具有受控的光焦度分布的复曲面接触透镜

摘要

本发明涉及一种具有受控的光焦度分布的复曲面接触透镜。另外，本发明提供一组复曲面接触透镜，其中每一个具有一组不同的目标柱面光焦度和一组不同的目标球面光焦度，且每一个都具有球面像差分布，其中：(1)透镜的光焦度偏差基本不变；(2)离光轴3mm处的光焦度偏差在约-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间；(3)离光轴3mm处的光焦度偏差比离光轴2mm处的光焦度偏差小约0.2屈光度至约1.0屈光度；或者(4)存在由四阶、六阶、八阶Zernike球面像差型项中的任何一个或其组合描述的球面像差分量，其中该球面像差分量在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间的值。

权利要求

1.一种复曲面接触透镜，其包括：光轴、具有第一光学区的前表面和具有第二光学区的与所述前表面相对的后表面，其中第一光学区或第二光学区之一为超环面，而另一区为非超环面，所述非超环面是球面表面或者非球面表面，其中所述超环面和非超环面结合提供目标柱面光焦度和目标球面光焦度，其中所述第一和第二光学区中的至少一个具有非球面表面，所述第一和第二光学区中的至少一个的表面被设计成与另一光学区的表面结合提供受控的光焦度分布，所述受控的光焦度分布关于光轴旋转对称或者结合有球面像差分量，其中所述球面像差分量由四阶、六阶、八阶查涅克球面像差型项中的任何一个来描述且在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至-1.5屈光度之间的球面像差值。

2.如权利要求1所述的复曲面接触透镜，其中所述受控的光焦度分布关于光轴旋转对称。

3.如权利要求1所述的复曲面接触透镜，其中所述受控的光焦度分布结合有球面像差分量，其中所述球面像差分量由四阶、六阶、八阶查涅克球面像差型项中的任何一个来描述且具有在-0.5屈光度至-1.5屈光度之间的球面像差值。

4.如权利要求1所述的复曲面接触透镜，其中所述透镜在离光轴3mm处具有在-0.8屈光度至-1.1屈光度之间的光焦度偏差。

5.如权利要求1所述的复曲面接触透镜，其中通过在Y-Z平面上定义曲面且随后绕与Y轴平行且相距r的轴线旋转该曲面来形成所述超环面，其中Z轴沿法向方向穿过该曲面的顶点，其中距离r的值基于目标柱面光焦度来选择，其中该曲面由任意数学函数进行定义以提供目标球面光焦度。

6.如权利要求5所述的复曲面接触透镜，其中所述曲面由公式1或2定义：

$z=\frac{c{y}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}}---\left(1\right)$$z=\frac{c{y}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}}+{\alpha }_1{y}^2+{\alpha }_2{y}^4+{\alpha }_3{y}^6+{\alpha }_4{y}^8+{\alpha }_5{y}^{10}+{\alpha }_6{y}^{12}+{\alpha }_7{y}^{14}---\left(2\right)$其中：c是曲率(半径的倒数)，k是锥体常数且α1-α7为系数，距离r的值被选择成使接触透镜获得所需要的柱面光焦度以用于校正眼睛的散光误差。

7.如权利要求1所述的复曲面接触透镜，其中所述超环面由公式3定义：

$z=\frac{c_x{x}^2+c_y{y}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_x)c_x^2{x}^2-(1+k_y)c_y^2{y}^2}}---\left(3\right)$其中：cx和cy是x和y子午线上的曲率，kx和ky是锥体常数，且Z轴穿过该表面的顶点。

8.如权利要求1所述的复曲面接触透镜，其中接触透镜的光轴与穿过前、后表面的几何中心的中心轴线重合。

9.如权利要求1所述的复曲面接触透镜，其中所述光轴与眼睛的视线(LOS)重合。

10.如权利要求1所述的复曲面接触透镜，其中所述非超环面包括其直径在2.0mm至3.5mm之间的中心圆形区和包围该中心圆形区的环形区，其中该中心圆形区和环形区与光轴同心，其中该超环面和非超环面结合起来提供用于校正散光视觉误差的目标柱面光焦度和用于补偿老花的多焦球面光焦度。

