和+1.25屈光度(米-1)之間，而且設(shè)計水平強(qiáng)度在該范圍內(nèi)選擇。對于設(shè)計水平強(qiáng)度的強(qiáng)度增量的變化，部分地是對認(rèn)為什么是模糊視覺的有些主觀分析的結(jié)果。例如，如果鏡片設(shè)計者挑選的設(shè)計水平強(qiáng)度值為+0.50，中心區(qū)域內(nèi)的正常遠(yuǎn)距強(qiáng)度為+1.00屈光度，則有效光圈就是由+1.50屈光度的強(qiáng)度所包圍的區(qū)域。強(qiáng)度分布20從設(shè)計水平28快速地隨半徑增長，其間稱為光階26。在光階26中強(qiáng)度的上升非常高，在遠(yuǎn)距觀看期間，使用者視覺系統(tǒng)的皮層方面不能夠解決光階26周圍的模糊。結(jié)果，使用者被感應(yīng)，僅僅通過遠(yuǎn)視區(qū)域22來觀看遠(yuǎn)距離目標(biāo)。感覺到的效果類似于通過小孔裝置例如針孔裝置所獲得的公知效果。具有由遠(yuǎn)視區(qū)域和周圍光階結(jié)合產(chǎn)生的效果的光學(xué)裝置，在這里稱為感應(yīng)的有效光圈。不同于針孔裝置和遮蓋光圈，該有效光圈的周圍沒有減少進(jìn)入瞳孔的光線的不透明區(qū)域。本發(fā)明的有效光圈由具有光學(xué)作用的區(qū)域所包圍，該區(qū)域根據(jù)在接近無限遠(yuǎn)的距離上試圖聚焦來矯正視力。有效光圈的邊界和尺寸不能精確地限定因為它部分地由主觀皮層反應(yīng)所確定。但是，有效光圈的邊界可以用設(shè)計水平28來近似。由于在圖中的實施例中該區(qū)域的形狀是圓形，因此有效光圈可以量化成在設(shè)計水平28時的徑向尺寸的兩倍。為了效果最好，有效光圈的直徑應(yīng)該處于1.0至3.5mm(毫米)的范圍內(nèi)。
光階包括從設(shè)計水平28到最大強(qiáng)度29連續(xù)增長的局部強(qiáng)度，其中具有對應(yīng)于所有距離(從無窮遠(yuǎn)到近視距離)的矯正強(qiáng)度。在現(xiàn)有技術(shù)中一般認(rèn)為“近視”為距眼睛大約40mm的距離。這里一般把超過頂端強(qiáng)度24的強(qiáng)度稱為“增加”強(qiáng)度。根據(jù)定義遠(yuǎn)視區(qū)域的增加強(qiáng)度實際上為零。依據(jù)佩戴者的年齡和佩戴者所用的特定近視距離，充分矯正近視力所需的增加強(qiáng)度一般在1.0至3.0屈光度的范圍內(nèi)。在光階外部，在降低強(qiáng)度區(qū)域27中強(qiáng)度平滑地下降以接近頂端強(qiáng)度。在中等照明水平下，一般人的過渡視覺的瞳孔直徑在3.5至4.0mm(毫米)的范圍內(nèi)。遠(yuǎn)視區(qū)域和光階在對正常光線水平有效的過渡瞳孔的尺寸內(nèi)出現(xiàn)。在低光度條件下，瞳孔一般張開為大約6到8mm的直徑。在低光度條件下，更需遠(yuǎn)距矯正而非近視矯正，因為低光度下遠(yuǎn)距觀看對于多數(shù)人是支配模式。由于該原因，通常希望在超出瞳孔過渡直徑以外的范圍內(nèi)降低鏡片強(qiáng)度。在其它實施例中光減少或微光范圍內(nèi)的強(qiáng)度分布采取了不同形式。在一個實施例中，微光區(qū)域強(qiáng)度比頂端距離強(qiáng)度更負(fù)。這是需要的，因為一般認(rèn)為對于夜視多數(shù)人需要增加負(fù)矯正。
為了清晰的遠(yuǎn)視，強(qiáng)度分布在遠(yuǎn)視區(qū)域邊界內(nèi)或附近必須是連續(xù)的。為了獲得所需的強(qiáng)度分布，必須形成具有先減少然后增加的曲率半徑的鏡片表面形狀。在本發(fā)明中，這通過利用具有結(jié)合指數(shù)增長和衰減的函數(shù)的鏈?zhǔn)椒匠虂韺崿F(xiàn)。由于半徑中心的出現(xiàn)是靠近光軸而不是象在二次函數(shù)情況下離軸歪斜，因此基于鏈?zhǔn)降墓鈱W(xué)表面在多焦點鏡片中具有較高的光學(xué)特性。本發(fā)明通過使函數(shù)的基數(shù)不同于自然對數(shù)基數(shù)來操作鏈?zhǔn)椒匠獭Ｍㄟ^以下方程獲得的旋轉(zhuǎn)表面，在鏡片前部光學(xué)表面上產(chǎn)生圖1中的強(qiáng)度分布方程1 Z(x)＝c1·Pk·x+c1·P-k·x+c2其中Z(x) 是離公共基準(zhǔn)的弧矢深度x 是以毫米表示的離頂點的垂直距離k 是曲面的頂端半徑的倒數(shù)；(mm-1)p 是可變指數(shù)強(qiáng)度基數(shù)c1、c2是由已知的邊界條件決定的系數(shù)方程1具有從頂點到有效鏡片范圍的極限的連續(xù)值。