CN112198577A - 眼科透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种眼科透镜。眼科透镜包括第一衍射结构和第二衍射结构。第一衍射结构包括第一衍射带和第一衍射台阶。第二衍射结构包括第二衍射带和第二衍射台阶。第一衍射带内的高度所导致的光程差小于或等于0.5倍设计波长。第一衍射台阶的高度大于第一衍射带内的高度且第一衍射台阶的高度与第一衍射带内的高度的第一差值所导致的光程差小于或等于0.25倍设计波长。第二衍射带内的高度所导致的光程差小于或等于0.5倍设计波长。第二衍射台阶的高度小于第二衍射带内的高度且第二衍射台阶的高度与第二衍射带内的高度的第二差值所导致的光程差小于或等于0.25倍设计波长。第一衍射结构和第二衍射结构交替排布。上述眼科透镜中，形成三个焦点，能实现能量分配。

Description

眼科透镜
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，更具体而言，涉及一种眼科透镜。
背景技术
在相关技术的折射型或衍射型眼科透镜中，主要表现为两个焦点，其主要实现的是视近焦点和视远焦点。在视近焦点和视远焦点之间的视中焦点往往被忽略，导致眼科透镜不能很好地成像。例如在病人眼内植入双焦点的眼科透镜(人工晶状体)后，病人的视近及视远能力得到改善，但视中能力较差。
现市场上存在三焦点晶体，如专利CN102665611B、CN103054659公开的方案，但这些方案都存在一些问题。
专利CN102665611B公开了一种三焦点晶体。但依据公开的信息及三焦点晶体的方案，产品在各焦点的能量分配方式已不再符合开诺全息型衍射的计算方式，而文中并未给出各焦点能量分布的计算方法，能量分配的计算将会更加复杂和难以计算。通过定性分析，文中所述的方案在三个焦点能量分配的自由度有限，不能实现某些特定的能量分配方案，如视远焦点能量分配等于视近焦点能量分配同时大于视中焦点的能量分配。
专利CN103054659公开了一种三焦点晶体，虽然其通过受抑特征可以实现3焦点，但在小瞳孔或者某一小的环形区域范围内视中焦点能量分配有限。在文中相邻衍射台阶高度不同，同时其相邻衍射带的高度也不同。由于相邻衍射带的高度存在差异，即相邻衍射带之间相位跨度存在差异，则将使非成像焦点的能量损失增加，从而降低成像质量。
发明内容
本发明提供一种眼科透镜。
本发明实施方式的眼科透镜包括光学透镜、第一衍射结构和第二衍射结构，所述光学透镜的至少一个光学面设有至少一个所述第一衍射结构和至少一个所述第二衍射结构，所述第一衍射结构包括第一衍射带和第一衍射台阶，所述第二衍射结构包括第二衍射带和第二衍射台阶；
所述第一衍射带内的高度所导致的光程差小于或等于0.5倍设计波长，所述第一衍射台阶的高度大于所述第一衍射带内的高度且所述第一衍射台阶的高度与所述第一衍射带内的高度的第一差值所导致的光程差小于或等于0.25倍所述设计波长，所述第二衍射带内的高度所导致的光程差小于或等于0.5倍所述设计波长，所述第二衍射台阶的高度小于所述第二衍射带内的高度且所述第二衍射台阶的高度与所述第二衍射带内的高度的第二差值所导致的光程差小于或等于0.25倍所述设计波长，所述第一衍射结构和所述第二衍射结构交替排布。
本发明实施方式的眼科透镜中，第一衍射结构和第二衍射结构组合，附加于光学面上使眼科透镜形成三个焦点，分别为视远焦点、视近焦点、视中焦点，从而使眼科透镜的成像质量得到提升。该眼科透镜可以根据不同的设计参数而实现三个焦点能量分配的调配。
在某些实施方式中，所述眼科透镜包括至少两个所述第一衍射带和至少两个所述第二衍射带。
在某些实施方式中，所述第一衍射台阶的高度与所述第一衍射带内的高度的第一差值所导致的光程差小于或等于0.180倍所述设计波长。
在某些实施方式中，所述第二衍射台阶的高度与所述第二衍射带内的高度的第二差值所导致的光程差小于或等于0.180倍所述设计波长。
在某些实施方式中，自所述眼科透镜的光学中心向边缘交替排布有多个所述第一衍射结构和多个所述第二衍射结构，其中一个所述第一衍射结构位于所述光学中心，位于所述光学中心的所述第一衍射结构的所述第一衍射台阶连接所述第一衍射带，与光轴重叠，其余所述第一衍射台阶连接所述第一衍射带和所述第二衍射带，所有所述第二衍射台阶连接所述第二衍射带和所述第一衍射带。