11.如权利要求10所述的复曲面接触透镜，其中该中心圆形区是光焦度渐进递增区，其用于近距视力校正，其中包围该中心圆形区的环形区是远视区。

12.如权利要求10所述的复曲面接触透镜，其中该中心圆形区是光焦度渐进递增区，其用于中间视力校正，其中包围该中心圆形区的环形区是远视区。

13.一组复曲面接触透镜，其中每一个都具有目标柱面光焦度和在-15屈光度至10屈光度之间的目标球面光焦度，其中该组中的每个接触透镜都包括光轴、具有第一光学区的前表面、和具有第二光学区的与所述前表面相对的后表面，其中所述第一和第二光学区之一是超环面，而另一光学区是非超环面的球面或非球面表面，其中所述第一和第二光学区中的至少一个的表面被设计成与另一光学区的表面结合提供受控的光焦度分布，其中：(1)透镜的光焦度偏差不变；(2)离光轴3mm处的光焦度偏差在-0.5屈光度至-1.5屈光度之间；(3)离光轴3mm处的光焦度偏差比离光轴2mm处的光焦度偏差小0.2屈光度至1.0屈光度；或者(4)存在由四阶、六阶、八阶查涅克球面像差型项中的任何一个或其组合描述的球面像差分量，其中该球面像差分量在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至-1.5屈光度之间的值。

14.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中该组中的每个透镜都没有光焦度偏差。

15.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中该组中的每个透镜在离光轴3mm处都具有在-0.5屈光度至-1.5屈光度之间的光焦度偏差。

16.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中对于每个透镜，离光轴3mm处的光焦度偏差都比离光轴2mm处的光焦度偏差小0.2屈光度至1.0屈光度。

17.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中所述受控的光焦度分布结合有球面像差分量，所述球面像差分量由四阶、六阶、八阶查涅克球面像差型项中的任何一个或其组合来描述，其中所述球面像差分量在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至-1.5屈光度之间的值。

18.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中该组中的每个透镜的光焦度偏差分布都是旋转对称的，其中其目标球面光焦度在0至15屈光度之间的各透镜都没有光焦度偏差；其目标球面光焦度在-1.0屈光度至-6.0屈光度之间的各透镜具有与具有相同目标球面光焦度的球面透镜的光焦度偏差分布相仿的光焦度偏差分布；且其目标球面光焦度在-6.0屈光度至-15.0屈光度之间的各透镜具有受控的光焦度分布，其中离光轴3mm处的光焦度偏差比离光轴2mm处的光焦度偏差小0.2屈光度至1.0屈光度。

19.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中该组中的所有透镜都具有一个相同的光焦度偏差分布，其中离光轴3mm处的光焦度偏差在-0.5屈光度至-1.5屈光度之间。

20.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中该组中的所有透镜都具有相同的光焦度偏差分布，其中离光轴3mm处的光焦度偏差比离光轴2mm处的光焦度偏差小0.2屈光度至1.0屈光度。

21.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中该组中的所有透镜都具有相同的球面像差分量，其在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至-1.5屈光度之间的球面像差值。

22.如权利要求21所述的一组复曲面接触透镜，其中该组中的所有透镜都具有相同的球面像差分量，其在离光轴3mm处具有在-0.8屈光度至-1.1屈光度之间的球面像差值。

23.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中该组中的所有透镜都具有相同的球面像差分量，其中离光轴3mm处的球面像差值比离光轴2mm处的球面像差值小0.2屈光度至1.0屈光度。

24.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中所述非超环面包括其直径在2.0mm至3.5mm之间的中心圆形区和包围该中心圆形区的环形区，其中该中心圆形区和环形区与光轴同心，其中所述非超环面和超环面结合提供用于校正散光视觉误差的目标柱面光焦度和用于补偿老花的多焦球面光焦度。

25.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中通过在Y-Z平面上定义曲面且随后绕与Y轴平行且相距r的轴线旋转该曲面来形成所述超环面，其中Z轴沿法向方向穿过该曲面的顶点，其中距离r的值基于目标柱面光焦度来选择，其中该曲面由任意数学函数进行定义以提供目标球面光焦度。

26.如权利要求25所述的一组复曲面接触透镜，其中所述曲面由公式1或2定义：

$z=\frac{c{y}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}}---\left(1\right)$$z=\frac{c{y}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}}+{\alpha }_1{y}^2+{\alpha }_2{y}^4+{\alpha }_3{y}^6+{\alpha }_4{y}^8+{\alpha }_5{y}^{10}+{\alpha }_6{y}^{12}+{\alpha }_7{y}^{14}---\left(2\right)$其中：c是曲率(半径的倒数)，k是锥体常数且α1-α7为系数，距离r的值被选择成使接触透镜获得所需要的柱面光焦度以用于校正眼睛的散光误差。

27.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中所述超环面由公式3定义：

$z=\frac{c_x{x}^2+c_y{y}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_x)c_x^2{x}^2-(1+k_y)c_y^2{y}^2}}---\left(3\right)$其中：cx和cy是x和y子午线上的曲率，kx和ky是锥体常数，且Z轴穿过该表面的顶点。

28.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中所述接触透镜的光轴是穿过前、后表面的几何中心的中心轴线。

