用于散光的同心年轮环透镜

本发明总体上涉及一种用于散光的同心年轮环透镜设计，更 具体地讲涉及一种降低患者对复曲面轴失准敏感度的透镜设计， 从而对复曲面的产品而言，减少了保存库部件(全部各种保存在架 上并能被调用的配镜处方)所需的架数。

本发明提供了一种新颖的用于校正诸如散光，远视和近视等 屈光不正，且主要校正散光的途径。

目前，现有技术制造有下述设计特征的复曲面透镜：

a.透镜的前或后表面为复曲面；

b.透镜的前表面具有棱镜镇重和非平板的特征；

c.非复曲面表面是球面。

这些现有技术的设计，只有在柱面光焦度的轴与散光的角膜 轴精确对准时，才能充分校正散光。轴的失准(大于10°)将使视力 大大地丧失。软水凝胶接触透镜的这种失准的主要来源是较差的 转动稳定性。

在现有技术的复曲面透镜设计中，包含主轴和辅轴的一个复 曲面表面位于透镜前或后表面的光学部分。此外，通过使用透镜 前表面上的棱镜镇重或非平板特征或双倍非平板特征，复曲面透 镜的轴相对于患者角膜轴常常被稳定住。这些特征趋向于增加所 得透镜的厚度和折中配戴舒适与物理结构合理。

而且，传统的复曲面透镜设计需要大量保存库存部件的架子 (库存是全部各种存放在架中并能被调用的配镜处方)，以适于众 多散光患者的病情。比如，现行的频繁更换复曲面透镜产品可以 在保存着库存的每种病情曲面部件的800架中得到(40种球面光焦 度×2种柱面光焦度×10种不同的柱轴位置)。这样大量的保存着 库存的每种病情曲面部件的架子，生产与存放都不经济，尤其是 对任意样式的产品更是这样。保存库存部件所需的架数，主要源 于提供10种或更多种不同柱轴方位的需要。而且，任何明显的柱 面轴相对于人眼柱轴的失准一般要导致明显的视力下降。

为了减少保持库存量备件中柱面轴方位的数量，澳大利亚公 开的专利申请WO93/03409将非球表面与复曲面相结合，以便通过 由非球面提供的更深的聚焦长度来适应轴的失准。使用非球表面 加强了复曲面透镜的视场深度，并减小了复曲面透镜转动失准的 影响。诸如用红外光栅或双折射衍射光学元件等等的复杂光学元 件也被该份专利所公开。在使用现有技术的方案过程中，其一个 缺点是难以制造和控制这种复杂光学元件与非球面。此外，就非 球面光学元件而言，基于患者在解剖学上的各种差异，以产生折 中的视力。简而言之，由于与现实世界中患者病情相关的非球面 光学元件很大程度上是不可预料的，而且由于非球面和其它复杂 光学元件难于制造与控制，此现有技术的方案是不可取的。

因此，本发明的主要目的是提供一种用于散光的同心透镜设 计，它减小了患者对复曲面轴失准的敏感度，从而减少复曲面产 品的保持库存量的备件数。本发明提供的复曲面透镜设计，相对 于传统的复曲面透镜设计减少了适于患者需求的柱面方位。

本发明的一些实施例消除了复曲面表面，棱镜镇重的非平板 的特征，并提供了对应于基本配镜处方Rx球面光焦度，柱光焦度 配镜处方Rx，及处于球面与柱面光焦度之间的中间光焦度。

本发明进一步的目的是为散光患者提供一种其前或后表面之 一上有多焦点同心年轮环结构而在另一表面上有复曲面的用于校 正散光的同心年轮环透镜设计。

本发明采用一种交替的年轮环，以将接触透镜光学区分成有 至少两种光焦度的区域，第一光焦度对应于患者基本配镜处方Rx 的折射球面成份，且第二光焦度对应于患者基本配镜处方Rx的柱 面光焦度或其一部分。

