RU2779523C2 - Ocular multifocal diffraction lens - Google Patents
Ocular multifocal diffraction lens Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779523C2 RU2779523C2 RU2020107840A RU2020107840A RU2779523C2 RU 2779523 C2 RU2779523 C2 RU 2779523C2 RU 2020107840 A RU2020107840 A RU 2020107840A RU 2020107840 A RU2020107840 A RU 2020107840A RU 2779523 C2 RU2779523 C2 RU 2779523C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- function
- lens
- lens body
- phase profile
- argument
- Prior art date
Links
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims abstract description 244
- 230000000737 periodic Effects 0.000 claims abstract description 221
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 100
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 claims abstract description 96
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 93
- 210000001747 Pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 52
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 208000001491 Myopia Diseases 0.000 claims description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 18
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 15
- 230000000630 rising Effects 0.000 description 13
- 210000001525 Retina Anatomy 0.000 description 12
- 210000004087 Cornea Anatomy 0.000 description 10
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 10
- 230000037408 Distribution ratio Effects 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 241001646071 Prioneris Species 0.000 description 6
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 6
- 208000002177 Cataract Diseases 0.000 description 5
- 206010027646 Miosis Diseases 0.000 description 5
- 210000003205 Muscles Anatomy 0.000 description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001886 ciliary Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 4
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 4
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 description 3
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 3
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 3
- 201000004569 blindness Diseases 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000004379 myopia Effects 0.000 description 3
- 201000010041 presbyopia Diseases 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000004393 visual impairment Effects 0.000 description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- 210000004556 Brain Anatomy 0.000 description 2
- 210000000554 Iris Anatomy 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000001174 ascending Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 2
- 238000007516 diamond turning Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000012213 gelatinous substance Substances 0.000 description 2
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 description 2
- 230000004305 hyperopia Effects 0.000 description 2
- 201000006318 hyperopia Diseases 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 2
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 2
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 210000002159 Anterior Chamber Anatomy 0.000 description 1
- 210000001742 Aqueous Humor Anatomy 0.000 description 1
- 206010012601 Diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- SUBDBMMJDZJVOS-UHFFFAOYSA-N Esomeprazole Chemical compound N=1C2=CC(OC)=CC=C2NC=1S(=O)CC1=NC=C(C)C(OC)=C1C SUBDBMMJDZJVOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 206010020675 Hypermetropia Diseases 0.000 description 1
- 206010022114 Injury Diseases 0.000 description 1
- 210000003041 Ligaments Anatomy 0.000 description 1
- 210000001328 Optic Nerve Anatomy 0.000 description 1
- 206010047513 Vision blurred Diseases 0.000 description 1
- 210000004127 Vitreous Body Anatomy 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 201000003046 cornea plana Diseases 0.000 description 1
- 230000001351 cycling Effects 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000414 obstructive Effects 0.000 description 1
- 230000004380 optic nerve Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Настоящее изобретение в целом относится к глазным линзам, и более конкретно к глазным контактным и внутриглазным мультифокальным дифракционным линзам, обеспечивающим порядки дифракции с настраиваемым распределением света для различных размеров зрачка.The present invention relates generally to ophthalmic lenses, and more specifically to ophthalmic contact and intraocular multifocal diffractive lenses providing diffraction orders with tunable light distribution for different pupil sizes.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Офтальмология - это область медицины, изучающая анатомию, физиологию и болезни человеческого глаза.Ophthalmology is the branch of medicine that studies the anatomy, physiology and diseases of the human eye.
Анатомия человеческого глаза является довольно сложной. Главные структуры глаза включают в себя роговицу, сферическую прозрачную ткань на внешней передней стороне глаза; радужку, которая является окрашенной частью глаза; зрачок, адаптируемое отверстие в радужке, которое регулирует количество света, получаемого глазом; хрусталик, небольшой прозрачный диск внутри глаза, который фокусирует световые лучи на сетчатку; сетчатку, которая является слоем, образующим заднюю часть или заднюю сторону глаза и преобразующим воспринимаемый свет в электрические импульсы, которые через зрительный нерв поступают в мозг. Задняя камера, то есть пространство между сетчаткой и хрусталиком, заполнена водянистой жидкостью, а передняя камера глаза, то есть пространство между хрусталиком и роговицей, заполнена стекловидным телом, прозрачным студенистым веществом.The anatomy of the human eye is quite complex. The main structures of the eye include the cornea, a spherical transparent tissue on the outer front of the eye; the iris, which is the colored part of the eye; pupil, an adaptable opening in the iris that regulates the amount of light received by the eye; lens, a small transparent disk inside the eye that focuses light rays onto the retina; the retina, which is the layer that forms the back or back of the eye and converts perceived light into electrical impulses that travel through the optic nerve to the brain. The posterior chamber, that is, the space between the retina and the lens, is filled with aqueous humor, and the anterior chamber of the eye, that is, the space between the lens and the cornea, is filled with the vitreous, a transparent gelatinous substance.
Естественный хрусталик имеет гибкую, прозрачную, двояковыпуклую структуру, и вместе с роговицей преломляет свет, фокусируя его на сетчатке. Хрусталик является более плоским на своей передней стороне, чем на задней стороне, и его кривизной управляют ресничные мышцы, с которыми хрусталик соединяется поддерживающими связками, называемыми зонулами. При изменении кривизны хрусталика фокусное расстояние глаза изменяется так, чтобы сфокусироваться на объектах на различных расстояниях. Для того, чтобы рассмотреть объект на малом расстоянии от глаза, ресничные мышцы сжимаются, и хрусталик утолщается, приобретая более круглую форму, и таким образом высокую преломляющую способность. Изменение фокуса для рассматривания объекта на большем расстоянии требует релаксации хрусталика, и таким образом увеличения фокусного расстояния. Этот процесс изменения кривизны и фокусного расстояния глаза для формирования четкого изображения объекта на сетчатке называют аккомодацией.The natural lens has a flexible, transparent, biconvex structure, and together with the cornea refracts light, focusing it on the retina. The lens is flatter on its anterior side than on its posterior side, and its curvature is controlled by the ciliary muscles, to which the lens is connected by supporting ligaments called zonules. By changing the curvature of the lens, the focal length of the eye changes to focus on objects at different distances. In order to view an object at a short distance from the eye, the ciliary muscles contract and the lens thickens, becoming more round, and thus high refractive power. Changing the focus to view an object at a greater distance requires relaxation of the lens, and thus increasing the focal length. This process of changing the curvature and focal length of the eye to form a sharp image of an object on the retina is called accommodation.