29.如权利要求13所述的一组复曲面接触透镜，其中光轴与眼睛的视线(LOS)重合。

说明书

技术领域

本发明涉及接触透镜。具体地，本发明涉及一种复曲面接触透镜，其具有用于校正散光视觉误差的柱面光学表面(或光焦度)和提供改善的视觉校正的受控的光焦度分布。

背景技术

接触透镜广泛用于校正多种不同类型的视觉缺陷。这些缺陷包括诸如近视和远视这样的缺陷、散光视觉误差、以及通常与年龄有关的近距离视觉缺陷(老花)。
散光是眼睛中的与光焦度子午线(meridians)有关的折射误差。这通常是由具有超环面形状的一个或多个折射面(最常见地，前角膜)造成的。它也可能是由横向偏移或者倾斜的一个或多个表面造成的。散光通常是规则的，这意味着主(最大和最小光焦度)子午线相互垂直。带有散光的人们在任何距离上的视觉都是模糊的，虽然这可能因散光类型的不同而在远处或者近处最严重。这些人会抱怨与费力的目视工作有关的眼痛和头痛。散光可用复曲面接触透镜来校正，所述复曲面接触透镜通常具有一个球面表面和一个超环(柱面)表面，其可以形成在复曲面透镜的后表面(后方表面)或前表面(前方表面)上。由于散光需要的视觉校正通常与其它折射异常(诸如近视或远视)相关，因此复曲面接触透镜一般还开具有用于校正近视散光或远视散光的球面光焦度校正。
传统的具有一个超环面和一个球面表面的复曲面接触透镜通常将具有不受控制的光焦度分布。复曲面透镜的某一位置上的光焦度不仅取决于到光轴(或者透镜中心)的距离，而且还取决于相对于复曲面透镜的主子午线的角位置。另外，复曲面透镜的光焦度分布与其目标光焦度(即Rx)有关。根据透镜的球面光焦度和柱面光焦度，复曲面透镜的光焦度可由单纯正的光焦度偏差(即远离透镜中心的位置上的光焦度大于透镜中心上的光焦度)、单纯负的光焦度偏差(即远离透镜中心的位置上的光焦度小于透镜中心上的光焦度)、或它们的组合组成。在这种不受控制的光焦度分布下，复曲面透镜不能为患者、尤其是瞳孔较大的患者提供最佳视觉。
此外，球面像差是眼睛的内在高阶像差分量。球面像差一般是绕光轴旋转对称的像差。由于角膜和晶状体的光学特性，典型的成年人眼睛内在表现出球面像差(正的球面像差)量随瞳孔直径放大而增加。通常，成年人的球面像差在瞳孔直径为6mm时约为1屈光度，而该球面像差在瞳孔为8mm时略小于2屈光度。具有单纯正的光焦度偏差的复曲面透镜不会抵消而是加重眼睛的内在球面像差，且同样地不能向瞳孔相对较大或处于黑暗状态下(即具有放大的瞳孔)的患者提供良好的视觉。
因此，有利的是复曲面透镜被设计成具有受控的光焦度分布，其优选能够抵消典型人眼的内在球面像差，以便向患者提供改善的视觉。
本发明的目的是提供一种具有受控的光焦度分布的复曲面接触透镜。
本发明的另一目标是提供一种用于制造具有受控的光焦度分布的复曲面接触透镜的方法。
本发明的进一步目标是提供一组接触透镜，其具有一组不同的柱面光焦度和一组不同的球面光焦度。所述组中的各个透镜均具有受控的光焦度分布。

发明内容

为实现上述目标，根据本发明的一个方面提供了一种具有受控的光焦度分布的复曲面接触透镜。本发明的复曲面接触透镜具有光轴、具有第一光学区的前表面、和具有第二光学区的相对的后表面。第一光学区和第二光学区结合提供目标柱面光焦度和目标球面光焦度。第一和第二光学区中的至少一个具有非球面表面，其被设计成与另一光学区的表面一同提供受控的光焦度分布，所述光焦度分布关于光轴基本旋转对称或者结合有球面像差分量，其中所述球面像差分量由四阶、六阶、八阶Zernike球面像差项中的任何一个来描述，且在离光轴3mm处具有-0.5屈光度至约-1.5屈光度的值。
本发明在另一方面提供了一组复曲面接触透镜，其具有一组不同的目标柱面光焦度和一组不同的目标球面光焦度，其中该组中的每一个接触透镜都具有光轴、具有第一光学区的前表面、和具有第二光学区的相对的后表面，其中第一和第二光学区之一为超环面，而另一光学区则为非超环面的球面或非球面表面，其中第一和第二光学区中的至少一个的表面被设计成与另一光学区的表面一同提供受控的光焦度分布，其中：(1)透镜的光焦度偏差基本不变；(2)离光轴3mm处的光焦度偏差在约-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间；(3)离光轴3mm处的光焦度偏差比离光轴2mm处的光焦度偏差小约0.2屈光度至约1.0屈光度；或者(4)存在由四阶、六阶、八阶Zernike球面像差项或其组合描述的球面像差分量，其中该球面像差分量在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间的值。
在其它方面，本发明提供了一种用于制造本发明的复曲面接触透镜或者本发明的一组复曲面接触透镜的方法。
本发明的这些和其它方面将通过下述参照附图对优选实施例的描述变得清晰。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以对本发明进行各种改变和改进，而不会脱离所公开的新的构思的精神和范围。

