TWI584022B

TWI584022B - 漸近變焦隱形眼鏡及其製造方法

Info

Publication number: TWI584022B
Application number: TW105123109A
Authority: TW
Inventors: 氏蓮武; 陳炤彰; 邱鈺婷
Original assignee: 國立臺灣科技大學
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2017-05-21
Also published as: TW201809808A

Description

漸近變焦隱形眼鏡及其製造方法

本發明係關於一種透鏡及其方法，特別是關於一種漸近變焦隱形眼鏡及其製造方法。

隱形眼鏡廣泛用於校正許多不同類型之視力缺陷，包括近視及遠視、散光視力誤差、以及通常與老化相關聯的近距離視力缺陷如老花眼視力退化等。老花眼者通常使用隱形眼鏡矯正老花視力的缺陷，例如同步雙焦隱形眼鏡或是變焦隱形眼鏡提供同心的光學區域如遠視屈光力(較遠物體)以及近視屈光力(較近物體)，以聚焦瞳孔的可視範圍，因為來自較遠物體以及較近物體的光線同時聚焦於視網膜上，使用者的大腦判斷並且選擇較遠的影像或是較近的影像。

然而，由於同步雙焦隱形眼鏡或是變焦隱形眼鏡包括多圈的同心區域，即，遠視區域以及近視區域，造成從光學區域的中心至周邊區域的屈光力分佈係為離散(discrete)狀態，而且每一圈的同心區域之寬度以及圈數必須依據使用者的瞳孔值不同做不同的設計，使得屈光力分佈的離散狀態更為明顯，降低了使用者的視覺品質。在一些習知技術中，遠視屈光度之區域以及近視屈光度之區域之間的連接介面不夠平滑，導致隱形眼鏡在這些光學區域對使用者觀看影像時產生干擾。進一步地，在連接介面之表面所對應的屈光度之過渡(transition)區域形成不連續性(discontinuity)，造成重疊影像，影響使用者穿戴的舒適度。

在另一些習知技術中，為了解決不連續性的問題，其於中心光學區域使用多種圓錐形曲線之組合，但是這種方式需要在連接點位置使用高階的幾何線條，相當複雜，而且不易改善隱形眼鏡中心光學區域與屈光度之不連續的問題。因此需要提出一種新式的透鏡及其方法，以解決上述之問題。

本發明之一目的在於提供一種漸近變焦隱形眼鏡及其製造方法，藉由前側光學表面形成連續性的非均勻有理化塑形曲線(non-uniform rational B-spline,NURBS)之輪廓以及配置漸近(progressive)變化的屈光度，以改善使用者的視力，並且提高隱形眼鏡的設計彈性。

為達成上述目的，本發明之一實施例中漸近變焦隱形眼鏡包括：一光軸；一具有第一光學區域之前側表面，以所述光軸作為所述第一光學區域的中心，所述第一光學區域包括在所述光軸附近的中心區域、環形區域、以及連接於所述中心區域與所述環形區域之間的中間區域，其中所述中心區域以及所述環形區域係分別設置為不同的屈光度包括遠視屈光度與近視屈光度，並且所述中間區域用以漸近調整所述遠視屈光度與所述近視屈光度的光功率，使所述前側表面的所述第一光學區域在所述遠視屈光度與所述近視屈光度之間的屈光度形成連續性常態分佈；以及一具有第二光學區域之後側表面，以所述光軸作為所述第二光學區域的中心，所述後側表面依據所述光軸與所述前側表面相對異側設置，其中所述前側表面的邊緣與所述後側表面的邊緣互相連接。

在一實施例中，所述前側表面還包括一週邊區域，連接於所述環形區域的外圍邊緣，並且所述週邊區域係為球面區域或是非球面區域任一者。

在一實施例中，所述屈光度以下列公式表示：，其中，平均數 μ=xc+(Wim/2)，標準差σ=Wim/6；Add為附加屈光度之係數；x為從光軸沿著第一光學區域的半徑；Pc為中心區域的近視屈光度或是遠視屈光度；xc為中心區域的半徑；Wim為中間區域的寬度；t為長度之積分變數；以及在"±"符號中，"+"表示中心區域為遠視屈光度，"-"表示中心區域為近視屈光度。