У людей преломляющая способность хрусталика в его естественной среде составляет приблизительно 18-20 диоптрий, примерно одну треть от полной оптической силы глаза. Роговица обеспечивает оставшиеся 40 диоптрий полной оптической силы глаза.In humans, the refractive power of the lens in its natural environment is approximately 18-20 diopters, approximately one-third of the full refractive power of the eye. The cornea supplies the remaining 40 diopters of the full optical power of the eye.
При старении глаза непрозрачность хрусталика увеличивается, и возникает катаракта. Некоторые заболевания, такие как диабет, травма, а также некоторые лекарства и чрезмерная доза ультрафиолетового света также могут вызывать катаракту. Катаракта является безболезненной и приводит к мутному, размытому зрению. Способы лечения катаракты включают в себя хирургию, когда мутный хрусталик удаляется и замещается искусственным, обычно называемым внутриглазной линзой, IOL.As the eye ages, the opacity of the lens increases and cataracts occur. Certain medical conditions such as diabetes, trauma, and certain medications and overdose of ultraviolet light can also cause cataracts. Cataracts are painless and result in cloudy, blurry vision. Methods for treating cataracts include surgery where the cloudy lens is removed and replaced with an artificial lens, commonly called an intraocular lens, IOL.
Другой возрастной эффект называют пресбиопией, которая проявляется в затруднении при чтении мелкого шрифта или четкого просмотра близкорасположенных изображений. Считается, что пресбиопия обычно вызывается утолщением и потерей гибкости естественного хрусталика в глазу. Возрастные изменения также происходят в ресничных мышцах, окружающих хрусталик. При уменьшении эластичности становится более трудно фокусироваться на объектах, находящихся близко к глазу.Another age-related effect is called presbyopia, which manifests itself in difficulty reading small print or clearly viewing close-up images. It is believed that presbyopia is usually caused by a thickening and loss of flexibility of the natural lens in the eye. Age-related changes also occur in the ciliary muscles surrounding the lens. As elasticity decreases, it becomes more difficult to focus on objects that are close to the eye.
Различные внутриглазные линзы также используются для коррекции других нарушений зрения, таких как близорукость или миопия, когда глаз неспособен видеть отдаленные объекты, вызываемые, например, роговицей, имеющей слишком большую кривизну. Эффект миопии состоит в том, что световые лучи от удаленных объектов фокусируются в точке перед сетчаткой, а не прямо на ее поверхности. Также известны гиперопия или дальнозоркость, вызываемая аномально плоской роговицей, так что световые лучи, попадающие в глаз, фокусируются за сетчаткой, не позволяя сфокусироваться на близких объектах, и астигматизм, который является еще одной распространенной причиной зрительных затруднений, при которых изображения становятся размытыми благодаря нерегулярной форме роговицы.Various intraocular lenses are also used to correct other visual impairments such as nearsightedness or myopia, where the eye is unable to see distant objects caused, for example, by a cornea that has too much curvature. The effect of myopia is that light rays from distant objects are focused at a point in front of the retina rather than directly on its surface. Also known are hyperopia, or farsightedness, caused by an abnormally flat cornea so that light rays entering the eye are focused behind the retina, preventing close objects from being focused, and astigmatism, which is another common cause of visual impairment, in which images become blurry due to irregular the shape of the cornea.
В большинстве случаев внутриглазные линзы имплантируются в глаз пациента во время операции по удалению катаракты, чтобы компенсировать потерю оптической силы удаленного хрусталика. Современная оптика IOL проектируется так, чтобы она имела мультифокальную оптику для обеспечения зрения на близком, среднем и дальнем расстояниях, и также называется мультифокальной IOL, MIOL, или более конкретно трифокальными линзами. Пресбиопия корректируется очками или контактными линзами, а также можно использовать мультифокальную оптику. Мультифокальные глазные линзы используют два оптических принципа, преломление (рефракцию) и дифракцию.In most cases, intraocular lenses are implanted in the patient's eye during cataract surgery to compensate for the loss of optical power of the removed lens. Modern IOL optics are designed to have multifocal optics for near, intermediate and far vision, and are also called multifocal IOL, MIOL, or more specifically trifocal lenses. Presbyopia is corrected with glasses or contact lenses, and multifocal optics can also be used. Multifocal eye lenses use two optical principles, refraction (refraction) and diffraction.
Для того, чтобы проиллюстрировать физическую разницу между этими принципами, в данном описании используется волновая модель света. В этой модели электромагнитная волна распространяется в конкретном направлении с конкретной скоростью, и имеет конкретные длину волны, амплитуду и фазу.In order to illustrate the physical difference between these principles, this description uses the wave model of light. In this model, an electromagnetic wave propagates in a specific direction at a specific speed, and has a specific wavelength, amplitude, and phase.
Рефракция - это отклонение, которое испытывает световая волна при прохождении из одной среды, такой как воздух или жидкость, в другую среду, такую как стекло или пластик, которая имеет другую скорость распространения световой волны.Refraction is the deflection that a light wave experiences when passing from one medium, such as air or liquid, to another medium, such as glass or plastic, which has a different propagation speed of the light wave.
