專利名稱：變換雙焦佩戴模態的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學元件，更具體而言，涉及一對軟性接觸式透鏡。
背景技術：
接觸式透鏡被廣泛用于許多不同類型的視覺缺陷。這些視覺缺陷包括例如近視眼和遠視眼的缺陷(分別是近視和遠視)，以及通常與老齡化相關的近范圍視覺的缺陷(老花眼)。老花眼發生在人老齡化的時候，此時眼睛透鏡開始失去彈性，最終導致眼睛不能聚焦到近物。這樣的人在讀書或利用計算機工作時，將需要額外的視覺校正。
一些老花眼患者同時具有近距視覺缺陷和遠距視覺缺陷，因此需要雙焦或多焦透鏡來適當校正視覺。
一種通常的單視接觸式透鏡具有實焦點或虛焦點，其是透鏡垂直于平行光線時該平行光線聚焦的點，并且具有光軸，其是從焦點到透鏡中心的假想線。透鏡具有后表面，該后表面適配角膜和相對的前表面。透鏡的光學區聚焦光線以校正視覺。在通常的球面透鏡中，光學區具有單個曲率半徑，該曲率半徑是從視覺表面上任意一點到光軸上被稱為曲率中心的點之間的距離。
雙焦接觸式透鏡具有至少兩個光學區遠距區，用于遠距視覺校正，以及近距光學區，用于近距視覺校正(例如，在讀書時)。
雖然雙焦接觸式透鏡可以讓人們改善遠距視覺和近距視覺，但是該雙焦接觸式透鏡不利于中距視覺校正，例如看計算機屏幕時。該雙焦接觸式透鏡不能提供所需的校正。
因此，需要一種雙焦或多焦佩戴模態，其可以提供遠距和近距視覺校正，也可以提供中距視覺校正。
發明內容
本發明克服了現有技術的缺點，其中本發明的一個方面是一對變換(分節(segmented))多焦接觸式透鏡，第一接觸式透鏡用于佩戴者的主眼，第二接觸式透鏡用于佩戴者的非主眼。第一和第二透鏡都包括前表面和相對的后表面。每一個透鏡的前表面包括垂直子午線和水平子午線，以及中央光學區。每一個透鏡的中央光學區具有上光學區、下光學區以及光學混合區，其中光學混合區具有能夠確保從上光學區到下光學區的平滑表面過渡的表面，并且該表面使得上和下光學區可以相互獨立地被設計和優化，以使得來自上和下光學區的重像或圖像模糊被最小化或消除。第一透鏡的上光學區用于遠距視覺校正，而第一透鏡的下光學區用于中距或近距視覺校正。第二透鏡的上光學區用于遠距或中距視覺校正，第二透鏡的下光學區用于中距或近距視覺校正。優選，第一透鏡的下光學區的視覺校正，不論是中距視覺校正還是近距視覺校正，都將由佩戴者的主觀偏好和主要日常活動來設置。
本發明還提供為需要長時間中距視覺校正的人例如計算機使用者所用的上述一對多焦接觸式透鏡的制造方法。
通過下面結合附圖對優選實施例的描述，本發明的這些以及其它方面將變得清楚明顯。對于本領域技術人員來說很明顯的是，可以獲得本發明的許多變化和修改，而不會脫離所公開的新穎構思的精神和范圍。
圖1a是根據本發明的優選實施例的用于主眼的透鏡的前視圖；圖1b是根據本發明的優選實施例的用于非主眼的透鏡的實施例的前視圖；圖2示意性示出間距分布(第一和第二光學區之間的距離)隨著到根據優選實施例的接觸式透鏡的前表面的垂直子午線的距離的變化。
具體實施例方式
現在詳細描述本發明的優選實施例。參照附圖，相同的標號在所有附圖中表示相同的部件。在這里的描述和所有權利要求中，下列術語采用與本文明確相關的意思，除非上下文清楚指出其它意思“一個”、“an”以及“所述”的意思包括復數引用，“在......中”的意思包括“在......中”和“在......上”。除非另外限定，否則，這里使用的所有技術和科學術語的意思和本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的意思相同。通常，這里使用的術語和實驗過程都是本領域公知的和通常采用的。采用常規方法來實施這些過程，例如本領域提供的那些方法和多種通用參考方法。
主眼決定了一個人的主觀視覺視線。主眼和非主眼都需要視覺校正，并且兩只眼睛可能需要距離校正，例如近視和遠視。此外，當人上了年紀而每只眼睛的晶狀體失去彈性后，需要對老花眼進行兩眼的近距視覺校正。
圖1a和1b示意性示出根據本發明優選實施例的一對多焦接觸式透鏡。該對透鏡包括用于主眼的第一透鏡100(圖1a)，以及用于非主眼的第二透鏡200(圖1b)。
這里所用的“多焦”接觸式透鏡可以是雙焦透鏡、三焦透鏡、多焦透鏡或者漸進多焦透鏡。
本發明的一對多焦接觸式透鏡的每一個透鏡(100或200)具有如圖1a和1b所示的前表面(或前曲面)，以及相對的后表面(或背曲面)(未示出)，當被使用者佩戴時該后表面位于眼睛的角膜上。每個透鏡的前表面包括垂直子午線151或251、水平子午線152或252、中央光學區102或202、周緣混合區120或220以及周緣部分(例如，透鏡狀區)115或215，其中周緣混合區從中央光學區102或202向外延伸，而周緣部包圍周緣混合區120或220。
“透鏡狀”是指在光學區和邊緣之間的接觸式透鏡的前表面上的周緣非光學表面區。該透鏡狀區的主要功能是控制透鏡邊緣的厚度和/或透鏡定位穩定性和/或為佩戴者提供舒適感。
可以理解，中央光學區的中心優選是前表面的幾何中心，雖然該中央光學區的中心可以偏離前表面的幾何中心達2毫米。為了確保單獨、獨立地設計中央光學區和周緣區，以及為了確保從中央光學區到周緣區的連續表面過渡，尤其優選地需要在周緣區和中央光學區之間具有的周緣混合區。利用中央光學區102或202和周緣區115或215之間的周緣混合區120或220，所制造出的接觸式透鏡在兩個區之間連接處消除了拐點和/或陡沿，從而使得佩戴者感覺更加舒適。此外，中央光學區102或202和周緣區115或215之間的周緣混合區120或220可以解耦透鏡的光學特征與機械穩定和變換特征，從而防止將棱鏡引入到該光學元件中。周緣混合區120或220所具有的表面確保周緣區115或215、周緣混合區120或220以及中央光學區102或202彼此相切。本發明的周緣混合區可以是數學函數所描述的任何表面，優選為基于樣條的數學函數，或者是由不同面片構成。
