变换双焦佩戴模态的制作方法

专利名称：变换双焦佩戴模态的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学元件，更具体而言，涉及一对软性接触式透镜。
背景技术：
接触式透镜被广泛用于许多不同类型的视觉缺陷。这些视觉缺陷包括例如近视眼和远视眼的缺陷(分别是近视和远视)，以及通常与老龄化相关的近范围视觉的缺陷(老花眼)。老花眼发生在人老龄化的时候，此时眼睛透镜开始失去弹性，最终导致眼睛不能聚焦到近物。这样的人在读书或利用计算机工作时，将需要额外的视觉校正。
一些老花眼患者同时具有近距视觉缺陷和远距视觉缺陷，因此需要双焦或多焦透镜来适当校正视觉。
一种通常的单视接触式透镜具有实焦点或虚焦点，其是透镜垂直于平行光线时该平行光线聚焦的点，并且具有光轴，其是从焦点到透镜中心的假想线。透镜具有后表面，该后表面适配角膜和相对的前表面。透镜的光学区聚焦光线以校正视觉。在通常的球面透镜中，光学区具有单个曲率半径，该曲率半径是从视觉表面上任意一点到光轴上被称为曲率中心的点之间的距离。
双焦接触式透镜具有至少两个光学区远距区，用于远距视觉校正，以及近距光学区，用于近距视觉校正(例如，在读书时)。
虽然双焦接触式透镜可以让人们改善远距视觉和近距视觉，但是该双焦接触式透镜不利于中距视觉校正，例如看计算机屏幕时。该双焦接触式透镜不能提供所需的校正。
因此，需要一种双焦或多焦佩戴模态，其可以提供远距和近距视觉校正，也可以提供中距视觉校正。

发明内容
本发明克服了现有技术的缺点，其中本发明的一个方面是一对变换(分节(segmented))多焦接触式透镜，第一接触式透镜用于佩戴者的主眼，第二接触式透镜用于佩戴者的非主眼。第一和第二透镜都包括前表面和相对的后表面。每一个透镜的前表面包括垂直子午线和水平子午线，以及中央光学区。每一个透镜的中央光学区具有上光学区、下光学区以及光学混合区，其中光学混合区具有能够确保从上光学区到下光学区的平滑表面过渡的表面，并且该表面使得上和下光学区可以相互独立地被设计和优化，以使得来自上和下光学区的重像或图像模糊被最小化或消除。第一透镜的上光学区用于远距视觉校正，而第一透镜的下光学区用于中距或近距视觉校正。第二透镜的上光学区用于远距或中距视觉校正，第二透镜的下光学区用于中距或近距视觉校正。优选，第一透镜的下光学区的视觉校正，不论是中距视觉校正还是近距视觉校正，都将由佩戴者的主观偏好和主要日常活动来设置。
本发明还提供为需要长时间中距视觉校正的人例如计算机使用者所用的上述一对多焦接触式透镜的制造方法。
通过下面结合附图对优选实施例的描述，本发明的这些以及其它方面将变得清楚明显。对于本领域技术人员来说很明显的是，可以获得本发明的许多变化和修改，而不会脱离所公开的新颖构思的精神和范围。


图1a是根据本发明的优选实施例的用于主眼的透镜的前视图；图1b是根据本发明的优选实施例的用于非主眼的透镜的实施例的前视图；图2示意性示出间距分布(第一和第二光学区之间的距离)随着到根据优选实施例的接触式透镜的前表面的垂直子午线的距离的变化。
具体实施例方式
现在详细描述本发明的优选实施例。参照附图，相同的标号在所有附图中表示相同的部件。在这里的描述和所有权利要求中，下列术语采用与本文明确相关的意思，除非上下文清楚指出其它意思“一个”、“an”以及“所述”的意思包括复数引用，“在......中”的意思包括“在......中”和“在......上”。除非另外限定，否则，这里使用的所有技术和科学术语的意思和本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同。通常，这里使用的术语和实验过程都是本领域公知的和通常采用的。采用常规方法来实施这些过程，例如本领域提供的那些方法和多种通用参考方法。
主眼决定了一个人的主观视觉视线。主眼和非主眼都需要视觉校正，并且两只眼睛可能需要距离校正，例如近视和远视。此外，当人上了年纪而每只眼睛的晶状体失去弹性后，需要对老花眼进行两眼的近距视觉校正。
图1a和1b示意性示出根据本发明优选实施例的一对多焦接触式透镜。该对透镜包括用于主眼的第一透镜100(图1a)，以及用于非主眼的第二透镜200(图1b)。
这里所用的“多焦”接触式透镜可以是双焦透镜、三焦透镜、多焦透镜或者渐进多焦透镜。
本发明的一对多焦接触式透镜的每一个透镜(100或200)具有如图1a和1b所示的前表面(或前曲面)，以及相对的后表面(或背曲面)(未示出)，当被使用者佩戴时该后表面位于眼睛的角膜上。每个透镜的前表面包括垂直子午线151或251、水平子午线152或252、中央光学区102或202、周缘混合区120或220以及周缘部分(例如，透镜状区)115或215，其中周缘混合区从中央光学区102或202向外延伸，而周缘部包围周缘混合区120或220。
“透镜状”是指在光学区和边缘之间的接触式透镜的前表面上的周缘非光学表面区。该透镜状区的主要功能是控制透镜边缘的厚度和/或透镜定位稳定性和/或为佩戴者提供舒适感。
可以理解，中央光学区的中心优选是前表面的几何中心，虽然该中央光学区的中心可以偏离前表面的几何中心达2毫米。为了确保单独、独立地设计中央光学区和周缘区，以及为了确保从中央光学区到周缘区的连续表面过渡，尤其优选地需要在周缘区和中央光学区之间具有的周缘混合区。利用中央光学区102或202和周缘区115或215之间的周缘混合区120或220，所制造出的接触式透镜在两个区之间连接处消除了拐点和/或陡沿，从而使得佩戴者感觉更加舒适。此外，中央光学区102或202和周缘区115或215之间的周缘混合区120或220可以解耦透镜的光学特征与机械稳定和变换特征，从而防止将棱镜引入到该光学元件中。周缘混合区120或220所具有的表面确保周缘区115或215、周缘混合区120或220以及中央光学区102或202彼此相切。本发明的周缘混合区可以是数学函数所描述的任何表面，优选为基于样条的数学函数，或者是由不同面片构成。
