CN101454710A - 设计有色角膜接触镜片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供设计用于有色角膜接触镜片的图案的方法，其中所述图案是使用算法产生的。本发明的方法为用工具加工、度量和制造结合了所述图案的镜片提供了对所述图案的客观描绘。

Description

设计有色角膜接触镜片的方法

技术领域

本发明涉及有色角膜接触镜片。特别地，本发明提供设计能增强或者改变镜片佩戴者的虹膜、角膜缘环(limbal ring)和瞳孔中的一或多个的颜色的角膜接触镜片的方法。

背景技术

使用有色的或着色的角膜接触镜片来改变眼睛的本色和掩盖眼异常已经为大家所熟知。通常这些镜片在当其位于眼上时覆盖镜片佩戴者的虹膜、瞳孔和角膜缘环中的一或多个的镜片部分中结合有图案。

提供所述图案的传统方法是手工或使用计算机制图程序绘制所述图案。或者，可以通过摄取实际虹膜、瞳孔或角膜缘环中的一或多个的数字图象并提取图象的一部分用于图案中来形成所述图案。这些方法的缺点在于，由于图案的复杂几何形状，为了创建用于制备结合了所述图案的镜片的刀具加工(tooling)而准确描述所得图案、向镜片模具施加所述图案、和图案度量等等都很困难。

附图说明

图1是本发明的方法的流程图。

图2是本发明的第二种方法的流程图。

图3是按照本发明的方法制造的图案。

图4是按照本发明的方法制造的第二种图案。

图5是按照本发明的方法制造的第三种图案。

图6是本发明的第三种方法的流程图。

图7是本发明的第四种方法的流程图。

图8是按照本发明的方法制造的第四种图案。

图9是按照本发明的方法制造的第五种图案。

具体实施方式

本发明提供设计用于有色角膜接触镜片的图案的方法，制造所述镜片的方法以及结合有所述图案(其中所述图案是使用算法产生的)的镜片。所产生的图案，在结合到角膜接触镜片中时，用于增强或改变佩戴者的虹膜、瞳孔和角膜缘环中的一或多个的颜色。本发明的方法为用于工具加工的图案、度量和制造结合了所述图案的镜片提供了对所述图案的客观描绘。

在一个实施方案中，本发明提供制造用于有色角膜接触镜片的图案的方法，其包括使用至少一种算法产生图案的至少一部分的步骤、主要由使用至少一种算法产生图案的至少一部分的步骤组成或由使用至少一种算法产生图案的至少一部分的步骤构成。对于本发明来说，＂算法＂是指产生一组点的一套规则并包括但不限于一个或多个数学公式。

在本发明的方法中，使用了一或多种算法来产生用于有色角膜接触镜片的图案的至少一部分。用于本发明的算法本质上是分形的(fractal)。适合的算法可以源自例如但不限于混沌系统、扩散系统、聚集系统、L系统、P系统、元胞自动机(cellular automata)等结构。δ

作为一个例子，所述算法源自L系统。图1显示了用于导出这样一种算法和根据本发明制造图案的流程图。在第一步(101)，定义了内外图案边界。所述边界可以是任何适合的大小和形状的。通常，所述边界是人类瞳孔、虹膜和角膜缘环中的一或多个的平均半径的边界。所述内外边界可通过在所述边界加上或减去相应起始半径的小分数δ_内或δ_外来改变(102)。此改变可通过用0和1之间的随机数乘以δ_内或δ_外来变成随机的，其产生的效果将是使所述边界显得更自然。可以在每个迭代步骤中进行所述改变和选择随机变量，意味着每一次绘制一条线段。另外，随机选择起始角度、移距和变化角度(103)，以及随机选择起始串、迭代串和迭代次数(104)。然后所述算法运行以产生图案(105)，并对所产生的图案是否可接受做出判断(106)。如果图案不可接受，则改变某些或全部参数和约束条件(constraint)来重复所述过程。

在更具体的实施例中，由L系统导出了算法，且边界条件将L系统符号的图形命令限定在与传统的美容镜片虹膜图案覆盖的区域基本相等的区域上。另外并优选地，向此L系统提供随机要素。更特别地，约束5阶L系统被约束以在由两个圆限定的区域内制造图案。换句话说，在由下式定义的区域之内制造所述图案(＂P＂)：

