CN102804030A - 可调的手性眼用透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可调的眼用透镜，包括至少一个光学元件，所述光学元件包括至少两个光学表面的组合，其中，两个光学表面均为适合于对光束进行手性调制的手性光学表面，所述手性光学表面的组合适合于提供至少一个可调焦点，且所述手性光学表面的组合适合于使所述可调焦点的焦距取决于所述手性光学表面的相互位置。所述手性光学表面产生对光束的手性调制。手性光学表面的组合被用于在单焦点眼用透镜和多焦点眼用透镜中获得可调的光功率。

Description

可调的手性眼用透镜
背景技术
眼用透镜(也称“OL”)对眼睛的光学误差进行矫正，例如，对折射误差(如近视、远视和老花眼)以及其他误差(如散光)进行矫正。眼用透镜可以以眼镜片或接触镜片的形式位于人眼外部，其可以是单焦点的(具有一个焦距)、多焦点的(具有多个焦距)或渐进多焦点的(具有一个焦距范围)。单焦点眼用透镜以单焦距提供清晰的视力，且作为阅读眼镜和大部分隐形眼镜，也是最常见的。多焦点眼用透镜提供至少两个焦点，如双焦点眼镜片和多焦点接触镜片，或者，可替换地提供一个连续的焦距范围，如渐进眼镜。
人工晶体(也称“IOL”)是置入人眼内部的眼用透镜，其可以是单焦点的、多焦点的、渐进的和适应性的(具有可变焦点)。本文所述的发明可被用于所有眼用透镜，如眼镜、双焦点眼镜；人工晶体将被用于在下文说明所述透镜的原理和实施例。
人工晶体通常在除去自然晶状体后由外科医生植入。单焦点眼内透镜、和提供多个焦点(通常两个或三个焦点)的衍射和折射多焦点眼内透镜是最常见的。提供可变焦点且由眼睛的适应过程驱动的适应性眼内透镜正在开发中。
人工晶体可以是单焦点的，提供了单个焦点且具有单个焦距。与眼睛的自然光学元件相结合的单焦点人工晶体使在视网膜上投射单个物体平面的单个清晰图像。人工晶体还可以是多焦点的，提供了多个焦点且具有多个截然不同的焦距。通过多焦点人工晶体，可以在视网膜上获得多个物体平面的多个清晰图像的混合。此外，在固定焦点单焦点人工晶体或固定多焦点人工晶体中，透镜的焦距在制造时被固定。
可替代地，人工晶体的焦距可以像可调焦点单焦点眼用透镜(其单焦距可调)和可调多焦点人工晶体(其至少一个焦距可调)那样是可调的。可调节人工晶体在静止状态下(在正视者眼中)具有固定焦距，在调节状态下具有可变焦距。在适应过程中，人工晶体的焦距是由眼睛的适应程度来决定的。在可调的可调节人工晶体中，透镜的固定焦距是可调的，这对获得正常眼是很重要的。
衍射人工晶体结合多个衍射区域以提供多焦点。衍射多焦点人工晶体具有许多陡峭的过渡区，且过渡区由于光的散射造成明显的图像退化。有时，衍射人工晶体可能在视网膜上投射重像，即不必要的衍射级，从而导致视觉的严重障碍。
由于有光滑的表面和有限数量的过渡区，折射多焦点人工晶体不会由于散射而产生图像退化。这种折射多焦点人工晶体包括具有多个光学区的设计，如US2006192919和WO2007037690；具有径向对称的设计，如WO0108605和WO9206400；具有非球面光学表面和沿方位角具有倾斜光学表面的设计，如WO0203126和DE10241208；以及包括光滑立方相位掩模的设计，如US2003225455。
发明内容
本发明公开了可调单焦点和多焦点眼用透镜，包括对光束进行手性调制的手性光学表面。手性光学器件特别适合于本申请且甚至没有在任何现有技术的文献中被暗示过。
[1]本文公开的透镜包括至少两个适合于对光束进行手性调制的手性光学表面的组合。该组合适合于提供至少一个可调焦点(在可调单焦点透镜中，一个焦点，或者，在可调多焦点透镜中，多个焦点)，且该组合适合于使焦点的调整程度取决于手性光学表面的相互位置。手性表面的定义及其数学解释在本文的其它部分以分开的段落提供。这样的透镜可包括具有有限数量过渡区的几乎连续的自由形态的光学表面、或者具有多个过渡区的衍射光学表面、或上述光学表面的组合。在本文的上下文中，自由形态的表面为可具有至多仅一个对称轴X或Y，但不包括光轴(Z轴)的光学表面。
