JPH0255314A - 多焦点回折光学素子及び目のコンタクト・レンズ - Google Patents

多焦点回折光学素子及び目のコンタクト・レンズ

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JPH0255314A JP63286598A JP28659888A JPH0255314A JP H0255314 A JPH0255314 A JP H0255314A JP 63286598 A JP63286598 A JP 63286598A JP 28659888 A JP28659888 A JP 28659888A JP H0255314 A JPH0255314 A JP H0255314A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズを含
む位相ゾーンプレート光学における改善に関する。
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ここで
及び特許請求の範囲において用いられる“位相ゾーンプ
レート“は、ゾーンプレートのゾーンにおけるゾーンプ
レートと光学ファセット（例えばエシュレットの形式で
）の組合せを利用したレンズの単位光学領域であり、各
ゾーンにおいて組み合わされたファセットは、ゾーンプ
レートの種々のオーダー（例えばθ次、１次など）にお
ける特定の光強度分布をもたらす特定の波面を生成する
ために光を反射する。上記オーダーは上記ゾーングレー
トの焦点を構成する。制限的な意味において、また最も
実用的な意味において、位相ゾーンプレートは有効的な
強度における光の分布が黄色光に対するゾーン間隔に依
存する一般のレンズ・アプリケーションのために設計さ
れる。ここで用いられる黄色光は５３０ないし５７０マ
ノメーターにおける可視スペクトラムの部分である。
本発明は特にコンタクト・レンズに関する。コンタクト
・レンズは古典的な両眼連動型レンズである。このコン
タクト・レンズは目にびっｔこりとはめ込むことができ
る凹面形の角膜のボール（後面）を有し、外側の面（前
面）は、まぶたが目の上にわたって摺動し、目に対して
調節される焦点に対して（レンズ材料の屈折率を考慮に
入れて）光の適当な傾斜を提供するように平坦であって
かつ所定形状で形成される。多くの市販のコンタクト・
レンズは、レンズの光軸付近が最も薄くなり、またレン
ズの深さがレンズの周囲方向で延在する傾斜された放射
長さ方向に沿って徐々に増大するような形状で形成され
る。光軸かも延在する深さが異なっているために、光軸
を通過する光はより少ないレンズ材料を通過する。光は
空気中においてより速く伝搬するために、より浅い深さ
を通過する光に比較してより深い深さを通過する光がシ
フトされ、従って所要時間が短縮されるであろう。
これについては、バターワースによって刊行されたフィ
ンカム（Ｆ　ｉｎｃｈａｍ）はか“光学（Ｏｐｔｉｃｓ
）”、ロンドン、９版、１９８０年、１９８１年、７２
ないし７５ページを参照せよ。従って、レンズの形状は
、後面から放射する光波が所望される焦点に到達する際
に同期状態となるように光の前進性の減速度を調節する
ために選択される。
本発明は、例えば２焦点の位相ゾーンプレート及び同心
の環状ゾーンプレートを用いる“同調された″フレネル
・レンズのような、位相ゾーンプレートの光学素子を利
用したコンタクト・レンズに関する。そのようなレンズ
は一般に、例えば米国特許第４，２１０，３９１号、第
４，３３８．００５号及び第４．３４０．２８３号（゛
コーエン特許つにおいてアレン・エル・コーエンによっ
て記述された仕様に従っている。コーエン・レンズの仕
様は、環状かつ同心円のゾーンの半径“ｒ、ＩＩが実質
的に（Ｆｒに比例すること、並びにゾーンが１焦点以上
に光が向けられるように切断されることを規定している
。
位相ゾーンプレートの光学を用いるコーエン・レンズの
仕様は、非常に薄い２焦点レンズ構造を形成することを
可能にする。コンタクト・レンズは、２焦点又は他の多
焦点効果を達成するためには、位相ゾーンプレートの光
学を用いて設計されるであろう。位相ゾーンプレートに
おける特定色の特性は、多焦点特性を有するコンタクト
・レンズを含むコンタクト・レンズの仕様において含ま
れている。２焦点を示すすべての位相ゾーンプレートの
光学素子は本質的に、光を２焦点以上の焦点に合わせる
ことができる能力を有する。例えば０次及び１次の焦点
のような任意の２つの次数に対する光の強度レベルは２
焦点のアプリケーションに対して十分に大きいので、位
相ゾーンプレートの光学素子は２焦点素子と名づけられ
る。その意味において、すべての２焦点の素子は、光を
第３の焦点並びにそれ以上の焦点に分配する。レンズが
２焦点であるか又は３焦点であるかの判断は厳密なルー
ルに基づいていない。もしレンズの着用者が不愉快な第
３又はそれ以上の焦点の存在に気づかないならば、その
とき、そのレンズはおそらく２焦点素子として十分に機
能する。これについては、クライン（Ｋｌｅｉｎ）及び
ホー（Ｈａ）、“エスピーアイイー（ＳＰｒＥ）”、１
９８６年８月における第２表及び第２表についてのコメ
ントを参照せよ。
コンタクト・レンズに関する位相ゾーンプレートの光学
について言及し又は提案している参照文献は、ジー・７
オースト（Ｇ−Ｆｏｒｓｔ）による“視覚に対する援助
