近视(近视眼)的发病率迅速增加，尤其在亚洲儿童中。研究例 如表明，在1986年至2000年，7岁台湾儿童中的近视(-0.25D或更 高)的发生率惊人地从4％上升到16％，并且年龄为16～18岁的台湾 学龄儿童中的近视(-0.25D或更高)的发病率高达84％。中国大陆的 基于人口的研究报道，年龄为15岁的55％的女孩和37％的男孩患有 严重近视(-1.00D或更高)。
研究表明，50％的患有高度近视(-6.00D以上)的人患有某些形 式的视网膜病变。近视大大增加了视网膜脱落(取决于近视的程度)、 后期白内障和青光眼的危险。近视的光学、视觉和潜在的病理学作用 及其导致的不便和对个人和社会带来的成本都使得希望具有延缓近视 的发展、或防止或延缓近视的开始、或限制儿童和年青人中发生近视 的人数的有效对策。
因此，很大比例的世界人口患有为了看清楚需要某些形式的光学 矫正的程度的近视。众所周知，不管开始的年龄大小，近视趋于增加 需要越来越强的矫正的量。可以通过包括眼镜、隐形眼镜和屈光外科 手术(refractive surgery)的广泛的器件进行这些矫正。但是，它们 在延缓或阻止近视的发展方面作用很小。
一种形式的近视(常称为“先天性近视”)，在出生时发生，常 具有较高的程度，并会变得越来越差。第二类型(有时称为“青少年 近视”或“学生近视”)在年龄为5～10岁的儿童中开始并发展到成年 人，有时直到更大的年龄。第三“类型”的近视(可被称为“成年近 视”)在成年早期或青少年晚期(16～19岁)开始并在成年年龄期间 增加，有时稳定，有时继续增加。
已提出包括用诸如阿托品(常用于使眼调节无力)或 pirenzipine(派瑞品)的解痉剂进行药物干涉的防止或延缓近视的对策。 但是，与长期使用这些药物有关的潜在缺点会使得这种形式存在问题。
用灵长类动物或其它动物模型进行的研究表明，操纵到达眼睛的 光的量的光学干涉可促使向近视转变。其它研究表明，年幼的灵长类 动物中的光学散焦可使眼睛改变其生长模式，使得佩戴负光焦度或正 光焦度的眼镜可分别诱发近视或远视(远视眼)。例如，当图像被负 光焦度透镜定位到视网膜的后方的位置例如视网膜后面时，近视被诱 发。这种近视的发展由轴向伸长(导致眼球的“变长”的生长)驱使。
这些事实促使使用双焦或渐进型眼镜(progressive spectacle)或 双焦隐形眼镜作为延缓个人近视的发展的对策。但目前研究表明，这 些对策的有效性有限。在双焦眼镜的情况下，经过穿过近处的附加部 分观看近处的工作的佩戴者的顺应性不能得到保证。目前已被使用的 双焦隐形眼镜是同步视觉双焦透镜。但是，已知这些双焦透镜产生诸 如晕圈(haloes)、强光和重影的视觉问题，使得它们不受佩戴者欢 迎。
其它研究表明，中断诱发近视的刺激源即使相对较短的时间周期 也会降低或甚至消除这种刺激源的诱发近视的作用。因此，近视患者 在白天停止使用降低近视的器件一定的时间的“日常佩戴”方法效率 不会高，并会大大损害其功效。
用于试图延缓个人近视的发展的另一光学方法是“欠矫 (under-correction)”。在欠矫中，向佩戴者指定和提供光焦度低于 清晰观察所需的完全的折射率指示的矫正(例如，眼镜或隐形眼镜)。 例如，可向-5D近视患者提供一副-4D的眼镜，使得该近视患者仍有-1D 的相对近视。因此，该方法隐含地要求视觉图像在某些方面被模糊或 降级。由于佩戴者的视觉功能长期被降低(例如，由于合法视力要求 方面的原因使佩戴者不能驾车)，因此这损害了器件的有用性。并且， 有迹象表明欠矫方法甚至会加速近视发展。减轻、延缓和最终逆转近 视发展的装置将会使成千上万的受近视困扰的人们大大受益。

本发明提供通过控制像差、由此以预定的方式操纵视觉图像的中 高空间频率峰值的位置、由此减少或消除调节滞后并最终改变、降低 或消除眼睛轴向伸长，减轻、延缓(retard)或消除近视或远视的发 展的方法。
并且，为了使本发明的方法最有效，如上所述，基本上连续地对 近视患者进行操纵，以覆盖所有的睁开眼睛的情况。并且，在用于像 差的最优控制的另一个实施例中，本发明的方法提供一致地与眼睛的 光学结构保持相对共轴(基本上对中)的器件。
本发明还针对这样一种方法，即，通过该方法，使用具有减轻、 延缓或消除眼睛生长的预定像差控制设计的新型光学器件，可以延缓 (在许多情况下，中止或逆转)近视发展。
