KR100767491B1 - 콘택트 렌즈 - Google Patents

Abstract

찌그러짐을 줄이며 렌즈 굴곡으로부터 생기는 각막표면과 접촉하는 콘택트 렌즈로서 상기 콘택트 렌즈(10)는 중앙 광학부분과, 공막자락(90) 및 전이영역(34)를 포함하도록 설계되며 기울기와 찌그러짐을 갖는 각막 위에 놓여져 그 것의 후방면이 각막의 기초부분의 국소 기하형상에 순응하게 된다. 비교적 저렴한 렌즈를 구현하기 위한 대안으로서, 전이부분을 통계적인 평균 각막에 따르도록 설계한다. 중앙광학 부위는 주문에 의하거나 저렴한 소프트 콘택트 렌즈를 설계하고자 하는 경우 이에 따라 원환체 혹은 구형의 후방면을 가질 수 있다.

Description

콘택트 렌즈 {CONTACT LENS}

관련 응용에 대한 상호 참조

본 출원은 인용에 의해 본 명세서에 완전히 삽입된, 1998년 9월 8일에 출원된 가출원 제60/099,426호에 대하여 35 U.S.C. §119의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 콘택트 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 비대칭의 비구형 콘택트 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

40세 이하 전 인구의 30 ~ 40%가 안경이나 콘택트 렌즈 또는 외과 수술등을 필요로 하는 안구 굴절 이상(ocular refractive error)을 겪고 있다. 이러한 굴절 이상으로 인해 눈의 주 시각 요소인 각막과 수정체가 망막으로 들어오는 빛을 제대로 형상화하지 못하는 결과가 생긴다. 만약 상이 망막 앞쪽에 맺힌다면 근시안이 된다. 만약 상이 망막 뒤쪽에 맺힌다면 원시안이 된다. 눈의 초점을 맞추는 능력이나 눈의 개별 요소는 디옵터(diopter)라고 불리는 단위로서 측정된다.

시력 장애를 겪는 40세 이하 환자의 대략 20%는 콘택트 렌즈가 맞지 않기 때문에(거부감을 일으키거나 또는 매우 불편하여) 콘택트 렌즈를 착용할 수 없거나, 꼭 필요한 시력 교정을 받지 못하게 되며, 혹은 두 가지 경우를 다 경험하게 된다. 또한 콘택트 렌즈를 현재 착용하고 있는 많은 환자들은 콘택트 렌즈를 착용할 수 있는 시간의 길이에 불만을 갖고 있거나 콘택트 렌즈가 주는 시각적 예민함에 불만스러워 한다. 아니면 두 가지 경우 모두에 불만을 갖는다.

40세 이후의 경우, 시력 교정을 필요로 하는 전체 인구 비율이 급격히 증가하게 되는데, 그 이유는 눈의 수정체 렌즈가 상대적으로 탄력이 저하되기 때문이다.눈물 막(tear film)의 양이 감소하게 되며 기존의 콘택트 렌즈를 착용할 때 생기게 되는 그러한 문제들은 더욱 빈번해지며 심각해진다.

표준 콘택트 렌즈는 회전적으로 대칭이며 구형인데, 공막(sclera)과 각막상의 나머지 부분으로부터 둥글게 아치형으로 되어있다. 그러나 인간의 각막은 "비대칭 비구형"이다. "비구형"이란 의미는 각막의 "경선(meridian)"을 따라 곡률 반경의 값이 일정하지 않은 것을 말한다.(경선이란 동공축을 포함하는 면과 각막면의 교차에 의해 형성되는 곡선으로 생각할 수 있다.) 사실 각막의 곡률은 원주의 기하학적 중심으로부터 점진적으로 펴지려는 경향을 보인다. 비대칭이란 각막의 경선이 그들 중심에 대하여 대칭성을 보이지 않는 것을 의미한다. 각막이 비구형이고 비대칭한 정도는 환자개인에 따라(각각의 눈에 따라) 다르다.

종래의 피에이아르 씨티에스(PAR CTS)와 같은 각막 위상기하 맵핑 시스템(corneal topology mapping system)은 시선(line-of-sight)의 위치를 측정하여 그 각막면의 위상을 2차원 직교 좌표 공간에, 말하자면 시선에 수직한 x좌표와 y좌표를 따라 맵핑시킨다. 그 결과로 얻어진 위상기하 맵은 외과적 처치를 계획하는 의사들에게 유용한 자료가 될 수 있다. 시선이란 응시 지점으로부터 동공(pupil) 입구까지의 직선 성분을 의미한다. 리프렉티브 서어저리 저널 제11 권 제 253쪽-제259쪽(J. Refrective Surgery, V.11, pp.253-259)에 실린 맨델(Mandell)의 논문 "비디오케라토그래피로부터 각막시중심의 위치(Locating the Corneal Sighting Center From Videokeratography)"에 보다 상세히 기재된 바와 같이, 응시 지점으로부터 눈동자의 한 지점으로 향하는 광선은 각막과 안방(aqueous)에 의해 굴절된 후 동공상의 대응하는 점을 지나 결국 망막에 도달한다.

본 발명의 발명자는 대부분의 환자들에게 있어서 각막이 실제로 눈의 시선 및 동공 축에 대해서 다양한 정도로 기울어져 있다는 사실을 발견하였다. 부가적으로 각막의 기울어진 정도는 각각의 각막 내에서 기울기가 측정되는 외경에 따라 다르다. 특히, 각막과 공막 사이의 교차부분(각막의 기초부분)은 시선에 수직한 기준면에 대해서 기울어져 있다. 실제로 환자들에 대한 수회의 연구를 통해 눈꺼풀이 각막 형상을 찌그러지게 한다는 것을 입증할 수 있었다. 보다 명확히 말하자면 상부 눈꺼풀은 각막의 상부를 평평하게 만들고, 반면 하부 눈꺼풀은 하부에서 움푹한 면을 일으킨다. 구형 렌즈는 각막의 곡률 및 곡률 기하학에 어울리지 않아 적합하지 않다. 특히 구형 렌즈는 본 발명의 발명자가 발견한 각막의 기울기나 찌그러짐을 전혀 고려하지 않고 있다. 환자의 각막이 불규칙적이면 불규칙적일수록 적합성은 더욱 떨어져 40세 이하 환자의 대략 20%가 표준콘택트 렌즈를 착용할 수 없다.