具体实施方式

现在将详细描述本发明实施例。本领域技术人员显然能够在本发明中进行各种改进和改变而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为某一实施例的一部分示出或者描述的特征可被用在另一实施例上以进一步形成另一实施例。因此，本发明旨在覆盖在所附权利要求及其等同物范围之内的那些改进和改变。本发明的其它目标、特征和方面在以下详细描述中公开或者通过其变得显而易见。本领域技术人员应理解：目前的讨论只是对示例性实施例的描述，而不希望是对本发明的更广义方面的限制。
除非另外定义，文中使用的所有技术和科技术语具有本发明所属领域技术人员所公知的相同含义。通常，文中使用的术语和制造过程在本领域公知且被普遍使用。对于这些制造过程均采用常规方法，例如本领域常规方法及各种常规手段。当术语以单数示出时，本发明人也考虑到术语的复数情况。文中使用的术语和下面所描述的制造过程在本领域公知且被普遍使用。
当用于本文中时，“非球面表面”旨在描述非球面的表面。
“球面接触透镜”旨在描述具有其两个相对的表面均为球面(即，每一个都可以由球面数学函数定义)的光学区的接触透镜。
光轴是通过接触透镜的光学区的两相对表面的两中心的假想的线。
正如本领域技术人员公知的那样，视线(LOS)是连接固定点和入射瞳孔中心以及连接出射瞳孔中心和视网膜中心凹的假想线。LOS已被美国光学协会资助的特别工作组推荐用作用于测量和报告眼睛光学像差的参考轴(Applegate，et al.in Vision Science and Its Applications，OSA TechnicalDigest(Optical Society of America，Washington D.C.)，2000：146-149，其全文在此引用作为参考)。通常，LOS用关于瞳孔轴测得的角度κ来指示。瞳孔轴是垂直于角膜且穿过入射瞳孔中心的轴线。
关于接触透镜的“目标球面光焦度”是指由眼保健从业者开具以提供负的或正的球面光焦度校正的光焦度。通常，目标球面光焦度对应接触透镜的光学区中心上的光焦度。
关于接触透镜的“目标柱面光焦度”是指由眼保健从业者开具以校正患者的散光视觉误差的光焦度。
当用于本文中时，关于透镜的“球面像差”是指透镜的光焦度随着离光轴的距离(半径或者直径)而变化，偏离理想光焦度(即光学区中心上的光焦度)。负的球面像差旨在描述透镜在偏离其光学区中心的位置上的光焦度比透镜在光学区中心上的光焦度小(或者更加负)。正的球面像差旨在描述透镜在偏离其光学区中心的位置上的光焦度比透镜在该中心上的光焦度大(或者正的更多)。
关于复曲面接触透镜的“球面像差分量”旨在描述复曲面透镜的波前像差的分量可由Zernike多项式中的球面像差型Zernike项定义。
Zernike多项式是在单位圆上正交的一组函数。它们可用于描述有像差的波前的形状。对于这些多项式，存在几种不同的标准化和编号方案。通常以极坐标(ρ，θ)定义Zernike多项式，其中ρ是范围在0到1之间的径向坐标，θ是范围在0到2π之间的方位角分量。Zernike多项式中的每一个都包括三个分量：标准化因子，径向相关分量和方位角相关分量。径向分量是多项式，然而方位角分量是正弦曲线。双索引方案可用于清楚地描述这些函数，其中索引n描述径向多项式的最高次幂或阶，索引m描述方位角分量的角频率。
由于Zernike多项式是正交的，因此像差可分离且能够如下所述那样进行处理。第一阶Zernike模是线性项。第二阶Zernike模是二次方项，其对应光焦度和散光。第三阶Zernike模是三次方项，其对应彗差和三叶草样散光。第四阶Zernike模对应球面像差、二次散光和四叶草样散光。第五阶Zernike模是更高阶的不规则像差。瞳孔内的波前上的局部不规则性由这些更高阶的Zernike表示。
提出的OSA标准(美国光学协会)的至6阶的Zernike多项式表格如下所示(更多有关Zernike多项式的信息见http://color.eri.harvard.edu/standardiztion/standards_TOPS4.pdf)。