[2，3]透镜可包括至少两个光学元件，每个光学元件包括一个手性光学表面，其中光学元件的相互位置可调。或者，透镜可包括一个光学元件，该光学元件包括至少两个手性光学表面，其中光学元件被制造后，两个手性光学表面的相互位置是固定的。
透镜的焦距可以被仅调整一次，此后保持固定。这种透镜可包括，例如，至少一个光学元件，该光学元件具有至少两个手性光学表面的组合，其中该组合提供至少一个固定焦点。焦点的距离取决于设计、手性光学表面的陡度以及在透镜被制造后可保持固定的手性表面的相对位置。手性表面可以组合在元件的一个表面上，或者，手性表面可以分布在相同光学元件的两个表面上。
[4]透镜通常还包括至少一个矫正光学表面，适合于矫正眼睛的至少一个像差，如折射误差，或任何其他像差，如散光，或矫正由透镜本身引起的像差。这种像差在透镜应用后仅对折射误差矫正之后仍然存在，或者剩余像差例如由于测量误差仍然存在，或者随着衰老由于眼睛的折射漂移，剩余误差随时间发展。对于当前所有的眼用透镜来说，这种矫正表面是很常见的。
[5，6]可通过围绕在XY-平面上与光轴平行的任何轴调整手性光学元件的相互旋转位置的调整来调整透镜，所述平面垂直于光轴，即Z-轴延伸。这种透镜在制造之后仍可调整。需要注意的是旋转可以是任何旋转，例如，旋转轴沿光轴的旋转，或在光学元件边缘上的旋转(即风扇式旋转)，或在无穷远处的旋转(即光学元件的移动)。较佳的旋转位置是手性光学元件处于同心的位置，且在该位置上旋转是绕手性光学元件的中心轴旋转。
可调多焦点是指可调焦距，也指与焦距相关的可调焦强度。总光强保持不变，但分布在焦点上的强度可以不同。焦斑的相对强度同样取决于光学元件之间相互的旋转角度。在现有文献中，由于实际应用，重点被放在可调焦距上。但是，手性光学表面的组合可以设计为将某些焦距和某些焦强度相组合，例如，可以将一个短焦距与一个高焦强度组合以支持在低光亮度条件下阅读，或者，可以将一个长焦距与一个高焦强度组合以支持夜间驾驶。
两个手性光学表面可以与矫正光学表面组合，并位于一个元件人工晶体的分开的物理侧上，所述表面也可以组合在仅一个物理面上，如环形设计。值得注意的是可以增加覆盖仅部分光束的附加的传统聚焦光学器件以提供附加焦点，如覆盖原点的小型中央读数透镜。
[7，8]可调眼用透镜可以为包括至少一个光学元件的可调眼用单焦点透镜，所述光学元件包括至少一个矫正光学表面和至少两个手性光学表面，或者可替换地，可调眼用透镜可以为包括至少两个光学元件的可调眼用单焦点透镜，所述光学元件包括至少一个矫正光学表面和至少两个手性光学表面。
可调眼用透镜可以为包括至少一个光学元件的可调眼用多焦点透镜，所述光学元件包括至少一个矫正光学表面和至少两个手性光学表面，或者，可调眼用透镜可以为包括至少两个光学元件的可调眼用多焦点透镜，所述光学元件包括至少一个矫正光学表面和至少两个手性光学表面。包括在眼用透镜内的手性光学表面可以包括至少一个过渡区，用于适合于提供多焦点的多焦点光学装置的手性光学表面必须包括至少一个过渡区，该过渡区必须与附加手性光学表面的附加过渡区以某种配置组合。因此，需要至少两个手性光学表面的组合来提供多焦点，所述每个光学表面包括至少一个过渡区，过渡区为不重叠配置。
例如，对于可调多焦点透镜来说，两个手性光学表面的组合可以适合于提供可调整性和在光学元件的一个极限位置投射两个强度相等的焦点，以及在光学元件的另一个极限位置投射一个强度等于两个焦点的组合单焦点，也就是说，不论光轴上的分布如何，总能量保持恒定。在相同的轴上径向延伸的不重叠的平行过渡区通过组合每个手性光学表面的离散扇区，如一半离散区与另一个手性光学表面的离散扇区，提供两个强度相等的焦点。在相同轴上径向延伸的完全重叠的平行过渡区提供一个焦点，由于符号相反的手性元件的手性调制相互抵消，多焦点装置的光学函数简化为平面函数。在抛物线手性光学表面的情况下，抛物线函数，在该实施例中聚焦函数可能保持并加入眼用透镜的总聚焦能力，眼用透镜的总聚焦能力与附加矫正光学装置的聚焦能力结合。在两个极限位置之间的过渡区的旋转位置能产生可变的相对焦点强度，且一个焦点强度按照顺时针方向旋转降低，另一个焦点强度按照逆时针方向旋转降低。这种可调多焦点透镜提供充分的调整自由。例如，可调分散多焦点可提供具有比如两个焦点的分散多焦点透镜，例如一个焦点用于将眼睛聚焦在一定距离，另一个焦点用于将眼睛聚焦在阅读距离，两个焦点的相对强度是可调的，从而提供仅用于远视视力的透镜，或仅用于阅读视力的透镜，或用于在极限位置之间的远视视力和阅读视力的任何组合的透镜。