在某些实施方式中，自所述眼科透镜的光学中心向边缘交替排布有多个所述第二衍射结构和多个所述第一衍射结构，其中一个所述第二衍射结构位于所述光学中心，位于所述光学中心的所述第二衍射结构的所述第二衍射台阶连接所述第二衍射带，与光轴重叠，其余所述第二衍射台阶连接所述第二衍射带和所述第一衍射带，所有所述第一衍射台阶连接所述第一衍射带和所述第二衍射带。
在某些实施方式中，所述眼科透镜在所述第一衍射带和所述第二衍射带所对应的0阶衍射焦点处产生能量汇聚而形成视远焦点，在所述第一衍射带和所述第二衍射带所对应的+1阶衍射焦点处产生能量汇聚而形成视近焦点，所述第一衍射带和所述第二衍射带之间互相干涉形成视中焦点，所述视中焦点位于所述视远焦点与所述视近焦点之间。
在某些实施方式中，所述视远焦点的衍射附加光焦度为0D，所述视近焦点的衍射附加光焦度不为0D，所述视中焦点的衍射附加光焦度为所述视近焦点的衍射附加光焦度的0.5倍。
在某些实施方式中，所述第一衍射带内的高度所导致的光程差等于0.5倍所述设计波长，所述第二衍射带内的高度所导致的光程差等于0.5倍所述设计波长，所述视近焦点与所述视远焦点的能量分布为1:1。
在某些实施方式中，任意所述第一衍射结构均有一个与其相邻的第二衍射结构，所述相邻的第二衍射结构的所述第二差值等于所述第一衍射结构的所述第一差值。
在某些实施方式中，所述相邻的第二衍射结构的所述第二衍射带内的高度等于所述第一衍射结构的所述第一衍射带内的高度。
在某些实施方式中，在所述眼科透镜的预设光学口径范围内，所述第一衍射带内的高度所导致的光程差及所述相邻的第二衍射带内的高度所导致的光程差从0.5倍所述设计波长逐渐降低的过程中，所述视远焦点的能量分布逐渐增加，所述视近焦点的能量分布逐渐减少。
在某些实施方式中，在所述眼科透镜的预设光学口径范围内，所述第一衍射结构的所述第一差值所导致的光程差及所述相邻的第二衍射结构的所述第二差值所导致的光程差从0.25倍所述设计波长逐渐降低的过程中，所述视中焦点的能量分布逐渐减少。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中:
图1是本发明实施方式的眼科透镜的结构示意图；
图2是图1从光学面中分离出的第一衍射结构和第二衍射结构的排布示意图；
图3是图2中Ⅲ部分的放大示意图；
图4是图2中Ⅳ部分的放大示意图；
图5是本发明实施方式的眼科透镜的成像质量与焦点图；
图6是本发明实施方式的眼科透镜的成像质量与焦点图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1-图4，本发明实施方式的眼科透镜100包括光学透镜110、第一衍射结构10和第二衍射结构20。光学透镜110的至少一个光学面112设有至少一个第一衍射结构10和至少一个第二衍射结构20。第一衍射结构10包括第一衍射带12和第一衍射台阶14。第二衍射结构20包括第二衍射带22和第二衍射台阶24。图示中的第一衍射台阶14和第二衍射台阶24与光轴重叠或平行，但实际加工过程中，由于加工误差及加工本身的限制，除与光轴重叠的台阶外，其余台阶可能为一个斜面链接第一衍射带10和第二衍射带20。
第一衍射带12内的高度Hf所导致的光程差小于或等于0.5倍设计波长。第一衍射台阶14的高度hf大于第一衍射带12内的高度Hf且第一衍射台阶14的高度hf与第一衍射带12内的高度Hf的第一差值所导致的光程差小于或等于0.25倍设计波长。第二衍射带22内的高度HS所导致的光程差小于或等于0.5倍设计波长。第二衍射台阶24的高度hS小于第二衍射带22内的高度HS且第二衍射台阶24的高度hS与第二衍射带22内的高度HS的第二差值所导致的光程差小于或等于0.25倍设计波长。第一衍射结构10和第二衍射结构20交替排布。
本发明实施方式的眼科透镜100中，第一衍射结构10和第二衍射结构20组合，附加于光学面112上使眼科透镜100形成三个焦点，分别为视远焦点、视近焦点、视中焦点，从而使眼科透镜100的成像质量得到提升。该眼科透镜100可以根据不同的光学设计参数实现三个焦点能量分配的调配。
具体地，光学透镜110包括位于相背两侧的两个光学面112。光学透镜110的至少一个光学面112设有至少一个第一衍射结构10和至少一个第二衍射结构20，也即是说，光学透镜110的其中一个光学面112或两个光学面112设有第一衍射结构10和第二衍射结构20。在图示的实施方式中，光学透镜110的上光学面112设有第一衍射结构10和第二衍射结构20。