“垂直子午線”是指，當所述接觸式透鏡保持在眼睛的預定方位時，從接觸式透鏡的前表面的頂部開始，經中心，一直到底部的垂直延伸的假想線。“水平子午線”是指，當所述接觸式透鏡保持在眼睛的預定方位時，從接觸式透鏡的前表面的左側開始，經中心，一直到右側的水平延伸的假想線。水平和垂直子午線相互垂直。
“面片”在第一方案(derivative)中、優選在第二方案中指具有相互連續的曲率的線的組合。
可以理解，周緣區可以由一個或多個周緣帶或區構成，它們拼連在一起形成連續表面。這種周緣區可以是由一個或多個數學函數、優選為由基于樣條的數學函數限定的連續表面，或者由若干不同面片構成。
每一個接觸式透鏡100或200的中央光學區102或202包括上光學區112或212、下光學區114或214以及優選包括在上和下光學區(112和114，或212和214)之間的光學混合區116或216。
透鏡的上光學區112或212覆蓋了中央光學區的上部。優選，上光學區112或212下部的與光學混合區的邊界至少在其中央部分(例如，在下邊界線和垂直子午線的交點周圍，或者在下邊界線和平行于該垂直子午線并通過中央光學區的中心的線之間的交點周圍)位于或低于通過的中央光學區102或202的中心的水平線(水平子午線或平行于水平子午線的線)。更優選，上光學區112或212下部的與光學混合區116或216的邊界低于通過中央光學區102的中心的水平線。
上光學區112或212的頂點優選與中央光學區102或202的中心重合。透鏡的光軸通過該上光學區的頂點以及后表面(底部曲面)的光學區的中心。上光學區112或212可以由任何數學函數限定，例如，球函數、圓錐函數、雙錐函數、澤爾尼克多項式、基于樣條的數學函數或者它們之間的組合。
下光學區114或214位于光學混合區116或216下面。下光學區114或214的頂端中心優選位于垂直子午線或者平行于該垂直子午線并通過中央光學區的中心的線上，并且位于其與光學混合區之間的邊界線上。下光學區114或214可以由任何數學函數限定，例如，球函數、圓錐函數、雙錐函數、澤爾尼克多項式、基于樣條的數學函數或者它們之間的組合。
對于分節雙焦接觸式透鏡，例如接觸式透鏡(例如，如圖所示的非限制性的例子100)，來自眼睛上的光學區112和114的圖像必須橫向重合，以最小化或消除重像。當來自眼睛上的多個光學區的圖像存在橫向分離時，就會導致重像。通常對于雙焦透鏡，來自兩個區的圖像將會在眼睛上出現軸向分離。如這里所實施的，通過下光學區的頂端中心和下光學區的頂端中心處的曲率中心的線優選與通過上光學區的頂點和后表面的頂點處的曲率中心的線相交，其中相交點在底部光學表面的頂點處的曲率中心的2毫米范圍內。這樣的光學區可以適當對準透鏡光軸附近的橫向圖像，并控制出現在佩戴者眼前的跳像。
在該優選實施例中，通過圍繞下光學區的頂點旋轉該下光學區，控制它和上光學區之間的最佳對準。為了適當對準橫向圖像，通過下光學區的頂端中心和下光學區的頂端中心處的曲率中心的線應該通過(后)底部曲面的曲率中心。然而，在該優選實施例中，透鏡的不對稱穩定和變換特征需要通過下光學區的頂端中心和下光學區的頂端中心處的曲率中心的線與略偏離于該曲率中心的后(或底部曲面)表面的中心軸相交。
上光學區112或212被光學混合區116或216至少部分或完全地與下光學區114或214隔開。上和下光學區之間沿垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過中央光學區中心的線上的距離優選的是0.5毫米或更小，更優選的是0.2毫米或更小，進一步更優選的是0.05毫米或更小，最優選的是0.01毫米或更小。如果上和下光學區之間沿垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過中央光學區中心的線上的距離是零，則上光學區112或212和下光學區114或214在共有切點160或260上相切，該切點與下光學區的頂端中心重合。
光學混合區116或216優選關于穿過垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過中央光學區中心的線的平面鏡面對稱。光學混合區116或216具有能夠確保從上光學區112或212到下光學區114或214的平滑表面過渡的表面。光學混合區116或216優選包含大大高于上或下光學區的局部曲率(光焦度)，以使得將光從眼睛的黃斑區折射離開。雙焦接觸式透鏡設計的上光學區112或212和下光學區114或214之間的彎曲最優化了佩戴者注視的成像特性。
通常，上和下光學區之間的表面下垂度的差異阻礙了平滑表面過渡。因此，在該優選實施例中，混合區表面的曲率幅度將遠遠高于各光學區的曲率。在該優選實施例中，光學混合區116或216表面將具有主要在水平方向上的偏轉。
進一步如圖1a和1b所示，光學混合區116或216在上光學區112或212和下光學區114或214之間水平延伸，從位于垂直子午線(或平行于該垂直子午線并通過中央光學區中心的線)上的中心點160或260延伸到接觸式透鏡100或200的周緣。光學混合區116或216還從該垂直子午線向接觸式透鏡100或200的周緣向外張開。光學混合區116或216的寬度向中央光學區的周緣方向增加，以提供受控曲率、受控光焦度以及光學區-到-透鏡狀區混合的平滑表面過渡。