“垂直子午线”是指，当所述接触式透镜保持在眼睛的预定方位时，从接触式透镜的前表面的顶部开始，经中心，一直到底部的垂直延伸的假想线。“水平子午线”是指，当所述接触式透镜保持在眼睛的预定方位时，从接触式透镜的前表面的左侧开始，经中心，一直到右侧的水平延伸的假想线。水平和垂直子午线相互垂直。
“面片”在第一方案(derivative)中、优选在第二方案中指具有相互连续的曲率的线的组合。
可以理解，周缘区可以由一个或多个周缘带或区构成，它们拼连在一起形成连续表面。这种周缘区可以是由一个或多个数学函数、优选为由基于样条的数学函数限定的连续表面，或者由若干不同面片构成。
每一个接触式透镜100或200的中央光学区102或202包括上光学区112或212、下光学区114或214以及优选包括在上和下光学区(112和114，或212和214)之间的光学混合区116或216。
透镜的上光学区112或212覆盖了中央光学区的上部。优选，上光学区112或212下部的与光学混合区的边界至少在其中央部分(例如，在下边界线和垂直子午线的交点周围，或者在下边界线和平行于该垂直子午线并通过中央光学区的中心的线之间的交点周围)位于或低于通过的中央光学区102或202的中心的水平线(水平子午线或平行于水平子午线的线)。更优选，上光学区112或212下部的与光学混合区116或216的边界低于通过中央光学区102的中心的水平线。
上光学区112或212的顶点优选与中央光学区102或202的中心重合。透镜的光轴通过该上光学区的顶点以及后表面(底部曲面)的光学区的中心。上光学区112或212可以由任何数学函数限定，例如，球函数、圆锥函数、双锥函数、泽尔尼克多项式、基于样条的数学函数或者它们之间的组合。
下光学区114或214位于光学混合区116或216下面。下光学区114或214的顶端中心优选位于垂直子午线或者平行于该垂直子午线并通过中央光学区的中心的线上，并且位于其与光学混合区之间的边界线上。下光学区114或214可以由任何数学函数限定，例如，球函数、圆锥函数、双锥函数、泽尔尼克多项式、基于样条的数学函数或者它们之间的组合。
对于分节双焦接触式透镜，例如接触式透镜(例如，如图所示的非限制性的例子100)，来自眼睛上的光学区112和114的图像必须横向重合，以最小化或消除重像。当来自眼睛上的多个光学区的图像存在横向分离时，就会导致重像。通常对于双焦透镜，来自两个区的图像将会在眼睛上出现轴向分离。如这里所实施的，通过下光学区的顶端中心和下光学区的顶端中心处的曲率中心的线优选与通过上光学区的顶点和后表面的顶点处的曲率中心的线相交，其中相交点在底部光学表面的顶点处的曲率中心的2毫米范围内。这样的光学区可以适当对准透镜光轴附近的横向图像，并控制出现在佩戴者眼前的跳像。
在该优选实施例中，通过围绕下光学区的顶点旋转该下光学区，控制它和上光学区之间的最佳对准。为了适当对准横向图像，通过下光学区的顶端中心和下光学区的顶端中心处的曲率中心的线应该通过(后)底部曲面的曲率中心。然而，在该优选实施例中，透镜的不对称稳定和变换特征需要通过下光学区的顶端中心和下光学区的顶端中心处的曲率中心的线与略偏离于该曲率中心的后(或底部曲面)表面的中心轴相交。
上光学区112或212被光学混合区116或216至少部分或完全地与下光学区114或214隔开。上和下光学区之间沿垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过中央光学区中心的线上的距离优选的是0.5毫米或更小，更优选的是0.2毫米或更小，进一步更优选的是0.05毫米或更小，最优选的是0.01毫米或更小。如果上和下光学区之间沿垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过中央光学区中心的线上的距离是零，则上光学区112或212和下光学区114或214在共有切点160或260上相切，该切点与下光学区的顶端中心重合。
光学混合区116或216优选关于穿过垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过中央光学区中心的线的平面镜面对称。光学混合区116或216具有能够确保从上光学区112或212到下光学区114或214的平滑表面过渡的表面。光学混合区116或216优选包含大大高于上或下光学区的局部曲率(光焦度)，以使得将光从眼睛的黄斑区折射离开。双焦接触式透镜设计的上光学区112或212和下光学区114或214之间的弯曲最优化了佩戴者注视的成像特性。
通常，上和下光学区之间的表面下垂度的差异阻碍了平滑表面过渡。因此，在该优选实施例中，混合区表面的曲率幅度将远远高于各光学区的曲率。在该优选实施例中，光学混合区116或216表面将具有主要在水平方向上的偏转。
