CN1030480C - 分段式多焦接触镜片 - Google Patents

Abstract

一种将光聚焦到视网膜上的多焦折射镜片及其制法。该镜片由多个分段组成，相邻分段的屈光度不同。其中至少一个分段供远视用，另一个供近视用。该镜片无需定位就能远视和近视，且有正常立体感。具有该屈光度的分段表面可为非球面。镜片最好至少有一个非球面表面，且各分段为从镜片中心至边缘的弧形路径所分隔。该镜片制法为：制取镜片模具，将各模具切割分段，使其可互换，装在一起形成一个模具，用该模具即可模制出多焦折射镜片。

Description

几十年来，接触镜片，特别是亲水性的软接触镜片，已广泛为那些需要校正视力的人们所接受。之所以能接受，其原因在于这类镜片视敏度优异，不产生与眼镜有关的异常光学效应（周边视力丧失，起雾、镜片偏移），且能改善配戴者的容貌。

众所周知，人变老时，眼睛的适应能力变差，即眼球固有的晶状体不太能挠曲而将离其较近的景物进行聚焦。这种状况叫做老视。过去，老视要依靠眼镜或其它具有不同屈光度的许多不同部位的镜片，配戴者可以将其视线转到该部位，找出适合他想聚焦的一个或多个景物的屈光度。

对于眼镜，上述过程涉及到将视野从一般是上部远视的屈光度转到不同的近视的屈光度。但对于接触镜片，这种解决办法却不能令人满意。接触镜片与眼球的晶状体配合工作，将从不同视场角入射到角膜各部分的光聚焦到视网膜的各部分上形成影象。例如，瞳孔对较亮的光起反应而收缩时，网膜上的影象并不收缩，而是利用透过镜片较小部分的光构成整个影象。

本技术领域的人都知道，在某些情况下，人脑是可以通过接收焦点上的影象而排除焦点外的影象将那些分立的对比影象鉴别出来。

Erickson的美国专利4，923，296介绍了这类近距视力和远距视力兼备的用以校正老视的接触镜片的一个例子。该专利介绍的镜片系统包括一对接触镜片，其一个眼睛的接触镜片的上部分具有近距视力，下部分具有远距视力;而另一个眼睛的接触镜片的上部分具有远距视力，下部 分具有近距视力。这两者加在一起，据说可以在两个眼睛上形成至少部分清晰的影象，再通过人脑对模糊影象的抑制作用，使清晰的影象对准，从而产生在焦点上的清晰影象。但这种系统为确保镜片在双眼上正确取向以达到上述效果，需要使用周边体、折光体或压重体加以平衡。

0107444号欧洲专利说明书公报（申请号为83306172.4）介绍了另一种试图提供双焦点接触镜片的例子。和上述专利不同，这一欧洲专利申请的镜片无须将镜片定向。但这一专利申请中所述的镜片是用具有不同折射率的不同材料构成的，以达到具有不同的屈光度，或者将镜片背面制成一定的轮廓，使其形成不同的视觉区。此外，这种镜片提供的近距/远距视力表面积之比可能不同，而且瞳孔掠过不同的直径时，这种镜片对近距或远距视场提供的光量可能不足。

现有技术所述的具有不同折射焦距区域的镜片一般都属于理论设计，并没有制造出来。之所以未能制造成实际产品是因为很难制成所设想的那种镜片。接触镜片和眼内镜片都是用旋铸法或车床精切削制成的。这些方法制造出来的镜片是径向对称的，由于不可能环绕镜片加工出不同的曲率，要使各部分形成不同的焦距非常困难。

本技术领域中周知的试图提供一种无须制造复合镜片来补偿老视的方法叫做“单视力”法。单视力法是给病人的一只眼睛配上一个远距视力的接触镜片，另一只眼睛配上一个近距视力的接触镜片。尽管实践表明，单视力法可使病人令人满意地区分远处和近处的景物，但却大大失去了纵深感。