在本发明中，衍射结构包括第一衍射结构10和第二衍射结构20。衍射带(diffractive zone)包括第一衍射带12和第二衍射带22。衍射带之间存在衍射台阶将相邻的衍射带分隔开。衍射台阶包括第一衍射台阶14和第二衍射台阶24。在图示的实施方式中，第一衍射结构10包括一个第一衍射带12和一个第一衍射台阶14，第二衍射结构20包括一个第二衍射带22和一个第二衍射台阶24。第一衍射结构10和第二衍射结构20交替排布，即第一衍射带12和第二衍射带22交替排布，第一衍射台阶14和第二衍射台阶24相间，第一衍射台阶14的高度hf和第二衍射台阶24的高度hS存在差异。
可以理解，在第一衍射结构10中，第一衍射带12内的高度Hf所导致的光程差小于或等于0.5倍设计波长。第一衍射台阶14的高度hf大于第一衍射带12内的高度Hf，两者的第一差值所导致的光程差小于或等于0.25倍设计波长，较佳地，两者的第一差值所导致的光程差小于或等于0.180倍设计波长。
在第二衍射结构20中，第二衍射带22内的高度HS所导致的光程差小于或等于0.5倍设计波长。第二衍射台阶24的高度hS小于第二衍射带22内的高度HS，两者的第二差值所导致的光程差小于或等于0.25倍设计波长，较佳地，两者的第二差值所导致的光程差小于或等于0.180倍设计波长。
上述第一衍射结构10和第二衍射结构20交替排布，使得眼科透镜100在第一衍射带12和第二衍射带22所对应的0阶衍射焦点(衍射附加光焦度为0D)处产生能量汇聚而形成视远焦点，在第一衍射带12和第二衍射带22所对应的+1阶衍射焦点(衍射附加光焦度为+D1)处产生能量汇聚而形成视近焦点，第一衍射带12和第二衍射带22之间互相干涉形成视中焦点。视中焦点位于视远焦点与视近焦点之间。
当第一衍射台阶14的高度hf与第一衍射带12内的高度Hf的第一差值所导致的光程差小于或等于0.180倍设计波长及第二衍射台阶24的高度hS与第二衍射带22内的高度HS的第二差值所导致的光程差小于或等于0.180倍设计波长时，可以使视中焦点的能量分布小于视近焦点与视远焦点的能量分布之和的50％，实现良好的视远焦点能量分布。
进一步地，由于相邻的两个衍射带分别为第一衍射带12和第二衍射带22，两者之间存在相位差，在衍射带所对应+2阶衍射焦点(衍射附加光焦度为+2D1)及更高阶次的衍射焦点处的能量汇聚少于常规衍射晶体设计方案(即衍射台阶的高度及衍射带内的高度均为0.5倍设计波长)所对应的衍射焦点处的能量汇聚，使衍射结构的高阶能量损失小于18％，从而提升眼科透镜的视觉质量。
由于相邻的两个衍射带分别为第一衍射带12和第二衍射带22，衍射带的轮廓依旧满足开诺全息衍射结构，其能量分布符合开诺全息衍射结构计算方法，仅需对相邻衍射带的起始相位进行校正。
需要说明的是，第一差值和第二差值均为正值。设计波长指特定波长的光线，如546纳米。光程差，指的是，平行于光轴A入射的设计波长光线(如546纳米)的光程差。衍射台阶和衍射带相交的地方为尖锐的角，由于加工刀具的限制，无法加工出尖锐的角度，实际产品会存在偏差。因此，衍射带内的高度，指的是，理论设计的衍射带内的最高点与最低点在光轴A方向上的差值。在本发明中，衍射附加光焦度可以理解为附加度数。
光学面112设有第一衍射结构10和第二衍射结构20，形成衍射光学面。衍射光学面可以看成是基础非球面/球面(光学面112)与第一衍射结构10和第二衍射结构20组合而成。在本发明中，将第一衍射结构10和第二衍射结构20从衍射光学面中分离出来讨论。由于光学面112是弧形的，其基础非球面/球面在径向上存在高度差。因此，图1所示的衍射带内的高度包括基础非球面/球面本身的高度差，大于理论衍射带内的高度。本发明所指的衍射带内的高度为图2分离出的衍射结构所示的衍射带内的高度。
在某些实施方式中，眼科透镜100包括至少两个第一衍射带12和至少两个第二衍射带22。
可以理解，至少两个第一衍射带12和至少两个第二衍射带22交替排布，形成可被有效利用的三个焦点。在图示的实施方式中，眼科透镜100包括四个第一衍射带12和四个第二衍射带22，也即，眼科透镜100包括四个第一衍射结构10和四个第二衍射结构20。
在某些实施方式中，第一衍射台阶14包括与眼科透镜100的光轴A平行或重合的表面，第二衍射台阶24包括与眼科透镜100的光轴A平行或重合的表面。
可以理解，衍射台阶位于两个衍射带之间，衍射台阶的两端分别与两个衍射带相连(与光轴A重叠的衍射台阶除外)，衍射台阶的表面平行于光轴A或与光轴A重合。需要说明的是，由于加工误差的存在，衍射台阶的表面可能与光轴A不平行。因此，本发明的衍射台阶的表面平行于光轴A，指的是理论设计中衍射台阶的表面平行于光轴A。