一階和二階導(dǎo)數(shù)也是連續(xù)。曲面的頂端半徑根據(jù)特定佩戴者的眼睛幾何形狀、材料屬性、以及所需的遠(yuǎn)視矯正來以典型的方式限定。常數(shù)c1和c2由已知的邊界條件來確定方程2 c1＝(2·k·(ln P)2)-1c2＝(k·(ln P)2)-1強(qiáng)度基數(shù)P可以是任何大于1的正數(shù)，但對于實際接觸鏡要小于大約60。P的值依據(jù)測量單位而定而且這些值在方程里由毫米表示。通過使用P的不同值，圖1中所示的強(qiáng)度分布的形狀和最大強(qiáng)度可以改編，用于具體鏡片設(shè)計。優(yōu)選地，為了獲得有效的近視矯正強(qiáng)度，選擇這樣的P值即強(qiáng)度分布的值在過渡瞳孔的邊界之上或之前達(dá)到近視強(qiáng)度。這保證了在正常光線條件下對使用者的近視矯正。為了獲得在中等距離—介于近視和無限遠(yuǎn)之間-對使用者有益的矯正強(qiáng)度，強(qiáng)度分布的一階導(dǎo)數(shù)不應(yīng)當(dāng)過大。強(qiáng)度分布的斜率的實際上限是未知的，根據(jù)不同的使用者而不同。通過修改或選擇強(qiáng)度基數(shù)P而對強(qiáng)度分布進(jìn)行的適當(dāng)修改或選擇，必須由使用者得到的經(jīng)驗反饋來引導(dǎo)。在某些情況下，在一距離處增加的視覺清晰度可能需要犧牲在第二距離處的清晰度。能產(chǎn)生過渡瞳孔內(nèi)所需的近視強(qiáng)度的P值，其得出的強(qiáng)度分布一般隨著半徑的增加而典型地上升并大大超過所需的增加強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的樣例接觸鏡設(shè)計具有下面表1中的各種參數(shù)組合。這些鏡片是基于具有1.4的折射率的血基水凝膠。
表1

假定在每種情況下基礎(chǔ)曲線半徑為8.5mm而過渡瞳孔直徑為3.5mm。設(shè)計鏡片使其在過渡邊界處具有近視增加強(qiáng)度。利用在遠(yuǎn)距強(qiáng)度之上的+.75屈光度的臨界設(shè)計強(qiáng)度來計算有效光圈。上面表中及本文其他地方的以屈光度表示的強(qiáng)度值在這里以米-1來為單位。
除了兩個之外上述樣本鏡片全部是負(fù)強(qiáng)度鏡片(感應(yīng)增加入射光線的發(fā)散)。負(fù)接觸鏡的厚度一般隨著距鏡片中心的半徑的增加而增加。已知鏡片的厚度產(chǎn)生球面象差，球面象差能降低鏡片的視覺清晰度。在上述每一樣本中，鏡片的最大增加強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需的近視增加強(qiáng)度。在每個負(fù)鏡片中，最大增加是近視增加強(qiáng)度的至少三倍。在光階外部產(chǎn)生這一高強(qiáng)度的表面形狀也會導(dǎo)致鏡片外圍變薄。本設(shè)計在負(fù)鏡片方面的優(yōu)勢在于當(dāng)把方程1限定的表面形狀運(yùn)用于鏡片前表面時可引起負(fù)鏡片的厚度減少。相信該減少的厚度能減少球面象差并為使用者增加清晰度。
位于有效光圈邊緣的光階被這樣稱呼是因為它的快速強(qiáng)度上升類似于遠(yuǎn)視區(qū)域22和最大強(qiáng)度29之間的“階”函數(shù)。為了確保清晰的視覺，必須生成無間斷的光階，間斷可能導(dǎo)致光衍射或入射光的其他未聚焦的變化。該效應(yīng)出現(xiàn)在遠(yuǎn)視區(qū)域中時是特別有害的，這是因為人眼在遠(yuǎn)視時對未聚焦的光比在近視時更為敏感。以前形成不同光強(qiáng)度區(qū)域的方法包括這種間斷性，不能提供最佳視覺。以前由其他人建議的需要光學(xué)非函數(shù)轉(zhuǎn)換或平滑區(qū)域的各種方法遭受到這種毀損。在本發(fā)明中如果要獲得最佳遠(yuǎn)視則希望提供光階作為鏡片強(qiáng)度曲線的平滑連續(xù)。方程1的各項在鏡片表面的整個范圍內(nèi)被定義且連續(xù)。通過消除對遠(yuǎn)視產(chǎn)生離散強(qiáng)度區(qū)域的多個間斷函數(shù)或形狀，可以避免隨后必要的轉(zhuǎn)換及其結(jié)果。
