DE69010708T2

DE69010708T2 - Diffraktive ophthalmische Linse für Astigmatismuskorrektur.

Info

Publication number: DE69010708T2
Application number: DE69010708T
Authority: DE
Inventors: Dominique Baude; Pierre Chavel; Denis Joyeux; Jean Taboury
Original assignee: Essilor International Compagnie Generale dOptique SA
Current assignee: EssilorLuxottica SA
Priority date: 1989-02-06
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2010-02-06
Also published as: US5016977A; DE69010708D1; FR2642855B1; EP0382620A1; EP0382620B1; FR2642855A1; JPH032718A

Description

Diese Erfindung betrifft eine optische Linse, die zur Korrektur des Astigmatismus dient.
Es kann sich ebenfalls um eine Kontaktlinse oder um ein Implantat im Auge oder um eine Linse in der Hornhaut handeln.
Astigmatismus ist eine Sehstörung, die bewirkt, daß eine punktförmige, in unendlicher Entfernung liegende Lichtquelle ein Bild aus zwei kleinen senkrecht aufeinanderstehenden Lichtsegmenten ergibt, die längs der optischen Achse desto weiter voneinander beabstandet sind, je stärker das Ausmaß an Astigmatismus ist. Diese beiden Segmente entsprechen dem astigmativen Brennweitenbundel und können sich auf der gleichen Seite der Netzhaut befinden, entweder vor (myopischer Astigmatismus) oder hinter (hyperopischer Astigmatismus) dieser, oder aber auf beiden Seiten der Netzhaut (gemischer Astigmatismus). Diese Fehler können zweierlei Ursachen haben, entweder hornhaut- oder linsenbedingt, da die Hornhaut und die Augenlinse Oberflächen besitzen, die nicht kreisrund sind und zwei Hauptstrahlen aufweisen.
Die Astigmatismuskorrektur des Auges erreicht man durch derartiges Kompensieren dieses Abbildungsfehlers, daß für ein punktförmiges Objekt eine auf den Bildpunkt in der Netzhaut zentrierte Kugelwelle entsteht.
Diese Korrektur hat man bisher mit Hilfe von sphärozylindrischen Linsen erreicht, die funktionell einem Verband aus kugelförmiger Linse und zylindrischer Linse entsprechen.
Diese Linsen haben bereits gute Dienste geleistet. Dennoch bleibt die präzise Festlegung der sphärozylindrischen Oberflächen, die sich zur Erzielung einer optimalen Korrektur eignen, häufig heikel und schwierig.
Von den Fachleuten wurde schon seit mehreren Jahren die Entwicklung von zur Kompensation der Alterssichtigkeit (Presbyopie) vorgesehenen und diffraktive Bestandteile aufweisenden Linsen ins Auge gefaßt (siehe beispielsweise EP-A 0 064 812, US-A 4 637 697, EP-A 0 109 753 oder auch die am 19. Mai 1988 bzw. 9. November 1988 im Namen der Anmelderin eingereichten Patentanmeldungen FR 88 06 699 und FR 88 14 634.
Zu diesem Zweck weisen die bisher vorgeschlagenen diffraktiven Linsen eine Reihe diffraktiver Strukturen auf, die konzentrisch um die optische Achse der Linse verlaufen.
Die vorliegende Erfindung will nunmehr neue Mittel unter Verwendung von diffraktiven Bestandteilen vorschlagen, die für die Astigmatismuskorrektur des Auges gedacht sind.
Die erfindungsgemäßen, diffraktiven ophthalmischen Linsen sind zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, daß sie diffraktive Bestandteile umfassen, deren Kontur durch konische, nicht entartete Mittelpunktskurven des hyperbolischen oder elliptischen Typs unter Ausschluß von Kreisen begrenzt ist.
Im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung soll der Ausdruck "Kontur" diejenige Grenze bezeichnen, die zwei benachbarte Beugungszonen tronnt.
Insbesondere weist die erfindungsgemäße Linse vorteilhafterweise eine Gruppe benachbarter Beugungszonen mit hyperbolischer oder elliptischer Kontur auf, deren Periodizität bezüglich r² in zwei zueinander orthogonalen Richtungen X und Y, die durch die Linsenachse verlaufen und mit den Hauptachsen rx, ry der Hyperbeln oder Ellipsen zusammenfallen, jeweils durch die Beziehungen
Δr²x = 2λ fx
Δr²y = 2λ fy
bestimmt ist, worin
Δr²x die Periodizität bezüglich r² der diffraktiven Bestandteile in der Ebene X (Unterschied zwischen dem (n+1)-ten Strahl und dem n-ten Strahl in X),
Δr²y die Periodizität bezüglich r² der diffraktiven Bestandteile in der Ebene Y (Unterschied zwischen dem (n+1)-ten Strahl und dem n-ten Strahl in Y),
λ die verwendete mittlere Wellenlänge,
fx die gesuchte Brennweite in Richtung X und
fy die gesuchte Brennweite in Richtung Y darstellen.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß sich mit einer solchen Linse mit diffraktiver Struktur die gleiche Astigmatismuskorrektur erreichen läßt wie mit einer herkömmlichen sphärozylindrischen Linse.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind beim Lesen der nun folgenden näheren Beschreibung sowie anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die lediglich beispielhaften Charakter haben und keine Beschränkung darstellen. Es zeigen:
die Figur 1 in orthogonal zur optischen Achse O-O der Linse verlaufender, schematischer Draufsicht die Verteilung der Beugungszonen mit elliptischer Kontur, durch die der diffraktive Bestandteil einer erfindungsgemäßen optischen Linse beschrieben wird;
die Figur 2 in ähnlicher, orthogonal zur optischen Achse O-O der Linse verlaufender, schematischer Draufsicht die Verteilung der Beugungszonen mit hyperbolischer Kontur, durch die der diffraktive Bestandteil einer weiteren erfindungsgemäßen Linse beschrieben wird;
die Figuren 3A und 3B das Phasenprofil in zwei zueinander orthogonalen Hauptrichtungen X,Y der erfindungsgemäßen diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur;
die Figuren 4A und 4B; 5A, 5B; 6A, 6B; 7A, 7B; 8A, 8B jeweils paarweise Ansichten ähnlich den Figuren 3A und 3B im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur;
die Figuren 9A und 9B das Phasenprofil in zwei zueinander orthogonalen Hauptrichtungen X,Y der erfindungsgemäßen diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur; sowie
die Figuren 10A, 10B; 11A, 11B; 12A, 12B; 13A, 13B; 14A, 14B; 15A, 15B jeweils paarweise Ansichten ähnlich den Figuren 9A und 9B im Rahmen anderer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur.
Wie oben erwähnt, wurden zur Kompensation der Presbyopie bereits diffraktive Linsen vorgeschlagen, die eine Reihe konzentrischer, diffraktiver Strukturen aufweisen, die ringförmig um die optische Achse der Linse herum verlaufen.
Diese diffraktiven Strukturen haben im allgemeinen alle das gleiche Profil. Sie besitzen eine radiale Periodizität, durch die die Gruppe von gegebenenfalls verfügbaren Brennweiten gemäß der Gleichung:
fp= ro²/2pλ definiert wird, in der