位于眼科透镜100的光学中心(光轴A穿过的中心)的衍射结构，其衍射带是一个圆形结构，其衍射台阶位于光轴A上，衍射台阶的表面与光轴A重合。在本实施方式中，衍射台阶(第一衍射台阶14和第二衍射台阶24)的数量是多个，其中一个衍射台阶的表面与光轴A重合，其余衍射台阶的表面与光轴A平行。位于眼科透镜100的光学中心的衍射结构可以是第一衍射结构10或第二衍射结构20。在图示的实施方式中，位于光学中心的是第一衍射结构10，光轴A穿过第一衍射带12，第一衍射台阶14位于光轴A上，第一衍射台阶14的表面与光轴A重合。
在某些实施方式中，自眼科透镜100的光学中心向边缘交替排布有多个第一衍射结构10和多个第二衍射结构20，其中一个第一衍射结构10位于光学中心，位于光学中心的第一衍射结构10的第一衍射台阶14连接第一衍射带12，其余第一衍射台阶14连接第一衍射带12和第二衍射带22，第二衍射台阶24连接第二衍射带22和第一衍射带12。
如此，第一衍射带12和第二衍射带22靠第一衍射台阶14或第二衍射台阶24隔开。对于同一个第一衍射带12而言，与第一衍射带12靠近光轴A的一端相连的是第一衍射台阶14，与第一衍射带12远离光轴A的一端相连的是第二衍射台阶24。对于同一个第二衍射带22而言，与第二衍射带22靠近光轴A的一端相连的是第二衍射台阶24，与第二衍射带22远离光轴A的一端相连的是第一衍射台阶14。在本实施方式中，位于光学中心的第一衍射结构10的第一衍射台阶14的表面与眼科透镜100的光轴A重合。
在另一实施方式中，自眼科透镜100的光学中心向边缘交替排布有多个第二衍射结构20和多个第一衍射结构10，其中一个第二衍射结构20位于光学中心，位于光学中心的第二衍射结构20的第二衍射台阶24连接第二衍射带22，其余第二衍射台阶24连接第二衍射带22和第一衍射带12，所有第一衍射台阶14连接第一衍射带12和第二衍射带22。
在某些实施方式中，视远焦点的衍射附加光焦度为0D，视近焦点的衍射附加光焦度不为0D(为+D1)，视中焦点的衍射附加光焦度为视近焦点的衍射附加光焦度的0.5倍，即+0.5D1。
可以理解，眼科透镜100的基础非球面/球面(即光学透镜110的光学面112)的光焦度为D0，视远焦点的光焦度为Df＝D0，视中焦点的光焦度为Dm＝D0+0.5D1，视近焦点的光焦度为Dn＝D0+1.0D1。
在本发明中，任意第一衍射结构10的第一衍射带12内的高度都有一个相邻的第二衍射结构20的第二衍射带22内的高度与其相等，即每两个相邻的衍射带(第一衍射带12与第二衍射带22)将产生相同的相位跨度，从而有效避免在高阶衍射焦点能量损耗的增加。
下面将详细说明眼科透镜100的三个焦点的能量分配。
在某些实施方式中，第一衍射带12内的高度Hf所导致的光程差等于0.5倍设计波长，第二衍射带22内的高度HS所导致的光程差等于0.5倍设计波长，视近焦点与视远焦点的能量分布为1:1。
在某些实施方式中，任意第一衍射结构10均有一个与其相邻的第二衍射结构20，相邻的第二衍射结构20的第二差值等于第一衍射结构10的第一差值。如此，第一衍射台阶14的高度hf与第一衍射带12内的高度Hf的第一差值所导致的光程差等于与其相邻的第二衍射台阶24的高度hS与第二衍射带22内的高度HS的第二差值所导致的光程差。
进一步地，相邻的第二衍射结构20的第二衍射带22内的高度HS等于第一衍射结构10的第一衍射带12内的高度Hf。
在一个实施例中，在眼科透镜100的预设光学口径范围内，第一衍射带12内的高度Hf所导致的光程差及相邻的第二衍射带22内的高度HS所导致的光程差从0.5倍设计波长逐渐降低的过程中，视远焦点的能量分布逐渐增加，视近焦点的能量分布逐渐减少。光程差的降低方向是从眼科透镜100的光学中心到边缘。在一个例子中，预设光学口径范围内可以是半口径为2.451mm以内。
在另一个实施例中，在眼科透镜100的预设光学口径范围内，第一衍射结构10的第一差值所导致的光程差及相邻的第二衍射结构20的第二差值所导致的光程差从0.25倍设计波长逐渐降低的过程中，视中焦点的能量分布逐渐减少。光程差的降低方向是从眼科透镜100的光学中心到边缘。在一个例子中，预设光学口径范围内可以是半口径为2.451mm以内。