方程1可以由Taylor展開式轉(zhuǎn)換成下面的多項等式方程3Z(x)=12·k·x2+124·k3(lnP)2·x4+1720·k5·(lnP)4·x6+···]]>它還可以表示為總和方程4Z(x)=Σn=1mk2n-1(lnP)2(n-1)(2·n)!·x2n]]>其中的各參數(shù)根據(jù)前面的定義，同時m小于15且為了便于制造最好小于5。該方程便于鏡片設(shè)計和制造過程。本發(fā)明的強(qiáng)度函數(shù)的快速收斂要求在許多情況下僅使用上述方程的3項即可。這個表示為多項式的表面方程可容易地運(yùn)用到用于對鏡片表面進(jìn)行機(jī)械加工的計算機(jī)打磨系統(tǒng)或用于鑄造鏡片表面的模型中。類似的，限定本發(fā)明鏡片的這些方程可以表示為半徑的離散值及其對應(yīng)徑向尺寸形成的表格。
旋轉(zhuǎn)表面在數(shù)學(xué)上必須僅包含以上述形式所示的偶指數(shù)；但是，現(xiàn)代計算機(jī)鏡片打磨系統(tǒng)能夠利用那些項的絕對值來產(chǎn)生奇指數(shù)的旋轉(zhuǎn)表面。這允許將附加的奇指數(shù)項加到上述方程中以操作實現(xiàn)設(shè)計效果。其他多項表達(dá)式可以表示同樣的基本函數(shù)，包括具有分指數(shù)項的表達(dá)式。另外，可以把方程3的第一項從簡單的拋物線形式修改為包括其他二次曲線的形狀，這可以提供臨時好處而不損失強(qiáng)度形式的優(yōu)勢。以下方程是可替換的強(qiáng)度分布的一般表達(dá)式，它包括一般二次項方程5Z(x)=kx22·[1-(1-S·k2·x2)1/2]·[1+(1-S·k2·x2)1/2]-1+]]>(2·k·(1nP)2)-1·Pk·x+(2·k·(1nP)2)-1·P-k·x-(k·(lnP)2)-1]]>其中S是非球面或形狀因數(shù)。對于S＝0，整個第一項為零以獲得方程1的原始指數(shù)形式。方程5中的下列二次曲線形狀由S值定義

利用該方程和方法制成的鏡片具有與前面的樣例相似的特性，但是具有所含的形狀因數(shù)S產(chǎn)生增加的自由度，可以控制S以改變有效光圈的大小和光階的形狀。
圖3包含了根據(jù)方程5由形狀因數(shù)S的不同值限定的鏡片的增加強(qiáng)度的圖表。對于所顯示的每種強(qiáng)度分布，P值都被調(diào)整成這樣，即強(qiáng)度分布在相同的徑向尺寸穿過近視強(qiáng)度34。通過這樣調(diào)整S和P，就可以控制遠(yuǎn)視區(qū)域和近視強(qiáng)度之間的光階形狀和強(qiáng)度分布斜率。對于多數(shù)接觸鏡，形狀因數(shù)S的值會處于-5到2的范圍內(nèi)。當(dāng)S值超出該范圍時，P值就變得非常小或非常大，這將導(dǎo)致強(qiáng)度分布扭曲。表2提供了根據(jù)本發(fā)明具有不同S值的樣本鏡片設(shè)計。
表2

在前面的示例一樣，假定每種情況下基礎(chǔ)曲線半徑為8.5mm而過渡瞳孔直徑為3.5mm。設(shè)計鏡片在過渡邊界處具有近視增加強(qiáng)度。利用在遠(yuǎn)距強(qiáng)度之上的+.75屈光度的臨界設(shè)計強(qiáng)度來計算有效光圈。
由于從上述方程所獲得的強(qiáng)度分布在近視強(qiáng)度處一般連續(xù)增長，因此提供近視強(qiáng)度的鏡片區(qū)域一般也較小。對一些使用者可能會引起近視清晰度減少的后果。為了在過渡條件下提供增加的近視矯正，在中心遠(yuǎn)視區(qū)域以外修改上述強(qiáng)度分布以增強(qiáng)近視矯正。圖2a描繪了這種根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的接觸鏡。圖2b是圖2a的鏡片的光強(qiáng)度作為離鏡片頂點的徑向尺寸的函數(shù)的圖表。鏡片30包括中心區(qū)域32中心區(qū)域32具有與遠(yuǎn)視區(qū)域22和光階26相對應(yīng)的強(qiáng)度分布32a，如圖1所示。通過交替運(yùn)用上述方程在各個具體實施例中生成強(qiáng)度分布32a。中心區(qū)域的光焦度在光階26中陡峭地上升從而產(chǎn)生上面所討論的感應(yīng)光圈。所達(dá)到的最大強(qiáng)度是明確需要的近視強(qiáng)度34。在該強(qiáng)度下，光階被截斷并且近視強(qiáng)度34通過環(huán)形近視區(qū)域36來維持，近視區(qū)域36從中心區(qū)域32向外延伸。中心區(qū)域32和近視區(qū)域36都位于過渡瞳孔范圍內(nèi)。在另外的實施例中，近視區(qū)域36具有遵循不同形狀的變化的強(qiáng)度分布，從而允許在光階和轉(zhuǎn)換區(qū)38之間進(jìn)行更平滑的轉(zhuǎn)換。從近視區(qū)域36的外圍，光強(qiáng)度在轉(zhuǎn)換區(qū)38中快速降低到等于頂端強(qiáng)度24的強(qiáng)度。