CN88103410A - 多焦点眼用镜片 - Google Patents
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Abstract
一改进镜片，具有多个交替屈光度区域，各区域中及从一区域过渡到另一区域屈光度连续变化，即，配设多个共心区域，其中从视远到视近校正是连续变化，即屈光度从视近校正到视远校正，后回到视近校正，再回到视远校正，反之亦然。该变化是连续的(渐进的)，无任何突变或“边缘”。本发明第一形式，连续交替屈光度变化是通过镜片后部表面曲率的连续变化实施的。第二形式，则通过在镜片径向方向上形成折光材料系数连续变化的非均匀表面特性实施的。
Description
本发明涉及各种眼用镜片，例如人工晶体（IOL）、接触镜以及角膜植入和高嵌镜片;它涉及提供能成功地处理双焦点校正和其它多焦点校正的镜片的问题。
使用眼镜时，眼睛相对于镜片的活动选择用于视近和视远的不同屈光度。使用镜片时，要进行这种选择就必须配备其它器具。曾经提出的作为满足此项要求的可能措施起码有三种主要对接触镜的镜片设计，在这些接触镜的各项设计中，遇到了一些问题，主要是由于（甲）需要在眼睛上使镜片对中，和（乙）眼睛瞳孔大小正常变化的效能。
美国专利4，593，981举例说明了一种形式的多焦点眼用镜片设计，该专利公开了一种用以校正镜片中心部分的视近和镜片周边部分的视远的双焦点接触镜。对这种镜片，要取得令人满意的特性必须在眼睛上使它对中，此外视力区的大小要适当，这也是一个重要因素。只要这些要求有一个得不到满足，这种镜片就会引起复视或边缘效应现象。
美国专利4，580，882中举例说明了另一种形式的多焦点镜片设计，该专利公开了一种屈光度从视力中心点处的最大值到视力区边缘的最小值连续不断变化的多焦点接触镜。通常这种焦点逐渐变化的非球面型镜片制造成使得中央设置有一个曲率恒定的小区域从该小区域各非球面曲线在所有子午线上向周边增大。中间区域起着用于视远校正的屈光度的作用，周边曲线则为近点提供辅助的正屈光度在量上的变化。曲线可放在正面上，在这种情况下，它们的凸度增加，或放反面上，在这种情况下，它们的凹度减小（变平）。若渐变曲率的表面放在镜片正面，则泪层影响着镜片的性能。若渐变曲率的表面放在镜片背面，则这样会影响接触镜的装配特性。在两者的情况下，景象处在“校正不足”的情况，这对人的视觉更为自然些。这种屈光度“渐变”的镜片具有这样的好处，即镜片略微偏离中心时不会出现闪光或复视现象。但瞳孔的大小影响着使用这种镜片时的视力的情况与使用上一节所述的镜片时瞳孔的大小对视力的影响是一样的。
美国专利4，549，794和4，573，775中例示了第三种形式的多焦点眼用镜片设计，该两专利公开了一种分段型的双焦点接触镜，即在镜片体的某一选定部位上嵌入有折射特性不同的分段的镜片。各分段沿垂直轴线安置。这种镜片的中心周围都没有对称性，为确保保持所希望的定向，它们需要某些形式的起平衡作用的东西。偏离正确的定向会影响景象的质量。
美国专利4，162，122提出了解决双焦点镜片对中和定位问题的一种方案，该专利公开了一种区域式双焦点接触镜，这种镜片中的视近屈光度与视远屈光度之间交替设有同心环形区。具体的作法是设置一个具有与菲涅耳镜片相类似的特性的前镜片表面，只是避免了锐利的区域边缘。这种结构具有下列原因引起的一些缺点：镜片表面的曲率从一个区域到另一个区域的突变，以及测不准接触镜前表面上泪层的分布情况。
有人提出对人工晶体也采用与上面谈到的类似的设计，例如，美国专种4，636，211和欧洲专利申请书0-140-063。两个专利都叙述了对视远和视近采用一些曲率不同的区域。表面曲率的连续性对人工晶体来说也是重要的，因为其日间视觉的有效视力区域只有3毫米直径。这种较小的视力区域遭到破坏时会降低景象的特性。此外，这类镜片也具有接触镜所具有的一切问题。
总的说来，以前设计的多焦点镜片，由于镜片相对于眼睛瞳孔的位置经常无规则地变化着，还由于瞳孔大小的变化大大影响着成象特性，因而提供的光学系统必然是不稳定的。