在一實施例中，所述中心區域的半徑xc大於或是等於零公厘，並且xc小於1公厘，所述中間區域的寬度Wim大於零公厘，並且Wim小於或是等於3公厘。

在一實施例中，所述中心區域設置為遠視屈光度且所述環形區域係設置為近視屈光度，或是所述中心區域設置為近視屈光度且所述環形區域係設置為遠視屈光度。

在一實施例中，所述中心區域的半徑、所述中間區域的寬度以及所述第一光學區域之附加屈光度用以調整所述第一光學區域之屈光度的連續性常態分佈。

在一實施例中，所述第一光學區域的所述中心區域、所述環形區域以及所述中間區域係由非均勻有理化塑形曲線(NURBS)所組成的連續性表面。

在一實施例中，所述非均勻有理化塑形曲線(NURBS)以下列公式表示：，其中階數p係由以下定義：控制點P0, P1,...,Ph，節點向量U，以及權重值w0,w1,...,wh。

在一實施例中，所述第一光學區域的所述中心區域與所述中間區域的每個連接點具有相同的斜率值，並且所述中間區域與所述環形區域的每個連接點具有相同的斜率值。

本發明之另一實施例中漸近變焦隱形眼鏡的製造方法包括：提供一光軸於一本體；形成一具有第一光學區域之前側表面，以所述光軸作為所述第一光學區域的中心，所述第一光學區域包括在所述光軸附近的中心區域、環形區域、以及連接於所述中心區域與所述環形區域之間的中間區域，其中所述中心區域以及所述環形區域係分別設置為不同的屈光度包括遠視屈光度與近視屈光度；調整所述中間區域用以漸近調整所述遠視屈光度與所述近視屈光度的光功率，使所述前側表面的所述第一光學區域在所述遠視屈光度與所述近視屈光度之間的屈光度形成連續性常態分佈；以及形成一具有第二光學區域之後側表面，以所述光軸作為所述第二光學區域的中心，所述後側表面依據所述光軸與所述前側表面相對異側設置，其中所述前側表面的邊緣與所述後側表面的邊緣互相連接。

100‧‧‧本體

102‧‧‧光軸

104‧‧‧前側表面

104a、106a‧‧‧邊緣

106‧‧‧後側表面

108‧‧‧第一光學區域

110‧‧‧中心區域

112‧‧‧環形區域

114‧‧‧中間區域

115‧‧‧週邊區域

116‧‧‧第二光學區域

Add‧‧‧附加屈光度之係數

x‧‧‧第一光學區域半徑

xc‧‧‧中心區域半徑

Wim‧‧‧中間區域寬度

μ‧‧‧平均數

σ‧‧‧標準差

t‧‧‧積分變數

P(x)‧‧‧屈光度曲線

Pc‧‧‧屈光度

E1、E1a、E1b‧‧‧公式

E2、E21、E22、E23、E24‧‧‧公式

P0、P1、...、Ph‧‧‧控制點

w0、w1、...、wh‧‧‧權重值

p‧‧‧階數

U‧‧‧節點向量

C(u)‧‧‧均勻有理化塑形曲線

C11~C15、C21~C26、C31~C36‧‧‧各種屈光度曲線

k‧‧‧曲率

R‧‧‧曲率半徑

S900、S902、S904、S906、S908、S910‧‧‧步驟

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹：圖1繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的上視圖。

圖2繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡沿著圖1的A-A'線段之剖視圖。

圖3繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的屈光度曲線之示意圖。

圖4繪示本發明實施例中中心區域具有不同直徑且設置為近視屈光度的附加屈光度曲線之示意圖。

圖5繪示本發明實施例中環形區域具有不同寬度且中心區域設置為近視屈光度的附加屈光度曲線之示意圖。

圖6繪示本發明實施例中環形區域具有不同寬度且中心區域設置為遠視屈光度的附加屈光度曲線之示意圖。

圖7繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的非均勻有理化塑形曲線(NURBS)之示意圖。

圖8A-8B繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的第一光學區域的非均勻有理化塑形曲線(NURBS)及其相對應的附加屈光度曲線之示意圖。

