Procedimiento de diseño y de fabricación de una lente oftálmica monofocal y lente correspondiente.

Procedimiento de diseño de una superficie de una lente oftálmica monofocal, en el que la superficie está definida por una función analítica del tipo:

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donde a5 es diferente de 0 y por lo menos uno de los coeficientes a6, a7 y a8 es diferente de 0, de manera que incluye una componente hiperbólica y una componente exponencial. Los coeficientes se pueden calcular mediante un cálculo iterativo y una función de mérito del tipo:

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donde mi es el valor de dicha propiedad óptica a un ángulo de visión {be} determinado respecto del eje óptico de la lente, y {al}i es un valor de ponderación. Las propiedades ópticas se puedes calcular empleando, por ejemplo, trazado de rayos.

Procedimiento de diseño y de fabricación de una lente oftálmica monofocal y lente correspondiente El trabajo que ha dado lugar a este invento ha recibido financiación del Séptimo Programa Marco de la Comunidad Europea [PM7/2007-2013] en virtud del acuerdo de subvención nº CT-212002.

Campo de la invención La invención se refiere a lentes monofocales, mas comúnmente conocidas como lentes esferocilíndricas (o esferotóricas) . Estas lentes se corresponden con elementos ópticos de potencia constante en toda la superficie que se representan generalmente en óptica oftálmica mediante los valores de esfera, cilindro y eje del cilindro. Concretamente, la invención se refiere a unos procedimientos de diseño y de fabricación de una lente oftálmica monofocal. La invención también se refiere a unas lentes oftálmicas monofocales definidas analíticamente mediante una función determinada.

Estado de la técnica

Con el fin de aportar valor añadido a este tipo de lentes se han ido desarrollando diferentes diseños a lo largo de los años. Estos diseños pretenden corregir las aberraciones, percibidas por el usuario, debidas, entre otras cosas, al hecho de colocar la lente en una determinada posición e inclinación respecto al ojo. Para ello los diseños de monofocales que intentan corregir esas posibles aberraciones introducen variaciones en la geometría de la superficie esferotórica con el fin de disminuir dichas aberraciones de la lente o equivalentemente incrementar el confort del usuario. Estas modificaciones pueden ser por ejemplo la introducción de superficies asféricas, asferotóricas o atóricas para la disminución del astigmatismo oblicuo; o la inclusión de una pequeña adición en la lente para mejorar el confort en visión cercana.

La bibliografía muestra diversas posibilidades a la hora de diseñar las nuevas superficies siendo las más comunes las generadas por curvas cónicas:

c (y2 + (1 + Q) x2) - 2x = 0

siendo c la curvatura de la superficie en el origen y Q la asfericidad. En función del valor de Q podremos generar superficies hiperbólicas (Q<-1) , parabólicas (Q=-1) , esféricas (Q=0) y en forma de elipsoides (-1<Q<0 ó Q>0) . Con dichas curvas cónicas es posible disminuir diferentes tipos de aberraciones (astigmatismo oblicuo, curvatura de campo, distorsión, magnificación, etc.) que se generan debido a la posición de la lente respecto al ojo.

Estudios previos han dado como límite del desplazamiento de la línea de mirada respecto a la posición neutra (correspondiente a 0°) , un ángulo a de 30°. A partir del cual el usuario acompaña con movimientos de cabeza el giro que desea realizar. Por lo que, en general, se usan las curvas cónicas para minimizar el peso de las aberraciones teniendo en cuenta un cono de visión que forma la dirección de mirada del usuario a 30°, ya que también es conocido el hecho de que si se corrige a 30°, todos los ángulos inferiores a él tienen un nivel de aberraciones sensiblemente bajo. Aun así, estas optimizaciones suelen estar limitadas a ciertos rangos de prescripción o de curvas base o al tallado de una de las dos caras de la lente.

En los documentos US 3.960.442, US 5.083.859, US 5.825.454, US 2006/0132708 y ES 2.337.970 se describen diversos ejemplos.