并且，根据本发明，通过精确地控制矫正器件的光学像差或眼睛 和矫正器件的组合的光学像差，使得中空间频率峰值的位置接近高空 间频率峰值或比其更靠后(即，“在其后面”)，改变近视的发展。 这种配置消除了调节滞后，这种调节滞后是导致近视的眼睛轴向伸长 的刺激源。由于器件不引入明显的散焦(例如，由欠矫正方法或双焦 或渐进式光学器件引入)，因此，本发明的器件向配戴者提供高质量 的视觉图像。因此，本发明提供延迟折射误差的发展的优点，同时基 本上同时为配戴者保持清晰、有用的视觉图像。为了清楚起见，根据 本发明，术语“后面”在取向上反映一点到角膜(并且朝向(towards) 视网膜)的距离比另一比较点大的概念。
可以通过任何适当的光学器件实现本发明的像差控制方面，这些 光学器件包括例如单独或组合的眼镜、隐形眼镜、角膜矫正术(目的 在于通过特定设计的隐形眼镜的短期配戴重塑角膜和上皮层以改变眼 睛的折射状态的专门的隐形眼镜技术)、角膜植入(例如外装(on-lays) 或内装(in-lays))、前房透镜和眼内透镜(IOL)。优选地，以诸 如前房透镜、IOL、屈光外科手术(例如，角膜表面镜片术、热成型 (thermoplasty)、LASIK、PRK、LASEK)、角膜植入和隐形眼镜 和角膜矫正术的可以与眼睛的轴保持基本上对中的光学形态实现本发 明的器件。这样，不管眼睛移动情况如何，都可以可预测地保持导致 空间频率峰值位置的精确、预定操纵的像差的精确控制。
在一个实施例中，以隐形眼镜(软的或刚性的或巩膜触觉类型) 配戴形态、角膜矫正术形态中使用的隐形眼镜或角膜外装形态实现本 发明，这是因为可以容易地进行折光力和像差侧面的变化(当配戴者 的近视量变化时需要)。
在隐形眼镜或角膜矫正术形态的情况下，可以容易地指示和分配 新的眼镜。对于外装，上皮层被刮去，存在的外装被去除，新的外装 被贴在允许在器件上重新生长的上皮层原位。
本发明特别适于长期配戴或连续配戴隐形眼镜形态或通过角膜矫 正术形态的隐形眼镜，由此为近视延缓提供基本上连续的刺激源。一 般地，可以为软性或刚性透气性(RGP)透镜的长期配戴或连续配戴 隐形眼镜具有足够的氧气渗透性和其它性能，以允许在睡觉的过程中 眼镜仍可被留在眼睛中并仍能从眼睑软骨结膜(tarsal conjunctiva) 接收足够的氧，使得即使在由于眼睑闭合而不能得到大气氧的情况下 也能保持眼睛健康。
在矫正角膜术中，隐形眼镜(也可为适于长期或连续或整晚配戴 的高氧渗透率类型)被短期(例如，在睡觉时间内)配戴，以重新塑 造上皮层和角膜，然后隐形眼镜被去除，使得在矫正角膜术的有效期 内，患者在没有配戴隐形眼镜的情况下保持根据本发明的希望的折射 和像差状态。
可以以各种方式实现本发明，以延缓或消除近视，使得用指示量 的适当像差设计的眼镜器件被提供，或者直接和预定折射变化被实现， 使得与眼镜像差结合，中空间频率峰值位于高空间频率峰值“后面”。 这种配置为配戴者提供连续清晰的视觉，同时促进近视的发展的延缓。
附图说明
图1是光学系统的调制传递函数(MTF)的曲线图。
图2是非近视眼的通焦调制传递函数(MTF)的曲线图。
图3是近视眼的通焦调制传递函数(MTF)的曲线图。
图4a～4d是用空间频率峰值的特定相对定位表示调节滞后对轴向 伸长的影响的示图。
图5是表示像差与调节滞后的联系的一组物体的调节梯度与三阶 球面像差的关系图。
图6a～6e是表示未矫正和矫正的眼睛的通焦调制传递函数(MTF) 图的示图。
图7a～7b是表示通过用多项式级数描述和产生前表面以改变软隐 形眼镜实现的光学效果的示图。
图8a～8b表示通过组合圆锥曲线和多项式实现的光学效果。
图9a～9b表示将任何需要的折射指示加入本发明以矫正眼睛中的 折射误差的能力。
图10a～10g表示本发明的矫正波前像差同时控制空间峰值的相对 位置的能力。
图11a～11b表示远视者的空间峰值的相对定位和由由具有球形前 后表面设计的隐形眼镜引入的像差提供的定位偏移。
图11c表示根据本发明的一个实施例的隐形眼镜设计用的指示、 厚度和表面轮廓。

有事实表明，在使用诸如眼镜、隐形眼镜、前房透镜(anterior chamber lense)或眼内透镜(intra-ocular lense)(IOL)的视觉器件 时，引起近视发展的光学刺激源并不是如眼睛保护从业人员、眼科学 家、验光技师和光学仪器商指定的那样以常规的方式(即，球面和散 光散焦)严格地产生折射作用。业已表明，近视患者具有更高的量的 更高阶的光学像差(例如，球面像差，即，不简单地散焦或散光)， 并且，近视还与诸如彗形像差的一定类型的光学像差有关。研究已表 明，近视患者不能象非近视患者那样精确或容易地调节 (accommodate)(如下面定义的那样，称为“调节滞后”)。并且， 众所周知，调节主要由约5周每度(cpd)的中空间频率驱动。