由于上述原因，尽管象单视力法之类的简单系统多少总可以为人们所理解，但多焦点折射镜片的更为复杂的方案还基本上是理论上的东西。

另一种制造多焦校正性眼睛镜片的方法是应用衍射光学。这种方法的一个缺点，与上述那种采用径向对称同心近距/远距区的多焦镜片一 样，是近距视力欠缺，特别在照明度低时更是如此。衍射设计中，入射到镜片上的光大约只有40%供近视用，另外的40%供远视用，其余的20%既不用于近视也不用于远视，而是在更高的各级衍射和散射作用损失掉了。这是最佳的理论结果，而在实际制造过程中，由于制造上的困难，能加以利用的光甚至更少。制造上的困难通常也是衍射镜片的另一缺点，因为衍射表面必须达到光波长一级的公差范围。

本发明的目的是提供这样一种双焦接触镜片，这种接触镜片对取向不敏感，因而无需任何类型的平衡体或压重体就能使人眼具有充分的纵深感。

本发明的另一个目的是提供这样一种镜片，该镜片无论瞳孔直径是多大，其不同焦距面积之比总是受到控制的。

本发明还有一个目的是提供这样一种多焦折射镜片，该镜片用以将光聚焦于眼上，其中至少有一种屈光度部分的表面为非球面曲面，毗邻各段具有平滑的边界。

本发明的再一目的是提供一种应用镜片表面模具制造多焦镜片以达到所要求的多焦屈光度的方法。该镜片表面模具可以分离成可互换的各段，将各段组装起来就可以制成分段式多焦镜片，于是利用该镜片模具表面即可模制出一块镜片。

上述诸目的是通过一种非定向的多焦折射镜片（包括接触镜片和眼内镜片）达到的，该镜片由多个分段组成，各分段至少具有两种不同的屈光度，能有效地将光聚焦到视网膜上，使人能看近和看远。第一组的各分段具有第一屈光度，供远视用，第二组的各分段具有第二屈光度，供近视用。屈光度可以通过改变折射镜片材料的厚度或曲率的方法提供。这些分段可以设计成使具有各种屈光度的面积之比无论瞳孔直径如何变化都保持不变。交界面可以是直线段，也可以是弯曲的弧形路径。

此外，我们发现，多焦折射接触镜片是无须定向的。在多个分段各 有各的屈光度情况下，各焦距是有效地遍布在整个镜片上的，因而镜片的取向无关重要。

本发明的另一个方面是，至少有一组屈光度都相同的分段其表面弯曲部分为非球面。镜片的这个非球面的表面使各分段的曲率沿其界面匹配，从而既平滑又基本上连续。

本发明的另一个方面涉及制造上述具有多个分段的多焦镜片的方法。这种镜片可以这样制造：对不同的屈光度采用不同的镜片表面模具，并沿从表面模具中心至周边边缘的路径将这些镜片表面分成多个分段，使各分段的大小大致相等，可以互换。这时就可以将该复合镜片表面模具固定在一起形成第一和第二镜片表面模具，再将第一和第二镜片表面模具装配成多焦镜片模具。于是，可以模制出分段的多焦镜片。模制之后，可以将各镜片段分开，供以后再使用。

本发明的另一个方面是采用特殊的弧形路径来分段，从而将各段之间的阶梯高度减少到最小程度。

图1    是本发明实施例的平面图。

图2    是该实施例另一种形式的平面图。

图3    是本发明另一实施例的平面图。

图4    是图3所示实施例另一种形式的平面图。

图5    是本发明的又一实施例。

图6    的曲线比较了本发明双焦接触镜片的具有所述屈光度分段的两种镜片表面高度位置：一种呈非球面，另一种呈球面。

图7    的曲线比较了图6两组分段经放大后的差别。

图8    是本发明另一实施例的平面图，其中近距视力与远距视力之间的表面积比不相等，但这个比值在共心时从镜片中心至周边部分是一致的。

图9是镜片又一实施例的平面图，该镜片靠其中心的近焦距和远焦 距面积大致相等，而靠镜片周边的近焦距和远焦距面积比则不等。

参看图1，图中示出了本发明的最简单形式，它由交替出现的近距部分和远距部分组成。本发明的基本优点在于，图中所示的镜片无需压重体、平衡体或折光体来使镜片按特定的方位取向。此实施例的另一个方面在于，其近距焦距和远距焦距面积相等，且与瞳孔大小无关。要达到与瞳孔大小无关，只要使镜片中与镜片共心的任何圆圈内近距和远距视力面积比保持相等即可。

