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KR101342421B1 - 동변조를 사용하는 다중초점 콘택트 렌즈 - Google Patents

동변조를 사용하는 다중초점 콘택트 렌즈 Download PDF

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KR101342421B1
KR101342421B1 KR1020087029670A KR20087029670A KR101342421B1 KR 101342421 B1 KR101342421 B1 KR 101342421B1 KR 1020087029670 A KR1020087029670 A KR 1020087029670A KR 20087029670 A KR20087029670 A KR 20087029670A KR 101342421 B1 KR101342421 B1 KR 101342421B1
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pupil
lens
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씨. 벤자민 우레이
아미타바 굽타
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존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 제 1 순서의 동공 크기 및 스타일스-크로포드 효과를 모두 고려하여 착용자의 굴절 처방을 교정하는 콘택트 렌즈를 제공한다.
광학 디자인, 동공 크기, 스타일스-크로포드 효과, 콘택트 렌즈

Description

동변조를 사용하는 다중초점 콘택트 렌즈{Multifocal contact lens designs utilizing pupil apodization}
본 발명은 다중초점 안경 렌즈에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 스타일스-크로포드 효과(Stiles-Crawford Effect) 및 동공크기(pupil size) 모두에 기초하여, 개인 또는 개인 그룹에 스케일링된(scaled) 다중초점 디자인을 사용함으로써 노안을 교정하는 콘택트 렌즈를 제공한다.
개인이 노화되면서, 눈은 관찰자에게 비교적 근거리에 있는 대상에 초점을 맞추기 위하여, 수정체(natural lens)를 굴곡시키거나 원근 조절(accommodate)하는 능력이 저하된다. 이러한 상태는 노안으로 알려져 있다. 유사하게, 수정체를 제거하고 대체물로서 안과 렌즈를 삽입한 사람은 원근 조절 능력이 결여된다.
원근 조절하기 위하여 눈의 질병을 교정하는데 사용되는 방법들중 하나는 하나 이상의 굴절력(optical power)을 가지는 렌즈이다. 특히, 원거리 및 근거리 영역과 일부 경우에는 중간 거리 영역의 굴절력을 제공하는 다중초점 콘택트 및 안경 렌즈들이 개발되었다.
개인의 동공 크기는 나이, 조명 및 눈과 관측 대상물 사이의 거리에 따라서 변화되는 것으로 공지되어 있다. 예를 들어, 휘도가 증가함에 따라서, 동공 크기는 감소하고, 나이가 들면서 휘도의 변화에 대한 동공의 반응이 감소한다. 그러나, 일부 종래의 다중초점 콘택트 렌즈는 통상적으로 동공 크기를 고려하지 않으므로, 모든 관측 조건에서 렌즈 착용자에게 빛을 분배하는 기능이 저하된다. 비록, 동공 크기를 고려한 렌즈들 조차도, 눈의 망막 추체(cone of eye)가 다른 광선보다 추체 표면에 수직하게 입하는 광선에 더욱 민감하다는 사실을 고려하지 않았다. 따라서, 빛에 대한 반응 강도는 동공구경(pupillary aperture)의 중심에 또는 중심 부근에서 최대이고 그 주변을 향하여 점차 감소되며, 이러한 현상은 제 1 종류의 스타일스-크로포드 효과("Stiles Crawford Effect" 또는 "SCE")로 공지되어 있다. 따라서, 단지 동공 크기만을 고려하여, 다중초점 렌즈의 광학 영역의 크기를 단순 가공하는 방법에 의해서는 렌즈에 대한 최상의 시각 효과를 얻을 수 없다. 오히려, 디자인은 동공 크기 및 스타일스-크로포드 효과를 모두 고려해야 한다.
본 발명은 광학 디자인을 제공하는 단계(a) 및 동공 크기 및 스타일스-크로포드 효과에 기초하여 광학 디자인을 스케일링하는 단계(b)를 포함하는, 콘택트 렌즈의 디자인 방법을 제공한다.
도 1은 다중초점 렌즈 디자인을 도시한 도면.
도 2는 동공 크기를 고려해서 스케일링된 도 1의 디자인을 도시한 도면.