焦点的距离取决于手性光学表面的设计和陡度，但是，最重要的，取决于手性表面的相对位置，其可以是一个相对的旋转位置。因此，可以通过旋转光学元件的相对位置来实现调整。所述旋转可以是任何旋转，包括旋转轴位于光学元件上的旋转，例如，位于光学元件的中心，具有与车轮相似的配置，或者位于光学元件的边缘，具有与风扇相似的配置，例如在EPO187177中说明了这种风扇式结构的示例；或者旋转轴位于光学元件之外的旋转，在近距离和较远距离提供主要为风扇式旋转的配置，提供风扇式旋转和移动的组合、并最终在无穷远距离提供光学元件的纯线性位移的配置，所述光学元件具有适合于为所述特定的旋转配置提供所需光学函数的手性光学表面。
一个光学元件包括具有根据至少一个光学函数的形状的两个光学侧面，如自由形态的表面、手性表面或至少一个三次曲面，这些表面可以与例如抛物线表面或球面透镜表面或平面组合。
透镜可以为可调眼内眼用透镜、可调眼内透镜和可调人工晶体，这些透镜可以是可调单焦点人工晶体或可替换地是可调多焦点人工晶体，透镜的光学元件的相对位置是通过外部手段偶尔调整的，如由眼外科医生每年调整以根据眼折射漂移等调整透镜。人工晶体是由外科医生植入眼球来矫正眼球的光学障碍，如矫正老花眼。单焦点人工晶体在视网膜上投射一个清晰、对焦的图像。多焦点人工晶体同时投射多个物体平面的多个重叠的清晰图像，例如，一个近距离物体和一个较远距离物体的两个重叠的清晰图像。戴单焦点透镜的患者通常需要渐进眼镜以在延伸范围获得清晰的视力，戴多焦点透镜的患者通常需要单焦点眼镜，具有可调人工晶体的患者通常不用戴眼镜。因此，可以根据本文公开的说明书构造人工晶体以植入人眼来提供至少两个焦点、多焦点和至少一个眼部光学障碍的矫正的组合。或者，透镜可以安装在一个适合于通过眼睛自身的适应过程提供光学元件的连续调整的结构中，所述适应过程允许眼睛适应。
[9]眼用透镜的至少一个手性光学表面(本文公开的)可能包括一个抛物线手性表面或抛物线螺旋式手性表面，如图3所示。这种抛物线手性表面在单独采用时提供光学多焦点，即EDF。两个抛物线表面可以提供可调多焦点，或者，在光学衍射元件的情况下，可以提供可调单焦点，并可以被归入减薄设计的眼用透镜。手性光学表面可以是不对称的、基本上为自由形态的光学表面，优选抛物线手性光学表面，已经证明该抛物线手性光学表面由于在空间谱上，通常在光谱的零区附近没有零值能提供高品质光学器件，其保存信息或者提供最大的S/N比(例如，指低光散射)。两个手性光学表面具有相反的手性，或者分别为右旋的或左旋的，但不需要具有相同的陡度。优选实施例包括在眼球圆形瞳孔内的手性光学表面，手性光学表面具有根据
Figure BPA00001596604600061
的形状，其中z为表面垂度，r为径向坐标，
Figure BPA00001596604600062
为在表面的平面内的极角，A为掩模陡度，或者在一个替代坐标中，根据
Figure BPA00001596604600063
的形状，在单位半径的瞳孔中定义，r为径向坐标，且在本注释中，
Figure BPA00001596604600064
为在横平面的极角。陡度、极角和相对的手性光学表面的旋转为设计参数提供角度陡度，在本文中角度陡度为相对于线性或非线性的极角的偏导数，极角同样适用于径向陡度，在本文中径向陡度为相对于半径的偏导数。手性光学表面包括一个原点的中心点和一个非手性的径向过渡区。因此，可替代地，手性光学表面可以由既不包括所述原点也不包括过渡区的其他元件构成。适应的三次曲面可以是被归入本文公开的透镜的手性光学表面，如图4所示，或者，任何其他手性表面可以是被归入本文公开的透镜的手性光学表面。
[10，11]所述可调眼用透镜可以包括至少一个手性光学表面，该手性光学表面可以是一个衍射手性光学表面，或者，该手性光学表面可以是折射手性光学表面，或者，光学表面的组合可以包括至少一个衍射光学表面和至少一个折射光学表面。反射的镜面般的表面可以适合于提供手性调制，这种表面为可归入眼用透镜的一个选择，但是，目前，将反射面归入眼用透镜还不实际。
