복합 표면 콘택트 렌즈

복합 표면 콘택트 렌즈{Composite surface contact lenses}

굴절이상 교정에 렌즈를 사용하는 것은 익히 공지되어 있다. 통상의 콘택트 렌즈의 한계는, 렌즈가 개인의 기본적인 구면 원주 굴절이상 또는 저단계 수차만을 교정하고 눈의 고단계 수차를 교정하지 못한다는 점이다. 또한 통상의 콘택트 렌즈는 각막 토포그래피로 인한 수차를 고려하지 않는다. 최근에 한 면 또는 양면에서 고단계 수차를 교정하는 특정 렌즈가 개발되었다. 또한, 하나 이상의 표면이 각막 토포그래피로 인한 수차 교정을 제공하는 렌즈가 개발되었다. 그러나, 한 면에서 고단계 수차와 각막 토포그래피로 인한 수차를 모두 교정할 수 있는 렌즈가 요구되어 왔다.

본 발명은 안과용 렌즈의 디자인 및 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은, 한 면이 파면 수차(wavefront aberration) 교정 및 각막 토포그래피(topography) 데이타를 포함하는 렌즈를 제공한다.

본 발명은 콘택트 렌즈의 디자인방법 및 이 방법에 의해 제조한 콘택트 렌즈를 제공한다. 본 발명의 콘택트 렌즈는 저단계 및 고단계 수차를 교정할 뿐만 아니라 각막 토포그래피로 인한 수차를 교정한다. 보다 상세하게는, 본 발명의 렌즈의 한 면은 고단계의 파면 수차 교정 및 각막 토포그래피로 인한 수차 교정을 제공한다.

이에 따른 한가지 양태에서, 본 발명은 고단계 수차와 토포그래피로 인한 수차를 교정하는 표면을 포함하는 콘택트 렌즈, 본질적으로 이들로 이루어진 콘택트 렌즈 및 이들로 이루어진 콘택트 렌즈를 제공한다. 다른 양태에서, 본 발명은 본질적으로 개인의 눈에 대한 토포그래피 데이타를 입수하는 단계(a), 개인의 눈에 대한 고단계 수차를 안구 측정하는 단계(b) 및 고단계 수차 및 각막 토포그래피로 인한 수차를 교정하는 표면을 콘택트 렌즈에 제공하는 단계(c)로 이루어진, 콘택트 렌즈의 디자인방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, "저단계 안구 수차"는 개인에 있어서 기본적인 구면-원주 굴절이상을 유발하는 수차를 의미한다. 이러한 수차는 구면 및 원주 배율을 사용하여 통상적으로 교정한다. "고단계 안구 수차"는 저단계의 수차 이외의 수차 및 눈으로부터 발생한 파면과 정확한 파면간에 차이를 발생시키는 각막 토포그래피로 인한 수차를 의미한다.

개인의 각막 토포그래피 데이타 또는 정보는 어떠한 공지된 다수의 장치를 사용해서라도 입수할 수 있다. 일반적으로는 각막 토포그래피퍼 또는 비디오각막계(videokeratoscope)를 사용하여 데이타를 입수한다. 바람직하게는 z-축을 따라고해상도를 가진 토포그래퍼를 사용한다. 당해 데이터는 각막의 종축에 평행한 각막의 평균 구면을 초과하거나 미만이다. 데이타는 각막 내면, 각막 후면 또는 둘다일 수 있다.

일단 입수한 각막 토포그래피 데이타는 렌즈 디자인 및 제조에 사용하기에 적합하도록 수학적으로 변환시킨다. 예를 들어, 토포그래피 데이타를 사용하여 공지된 방법에 의해 렌즈 표면에 각막 엘리베이션(elevation)을 작성함으로써 렌즈 후면 또는 안구 측면 표면, 전면 또는 반대면, 또는 이들의 조합의 엘리베이션 맵을 결정할 수 있다. 소프트 콘택트 렌즈를 제조하는 경우, 맵핑(mapping)을 수행하여 렌즈의 굴곡에 의해 발생하는 오차를 최소화한다.