本发明提供一种改进的多焦点眼用镜片，在这种镜片中，校正屈光度在一个区域中从第一视力校正值变化到第二视力校正值，然后回向第一视力校正值而到一个中间视力校正值，同时在该中间视力校正值区域中的至少一部分校正屈光度是连续的和渐变的。此外本发明还将（甲）一系列的交变的屈光度区域与（乙）各区域中的连续变化的屈光度以及从一个区域到另一个区域的过渡结合起来。换句话说，配设有多个同心区域（至少两个），在该同心区域中，从视远校正到视近校正的变化是连续的，即从视近校正屈光度到视远校正屈光度，然后回到视近正屈光度，再次返回到视远校正屈光度，反之亦然。该变化是连续的（渐变的），校正过程没有突然变化的现象或“边缘”。也可以这样制成，使得从视远到视近的过视区域的径向宽度大于从视近到视远的过渡区域的径向宽度，以便提供镜片的“校正不足”特性的总体。
公开了本发明的两种形式。在第一种形式中，连续交替变化的屈光度是通过连续改变镜片后部表面的曲率达到的，从而改变光线在眼睛上的入射角度。
在第二种形式中，连续交替变化的屈光度是通过在镜片径向方向（从光轴出来）上形成具有折射材料系数连续变化的非均匀表面特性而达到的。这种技术具有如上述通过利用曲率的连续变化使表面非球面化相类似的效果。这种表面折射率的变化可提供在镜片凸出的前部表面上，也可提供在镜片凹进去的后部表面上。折射率的这种变化可藉离子注入技术实现。这种方法特别适用于角膜植入（角膜内植）或角膜高嵌（前者是植入角膜内部，后者是安置在角膜上皮层与角膜前部表面之间）。
图1至3是上面谈论的三个普通现有技术的方法的示意图;
图4是一个具有多区域、连续地变化着的后部表面的接触镜的放大横向剖视图。以夸大了的尺寸的变化着的镜片说明本发明的基本原理;
图5是图4的镜片后部表面的正视图，显示了镜片表面的峰与谷的同心配置方式;
图6A和6B是图4的镜片后部表面的一小部分的另一放大特写视图，用以说明光线从近处和远处的聚焦作用;
图7是一个接触镜的横剖面，其中镜片的前向或前部凸出表面在径向方向上具有材料的变化着折射率梯度，以获取与图4、6A和6B中的镜片同样的效果，但不是利用表面曲率的变化而是利用折射率的变化;
图8A、8B和8C分别为角膜植入镜片、角膜高嵌镜片和人工晶体的横剖面，任何一个这种镜片都可以使其前部或后部表面形成与图4所示类似的接触镜后部表面。
图1显示了现有技术为解决制造双焦点接触镜的问题所作的尝试。以其剖面图表示的接触镜22具有一中央部分24，设计成用以将来自近处物体的光线聚焦在视网膜26上，如表示光线的内线25所示。接触镜22有一个周边部分28，设计成用以将来自远处物体的光线聚焦在视网膜26上，如表示光线的外线29所示。
图1的双焦点镜片只能对位于特定距离（远和近）且彼此分开的物体进行聚焦。此外显然这种镜片受到在眼睛上因镜片偏离中心和因眼睛瞳孔大小变化所引起的问题的影响。
图2显示了现有技术为解决制造变焦接触镜的问题所作的另一种尝试。镜片30以剖面图表示，有一个中心32和周边34。由于镜片30的曲率从其中心至其周边连续地变化着，因而其调焦屈光度从在中心处看远处的物体到在周边处看近处的物体的两个屈光度的范围内连续地变化着，如表示聚焦到视网膜上的线36所示。在32的中心，光线是来自所看到的最远处物体，来自渐近的物体的诸聚焦光线36，其在镜片30的各接触点随着该物体的渐近而移近镜片30的周边。
镜片屈光度的这种连续变化，从更易于为视网膜和脑所接受的观点来看，比图1的方案更优越。此外它较不易受对中问题的影响，即当这种镜片略微偏离眼球中心时迄今还没有出现这种镜片产生闪光或重象现象的有关报道。但瞳孔大小的变化和大程度偏离中心时都会对这种镜片有不良的影响;此外这种镜片往往会在镜片的后部表面与角膜之间产生装配问题。
图3是现有技术第三种方法的示意图，它在概念上类似于双焦点眼镜。接触镜40包括一嵌镶分段体42，该部分由折射率与镜片的其余部分不同的材料制成。分段体42供视近校正之用，如光线43所示。其余来自较远处的物体的光线45，由于镜片本体46的厚度逐渐变化而被聚焦在视网膜上。
图3的镜片不对称于中心，需要使用起平衡作用的东西来维持所要求的定向。偏离正确的定向会影响所看到的景象的质量。