として用いる円形グリッドの有用性についての研究（Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈ　　１ｎｔｏ　　ｔｈｅ　　Ｕ　５ａ−
ｂｉｌｉｔｙ　　ｏｒ　　Ｃ１ｒｃｕｌａｒ　　Ｇｒｉ
ｄｓ　　ａｓ　　Ａｉｄ　　ｔ。
Ｖｉｓｉｏｎ）”、デル・アウゲノプティカ−（Ｄｅｒ
Ａｕｇｅｎｏｐｔｉｋｅｒ）、　　１９６６年（１２）
、９ないし１９ページ、並びにライグラ−（Ｚ　ｉｅｇ
ｌａｒ）、　”光学レンズの構成又は補正（Ｆ　ａｂｒ
ｉｃａｔｉｏｎ　　ｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　　ｏｆ
　　０ｐｔｉｃａｌ　　１ｅｎｓｅｓ）”である。
コーエンによって修正された文献としては、コーエンの
米国特許第４，３３９．００５号のコラム４゜２７−３
６行目、コーエンの米国特許第４．２１Ｏ，３９１号の
コラム６．６８行目、フリーマン（Ｆ　ｒｅｅｍａｎ）
の米国特許第４，６３７，６９７号、フリーマンの米国
特許第４．６４２．１１２号（位相ゾーンプレートの光
学を含むホログラフィ−という点の文献として）を参照
せよ。
位相ゾーンプレートの光学の上記原理を利用した２焦点
コンタクトレンズは商業上入手可能である。そのような
レンズは、各ゾーンがλ／２の光学的通路長の深さを有
しλ／２（η′−η）の物理的な深さを提供する全周期
ゾーンをそれぞれ備えた段階状の環状ファセットを利用
することが信じられてきた。η′及びηはそれぞれレン
ズ及び媒質（例えば涙の層）の屈折率であり、ここで、
レンズは相互に作用し、λは設計波長であり、この場合
において黄色光の波長である。この結果、０次及び１次
において約４０．１％における黄色光の強度の等しい分
配を有する２焦点コンタクト・レンズを得ることができ
る。
本発明の目的のための全周期ゾーンは、実質的にＶ五に
比例して間隔が置かれる位相ゾーンプレート内における
ファセットの最小の反復シーケンスとして定義される。
そのような間隔は次式によって特徴づけられる。
ｒ、＃／７症１ ここで、ｄは１次の焦点距離を表わす。本発明の目的の
ための半周期ゾーンは次式によって特徴づけられる。
ｒ、＃ｆｉ丁 ここで、ｄは１次の焦点距離を表わす。
ステップの平坦域に対する非屈折性のステップの壁又は
立上りは、レンズの光軸の平面方向に対して円柱形状又
はほぼ円柱形状であり、それによってレンズの位相ゾー
ンプレートの表面領域のほんのわずかな部分を占有する
が、これは多くの問題に寄与するのに十分に大きいと考
えられる。イメージ・シャドーイング及び異物のトラッ
ピングは、ステップの壁又は立上りの深さを減少するこ
とによって重要性を低下することができるいくつかの問
題点である。
しかしながら、もしファセットの深さがλ／２よりも小
さい値に減少するようにそのようなレンズが改造される
ならば、レンズの光学的特性はすぐに非常に悪化し、こ
こでλは設計波長である。
ここで用いられる“ファセットの深さ”、′ファセット
のステップの深さ″、“ステップの深さ”という用語並
びにその効果に対することばは、レンズの設計波長に関
係する、ステップによって発生される光学的通路長にお
ける不連続性の度合を意味する。λ／２において動作さ
せるとき非常に小さな値を処理するが、大きさにおける
数ミリミクロンの変化はレンズ特性に重大な影響を与え
る。例えばファセットの深さが１０％だけ減少すると、
そのようなレンズにおける有効的な２焦点特性に対して
かなりの損失を与える。位相ゾーンプレートの大きさに
関係する他のすべての値が比例して小さいことが認識す
べきである。非屈折性のステップから隣接する非屈折性
のステップの底部まで延在するファセットの平坦域は、
隣接するステップの底部におけるλ／２の深さからゼロ
波長の深さまでの厚さを浪費している。これらの事実は
、λ／２未満のステップの深さを減少させるとき２焦点
における損失を避けるためになすべきことがほとんどな
いことを提案している。
１丁の間隔の構成内のファセットの平坦域の傾きの形状
における小さな変化（いくつかの実施例においては非常
に小さな変化）は、ステップの深さがλ／２未満である
位相ゾーンプレートの光学に基礎をおいている有効的な
２焦点レンズを形成することができることを提供するこ
とが発見されてきた。コーエン特許及びコーエン・レン
ズの仕様において実施されるファセットの交互の傾きに
よって、ファセットが約λ／２未満の深さを有するコン
タクト・レンズにおいてすぐれた２焦点性を提供する。
λ／２未満の光学的通路長に不連続性を導入するｒ、ゾ
ーンの間隔とステップを有するファセットの利点を提供
する新しい２焦点レンズの構造がここで特徴づけられる
。
λ／２よりも長い又は等しい深さを有しステップを有す
るファセットを含む従来の２焦点レンズに伴ってイメー
ジ・シャドーイングを減少させる新しい２焦点レンズの
構造がここで特徴づけられる。
従来のλ／２放物線エシュレット形状を有する２焦点コ
ンタクト・レンズよりも涙の収集のために小さい体積を
有する位相ゾーンプレートを有する新しい２焦点コンタ
クト・レンズがここで特徴づけられる。このことは、本
発明のコンタクト・レンズが目の上並びに目とレンズの
間に異物をトラッピングするためにより小さい体積を有
することを意味する。
位相ゾーンプレートのファセット曲線の接線で角膜の表
面と接触する方法で、角膜と接触する表面を提供する本
