ПРОЦЕСС УПРОЩЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЛИНЗ
PROCESS OF SIMPLIFYING LENS STRUCTURE

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к способу конструирования и изготовления линз, имеющих упрощенную форму поверхности, на основе линз с более сложными поверхностями. Изготовление контактных линз, имеющих две поверхности сложной формы, является комплексным и затратным процессом, требующим чрезвычайно точного соблюдения технологических допусков. Это особенно касается изготовления линз, имеющих поверхности, не являющиеся осесимметричными. Использование простых поверхностей, например, сферических и торических, обеспечивает снижение сложности конструирования и изготовления линз. Таким образом, целесообразно выполнить преобразование сложных поверхностей линзы в конструкцию линзы с аналогичными оптическими характеристиками, имеющую одну сложную поверхность и одну простую поверхность.
Как правило, топография поверхности роговицы у большинства людей не является сферической и обычно достаточно сложным образом изменяется по различным не поддающимся прогнозированию траекториям от центра роговицы к ее периферии. Конструкции линз, изготовленных с учетом этих особенностей, могут иметь сложную геометрическую форму как передней, так и задней поверхности. Например, роговица глаза с несколькими видами астигматизма или аберрациями высших порядков может потребовать конструкции линзы с нестандартной формой как передней, так и задней поверхностей линзы. Если линзы являются мягкими контактными линзами, то процесс их производства значительно усложняется. Это также приводит к увеличению степени непредсказуемости, поскольку сложная форма задней поверхности может изменить характеристики линзы, установленной на глазе, в сторону ухудшения оптического эффекта, который данная линза могла бы обеспечить в идеальном случае.
Такая сложность в еще большей степени касается конструирования современных линз и наряду с базовым измерением аметропии предусматривает учет топографии роговицы и волнового фронта глаза. С увеличением объема информации, которая используется в конструировании и изготовлении линз, повышается вероятность получения сложной конструкции, которая может обеспечить высокие результаты с точки зрения улучшения зрения, однако в то же время привести к значительному усложнению процесса изготовления линз. В связи с этим целесообразно разработать конструкции линз, которые имеют оптические характеристики, эквивалентные или близкие к характеристикам указанных сложных конструкций.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним аспектом изобретения предлагаемый способ изготовления линз включает использование конструкции линзы, содержащей две неосесимметричные сложные поверхности, и получение на ее основе более простой конструкции контактной линзы, имеющей аналогичные оптические характеристики. Конструкция линзы может предусматривать оптическую зону как на передней, так и на задней поверхности, которая является осесимметричной, при этом другая зона может представлять собой сложную поверхность, не являющуюся осесимметричной. Конструкция линзы может также предусматривать элементы стабилизации вращения линзы.
В соответствии с другим аспектом изобретения предлагаемый способ включает использование данных топографии роговицы, которые могут быть получены путем использования топографа роговицы или видеокератоскопа.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагаемый способ включает использование данных суммарной аберрации оптической системы глаза, которые могут быть получены посредством применения датчика волнового фронта. В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается система конструирования контактных линз, включающая в себя топограф роговицы, предназначенный для получения топографической информации роговицы глаза человека, устройство для использования топографической информации роговицы с целью получения конфигурации передней и задней поверхности контактной линзы и устройство для повторного определения линзы таким образом, чтобы по меньшей мере одна из поверхностей была простой поверхностью, а характеристики преломления передней и задней поверхностей исходной и повторно определенной линзы были аналогичными. В соответствии с еще одним дополнительным аспектом изобретения линзы изготавливают с использованием способов и систем, соответствующих принципам настоящего изобретения.
В соответствии с другим дополнительным аспектом настоящего изобретения конструкция контактных линз имеет осесимметричную форму задней поверхности и специально разработанную форму передней поверхности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлена структурная схема варианта осуществления способа в рамках настоящего изобретения.
На фиг.2 указано схематическое представление профиля линзы с двумя исходными сложными поверхностями.
На фиг.3 представлена графическая иллюстрация карт преломляющей способности линзы в воздухе и разности хода лучей (OPD) в качестве примера конструкции линзы с двумя сложными поверхностями, не являющимися осесимметричными.
На фиг.4 представлена схема линзы, полученной в результате применения способа в рамках настоящего изобретения и имеющей одну поверхность со сложным профилем и одну простую поверхность.