[12，13]可调眼内眼用透镜结构可以包括手性眼内光学器件，手性眼内光学器件包括至少一个如本文所述的手性光学表面，以及定位装置(即触觉元件)以将透镜结构在人眼中定位。
同样，可调眼镜结构可以包括眼镜光学器件和定位装置(即眼镜框)来将眼镜结构定位在人眼前，所述眼镜结构包括至少一个手性眼镜片，手性眼镜片包括至少一个如本文所述的手性光学表面。
提供手性调制的单个手性表面、或过渡区精确重叠的多个手性表面可以适合于提供连续的多焦点，即同时将图像投射在视网膜上的逐渐增大的焦距范围。这种透镜支持在视网膜上投射一限定连续范围的物面的无数个同样清晰的图像。连续多焦点在技术文献中被称为扩展焦深(EDF)。EDF产生图像的总体轻微模糊，从而产生降低的图像对比度。具有一个过渡区的单个手性光学表面，或不具有过渡区的一个完全光滑的手性光学表面，像过渡区精确重叠的多个手性光学表面那样，提供连续多焦点。因此，不具有过渡区或具有有限数量过渡区的眼用透镜的组合可以提供连续的多焦点，其效果可与US2003225455公开的不包括手性光学表面但包括单个三次光学曲面的透镜相比。因此，可通过包括至少一个光学元件的眼用透镜来提供连续多焦点。清晰度沿光轴延伸的范围和沿所述范围的清晰度程度主要取决于手性光学表面的陡度参数。所述范围的焦距，即范围中心至眼用透镜的主平面之间的距离，主要取决于矫正光学器件的聚焦能力与眼球的聚焦能力结合的能力。这种连续多焦点透镜可适合做眼用透镜OL，包括人工晶体IOL。
还要注意的是具有不同陡度的符号相反的手性光学表面的组合可提供分散多焦点和连续多焦点的组合，这些组合，虽然为复杂组合，但是可以适合于满足特定眼球的复杂要求。
在至少两个光学元件上分布的两个以上的手性表面可以适合于提供一个可调连续多焦点透镜，其清晰度范围的大小可以与清晰度程度固定组合而变化，例如，从沿光轴方向的有限范围与相对高的清晰度的组合，到沿光轴的延伸范围与相对低的清晰度的组合，或者，在另外的方面，沿光轴即Z轴方向的范围延伸会产生在X或Y轴方向或及其组合方向上范围的延伸。
上述眼用透镜可以例如作为眼镜片置于眼球之前，透镜与所需定位装置如眼镜框配合，或者可以作为接触镜片置于眼球之上，透镜与所需定位装置如接触镜片圈配合以配合角膜，或者可以作为人工晶体固定地置于眼球内的一个合适位置，在眼球的前房或眼球的后房内，作为与所需定位装置如触觉元件配合的有晶状体的IOL或无晶状体的IOL。可替代地，手性表面可以分配在不同的视力辅助器上，例如眼镜可以包括一个手性表面而接触镜片包括另一个手性表面，或者可替代地，眼镜包括一个手性表面而人工晶体包括另一个手性表面，或者可替代地，人工晶体包括一个手性表面而接触镜片包括另一个手性表面。
本文公开的多焦点眼用透镜可以包括传统的眼镜片、接触镜片和人工晶体中的折射光学装置，或包括在用于治疗黄斑营养不良的眼内望远镜中的反射光学装置，例如US7008448和WO03082155中的眼内望远镜，或包括衍射多焦点人工晶体中的衍射光学装置，或包括折射、反射和衍射光学装置的组合。
附图说明
图1示出了在坐标系OXYZ 3的XY平面上，光学表面2的投影1。矢径r04将坐标系的原点O和投影区域D的中心O′相连。矢径r 5表示在D范围内的任意点P的坐标。角度θ是r和r0之间的角度。
图2显示了手性表面6，在该实施例中，示出了在平面镜7前方具有逆时针手性的线性螺旋式手性表面。手性表面的镜像8是在顺时针方向的线性螺旋式表面。由于具有手性，镜像不会通过旋转和平移的任何组合被重叠到原始图像之上。
图3示出了抛物线螺旋式手性表面9，在该实施例中，其具有逆时针手性且具有过渡区10和光滑手性表面11。
图4示出了手性表面12，在该实施例中，其由两个光滑的横向位移三次曲面13和14构成，且具有过渡区15和16。
图5显示了能产生两个分散焦点并包括两个光学表面17的眼用透镜，其由图4阐述的手性表面12和光滑的三次曲面18组成。
图6示出了提供连续多焦点的眼用透镜，眼用透镜被沿光轴20传播并穿过手性透镜21的平行光束(被描述成一束光线)19照射，在该实施例中，手性透镜21具有抛物线螺旋式手性表面，且该抛物线螺旋式手性表面具有过渡区10和光滑手性表面11。透镜产生一个延伸的连续范围的散焦22。