可以理解，视远焦点和视近焦点的能量分布与第一衍射带12内的高度Hf所导致的光程差和第二衍射带22内的高度HS所导致的光程差相关。当衍射带内的光程差为0.5倍设计波长时，视远和视近两个焦点的能量分布为1:1；当衍射带内的光程差从0.5倍设计波长逐渐降低的过程中，视远焦点的能量分布逐渐增加，视近焦点的能量分布逐渐减少。视中焦点的能量分布与与第一衍射结构10的第一差值所导致的光程差和相邻的第二衍射结构20的第二差值所导致的光程差相关。
下面对本发明实施方式的眼科透镜100进行说明。
在眼科透镜100中，衍射带(第一衍射带12和第二衍射带22)的一侧为透镜材质，另一侧为介质空气(眼科透镜100为隐形眼镜)或体液(眼科透镜100为人工晶体)。光线在介质和透镜材质中的传播速度是不一样的，进而产生光程差。衍射台阶的高度所导致的光程差为
Figure BDA0002737860470000084
相位差为
Figure BDA0002737860470000081
衍射带内的高度所导致的光程差为
Figure BDA0002737860470000082
相位差为
Figure BDA0002737860470000083
其中，hn为第n个衍射台阶的高度，Hn为第n个衍射带内的高度，n0为光学透镜110的折光率，nm为介质的折光率，λ0为入射波长。衍射结构的衍射带内的高度与该衍射结构的衍射台阶的高度的差值为Δhn＝|hn-Hn|。
(1)衍射带的边界位置(即衍射台阶的位置)的计算方法如下：
Figure BDA0002737860470000091
其中，n表示从光学中心开始，理论计算的第n个衍射带，n为0或正整数；rn表示第n个衍射带的外沿位置的半口径，rn-1即为第n个衍射带的起始位置的半口径；λ0为设计波长；f为该衍射带+1阶衍射的焦距，即本发明视近焦点的衍射附加光焦度对应的焦距。当n＝0时，即为第一个衍射带的起始位置位于光轴A上，此处n并不一定等于实际眼科透镜100上的衍射带的位置号码，例如由两种不同焦距的衍射带拼叠形成的衍射结构。在一个例子中，两种焦距的比例为1:2，则占据光学中心的第一个衍射带(焦距为1的衍射结构)，可以划分为两个焦距为2的衍射带，第二个衍射带对应焦距为2的衍射结构，在理论计算中，此处的衍射带对应的是n＝3。
(2)衍射带内的高度计算：
Figure BDA0002737860470000092
其中，qn表示第n个衍射带内的高度对设计波长产生的光程差为设计波长的倍数，λ0表示设计波长，n0表示光学透镜110对设计波长的折光率，nm表示介质的折光率。在本发明中，qn≤0.5；
(3)衍射带内的高度与衍射台阶的高度的差值计算：
Figure BDA0002737860470000093
在本实施例中，第一衍射带12内的高度Hf的第一差值所导致的光程差与第二衍射带22内的高度HS的第二差值所导致的光程差相同，均为a倍设计波长，a小于或等于0.25，需要说明的是，a大于0。
(4)衍射台阶的高度计算：
第一衍射台阶14的高度hf：hf＝Hn+Δhn，相邻的第二衍射台阶24的高度hS：hs＝Hn-Δhn。
从上式可以看出，第一衍射台阶14的高度hf明显大于相邻的第二衍射台阶24的高度hS，两者相差2Δhn。
(5)成像焦点的计算
眼科透镜100的基础非球面/球面(即光学透镜110的光学面112)的光焦度为D0，衍射带所对应的+1阶衍射焦点的衍射附加光焦度为D1，其范围可以为1.0D到6.0D，优选的可以为2.0D到4.0D。眼科透镜100表现出三个可有效利用的焦点，三个焦点的光焦度分别为：Df＝D0，Dm＝D0+0.5D1，Dn＝D0+1.0D1，其中Df表示视远焦点，Dm表示视近焦点，Dn表示视近焦点。
本发明的眼科透镜100的衍射结构的具体实施例如下：
在以下实施例中，眼科透镜100的透镜材料折光率为1.5315，眼科透镜100所处的环境介质的折光率为1.336，设计波长为546纳米。眼科透镜100可为人工晶体。
实施例一
眼科透镜100的基础非球面/球面(即光学透镜110的光学面112)的光焦度为D0＝20.0D。
衍射结构从光学中心向边缘依次分布。眼科透镜100中所有第一衍射带12和第二衍射带22所对应的+1阶衍射焦点的衍射附加光焦度均为3.0D。第一衍射带12内的高度Hf所导致的光程差为0.5倍设计波长，第二衍射带22内的高度HS所导致的光程差也为0.5倍设计波长，即平行入射光线通过衍射带后产生1.0π的相位差(实际样品存在加工误差)。第一衍射结构10的第一衍射带12与第二衍射结构20的第二衍射带22交替排布，现定义第一衍射带12为奇数衍射带，第二衍射带22为偶数衍射带。