На фиг.5 представлена графическая иллюстрация карт преломляющей способности линзы в воздухе и разности хода лучей для примера конструкции линзы, имеющей осесимметричную поверхность.
На фиг.6 представлены значения разности OPD и осевой толщины линзы, использованные для преобразования осесимметричной передней поверхности линзы в неосесимметричную поверхность.
На фиг.7 представлены карты значения разности OPD после выполнения одной итерации применимого итерационного процесса.
На фиг.8 представлена преломляющая способность линзы в воздухе и значения разности хода лучей для конструкции линзы с одной сложной поверхностью, полученной в результате применения способа в рамках настоящего изобретения после выполнения второй итерации.
На фиг.9 представлена схема профилей поверхности линзы, содержащая одну сложную поверхность, которая получена в результате применения способа в рамках настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предусматривает преобразование конструкции линзы, имеющей сложную конфигурацию передней и задней поверхности, предназначенную для изменения характеристик преломления света с целью коррекции зрения, в конструкцию, имеющую только одну сложную конфигурацию передней или задней поверхности с аналогичными характеристиками преломления. В альтернативном варианте осуществления повторно определенная конструкция включает сложную конфигурацию передней и задней поверхности, но с более низким уровнем сложности по сравнению с первоначальной конструкцией.
Контактные линзы, конструкция которых может быть преобразована путем применения способа в рамках настоящего изобретения, представляют собой линзы, поверхность которых имеет сложную геометрическую форму. Линза, имеющая сложную конструкцию, представляет собой линзу, обычно используемую для коррекции аберраций высших порядков, которая не является двусторонней симметричной или осесимметричной. Простые конструкции линз представляют собой осесимметричные или двусторонние симметричные конструкции, например, со сферическими или торическими поверхностями. Сложными конструкциями, которые рассматриваются в настоящем примере, являются конструкции, которые получены известными способами изготовления линз, предназначенных для коррекции характеристик преломления, путем проведения анализа волнового фронта глаза и определения топографии роговицы в дополнение к базовому рецептурному анализу сферических и цилиндрических параметров рефракции. В предпочтительном варианте осуществления преобразуемые линзы с обеих сторон имеют сложные неосесимметричные поверхности, причем после применения процесса преобразования задняя поверхность является сферической или сфероцилиндрической. Указанные линзы (в настоящем описании обозначены «линза 1») имеют конфигурации, на основе которых конструируют новые линзы с одной или несколькими простыми поверхностями.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения процесс преобразования начинается с получения произвольных элевационных топографических данных роговицы глаза пациента. Указанные данные используют при создании конструкции линзы 1 на основе известных способов. Можно использовать любой из известных способов получения топографических данных, однако полученную топографическую информацию обычно преобразуют в форму, пригодную для применения при конструировании контактных линз под нужды пациента. Исходные топографические данные получают с использованием топографа роговицы, видеокератоскопа или подобного либо аналогичного устройства.
Данные элевационной топографии представлены в прямоугольной, полярной системе на основе концентрических окружностей или спиральной системе координат, обеспечивающей простое преобразование в координатную систему, с помощью которой поверхность линзы или формы для литья обрабатывают на станке с числовым программным управлением (ЧПУ) или в аналогичной производственной системе. Примерами таких систем являются линии непосредственной механической обработки заготовки полимера, обработки фрезерованием, лазерной абляции или обработки, литья под давлением с использованием вкладышей форм либо устройства пластического формования.
Первоначально данные элевационной топографии применяют к заготовке мягкой контактной линзы до ее изгибания. Кроме того, данные элевационной топографии могут использоваться для определения незначительных колебаний высоты задней поверхности, передней поверхности или определенной комбинации передней и задней поверхностей относительно эталонной поверхности. Затем выполняют преобразование данных с учетом изгиба (огибания глаза) мягкой линзы при установке линзы на глаз. Обычно кривизна задней поверхности мягких линз меньше, например, на 1-1,5 мм, чем кривизна передней поверхности роговицы глаза, на котором они устанавливаются. Таким образом, в процессе использования исходных топографических данных для разработки конфигурации поверхности мягкой контактной линзы или вкладыша формы для изготовления линзы учитывается влияние как элевационных параметров роговицы конкретного глаза, так и характеристик огибания глаза.