圖9繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的製造方法之流程圖。

請參照圖式，其中相同的元件符號代表相同的元件或是相似的元件，本發明的原理是以實施在適當的運算環境中來舉例說明。以下的說明是基於所例示的本發明具體實施例，其不應被視為限制本發明未在此詳述的其它具體實施例。

參考圖1以及圖2，圖1繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的上視圖，圖2繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡沿著圖1的A-A'線段之剖視圖。如圖1以及圖2所示，所述漸近變焦隱形眼鏡包括本體100、光軸102、前側表面104以及後側表面106，光軸102通過本體100、光軸102、前側表面104以及後側表面106，並且光軸102定義為漸近變焦隱形眼鏡的中心軸線，可為軸對稱或是非軸對稱，如圖2所示之軸對稱狀態。所述前側表面104以及後側表面106分別設置於本體100的相對異側表面並且在本體100的周圍邊緣互相連接，即，在所述前側表面104的邊緣104a與所述後側表面106的邊緣106a互相連接。

在圖1以及圖2中，前側表面104具有第一光學區域108，依據所述光軸102作為中心，所述第一光學區域108包括中心區域110、環形區域112、以及連接於所述中心區域110與所述環形區域112之間的中間區域114，其中所述中心區域110以及所述環形區域112係設置為遠視屈光度(distance vision power)與近視屈光度(near vision power)，並且所述中間區域114用以漸近調整所述遠視屈光度與所述近視屈光度的光功率，使所述前側表面104的所述第一光學區域108之屈光度形成連續性常態分佈(normal cumulative distribution)。在一實施例中，所述中心區域110設置為遠視屈光度且所述環形區域112係設置為近視屈光度，或是所述中心區域110設置為近視屈光度且所述環形區域112係設置為遠視屈光度。在一實施例中，所述前側表面104的第一光學區域108沿著光軸102相對應於使用者的瞳孔(未圖示)。所述前側表面104還包括一週邊區域115，連接於所述環形區域112的外圍，並且所述週邊區域115係為球面區域或是非球面區域。

如圖1以及圖2所示，後側表面106具有第二光學區域116，所述側表面106依據所述光軸102與所述前側表面104相對異側設置。在一實施例中，後側表面106以及第二光學區域116例如是球形(spherical)表面或是非球形(aspheric)表面。在一實施例中，所述後側表面106的第二光學區域116沿著光軸102接觸於使用者的瞳孔(未圖示)。

參考圖3，其繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的屈光度曲線之示意圖。橫軸係為從光軸102(半徑等於零之位置)沿著第一光學區域的半徑，以x表示，其單位例如是公厘(mm)，縱軸表示附加屈光度(add power)，其單位為D(diopters)，本發明之屈光度定義為隱形眼鏡的焦距之倒數。如圖3所示，本發明之屈光度P(x)以下列公式表示：，其中，平均數 μ=xc+(Wim/2)，標準差σ=Wim/6，”/”表示除法之符號；Add為附加屈光度之係數，係以圖3的最大值(max)與最小值(min)之間的差值計算，例如是-0.5-(-3.0)=2.5D； x為從光軸102沿著第一光學區域108任意位置的半徑；Pc為中心區域110的近視屈光度或是遠視屈光度；xc為中心區域110的半徑；Wim為中間區域114的寬度；t為長度之積分變數；以及在一實施例中，"±"符號中之"+"表示中心區域110為遠視屈光度，"-"表示中心區域110為近視屈光度。

如圖3所示，所述中心區域110的半徑、所述中間區域114的寬度以及所述第一光學區域108之附加屈光度用以調整所述第一光學區域108之屈光度的連續性常態分佈。具體來說，本發明之漸近變焦隱形眼鏡的屈光度曲線之形狀及其變化率係由中心區域110的半徑xc、中間區域114的寬度Wim、以及附加屈光度之係數Add三個變數所調整與控制，以適用於使用者的瞳孔外形及其尺寸，例如是瞳孔尺寸介於2mm至6mm之間。在一較佳實施例中，所述中心區域114的半徑xc大於或是等於零公厘，並且xc小於1公厘，但不限於此，可為適用於不同瞳孔的尺寸作調整；所述中間區域114的寬度Wim大於零公厘，並且Wim小於或是等於3公厘，但不限於此，可為適用於不同瞳孔的尺寸作調整，故本發明可提高漸近變焦隱形眼鏡的設計彈性。