由于衍射带内的相位变化是1.0π，以设计波长入射的光线通过衍射面型形成+0阶衍射焦点及+1阶衍射焦点。
第一衍射台阶14的高度hf与第一衍射带12内的高度Hf的第一差值所导致的光程差为0.25倍设计波长，第二衍射台阶24的高度hS与第二衍射带22内的高度HS的第二差值所导致的光程差为0.25倍设计波长。第一衍射带12内的高度Hf等于第二衍射带22内的高度HS，第一衍射台阶14与第二衍射台阶24之间的高度差异2Δhn，对于平行入射的设计波长光线而言，将会使第一衍射带12的相位相对于第二衍射带22滞后0.5π，即0.25倍光程差。
由于相邻的两个衍射带分别为第一衍射带12和第二衍射带22，两者之间存在0.5π的相位差，通过相邻衍射带的干涉将会在视中焦点(衍射附加光焦度为+1.5D)处形成焦点。而由于眼科透镜100至少含有两个第一衍射带12与两个第二衍射带22，两个第一衍射带12和两个第二衍射带22连续相间，可以避免光线在光焦度为+0.75D等焦点处形成焦点。
衍射带的边界位置(即衍射台阶的位置)为：
Figure BDA0002737860470000101
其中波长λ0为0.546um，焦距f为333.33mm，
第一衍射带12内的高度Hf和第二衍射带22内的高度HS相等，衍射带内的高度为：
Figure BDA0002737860470000102
第一衍射带12内的高度Hf与第一衍射台阶14的高度hf的第一差值等于第二衍射带22内的高度HS与第二衍射台阶24的高度hS的第二差值，为：
Figure BDA0002737860470000111
第一衍射台阶14的高度hf为：
hf(hn)＝Hn+Δhn＝1.396+0.698＝2.094(μm)，
第二衍射台阶24的高度hS为：
hS(hn)＝Hn-Δhn＝1.396-0.698＝0.698(μm)，
眼科透镜100在衍射结构区表现出的焦点的光焦度计算如下：
视远焦点：Df＝D0＝20.0D，
视中焦点：Dm＝D0+0.5D1＝20.0+0.5×3.0＝21.5D，
视近焦点：Dn＝D0+1.0D1＝20.0+1.0×3.0＝23.0D。
通过理论分析，该眼科透镜100表现出的三个焦点的光焦度为20.0D、21.5D与23.0D。除去加工误差的影响，理论上视近、视远两个焦点的能量分配比例分别为1:1,且主要能量将分布于视中焦点，视远、视中、视近三个焦点能量分配比例约为20％:50％:20％，能量损失约为10％，而常规晶体能量损失约为18％左右。本实施例的眼科透镜100为一种三焦点衍射人工晶体。
对本实施例加工出的人工晶体在ISO11979-2的MTF测试模型下，使用PMTF设备(人工晶体分析仪)在瞳孔半径为3.0毫米的条件下进行成像质量的检测，其结果如图5所示。
实施例二
眼科透镜100的基础非球面/球面(即光学透镜110的光学面112)的光焦度为D0＝20.0D。
衍射结构从光学中心向边缘依次分布。眼科透镜100中所有第一衍射带12和第二衍射带22所对应的+1阶衍射焦点的衍射附加光焦度均为3.0D。第一衍射带12内的高度Hf所导致的光程差为0.5倍设计波长，第二衍射带22内的高度HS所导致的光程差也为0.5倍设计波长，即平行入射光线通过衍射带后产生1.0π的相位差(实际样品存在加工误差)。第一衍射结构10的第一衍射带12与第二衍射结构20的第二衍射带22相间，现定义第一衍射带12为奇数衍射带，第二衍射带22为偶数衍射带。
由于衍射带内的相位变化是1.0π，以设计波长入射的光线通过衍射面型形成+0阶衍射焦点及+1阶衍射焦点。
第一衍射台阶14的高度hf与第一衍射带12内的高度Hf的第一差值所导致的光程差为0.125倍设计波长，第二衍射台阶24的高度hS与第二衍射带22内的高度HS的第二差值所导致的光程差为0.125倍设计波长。第一衍射带12内的高度Hf等于第二衍射带22内的高度HS，第一衍射台阶14与第二衍射台阶24之间的高度差异2Δhn，对于平行入射的设计波长光线而言，将会使第一衍射带12的相位相对于第二衍射带22滞后0.25π，即0.125倍光程差。
由于相邻的两个衍射带分别为第一衍射带12和第二衍射带22，两者之间存在0.25π的相位差，以设计波长入射的光线会在+2阶衍射焦点处形成干涉，使在+2阶衍射焦点处的能量损失低于常规设计的5％。同时，通过相邻衍射带的干涉将会在视中焦点(衍射附加光焦度为+1.5D)处形成焦点。而由于眼科透镜100至少含有两个第一衍射带12与两个第二衍射带22，两个第一衍
