KR101727760B1 - 회절 삼초점 렌즈 - Google Patents

Abstract

회절 다초점 렌즈가 개시되어 있으며, 이는 적어도 하나의 회절 표면을 갖는 광학 요소를 포함하고, 표면 프로파일은 복수의 환형 동심 영역들을 포함한다. 표면 프로파일의 광학적 두께는 각 영역 내의 반경에 따라 단조적으로 변하며, 인접한 영역들 사이의 접합부에서의 광학적 두께의 특이성 단차부는 단차부 높이를 형성한다. 각각의 영역들을 위한 단차부 높이들은 주기적으로 하나의 영역과 다른 영역간에 서로 다르며, 그래서, 광학 요소의 회절 차수 효율을 맞춤화한다. 삼초점 렌즈의 일 예에서, 단차부 높이들은 두 개의 값들 사이에서 교번되며, 짝수 단차부 높이들은 홀수 단차부 높이들보다 작다. 이런 표면 프로파일로부터 초래되는 회절 효율들의 토포그래피컬 표현을 플롯팅함으로써, 단차부 높이들은 근거리, 중간거리 및 원거리 시력에 대응하는 회절 차수들 내로 소정 레벨의 광 파워를 안내하도록 최적화될 수 있으며, 그에 의해, 다초점 렌즈의 성능을 최적화할 수 있다.

Description

회절 삼초점 렌즈 {DIFFRACTIVE TRIFOCAL LENS}

관련 출원

본 특허 출원은 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있는 2009년 2월 12일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/207,409호의 이득을 주장한다.

기술 분야

본 발명은 일반적으로 회절 광학장치 및 안과학의 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 노안을 치료하는 데 유용한 교정성 다초점 안내(intraocular) 또는 콘택트 렌즈들의 설계 및 구성에 관한 것이다.

눈이 가까운 대상물들에 초점을 맞추는 기능의 점진적 감소를 나타내는 상태인 노안을 치료하기 위해 이초점 또는 삼초점 콘택트 렌즈들이 일반적으로 사용되고 있다. 인간은 노화로 인해 노안이 되며, 이 영향은 통상적으로 독서용 안경이 필요하다는 것을 발견할 때인 40 내지 45세의 연령 정도에 두드러지게 시작되게 된다. 교정성 렌즈들을 착용하는 노안 개인들은 이때 바람직하게는 동일한 이초점 렌즈 내에서 두 개의 별개의 처방들을 필요로 한다는 것을 발견하게 될 수 있으며, 이 두 개의 별개의 처방들은 독서(근거리)를 위한 하나의 처방과, 운전(원거리)을 위한 다른 처방이다. 삼초점 렌즈들은 예로서, 컴퓨터 작업을 할 때 중간 거리들에서 시력을 추가로 개선시킨다. 안내 렌즈(IOL)는 콘택트 렌즈나 안경에 대한 대안으로서 사용될 수 있는 인공적 대체물이다. IOL은 종종 백내장 수술 동안 본연의 눈 수정체 대신 이식된다. 각막내 렌즈(ICL)는 각막 내에 이식되는 인공 렌즈이다.

종래의 교정성 광학장치는 통상적으로 굴절 렌즈들이며, 이는 이들이 대상물로부터 반사된 광선들을 굴곡 및 초점형성하여 망막 상에 대상물의 초점형성된 이미지를 형성한다는 것을 의미한다. 광선들의 굴곡은 다른 굴절 지수들을 갖는 두 개의 물질들의 경계를 광선들이 가로지를 때 발생하는 굴곡의 정도를 설명하는 Snell의 법칙에 의해 결정된다.

회절 렌즈들은 예로서, 다이아몬드나 사파이어 같은 경질 광물로 이루어진 절삭 헤드를 구비할 수 있는 선반을 사용한 표면 절삭, 레이저 비임이나 전자 비임 같은 고 에너지 비임 또는 유사한 표면 절제 방법을 사용한 직접 기록 패터닝, 포토리소그래피 패터닝 프로세스를 사용한 표면 에칭 또는 표면 몰딩 같은 제조 방법에 의해 광학 요소의 표면에 형성될 수 있는 반복적 구조체를 갖는다. 회절 구조체는 통상적으로 일련의 동심 환형 영역들이며, 이는 각 영역이 렌즈의 중심으로부터 에지로 점진적으로 좁아지게 되는 것을 요건으로 한다. 렌즈의 중심과 에지 사이에 예로서 20 내지 30 영역들이 존재할 수 있다. 각 영역 내의 표면 프로파일은 통상적으로 원호, 포물선 또는 직선 같은 매끄럽게 변하는 함수이다. 각 영역의 외부 주연부에는 수직 표면 프로파일에 불연속 단차부가 존재하며, 단차부 높이는 통상적으로 약 0.5 내지 3 미크론이다. 결과적 표면 구조체는 다수의 회절 차수들로 광을 분산시키는 원형 대칭성 회절 격자로서 기능하며, 각 회절 차수는 연속적인 수인 0, 1, 2 등을 갖는다.

"회절 효율"은 초점 평면에 회절 패턴을 포함하는 다양한 회절 차수들 각각으로 전달되는 입사광 파워의 백분율을 지칭한다. 영역들이 동일한 표면적들을 가지고 방사상 대칭인 경우, 이들은 서로 다른 회절 차수들의 광을 렌즈들의 광학 축 상으로 초점형성하며, 각 회절 차수는 그 자체의 별개의 초점을 갖는다. 따라서, 굴절 렌즈는 다수의 불연속 초점을 갖는 다초점 렌즈로서 작용한다. 예로서, 회절 이초점 렌즈는 두 개의 서로 다른 거리들의 대상물들의 선명한 망막 이미지들과 두 개의 대응하는 초점외 이미지들을 동시에 제공한다. 인간 시력 시스템은 서로 다른 망막 이미지들 중으로부터 선택하는 능력을 가지며, 그에 의해, 단일 회절 렌즈를 사용한 동시적인 다초점 시력을 가능하게 한다.

회절 렌즈들은 노안을 교정하기 위한 콘택트 렌즈들 및 IOL들로서 사용될 수 있다. 이런 용례에서, 렌즈는 하나의 굴절 표면과 하나의 회절 표면을 포함한다. 실제로, 회절 렌즈를 통과하는 광 에너지는 통상적으로, 1, 2 또는 3 회절 차수들로 집중되며, 다른 회절 차수들에는 미미한 양의 광 에너지를 제공한다. 회절 교정성 렌즈들에 관하여, 예로서, 0차 차수를 위한 높은 회절 효율은 원거리들에서의 시력의 더 큰 개선을 의미한다. 각 회절 차수로 안내된 광 에너지의 양은 구역 단차 높이에 의해 결정된다. 렌즈 설계자는 이초점 렌즈의 회절 표면 특징부들에 대하여 예로서, 인접한 영역들 사이에 1½ 파장 위상 변화를 도입하도록 단차 높이들을 선택할 수 있으며, 이는 입사광의 대략 40%를 원거리 시력에 대응하는 0차 차수에 안내하고, 40%를 근거리 시력에 대응하는 양의 1차 회절 차수에 안내한다. 종래의 이초점 렌즈의 입사광의 나머지 20%는 시력을 위해 사용되지 않는 다른 회절 차수들로 안내된다.

다초점 안내 및 콘택트 렌즈들을 위한 기존의 디자인들은 굴절 광학장치, 굴절/회절 디자인 조합 또는 단일 회절 차수로 광을 안내하는 회절 렌즈들 중 어느 하나를 사용한다. 예로서, Swanson에게 허여된 미국 특허 제5,344,447호는 굴절 표면과 회절 표면을 갖는 조합 렌즈를 사용하여 원거리 시력을 개선시키는 삼초점 IOL 디자인을 개시하고 있다. 이 경우의 각 회절 영역은 이진 단차부에 대응한다. 이 렌즈는 양의 1차, 0차 및 음의 1차 회절 차수 사이에서 대략 균등하게 분배한다. 그러나, 이 구성의 단점은 다른 더 높은 회절 차수들로 잉여 광이 안내되어 시력 품질을 감소시킨다는 것이다. 또한, 이 구성은 마이너스 1 회절 차수의 회절 파워와 렌즈의 굴절 파워의 조합에 의해 원거리 시력이 결정되기 때문에 하위 캐리어 렌즈의 파워를 예측하기 어렵게 한다. 기존의 대안들 중 어떠한 것도, 중간 초점 거리에 대응하는 회절 차수로 충분한 광을 안내하는 데 성공하지 못하고 있으며, 따라서, 삼초점 콘택트 렌즈들 및 IOL들은 전체 초점 범위 전반에 걸쳐 균등하게 양호하게 기능하지 못한다. 예로서, Zhang 등에게 허여된 미국 특허 제7,441,894호는 근거리 및 원거리 초점에 입사광의 약 25 내지 28%를 안내할 수 있는 가변 면적들의 회절 영역들을 갖는 삼초점 안내 렌즈를 개시하고 있지만, 중간 초점에는 단지 약 10%의 입사광이 안내될 뿐이다.

적어도 하나의 회절 표면을 가지고, 회절 표면의 표면 프로파일이 복수의 동심 환형 영역들을 포함하는 광학 요소를 포함하는 회절 다초점 렌즈가 개시되어 있다. 반경방향 표면 프로파일의 광학적 두께는 각 영역 내에서 단조적으로 변한다. 광학적 두께의 특이성 단차부(distinct step)가 각 영역의 외부 주연부에서 발생하며, 그 크기는 "단차부 높이"라 지칭된다. 양호한 실시예에 따라서, 인접한 영역들을 위한 단차부 높이들은 동일하지 않고 광학 요소의 회절 차수 효율들을 맞춤화하도록 주기적으로 일 영역과 다른 영역 간에서 서로 다르다. 삼초점 렌즈들을 위한 중간 거리 시력을 해결하기 위해 광학 요소의 적어도 2차 차수 회절 효율을 증가시키는 데 특정 목적이 있다.

삼초점 렌즈의 일 예에서, 단차부 높이들은 두 개의 값들 사이에서 교번적이며, 짝수 단차부 높이들은 홀수 단차부 높이들보다 낮다. 대안적 실시예들에서, 짝수 단차부 높이들은 홀수 단차부 높이들보다 높거나 연속적 단차부 높이들이 3 이상의 값들 사이에서 교번할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 단차부 높이들의 패턴은 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 에지로 점진적으로 변한다. 한가지 이런 실시예에 따라서, 렌즈의 중심은 삼초점이지만, 이는 렌즈의 에지를 향해 점진적으로 이초점이된다. 이런 표면 프로파일로부터 얻어지는 회절 효율들의 토포그래피컬 표현을 모델링 및 플롯팅함으로써, 단차부 높이 값들 같은 치수 파라미터들은 지정된 회절 차수들로의 원하는 비율의 광 파워의 안내를 달성하여 다초점 렌즈의 원거리, 중간거리 및 근거리 성능을 최적화하도록 선택될 수 있다.

본 요약설명은 도면 및 상세한 설명에서 이어지는 바를 개괄적으로 특정하기 위한 수단으로서 제공되며, 본 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부 도면들과 연계하여 이루어지는 하기의 상세한 설명을 고려함으로써 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 상업적으로 입수할 수 있는 종래 기술 회절 이초점 안내 렌즈를 도시한다.
도 2는 렌즈의 중심이 이미지의 우하측 코너에 위치되어 있는, 도 1에 도시된 종래 기술 회절 이초점 안내 렌즈의 중심 영역의 표면의 확대도이다.
도 3은 대체로 동일한 단차부 높이들을 보여주는, 렌즈의 5개 영역들을 가로지른 반경의 함수로서 통상적 종래기술 이초점 회절 렌즈에 의해 도입되는 광학적 위상 변화의 플롯이다.
도 4는 두 개의 교번적 단차 높이들을 보여주는, 신규한 삼초점 회절 렌즈의 양호한 실시예에 따른 회절 구조체를 위한 반경방향 표면 프로파일의 단면도이다.
도 5는 5개 대표적 영역들을 위한 대응하는 교번적 단차부 높이들을 보여주는, 반경의 함수로서의, 도 4에 도시된 회절 구조체에 의해 도입된 광학적 위상 변화의 플롯이다.
도 6은 도 5의 광학적 위상 프로파일의 교번적 단차부 높이들을 위한 값들의 다양한 선택들로부터 초래되는 회절 효율들을 도시하는 일련의 컴퓨터 생성 2차원 토포그래픽 플롯들이다.
도 7은 대응하는 교번적 단차부 높이들을 보여주는, 반경의 함수로서의 등급화된 삼초점/이초점 회절 구조체에 의해 도입되는 광학적 위상 변화의 플롯이다.

첨부 도면들과 연계한 하기의 상세한 설명에 의해 본 발명을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 본 설명을 용이하게 하기 위해, 유사 참조 번호들은 유사 구조 요소들을 지시하고 있다. 이하의 설명에서, 본 발명의 개시된 실시예들의 이해를 제공하기 위해 다수의 세부사항들이 설명된다. 그러나, 본 내용의 고찰시, 본 기술 분야의 숙련자는 청구된 발명의 실시를 위해 개시된 세부사항들 모두가 필요하지 않을 수 있으며, 본 발명의 원리들로부터 벗어나지 않고 대안적 실시예들이 구성될 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다.

도 1을 참조하면, 기존 회절 이초점 안내 렌즈(100)가 도시되어 있다. 렌즈(100)는 ReSTOR^® 렌즈 임플란트라 상업적으로 알려져 있으며, 텍사스주 포트 워쓰 소재의 Alcon Laboratories, Inc.로부터 입수할 수 있다. 렌즈 임플란트는 회절 프로파일 패턴이 반경방향 영역들 내에 형성되어 있는 적어도 하나의 광학적 표면(102)을 갖는 중심 광학 요소에 연결된 한 쌍의 연장부들(101)을 포함한다. 도 2는 광학적 표면(102)의 확대도를 보여주며, 여기서, 일련의 동심 환형 영역들(104)을 위한 일반적으로 반경방향 대칭적 표면 프로파일 패턴은 각 영역의 외부 주연부에서 단차부 높이(108)를 갖는 특이성 단차부(106)를 특징으로 한다. 영역들(104)의 폭들은 일반적으로 중심으로부터 렌즈(100)의 에지를 향해 감소하며, 중심 영역 폭(110)은 에지 영역 폭(112)보다 매우 넓다. 다른 폭들의 영역들은 바람직하게는 균등한 표면적들을 나타낸다. 일반적으로, 단차부 높이(108)가 2π의 위상 지연을 도입하는 경우, 단일 파워 렌즈가 얻어지며, 다시 말하면, 렌즈는 단일 초점을 갖게 되고, 단차부 높이(108)가 2π의 배수와 동일하지 않은 위상 지연을 도입하게 되면, 이초점 렌즈가 얻어진다.

도 3은 회절 렌즈(100)를 통과할 때 입사 광파가 받게 되는 광학적 위상 변화의 반경방향 프로파일(120)을 도시한다. 반경방향 프로파일(120)은 일반적으로 톱니형 요소들을 갖는 회절 구조체들에 의해, 또는 렌즈 재료의 굴절 지수의 변경에 의해 달성될 수 있다. 위상 변화의 반경 의존성(Φ(r))은 아래와 같이 주어진다.

여기서, λ₀는 설계 파장, 즉, 2π의 위상 변화가 각 영역 경계에서 발생하는 파장이고, n은 렌즈 재료의 굴절 지수이며, F₀는 조명 파장 λ=λ₀일 때의 초점 길이이고, n'는 렌즈 주변의 물질의 굴절 지수이고, p는 2π의 배수로서 최대 위상 변조를 나타내는 정수이다. 도 2에 도시된 동심 영역들(104)에 대응하는 실제 광학적 표면의 단면은 반경방향 위상 변화 프로파일에 관련되어 있다. 광학적 표면(102)의 표면 릴리프의 대응 최대 높이는 아래와 같이 주어지며, 통상적으로 약 5 미크론이다.

도 3을 참조하면, 반경방향 위상 프로파일(120)의 요소들은 톱니형상(122)을 가지며, 이는 0으로 정규화된 제1 값(125)으로부터 일반적으로 피크값(126)까지 상승하는 선단 에지(124)와 피크값(126)으로부터 다시 초기 높이(125)로 급격히 떨어지는 후단 에지(128)를 갖는 날카로운 피크들을 특징으로 한다. 중심 링 폭(110)은 피크의 반경에 대응하며, 에지 링 폭(112)은 본 예에서는 제4 피크와 제5 피크 사이의 거리에 대응하고, 여기서, 피크값들(126)은 실질적으로 동일한 단차 높이들과 연계된다. 도 3의 반경방향 위상 프로파일은 표면 프로파일에 의해 생성되며, 그 요소들은 톱니(122)와 유사한 형상을 가지고, 역시 톱니(122)와 유사한 형상을 갖는 관련 광학적 두께 프로파일을 갖는다. 본 구성의 기존 이초점 안내 렌즈들(100)은 통상적으로 0차 및 1차 회절 차수들(각각 원거리 및 근거리) 각각으로 40%의 회절 효율들을 가지며, 더 높은 회절 차수들에 대해 실질적으로 더 작은 회절 효율들을 갖는다. 결과적으로, 원거리 및 근거리 시력이 향상되지만, 중간 시력은 제한되어 있다.

도 4는 양호한 실시예에 따른 렌즈의 상부 광학적 표면(102)에 제조된 회절 구조체의 물리적 표면 프로파일(130)의 단면도를 도시한다. 렌즈의 하부 표면(134)은 굴절 표면이다. 각 회절 환형 영역(104)의 반경방향 폭은 회절 영역들의 동일한 면적들을 유지하도록 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 에지로 감소한다. 각 영역 사이의 단차부 높이들은 중심 영역과 제1 환형 영역 사이의 전이부를 위한 더 큰 단차부 높이(136)에서 시작하여 두 개의 값들 사이에서 교번된다. 더 작은 단차부 높이(138)는 제1 및 제2 영역들 사이의 전이부를 특징짓는다. 이 교번적 단차부 높이 패턴은 렌즈의 에지까지 반복된다.

도 5는 도 4에 도시된 표면 프로파일을 갖는 개선된 회절 삼초점 렌즈를 통과할 때 입사 광파가 받는 광학적 위상 변화(Φ(r))의 반경방향 프로파일(140)의 플롯을 도시한다. 반경방향 프로파일(140)의 요소들은 톱니 형상(122)과 유사한 톱니 형상(141)을 가지며, 여기서, 동심 영역들 각각은 동일한 반경에 위치되지만, 단차부 높이들은 모두 실질적으로 동일하지 않다. 대신, 더 큰 단차부 높이들(144)을 갖는 피크들(142)의 제1 세트는 더 작은 단차부 높이들(148)을 갖는 피크들(148)의 제2 세트와 교번된다. 위상 프로파일의 이들 특징들은 각각 표면 프로파일 단차부 높이들(136, 138)에 대응한다. 단차부 높이들을 교번시킴으로써, 입사광 파워는 원거리, 중간 및 근거리 시력에 대응하는 회절 차수들로 안내될 수 있다. 아래에 예시된 양호한 실시예에 따르면, 홀수 단차부 높이들은 짝수 단차부 높이들보다 크지만, 대안적 실시예들에서, 설계의 최적화를 위해 동일한 방법을 적용하면서 반대로 규정될 수도 있다.

도 6은 0차, +1차 및 +2차 회절 차수들로 안내된 광 파워를 위한 회절 효율들의 9개 컴퓨터 생성 토포그래픽 플롯들(A-I)을 보여준다. 이들 회절 차수들은 홀수 단차부 높이들과 짝수 단차부 높이들이 다른 값들로 취해질 수 있는 도 3 및 도 5 양자와 일관된 일반화된 톱니형 위상 프로파일을 갖는 회절 다초점 렌즈들에 대해 각각 원거리 시력(152), 중간 시력(154) 및 근거리 시력(156)을 나타낸다.

도 5의 위상 프로파일을 위한 회절 효율들을 계산하기 위한 수학식은 그 섹션 1 및 섹션 2가 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 Faklis와 Morris의 논문(Dean Faklis 및 G. Michael Morris, "Spectral Properties of Multiorder Diffractive Lenses" Applied Optics, Vol. 34, No. 14, 1995년5월 10일)에 개시된 체계를 일반화함으로써 유도된다. Faklis와 Morris는 퓨리에 급수로서 회절 렌즈의 진폭 전달 함수를 확장시키고 퓨리에 계수(C_m)를 추출함으로써 m차 회절 차수의 회절 효율(η_m)을 유도하여 도 3의 위상 프로파일에 관련한 회절 효율들을 나타낸다. 이때, 회절 효율(η_m)은 │C_m│²으로 주어진다. 실질적으로 동일한 단차 높이들을 갖는 위상 프로파일에 대하여, Faklis와 Morris는 아래와 같이 회절 효율이 아래와 같이 표현될 수 있다는 것을 보여준다.

이 유도식을 일반화함으로써, 두 개의 치수 파라미터들(예를 들어, 교번적 단차부 높이들)(A1, A2)을 갖는 도 5의 위상 프로파일을 위한 m차 회절 차수를 위한 회절 효율이 아래와 같이 주어진다는 것을 알 수 있다.

셋 이상의 다른 단차부 높이들을 갖는 렌즈 디자인에 대해 유사한 유도가 수행되어 본 명세서에 개시된 특정 예를 위한 수학식 5와 유사한 다른 수학식을 산출할 수 있다.

도 6을 참조하면, m=0을 위한 η_m의 그래프가 플롯들(A, D 및 G)로 도시되어 있으며, m=+1을 위한 η_m의 그래프가 플롯들(B, E 및 H)로 도시되어 있고, m=+2를 위한 η_m의 그래프가 플롯들(C, F 및 I)로 도시되어 있다. 9개 플롯들 각각에서, 수평축들(158)은 2π로 정규화된 짝수 프로파일 피크들의 단차부 높이들을 나타내고, 수직축들(160)은 2π로 정규화된, 홀수 프로파일 피크들의 단차부 높이들을 나타낸다. 따라서, 9개 플롯들 각각은 단차부 높이들(A1, A2)의 선택에 의해 결정되는 다양한 회절 렌즈 디자인들의 예들에 대응하는 "X"로 표시된 관심 지점들이 그 위에 위치될 수 있는 토포그래픽 "맵"을 제공한다. 따라서, 이 맵들은 관심 지점에서의 그 상대적 음영처리(shading)에 의해 원거리, 중간거리 및 근거리 시력의 다양한 비율들을 산출하도록 각 초점 영역으로 안내되는 파워의 양을 나타낸다. 예로서, 단차부 높이들(A1, A2)은 모든 3개 초점을 위한 회절 효율들을 균등하게 향상시키도록 선택될 수 있거나, 0차 차수 회절 효율이 +1차 및 +2차 차수들의 것의 두 배가 되어 중간 시력을 댓가로 더 양호한 원거리 시력을 얻도록 선택될 수 있다. 각 플롯의 가장 밝은 음영 영역들은 100% 회절 효율에 대응하고, 각 플롯의 가장 어두운 음영 영역들은 0% 회절 효율에 대응한다(상술한 수학식 5와 유사한 형태로 유도된 대응 수학식에 따라서, 유사한 플롯 세트가 셋 이상의 서로 다른 단차부 높이들(A1, A2 및 A3)을 갖는 렌즈 디자인을 위해 생성될 수 있다).

도 6의 토포그래픽 플롯들(A, B 및 C)은 변수들(A1, A2)로 표시된 홀수 및 짝수 위상 단차부 높이들(126) 양자 모두가 0으로 설정되는 제한된 경우를 예시하며, 다시 말하면, 이 경우는 회절 표면 패턴이 존재하지 않는 실질적으로 굴절 렌즈인 경우를 나타낸다. 토포그래픽 플롯들(A, B 및 C) 각각의 지점(0, 0)을 플롯팅하면, 토포그래픽 필드의 좌하측 코너의 "X"가 산출된다. 플롯(A)에서, X는 밝은 지점과 일치하며, 0차 "회절 차수"(원거리)로 대략 100%의 광이 안내된다는 것을 나타내고, 플롯들(B 및 C)에서, X는 어두운 영역과 일치하여 실질적으로 어떠한 광도 1차 및 2차 회절 차수들(중간 및 근거리)로 안내되지 않는다는 것을 나타내고, 이는 본 실시예의 다초점 패턴이 없는 경우와 일치한다.

도 6의 토포그래픽 플롯들(D, E 및 F)은 변수들(A1 및 A2)로 표시된 홀수 및 짝수 단차부 높이들(126) 양자 모두가 0.5*2π와 같은 도 3에 도시된 프로파일을 갖는 종래의 이초점 회절 렌즈에 대응하는 제한된 경우를 예시한다. 좌표들(0.5, 0.5)을 플롯팅하면, 각 플롯의 중심 부근의 "X"를 얻게 된다. 플롯들(D, F)에서, X는 회색 영역과 일치하며, 광 파워의 실질적으로 균등한 부분들이 원거리 및 근거리 시력에 대응하는 0차 및 2차 회절 차수로 안내된다는 것을 나타낸다. 플롯(E)에서, X는 어두운 영역과 일치하며, 실질적으로 0%의 광 파워가 중간 시력에 대응하는 1차 회절 차수로 안내된다는 것을 나타낸다.

도 6의 토포그래픽 플롯들(G, H 및 I)은 도 5에 도시된 다중 단차부 회절 렌즈의 양호한 실시예를 예시한다. 본 예에서, 홀수 단차부 높이들(136)에는 0.7*2π의 값이 할당되고, 짝수 단차부 높이들(138)에는 0.3*2π의 값이 할당되어 최적의 결과들을 산출한다. 이들 값들의 할당 이유는 각 토포그래픽 플롯들(G, H 및 I) 상에 지점(0.3, 0.7)을 플롯팅함으로써 알 수 있으며, 이는 각 플롯의 좌상측 사분면에 "X"를 얻게 된다. 플롯들 각각에서, X는 밝은 회색 음영 영역과 일치하며, 그레이스케일 값은 광 파워가 0차, 1차 및 2차 회절 차수들 각각에 균등하게 안내되고 그래서 원거리, 중간거리 및 근거리 시력이 모두 실질적으로 균등하게 향상된다는 것을 나타낸다.

도 7에 점진적으로 감소하는 위상 프로파일이 도시되어 있는 더 복잡한 디자인 예는 렌즈의 중심에서 삼초점 부분을 제공하고 이는 렌즈의 에지에서 이초점 렌즈로 진행하게 된다. 본 실시예에 따라서, 한 쌍의 교번적 단차부 높이들은 렌즈의 중심에서의 제1 지정값들(166, 168)로부터 렌즈의 에지에서의 제2 지정값들(170, 172)로 단조적으로 감소한다. 예로서, 단차부 높이 값들(A1, A2)은 렌즈의 중심에서 0.3λ 및 0.7λ가 되고 렌즈의 에지에서 0.1λ 및 0.45λ가 되도록 각각 선택될 수 있다. 이런 디자인에 따라 제조된 삼초점 렌즈는 작은 동공들을 가진 사람들을 위한 개선된 원거리, 중간거리 및 근거리 시력을 제공하고, 큰 동공들을 가진 사람을 위해 양호한 원거리 및 중간 거리 시력을 제공하면서 큰 동공들에 대해 근거리 시력이 점진적으로 감소하게 된다. 시각적으로, 이는 밝은 조명 조건들에서 운전하고, 컴퓨터 모니터를 보고 독서를 할 수 있게 하며, 동시에, 어두운 조건들 하에서, 독서가 불필요할 때 사람들이 운전하면서 대시보드를 더욱 선명하게 볼 수 있게 한다.

비록, 특정 실시예들을 본 명세서에 예시 및 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련자들은 동일한 목적들을 달성하도록 계산된 매우 다양한 대안적 또는 등가의 실시예들 또는 구현예들이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 예시 및 설명된 실시예들을 대체할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 기술 분야의 숙련자들은 본 발명에 따른 실시예들이 매우 폭넓고 다양한 방식들로 구현될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 출원은 여기에 설명된 실시예들의 임의의 적응형태들이나 변형들을 포함한다.

상술한 명세서에 사용된 용어들과 표현들은 본 명세서에서 제한이 아닌 설명의 용어들로서 사용되었으며, 이런 용어들 및 표현들의 사용은 설명 및 도시된 특징들 또는 그 일부들의 균등물들을 배제하려는 의도는 없으며, 본 발명의 범주는 하기의 청구범위에 의해서만 정의되고 한정된다는 것을 인지하여야 한다.

Claims (24)

1. 복수의 동심 환형 영역들을 포함하는 단일 반경방향 표면 프로파일을 갖는 제1 회절 광학적 표면을 구비한 광학 요소를 포함하고, 상기 복수의 동심 환형 영역들은 중심 영역과 동심이고 중심 영역의 외부 에지로부터 렌즈의 에지까지 각각 투영 표면적을 갖는 교번적인 홀수 및 짝수 영역으로 할당가능한 회절 다초점 렌즈에 있어서,
   렌즈의 광학적 두께는 각 영역 내에서 단조적으로 변하고, 상기 영역들 사이의 접합부에서 광학적 두께의 특이성 단차부가 발생하고, 상기 단차부들의 높이는, 0 또는 기준 위상 값을 정의하는 각각의 초기 높이와 각각의 피크 위상 값의 편차에 의해 각각 결정되고, 적어도 일부 인접한 영역들에서 서로 다르며, 둘 이상의 인접한 영역들 사이의 단차부 높이 편차들의 패턴은 렌즈의 중심 영역으로부터 렌즈의 에지까지 주기적으로 반복되어 톱니 형상 위상 프로파일을 형성하고, 둘 이상의 인접한 영역들에 대한 톱니 형상의 초기 높이들은 상기 중심 영역으로부터 상기 렌즈의 에지까지 동일한 0 또는 기준 위상 값을 가져서 광학적 요소의 단일 반경방향 표면 프로파일의 세 개의 연속적 차수들의 회절 차수 효율들을 맞춤화하는 회절 다초점 렌즈.
2. 청구항 1에 있어서, 짝수 영역들의 상기 단차부 높이들은 홀수 영역들의 상기 단차부 높이보다 큰 회절 다초점 렌즈.
3. 청구항 2에 있어서, 두 개의 인접한 영역들 사이의 단차부 높이들의 편차는 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 에지까지 점진적으로 변하는 회절 다초점 렌즈.
4. 청구항 1에 있어서, 짝수 영역들의 상기 단차부 높이들은 홀수 영역들의 상기 단차부 높이보다 작은 회절 다초점 렌즈.
5. 청구항 4에 있어서, 두 개의 인접한 영역들 사이의 단차부 높이들의 편차는 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 에지까지 점진적으로 변하는 회절 다초점 렌즈.
6. 청구항 1에 있어서, 적어도 세 개의 반경방향으로 연속적인 영역들의 상기 단차부 높이들이 서로 다른 회절 다초점 렌즈.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 셋 이상의 높이들은 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 에지까지 점진적으로 변하는 회절 다초점 렌즈.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 단차부 높이들은 적어도 0차, 양의 1차 및 양의 2차 차수들의 상기 회절 효율들이 균등하도록 선택되는 회절 다초점 렌즈.
9. 청구항 1에 있어서, 적어도 0차, 양의 1차 및 양의 2차 차수들의 상기 회절 효율들은 서로에 대해 맞춤화된 비율을 갖는 회절 다초점 렌즈.
10. 청구항 1에 있어서, 각 연속적 영역의 투영 표면적은 일정한 회절 다초점 렌즈.
11. 청구항 1에 있어서, 각 영역의 반경방향 표면 프로파일 높이는 원호를 형성하는 회절 다초점 렌즈.
12. 청구항 1에 있어서, 각 영역의 반경방향 표면 프로파일 높이는 선형적으로 증가하는 회절 다초점 렌즈.
13. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 회절 광학적 표면으로부터 분리되어 있는 굴절 광학적 표면인 제2 광학적 표면을 더 포함하는 회절 다초점 렌즈.
14. 청구항 1에 있어서, 두 개의 인접한 영역들 사이의 단차부 높이들의 편차는 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 에지까지 점진적으로 변하는 회절 다초점 렌즈.
15. 청구항 1에 있어서, 콘택트 렌즈로서 착용되도록 구성되는 회절 다초점 렌즈.
16. 청구항 1에 있어서, 안내 렌즈로서 수술로 이식되도록 구성되는 회절 다초점 렌즈.
17. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈는 각막내 임플란트 부재를 포함하는 회절 다초점 렌즈.
18. 회절 다초점 렌즈를 제조하는 방법에 있어서,
    복수의 동심 환형 영역들을 포함하는 단일 주기적 반경방향 표면 프로파일을 갖는 광학 요소를 모델링하는 단계와,
    상기 모델로부터 패턴화된 광학 요소를 통해 전파되는 광을 위한 회절 효율 분포를 계산하는 단계와,
    상기 렌즈의 단일 반경방향 표면 프로파일의 적어도 세 개의 연속적 대응 회절 차수들에 대해 소정 회절 효율들을 달성하도록 상기 회절 효율 분포에 따라 치수 파라미터들을 선택하는 단계와,
    상기 선택된 치수 파라미터들을 포함하는 상기 주기적 표면 프로파일을 광학적 기판의 표면 상에 형성하는 단계를 포함하며,
    표면 프로파일은 복수의 동심 환형 영역들을 포함하고, 상기 복수의 동심 환형 영역들은 중심 영역과 동심이고 중심 영역의 외부 에지로부터 렌즈의 에지까지 각각 투영 표면적을 갖는 교번적인 홀수 및 짝수 영역으로 할당가능하며, 렌즈의 광학적 두께는 각 영역 내에서 단조적으로 변하고, 상기 영역들 사이의 접합부에서 광학적 두께의 특이성 단차부가 발생하고, 상기 단차부들의 높이는, 0 또는 기준 위상 값을 정의하는 각각의 초기 높이와 각각의 피크 위상 값의 편차에 의해 각각 결정되고, 적어도 일부 인접한 영역들에서 서로 다르며, 둘 이상의 인접한 영역들 사이의 단차부 높이 편차들의 패턴은 렌즈의 중심 영역으로부터 렌즈의 에지까지 주기적으로 반복되어 톱니 형상 위상 프로파일을 형성하고, 둘 이상의 인접한 영역들에 대한 톱니 형상의 초기 높이들은 상기 중심 영역으로부터 상기 렌즈의 에지까지 동일한 0 또는 기준 위상 값을 가져서 광학적 요소의 단일 반경방향 표면 프로파일의 세 개의 연속적 차수들의 회절 차수 효율들을 맞춤화하는
    회절 다초점 렌즈 제조 방법.
19. 청구항 18에 있어서, 상기 치수 파라미터들이 선택됨으로써, 렌즈의 광학적 두께는 각 영역 내에서 단조적으로 변하고, 상기 영역들 사이의 접합부에서 광학적 두께의 특이성 단차부가 발생하고, 상기 단차부들의 높이는 적어도 일부 인접한 영역들에서 서로 다르며, 둘 이상의 인접한 영역들 사이의 단차부 높이 편차들의 패턴은 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 에지까지 주기적으로 반복되어 광학적 요소의 단일 반경방향 표면 프로파일의 세 개의 연속적 차수들의 회절 차수 효율들을 맞춤화하는 회절 다초점 렌즈 제조 방법.
20. 청구항 18에 있어서, 상기 표면 프로파일을 형성하는 단계는 선반을 사용하여 상기 광학 요소의 표면을 성형하는 것을 포함하는 회절 다초점 렌즈 제조 방법.
21. 청구항 18에 있어서, 상기 표면 프로파일을 형성하는 단계는 몰드를 사용하여 상기 광학 요소의 표면을 성형하는 것을 포함하는 회절 다초점 렌즈 제조 방법.
22. 청구항 18에 있어서, 상기 표면 프로파일을 형성하는 단계는 에너지 비임을 사용하여 상기 광학 요소의 표면을 성형하는 것을 포함하는 회절 다초점 렌즈 제조 방법.
23. 청구항 18에 있어서, 상기 표면 프로파일을 형성하는 단계는 에칭에 의해 상기 광학 요소의 표면을 성형하는 것을 포함하는 회절 다초점 렌즈 제조 방법.
24. 청구항 18에 있어서, 상기 표면 프로파일을 형성하는 단계는 상기 표면을 절제함으로써 상기 광학 요소의 표면을 성형하는 것을 포함하는 회절 다초점 렌즈 제조 방법.

Images