본 발명은 SCE에 따라 동공 크기를 고려하여 착용자의 굴절 처방을 교정하는 콘택트 렌즈 및 이 렌즈의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 다중초점 콘택트 및 안경 렌즈를 모두 설계할 때 유용할 뿐 아니라, 다중초점 콘택트 렌즈 디자인을 제공할 때, 가장 큰 유용성을 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 광학 디자인을 제공하는 단계(a) 및 동공 크기 및 스타일스-크로포드 효과에 기초하여 광학 디자인을 스케일링하는 단계(b)를 포함하고, 필수적으로 그 단계들로 구성되는 콘택트 렌즈의 디자인 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 단계에서, 다중초점 광학 디자인이 제공된다. 상기 디자인은 임의의 바람직한 디자인일 수 있지만, 양호하게는 상기 디자인은 적어도 두개의 반경방향의 대칭 영역 즉, 중심 영역인 제 1 영역과 상기 중심 영역을 둘러싸는 환형 영역인 제 2 영역을 수용한다. 양호하게는, 중심 영역은 렌즈 착용자의 원거리 시력(distance vision acuity)을 원하는 도수까지 실질적으로 교정하는데 필요한 굴절력을 제공하는 영역을 의미하는 원거리 시야 영역이다. 환형 영역은 양호하게는 렌즈 착용자의 근거리 시력(near vision acuity)을 원하는 도수까지 실질적으로 교정하는데 필요한 굴절력을 제공하는 영역을 의미하는 근거리 시야 영역이다. 다른 방안으로, 근거리 시야 영역은 중간 시야 교정을 제공하기 위하여, 약 0.5 디옵터(diopter)까지 편향될 수 있다.
더욱 양호하게는, 디자인은 원거리 시야 교정을 제공하는 제 2 환형 영역을 포함한다. 영역들이 원거리 시야 교정 또는 근거리 시야 교정 또는 근거리 굴절력 및 원거리 굴절력 사이의 교정 굴절력을 의미하는 중간 굴절력을 제공할 수 있는 디자인에는 임의의 수의 추가 영역들이 포함될 수 있다. 예시적인 목적을 위해서, 다중초점 디자인(10)이 도 1에 도시되어 있다. 상기 디자인은 중심 원거리 시야 영역(15), 근거리 시력의 제 1 환형 영역(16) 및 원거리 시력의 제 2 환형 영역으로 구성된다. 중심 영역("r1"), 제 1 환형 영역("r2") 및 제 2 환형 영역("r3")의 반지름은 렌즈 표면의 기하학적 중심점인 지점(A)에서 각각 측정된 1, 2 및 4mm이다.
본 발명의 방법에서, 상기 디자인은 동공 크기에 기초하고 SCE를 고려하여 스케일링된다. 동공 크기에 기초하는 스케일링에서, 한 개인의 동공 크기 또는 개인들의 개체수의 동공 크기 측정값이 사용될 수 있다. 예를 들어, 표 1은 나이 35 내지 42 세 사이의 13명의 사람에 기초한 동공 크기 데이터의 목록이다.
Figure 112008083664874-pct00001
상기 데이터는 하기 수학식 1을 사용하여 최적값을 계산하는데 사용된다.
Figure 112008083664874-pct00002
여기서, x는 mm 당 칸델라(candela)의 휘도 레벨이고, y는 mm의 동공 직경이다. 상기 계산의 결과는 표 1 칼럼의 "최적값, 모든 데이터"에 기재되어 있다.
다른 방안으로, 개인의 동공 크기 데이터에 기초하여 계산하기 위하여, 하기 굴절 법칙 수학식 2가 사용될 수 있다.
Figure 112008083664874-pct00003
여기서, x는 mm 당 칸델라(candela)의 휘도 레벨이고, y는 mm의 동공 직경이다. 상기 계산의 결과는 표 1 칼럼의 "1명에 대한 외삽법(extrapolation)"에 기재되어 있다.
예로서, 3개의 영역, 도 1의 다중초점 디자인은 개인의 동공 크기에 기초하여 스케일링된다. 하기 표 2는 여러 빛 환경에서 측정된 통상적인 빛 수준을 기록한다.