ro² den Randstrahl der Zentralstruktur,
p die Beugungsordnung und
λ die verwendete mittlere Wellenlänge darstellen.
Der Beugungswirkungsgrad der verschiedenen Ordnungen wird vom Phasenprofil jeder Struktur bestimmt.
Für einen diffraktiven Bestandteil des reinen kinoformen Typs mit einer kontinuierlichen Phasenänderung zwischen 0 und 2π wird die Energie bei abgestimmter Wellenlänge in einer einzigen Ordnung, d.h. der Ordnung +1 oder der Ordnung -1, gebeugt.
Für einen diffraktiven Bestandteil des gemusterten, kinoformen Typs mit n Teilzonen, die um 2π/n phasenverschoben sind, ist die Beugungsordnung p = +1 oder p = -1 am intensivsten. Bei n = 4 ist der Beugungswirkungsgrad der Ordnung p = +1 oder p = -1 bei der abgestimmten Wellenlänge gleich 0,81, während sie für die Ordnungen 0 und -1 oder +1 gleich Null ist, wobei sich die Restenergie auf die höheren Ordnungen verteilt.
Für einen diffraktiven Bestandteil mit binärem Profil, der zwei um π phasenverschobene Zonen umfaßt, sind die Beugungsordnungen p = +1 und p = -1 am intensivsten und beugen je 41% der einfallenden Energie, wobei die Ordnung 0 bei der abgestimmten Wellenlänge ausgelöscht ist.
Während die bis jetzt zur Korrektur der Presbyopie vorgeschlagenen diffraktiven Linsen ringförmig um die optische Achse der Linse verlaufende diffraktive Strukturen aufweisen, besitzt die erfindungsgemäße Linse benachbarte diffraktive Strukturen, deren Kontur nicht mehr rings um die optische Achse verläuft, sondern durch konische, nicht entartete Mittelpunktskurven begrenzt ist.
Insbesondere weisen die benachbarten Beugungszonen erfindungsgemäß vorteilhafterweise eine elliptische oder hyperbolische Kontur auf, wie in der Figur 1 bzw. 2 veranschaulicht ist.
Diese Figuren 1 und 2 stellen eine Draufsicht der elliptischen oder hyperbolischen Kontur der erfindungsgemäßen diffraktiven Linsenbestandteile dar. Das heißt, die O-O-Achse der Linsen verläuft senkrecht zur Ebene der Figuren 1 und 2.
Bei diesen Figuren handelt es sich um schematische Darstellungen. In den Figuren 1 und 2 wird durch die abwechselnd hellen und dunklen Bereiche die Periodizität der erfindungsgemäßen alternierenden diffraktiven Strukturen veranschaulicht, wobei eine Beugungszone in diesem Schema aus einem hellen Bereich und aus einem benachbarten dunklen Bereich besteht.
In der folgenden Beschreibung sollen mit X und Y zwei zueinander orthogonale Hauptrichtungen bezeichnet werden, von denen jede durch die Achse O-O der Linse geht und die jeweils mit den beiden orthogonalen Richtungen zusammenfallen, in denen das Auge zwei verschiedene Brennweiten aufweist. Außerdem werden mit fx und fy die beiden Brennweiten der erfindungsgemäßen Linse in diesen beiden Richtungen bezeichnet.
Zuerst sollen hier die erfindungsgemäßen Linsen mit diffraktiven Bestandteilen elliptischer Kontur vom in der Figur 1 veranschaulichten Typ näher beschrieben werden.
Die Gleichung der Grenze, die zwei benachbarte Beugungszonen mit elliptischer Kontur, wie in der Figur 1 veranschaulicht, trennt, ergibt sich aus der Beziehung: X²/ fx + Y²/ fy = 2 λ k, worin k eine ganze Zahl bedeutet.
Die Exzentrizität der so definierten elliptischen Kurven hängt vom Unterschied Zwischen den Absolutwerten der Brennweiten fx und fy ab.
In bezug auf die Richtungen X und Y, die mit den Hauptachsen der elliptischen Kurven zusammenfallen, zeigen die diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur jeweils eine Doppelsymmetrie.
Für die Periodizität bezüglich r² in Richtung X der diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur gilt:
Δrx² = 2λ fx .
Für die Periodizität bezüglich r² in Richtung Y der diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur gilt:
Δry² = 2λ fy .
Die diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur können ein Phasenprofil vom reinen kinoformen Typ, vom gemusterten kinoformen Typ oder auch vom Lückenfunktionstyp mit 0, π usw. aufweisen. Ferner kann das Phasenprofil φ für jede Zone eine mit r zunehmende oder abnehmende Funktion sein. Ebenso kann sich das Variationsgesetz (rein oder gemustert kinoform, Lücke) von einer Zone zur anderen verändern.
Der Absolutwert der in den Richtungen X und Y erhaltenen Korrekturstärke hängt von der jeweiligen Periodizität Δr²x und Δr²y ab. Für die Beugungsordnung +1 oder -1 beträgt der Absolutwert der Korrekturstärke in Richtung X: 2λ/Δr²x und in Richtung Y: 2λ/Δr²y.
Das Vorzeichen der erzielten Korrektur hängt sowohl von der Beugungsordnung als auch vom Vorzeichen von dφ/dr ab.
Besitzen die diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur ein Phasenprofil vom reinen kinoformen Typ oder gemusterten kinoformen Typ, so leisten diese Bestandteile bei positivem dφ/dr nur oder vornehmlich eine Korrektur der Ordnung -1, die negativ ist, während diese Bestandteile bei negativem dφ/dr nur oder vornehmlich eine Korrektur der Ordnung +1 leisten, die positiv ist.
Besitzen die diffraktiven Bestandteile-mit elliptischer Kontur ein Phasenprofil vom Lückenfunktionstyp mit 0, π, so ist die erzielte Korrektur bei der Ordnung +1 positiv und bei der Ordnung -1 negativ.
In den Figuren 3A, 3B; 4A, 4B; 5A, 5B; 6A, 6B; 7A, 7B; 8A, 8B sind jeweils paarweise Phasenprofile für X und Y von 6 erfindungsgemäßen diffraktiven Bestandteilen mit elliptischer Kontur dargestellt.
Nach den Figuren 3A und 3B haben die diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur ein rein kinoformes Phasenprofil, dessen Phasenänderung einem linearen Gesetz für r² zwischen O und 2π fern der optischen Achse O-O erfolgt. Die diffraktiven Bestandteile, deren Phasenprofile in den Figuren 3A und 3B dargestellt sind, sind in der Ordnung p = -1 nur bei abgestimmter Wellenlänge wirksam.
In Richtung X und Y leisten sie jeweils folgende Korrekturs tärken:
+1/fx = -2λ/Δr²x
+1/fy = -2λ/Δr²y.
Die mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten Linsen mit den in den Figuren 3A und 3B veranschaulichten Phasenprofilen korrigieren somit eine einzige Ametropie, wobei eine Basiskorrektur von -2λ/Δr²x und +(2λ/Δr²x - 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu X) gilt. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Korrektur einer Basiskorrektur von -2λ/Δr²y und (2λ/Δr²y - 2λ/Δr²x) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y) äquivalent ist.