発明によるレンズ構造が提供される。
位相ゾーンプレートの光学と設計された波長の１／２の
波長未満のファセットの深さを利用する２焦点コンタク
ト・レンズがここで記述され、ここで主要な焦点は、例
えば０次及び１次、０次及び２次、又は２つのオーダー
の任意の他の組み合わせである２つのオーダーを有する
。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、ゾーンは実質的にＪπに比例して間隔がおか
れかつゾーンがλ／２未満の光学通路長に不連続性を導
入するステップを有するファセットを有する環状同心の
ゾーンを含む位相ゾーンプレートを備えた回折多焦点光
学素子に関し、ここで、λは設計波長である。
本発明は、ファセットのステップの深さがλ／２（ｖ’
−ｖ）未満であって、光学素子におけるｌπの間隔に従
って交互のステップを有する繰り返しパターンを提供す
るファセットを有する環状同心のゾーンを含む位相ゾー
ンプレートを含み、ここで１′及びηはそれぞれ、レン
ズが相互に作用するレンズと媒質の屈折率であり、λは
設計波長である。
本発明の特別な実施例において、この光学素子は、交互
のステップを有する繰り返しパターンを提供する環状同
心のゾーン内の７γセツトを備え、ここで、 １、交互のゾーンの１つの７プセツトは、他の交互のゾ
ーンの異なるように傾斜されたカーブを有するファセッ
トを提供するもう１つのカーブを有するプロフィールに
よってゾーンの境界において中断された傾斜カーブを有
するプロフィールを有２、ゾーンは実質的に５に比例し
て間隔がおかれ、 ３、ファセットの深さはλ／２未満であり、４、各主要
な焦点において視覚の使用のために少なくとも十分な強
度で黄色光が少なくとも２つの主要な焦点に向けられる
ように、ゾーンが切断され、 ５、交互のパターンがなければ、上記素子はそのような
強度を有しない。
本発明は、コーエン・レンズの仕様による２焦点光学素
子を含み、ここで位相ゾーンプレートの奇数と偶数のゾ
ーンは、 ａ、「、≠ｆミＩの間隔に従い、 ｂ、少なくとも他のゾーン境界毎に非屈折性のステップ
インターフェイスと隣接しかつ離れ、そのような隣接す
るインターフェイスにおいてスロープを有するプロフィ
ールを残し、 Ｃ１各奇数ゾーンの断面は同一の一般のプロフィールを
有し、各偶数ゾーンの断面は同一の一般のプロフィール
を有し、 ｄ、　奇数ゾーンの一般のプロフィールは偶数ゾーンの
それと異なり、 ｅ、ゾーンに対するステップの深さはλ／２未満である
。
好ましくは、スロープのプロフィールはゾーンからゾー
ンへのなめらかな変化を提供する。
もう１つの態様において、本発明は、交互のプロフィー
ルを含むファセットを有するステップの位相ゾーンプレ
ートを備えたコーエン仕様の２焦点光学素子を含み、こ
こで、 ａ８位相ゾーンプレートはら＃ｆフ龍１に従い、ｂ、交
互のプロフィールが全周期の間隔内で生じ、Ｃ，ファセ
ットは約λ／２未満の深さを有し、ｄ、各主要な焦点に
おいて視覚の使用のために少なくとも十分な強度で黄色
光が少なくとも２つの主要な焦点に向けられるようにゾ
ーンが切断され、ｅ、そのような交互のプロフィールが
なければ、ゾーンは視覚の使用のためのそのような強度
を有しない。
好ましい実施例において、本発明の光学素子は、およそ
半径「、に位置する過渡プロフィールを介して半径ｒ、
で結合された２つの異なった曲線を有するプロフィール
を提供する光学的回折性のファセットを備え、上記過渡
プロフィールは上記２つの異なった曲線を有するプロフ
ィールと異なったプロフィールの曲率を有し、これによ
ってそのような過渡プロフィールにおいて環状同心のゾ
ーンを形成するために、ゾーンは実質的にＪπに比例し
て間隔がおかれ、各主要な焦点において視覚の使用のた
めに少なくとも十分な強度で黄色光が少なくとも２つの
主要な焦点に向けられるようにゾーンが切断され、曲線
を有するプロフィールがなければ上記素子は視覚の使用
のためにそのような強度を有しないであろう。
本発明は、光学素子を含む例えばコンタクト・レンズ及
び内部接眼レンズのような目のレンズに関する。本発明
の好ましい実施例において、上記目のレンズは、光を本
質的に等しい強度で２つの焦点に分配する２焦点レンズ
である。本発明の最も好ましい実施例において、レンズ
の光学素子は、次式によって含まれるプロフィールを有
するゾーンの繰り返しパターンを備える。
ｄ　−Ｄｏ　・（ｌ／２＋　１／２　・ｃｏｓ（ｙｒ　
−ｒ”／ｂ”））ここで、ｄは繰り返しプロフィールの
深さであり、ｒはゾーンの放射方向の位置であり、ｂは
１次ゾーンの半径であり、Ｄｏは設計波長に対するファ
セットの深さである。
本発明の１つの実施例は視覚ゾーン内の少なくとも２つ
の位相ゾーンプレートを含む目のコンタクト・レンズに
注意が向けられ、上記２つの位相ゾーンプレートのうち
の少なくとも１つは前述の光学素子の特徴を含む。
本発明のもう１つの実施例は視覚ゾーン内で、（１）前
述の光学素子の特徴を含む位相ゾーンプレートと、 （２）好ましくは１個又はそれ以上のチャネルの形式で
表わされた純粋の屈折部分を有する目のコンタクト・レ
ンズに注意が向けられる。
［実施例１ 本発明は特に、多焦点特性を得るための回折手段を用い
る視覚ゾーン部を備えた２焦点光学レンズに関する。上
記回折手段は、浅いファセットの深さと新しいプロフィ
ールを有する繰り返しパターンを含む。浅いファセット
