Офтальмологические линзы для коррекции аберрации и способы изготовления таких линз - RU2489745C2

Описание

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к офтальмологическим линзам. В частности, изобретение позволяет получать линзы, исправляющие оптические аберрации.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Применение контактных линз для коррекции искажений в результате рефракции хорошо известно. Традиционные контактные линзы обеспечивают коррекцию оптических аберраций низкого порядка, таких как нарушение фокусировки и астигматизм, но аберрации более высокого порядка при этом не исправляются. Недавно были также описаны контактные линзы для коррекции аберраций более высокого порядка. Как правило, аберрации глаза низкого и высокого порядка измеряются как отклонение от сферического волнового фронта в любой точке волнового фронта. Для исправления аберраций геометрия одной или нескольких поверхностей линз выполняется таким образом, чтобы компенсировать отклонения от сферического волнового фронта.

Некоторые люди страдают заболеваниями глаз, включающих, среди прочих, коническую роговица, неправильный астигматизм, дистрофию роговицы и травмы глаза, приводящие к более сильным аберрациям, чем те, что встречаются в среднем у населения. Кроме того, даже у людей без этих заболеваний глаз необходимая компенсационная геометрия может быть такой, что данные для описания всего диаметра оптической зоны могут отсутствовать. Помимо этого, одна или обе оптические зоны и края линзы могут иметь области чрезмерных вариаций толщины. В каждом из этих случаев вариации приводят к тому, что линза может оказаться сложной в изготовлении, а сами вариации сделают линзу неудобной для глаза.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЙ

Изобретение позволяет получать линзы для коррекции глазных аберраций волнового фронта низкого и высокого порядка, а также описывает способы разработки и изготовления линз, в которых практически полное отсутствие чрезмерных вариаций толщины линзы по краям оптической зоны является следствием экстраполяции аберраций от первоначального измеренного диаметра по данным об аберрации до желаемого диаметра оптической зоны. Линзы и способ, составляющие предмет настоящего изобретения, могут найти особое применение в изготовлении линз для людей с сильными аберрациями глаз.

В первом примере осуществления изобретения предложен способ разработки и виды офтальмологических линз, в основном состоящий из и включающий следующие этапы: a) получение данных об аберрациях волнового фронта для глаза человека с первым диаметром; b) экстраполяцию данных об аберрации на второй диаметр; и c) применение математического фильтра к каждому меридиану экстраполированных данных об аберрации для снижения чрезмерных вариаций толщины поверхности линзы. В другом осуществлении изобретения предлагается линза, разработанная в соответствии с данным способом.

В целях данного изобретения под "чрезмерной вариацией" подразумевается вариация между минимальной и максимальной толщиной по окружности оптической зоны по краю оптической зоны в 100 или более микрон. Край 20 оптической зоны представляет собой диаметр оптической зоны, непосредственно прилегающей к периферической зоне линзы или неоптической зоне, окружающей оптическую зону. Как правило, край оптической зоны имеет ширину от приблизительно 100 микрон до приблизительно 1 мм.

В целях данного изобретения толщина в любой заданной точке на линзе измеряется как расстояние между передней, то есть обращенной к объекту, поверхностью и задней, то есть обращенной к глазу, поверхностью линзы по направлению, перпендикулярному задней поверхности.

На первом этапе способа, составляющего предмет настоящего изобретения, измеряются аберрации волнового фронта у человека. Аппараты для выполнения измерений аберрации включают, среди прочих, датчики волнового фронта, аберроскопы, устройства для измерения оптической функции преобразования по точкам или линиям и любые аналогичные устройства, позволяющие измерять, оценивать, интерполировать или вычислять для глаза искажения и аберрации оптического волнового фронта. Подходящие измерительные устройства имеются в продаже и производятся, например, компанией Wavefront Sciences, Inc, Альбукерке, Нью-Мехико. Коррекция аберраций обеспечивается расчетом геометрии поверхности линзы, предоставляющей требуемую разность длины оптического пути, которая создает поправки к искажениям, возникающим из-за оптических аберраций.