Die Figuren 4A und 4B stellen das Phasenprofil der diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur ebenfalls vom reinen kinoformen Typ dar, dessen Phasenänderung jedoch einem linearen Gesetz für r² zwischen 2π und 0 fern der optischen Achse O-O (also in umgekehrter Weise Zu den Figuren 3A und 3B) folgt. Die diffraktiven Bestandteile, deren Phasenprofile in den Figuren 4A und 4B dargestellt sind, sind in der Ordnung p = +1 nur bei abgestimmter Wellenlänge wirksam. In Richtung X und Y leisten sie jeweils folgende Korrekturstärken (mit gegenüber den bezüglich der Figuren 3A und 3B oben angegebenen umgekehrten Vorzeichen)
1/fx = 2λ/Δr²x
1/fy = 2λ/Δr²y.
Die mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten Linsen mit den in den Figuren 4A und 4B veranschaulichten Phasenprofilen korrigieren somit eine einzige Ametropie, wobei eine Basiskorrektur von +2λ/Δr²y und +(2λ/Δr²x - 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y) gilt. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Korrektur einer Basiskorrektur von +2λ/Δrx² und (2λ/Δry² - 2λ/Δrx²) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu X) äquivalent ist.
Die Figuren 5A und 5B stellen das Phasenprofil der diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur Vom gemusterten, kinoformen Typ mit vier um 2π/4 phasenverschobenen Teilzonen dar, die sich um 0, π/2, π, 3π/2 fern der optischen Achse O-O ändern. Die diffraktiven Bestandteile, deren Phasenprofil in den Figuren 5A und 5B dargestellt ist, sind bei abgestimmter Wellenlänge vornehmlich in der Ordnung p = -1 wirksam. Sie leisten also die gleichen Korrekturstärken und ermöglichen eine Korrektur der gleichen Ametropie wie die Bestandteile, deren Phasenprofil in den Figuren 3A und 3B dargestellt ist.
Die Figuren 6A und 6B stellen das Phasenprofil der diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur vom gemusterten, kinoformen Typ mit vier um 2π/4 phasenverschobenen Teilzonen dar, die sich um 3π/2, π, π/2 bis 0 fern der optischen Achse O-O ändern. Die diffraktiven Bestandteile, deren Phasenprofile in den Figuren 6A und 6B dargestellt sind, sind bei abgestimmter Wellenlänge vornehmlich in der Ordnung p = +1 wirksam. Sie leisten also die gleichen Korrekturstärken und ermöglichen eine Korrektur der gleichen Ametropie wie die Bestandteile, deren Phasenprofile in den Figuren 4A und 4B dargestellt sind.
Die Figuren 7A und 7B zeigen das Phasenprofil der diffraktiven Bestandteile elliptischer Kontur mit binärem Profil, das aus zwei um π phasenverschobenen Teilzonen besteht, insbesondere aus einer Zone mit einer Phasenverschiebung von Null nahe der optischen Achse O-O und einer von der optischen Achse O-O entfernten Zone mit einer Phasenverschiebung von π für jede diffraktive Struktur. Die diffraktiven Bestandteile, deren Phasenprofile in den Figuren 7A und 7B dargestellt sind, sind bei der abgestimmten Wellenlänge zugleich in der Ordnung p = +1 und der Ordnung p = -1 wirksam und besitzen für jede Ordnung einen Wirkungsgrad e von 0,4.
Bei der Ordnung p = +1 leisten sie in den Richtungen X und Y jeweils folgende Korrekturstärken:
+1/fx = +2λ/Δr²x und
+1/fy = +2λ/Δr²y.
Bei der Ordnung p = -1 leisten die gleichen diffraktiven Bestandteile bezüglich X und Y jeweils Korrekturstärken mit umgekehrten Vorzeichen, und zwar
1/fx = -2λ/Δr²x und
1/fy = -2λ/Δr²y.
Die mit diffraktiven Strukturen ausgestatteten Linsen mit den in den Figuren 7A und 7B gezeigten Phasenprofilen können für vier Korrekturarten verwendet werden.
Bei der Ordnung p = +1 leisten sie eine Basiskorrektur von +2λ/Δr²x und (-2λ/Δr²x + 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu X). Es sei darauf hingewiesen, daß diese Korrektur einer Basiskorrektur von -2λ/Δr² und (2λ/Δr²x - 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y) äquivalent ist,
Bei der Ordnung p = -1 leisten sie eine Basiskorrektur von -2λ/Δr²y und +(2λ/Δr²y - 2λ/Δr²x) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y). Es sei darauf hingewiesen, daß diese Korrektur einer Basiskorrektur von -2λ/Δr²x und (2λ/Δr²x - 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu X) äquivalent ist.
Zwei weitere Korrekturen ergeben sich durch Kombination der Ordnungen p = +1 und p = -1
Bei der Ordnung p = +1 für X und p = -1 für Y erhält man eine Basiskorrektur von 2λ/Δr²x und (-2λ/Δr²x - 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu X). Es sei darauf hingewiesen, daß diese Korrektur einer Basiskorrektur von -2λ/Δr²y und (2λ/Δr²x + 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y) äquivalent ist.
Bei der Ordnung p = -1 für X und p = +1 für Y erhält man eine Basiskorrektur von -2λ/Δr²x und (2λ/Δr²x + 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu X). Es sei darauf hingewiesen, daß diese Korrektur einer Basiskorrektur von +2λ/Δr²y und -(2λ/Δr²x + 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y) äquivalent ist.
Die Figuren 8A und 8B stellen das Phasenprofil der diffraktiven Bestandteile mit elliptischer Kontur mit binärem Profil dar, das aus zwei um π phasenverschobenen Teilzonen besteht, jedoch mit einer um π phasenverschobenen ersten Teilzone nahe der optischen Achse O-O und mit einer zweiten, von der optischen Achse O-O entfernten Teilzone mit einer Phasenverschiebung von Null.
Die diffraktiven Bestandteile, deren Phasenprofil durch die Figuren 8A und 8B veranschaulicht ist, zeigen die gleichen Korrekturstärken in den Ordnungen +1 und -1 wie die durch die Figuren 7A und 7B veranschaulichten Bestandteile.
Linsen mit diffraktiven Bestandteilen der zuvor beschriebenen Art kann noch eine durch die Linsengeometrie bewirkte zusätzliche Brechungskraft verliehen werden.
Diese zusätzliche Brechungskraft ist unerläßlich, wenn man eine Linse herstellen will, die aus einem diffraktiven Bestandteil mit elliptischer Struktur vom reinen oder gemusterten kinoformen Typ besteht und deren Korrekturstärken bezüglich der Richtungen X und Y entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.
Beispiel: Angenommen, eine Linse besteht aus einem diffraktiven Bestandteil mit elliptischer Struktur vom reinen oder gemusterten kinoformen Typ, deren Gesamtstärke gemäß X < 0 und deren Gesamtstärke gemäß Y > 0 ist, und deren Px (diffraktiv) > 0 und Py (diffraktiv) > 0 ist. P sei die Brechungsstärke dieser Linse. Notwendigerweise muß P > Px (diffraktiv) sein, damit folgendes gilt:
PGesamt gemäß X < 0,
PGesamt gemäß Y > 0.
Es sollen jetzt drei Beispiele für eine Korrektur aufgeführt werden, die mit Hilfe von diffraktiven Bestandteilen mit elliptischer Struktur erhalten wurde.