Figure 112008083664874-pct00004
표 2의 데이터에 기초하는, 실외 원거리 대상물의 주간 관측시의 대표적인 휘도 레벨은 약 1000 cd/m2이고, 실내 근거리 및 중간 거리 대상물의 대표적인 휘도 레벨은 약 15 cd/m2이고, 실외 원거리 대상물의 저녁 관측시의 대표적인 휘도 레벨은 약 0.3 cd/m2이다. 표 3의 데이터는 수학식 2에 따라서 외삽되고, 개인의 동공 크기 직경은 1000 cd/m2에서 2.0mm, 10 cd/m2에서 4.0mm, 및 0.30 cd/m2에서 7.2mm,이다.
상기 외삽법은 도 1의 디자인을 스케일링하는데 사용된다. 그에 따라 스케일링된 디자인(20)은 중심 영역("r4"), 제 1 환형 영역("r5") 및 제 2 환형 영역("r6")이 각각 1, 2 및 3.65mm이고, 도 2에 도시된다. 따라서, 중심 거리 시야 영역(25)의 외경은 2mm이고 환형 근거리 시야 영역(26)의 내경 및 외경은 각각 2mm 및 4mm이고, 외주 원거리 시야 영역(27)의 내경 및 외경은 각각 4mm 및 7.3mm이다. 중심 거리 시야 영역, 근거리 시야 영역 및 외주 원거리 시야 영역의 비율은 1:3.0:8.96이다.
본 발명의 방법에 있어서, SCE는 디자인을 스케일링하는데 사용된다. SCE로 인하여, 시각적 광전위(visual photo-potential)로의 빛의 변환 효율은 동공의 중심 또는 최대 효율점으로부터 감소된다. 상기 효율의 하강은 하기 수학식 3에 의해서 주어진 포물선 함수로 표현된다.
Figure 112008083664874-pct00005
여기서, η은 유효 시각화(visualization of effectiveness)의 효율이다;
x는 최대 효율점으로부터 동공의 임의의 점의 거리이고; ρ는 건강한 피실험자의 약 0.05인 상수이다.
수학식 3은 6mm의 동공 직경까지의 효율 감소량을 결정하기 위하여 유용하다. 6mm를 초과할 때, 가우시안 피트법(gaussian fit)이 사용된다.
SCE를 교정하는 유효 동공 직경을 결정하기 위하여, 수학식 3이 다음과 같이 재설정될 수 있다.
Figure 112008083664874-pct00006
여기서, η은 y로 놓고, xmax는 0으로 놓는다.
수학식 4는 예를 들어, 6mm 동공에 대해서 x = 3일 때, 동공 에지에 대한 곡선 하의 영역을 얻기 위하여 적분되고, 동일 영역의 직사각형으로 균등화된다. X0의 측정 젖꼭지형 반경에 대한, 유효 반경은 다음과 같다:
Figure 112008083664874-pct00007
동공 직경의 대표 측정값에 대해서 계산된 유효 동공 직경은 하기 표 3과 같다.
Figure 112008083664874-pct00008
표 3은 큰 동공 크기에 대한, 유효 동공 크기는 실제 동공 크기 보다 작다는 것을 제시한다.
도 1에 도시된 디자인에서, 도 1에 대한 영역 비율은 1:3.0:8.96이고, 동공 반경은 1, 2 및 3.65mm이다. 얼마나 많은 빛 에너지가 각 지역으로부터 망막 상에 모아지는가와 상관되는 동공 영역을 고려할 때, 외부 지역이 너무 크고 디자인의 성능을 부정적으로 왜곡한다고 결론지어질 수 있다.
더욱 상세하게는, 중심 링의 영역은 pi*r1 2이고, 제 1 환형 링의 영역은 pi*(r2 2 -r1 2)이고, 외부 링의 영역은 pi*(r3 2 -r2 2)이다. 중심 영역 대 근거리 영역 대 외부 영역의 비율은 다음과 같이 계산될 수 있다:
1 : pi*(r2 2 -r1 2)/pi*r1 2 : pi*(r3 2 -r2 2)/pi*r1 2
이것은 다음과 같이 단순화된다:
1 : (r2 2 -r1 2)/r1 2 : (r3 2 -r2 2)/r1 2
여기서, 각 r1 ,r2 및 r3은 수학식 5를 사용하여 계산된 유효 반경이다.
수학식 5를 사용하여 유효 동공 직경을 계산하고 그후에 각 링의 영역들을 비교하면, 1:2.23:2.94의 비율이 얻어지고 이것은 유효 외부 원거리 시야 영역에서 크게 감소한다는 것을 나타낸다.
또한, 휘도 레벨이 75cd/m2 에서 7.5cd/m2 로 떨어질 때, 시력이 약간 손실되지만, 휘도가 7.5cd/m2 에서 0.75cd/m2 로 그리고 다시 0.075cd/m2 로 저하될 때, 시력이 크게 손실된다는 것을 표시하는 연구서를 참조하면, 이미지 흐림(image blur)을 야기한 초점 흐림의 충격은 낮은 휘도 상태에서 시력에 더욱 부정적일 수 있다. 따라서, 일단 개인의 근거리 시력이 충족되면, 개인의 동공이 허락하는 만큼의 큰 면적의 원거리 시력 교정 렌즈를 제공할 필요성이 있다. 따라서, 근거리 시야 영역의 외경을 4mm 에서 3.6mm로 감소시키고 상기 영역의 외경을 8.0mm로 증가시켜서 1: 1.76: 3.8의 면적 비율 분포를 제공함으로써, 상기 디자인에 대한 더욱 양호한 분포가 얻어질 수 있다.
상기 기술은 개인의 동공 크기에 기초한 디자인의 스케일링에 대해서 설명한다. 다른 방안으로, 디자인은 예를 들어, 표 1의 마지막 두 칼럼에 제시된 데이터에 의해서 나타난 전체 그룹으로서, 개인의 개체수에 대한 동공 크기 정보의 평균에 기초하여 스케일링될 수 있다. 또다른 대안 개체수의 하위그룹이 규정될 수 있는데, 상기 하위그룹 각각은 휘도 레벨의 함수로서 유사 동공 직경을 갖는 개인들을 수용한다.
본 발명의 디자인에서, 렌즈 착용자의 동공 크기는 대부분 또는 모두 다중초점 영역을 사용하는 크기까지 확대되는 경우에 최상의 결과가 얻어진다. 3개의 영역 디자인에서, 외부 원거리 시야 영역의 기여도(contribution)는 불충분한 동공 확대로 인하여 감소되므로, 동공에 입사하는 빛의 양은 작아지고 시력이 저하된다. 따라서, 3개 영역의 디자인은 동공이 6.0mm까지 확대되지 않는 개인에 대해서는 최적이 아닐 수 있다. 이들 경우에는, 중심 근거리 시야 영역 및 환형 원거리 시야 영역을 갖는 두 영역의 이중초점 디자인이 바람직할 수 있다. 상기 두 영역의 디자인에서, 중심의 한 직경이 2.0mm이면, 근거리 대상에 대한 만족스런 이미지 강도가 얻어지고 외부 원거리 영역은 동공이 낮은 휘도 환경에서 확대되는 경우에 만족스러운 교정을 제공한다.
본 발명의 렌즈에서, 중심 영역 및 추가 영역은 렌즈의 전면 또는 대상물 측면, 후면 또는 눈 측면 상에 있을 수 있거나 또는 전면 및 후면 사이에서 분할될 수 있다. 착용자의 난시를 교정하기 위하여 렌즈의 오목면 또는 후면에 난시도수(cylinder power)가 제공될 수 있다. 다른 방안으로, 난시도수는 전면 또는 후면 상의 원거리 시력 또는 근거리 시력과 또는 양자 모두와 조합될 수 있다. 본 발명의 모든 렌즈에서, 원거리, 중간 거리 및 근거리 굴절력은 구면 또는 비구면 굴절력일 수 있다.
본 발명에서 유용한 콘택트 렌즈들은 양호하게는 소프트 콘택트 렌즈이다. 양호하게는, 상기 렌즈들을 제조하기에 적합한 임의의 재료로 제조된 소프트 콘택트 렌즈가 사용된다. 소프트 콘택트 렌즈의 형성을 위한 예시적인 재료들은 제한없이 참조로 전체적으로 본원에 합체된 미국 특허 제 5,371,147호, 제 5,314,960호 및 제 5,057,578호에 기재된 수소, 실리콘 함유 수소 등과 그 조합물을 포함하는 실리콘 엘라스토머, 실리콘 함유 매크로머(macromer)를 포함한다. 더욱 양호하게는, 표면은 실록산(siloxane)이거나 또는 제한없이, 폴리디메틸, 실록산 매크로머, 메타크릴옥시프로필 폴리아킬 실록산 및 그 혼합물, 실리콘 수소 또는 에타필콘 에이.(etafilcon A.)와 같은 수소를 포함하는 실록산 작용기를 함유한다.
양호한 렌즈 형성 재료는 폴리-2-하이드록시에틸 메타크릴레이트 폴리머이고, 약 25,000 및 약 80,000 사이의 최대 분자량과 약 1.5 이하 내지 약 3.5 이하의 다분산도(polydispersity)를 가지며, 적어도 하나의 가교 결합 작용 그룹에서 공유결합된다. 이 재료는 참조로 본원에 전체적으로 합체된 미국 시리얼 번호 제 60/363,630호의 위임 도켓 번호 VTN 588호에 기재되어 있다. 안경 렌즈를 형성하기 위한 적당한 재료는 제한없이, 폴리메틸 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 불활성 클리어 플라스틱(inert clear plastics), 실리콘기 폴리머 등과 그 조합물을 포함한다.
렌즈 형성 재료의 경화 공정은 제한없이, 서멀, 방사, 화학, 전자기 복사 경화 등과 그 조합들을 포함하는 임의의 공지된 수단에 의해서 실행될 수 있다. 양호하게는, 렌즈는 가시광의 전체 스펙트럼을 사용하거나 또는 자외선 광을 사용하여 실행되어 몰딩된다. 특히, 렌즈 재료를 경화시키기에 적합한 정확한 조건은 형성될 렌즈 및 선택된 재료에 따라 좌우된다. 제한없이, 콘택트 렌즈를 포함하는 안과용 렌즈에 대한 중합화 공정은 널리 공지되어 있다. 적당한 공정은 참고로 전체적으로 본원에 합체된 미국 특허 제 5,540,410호에 기재되어 있다.
본 발명의 콘택트 렌즈는 임의의 종래 방법에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 광학 영역은 본 발명의 렌즈를 형성하는데 사용되는 몰드 안으로 다이아몬드 선회되거나 또는 다이아몬드 터닝(diamond turning)에 의해서 생성된다. 차후에, 몰드들 사이에 적당한 액체 수지가 배치하고, 그후 본 발명의 렌즈를 형성하기 위하여 수지를 압축 및 경화시킨다. 다른 방안으로, 상기 영역은 렌즈 버튼(lens button) 안으로 다이아몬드 선회될 수 있다.

Claims (14)

  1. 복수의 광학 영역들을 갖는 광학 디자인을 제공하는 단계(a); 및
    유효 동공 직경을 결정하고, 각각의 광학 영역의 반경을 스타일스-크로포드 효과(Stiles Crawford Effect) 및 근거리 요구(near distance needs)에 부합하도록(consistent with) 조정하고, 상기 근거리 요구의 만족과 부합하도록 상기 유효 동공 직경이 허용되는 범위에서의 큰 원거리 시력 교정 광학 면적 (distance vision correcting optic area)을 제공함으로써, 상기 광학 디자인을 스케일링하는 단계(b);를 포함하는, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 디자인은 다중초점 디자인인, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 동공 크기는 개인들의 전체 개체수(population) 또는 개체수의 일부의 동공 크기 측정값인, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동공 크기는 한 개인의 동공 크기인, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 동공 크기는 개인들의 전체 개체수(population) 또는 개체수의 일부의 동공 크기 측정값인, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 동공 크기는 한 개인의 동공 크기인, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 다중초점 디자인은 중심 영역인 제 1 영역과 상기 중심 영역을 둘러싸는 환형 영역인 제 2 영역을 포함하는, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중심 영역은 원거리 시야 영역이고, 상기 환형 영역은 근거리 시야 영역인, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다중초점 디자인은 원거리 시야 교정을 제공하는 제 2 환형 영역을 추가로 포함하는, 콘택트 렌즈의 디자인 방법.
  10. 제 1 항의 방법에 따라 디자인된 렌즈.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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