进一步如图1a和1b所示，光学混合区116或216在上光学区112或212和下光学区114或214之间水平延伸，从位于垂直子午线(或平行于该垂直子午线并通过中央光学区中心的线)上的中心点160或260延伸到接触式透镜100或200的周缘。光学混合区116或216还从该垂直子午线向接触式透镜100或200的周缘向外张开。光学混合区116或216的宽度向中央光学区的周缘方向增加，以提供受控曲率、受控光焦度以及光学区-到-透镜状区混合的平滑表面过渡。
当瞳孔与光学混合区116或216相对时，会出现涉及重像和模糊的问题。本发明的光学混合区以及光学区结构最小化了这些问题。
混合区116或216可以通过形成两个表面来形成，这两个表面被适当对准以便获得最佳视觉，并且从下光学区的顶端中心到上光学区的顶点被分隔1.5毫米或更小的距离。下光学区114或214将围绕下光学区114或214的顶端中心旋转，以从上和下光学区横向对准图像。两个适当设计并对准的上和下光学区的混合区116或216所共用的边界优选在周缘张开，以维持通过混合区116或216的相对平滑曲率。光学混合区的宽度在中心将会是0.1毫米级或更小(沿垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过中央光学区中心的线)，在周缘是1毫米级。在该优选实施例中，边界曲线可以由样条或四次方或更高的数学函数来限定，并被投影到所述表面上。
例如，本发明的双焦接触式透镜的前表面上的中央光学区可以如下设计。将第一光学表面设计成提供中距或远距视觉校正所需的光焦度。第一光学表面的中心轴与后表面的中心轴重合。将在垂直于后表面的中心轴的平面(xy平面)上的第一投影曲线投影到第一光学表面上，以形成上光学区与光学混合区之间的边界线。
然后，设计第二光学表面，以提供中距或近距视觉校正所需的光焦度。将在垂直于第二光学表面的中心轴的平面(xy平面)上的第二投影曲线投影到第二光学表面上，以形成下光学区与光学混合区之间的边界线。通过在上光学区下面沿垂直子午线(或平行于该垂直子午线并通过中央光学区中心的线)将所设计的下光学区的顶端中心定位到期望点，从而将所设计的下光学区定位到前表面的中央光学区中。优选，这样将所设计的下光学区定位到前表面的中央光学区中，使得所设计的下光学区和第一光学表面(位于第一光学区和光学混合区的边界线下面的部分)在所设计的下光学区的顶端中心处彼此相切。被定位的下光学区然后绕下光学区的顶端中心旋转，以相对于上光学区适当地对准下光学区。
彼此独立的第一和第二投影曲线可以是六次数学函数(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是上和下光学区之间的中心距(例如，沿垂直子午线)；OZD是光学区直径；T1是主(上)区的二次项系数；T2是主区的四次项系数；T3是主区的六次项系数；B1是次(下)区的二次项系数；B2是次区的四次项系数；B3是次区的六次项系数；以及t是参量参数
图2示意性示出间距分布，y轴，(上和下光学区之间距离)随到前表面的垂直子午线的距离(x轴)的变化。从由等式1限定的投影曲线获取上光学区和光学混合区之间的边界线，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。从由等式2限定的投影曲线来获取下光学区和光学混合区之间的边界线，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。
根据本发明，一对多焦透镜中的一个具有用于远距视觉校正的上光学区以及用于中距或近距视觉校正的下光学区。该对多焦透镜中的另一个具有用于远距或中距视觉校正的上光学区以及用于中距或近距视觉校正的下光学区。
用于远距视觉校正的光焦度通常等于清楚的校正折射光焦度。这里使用的“清楚的折射”表示使用者的眼睛的主观最佳校正。“清楚的校正折射光焦度”表示实现使用者的眼睛的主观最佳校正所需的折射光焦度。
用于中距或近距视觉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。该ADD值通常提供用于中距或近距视觉的最佳视觉校正。ADD值依赖于老花眼的度数，通常在1屈光度到3屈光度之间。
近距离读书所需的ADD值高于在中等距离看计算机屏幕所需的ADD值。建议用于中距视觉校正区的ADD值是用于近距视觉校正区的ADD值的25％到75％之间，从而可以实现中间距离的最佳视觉。例如，对于用于近距区的1屈光度的ADD值，用于中距区的ADD值应当在0.25到0.75屈光度之间；而对于用于近距区的2屈光度的ADD值，用于中距区的ADD值应当在1到0.5屈光度之间；对于用于近距区的3屈光度的ADD值，用于中距区的ADD值应当在1.5到0.75屈光度之间。可以理解，建议的ADD值通常依赖于人的年龄。
如果本发明的接触式透镜的下光学区是用于近距视觉校正的光学区，则希望如图1a所示，下区的尺寸小于上区的尺寸。上光学区和下光学区的尺寸比率是约1.6或更大。上光学区112与光学混合区116的下边界线至少在其中央部分，至少65％，(例如，在下边界线和垂直子午线的交点周围，或者在下边界线和平行于该垂直子午线并通过中央光学区的中心的线之间的交点周围)低于通过的中央光学区102的中心的水平线(水平子午线或平行于水平子午线的线)。从上光学区112的顶点，到垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过中央光学区的中心的线与上光学区112和光学混合区116的下边界线的交点的距离是0.5到1.5毫米，优选的是0.75到1.25毫米，更优选的是0.9到1.1毫米。