參考圖4，其繪示本發明實施例中中心區域110具有不同直徑且設置為近視屈光度的附加屈光度曲線之示意圖。在圖4中，附加屈光度曲線以下列公式表示：，其中Pc為中心區域110的近視屈光度。

在圖4之實施例中，Pc為-0.5D，Wim為1.5mm，以及Add為2.5D，半徑xc例如是0.0、0.2、0.4、0.6以及0.8mm，分別相對應於各種屈光度曲線C11~C15，前側表面104的第一光學區域108從中心區域110經過中間區域114到達環形區域112有效地提供平滑且連續的較佳屈光度曲線。

參考圖5，其繪示本發明實施例中環形區域112具有不同寬度且中心區域110設置為近視屈光度的附加屈光度曲線之示意圖。參照公式(E1a)，Pc為-0.5D，半徑xc為0.6mm，Add為2.5D，Wim例如是0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、以及1.5mm，分別相對應於各種屈光度曲線C21~C26，前側表面104的第一光學區域108從中心區域110經過中間區域114到達環形區域112有效地提供平滑且連續的較佳屈光度曲線。

參考圖6，其繪示本發明實施例中環形區域112具有不同寬度且中心區域110設置為遠視屈光度的附加屈光度曲線之示意圖。在圖6中，附加屈光度曲線以下列公式表示：，其中Pc為中心區域110的遠視屈光度。

在圖6之實施例中，Pc為-3.0D，半徑xc為0.6mm，Add為2.5D，Wim例如是0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、以及1.5mm，分別相對應於各種屈光度曲線C31~C36，Wim的值越大，屈光度的變化越平滑。在此實施例中的各種屈光度曲線，前側表面104的第一光學區域108從中心區域110經過中間區域114到達環形區域112有效地提供平滑且連續的較佳屈光度曲線。

參考圖7，其繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的非均勻有理化塑形曲線(non-uniform rational B-spline,NURBS)之示意圖。如圖7所示，所述非均勻有理化塑形曲線(NURBS)C(u)以下列公式表示：，其中階數p係由以下定義：控制點P0,P1,...,Ph，節點向量U，以及權重值w0,w1,...,wh，運算的個數表示為i=0至i=h。

節點向量U以下列公式表示：具有階數p的第i個塑形曲線(B-spline)，係為多項式函數組合，以下列公式表示：所述非均勻有理化塑形曲線(NURBS)上的任意點之曲率(curvature)以下列公式表示：所述任意點的曲率半徑R=(1/k)，藉由調整所述曲率半徑R，以使非均勻有理化塑形曲線(NURBS)形成連續性的表面。

在本發明的實施例之漸近變焦隱形眼鏡中，所述第一光學區域108的所述中心區域110、所述環形區域以112及所述中間區域114係由非均勻有理化塑形曲線(NURBS)所組成的連續性表面。在另一實施例中，所述第一光學區域108的所述中心區域110與所述中間區域114的每個連接點具有相同的斜率值，並且所述中間區域114與所述環形區域112的每個連接點具有相同的斜率值，以構成前側表面104具有第一光學區域108平滑的連續性表面，如圖1以及圖2所示，並且用於圖3之屈光度曲線。

圖8A-8B繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的第一光學區域108的非均勻有理化塑形曲線(NURBS)及其相對應的附加屈光度曲線之示意圖。在圖8A中，橫軸表示x為從光軸102沿著第一光學區域108的半徑，縱軸表示前側表面的凹型深度FS(mm)，圖8B的橫軸以及縱軸如同圖3所示。圖8A的非均勻有理化塑形曲線(NURBS)形成圖1的第一光學區域108的中心區域110、環形區域112以及中間區域114，並且相對應附加屈光度曲線，藉由前側光學表面形成連續性非均勻有理化塑形曲線之輪廓以及配置漸近變化的屈光度，以解決習知技術中屈光度之過渡區域形成不連續性之問題，並且非均勻有理化塑形曲線(NURBS)易於調整控制，改善習知技術中高階的幾何線條之複雜設計，提高設計彈性。