现在参看图2，图中的镜片与图1的一样，其近距焦距和远距焦距的面积相等。这里，镜片也没有用压重体、折光体或平衡体，但各分段的数目更多，因而可能更难以制造，可是却由于近距和远距焦点在整个镜片上的分布更均匀而提高了视力。

熟悉本技术领域的人士都知道，这里所介绍的分段镜片的这些基本上类似、大体上近似的方法，是补偿老视的叫做“单视力”的方法。单视力法是将病人的一只眼睛配以远视用的接触镜片，另一只眼睛配以近视用的另一片接触镜片。尽管已经发现，单视力法使病人可以满意地区分远处和近处的景物，但却大大失去了纵深感。

按照本发明，使镜片配戴者的双眼既具有远距焦距，又有近距焦距，不仅配戴者在远距焦距和近距焦距上都有令人满意的视力，而且还可以获得很好的立体感，从而具有纵深感。

从图1和图2可以看出，和现有技术中那种无需采取平衡措施而是将镜片制成径向对称（具有共心远距和近距镜片部分的镜片）的镜片设计不同，本发明的设计是由多个径向分段组成的，因而不需要定向。这些分段在与镜片共心的圆圈内的部位，无论这个圆圈大小如何（如同眼睛的瞳孔，随着入射到眼睛中光量的多少而扩张和收缩）都保持近距和远距焦距的面积相等。

这样，本发明的镜片具有这样的优点，即镜片远距和近距部分之间 的该比值可以按各个半径进行调定，也可以作为瞳孔大小的函数加以调节。

近距或/和远距部分采用非球面的表面具有这样的好处：镜片可以按设计加工成使其与眼球晶状体的连接均匀一致且边缘厚度相等。各部分制成球面就做不到这一点。虽然可以按本发明去设计一种镜片，使其具有符合光学要求的球面部分，但其中一个或两个焦距部位仍采用非球面，不仅可以减少各表面之间的阶梯高度差，而且可以减少对眼睛的刺激作用。

此外，将光学表面设在镜片的前面，可免除伤害角膜和留存尘屑。对于接触镜片，还可包括一个凹下去的弯曲部分表面，以盖住人眼的外表面;以及包括一个围绕所述各分段周边的晶状体外围罩。

如上所述，从光学的观点来看，采用球形表面是完全可以接受的，可以应用于某些实施例中，特别是可将这种光学表面设在背向眼睑的镜片前面使其不靠在角膜上。

本发明人在1990年7月24日申请、有待审批的美国专利申请557，261中介绍了人工眼球晶状体非球面光学表面的适当设计过程。此外，该专利申请还说明了采用非球面镜片比采用一般球面光学表面的其它优越性。

可以用其它设计方法来减小非球面或球面分段镜片设计中近距和远距各段之间的阶梯高度差。参看图3，将镜片的近距和远距段之间的界面制成弧形可以减小其高度差，特别是中间各点处的高度差。

将各分段之间的界面制成弧形可以减小阶梯高度，方法是确定一条与两分段高度之间的斜坡成一定角度的路径。实际上，该弧线绘制成使其一端处于镜片中心，另一端处于光学区的边缘，弯曲部分的中心处在弧弦CB两端点连线的垂直线FG下。弧弦CB是圆心在线段FG上、半径为r的圆的一部分，如图3中所示。弧段一般是半径比弧弦长的弧段，例 如，弧半径与弦等分线之间的比值为2∶1的弧段。等于或大于2∶1的比值可望取得良好的效果，但也可采用小于2∶1的比值，极限的情况为中点在线段CB上半圆。

图3    所示的镜片采用了弧形对称的界面。

图4    示出了采用本实施例的弧形界面的另一个实施例，其优点在于增加了近距和远距分段的数目。

现在参看图5，图中示出了本发明的无论瞳孔大小均能保持镜片的远距与近距面积之比基本不变的一个实施例。这里采用的各分段其界面不是从中心到圆周，而是将镜片划分成横切镜片的许多线段弦。