Дифракция в своей основной форме основана на том физическом эффекте, что световые волны, падая на неровности объекта, становятся источником вторичных световых волн. Эти вторичные волны могут интерферировать друг с другом усиливающим и ослабляющим образом. Усиливающая интерференция возникает, когда разность оптических путей волн, приходящих в конкретную точку, кратна их длине волны, так что их амплитуды усиливаются. В таком случае также говорят, что волны являются синфазными. Ослабляющая интерференция возникает, когда разность в длине оптического пути, проходимого интерферирующими световыми волнами, нечетно кратна половине длины волны, так что гребень одной волны встречается с впадиной другой волны, и эти волны частично или полностью гасят друг друга. В таком случае также говорят, что волны являются несовпадающими по фазе.Diffraction in its basic form is based on the physical effect that light waves, falling on the irregularities of the object, become a source of secondary light waves. These secondary waves can interfere with each other in an amplifying and attenuating manner. Amplifying interference occurs when the difference in the optical paths of waves arriving at a particular point is a multiple of their wavelength so that their amplitudes are amplified. In such a case, the waves are also said to be in-phase. Weakening interference occurs when the difference in optical path length traveled by interfering light waves is an odd multiple of half a wavelength, such that the crest of one wave meets the trough of another wave, and the waves partially or completely cancel each other out. In such a case, the waves are also said to be out of phase.
Мультифокальная глазная линза обычно имеет двояковыпуклую или плоско-выпуклую форму или двояковогнутую или плоско-вогнутую форму, кривизна и толщина которой выполнены с возможностью обеспечения первой фокальной точки на ее оптической оси с помощью рефракции. На одной или на обеих из передней и задней поверхностей линзы может быть предусмотрен пропускающий поверхностный рельеф или дифракционная решетка, состоящая из регулярно или периодически расположенных ребер и/или канавок, предназначенных для рассеивания проходящего света и расположенных в концентрических кольцах или зонах на соответствующей поверхности линзы. Периодическое расстояние или шаг ребер и/или канавок по существу определяют точки ослабляющей и усиливающей интерференции на оптической оси линзы. Форма и высота ребер и/или канавок управляют количеством падающего света, которое обеспечивается в точке усиливающей интерференции посредством дифракции. Точки усиливающей интерференции обычно называют порядками дифракции или фокальными точками. Дифракционный рельеф может быть спроектирован, например, так, чтобы обеспечить вторую и третью фокальные точки трифокальной линзы, отличающиеся от рефракционной фокальной точки.A multifocal eye lens typically has a biconvex or plano-convex shape, or a biconcave or plano-concave shape, the curvature and thickness of which is configured to provide a first focal point on its optical axis by refraction. On one or both of the front and rear surfaces of the lens, a transmissive surface relief or diffraction grating may be provided, consisting of regularly or periodically arranged ribs and/or grooves designed to scatter transmitted light and located in concentric rings or zones on the corresponding lens surface. The periodic spacing or pitch of the ribs and/or grooves essentially determines the points of attenuating and amplifying interference on the optical axis of the lens. The shape and height of the ribs and/or grooves control the amount of incident light that is provided at the amplifying interference point by means of diffraction. Points of amplifying interference are commonly referred to as diffraction orders or focal points. The diffractive relief may be designed, for example, to provide the second and third focal points of the trifocal lens other than the refractive focal point.
Современные мультифокальные глазные линзы, как правило, проектируются с использованием двух хорошо известных типов основных дифракционных решеток или рельефов - пилообразного типа и бинарного типа. В данном описании термин «пилообразный тип» или «зазубренный тип» означает класс пропускающих дифракционных решеток или рельефов, состоящих из множества периодически повторяющихся, смежно расположенных, имеющих форму призмы прозрачных дифракционных оптических элементов (DOE), имеющих монотонно наклонную принимающую свет поверхность, такую как линейная или искривленная монотонно наклонная принимающая свет поверхность. Термин «бинарный тип» в данном описании означает класс пропускающих дифракционных рельефов, состоящих из множества периодически повторяющихся, отстоящих друг от друга прозрачных DOE прямоугольной или призматической формы.Modern multifocal eye lenses are typically designed using two well-known types of basic diffraction gratings or patterns - sawtooth type and binary type. As used herein, the term "sawtooth type" or "serrated type" means a class of transmissive diffraction gratings or patterns consisting of a plurality of periodically repeating, adjacent, prism-shaped transparent diffractive optical elements (DOEs) having a monotonically inclined light-receiving surface, such as a linear or curved, monotonically inclined light-receiving surface. The term "binary type" in this description means a class of transmissive diffractive reliefs, consisting of many periodically repeating, spaced transparent DOE rectangular or prismatic shape.
Для работы в качестве линзы период повторения или шаг зубчатой решетки должен монотонно уменьшаться в радиальном направлении r от центра или оптической оси линзы. Более конкретно, если первый период начинается в центре линзы, а второй период начинается при (1*k)0,5, где k является константой, тогда третий период начинается при (2*k)0,5, четвертый - при (3*k)0,5 и т.д. Соответственно, в дифракционной оптике выгодно представлять решетку в так называемом пространстве r2. А именно, параметр вдоль горизонтальной оси меняется в зависимости от r2, так что период проявляется при равноудаленном повторении.To work as a lens, the repetition period or pitch of the scalloped grating must decrease monotonically in the radial direction r from the center or optical axis of the lens. More specifically, if the first period starts at the center of the lens and the second period starts at (1*k) 0.5 , where k is a constant, then the third period starts at (2*k) 0.5 , the fourth at (3* k) 0.5 etc. Accordingly, in diffractive optics it is advantageous to represent the grating in the so-called r 2 space. Namely, the parameter along the horizontal axis varies with r 2 , so that the period appears at equidistant repetition.
Вычисление фокальных точек, то есть дифракционных порядков, таких основных рельефов является известным и простым для специалиста в области дифракционных оптических линз. В большинстве случаев для использования в качестве глазной линзы период или шаг основных рельефов или решеток выбирается так, чтобы иметь первый и/или второй порядки дифракции, чтобы обеспечить целевые фокальные точки. Причина этого заключается в том, что с этими основными рельефами большая часть света дифрагирует в низшие дифракционные порядки. В процессе проектирования рельеф строится с амплитудным профилем, чтобы получить желаемый профиль интенсивности света в рефракционной фокальной точке и дифрагирующего в первый и/или второй дифракционные порядки этих основных решеток или рельефов. Однако такой подход не приводит автоматически к оптимальному распределению света, падающего на линзу, потому что некоторое количество света также распределяется по более высоким дифракционным порядкам, которые не используются, что делает настройку или управление относительным распределением света между фокальными точками линзы затрудненными для различных размеров зрачка, что может значительно снизить общую эффективность мультифокальной линзы.Calculation of focal points, ie diffractive orders, of such primary reliefs is known and simple to those skilled in the art of diffractive optical lenses. In most cases, for use as an eye lens, the period or pitch of the main reliefs or gratings is chosen to have first and/or second orders of diffraction to provide target focal points. The reason for this is that with these major reliefs, most of the light is diffracted into lower diffraction orders. During the design process, the relief is built with an amplitude profile to obtain the desired light intensity profile at the refractive focal point and diffracting into the first and/or second diffraction orders of these basic gratings or reliefs. However, this approach does not automatically result in an optimal distribution of light falling on the lens, because some light is also distributed over higher diffraction orders that are not used, making it difficult to adjust or control the relative distribution of light between lens focal points for different pupil sizes. which can significantly reduce the overall effectiveness of a multifocal lens.