參考圖1~4、圖8A-8B以及圖9，圖9繪示本發明實施例中漸近變焦隱形眼鏡的製造方法之流程圖。所述漸近變焦隱形眼鏡的製造方法包括下列步驟：

在步驟S900中，輸入漸近變焦隱形眼鏡的資料，例如包括使用者的角膜形狀、遠視屈光度、近視屈光度、隱形眼鏡的材質(例如是軟式材質或是硬式材質)、光學區域的直徑、以及隱形眼鏡的厚度。提供一光軸102於一本體100。

在步驟S902中，依據公式(E1a)以及(E1b)所示之附加屈光度曲線，以決定屈光度分佈曲線。

在步驟S904中，決定後側表面106的表面，例如是球形(spherical)表面或是非球形(aspheric)表面。具體來說，形成一具有第二光學區域116之後側表面106，以所述光軸102作為所述第二光學區域116的中心，所述後側表面106依據所述光軸102與所述前側表面104相對異側設置，其中所述前側表面104的邊緣與104a所述後側表面106的邊緣106a互相連接。

在步驟S906中，利用光線追蹤方法(ray tracing method)以及數值分析方法計算前側表面104，以形成非均勻有理化塑形曲線(NURBS)。在一實施例中，在前側表面104的每個點的半徑滿足式(E1a)以及(E1b)所示之附加屈光度曲線。此外，依據公式(E2)、(E21)、(E22)以及(E23)形成非均勻有理化塑形曲線(NURBS)。具體來說，形成一具有第一光學區域108之前側表面104，以所述光軸102作為所述第一光學區域108的中心，所述第一光學區域108包括在所述光軸102附近的中心區域110、環形區域112、以及連接於所述中心區域110與所述環形區域112之間的中間區域114，其中所述中心區域110以及所述環形區域112係分別設置為不同的屈光度包括遠視屈光度與近視屈光度。接著，調整所述中間區域114用以漸近調整所述遠視屈光度與所述近視屈光度的光功率，使所述前側表面104的所述第一光學區域 108在所述遠視屈光度與所述近視屈光度之間的屈光度形成連續性常態分佈。所述第一光學區域108的所述中心區域110、所述環形區域112以及所述中間區域114係由非均勻有理化塑形曲線(NURBS)所組成的連續性表面。

在步驟S908中，計算前側表面104的週邊區域115及其相對應的後側表面106，以適用於使用者的眼睛的配戴舒適性。

在步驟S910中，輸出具有非均勻有理化塑形曲線(NURBS)的漸近變焦隱形眼鏡。例如使用電腦輔助設計程式(CAD)模型並且透過數值控制機器(CNC)進行加工，以製造出具有非均勻有理化塑形曲線(NURBS)的漸近變焦隱形眼鏡。具體來說，本發明之漸近變焦隱形眼鏡製造方法可利用處理器(processor)或是微控制器以執行儲存於記憶體(例如非揮發性記體、RAM、ROM)的程式碼，並且將漸近變焦隱形眼鏡的相關處理前與處理後的資料、以及參數儲存於所述記憶體中，透過電腦程式指令的運作來執行本發明上述之製造步驟。

綜上所述，本發明之漸近變焦隱形眼鏡及其製造方法，藉由前側光學表面形成連續性非均勻有理化塑形曲線之輪廓以及配置漸近變化的屈光度，以改善使用者的視力。本發明使用連續NURBS曲線作為前側光學表面的表面輪廓，以從近端或是遠端至相對的焦距長度逐漸地改變屈光力(optical power)。此外，本發明具有較高的屈光力分佈之設計自由度(彈性)，以適用於特定的老花眼者視力需求，藉由使用NURBS曲線，本發明不但可以使前側表面平滑並且具有連續性，還可以滿足瞳孔半徑的各種屈光力分佈狀態以及附加屈光力值之需求。

雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。