Аберрации глаза высокого и низкого порядка, как правило, представляют собой те или иные отклонения от сферического волнового фронта в любой точке волнового фронта. Классическое описание этих аберраций представляет собой сферические аберрации, нарушение фокусировки, астигматизм, кому и искажение. Кроме того, аберрации можно описать и в математических терминах. К примерам таких способов описания относятся полиномы Цернике, функции подбора поверхности, включающие, среди прочих, полиномиальные ряды Тейлора и им подобные. Предпочтительно в данном изобретении используются полиномы Цернике. Из полиномов Цернике аберрации волнового фронта можно построить в декартовых или полярных координатах.

На втором этапе способа, составляющего предмет настоящего изобретения, данные об аберрациях экстраполируются на второй диаметр. В предпочтительном осуществлении изобретения данные экстраполируются на диаметр, практически равный диаметру оптической зоны контактной линзы, а более предпочтительно, чтобы экстраполяция проводилась с помощью полиномов Цернике. Таким образом, расчеты экстраполяции могут проводиться по диаметру, практически соответствующему диаметру оптической зоны поверхности линзы, который, как правило, равен приблизительно от 6,5 до приблизительно 9 мм, а предпочтительно - приблизительно 8 мм. Предпочтительно, чтобы расчеты выполнялись по диаметру, увеличенному по сравнению с диаметром оптической зоны, чтобы была возможность внести поправки между данными об аберрации для центра зрачка и данными для оптической зоны поверхности контактной линзы. Увеличение диаметра предпочтительно должно быть равно удвоенному расстоянию поправки. Например, если значение поправки смещения равно 0,35 мм, диаметр экстраполяции предпочтительно должен быть на 0,7 мм больше, чем диаметр оптической зоны. Более предпочтительно, чтобы увеличение составляло приблизительно от 0,3 до приблизительно 0,7 мм.

Одно из открытий настоящего изобретения состоит в том, что чрезмерные вариации толщины линзы могут быть результатом экстраполяции данных об аберрации волнового фронта на больший диаметр. Еще одно открытие изобретения заключается в том, что эти чрезмерные вариации можно снизить, применив математический фильтр для экстраполированной аберрации на каждом меридиане.

Подходящие фильтры способны фильтровать экстраполированные аберрации с получением сглаженных, непрерывных данных, сокращая чрезмерные вариации в экстраполируемой области и позволяя функциям поверхности аппроксимировать аберрации по всему экстраполируемому диаметру без существенных погрешностей в пределах первоначального диаметра данных об аберрации. Дополнительно, в случаях, когда вариации толщины после фильтрации все же остаются нежелательными, можно уменьшать диаметр оптической зоны, предпочтительно шагами по 0,2 мм, пока вариации толщины не станут приемлемыми.

В одном из вариантов осуществления используемый фильтр может иметь форму косинуса, такую как окно Хемминга, применяемое к разностям между амплитудой аберрации между последовательными точками каждого меридиана. В случае применения метода Хемминга изменение в аберрациях определяется по следующему уравнению:

где z обозначает амплитуду аберрации;

n обозначает первую точку меридиана; и

n-1 обозначает вторую точку меридиана.

Получающееся значение Δz затем умножается на окно Хемминга, что дает второе значение Δz. Окно Хемминга - это значение y, умноженное следующим образом:

причем:

xPoint - это расстояние от первоначального полудиаметра данных об аберрации до точки; xRange - расстояние между первоначальным полудиаметром данных об аберрации и полудиаметром конечной экстраполяции.

Все вторые значения Δz затем суммируются по меридиану, что дает данные об аберрации в области экстраполяции. Предпочтительно заполнить каждый меридиан вплоть до экстраполируемого полудиаметра и сохранять измерение на 200 микронах или меньше.

К примерам других функций, которые могут использоваться для фильтрации, относятся:

Еще один пример:

И еще один пример:

А также еще один пример:

Предпочтительным фильтром является окно Хемминга, потому что оно дает меньше ошибок подгонки после экстраполяции, чем другие фильтры. Специалистам в данной области понятно, что и другие вырезающие функции обработки сигнала, обычно используемые для выполнения быстрого преобразования Фурье, также могут применяться.