作为具体的实例，可参看图6。图6比较了按图1实施例制造的分段非球面双焦镜片的远距焦点部分与近距焦点部分的分段表面位置。此实例所示的镜片规定的远距屈光度为-5.25，再加上近距视力部分的+1.50屈光度，得出绝对屈光度为-3.75的近距部分视力。

从下列数字表上可以看出，非球面表面的镜片其各分段之间的阶梯高度差比球面表面镜片的小。下面列出了非球面和球面镜片设计作为从镜片中心计起的位置的函数的远距焦点表面和近距焦点表面的高度，以及在界面处两高度之间的差值。

非球面远距与非球面近距接触镜片的表面高度比较

位置（毫米）    远距表面    近距表面    差值

0.00    -0.07000    -0.07000    0.00000

0.10    -0.06749    -0.06740    -0.00009

0.20    -0.06498    -0.06480    -0.00018

0.30    -0.06247    -0.06220    -0.00027

0.40    -0.05996    -0.05960    -0.00036

0.50    -0.05746    -0.05700    -0.00046

0.60    -0.04991    -0.04919    -0.00072

0.70    -0.04237    -0.04139    -0.00098

0.80    -0.03483    -0.03359    -0.00124

0.90    -0.02729    -0.02579    -0.00150

1.00    -0.01974    -0.01799    -0.00175

1.10    -0.00712    -0.00499    -0.00213

1.20    0.00550    0.00801    -0.00251

1.30    0.01812    0.02101    -0.00289

1.40    0.03074    0.03401    -0.00327

1.50    0.04336    0.04701    -0.00365

1.60    0.06114    0.06520    -0.00406

1.70    0.07892    0.08338    -0.00446

1.80    0.09670    0.10157    -0.00487

1.90    0.11448    0.11976    -0.00528

2.00    0.13226    0.13795    -0.00569

2.10    0.15531    0.16132    -0.00601

2.20    0.17836    0.18469    -0.00633

2.30    0.20141    0.20807    -0.00666

2.40    0.22446    0.23144    -0.00698

2.50    0.24751    0.25481    -0.00730

2.60    0.27598    0.28335    -0.00737

2.70    0.30446    0.31189    -0.00743

2.80    0.33293    0.34043    -0.00750

2.90    0.36140    0.36897    -0.00757

3.00    0.38988    0.39751    -0.00763

3.10    0.42397    0.43121    -0.00724

3.20    0.45806    0.46491    -0.00685

3.30    0.49215    0.49861    -0.00646

3.40    0.52624    0.53231    -0.00607

3.50    0.56033    0.56601    -0.00568

3.60    0.60029    0.60484    -0.00455

3.70    0.64025    0.64368    -0.00343

3.80    0.68021    0.68252    -0.00231

3.90    0.72016    0.72136    -0.00120

4.00    0.76012    0.76020    -0.00008

球面远距与球面近距接触镜片的表面高度比较

位置（毫米）    远距表面    近距表面    差值

0.00    -0.07000    -0.07000    0.00000

0.10    -0.06749    -0.06740    -0.00009

0.20    -0.06498    -0.06479    -0.00019

0.30    -0.06247    -0.06219    -0.00028

0.40    -0.05996    -0.05959    -0.00037

0.50    -0.05745    -0.05699    -0.00046

0.60    -0.04991    -0.04916    -0.00075

0.70    -0.04236    -0.04133    -0.00103

0.80    -0.03481    -0.03350    -0.00131

0.90    -0.02727    -0.02567    -0.00160