图7示出了提供分散多焦点的眼用透镜，被沿光轴20传播并穿过手性眼用透镜23的平行光束(被描述成一束光线)19照射，在该实施例中，透镜包括两个抛物线螺旋式表面，且抛物线螺旋式表面具有分别在前表面和后表面上的有角度地不重叠过渡区24和25。被透镜折射后，光线沿光轴向两个分散焦点26和27汇聚。
图8示出了如图7所述的在前表面和后表面上具有两个不重叠过渡区的眼用透镜23的前视图。虚线24表示在透镜的前表面上的过渡区，实线25表示在透镜的后表面上的过渡区。
图9示出了提供可调多焦点的眼用透镜，被沿光轴20传播并穿过前手性光学元件28和后手性光学元件29的平行光束(被描述成一束光线)19照射，前手性光学元件28和后手性光学元件29具有角度不重叠过渡区30和31。透镜在光轴的方向上产生两个分散焦点32和33。在该实施例中，透镜的每个光学元件包括一个抛物线螺旋面，后元件34用于通过其旋转实现可调整性，多焦点透镜的折光力可通过聚焦区35和36沿光轴同时移动来调整。
具体实施方式
手性光学表面
手性光学表面是提供光的手性相位调制的光学元件的表面。例如，由具有恒定折射率的材料制成的折射光学元件的手性表面是一个手性光学表面。在数学方面，如果在奇偶变换下不是不变量，一个三维面被定义为手性的。这意味着该表面的镜像无论怎样旋转和平移都不能映射到原始表面上，参见图2。例如，由M.Petitjean(J.Math.Phys.43，4147-4157，2002)和Salomon等人(J.Mater.Chem.25，295-308，1999)给出了手性的定义，这两个文献通过引用被纳入本文。手性的程度可根据拓扑电荷或连续手性测量来量化。
在本文的上下文中，手性光学表面的特征为在径向和方位角方向上有一定陡度。陡度可根据不破坏表面的所需手性对称的任何函数，线性或非线性地进展。手性光学表面还可以(但不是必须)包括至少一个过渡区，例如，如图3所示。
手性光学表面可以根据任何光学形状，包括抛物线形、球形、棱柱形等形状来构造。例如，假定一个三次曲面被下列函数定义
z＝SU(x，y)≡U(axy2+bx3/3)(1)
在坐标系OXYZ中，见图1，其中Z轴沿光轴；U为测得的表面陡度，例如，以[mm-2]为单位；a和b是无因次常数，通常当X-轴和Y-轴具有相等的比例时，a＝b。根据US-A-3305294，沿X轴相互移动的一对这样的三次元(a＝b)可以产生一个可变焦点透镜。采用奇偶变换(x，y)→(-x，y)或(x，y)→(x，-y)，很容易发现该表面不是手性表面。但是，两个三次曲面的组合可被制成是手性的，例如由下列函数定义的合成曲面为手性曲面。
z = S U 1 ( x + x 0 , y ) , y &GreaterEqual; 0 S U 2 ( x - x 0 , y ) , y < 0 - - - ( 2 )
其中x0为位移常数，U1和U2为表面陡度参数(通常U1≠U2)。由方程(2)定义的曲面如图4所示。
根据描述了在一个用于扩展景深(EDF)人工晶体的光学元件上的三次曲面的US2003225455来类推，可以注意到由方程(2)确定的手性合成曲面也提供连续的多焦点或EDF。多焦点的范围是由参数U1和U2结合x0确定的，且可选择为不同的范围以提供两个明显不同的多焦点区(沿光轴)。类似地，使用包括三个三次曲面的光学元件可获得三个明显不同的多焦点区等。
本领域的技术人员可以容易地推断出，由方程(2)定义的光学表面和由方程(1)给出的三次光学表面的组合(如US-A-3305294所述)，如图5所示，产生具有两个明显不同焦点的透镜。这两个焦点可以沿光轴、Z-轴和在XY-平面上(当线性倾斜，即楔形棱镜被增加到其中一个光学表面上时)分离。
数学框架
假定一对相同的光学元件被重叠以形成一个以点O′为中心的可变焦点透镜，且在圆柱形坐标系中，每个元件由下列函数确定
Figure BPA00001596604600101
其中，z为元件的厚度，r为半径，
Figure BPA00001596604600102
为极角，且以矢量r0为特征的点O′是具有面积D的光学表面的中心，参见图1。以O为旋转中心，如果一个元件被旋转
