专利名称：能校正人眼高阶像差的隐形眼镜及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隐形眼镜，具体地说涉及一种能校正人眼高阶像差的隐形眼镜。本发明还涉及能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法。
背景技术：
人眼视力的下降严重影响一个人的正常生活，因此必须给予矫正。传统的视力矫正主要通过佩戴框架眼镜或隐形眼镜，或者通过手术治疗实现，矫正的主要是离焦、像散等低阶像差。近年来，波前传感技术的快速发展使得人眼高阶像差的准确测量成为现实，同时也使得人眼高阶像差的校正成为可能。美国Rochester大学的David Williams博士和德国Heidelberg大学的Junzhong Liang博士等人经深入研究后认为高阶像差的校正对改善人眼视觉效果具有重要作用。近年来，提出的人眼高阶像差校正方法主要有角膜激光矫正(laserablation of cornea或wavefront guided LASIK)、植入式眼内镜矫正(intraocular lens)、隐形眼镜矫正、相位板矫正(phase plate)等。这些方法各有优缺点。角膜激光矫正和植入式眼内镜技术均为手术治疗方法，具有较高的风险；相位板(框架眼镜)则对位置移动非常敏感，实际使用矫正效果很难保证。相对而言，隐形眼镜比手术治疗安全，对位置移动也不如相位板(框架眼镜)敏感，因此具有更广阔的使用前景。
在隐形眼镜的制作方面，传统的机械方法无法制作出能校正人眼高阶像差的隐形眼镜。“人眼高阶像差矫正方法”(中国专利申请号200410009115.3，公开号CN1702494A，
公开日2005年11月30日)通过采用光刻工艺将相位微结构刻划在隐形眼镜材料表面实现人眼高阶像差的校正。美国专利申请“人工眼内镜制作方法”(Method for producing anartificial ocular lense，公开号US2002/0154271 A1)使用激光束直接在隐形眼镜材料表面加工出校正人眼高阶像差的相位微结构。上述两种制作方法的缺点是微结构位于隐形眼镜镜片表面，既可能刺激眼睛角膜，影响佩戴舒适度，甚至会损伤眼角膜；另外，微结构位于隐形眼镜镜片表面也可能因表面污染或磨擦磨损等因素而失去高阶像差校正功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能校正人眼高阶像差的隐形眼镜，该隐形眼镜不会刺激眼睛角膜，也不会因表面污染或磨擦磨损等因素而使高阶像差校正功能降低或失效。本发明要解决的另一个技术问题是提供上述能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是能校正人眼高阶像差的隐形眼镜，包括镜片，所述镜片的内部有能校正人眼高阶像差的相位微结构。
所述镜片的材料为具有非线性光学效应(双光子聚合作用或其它非线性效应)的单层透明材料。
所述镜片也可以为多层结构，其中至少某一中间层为具有非线性光学效应的透明材料。
能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，包括以下步骤(1)测量人眼的像差数据W(x，y)；(2)根据人眼像差数据和隐形眼镜原始镜片的屈光度校正能力计算出能校正人眼高阶像差的隐形眼镜片内部一定区域内的三维折射率分布n0(x，y，z)；(3)使用聚焦超短脉冲激光束照射隐形眼镜材料内部一定区域，通过隐形眼镜材料的双光子聚合作用或其它非线性光学效应改变隐形眼镜材料内被聚焦超短脉冲激光束照射区域的三维折射率分布n(x，y，z)，使其与步骤(2)计算得到的折射率分布n0(x，y，z)相等n(x，y，z)＝n0(x，y，z)。
所述步骤(1)中采用基于哈特曼波前传感器的人眼像差测量仪器测量人眼像差。
所述步骤(2)中三维折射率分布的计算通过数学公式W(x,y)=∫0L(x,y)Δn0(x,y.z)dz]]>实现，其中L(x，y)表示在(x，y)坐标处具有非线性光学效应的隐形眼镜材料厚度。
所述步骤(2)和(3)中的隐形眼镜原始镜片为不校正屈光度像差的镜片或校正屈光度像差的镜片。
所述步骤(3)中的超短脉冲激光束的脉冲宽度范围在在10-15秒(1飞秒)-10-9秒(1纳秒)之间。
所述步骤(3)中的超短脉冲激光束由一透镜聚焦到隐形眼镜镜片内，焦点位置位于具有非线性光学效应的隐形眼镜材料内。
所述步骤(3)中的三维折射率分布的形成通过隐形眼镜材料的双光子聚合作用或其它非线性光学效应实现。
所述步骤(3)中的三维折射率分布的形成通过三维扫描隐形眼镜位置或者聚焦激光束焦点位置或者聚焦激光束焦点在隐形眼镜镜片内的相对位置，并控制每一扫描位置处的激光束功率和照射时间实现。