BEISPIEL 1

Eine Korrektur von -4d bei einem Astigmatismus +2d (Achsenzylinder parallel zu X) läßt sich ohne zusätzliche Brechungskraft mit Hilfe einer ophthalmischen Linse vom in den Figuren 3A, 3B veranschaulichten Typ oder vom in den Figuren 5A, 5B veranschaulichten Typ erhalten, was eine Beugungsstärke Px = -4d bezüglich der Achse X sowie eine Beugungsstärke Py = -2d bezüglich der Achse Y erzeugt, mit einem radialen Änderungsgesetz rKx = 2kλ fx = 0,52 k mm sowie rKy = 2kλ fy = 0,74 λk mm.

BEISPIEL 2

Eine Korrektur von +2d bei einem Astigmatismus von +2d (Achsenzylinder parallel zu Y) läßt sich ohne zusätzliche Brechungskraft mit Hilfe einer ophthalmischen Linse vom in den Figuren 4A, 4B veranschaulichten Typ oder vom in den Figuren 6A, 6B veranschaulichten Typ erhalten, was eine Beugungsstärke Px = +4d bezüglich der Achse X sowie eine Beugungsstärke Py = +2d bezüglich der Achse Y erzeugt, mit einem radialen Variationsgesetz rKx = 2kλfx = 0,52 k mm sowie rKy = 2kλfy = 0,74 k mm.