本发明采用校正散光的同心年轮环透镜设计，为散光患者提 供了更强更好的视力，且对散光程度较高的患者还可以利用非球 面加强其视力。

根据本文的教导，本发明为散光患者提供了一种多焦点，同 心年轮环透镜，其中前后表面之一为一个复曲面，而另一表面为 一组球面同心年轮环，该组环有至少一个对应于患者基本视距球 面配镜处方Rx的第一球面年轮环，和至少一个对应于患者基本柱 面配镜处方Rx的第二球面年轮环，从而由于该组同心年轮环提供 的增强的视场深度，致使多焦点复曲面透镜对转动不敏感。

更为具体地讲，第一和第二球面年轮环光焦度之差适宜小2.00 屈光度。第二球面年轮环对应于全部柱面配镜处方Rx的一部分。 本设计也可以包含对应于第一，第二年轮环光焦度间的中间光焦 度的第三球面年轮球。同心年轮环围绕着具有患者基本球面视距 配镜处方Rx的中心圆盘。而且，为了加强透镜的视场深度效果， 可在复曲面上叠加一个非球面。该透镜可以是接触透镜，如软水 凝胶接触透镜，或眼内透镜。

本发明还为散光患者提供了一种多焦点同心年轮环透镜，其 中前后表面之一为一个球面或非球面，而另一表面为一组同心球 面年轮环，该组环有至少一个对应于患者基本视距配镜处方Rx的 第一球面年轮环，和至少一个对应于患者柱面配镜处方Rx的第二 球面年轮环。

更为具体地讲，第二球面年轮环对应于全部柱面配镜处方Rx 的一部分。该设计还可以包含对应于第一和第二年轮环光焦度之 间的中间光焦度的第三球面年轮环。第一年轮环包括一个具有患 者基本球面视距配镜处方Rx的中心圆盘，该圆盘被至少一个第三 中间光焦度年轮环围绕，而第三年轮环又被至少一个第二柱面光 焦度年轮环所围绕。同心年轮环适于在透镜的后表面上，而前表 面可以限定一个非球面，以加强透镜的视场深度效果。

本发明还为患者提供一种多焦点同心年轮环透镜，其中前后 表面之一为一个球面或非球面，而另外一个表面为一组非球面同 心年轮环或一组球面同心年轮环，该组年轮环有至少一个对应于 患者基本视距配钟处方Rx的第一年轮环，和至少对应于患者柱面 配镜处方Rx的第二年轮环。

更为详细地说，该透镜有一个对应远视距光焦度的中心部分， 一个有基本等于柱面和远视距光焦度中分光焦度的中间部分，及 一个有更远视距光焦度的外围部分。第一与第二年轮环之间的光 焦度差最好不大于2.00屈光度。且非球面有一个具有-0.05至-0.5 之间K值的椭球面，从而使该椭球面仅仅稍微偏离开球面。

本发明还提供一种多焦点、同心年轮环透镜给散光患者，其 中前后表面之一限定了一个对应于患者基本球面视远配镜处方的 球表面，而另一表面限定了一组同心复曲面年轮环，该组环有至 少一个对应于患者基本视距球面光焦度校正配镜处方Rx的第一复 曲面年轮环，和至少一个对应于患者基本柱面配镜处方Rx的第二 复曲面年轮环(环面与柱面光焦度的组合)。

更具体地讲，第二复曲面年轮环对应于全部柱面配镜处方Rx 的一部分。前表面限定一个球表面，后表面限定了一组复曲面年 轮球，其中第一和第二交替的同心复曲面年轮环之间的光焦度差 不大于2.00屈光度，且它提供了足够的聚焦深度效果，以允许相 对于参考轴向位置的轴向失准达+20或-20度。

用于散光患者的本发明同心年轮环透镜设计，其前述的目的 与优点，本领域的普通技术人员可以参考下述结合附图对本发明 几个优选实施例的具体描述而容易地理解。在各附图中相同的元 件用相同的标号表示，且其中：

图1和2分别表示根据本发明教导而设计出的同心年轮环透镜 第一实施例前视平面图和侧视图，该透镜包括一个具有第一和第 二光焦度x和y的同心年轮环球面前表面，和一个复曲面后表面；