그래서 소위 스프트 콘택트 렌즈가 상기 콘택트 렌즈를 착용할 없었거나 오랜 시간 충분히 착용할 수 없었던 경험이 있는 환자들의 몇몇 문제점들을 완화시켜 주었는데, 이러한 이유는 소프트 렌즈가 상대적으로 부드러운 표면을 가졌을 뿐 아니 라 유연성도 뛰어났기 때문이며, 각양각색의 눈에 렌즈의 형상을 어느 정도 순응시키게끔 하였기 때문이다. 그렇지만 이러한 유연성은 렌즈가 구부러지는 것을 허용하여 기초가 되는 각막 형상에 보다 밀접하게 순응시키려는 노력으로서, 결국 이러한 구부러지는 정도가 렌즈의 능력(power)을 변화시키게 된다.

본 발명의 발명자는 공막을 덮고 있는 투명 물질(눈의 흰자위), 즉 결막의 순응성에 의해, 눈의 공막 위에 얹혀지는 소프트 콘택트 렌즈가 렌즈의 찌그러짐에 영향을 주지 않는다는 것을 알았다. 사실 찌그러짐은 공막에 가장 가까이 있는 각막 외부영역에 의해 주로 일어난다.

각막의 자연적인 기울기나 찌그러짐을 해결하는 콘택트 렌즈를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

착용자의 각막 일부에 적합한 비구형, 비대칭의 매칭을 통하여 시각적 능력을 증대시킬 수 있는 콘택트 렌즈를 빠르고 경제적으로 제조하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

각막표면을 모델링하여 얻은 정보를 이용하고, 각막의 기울기와 찌그러짐을 포함하는 국소 각막 기하학을 고려한 콘택트 렌즈를 설계할 때 이러한 정보를 이용함으로써 상기의 목적을 달성할 수 있다. 특히, 중앙 광학부분(central optical portion)과, 상기 중앙 광학부분의 반경방향으로 외측의 전이부분(transition portion)을 포함하며 각막 위에 놓여진 콘택트 렌즈를 설계하고, 또한 그 렌즈가 각막의 기울기와 찌그러짐을 포함하는 각막의 기초적인 부분의 국소 기하학에 순응하도록 한다. 소프트 콘택트 렌즈에서, 공막자락이 제공되어 그 전이부분이 중앙 광학부분 및 상기 공막자락과 연결된다. 비교적 저렴한 렌즈를 구현하기 위한 대안으로서, 전이부분을 통계적인 평균 각막에 따르도록 설계한다. 중앙광학 부위는 주문에 의하거나 저렴한 소프트 콘택트 렌즈를 설계하고자 하는 경우 이에 따라 원환체 혹은 구형의 후방면(posterior)을 가질 수 있다.

다음과 같이 도면에 붙여진 참조기호를 가지고 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명의 특징과 장점을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명을 구현하기 위하여 각막 위에 놓여지는 콘택트 렌즈의 y-z평면상의 측면도이다.

도 2는 콘택트 렌즈를 제조하는 시스템을 설명하는 개략도이다.

도 3은 각막 위상 시스템으로부터 얻은 유형의 반점(point cloud)들을 보여주는 개략적인 평면도이다.

도 4는 점 데이터를 통하여 연결된 다수의 운형박판(spline)을 가지는 반점들을 보여주는 개략적인 평면도이다.

도 5는 어떻게 특정곡선들이 구성되는가를 설명해 주도록 각막을 매칭시키는가를 보여주는 사시도이다.

도 6a 및 도 6b는 각각 정면도 및 투시도로서 도 1의 콘택트 렌즈의 모델링이 어떻게 구성되는가를 설명해 주는 것이며, 공막자락이 설명의 편의를 위하여 생략되어 있다.

도 7은 CAD 시스템에 의해 완성된 실제 환자의 각막 측면도이며, 각막의 기 울기, 상부에서의 펴지는 찌그러짐 및 하부에서의 만입된 찌그러짐을 설명해 주고 있다.

도 8은 본 발명이 구현하는 콘택트 렌즈의 확대된 측단면도이다.

도 1에 의하면 본 발명을 구현하기 위한 비대칭 비구형 콘택트 렌즈(10)는 착용자의 눈(12) 위에 놓여진다. 눈은 기울어진 각막(14)과 공막(16)을 포함하고 있다. 렌즈(10)는 전이영역(34)과 공막의 일부분을 감싸고 있는 공막자락(90)을 가지고 있다. 렌즈(10)는 소프트 콘택트 렌즈이다. 만약 그 것이 딱딱한 콘택트 렌즈라면, 공막자락은 존재하지 않을 것이다.

본 발명에 따른 콘택트 렌즈의 제조에 관한 과정은 도 2의 흐름도에서 설명된다. 이러한 과정은 각막형상 포착시스템(Corneal Image Capture System)(610), 높이해석 프로그램(Elevation Analysis Program)(620), 캐드시스템(Computer Aided Design System)(630), 명령 처리장치(Command Processor)(640) 및 렌즈 형성시스템(Lens Shaping System)(650)을 포함한다. 각막형상 포착시스템(610)은 높이해석 프로그램(620)과 결합되어 콘택트 렌즈에 적합한 환자의 각막(14)의 3차원 위상기하 맵을 생성시킨다. 캐드시스템(630)은 명령 처리장치(640)를 경유하여 렌즈 형성시스템(650)으로 각막 위상 데이터를 보내기 전 이를 수정하거나 편집하는 도구로서 이용된다. 명령처리 장치(640)는 캐드시스템(630)으로부터 형성된 렌즈표면을 기술해 주는 위상 데이터를 이용하여 렌즈 형성시스템(650)에 의해 요구되는 일련의 명령/조절 신호들을 생성시킨다. 렌즈 형성시스템(650)은 콘택트 렌 즈를 형성하기 위하여 렌즈형성 시스템의 3차원 운동을 기술해 주는 일련의 명령을 명령 처리장치(640)로부터 받아들인다. (이 때 좌표계는 직교좌표계나, 원통좌표게 혹은 구형좌표계라도 무관함.)