如果本发明的接触式透镜的下光学区是用于中距视觉校正的光学区，则希望如图1b所示，下区的尺寸等于或略小于上区的尺寸。上光学区和下光学区的尺寸比率是大约1.5或更小。从上光学区212的端点，到垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过中央光学区的中心的线与上光学区212和光学混合区216的下边界线的交点的距离小于约0.8毫米，优选的是0.5毫米，更优选的是0.3毫米。
用于主眼的透镜的下区所具有的ADD值依赖于佩戴者的主要活动。通常，建议使用主眼用于佩戴者的主要非远距视觉活动。例如，如果佩戴者是计算机用户，他的主要非远距活动是在中间距离观看计算机屏幕，则主眼应当用于中间距离中的活动，即，用于主眼的透镜的下区应当用于中间距离活动，例如观看计算机屏幕。用于非主眼的透镜的下区则将用于近距离活动，例如看书。
可选的是，如果佩戴者是一个卡车司机，其在主要注视中通常观察远处，或者在向下注视中观看近距离的地图，则主眼应当用于向下注视中的近距离活动，即，用于主眼的透镜的下区应当用于近距离活动，例如看地图，而用于非主眼的透镜的下区应当用于中间距离活动，如图1a和1b所示。
图1a和1b示出本发明的优选实施例。用于两个透镜100和200的上区102和202提供用于远距视觉的校正，但是用于下区106和206的ADD值不同。用于主眼的透镜100具有用于近距视觉校正的下光学区106(ADD＝+3.0D)，而用于非主眼的透镜200具有用于中距视觉校正的下光学区(ADD＝+1.5D)。
在优选实施例中，本发明的透镜的上光学区包括垂直定位的彗形像差，其在上光学区的下部分中更加近视。该垂直定位的彗形像差将产生中距视觉区。
“彗形波前像差”是指一种这样的波前像差，它是由在提出的OSA(美国光学学会)标准泽尔尼克多项式中的三次、五次、七次泽尔尼克彗形项中的任意一项或其组合描述的波前像差或其等同物。
下面示出了达到七次的提出的OSA(美国光学学会)标准泽尔尼克多项式的表格(可以从http://color.eri.harvard.edu/standardization/stadardsTOPS4.pdf获取关于泽尔尼克多项式的更多信息)。极坐标中达到7次(36项)的泽尔尼克多项式的表 垂直定位的彗形像差是一种这样的波前像差，它是由三次彗形泽尔尼克项Z7、五次彗形泽尔尼克项Z17、七次彗形项Z31以及其组合所描述的波前像差或者其等同物。
在另一个优选实施例中，本发明的透镜的中央光学区能够在上和下区中具有渐进光焦度区。
在另一个优选实施例中，中央光学区12、14能够可选地包括球面像差，其在每一个区的周缘上较少地近视。在从距任何光学区中心的3毫米的距离上，球面像差的幅度将是该组所有透镜的1屈光度级。通常，老花眼显示出1屈光度或更多的球面像差，其对于6毫米瞳孔在周缘中近视较深。在透镜中产生的实际球面像差也将是对于透镜设计和透镜材料，耦合到眼睛的球面像差的函数。
通常，中央区域中的窄的光学混合区116或216将通过制造过程平滑。在周缘中，光焦度的幅度与光学区显著不同。在优选实施例中，到透镜状区域115或215的光学混合区116或216可能不对称，以最优化该区域中的混合。另外，光学混合区116或216的末端的曲率可以将离轴光折射到视网膜，以使得该光为佩戴者提供关于透镜100或200的方位的视觉信号。
本发明的接触式透镜优选包括一个或多个定位/稳定特征(171，172，271，272)。任何合适的定位/稳定特征都可以用于本发明中。示例性定位/稳定特征包括但不限于棱镜平稳器或类似物，其采用变化的厚度分布来控制透镜定位；多面体表面，其中透镜几何形状的部分被去除以控制透镜定位；脊状特征，其通过和眼睑相互作用来定位透镜，双片去除(doubleslab-off)特征，其具有顶部片去除区171或271以及一个底部片去除区，以保持眼睛上的透镜定位以及透镜上的视觉信号，以使得佩戴者能够在合适方位插入透镜；透镜的周缘区中的非棱镜平稳器特征，其公开于美国专利申请60/401,736中。
优选，本发明的接触式透镜的定位/稳定特征包括位于透镜的前表面上的倾斜脊状区172或272，如美国专利申请60/398,485所述。该倾斜脊状区设置在第二光学区下面，并包括上边缘、下倾斜边缘、从前表面向外延伸的纬度方向的脊、以及从下倾斜边缘向下延伸并具有如下的曲率或倾斜度的斜面，所述曲率或倾斜度依赖于下眼睑撞击该倾斜脊状区的位置而提供该倾斜脊状区和下眼睑之间的相互作用的变化度。在所有时候，眼睛的下眼睑都接合到该倾斜脊状区的至少某些部分。这种倾斜脊状区能够为佩戴者提供舒适感，并且还能够控制主注视中眼睛上的接触式透镜位置和/或当眼睛从注视远距离的某个物体到注视中间距离或附近的某个物体时变换通过眼睛的量。优选，当将该优化光学模型透镜的设计转变为机械透镜设计时，可以引入一些接触式透镜系列的共有特征。
更优选的是，本发明的接触式透镜的定位/稳定特征包括位于透镜的周缘区中的非棱镜平稳器特征，如美国专利申请60/401,736所公开的。已经发现，当接触式透镜在周缘区(围绕该光学区的非光学区)具有如下透镜厚度分布，所述分布的特征在于，厚度从透镜顶部沿垂直子午线和平行于该垂直子午线的线中的每一个向下逐渐增加，直到在该光学区和边缘区之间的某个位置达到最大值，然后减小到该边缘区的边缘，这种接触式透镜能够保持在眼睛上的预定方位。类似于常规透镜平稳器，这种定位特征通过在底部加重透镜，使得它位于眼睛上的平衡位置来起作用。利用这种定位特征，可以独立设计前表面的光学区，使其能够提供最优化的视觉性能。