の深さを有するプロフィールの使用は、画像の影を減少
させるとともに、位相プレートと目（コンタクト・レン
ズを用いた場合）との間の異物の収集を減少させ、コン
タクト・レンズを着用する着用者の快適性を高める。
本発明は、コンタクト・レンズにおいて最も好ましい使
用方法を見つける。本発明は、コンタクト・レンズの前
部又は後部もしくは内部分上に光学素子を備えることを
必要とする。上記光学素子をコンタクト・レンズに旋盤
法又は鋳型法を用いて提供するようにしてもよい。本発
明は好ましくは、多焦点（特に２焦点）内部接眼レンズ
において用いられる。
本発明は、回折２焦点光学素子に関する。この素子は、
コーエンによって教授された多焦点特性を得るために円
形でブレーズされた回折格子を利用する。このブレーズ
された格子は、ファセットの深さＤｏとブレーズされた
ファセット自身のプロフィールの両方を調整することに
よって、２焦点間の光の分配を調整することを可能にし
ている。
本発明は、光学素子のファセットに対して新しいプロフ
ィールを利用している。
本発明は、多焦点特性を得るために円形でブレーズされ
た回折格子を利用する回折２焦点光学素子に関し、ここ
で、ブレーズされた格子ファセットの深さＤｏとブレー
ズされたファセット自身のプロフィールの両方を調整す
ることによって２焦点間の光の分配を調整することを可
能にし、ブレーズされたファセットは、Ｊｉのゾーン間
隔に従って分割された交互の傾きを提供する。
本発明の新しいファセットの配置は、従来技術において
ファセットの全周期（λ）の間隔であると考えられるも
のを、２つの交互の半周期ゾーン毎に対してただ１つの
非屈折性の円柱形状（又は本質的に円柱形状）の表面を
含む交互の傾斜された半周期（λ／２）のファセットを
有するゾーンに分割し、そのような２つの交互の半周期
ゾーンは、半周期ゾーン間において設計波長光の位相シ
フトの効果を与えるなめらかな表面を有するファセット
によって相互に接続される。すべての非屈折性の本質的
に円柱形状又は円柱形状の表面はλ／２未満の深さを有
する。本発明の交互のゾーンは、レンズの焦点間の光の
分配の制御を提供する。交互のゾーンの傾きを調整する
ことによって焦点に対する光の強度を変化することが可
能になる。
本発明は、少なくとも２つ（好ましくは２つ）の主要な
焦点に光を独立して収れんさせる能力を有するレンズの
表面層内に、重ね合わせられ、刻みつけられ、及び／又
は埋められた回折２焦点光学素子を含み、ここで、上記
素子は、２つの交互の半周期ゾーン毎に対してただ１つ
の非屈折性の円柱形状（又は本質的に円柱形状）の表面
を含む交互の傾斜された半周期（λ／２）のファセット
を有するゾーンを備え、そのような２つの交互の半周期
のゾーンは、半周期ゾーン間における設計波長光に対し
て位相シフトの効果を与えるなめらかな表面を有するフ
ァセットによって相互に接続される。
すべての非屈折性の本質的に円柱形状又は円柱形状の表
面はλ／２未満の深さを有する。
本発明の注目すべき態様は、設計された焦点において光
のすぐれた強度の利益を得るとともに同時にグレア及び
／又はヘイローイングの減少を含む上述で引用された改
善を与えるために、交互のファセットにおいて必要とさ
れる傾きに最小の差が生じることである。伝統的な放物
線形状から得られる傾きにおけるただ単に小さな差が、
本発明の利点を提供するレンズを形成するために半周期
のゾーンにおいて必要とされる。
そのような小さな差は、全周期のゾーン測定にわたって
でさえもファセットが小さいという理由によって生じる
。例えば、本発明の一実施例はコンタクト・レンズに用
いることができる。
◇ここで、位相プレートは８個の全周期ゾーンを備える
ように特徴づけられるとともに、レンズの後表面に位置
し、 ◇上記レンズは目の形状に一致し、遠焦点に対する典型
的な屈折を提供し、 ◇設計波長は黄色光に対して約５５５ナノメーターであ
る。
大きさは次の通りである。
■光軸における第１のゾーンは約０．７５ミリメーター
の半径を有し、 ■光軸から離れた最後のゾーンは、約０．１４ミリメー
ターの、ゾーンの外周に対する半径とゾーンの内周に対
する半径との差によって定義された幅を有し、 ■各ファセットの深さは約０．００３ミリメーターであ
る。
しかしながら、約７丁における点で生じるプロフィール
の表面の屈曲によって生じる１６個の半周期ゾーンの間
隔に関して測定されたこの同一の構造の大きさは次の通
りである。
■光軸における第１のゾーンは０．０５３ミリメーター
の半径を有し、 閣光軸から離れた最後のゾーンは、約０．０６７ミリメ
ーターの、ゾーンの外周に対する半径とゾーンの内周に
対する半径の差によって定義された中冨を有する。
全周期のゾーン間隔にわたって従来の放物線形状を有す
るファセットを備えた光学素子を、０゜００３ミリメー
ターのステップの深さを利用する本発明の半周期のゾー
ン間隔及びファセットのプロフィールを備える光学素子
と比較すると、半周期のゾーン間隔は、ファセットのプ
ロフィールを反映する曲線のもとで少しより小さな面積
を有することがわかる。その差は約１％の面積の差から
約１０％の面積の差までとほぼ同様の小さな差である。
典型的には上記差は約２ないし約５％の面積の差である
。上述の例において、面積の差は約３％である。面積の
差が小さいように思われるとき、レンズの性能に対する
寄与が極めて重要である。
従来技術の放物線形状のエシュレ・Ｉトと、全周期の間