Европейские патенты №№ 2377493 и 2503962, например, пытаются устранить это снижение эффективности для трифокальных внутриглазных линз путем наложения дифракционных рельефов или решеток, каждая из которых предназначена для индивидуального обеспечения одной из целевых дифракционных фокальных точек линзы. Шаги рельефов или решеток должны выбираться таким образом, чтобы второй порядок дифракции одного профиля совпадал с первым порядком дифракции другого профиля. Помимо того, что свобода конструктивного решения такой внутриглазной линзы, таким образом, ограничена конкретными фокусными расстояниями, на которых совпадают первый и второй порядки дифракции различных рельефов, следует понимать, что свет, дифрагирующий в более высокие дифракционные порядки и не добавляющийся ни к одной из целевых фокальных точек, все еще теряется. Соответственно, эти конструктивные решения не обеспечивают эффективного средства против дифракционных потерь во внутриглазных линзах.European Patent Nos. 2377493 and 2503962, for example, attempt to eliminate this performance degradation for trifocal intraocular lenses by superimposing diffractive reliefs or gratings, each designed to individually provide one of the target diffractive focal points of the lens. Steps of reliefs or gratings should be chosen in such a way that the second order of diffraction of one profile coincides with the first order of diffraction of another profile. In addition to the fact that the freedom of design of such an intraocular lens is thus limited to specific focal lengths at which the first and second diffraction orders of various reliefs coincide, it should be understood that light diffracted into higher diffraction orders and not added to any of the target focal points is still lost. Accordingly, these designs do not provide an effective remedy for diffraction loss in intraocular lenses.
Международная патентная заявка WO2017/055503 раскрывает суперпозицию различных типов основных дифракционных рельефов или решеток, таких как пилообразного типа и бинарного типа, каждый из которых имеет одну и ту же фокальную точку первого порядка. Эта объединенная фокальная точка обеспечивает одну из целевых дифракционных фокальных точек линзы. Однако для целей проектирования мультифокальной линзы, такой как трифокальная линза, это конструктивное решение становится усложненным, поскольку другая целевая фокальная точка линзы возникает при суммировании наложенных профилей и, следовательно, не может быть рассчитана и нацелена индивидуально заранее.International patent application WO2017/055503 discloses a superposition of different types of basic diffraction reliefs or gratings, such as sawtooth type and binary type, each having the same first order focal point. This combined focal point provides one of the target diffractive focal points of the lens. However, for the purposes of designing a multifocal lens such as a trifocal lens, this design becomes complicated because the other target focal point of the lens arises from the sum of superimposed profiles and therefore cannot be individually calculated and targeted in advance.
В европейской патентной заявке EP 2375276 отмечается, что управление или настройка распределения света в фокальных точках дифракционных рельефов или решеток, например пилообразного типа и бинарного типа, обычно обозначаемых как ступенчатые DOE, путем изменения формы и высоты или амплитуды оптической передаточной функции дифракционной решетки может привести к дифракционным решеткам, имеющим острые края в их профиле высоты, которые будет трудно произвести.European patent application EP 2375276 notes that controlling or adjusting the distribution of light at the focal points of diffraction reliefs or gratings, such as sawtooth type and binary type, commonly referred to as stepped DOE, by changing the shape and height or amplitude of the optical transfer function of the diffraction grating can lead to diffraction gratings having sharp edges in their height profile that would be difficult to produce.
С этой целью патентный документ EP 2375276 раскрывает сглаживание острых краев ступенчатого дифракционного рельефа или решетки любым из приближений кривой с использованием синусоидальных и косинусоидальных функций, полиномиальных выражений, фильтрации или свертки с использованием супергауссовой функции. Сглаживание приводит к тому, что острые края или ступеньки DOE пилообразного или бинарного типа растягиваются или расширяются в радиальном направлении линзы. Патентный документ EP 2375276, однако, ничего не говорит об обеспечении других распределений света для различных размеров зрачка для данного набора целевых фокальных точек.To this end, EP 2375276 discloses smoothing the sharp edges of a stepped diffraction pattern or grating by any of the curve approximations using sine and cosine functions, polynomial expressions, filtering or convolution using a super Gaussian function. Smoothing causes the sharp edges or steps of the sawtooth or binary DOE to stretch or expand in the radial direction of the lens. EP 2375276, however, is silent on providing different light distributions for different pupil sizes for a given set of target focal points.
Опубликованная патентная заявка US 2006/0116764 раскрывает дифракционные зоны, которые могут быть расположены внутри части поверхности линзы, называемой зоной аподизации, окруженной периферийной частью поверхности, которая по существу лишена дифракционных структур. Эти дифракционные зоны могут быть отделены друг от друга множеством ступенек, расположенных на границах зоны, которые имеют по существу однородные высоты. Альтернативно высоты ступенек могут быть неоднородными. Например, высоты ступенек могут прогрессивно уменьшаться как функция увеличивающегося расстояния от оптической оси хрусталика. С помощью этой аподизации подстраивается распределение света в рефракционной фокальной точке относительно дифракционных фокальных точек.Published patent application US 2006/0116764 discloses diffractive zones that can be located within a portion of the lens surface, called the apodization zone, surrounded by a peripheral part of the surface, which is essentially devoid of diffractive structures. These diffractive zones can be separated from each other by a plurality of steps located at zone boundaries that have substantially uniform heights. Alternatively, the step heights may be non-uniform. For example, step heights can progressively decrease as a function of increasing distance from the optical axis of the lens. This apodization adjusts the distribution of light at the refractive focal point relative to the diffractive focal points.