當瞳孔與光學混合區116或216相對時，會出現涉及重像和模糊的問題。本發明的光學混合區以及光學區結構最小化了這些問題。
混合區116或216可以通過形成兩個表面來形成，這兩個表面被適當對準以便獲得最佳視覺，并且從下光學區的頂端中心到上光學區的頂點被分隔1.5毫米或更小的距離。下光學區114或214將圍繞下光學區114或214的頂端中心旋轉，以從上和下光學區橫向對準圖像。兩個適當設計并對準的上和下光學區的混合區116或216所共用的邊界優選在周緣張開，以維持通過混合區116或216的相對平滑曲率。光學混合區的寬度在中心將會是0.1毫米級或更小(沿垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過中央光學區中心的線)，在周緣是1毫米級。在該優選實施例中，邊界曲線可以由樣條或四次方或更高的數學函數來限定，并被投影到所述表面上。
例如，本發明的雙焦接觸式透鏡的前表面上的中央光學區可以如下設計。將第一光學表面設計成提供中距或遠距視覺校正所需的光焦度。第一光學表面的中心軸與后表面的中心軸重合。將在垂直于后表面的中心軸的平面(xy平面)上的第一投影曲線投影到第一光學表面上，以形成上光學區與光學混合區之間的邊界線。
然后，設計第二光學表面，以提供中距或近距視覺校正所需的光焦度。將在垂直于第二光學表面的中心軸的平面(xy平面)上的第二投影曲線投影到第二光學表面上，以形成下光學區與光學混合區之間的邊界線。通過在上光學區下面沿垂直子午線(或平行于該垂直子午線并通過中央光學區中心的線)將所設計的下光學區的頂端中心定位到期望點，從而將所設計的下光學區定位到前表面的中央光學區中。優選，這樣將所設計的下光學區定位到前表面的中央光學區中，使得所設計的下光學區和第一光學表面(位于第一光學區和光學混合區的邊界線下面的部分)在所設計的下光學區的頂端中心處彼此相切。被定位的下光學區然后繞下光學區的頂端中心旋轉，以相對于上光學區適當地對準下光學區。
彼此獨立的第一和第二投影曲線可以是六次數學函數(公式1和2)Upper_Cut(t)＝δ+TI·OZD2(t-.5)2+T2·OZD4(t-.5)4+T3·OZD6·(t-.5)6(1)Lower_Cut(t)＝-δ+BI·OZD2(t-.5)2+B2·OZD4(t-.5)4+B3·OZD6·(t-.5)6(2)
其中δ是上和下光學區之間的中心距(例如，沿垂直子午線)；OZD是光學區直徑；T1是主(上)區的二次項系數；T2是主區的四次項系數；T3是主區的六次項系數；B1是次(下)區的二次項系數；B2是次區的四次項系數；B3是次區的六次項系數；以及t是參量參數
圖2示意性示出間距分布，y軸，(上和下光學區之間距離)隨到前表面的垂直子午線的距離(x軸)的變化。從由等式1限定的投影曲線獲取上光學區和光學混合區之間的邊界線，其中δ是0.005毫米，OZD是8毫米，T1是0.02，T2是0.0001，以及T3是0.00001。從由等式2限定的投影曲線來獲取下光學區和光學混合區之間的邊界線，其中δ是0.005毫米，OZD是8毫米，B1是0.005，B2是-0.003，以及B3是-0.0001。
根據本發明，一對多焦透鏡中的一個具有用于遠距視覺校正的上光學區以及用于中距或近距視覺校正的下光學區。該對多焦透鏡中的另一個具有用于遠距或中距視覺校正的上光學區以及用于中距或近距視覺校正的下光學區。
用于遠距視覺校正的光焦度通常等于清楚的校正折射光焦度。這里使用的“清楚的折射”表示使用者的眼睛的主觀最佳校正。“清楚的校正折射光焦度”表示實現使用者的眼睛的主觀最佳校正所需的折射光焦度。
用于中距或近距視覺校正的光焦度通常等于清楚校正折射光焦度和增加的ADD值的光焦度的和。該ADD值通常提供用于中距或近距視覺的最佳視覺校正。ADD值依賴于老花眼的度數，通常在1屈光度到3屈光度之間。
近距離讀書所需的ADD值高于在中等距離看計算機屏幕所需的ADD值。建議用于中距視覺校正區的ADD值是用于近距視覺校正區的ADD值的25％到75％之間，從而可以實現中間距離的最佳視覺。例如，對于用于近距區的1屈光度的ADD值，用于中距區的ADD值應當在0.25到0.75屈光度之間；而對于用于近距區的2屈光度的ADD值，用于中距區的ADD值應當在1到0.5屈光度之間；對于用于近距區的3屈光度的ADD值，用于中距區的ADD值應當在1.5到0.75屈光度之間。可以理解，建議的ADD值通常依賴于人的年齡。
如果本發明的接觸式透鏡的下光學區是用于近距視覺校正的光學區，則希望如圖1a所示，下區的尺寸小于上區的尺寸。上光學區和下光學區的尺寸比率是約1.6或更大。上光學區112與光學混合區116的下邊界線至少在其中央部分，至少65％，(例如，在下邊界線和垂直子午線的交點周圍，或者在下邊界線和平行于該垂直子午線并通過中央光學區的中心的線之間的交點周圍)低于通過的中央光學區102的中心的水平線(水平子午線或平行于水平子午線的線)。從上光學區112的頂點，到垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過中央光學區的中心的線與上光學區112和光學混合區116的下邊界線的交點的距離是0.5到1.5毫米，優選的是0.75到1.25毫米，更優選的是0.9到1.1毫米。
如果本發明的接觸式透鏡的下光學區是用于中距視覺校正的光學區，則希望如圖1b所示，下區的尺寸等于或略小于上區的尺寸。上光學區和下光學區的尺寸比率是大約1.5或更小。從上光學區212的端點，到垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過中央光學區的中心的線與上光學區212和光學混合區216的下邊界線的交點的距離小于約0.8毫米，優選的是0.5毫米，更優選的是0.3毫米。
