Lentes oftálmicas monofocales con superficies esféricas y/o asféricas combinadas para la compensación de errores refractivos con al menos una superficie no-esférica,

en la que la base y la forma matemática que describe la superficie se escogen y calculan de forma dinámica balanceando, a la vez y en tiempo real, todas las propiedades ópticas, ergonómicas y estéticas de dichas lentes para obtener finalmente el diseño de lente mejor equilibrado para cada usuario y cada necesidad

Lentes oftálmicas monofocales con superficies esféricas y/o asféricas combinadas.

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención es un método de diseño de lentes oftálmicas monofocales de máxima calidad y las lentes oftálmicas para la compensación de errores refractivos que se consiguen con dicho método.

Antecedentes de la invención

Es bien sabido que los errores refractivos oculares se compensan mediante el uso de lentes oftálmicas. En una primera aproximación, el requisito que se exige a una lente oftálmica compensadora es que su foco imagen paraxial coincida con el punto conjugado de la retina del ojo amétrope, para una distancia objeto determinada, y para un valor de acomodación ocular determinado. Para que esta circunstancia se verifique, basta con que la potencia frontal posterior de la lente, en sentido paraxial, coincida con el error refractivo del paciente determinado en el plano de la gafa. Sin embargo, y dado que el ojo es un sistema óptico giratorio, el eje visual puede girar en torno al centro de rotación del ojo, apartándose del eje óptico de la lente compensadora del error refractivo. Bajo esta circunstancia, la potencia de la lente deja de coincidir con el valor paraxial, y el error refractivo no se compensa de forma adecuada. El error refractivo se especifica tradicionalmente a partir de las curvaturas principales del frente de onda refractado por el ojo. Si consideramos la diferencia entre la curvatura de un haz paralelo refractado por un ojo perfecto, y las curvaturas principales correspondientes al haz refractado por el ojo amétrope, y denominamos a estas diferencias k₁ y k₂, tradicionalmente se denomina esfera, E, a una de las dos curvaturas y cilindro, C, a la diferencia entre ambas. El eje del cilindro a, se define como la dirección de la curvatura principal definida como esfera. La potencia ideal de la lente compensadora se puede especificar entonces con las tres cifras [E, C×a].

La oblicuidad del eje visual tiene como consecuencia que la lente presente una potencia [E + varepsilon(u,v), (C + χ (u,v)) × (a + α (u,v))], en donde u y v son los ángulos horizontal y vertical que determinan la dirección de mirada y se muestran en la figura 1, y las funciones varepsilon, χ y β, son errores en la potencia esférica, en el cilindro y en la dirección del eje del cilindro, que denominaremos errores oblicuos (error de esfera, error de cilindro y error de eje de cilindro).

El diseño tradicional de lentes oftálmicas, desde la primera familia de lentes libres de error oblicuo de cilindro (familia Punktal, de 1908) se ha centrado en la reducción del error de cilindro principalmente y en la reducción del error de esfera, de forma secundaria. Esta reducción de errores oblicuos de potencia (no de eje) se ha acometido hasta la actualidad para un valor determinado del ángulo de oblicuidad, ya que se acepta la hipótesis bajo la cual, si el error oblicuo es pequeño para un determinado ángulo de oblicuidad, también lo es para el resto del campo de visión.

La forma clásica de reducción del error oblicuo de potencia consiste en la utilización de un factor de forma de menisco para la lente compensadora. La forma de menisco se caracteriza por poseer una superficie externa de poder refractor positivo y una superficie interna, la más cercana al ojo, de poder refractor negativo. De esta forma, los errores oblicuos de potencia de las caras externa e interna de la lente tienden a compensarse. Sin embargo, este formato no es suficiente para una buena corrección de los tres errores oblicuos. Tan solo puede reducirse uno de los dos errores oblicuos de potencia, e incluso la mejora es poco importante en lentes astigmáticas y en lentes de potencia positiva media-alta.

Por otro lado, la forma de menisco tiende a producir lentes con superficies de alta curvatura y con mayores espesores de borde en lentes negativas o mayores espesores centrales en lentes positivas. Como consecuencia, la lente oftálmica óptima de superficies esféricas resulta menos ergonómica, más pesada y menos estética.

Otro problema añadido consiste en que la reducción de los errores oblicuos de potencia es solo aplicable en una determinada posición de uso y para una determinada posición del objeto observado por el usuario. La posición de uso es una denominación general que engloba todos los parámetros que especifican la posición de la lente respecto del ojo: Distancia de su vértice posterior al centro de rotación l'₂, ángulo pantoscópico de la lente, γ, ángulo facial, φ, y descentramiento de su centro óptico respecto de la pupila del usuario (x₀, y₀). Estos parámetros se ilustran en la figura 2.