隔を有し、０．８λ／２のエシュレットの深さを有する
レンズは、次の光強度分布を提供す０，０５０，５７０
，２５ それは、次の強度をアナログで示すクラインとホーの記
述と比較すべきである。
ｍ−３，非交互 （ｂ−０，５） −４０，００５０ ３０，００８３ −２０，０１６２ −Ｉ　　　　　　Ｏ，０４５０ ００，４０５３ １０，４０５３ ２０，０４５０ ３０，０１６２ ４０，００８３ ０，８λ／２の深さを保持しているプロフィールにおけ
る少しの修正は、０次及び１次において０．４０５の光
強度分布を提供する本発明によって含まれる２焦点素子
を与える。
位相ゾーンプレートの交互のゾーンの各ファセットはλ
／２未満の深さを有し、ここで、λは位相ゾーンプレー
トの設計波長である。１つのゾーンのファセットがもう
１つのゾーンのファセットに曲線を有するプレートによ
って結合される場合において、もしそれらのゾーンのフ
ァセットのただ１つが非屈折性表面を表わすステップの
立上りがら形成されるならば、２つのゾーンのファセッ
トがλ／２未満の結合された深さを有するであろう。
この特別な場合、計算の便宜上、結合の深さが全周期の
ゾーンの間隔の概念から調べられる。しかしながら、そ
のような交互の傾斜されたゾーンのファセットは変数の
深さを有するものとみなされる。このファセットの深さ
は、λ／２の約０．０１倍から約０，９９倍まで、好ま
しくはλ／２の約０．０５倍から約０．９５倍まで、最
も好ましくはλ／２の約０．１倍から約０．９倍までの
範囲内にある。
この発明までファセットの深さを減少させたいことが当
業者にとって論理的であったと仮定とすれば、現れる２
つの球面波間のエネルギーの分割に逆に影響を及ぼさな
いｌ／２波長より浅いファセット（エシュレット）の深
さを有する回折２焦点を形成するための道理に合う方法
は存在しなかった。
本発明は、０次及び１次となる２つの球面波の必要な等
分、又は実質的に等分であるエネルギーの分配ヲ行う、
浅いファセット（エシュレット）の回折２焦点レンズを
構成することを可能にしている。
本発明は、現われる２つの球面波間のエネルギーの分配
が １、ファセット（エシュレット）の深さと２　、　実際
１＞　７　ｙセット（エシュレット）のプロフィール によって決定されるという新しい概念を支持する。
適当にファセット（エシュレット）のプロフィールを描
くことによって、浅いファセット（エシュレット）の深
さを有する回折２焦点レンズを切断するときでさえ等分
のエネルギーの分配を得ることができるということが決
定されてきた。
第１図において、収れん性の屈折及び回折の効果を与え
る曲率を有する回折２焦点レンズＣＬが図示されている
。この図において、（推定された全周期の間隔で予言さ
れた）光学素子Ｅは入射平面波を２つの球面波が支配的
である波頭に変換する。例えば、平面の位相フロントＰ
を有する入射光波はレンズＣＬの前表面ＡＳを通過し、
強度１１と１．をそれぞれ有する支配的な２つの球面位
相フロントＳＩと５２として後表面ＰＳから現われる。
後表面ＰＳは、回折性エシュレットＥとそれらに対応す
る非光学的エツジＮを備える。回折性光学素子のファセ
ット（エシュレット）の間隔は、次の標準式によって与
えられる。
ｒ　ｓ　”　６　’　ｒ　ｒ ここで、ｒ、は（全周期間隔を利用する）ｎ次のゾーン
の半径である。ｌとη′はそれぞれ空気とレンズＣＬの
屈折率である。２つの球面波頭の焦点の位置は、１次ゾ
ーンの半径ｒ１とレンズＣＬの搬送波電力によって決定
される。特に、ｍ次の焦点ｆｍは次式によって与えられ
る。
ｆｍ＝（ｒ＋）”／（２・λ・ｍ） ここで、λは波長であり、ｍはＯ９±１．±２などであ
る。
望ましいエネルギーの分配は、現われる２つの球面波が
等しい量の全体のエネルギーを伝送するとき、すなわち
、Ｉ、−１，であるとき生じることが提案されてきた。
現在の文献は、これはファセット（エシュレット）の深
さＤｏが１／２の波長の深さで設定されるときの場合で
あることを述べている。（前述のクライン及びホーの文
献を参照せよ。）第２図は、従来技術において用いられ
る標準の放物線プロフィールを図示している。（前述の
ライグラ−の文献を参照せよ。）繰り返しプロフィール
の深さｄは次式のように放射方向の位置ｒの関数として
示される。
ｄ＝Ｄｏ・（１−ｒ”／ｂつ ここで、ｂは１次ゾーンの半径である。
このプロフィールは各ゾーンにおいて繰り返され、ここ
でスケールは各ゾーンの幅に比例して小さくされる。０
次及び１次における等分のエネルギー分配のためのファ
セット（エシュレット）の深さは次式によって示される
。
Ｄｏ＝０．５００−λ／（ｎ−１） ここで、ｎは屈折率であり、強度の分配は次式によって
与えられる。
１＋−ｌｌ−（２，０／π）”−０，４０５第３図は第
４図に図示された仕様に従ってファセットを含む回折２
焦点光学レンズを図示している。ファセットの深さは、
従来技術のレンズによって必要とされる深さの０．４０
５１０．５００＝８０％である。
第４図は本発明の一実施例（二おいて用いられる新しい
余弦プロフィールを図示している。繰り返しプロフィー
ルは次式によって与えられる。
ｄ−Ｄｏ　・（ｌ／２＋　１／２　・ｃｏｓ（ｒ　・ｒ
２／　ｂ２））等分のエシュレット分配のためにステッ
プの非屈折性エツジ間の全周期の間隔を利用するが半周
期の間隔内で交互に傾斜されたファセットを含むファセ
