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TWI519841B - 旋轉穩定化隱形眼鏡及其設計方法 - Google Patents

旋轉穩定化隱形眼鏡及其設計方法 Download PDF

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TWI519841B
TWI519841B TW098106763A TW98106763A TWI519841B TW I519841 B TWI519841 B TW I519841B TW 098106763 A TW098106763 A TW 098106763A TW 98106763 A TW98106763 A TW 98106763A TW I519841 B TWI519841 B TW I519841B
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卡勒德 謝哈
艾德加 曼茲
史蒂芬 法蘭克林
科尼斯 漢迪克
威廉 普茲
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Description

旋轉穩定化隱形眼鏡及其設計方法
本發明關於隱形眼鏡。特定言之，本發明提出旋轉穩定性係不對稱的隱形眼鏡。
習知對於某些光學缺陷之矯正可藉由對一隱形眼鏡之一或多個表面賦予非球面矯正特性(譬如柱面、雙焦、多焦、及波前矯正特性)而達成。此外，頃已知具備非旋轉對稱著色圖案、符合角膜形貌之後表面的鏡片，以及具備偏移光學區的鏡片。這些鏡片的使用有些麻煩，因為這些鏡片當在眼睛上時必須被維持在一特定取向才會有效。當此一鏡片首次被放到眼睛上時，其必須自動地定位自己然後長時間維持該位置。但是，一旦鏡片就定位，其傾向於因為眨眼時由眼瞼施加於鏡片上的力量而在眼睛上旋轉。
鏡片之眼上取向的維持通常是藉由修改鏡片之機械特性的方式達成。舉例來說，頃已採用稜鏡分光穩定(prism stabilization)，非侷限性來說包含使鏡片之前表面相對於後表面偏心、使鏡片下周加厚、在鏡片表面上形成凹陷或隆起、及對鏡片邊緣截頭。
此外，頃已採用動態穩定，其中鏡片係藉由厚區和薄區的使用而穩定化，在這些區域中，鏡片周圍的厚度依情況可行程度加大或減小。通常薄區和厚區係沿鏡片周圍對稱地定位。舉例來說，兩厚區每一者可被定位在光學區兩側且沿鏡片之0-180度軸線對準。此等對稱穩定區的缺點在於一個眼瞼(例如上眼瞼)會在撞到一穩定區之前撞到另一穩定區之一端。這導致鏡片之傾角偏離其預定要維持的取向。
本發明之一發現在於可藉由將穩定區製作成不對稱的方式獲得一種具備相較於習知雙重穩定區鏡片具有更好表現之雙重穩定區的穩定化隱形眼鏡。更特定言之，本發明之一發現在於藉由將雙重穩定區設計成與一人之眼瞼互動使得至少上眼瞼且較佳連同下眼瞼同時撞擊一鏡片之兩穩定區，本發明之穩定化鏡片相較於習知穩定化鏡片更好地維持其眼上取向。
在一實施例中，本發明提出一種隱形眼鏡，其本質上包括一光學區、一鏡片周圍及該鏡片周圍內之一第一和一第二厚區，其中該第一和第二厚區係不對稱。
就本發明來說，〝厚區〞係指鏡片周圍內之一區域，其中鏡片周圍相較於鏡片周圍其他區域為厚。鏡片上任一給定點處的厚度係以鏡片之前(或物側)表面與後(或目側)表面之間沿正交於後表面之一方向的距離。
〝鏡片周圍〞係指位於光學區附近且圍繞光學區的鏡片非光學部分。就本發明來說，鏡片周圍排除鏡片邊緣或鏡片相對於其幾何中心之最外側部分。一般而言，鏡片邊緣之寬度係約0.02mm至約0.2mm。
〝不對稱〞係指穩定區不以鏡片之水平(或0-180度)軸線及鉛直(或90-270度)軸線為中心對稱。