Ни одна из вышеупомянутых публикаций предшествующего уровня техники не позволяет настраивать распределение света в целевых фокальных точках индивидуально, и например по-разному для различных размеров зрачка. Соответственно, существует потребность в улучшенном конструктивном решении глазной линзы, которое обеспечивало бы свободу в определении порядков дифракции или фокальных точек, а также настройку или управление относительной интенсивностью света во всех целевых фокальных точках, в частности для различных размеров зрачка, избегая в максимально возможной степени дифракции света в дифракционных порядках, не вносящих вклад в целевые фокальные точки, обеспечивая тем самым улучшенное общее восприятие пользователем.None of the aforementioned prior art publications makes it possible to adjust the distribution of light at the target focal points individually, and for example differently for different pupil sizes. Accordingly, there is a need for an improved ocular lens design that provides freedom in defining diffraction orders or focal points, as well as setting or controlling the relative light intensity at all target focal points, in particular for different pupil sizes, avoiding diffraction as much as possible. light in diffractive orders that do not contribute to the target focal points, thereby providing an improved overall user experience.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
В первом аспекте настоящее изобретение предлагает глазную мультифокальную линзу, содержащую по меньшей мере фокальные точки для зрения на близком расстоянии, зрения на среднем расстоянии и зрения на большом расстоянии, имеющую светопропускающее тело линзы, содержащее оптическую ось, и обеспечивающую рефракционную фокальную точку, а также периодическую светопропускающую дифракционную решетку, проходящую концентрически в радиальном направлении по меньшей мере через часть по меньшей мере одной поверхности тела линзы, обеспечивающую набор дифракционных фокальных точек, причем дифракционная решетка предназначена для работы в качестве светоделителя для распределения света, падающего на тело линзы, в рефракционной и дифракционных фокальных точках, причем рефракционная фокальная точка обеспечивает фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, а дифракционные фокальные точки обеспечивают фокальные точки для зрения на близком расстоянии и зрения на большом расстоянии, причем дифракционная решетка имеет оптическую передаточную функцию, содержащую непрерывную периодическую функцию фазового профиля, проходящую в радиальном направлении тела линзы. Эта непрерывная периодическая функция фазового профиля содержит аргумент, модулируемый в зависимости от радиального расстояния до оптической оси тела линзы, настраивая тем самым распределение света, падающего на тело линзы.In a first aspect, the present invention provides an ophthalmic multifocal lens comprising at least focal points for near vision, intermediate vision, and long distance vision, having a light-transmitting lens body comprising an optical axis, and providing a refractive focal point as well as periodic a light-transmitting diffraction grating extending concentrically in the radial direction through at least a portion of at least one surface of the lens body providing a set of diffractive focal points, wherein the diffraction grating is designed to operate as a beam splitter for distributing light incident on the lens body into the refractive and diffractive focal points, wherein the refractive focal point provides the focal point for medium distance vision, and the diffractive focal points provide focal points for near and far vision, wherein the diffractive focal point the grating has an optical transfer function containing a continuous periodic phase profile function extending in the radial direction of the lens body. This continuous periodic phase profile function contains an argument modulated as a function of the radial distance to the optical axis of the lens body, thereby adjusting the distribution of light incident on the lens body.
Настоящее изобретение основано на понимании того, что глазная линза, имеющая непрерывную периодическую функцию фазового профиля, проходящую в радиальном направлении тела линзы, вызывает меньше дискомфорта и нарушения зрения по сравнению с линзой, имеющей функцию фазового профиля прерывистого или зубчатого типа. Функция называется непрерывной, когда в каждой точке или значении ее аргумента, то есть переменной, члена или выражения, которым оперирует функция, (i) функция определена в такой точке, (ii) пределы функции при приближении аргумента справа и слева существуют и равны, и (iii) предел функции при приближении аргумента к этой точке равен значению функции в этой точке.The present invention is based on the understanding that an eye lens having a continuous periodic phase profile function extending in the radial direction of the lens body causes less discomfort and visual impairment compared to a lens having a discontinuous or jagged type phase profile function. A function is said to be continuous when, at every point or value of its argument, i.e., variable, member, or expression operated on by the function, (i) the function is defined at that point, (ii) the limits of the function, when the argument is approximated from the right and from the left, exist and are equal, and (iii) the limit of the function as the argument approaches that point is equal to the value of the function at that point.
В соответствии с настоящим изобретением проектирование функции фазового профиля оптической передаточной функции или функции пропускания света дифракционной решеткой как непрерывной периодической функции фазового профиля обеспечивает свободу выбора целевых фокальных точек, а также управление распределением света в целевых фокальных точках, причем относительное распределение света в дифракционных и/или рефракционной фокальных точках настраивается путем модулирования аргумента функции фазового профиля как функции радиуса или радиального расстояния до оптической оси тела линзы.In accordance with the present invention, designing the phase profile function of the optical transfer function or the light transmission function of a diffraction grating as a continuous periodic function of the phase profile allows freedom in the choice of target focal points, as well as control over the distribution of light at the target focal points, wherein the relative distribution of light at the diffraction and/or The refractive focal points are tuned by modulating the argument of the phase profile function as a function of the radius or radial distance to the optical axis of the lens body.