優(yōu)選的，轉(zhuǎn)換區(qū)38的外圍接近于過渡瞳孔的外部界限。在該實施例中轉(zhuǎn)換區(qū)38中的轉(zhuǎn)換強(qiáng)度分布38a遵循簡單的雙曲線。轉(zhuǎn)換區(qū)要盡可能的平滑是很重要的，這樣可以不引入模糊而同時迅速退回強(qiáng)度以利用最小徑向范圍，這是很重要的。其他曲線也可以達(dá)到這些要求，例如可以是由不同多項式表達(dá)的曲線。轉(zhuǎn)換區(qū)38的徑向外部是鏡片微光視覺區(qū)40，該區(qū)具有遠(yuǎn)視強(qiáng)度—頂端強(qiáng)度24。如上所述，在另外的實施例中微光視覺區(qū)具有小于頂端強(qiáng)度的降低的強(qiáng)度。鏡片的微光區(qū)域外是透鏡狀凸緣42。凸緣42不提供光學(xué)效果，但對鏡片提供物理支撐。上述區(qū)域之間所需的任何平滑或均勻過渡都應(yīng)在中心區(qū)內(nèi)的主遠(yuǎn)視區(qū)外部，這很重要?？梢杂萌魏畏N類的已知方法來執(zhí)行這種平滑。
在另外的實施例中，為了實現(xiàn)近視和遠(yuǎn)視的平衡，控制強(qiáng)度分布以調(diào)節(jié)鏡片上的各自矯正區(qū)域。一般認(rèn)為近視強(qiáng)度區(qū)域至少與遠(yuǎn)視強(qiáng)度鏡片區(qū)域一樣大時，可以獲得近視和遠(yuǎn)視更有效的結(jié)合。也就是說，在垂直于光路的方向上，環(huán)形近視區(qū)域內(nèi)的面積等于或大于有效光圈內(nèi)的面積。需要對P和S都進(jìn)行控制以根據(jù)方程5獲得預(yù)期結(jié)果。這可以通過參照圖4所述的迭代處理來進(jìn)行，圖4是強(qiáng)度分布20的圖表。假定已經(jīng)定義了使用者和鏡片具體參數(shù)并代入了方程5中。根據(jù)使用者的要求也確定了所需的近視強(qiáng)度。試驗形狀因數(shù)建議選為S＝-1。選擇小于使用者過渡瞳孔徑向尺寸50的近視強(qiáng)度徑向尺寸(RNADD)的第一估算。然后對于各個P值和以RNADD計算得出的增加強(qiáng)度(ADDP(r))計算方程5。當(dāng)在RNADD處的強(qiáng)度分布等于所需的近視強(qiáng)度34時，根據(jù)方程和選出的設(shè)計水平(見上)來確定有效光圈51。這可以通過迭代試驗和誤差來進(jìn)行。然后分別計算出近視區(qū)域和有效光圈內(nèi)的面積。如果近視區(qū)域不足-小于有效光圈內(nèi)的區(qū)域-則形狀因數(shù)減小。如果近視區(qū)域太大-大于有效光圈內(nèi)的區(qū)域-則形狀因數(shù)增大。可以重新利用P的迭代來獲得理想的近視強(qiáng)度并檢驗面積。在通過該方法制成的鏡片中，強(qiáng)度分布在近視強(qiáng)度處截斷以形成近視區(qū)域36，近視區(qū)域36延伸至參照圖3所述的瞳孔范圍50。近視區(qū)域36在其范圍內(nèi)具有恒定強(qiáng)度?？梢园凑請D3的所述來設(shè)計過渡瞳孔以外的鏡片區(qū)域。上述迭代過程可以利用計算機(jī)方法自動進(jìn)行。還可以利用通用參數(shù)的列表值來簡化處理。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以利用其他方法執(zhí)行這些步驟。
圖5是與圖2b中所示的強(qiáng)度分布和矯正區(qū)域相對應(yīng)的光學(xué)表面。從頂點開始，中心表面區(qū)域61沿球形基準(zhǔn)線62向內(nèi)彎曲。球形基準(zhǔn)線62對應(yīng)于單獨強(qiáng)度鏡片的表面。中心表面區(qū)域61與中心視覺區(qū)強(qiáng)度分布(圖2b中的32a)相對應(yīng)。中心表面區(qū)域61終止于對應(yīng)近視強(qiáng)度的槽面63。從槽面63延伸出微光表面區(qū)域65，微光表面區(qū)域65具有與轉(zhuǎn)換和微光區(qū)域強(qiáng)度相對應(yīng)的增長的曲面半徑。在表面的外邊界是透鏡狀凸緣表面67。
在一特殊實施例中通過利用循環(huán)函數(shù)來獲得上述強(qiáng)度分布的近似值，循環(huán)函數(shù)提供額外益處。下面用于鏡片增加強(qiáng)度的方程實現(xiàn)了在中等強(qiáng)度和近視強(qiáng)度之間改進(jìn)的轉(zhuǎn)換，并且還實現(xiàn)了對最大強(qiáng)度及其徑向位置的控制。
方程6ADD(x)=ADDM2·[1+cos[π·(Xc-xXc)]]]]>其中ADD(x)是上述定義的在點x處的增加強(qiáng)度，ADDM是最大強(qiáng)度，ADDM被選擇等于所需的近視強(qiáng)度，Xc是最大強(qiáng)度的預(yù)期位置。