Por último, las imposiciones de los sistemas de fabricación de lentes oftálmicas requieren que al menos una de las dos superficies de la lente tenga valores de curvatura predefinidos. Estos valores forman un conjunto discreto y pequeño de posibles curvaturas, a las que se denomina bases, y limitan en parte la libertad de producir lentes con formas arbitrarias. En la industria moderna de fabricación de lentes oftálmicas se suelen utilizar bases positivas, es decir, lentes semiacabadas con unos pocos valores posibles de curvatura de la superficie externa. Dada una prescripción, la cara interna de una lente semiacabada se retalla para obtener, de esta forma, una lente con la potencia requerida por el usuario.

Los esfuerzos de diseño de lentes oftálmicas se han centrado fundamentalmente en la reducción de los errores oblicuos para una determinada dirección de mirada definida por los ángulos u y v. En este sentido, se definen tres posiciones del ojo en relación a la lente:

En la posición primaria, o posición de mirada principal, el eje visual del ojo coincide con el eje óptico de la lente.

En la posición secundaria, el ojo gira un determinado ángulo, pero su eje visual corta la lente en alguno de sus meridianos principales, de forma que, por ejemplo, si el eje de cilindro se orienta a 0º o 90º, en la posición secundaria o bien u = 0 o bien v = 0, pero no ambos a la vez.

En la patente US4310225, se reivindica una familia de lentes en las que se escoge una entre un conjunto de superficies cóncavas internas, separadas en valor dióptrico por intervalos de 0.50D, para conseguir una reducción de los errores oblicuos a diferentes valores de la distancia objeto y de la distancia al centro de rotación.

Dada la limitación impuesta por la fabricación a partir de bases, una de las tácticas más empleadas consiste en la sustitución de al menos una de las superficies esféricas de la lente, fáciles de fabricar, por una superficie asférica, más compleja pero que ofrece mayores grados de libertad. La variación de las curvaturas principales permite compensar, en parte, los errores oblicuos de potencia provocados por la oblicuidad. En este sentido, en la patente US5235357, se reivindica un tipo de lentes oftálmicas con la superficie externa con la forma de un conicoide, de forma que los errores oblicuos (error de esfera y error de cilindro) son minimizados para una determinada potencia frontal y para un determinado índice de refracción.

Sin embargo, las superficies asféricas con simetría de revolución presentan claras limitaciones para la reducción de errores oblicuos en lentes astigmáticas, razón por la cual se han introducido superficies de tipo atórico.

En la patente US3960442 se presenta un nuevo tipo de lentes monofocales en las que una de las dos superficies se corresponde con un atoro. Esta generalización permite seleccionar la base de la lente de acuerdo a un criterio diferente a la corrección de los errores oblicuos, por ejemplo, la ecualización de los tamaños de imagen retiniana, o para controlar la aparición de ciertas imágenes parásitas resultantes de los reflejos internos en las superficies de la lente. Una vez seleccionada la base de acuerdo a alguno de estos criterios, los errores oblicuos se reducen mediante la selección adecuada de los parámetros de asferización de la superficie tórica.

En la patente US6419549 se reivindica un sistema completo de cálculo y fabricación que permite calcular y fabricar parejas de lentes con substancialmente los mismos valores de poder refractor de la cara externa a pesar de una posible anisometropía...

1. Lentes oftálmicas monofocales con superficies esféricas y/o asféricas combinadas caracterizadas porque las superficies se escogen, al menos una entre:

    una superficie esférica y otra superficie asférica sin simetría de revolución,

    una superficie asférica con simetría de revolución y otra superficie asférica sin simetría de revolución,

    dos superficies asféricas sin simetría de revolución.

2. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación primera, caracterizadas porque las superficies asféricas están representadas por una superficie atórica con formato de anillo dada por:

en donde

y en donde c₁ y c₂ son los coeficientes de asfericidad de cada meridiano principal, siendo además r₁ el radio de curvatura mayor y r₂ el radio de curvatura menor en el vértice de la superficie.

3. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación segunda, caracterizadas porque la superficie atórica tiene su versión de barril, cambiando r₁ por r₂ y c₁ por c₂.

4. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación segunda, caracterizadas porque la asfericidad en los meridianos principales de un punto arbitrario de la superficie depende de la distancia de dicho punto al vértice de la superficie, adaptándose mejor a la reducción de los errores oblicuos en prescripciones sin cilindro o cilindro bajo.

5. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación primera, caracterizadas porque las superficies asféricas están representadas por una superficie atórica con formato de anillo dada por:

en donde,

y en donde c₁ y c₂ son los coeficientes de asfericidad de cada meridiano principal, siendo además r₁ el radio de curvatura mayor y r₂ el radio de curvatura menor en el vértice de la superficie.

6. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación quinta, caracterizadas porque la superficie atórica tiene su versión de barril, cambiando r₁ por r₂ y c₁ por c₂.

7. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación quinta, caracterizadas porque la asferización afecta por igual a todos los meridianos de la superficie, adaptándose mejor a la reducción de errores oblicuos para prescripciones con cilindro medio-elevado.

8. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque el formato de anillo en las superficies tóricas preserva la curvatura en los meridianos paralelos al de máxima curvatura, permitiendo una mayor reducción de los errores de potencia en superficies de menor curvatura, del tipo de superficies internas en lentes positivas o superficies internas en lentes negativas,

y porque además, el formato de barril en las superficies tóricas preserva la curvatura en meridianos paralelos al meridiano de mínima curvatura, adaptándose mejor a la reducción de errores oblicuos en superficies de mayor curvatura como superficies externas en lentes positivas o su superficies internas en lentes negativas.

9. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación primera, caracterizadas porque la superficie asférica se define mediante un polinomio bidimensional del tipo:

en donde a_nm son coeficientes y ξ y ψ son coordenadas normalizadas a través de sendos parámetros dependientes de los índices n y m, y N es el orden máximo del polinomio.

10. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación novena, caracterizadas porque el orden máximo del polinomio N está comprendido entre 4 y 6.

11. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación primera, caracterizadas porque las superficies asféricas sin simetría de revolución se describen mediante un desarrollo del tipo:

en donde χ_n son coeficientes y P_n(x,y) son polinomios de x e y, de orden creciente y definidos en una determinada región Ω en el interior de la cual satisfacen la condición,

donde M es el número máximo de polinomios a utilizar en el desarrollo, y es tal que el orden del polinomio P_M es sustancialmente igual a N, orden máximo del polinomio.

12. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque la optimización de los errores oblicuos de la lente se realiza en base a la minimización de una norma válida de la matriz de potencia dióptrica del error G[P_ob(u,v)-(P(u,v) + A1)], en donde P_ob (u,v) es la matriz de potencia dióptrica objetivo para la dirección de mirada (u,v). P(u,v) es la matriz de potencia dióptrica de la lente para la dirección de mirada (u,v), y A es la acomodación del usuario.

13. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación 12, caracterizadas porque la norma de la matriz de potencia dióptrica del error es inversamente proporcional a la agudeza visual del usuario y toma un valor mínimo que es igual al inverso de la agudeza visual del usuario.

14. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación 12, caracterizadas porque P(u,v) depende de las coordenadas angulares (u,v), y puede calcularse mediante la expresión:

15. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicaciones 1 a 11, caracterizadas porque la optimización de los errores oblicuos de la lente se realiza en base a la minimización de una norma válida de la matriz de potencia dióptrica del error G[P_ob(u,v)-(P(u,v,s) + A(s)1)], en donde P_ob (u,v) es la matriz de potencia dióptrica objetivo para la dirección de mirada (u,v), siendo P(u,v,s) la matriz de potencia dióptrica de la lente para la dirección de mirada (u,v) y una distancia objeto s a lo largo de dicha dirección de mirada, siendo A(s) la acomodación que minimiza la norma anterior para una distancia objeto s.

16. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación 15, caracterizadas porque la norma de la matriz de potencia dióptrica del error es inversamente proporcional a la agudeza visual del usuario y toma un valor mínimo que es igual al inverso de la agudeza visual del usuario.

17. Lentes oftálmicas monofocales, según reivindicación 15, caracterizadas porque P(u,v,s) depende de las coordenadas angulares (u,v) y a la distancia objeto s, y se calcula mediante la expresión:

18. Lentes oftálmicas monofocales, según la reivindicación 15, caracterizadas porque se proporciona la función visual que se cuantifica a través de la relación entre la distancia objeto para cada dirección de mirada.

19. Método de prescripción de lentes oftálmicas monofocales, según las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque activa o desactiva requisitos de diseño de las lentes oftálmicas monofocales.