데이타를 전면에 포함시킨 렌즈의 경우, 굴곡이 형성되지 않은 상태에서 각막 엘리베이션 데이타를 소프트 콘택트 렌즈에 적용시킨 다음, 렌즈 굴곡을 고려하여 엘리베이션 데이타를 변형시키는 것이 바람직하다. 이러한 방법에서는, 실직적인 면을 고려하면 이상적인 각막이 구형이고 실제 각막 엘리베이션 및 이의 최적 구면 적합도가 f(x) 및 g(x)인 것으로 가정하는데, 이때 함수 g(x)는 반지름이 R _a 인 구의 일부이다. 일반적인 굴곡이 형성되지 않은 소프트 콘택트 렌즈의 반지름 R _b 는 구이며 최적의 구면 적합도인 g(x)의 것보다 크다. 제1 단계는 각막 엘리베이션 f(x)를, 최적의 구면 적합도가 R _b 와 동일한 반지름을 갖도록 확대하여 변형시키는 것이다. 간단히 변형하는 한가지 방법은, 극좌표에서 함수 f(x)를 f(θ)로 나타내는 것이다. 그런 다음, 규모 인자 α=R _b /R _a 를 사용하여 확대된 각막 엘리베이션을다음과 같이 표현할 수 있다.

제2 단계에서는, 확대된 각막 엘리베이션 f(θ)를 축소시켜 소프트 콘택트 렌즈에 의해 덮여지는 영역이 각막 영역에 상응하도록 한다. 2차원의 경우, 이러한 축소는 다음 관계식에 따라 수득한다.

상기한 식에서, 맵핑 변형은 각막 및 콘택트 렌즈의 후면이 구면인 경우로만 제한되지는 않는다. 오히려 실제 각막 및 렌즈 굴곡을 사용하여 굴곡의 각막 반지름과 렌즈간의 비율로서 규모 파라미터 α을 계산할 수 있다. 일반적인 경우에, 규모 파라미터는 θ의 함수, 즉 α=R _b (θ)/R _a (θ)=α(θ)이다.

상기한 맵핑 변형은 3차원 변형의 경우에도 일반화할 수 있다. 이러한 경우, 각막 엘리베이션은 함수 f(θ, φ)(여기서, θ및 φ는 각각 방위각 및 입면각이다)로 나타낼 수 있다. 원래의 엘리베이션 데이타는 다음의 변형식을 사용하여 굴곡의 반지름 Ra(θ, φ)으로부터 확대한 것이다.

상기식에서,

α는 R _b (θ, φ)/R _a (θ, φ)이다.

목적하는 렌즈 표면을 수득하기 위해, 함수 f ⁽¹⁾ (θ, φ)는 다시 축소시킨다. 그러나, 3차원의 경우, 영역이 보존되도록 규모 확대 및 축소를 수행하는 여러가지 방법을 선택할 수 있다. 예를 들어, 재료 변형시 반지름이 일정하다고 가정하면, 원래의 방위각은 유지한채로 입면각의 규모만 바꿈으로써 규모 확대 및 축소를 실행할 수 있다. 이는 다음 관계식으로 표현할 수 있다.

표면에서 각막 토포그래피로 인한 수차를 교정하는 것 이외에, 동일 표면상에서 고단계 수차를 교정할 수 있다. 고단계 수차와 같이 눈의 파면 수차는 수차 측정을 실시하기에 적합한 어떠한 장치를 사용하여서도 측정할 수 있다. 적합한 장치에는 수차계, 포인트 스프레드(point spread) 또는 라인 스프레드(line spread)에 의해 눈의 변화 전달 기능(ocular Modulation Transfer Function)을 측정하는 장치, 또는 눈의 광학적 파면을 측정, 추정, 삽입 또는 계산하는 어떠한 장치도 포함되지만 이로써 제한되지는 않는다.