각막형상 포착시스템(610)과 높이해석 프로그램(620)은 상표명 "피에이아르 시스템"이라고 하는 피에이아르 각막 위상시스템의 바람직한 성분으로 그것은 피에이아르 비젼 시스템에서 이용할 수 있다. 높이해석 프로그램(620)은 예를 들면 아이비엠 호환성의 개인용 컴퓨터와 같은 처리장치에서 수행 가능한 소프트웨어 프로그램이다. 상기 프로그램(620)은 각막 표면상에 상기 시스템(610)에 의하여 측정된 각각 복수개의 예시 점들에 대한 3차원 요소를 생성시킨다.(z좌표는 눈 내부의 기준 평면으로부터 떨어진 거리를 의미한다.) 각각의 점은 기준 평면으로 맵핑될 때 x, y좌표에 의해 정의된다. 그리고 상기 z좌표는 점의 밝기로부터 결정된다. 각 점의 높이를 계산하는 하나의 방법으로는, 말하자면 z 좌표계에서, 환자의 각막(14)으로부터 측정된 x, y좌표와 밝기 값을 임의의 기준면의 밝기와 좌표값들과 비교함으로써 가능한데, 예를 들면 반경을 알고 있는 구형을 기준면으로 하는 것이다. 그 기준 값은 미리 저장시켜 놓을 수 있다.

높이 해석 프로그램(620)의 최종 결과물은 각양각색의 예시 점들에 대한 x, y, z 좌표가 되며, 이는 알려진 바와 같이 각막(14)의 표면에 반점의 형태가 된다. 또한 필요한 정밀도를 가지고 각막 표면상의 점들에 대한 위치와 높이정보 모두를 제공해 주는 x, y, z 각막 데이터를 생성시키는데 임의의 방법이 사용될 수 있다는 사실은 해당분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 있어서는 명백한 사항일 것이다. 바람직한 실시 예로서 예시된 바와 같이 x, y 평면 내에 대략 1500 지점이 격자구조로 분포해 있으며 그 결과 기준 평면으로의 지점들의 투사는 대략 200 ㎛ 간격이 된다.

높이 해석 프로그램(620)으로부터의 x, y, z 데이터는 잘 알려진 머신-스페시픽 포맷(machine-specific format)의 임의의 수로 포맷될 수 있다. 바람직한 실시 예로서, 상기 데이터는 데이터의 상호 응용전송을 위해 전형적으로 사용되는 산업표준포맷인 데이터 교환 파일포맷(DXF)으로 포맷된다. 상기 포맷은 아스키 데이터 파일로서 대부분의 캐드 시스템에서 이용될 수 있다.

도 3 및 도 4에 따르면, 보이는 기준면이 z 축울 따를 때(말하자면 x, y평면으로 투사될 때) 반점(100)이 나타난다는 것을 보여준다. 각 점들은 환자 각막의 특정 위치에 대응한다. 데이터들은 보통 눈에 있어서 평방 10mm 면적으로부터 생성된다. 따라서 50열의 점 데이터가 존재하게 된다. 환자 각막의 표면상의 위상을 매칭시키거나 모델링하는 표면(108)은(도 5 참조) 높이 분석 프로그램에 의해 생성된 데이터들로부터 캐드시스템(630)에 의해 생성된다. 바람직한 실시 예로서, 캐드시스템(630)은 앤빌 5000(상표명) 프로그램인데 이는 애리조나 스코츠데일 제조 컨설팅 서어비스로부터 얻을 수 있다.

각막 매칭 표면(108)은 우선 다수의 반점(100)의 점 데이터를 통하여 다수의 운형박판(102)을 생성시킴으로써 적절히 얻을 수 있다. 다수의 점 데이터(일명 노트 포인트)들을 가로지르는 운형박판의 생성은 원래 해당분야에서 통상의 기술을 가진자에게 잘 알려져 있으며 입력 데이터를 넣어 주기만 하면 앤빌 5000 프로그램 에 의해 수행될 수 있다. 표면 모델 생성에 관한 보다 많은 정보를 얻으려면 참고문헌으로 여기에 개재된 "시력 개선을 위한 방법 및 장치" 라는 명칭으로 1998년 9월 15일자 등록허여된 미합중국 특허 5,807,381을 참조하시기 바랍니다. 바람직한 실시 예로서 공지된 비회전 균일 비-운형박판(B-spline) 공식은 운형박판을 생성하기 위하여 이용되나, 그것들은 입체 운형박판공식이나 회전 균일 비-운형박판 공식과 같은 잘 알려진 기타 수학 공식에 의해 생성될 수도 있다. 도 4에서 설명된 바와같이, 바람직한 실시 예로서, 운형박판(102)의 각각은 x축과, z축에 평행하며 도 3의 반점(100)으로부터 점들의 열들을 포함하는 평면내에 놓여진다.