Sumario de la invención La invención tiene por objeto superar estos inconvenientes. Esta finalidad se consigue mediante un procedimiento de diseño del tipo indicado al principio caracterizado porque la superficie está definida por una función analítica del tipo:

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f (x, y) a a 1 ax ay a expax ay ax y2

1234 5 678

donde a5 es diferente de 0 y por lo menos uno de los coeficientes a6, a7 y a8 es diferente de 0.

Efectivamente, como puede observarse esta función analítica comprende una parte hiperbólica y una parte exponencial. Son conocidas las lentes definidas mediante funciones analíticas hiperbólicas, pero lo que es novedoso es el hecho de añadirle la componente exponencial. Esta componente exponencial permite corregir errores que no es posible corregir por otros medios. Concretamente, el término hiperbólico suele ser dominante en la zona central de la lente mientras que el término exponencial influye principalmente en la parte más periférica. Además, la componente exponencial puede ejercer su influencia de formas muy diversas en función de los valores de los coeficientes a5, a6, a7 y a8. Como se verá a continuación, esta función analítica permite obtener unos resultados muy superiores respecto de los conocidos en el estado de la técnica.

En una forma preferente de realización de la invención, los coeficientes se calculan mediante un cálculo iterativo que comprende las siguientes etapas:

[a] fijar un valor para el índice de refracción de la lente oftálmica y para la curva base que se empleará para fabricar la lente oftálmica, [b] fijar unos valores de esfera, cilindro y eje del cilindro que deberá cumplir la lente oftálmica, [c] fijar unos valores nominales iniciales para los coeficientes a1 - a8, [d] calcular, preferentemente por trazado de rayos, por lo menos una propiedad óptica de una lente con estos valores nominales,

[e] calcular el valor de una función de mérito del tipo:

1/ 2

donde mi es el valor de la propiedad óptica a un ángulo de visión º determinado respecto del eje óptico de la lente, y ai es un valor de ponderación, [f] optimizar la función de mérito mediante la fijación de nuevos valores nominales para los coeficientes a1 - a8 y [g] repetición de los pasos [c] a [f] hasta la obtención del nivel de optimización deseado.

Efectivamente, de esta manera se pueden obtener los valores de los coeficientes ai para cualquier lente y con la precisión que se desee. Además se puede escoger aquella propiedad óptica o combinación de propiedades ópticas que se considere más relevante en cada caso.

Preferentemente la función de mérito incluye el valor del astigmatismo oblicuo a 30º y, ventajosamente, el valor ai para el valor del astigmatismo oblicuo está comprendido entre 0, 8 y 0, 98.

Preferentemente la función de mérito incluye el valor de la curvatura de campo a 30º y, ventajosamente, el valor ai para el valor de la curvatura de campo está comprendido entre 0, 02 y 0, 2.

Es particularmente ventajoso que la función de mérito incluya las dos propiedades ópticas anteriores (el astigmatismo oblicuo y la curvatura de campo) . Efectivamente, las restantes aberraciones usualmente presentes en las lentes son, en general, una composición de estas dos. Por lo tanto la función de mérito ya está reflejando, de una forma directa o indirecta cualquier aberración de interés.

En general la superficie diseñada mediante el procedimiento de acuerdo con la invención podría ser tanto la superficie cóncava como la convexa, pero es preferible que se trate de la superficie cóncava de la lente. En este caso, los coeficientes ai pueden simplificarse, concretamente se puede hacer a1 igual a 0, a2 igual al radio de curvatura en el centro de la superficie, con signo negativo, y a5 igual al radio de curvatura en el centro de la superficie. Efectivamente, con estas condiciones se asegura que, por un lado, la función pase por el punto (0, 0, 0) y, por otro lado, que la lente tenga la potencia deseada.