圖6是根據(jù)該方程利用上述方程中的不同ADDM和Xc值生成的強(qiáng)度分布69、69’、69”的圖表。由這些強(qiáng)度分布構(gòu)成的鏡片顯示出了由前述有效光圈和光階實現(xiàn)的相同的光學(xué)益處。由于具有控制最大分布強(qiáng)度的能力，它們特別適于通過引入以前面實施例的形式延伸的近視區(qū)域進(jìn)行修改。圖7描繪了通過從最大強(qiáng)度ADDM延伸這種循環(huán)強(qiáng)度分布70，在徑向方向上具有恒定近視強(qiáng)度的近視區(qū)域72而形成的鏡片強(qiáng)度分布。循環(huán)強(qiáng)度分布70的形狀給近視區(qū)域提供了平滑轉(zhuǎn)換并提高了光學(xué)性能。在近視區(qū)域72的外部邊界使用循環(huán)強(qiáng)度分布70的鏡像74以定義一平滑轉(zhuǎn)換，該平滑轉(zhuǎn)換將光強(qiáng)度在徑向方向上減少到頂端遠(yuǎn)距強(qiáng)度。
對方程6可以導(dǎo)出完整的表面函數(shù)，但得出的方程不便應(yīng)用于鏡片制造。與方程6的強(qiáng)度分布相關(guān)的光學(xué)表面的有效近似可以從下面方程求出方程7Z(x)=12·k·x2+M·10-32(n-1)·[12·x2+(T2π2)·(cos(πT·x)-1)]]]>其中M和T是必須確定的變量。
為了獲得合適的表面形狀，用典型的方式處理方程7以達(dá)到以M和T為參數(shù)的相應(yīng)近似強(qiáng)度函數(shù)。通過將近似強(qiáng)度函數(shù)形狀進(jìn)行迭代和與方程6的預(yù)期強(qiáng)度函數(shù)進(jìn)行比較來確定M和T的近似值。當(dāng)這兩個強(qiáng)度函數(shù)形狀充分相似時，將M和T的相應(yīng)值應(yīng)用到方程7。然后運(yùn)用該表面以生成鏡片光學(xué)表面，該表面能產(chǎn)生方程6的預(yù)期強(qiáng)度函數(shù)。
當(dāng)上述用于光學(xué)表面形狀的方程應(yīng)用于接觸鏡的前部表面時，它會產(chǎn)生預(yù)期的光強(qiáng)度分布。雖然可以利用它們來形成正鏡片，但是如上所述，當(dāng)用來形成上述負(fù)鏡片時可獲得額外益處。
由于位于中心的遠(yuǎn)視區(qū)域尺寸很小，因此希望在使用中將鏡片的光軸與瞳孔的視軸對齊。目前可用的親水性柔軟接觸鏡一般可很好地在眼睛上對中，因此比典型的硬鏡片更適合實現(xiàn)本發(fā)明，硬鏡片一般不能很好地對中。但是，在任何可以保持于居中位置的接觸鏡中，這里的概念同樣是適用的。改進(jìn)晶狀體與硬的透氣鏡片對中的一種方法是利用逆幾何基礎(chǔ)，它類似于已知的用于角膜塑型術(shù)中的角膜模型的原理。該逆幾何基礎(chǔ)應(yīng)用于鏡片的后表面，形成與角膜頂點對中的相對平直曲線，且以一半徑逐漸陡峭的部分包圍著該區(qū)域，半徑逐漸陡峭的部分能產(chǎn)生對角膜的吸附。包圍這些區(qū)域的是第三區(qū)域，第三區(qū)域具有與角膜對準(zhǔn)的曲率。這些特征的組合效果形成了施加于鏡片的中心調(diào)整力。由上述方程1和5限定的表面形狀也可以應(yīng)用于硬透氣鏡片基礎(chǔ)曲線，并且利用這些形狀固有的平—陡—平特性，產(chǎn)生相同的對中效果。
在上述實施例中，假定瞳孔的光學(xué)系統(tǒng)位于瞳孔幾何體的中心。這通常與在某些人當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的瞳孔自然幾何偏移的情況不符。為了將接觸鏡根據(jù)瞳孔幾何體偏心定位，在另外的實施例中后表面的周圍運(yùn)用了偏心斜面。類似地，偏心凸緣可以用于達(dá)到相同效果。通過根據(jù)瞳孔幾何體建立等于光學(xué)偏心率的鏡片偏心率()，鏡片可以與光軸中心對準(zhǔn)。這些實施例應(yīng)用于軟和硬的透氣鏡片中最為有效。
根據(jù)本發(fā)明的接觸鏡包括硬式鏡片、軟式鏡片，以及由任何一般使用材料形成的硬式透氣式鏡片。優(yōu)選鏡片是水凝膠或硅水凝膠軟式鏡片。鏡片的光強(qiáng)度是鏡片形狀和材料性質(zhì)的函數(shù)。這里討論的鏡片形狀和函數(shù)與使用時鏡片的預(yù)期條件有關(guān)。這意味著，例如被設(shè)計具有重要含水量的鏡片是充分水合的。當(dāng)前打磨系統(tǒng)能夠在轉(zhuǎn)換輸入?yún)?shù)時考慮到材料性能變化，例如使用時具有高含水量的接觸鏡中出現(xiàn)的材料性質(zhì)變化。同樣地，造型鏡片成形時也能將相同的材料轉(zhuǎn)換考慮在內(nèi)。