주사된 눈의 각막표면에 매칭되는 표면(108)은 운형박판(102)로부터 생성된다. 다수의 운형박판(102)으로부터 표면을 생성하기 위하여 사용될 수 있는 잘 알려진 수학 공식이 다수 존재한다. 바람직한 실시 예로서, 잘 알려진 너브 표면 방정식이 운형박판(102)으로부터 각막의 표면을 생성하기 위하여 이용된다. 눈의 주사된 면적은 대략 10㎟ 이기 때문에 바람직한 실시 예로서는 대략 50개의 운형박판(102)들이 생성된다. 도 4에서 설명된 바와 같이 피부표면 구획(104)은 인접한 운형박판의 수만큼 적은 수로 생성된다(예를 들면, 5). 인접한 피부표면 구획(104)은 공통의 광범위한 운형박판을 공유한다. 따라서, 해당분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 잘 알려진 방법으로 앤빌 5000프로그램에 의해 대략 10개의 피부표면 구획(104)은 점집합으로부터 생성되고 함께 흡수된다. 그래서 결국 하나의 복합 표면(108)을 만들게 된다.

너브 표면 방정식을 이용할 때 표면의 수학적 생성에 의해, 원래의 데이터 점 들이나 운형박판(102)의 노트 점들은 어느 것도 표면(108)에 놓여질 필요는 없다. 그러나 표면(108)은 미리 지정된 허용오차 내에서 그러한 점들을 판단하게 한다.

표면(108)에 매칭되는 생성된 각막상의 최고점(말하자면 z의 최대값을 갖는 지점)이 결정된다. 미리 직경 값이 결정된 원통형(106)은 z축에 평행한 축을 따라 각막의 표면(108)으로 투사되고 최고점을 지나게 된다. 원통형(106)은 8㎜ - 9.5㎜의 직경을 갖는 것이 바람직하며, x, y평면에서 표면(108)을 가진 원통형(106)의 교차에 의해 형성되는 폐곡선이 원(106')으로 투사되게 된다. 표면(108)에 매칭됨에 있어, 상기 폐곡선은 각막 위에 놓여지는 부분의 외부가장자리(26)를 결정하여 콘택트 렌즈의 형상을 이루게 한다. 공막자락(90)은 상기 가장자리의 외부 반경방향으로 놓여진다. 상기 각막상의 최고점은 설계에 의해 렌즈의 광학 중심과 일치시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면 각막은 이 지점에 대하여 거의 대칭이며, 이 지점에서 최고의 광학을 제공하기 때문이다.

콘택트 렌즈의 각막 위에 놓여지는 부분의 외부가장자리(26)는 반점 내에서 일치하여야 하며, 그 결과로 렌즈 표면이 측정된 각막 데이터에 기초하여 형성될 수 있다. 기본적으로 상기 각막상의 최고점 위에 렌즈의 광학 중심을 상기 캐드시스템(630)으로 위치시킨다. 상기 캐드시스템은 사전에 정해 놓은 값의 원(106')을 반점에 대하여 (x, y평면에서) 설명할 수 있어, 예를 들면 모니터 스크린 상에서, 그 결과 상기 원(106')이 반점이내에 존재한다는 것을 사용자는 확신하게 된다. 부가적으로, 상기 시스템(630)은 만약 원(106')이 반점(100)내에 존재한다면 그렇게 결정되도록 배치되며, 그것이 완전히 반점(100)내에 존재하지 않는다면 사 용자에게 상기 원(106')을 조작하여(말하자면, 중심점을 움직인다든지 원의 반경을 변화시킴으로써) 원(106')이 각막의 반점데이터(100)내에 놓여지도록 경보를 울려준다. 최악의 상황에서 볼 때, 상기 콘택트 렌즈가 환자의 각막에 적절하게 일치한다는 것을 입증할 만큼 정밀 검사된 눈으로부터 충분한 데이터를 얻을 수 없으면 다시 눈을 정밀 검사하게 된다. 선택적으로 반점들의 면적은 더 커질 수 있다.

원(106')은 x, y평면에서 볼 때만(z축을 따라 볼 때)만 원이라고 여겨진다. 실제로 원주(26)는 타원이며 기준면에 대하여 상대적으로 기울어져 있는 평면에 존재하게 된다. 최고점을 통과하는 상기 기울어진 면에 수직한 선은 국소 z축이라 일컬어지며, 기준면에 대하여 상대적으로 기울어져 있는 평면의 기울기는 각막의 기울어진 각으로 여겨진다.

도 7은 캐드시스템(630)에 의하여 생성된 환자의 각막 측면을 보이는 입면도이다. 여기에서 사용된 바와 같이, 입면도는 구의 최적 표면이 z축의 실제 값으로부터 추출됨을 보여주고 있다. 따라서 입면도에서 구형으로부터의 오차는 강조되어 크게 확대되어 보인다. 각막이 상부에서는 평평하게 하려는 찌그러짐(여기서는 F로 표현)을 보이고 하부에서는 움푹하게 하려는 찌그러짐(여기서는 D로 표현)을 보인다는 사실은 명백해 질 것이다. 각막의 직경이 9㎜가 될 때, 이 환자는 x축에서 대략 1.30°의 기울기를 보이고 y축으로는 대략 0.84°의 기울기를 보인다. 본 발명의 발명자는 각막의 기울기가 동일인의 경우에도 눈에 따라 다르다는 것을 발견하였다. 각막은 평균적으로 x축과 y축에 대하여 상대적으로 대략 2-3°기울어져 있다. 출원인은 전에 이미 4°까지의 각도를 발표하였다. 이러한 상 기 기울기와 찌그러짐을 설명하는데 실패한 과거의 콘택트 렌즈는 각막에 적절히 렌즈의 광학 부분을 일치시키지 못하여 결국 시각적인 효과가 떨어지게 된다.

렌즈(10) 자체는 전방면(28), 후방면(30)과 외부 공막자락(90)을 가지고 있다고 여겨진다. 상기 전방면(28)과 후방면(30)은 각각 내부 반경방향으로 중앙의 광학부분(32), 전이영역(34)과 외부가장자리(26)를 가지고 있어(도 6a 및 도 6b 참조), 이들이 공막자락으로 합쳐진다(도 6a 및 도 6b에서는 미도시). 착용자가 렌즈를 착용할 때, 전이영영(34)의 후방면은 비대칭, 비구형적으로 렌즈의 전이영역아래에 놓여 있는 각막의 일부에 매칭된다.