兩穩定區以鉛直軸線為中心對稱的條件是相對於鉛直軸線位在鏡片表面之一側上的一個穩定區在位置、大小和形狀方面均為位在鏡片表面另一側上之一第二穩定區的鏡像。兩穩定區以水平軸線為中心對稱的條件是一穩定區處於水平軸線下方的部分在位置、大小和形狀方面均為同一個穩定區位在水平軸線上方之部分的鏡像。舉例來說，圖1示出一具有對稱雙重厚區之穩定區的隱形眼鏡之一表面之一平面圖的厚度輪廓標繪圖。更特定言之，厚區11和12每一者被示為在水平軸線之兩側對準。亦如圖所示，區域11和12係鉛直向對稱。
在設計本發明的鏡片時，設計者首先選擇最終鏡片所要之特定鏡片參數以及眼睛測量參數。這些鏡片和眼睛參數是：鏡片直徑，上眼瞼角(〝ULA〞)；上眼瞼位置或從鏡片幾何中心到上眼瞼之距離(〝ULP〞)；下眼瞼角(〝LLA〞)；及下眼瞼相對於鏡片幾何中心的位置(〝LLP〞)。此外，設計者如下所述為每一穩定區選擇穩定區資料：峰點子午線之厚度分佈(profile)，意指穩定區峰點厚度所在沿線的子午線；周邊徑向距離，意指從鏡片之幾何中心到穩定區處於一最大厚度之點的距離；及關於從鏡片幾何中心起之徑向距離(〝r〞)與子午線角(〝θ〞)的厚度函數變化。
為作例示，圖2是一隱形眼鏡20之一前表面的平面圖，其具有光學區21、鏡片周圍22及鏡片邊緣23。就本發明來說，鏡片之頂部是位居水平子午線上方且處於約90度位置的鏡片部分，鏡片之底部是位居水平子午線下方且處於約270度位置的鏡片部分。點A是鏡片的幾何中心。線25相對於徑向幾何中心徑向向外地延伸至鏡片周圍之最內側邊界28，且線24延伸至鏡片周圍之最外側邊界29。線26是周邊徑向距離。此距離可為線24與25間之任何距離。虛線圓27示出一圓周，最終鏡片之穩定區之最大厚度可能沿此圓周定位。
參照圖3，如圖所示，參考數字31代表上眼瞼且37代表下眼瞼。上眼瞼31與眼睛兩側之角膜之最外側邊界交會的點(圖中示為點B和C)分別是利用眼瞼輸入資料的幾何學來決定。舉例來說，假設：
ULA是上眼瞼角；
ULP是從鏡片幾何中心到上眼瞼的距離(圖3之線32)；
LD1是隱形眼鏡的直徑；
aa=1+Tan(ULA)2 ；
bb=-ULP；且
cc=ULP2 -LDI2/4 ×TAN(ULA)2 ；
若點C位於座標(x,y)，則
且
在圖3中，線33是一連接點B和C的線。然後一上眼瞼角(〝ULA〞)定義為線33相對於鏡片水平軸線的角度。
在本發明的方法中較佳使用上眼瞼，因為此眼瞼永遠會跟隱形眼鏡之兩側交會。然在上述計算中有可能使用下眼瞼，前提是其跟隱形眼鏡之兩側交會。
在下眼瞼不跟隱形眼鏡之兩側交會的案例中，必須估算下眼瞼角(〝LLA〞)。此可藉由畫出一正切於下眼瞼且對準角膜幾何中心的線達成。參照圖3，線34是一對準角膜幾何中心延伸到下眼瞼37與之交會的鉛直線。在進行此處所述計算時，用於ULA、LLA、ULP及LLP的數值可為根據群體測量或者可為(且較佳是)一個人之測量值。
然後，從點B和C每一者畫出到下眼瞼37的線35和36。這些線每一者跟下眼瞼37交會的點在圖3中分別示為D和E。決定線35和36各自之中點F和G，且在這些點之間畫出一直線38並延伸穿過這些點超過鏡片邊緣23之最外側邊界。
線36和35每一者的點H和I跟周邊徑向距離交會且界定峰點厚度所在位置，亦即穩定區之最厚部分之中心。然後計算點H和I每一者從鏡片中心A起算的子午線角。舉例來說，若點G之座標為Gx和Gy且點F之座標為Fx和Fy，則連接這些點的線38具有的角度。
然後決定鏡片兩側上之穩定區的最上側(亦即最接近鏡片頂部)邊界及最下側(亦即最接近鏡片底部)邊界。最上側和最下側邊界可被定位在眼瞼與周邊徑向距離最外側邊緣的交會點處。較佳來說，該等邊界每一者最終比上眼瞼低或比此交會點之下眼瞼高5到10度。在下眼瞼不與鏡片邊緣交會的情況中，下邊界可被製作成與上邊界對稱或是平行於下眼瞼、上眼瞼或水平軸線。
藉由任何習知方法以1度間隔計算鏡片表面之360條子午線每一者的厚度。舉例來說，利用一峰點厚度陣列或函數算出如圖4所示在一徑向距離(〝R〞)處的厚度(〝THK〞)。由峰點厚度、峰點厚度離鏡片幾何中心的徑向距離、峰點厚度與鏡片邊緣之間的徑向距離、在峰點厚度之兩側上的徑向厚度變化、穩定區長度、及在峰點厚度之兩側上的角厚度變化組成的厚度分佈可為鏡片中所含每一穩定區各不相同。