“球面像差型项”是指提出的OSA标准(美国光学协会)Zernike多项式中的Z40、Z60、Z80、Z100中的任一项或者这些Zernike项的组合。
球面像差分量的分离可通过用能够将波前分解成Zernike基组的焦度计系统在整个光焦度范围上对透镜进行测量来完成。这些装置的实例是来自Wavefront Sciences的基于Shack-Hartmann的系统和来自Rotlex的基于横向剪切干涉测量的系统。这些系统能够以与眼用波前传感器类似的方式输出波前的光焦度分布。用于测量眼睛的主观式屈光的综合屈光检查仪对这些轴对称项求平均，但是能够通过使用柱面透镜分离散光分量。类似地，诸如Marco这样的焦度计对波前的轴对称项求平均，但是能够分离复曲面分量。
“光焦度偏差”是指给定透镜位置(ρ，θ)上的光焦度与透镜光轴所通过的光心(0，0)上的光焦度之差，即Δp＝px-p0，其中Δp是相对于光心的在透镜位置(ρ，θ)上的光焦度偏差，pρ，θ是透镜位置(ρ，θ)上的光焦度，而p0，0是光心上的光焦
关于接触透镜的“基本不变的光焦度分布”旨在描述其中在6mm直径光学区内的(偏离光学区中心的)任意位置上的光焦度偏差在约-0.1屈光度至约0.1屈光度之间的光焦度分布。
“光学模型透镜”是指在计算机系统中设计的且通常不包含其它非光学系统的眼用透镜，所述非光学系统是接触透镜的一部分。
“斜面”是指位于接触透镜的后表面的边缘处的非光学表面区。一般而言，斜面是相当平坦的曲面，且通常与接触透镜的基曲(光学后表面)混合，并且看起来象边缘附近的朝上的锥形。这样防止更为陡峭的基曲半径夹住眼睛，且允许边缘稍微抬起。该边缘抬起对于眼泪正确流过角膜是重要的，并且使得透镜佩戴起来感觉更为舒适。
“透镜体”是指位于光学区与边缘之间的接触透镜的前表面的非光学表面区。透镜体的主要功能是控制透镜边缘的厚度。
在一个方面，本发明提供了一种具有受控的光焦度分布的复曲面接触透镜。本发明的复曲面接触透镜具有：光轴；前表面，其具有第一光学区；以及相对的后表面，其具有第二光学区。第一光学区和第二光学区结合起来提供目标柱面光焦度和目标球面光焦度。第一和第二光学区中的至少一个具有非球面表面，其被设计成与另一光学区的表面一同提供受控的光焦度分布，所述分布关于光轴基本旋转对称或者结合有球面像差分量，其中该球面像差分量由四阶、六阶、八阶Zernike球面像差型项中的任何一个来描述，并且在离光轴3mm的地方具有-0.5屈光度至约-1.5屈光度的值。根据本发明，关于复曲面接触透镜的术语“基本旋转对称”旨在描述：在透镜的光学区内，在关于光轴的给定半径上的光焦度基本不变，即在离光轴3mm处测得的光焦度上的最大差异小于0.05屈光度。
根据本发明，第一光学区或第二光学区之一是超环面，且另一光学区是球面表面、或优选为非球面表面。
通过在Y-Z平面上定义曲面(其中Z轴沿法向方向穿过曲面顶点)、且随后绕与Y轴平行且相距r的轴线旋转该曲面来形成该超环面。距离r的值基于用来校正佩戴者的散光的接触透镜的所需柱面光焦度进行选择。该曲面可用任何一种数学函数来定义，优选用锥函数(公式1)或者多项式函数(公式2)来定义。
$z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}}---\left(1\right)$
$z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}}+{\alpha }_1{y}^2+{\alpha }_2{y}^4+{\alpha }_3{y}^6+{\alpha }_4{y}^8+{\alpha }_5{y}^{10}+{\alpha }_6{y}^{12}+{\alpha }_7{y}^{14}---\left(2\right)$
其中：c是曲率(半径的倒数)，k是锥体常数，以及α1-α7为系数。距离r的值可被选择成使接触透镜获得所需要的柱面光焦度以用于校正眼睛散光误差。
超环面还可以是由公式3定义的双锥形表面：
$z=\frac{c_x{x}^2+c_y{y}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_x)c_x^2{x}^2-(1+k_y)c_y^2{y}^2}}---\left(3\right)$
其中：cx和cy是x和y子午线上的曲率，kx和ky是锥体常数，且Z轴穿过该表面的顶点。
根据本发明，该非超环面的非球面表面优选通过绕Z轴旋转公式1或2的曲面来定义。