为了将对中的要求、瞳孔大小的变化和装配要求（渐变式）所引起的问题减小到最小程度，如图4所示，本发明采用了若干区域，各区域在视近校正与视远校正屈光度间至少包括两次渐变屈光度变化。换言之，在图4所示的那种三区域式接触镜中，图2镜片的逐步变化要重复六次，三次作为从较低到较高的屈光度变化，三次作为从较高到较低的屈光度变化。镜片制造成使得中央设置有一个曲率恒定的小区域，使其具有中间校正的屈光度。从该中央小区域，曲率先变成视远校正，然后通过中间校正变成视近校正。此交替情况继续下去，以形成若干区域。我们认为，最好是，但并非如此不可，令视远到视近校正有较慢的变化，而令视近到视远校正有较快的变化，以便总的形成如大多数目视仪器中经常有的那种有些“校正不足”的情况。
图4示出接触镜50，镜片的外部凸出表面52呈平滑的弧形形状，镜片的内部表面呈起伏形状，可以看到，图中的尺寸是极其夸大化了的。接触镜的内部表面最好成为可变屈光度或波浪形的表面，因为镜片与眼睛之间的空间将充以预定的变化着深度的泪水。泪水的该预定深度在镜片的设计中使泪水的折射效果得到补偿。若波浪形表面是在镜面52的外部表面形成，则泪层分布的测不准性会妨碍最佳成象的形成。
图5是从我们所推荐的镜片右侧（后部表面）看起的视图。虚线所示的各区域实际上具有连续的曲率，各区域中的数字表示屈光度的范围。
镜片具有一种约束因素作用于后部表面上，这取决于镜片对某一给定角膜的装配性能。通常，接触镜片的背面（底部曲线）要比角膜形状陡0.5至1.0屈光度，该屈光度转化成接触镜片的内部或后部表面与角膜的前部表面之间距离则约为0.1毫类至0.2毫米。单焦点接触镜的情况通常就是这样。图4中镜片50的后部表面的起伏程度相当于峰54与谷56（若将图4逆时针方向转动90度即可看到峰54和谷56）之间小于20微米的差距或最大深度。各区域排列在镜片大约5毫米的尺寸范围（直径）内;而在此范围内，峰-谷差距始终远小于镜片与角膜之间存在的间隙。这样就大大简化对装配的要求，因为可以先装配普通的单焦镜片，然后再用相同底部曲线形状的多焦镜片代替。
出现在其中心在镜片的外部曲率52的中心的各圆的切点的峰54和谷56相当于镜片50的连续地变化着的校正值的中间焦距或光学校正屈光度。图4中所示的四个同心区域的各区域中的较高和较低校正屈光度，以从峰54前行至毗邻的谷56然后回到下一个峰54的波浪式曲线的形式出现。一个区域可看做是一个完整的循环，即从中等屈光度通过高屈光度，然后通过中等屈光度回到低屈光度，最后回到中等屈光度。
这一点如高度放大了的图6A和6B所示。从图6B中可以看到，从中等距离处的一个物体的第一道光线62通过镜片后部表面中的一个谷56。从远处（较低屈光度校正）的一个物体的第二道光线68通过波浪曲线的一部分58，该部分58是在镜片后部表面中该波浪式曲线朝向毗邻峰54前行时所形成的。从在中等距离处的一个物体的第三道光线66通过峰54。从近处（较高屈光度校正）的一个物体的第四道光线64通过波浪式曲线的一部分60，该部分60是波浪式曲线的在镜片后部表面中该波浪式曲线朝向下一个谷56渐变时所形成的。如图所示，所有的光线62、64、66和68都在视网膜上会聚。
图6A用图解说明了形成波浪式曲线所应用的原理，通过把该曲线看成是由许多对应于具有曲率如虚线A、B、C和D所示的独立镜片的渐变屈光度所组成的。弧形线A与谷56相切。弧形线B与峰54相切。弧形线C在谷56与峰54之间中途的一个点上与波浪形曲线相切。弧形线D则在峰54与下一个谷之间中途的一个点上与波浪形曲线相切。为达到充分的渐变性，在波浪形曲线上的各点的径向中心与其各相邻点的中心都不同。
镜面的波浪形表面最好用电子计算机控制的机床加工制成。这种电子算机数字控制（CNC）的机床，其电子计算机程序产生大量彼此紧密配置的点（坐标），表示合乎该给定设计要求（曲率、适应范围、区域数等）的多焦点表面。然后CNC机床的电子计算机在这些点之间形成线性近似性以产生一幅与理想的表面轮廓近似性良好的表面。下表列出了这些点的采用样。表中列出了在制造三区域式接触镜（其三个区域分别以代号“13M3”、“23M3”和33M3“表示”）时一示范性的坐标集合。第一列数字表示镜片有效孔径的半径（从镜片中心的距离）。第三列数字表示沿光轴的表面坐标。第二列数字则表示上述表面与中等屈光度的球面的偏差。