雖然上述討論主要是關(guān)于接觸鏡，但本發(fā)明還包括結(jié)合這里的新概念的其他鏡片，這些鏡片包括鞏膜鏡片、眼內(nèi)鏡片、以及在角膜組織內(nèi)施加的或手術(shù)成形的鏡片，但不局限于這些。尤其是，在這些可選擇的光學(xué)器件中形成了具有光階的強(qiáng)度分布，光階產(chǎn)生有效光圈。下面的表格3中給出了根據(jù)本發(fā)明的用于眼內(nèi)鏡片(IOL)以及成形的角膜表面輪廓的設(shè)計參數(shù)。
表3

在IOL設(shè)計中鏡片和玻璃體的折射率分別假定為1.49和1.34。IOL是中央厚度為0.50mm的“D”形鏡片。角膜折射率取為1.376，角膜半徑為7.7mm。形成這種具有限定的光學(xué)表面的設(shè)備的細(xì)節(jié)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是公知的。
在另外一個實施例中，眼鏡片可獲得上述可調(diào)強(qiáng)度和表面函數(shù)的好處。由于它們不夠接近瞳孔，因此根據(jù)本發(fā)明的眼鏡片得不到有效光圈的效果。但是，上述強(qiáng)度和表面方程提供了形成改良眼鏡片的獨特方法，其中第一強(qiáng)度分布限定出沿著鏡片一軸的臍狀線。正交強(qiáng)度分布是由其與臍狀線上的第一強(qiáng)度分布的交點的相應(yīng)強(qiáng)度值來確定的。
當(dāng)不需要近視矯正時，根據(jù)本發(fā)明生成的感應(yīng)光圈的效果對于矯正遠(yuǎn)視也是有價值的。本發(fā)明包括具有光階和感應(yīng)光圈，且對近視矯正沒有特殊要求的接觸鏡。
在本發(fā)明的另一選擇實施例中，鏡片強(qiáng)度分布在遞增的徑向范圍具有許多強(qiáng)度峰值。圖8中顯示了一種樣本實施例，圖8提供了該實施例中強(qiáng)度作為徑向尺寸的函數(shù)的圖表。三個光強(qiáng)度峰值80達(dá)到最大強(qiáng)度82，最大強(qiáng)度82等于、或大于計劃近視強(qiáng)度81。從頂點到第一峰值，強(qiáng)度分布用前述實施例所示的相同方式來限定。在鏡片頂點，強(qiáng)度等于預(yù)期遠(yuǎn)視強(qiáng)度84并在徑向方向快速上升從而影響感應(yīng)光圈。但是，強(qiáng)度分布83在最大強(qiáng)度82處不矯直或拉平。然后強(qiáng)度分布被關(guān)于峰值對稱地反射，這樣強(qiáng)度以同樣的方式下降到接近于遠(yuǎn)視強(qiáng)度84。通過在徑向范圍內(nèi)重復(fù)該強(qiáng)度分布來限定隨后的峰值。最內(nèi)部的峰值的徑向位置在過渡瞳孔范圍上或其內(nèi)。雖然圖8描繪了三個峰值，但也可能包括兩個、或超過三個峰值-最大峰值數(shù)量被限制在可將它們?nèi)慷ㄎ挥趯σ曈X有效的設(shè)計最大瞳孔范圍內(nèi)。這些具有多個峰值的強(qiáng)度分布實現(xiàn)了改進(jìn)的距離視力，這是前面所述的感應(yīng)光圈效果的結(jié)果。同時，重復(fù)的峰值提供了至少兩個額外好處。第一個好處是改善了中等距離視力和近視力，這歸功于每個峰值在小于最大強(qiáng)度82的中等和近距強(qiáng)度處提供了強(qiáng)度85的遞增的有效區(qū)。另外的好處是由于對應(yīng)鏡片表面形狀而引起的鏡片相應(yīng)的變薄。
圖9描繪了軸對稱的鏡片表面90，顯示為鏡片前部光學(xué)表面的弧矢深度作為徑向尺寸的函數(shù)的圖象。該表面提供了參照圖8所述的強(qiáng)度分布，但它具有兩個峰值。每個強(qiáng)度峰值都對應(yīng)于鏡片表面90中的一個槽91。雖然顯示出的每個槽都具有間斷槽，但實際制造要求這些事實上可以是稍微圓形或平滑過渡。盡管這可能引起某些程度的衍射干擾，但一般相信在多數(shù)鏡片中只具有最小效應(yīng)。具有多個強(qiáng)度峰值的本發(fā)明的實施例，其部分特征在于多個徑向槽(sculpi)。在徑向尺寸的外圍，可以看到隨著鏡片表面貼近鏡片基礎(chǔ)曲線93，槽的變薄效果。產(chǎn)生介于頂點和第一峰值之間的上述強(qiáng)度分布的鏡片表面形狀在不同實施例中利用上述方程來限定。然后該形狀可以被關(guān)于峰值對稱地反射，并且可利用已知方法將該形狀施加于鏡片曲線上。利用為此目的設(shè)計的現(xiàn)代數(shù)控打磨技術(shù)可容易地進(jìn)行這種操作。在另外的實施例中，幾個峰值可各具有獨特的表面形狀。也就是說，定義單獨峰值的一個或多個上升面和下降面可以由不同于其他上升面和下降面的表面形狀來確定。例如，從鏡片頂點到第一峰值的表面形狀可以由上述方程5利用第一組參數(shù)(也就是P和S的值)來確定，而從第一峰值下降的表面形狀和隨后的峰值由方程5利用第二組具體參數(shù)(每種情況下必須反射)來確定。