콘택트 렌즈의 중앙부위(32)는 렌즈의 광학부분이며, 바람직한 실시 예로서는 대략 7.0㎜ - 7.5㎜ 의 직경을 갖는다. 상기 중앙부분(32)의 기하학적 렌즈 중심(52)은(즉 렌즈(10)의 중심) 각막의 최고점 18 위에 바람직하게 겹쳐진다.

상기 중앙부분(32)과 전이영역(34) 사이의 경계는 구동레일(50)이라고 일컬어지는 폐곡선이 된다. 그것은 국소 z축과, 상기 원통형의 교차부분 및 구동레일(50)을 한정하는 표면(108)에 매칭되는 각막에 따라 미리 지정된 직경의 원통형을 투사시킴으로써 생성되게 된다. 바람직한 실시로서, 구동레일(50)은 7.0㎜ - 7.5㎜ 의 직경을 가지며 가장 바람직한 것은 대략 7㎜ 이다. 경계(26)의 바람직한 외경은 대략 8.5㎜ - 11㎜ 이며 특히 9㎜ - 9.5㎜ 가 더욱 바람직하다. 이는 공막자락(90)이 시작되는 지점 이후가 된다.

렌즈(10)의 표면을 형성하기 위하여, 현재 바람직한 실시 예로서, 중앙부분(32)은 우선 경계가 정의되며 전이부분(34)이 이어지게 된다. 상기 32 및 34 부분에 있어서, 후방면이 먼저 정의되고, 이어서 전방면이 정의된다. 소프트 콘택트 렌즈에 있어서, 공막자락은 z축에 중심을 가진 구형이라고 정의된다.

표면(108) 위에 특정곡선을 생성시키기 위한 기법이 존재할 수 있는데, 이는 아래와 같이 유용할 것이다. 국소 z축을 포함하는 평면(110)이 구성된다(도 5 참조). 평면(110)과 표면(108) 사이의 교차는 제1 특정곡선(112)를 정의한다. 평면(110)은 규칙적인 간격으로, 예를 들면 5°씩 증가된다든지 하는 형태로, 선(114)에 의해 표현된 것처럼 국소 z축에 대하여 회전하며, 표면(108)과의 교차는 제2 특정곡선(116)을 정의하게 된다. 이는 도 5의 점선부분에서 설명된다. 이러한 과정은 예를 들면 매 5°간격으로 국소 z축에 대한 고정된 회전 증가율을 가지고 계속되는데 평면(110)이 360°에 이르고 완전한 특정곡선의 집합을 생성할 때까지 계속된다. 본 경우에는 72회 반복된다. ( 360°÷5°)

도 6a와 도 6b에 따르면 중앙 부분(32)은 4개의 원호(40, 42, 44, 46)에 의해 4개의 4분원으로 나누어진다. 도 5에 관련하여 상기에서 기술된 방법으로, 각의 회전이 90°라는 것을 제외하면, 상기 원호(40, 42, 44, 46)는 국소 z축을 포함하는 평면의 교차에 의해 정의되도록 표면(108)을 매칭하는 각막에 특정곡선을 놓음으로써 적합하게 설치된다. 원호(40, 42, 44, 46) 각각은 일반적인 중심(52)을 원점으로 취하며 대응하는 특정곡선에 가장 적합하게 제공되도록 형상화된다. 도 6a 및 도 6b에서 설명된 바와 같이, 개괄적으로 살펴보면(말하자면 국소 z축을 따라) 곡선(112)은 반경방향으로 확장된 선에 대응하며, 원호(42)를 생성하는데 사용된다. 쉽게 알 수 있는 사항이지만, 세 개의 지점이 원호를 정의할 것이다.

바람직한 실시 예로서, 상기 세 개의 지점들은 곡선(112)이 구동레일(50)을 가로지르는 지점(64)과 중심점(52) 및 중심점(52)과 구동레일(50) 사이에서 곡선(112)의 반경방향으로의 중간 지점(62)이 된다. 곡선(112)의 반경방향으로 중간 지점은 위에서 살펴본 바와 같이, 중심점(52)과 구동레일(50) 사이에서의 반경방향 거리의 1/2에 위치하게 된다. 나머지 세 개의 원호(40, 44, 46)는 90°간격으로 유사한 방법으로 생성시킬 수 있다. 중심부분(32)내의 렌즈의 내부 광학 4분원 각각의 후방면은 일단 표면의 경계가 정의되면, 알려진 표면 조합 공식에 의하여 생성시킬 수 있다.

바람직한 실시 예로서, 잘 알려진 다음과 같은 공식이 사용되는데 이는 2차 곡면으로서 각각의 4분원을 생성시킨다. Ax²+ By²+ Cz²+ Dxy + Eyz + Fx ²+ Gx + Hy + Jz + K = 0 ; 여기서 A, B, C, D, E, F, G, H, J, K는 상수임. 후방면은 인접한 원호들 사이에서 혼합되는데, 예를 들면 원호(40)로부터 구동레일(50)을 따라 원호(42)를 향하여 혼합하게 된다. 이것은 곡선 40과 42 사이에서 일련의 원호들을 중첩시키는 것으로 생각될 수 있는데, 이들 각각은 전방원호보다 점차적으로 밀접하게 중심(52)과 구동레일(50)을 한 점에서 지나간다. 따라서 렌즈의 후방 광학 4분원은 혼합 면이 되며, 이는 해당업계에서 "피동곡선(Curve-driven)" 표면이라고 알려져 있다. 렌즈의 후방 표면상에서 중앙 렌즈부분의 나머지 세 개의 4분원은 유사한 방법으로 생성할 수 있으며, 그들의 연결점에서 서로 합쳐진다.