不言而喻，可以利用其它制造方法，例如激光烧蚀法或模塑法。
图7是本发明的另一个实施例的示意图。图中，光梯度是通过光线70所照射到的材料的折射率的变化产生的。折射率的变化最好提供在镜面72凸出的前部表面上，这样做之所以较理想是因为很可能采用的制造
13M3
.417 -.0001 .012
.589 -.0006 .0236
.722 -.0013 .035
.833 -.002 .0465
.932 -.0023 .0584
1.021 -.0024 .0705
1.102 -.0022 .0829
1.179 -.0018 .0956
1.25 -.001 .1086
1.318 -.0004 .1215
1.382 0.00 .1343
1.443 .0001 .1457
23M3
1.443 .0001 .1467
1.616 -.0003 .1839
1.687 -.001 .2001
1.742 -.0018 .2127
1.789 -.0025 .2238
1.829 -.0029 .234
1.866 -.003 .2437
1.9 -.0029 .253
1.932 -.0026 .262
1.961 -.0021 .2709
1.989 -.0017 .2793
2.016 -.0015 .2872
2.041 -.0015 .2948
33M3
2.041 -.0015 .2948
2.174 -.0021 .3346
2.229 -.0029 .3517
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2.306 -.0046 .3758
2.337 -.005 .3861
2.366 -.0051 .3957
2.392 -.005 .4049
2.416 -.0048 .4138
2.439 -.0043 .4224
2.46 -.004 .4306
2.48 -.0038 .4383
2.5 -.0038 .4455
方法会是应用离子注入技术以在镜片表面上造成密度变化;我们认为使注入有离子的表面在背离人眼的镜片的一侧上是一种应采取的安全措施。
虽然图7显示了深度的变化（74的阴影线区域）来举例说明本发明，但实际上，要使折射率发生变化，可不借助于深度的变化而借助于密度的变化，或借助于两者。
在制造图7的镜片72时，可采用离子注入法来提高折射率，这是由于非取代性注入离子致使点阵无序化的结果而造成的。举例说，将氮或其它元素的离子注入到在镜片衬底上厚膜淀积的熔融石英中就可以形成折射率有所提高的膜层。该折射率与每立方厘米中的离子浓度成正比。离子注入的穿透深度与离子的质量和能量有关。知道穿透特性和每平方厘米的离子注入剂量，该剂量可通过测量系统的离子束电流密度和注入时间精确测定出来，就可以计算出所注入的离子在不同深度的浓度分布。至于对任何带电粒子，可采用电磁透镜和离子束扫描器在衬底上形成几乎任意的离子浓度的变化，特别是形成具有图6A和6B的光学特性的渐变区域式镜片。采用不同密度的掩膜也可取得类似的效果。视力校正作理应对应于图4镜片中后部表面的起伏所产生的校正作用。
图8A、8B和8C分别为角模内置镜片、角膜高嵌镜片和人工晶体的示意图，该诸镜片各体现了本发明的基本观念。在图8A的角膜内置镜片80中和图8B的角膜高嵌镜片中，所示的各渐变区域的变化是借助于镜片材料84的可变的折射实现的，如结合图7一起所叙述的那样。
在图8C的人工晶体86中，可以看到后部表面88呈波浪形，其各渐变区域式的变化与图4所示的类似。
图8A、8B或8C三种镜片移植的任何一种都可应用表面变化或折射率变化，且还可用前部表面或后部表面作为多焦点表面。
图8A、8B和8C的移植镜片易发生接触镜所遇到的同类问题，例如瞳孔大小变化问题和偏心问题等。瞳孔大小问题本质上相同。偏心问题对移植镜片来说不那么显著，但无论如何也是值得注意的，因为手术措施并不能保证共轴性，而在人工晶体的情况下，手术后的活动可能十分显著。