用于主眼的透鏡的下區所具有的ADD值依賴于佩戴者的主要活動。通常，建議使用主眼用于佩戴者的主要非遠距視覺活動。例如，如果佩戴者是計算機用戶，他的主要非遠距活動是在中間距離觀看計算機屏幕，則主眼應當用于中間距離中的活動，即，用于主眼的透鏡的下區應當用于中間距離活動，例如觀看計算機屏幕。用于非主眼的透鏡的下區則將用于近距離活動，例如看書。
可選的是，如果佩戴者是一個卡車司機，其在主要注視中通常觀察遠處，或者在向下注視中觀看近距離的地圖，則主眼應當用于向下注視中的近距離活動，即，用于主眼的透鏡的下區應當用于近距離活動，例如看地圖，而用于非主眼的透鏡的下區應當用于中間距離活動，如圖1a和1b所示。
圖1a和1b示出本發明的優選實施例。用于兩個透鏡100和200的上區102和202提供用于遠距視覺的校正，但是用于下區106和206的ADD值不同。用于主眼的透鏡100具有用于近距視覺校正的下光學區106(ADD＝+3.0D)，而用于非主眼的透鏡200具有用于中距視覺校正的下光學區(ADD＝+1.5D)。
在優選實施例中，本發明的透鏡的上光學區包括垂直定位的彗形像差，其在上光學區的下部分中更加近視。該垂直定位的彗形像差將產生中距視覺區。
“彗形波前像差”是指一種這樣的波前像差，它是由在提出的OSA(美國光學學會)標準澤爾尼克多項式中的三次、五次、七次澤爾尼克彗形項中的任意一項或其組合描述的波前像差或其等同物。
下面示出了達到七次的提出的OSA(美國光學學會)標準澤爾尼克多項式的表格(可以從http://color.eri.harvard.edu/standardization/stadardsTOPS4.pdf獲取關于澤爾尼克多項式的更多信息)。極坐標中達到7次(36項)的澤爾尼克多項式的表 垂直定位的彗形像差是一種這樣的波前像差，它是由三次彗形澤爾尼克項Z7、五次彗形澤爾尼克項Z17、七次彗形項Z31以及其組合所描述的波前像差或者其等同物。
在另一個優選實施例中，本發明的透鏡的中央光學區能夠在上和下區中具有漸進光焦度區。
在另一個優選實施例中，中央光學區12、14能夠可選地包括球面像差，其在每一個區的周緣上較少地近視。在從距任何光學區中心的3毫米的距離上，球面像差的幅度將是該組所有透鏡的1屈光度級。通常，老花眼顯示出1屈光度或更多的球面像差，其對于6毫米瞳孔在周緣中近視較深。在透鏡中產生的實際球面像差也將是對于透鏡設計和透鏡材料，耦合到眼睛的球面像差的函數。
通常，中央區域中的窄的光學混合區116或216將通過制造過程平滑。在周緣中，光焦度的幅度與光學區顯著不同。在優選實施例中，到透鏡狀區域115或215的光學混合區116或216可能不對稱，以最優化該區域中的混合。另外，光學混合區116或216的末端的曲率可以將離軸光折射到視網膜，以使得該光為佩戴者提供關于透鏡100或200的方位的視覺信號。
本發明的接觸式透鏡優選包括一個或多個定位/穩定特征(171，172，271，272)。任何合適的定位/穩定特征都可以用于本發明中。示例性定位/穩定特征包括但不限于棱鏡平穩器或類似物，其采用變化的厚度分布來控制透鏡定位；多面體表面，其中透鏡幾何形狀的部分被去除以控制透鏡定位；脊狀特征，其通過和眼瞼相互作用來定位透鏡，雙片去除(doubleslab-off)特征，其具有頂部片去除區171或271以及一個底部片去除區，以保持眼睛上的透鏡定位以及透鏡上的視覺信號，以使得佩戴者能夠在合適方位插入透鏡；透鏡的周緣區中的非棱鏡平穩器特征，其公開于美國專利申請60/401,736中。
優選，本發明的接觸式透鏡的定位/穩定特征包括位于透鏡的前表面上的傾斜脊狀區172或272，如美國專利申請60/398,485所述。該傾斜脊狀區設置在第二光學區下面，并包括上邊緣、下傾斜邊緣、從前表面向外延伸的緯度方向的脊、以及從下傾斜邊緣向下延伸并具有如下的曲率或傾斜度的斜面，所述曲率或傾斜度依賴于下眼瞼撞擊該傾斜脊狀區的位置而提供該傾斜脊狀區和下眼瞼之間的相互作用的變化度。在所有時候，眼睛的下眼瞼都接合到該傾斜脊狀區的至少某些部分。這種傾斜脊狀區能夠為佩戴者提供舒適感，并且還能夠控制主注視中眼睛上的接觸式透鏡位置和/或當眼睛從注視遠距離的某個物體到注視中間距離或附近的某個物體時變換通過眼睛的量。優選，當將該優化光學模型透鏡的設計轉變為機械透鏡設計時，可以引入一些接觸式透鏡系列的共有特征。
更優選的是，本發明的接觸式透鏡的定位/穩定特征包括位于透鏡的周緣區中的非棱鏡平穩器特征，如美國專利申請60/401,736所公開的。已經發現，當接觸式透鏡在周緣區(圍繞該光學區的非光學區)具有如下透鏡厚度分布，所述分布的特征在于，厚度從透鏡頂部沿垂直子午線和平行于該垂直子午線的線中的每一個向下逐漸增加，直到在該光學區和邊緣區之間的某個位置達到最大值，然后減小到該邊緣區的邊緣，這種接觸式透鏡能夠保持在眼睛上的預定方位。類似于常規透鏡平穩器，這種定位特征通過在底部加重透鏡，使得它位于眼睛上的平衡位置來起作用。利用這種定位特征，可以獨立設計前表面的光學區，使其能夠提供最優化的視覺性能。