Figure BPA00001596604600103
而另一个元件被旋转
Figure BPA00001596604600104
则产生的厚度为
Figure BPA00001596604600105
对产生的可变焦点透镜的与旋转相关的厚度采用下式
Figure BPA00001596604600106
也就是说，透镜的光功率随
Figure BPA00001596604600107
线性地变化，A为振幅系数，对方程4和5应用泰勒展开可以发现
Figure BPA00001596604600111
注意，如果方程(5)简化为
Figure BPA00001596604600113
当
Figure BPA00001596604600114
未知函数
Figure BPA00001596604600115
的近似值可由下列微分方程确定
Figure BPA00001596604600116
方程(8)的通解采取下式
Figure BPA00001596604600117
其中，C为积分常数。使用方程(9)，由方程(4)给出的结果厚度变为
Figure BPA00001596604600118
剩余项
Figure BPA00001596604600119
为顶点在原点O的圆锥体。圆锥体的陡度随
Figure BPA000015966046001110
的三次方变化。
现在，假定一种极端的情况即当旋转中心O位于无穷远，或|r|，|r0|→∞。在这种情况下，旋转等于便于在笛卡尔坐标中表示的线性位移
Figure BPA000015966046001111
Figure BPA000015966046001112
方程(9)采用下式
Figure BPA00001596604600121
这与L.Alvarez在US-A-3305294中所述的三次曲面主要术语相符。一对相互置换的Alvarez元素产生一个可变焦点抛物线透镜，其光功率随横向位移线性地变化。
在另一个极端情况下，当旋转中心O与透镜中心O′重合，或r0＝0时，方程(9)简化为
Figure BPA00001596604600122
且产生的如方程(4)所定义的与角度相关的厚度变为
Figure BPA00001596604600123
方程(13)确定抛物线螺旋式手性光学元件的厚度。在光学元件的一个表面为平面的最简单的配置中，另一个表面是抛物线螺旋式手性表面或可替换地是抛物线手性光学表面，如图3所示。
应该注意到，通过旋转实现可调折射能力已经在现有技术文献S.Bernet和M.Ritsch-Marte的“Adjustable refractive power fromdiffractive moire elements”，Appl.Optics 47，3722-3730(2008)中有所描述，该文献通过引用被纳入本文。但是，作者限制仅研究衍射光学元件(DOEs)。他们的设计结果为具有一个光功率不同的附加扇形透镜的变焦距菲涅耳透镜。优化的DOE设计被提出以避免附加的扇形透镜。
从方程(14)可以看出，中心为O′的可变焦点透镜的光功率与成比例，并随旋转角
Figure BPA00001596604600125
线性地的变化。但是，该表达仅对角度扇区
Figure BPA00001596604600126
有效。扇区
Figure BPA00001596604600127
和
Figure BPA00001596604600128
产生与
Figure BPA00001596604600129
成比例的光功率。因此，具有两个相互旋转的螺旋式手性光学元件的可变焦点透镜产生两个不同的焦点，参见图7～9。还需注意的是在焦点处的光强度分别与
Figure BPA000015966046001210
和
Figure BPA000015966046001211
成比例。
例如，利用Modern Optical Engineering，3-rd.ed.(McGraw-Hill，New York，2000)中W.J.Smith的公式，包括由折射指数为n的材料制成的两个相互旋转的螺旋式手性光学元件的透镜组合的光功率Φ，即反焦距