特别是，本发明的接触式透镜的定位/稳定特征包括不提供棱镜光学畸变，并能够保持透镜于眼睛上的预定方位，如美国专利申请60,472,365所公开的。接触式透镜的前表面还包括周缘区、边缘区、第一混合区、第二混合区，其中第一混合区从中央光学区向外延伸到周缘区并且提供从中央光学区到周缘区的连续过渡，第二混合区从周缘区向外延伸到边缘区并且提供从周缘区到边缘区的连续过渡。前表面相对于该垂直子午面成镜面对称，并至少在第一方案中是连续的。通过改变周缘区和第二混合区内的透镜厚度，接触式透镜在其下半部分得以加重，以使得它处于眼睛上的平衡位置，并具有这样的透镜厚度分布，所述透镜厚度分布的特征在于，在由相对于垂直子午线的下部成大约35度或更大角度的两个扇区边界半子午线以及包含在这两个扇区边界半子午线之间的边缘的部分构成的扇区中，透镜厚度从周缘区的内边界沿每一个半子午线逐渐增加，直到达到透镜厚度最大值，然后减小。在可选优选实施例中，透镜厚度分布还在于如下特征(1)沿垂直子午线的上部，周缘区中的接触式透镜的透镜厚度基本保持为常数，或者以某种方式从周缘区的外边界逐渐增加到周缘区的内边界，该方式是，垂直子午线的上部与周缘区的外边界及内边界之间的两个交点上的透镜厚度的值之间的差异小于50％，优选小于30％，更优选小于15％；以及/或者(2)沿垂直子午线的下部，周缘区中的接触式透镜的透镜厚度以某种方式从周缘区的内边界逐渐增加到周缘区的外边界，该方式是，垂直子午线的下部与周缘区的内边界和外边界之间的两个交点上的透镜厚度的值之间的差异是从约15％到约65％。
“外边界”，涉及除接触式透镜的前表面上的中央光学区以外的区，指进一步远离前表面的几何中心的区的两个周缘边界之一。
“内边界”，涉及除接触式透镜的前表面上的中央光学区以外的区，指较靠近前表面的几何中心的区的两个周缘边界之一。
“半子午线”指从接触式透镜的前表面的几何中心径向延伸到接触式透镜的边缘的假想线。
“垂直子午线的上部”指，当所述透镜保持在眼睛上的预定方位时，位于接触式透镜的前表面的几何中心上方的一半垂直子午线。
“垂直子午线的下部”指，当所述透镜保持在眼睛上的预定方位时，位于接触式透镜的前表面的几何中心下方的一半垂直子午线。
“连续过渡”，涉及两个或多个区，指至少在第一方案中、优选在第二方案中是连续的。
“垂直子午面”指穿通接触式透镜的光轴和接触式透镜的前表面上的垂直子午线的平面。
“扇区”，涉及接触式透镜的前表面，指由相对于垂直子午线的下部成相等角度的两个扇区边界半子午线以及包含在这两个扇区边界半子午线之间的边缘的部分限定边界的区域。包含在这两个扇区边界半子午线之间的边缘是两个半子午线之一和垂直子午线的下部之间的边缘的第一部分，以及另一个半子午线和垂直子午线的下部之间的边缘的第二部分组合而成。
两个“扇区边界半子午线”指将前表面划分为两个扇区的两个半子午线。
“透镜厚度”指从前表面的一个点到接触式透镜的后表面的最短距离。
“透镜厚度的两个值之间的差异百分比”通过首先从较大值减去较小值然后将减法结果除以较大值最终将其乘以100而获得。
“混合区”指位于两个区之间并提供这两个区之间的连续过渡的非光学区。
第一混合区的存在使得能够单独、独立地设计该中央光学区和周缘区，从而确保从中央光学区连续过渡到周缘区。利用中央光学区和周缘区之间的第一混合区，所制造出的接触式透镜在两个区之间连接处消除了拐点和/或陡沿，从而使得佩戴者感觉更加舒适。此外，中央光学区和周缘区之间的第一混合区可以解耦透镜的光学特征和机械稳定和变换特征，从而防止将棱镜引入到该光学元件中。第一混合区所具有的表面确保周缘区、第一混合区以及中央光学区彼此相切。本发明的周缘混合区可以是数学函数所描述的任何表面，优选为基于样条的数学函数，或者由不同切面片构成。
“切面片”在第一方案中、优选在第二个方案中指具有相互连续的曲率的表面的组合。
周缘区能够由一个或多个周缘带或区构成，它们拼连在一起形成连续表面。已经发现，当接触式透镜在该周缘区和第二混合区具有如上所述的透镜厚度分布时，这种接触式透镜能够有效保持在眼睛上的预定方位。类似于常规透镜平稳器，本发明的这种定位特征通过在下半部加重透镜，使得它位于眼睛上的平衡位置来起作用。利用这种定位特征，前表面的光学区能够独立设计，以提供最优化的视觉性能。
下面描述使用根据本发明的一对双焦透镜的使用方案。佩戴者是一位计算机用户，其主眼为左眼，通过眼科医生的眼科检查之后，为其配制了一对双焦接触式透镜。该佩戴者的主要非远距视觉活动是观看计算机屏幕。
两个透镜的上区用于校正远距视觉。用于非主眼(右眼)的下区用于校正近距视觉，而用于主眼(左眼)的下区用于校正中距视觉。
如果用户需要看一个手册，则他将该手册放置在桌子上，通过两个透镜的下区来看手册。由于看手册是非主要视觉活动，则他通过非主眼聚焦该手册中的文本内容来调整视觉。选择哪一只眼睛来看东西需要特定训练，但是用户会容易地掌握这一点。
本发明的接触式透镜可以是硬性透镜或软性透镜。本发明的软性接触式透镜优选由软性接触式透镜材料制成，例如硅或包含氟的水凝胶或HEMA。可以理解，任何透镜材料都可以用于制造本发明的接触式透镜。