特別是，本發明的接觸式透鏡的定位/穩定特征包括不提供棱鏡光學畸變，并能夠保持透鏡于眼睛上的預定方位，如美國專利申請60,472,365所公開的。接觸式透鏡的前表面還包括周緣區、邊緣區、第一混合區、第二混合區，其中第一混合區從中央光學區向外延伸到周緣區并且提供從中央光學區到周緣區的連續過渡，第二混合區從周緣區向外延伸到邊緣區并且提供從周緣區到邊緣區的連續過渡。前表面相對于該垂直子午面成鏡面對稱，并至少在第一方案中是連續的。通過改變周緣區和第二混合區內的透鏡厚度，接觸式透鏡在其下半部分得以加重，以使得它處于眼睛上的平衡位置，并具有這樣的透鏡厚度分布，所述透鏡厚度分布的特征在于，在由相對于垂直子午線的下部成大約35度或更大角度的兩個扇區邊界半子午線以及包含在這兩個扇區邊界半子午線之間的邊緣的部分構成的扇區中，透鏡厚度從周緣區的內邊界沿每一個半子午線逐漸增加，直到達到透鏡厚度最大值，然后減小。在可選優選實施例中，透鏡厚度分布還在于如下特征(1)沿垂直子午線的上部，周緣區中的接觸式透鏡的透鏡厚度基本保持為常數，或者以某種方式從周緣區的外邊界逐漸增加到周緣區的內邊界，該方式是，垂直子午線的上部與周緣區的外邊界及內邊界之間的兩個交點上的透鏡厚度的值之間的差異小于50％，優選小于30％，更優選小于15％；以及/或者(2)沿垂直子午線的下部，周緣區中的接觸式透鏡的透鏡厚度以某種方式從周緣區的內邊界逐漸增加到周緣區的外邊界，該方式是，垂直子午線的下部與周緣區的內邊界和外邊界之間的兩個交點上的透鏡厚度的值之間的差異是從約15％到約65％。
“外邊界”，涉及除接觸式透鏡的前表面上的中央光學區以外的區，指進一步遠離前表面的幾何中心的區的兩個周緣邊界之一。
“內邊界”，涉及除接觸式透鏡的前表面上的中央光學區以外的區，指較靠近前表面的幾何中心的區的兩個周緣邊界之一。
“半子午線”指從接觸式透鏡的前表面的幾何中心徑向延伸到接觸式透鏡的邊緣的假想線。
“垂直子午線的上部”指，當所述透鏡保持在眼睛上的預定方位時，位于接觸式透鏡的前表面的幾何中心上方的一半垂直子午線。
“垂直子午線的下部”指，當所述透鏡保持在眼睛上的預定方位時，位于接觸式透鏡的前表面的幾何中心下方的一半垂直子午線。
“連續過渡”，涉及兩個或多個區，指至少在第一方案中、優選在第二方案中是連續的。
“垂直子午面”指穿通接觸式透鏡的光軸和接觸式透鏡的前表面上的垂直子午線的平面。
“扇區”，涉及接觸式透鏡的前表面，指由相對于垂直子午線的下部成相等角度的兩個扇區邊界半子午線以及包含在這兩個扇區邊界半子午線之間的邊緣的部分限定邊界的區域。包含在這兩個扇區邊界半子午線之間的邊緣是兩個半子午線之一和垂直子午線的下部之間的邊緣的第一部分，以及另一個半子午線和垂直子午線的下部之間的邊緣的第二部分組合而成。
兩個“扇區邊界半子午線”指將前表面劃分為兩個扇區的兩個半子午線。
“透鏡厚度”指從前表面的一個點到接觸式透鏡的后表面的最短距離。
“透鏡厚度的兩個值之間的差異百分比”通過首先從較大值減去較小值然后將減法結果除以較大值最終將其乘以100而獲得。
“混合區”指位于兩個區之間并提供這兩個區之間的連續過渡的非光學區。
第一混合區的存在使得能夠單獨、獨立地設計該中央光學區和周緣區，從而確保從中央光學區連續過渡到周緣區。利用中央光學區和周緣區之間的第一混合區，所制造出的接觸式透鏡在兩個區之間連接處消除了拐點和/或陡沿，從而使得佩戴者感覺更加舒適。此外，中央光學區和周緣區之間的第一混合區可以解耦透鏡的光學特征和機械穩定和變換特征，從而防止將棱鏡引入到該光學元件中。第一混合區所具有的表面確保周緣區、第一混合區以及中央光學區彼此相切。本發明的周緣混合區可以是數學函數所描述的任何表面，優選為基于樣條的數學函數，或者由不同切面片構成。
“切面片”在第一方案中、優選在第二個方案中指具有相互連續的曲率的表面的組合。
周緣區能夠由一個或多個周緣帶或區構成，它們拼連在一起形成連續表面。已經發現，當接觸式透鏡在該周緣區和第二混合區具有如上所述的透鏡厚度分布時，這種接觸式透鏡能夠有效保持在眼睛上的預定方位。類似于常規透鏡平穩器，本發明的這種定位特征通過在下半部加重透鏡，使得它位于眼睛上的平衡位置來起作用。利用這種定位特征，前表面的光學區能夠獨立設計，以提供最優化的視覺性能。
下面描述使用根據本發明的一對雙焦透鏡的使用方案。佩戴者是一位計算機用戶，其主眼為左眼，通過眼科醫生的眼科檢查之后，為其配制了一對雙焦接觸式透鏡。該佩戴者的主要非遠距視覺活動是觀看計算機屏幕。
兩個透鏡的上區用于校正遠距視覺。用于非主眼(右眼)的下區用于校正近距視覺，而用于主眼(左眼)的下區用于校正中距視覺。
如果用戶需要看一個手冊，則他將該手冊放置在桌子上，通過兩個透鏡的下區來看手冊。由于看手冊是非主要視覺活動，則他通過非主眼聚焦該手冊中的文本內容來調整視覺。選擇哪一只眼睛來看東西需要特定訓練，但是用戶會容易地掌握這一點。
本發明的接觸式透鏡可以是硬性透鏡或軟性透鏡。本發明的軟性接觸式透鏡優選由軟性接觸式透鏡材料制成，例如硅或包含氟的水凝膠或HEMA。可以理解，任何透鏡材料都可以用于制造本發明的接觸式透鏡。
本發明的接觸式透鏡可以利用任意公知的、合適的光學設計系統來進行設計。示例性的用于設計光學模型透鏡的光學計算機輔助設計系統包括但不限于ZEMAX(Focus Software，Inc.)。優選，該光學設計可以利用ZEMAX(Focus Software，Inc.)來執行。可以通過例如機械計算機輔助設計(CAD)系統將光學模型透鏡的設計改變成一組用于制造物理透鏡的機械參數。任意公知的合適的機械CAD系統都可以用于本發明。光學模型透鏡的設計可以利用變換格式在光學CAD和機械CAD系統之間來回變換，該變換格式可以允許作為光學CAD或機械CAD的接收系統來構建NURB(非均勻有理B樣條)或所需設計的貝塞爾表面。示例性變換格式包括但不限于VDA(verband der automobilindustrie)和IGES(初始圖形轉換規范)。通過使用這種變換格式，透鏡的整個表面將成連續形式，這便于制造具有徑向不對稱形狀的透鏡。貝塞爾和NURB表面特別適用于具有多個區的透鏡，其中多個區包括光學區和非光學區，這是因為多個區能夠被混合、分析和最優化。更優選的是，機械CAD系統能夠表示精度上和數學上更高階的表面。這種機械CAD系統的一個例子是Pro/Engineerfrom Parametric Technology。