根据本发明，接触透镜的光轴可以是穿过前、后表面的几何中心的中心轴线。
在优选实施例中，光轴与眼睛的视线(LOS)基本重合。人们认为对于更高级的像差，使折射校正与整个眼睛视线而不是透镜中心对准更为重要。
根据本发明，眼睛的视线可以是个体的眼睛的测量数据，或者优选是从统计上代表人群中的个体的眼睛的视线的特征数据。
任何合适的方法均可被用来获得眼睛的视线。例如，人们可以通过固定在初始的注视的眼睛的波前数据和角膜地形图获取眼睛的LOS。
由于视网膜中心凹的偏心(通常是暂时和较低的)和眼睛的像差，眼睛的视线通常不与眼睛的几何或机械轴线对齐。在这种情况下，接触透镜将不会给传至佩戴者眼睛的图像提供最佳的视觉调整。
在优选实施例中，离光轴3mm处的透镜光焦度偏差在约-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间、优选在约-0.8屈光度至-约1.1屈光度之间。某一位置上的透镜光焦度偏差旨在描述光轴通过点与该位置之间的光焦度差(P0-Pi)。
在另一优选实施例中，透镜的受控的光焦度分布包括用提出的OSA标准(美国光学协会)Zernike多项式中的Z40、Z60、Z80、Z100中的任一项或者这些Zernike项的组合描述的球面像差分量，其中该球面像差分量在离光轴3mm处的值在-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间、优选在约-0.8屈光度至约-1.1屈光度之间。优选用Z40描述该球面像差分量。在只作计算时，Z(4，0)项的均方根值在约-0.034μm(对应-0.2D的球面像差值)至约-0.168μm(对应-1.0D的球面像差值)之间。
在另一优选实施例中，本发明的复曲面接触透镜是多焦点的复曲面接触透镜。第一和第二光学区之一为超环面，另一光学区则包括其直径在约2.0mm至约3.50mm之间的中心圆形区和包围该中心圆形区的环形区。该中心圆形区和环形区与光轴同心。第一和第二光学区结合起来提供用于校正散光视觉误差的目标柱面光焦度和用于补偿老花的多焦点球面光焦度。
包围中心圆形区的环形区具有用来在内周边缘至外周边缘之间提供基本不变的光焦度(基本光焦度或者目标光焦度)以进行远距视力校正的表面。该表面可以是球面或者非球面的。
中心圆形区是光焦度渐进递增区，其用于近距视力校正和可选地用于中间视力校正。它与光轴基本同心。该光焦度渐进增加区的直径优选在约2.0至约3.5之间、更优选地在约2.2mm至3.0mm之间。
优选，前表面的第一光学区是超环面或者双锥形表面，后表面包括光焦度渐进递增区。
为超环面或双锥形表面的光学区可具有任何常规复曲面透镜的形状。优选，其为圆形。更优选为，其与光轴基本同心。
可以理解：该组的接触透镜中的每个透镜都可具有包围该光学区的一个或多个非光学区。本领域技术人员熟知如何将一组普通的非光学区引入透镜设计中。
本发明的复曲面接触透镜还可包括一个或多个取向特征，所述取向特征在眼睛上提供预定取向。示例性的取向特征包括但不限于两个薄区、轮廓双片去除区(contour double slab-off)、棱镜平稳载体等。本发明的复曲面接触透镜优选具有美国专利7,052,133所公开的取向特征。
另一方面，本发明提供了一组复曲面接触透镜，其具有一组不同的目标柱面光焦度和一组不同的目标球面光焦度，其中所述组中的每个接触透镜均具有光轴、具有第一光学区的前表面、和具有第二光学区的相对后表面，其中第一和第二光学区之一为超环面，而另一光学区则为非超环面的球面或非球面表面，其中第一和第二光学区中的至少一个的表面被设计成与另一光学区的表面一同提供受控的光焦度分布，其中：(1)透镜的光焦度偏差基本不变；(2)离光轴3mm处的光焦度偏差在约-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间；(3)离光轴3mm处的光焦度偏差比离光轴2mm处的光焦度偏差小约0.2屈光度至约1.0屈光度；或者(4)存在用四阶、六阶、八阶Zernike球面像差型项或其组合描述的球面像差分量，其中球面像差分量在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间的值。
根据本发明，一组透镜指这样一组透镜，其中的每一个都具有在约-15至约10屈光度(D)之间、优选在约-10屈光度至约6屈光度之间的目标球面光焦度，以及例如大小在约0.75屈光度至约4.0屈光度之间的目标柱面光焦度。
所描述的超环面、非超环面、取向特征和光轴的各种实施例均可结合用于本发明的这个方面。