本发明的接触式透镜可以利用任意公知的、合适的光学设计系统来进行设计。示例性的用于设计光学模型透镜的光学计算机辅助设计系统包括但不限于ZEMAX(Focus Software，Inc.)。优选，该光学设计可以利用ZEMAX(Focus Software，Inc.)来执行。可以通过例如机械计算机辅助设计(CAD)系统将光学模型透镜的设计改变成一组用于制造物理透镜的机械参数。任意公知的合适的机械CAD系统都可以用于本发明。光学模型透镜的设计可以利用变换格式在光学CAD和机械CAD系统之间来回变换，该变换格式可以允许作为光学CAD或机械CAD的接收系统来构建NURB(非均匀有理B样条)或所需设计的贝塞尔表面。示例性变换格式包括但不限于VDA(verband der automobilindustrie)和IGES(初始图形转换规范)。通过使用这种变换格式，透镜的整个表面将成连续形式，这便于制造具有径向不对称形状的透镜。贝塞尔和NURB表面特别适用于具有多个区的透镜，其中多个区包括光学区和非光学区，这是因为多个区能够被混合、分析和最优化。更优选的是，机械CAD系统能够表示精度上和数学上更高阶的表面。这种机械CAD系统的一个例子是Pro/Engineerfrom Parametric Technology。
当将光学模型透镜的设计转换成一组机械参数时，可以将接触式透镜系列的共同特征参数结合到透镜设计过程中。这种参数的例子包括，收缩、非光学边缘区及其曲率、中心厚度、光焦度的范围等。
本发明的接触式透镜可以通过任意便利的制造装置来制造，包括，例如计算机可控制造设备、模制设备等等。“计算机可控制造设备”指能够由计算机系统控制并且能够直接制造接触式透镜或者用于制造接触式透镜的光学工具的一种设备。任意公知的、合适的计算机可控制造设备都可以用于本发明。示例性计算机可控制造设备包括但不限于车床、磨床以及铣床、模制装备以及激光。优选，计算机可控制造设备是一种具有45度压电切具的双轴车床，或者是Durazo和Morgan在美国专利6,122,999中所公开的车床装置，或者为数控车床，例如，如Precitech，Inc.所生产的Optoform超精度车床(型号30、40、50以及80)，其具有Variform或Varimax压电陶瓷快刀伺服附件。
优选，接触式透镜通过接触式透镜模具进行模制，该模具包括模制表面，当将透镜浇铸在该模具中时，该模制表面复制接触式透镜表面。例如，具有数控车床的光学切具可以用于形成金属光学工具，其包含本发明的接触式透镜的前表面的特征。然后该工具用于制造接着将要结合后表面模具使用的前表面模具，从而利用位于模具之间的合适的液态透镜成形材料，通过压缩和固化该透镜成形材料，形成本发明的透镜。
优选，本发明的接触式透镜或用于制造该接触式透镜的光学工具通过利用数控车床来构造，例如，如根据美国专利申请60/398,495中所述的方法，来自Precitech，Inc.的Optoform超精度车床(型号30、40、50以及80)，其具有Variform或Varimax压电陶瓷快刀伺服附件。
如示例性例子所示，通过下面的过程制造一种变换接触式透镜，其具有倾斜脊状区，该倾斜脊状区具有纬度方向的脊。首先，通过在0、0产生零点、Z轴的方位以及转换成几何形状的透镜表面(凹面或凸面)的类型，用户限定一组参数，例如表面公差、同心度公差、透镜设计的方位、用于前表面和后表面中的每一个的半径幅的数量。“表面公差”指从透镜设计的表面上的理想位置的投影点的容许位置偏差。该偏差的方向可以平行于或垂直于透镜设计的中心轴。“同心度公差”指给定弧的点的容许偏差。“半径幅”指从中心轴向外辐射并垂直于该中心轴并且投影到该表面上的曲线。“均匀隔开的半径幅”指所有半径幅从中心轴向外辐射，并且彼此隔开一个相同角度。“点间隔”指沿半径幅的两点之间的距离。
第二，用户确定在平行于中心轴的方向上沿每一个所述多个均匀隔开的半径幅投影到透镜设计的表面(例如，前表面)上的点密度。位于某个方位角的半径幅对应于从基本圆锥表面偏离最大的特征，并且被选为半径探测幅。均匀隔开的点沿半径探测幅投影，其中将每一对点隔开通常为10微米的点间距。然后将所有投影点分成一系列组，其中每一组包括三个顺序点，即第一点、中间点以及第三点。每一个点可以属于一个组或两个组。通过将中间点和连接对应组的第一点和第三点的线之间的距离与预定表面公差比较，从该组的中间点处的表面的曲率，从中心轴到边缘，或者从边缘到中心轴，一次分析一个组。如果中间点和连接该组的第一点和第三点的线之间的距离大于预定表面公差，则该点上的表面曲率较陡，并将额外的点投影到该组的第一点和中间点之间。第一点和额外点之间的点间隔等于额外点和中间点之间的点间隔。在增加一个额外点之后，包含新增加的点的所有点被重新再分组，并且分析该系列组的每一个组的中间点上的表面曲率。重复这种迭代过程，直到该系列组的各组的中间点和沿探测幅连接对应组的第一点和第三点的线之间的距离等于或小于预定表面公差。通过这种方式，确定沿每一个期望数量的均匀隔开的半径幅投影到该透镜设计的表面上的点的数量以及用于一系列相邻点对的点间隔。
在该优选实施例中，然后将上述确定数量的点沿24、96或384半径幅中的每一个被投影到透镜设计的前表面上。其它数量的幅也是可以的。对于每一个半径幅，产生一个在第一方案中连续的半子午线。该半子午线包括一组弧以及可选地包括直线，其中通过在期望同心度公差内使至少三个顺序点符合球面数学函数，而限定每一个弧。每一条直线通过连接至少三个顺序点获得。优选，弧符合程序从中心轴开始到达边缘。类似，可以根据上述过程，将透镜设计的后表面转换为几何形状。