중앙부분(32)의 생성된 후방표면은 위상적으로 구동된다. 즉, 렌즈의 중앙부 분(32)의 후방표면 형상은 각막의 겹쳐지는 부분의 형상에 따라 달라지게 된다. 따라서, 렌즈의 광학적 부분 내에서 후방면의 각 국소 표면 조각편은 그 아래에 놓여 있는 각막의 각각의 국소 부분의 형상에 합치한다. 광학 영역 내에서 후방면은 각막의 형상에 매칭되도록 대응시킬 때 각막의 형상에 합치하게 되는데, 이는 곡선112와 116등이 원호40-46에 의해 밀접하게 근사화 되기 때문이다. 잘 알려진 자이스 단순 렌즈 공식(Zeiss Simple Lens Formula)을 이용한 필수적인 굴절보정에 기초하여 결정된 반경들을 갖는 두 개의 인접한 원호들을 혼합함으로써 아래에 기술한 바와 같이 전방면을 형성하게 된다.

중앙부분(32)의 전방면은 렌즈의 후방면이 생성된 후 적절하게 얻을 수 있다. 렌즈의 앞쪽 표면은 더 좋은 광학체(예를 들면 구형이나 안경용 렌즈등)를 제공하도록 형성된다. 만약 안경용 렌즈표면이 형성된다면, 전면은 잘 알려진 단순 렌즈 공식(Zeiss Simple Lens Formula)을 이용하여 혼합시킬 수 있으며, 그 것은 종래부터 안경용 렌즈의 형상화로 이용되어 왔다. 물론, 전면이 형성되기 전에, 종사자들은 우선 착용자들에게 요구되는 굴절 보정치를 캐드시스템에 입력시켜야 한다. 이러한 정보는 종래의 방법으로 입력되어 캐드시스템이 이 정보를 이용함으로써 렌즈의 전면 형상을 결정할 수 있다. 임의의 두 개의 인접한 원호는 90°간격으로 놓여지기 때문에 자이스 단순 렌즈 공식은 수정될 필요가 없다. 따라서 렌즈의 전면은 형성되며 렌즈의 최소두께를 유지하면서 굴절 보정을 위해 제공된 후방면 원호로부터 일어났지만 후방면 원호와 동일한 평면이 된다.

원호 40-46은 90°간격으로 놓여 있을 필요가 없다는 것에 주목하여야 한다. 이 것은 단지 자이스 단순 렌즈 공식을 사용할 때 편의적으로 했을 뿐인 것이다. 180°따로 떨어져 놓여있는 축은 동일한 반경을 가질 필요는 없으며 대부분의 경우에 동일하지도 않다는 것 또한 명심해야 한다. 따라서, 렌즈의 전방면이나 후방면은 다-원환체(multi-toric) 형상이라고 말하는 것이 가장 적절할 것이다. 그러나 현재 사용하는 용어와 일치시킬 때에 전면은 원환체 형상이라고 말 할 수 있다.

렌즈의 전이영역(34)을 이제 구성할 수 있다. 외주부분의 후방면은 바람직하게 비대칭, 비구형적으로 각막의 기울기와 찌그러짐을 포함하여 기초 형상에 매칭된다. 상기 전이영역에서 66과 같은 각 조각편에 대한 표면적의 양을 줄이기 위해 곡선들 사이의 간격이 5°씩 줄어들게 된다는 점을 제외하고는 곡선 112, 116과 같은 방법으로 68, 70과 같은 곡선을 생성하게 된다. 그 결과 렌즈 후방면의 형상은 최대한으로 각막의 실제 형상과 매칭된다. 각각의 조각편 66은 구동레일(50)과 기초(26)에 의해 경계가 지어지며 제 1운형박판(68)과 제 2운형박판(70)에 의해 원주상으로 경계가 지어진다. 상기 운형박판들은 구동레일(50)과 기초(26)사이에 놓여진 특정곡선의 일부분을 추정하게 한다. 상기 운형박판(68, 70)들은 표면(108)에 매칭되는 각막 내에서 나타나는 위상데이터에 기초한 수학적으로 유도된 곡선이 된다. 그래서 렌즈의 후방면은 기초가 되는 각막의 형상과 매칭된다. 기초(26)와 구동레일(50) 사이에 겹쳐진 렌즈 후방면의 조각편(66)들은 기초(26)와 구동레일(50) 사이의 완만한 곡선 매쉬 표면을 형성하도록 합쳐진다.

전이영역(34)의 전방면은 렌즈에 대한 광학적 특성을 제공하도록 형상화되지 않는다. 이유는 전방면이 콘택트 렌즈의 광학적 영역의 외부에 위치하고 있기 때문 이다. 따라서 전면은 공막자락(90)으로 매끈한 대칭 전이 혹은 비대칭 전이를 위해 형상화된다. 물론 렌즈의 기초에서 일어나는 최소 단부 두께는 렌즈 재료에 따라 다르며 콘택트 렌즈에 균열이 일어나는 것을 최소화 할 정도로 너무 얇아서도 아니 된다.

공막자락(90)은 렌즈(10)의 각막 기초부분의 외부가장자리(26)로부터 퍼져 나온다. 공막자락은 z축에 대하여 구형 후방면을 갖고 평균 공막에 매칭되도록 설계된다. 공막자락의 형상을 결정하는 데이터는 캐드시스템(630)에서 사용되도록 저장되는데, 상기 외부가장자리 부분에서 전이영역(34)으로 완만하게 융합하도록 한다.

전방면과 후방면 모두에 대하여, 렌즈 표면 데이터들은 캐드시스템(630)으로부터 명령처리 장치(640)로 발송된다.