1.00    -0.01972    -0.01784    -0.00188

1.10    -0.00708    -0.00472    -0.00236

1.20    0.00557    0.00841    -0.00284

1.30    0.01821    0.02153    -0.00232

1.40    0.03085    0.03465    -0.00380

1.50    0.04349    0.04777    -0.00428

1.60    0.06133    0.06629    -0.00496

1.70    0.07917    0.08482    -0.00565

1.80    0.09700    0.10334    -0.00634

1.90    0.11484    0.12187    -0.00703

2.00    0.13268    0.14039    -0.00771

2.10    0.15585    0.16448    -0.00863

2.20    0.17903    0.18857    -0.00954

2.30    0.20220    0.21265    -0.01045

2.40    0.22538    0.23674    -0.01136

2.50    0.24855    0.26083    -0.01228

2.60    0.27726    0.29070    -0.01344

2.70    0.30597    0.32058    -0.01461

2.80    0.33468    0.35045    -0.01577

2.90    0.36339    0.38032    -0.01693

3.00    0.39210    0.41019    -0.01809

3.10    0.42660    0.44614    -0.01954

3.20    0.46110    0.48208    -0.02098

3.30    0.49559    0.51803    -0.02244

3.40    0.53009    0.55398    -0.02389

3.50    0.56459    0.58992    -0.02533

3.60    0.60520    0.63232    -0.02712

3.70    0.64582    0.67471    -0.02889

3.80    0.68643    0.71711    -0.03068

3.90    0.72705    0.75950    -0.03245

4.00    0.76766    0.80190    -0.03424

参看本发明人的上文提到的非球面表面在眼睛镜片设计方面的应用的专利申请，本技术领域的行家们都知道，与特定镜片表面曲率有关的常数K的选择极为重要。在上述实例中，确定非球面镜片设计中近距和远距视力表面的非球面曲线，所使用的K值不同。远距部分的K值为-0.2，近距部分的K值为-1.06。这些值是通过逐次逼近的设计方法为本发明确定的，同时假设近距部分的K值应为1.00左右，远距部分的K值设定成使眼球晶状体连接处差值等于或接近零。

现在参看图7，图中以曲线的形式示出了采用非球面镜片表面的各分段之间的阶梯高度差。这比起使用球面镜片表面来说在靠近镜片中心处并没有多大改善，但终归阶梯高度还是不大。然而，在中心与边缘之间中途的大约距镜片中心3毫米的地方有一个阶梯约为0.008毫米，大约改善了0.011毫米。在边缘处改善了0.034毫米。

阶梯差和中心厚度的减小，除减少对角膜或眼睑的刺激作用之外，还增加了对角膜的局部供氧作用。

多焦镜片各分段之间的界面呈弧形之所以能减小各分段之间的阶梯高度是因为该界面是沿一个与镜片材料两个不同高度之间形成的斜坡成一大角度的路径走向的，而不是因为其界面与镜片两分段的高度之间的斜坡大体一致所造成。

现在有了能精密模制高质量的且能予以复制的光学表面的校正性眼镜片的模制技术，因而要制造曲率和表面复杂的镜片是不成问题的。本技术领域的内行人士都知道，模具一经制造出来，实质上就能反复制造出任何形式的镜片形状，不管它有多复杂，同时其造价比形状较简单的镜片也高不了多少。

上述那种镜片最好用模制法制造。通常，值得推荐的模制工艺为美国专利4，495，313和4，889，664中所述的那一种。在这一工艺中，待制造的镜片表面模具并不是在立即要模制出镜片的表面上制取的，而是在过去用以制造苯乙烯塑料模具而现在用以制造镜片的金属表面上去除一段梯级而制取的。本说明书所使用的“模具”一词是指过去任何世代用以制造镜片的模具，就是说，不仅是指制造镜片本身所使用的各表面，而且也指制造最终用以制造镜片的模具所使用的各表面。

具有多焦分段表面的金属模具是通过从一般的球面或非球面模具中选取适当的镜片屈光度而制取的。在上述实例中，这些表面应为屈光度相当于-5.25表面和屈光度相当于-3.75的表面。

接着将这些模具表面分割成多个类似的可互换的分段。最好使分割出的各段相应于镜片表面通过镜片中心点的直径。这些金属模具用金属线电动机械加工机具精密切割成多个分段，并用光学磨光法磨光切出的各壁，从而使材料损失非常小，达到特别紧密的配合。

如此制造出的各模具装配在一起就可以制造分段多焦镜片，结合起来制造最终用以制造接触镜片的模具的表面。这些分段在制造接触镜片时可以结合在一起，然后可拆开，供以后再使用。