在优选实施例中，该组中的每个透镜都基本没有光焦度偏差。
在另一优选实施例中，该组中的每个透镜的光焦度偏差分布都是基本旋转对称的。更优选地，其目标球面光焦度在0至约15屈光度之间的各透镜都基本没有光焦度偏差；其目标球面光焦度在约-1.0屈光度至约-6.0屈光度之间的各透镜具有与具有相同目标球面光焦度的球面透镜的光焦度偏差分布相仿的光焦度偏差分布；且其目标球面光焦度在约-6.0屈光度至约-15.0屈光度之间的各透镜具有受控的光焦度分布，其中离光轴3mm处的光焦度偏差比离光轴2mm处的光焦度偏差小约0.2屈光度至约1.0屈光度。
在另一优选实施例中，该组中的所有透镜都具有基本相同的球面像差分量，其在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间、优选在约-0.8屈光度至约-1.1屈光度之间的球面像差值。
在另一优选实施例中，该组中的所有透镜都具有基本相同的球面像差分量，其中离光轴3mm处的球面像差值比离光轴2mm处的球面像差值小约0.2屈光度至约1.0屈光度。
在另一优选实施例中，非超环面包括直径在约1.0mm至约4.0mm之间的中心圆形区和包围该中心圆形区的环形区。该中心圆形区和环形区与光轴同心。非超环面和超环面结合起来提供用于校正散光视觉误差的目标柱面光焦度和用于补偿老花的多焦点球面光焦度。
包围中心圆形区的环形区具有在内周边缘至外周边缘之间提供基本不变的光焦度(基本光焦度或者目标光焦度)以进行远距视力校正的表面。该表面可以是球面或者非球面的。
该中心圆形区是光焦度渐进递增区，其用于近距视力校正和可选地用于中间视力校正。它与光轴基本同心。该光焦度渐进递增区的直径优选在约2.0至约3.5之间、更优选地在约2.2mm至3.0mm之间。
该光焦度渐进递增区的上述各种实施例均可结合到该优选实施例中。
可以理解：该组的接触透镜中的每个透镜都可具有包围光学区的一个或多个非光学区。本领域技术人员熟知如何将一组普通的非光学区引入透镜设计中。
可以利用光学计算机辅助设计(CAD)系统和机械CAD系统来设计本发明的复曲面接触透镜。光学CAD系统被用于设计光学模型透镜。任何已知且合适的光学计算机辅助设计(CAD)系统可被用于设计光学模型透镜。示例性的光学计算机辅助设计系统包括但不限于：来自BreaultResearch Organization的高级系统分析程序(ASAP)和ZEMAX(FocusSoftware公司)。优选使用来自Breault Research Organization的高级系统分析程序(ASAP)和来自ZEMAX(Focus Software公司)的输入来执行光学设计。
光学模型透镜的设计可通过例如机械CAD系统转换成包括光学区、非光学区和非光学特征的机械透镜设计。示例性的接触透镜的非光学区和特征包括但不限于斜面、透镜体、连接接触透镜的前后面的边缘、取向特征等。示例性的取向特征包括但不限于：采用不同厚度分布以控制透镜取向的棱镜平稳部件等，其中部分透镜几何结构被去除以控制透镜取向的多面体表面(例如去脊区)，以及通过与眼睑相互作用而取向透镜的脊部特征。优选，当将优化的光学模型透镜的设计转变成机械透镜设计时，可结合一组接触透镜的一些普通特征。
任何已知且合适的机械CAD系统均可用于本发明。优选使用能够精确地从数学上表达高阶表面的机械CAD系统来设计接触透镜。这种机械CAD系统的实例是Pro/Engineer。
优选，接触透镜的设计可通过转换格式在光学CAD和机械CAD系统之间来回转换，其中所述转换格式允许光学CAD或机械CAD的接收系统构建希望设计的NURB或Beizier表面。示例性的转换格式包括但不限于VDA(Verband der automobilindustrie)和IGES(Initial GraphicsExchange Specification)。通过使用这种转换格式，透镜的整个表面可以是连续的形式，其有助于制造具有径向非对称形状的透镜。Bezier和NURB表面对于老花设计特别有利，因为可混合、分析和优化多个区。
任何数学函数均可被用于描述眼用透镜的前表面、后表面以及外周边缘，只要它们具有允许透镜设计得到优化的足够动态范围。示例性的数学函数包括：锥函数和二次函数、任意次数的多项式、Zernike多项式、指数函数、三角函数、双曲线函数、有理函数、傅立叶级数和小波变换。优选用两种或两种以上的数学函数的组合来描述眼用透镜的前方(前)表面和底部(后)表面。更优选用Zernike多项式描述眼用透镜的前方(前)表面和底部(后)表面。甚至更优选地，Zernike多项式和基于样条曲线的数学函数一同用于描述眼用透镜的前方(前)表面和底部(后)表面。