ットの深さは、 Ｄｏ−０，４０５・λ／（ｎ−１） によって与えられ、強度の分配は次式によって与えられ
る。
１、−１、−　Ｊ。”（０，４０５・π）−０，４０３
ここで、Ｊｏはベッセル関数である。
第３図は、前表面ＡＳと周辺の後表面ＰＳを有する光学
レンズＣＬを図示している。この実施例において、視覚
ゾーンの後表面は、回折性ファセット（エシュレット）
Ｅとそれらに対応する非光学的エツジＮを備える。ファ
セット（エシュレット）Ｈの物理的なプロフィールは次
式によって与えられる。
ｄ＝Ｄｏ・（ｌ／２＋１／２・ｃｏｓ（ｒ　−ｒ”／ｂ
す）ここで、ｄはファセット（エシュレット）の厚さで
あり、ｒはゾーンの内部エツジからの放射方向の距離で
あり、（そのようなプロフィールは各ゾーンにおいて繰
り返されるがスケールが各ゾーンの幅に比例して小さく
され、）その範囲内においてファセット（エシュレット
）が形成され、そのようなプロフィールが交互に生じ、
ｂは第１のゾーンの半径である。この特別なプロフィー
ルが第４図に図示される。
第５図は、従来技術（第２図を参照せよ。）の放物線エ
シュレットの仕様ａ特性と、第４図の余弦プロフィール
ｂと、２焦点レンズのためのもう１つの用いることがで
きるプロフィールＣのオーバーレーである。このオーバ
ーレーの目的は、本発明と第２図に図示された従来技術
の構造間のプロフィールの違いを図示することにある。
特に、ＪＮの間隔における曲線すのプロフィールにおけ
るシフトに注意しなさい。その小さな差は、曲線すのプ
ロフィールを、本発明のレンズ素子のためのファセット
のプロフィールとして適当に用いることができることを
可能にしている。
ファセットｃの物理的なプロフィールは次式によって与
えられる。
ｙ−１−（（ｒ’−１／７’Ｔ）／（ｌ　　ｌ／Ｊ１）
）ｒ＞ｌ／ｆ■ そのような減少された深さにおけるプロフィールａとＣ
は０次と１次に対して光の等分の強度分配を行うことは
できず、一方、次式が成立するときプロフィールａとＣ
は光の等分の強度分配を行うことができる。
Ｄｏ＝０．５００・λ／（ｎ−１） 第６図ないし第１０図は、第２図のレンズ構造における
本発明に従って用いることができる種々の有用なファセ
ットのプロフィールを図示している。
第６図は、奇数及び偶数ゾーンによって表わされた交互
の半周期の傾斜されたゾーンの繰り返しシーケンスにお
ける第４図のプロフィールのグラフをｘ−ｙ軸に沿って
図示している。この特別な実施例は次式によって特徴づ
けられる。
ｙ−０，４０５λ／（ｎ−１）　・（１／２＋　１／２
ｃｏｓ（ｒ　ｒ２／２ｒｏす）Ｉｏ−ｒ　、−０，４０
２ ここで、λは設計された波長であり、ｎはレンズ媒質の
屈折率である。
第７図は、ｘ−ｙ軸に沿って図示されたもう１つのプロ
フィールのグラフであり、ここで、ステップの非屈折性
エツジの深さはさらに０．３１λに減少され、偶数の半
周期ゾーンの深さが非屈折性エツジとの曲線の接続を有
する。本発明のこの実施例は次式によって特徴づけられ
る。
ｙ”ｏ、３１４λ／（ｎ−１）　・２．５（１／２＋　
１／２ｃｏｓ（ｘ　ｒ２／２ｒｏす）−０，３１４λ／
（ｎ−１）　・　１．５（１−ｒ”／２ｒ０”）■。−
１，−０，３９０ 第８図は、ステップのエツジが傾斜されたプロフィール
を図示し、そのエツジが位相ゾーンプレートの光学的性
質に寄与することを提案している。
この実施例における半周期の交互のゾーンのプロフィー
ルは前の仕様とは異なり、これは主に非屈折性エツジが
実質的に取り除かれたからである。
この実施例は、次式によって特徴づけられる。
ｙ−λ／（ｎ−１）（ｒ２／ｒｏ”＋ｃｏｓ（ｒｒ”／
２ｒｏ”）−ｔ）１．１１１１１　Ｉ　、−０，３１４ この実施例においては、奇数ゾーンに対するファセット
の深さがさらに０．２１λに減少されたが、偶数ゾーン
はもう１つの０．２１λだけの奇数ゾーンの底部未満の
深さを有する。
第９図は、偶数ゾーンの傾きがステップの非屈折性エツ
ジと接続される前に２つの反対側に面する曲線を表わす
底部の曲率を有する場合のファセットを有するプロフィ
ールを示している。本発明のこの実施例は次式によって
特徴づけられる。
ｙ−０，３９４λ／（ｎ−１）　（０，２８７＋　０．
７３１Ｊ０（４，２０・ｒ’／２ｒ、す）■。−１，−
０，４０２ ここで、Ｊｌｌはベッセル関数である。
第１０図は、２つの位相ゾーンプレートと純粋の屈折部
を含むもう１つのファセットのプロフィールを示してい
る。この実施例においては、減少が視覚ゾーンを通して
存在することが必要ではないが、全周期ゾーンから全周
期ゾーンまでの深さにおいて減少が存在する。例えば、
視覚ゾーンの全周期ゾーンの第１の半分はただ１つの深
さであり、全周期ゾーンの第２の半分においては、深さ
が前進的に減少される。そのような実施例の好ま°しい
モードにおいて、同−又は異なった深さのいずれの深さ
を有するにせよ、各ステップは視覚ゾーンの共通のプレ
ーンに沿って等しく分配される。
純粋の屈折部分は好ましくは、視覚ゾーン内及び／又は
視覚ゾーンの周囲を囲んで含まれる１個又はそれ以上の
チャネルの形式で表わされる。第１０図の特別な実施例
は次式によって特徴づけられる。
ｙ”ａλ／（ｎ−１）　（１／２＋　１／２ｃｏｓ　ｒ
　／２　・ｒ’／ｒ＋　”）ここで、αはゾーンからゾ
ーンへ減少する。
第１１図及び第１２図のファセットを有するプロフィー
ルは、ステップがｑｌから「、などに進むことを可能に
するｑｌにおける全周期ゾーンに間隔の減少を導入して