Preferentemente cada uno de los coeficientes de la función analítica tiene un valor que está comprendido entre +/- 30% del valor nominal correspondiente obtenido a partir de la optimización. Efectivamente, el procedimiento de acuerdo con la invención permite calcular los coeficientes ai con una gran precisión, sin embargo, pequeñas desviaciones respecto 35 de los valores óptimos dan resultados prácticamente igual de satisfactorios. Esto se ha demostrado a través de un análisis de sensibilidad, en el que se han introducido unas variaciones en los coeficientes obtenidos (<30%) y se han analizado tanto las diferencias en altura (z) de las nuevas superficies respecto a las originales como las isolineas de potencia media y de astigmatismo obtenidas mediante trazado de rayos. Se han estudiado distintas combinaciones de variaciones de los coeficientes, a las cuales se les ha aplicado tanto una reducción como un aumento de los coeficientes 40 respecto a los valores exactos (los obtenidos a partir del proceso iterativo) . Los casos que han sido estudiados son: reducción...

1. Procedimiento de diseño de una superficie de una lente oftálmica monofocal, caracterizado porque dicha superficie está definida por una función analítica del tipo:

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f (x, y) aa 1 axay a exp ax ay axy

1234 5 678

donde a5 es diferente de 0 y por lo menos uno de los coeficientes a6, a7 y a8 es diferente de 0.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos coeficientes se calculan mediante un cálculo iterativo que comprende las siguientes etapas:

[a] fijar un valor para el índice de refracción de la lente oftálmica y para la curva base que se empleará para fabricar la lente oftálmica, [b] fijar unos valores de esfera, cilindro y eje del cilindro que deberá cumplir la lente oftálmica, [c] fijar unos valores nominales iniciales para los coeficientes a1 - a8, [d] calcular, preferentemente por trazado de rayos, por lo menos una propiedad óptica de una lente con dichos valores,

[e] calcular el valor de una función de mérito del tipo:

1/ 2 fm imi 2

i donde mi es el valor de dicha propiedad óptica a un ángulo de visión º determinado respecto del eje óptico de la lente, y ai es un valor de ponderación, [f] optimizar dicha función de mérito mediante la fijación de nuevos valores nominales para dichos coeficientes a1 - a8 y [g] repetición de los pasos [c] a [f] hasta la obtención del nivel de optimización deseado.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha función de mérito incluye el valor del astigmatismo oblicuo a 30º y, preferentemente, el valor ai para el valor del astigmatismo oblicuo está comprendido entre 0, 8 y 0, 98.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque dicha función de mérito incluye el valor de la curvatura de campo a 30º y, preferentemente, el valor ai para el valor de la curvatura de campo está comprendido entre 0, 02 y 0, 2.

- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha superficie es la superficie cóncava de dicha lente.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque a1 es igual a 0, a2 es igual al radio de curvatura en el centro de dicha superficie, con signo negativo, y a5 es igual al radio de curvatura en el centro de dicha superficie.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1, 5 y 6, caracterizado porque a6 tiene un valor comprendido entre -2x10-8 y 5x10-8 mm-4.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1, 5, 6 y 7, caracterizado porque a7 tiene un valor comprendido entre -2x10-8 y 1, 2x10-7 mm-4.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1, 5, 6, 7 y 8, caracterizado porque a8 tiene un valor comprendido entre -2x10-8 y 1, 2x10-7 mm-4.

- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque cada uno de los coeficientes de dicha función analítica tiene un valor que está comprendido entre +/- 30% del valor nominal correspondiente obtenido a partir de dicha optimización.

11. Procedimiento de fabricación de una lente oftálmica monofocal, caracterizado porque comprende una etapa de mecanización de una superficie de dicha lente oftálmica donde dicha superficie está definida por una función analítica del tipo:

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f (x, y) aa 1 axay a exp ax ay axy

1234 5 678

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque dichos coeficientes son los coeficientes obtenibles mediante el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 10.

13. Lente oftálmica monofocal, caracterizada porque tiene una superficie definida por una función analítica del tipo:

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f (x, y) aa 1 axay a exp ax ay axy

1234 5 678

14. Lente según la reivindicación 13, caracterizado porque dichos coeficientes son los coeficientes obtenibles mediante el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 10.