Линзы, имеющие непрерывную периодическую функцию фазового профиля, среди прочего, являются менее чувствительными к ошибке при вычислении диоптрий, то есть к ошибке при вычислении требуемой коррекции оптической силы для конкретного пользователя, например из-за менее точного используемого врачом измерительного оборудования в случае установки внутриглазной линзы или используемого окулистом оборудования в случае установки контактной линзы. Кроме того, сообщается, что чувствительность к смещению (децентрированию) линзы в случае внутриглазных линз, которое может возникнуть после установки линзы из-за ее наклона и смещения, является незначительной для линз, имеющих непрерывную периодическую функцию фазового профиля. Также было отмечено, что такие линзы с меньшей вероятностью могут создавать блики, то есть затруднение зрения в присутствии яркого света, такого как прямой или отраженный солнечный свет, или искусственного света, такого как автомобильные фары ночью, рассеивания благодаря неоднородностям на пути, по которому падающий свет проходит через линзу, а также создает меньше ореолов, то есть белых или цветных световых колец или пятен, видимых при слабом освещении, т.е. при мезопических условиях.Lenses having a continuous periodic phase profile function, among other things, are less susceptible to error in the calculation of diopters, i.e. to an error in calculating the required refractive power correction for a particular user, for example due to less accurate measuring equipment used by the doctor in the case of an intraocular lens or the equipment used by the ophthalmologist if a contact lens is fitted. In addition, it is reported that the sensitivity to lens displacement (decentering) in the case of intraocular lenses, which can occur after lens installation due to its tilt and displacement, is negligible for lenses having a continuous periodic phase profile function. It has also been noted that such lenses are less likely to create glare, that is, obstruction of vision in the presence of bright light, such as direct or reflected sunlight, or artificial light, such as car headlights at night, scattering due to irregularities in the path along which the incident light passes through the lens and also creates fewer ghosting, i.e. white or colored light rings or spots visible in low light, i.e. under mesopic conditions.
Линзы, имеющие непрерывную периодическую функцию фазового профиля, особенно в случае гладких кривых, имеют то преимущество, что их легче производить в соответствии с расчетным профилем. Профили, содержащие внезапные смещения и острые точки, будут всегда приводить к увеличению погрешностей производства.Lenses having a continuous periodic phase profile function, especially in the case of smooth curves, have the advantage that they are easier to manufacture according to the design profile. Profiles containing sudden offsets and sharp points will always lead to increased production errors.
Вышеуказанные преимущества обусловлены большей частью отсутствием имеющих острые края концентрических колец или зон в дифракционной решетке, имеющей непрерывную периодическую функцию фазового профиля. С помощью настоящего изобретения, в частности, теперь становится возможным путем модуляции аргумента непрерывной периодической функции фазового профиля эффективно адаптировать или настраивать относительное распределение света или распределение энергии в каждой из целевых фокальных точек периодической функции фазового профиля. Следовательно, настоящее изобретение предлагает мультифокальные глазные линзы, имеющие упомянутые выше преимущества и настраиваемые в отношении индивидуального распределения света во всех его соответствующих или пригодных для использования фокальных точках.The above advantages are due in large part to the absence of sharp-edged concentric rings or zones in a diffraction grating having a continuous periodic phase profile function. With the present invention, in particular, it is now possible, by modulating the argument of the continuous periodic phase profile function, to effectively adapt or adjust the relative light distribution or energy distribution at each of the target focal points of the periodic phase profile function. Therefore, the present invention provides multifocal ophthalmic lenses having the advantages mentioned above and being customizable in terms of individual light distribution at all of its respective or usable focal points.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения аргумент модулируется периодическими сглаженными переходами на непрерывной периодической функции фазового профиля, то есть соответствующим профилем высоты или оптической передаточной функцией дифракционной решетки, реализуемыми непрерывной периодической функцией фазового профиля.In accordance with one embodiment of the present invention, the argument is modulated by periodic smooth transitions on a continuous periodic phase profile function, i.e., the corresponding height profile or grating optical transfer function implemented by a continuous periodic phase profile function.
За счет введения периодических сглаженных переходов в непрерывную периодическую функцию фазового профиля, то есть соответствующего профиля высоты, реализация оптической передаточной функции, содержащей такую функцию фазового профиля, не составляет проблемы для механической обработки. За счет сглаживания переходов в дифракционную решетку не вводятся или вводятся лишь незначительные артефакты, так что поддерживаются свойства настроенной линзы, включающей непрерывную периодическую функцию фазового профиля в отношении менее нежелательных оптических эффектов, таких как рассеянный свет, хроматическая аберрация, гало, блики, рассеяние и т.п.By introducing periodic smoothed transitions into a continuous periodic phase profile function, ie the corresponding height profile, the implementation of an optical transfer function containing such a phase profile function is not a problem for machining. By smoothing transitions, no or only minor artifacts are introduced into the diffraction grating so that the properties of a tuned lens including a continuous periodic phase profile function are maintained with respect to less undesirable optical effects such as stray light, chromatic aberration, halo, flare, scattering, etc. .P.
В одном дополнительном варианте осуществления глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением распределение света на каждом переходе распространяется на часть периода непрерывной периодической функции фазового профиля, настраивая тем самым распределение света в дифракционных фокальных точках, причем каждый переход содержит по меньшей мере одно из:In one further embodiment of an ophthalmic multifocal lens in accordance with the present invention, the distribution of light at each transition is extended over a portion of the period of a continuous periodic phase profile function, thereby adjusting the distribution of light at the diffractive focal points, with each transition comprising at least one of:
- перехода, обеспечивающего смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы, и- a transition that provides a shift in a continuous periodic function of the phase profile in the radial direction of the lens body, and
- перехода, обеспечивающего смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля в направлении, поперечном по меньшей мере к одной поверхности тела линзы.- a transition that provides a shift in a continuous periodic function of the phase profile in a direction transverse to at least one surface of the lens body.
Было обнаружено, что переход, обеспечивающий локальное смещение в периоде непрерывной периодической функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы и/или в направлении, поперечном по меньшей мере к одной поверхности тела линзы, вызывает изменение в относительном распределении света между дифракционными фокальными точками, то есть фокальными точками для зрения на близком расстоянии и зрения на большом расстоянии, по сравнению с непрерывной периодической функцией фазового профиля без такой модуляции аргумента. Перемещается ли относительное распределение света в фокальную точку для зрения на близком расстоянии или фокальную точку для зрения на большом расстоянии, зависит от направления локального смещения в периоде непрерывной периодической функции фазового профиля.It has been found that a transition providing a local shift in the period of a continuous periodic function of the phase profile in the radial direction of the lens body and/or in the direction transverse to at least one surface of the lens body causes a change in the relative distribution of light between the diffractive focal points, i.e. focal points for near and far vision, compared to a continuous periodic phase profile function without such modulation of the argument. Whether the relative light distribution moves to the focal point for near vision or the focal point for far vision depends on the direction of the local displacement in the period of the continuous periodic phase profile function.