射带12和两个第二衍射带22连续相间，可以避免在光焦度为+0.75D处形成焦点。
衍射带的边界位置(即衍射台阶的位置)为：
Figure BDA0002737860470000121
其中波长λ0为0.546um，焦距f为333.33mm，
第一衍射带12内的高度Hf和第二衍射带22内的高度HS相等，为：
Figure BDA0002737860470000122
第一衍射带12内的高度Hf与第一衍射台阶14的高度hf的第一差值＝第二衍射带22内的高度HS与第二衍射台阶24的高度hS的第二差值，为：
Figure BDA0002737860470000123
第一衍射台阶14的高度hf为：
hf(hn)＝Hn+Δhn＝1.396+0.349＝1.745(μm)，
第二衍射台阶24的高度hS为：
hS(hn)＝Hn-Δhn＝1.396-0.349＝1.047(μm)，
眼科透镜100在衍射结构区表现出的焦点的光焦度计算如下：
视远焦点：Df＝D0＝20.0D，
视中焦点：Dm＝D0+0.5D1＝20.0+0.5×3.0＝21.5D，
视近焦点：Dn＝D0+1.0D1＝20.0+1.0×3.0＝23.0D。
通过理论分析，该眼科透镜100表现出的三个焦点的光焦度为20.0D、21.5D与23.0D。除去加工误差的影响，理论上视近、视远两个焦点的能量分配比例分别为1:1,视远、视中、视近三个焦点能量分配比例约为35％：15％：35％，能量损失约为15％，相对于实施例一，本实施例减少在视中焦点的能量分布，提升视远焦点和视近焦点的能量分布。本实施例的眼科透镜100为一种三焦点衍射人工晶体。
对本实施例加工出的人工晶体在ISO11979-2的MTF测试模型下，使用PMTF设备(人工晶体分析仪)在瞳孔半径为3.0毫米的条件下进行成像质量的检测，其结果如图6所示。
实施例三
眼科透镜100的基础非球面/球面(即光学透镜110的光学面112)的光焦度为D0＝20.0D。
从眼科透镜100的光学中心向外，第一衍射带12内的高度Hf符合切趾衍射特征，第二衍射带22内的高度HS与其相邻且靠近光学中心的第一衍射带12内的高度Hf一致。切趾函数中与口径相关项的指数可以为1-3。口径表示在眼科透镜100的光学面112范围内的任意一个以光学中心为圆心的圆形区域的直径或者环形区域的直径范围。本实施例采用的指数为3，第一衍射带12内的高度Hf切趾函数符合如下公式：
Figure BDA0002737860470000131
其中，f′为切趾函数，H1表示光学中心的第一衍射带12内的高度，HS表示光学区(分布有第一衍射结构10和第二衍射结构20的区域)的边缘(最外围)的衍射带内的高度，rn表示第n个第一衍射带12的外沿位置的半口径，rs表示光学中心向外最后一个第一衍射带12的外沿位置的半口径，r1表示光学中心的第一个第一衍射带12的外沿位置的半口径。对于与第一衍射带12相邻的第二衍射带22，第n个第二衍射带22内的高度HS与第n个第一衍射带12内的高度Hf相等。
需要说明的是，Δhn(第n个第一衍射结构10的第一差值/第n个第二衍射结构20的第二差值)也可以符合上述切趾函数的特征。当第一差值和第二差值均为0时，眼科透镜100只形成视近和视远两个焦点。
衍射结构从光学中心向边缘依次分布。眼科透镜100中所有第一衍射带12和第二衍射带22所对应的+1阶衍射焦点的衍射附加光焦度均为3.0D。第一衍射带12内的高度Hf所导致的光程差从0.5倍设计波长向0倍设计波长逐渐降低，第二衍射带22内的高度HS所导致的光程差也从0.5倍设计波长向0倍设计波长逐渐降低。第一衍射结构10的第一衍射带12与第二衍射结构20的第二衍射带22相间，本实施例中定义第一衍射带12为奇数衍射带，第二衍射带22为偶数衍射带。
第一衍射带12与其外沿的相邻的第二衍射带22的衍射带内的高度一致。从光学区的中心到边缘，衍射带内的高度所导致的光程差逐渐降低，则更多能量将会聚焦于0阶衍射焦点，即视远焦点。
第一衍射结构10的第一差值所导致的光程差及相邻的第二衍射结构20的第二差值所导致的光程差从0.180倍设计波长逐渐降低。由于第一衍射台阶14与其相邻的第二衍射台阶24之间的高度差异，对于平行入射的设计波长光线而言，将会使第一衍射带12的相位相对第二衍射带22滞后从0.36π逐渐降为0，则在视中焦点的能量逐渐降低直至为0。