R_外±δ_外<P<R_内±δ_内

其中R_外±δ_外是圆的半径，此半径基本上等于人类虹膜的平均半径加上或减去该半径乘以0和1之间的随机变量得到的分数；和

R_内±δ_内是圆的半径，此半径基本上等于人类瞳孔的平均半径加上或减去该半径乘以0和1之间的随机变量得到的分数。

用于此系统的算法以起始串或公理(axiom)为起点，所述起始串或公理由代表图形命令的符号组成。计算机代码使用所述命令来绘制以像素单元定义的构成用于有色镜片中的图案的线段。例如，所述公理可以为符号＂F-F＂，且在第一次迭代过程中，由设计师随机选择的迭代串代替每个＂F＂。然后代码执行所述新串中的命令。在第二次迭代时，用该迭代串代替前一串中的每个＂F＂，且代码执行这些命令。

例如，如果公理＂F-F＂的迭代串为＂F+F+＂，则在第一次迭代之后，所述串为＂F+F+-F+F+＂。在第二次迭代之后，所述串为＂F+F++F+F+F++-F+F++F+F++＂。进行后续迭代直至达到由系统的阶数决定的预定迭代次数。例如，对于5阶L系统来说会进行5次迭代。所用阶数将通过观察什么阶数能提供期望的图案来决定。

图形含义与针对所述公理的符号有关。例如，针对上述公理的符号如下表所示。

 

符号	含义
		F	从前一位置向最终位置绘制预定移距的线，其中所述最终位置由方向角和移距定义
+	改变现有角度-向左转一个转拆角
		&	改变现有角度-向右转一个转拆角
	通过横跨水平轴(x)反映来改变角度

在上表中，移距(travel distance)为选择的长度。移距或在遇到符号F时所画线段的长度、转折角或在遇到符号＂+＂或＂&＂时角度的变化、迭代串和在出现违反边界条件时线段的新起点位置的值，都由设计师选择。这些值中每个都将由产生所希望的图案的值决定，其中所述所希望的图案是指在结合到镜片中时获得期望的眼上美容效果的图案。

第一个线段的起始位置是在内圈附近位置随机选择的。如果要在R_外±δ_外之内和R_内±δ_内之内绘制线段并且线段大于R_外±δ_外或小于R_内±δ_内，则将在离R_内为0和1之间的随机数倍数的远处随机选择在这些约束条件内的针对所述线段的新起始位置，在此之后代码将继续执行图形命令。如果线段在R_外±δ_外和R_内±δ_内之内，则不会发生变化。图2中是这样一种方法的流程图。

图3-5是由图1和2所示方法产生的图案的例子。对于这些图而言，外圆和内圆分别为350和150像素。如图3-5所示，内外圆边界是模糊的，这意味着在定义了每个线段的最终位置后，该算法进行检查以判断是否超出了围绕内外圆边界随机变化的边界。另外，所用算法是随机性的，因为如果超出了边界条件则将为线段随机选择新的起点位置。

图3中显示了适合用作美容性角膜接触镜片中图案的图案10。图案10是使用公理F-F和迭代串F&F&F&F&F+F+F+F+迭代五次之后产生的。起始角度为和水平面夹角180度，移距为5像素，转折角为45度，rimover距离为150像素。图4显示了使用与图3相同的公理、迭代串、起始角度和移距，但采用22.5度的转折角和200像素的rimover距离在5次迭代之后产生的图案20。图5的图案30是按与产生图3所示图案相同的方式产生的，除了采用2像素的移距以外。

图3-5所示的设计是使用用于绘制线段的算法的结果。作为另一个实例，可以使用类似于物理过程，如扩散，算法来产生图案。例如，可以通过发射限定数量的圆并使每个圆可以找到它的位置来形成图案。

图6显示了这样一种过程的流程图。在第一步骤(201)，定义了基准(horizon)和衬底(substrate)图案边界，优选地其为圆。基准是指从该处发射圆的位置。衬底是指发射的圆累积的位置。所述基准和衬底圆可以是任何半径的，但优选地所述基准圆与所述衬底圆是同心的且半径比它大。在每个迭代步骤可以通过加上或减去相应的起始基准或衬底半径的随机选择的分数来改变所述基准和衬底边界(202)。此随机选择分数的幅度将通过目测检查此改变对所形成的图案的影响来决定。

在本发明的方法的这个实施方案中，选择待发射的圆的最小和最大数目的准则基于圆之间的区域待被填充的程度以便制造所希望的图案。这将通过目测检查在改变圆的最小和最大数目时对所生成的图案的影响来决定。使用该相同准则来选择发射的圆的最大和最小半径(204)。然后所述算法运行以产生图案(205)，并对所产生的图案是否可接受做出决定(206)。