BEISPIEL 3

Durch die diffraktiven Bestandteile, deren Phasenprofile in den Figuren 7A, 7B und 8A, 8B veranschaulicht sind, lassen sich jeweils die gleichen Korrekturen gemäß X und Y erzielen, indem man die gleiche radiale Periodizität rKx = 2kλfx = 0,52 k mm sowie rKy = 2kλfy = 0,74 k mm verwendet.
Tatsächlich leisten die den Figuren 7A, 7B sowie den Figuren 8A, 8B entsprechenden Bestandteile bei der Ordnung p = -1 also eine Basiskorrektur von -4d bei einem Astigmatismus von +2d (Achsenzylinder parallel zu X). Andererseits leisten die gleichen den Figuren 7A, 7B sowie den Figuren 8A, 8B entsprechenden Bestandteile aber bei der Ordnung p = +1 eine Basiskorrektur von +2d bei einem Astigmatismus von +2d (Achsenzylinder parallel zu Y).
Als zweites sollen hier die erfindungsgemäßen, mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten optischen Linsen mit hyperbolischer Kontur vom in der Figur 2 veranschaulichten Typ noch näher beschrieben werden.
Die Grenzen, die die benachbarten Beugungszonen mit hyperbolischer Kontur trennen, sind in der Tat durch zwei Gleichungen definiert:
x²/ fx - y²/ fy = 2kλ und
y²/ fy - x²/ fx = 2kλ, in denen k eine ganze Zahl darstellt.
Die mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten optischen Linsen mit hyperbolischer Kontur umfassen tatsächlich zwei Reihen von diffraktiven Bestandteilen, deren Grenzen durch die hyperbolischen Kurven definiert sind, deren fokale Achsen wiederum jeweils mit den Achsen X und Y zusammenfallen.
Die diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur weisen somit auch eine Doppelsymmetrie bezüglich der Achse X bzw. Y auf, wobei letztere Achsen mit den fokalen Achsen der hyperbolischen Achsen zusammenfallen.
Für die Periodizität bezüglich r² gemäß Achse X der diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur gilt: Δr²x = 2λfx .
Für die Periodizität bezüglich r² gemäß Achse Y der diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur gilt: Δr²y = 2λfy .
Die diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur können ein Phasenprofil vom reinen kinoformen Typ, vom gemusterten kinoformen Typ oder auch vom Lückenfunktionstyp mit 0, π aufweisen.
Ferner kann das Phasenprofil φ für jede Zone eine mit r zunehmende oder abnehmende Funktion sein. Ebenso kann sich das Variationsgesetz (rein oder gemustert kinoform, Lücke...) von einer Zone zur anderen ändern. Da die Korrekturen fx und fy entgegengesetzte Vorzeichen für einen diffraktiven Bestandteil vom reinen oder gemusterten kinoformen Typ aufweisen, besitzen die Änderungsrichtungen des Phasenprofils φ gemäß Achse X und gemäß Achse Y umgekehrte Vorzeichen. dφ/drx und dφ/dry weisen somit entgegengesetzte Vorzeichen auf, was in der Figur 2 durch die Diskontinuität in Höhe der Asymptoten veranschaulicht ist.
Der Absolutwert der in den Ebenen X und Y erhaltenen Korrekturstärke hängt von der jeweiligen Periodizität Δr²x und Δr²y ab. Der Absolutwert der Korrekturstärke bezüglich der Achse X beträgt 2λ/Δr²x und bezüglich der Achse Y: 2λ/Δr²y.
Das Vorzeichen der erzielten Korrektur hängt sowohl von der Beugungsordnung als auch von der Richtung (zunehmend oder abnehmend je nach Entfernung von der Achse O-O der Linse) der Phasenprofiländerung ab.
Besitzen die diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur ein Phasenprofil vom reinen kinoformen oder gemusterten kinoformen Typ, dann ist die erzielte Korrektur negativ, wenn in der betreffenden Richtung dφ/dr positiv ist, und die erzielte Korrektur ist positiv, wenn in der betreffenden Richtung dφ/dr negativ ist.
Besitzen die diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur ein Phasenprofil vom Lückenfunktionstyp mit 0, π, so hat die erzielte Korrektur in einer Richtung das gleiche Vorzeichen wie die betreffende Beugungsordnung.
In den Figuren 9A, 9B; 10A, 10B; 11A, 11B; 12A, 12B; 13A, 13B; 14A, 14B; 15A, 15B sind jeweils paarweise Phasenprofile für X und Y von sieben erfindungsgemäßen, diffraktiven Bestandteilen mit hyperbolischer Kontur dargestellt.
Nach den Figuren 9A und 9B haben die diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur ein reines kinoformes Phasenprofil, dessen Phasenänderung bezüglich der Achse X einem linearen Gesetz bezüglich r² von 0 bis 2π fern der optischen Achse O-O und bezüglich der Achse Y einem linearen Gesetz bezüglich r² von 2π bis 0 fern der optischen Achse O-O erfolgt. Diese Bestandteile sind in der Ordnung p = -1 für X und p = +1 für Y nur bei der abgestimmten Wellenlänge wirksam. Für X und Y leisten sie jeweils folgende Korrekturstärken:
+1/fx = -2λ/Δr²x
+1/fy = +2λ/Δr²y.
Die mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten Linsen mit den in den Figuren 9A und 9B veranschaulichten Phasenprofilen korrigieren somit eine einzige Ametropie, wobei eine Basiskorrektur von -2λ/Δr²x und +(2λ/Δr²x + 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y) gilt. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Korrektur einer Basiskorrektur von +2λ/Δr²y und -(2λ/Δr²x + 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y) äquivalent ist.
Nach den Figuren 10A und 10B haben die diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur ein reines kinoformes Phasenprofil, dessen Phasenänderung bezüglich der Achse X einem linearen Gesetz für r² von 2π bis fern der optischen Achse O-O und bezüglich der Achse Y einem linearen Gesetz bezüglich r² von O bis 2π fern der optischen Achse O-O folgt. Diese Bestandteile sind in der Ordnung p = +1 bezüglich X und p = -1 bezüglich Y nur bei abgestimmter Wellenlänge wirksam. In Richtung X und Y leisten sie jeweils folgende Korrekturstärken:
+1/fx = +2λ/Δr²x
+1/fy = -2λ/Δr²y.
Die mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten Linsen mit den in den Figuren 10A und 10B veranschaulichten Phasenprofilen korrigieren somit eine einzige Ametropie, wobei eine Basiskorrektur von -2λ/Δr²y und +(2λ/Δr²x + 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu Y) gilt. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Korrektur einer Basiskorrektur von +2λ/Δr²x und - (2λ/Δr²x + 2λ/Δr²y) des Astigmatismus (Achsenzylinder parallel zu y) äquivalent ist.
Nach den Figuren 11A und 11B haben die diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur ein gemustertes, kinoformes Phasenprofil mit vier um 2π/4 phasenverschobenen Teilzonen, dessen Phase bezüglich der Achse X von 0 bis π/2, π, 3π/2 fern der optischen Achse O-O zunimmt und bezüglich der Achse Y von 3π/2 bis π, π/2 und 0 fern der optischen Achse O-O abnimmt. Diese Bestandteile sind vornehmlich in der Ordnung p = -1 bezüglich X und p = +1 bezüglich Y bei abgestimmter Wellenlänge wirksam. In Richtung X und Y leisten sie jeweils die gleichen Korrekturstärken wie im Falle der Figuren 9A und 9B:
+1/fx = -2λ/Δr²x
+1/fy = +2λ/Δr²y.
Die mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten Linsen mit den in den Figuren 11A und 11B veranschaulichten Phasenprofilen korrigieren somit die gleiche Ametropie wie die in Figuren 9A und 9B gezeigten.
Nach den Figuren 12A und 12B haben die diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur ein gemustertes kinoformes Phasenprofil mit vier um 2π/4 phasenverschobenen Teilzonen, dessen Phase bezüglich der Achse X von 3π/2, π, π/2 bis 0 fern der optischen Achse O-O abnimmt und bezüglich der Achse Y von 0 bis π/2, π, 3π/2 fern der optischen Achse O-O zunimmt. Diese Bestandteile sind vornehmlich in der Ordnung p = +1 bezüglich X und p = -1 bezüglich Y bei abgestimmter Wellenlänge wirksam. In Richtung X und Y leisten sie jeweils die gleichen Korrekturstärken wie im Falle der Figuren 10A und 10B:
+1/fx = +2λ/Δr²x
+1/fy = -2λ/Δr²y.
Die mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten Linsen mit den in den Figuren 12A und 12B veranschaulichten Phasenprofilen korrigieren somit die gleiche Ametropie wie die in Figuren 10A und 10B gezeigten.
Nach den Figuren 13A und 13B ist das Phasenprofil der diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur von binären Typ, der aus zwei um π phasenverschobenen Teilzonen besteht, insbesondere für jede diffraktive Struktur bezüglich der Achse X aus einer um π phasenverschobenen Zone nahe der optischen Achse O-O der Linse und einer Zone fern der optischen Achse 0-O mit einer Phasenverschiebung von Null, und bezüglich der Achse Y aus einer Zone mit einer Phasenverschiebung von Null nahe der optischen Achse O-O der Linse und einer um π phasenverschobenen Zone fern der optischen Achse O-O. Diese Bestandteile sind gleichzeitig in der Ordnung p = +1 und in der Ordnung p = -1 wirksam.
Bei der Ordnung p = +1 leisten die diffraktiven Bestandteile in den Richtungen X und Y jeweils folgende Korrekturstärken:
+1/fx = +2λ/Δr²x und
+1/fy = +2λ/Δr²y.
Bei der Ordnung p = -1 leisten die diffraktiven Bestandteile in den Richtungen X und Y jeweils folgende Korrekturstärken:
+1/fx = -2λ/Δr²x und
+1/fy = -2λ/Δr²y.
Die mit diffraktiven Bestandteilen ausgestatteten Linsen mit den in den Figuren 13A und 13B gezeigten Phasenprofilen können für vier Korrekturarten verwendet werden, die denjenigen der in den Figuren 7A, 7B gezeigten und oben erwähnten Linsen entsprechen.
Nach den Figuren 14A und 14B ist das Phasenprofil der diffraktiven Bestandteile mit hyperbolischer Kontur von binären Typ, der aus zwei um π phasenverschobenen Teilzonen besteht, insbesondere für jede diffraktive Struktur bezüglich der Achse X aus einer Zone mit einer Phasenverschiebung von Null nahe der optischen Achse O-O der Linse und einer um π phasenverschobenen Zone fern der optischen Achse O-O, und bezüglich der Achse Y aus einer um π phasenverschobenen Zone nahe der optischen Achse O-O der Linse und einer Zone fern der optischen Achse O-O mit einer Phasenverschiebung von Null.
Diese Bestandteile zeigen bei den Ordnungen +1 und -1 genau die gleichen Korrekturstärken wie die durch die Figuren 13A und 13B veranschaulichten Bestandteile.
In den Figuren 15A, 15B ist das Phasenprofil eines besonderen hyperbolischen Bestandteils dargestellt, dessen Periodizität bezüglich der Achsen X und Y identisch ist.
Unabhängig vom zugrundegelegten Phasenprofil (es ist vom reinen kinoformen Typ nach den Figuren 15A, 15B, doch könnte es sich ebenfalls um den gemusterten kinoformen Typ oder den binären Profiltyp mit Lückenfunktion 0, π handeln) weisen die Brennweiten in Richtung X und Y für ein gleichseitiges Hyperbolennetz stets den gleichen Absolutwert auf.
Selbstverständlich kann man einer diffraktiven Linse, die einen diffraktiven Bestandteil des hyperbolischen Typs aufweist, eine zusätzliche, durch die Linsengeometrie bewirkte Brechungskraft verleihen, um die beiden Brennweiten fx und fy in den gewünschten Korrekturbereich zu bringen.
Es sollen nun verschiedene Beispiele für eine Korrektur aufgeführt werden, die mit Hilfe von diffraktiven Bestandteilen mit hyperbolischer Kontur erhalten wurde.