В другом варианте осуществления глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением переходы, обеспечивающие смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы, располагаются в положении по меньшей мере одного из переднего и заднего фронтов или склона непрерывной периодической функции фазового профиля, и переходы, обеспечивающие смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля в направлении, поперечном по меньшей мере к одной поверхности тела линзы, располагаются в положении по меньшей мере одного из гребня и впадины непрерывной периодической функции фазового профиля.In another embodiment of the ophthalmic multifocal lens in accordance with the present invention, transitions providing a shift in the continuous periodic phase profile function in the radial direction of the lens body are located at the position of at least one of the leading and trailing edges or slope of the continuous periodic phase profile function, and transitions , providing a shift in the continuous periodic function of the phase profile in the direction transverse to at least one surface of the lens body, are located in the position of at least one of the crest and trough of the continuous periodic function of the phase profile.
Было обнаружено, что уже небольшие смещения в радиальном направлении тела линзы, расположенные на одном или обоих из переднего и заднего фронтов, и относительно небольшие смещения, поперечные радиальному направлению на одном или обоих из гребня и впадины, очень эффективно влияют на соотношение света, распределяемого между дифракционными фокусами.It has been found that already small offsets in the radial direction of the lens body, located on one or both of the leading and trailing fronts, and relatively small offsets transverse to the radial direction on one or both of the crest and trough, very effectively affect the ratio of light distributed between diffraction foci.
Аргумент может модулироваться таким образом, что переходы обеспечиваются во множестве периодов непрерывной периодической функции фазового профиля, то есть во множестве смежных периодов или во множестве несмежных периодов в зависимости от требуемой настройки распределения света. Кроме того, возможны комбинации различных типов модуляции, то есть комбинации переходов на переднем и заднем фронтах или склонах непрерывной периодической функции фазового профиля и переходов на или близко к гребню или впадине непрерывной периодической функции фазового профиля.The argument can be modulated such that transitions are provided in multiple periods of the continuous periodic phase profile function, ie multiple adjacent periods or multiple non-adjacent periods depending on the desired light distribution setting. In addition, combinations of different types of modulation are possible, i.e. combinations of transitions at the leading and trailing edges or slopes of the continuous periodic phase profile function and transitions at or close to the crest or trough of the continuous periodic phase profile function.
В соответствии с одним дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения эти переходы в непрерывной периодической функции фазового профиля могут содержать:In accordance with one additional embodiment of the present invention, these transitions in a continuous periodic phase profile function may comprise:
- переходы, обеспечивающие идентичное смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля во множестве периодов непрерывной периодической функции фазового профиля,- transitions that provide an identical shift in the continuous periodic function of the phase profile in the set of periods of the continuous periodic function of the phase profile,
- переходы, обеспечивающие смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля, которая увеличивается на множестве периодов непрерывной периодической функции фазового профиля, и- transitions providing a shift in the continuous periodic phase profile function, which increases over a plurality of periods of the continuous periodic phase profile function, and
- переходы, обеспечивающие смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля, которая уменьшается на множестве периодов непрерывной периодической функции фазового профиля.- transitions that provide a shift in the continuous periodic function of the phase profile, which decreases on the set of periods of the continuous periodic function of the phase profile.
Термин «идентичный» относится к переходам, которые периодически обеспечивают по существу идентичное смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля. Термины «увеличивается» или «уменьшается» относятся к переходам, посредством которых смещение в непрерывной периодической функции фазового профиля увеличивается или уменьшается, соответственно, на множестве периодов в радиальном направлении тела линзы.The term "identical" refers to transitions that periodically provide a substantially identical shift in a continuous periodic function of the phase profile. The terms "increases" or "decreases" refer to transitions by which the displacement in the continuous periodic phase profile function increases or decreases, respectively, over a plurality of periods in the lens body radial direction.
В случае идентичного смещения во множестве периодов непрерывной периодической функции фазового профиля распределение света в фокальных точках остается по существу постоянным по площади тела линзы, то есть по количеству периодов непрерывной периодической функции фазового профиля, в которых имеются эти переходы. За счет обеспечение нескольких, например смежных, областей на теле линзы со взаимно различными смещениями могут быть обеспечены различные распределения света для различных размеров зрачка.In the case of an identical shift in the set of periods of the continuous periodic phase profile function, the distribution of light at the focal points remains essentially constant over the area of the lens body, that is, in the number of periods of the continuous periodic phase profile function in which these transitions occur. By providing several, for example adjacent, areas on the lens body with mutually different offsets, different light distributions can be provided for different pupil sizes.
При изменении модуляции аргумента непрерывной периодической функции фазового профиля по поверхности тела линзы, то есть в радиальном направлении от оптической оси, распределение света в фокальных точках будет изменяться в зависимости от площади поверхности тела линзы, которая подвергается воздействию падающего света. Таким образом относительное распределение света в фокальных точках делается зависимым от размера зрачка пользователя. В большинстве случаев зрачок имеет малый размер при чтении книги и т.п., поскольку это обычно происходит в условиях хорошего освещения. Однако более темные условия, в которых зрачок расширяется, часто встречаются во время критических ситуаций, таких как, например, управление автомобилем или велосипедом. В этих последних случаях желательно иметь больше света в фокальной точке для зрения на большом расстоянии по сравнению с ожидаемыми ситуациями с относительно малым размером зрачка.By changing the modulation of the argument of the continuous periodic function of the phase profile along the surface of the lens body, that is, in the radial direction from the optical axis, the distribution of light at the focal points will change depending on the surface area of the lens body that is exposed to the incident light. Thus, the relative distribution of light at the focal points is made dependent on the size of the user's pupil. In most cases, the pupil has a small size when reading a book, etc., since this usually occurs in good lighting conditions. However, darker conditions in which the pupil dilates are often encountered during critical situations, such as driving or cycling. In these latter cases, it is desirable to have more light at the focal point for long distance vision than would be expected with relatively small pupil sizes.