本实施例的眼科透镜100为一种含有受抑衍射特征的三焦点衍射人工晶体。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“某些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种眼科透镜，其特征在于，所述眼科透镜包括光学透镜、第一衍射结构和第二衍射结构，所述光学透镜的至少一个光学面设有至少一个所述第一衍射结构和至少一个所述第二衍射结构，所述第一衍射结构包括第一衍射带和第一衍射台阶，所述第二衍射结构包括第二衍射带和第二衍射台阶；
所述第一衍射带内的高度所导致的光程差小于或等于0.5倍设计波长，所述第一衍射台阶的高度大于所述第一衍射带内的高度且所述第一衍射台阶的高度与所述第一衍射带内的高度的第一差值所导致的光程差小于或等于0.25倍所述设计波长，所述第二衍射带内的高度所导致的光程差小于或等于0.5倍所述设计波长，所述第二衍射台阶的高度小于所述第二衍射带内的高度且所述第二衍射台阶的高度与所述第二衍射带内的高度的第二差值所导致的光程差小于或等于0.25倍所述设计波长，所述第一衍射结构和所述第二衍射结构交替排布。
2.根据权利要求1所述的眼科透镜，其特征在于，所述眼科透镜包括至少两个所述第一衍射带和至少两个所述第二衍射带。
3.根据权利要求1所述的眼科透镜，其特征在于，所述第一衍射台阶的高度与所述第一衍射带内的高度的第一差值所导致的光程差小于或等于0.180倍所述设计波长。
4.根据权利要求1所述的眼科透镜，其特征在于，所述第二衍射台阶的高度与所述第二衍射带内的高度的第二差值所导致的光程差小于或等于0.180倍所述设计波长。
5.根据权利要求1所述的眼科透镜，其特征在于，自所述眼科透镜的光学中心向边缘交替排布有多个所述第一衍射结构和多个所述第二衍射结构，其中一个所述第一衍射结构位于所述光学中心，位于所述光学中心的所述第一衍射结构的所述第一衍射台阶连接所述第一衍射带，与光轴重叠，其余所述第一衍射台阶连接所述第一衍射带和所述第二衍射带，所有所述第二衍射台阶连接所述第二衍射带和所述第一衍射带。
6.根据权利要求1所述的眼科透镜，其特征在于，自所述眼科透镜的光学中心向边缘交替排布有多个所述第二衍射结构和多个所述第一衍射结构，其中一个所述第二衍射结构位于所述光学中心，位于所述光学中心的所述第二衍射结构的所述第二衍射台阶连接所述第二衍射带，与光轴重叠，其余所述第二衍射台阶连接所述第二衍射带和所述第一衍射带，所有所述第一衍射台阶连接所述第一衍射带和所述第二衍射带。
7.根据权利要求1所述的眼科透镜，其特征在于，所述眼科透镜在所述第一衍射带和所述第二衍射带所对应的0阶衍射焦点处产生能量汇聚而形成视远焦点，在所述第一衍射带和所述第二衍射带所对应的+1阶衍射焦点处产生能量汇聚而形成视近焦点，所述第一衍射带和所述第二衍射带之间互相干涉形成视中焦点，所述视中焦点位于所述视远焦点与所述视近焦点之间。
8.根据权利要求7所述的眼科透镜，其特征在于，所述视远焦点的衍射附加光焦度为0D，所述视近焦点的衍射附加光焦度不为0D，所述视中焦点的衍射附加光焦度为所述视近焦点的衍射附加光焦度的0.5倍。
9.根据权利要求7所述的眼科透镜，其特征在于，所述第一衍射带内的高度所导致的光程差等于0.5倍所述设计波长，所述第二衍射带内的高度所导致的光程差等于0.5倍所述设计波长，所述视近焦点与所述视远焦点的能量分布为1:1。
10.根据权利要求7所述的眼科透镜，其特征在于，任意所述第一衍射结构均有一个与其相邻的第二衍射结构，所述相邻的第二衍射结构的所述第二差值等于所述第一衍射结构的所述第一差值。
11.根据权利要求10所述的眼科透镜，其特征在于，所述相邻的第二衍射结构的所述第二衍射带内的高度等于所述第一衍射结构的所述第一衍射带内的高度。
12.根据权利要求11所述的眼科透镜，其特征在于，在所述眼科透镜的预设光学口径范围内，所述第一衍射带内的高度所导致的光程差及所述相邻的第二衍射带内的高度所导致的光程差从0.5倍所述设计波长逐渐降低的过程中，所述视远焦点的能量分布逐渐增加，所述视近焦点的能量分布逐渐减少。
13.根据权利要求11所述的眼科透镜，其特征在于，在所述眼科透镜的预设光学口径范围内，所述第一衍射结构的所述第一差值所导致的光程差及所述相邻的第二衍射结构的所述第二差值所导致的光程差从0.25倍所述设计波长逐渐降低的过程中，所述视中焦点的能量分布逐渐减少。
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