我们已在实验上表明，作为模糊的结果，近视患者和非近视患者 在他们的对比度敏感性响应上表现出明显差异。这种对比度敏感性响 应的差异可由调制传递函数(MTF)的差异解释，这种调制传递函数 的差异可受近视患者和非近视患者之间的像差的差异影响。
众所周知，在具有包括眼睛的光学系统的像差的某些类型和组合 时，不同量的高(约15cpd以上)、中(约15cpd)和低(约15cpd 以下)空间频率以不同等级的保真度(“模量(modulus)”，量化 为0～1的指数(index)，0为信号完全损失，1代表没有信号损失或 保真)沿光学视轴被发送到不同的位置。如图1所示，通过画出MTF， 可以描绘包括人眼的光学系统的性能。这种MTF图示出一只眼睛的 例子的性能。图中的曲线表示眼睛发送各种空间频率的信息的相对能 力：向图的右边发送高空间频率(代表非常细的视觉细节)，向图的 左边发送中低空间频率(代表较粗的视觉细节)。这些空间频率由横 轴表示。对于人眼，100周(cycle)每毫米大致对应于30周每度，这 名义上等于20/20视觉敏锐度。眼睛向视网膜再现/发送各频率的能力 由MTF曲线表示。眼睛的性能越好，则MTF曲线趋于越高。“理想” 眼睛的MTF曲线将等于“衍射极限”曲线。
不同的空间频率的这种不同的发送的结果是，不同的空间频率的 MTF峰值(最大值)的轴向位置不同。这种不同可以由“通焦 (through-focus)”MTF图表示。如图2所示，各空间频率被发送的 量还取决于轴向位置(沿眼睛向视网膜的距离)。该图表示的是非近 视眼睛的情况。对于给定的空间频率，当轴向位置改变(沿横轴)时， 该空间频率的传递模量也改变。一般地，可以为各空间频率识别峰值 模量(最大值)。这种空间频率峰值可位于像面(视网膜)上、像面 前(更靠前或接近角膜)或像面后(更靠后或进一步远离角膜)。不 同空间频率的峰值不总是位于相同的轴向位置。因此，我们的试验支 持这样一种假设，即，对于非近视患者，他们的高中空间频率峰值的 轴向位置一般被定位为使得中空间频率峰值相对于高空间频率峰值位 于更靠后的位置上(例如，“在其后面”)。另外，在中空间频率峰 值的位置比更高的空间频率峰值靠前(例如，“在其前面”)的情况 下，中高空间频率峰值离得很近；即，相互之间的距离一般小于约 0.25D的等效折光力差(图2)。
我们进一步假设，对于近视患者和具有近视倾向的眼睛(即，还 没有近视，但将发展为近视)，假如它们具有不同的像差，那么高空 间频率峰值的轴向位置比中空间频率峰值大大靠后(距离约0.25D以 上)。如图3所示，为具有近视倾向的眼睛(即，已近视，或可变为 近视)画出通焦MTF图像。在该例子中，5cpd中频峰值(约0.85模 量)位于25cpd高频峰值(约0.35模量)的前面约120μm。这种轴向 位置的差等于本例子中的约0.35D的折光力差。
我们还进一步假设，例如在近视诱发期间的作为眼睛生长的一部 分的轴向长度伸长由高空间频率峰值的位置驱动。在诸如阅读的近距 离工作期间，眼睛的聚焦(称为“调节”的过程)受晶体透镜的形状 的变化影响，因此增加眼睛的聚焦力(focusing power)。由于调节由 中空间频率驱动，因此焦点被设置，使得中空间频率峰值将位于视网 膜上。但是，由于近视患者的高空间频率峰值的位置更靠后，因此这 为眼睛生长提供了刺激源，导致轴向伸长和近视的诱发或发展。由中 空间频率视觉内容驱动调节和用于观察高频视觉内容所需要的调节导 致的调节聚焦的差异是调节滞后。图4a～4d用空间频率峰值的特定相 对定位表示调节滞后对轴向伸长的影响。在这些图中，高空间频率峰 值由符号 表示，中空间频率峰值由符号 表示，视网膜由垂直实线 表示，并且，在生长的刺激源被诱发前的空间频率峰值之间的位置差 值的可接收容限由视网膜后面的垂直虚线表示。对于这些图中的方向， 眼睛的前面(例如，角膜)朝左，光线从左(前)至右(后)进入并 通过眼睛。
对于距离观察(distance viewing)，用高空间频率峰值将眼睛聚 焦到视网膜附近或视网膜上。对于没有折射矫正的近视患者，在距离 观察的过程中高和中空间频率峰值均位于视网膜的前面，这是这种折 射条件的典型情况。对于这一点，附图对于非近视患者或正视者(不 远视也不近视的人)(图4a)和具有近视倾向的眼睛(图4b)进行了 解释。