이러한 실시 예에 있어서, 캐드시스템(630)은 렌즈의 후방면, 전방면 및 단부 윤곽표면을 포함하는 전 표면을 기술하는 하나의 푯말 파일(post file)을 생성시키게 된다. 상기 푯말 파일은 명령처리 장치로 보내진다. 이러한 방법으로, 렌즈의 전방, 후방 및 단부 윤곽표면들은 형성되며 명령처리 장치로부터의 정보에 따른다.

명령 처리장치(640)는 푯말 파일을 받아들이는데, 이는 렌즈 표면이 형상화되도록 기술하는 x, y, z 데이터를 포함한다. 그리고 형성 시스템(650)을 조절하는 일련의 명령을 생성시킨다. 명령 처리장치(640)는 캐드시스템(630)으로부터 x, y, z데이터를 받아 들여 렌즈 형성 시스템(650)을 조절하는데 필요한 조절신호를 생성시키기 위하여 렌즈 여백을 형성하거나 적절한 몰드를 정의함으로써 상기 데이터를 이용한다. 명령처리장치(640)는 렌즈 형성시스템(650)에 채택되며, 두 단위는 일반적으로 렌즈 형성시스템(650)의 가공자로부터 얻을 수 있다.

도 8은 본 발명이 구현하는 렌즈(10)의 측단면도이다. 그것은 평탄한 부분(F)와 만곡된 부분(D)을 가지며, 이들이 각막의 찌그러짐에 순응하는 것을 알려준다.

캐드시스템(630)은 캘리포니아주 소우살리토의 오우토덱사 상표명 애티튜드(Attitude), 오우토밀(AutoMILL), 오우토서프(AutoSURF)와 애리조나주 스코우츠데일의 매뉴팩토링 컨설팅 서어비스사의 상표명 앤빌 5000(Anvil 5000) 하에서 상업적으로 이용할 수 있다. 또한 코넷티컷주 맨체스터의 캐드키사 상표명 캐드키(CADKEY) 하에서도 가능하다.

소프트 콘택트 렌즈들은 전형적으로 선반을 이용하여 절삭하거나 주조에 의하거나 아니면 회전 캐스팅공법에 의해 가공되며, 이러한 과정들의 수행과 필요한 주형들을 만들기 위해 상업적인 시스템을 이용하게 된다. 상기 명령 처리장치(640)는 그러한 시스템에 의해 이용 가능한 형태로 데이터나 명령어를 제공한다.

본 발명은 상업적으로 이용 가능한 다양한 재료로부터 제한 없이 만들어진 콘택트 렌즈를 포함하는데, 예를 들면 하이드로겔(hydrogels)과 같은 하이드로필릭 폴리머류(hydrophilic polymers)나 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)와 같은 폴리류(poly)로 된 소프트 콘택트 렌즈와, 딱딱한 콘택트 렌즈 및 이들 사이에 존재한다고 여겨지는 것들을 포함하는 것이다.

상기와 같이, 주문형 콘택트 렌즈와 이들의 가공을 위한 과정을 상세히 설명 하였다. 외부 전이 영역에서 후방면은 기울기와 상하부에서의 찌그러짐을 갖는 각막의 기초 부분에 밀접하게 순응한다. 전이영역은 각막의 형상 및 기울기를 비대칭 비구형적으로 판단하게 하는 광학 부분과 중심을 지지하며, 각막의 광학 중심을 각막의 최고점과 일직선이 되게 한다. 결과적으로 밀접하게 순응한다는 것은 각막과 렌즈 사이에서 얻어지고, 결국 착용할 때 렌즈의 과도한 찌그러짐은 존재하지 않게 된다. 또한 일관된 광학적인 능력이 부여되는 것이다.

그러나 본 발명은 비교적 저렴한 렌즈의 구성에 장점이 있는 것이다. 예를 들면 전이 영역은 환자의 눈에 주문 제작될 필요는 없지만, 다양한 크기와 각막의 기울기 및 찌그러짐의 다양한 정도에 대응하는 형태로 제공될 수 있다. 값싸고 누구나 이용 가능한 렌즈를 위해 보다 단순한 구성을 하는 것은 통계적으로 평균 각막에 대한 전이영역을 설계하는 것이다. 비교적 저렴한 렌즈의 설계를 위하여 중심부분의 후방면은 평균 각막 표면의 형상에 매칭되는 반경을 가지고 통계적으로 평균한 기울어진 z 축에 관하여 캡 형상 또는 구형 조각 편으로 설계될 수 있다. 통계적으로 평균한 전이영역이 이용될 때, 반경 역시 통계적인 평균 반경이 될 수 있다.

상기에서와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예가 설명되었지만, 상기에서 설명한 장치나 방법은 본 발명의 원리를 단지 설명하는 것으로 이해되어야 하며, 다음과 같이 청구되는 발명의 영역과 기본 사상으로부터 해당 분야에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 다른 형태의 장치들이 제안될 수 있음을 밝히고자 한다.

Claims (20)

1. 눈의 시선에 대하여 상대적으로 기울어진 각막을 포함하며 상기 각막은 눈꺼풀에 의해 상하 형상이 찌그러짐을 보여주는 환자의 눈에 적합하도록 구성된 것으로서,