完成所述步骤(3)后，可以通过实际的视觉校正效果重复步骤(1)～(3)进行修正，直至得到满意的视觉校正效果。
本发明的原理是隐形眼镜使用的具有非线性光学效应的材料在聚焦超短脉冲激光束的照射下，当聚焦超短脉冲激光束焦点位置附近区域的激光束功率密度达到或超过一定值时，该区域内的镜片材料因双光子聚合作用或其它非线性光学效应发生折射率改变，从而改变了该区域内的光学相位。由于材料内某一位置处的折射率改变量与材料的非线性光学特性、该位置处激光束的功率密度和照射时间等因素有关，通过三维扫描聚焦激光束焦点在隐形眼镜内的相对位置并控制每一扫描位置处的激光束照射功率及照射时间，可在隐形眼镜材料内部形成具有特定形状的三维折射率分布。当隐形眼镜材料内部形成的三维折射率分布与测量的人眼像差数据相匹配时，既能达到校正人眼高阶像差的目的。
本发明与现有技术相比，将能校正人眼高阶像差的相位微结构(或者称微结构元件)设置在隐形眼镜镜片的内部，而镜片的表面仍然是光滑的，因此不会对人眼睛角膜造成刺激，不会影响佩戴舒适度，当然也不会对眼角膜造成损伤。另外，相位微结构设置在镜片的内部也避免了因相位微结构被污染或磨损而降低或失去校正能力。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的一种单层镜片结构的实施例的示意图；图2为本发明的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的一种多层镜片结构(此处为三层结构)的实施例的示意图；图3为制作本发明的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜所用的装置的实施例的示意图。
具体实施例方式
如图1所示，隐形眼镜的镜片2为单层结构，该镜片2的材料为具有非线性光学效应的材料(通常为高分子材料)，在隐形眼镜镜片2的内部设置有能校正人眼高阶像差的相位微结构1。
如图2所示，该隐形眼镜的镜片为三层结构，其中间层3的材料为具有非线性光学效应的材料(通常为高分子材料)，上层和下层可以是其它不具有非线性光学效应的隐形眼镜材料。在中间层3的内部设有能校正人眼高阶像差的相位微结构1。当然，隐形眼镜的镜片也可以为更多层的结构，只要其中有一个中间层为具有非线性光学效应的材料即可，能校正人眼高阶像差的相位微结构1就设置在该由具有非线性光学效应的材料制成的中层上即可。
一种用于制作能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的装置组成如图3所示，它包括超短脉冲激光光源4、高速光学快门5、可变功率衰减器6、光束转向反射镜7、聚焦透镜8、电控三维载物台10、计算机11和人眼像差测量仪12。其中，人眼像差测量仪12与计算机11相连，人眼像差测量仪12测量的人眼像差数据可以送入计算机11；高速光学快门5和可变功率衰减器6分别与计算机11相连，可由计算机11进行控制。
利用该装置制作能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的步骤为(1)利用人眼像差测量仪12对人眼的像差W(x，y)进行准确测量，并将测量结果输入计算机11，该人眼像差测量仪12一般采用基于哈特曼波前传感器的人眼像差测量仪器；(2)由计算机根据人眼像差数据和隐形眼镜原始镜片的屈光度校正能力计算出能校正人眼高阶像差的隐形眼镜片内部一定区域内的三维折射率分布，该折射率分布的计算通过数学公式W(x,y)=∫0L(x,y)Δn0(x,y,z)dz]]>实现，这里L(x，y)表示在(x，y)坐标处具有非线性光学效应的隐形眼镜材料厚度。在实际制备过程中可使隐形眼镜片内部折射率在一定厚度L(x，y)内与坐标z无关，从而得到Δn0(x，y)＝W(x，y)/L(x，y)；(3)将待加工的镜片9放置到电控三维载物台10上，超短脉冲激光光源4的输出光束13经高速光学快门5控制照射时间、可变功率衰减器6控制照射功率、光束转向反射镜7改变方向后由聚焦透镜8聚焦到放置在电控三维载物台10上的隐形眼镜镜片9的内部，焦点位置位于具有非线性光学效应的隐形眼镜材料内。通过隐形眼镜材料的双光子聚合作用或其它非线性光学效应改变隐形眼镜材料内被聚焦超短脉冲激光束照射区域的折射率，并通过三维移动载物台10的位置对镜片位置实现三维扫描，在隐形眼镜材料内得到三维折射率分布，使其与步骤(2)计算得到的折射率分布一致，从而达到校正人眼高阶像差的目的。高速光学快门5、可变功率衰减器6和电控三维载物台10由计算机11控制；通过移动电控三维载物台10来控制激光聚焦点在隐形眼镜镜片9的位置。在实际操作过程中，三维折射率分布还可以通过二维扫描激光束位置和使用一维载物台纵向移动镜片位置实现。