수차 수치를 측정하면, 이를 높이의 차이로 수학적으로 전환시킨 다음, 광학 경로 차로서 공지된 지정 평균 구면 값을 초과하거나 미만인 엘리베이션 맵을 제공한다. 예를 들어 엘리베이션 맵은, 파면을 따른 각 파장에 의해 광학파로 측정한바와 같이 파면 오차를 곱해서 만들 수 있다. 광학 경로차를 도입하거나 눈의 수차로 인한 왜곡을 상쇄하는 수차 변환 필터에 의해 수차를 교정한다. 본 발명의 렌즈에서는, 각막 토포그래피 데이타를 혼입시킨 동일 표면에서 이러한 교정이 이루어지면 이때 표면은 바람직하게는 렌즈 전면이다.

고단계 수차 조정 이외에, 시거리, 및 임의의 근거리 및 중거리 시력 교정을 위해 구면 배율 및 원주 배율을 제공하도록 저단계 수차를 조정할 수 있다. 이러한 조정은 통상의 굴절 기술을 사용하는 것을 포함하여 어떠한 방법으로도 수행할 수 있다. 또한 바람직하게는 눈의 파면 수차 측정을 통해 이러한 측정치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제르니크(Zernike) 계수에 따라 파면 데이타를 감소시키고. 이러한 정보를 사용하여 구, 원주 및 축에 관한 정보를 유도함으로써 측정할 수도 있다.

토포그래피 데이타 및 고단계 수차 측정치를 사용하여, 렌즈의 표면을 디자인한다. 본 발명의 렌즈의 어떠한 양태도 가능할 것이다. 한가지 양태에서, 토포그래퍼를 사용하여 각막에 대한 토포그래피 데이타를 측정하고 고단계 수차를 측정한다. 그런 다음, 각막 토포그래피로 인한 수차 및 고단계 수차를 상쇄시키도록 렌즈의 후면을 디자인한다. 렌즈 양면의 눈의 영역은 저단계 수차를 교정하도록 구면 배율, 원주 배율 또는 둘다를 지닌다.

바람직한 양태에서, 각막 토포그래피 데이타를 입수하고, 이를 사용하여 개인의 각막 토포그래피 데이타에 의해 렌즈의 후면에서 전면까지 프린트를 추정한다. 또 다른 방법으로, 저단계 차수를 교정하는데 필요한 실질적인 교정능을 지닌통상의 렌즈를 개인의 눈에 넣고 이를 통해 실제 프린트를 측정할 수도 있다. 전면은 상기한 프린트로 인한 어떠한 수차도 상쇄하도록 디자인한다. 고단계 수차를 측정한 다음, 각막 토포그래피로 인한 수차 및 고단계 수차를 상쇄하도록 렌즈의 전면을 디자인한다. 또한, 눈의 파면 수차를 측정하고 측정한 총 수차로부터 각막 프린트로 인한 값을 빼서 나머지 최종 수차를 측정할 수 있다. 그런 다음, 저단계 및 고단계 수차를 포함한 최종 수차는, 렌즈의 전면을 적절하게 디자인하여 상쇄시킬 수 있다.

본 발명의 렌즈의 보다 바람직한 양태에서는, 렌즈의 한 면에서 고단계 수차 및 각막 토포그래피로 인한 수차를 교정하며, 렌즈 착용자의 시야계의 중심에서 벗어나게 한다. 보다 상세하게는, 토포그래픽 맵은 정점에 대한 렌즈의 기계적 중심으로부터 벗어나며 파면 수차를 시야계의 중심에 둔다. 바람직하게는, 중심에서는 약 0 내지 약 1.5㎜ 벗어난다.