當將光學模型透鏡的設計轉換成一組機械參數時，可以將接觸式透鏡系列的共同特征參數結合到透鏡設計過程中。這種參數的例子包括，收縮、非光學邊緣區及其曲率、中心厚度、光焦度的范圍等。
本發明的接觸式透鏡可以通過任意便利的制造裝置來制造，包括，例如計算機可控制造設備、模制設備等等。“計算機可控制造設備”指能夠由計算機系統控制并且能夠直接制造接觸式透鏡或者用于制造接觸式透鏡的光學工具的一種設備。任意公知的、合適的計算機可控制造設備都可以用于本發明。示例性計算機可控制造設備包括但不限于車床、磨床以及銑床、模制裝備以及激光。優選，計算機可控制造設備是一種具有45度壓電切具的雙軸車床，或者是Durazo和Morgan在美國專利6,122,999中所公開的車床裝置，或者為數控車床，例如，如Precitech，Inc.所生產的Optoform超精度車床(型號30、40、50以及80)，其具有Variform或Varimax壓電陶瓷快刀伺服附件。
優選，接觸式透鏡通過接觸式透鏡模具進行模制，該模具包括模制表面，當將透鏡澆鑄在該模具中時，該模制表面復制接觸式透鏡表面。例如，具有數控車床的光學切具可以用于形成金屬光學工具，其包含本發明的接觸式透鏡的前表面的特征。然后該工具用于制造接著將要結合后表面模具使用的前表面模具，從而利用位于模具之間的合適的液態透鏡成形材料，通過壓縮和固化該透鏡成形材料，形成本發明的透鏡。
優選，本發明的接觸式透鏡或用于制造該接觸式透鏡的光學工具通過利用數控車床來構造，例如，如根據美國專利申請60/398,495中所述的方法，來自Precitech，Inc.的Optoform超精度車床(型號30、40、50以及80)，其具有Variform或Varimax壓電陶瓷快刀伺服附件。
如示例性例子所示，通過下面的過程制造一種變換接觸式透鏡，其具有傾斜脊狀區，該傾斜脊狀區具有緯度方向的脊。首先，通過在0、0產生零點、Z軸的方位以及轉換成幾何形狀的透鏡表面(凹面或凸面)的類型，用戶限定一組參數，例如表面公差、同心度公差、透鏡設計的方位、用于前表面和后表面中的每一個的半徑幅的數量。“表面公差”指從透鏡設計的表面上的理想位置的投影點的容許位置偏差。該偏差的方向可以平行于或垂直于透鏡設計的中心軸。“同心度公差”指給定弧的點的容許偏差。“半徑幅”指從中心軸向外輻射并垂直于該中心軸并且投影到該表面上的曲線。“均勻隔開的半徑幅”指所有半徑幅從中心軸向外輻射，并且彼此隔開一個相同角度。“點間隔”指沿半徑幅的兩點之間的距離。
第二，用戶確定在平行于中心軸的方向上沿每一個所述多個均勻隔開的半徑幅投影到透鏡設計的表面(例如，前表面)上的點密度。位于某個方位角的半徑幅對應于從基本圓錐表面偏離最大的特征，并且被選為半徑探測幅。均勻隔開的點沿半徑探測幅投影，其中將每一對點隔開通常為10微米的點間距。然后將所有投影點分成一系列組，其中每一組包括三個順序點，即第一點、中間點以及第三點。每一個點可以屬于一個組或兩個組。通過將中間點和連接對應組的第一點和第三點的線之間的距離與預定表面公差比較，從該組的中間點處的表面的曲率，從中心軸到邊緣，或者從邊緣到中心軸，一次分析一個組。如果中間點和連接該組的第一點和第三點的線之間的距離大于預定表面公差，則該點上的表面曲率較陡，并將額外的點投影到該組的第一點和中間點之間。第一點和額外點之間的點間隔等于額外點和中間點之間的點間隔。在增加一個額外點之后，包含新增加的點的所有點被重新再分組，并且分析該系列組的每一個組的中間點上的表面曲率。重復這種迭代過程，直到該系列組的各組的中間點和沿探測幅連接對應組的第一點和第三點的線之間的距離等于或小于預定表面公差。通過這種方式，確定沿每一個期望數量的均勻隔開的半徑幅投影到該透鏡設計的表面上的點的數量以及用于一系列相鄰點對的點間隔。
在該優選實施例中，然后將上述確定數量的點沿24、96或384半徑幅中的每一個被投影到透鏡設計的前表面上。其它數量的幅也是可以的。對于每一個半徑幅，產生一個在第一方案中連續的半子午線。該半子午線包括一組弧以及可選地包括直線，其中通過在期望同心度公差內使至少三個順序點符合球面數學函數，而限定每一個弧。每一條直線通過連接至少三個順序點獲得。優選，弧符合程序從中心軸開始到達邊緣。類似，可以根據上述過程，將透鏡設計的后表面轉換為幾何形狀。
在將透鏡設計轉換為制造系統中制造的接觸式透鏡的幾何形狀之后，產生小型文件或者等同格式，包含標題信息以及關于將形成的透鏡的幾何形狀的信息。該小型文件還包含零半子午線，其基于每一個徑向位置上的每一個其它子午線的平均高度，并且給Variform或Varimax提供零位置，在該零位置上它能夠基于它的振蕩計算。在該小型文件中，所有半子午線具有相同數量的區。這是通過許多次復制半子午線的最后區從而等于用于所有子午線的區數量來實現的。在完成小型文件之后，將其載入Optoform超精度車床(型號30、40、50或80)，其具有Variform壓電陶瓷快刀伺服附件，并運行以制造變換接觸式透鏡。
本發明還提供了一種制造一對多焦接觸式透鏡的方法，該方法包括設計第一接觸式透鏡和第二接觸式透鏡的步驟。第一和第二透鏡中的每一個包括前表面和相對的后表面。每一個透鏡的前表面包括垂直子午線和水平子午線以及中央光學區。每一個透鏡的中央光學區具有上光學區、下光學區以及光學混合區，其中光學混合區具有能夠確保從上光學區到下光學區的平滑表面過渡的表面，并且該表面使得上和下光學區可以相互獨立設計和優化，以使得來自上和下光學區的重像或圖像模糊得以最小化或消除。第一透鏡的上光學區用于遠距視覺校正，而第一透鏡的下區用于中距或近距視覺校正。第二透鏡的上光學區用于遠距或中距視覺校正，第二透鏡的下區用于中距或近距視覺校正。優選，第一透鏡的下區的視覺校正，不論是中距視覺校正還是近距視覺校正，都將由佩戴者的主觀偏好和主要日常活動來設置。