图3和4分别表示同心年轮环透镜第二实施例与图1和图2相似 的前视平面图和侧视图，此透镜除了第一和第二球面光焦度x和y 之外还有一个中间球面光焦度环I；

图5表示根据本发明的同心年轮环透镜第三实施例其后表面的 平面图，它消除了复曲面，而在透镜的一侧面上使用球表面或非 球表面，并在透镜的另一侧面有一个多焦点、同心球面年轮环表 面；

图6表示本发明另一个实施例透镜设计的后表面，该透镜包括 一个与患者基本视距球面配镜处方相对应的球面前表面，和一个 由同心复曲面年轮环表面构成的复曲面后表面；

图7表示本发明的一个优选实施例，其中透镜的前表面由光学 区内的单一复曲面构成，而透镜的后表面由多个交替的同心球面 年轮环构成；

图8是一个透镜设计优选实施例的平面图，其中透镜的光学区 被分成三个区，最内层是一个有患者基本视距配镜处方Rx的球面 圆盘，中间区由一或多个有球面和柱面光焦度的年轮环构成，外 层区由一或多个主要有柱面光焦度的年轮环构成；

图9是一个透镜示范实施例后表面的平面图，该透镜具有多个 焦点，在其后表面上有或球面或非球面年轮环，并且有对应的非 球面或球面的前表面。

图10是一种舟镜示范性实施例前表面的平面图，该透镜有多 个焦点，其前表面有或球面或非球面年轮环，并且有对应的非球 面或球面的后表面；

图11表示了非球面多焦点的一种典型的光焦度分布，并表示 出球面视力百分比对应于瞳孔百分比的函数曲线，其中较大的瞳 孔百分比对应于透镜光学区的较大径向距离。

图1和2分别表示了根据本发明教导而设计的同心年轮环透镜 10的第一实施例的正视平面图，和侧视图，其中包括：

a.同心年轮环球形前表面12；

b.复曲面后表面14；

c.前表面上棱镜镇重和非平板特征16。

原则上，交替的前表面同心年轮环x和y的两个球面光焦度x和 y可以包括具有与患者基本视距配镜处方Rx对应的球面光焦度的第 一同心年轮环，和与患者柱面配镜处方Rx对应的第二球面年轮环， 它可以对应于患者柱面配镜处方Rx的一部分。所得的复曲面透镜， 如同专利申请公开WO93/03409所述的，前表面是有视场深度效果 的非球面，而使其对转动不敏感。

图3和4分别表示根据本发明与第一实施例相似的同心年轮环 透镜20的第二实施例正视平面图和侧视图，其中除了两个球面光 焦度x和y之外，透镜设计中还包括中间球面光焦度环I。

下述实例表示了图1-4实施例中本发明主要工作原理。

对于有-3.00/-1.50×180配镜处方的患者而言(其中-3.00D (屈光度)是患者基本视距光焦度校正值，-1.50D是患者基准面光 焦度校正值，柱轴具体位置为180°)，90°-270°轴上的光焦度为-4.5 D(它是该轴上可得到的-3.00D与全柱面-1.50D之和)，0-180°轴上 光焦度为-3.00D(柱面在此轴上无贡献)。

对于第一实施例，下述为球面光焦度值x和y：

X＝-3.00D，Y＝-4.50D

对于第二实施例，

X＝-3.00D，Y＝-4.50D且I＝3.75D 。

对于大多数患者而言，其视力可以接受有偏离测量光焦度0 .5D偏差的透镜。而且，在上述实施例中，球面光焦度的有效范围 是：

在第一实施例中：

-2.50D≤X≤-3.50D；-4.00D≤Y≤-5.00D。

在第二实施例中：

-2.50D≤X≤-3.50D；-4.00D≤Y≤-5.00D；

-3.25D≤I≤-4.25D。

现有技术认为：人脑有接收焦内图象同时拒绝焦外图象的适 应能力。依据患者基本适应能力，则前述配镜处方尽管有一定的 (10°-20°)的复曲面透镜轴向失准，也应该有可接受的视力。