Затем элевационные данные с учетом изменений, обусловленных изгибом линзы, отображаются в координатной системе станка с ЧПУ для изготовления мягкой контактной линзы или формы для литья. Преимущество использования преобразованных данных заключается в изготовлении линзы или вкладыша формы с изменениями толщины в соответствии с данными координатной системы, которые могут соответствовать или не соответствовать осесимметричной конфигурации относительно центра линзы.
Если изготовленная мягкая линза надлежащим образом прилегает к роговице, то изменения высоты поверхности (ниже или выше референтной сферической поверхности роговицы) в значительной степени компенсируются. Таким образом, аберрации глаза и особенности поверхности роговицы компенсируются, и в результате этого устраняется оптическая аберрация, обусловленная особенностями топографии роговицы.
Несмотря на то, что топография роговицы глаза представляет собой значительный объем информации, требуемой для оптимальной подгонки мягких контактных линз и устранения аберраций глаза вследствие особенностей топографии роговицы, этих данных недостаточно для обеспечения полной оптимальной коррекции аберрации глаза. В частности, по результатам измерения топографии не могут быть определены асферичность, структура градиента показателя преломления и децентрация (несовпадение осей) хрусталика глаза.
Измерение волнового фронта глаза можно выполнить, например, с использованием выходных данных аберроскопа, работающего на основе скрещенных цилиндров, - устройства, измеряющего частотно-контрастную характеристику (ЧКХ) глаза по разбросу точек или линий, матрицы датчиков Шака-Хартмана или любого аналогичного устройства, обеспечивающего измерение, оценку, интерполяцию или расчет волнового фронта глаза.
Информация о волновом фронте глаза связана со всеми компонентами и параметрами оптической системы глаза, включая роговицу, хрусталик, длину оптической системы, угол наклона, децентрацию элементов глаза, асимметричные особенности и асферичность. Измерение волнового фронта глаза применяется также для разработки конструкции линзы 1 обычными способами. Несмотря на то что данные о суммарной аберрации волнового фронта глаза представляют собой большой объем информации, они не содержат информации, требуемой для обеспечения оптимальной подгонки контактной линзы.
Изменение высоты и угла наклона поверхности линзы, необходимой для полной коррекции аберрации волнового фронта глаза, могут быть реализованы только на задней поверхности, только на передней поверхности или на комбинации передней и задней поверхностей. Необходимые изменения высоты и угла наклона поверхности осуществляют с учетом изменений высоты, необходимых для подгонки линзы и компенсации особенностей топографии роговицы. Поскольку мягкая линза прилегает к поверхности роговицы, комбинированные изменения высоты, обусловленные топографией роговицы и аберрацией волнового фронта глаза, могут быть осуществлены только на задней поверхности, только на передней поверхности или в определенной комбинации передней и задней поверхностей. В рамках настоящего изобретения используется также информация, касающаяся рецептурных сферических и цилиндрических составляющих рефракции. Указанная информация охватывает сферические составляющие на дальнем расстоянии, оптическую силу и ось цилиндрической составляющей астигматизма на дальнем расстоянии и плюсовую оптическую силу на близком расстоянии, если необходимо. В одном из вариантов осуществления такую информацию получают с использованием известных субъективных способов определения рефракции. В альтернативном варианте осуществления сферические, цилиндрические и осевые составляющие определяют на основе анализа волнового фронта. Такой анализ может быть выполнен, например, путем преобразования данных волнового фронта, полученных по методу Шака-Хартмана, в коэффициенты полиномов Цернике и применения указанных коэффициентов для определения сферических, цилиндрических и осевых составляющих. Затем коэффициенты Цернике могут быть преобразованы в элевационные данные и использованы для определения конфигурации поверхности линзы.
На фиг.1 представлен вариант осуществления способа в рамках настоящего изобретения. В данном предпочтительном варианте осуществления топограф роговицы позволяет получить топографические данные, которые используются для определения конфигурации задней поверхности контактной линзы. Форму задней поверхности контактной линзы определяют с учетом ее соответствия поверхности роговицы глаза, на который устанавливается линза. Таким образом, после установки линзы задняя поверхность контактной линзы тесно взаимодействует с глазом. Такое взаимодействие, обусловленное топографическими особенностями, позволяет устранить значительную часть оптических аберраций роговицы. Кроме того, в данном варианте осуществления для измерения суммарной оптической аберрации глаза используется датчик волнового фронта. Оптические аберрации, обусловленные роговицей, которые компенсируются задней поверхностью линзы, вычитают из суммарной оптической аберрации, таким образом, получается значение остаточной оптической аберрации. Остаточная оптическая аберрация компенсируется соответствующей конструкцией передней поверхности контактной линзы. Переднюю поверхность контактной линзы также формируют с учетом компенсации оптических искажений первого порядка, в том числе сферических, цилиндрических, осевых и призматических. Данный процесс определяет конструкцию линзы 1.