比值(〝α〞)依下式計算：
{子午線角一象限起始角}÷總象限角
為了計算一特定位置處的厚度，定義下列各角：子午線角，其係自水平軸線至該位置處的角度；象限起始角，其係水平軸線與峰點子午線之間的角度；及總象限角，其係峰點子午線與穩定區厚度結束處的子午線之間的角度。
較佳來說，隨後依下述方式將該比值應用於該厚度變化函數。首先藉由將該總象限角乘以90的方式使其歸一化。所得厚度(〝T〞)係依據下式就所有象限計算：
T=t×cosine(α)n
其中n是1至5且較佳是約1.50至約3.00。
熟習此技藝者會理解到可運用其他函數變化方法計算厚度〝T〞，此等方法非侷限性來說包含線性、多項式及仿樣逼近函數。厚度〝T〞此時可被儲存為徑向距離r和子午線角之一函數。
本發明之鏡片的每一穩定區可採取任何期望形狀。舉例來說，此區之厚度可為自該區之最上側部分至一峰點厚度線性地增加然後朝該區之最下側部分線性地減小。另一選擇，此變化可經加速，或是非線性的。
較佳來說，本發明之每一穩定區的徑向寬度在其最寬部分係介於約3mm與4mm之間且較佳約2mm至3mm。每一穩定區之周向長度對上一介於約30度與120度之間、較佳約50度至90度的角。穩定區之最厚部分與最薄部分之間的最大厚度差是約0.1mm至約0.4mm、較佳約0.2mm至約0.3mm。這些區每一者之厚度峰點可為位於離鏡片幾何中心約5mm至約7mm、較佳約6mm至6.5mm之處。
本發明可用來使任何鏡片穩定化，但在要求眼上穩定以提供光學矯正的鏡片中找到其最大用途。因此，本發明可在複曲面和多焦鏡片有最大用途。此外，此等設計可能對於針對特定個人之角膜形貌訂製的鏡片、結合高階波前像散矯正的鏡片、或二者有用。較佳來說，本發明係用來使例如揭示於美國專利第5,652,638號、5,805,260號及6,183,082號的複曲面鏡片或複曲面多焦鏡片穩定化，該等專利之內容以引用的方式併入本文中。
多焦鏡片非侷限性來說包含雙焦和漸進式鏡片。有一種類型的雙焦鏡片提供一具備視近和視遠光焦度交替之多個環狀區的光學區。〝視近光焦度〞係指將配戴者之視近敏度矯正成期望水準所需之折射光焦度的量。〝視遠光焦度〞係指將配戴者之視遠敏度矯正成期望水準所需之折射光焦度的量。
該等環狀區可為存在於鏡片之前(或物側)表面、後(或目側)表面、或兩表面上。在一較佳實施例中，提供一第一和一第二眼科鏡片，該第一鏡片有一具備一提供大致所有視遠光焦度之光學區的凸表面及一具備一由至少二個同心環狀部分組成之光學區的凹表面，該至少二個環狀部分每一者之光焦度係大致等於該視遠光焦度。該第二鏡片提供一有一提供大致所有視近光焦度之光學區的凸表面及一具備一由至少二個同心環狀部分組成之光學區的凹表面，該至少二個環狀部分每一者之光焦度係大致等於該視近光焦度。
另一選擇，可能也提供位於視近和視遠光焦度之環之間的視中光焦度之環。更另一選擇，鏡片可提供漸進式多焦矯正。適合的雙焦、多焦及漸進式設計見美國專利第5,448,312號、5,485,228號、5,715,031號、5,929,969號、6,179,420號、6,511,178號、及6,520,638號，該等專利之內容以引用的方式併入本文中。
尚有另一選擇，本發明之鏡片可納入高階視覺象差、角膜形貌資料、或二者之矯正。此等鏡片之例見於美國專利第6,305,802號及6,554,425號，其內容以引用的方式併入本文中。
本發明之鏡片可由任何適於製造眼科鏡片(非侷限性來說包含眼鏡片、隱形眼鏡及眼內鏡片)的鏡片組成材料製造。用於形成軟式隱形眼鏡的範例材料非侷限性來說包含聚矽氧彈性體類；含聚矽氧之高分子單體(macromers)，其中非侷限性包括美國專利第5,371,147號、5,314,960號和5,057,578號所揭示者，該等專利之內容以引用的方式併入本文中；水凝膠類；含聚矽氧之水凝膠類、類似物及以上之組合。更佳來說，表面為矽氧烷或含有矽氧烷官能基，其中非侷限性包括：聚二甲基矽氧烷高分子單體類；甲基丙烯醯氧丙基聚烷基矽氧烷類；以上之混合物；聚矽氧水凝膠或一水凝膠(例如etafilcon A)。