탈중심은 어떠한 통상의 방법으로도 수행할 수 있다. 예를 들어 각막 토포그래픽 맵에서의 정점은 경사가 비디오각막경 원뿔의 축에 대해 수직인, 각막의 한 지점이다. 따라서, 중심 비디오각막경 고리는 카메라 바로 뒤쪽을 나타낸다. 표면 토포그래피를 갖는 렌즈를 맞추기 위해, 가장자리의 모서리에 대해 정점인 위치가 필요하다. 각막 토포그래픽 맵을 임의의 통상적인 방법으로 측정하고, 사용될 도안을 선택한다. 주형에 위치한 투명한 기하학적 중심을 사용하여 동공과 관련된 토포그래픽 맵의 기하학적 중심 위치를 찾는다. 주형은 어떠한 디자인의 것도 사용할 수 있다. 통상적으로 사용되는 주형은 중심으로부터 밖으로 신장된 동심원고리를 지닌다. 이러한 주형은 고리가 눈의 가장자리에 맞도록 위치시킬 수 있다.

본 발명의 렌즈는 임의의 공지된 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 적합한 방법에는 렌즈의 선반(lathing) 또는 성형이 포함되지만 이로써 제한되지는 않는다. 예를 들어 렌즈 디자인을 금속으로 만들고, 금속을 사용하여 렌즈 표면용 플라스틱 주형 삽입체를 제조한다. 적합한 액체 수지를 삽입체 사이에 넣은 다음, 삽입체를 압착시키고 수지를 경화시켜 렌즈를 성형시킨다. 또 다른 방법으로, 본 발명의 렌즈를 선반에서 절단하여 제조할 수 있다.

본 발명의 렌즈는 하드 또는 소프트 콘택트 렌즈를 제조하는데 적합한 어떠한 물질을 사용하여서도 제조할 수 있다. 바람직하게는 렌즈는 소프트 콘택트 렌즈이다. 소프트 콘택트 렌즈 성형용 재료에는 실리콘 탄성중합체, 본 발명에서 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제5,371,147호, 제5,314,960호 및 제5,057,578호에 기재된 것을 포함하지만 이로써 제한되지는 않는 실리콘 함유 마크로머, 하이드로겔, 실리콘 함유 하이드로겔 및 이들의 혼합물 등이 포함되지만 이로써 제한되지는 않는다.

또다른 양태에서, 본 발명은 본질적으로는 하나 이상의 각막 토포그래피 데이타, 저단계 수차 및 고단계 수차를 포함한 개인 정보를 입수하는 단계(a), 단계(a)에서 입수한 데이타를 제조업자에게 전달하는 단계(b), 데이타를 사용하여 렌즈 디자인을 만드는 단계(c) 및 렌즈 디자인을 기본으로 하여 렌즈를 제조하는 단계(d)를 포함하는, 콘택트 렌즈의 디자인방법을 제공한다. 단계(a)는 적합한 주체에 의해 실시될 수 있는데, 여기에는 검안사, 안경상, 렌즈 소매상 등이 포함되지만 이로써 제한되지는 않는다. 바람직하게는 본 발명의 방법은 비지니스 투 비지니스 시스템(business to business system)으로 수행된다.

렌즈 디자인은 일반적으로 렌즈 제조업자에 의해 이루어진다. 전화, 팩시밀리, 인터넷 웹사이트 또는 이를 조합한 방법 등을 포함한 어떠한 적합한 방법에 의해서라도 제조업자에게 데이타를 전달할 수 있다. 바람직한 양태에서는, 렌즈 제조업자의 서버 시스템(웹 서버 또는 웹 사이트)과 통신가능한 수단을 사용하여 고객이 렌즈 제조업자의 인터넷 웹사이트를 통해 정보를 전달한다. 웹사이트와 통신하는 적합한 수단에는 개인용 컴퓨터와 모뎀이 포함되지만 이로써 제한되지는 않는다. 데이타 파일을 만들어 제조업자의 웹 서버 데이타베이스를 구축하는 것이 바람직하다.