僅通過樣例提供了前述討論。而根據(jù)權(quán)利要求的創(chuàng)造性的概念所做的其他變化對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。適配或結(jié)合已知的可替換裝置及材料也是目前和將來所期待的。
權(quán)利要求
1.一種眼鏡片，包括繞頂點旋轉(zhuǎn)的光學(xué)表面，該頂點具有頂端遠(yuǎn)距強(qiáng)度，該頂點還具有曲面的頂端半徑，該表面由下面方程所限定Z(x)＝(2·k·(lnP)2)-1·Pk·x+(2·k·(lnP)2)-1·P-k·x+(k·(lnP)2)-1其中x是以毫米表示的距頂點的垂直距離，Z(x)定義點x的弧矢深度，k是以毫米表示的曲面的頂端半徑的倒數(shù)，P是指數(shù)強(qiáng)度基數(shù)，ln是自然對數(shù)函數(shù)；以及光學(xué)表面形成圍繞頂點的遠(yuǎn)視區(qū)；圍繞遠(yuǎn)視區(qū)的光階；在遠(yuǎn)視區(qū)和光階中平滑地徑向增大到光階中最大強(qiáng)度的鏡片光強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鏡片，其中P具有在1至60的范圍內(nèi)的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的鏡片，進(jìn)一步包括圍繞光階的降低強(qiáng)度區(qū)域，該區(qū)域具有從最大強(qiáng)度快速徑向向外減小到降低強(qiáng)度的光強(qiáng)度，該降低強(qiáng)度不大于遠(yuǎn)距強(qiáng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的鏡片，進(jìn)一步包括圍繞降低強(qiáng)度區(qū)域的微光視覺區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的鏡片，其中遠(yuǎn)距強(qiáng)度是負(fù)的，而微光區(qū)域具有比遠(yuǎn)距強(qiáng)度更負(fù)的強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的鏡片，其中微光區(qū)域具有等于遠(yuǎn)距強(qiáng)度的強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的鏡片，其中該鏡片是人工晶狀體。
8.一種具有改進(jìn)的遠(yuǎn)視矯正的鏡片，包括位于中心的遠(yuǎn)視區(qū)，它具有頂點和頂端強(qiáng)度；和圍繞遠(yuǎn)視區(qū)的光階；及至少一個光學(xué)表面，該光學(xué)表面產(chǎn)生從頂端強(qiáng)度平滑地徑向向外增大到更大的最大強(qiáng)度的鏡片強(qiáng)度分布，而且該強(qiáng)度分布在光階中充分快速地增大到最大強(qiáng)度，以感應(yīng)接收通過鏡片傳送的遠(yuǎn)距圖象的使用者觀看到穿過遠(yuǎn)視區(qū)的圖象的部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的鏡片，其中強(qiáng)度分布包括一個強(qiáng)度值，該強(qiáng)度值等于在小于預(yù)定過渡瞳孔尺寸的徑向尺寸處的預(yù)定近視強(qiáng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的鏡片，進(jìn)一步包括從光階徑向向外延伸的近視區(qū)，它具有等于近視強(qiáng)度的強(qiáng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的鏡片，進(jìn)一步包括圍繞近視區(qū)的微光視覺區(qū)域，它具有不大于頂端強(qiáng)度的微光強(qiáng)度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的鏡片，其中微光強(qiáng)度小于頂端強(qiáng)度。