更具体地例如和如图7的流程图所示，算法可以为：使用随机位置和轨道从圆形基准发射小圆(301)。容许每个圆运动直到其遇到另一个圆(302)或超出R_基准±δ_基准边界(303)。如果发射的圆接触到另一个这种圆，则其被定在该接触点并且然后从该点发射另一个圆。如果发射的圆运动到R_基准±δ_基准边界之外，则其被除去(304)并发射另一个圆，或者如果发射的圆在R_基准±δ_基准边界之内，则不进行改变(305)。或者，当质疑粒子是否运动到了基准圆半径之外时，可以随机少量改变所述基准圆的半径。

当发射的圆穿过其它圆与衬底圆之间的区域时，其可能与背景粒子碰撞。背景粒子是指改变用于定义所述图案的所述圆之一的轨道的颗粒，优选地是看不见的。这种碰撞是弹性的，因为圆的轨道可能由于所述碰撞而被某随机因素改变。经历这样碰撞的概率可以使用变量来控制，所述变量的行为与温度和密度变量类似且由此可被认为是扩散系数。

随同碰撞概率一起，设计师可以改变所述基准和衬底半径以及发射的圆的数目及其半径。图8和9显示了采用这样算法的实例。对于这些实例而言，扩散系数是无限的，意味着不存在背景碰撞。

图8中显示了使用上述扩散算法、750像素的基准半径、450像素的衬底半径和100000个半径为1像素的圆产生的图案40。图9中显示的图案50是采用所述扩散算法、750像素的基准半径、550像素的衬底半径和100,000个半径为1像素的发射的圆产生的。

使用本发明的方法可以创造出用于有色角膜接触镜片的图案，其中所述图案由一或多种算法定义。所述图案可在镜片中用于增强或改变佩戴者的虹膜、瞳孔和角膜缘环颜色中的一个或多个，根据希望的在眼上的效果所述图案的元素可以是半透明的或不透明的。对于本发明而言，＂半透明＂是指这种颜色，它容许380-780nm范围的平均透光率(％T)为约60％-约99％，优选地约65％-约85％T。＂不透明＂是指这种颜色，它容许380-780nm范围的平均透光率(％T)为0到约55，优选地，7到约50％T。

图案元素的颜色可以彼此基本上相同或互补，且图案元素选择的颜色将由镜片佩戴者的虹膜的本色和期望的增强或变色决定。由此，元素可以是任何颜色的，包括但不限于各种色调和饱和度的蓝、绿、灰、褐、黑、黄、红或其组合中的任何。角膜缘环优选的颜色包括但不限于各种色调和饱和度的黑、褐和灰中的任何。

图案元素可以由适用于角膜接触镜片的任何有机或无机颜料或这类颜料的组合构成。可以通过改变所用的颜料和/或二氧化钛的浓度来控制不透明度，用量越高不透明度越大。示例性有机颜料包括但不限于酞菁蓝、酞菁绿、咔唑紫、还原橙#1等及其组合。可用的无机颜料的例子包括但不限于铁黑、铁棕、铁黄、铁红、钛白等及其组合。除了这些颜料之外，可用的的可溶性和不溶性染料包括但不限于基于二氯三嗪和乙烯砜的染料。可用的染料和颜料都可商购。

所选染料或颜料可以与预聚物、粘合聚合物和溶剂中的一种或多种结合形成用于制造本发明的镜片中使用的半透明和不透明层的着色剂。也可使用其它可用于角膜接触镜片着色剂中的添加剂。所述可用于本发明的颜色层的粘合聚合物、溶剂和其它添加剂都是已知的，可以商购或者其制造方法是已知的。

所述元素可被施加到或打印在镜片的一或多个表面上，或者可被印刷到将向其中沉积和固化镜片形成材料的模具的一或多个表面上。在优选的用于形成结合了本发明的设计的镜片的方法中，使用了由任何适合的材料制造的热塑性光学模具，其中所述材料包括但不限于环聚烯烃和聚烯烃如聚丙烯或聚苯乙烯树脂。元素被沉积到模具的型面的期望部分上。＂型面＂是指模具或半模中用于形成镜片表面的表面。优选地，所述沉积如下所述通过压印(pad printing)进行。

用固化后能变成不溶于水的光刻胶材料覆盖优选地由钢更优选地由不锈钢制成的金属板。选择或设计所述元素，然后使用例如照相等技术中的任何一种将其缩小到要求的尺寸，放置在金属板上，固化所述光刻胶材料。