一較佳隱形眼鏡材料是聚2-甲基丙烯酸羥乙酯聚合物類，即具有一介於約25,000與約80,000之間的峰點分子量及一約小於1.5至約小於3.5的多分散性且在其上共價鍵結著至少一可交聯官能基。此種材料見於美國專利申請案序號60/363,630案，其內容以引用的方式併入本文中。
鏡片材料之固化可由任何習知方法進行。舉例來說，該材料可被沈積到一模具內並藉由熱、輻照、化學、電磁輻射固化和類似方式及以上之組合固化。較佳來說，就隱形眼鏡實施例來說，模製作業係利用紫外光或可見光全光譜進行。更特定言之，適合使鏡片材料固化的精確條件會取決於所選材料及欲形成之鏡片。適合的程序揭示於美國專利第5,540,410號，其內容以引用的方式併入本文中。
本發明之隱形眼鏡可用任何習知方法製造。一種此類方法採用具備一VARIFORMTM 配件的OPTOFORMTM 車床以生產模具嵌件。然後利用模具嵌件形成模具。然後將一適當液態樹脂放到模具之間接著壓縮並固化該樹脂以形成本發明的鏡片。熟習此技藝者會理解到可運用任意多種已知方法製造本發明之鏡片。
本發明將藉由考慮以下非限制性實例而更進一步闡明。
實例 實例1
一示於圖1的習知技藝隱形眼鏡被設計成具有-3.00屈光度之球面光焦度、-0.75屈光度之柱面光焦度及180度之柱面軸線。鏡片特徵及穩定區之尺寸參數示於表2中的實例1。又，亦如圖1所示，該鏡片在鏡片周圍有二個鉛直對稱和水平對稱的厚區。圖5顯示當鏡片被旋轉偏離軸線45度時，其在33秒內回到安定位置之5度以內。圖6顯示鏡片在回到一穩定取向期間係保持一向心位置(0.2mm以內)且在26秒內達到一穩定值。在0.2mm以內的該值係一從視覺效能來看算是臨床可接受的偏心量。因此，在轉回一安定位置期間，鏡片不應偏離零點超過0.2mm，否則視力會受影響。
實例2
利用表1之眼睛測量參數及如下表2中的實例2所示鏡片尺寸參數依據本發明之方法設計一鏡片，其具備-3.00屈光度之球面光焦度、-0.75屈光度之柱面光焦度及180度之柱面軸線還有一客製化穩定區。表2中之〝鼻側〞和〝顳側〞分別意指將會在鏡片之鼻側和顳側上的鏡片側面。圖7示出穩定區71和72是不對稱的鏡片前表面。
圖5顯示當鏡片被旋轉偏離軸線45度時，其在16秒內回到安定位置(5度以內)。圖6顯示鏡片在回到一穩定取向期間係保持一可接受向心位置(0.2mm以內)且在15秒內達到一穩定值。在0.2mm以內的該值係一從視覺效能來看算是臨床可接受的偏心量。這些數值相較於實例1之鏡片明顯改善。
11‧‧‧厚區
12‧‧‧厚區
20‧‧‧隱形眼鏡
21‧‧‧光學區
22‧‧‧鏡片周圍
23‧‧‧鏡片邊緣
28‧‧‧最內側邊界
29‧‧‧最外側邊界
31‧‧‧上眼瞼
37‧‧‧下眼瞼
71‧‧‧穩定區
72‧‧‧穩定區
圖1是一具有對稱雙重厚區之穩定區的隱形眼鏡之一表面之一平面圖的厚度輪廓標繪圖。
圖2是一隱形眼鏡之一前表面的平面圖。
圖3是圖2鏡片在眼睛上時的圖。
圖4是一峰點厚度陣列的曲線圖。
圖5是一例示各實例之鏡片之旋轉特性的曲線圖。
圖6是一例示各實例之鏡片之集中特性的曲線圖。
圖7是一本發明鏡片之一表面的平面圖。
20．．．隱形眼鏡
21．．．光學區
22．．．鏡片周圍
23．．．鏡片邊緣
28．．．最內側邊界
29．．．最外側邊界

Claims (19)

  1. 一種隱形眼鏡，其包括一光學區、一鏡片周圍及在該鏡片周圍內之第一不對稱穩定區和第二不對稱穩定區、一邊緣，且具有一鉛直軸線、一水平軸線及一幾何中心，該第一不對稱穩定區和第二不對稱穩定區各包含具有一分佈(profile)的數個厚區，該分佈係由下列之間的關係而界定：1)一子午線角，其係自該水平軸線至該厚區的一位置之角度而界定，2)一象限起始角，其係由水平軸線與峰點子午線之間對應至該厚區的最厚一點的角度而界定，3)一總象限角，其係由峰點子午線與穩定區厚度結束處的子午線之間的角度而界定，4)由鏡片的該幾何中心而來的一徑向距離；該第一不對稱穩定區和第二不對稱穩定區在該鏡片周圍相對於該水平軸線和鉛直軸線不對稱地設置。