从上面的介绍，显然本申请书所公开的器材和方法会提供说明书前序部分所概括的在功能方面的显著好处。
下面权利要求书的意图不仅要包括所公开的一些具体实施例，而且还包括本说明书在现有技术容许的最大范围和广泛性下所说明的本发明的原理。
Claims (16)
1、一种眼用镜片，适宜于由眼睛装戴，以提供可变的视力校正屈光度，该镜片的特征在于：
可以使所述校正屈光度在一个区域中从第一视力校正值变成第二视力校正值，然后回向第一视力校正值而到中等视力校正值，且
所述区域的所述校正屈光度的至少一部分变化是连续的和渐变的。
2、按照权利要求1所述的镜片，其特征在于，所述校正屈光度从所述第二视力校正值变回到所述第一校正值。
3、按照权利要求1或2所述的镜片，其特征在于，所述区中的校正屈光度在所述区域中基本上完全横贯所述区域的一个方向上连续而渐进地变化。
4、按照权利要求1、2或3所述的镜片，其特征在于，所述区域有多个。
5、按照权利要求4所述的镜片，其特征在于，所述诸区域的第一区域处在镜片的中央部位，所述诸区域其余的多个区域呈环形，且围绕着第一个区域。
6、按照权利要求1至5中的任意一个所述的镜片，其特征在于，该镜片有一个前部表面和一个后部表面，且在该镜片内，至少前部表面和后部表面中的一个，其横截面是一道在一些峰和一些谷之间平滑交替着的波浪形曲线，各峰和各谷提供中等视力校正值。
7、按照权利要求6所述的镜片，其特征在于，截面形状是一个波浪形曲线的表面是镜片的后部表面。
8、按照权利要求6所述的镜片，其特征在于，截面形状是一个波浪形曲线的表面是镜片的前部表面。
9、按照以上任一权利要求所述的镜片，其特征在于，镜片表面中心提供中等视力校正值，第一和第二个视力校正值形成交替同心的环形圈。
10、按照权利要求6、7或8所述的镜片，其特征在于，镜片具有至少两个环形区域，各区域从一个峰延伸到下一个峰，或从一个谷延伸到下一个谷。
11、按照权利要求1至5的任意一个的镜片，其特征在于，镜片具有前部表面和后部表面，其中，前部表面和后部表面都呈弧形形状，但至少其中一个表面的折射率连续而渐进地变化着。
12、按照权利要求11所述的镜片，其特征在于，具有折射率在镜片径向方向上连续变化着的表面是镜片的前部表面。
13、按照权利要求1所述的镜片，其特征在于，该镜片是适宜安置在眼睛表面上的一种镜片。
14、按照权利要求1所述的镜片，其特征在于，该镜片是一个移植镜片，适宜永久性地留在眼内。
15、一种制造眼用镜片的方法，其特征在于，该方法包括：
制备一具有前部表面和后部表面的镜片，该表面呈球面的一部分的形状，该球面的一部分形状在该镜片的周边处收敛;
用电子计算机控制的旋转切割工具切割镜片的至少一个表面以重新修整该表面，使其形成具有成同心圆的多个峰和多个谷的波浪形的横截面曲线;和
将起控制作用的电子计算机编程得使切割工具的曲率中心连续地变化，以便使镜片的一个表面形成一个具有多个同心区域，各同心区域具有一个峰和一个谷且在毗邻各峰和各谷之间呈起伏的渐变的形状。
16、制造镜片的一种方法，其特征在于，该方法包括：
制备一具有前部表面和后部表面的镜片，该表面呈球面的一部分的形状，该球面的一部分形状在该镜片的周边处收敛;和
以这样的方式在镜片的至少一个表面上进行离子注入，以使该表面具有变化着的光折射率值，从而形成多个共心的光学区域，各区域有一个较高屈光度的校正部分和一个较低屈光度的校正部分，两部分由逐渐变化着的中间部分互连起来。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C15 | Extension of patent right duration from 15 to 20 years for appl. with date before 31.12.1992 and still valid on 11.12.2001 (patent law change 1993) | ||
| OR01 | Other related matters | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |