一种调整周围高阶像差控制近视的方法及光学器材与流程

1.本发明涉及光学领域，特别是涉及一种调整周围高阶像差控制近视的方法及光学器材。


背景技术：

2.近视是全世界视力障碍的主要原因之一，近50年来近视患病率急剧上升。近视进展和轴向伸长是不可逆的，并且伴有眼部并发症，例如：脉络膜视网膜变性、视网膜脱离、青光眼、白内障等。由于高阶像差会降低视网膜图像质量并在眼睛的整个瞳孔内产生光学聚散度变化，因此会提供有助于调节眼睛生长和屈光不正的光学信号。其中，高阶像差的大小和类型会随着年龄、屈光误差以及工作和调节期间变化。此外，在控制近视过程中，高阶像差会发生显著变化，例如：采用光学眼镜、隐形眼镜等控制近视时，高阶像差会影响眼球的轴向伸长、屈光不正等。
3.一般的光学眼镜、隐形眼镜等无法校正轴外像差，并且在矫正中央凹区屈光不正时，也会影响周围的视力。由于周边视觉在中央屈光不正的发展中的潜在作用，根据“周边屈光理论”，仅能够矫正中央视觉而忽略周围图像质量。由于近视具有相对远视的周围，如果矫正镜片在整个镜片上都具有相同的屈光力，则校正中央近视将使得周围远视离开，远视周边将继续引导眼球的轴向伸长，并且近视的发展不会停止。因此，如果只是校正中央视力的镜片实际上没有作用，甚至增加近视的进展。
4.在“周边屈光理论”的基础上，目前有已有离焦光学软性隐形眼镜，请参阅图1，多焦点软性隐形眼镜，请参阅图2，渐进式多焦点软性隐形眼镜，请参阅图3，此类软性隐形眼镜旨在减轻相对周边远视的效果。其中，离焦光学软性隐形眼镜、多焦点软性隐形眼镜以及渐进式多焦点软性隐形眼镜均有用于矫正屈光不正的远视力矫正区、治疗区，虽然此类软性隐形眼镜的正向屈光力逐渐增强，但是近视的控制机制单凭“周边屈光理论”并不能完全解释其进展；因此，在“周边屈光理论”的基础上提出了一种“调节滞后理论”，即近视工作期间由于睫状肌收缩调节滞后导致的轴向远视性，造成的视网膜模糊可以通过中央双焦点校正，基于该理论设计的双焦点矫正调节滞后的控制近视软性隐形眼镜，包括由一系列处理和校正所包围的中央区域，这些区域共同产生了两个聚焦平面。
5.目前产品只是考虑了减轻相对周边远视，进一步校正轴外像差对于帮助理解设计眼睛的周边光学器件的影响，为了获得关于视野中周边屈光误差和图像质量如何变化的确定结果,需要通过特殊的相位板和现代自适光学系统对眼睛进行实际测量。周边屈光校正多重研究显示，远视眼和正视眼的屈光亮度往往也与中央凹区近视有关。来自远距离，延伸物体的图像外壳比视网膜表面更弯曲，导致在更大的视网膜偏心率下近视模糊量增加，将这种情况称为“近视视野弯曲”或“相对周边近视”。相比之下，近视眼在周边视野中的近视度数往往少于中央眼，因此，相对于中央凹区屈光不正，眼睛在较大的视网膜偏心时具有增加的远视模糊量，将这种情况称为“远视场弯曲”或“相对周边远视”。周边屈光会影响屈光不正的发生的基本原理：如果周边视网膜相对远视，那么无论中央凹区的屈光状态如何，这
种相对远视的散焦都会导致眼球的轴向伸长。如上所述，来自远视外围的稳态信号将引导眼球的轴向伸长。如果中央凹视网膜是正视眼或近视眼，则来自中央视网膜的稳态信号将引导眼球的轴向伸长。来自中央视网膜和周围视网膜的这两个信号将试图保持平衡。尽管中部的神经元密度高于周围视网膜的神经元密度，但考虑到中央视网膜的总面积很小，来自周围视网膜的引导眼球的轴向伸长的稳态信号将比来自中央视网膜的信号强。如果这些信号具有空间，则引导眼睛减少伸长，眼部生长的机械性约束也会使中央凹区的轴向伸长，这也可由局部视网膜机制证明。
6.一般软性隐形眼镜(scl)和高透氧硬性隐形眼镜(rgp)均可减少近视眼中存在的远视场曲度，但只有rgp可以减少周边视网膜上图像模糊的相对量。尽管是由近视问题引起的，但结果也与周围视觉的感知质量有关。通过rgp镜片获得的改善周边视野的图像对比度的视觉优势应超过scl的视觉优势。在降低视场曲度与增加周边散光之间进行权衡，需要进行rgp矫正，这限制了周边视网膜上图像模糊的净改善，这反过来可能会限制高透氧硬性隐形眼镜rgp改善视力或控制近视进展的效果。因此结果表明，取决于视网膜图像质量的轴向生长机制受rgp的影响比scl透镜的影响更大，因此可知，隐形眼镜会增加周边视野中的高阶像差。rgp镜头可改善位于中央凹远点的物体的周边图像质量，隐形眼镜校正后增加的角膜高阶像差(hoas)会降低图像质量，具体取决于眼睛的初始图像质量。如果眼睛最初具有良好的图像质量，则hoas的变化会对图像质量产生较大影响。但是如果眼睛最初的图像质量较差，hoas对图像质量的影响相对较小。hoas在对周围散焦的不对称敏感性中起主要作用，并且当校正hoas时，施加负散焦和正散焦的效果更加对称。即hoas也会增加周围的聚焦深度。散焦的不对称性仅在近视眼中才发现。这些结果表明，不仅止于现今减轻相对周边远视，增加近视的负散焦，控制近视的发展的光学器材(包括但不仅限于光学眼镜、隐形眼镜等)需要致力提高校正hoas的能力(包括中央及周边)，还必须同时在整个视野范围内为眼睛提供最佳的球镜矫正。


技术实现要素：

7.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种调整周围高阶像差控制近视的方法及光学器材，通过测量并调整眼睛周围的高阶像差，实现对近视进展和轴向伸长控制。
8.本发明提供一种调整周围高阶像差控制近视的方法，所述方法包括以下步骤：
9.步骤1：根据眼睛的验光数据初步确定光学相位板；
10.步骤2：通过快速扫描hs波前传感器测量眼睛的高阶像差数据，并且根据高阶像差数据修正光学相位板；
11.步骤3：通过精密数控车床切削制成诊断球面镜片，并且通过诊断球面眼镜和光学相位板对眼睛进行波前像差测量；
12.步骤4：根据波前像差测量数据修正瞳孔偏移、修正偏心像差，最终确定光学相位板；
13.步骤5：通过精密数控车床切削光学相位板上残留的高阶像差形成的前表面不规则轮廓；
14.步骤6：在光学相位板上增加控制近视的楔形复曲面光学区。
15.于本发明的一实施例中，所述步骤1的具体流程为：
16.步骤1.1：根据眼睛的验光数据确定眼镜相位板、角膜地形图；
17.步骤1.2：将角膜地形图输入计算机系统，通过计算机系统使用曲线拟合仿真生成隐形眼镜相位板；
18.步骤1.3：根据眼镜相位板和隐形眼镜相位板，初步确定光学相位板；
19.步骤1.4：根据临床诊断数据，修正光学相位板，并且根据光学相位板对隐形眼镜相位板进行修正。
20.于本发明的一实施例中，所述步骤2的具体流程为：
21.步骤2.1：通过快速扫描hs波前传感器测量眼睛的高阶像差数据；
22.步骤2.2：将高阶像差数据输入计算机系统，计算机系统根据高阶像差数据修正光学相位板。
23.于本发明的一实施例中，所述步骤3通过诊断球面眼镜和光学相位板对眼睛进行波前像差测量，得到瞳孔偏移测量数据和平移旋转偏移测量数据。
24.于本发明的一实施例中，所述步骤4的具体流程为：
25.步骤4.1：根据瞳孔偏移测量数据，修正瞳孔偏移；
26.步骤4.2：通过有效矩阵对平移旋转偏移测量数据进行矩阵转化，并且根据转化矩阵数据修正偏心像差；
27.步骤4.3：根据瞳孔偏移修正结果和偏心像差修正结果，修正光学相位板，最终确定光学相位板。
28.于本发明的一实施例中，所述步骤6中控制近视的楔形复曲面光学区包括正球面像差区和三阶垂直彗星像差区。
29.本发明提供一种调整周围高阶像差控制近视的光学器材，所述光学器材通过所述的方法制成，包括框架眼镜、隐形眼镜、眼内镜片以及眼内镶嵌物。
30.如上所述，本发明的一种调整周围高阶像差控制近视的方法及光学器材，具有以下有益效果：本发明通过对偏心像差进行修正，能够提高视网膜图像的对比度，通过对瞳孔偏移进行修正，能够提高眼睛周围的视力；通过对角膜周边的三阶垂直彗星像差进行修正，能够抑制近视的轴向伸长，通过对角膜周边的正球面像差进行修正，能够减慢近视的进展。
附图说明
31.图1显示为本发明现有技术中公开的离焦光学软性隐形眼镜示意图。
32.图2显示为本发明现有技术中公开的多焦点软性隐形眼镜示意图。
33.图3显示为本发明现有技术中公开的渐进式多焦点软性隐形眼镜示意图。
34.图4显示为本发明实施例中公开的测量周围高阶像差的快速扫描hs波前传感器示意图。
35.图5显示为本发明实施例中公开的调整周围高阶像差控制近视的方法的流程图。
36.图6显示为本发明实施例中公开的棱镜压载物楔形复曲面光学区示意图。
37.图7显示为本发明实施例中公开的调整周围高阶像差控制近视的隐形眼镜的示意图。
具体实施方式
38.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
40.眼睛作为光学仪器，在聚焦方面是不完善的，因此，低阶像差(包括近视、远视以及散光等)和高阶像差(包括正球面像差、三阶垂直彗星像差等)都是很常见的，这些光学缺陷会影响视网膜上形成的图像；目前，低阶像差已经被研究了很多年，临床医生致力于这些聚焦误差，但是对于周边视差的研究还不够，其中，周边视差在视网膜的周边，因此，偏心辨别小物体的能力大大降低，由于偏心像差的存在，降低了视网膜图像的对比度；由于，轴外像差的存在，在矫正中央凹区屈光不正时，也会影响周围的视力，通过研究表明三阶垂直彗星像差与近视的轴向伸长之间存在显著的负相关，因此，三阶垂直彗星像差这种不对称的角膜高阶像差(hoas)会抑制近视的轴向伸长，并且，正球面像差会减慢近视的进展。
41.此外，角膜塑形的角膜高阶像差(hoas)的各种成分与近视的轴向伸长存在显著的负相关，因此，三阶垂直彗星像差和角膜塑形的角膜高阶像差(hoas)与近视进展成负相关，因此，必须考虑角膜塑形的角膜高阶像差(hoas)如何减缓近视进展和轴向伸长的关系。
42.现有精密数控车床能够制造几乎任何像差轮廓的光学相位板，并且通过使用自适应光学系统(ao)能够矫正高阶像差，改善眼睛的光学性能，但是潜在的局限性在于相对于瞳孔偏移，导致矫正结果不能达到预期的效果。
43.因此综合以上问题，请参阅图5，本发明提供一种调整周围高阶像差控制近视的方法，所述方法包括以下步骤：
44.步骤1：根据眼睛的验光数据初步确定光学相位板；
45.具体的，首先根据眼睛的验光数据确定眼镜相位板、角膜地形图；将角膜地形图输入计算机系统，通过计算机系统使用曲线拟合仿真生成隐形眼镜相位板；然后根据眼镜相位板和隐形眼镜相位板，初步确定光学相位板；最后根据临床诊断数据(例如无法提供适当的边缘间隙或与角膜过度接触等临床原因)，通过改变计算机系统生成的曲线修正光学相位板，并且根据光学相位板对隐形眼镜相位板进行修正；
46.其中，计算机系统中安装有zemax光学设计软件，通过zemax光学设计软件能够曲线模拟以表征使用隐形眼镜相位板的高阶像差补偿效果。
47.步骤2：通过快速扫描hs(hartmann-shack)波前传感器测量眼睛的高阶像差数据，并且根据高阶像差数据修正光学相位板；
48.具体的，首先通过快速扫描hs波前传感器测量眼睛的高阶像差数据；然后将高阶像差数据输入计算机系统，计算机系统根据高阶像差数据构建校正周边高阶像差的模型，通过模型修正光学相位板；
49.其中，计算机系统中安装有zemax光学设计软件，通过zemax光学设计软件能够曲线模拟高阶像差数据的波前图，进而根据波前图修正光学相位板。
50.请参阅图4，所述快速扫描hs波前传感器包括一个微透镜数组、薄膜分束器以及波前感应器。
51.步骤3：通过精密数控车床切削制成诊断球面眼镜，并且通过诊断球面眼镜和光学相位板对眼睛进行波前像差测量；
52.其中，通过诊断球面眼镜和光学相位板对眼睛进行波前像差测量，可以得到瞳孔偏移测量数据和平移旋转偏移测量数据。
53.步骤4：根据波前像差测量数据修正瞳孔偏移、修正偏心像差，最终确定光学相位板；
54.具体的，首先根据瞳孔偏移测量数据，修正瞳孔偏移；然后通过有效矩阵对平移旋转偏移测量数据进行矩阵转化，并且根据转化矩阵数据修正偏心像差；最后根据瞳孔偏移修正结果和偏心像差修正结果，修正光学相位板，最终确定光学相位板；
55.由于人眼旋转或平移使得光学器材存在偏心像差的特征，因此需要对于眼睛进行平移旋转偏移校正，以明确获取残留像差。使用zernike矩阵，将平移旋转偏移测量数据展开进行分析，能够了解平移或旋转是如何影响不同的相差项，旋转会产生同种类的残留像差，以便在必须偏心像差时进行最佳校正。旋转和平移的转化矩阵可以重新获得轴向伸长变化时波前像差的zernike系数；对于典型的偏心像差修正，采用zernike矩阵的修正方法能够比标准的散焦和散光校正具有2-4倍的调整效果。
56.步骤5：通过精密数控车床切削光学相位板上残留的高阶像差形成的前表面不规则轮廓；
57.将经过上述周边像差校正的光学相位板，作为精密数控车床上制造的轮廓模型；使用精密数控车床的设备中心作为坐标系原点，使用matlab软件从瞳孔图像中量化设备相对于瞳孔中央的水平(ax)偏心、垂直(ay)偏心和旋转(ap)偏心。再使用亚微米的精密数控车床对光学相位板上残留高阶像差形成前表面的不规则轮廓进行金刚石车削，对高阶像差在眼睛周边波像差进行准确的补偿校正。
58.步骤6：在光学相位板上增加控制近视的楔形复曲面光学区，所述楔形复曲面光学区包括正球面像差区和三阶垂直彗星像差区。
59.由于改良的光学器件必须有助于控制近视的多焦点和双焦点设计，多焦点通过可选配的球面像差量在视野中产生明显的正值，例如，对于5mm瞳孔，一次正球面像差的双位移范围从低( 1.50d)的0.125μm到高( 2.50d)的0.245μm；双焦点结合了正向设计，例如，其中一个在距光学中心瞳孔距镜片中心3mm处有 2.50d，另一个在4.5mm处具有 1.50和 2.00d的周向正屈光偏移，产生正球面像差；其中，后者用来调控角膜高阶像差(hoas)因为人眼工作动态调度变化以改善视网膜的图像质量，此外，多焦点光学器材会因为偏心像差增加水平彗星像差，先前对偏心像差的补偿是为了更好地使双焦点光学器材与角膜高阶像差(hoas)中的绞线对准，并且产生更多的对称正屈光偏移光学区域，从而减少瞳孔大小的影响，加强控制近视进展和轴向伸长。并且，除了正球面像差以为，三阶垂直彗星像差和角膜高阶像差(hoas)与近视负相关，三阶垂直彗星像差的存在反而可以加强控制近视轴向伸长发展。
60.请参阅图6，具有楔形复曲面光学区的光学器材用于校正与散光有关的屈光不正，楔形复曲面光学区提供圆柱校正，以补偿散光。由于需要校正视力的散光通常与其他屈光异常有关，例如近视或远视，因此应用于楔形复曲面光学区的光学器材通常也配有正球面矫正光学区，以矫正近视散光或远视散光。
61.尽管球形隐形眼镜可以在眼睛上自由旋转，但是楔形复曲面隐形眼镜抑制了隐形眼镜在眼睛上的旋转，使得楔形复曲面光学区的圆柱轴与散光轴大致保持对准。楔形复曲面角膜接触隐形眼镜，使楔形复曲面的圆柱轴与压载物的方向之间具有选定的关系(或偏移)。所述关系表示为圆柱轴偏离压载物的定向轴的度数(旋转角)。因此，楔形复曲面隐形眼镜通常以从0
°
到180
°
的5或10度增量提供。楔形复曲面隐形眼镜通常将规定球面校正(球面度数)，柱面校正(柱面度数)和轴向偏移量以定义光学校正，以及透镜直径和基础曲线来定义拟合参数。压载物的一种类型是棱镜压载物，已证明有效地将楔形复曲面隐形眼镜保持在眼睛上所需的旋转方向。棱镜可以通过多种方式获得，包括：使楔形复曲面隐形眼镜的光学区域垂直向下偏心，从而实现整个光学区域的厚度的“楔形”。或相对于后表面倾斜整个前表面，从而实现整个透镜厚度的“楔形”。对于这两种方法中的任何一种，楔形复曲面隐形眼镜的外围设计都可以实现更好的佩戴和眼睛舒适感。但是这两种引入棱镜的技术都限制了控制透镜周边区域的能力。因此，本发明增加了从楔形复曲面隐形眼镜顶端到底部的厚度，调整了非球面光学区域的前后光学区域的直径，平衡了垂直厚度轮廓，优化了自顶部，中央至底部均匀的中周厚度，最大程度地减小厚度变化，增强了旋转稳定性独特的双曲线后部设计，可实现最佳定位从而提供了最佳的稳定性，另外使光学器件棱镜压载物偏心像差会引入附加的周边光学三阶垂直高阶彗星像差以控制近视，考虑一般人眼屈光不正通常也住伴随散光圆柱形校正的需求，棱镜压载物(ballast)楔形复曲面光学区，请参阅图7，不仅增加三阶垂直高阶彗星像差，还同时可以在整个视野范围内提供最佳的球面矫正，改善周边视野的图像对比度，实现达成矫正最佳视力及控制近视的目的。
62.完成前表面周边像差补偿校正及后表面高阶像差设计的光学相位板，再使用配备有工业级金刚石6000rpm的精密数控车床作为切削工具，通过一系列深度递减的操作，从后表面去除了多余的材料，最后可用一些细的研磨膏，油和抛光工具或以高速旋转的小聚酯棉球的形式抛光后表面，确保光学貭量。此外，为了保持前后表面轴的一致避免不必要像差的生成，使用可溶蜡作为粘合剂，从而可以用同样的方法切割和抛光前表面，制作完成调整周围高阶像差控制近视的楔形复曲面隐形眼镜。
63.本发明提供一种调整周围高阶像差控制近视的光学器材，所述光学器材包括通过上述方法制成的隐形眼镜，并且可以扩展包括但不限于框架眼镜、眼内镜片、眼内镶嵌物等光学器材。
64.综上所述，本发明根据验光数据初步确定光学相位板；并且使用快速hs波前传感器测量眼睛周围的高阶像差，修正光学相位板；通过精密数控车床切削制成诊断球面镜片，将诊断球面镜片放在眼睛上，通过结合眼睛和光学相位板测量波前像差、补偿中央像差以及周边高阶像差，建立校正周边高阶像差的模型；通过选择理想校正的光学相位板，校正周边高阶像差，可以减少不对称性，使得负散焦和正散焦的效果会更加对称，同时也会减少周围的聚焦深度，实现对近视进展和轴向伸长控制。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
65.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。