いる。交互のゾーンにおけるこの間隔の減少によってゾ
ーンのＶ丁間隔を変更することは考えられない。第１１
図は次式によって特徴づけられる。
ｙ、＝０．４０（１／２＋１／２ｃｏｓ［（π／ｑ、”
−ｒ、す（ｒ”−ｒ、−１”）］）ここで、ｒ＊−＋＜
ｒ＜ｑａである。
ｙ、　−０，４０（１／２＋１／２ｓｉｎ　［ｒ　／ｒ
、　”　−ｑ、　”　・（ｒ”−（ｒ、　”　＋ｑ、　
２）／２）］） ここで、ｑ、＜ｒ＜ｒ、−１である。
ｒ　、　＃　Ｉ７而Ｔ Ｑｓ””ｒｓ−ＩＤｒ＊　　ｒｍ−１／’ｆｆ）ａ＝１
．０８６ 第１２図は次式によって特徴づけられる。
ｙ、−０，３９（１／２＋１／２ｃｏｓ［π／ｑ、”−
ｒ、”　・（ｒ”−ｒ、−、”）］）ここで、ら−＋　
＜　ｒ　＜　ｑ、である。
ｙ、＝０．３９（１−（ｒ−ｒ、／ｒ、−ｑ、）’）こ
こで、ｑ、＜ｒ＜ｒ、である。
ｒ、＃ｆ丁何重 ｑ、＝““゛ｒ、−軍＋（ら−ｒｓ−１／α）α−１，
０８６ 多くの明らかな変形例が当業者に考えられるので、本発
明はここで図示され記述された構成の正確な詳細に限定
されないことが認識される。特に、所望の等しいエネル
ギーの分配を変更することなしに、ファセット（エシュ
レット）の深さの減少を可能にする多くの異なったプロ
フィールが決定される。しかしながら、ファセットのプ
ロフィールの選択は等しいエネルギーの分配の効果を与
えることに依存していない。エネルギーの分配を行うこ
とは、それが等分配であろうとなかろうと、半周期ゾー
ンの交互の傾きから直接に得られると信じられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来技術のコーエン・レンズ仕様のＩＨの間
隔パターンを有し典型的な放、釣線形状のエシュレット
を備えた回折２焦点光学素子の縦断面図であり、 第２図は、例えばライグラ−によるレンズのような典型
的な従来技術の回折２焦点光学素子から切断されたエシ
ュレットのプロフィールを図示する曲線のグラフであり
、 第３図は本発明による一実施例の光学素子の縦断面図で
あり、 第４図は第３図の光学素子のファセットのプロフィール
を図示する曲線のグラフであり、第５図は、従来の放物
線プロフィールを有する従来技術の全周期の間隔を有す
るエシュレット・ゾーンのプロフィール、並びに、多重
プロフィールの中断された構造を含む半周期の間隔を有
するファセット・ゾーンのプロフィールを図示するグラ
フであり、 第６図ないし第１２図は、本発明の範囲内の光学素子の
ための種々のファセットの配置の断面図を示すグラフで
ある。 ＣＬ・・・回折２焦点レンズ、 Ｅ・・・回折性エシュレット、 Ｐ・・・位相フロント、 ＡＳ・・・レンズの前表面、 ＰＳ・・・レンズの後表面、 Ｎ・・・非光学的エツジ。 出［、ｋ　　アレン・エル・コーエン 代理人　弁理士　青白　葆　はか１名 ＦＩＧ、５ 「 ず「 ずｙａ「 Ｆ　Ｉ　Ｇ。 Ｆ　Ｉ　Ｇ。

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）環状同心のゾーンを含む位相ゾーンプレートを備
    え、上記ゾーンは実質的に、√ｎに比例して間隔があけ
    られ、上記ゾーンがλ／２未満の光学通路長に不連続性
    を導入するステップを有するファセットを備え、ここで
    λが設計波長であることを特徴とする回折多焦点光学素
    子。
  2. （２）上記位相ゾーンプレートが上記光学素子における
    √ｎの間隔に従う交互のステップを有する繰り返しパタ
    ーンを提供するファセットを含み、上記ファセットのス
    テップの深さがλ／２（η′−η）未満であり、ここで
    η′とηはそれぞれレンズと媒質の屈折率であり、レン
    ズが相互に作用し、λが設計波長であることを特徴とす
    る請求項第１項記載の回折多焦点光学素子。
  3. （３）（ａ）交互のゾーンの１つのファセットが、他の
    交互のゾーンの異なるように傾斜された曲線を有するフ
    ァセットを提供しもう１つの曲線を有するプロフィール
    によってゾーンの境界で中断された傾斜された曲線を有
    するプロフィールを有し、 （ｂ）上記ゾーンは実質的に、√ｎに比例して間隔があ
    けられ、 （ｃ）上記ファセットの深さがλ／２未満であり、 （ｄ）各主要な焦点において視覚の使用のために少なく
    とも十分な強度で少なくとも２つの主要な焦点に黄色光
    を向けるように上記ゾーンが切断され、 （ｅ）交互のパターンがなければ上記素子がそのような
    強度を有しないことを特徴とする請求項第２項記載の回
    折多焦点光学素子。
  4. （４）位相ゾーンプロフィールの奇数ゾーンと偶数ゾー
    ンが （ａ）ｒ＿Ｋ≒√（ｎｄλ）の間隔に従い、 （ｂ）少なくとも他のゾーン境界毎に非屈折性のステッ
    プインターフェイスと隣接しかつ離れ、そのような隣接
    するインターフエイスにおいてスロープを有するプロフ
    ィールを残し、 （ｃ）各奇数ゾーンの断面は同一の一般のプロフィール
    を有し、各偶数ゾーンの断面は同一の一般のプロフィー
    ルを有し、 （ｄ）奇数ゾーンの一般のプロフィールは偶数ゾーンの
    それと異なり、 （ｅ）上記ゾーンに対するステップの深さはλ／２未満
    であることを特徴とするコーエン・レンズ仕様の２焦点
    光学素子。
  5. （５）交互にプロフィールを含むファセットを有するス
    テップの位相ゾーンプレートを備えたコーエン・レンズ
    仕様の２焦点光学素子であって、 （ａ）上記位相ゾーンプレートがｒ＿■≒√（２ｎｄλ
    ）に従い、 （ｂ）交互のプロフィールが全周期の間隔内で生じ、 （ｃ）上記ファセットが約λ／２未満の深さを有し、 （ｄ）各主要な焦点において視覚の使用のために少なく
    とも十分な強度で黄色光が少なくとも２つの主要な焦点
    に向けられるように上記ゾーンが切断され、 （ｅ）そのような交互のプロフィールがなければ、上記
    ゾーンが視覚の使用のためにそのような強さを有しない
    ことを特徴とするコーエン・レンズ仕様の２焦点光学素
    子。
  6. （６）およそ半径ｒ＿■に位置する過渡プロフィールを
    介して半径ｒ＿■で結合された２つの異なった曲線を有
    するプロフィールを提供する光学的回折性のファセット
    を備え、上記過渡プロフィールは上記２つの異なった曲
    線を有するプロフィールと異なったプロフィールの曲線
    を有し、これによってそのような過渡プロフィールにお
    いて環状同心のゾーンを形成するために、上記ゾーンは
    実質的に√ｎに比例して間隔がおかれ、各主要な焦点に
    おいて視覚の使用のために少なくとも十分な強度で黄色
    光が少なくとも２つの主要な焦点に向けられるように上
    記ゾーンが切断され、曲線を有するプロフィールがなけ
    れば、上記素子は視覚の使用のためにそのような強度を
    有しないことを特徴とする光学素子。
  7. （７）繰り返しパターンが、次式によって含まれるプロ
    フィールを有する、ゾーンを備え、 ｄ＝Ｄｏ・｛１／２＋１／２・ｃｏｓ（π・ｒ＾２／ｂ
    ＾２）｝ここで、ｄは繰り返しプロフィールの深さであ
    り、ｒはゾーンの放射方向の位置であり、ｂは１次ゾー
    ンの半径であり、Ｄｏは設計波長に対するファセットの
    深さであることを特徴とする請求項第２項記載の光学素
    子。
  8. （８）目のレンズの形式であることを特徴とする請求項
    第１項記載の光学素子。
  9. （９）目のレンズの形式であることを特徴とする請求項
    第２項記載の光学素子。
  10. （１０）目のレンズの形式であることを特徴とする請求
    項第３項記載の光学素子。
  11. （１１）目のレンズの形式であることを特徴とする請求
    項第４項記載の光学素子。
  12. （１２）目のレンズの形式であることを特徴とする請求
    項第５項記載の光学素子。
  13. （１３）目のレンズの形式であることを特徴とする請求
    項第６項記載の光学素子。
  14. （１４）目のレンズの形式であることを特徴とする請求
    項第７項記載の光学素子。
  15. （１５）コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズのうち
    の１つの形式であることを特徴とする請求項第８項記載
    の目のレンズ。
  16. （１６）コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズのうち
    の１つの形式であることを特徴とする請求項第９項記載
    の目のレンズ。
  17. （１７）コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズのうち
    の１つの形式であることを特徴とする請求項第１０項記
    載の目のレンズ。
  18. （１８）コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズのうち
    の１つの形式であることを特徴とする請求項第１１項記
    載の目のレンズ。
  19. （１９）コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズのうち
    の１つの形式であることを特徴とする請求項第１２項記
    載の目のレンズ。
  20. （２０）コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズのうち
    の１つの形式であることを特徴とする請求項第１３項記
    載の目のレンズ。
  21. （２１）コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズのうち
    の１つの形式であることを特徴とする請求項第１４項記
    載の目のレンズ。
  22. （２２）コンタクト・レンズ及び内部接眼レンズのうち
    の１つの形式であることを特徴とする請求項第１５項記
    載の目のレンズ。
  23. （２３）視覚ゾーン内に少なくとも２つの位相ゾーンプ
    レートを含み、上記位相ゾーンプレートのうちの少なく
    とも１つが請求項第１項記載の光学素子を含むことを特
    徴とする目のコンタクト・レンズ。
  24. （２４）視覚ゾーン内に、（１）請求項第１項記載の光
    学素子を含む位相ゾーンプレートと、（２）純粋の屈折
    部を備えたことを特徴とする目のコンタクト・レンズ。
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