(57)【要約】  本発明は、コンタクトレンズを設計するための方法を提供しており、この方法において、レンズのたわみが考慮に入れられる。本発明の方法は、レンズの背面のデザインの影響を受けておらず、複雑な背面のデザインを必要としない。追加的に、レンズのデザインは実質的に最適化されることができ、繰り返しの眼の上のデザイン検査−再設計サイクルの必要性を排除する。
2010506198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクトレンズを設計するための方法において、
ａ．）眼のモデルを選択するステップと、
ｂ．）前記モデルの眼を使用して、眼の上のレンズの光学性能指標を選択するステップと、
ｃ．）少なくとも第一の光学ゾーンを含む第一のデザインを有する第一のレンズを提供するステップと、
ｄ．）前記第一のレンズの眼の上のたわみをシミュレートして、前記第一のレンズの眼の上の形状および性能測定を決定するステップと、
ｅ．）ステップｂ．）において選択された前記性能指標を、ステップｄ．）の前記性能測定と比較するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
ｆ．）前記指標の前記差異を補正する第二のデザインを有する第二のレンズを提供するステップと、
ｇ．）前記第二のレンズの眼の上のたわみをシミュレートして、前記第二のレンズの眼の上の形状および性能測定を決定するステップと、
ｈ．）ステップｂ．）において選択された前記性能指標を、ステップｇ．）の前記性能測定と比較するステップと、
をさらに含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記光学性能指標は、変調伝達関数カーブおよびビジュアルストレールのうちの一方または両方を含む、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、
前記光学性能指標は、変調伝達関数カーブおよびビジュアルストレールのうちの一方または両方を含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記第一のレンズデザインは、前記第一のレンズのひとつの表面の少なくとも光学ゾーンを含む、方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法において、
前記第一のレンズデザインは、前記第一のレンズのひとつの表面の少なくとも光学ゾーンを含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記第一のレンズデザインは、前記第一のレンズの十分に拘束された形状を含む、方法。
【請求項８】
請求項２に記載の方法において、
前記第一のレンズデザインは、前記第一のレンズの十分に拘束された形状を含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
前記シミュレーションは、
（ｉ）力であって、重力、涙液膜圧力、まぶたの圧力、まぶたの動き、角膜とレンズの背面との間の摩擦、機械的応力によるレンズ本体内の点の変位、および、レンズの乾燥によるレンズの歪み、から成る群から選択された、力と、
（ii）特性であって、ヤング率、ポアソン比、応力・歪みカーブ、および、材料の密度、から成る群から選択された、特性と、
を考慮に入れた、方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の方法において、
前記シミュレーションは、
（ｉ）力であって、重力、涙液膜圧力、まぶたの圧力、まぶたの動き、角膜とレンズの背面との間の摩擦、機械的応力によるレンズ本体内の点の変位、および、レンズの乾燥によるレンズの歪み、から成る群から選択された、力と、
（ii）特性であって、ヤング率、ポアソン比、応力・歪みカーブ、および、材料の密度、から成る群から選択された、特性と、
を考慮に入れた、方法。
【請求項１１】
レンズにおいて、
請求項１の方法に従って提供される、レンズ。
【請求項１２】
レンズにおいて、
請求項１０の方法に従って提供される、レンズ。
【請求項１３】
レンズにおいて、