可以將上述的本發明的接觸式透鏡的所有優選設計特征結合到本發明的制造方法中。
本發明的制造方法優選還包括通過如上所述的制造裝置來制造接觸式透鏡的步驟。
還可以根據用于潛在透鏡佩戴者的眼睛30的視覺校正的信息來進行前表面的設計。
權利要求
1.一對多焦接觸式透鏡，第一變換接觸式透鏡和第二變換接觸式透鏡，其中所述第一和第二透鏡都包括前表面和相對的后表面，其中每個所述透鏡的所述前表面包括垂直子午線、水平子午線、以及中央光學區，其中每個所述透鏡的所述中央光學區具有上光學區、下光學區以及光學混合區，其中所述光學混合區具有能夠確保從所述上光學區到所述下光學區的平滑表面過渡的表面，并且該表面使得所述上和下光學區可以相互獨立地被設計和優化，以使得來自所述上和下光學區的重像或圖像模糊被最小化或消除，其中所述第一透鏡的上光學區用于遠距視覺校正，第一透鏡的所述下光學區用于中距或近距視覺校正，其中所述第二透鏡的上光學區用于遠距或中距視覺校正，第二透鏡的下光學區用于中距或近距視覺校正。
2.根據權利要求1所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述上光學區的頂點與所述中央光學區的中心重合，其中所述下光學區的頂端中心位于所述垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過中央光學區的中心的線與下光學區和光學混合區的邊界線的交點上，其中所述光學混合區的寬度在中心為約0.1毫米或更小，并且其中通過所述下光學區的頂端中心和下光學區的頂端中心處的曲率中心的第一線與通過所述上光學區的頂點和所述后表面的頂點處的曲率中心的第二線相交，其中所述第一線和第二線的交點位于基本光學表面的頂點處的曲率中心的2毫米或更小的范圍內。
3.根據權利要求2所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述光學混合區關于穿過所述垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過所述中央光學區的中心的線的平面鏡面對稱，其中所述光學混合區的表面具有大大高于所述第一和第二光學區的局部曲率或光焦度，以使得軸向光將從佩戴者的眼睛的黃斑區折射光。
4.根據權利要求2所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第一和第二透鏡的所述上光區彼此獨立地具有用于佩戴者兩只眼睛之一的遠距視覺校正的清楚校正折射光焦度。
5.根據權利要求4所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第一透鏡的下光學區具有用于近距視覺校正的近距光焦度，而所述第二透鏡的下光學區具有用于中距視覺校正的中距光焦度，其中所述近距光焦度包括第一ADD值，所述中距光焦度包括第二ADD值，其中所述第二ADD值是所述第一ADD值的25％到75％。
6.根據權利要求5所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第二ADD值是0.5到1.5屈光度，其中所述第一ADD值是1.5到3.0屈光度。
7.根據權利要求5所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第一透鏡的上光學區與下光學區的尺寸比率是大約1.6或更大，其中所述第二透鏡的上光學區與下光學區的尺寸比率是大約1.5或更小。
8.根據權利要求7所述的一對多焦接觸式透鏡，其中對于所述第一透鏡，從所述上光學區的頂點到垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過所述中央光學區的中心的線與所述下光學區的與光學混合區的上邊界線的交點的距離是0.6到1.5毫米，其中對于所述第二透鏡，從所述上光學區的頂點到垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過所述中央光學區的中心的線與所述下光學區的與光學混合區的上邊界線的交點的距離小于約0.7毫米。
9.根據權利要求2所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第一透鏡的所述上光學區具有用于佩戴者的兩只眼睛之一的遠距視覺校正的清楚校正折射光焦度，其中所述第二透鏡的所述上光學區具有用于中距視覺校正的第一中距光焦度。
10.根據權利要求9所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第一和第二透鏡的下光學區具有用于近距視覺校正的近距光焦度。
11.根據權利要求10所述的一對多焦接觸式透鏡，其中對于所述第一和第二透鏡，其上光學區與下光學區的尺寸比率都為約1.6或更大。
12.根據權利要求11所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述近距光焦度包括第一ADD值，所述第一中距光焦度包括第二ADD值，其中所述第二ADD值是第一ADD值的25％到75％。
13.根據權利要求9所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第一透鏡的下光學區具有用于中距視覺校正的第二中距光焦度，第二透鏡的下光學區具有用于近距視覺校正的近距光焦度。