当
Figure BPA00001596604600131
时，为
Figure BPA00001596604600132
当
Figure BPA00001596604600133
且
Figure BPA00001596604600134
时，为
在数学上可以证明，具有根据方程(13)的厚度函数的单手性光学元件产生有效的多焦点，即EDF。通过使用一个非相干的光学系统，即植入手性光学元件的眼睛的光学传递函数(OTF)的一般式，见J.W.Goodman，Introduction to Fourier Optics，(Roberts&Company，2005)，在近轴的近似值中很容易发现
Figure BPA00001596604600136
其中H为散焦OTF，为散焦参数(说明参见J.W.Goodman)，ωr和ωα为在极坐标中的空间频率
ωx＝ωrcosωα，(18)
ωx＝ωrsinωα，
其中ωx和ωy为在笛卡尔坐标中对应的空间频率。因此，由方程(17)可看出，散焦没有导致(在视网膜上)生成图像的退化，而只是造成图像的旋转。通过使陡度参数A达到最大值，可以使旋转变得非常小。图6表示的是包括具有连续多焦点的单手性光学元件的眼用透镜。

Claims (14)

1.一种可调眼用透镜，包括至少一个包括至少两个光学表面的组合的光学元件，其特征在于：
-两个光学表面均为适合于对光束进行手性调制的手性光学表面，
-手性光学表面的组合适合于提供至少一个可调焦点，
-且手性光学表面的组合适合于使可调焦点的焦距取决于手性光学表面的相互位置。
2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜包括至少两个光学元件，所述至少两个光学元件包括至少一个手性光学表面。
3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜包括一个光学元件，所述元件包括至少两个手性光学表面。
4.如权利要求1、2或3所述的透镜，其特征在于，至少一个光学元件包括一适合于矫正至少一个眼像差或至少一个透镜自身像差的表面部件。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的透镜，其特征在于，所述相互位置是手性光学元件围绕与光轴平行的任何轴的相互旋转位置。
6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述手性光学元件同心设置，且旋转是围绕所述手性光学元件的中心轴的旋转。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜是可调眼用单焦点透镜。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜是可调眼用多焦点透镜。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的透镜，其特征在于，至少一个手性光学表面是抛物线手性光学表面。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的透镜，其特征在于，至少一个手性光学表面是衍射手性光学表面。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的透镜，其特征在于，至少一个手性光学表面是折射手性光学表面。
12.可调眼内眼用透镜结构，包括眼内光学器件和将所述透镜结构定位于人眼内的定位装置，其特征在于，所述眼内光学器件包括至少一个根据前述权利要求中任意一项所述的透镜。
13.可调眼镜结构，包括眼镜光学器件和将所述眼镜结构定位于人眼之前的定位装置，其特征在于，所述眼镜结构包括至少一个根据权利要求1～11中任意一项所述的透镜。
14.可调隐形眼镜结构，包括接触镜片光学器件和将所述接触镜片定位于人眼之前的角膜上的定位装置，其特征在于，所述隐形眼镜结构包括至少一个根据权利要求1～11中任意一项所述的透镜。
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