請求項１の方法に従って提供される、レンズ。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
本発明は、眼科用レンズのデザインおよび製造に関する。特に、本発明は、デザインにおいてレンズのたわみ（lens flexure）が考慮に入れられたコンタクトレンズを提供する。
【０００２】
〔発明の背景〕
個人の視力の矯正のための１または複数の曲率を包含するコンタクトレンズの使用は、よく知られている。従来利用可能なコンタクトレンズの一部は、ソフトレンズ材料を使用して製造される。ソフトコンタクトレンズが眼の上に配置されると、ソフトレンズはある程度まで角膜の上を覆うという理由から、レンズの曲率が変更される。このことは、レンズラッピングまたはレンズのたわみ（lens flexure）として知られている。たわみ（Flexure）は、例えば、直径、矢状方向の深さ、ならびに、前面曲率および背面曲率などといったレンズの異なるパラメーターに対して、様々な程度まで影響を与えることができる。例えば、矢状方向の深さは２０パーセントだけ減少されることができ、かつ、曲率半径は５パーセントだけ変化することができる。ラッピングによってレンズの曲率が変更される程度は、レンズのデザイン、レンズ材料の機械的特性、ならびに、形状、ｐＨ、温度などの眼の上の環境によって異なる。
【０００３】
いくつかの既知のレンズ設計方法は、レンズのたわみを考慮に入れることを試みている。例えば、レンズの背面が、実質的に装着者の角膜トポグラフィーの複製であり、かつ、装着者の角膜トポグラフィーに嵌合するように、レンズの背面を設計することが知られている。しかしながら、角膜の表面が人によって様々であり、かつ、この方法がレンズの背面のデザインを個人に合わせてカスタマイズする必要があるという理由から、この設計方法は不利である。さらに、この方法は、各々のレンズの複雑な背面のデザインおよび製造を必要とする。最後に、これらのレンズは、眼の上での完全な並進および回転の整合（perfect translational and rotational alignment）が有効であるように維持しなければならない。
【０００４】
別の既知のレンズ設計方法は、レンズのデザインを提供すること、眼の上でそのデザインを検査すること、検査に基づいてデザインを変更すること、および、デザインが最適化されるまで各々のこれらのステップを繰り返すこと、である。この方法は、費用がかかり、面倒である。
【０００５】
〔本発明および本発明の好ましい実施形態の説明〕
本発明は、コンタクトレンズを設計するための方法、および、これらの方法によって生産されるレンズ、を提供しており、これらの方法において、レンズのたわみが考慮に入れられる。本発明の方法のひとつの利点は、この方法が、レンズの背面のデザインの影響を受けておらず、したがって、複雑な背面のデザインを必要としない、ということである。追加的に、レンズのデザインは実質的に最適化されることができ、繰り返しの眼の上のデザイン検査‐再設計サイクル（iterative design-test on-eye-re-design cycles）の必要性を排除する。
【０００６】
ひとつの実施形態において、本発明は、以下のａ．）〜ｅ．）を含む、ａ．）〜ｅ．）から本質的に成る、およびａ．）〜ｅ．）から成る、コンタクトレンズを設計するための方法を提供する。ａ．）〜ｅ．）とは、ａ．）眼のモデルを選択するステップと、ｂ．）モデルの眼を使用して、眼の上のレンズの光学性能指標を選択するステップと、ｃ．）少なくとも第一の光学ゾーンを含む第一のデザインを有する第一のレンズを提供するステップと、ｄ．）第一のレンズの眼の上のたわみをシミュレートして、第一のレンズの眼の上の形状および性能測定を決定するステップと、ｅ．）ステップｂ．）において選択された性能指標を、ステップｄ．）の性能測定と比較して、指標の差異を決定するステップと、である。
【０００７】