在加工过程中，所使用到的隐形眼镜的原始镜片既可以是不校正屈光度像差的镜片，也可以是校正屈光度像差的镜片。在按上述步骤加工完毕后，可以根据实际的视觉矫正效果重复上述步骤进行修正，直至得到满意的视觉矫正效果。
权利要求
1.能校正人眼高阶像差的隐形眼镜，包括镜片，其特征在于所述镜片的内部有能校正人眼高阶像差的相位微结构。
2.根据权利要求1所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜，其特征在于所述镜片的材料为具有非线性光学效应的单层透明材料。
3.根据权利要求1所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜，其特征在于所述镜片为多层结构，其中至少一中间层为具有非线性光学效应的透明材料。
4.能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，包括以下步骤(1)测量人眼的像差数据W(x，y)；(2)根据人眼像差数据和隐形眼镜原始镜片的屈光度校正能力计算出能校正人眼高阶像差的隐形眼镜片内部一定区域内的三维折射率分布Δn0(x，y，z)；(3)使用聚焦超短脉冲激光束照射隐形眼镜材料内部一定区域，通过隐形眼镜材料的双光子聚合作用或其它非线性光学效应改变隐形眼镜材料内被聚焦超短脉冲激光束照射区域的三维折射率分布Δn(x，y，z)，使其与步骤(2)计算得到的折射率分布相等。
5.根据权利要求4所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，其特征在于所述步骤(1)中采用基于哈特曼波前传感器的人眼像差测量仪器测量人眼像差。
6.根据权利要求4所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，其特征在于所述步骤(2)中三维折射率分布的计算通过数学公式W(x,y)=∫0L(x,y)Δn0(x,y,z,)dz]]>实现，其中L(x，y)表示在(x，y)坐标处具有非线性光学效应的隐形眼镜材料厚度。
7.根据权利要求4所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，其特征在于所述步骤(2)和(3)中的隐形眼镜原始镜片为不校正屈光度像差的镜片或校正屈光度像差的镜片。
8.根据权利要求4所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，其特征在于所述步骤(3)中的超短脉冲激光束的脉冲宽度范围在10-15秒-10-9秒之间。
9.根据权利要求4所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，其特征在于所述步骤(3)中的超短脉冲激光束由一透镜聚焦到隐形眼镜镜片内，焦点位置位于具有非线性光学效应的隐形眼镜材料内。
10.根据权利要求4所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，其特征在于所述步骤(3)中的三维折射率分布的形成通过隐形眼镜材料的双光子聚合作用或其它非线性光学效应实现。
11.根据权利要求4所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，其特征在于所述步骤(3)中的三维折射率分布的形成通过三维扫描隐形眼镜位置或者聚焦激光束焦点位置或者聚焦激光束焦点在隐形眼镜镜片内的相对位置，并控制每一扫描位置处的激光束功率和照射时间实现。
12.根据权利要求4所述的能校正人眼高阶像差的隐形眼镜的制作方法，其特征在于完成所述步骤(3)后，通过实际的视觉校正效果重复步骤(1)～(3)进行修正，直至得到满意的视觉校正效果。
全文摘要
本发明公开了一种能校正人眼高阶像差的隐形眼镜及其制作方法。所述眼镜是在镜片的内部设置或制备有能校正人眼高阶像差的相位微结构或微结构元件，其制作方法是测量人眼的像差数据；根据像差数据和原始镜片的屈光度校正能力计算出能校正人眼高阶像差的镜片内部的三维折射率分布；利用聚焦超短脉冲激光束在隐形眼镜材料内部加工出所需要的三维折射率分布。本发明与现有技术相比，将能校正人眼高阶像差的相位微结构设置或制备在镜片的内部，而镜片的表面仍然是光滑的，因此不会对人眼睛角膜造成刺激，不会影响佩戴舒适度，当然也不会对眼角膜造成损伤。另外，相位微结构设置或制备在镜片的内部也避免了因相位微结构被污染或磨损而降低或失去校正能力。
文档编号G02B27/00GK1971341SQ20061016508
公开日2007年5月30日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年12月13日
发明者李斌成, 张雨东 申请人:中国科学院光电技术研究所