  2. 如申請專利範圍第1項之鏡片，其中該等厚區每一者的厚度自該區之一最上側部分線性地增加到一峰點厚度然後朝該區之一最下側部分線性地減小。
  3. 如申請專利範圍第2項之鏡片，其中一厚區之最厚部分與一厚區之一最薄部分之間的一最大厚度差係約0.1mm至約0.4mm。
  4. 如申請專利範圍第3項之鏡片，其中該第一不對稱穩定區和第二不對稱穩定區的厚區中之每一者中之厚度峰點係離 該鏡片之一幾何中心約5mm至約7mm。
  5. 如申請專利範圍第3項之鏡片，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度對上一介於約30度與120度之間的角。
  6. 如申請專利範圍第4項之鏡片，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度對上一介於約30度與120度之間的角。
  7. 如申請專利範圍第2項之鏡片，其中該第一不對稱穩定區和第二不對稱穩定區的厚區中之每一者中之厚度峰點係離該鏡片之一幾何中心約5mm至約7mm。
  8. 如申請專利範圍第7項之鏡片，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度對上一介於約30度與120度之間的角。
  9. 如申請專利範圍第2項之鏡片，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度對上一介於約30度與120度之間的角。
  10. 如申請專利範圍第1項之鏡片，其中該等厚區每一者的厚度自該區之一最上側部分非線性地增加到一峰點厚度然後 朝該區之一最下側部分非線性地減小。
  11. 如申請專利範圍第10項之鏡片，其中一厚區之最厚部分與一厚區之一最薄部分之間的一最大厚度差係約0.1mm至約0.4mm。
  12. 如申請專利範圍第11項之鏡片，其中該第一不對稱穩定區和第二不對稱穩定區的厚區中之每一者中之厚度峰點係離該鏡片之一幾何中心約5mm至約7mm。
  13. 如申請專利範圍第11項之鏡片，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度對上一介於約30度與120度之間的角。
  14. 如申請專利範圍第12項之鏡片，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度對上一介於約30度與120度之間的角。
  15. 如申請專利範圍第10項之鏡片，其中該第一不對稱穩定區和第二不對稱穩定區的厚區中之每一者中之厚度峰點係離該鏡片之一幾何中心約5mm至約7mm。
  16. 如申請專利範圍第15項之鏡片，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度 對上一介於約30度與120度之間的角。
  17. 如申請專利範圍第10項之鏡片，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度對上一介於約30度與120度之間的角。
  18. 如申請專利範圍第1項之鏡片，具有該厚區的一最上側部分(包含最接近鏡片頂部的部分)及該厚區的一最下側部分(包含最接近鏡片底部的部分)，其中該等厚區每一者之一徑向寬度係約3mm至4mm且該等厚區每一者之一周向長度對上一介於約30度與120度之間的角，且該最上側部分和最下側部分之至少一者位在配戴者的眼瞼和該周圍徑向距離的交會處。
  19. 如申請專利範圍第18項之鏡片，其中該對應於上眼瞼和下眼瞼的位置係由群體資料決定。
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