本発明の方法の第一のステップにおいて、レンズおよび眼のシステム（lens-eye system）の所望の光学性能を決定するために、眼のモデルが選択される。眼のモデルは、例えば、母集団の平均または個人の眼の測定に基づいた眼のモデルなどといった、任意の好適な既知のモデルであってよい。本発明の方法で有用な眼のモデルは、角膜の前面のトポグラフィー描写、および、光学的分析に適した眼球の光学特性の表示、を含むことが必須である。眼のモデルは、限定するものではないが、解剖学的に基づいた形状、または、波面として表示される形状、を含む様々な形状であってよい。眼のモデルの形態とは関係なく、モデルは、性能指標と比較することができるように、画像平面中の画像または網膜の光学特性の計算が可能でなければならない。好適な眼のモデルの例には、限定するものではないが、Liou, HおよびN.A. Brennan著の、"Anatomically Accurate, Finite Model Eye for Optical Modeling", J. Opt, Soc. Am. A, 14(8), pp 1684-1695 (1997)にとりわけ開示されている、Liou- Brennanモデル、ならびに、Navarro, R., Santamaria J.およびJ. Bescos著の、"Accommodation -Dependent Model of the Human Eye With Aspherics", J. Opt, Soc. Am. A, 2(8), pp 1273-1281 (1985) にとりわけ開示されている、Navarroモデルを含む。
【０００８】
本発明の方法の第二のステップにおいて、光学性能指標が選択される。選択された指標は、モデルの眼の上にあるレンズを考察することによって所望される指標である。性能指標は、限定するものではないが、変調伝達関数（「ＭＴＦ」）カーブ、ビジュアルストレール（Visual Strehl）、および同類のものを含む任意の既知の指標であってよい。
【０００９】
本発明の第三のステップにおいて、第一のレンズデザインが提供される。第一のレンズデザインは、所望のレンズのひとつの表面の少なくとも光学ゾーンから構成される。より好ましくは、このデザインは、レンズの十分に拘束された形状から構成されており、このことはすなわち、レンズの形状が完全に描写され、かつ、全てのレンズの自由度が拘束されることを意味する。第一のデザインは、限定するものではないが、ＣＯＤＥ  Ｖ（商標）、ＺＥＭＡＸ（商標）、ＯＳＬＯ（商標）、および同類のものを含む、任意の数の商業的に利用可能な光学設計ソフトウェアを使用することによって、提供されることができる。レンズのデザインは、変調伝達関数（「ＭＴＦ」）、ビジュアルストレール（Visual Strehl）、および同類のものを使用して測定された、選択された所望の性能指標に基づいている。本発明のレンズは、前面および背面に組み込まれた任意の様々な補正光学特性を有することができる。例えば、レンズは、球面の補正、非球面の補正、二焦点の補正、多焦点の補正、プリズムの補正、または円筒形の補正のうちの任意の１または複数の補正を有することができる。
【００１０】
眼の上でラッピングされたレンズの理論上の変形が、次に、シミュレートされる。シミュレーションは、レンズおよび眼のシステムに存在する力（forces）を考慮に入れており、これらの力には、限定するものではないが、重力、涙液膜圧力、まぶたの圧力、まぶたの動き、角膜とレンズの背面との間の摩擦、機械的応力によるレンズ本体内の点の変位、および、レンズの乾燥によるレンズの歪み、を含む。追加的に、使用されるレンズ材料の特性は、シミュレーションへのインプットとして含まれることができ、含まれることが好ましい。より好ましくは、これらのインプットは、ヤング率、ポアソン比、応力・歪みカーブ、および、材料の密度、ならびに、眼の環境の特性（限定するものではないが、温度、ｐＨ、湿度、および同類のものを含む）の関数としてのこのようなインプットの変形物、を含む。当業者であれば理解されるであろうが、材料に対して選択されたインプットは、使用される材料によるであろう。
【００１１】