После разработки конструкции линзы 1 определяют разность хода лучей (в настоящем документе обозначена «OPD1») (или выполняют аналогичные измерения, например, измерение волнового фронта). Наилучшим образом это можно выполнить путем трассировки лучей после прохождения эталонной сферы с определенными характеристиками. Для этой цели можно использовать программные средства, доступные на рынке, такие как Zemax (компания Zemax Development Corporation, Бельвью, штат Вашингтон, США) и CodeV (компания Optical Research Associates, Пасадена, штат Калифорния, США), однако специалисты в данной области техники могут также получить эту информацию, используя законы преломления и характеристик линз.
Была выбрана линза стандартной конструкции (в настоящем описании обозначена «линза 2»), имеющая простую поверхность, предпочтительно представляющую собой осесимметричную поверхность. В данной линзе изменения выполняют по меньшей мере на одной поверхности, при этом для определения необходимых оптических характеристик используется OPD1. Кроме того, предполагается, что стандартная линза имеет подходящую толщину по оси или центру. Линза 2 имеет начальное значение разности хода лучей (в настоящем описании обозначена «OPD2»). После трассировки лучей для линзы 2 выполняют итерационный процесс, в результате которого выполняют расчет разности значений OPD1 и OPD2 и делают вывод о том, находится ли разность в допустимых пределах, необходимых для проведения коррекции оптических характеристик линзы 2. Осевую толщину линзы 2 корректируют таким образом, чтобы поверхность линзы 2 не обязательно оставалась простой, причем элевационные характеристики изменяют для достижения параметров OPD1 по всей поверхности линзы. Этот процесс продолжается до приближения разности значений OPD (OPD2-OPD1) к нулю или, в любом случае, до достижения значения, меньшего 1/20 длины волны. Этот процесс приводит к изменению конфигурации линзы 2 таким образом, что при каждой последующей итерации оптические характеристики указанной линзы приближаются к характеристикам линзы 1 при сохранении по меньшей мере одной простой поверхности линзы.
На фиг.4 представлен профиль поверхности линзы, для получения которого была использована предварительно определенная конфигурация контактной линзы, имеющей осесимметричную поверхность с необходимыми характеристиками (в данном случае такая поверхность является простой). Для получения профиля была использована вторая стандартная поверхность, при этом указанные поверхности разделены желательной осевой толщиной контактной линзы. На данном этапе обе оптические поверхности могут быть симметричными, поскольку значения разности хода лучей рассчитывают и учитывают на последующих этапах, описанных ниже.
На фиг.2 представлено сравнение конструкции линзы, имеющей сложные переднюю и заднюю поверхности, с линзой, полученной в результате преобразования конструкции указанной линзы в линзу, в которой по меньшей мере одна поверхность является простой. В данном примере оптические зоны передней и задней поверхностей являются неосесимметричными. Множество меридианов накладываются друг на друга; также представлены отклонения кривизны как на передней (нижняя, выпуклая), так и на задней (верхняя, вогнутая) частях изображения на чертеже. На выступающей части передней поверхности асимметрия является большей, поскольку данная часть используется для стабилизации положения линзы. В связи с этим асимметрию на вогнутой части линзы заметить сложнее.
На фиг.3 представлен результат выполнения процесса трехмерной трассировки лучей, прошедших через контактную линзу, имеющую конструкцию 1, и указана разность хода лучей (OPD1). На чертеже показаны данные в условиях «линза в воздухе», а также представлены карты преломляющей способности и разности хода лучей (OPD) для исходной конструкции двух неосесимметричных сложных поверхностей, рассмотренных выше. Данные преломляющей способности, представленные в левой части чертежа, упрощают визуализацию изменения оптических характеристик в сравнении с эквивалентными данными разности хода лучей (OPD), указанными в правой части.