BEISPIEL 4

Eine Korrektur von -2d bei einem Astigmatismus von +3d (Achsenzylinder X) läßt sich ohne zusätzliche Brechungskraft mit Hilfe einer Linse vom in den Figuren 9A, 9B veranschaulichten Typ oder vom in den Figuren 11A, 11B veranschaulichten Typ erhalten, was eine Beugungsstärke Px = -2d bezüglich der Achse X sowie eine Beugungsstärke Py = +1d bezüglich der Achse Y erzeugt, mit einem radialen Variationsgesetz rKx = 2kλfx = 0,74 k mm sowie rKy = 2kλfy = 1,04 k mm.

BEISPIEL 5

Eine Korrektur von -1d bei einem Astigmatismus von +3d (Achsenzylinder Y) läßt sich ohne zusätzliche Brechungskraft mit Hilfe einer Linse vom in den Figuren 10A, 10B veranschaulichten Typ oder vom in den Figuren 12A, 12B veranschaulichten Typ erhalten, was eine Beugungsstärke Px = +2d bezüglich der Achse X sowie eine Beugungsstärke Py = -1d bezüglich der Achse Y erzeugt, mit einem radialen Variationsgesetz rKx = 2kλfx = 0,74 k mm sowie rKy = 2kλfy = 1,04 k mm.

BEISPIEL 6

Die diffraktiven Bestandteile, deren Phasenprofile in den Figuren 13A, 13B und 14A, 14B veranschaulicht sind, zeigen genau die gleichen Korrekturstärken und können für die beiden, in den Beispielen 4 und 5 oben aufgeführten Korrekturtypen durch Einsatz des gleichen radialen Variationsgesetzes rKx = 2kλfx = 0,74 k mm sowie rKy = 2kλfy = 1,04 k mm verwendet werden.
Tatsächlich leisten die den Figuren 13A, 13B sowie den Figuren 14A, 14B entsprechenden Bestandteile bei der Ordnung p = -1 für X und bei der Ordnung p = +1 für Y also eine Basiskorrektur von -2d bei einem Astigmatismus von +3d (Achsenzylinder zu X).
Andererseits leisten die gleichen den Figuren 13A, 13B sowie den Figuren 14A, 14B entsprechenden Bestandteile, jedoch bei der Ordnung p = +1 für X und bei der Ordnung p = -1 für Y, eine Basiskorrektur von -1d bei einem Astigmatismus von +3d (Achsenzylinder Y).
Es ist unbedingt darauf hinzuweisen, daß die Stärken mit einem Bestandteil mit hyperbolischer Kontur vom reinen oder gemusterten kinoformen Typ bezüglich der Achsen X und Y stets das entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.
Infolgedessen ist es nicht möglich, allein mittels eines diffraktiven Bestandteils mit hyperbolischer Kontur vom reinen oder gemusterten kinoformen Typ Linsen zu erhalten, deren Stärken bezüglich X und Y das gleiche Vorzeichen aufweisen.
Falls die Linsenstärken das gleiche Vorzeichen aufweisen, muß man die zu diesem Bestandteil gehörende Linse mit einer Brechungskraft versehen, wie dies durch das nachfolgende Beispiel 7 veranschaulicht wird.