眼の上でのレンズの変形をモデル化することができる、商業的に利用可能なソフトウェアを使用して、レンズのラッピングがシミュレートされる。好適な商業的に利用可能なソフトウェアは、限定するものではないが、ＭＳＣ．ＭＡＲＣ（商標）、ＡＢＡＱＵＳ（商標）、および同類のもの、を含む。ユーザーが、一連のノードおよび要素を意味する有限要素メッシュ（Finite Element mesh）としてレンズを表示することができるように、かつ、ユーザーが、ロードケース（すなわち、レンズが眼の上にある時にレンズに加えられる生体内での力をモデル化する一連のロード）を、ノードおよび要素に負荷することができるように、ソフトウェアは好適でなければならない。レンズが安定した形状に到達するまで、典型的なレンズは、変形して眼の上にラッピングすることによってロードケースに応答するであろう。
【００１２】
いったん安定した形状が達成されると、レンズの前面および背面の変形された形状を描写するノードが抽出されて、使用される分析ソフトウェアにインポートされることができるフォーマットで、二次元シミュレーションのカーブに、または、三次元シミュレーションの表面に、適合する。当業者であれば理解されるであろうが、二次元シミュレーションまたは三次元シミュレーションの使用は、眼の形状およびレンズの形状によるであろう。例えば、トーリック・レンズなどの非回転対称レンズは、三次元モデルの使用を必要とする。カーブまたは表面を一連の点に適合させるための任意の好適な数値法、例えば、最小二乗適合法（a least square fitting method）を使用することができる。この目的に使用するための好適な商業的に利用可能なソフトウェアは、限定するものではないが、ＭＡＴＨＭＡＴＩＣＡ（商標）、ＭＡＴＬＡＢ（商標）、ＭＡＴＨＣＡＤ（商標）、および同類のもの、を含む。
【００１３】
所望の性能指標は、次に、シミュレートされた眼の上の性能と比較される。レンズの前面および背面のラッピングされた形状は、限定するものではないが、ＺＥＭＡＸ（商標）、ＯＳＬＯ（商標）、ＣＯＤＥ  Ｖ（商標）、および同類のものなどの好適な商業的に利用可能なソフトウェアの中にインポートされる。シミュレートされた眼の上の性能が、所望の指標を満たすかまたは超える場合には、レンズデザインは基準を満たす（acceptable）。所望の指標が満たされないかまたは超えられない場合には、第一のデザインが変更されて、選択された指標と第一のレンズデザインで得られた指標との間の差異を補正する第二のデザインを有する第二のレンズを提供し、方法の最後の二つのステップが繰り返される。この繰り返しは、基準を満たす設計結果が得られるまで、実行されることができる。当業者であれば理解されるであろうが、デザインの変更は、１つ以上の曲率半径、レンズの厚み、および、レンズ材料の特性のうちの１または複数の変更を含むことができる。代替的に、最適化ルーチンを使用して、設計を手動で繰り返すよりはむしろ、レンズデザインを自動的に最適化することができる。この例としては、遺伝的アルゴリズムを使用して、曲率半径および円錐定数などの複数の変数を同時に最適化することができる。好適な遺伝的アルゴリズムは、限定するものではないが、Colin R. ReevesおよびJonathan E. Roweの、"Genetic-Algorithms - Principles and Perspectives: A Guide to Ga Theory"（２００４年）を含む文献において、利用可能である。
【００１４】
本発明の方法によって設計されるレンズは、ソフトコンタクトレンズであり、ソフトコンタクトレンズを製造するのに従来使用されている任意の既知の材料および方法を使用して製造されることができる。本発明の方法を使用してソフトコンタクトレンズを形成するための好適で好ましい材料には、シリコーンエラストマー、限定するものではないが参照によりそれら全体が本明細書に組み込まれるものとする米国特許第５，３７１，１４７号、同第５，３１４，９６０号および同第５，０５７，５７８号に開示されるマクロマーを含むシリコーン含有マクロマー、ヒドロゲル、シリコーン含有ヒドロゲル、および同類のもの、ならびにそれらの組み合わせ、を含むが、それらに限定されない。より好ましくは、レンズ材料は、シロキサン官能基であって、ポリジメチルシロキサンマクロマー（polydimethyl siloxane macromers）、メタクリロキシプロピルポリアルキルシロキサン（methacryloxypropyl polyalkyl siloxanes）、およびそれらの混合物、を含むがそれらに限定されない、シロキサン官能基、および、シリコーンヒドロゲルまたはヒドロゲルであって、ヒドロキシ基、カルボキシル基、またはそれらの組み合わせを含むモノマーで作られた、シリコーンヒドロゲルまたはヒドロゲル、を含む。