На фиг.5 представлено графическое отображение результатов трассировки лучей для конструкции линзы с заранее заданными характеристиками, представленной на фиг.4, до изменения стандартной поверхности линзы. Разность хода лучей представлена графически в виде данных OPD2 для «линзы в воздухе». На этом этапе линза является осесимметричной, однако после завершения итерационного процесса в конструкции будут учтены все корректировки в отношении оптических характеристик и аберраций. На фиг.6 представлено графическое отображение результатов модификации поверхности линзы на основе использования разности между OPD1 и OPD2 для расчета корректировки осевой толщины линзы, как указано выше.
На фиг.7 и 8 представлена графическая иллюстрация процесса изменения геометрии линзы по мере выполнения итераций до приближения разности значений OPD1 и OPD2 к нулю. На фиг.7 представлена разность значений OPD для измененной конструкции линзы с одной неосесимметричной поверхностью (измененная вторая линза) и исходной конструкции линзы с двумя неосесимметричными поверхностями (первая линза) после выполнения одной и двух итераций процесса коррекции. На фиг.8 представлены карты преломляющей способности и разности хода лучей для линзы 2 после выполнения двух итераций процесса коррекции в условиях «линза в воздухе». При сравнении карт преломляющей способности и разности хода лучей в условиях «линза в воздухе» для линзы 1 (фиг.2) видно, что они являются практически идентичными, и линза 2 имеет аналогичные оптические характеристики. На фиг.9 показана результирующая конструкция контактной линзы 2, имеющей осесимметричную заднюю поверхность и неосесимметричную переднюю поверхность. В данном случае передняя поверхность была изменена для соответствующего изменения оптических характеристик.
Предпочтительный вариант осуществления предусматривает преобразование конструкции линзы с двумя сложными поверхностями в конструкцию, имеющую сложную переднюю поверхность и простую заднюю поверхность. Применение данного процесса обеспечивает разработку конструкций передней и задней поверхностей линзы, преломляющей световой луч таким образом, чтобы получить простую в изготовлении линзу, которая будет осуществлять коррекцию зрения.
Линзы в рамках настоящего изобретения могут быть выполнены из любого материала, пригодного для изготовления жестких или мягких контактных линз. Примерами материалов, пригодных для изготовления мягких контактных линз, являются, помимо прочего, силиконовые эластомеры, макромеры, содержащие силикон, в том числе, помимо прочего, описанные в патентах США №№ 5371147, 5314960 и 5057578, которые полностью включены в настоящее описание путем ссылки, гидрогели, гидрогели, содержащие силикон, а также аналогичные материалы и их комбинации. Предпочтительным материалом является силоксан или материал, имеющий характеристики силоксана, в качестве которого используют, помимо прочего, макромеры полидиметилсилоксана, метакрилоксипропил-силоксаны и их смеси, силикон-гидрогель или гидрогель. Примеры материалов включают, помимо прочего, аквафилкон, этафилкон, генфилкон, ленефилкон, сенофилкон, балафилкон, лотрафилкон и галифилкон.
Для полимеризации материала линз могут применяться любые подходящие способы. Например, материал для изготовления линз может быть помещен в форму для литья и полимеризован с использованием термической, радиационной, химической, электромагнитной полимеризации и т.д., либо их сочетания. Предпочтительно изготовление выполняется с использованием ультрафиолетового излучения или полного спектра видимого излучения. Более конкретно, точные параметры условий полимеризации материала линзы зависят от выбранного материала и изготавливаемой линзы. Соответствующие целям настоящего изобретения процессы описаны в патентах США №№ 4495313, 4680336, 4889664, 5039459 и 5540410, которые включены в настоящее описание путем ссылки.
Формование контактных линз в рамках настоящего изобретения можно осуществлять любым соответствующим способом. Одним из таких способов является изготовление вкладыша в форму на токарном станке. Вкладыши формы, в свою очередь, используют для создания форм для литья. Затем соответствующий материал для изготовления линзы помещают в форму для литья, выполняют прессование и полимеризацию материала с целью изготовления линз в рамках настоящего изобретения. Для специалистов в данной области техники очевидно, что линзы в рамках настоящего изобретения можно изготавливать с использованием других известных способов.
После ознакомления с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения для специалистов в данной области техники станет очевидно, что описанные примеры представлены только для иллюстрации принципов настоящего изобретения. Для осуществления настоящего изобретения могут быть использованы другие приспособления, кроме того, в процесс могут быть внесены изменения, которые сохраняют сущность и объем изобретения, определенный в формуле изобретения ниже.