上述模制过程，例如，可以利用一种稀释剂进行。

参看图8。虽然本发明的优点在于，无论瞳孔直径大小如何，总可以保持近距和远距焦距两者的表面积始终相等，但按照本发明也可以制造近距和远距焦距面积比预定的镜片，如图所示。这样做有时是有好处的，因为在照明度低的情况下近视是特别困难的。在图示镜片的情况下，远距至近距的焦距与瞳孔的直径无关。

参看图9，图中示出本发明的另一个实施例，其近距和远距焦距区面积之比值可以制成为瞳孔直径的函数。在所示例子中，瞳孔直径小时，近距和远距的焦距区面积相等。但随着瞳孔直径的增大（例如在照明度低时），近距对远距焦距的此比值增加，本技术领域的行家们是不难了解这一点的。不仅是近距和远距焦距之间的面积比，而且转折点都是不难加以修整的，而且按上述制造出第一镜片模具之后，就不难模制出这些形状。

使用本发明的镜片可以得到预期的效果。曾为一个老视病人制造了按图1设计的镜片，镜片远距段的屈光度相应于病人的远视要求，再加上+2.00的屈光度。实际的镜片结构为-5.50屈光度/减-3.50屈光度交替的球面段。

上述病人的临床效果使其远距和近距的视敏度为20/20。实体视觉经测定，小到40弧度秒的程度。这个数字对正常眼和经校正的屈光不正的眼睛（包括戴校正眼镜的老花眼）来说，在临床上是个正常的实体视觉水平。

上述仅仅是举例说明而已，在不脱离权利要求书范围的前提下是可以对其进行修改的。

Claims (12)

1、一种非定向多焦折射接触镜片，用以将光聚焦到视网膜上，其特征在于，该镜片包括：

多个分段，其中至少有一个分段具有非球面的表面弯曲度；

所述多个分段之一为第一分段，其屈光度为第一远距屈光度；

所述多个分段的另一段为第二分段，其屈光度为第二近距屈光度；

所述第二分段毗邻所述第一分段，且与其形成一界面，并且

沿所述分段界面的阶梯高度差小于由两个具有相同近距和远距屈光度的球面镜片表面形成的阶梯高度差。

2、如权利要求1所述的镜片，其特征在于，改变折射镜片材料的厚度来达到所述屈光度。

3、如权利要求2所述的镜片，其特征在于，以镜片前表面上弯曲的方式改变折射镜片材料的厚度来达到所述屈光度。

4、如权利要求1所述的镜片，其特征在于，所述多个分段是一些径向分段，各分段的界面沿从所述镜片中心至周边边缘的径向路径形成。

5、如权利要求1所述的镜片，其特征在于，与所述镜片共心的任何圆圈内的面积包括具有各所述屈光度的各段面积，各段面积与整个镜片面积之比大致相等。

6、如权利要求5所述的镜片，其特征在于，所述具有各屈光度的各分段面积之间的比值大致相等。

7、如权利要求4所述的镜片，其特征在于，所述径向路径是直线段。

8、如权利要求4所述的镜片，其特征在于，所述径向路径是弧形路径。

9、如权利要求1所述的镜片，其特征在于，该镜片还包括一个凹下去的弯曲部分表面，适宜盖住人眼的外表面。

10、如权利要求9所述的镜片，其特征在于，该镜片还包括一个围绕所述各分段周边的晶状体外围罩。

11、如权利要求1所述的镜片，其特征在于，所述第二分段的表面弯曲部分为非球面。

12、一种非定向多焦折射接触镜片，用以将光聚焦到视网膜上，其特征在于，该镜片包括：

多个分段，具有基本上呈球面的表面弯曲度;

所述多个分段之一为第一分段，其屈光度为第一远距屈光度;

所述多个分段的另一个为第二分段，其屈光度为第二近距屈光度;

所述第二分段毗邻所述第一分段，且与其形成一界面，并且

所述多个分段为径向分段，其界面沿所述镜片中心至周边边缘的弧形径向路径形成。

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