   중앙부분과 각막의 기울어진 정도에 따라 순응하고 각막 위에 놓여지는 후방면을 갖는 반경방향의 외부 전이영역을 가지며, 상기 중앙부분은 각막의 기울기에 가깝도록 기울어져 있는 콘택트 렌즈.
2. 제1항에 있어서, 상기 전이영역의 후방면이 각막의 상부 및 하부 중 적어도 한 곳에서 각막의 찌그러짐에 밀접하게 순응하는 콘택트 렌즈.
3. 제2항에 있어서, 각막의 가장 앞쪽 지점에 실질적으로 일직선으로 되는 광학 중심을 갖는 중앙부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
4. 제2항에 있어서, 상기 중앙 부분은 각막의 형상을 비대칭 비구형적으로 판단하기 위하여 구성되는 각막을 덮고 있는 후방면을 갖는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
5. 제3항에 있어서, 상기 중앙 부분은 각막 위에 놓여지고 각막에 밀접하게 순 응하며 각도를 두고 위치하고 있는 4개의 원호를 포함하는 후방면을 가지며, 상기 후방면은 인접한 원호 사이에서 완만하게 변화하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
6. 제1항에 있어서, 각막의 가장 앞쪽 지점에 실질적으로 일직선으로 되는 광학 중심을 갖는 중앙부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
7. 제6항에 있어서, 상기 중앙 부분은 각막의 형상을 비대칭 비구형적으로 판단하기 위하여 구성되며 각막을 덮고 있는 후방면을 갖는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
8. 제6항에 있어서, 상기 중앙 부분은 각막 위에 놓여지고 각막에 밀접하게 순응하며 각도를 두고 위치하고 있는 4개의 원호를 포함하는 후방면을 가지며, 상기 후방면은 인접한 원호 사이에서 완만하게 변화하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
9. 눈의 동공 축에 대하여 상대적으로 기울어진 각막을 가지고 있으며 상기 각막은 눈꺼풀에 의해 상하 형상이 찌그러짐을 보여주는 눈에 적합하도록 구성된 것으로서, 중앙부분과 각막 위에 놓여지고 그에 밀접하게 순응하는 후방면을 갖는 반경방향의 외부 전이영역을 가지며, 상기 중앙부분은 각막 기울기에 근사적으로 일치되기 위하여 기울어져 있는 콘택트 렌즈.
10. 제9항에 있어서, 각막의 가장 앞쪽 지점에 실질적으로 일직선으로 되는 광학 중심을 갖는 중앙부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
11. 제9항에 있어서, 상기 중앙 부분은 각막 위에 놓여지고 각막에 밀접하게 순응하며 각도를 두고 위치하고 있는 4개의 원호를 포함하는 후방면을 가지며, 상기 후방면은 인접한 원호 사이에서 완만하게 변화하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈는 소프트 콘택트 렌즈이며 전이영역의 반경방향 외부로 공막자락을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
13. 눈의 시선에 대하여 상대적으로 기울어진 각막을 포함하며 상기 각막은 눈꺼풀에 의해 상하 형상이 찌그러짐을 보여주는 환자의 눈에 적합하도록 구성된 것으로서,

    시선에 상대적으로 기울어진 중앙부분과 각막 위에 놓여지는 후방면을 갖는 반경방향의 외부 전이영역을 가지며,

    일군의 콘택트 렌즈들 중에서 선별된 것으로서 각각은 그 것의 중앙부분 후방면내에 포함되는 각막 기울기에 관련된 다른 지정 값을 가지게 되고,

    후방면 각막의 기울기가 각막의 렌즈에 가장 밀접하게 순응하는 상기 일군 중 하나에 대응하는 콘택트 렌즈.
14. 눈의 시선에 대하여 상대적으로 기울어진 각막을 포함하며 상기 각막은 눈꺼풀에 의해 상하 형상이 찌그러짐을 보여주는 환자의 눈에 적합하도록 구성된 것으로서,

    중앙부분과 각막 위에 놓여지며 이에 순응하는 후방면을 갖는 반경방향의 외부 전이영역을 가지며, 상기 중앙부분은 각막의 통계적으로 평균인 기울기에 대응하는 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 각막의 가장 앞쪽 지점에 실질적으로 일직선으로 되는 광학 중심을 갖는 중앙부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
16. 눈의 시선에 대하여 상대적으로 기울어진 각막을 포함하며 상기 각막은 눈꺼풀에 의해 상하 형상이 찌그러짐을 보여주는 환자의 눈에 적합하도록 구성된 것으로서,

    각막 위에 놓여지는 후방면을 갖는 반경방향의 외부 전이영역을 가지며,

    일군의 콘택트 렌즈들 중에서 선별된 것으로서 각각은 그 것의 중앙부분 후방면내에 포함되는 각막 기울기에 관련된 다른 지정 값을 가지게 되며,

    후방면 각막의 기울기가 각막의 렌즈에 가장 밀접하게 순응하는 상기 일군 중 하나에 대응하며,

    상기 중앙부분은 각막의 가장 앞쪽 지점에 실질적으로 일직선으로 되는 광학 중심과 각막의 통계적으로 평균인 기울기를 갖는 축에 형성되는 구형 캡 형상을 갖도록 구성되는 후방면을 갖는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
17. 제16항에 있어서, 상기 중앙부분 후방면의 반경은 각막의 통계적으로 평균인 반경에 가장 밀접하게 매칭되는 값과 동일한 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
18. 제15항에 있어서, 상기 중앙부분은 각막의 통계적으로 평균인 반경에 가장 밀접하게 매칭되는 값과 동일한 반경을 갖는 구형 캡 형상을 갖도록 구성되는 후방면을 갖는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
19. 눈의 시선에 대하여 상대적으로 기울어진 각막을 포함하며 상기 각막은 눈꺼풀에 의해 상하 형상이 찌그러짐을 보여주는 환자의 눈에 적합하도록 구성된 것으로서,

    중앙부분과 각막 위에 놓여지고 그에 순응하는 후방면을 갖는 반경방향의 외부 전이영역을 가지며,

    상기 중앙부분은 각막의 통계적으로 평균인 각막 기울기에 대응하는 기울기를 가지며, 실질적으로 각막의 가장 앞 지점에서 일직선으로 되는 광학 중심과 각막의 통계적으로 평균인 각막 기울기를 갖는 축에 형성되는 구형 캡 형상을 갖도록 구성되는 후방면을 갖는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.
20. 제19항에 있어서, 상기 중앙부분 후방면의 반경은 각막의 통계적으로 평균인 반경에 가장 밀접하게 매칭되는 값과 동일한 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈.

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