Фильтрованные данные можно преобразовать в сетку прямоугольного, концентрического полярного или спирального формата в соответствии с механизмом, с помощью которого можно обработать поверхность линзы или форму для ее изготовления на токарном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), методом прямой обработки полимерной заготовки, фрезерной обработки, лазерной абляции, изготовления литьем под давлением или другим подобным способом или сочетанием способов. Требуемые изменения в подъеме поверхности линзы или наклоне с целью обеспечения коррекции аберраций могут встраиваться в переднюю поверхность линзы, ее заднюю поверхность или распределяться между передней и задней поверхностями. В предпочтительных вариантах осуществления задняя поверхность должна повторять топографию роговицы человека.

Для линз, имеющих обратный топографический рисунок неровностей роговицы человека, топографию роговицы можно определить любым известным способом, включая, среди прочих, способ с использованием топографа роговицы. Затем данные можно перенести на сетку станка ЧПУ и использовать в изготовлении линзы или ее формы.

Контактные линзы, используемые в настоящем изобретении, могут быть как жесткими, так и мягкими. Предпочтительно использовать мягкие контактные линзы, изготовленные из любого допустимого материала. Линзы, используемые в настоящем изобретении, могут иметь самые разные коррекционные оптические характеристики на поверхностях в дополнение к коррекции аберрации, а также дальнюю и ближнюю оптическую силу, например, цилиндрическую силу.

Контактные линзы, составляющие предмет настоящего изобретения, могут изготавливаться любым из общепринятых способов. Например, образуемые в них кольцевые зоны могут изготавливаться способом алмазной обточки с переменными радиусами. Зоны могут изготавливаться способом алмазной обточки в формах, используемых для изготовления линз, составляющих предмет настоящего изобретения. Далее подходящая жидкая смола помещается между формами и сжимается, а после затвердевания получается линза, составляющая предмет настоящего изобретения. Иначе зоны можно изготавливать способом алмазной обточки в заготовки линз.

Реферат

Изобретение относится к области офтальмологии и направлено на создание контактных линз, которые могут использоваться для коррекции глазных аберраций волнового фронта высокого и низкого порядка и в которых чрезмерные вариации толщины линзы сводятся к минимуму, что обеспечивается за счет того, что способ формирования офтальмологической линзы согласно изобретению включает получение первоначальных данных об аберрации волнового фронта для глаза человека с первым диаметром, экстраполяцию данных об аберрации на второй диаметр и применение математического фильтра к каждому меридиану экстраполированных данных об аберрации для снижения превышающих вариаций толщины поверхности линзы. При этом второй диаметр, по существу, соответствует диаметру оптической зоны контактной линзы или превышает его, а фильтр выбран из группы, состоящей из окна Хемминга, окна Ханнинга, окна Парзена, окна Блэкмана и окна Уэлча. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

Формула

5. Способ по п.1, где этап с) проводится посредством
(i) определения изменения в первоначальных данных об аберрации в соответствии со следующим уравнением:
Δz=z_n-z_n-1,
где z обозначает амплитуду аберрации;
n обозначает первую точку меридиана; и
n-1 обозначает вторую точку меридиана;
(ii) умножения полученного значения Дz на окно Хемминга:

причем:
xPoint - расстояние от полудиаметра первоначальных данных об аберрации до точки; a xRange - расстояние между полудиаметром первоначальных данных об аберрации и полудиаметром конечной экстраполяции; и
(iii) суммирования вторых значений Δz по меридиану.

6. Способ по п.2, где этап с) проводится посредством
(i) определения изменения в первоначальных данных об аберрации в соответствии со следующим уравнением:
Δz=z_n-z_n-1,
где z обозначает амплитуду аберрации;
n обозначает первую точку меридиана; и
n-1 обозначает вторую точку меридиана;
(ii) умножения полученного значения Дz на окно Хемминга:

причем:
xPoint - расстояние от полудиаметра первоначальных данных об аберрации до точки; a xRange расстояние между полудиаметром первоначальных данных об аберрации и полудиаметром конечной экстраполяции; и
(iii) суммирования вторых значений Δz по меридиану.