在将透镜设计转换为制造系统中制造的接触式透镜的几何形状之后，产生小型文件或者等同格式，包含标题信息以及关于将形成的透镜的几何形状的信息。该小型文件还包含零半子午线，其基于每一个径向位置上的每一个其它子午线的平均高度，并且给Variform或Varimax提供零位置，在该零位置上它能够基于它的振荡计算。在该小型文件中，所有半子午线具有相同数量的区。这是通过许多次复制半子午线的最后区从而等于用于所有子午线的区数量来实现的。在完成小型文件之后，将其载入Optoform超精度车床(型号30、40、50或80)，其具有Variform压电陶瓷快刀伺服附件，并运行以制造变换接触式透镜。
本发明还提供了一种制造一对多焦接触式透镜的方法，该方法包括设计第一接触式透镜和第二接触式透镜的步骤。第一和第二透镜中的每一个包括前表面和相对的后表面。每一个透镜的前表面包括垂直子午线和水平子午线以及中央光学区。每一个透镜的中央光学区具有上光学区、下光学区以及光学混合区，其中光学混合区具有能够确保从上光学区到下光学区的平滑表面过渡的表面，并且该表面使得上和下光学区可以相互独立设计和优化，以使得来自上和下光学区的重像或图像模糊得以最小化或消除。第一透镜的上光学区用于远距视觉校正，而第一透镜的下区用于中距或近距视觉校正。第二透镜的上光学区用于远距或中距视觉校正，第二透镜的下区用于中距或近距视觉校正。优选，第一透镜的下区的视觉校正，不论是中距视觉校正还是近距视觉校正，都将由佩戴者的主观偏好和主要日常活动来设置。
可以将上述的本发明的接触式透镜的所有优选设计特征结合到本发明的制造方法中。
本发明的制造方法优选还包括通过如上所述的制造装置来制造接触式透镜的步骤。
还可以根据用于潜在透镜佩戴者的眼睛30的视觉校正的信息来进行前表面的设计。
权利要求
1.一对多焦接触式透镜，第一变换接触式透镜和第二变换接触式透镜，其中所述第一和第二透镜都包括前表面和相对的后表面，其中每个所述透镜的所述前表面包括垂直子午线、水平子午线、以及中央光学区，其中每个所述透镜的所述中央光学区具有上光学区、下光学区以及光学混合区，其中所述光学混合区具有能够确保从所述上光学区到所述下光学区的平滑表面过渡的表面，并且该表面使得所述上和下光学区可以相互独立地被设计和优化，以使得来自所述上和下光学区的重像或图像模糊被最小化或消除，其中所述第一透镜的上光学区用于远距视觉校正，第一透镜的所述下光学区用于中距或近距视觉校正，其中所述第二透镜的上光学区用于远距或中距视觉校正，第二透镜的下光学区用于中距或近距视觉校正。
2.根据权利要求1所述的一对多焦接触式透镜，其中所述上光学区的顶点与所述中央光学区的中心重合，其中所述下光学区的顶端中心位于所述垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过中央光学区的中心的线与下光学区和光学混合区的边界线的交点上，其中所述光学混合区的宽度在中心为约0.1毫米或更小，并且其中通过所述下光学区的顶端中心和下光学区的顶端中心处的曲率中心的第一线与通过所述上光学区的顶点和所述后表面的顶点处的曲率中心的第二线相交，其中所述第一线和第二线的交点位于基本光学表面的顶点处的曲率中心的2毫米或更小的范围内。
3.根据权利要求2所述的一对多焦接触式透镜，其中所述光学混合区关于穿过所述垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过所述中央光学区的中心的线的平面镜面对称，其中所述光学混合区的表面具有大大高于所述第一和第二光学区的局部曲率或光焦度，以使得轴向光将从佩戴者的眼睛的黄斑区折射光。
4.根据权利要求2所述的一对多焦接触式透镜，其中所述第一和第二透镜的所述上光区彼此独立地具有用于佩戴者两只眼睛之一的远距视觉校正的清楚校正折射光焦度。
5.根据权利要求4所述的一对多焦接触式透镜，其中所述第一透镜的下光学区具有用于近距视觉校正的近距光焦度，而所述第二透镜的下光学区具有用于中距视觉校正的中距光焦度，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.根据权利要求5所述的一对多焦接触式透镜，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.根据权利要求5所述的一对多焦接触式透镜，其中所述第一透镜的上光学区与下光学区的尺寸比率是大约1.6或更大，其中所述第二透镜的上光学区与下光学区的尺寸比率是大约1.5或更小。
8.根据权利要求7所述的一对多焦接触式透镜，其中对于所述第一透镜，从所述上光学区的顶点到垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过所述中央光学区的中心的线与所述下光学区的与光学混合区的上边界线的交点的距离是0.6到1.5毫米，其中对于所述第二透镜，从所述上光学区的顶点到垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过所述中央光学区的中心的线与所述下光学区的与光学混合区的上边界线的交点的距离小于约0.7毫米。
9.根据权利要求2所述的一对多焦接触式透镜，其中所述第一透镜的所述上光学区具有用于佩戴者的两只眼睛之一的远距视觉校正的清楚校正折射光焦度，其中所述第二透镜的所述上光学区具有用于中距视觉校正的第一中距光焦度。
10.根据权利要求9所述的一对多焦接触式透镜，其中所述第一和第二透镜的下光学区具有用于近距视觉校正的近距光焦度。
11.根据权利要求10所述的一对多焦接触式透镜，其中对于所述第一和第二透镜，其上光学区与下光学区的尺寸比率都为约1.6或更大。