在诸如阅读的近距离工作过程中，眼睛通过增加其聚焦力被重新 聚焦到更近的可视物体上。由于调节由中空间频率驱动，因此近焦点 被设置，使得中空间频率峰值将位于视网膜上。在这种情况下，中空 间频率视觉内容和高空间频率视觉内容之间的焦点位置之间的差值代 表眼睛的调节滞后。对于这一点，附图示出了非近视患者(图4c)和 近视患者(图4d)。
但对于近视患者，由于驱动轴向生成的高空间频率峰值现在的位 置更靠后，并超过触发生长的容限，因此为了试图将视网膜置于高空 间频率峰值上，眼睛生长(沿箭头的方向)的刺激被唤起。这导致轴 向伸长和近视的诱发或发展。
上述解释与有关近视发展的上述研究结果一致。例如，近视患者 的欠矫不会延缓发展，并且实际上可进一步诱发发展，正如眼睛的使 用实际上会增加进一步将中空间频率峰值和高空间频率峰值的位置分 开的像差。类似地，对于渐变或双焦眼镜，如果其光学构造使得中空 间频率峰值和高空间频率峰值的相对位置保持不变，那么这些器件的 使用也不会改变近视发展。事实上，在一些情况下，这些器件会进一 步将中空间频率峰值和高空间频率峰值分开，由此进一步驱动近视的 发展。从上述内容可以看出，以下是本发明的内容：近视诱发和发展 的一个原因是近视患者和具有近视倾向的人的光学像差的结果，该光 学像差导致中空间频率峰值和高空间频率峰值的不同轴向定位，这种 不同轴向定位在近距离聚焦的过程中引起调节滞后(由于调节由中空 间频率驱动)，导致更高的空间频率峰值的定位落在视网膜后面，最 终引发轴向伸长(elongation)和近视发展。
在我们的研究中，我们已在一组物体中论证了这种关系。在该研 究中，患者被要求通过一系列折光力逐渐增加的(increasingly powerful)负折光力透镜聚焦(调节)，同时，由患者的眼睛完成的 调节的实际量被测量。如果不存在调节滞后，那么称为“调节梯度” 的调节量与负透镜的折光力的关系图会为斜率为1的直线。即，对于 在眼睛的前面引起的负折光力的每一个屈光度，眼睛会调节1个屈光 度作为响应。(实际中，存在一些测量误差，使得实际测量斜率稍微 与1不同)。如果调节滞后存在，那么调节梯度将小于1。即，眼睛 没有调节负透镜需要的全部量。在相同的研究中，对于各个物体，我 们还测量了作为眼睛的光学像差的一种类型的三阶球面像差的量。我 们的研究结果如图5所示。在该图中，画出调节梯度与物体的三阶球 面像差的关系。可以清楚地看出，对于球面像差比约0μm大的物体， 存在较大的调节滞后量。相反，具有小于约0μm的球面像差的物体实 际上示出没有调节滞后。
三阶球面像差是可改变高空间频率峰值和中空间频率峰值的相对 轴向定位的一种方式，并且，我们的研究表明，它与调节滞后有关， 该调节滞后又如上所述可导致近视的发展。因此，本发明的基础被表 达。通过操纵或控制眼睛或组合的眼睛和矫正光学系统的像差，高空 间频率峰值和中空间频率峰值的相对轴向位置可被操纵或控制，以减 少或消除调节滞后，由此消除轴向生长的刺激，并反过来减少或消除 近视的开始或发展。
本发明提供这样一种方法，该方法通过控制眼睛的像差和对眼睛 的刺激，由此操纵视觉图像的中空间频率峰值和高空间频率峰值的定 位，由此减少或消除调节滞后并最终减少或消除眼睛轴向伸长，延缓 或消除个人的近视的发展。
并且，为了使该方法如上面讨论的那样最有效，优选基本上连续 地对近视患者进行预定的矫正和像差设计，以覆盖所有睁开眼睛的情 况。并且，为了像差的最佳控制，该方法必须提供一致地基本上保持 与眼睛的光学构造共轴(基本上对中)的器件。通过使用延缓或消除 眼睛生长的新型光学器件和系统，本发明还提供可以减轻近、延缓近 视发展以及在许多情况下使近视发展停止或逆转的方法。
本发明的方法和装置通过以预定的方式精确控制矫正器件的光学 像差或眼睛和矫正器件的组合光学像差，使得中空间频率峰值比高空 间频率峰值更靠后，改变近视的发展。这种配置消除调节滞后，由此 去除眼睛轴向伸长和近视发展的刺激源。
由于该器件不象欠矫方法或双焦或渐变光学器件那样引入任何散 焦效果，因此该器件基本上同时向配戴者提供高质量的视觉图像。因 此，本发明提供延缓折射误差发展的优点，同时为配戴者保持基本上 连续、清晰、有用的视觉图像。