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的鏡片，其中該至少一個光學(xué)表面是由下面的總和限定的光學(xué)表面Z(x)=Σn=1mk2n-1(lnP)2(n-1)(2·n)!·x2n]]>其中x是以毫米表示的距頂點的垂直距離，Z(x)定義點x的弧矢深度，k是以毫米表示的曲面的頂端半徑的倒數(shù)，P是強(qiáng)度基數(shù)，ln是自然對數(shù)函數(shù)，m至少等于3。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的鏡片，其中P具有在1至60范圍內(nèi)的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的鏡片，其中該至少一個光學(xué)表面是由下面方程限定的光學(xué)表面Z(x)=kx22[1-(1-S·k2·x2)1/2]·[1+(1-S·k2·x2)1/2]-1+]]>(2·k·(lnP)2)-1·Pk·x+(2·k·(lnP)2)-1·P-k·x-(k·(lnP)2)-1其中x是以毫米表示的距頂點的垂直距離，Z(x)定義點x的弧矢深度，k是以毫米表示的曲面的頂端半徑的倒數(shù)，P是強(qiáng)度基數(shù)，ln是自然對數(shù)函數(shù)，以及S是形狀因數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的鏡片，其中P具有在1至60的范圍內(nèi)的值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的鏡片，其中S具有在-5至2的范圍內(nèi)的值。
18.根據(jù)權(quán)利要求8的鏡片，其中從頂端強(qiáng)度到最大強(qiáng)度的強(qiáng)度分布由循環(huán)函數(shù)限定。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的鏡片，其中該循環(huán)函數(shù)為ADD(x)=ADDM2·[1+cos[π·(Xc-xXc)]]]]>其中ADD(x)是在x處頂端強(qiáng)度之上的增加強(qiáng)度，x是離頂點的垂直距離，ADDM等于最大強(qiáng)度，Xc是最大強(qiáng)度的預(yù)定位置，以及π是三角函數(shù)值，等于圓的周長與直徑的比率。
20.根據(jù)權(quán)利要求8的鏡片，其中該至少一個光學(xué)表面包括人體角膜的表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求8的鏡片，進(jìn)一步包括限定光峰值強(qiáng)度區(qū)域的多個徑向槽。
全文摘要
多焦點鏡片由非錐形的非球面光學(xué)表面限定。各種可選擇的表面形狀提供由光階圍繞的中央遠(yuǎn)視區(qū)域。光階具有在徑向方向上快速增長的強(qiáng)度，該強(qiáng)度產(chǎn)生感應(yīng)光圈，視覺系統(tǒng)的皮層成分通過感應(yīng)光圈受感應(yīng)從而聚集。感應(yīng)光圈導(dǎo)致增加的遠(yuǎn)視清晰度。限定非錐形的非球面光學(xué)表面以產(chǎn)生預(yù)期的光強(qiáng)度分布。還可以多項式序列的形式提供這些表面函數(shù)以簡化用于形成接觸鏡的計算機(jī)驅(qū)動打磨機(jī)的使用。為了允許對限定函數(shù)增加操作，添加了附加元素例如二次項。為了改進(jìn)某些結(jié)構(gòu)中的近視矯正，環(huán)形近視區(qū)從光階徑向向外延伸。為了改進(jìn)低光度遠(yuǎn)視，強(qiáng)度在過渡瞳孔范圍外的鏡片區(qū)域內(nèi)下降。在選擇實施例中，遠(yuǎn)視區(qū)和光階由循環(huán)函數(shù)形成。它們具有易于操作以適應(yīng)不同使用者的具體幾何要求的好處。在一些結(jié)構(gòu)中，在光階外使用擴(kuò)展的近視區(qū)以提高近視矯正。本發(fā)明包括接觸鏡、鞏膜眼鏡、人工晶狀體、和在角膜組織內(nèi)施加的或手術(shù)成形的鏡片以及設(shè)計和裝配這些眼鏡的方法。雖然名義上正強(qiáng)度鏡片也在本發(fā)明當(dāng)中，但是負(fù)鏡片取得了特別的好處，這是因為在鏡片外圍減少的鏡片厚度以及因此減少的球面象差。
文檔編號G02C7/06GK1582408SQ01818518
公開日2005年2月16日 申請日期2001年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月8日
發(fā)明者理查德·A·格里芬 申請人:佛羅里達(dá)光學(xué)工程公司