ソフトコンタクトレンズを製造するための材料は、良く知られており、商業的に使用可能である。好ましくは、材料は、アクアフィルコン（acquafilcon）、エタフィルコン（etafilcon）、ゲンフィルコン（genfilcon）、レネフィルコン（lenefilcon）、バラフィルコン（balafilcon）、ロトラフィルコン（lotrafilcon）、またはガリフィルコン（galyfilcon）である。
【００１５】
以下の非限定的な実施例の考慮によって、本発明はさらに明確にされるであろう。
【００１６】
〔実施例〕
実施例１
本発明の方法を使用して、エタフィルコンＡで作られる−３．００ジオプターの軸対称球面レンズを設計する。７．８４ｍｍ／−０．２６円錐表面である前部角膜表面を有する、解剖学的に基づくモデルの眼が選択される。選択された性能指標は、多色性のＭＴＦである。
【００１７】
公称の単焦点レンズは、空気中で設計される。レンズは、１．４の屈折率、８．３ｍｍのベースカーブ半径、０．０８４ｍｍの中央の厚み、および、８．８７ｍｍの球面前部半径を有する。レンズは、有限要素モデルの中にメッシュ状にされて（meshed into）、超弾性材料特性が、レンズ要素に加えられる。背面光学ゾーンを付勢して角膜に適合するようにさせるために、使用される境界条件は、レンズのベースカーブの背圧である。このシミュレーションにおいて、まぶたは広く開いていると仮定されており、このことは、まぶたがラッピングを干渉しないこと、ならびに、環境の変化に起因する膨潤作用および乾燥は無視されたこと、を意味する。レンズの前面に沿ったいくつかのノードの変位を記録すること、および、全てのノードの定位置からの変位が一定であるタイムステップを書き留めること、によって決定されるように、レンズが安定するまでずっと、ラッピングシミュレーションが実行される。
【００１８】
拡張奇数非球面カーブ（An extended odd asphere curve）は、最小二乗法を使用して、変形された前面および背面のノードに適合される。使用された拡張奇数非球面フォーマットは、
【数１】
2010506198.tif 000003
であり、
ここで、
ρは、正規化動径座標であり、
αiは、多項式定数であり、
Cvは、曲率であり、
Ccは、円錐定数である。
【００１９】
次に、ラッピングされたレンズおよび眼のシステムのために、多色性のＭＴＦカーブが生成された。図１Ａは、性能が基準を満たす中央にある公称レンズの性能のＭＴＦカーブのグラフである。図１Ｂは、性能が基準を満たさない中央にはない公称レンズの性能である。
【００２０】
デザインは変更されて、前面を、−０．１３の円錐定数を有する８．３５ｍｍの半径を備える円錐にした。有限要素分析、ラッピングシミュレーション、およびカーブの適合が繰り返された。中央にあるレンズの性能および中央にはないレンズの性能に対する多色性のＭＴＦカーブが、図２Ａおよび図２Ｂに示されており、それらの両方とも基準を満たす。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】レンズが中央にある、レンズおよび眼のシステムの多色性の（polychromatic）ＭＴＦグラフである。
【図１Ｂ】レンズが中央にはない、レンズおよび眼のシステムの多色性の（polychromatic）ＭＴＦグラフである。
【図２Ａ】レンズがラッピングのために最適化されている図１Ａのレンズおよび眼のシステムの多色性のＭＴＦグラフである。
【図２Ｂ】レンズがラッピングのために最適化されている図１Ｂのレンズおよび眼のシステムの多色性のＭＴＦグラフである。
【図１Ａ】
2010506198.tif 000004
【図１Ｂ】
2010506198.tif 000005
【図２Ａ】
2010506198.tif 000006
【図２Ｂ】
2010506198.tif 000007
【国際調査報告】
2010506198.tif 000008
2010506198.tif 000009
2010506198.tif 000010