虽然可以以包含眼镜、隐形眼镜、矫正角膜术(寻求通过短期配 戴特定设计的隐形眼镜重新塑造角膜和上皮层以改变眼睛的折射状态 的特定隐形眼镜技术)、角膜植入体(例如，外装(on-lays)或内装 (in-lays))、前房透镜、眼内透镜(IOL)等的光学器件、以及通 过外科折射过程(例如，角膜表面镜片术、热成型(thermoplasty)、 LASIK、PRK、LASEK等)，实现本发明的像差控制方面，但优选 以诸如前房透镜、IOL、角膜植入体、隐形眼镜、矫正角膜术或折射 外科技术的可相对地保持与眼睛的轴对中的光学形式(modality)实 现像差控制。这样，不管眼睛移动的情况如何，都可以保持像差的精 确控制，这种像差的精确控制导致空间频率峰值的位置的精确、预定 操纵。
并且，由于可容易地改变折光力和像差曲线(profile)的变化(配 戴者的近视量改变需要)，因此，优选以隐形透镜(软性或刚性或巩 膜触觉类型)配戴形式或在矫正角膜术形式或角膜外装(on-lays)形 式中使用的隐形透镜实现本发明。
在包含以矫正角膜术形式使用的隐形透镜的隐形透镜的情况下， 可以容易地指定和配制新的透镜。对于外装的情况，上皮层被刮去， 存在的外装物(on-lay)被去除，并且允许贴在原位和上皮层上的新 的外装物在器件上重新生长。
并且，最优选以长期配戴或连续配戴隐形眼镜或矫正角膜术形式 实现本发明，由此为近视延缓提供基本上连续的刺激。
一般地，可以为软性或刚性透气性(RGP)的长期配戴或连续配 戴隐形眼镜具有足够的氧气渗透性和其它性能，以允许在睡觉的过程 中眼镜仍可被留在眼睛中并仍能从眼睑软骨结膜(tarsal conjunctiva) 接收足够的氧，使得即使在由于眼睑闭合而不能得到大气氧的情况下 也能保持眼睛健康。
对于矫正角膜术，隐形眼镜(也可为适于长期或整晚配戴的高氧 渗透率类型)被短期(例如，在睡觉时间内)配戴，以重新塑造上皮 层和角膜，然后隐形眼镜被去除，使得在矫正角膜术的有效期内，患 者在没有配戴隐形眼镜的情况下保持根据本发明的希望的折射和像差 状态。供矫正角膜术形式使用的隐形眼镜设计具有双重功能。隐形眼 镜被设计为使得当在“治疗”期间或重新塑造期间被配戴时，组合的 眼睛和隐形眼镜像差根据本发明被操纵。并且，共同控制上皮层和角 膜的重新塑造的透镜后表面或背面轮廓以及透镜刚度和厚度轮廓可被 操纵，使得一旦眼镜被去除(在矫正角膜术的眼镜配戴“治疗”期后)， 被重新塑造的角膜和上皮轮廓就使得残留的眼睛像差根据本发明被控 制。
图6中示出使用圆锥曲线侧面作为其光学表面的本实施例的一个 例子的指示(prescription)和“通焦MTF”图，该图表示中空间频 率峰值和高空间频率峰值的轴向位置。
应当注意，这种隐形眼镜的设计与通过像差的矫正进行视觉优化 的设计大大不同。当透镜被设计为大大降低或消除包含被称为“高阶 像差”的眼睛的像差、以诸如提供上述不一般的(above-normal)视 觉性能(有时称为“超视觉”)时，中空间频率峰值和高空间频率峰 值的轴向位置离得非常近。相反，根据本发明，为了延缓或消除近视 发展，中空间频率峰值优选位于高空间频率峰值“后面”(更靠后)。
可以以多种方式实现本发明，使得提供用指定和预定量的适当像 差设计的眼镜器件，或者实现直接和预定的折射率变化，使得中空间 频率峰值位于高空间频率峰值后面。这种配置为配戴者提供连续清晰 的视觉，同时促进延缓近视的发展。在图6a～6d中示出使用圆锥曲线 图形作为其光学表面的本实施例的一个例子的指示(prescription)和 “通焦MTF”图，该图表示中空间频率峰值和高空间频率峰值的轴向 位置。为具有近视倾向的眼睛示出高(25cpd)和中(5cpd)空间频 率的通焦MTF。该眼睛的高空间频率峰值的位置比中空间频率峰值大 大靠后(见图6a)。
当使用常规球面前后表面的标准隐形眼镜被用于矫正该眼睛时， 结果示于图6b中的通焦MTF图中。注意，在应用这种标准设计隐形 眼镜时，两个空间频率峰值的相对距离和轴向位置没有明显变化。
实现不一般视觉(或超视觉)的更新的方法是，通过产生像差矫 正设计，减少或消除眼睛和隐形眼镜的像差。图6c中示出结果通焦 MTF图。在这种情况下，两个空间频率峰值的轴向位置已“缩”到一 个位置上。虽然这种设计可以提供优良的视觉，但它在延缓、消除或 逆转配戴者的近视的发展方面效果不好。
因此，本发明的关键方面不是简单地(explicitly)归因于任何光 学设计中包含的球面像差，而是要实现的高空间频率峰值和中空间频 率峰值的相对定位。
因此，根据本发明，通过将适当的量和类型的像差设计到隐形眼 镜中，例如通过使用圆锥曲线非球面表面作为前后隐形眼镜表面，可 以实现图6d中所示的通焦MTF。注意，鉴于在隐形眼镜矫正前，眼 睛具有比中空间频率峰值靠后的高空间频率峰值，因此，在本新型设 计中，现在中空间频率峰值相对于高空间频率峰值的位置更靠后。由 于在近距离工作的过程中的轴向伸长的刺激源已被全部去除，因此， 这种配置将促进配戴者的近视发展的延缓和消除，并可能使其逆转。
在本例子中，眼睛是正视眼，并因此简单地需要Plano(零折光 力或0D)矫正。但是，通过非球形表面设计的适当选择和应用，如上 所述，仍能实现这种效果。图6e中示出这种特定例子的指示、厚度轮 廓和表面轮廓。前表面中心半径(也被称为“前光区半径”或FOZR) 是8.196mm，非球面性k＝-0.51，中心厚度为100μm，后表面中心半 径(也被称为“后光区半径”或BOZR)是8.30mm，非球面性k＝0.45。 光区直径(OZD)是8.00mm。假定透镜的折射率是水合甲基丙烯酸 羟乙酯(hydrated hydroxyethylmethyacrylate)(HEMA)的折射率， 该水合羟乙基甲基丙烯酸酯是眼睛科学领域的技术人员公知的广泛使 用的软隐形眼镜材料。
上述实施例的说明的读者容易理解，可以以若干种方式实现使用 像差的控制量对中空间频率峰值和高空间频率峰值的相对位置的操 纵。例如，可以使用其它表面描述符，这些表面描述符包含多项式、 圆锥曲线和多项式的组合、样条函数(spline)、Bezier(贝塞尔)函 数、傅立叶级数合成、作为弧矢高度描述符的Zernike(查涅克)多 项式或通过检查表或类似的方法的更一般的逐点表面说明，以代替使 用圆锥曲线以限定光学表面的轮廓。并且，本发明的光学器件的设计 不限于控制光学表面轮廓(profile)。例如，如果可以以单独或相互 组合或与表面轮廓设计方法组合的方式使用菲涅耳型光学器件、全息 照相(holographic)或衍射光学器件，那么可以使用梯度折射率 (GRIN)材料，以操纵中空间频率峰值和高空间频率峰值的相对位 置。
在图7a中，通过通过使用多项式级数以说明和产生前表面修改软 隐形眼镜的轮廓，实现光学效果。这导致中空间频率峰值位于高空间 频率峰值后面约80μm(等同于约0.25D)的适当相对定位。在图7b 中示出该特定例子的隐形眼镜设计的指示、厚度轮廓和表面轮廓。这 种情况下的FOZR由半径为8.312mm的基本球面表示，从该基本球 面的附加弧矢(sagittal)高度偏离值由形式s(x)＝a.x2+b.x4+c.x6+d.x8的 多项式等式表示，其中，x是单位是毫米的从隐形眼镜轴的距离， a＝0.000160，b＝0.000052，c＝-0.000014，d＝-0.000005。OZD是8.00mm。 中心厚度是100lμm，后表面是BOZR是8.30mm的球面。透镜的折射 率被假定为HEMA的折射率。
通过组合圆锥曲线和多项式，在限定表面轮廓中可得到的更大的 自由度可在空间频率峰值的适当相对定位方面提供更大的光学效果。 在图8a中，本发明的隐形眼镜的设计使用圆锥曲线和多项式的组合， 以实现约150μm的空间频率峰值的分离(等同于约0.4D)。在图8b 中示出该特定例子的隐形眼镜设计的指示、厚度轮廓和表面轮廓。这 种情况下的FOZR由中心半径为8.197mm且非球面度(k因子)为-0.95 的基本圆锥曲线表示，从该基本球面的附加弧矢高度偏离值由形式 s(x)＝a.x2+b.x6+c.x8的多项式等式表示，其中，x是单位是毫米的从隐 形眼镜轴的距离，a＝0.000128，b＝-0.000004，c＝-0.000001。OZD是 8.00mm。中心厚度是100μm，后表面是BOZR是8.30mm的球面。 透镜的折射率被假定为HEMA的折射率。
本发明还设想本发明的器件可被设计为加入矫正眼睛的存在的折 射误差需要的任何折射指示(prescription)。例如，-6D指示可被引 入器件，然后适当量的像差被加入以适当地对中空间频率峰值和高空 间频率峰值进行重建定位，由此为-6D近视配戴者提供连续的良好的 矫正视力，同时延缓他/她的近视的发展。在图9b中，为-6D近视患 者加入折射矫正的本发明的软隐形眼镜的设计使用圆锥曲线和多项式 的组合，以实现约120μm的空间频率峰值的分离(等同于约0.32D)。 在图9b中示出该特定例子的隐形眼镜设计的指示、厚度轮廓和表面轮 廓。这种情况下的FOZR由中心半径为9.279mm且非球面度(k因子) 为-0.95的基本圆锥曲线表示，从该基本球面的附加弧矢高度偏离值由 形式s(x)＝a.x2+b.x4+c.x6+d.x8的多项式等式表示，其中，x是单位是毫 米的从隐形眼镜轴的距离，a＝0.000186，b＝0.000005，c＝-0.000003， d＝-0.000001。OZD是8.00mm。中心厚度是100μm，后表面是BOZR 是8.30mm的球面。透镜的折射率被假定为HEMA的折射率。
现在应当理解，给出上述说明，也可以矫正眼睛中的散光，同时 延缓配戴者的近视的发展。
可以简单地将规则散光的设计处理为、用于不同折光力的两个球 面折光力矫正并沿同一眼睛和光学矫正器件的两个垂直轴的设计。例 如，要矫正具有-6D/-2D×180的指示(写作诸如光学仪器商、验光技 师和眼科学家的视力保护从业者可理解的“负圆柱形式 (minus-cylinder form)”)的配戴者，设计方法仅仅是分别治疗垂 直方向(90度轴)和水平方向(180度轴)。遵循与上面类似的原理 为垂直轴设计-6D矫正。仍然遵循与上面类似的原理为水平轴设计-8D 矫正。视力保护从业者可理解，散光的矫正需要保持相对于眼睛的轴 取向的器件。实现这种取向对准的大量的设计配置和特征是从业者所 公知的。例如，对于隐形眼镜的情况，可以使用棱镜稳定器、层状剥 落(slab-off)设计和截断(truncation)。
不规则散光的矫正可被看作波前像差的矫正的特定情况，将在下 面进行说明。
视力矫正中的一种先进方法提供用于眼睛的波前像差(一般包含 高阶像差)的矫正。本发明的透镜设计可以包含部分的波前像差矫正， 同时控制中空间频率峰值的位置，使其比更高的空间频率峰值靠后。 这种方法可进一步改善视力，同时保持延缓近视的发展所需要的刺激 源。
可以通过使用一套使用眼睛波前传感器(例如Hartmann-Shack 设备)测量个人的像差。在图10a中示出个人的波前像差的例子。为 了更清楚地揭示更高阶的像差，已在该波前图中去除了散焦效果。为 了定量分析，视力科学家和光学工程师可以将波前像差描述为Zernike 多项式级数。这种说明像差的方法的附加优点在于，Zernike多项式 的项涉及光学工程师和视力科学家熟悉的像差类型。例如，系数Z2 0表 示眼睛的光学构造的散焦，Z3 1表示眼睛的光学构造中的慧形像差(一 种像差)的存在。图10b中示出与直到Z4 0的各Zernike多项式的项相 关的RMS波前误差。从该特定个人的情况可以看出，存在大量的散 焦(defocus)(在这种情况下，是近视)。图10b中的插入体表示为了 以更高的精度表示散焦被去除的更高阶的Zernike项。从插入体可以 看出，此人具有可辨别量的散光(Z2 -2和Z2 2)、慧形像差(Z3 -1和Z3 1)和 球面像差(Z04)。图10c中示出此人的散焦被去除的眼睛的通焦MTF 图。由于该眼睛具有一定量的散光，因此，示出两条通焦MTF曲线， 每一个用于与散光相关的各线焦点(line foci)。但是，可以看出，对 于两个线焦点，中空间频率峰值的位置比更高的空间频率峰值更靠前， 这是具有近视生长倾向的眼睛的典型状态。
该眼睛的波前像差的总的矫正会导致与图6c中所示的情况类似 的中空间频率峰值和高空间频率峰值的协同定位(co-location)。这 不适于近视发展的延缓和逆转。
根据本发明的原理设计的软隐形眼镜可以将中空间频率峰值重新 定位到比更高的空间频率峰值更靠后的位置，同时部分地矫正眼睛的 更高阶的像差。这种配置会促进近视发展的延缓和潜在逆转，同时提 供像差矫正的一些其它优点。图10d中示出一种这种配置的通焦MTF 图。通过像差的明智的部分矫正，与更高的空间频率峰值相比，中空 间频率现在靠前约150μm(等同于约0.38D)。组合的软隐形眼镜和 眼睛的得到的波前误差图(图10e)仅表现出同心环，表示慧形像差 和散光已被有效去除。
由于该例子中的眼睛的波前像差是非旋转对称的，因此本发明的 眼镜设计例子也是非旋转对称的(在这种情况下，是为了矫正散光和 慧形像差)。这种眼镜设计的描述也可以由一系数Zernike多项式系 数表达。图10f示出这种情况。这里，Zernike多项式级数代表附加的 弧矢高度，即添加到FOZR为8.70mm的软隐形眼镜(图10g)的球 形前表面的厚度。OZD是8.00mm。软隐形眼镜的后表面的BOZR是 8.35mm，中心厚度为100μm。透镜的折射率被假定为HEMA的折射 率。
由于这种设计的非旋转对称，因此器件需要以与(上述)用于矫 正散光的器件相同的方式保持关于眼睛的矫正轴取向。可以使用与为 矫正散光说明的相同的设计配置和特征。
为了减少远视的量，或为了完全恢复到正视眼，远视者会希望诱 发眼睛生长和轴向加长。由于透镜的形式，具有球形前后表面设计的 常规隐形眼镜已提供一定量的像差，这种像差导致高空间频率峰值的 位置比中空间频率峰值更靠后(图11a)。由此，已存在用于诱发眼 睛轴向生长的一些刺激源。但是，本发明的方法表示，通过加入附加 的像差以进一步使高空间频率峰值位于比中空间频率峰值靠后的位 置，可以实现大大刺激向正视眼更快恢复的大大加速的眼睛生长。
例如，可以在器件中包含用于远视者的+6D指示，然后增加适当 量的像差，以适当地对中空间频率峰值和高空间频率峰值重新定位， 由此为+6D远视者提供连续的良好的矫正视力，同时减少或消除远视。 在图11b中，加入用于+6D远视者的折射矫正的本发明的隐形眼镜的 设计使用圆锥曲线和多项式的组合，以实现比标准、常规球形表面隐 形眼镜可实现的更大的空间频率峰值的分离。
在该配置(图11b)中，与仅可以提供约150μm的分离(等同于 约0.4D)的常规设计(图11a)不同，空间频率峰值被分开超过240μm (等同于约0.65D)。
在图11c中示出该特定例子的隐形眼镜设计的指示、厚度轮廓和 表面轮廓。这种情况下的FOZR由中心半径为7.769mm且非球面度 (k因子)为0.09的基本圆锥曲线表示，从该基本球面的附加弧矢高 度偏离值由形式s(x)＝a.x2+b.x4+c.x6+d.x8的多项式等式表示，其中，x 是单位是毫米的从隐形眼镜轴的距离，a＝-0.000116，b＝-0.000003， c＝0.000002，d＝0.0000008。中心厚度是225μm，后表面是BOZR是 8.60mm的球面。OZD是8.00mm。透镜的折射率被假定为HEMA的 折射率。
关键要求是，本发明的设计将提供有用的视力，同时将中空间频 率峰值向后重新定位，优选将其重新定位到高空间频率峰值的“后面”。 本发明还设想本方法和装置可被用于矫正眼睛的存在的折射误差需要 的任何指示。例如，-6D指示可被引入器件，然后增加适当量的像差， 以对中空间频率峰值和高空间频率峰值重新定位，由此为-6D近视配 戴者提供连续的良好的矫正视力，同时延缓他/她的近视的发展。
可以作为例如通过高容量成型技术的大规模生产器件或作为定制 设计器件实现本发明。在大规模生产器件的情况下，像差可被设计为 适于近视患者的典型亚人群(sub-population)。例如，对于目的在于 延缓-3D近视发展的大规模生产-3D指示器件，像差设计会包含对于 典型-3D近视患者的像差的补偿。可以通过在许多个人中的总体平均 数大规模生产的设计实现有用的效果。但是，对于给定的个人，通过 定制设计器件产生最佳的近视延缓效果。对于定制设计器件，可以例 如通过使用一套眼睛波前传感器(例如，Hartmann-Shack器件)中 的一个，测量单个计划的配戴者的实现眼睛像差。这种设计除了考虑 重新定位中空间频率峰值和高空间频率峰值需要的像差，还考虑实际 像差。
本发明还设想促进远视眼向正视眼有恢复。这是通过以下方法实 现的：将适当量的像差引入器件使得高空间频率峰值基本上位于中空 间频率峰值的“后面”或后部，由此促进轴向伸长，并由此降低远视 程度。
虽然优选的实施例是软的或RGP隐形眼镜的形式，但本领域技 术人员容易理解，也可以其它形式的隐形眼镜(例如触觉或巩膜隐形 眼镜和串联地配戴两个或更多个眼镜的“背载(piggy-back)”系统)、 眼镜、前房透镜、IOL、人工角膜(例如，内装、外装和人工角膜 (keratoprosthese))、前房透镜以及屈光外科手术(例如，角膜表 面镜片术、热成型(thermoplasty)、PRK、LASIK、LASEK等)实 现本发明。在使用RGP或触觉/巩膜隐形眼镜的情况下，像差轮廓也 将被设计为考虑眼泪透镜(tear-lens)(由RGP的后表面和前角膜之 间的眼泪层(tear layer)制成)的光学影响。
如果引入可以实时矫正折射误差和眼睛像差的有源(active)光学 器件(例如，波前矫正系统和“自适应光学构造”系统)，那么可以 设想本发明的设计方法也可被包含在这些器件中。
本领域技术人容易想到本发明保持具有上面给出的教导的优点的 本发明的许多修改、变更和其它实施例。因此，应当理解，本发明不 限于公开的特定实施例，并且修改和实施例目的在于被所附的权利要 求书的范围包括。虽然这里使用了特定的术语，但是以一般的和解释 性的意义对它们进行使用，其目的不在于限定。
(交叉引用)
本申请要求在2003年6月2日提交的美国临时申请 No.60/475017作为优先权。