人们已知，对于散光而言，散光的眼睛将形成包含三个主区 域的图象：

1.球面光焦度将会聚为一条线；

2.柱面光焦度也将聚焦为一条线；且垂直于球面象的线。

3.圆形图象将会聚焦在两焦线之间，称为“最小弥散圆”， 它对应于球面与柱面光焦度之间的中间光焦度。

图5表示根据本发明的同心年轮环透镜50第三实施例的后表面 平面图，它消除了复曲面表面，和棱镜镇重和非平板特征，而在 透镜50一侧采用球面或非球面52，尽管在另个实施例中也可以用 在后表面上，但更适宜用在透镜的前表面上，而且在透镜的另外 一侧有多焦点同心球面年轮环表面54，尽管在另外实施例中也可 以是前表面，但更适宜为后表面。

在此实施例中，透镜光学区的同心年轮环提供至少三个不同 的光焦度：

A-沿柱轴方向视距的基本配镜处方球面光焦度；

B-配镜处方柱面光焦度(球面与柱面光焦度的组合)；

C-根据复曲面的最佳焦点或最小弥散圆的中间光焦度。本实 施例利用了匹配球面等效光焦度的原理，及球面和柱面光焦度。

本发明的几个实施例，不采用非球面而实现了更好的距焦深 度效果，且没有其附带的复杂性和缺点。不是非球面，而是采用 交替区域之间小光焦度差的同心球面或复曲面表面来提供更好的 聚焦深度效果。

图6表示透镜设计60另一个实施例后表面的平面图，该透镜 60包括一个对应于患者基本球面视距配镜处方的球形前表面62， 一个由具有交替交焦度P1和P2同心年轮环复曲平66，和双非平板 特征68以把透镜稳定在90°或180°轴位置的复曲面后表面64。交替 的同心年轮环对应于患者配镜处方Rx，并与患者远视距配镜处方 Rx相对应的光焦度P1的第一年轮环，和对应于患者柱面配镜处方 Rx，并适宜对应于其一部分的光焦度P2的第二年轮环。交替的同 心复曲面年轮环P1和P2之间的光焦度之差不大于2.00D。这个小的 光焦度差提供了足够的聚焦深度，以允许相对于参考轴诸如90°或 180°位置有+20或-20度的轴向失准。

图7表示本发明另一个优选实施例。其中透镜70的前表面72包 括一个被双非平板特征76在90°和或180°位置稳定住的简单复曲面 光学区74，而透镜的后表面78包括多个交替的同心球面年轮环。 交替的同心年轮环对应于患者与镜处方Rx，并包括对应于患者远 视距配镜处方Rx光焦度P1的第一年轮环，对应于患者柱面配镜处 方Rx，更适于对应其一部分的光焦度P2的第二年轮环。而且，后 表面上交替同心年轮环的光焦度差不大于2.00D，它可以允许相对 于参考配镜处方位置有+20或-20度的轴向失准。

在前述两实施例的任意一个中，保存在库存中的每种基本曲 面的库存量可减少到160(40球面光焦度×2柱柱面光焦度×2个轴 向-90°，180°)。而且，同心年轮环透镜提供的聚焦深度效果。允 许轴向失准，而没有明显的视力损失。

本发明的几个实施例，靠交替的球面光焦度与柱面光焦度起 作用，以提供足够量的双光焦度给眼睛的角膜。实际的柱面光焦 度可以是全柱面光焦度和其一部分，如是全柱面光焦度25％至 100％的范围。

在某些优选实施例中，同心年轮环被定位在接触透镜的后表 面上，且其中心处的圆盘有基本视距球面光焦度。

下述表1表示了这类多焦点同心年轮环透镜设计的几个建议瞳 孔的函数性，其中每个区域可以包括一组年轮环，主体的瞳孔被 分为3个区，且最内层区域适宜为球面。

        表1-优选的瞳孔函数 内层区                中间区             外层区 型A：球面              相等               球面

                   (50/50平分) 型B：球面              相等               柱面 型C：球面              相等               相等 型D：球面              柱面               球面 型E：球面              柱面               相等

在此表中，柱面是指对应于柱面配镜处方(球面加柱面光焦度) 或其一部分的球面光焦度。

图8是这类透镜设计80的平面图，其中透镜有一个光学区，它 对应于各种照明条件下缩小或放大的瞳孔，且分为三个区，最内 层区82，中间区84，外层区86，这也表示在图9和10的实施例中。 最内层区82是一个具有患者基本视距配镜处方Rx的球面圆盘。中 间区84由一个或多个根据上述表中的年轮环构成，而外层区86也 由根据表的一个或多个年轮环构成。图8表示根据本发明表中的B 型透镜设计100的示范性设计实施例，它有：一个内层球面区S， 环绕其周围的有年轮环CSCS的中间区，再环绕于中间区周围的仅有 柱面光焦度的外层区，并且有8.4mm的远端弯曲半径，8.51173mm近 端弯曲半径；8.39209mm中间弯曲半径，及一个边缘曲率半径9.832 mm。

本发明涉及用于校正散光的同心年轮环透镜设计，它提供加 强的和更好的视力。这些透镜设计已经在实验的基础上得到测试 评价，并已发现，大多数达到-1.5DC挂面光焦设的情况下是有效 的。并有一些-2.00DC的正效果。这些透镜设计的效果也可以通过 将那些同心年轮环透镜设计与非球面光学表面相结合，在-1.50DC 到-2.00DC范围内得到加强。

          表2-设计类型 前表面                             后表面 非球面                             同心；球面环 球面                               同心，非球面环 同心；球面环                       非球面 同心；非球面环                     球面

图9是示范实施例透镜90的后表面平面图，如表2所列，它具 有或同心多点球面或非球面年轮环的后表面92，及相应的或非球 面或球面的前表面94。

图10是示范实施例透镜100的前表面平面图，如表2所列，它 具有或同心多焦点球面或非球面年轮环的前表面102，及相应的或 非球面或球面的后表面104。

本文前述实施例把透镜光学区(对应于不同的瞳孔尺寸)分为 有交替球面远视距和柱面光焦度的不连续同心区。这些光焦度区 的布置，在透镜中心部分有远视距光焦度，中间尺寸瞳孔有近视 距等分光焦度，而瞳孔最大尺寸处有更远视距光焦度时，可提供 球面与柱面光焦度的最佳分配。

非球表面可以由下述通式描述，它是一个圆锥曲面的一般式， 表示了全部的圆锥曲面，包括：球面，抛物面，椭球面和双曲面： $y=\frac{x^2}{r+\sqrt{r^2-(k+1)x^2}}$

其中：

    k＝0对应球面，

    k＝-1对应抛物面，

    0＞k＞-1对应椭球面，

    k＜-1对应双曲面。

有非球面前表面和同心球面年轮环后表面的透镜，由于其容 易设计和实现，而成为一具优选实施例。大多数用于散光的光焦 度差校正，由同心年轮环透镜设计来实现，于是需要仅提供一点 点辅助作用的非球面，以改进视力。为了此目的，需要小的非球 面K值。K值需要小于减小球面和柱面光焦度自身的斑点(最小弥散 圆)直径所需的值。最优的形式是椭球形，K值在-.05至-.5之间。 于是，本文所采和的椭球仅稍稍偏离球面。

在非球面环的情况下，或球面或柱面环或者两者均可以被非 球面化。在此情况下，K值也保持在-.05至-0.5之间。

本发明也可以用平滑的非球面函数代替离散的同心年轮环带。 在此意义上的非球面可以为一个圆锥曲面的非球面，有变化偏心 率的圆锥非球面，或有类似于离散函数光焦度分配的多项式函数。

图11表示由这种非球表面得到典型光焦度分布，它可以在透 镜的前或后表面上。图11表示了非球面多焦点透镜球面与瞳孔百 分点比之间的函数曲线，其中瞳孔百分占比大，对应于限定透镜 光学区外围的直径的半径距离。

尽管本发明描述了用于散光的同心透镜设计的几个实施例及 其变型，但应该清楚，本发明的公开和教导对本领域的普通技术 人员而言将暗示许多替换的设计。