12.根据权利要求11所述的一对多焦接触式透镜，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.根据权利要求9所述的一对多焦接触式透镜，其中所述第一透镜的下光学区具有用于中距视觉校正的第二中距光焦度，第二透镜的下光学区具有用于近距视觉校正的近距光焦度。
14.根据权利要求13所述的一对多焦接触式透镜，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，其中彼此独立的第二ADD值和第三ADD值是第一ADD值的25％到75％。
15.根据权利要求14所述的一对多焦接触式透镜，其中对于所述第二透镜，所述上光学区与下光学区的尺寸比率是大约1.5或更小，其中对于所述第一透镜，所述上光学区和下光学区的尺寸比率是大约1.6或更大。
16.根据权利要求15所述的一对多焦接触式透镜，其中对于所述第二透镜，从所述上光学区的顶点到垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过所述中央光学区的中心的线与所述下光学区的与光学混合区的上边界线的交点的距离是0.6到1.5毫米，其中对于所述第一透镜，从所述上光学区的顶点到垂直子午线或平行于该垂直子午线并通过中央光学区的中心的线与所述下光学区的与光学混合区的上边界线的交点的距离小于大约0.7毫米。
17.根据权利要求2所述的一对多焦接触式透镜，其中每一个所述透镜包括机械特征以维持所述透镜在眼睛上的位置稳定性和转动稳定性。
18.根据权利要求17所述的一对多焦接触式透镜，其中所述机械特征选自棱镜平稳器，其采用变化的厚度分布来控制透镜定位；多面体表面，其中透镜几何形状的部分被去除以控制透镜定位；脊状特征，其通过与眼睑相互作用来定位透镜；双片去除特征，其具有顶部片去除区和底部片去除区，以维持眼睛上的透镜定位；以及透镜的周缘区中的非棱镜平稳器特征，该周缘区包围所述透镜的光学区。
19.根据权利要求2所述的一对多焦接触式透镜，其中每个透镜的所述前表面还包括周缘区、边缘区、第一混合区、以及第二混合区，其中所述第一混合区从中央光学区向外延伸到周缘区，并提供从中央光学区到周缘区的连续过渡，第二混合区从周缘区向外延伸到边缘区，并提供从周缘区到边缘区的连续过渡，其中所述前表面相对于垂直子午面镜面对称，并至少在第一方案中是连续的，其中通过改变周缘区和第二混合区内的透镜厚度，每个所述透镜在其下半部分被加重，以使其处于眼睛上的平衡位置，并且其中每个透镜具有这样的透镜厚度分布，该透镜厚度分布的特征在于，在由相对于垂直子午线的下部成大约35度或更大角度的两个扇区边界半子午线和包含在所述两个扇区边界半子午线之间的边缘的部分限定的扇区中，透镜厚度从周缘区的内边界沿每一个半子午线逐渐增加，直到达到透镜厚度最大值，然后减小。
20.根据权利要求19所述的一对多焦接触式透镜，其中所述透镜厚度分布还在于以下特征(1)沿垂直子午线的上部，在所述周缘区中的每个所述透镜的透镜厚度基本保持为常数，或者以如下方式从周缘区的外边界逐渐增加到周缘区的内边界，所述方式使得在垂直子午线的上部与周缘区的外边界和内边界的两个交点处的透镜厚度的值之差小于50％；以及/或者(2)沿垂直子午线的下部，周缘区中的所述接触式透镜的透镜厚度以如下方式从周缘区的内边界逐渐增加到周缘区的外边界，所述方式使得在垂直子午线的下部与周缘区的内边界和外边界的两个交点处的透镜厚度的值之差是从约15％到约65％。
21.根据权利要求2所述的一对多焦接触式透镜，其中所述第一和第二透镜中的至少一个的上光学区包括垂直定位的彗形像差，其在所述上光学区的下部分中更加近视。
22.根据权利要求2所述的一对多焦接触式透镜，其中所述第一和第二透镜中的至少一个的中央光学区在所述上和下光学区之间具有渐变光焦度区。
23.一种用于制造一对多焦接触式透镜的方法，该方法包括设计第一接触式透镜和第二接触式透镜的步骤，其中所述第一和第二透镜中的每一个包括前表面和相对的后表面，其中每一个透镜的所述前表面包括垂直子午线和水平子午线以及中央光学区，其中每一个透镜的中央光学区具有上光学区、下光学区以及光学混合区，其中所述光学混合区具有能够确保从上光学区到下光学区的平滑表面过渡的表面，并且该表面使得上和下光学区可以相互独立地被设计和优化，以使得来自上和下光学区的重像或图像模糊被最小化或消除，其中所述第一透镜的上光学区用于远距视觉校正，而第一透镜的下光学区用于中距或近距视觉校正，其中所述第二透镜的上光学区用于远距或中距视觉校正，第二透镜的下光学区用于中距或近距视觉校正。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括通过制造装置来制造眼睛透镜的步骤。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述制造装置是计算机可控制造设备。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述计算机可控制造设备是数控车床。
全文摘要
一对双焦接触式透镜一个透镜用于主眼，一个透镜用于非主眼。两个透镜的光学区被划分为上区和下区。用于主眼的透镜的上区用于远距视觉校正，而下区用于近距或中距视觉校正。用于非主眼的透镜的上区用于远距或中距视觉校正，而下区用于近距或中距视觉校正。
文档编号C07K5/103GK1879051SQ200480033355
公开日2006年12月13日 申请日期2004年11月11日 优先权日2003年11月12日
发明者J·M·林达彻 申请人:诺瓦提斯公司