BEISPIEL 7

Eine Korrektur von -4d bei einem Astigmatismus von +2d (Achsenzylinder Y) läßt sich mit einer zusätzlichen Brechungskraft von -3d mit Hilfe einer Kontaktlinse vom hyperbolischen Typ mit Δr²x = Δr²y mit reinem kinoformem Profil vom in den Figuren 15A und 15B veranschaulichten Typ erhalten, was eine Beugungsstärke Px = +1d bezüglich der Achse X sowie eine Beugungsstärke Py = -1d bezüglich der Achse Y erzeugt, mit rKx = 2kλfx = 1,04 k mm sowie rKy = 2kλfy = 1,04 k mm.
Die erfindungsgemäßen diffraktiven Bestandteile werden bevorzugt durch eine Variation im Brechungsindex gebildet, obwohl diese Bestandteile theoretisch ebenso gut beispielsweise im Relief hergestellt werden könnten.
Überdies ist darauf hinzuweisen, daß der diffraktive Bestandteil bezüglich der horizontalen und vertikalen Linsenachse orientiert werden muß.
Der Astigmatismns, der im Auge einer Person voliegen kann, hat namlich selten einen Winked von 0º (Horizontalachse) oder 90º (Vertikalachse), sondern ist im allgemeinem verschieden von diesen beiden Bezugsachsen.
Andererseits soll eine Kontaktlinse für die Astigmatismuskorrektur eine genau definierte und stabile Winkelorientierung auf das Auge haben, das heißt, sie darf sich auf keinen Fall um sich selbst drehen, etwa durch die Bewegungen der Augenlider und besonders des Oberlids.
Deshalb weisen die Kontaktlinsen für Astigmatiker erfindungsgemäß Mittel auf, die deren ausgerichtete Stabilisation auf dem Auge erlauben. Diese Mittel sind auswählbar aus der Gruppe:
- Ballastprisma entsprechend der Lehre der Patentschrift EP-A 0 008 726,
- horizontale Verkürzung im unteren Teil der Linse,
- verdünnte obere und untere Zonen (Flachstellen),
- äußere torische Zone entsprechend der Lehre der Patentschrift FR-A 2 425 088 oder auch
- Vorsprung oder mehrere Vorsprünge entsprechend der Lehre der Patentschrift EP-A 0 042 023, der bzw. die auf der horizontalen Stabilisierungsachse angeordnet ist bzw. sind.
Selbstverständlich soll sich die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte und hierin beschriebene Ausführungsformen beschränken, sondern auf alle Varianten im Sinne der Erfindung erstrecken.

Claims

1. Diffraktive ophtalmische Linse zur Astigmatismuskorrektur, dadurch gekennzeichnet, daß sie diffraktive Bestandteile umfaßt, deren Kontur durch konische, nicht entartete Mittelpunktkurven des hyperbolischen oder elliptischen Typs unter Ausschluß von Kreisen begrenzt ist.

2. Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie diffraktive Bestandteile an der hyperbolischen oder elliptischen Kontur umfaßt, deren Periodizität mit r² längs der orthogonalen Richtungen X, Y, die durch die Achse der Linse verlaufen und mit den Hauptachsen rx, ry der Hyperbeln oder Ellipsen zusammenfallen, jeweils durch die Beziehungen bestimmt ist:

Δrx² = 2λ fx ,

Δry² = 2λ fy wobei:

Δrx² die Periodizität mit r² längs X darstellt,

Δry² die Periodizität mit r² längs Y darstellt,

λ die mittlere verwendete Wellenlänge darstellt,

fx den Fokus in Richtung X und

fy den Fokus in Richtung Y darstellt.

3. Linse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die diffraktiven Bestandteile eine elliptische Kontur haben, die durch die Gleichung bestimmt ist:

X²/ fx + Y²/ fy = 2λk, wobei k eine ganze Zahl ist.

4. Linse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die diffraktiven Bestandteile eine hyperbolische Kontur haben, die durch die Gleichungen bestimmt sind:

x²/ fx - Y²/ fy = 2λk und

Y²/ fy - x²/ fx = 2λk, wobei k eine ganze Zahl ist.

5. Linse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die diffraktiven Bestandteile durch eine Variation des Brechungsindexes gebildet sind.

6. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche aus einer Kontaktlinse besteht und zum Aufsetzen auf die Hornhaut des Auges vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Stabilisierung der Richtung umfaßt.

7. Linse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsmittel gewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Balastprisma, einer horizontalen Verkürzung im unteren Teil der Linse, verdünnten oberen und unteren Zonen, einer äußeren torischen Zone und/oder einem Vorsprung, der auf der horizontalen Stabilisierungsachse angeordnet ist.

8. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die diffraktiven Bestandteile ein Phasenprofil des reinen kinoformen Typs zwischen 0 und 2π haben.

9. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die diffraktiven Bestandteile ein Phasenprofil des gemusterten, kinoformen Typs mit n Teilzonen haben, die um 2π/n phasenverschoben sind.

10. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichent, daß die diffraktiven Bestandteile ein binäres Phasenprofil haben, das zwei um π phasenverschobene Teilzonen umfaßt.