本发明的复曲面接触透镜可以是硬透镜或软透镜。本发明的软接触透镜优选用诸如水凝胶这样的软接触透镜材料制成。任何已知的合适水凝胶均可用于本发明。在本发明中优选使用含硅的水凝胶。可以理解：包含任何一种软接触透镜材料的上述任何一种透镜都将落在本发明的范围内。
在完成所需要的设计之后，可在计算机控制的制造系统中制造复曲面接触透镜。透镜设计可被转变成可由计算机控制制造装置解释的包含控制信号的数据文件。计算机控制制造装置是可由计算机系统控制且能够直接制造眼用透镜或者用于制造眼用透镜的光学工具的装置。任何已知的合适的可由计算机控制的制造装置均可用于本发明。优选，可由计算机控制的制造装置是数控车床，优选具有45度压电切割器的两轴车床或者由Durazo和Morgan在美国专利6,122,999(其在此引入作为参考)中公开的车床设备，更优选来自Precitech公司的数控车床，例如具有多种形态的压电陶瓷快速刀具伺服配件的Optoform超精密车床(30、40、50和80型)。
用于设计和制造本发明的复曲面接触透镜的优选方法是在共同待决的美国专利申请US 2006/0055876 A1(其在此引入作为参考)中公开的那些。
现在可以制造本发明的复曲面接触透镜，其中每一个均具有用于校正散光视觉误差的目标柱面光焦度和用于补偿近视、远视或老花的目标球面光焦度。本发明的复曲面接触透镜可以用任何适宜的方式(例如车床加工和模制)来制造。优选地，复曲面接触透镜用接触透镜模具模制而成，其中所述模具包括当在模具中浇铸透镜时复制接触透镜表面的模制表面。例如，具有数控车床的光学切割工具可被用来形成金属光学工具。这些工具然后被用来形成凹凸表面模具，然后将凹凸表面模具结合起来使用，以通过将合适的液态透镜形成材料置于模具之间且随后挤压和固化透镜形成材料来形成本发明的透镜。
因此，根据本发明的接触透镜可通过使接触透镜模具具有两个模制表面(第一模制表面和第二模制表面)来制造。具有第一模制表面或第二模制表面的模具相互结合形成本发明的复曲面接触透镜。
在另一方面，本发明提供了一种用于制造具有受控的光焦度分布的复曲面接触透镜的方法。该方法包括以下步骤：利用制造装置使接触透镜成形为包括光轴、具有第一光学区的前表面、和具有第二光学区的相对的后表面，其中第一光学区和第二光学区结合提供目标柱面光焦度和目标球面光焦度，其中第一和第二光学区中的至少一个具有非球面表面，所述非球面表面被设计成与另一光学区的表面一同提供受控的光焦度分布，所述光焦度分布关于光轴基本旋转对称或者结合有球面像差分量，其中所述球面像差分量由四阶、六阶、八阶Zernike球面像差项中的任何一个来描述，且在离光轴3mm处具有-0.5屈光度至约-1.5屈光度的值。
在另一方面中，本发明提供了一种用于制造一组复曲面接触透镜的方法，其中所述一组复曲面接触透镜具有一组不同的目标柱面光焦度和一组不同的目标球面光焦度。该方法包括以下步骤：利用制造装置使各个复曲面接触透镜成形成包括光轴、具有第一光学区的前表面、和具有第二光学区的相对的后表面，其中第一和第二光学区之一为超环面，而另一光学区则为非超环面的球面或非球面表面，其中第一和第二光学区中的至少一个的表面被设计成与另一光学区的表面一同提供受控的光焦度分布，其中：(1)透镜的光焦度偏差基本不变；(2)离光轴3mm处的光焦度偏差在约-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间；(3)离光轴3mm处的光焦度偏差比离光轴2mm处的光焦度偏差小约0.2屈光度至约1.0屈光度；或者(4)存在用四阶、六阶、八阶Zernike球面像差项或其组合描述的球面像差分量，其中所述球面像差分量在离光轴3mm处具有在-0.5屈光度至约-1.5屈光度之间的值。
优选用数控车床制造本发明的复曲面接触透镜，所述数控车床例如是来自Precitech公司的具有多种形态的压电陶瓷快速刀具伺服配件的Optoform超精密车床(30、40、50和80型)。
本发明已特别参考特定优选实施例得到详细描述，以便使读者能够在不进行过多实验的情况下实施本发明。本领域技术人员将容易认识到：许多先前的部件、组成和/或参数可进行合理程度的改变或改进，而不会脱离本发明的范围和精神。另外，名称、标题、示例材料或类似物被用来加强读者对该文献的理解，而不应被解读为限制本发明的范围。因此，本发明由以下权利要求及其合理的扩展和等同物限定。