接着用水溶液冲洗所述板，生成的图象被蚀刻在板中到适合的深度，例如约20微米。然后向所述元素上沉积含粘合聚合物、溶剂和颜料或染料的着色剂，以用着色剂填充所述凹坑。用具有适用于在表面上印刷的几何形状和可变硬度，通常为约1-约10，的硅垫压靠板上的图像以除去着色剂，然后通过蒸发溶剂将着色剂轻微地干燥。然后将所述垫压在光学模具的型面上。必要时，对模具脱气至多12小时以除去过量的溶剂和氧，之后用镜片材料填充模具。然后使用互补的半模来完全合型，并将合型暴露于适合固化所用镜片材料的条件。这些条件在领域中是众所周知的且将取决于所选择的镜片材料。一旦完全固化就从模具中脱模镜片，在缓冲盐水溶液中使其均衡。

在优选实施方案中，使用了透明的预聚物层，此预聚物层覆盖在图案上并构成镜片最外层表面的全部。所述透明的预聚物层优选地首先施加到型面，随后再向所述预聚物上施加所述着色剂。所述预聚物可以是能够分散所用颜料和任何不透明剂的任何聚合物。

本发明可用于提供由任何已知的镜片形成材料或适于制造这种透镜的材料制造的有色硬或软角膜接触镜片。优选地，本发明的镜片为软角膜接触镜片，所选用于形成镜片的材料为任何适于制造软角膜接触镜片的材料。适于采用本发明的方法形成软角膜接触镜片的优选材料包括但不限于有机硅弹性体、含硅树脂的大分子单体、水凝胶、含硅树脂的水凝胶等及其组合，其中所述含硅树脂的大分子单体包括但不限于美国专利5,371,147、5,314,960、和5,057,578中公开的那些，这些专利通过引用完全并入。更优选地，所述镜片由含硅氧烷官能团的材料、硅树脂水凝胶或由含羟基和/或羧基制成的水凝胶及其组合制成，其中所述硅氧烷官能团包括但不限于聚二甲基硅氧烷大分子单体、甲基丙烯酰氧丙基聚烷基硅氧烷及其混合物。用于制造软角膜接触镜片的材料是众所周知的且可商购。优选地镜片材料为acquafilcon、etafilcon、genfilcon、lenefilcon、balafilcon、lotrafilcon或galyfilcon。

Claims (18)

1.制造用于有色角膜接触镜片的图案的方法，包括使用至少一种算法产生图案的至少一部分的步骤。

2.权利要求1的方法，其中所述算法本质上是分形的。

3.权利要求2的方法，其中所述算法源自混沌系统、扩散系统、聚集系统、L系统、P系统、元胞自动机等。

4.权利要求3的方法，其中所述算法源自L系统。

5.权利要求4的方法，进一步包括以下步骤：

a.)定义内和外图案边界；

b.)选择起始角度、移距和变化角度；

c.)选择起始串、迭代串和待执行的迭代次数；和

d.)使用所述算法产生图案。

6.权利要求4的方法，其中所述算法源自改进的L系统，所述改进的L系统是5阶L系统，约束所述5阶L系统在由下式定义的区域之内制造图案P：

R_外±δ_外<P<R_内±δ_内

其中R_外±δ_外是圆的半径，此半径基本上等于人类虹膜的平均半径加上或减去该半径的分数；和

R_内±δ_内是圆的半径，此半径基本上等于人类瞳孔的平均半径加上或减去该半径的分数。

7.权利要求5的方法，其中所述算法源自改进的L系统，所述改进的L系统是5阶L系统，约束所述5阶L系统在由下式定义的区域之内制造图案P：

R_外±δ_外<P<R_内±δ_内

其中R_外±δ_外是圆的半径，此半径基本上等于人类虹膜的平均半径加上或减去该半径的分数；和

R_内±δ_内是圆的半径，此半径基本上等于人类瞳孔的平均半径加上或减去该半径的分数。

8.权利要求3的方法，其中所述算法源自扩散系统。

9.权利要求8的方法，进一步包括以下步骤：

a.)定义基准和衬底边界；

b.)选择最大和最小圆半径；和

c.)使用所述算法产生图案。

10.使用权利要求1的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

11.使用权利要求2的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

12.使用权利要求3的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

13.使用权利要求4的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

14.使用权利要求5的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

15.使用权利要求6的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

16.使用权利要求7的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

17.使用权利要求8的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

18.使用权利要求9的方法制造的用于有色角膜接触镜片的图案。

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