[發明專利]非球面衍射眼鏡片

無效

• 申請號: 200680025756.5
• 申請日: 2006-04-21
• 公開（公告）號: CN101223470A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 瓦爾德馬·波特尼
• 申請（專利權）人: 瓦爾德馬·波特尼
• 主分類號: G02C7/06
• 分類號: G02C7/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;王小衡

技術領域

本發明總體涉及多焦眼鏡片，更特別地涉及以改進的中間視覺提供同時的折射和衍射本領(power)的多焦鏡片。

背景技術

眼鏡片被定義為適于戴在眼睛上或眼睛內部的鏡片。此外還包括不大常見的視覺校正鏡片，比如人工角膜和板層角膜移植物。正在大力開發具有折射或衍射類型鏡片的形式的用于遠視校正的鏡片。

固定的單一本領鏡片提供良好的視覺質量，但僅僅是在小的視物距離的范圍內，這與從近視覺到遠視覺所需的范圍相比通常要窄得多。一種改進類型的移植物提供多個本領，即所謂的雙焦或多焦鏡片。術語“雙焦”或“多焦”在這里可以互換使用。對于所需的視覺范圍，多焦眼鏡片可以提供折射本領、衍射本領或者二者的組合。

雖然首先開發了折射鏡片，但是它們可以被解釋為特定狀態的衍射光學器件，并且更為恰當的做法可以是提出衍射光學定義，以便描述折射和衍射表面類型。衍射鏡片通常包括多個等面積的環形表面帶，即所謂的菲涅耳類型帶或槽。在相鄰的帶之間提供光學步，其遵循下文描述的特定規則。如果步長是零或者被隨機確定尺寸或者槽面積也被隨機確定尺寸，則鏡片變為折射類型，即相應的像位置由斯涅耳定律定義。

參見圖1，衍射鏡片可以被視為由零步長形成的折射鏡片與相位光柵的組合。相位光柵可以由不同類型的帶或槽形狀形成，在圖1中示出的閃耀(blaze)形狀是最為常見的一種。因此，在基折射表面上切割出閃耀形狀以便引入相位光柵，即光學散射區域的周期性陣列。

通過周期性結構在所有方向上散射光在不同但特定的角度處產生光的相長和相消干涉，所述角度取決于光的波長，其被稱作衍射級。被用來設計所述相位光柵的相應的光波長被稱作設計波長。

各級的方向和相應的像位置由光柵公式定義，而不是由斯涅耳定律定義。零級衍射本領與由基曲率所形成的折射表面的本領重合，因此被寬松地稱作衍射鏡片的折射本領。所述光柵發揮作用(即形成不同的衍射級)的關鍵點是具有等面積的菲涅耳帶(槽)，并且在每個衍射級的方向上在其邊界處的相鄰帶之間具有相等的光程差(OPD_b)。

根據光的波性質，如果光在相應的像平面處同相，則來自不同光柵區域的光發生相長干涉。如果來自其中一個所述區域的光被偏移等于整數個設計波長的全相位，則相長干涉將得到保持。例如，零級對應于由折射基曲線產生的光的原始方向，即來自每個相鄰閃耀帶的光之間的零相移，1級由每個相鄰閃耀之間的一個波長偏移的相位產生，2級由每個相鄰閃耀之間的兩個波長偏移的相位產生，后面依此類推。光柵周期或閃耀帶間距確定給定衍射級的角度，即給定衍射級的相應的焦距或衍射本領。

根據衍射級的定義，只能夠沿著衍射鏡片的各衍射級(即離散的通道)引導光，但是對于給定衍射級被實際引導的總的可用光的百分比取決于由每個閃耀帶引入的光相移，即閃耀材料厚度(h)，參見圖1。在給定級下的總的光的百分比被稱作該級的衍射效率。一般而言，可以將其稱作該給定級的透光率。

根據所述光柵的“幾何模型”，如果由閃耀處的折射所限定的閃耀射線的方向與m級衍射的方向重合，則可以實現m級中的100％效率(透光率)，(和Peter?P.Clack的“Modeling?diffractionefficiency?effects?when?designing?hybrid?diffractive?lens?systems”，Appl.Opt.31，2248-2252(1992))。這簡單地意味著閃耀材料厚度被選擇成沿著m級衍射引導所述閃耀射線，所述m級衍射由用于設計光波長的閃耀帶間距產生。

所述“幾何模型”提供了對衍射鏡片結構的簡單解釋，其在本發明的描述中是重要的，而不依賴于相位函數、透射函數及其傅里葉級數的數學運算來計算衍射效率以及對于強度分布求解衍射積分。

例如，如果沿著零級與-1級之間的中間方向折射所述閃耀射線，則衍射效率在零級與-1級之間均分，并且所得到的閃耀高度是對于-1級處的100％效率所需的閃耀高度的一半。仍然必須經過正式的計算過程以便確定-1級和零級的效率對于相應的衍射鏡片結構的設計波長分別等于40.5％，其余的光沿著更高衍射級被引導。在術語方面，可以說零級和-1級的透光率分別等于40.5％。

如下所述，通過選擇適當的閃耀間距(r_j)和閃耀材料厚度(h_m)，可以產生具有眼鏡片應用所需的適當焦距(f_m)的衍射鏡片。