14.根據權利要求13所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述近距光焦度包括第一ADD值，其中所述第一中距光焦度包括第二ADD值，其中所述第二中距光焦度包括第三ADD值，其中彼此獨立的第二ADD值和第三ADD值是第一ADD值的25％到75％。
15.根據權利要求14所述的一對多焦接觸式透鏡，其中對于所述第二透鏡，所述上光學區與下光學區的尺寸比率是大約1.5或更小，其中對于所述第一透鏡，所述上光學區和下光學區的尺寸比率是大約1.6或更大。
16.根據權利要求15所述的一對多焦接觸式透鏡，其中對于所述第二透鏡，從所述上光學區的頂點到垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過所述中央光學區的中心的線與所述下光學區的與光學混合區的上邊界線的交點的距離是0.6到1.5毫米，其中對于所述第一透鏡，從所述上光學區的頂點到垂直子午線或平行于該垂直子午線并通過中央光學區的中心的線與所述下光學區的與光學混合區的上邊界線的交點的距離小于大約0.7毫米。
17.根據權利要求2所述的一對多焦接觸式透鏡，其中每一個所述透鏡包括機械特征以維持所述透鏡在眼睛上的位置穩定性和轉動穩定性。
18.根據權利要求17所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述機械特征選自棱鏡平穩器，其采用變化的厚度分布來控制透鏡定位；多面體表面，其中透鏡幾何形狀的部分被去除以控制透鏡定位；脊狀特征，其通過與眼瞼相互作用來定位透鏡；雙片去除特征，其具有頂部片去除區和底部片去除區，以維持眼睛上的透鏡定位；以及透鏡的周緣區中的非棱鏡平穩器特征，該周緣區包圍所述透鏡的光學區。
19.根據權利要求2所述的一對多焦接觸式透鏡，其中每個透鏡的所述前表面還包括周緣區、邊緣區、第一混合區、以及第二混合區，其中所述第一混合區從中央光學區向外延伸到周緣區，并提供從中央光學區到周緣區的連續過渡，第二混合區從周緣區向外延伸到邊緣區，并提供從周緣區到邊緣區的連續過渡，其中所述前表面相對于垂直子午面鏡面對稱，并至少在第一方案中是連續的，其中通過改變周緣區和第二混合區內的透鏡厚度，每個所述透鏡在其下半部分被加重，以使其處于眼睛上的平衡位置，并且其中每個透鏡具有這樣的透鏡厚度分布，該透鏡厚度分布的特征在于，在由相對于垂直子午線的下部成大約35度或更大角度的兩個扇區邊界半子午線和包含在所述兩個扇區邊界半子午線之間的邊緣的部分限定的扇區中，透鏡厚度從周緣區的內邊界沿每一個半子午線逐漸增加，直到達到透鏡厚度最大值，然后減小。
20.根據權利要求19所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述透鏡厚度分布還在于以下特征(1)沿垂直子午線的上部，在所述周緣區中的每個所述透鏡的透鏡厚度基本保持為常數，或者以如下方式從周緣區的外邊界逐漸增加到周緣區的內邊界，所述方式使得在垂直子午線的上部與周緣區的外邊界和內邊界的兩個交點處的透鏡厚度的值之差小于50％；以及/或者(2)沿垂直子午線的下部，周緣區中的所述接觸式透鏡的透鏡厚度以如下方式從周緣區的內邊界逐漸增加到周緣區的外邊界，所述方式使得在垂直子午線的下部與周緣區的內邊界和外邊界的兩個交點處的透鏡厚度的值之差是從約15％到約65％。
21.根據權利要求2所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第一和第二透鏡中的至少一個的上光學區包括垂直定位的彗形像差，其在所述上光學區的下部分中更加近視。
22.根據權利要求2所述的一對多焦接觸式透鏡，其中所述第一和第二透鏡中的至少一個的中央光學區在所述上和下光學區之間具有漸變光焦度區。
23.一種用于制造一對多焦接觸式透鏡的方法，該方法包括設計第一接觸式透鏡和第二接觸式透鏡的步驟，其中所述第一和第二透鏡中的每一個包括前表面和相對的后表面，其中每一個透鏡的所述前表面包括垂直子午線和水平子午線以及中央光學區，其中每一個透鏡的中央光學區具有上光學區、下光學區以及光學混合區，其中所述光學混合區具有能夠確保從上光學區到下光學區的平滑表面過渡的表面，并且該表面使得上和下光學區可以相互獨立地被設計和優化，以使得來自上和下光學區的重像或圖像模糊被最小化或消除，其中所述第一透鏡的上光學區用于遠距視覺校正，而第一透鏡的下光學區用于中距或近距視覺校正，其中所述第二透鏡的上光學區用于遠距或中距視覺校正，第二透鏡的下光學區用于中距或近距視覺校正。
24.根據權利要求23所述的方法，還包括通過制造裝置來制造眼睛透鏡的步驟。
25.根據權利要求24所述的方法，其中所述制造裝置是計算機可控制造設備。
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述計算機可控制造設備是數控車床。
全文摘要
一對雙焦接觸式透鏡一個透鏡用于主眼，一個透鏡用于非主眼。兩個透鏡的光學區被劃分為上區和下區。用于主眼的透鏡的上區用于遠距視覺校正，而下區用于近距或中距視覺校正。用于非主眼的透鏡的上區用于遠距或中距視覺校正，而下區用于近距或中距視覺校正。
文檔編號C07K5/103GK1879051SQ200480033355
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月11日 優先權日2003年11月12日
發明者J·M·林達徹 申請人:諾瓦提斯公司