При использовании переходов, обеспечивающих одно из увеличивающегося или уменьшающегося смещения во множестве периодов на площади тела линзы, то есть ряда периодов непрерывной периодической функции фазового профиля, в которых имеются переходы, относительное распределение света в дифракционных фокальных точках будет постепенно изменяться с изменением размера зрачка.When using transitions that provide one of increasing or decreasing displacement in a plurality of periods across the lens body area, i.e., a number of periods of a continuous periodic phase profile function in which there are transitions, the relative distribution of light at the diffractive focal points will gradually change with pupil size.
Например, было замечено, что при модулировании аргумента, например трех-пяти смежных периодов непрерывной периодической функции фазового профиля, достигается значительный вклад в настройку относительного распределения света в дифракционных фокальных точках для падающего света в той области линзы, на которой находятся эти периоды.For example, it has been observed that by modulating an argument, such as three to five adjacent periods of a continuous periodic phase profile function, a significant contribution is made to tuning the relative distribution of light at the diffraction focal points for incident light in the region of the lens on which these periods are located.
Таким образом, например, аргумент первого множества из трех-пяти смежных периодов непрерывной периодической функции фазового профиля, начинающегося от оптической оси тела линзы, соответствующего относительно малому размеру зрачка, может периодически модулироваться таким образом, что свет, распределяемый в близкую фокальную точку, улучшается по сравнению с фокальными точками для зрения на среднем расстоянии и для зрения на большом расстоянии. При этом посредством модуляции аргумента дополнительного множества из трех-пяти смежных периодов непрерывной периодической функции фазового профиля, смежных или отстоящих в радиальном направлении от первого множества, свет, распределяемый в фокальную точку для зрения на большом расстоянии, улучшается по сравнению с фокальными точками для близкого зрения и зрения на среднем расстоянии.Thus, for example, the argument of the first set of three to five contiguous periods of a continuous periodic phase profile function starting from the optical axis of the lens body corresponding to a relatively small pupil size can be periodically modulated such that light distributed to a close focal point improves in compared to focal points for intermediate and long distance vision. In this case, by modulating the argument of an additional set of three to five adjacent periods of the continuous periodic phase profile function, adjacent or radially spaced from the first set, the light distributed to the focal point for long distance vision is improved compared to the focal points for near vision. and medium distance vision.
Соответственно, пространственно распределенная модуляция аргумента непрерывной периодической функции фазового профиля, то есть при наличии различных модуляций по площади или поверхности тела линзы, то есть изменяющаяся непрерывно, по частям или дискретно в зависимости от радиального расстояния до оптической оси тела линзы, обеспечивает эффективную настройку распределения света в фокальных точках для различных размеров зрачка.Accordingly, the spatially distributed modulation of the argument of the continuous periodic function of the phase profile, that is, in the presence of various modulations over the area or surface of the lens body, that is, changing continuously, in parts or discretely depending on the radial distance to the optical axis of the lens body, provides an effective adjustment of the light distribution at focal points for different pupil sizes.
В одном дополнительном варианте осуществления глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением аргумент непрерывной периодической функции фазового профиля различным образом модулируется по телу линзы, настраивая тем самым распределение падающего на тело линзы света по-разному для различных размеров зрачка. В частности, при этом аргумент модулируется в ряде смежных периодов непрерывной периодической функции фазового профиля, покрывающих по меньшей мере одну область тела линзы, причем число смежных периодов и сила и/или тип модуляции аргумента отличаются в различных областях на теле линзы.In one further embodiment of the ophthalmic multifocal lens according to the present invention, the phase profile continuous periodic function argument is differently modulated over the lens body, thereby adjusting the distribution of light incident on the lens body differently for different pupil sizes. In particular, in this case, the argument is modulated in a number of adjacent periods of a continuous periodic phase profile function covering at least one region of the lens body, and the number of adjacent periods and the strength and/or type of modulation of the argument differ in different regions on the lens body.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается глазная мультифокальная линза, в которой аргумент непрерывной периодической функции фазового профиля модулируется для обеспечения первых трифокальных свойств в первой области поверхности линзы, проходящей в радиальном направлении и включающей оптическую ось, причем эти первые трифокальные свойства отдают преимущество распределению света в фокальную точку для зрения на близком расстоянии, и обеспечения вторых трифокальных свойств во второй области поверхности линзы, проходящей за первую область в радиальном направлении линзы в направлении к круговому краю тела линзы, причем эти вторые трифокальные свойства отдают преимущество распределению света в фокальную точку для зрения на большом расстоянии.In one embodiment of the present invention, a multifocal ophthalmic lens is provided in which the phase profile continuous periodic function argument is modulated to provide first trifocal properties in a first region of the lens surface extending in the radial direction and including the optical axis, these first trifocal properties giving priority to the distribution of light in focal point for near vision, and providing a second trifocal property in a second region of the lens surface extending beyond the first region in the radial direction of the lens towards the circumferential edge of the lens body, these second trifocal properties facilitating the distribution of light to the focal point for viewing at great distance.
В другом варианте осуществления глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением аргумент модулируется так, чтобы обеспечить при той же самой длине периода непрерывной периодической функции фазового профиля первый и второй переход, разнесенные в радиальном направлении корпуса линзы, причем второй переход по меньшей мере частично противодействует работе первого перехода.In another embodiment of the ophthalmic multifocal lens in accordance with the present invention, the argument is modulated so as to provide, for the same period length of the continuous periodic phase profile function, the first and second transitions spaced apart in the radial direction of the lens body, the second transition at least partially counteracting the operation first transition.
При существенном противодействии первого и второго переходов в длине периода непрерывной периодической функции фазового профиля, отклонения в периоде непрерывной периодической функции фазового профиля, и тем самым в положении целевых фокальных точек эффективно предотвращаются. Кроме того, таким образом возможно модифицировать каждый период непрерывной периодической функции фазового профиля независимо и управляемым образом для того, чтобы получить желаемый локальный вклад в распределение интенсивности. Количество света, распределенного в рефракционной фокальной точке, по существу не зависит от таких переходов и остается по существу тем же самым по сравнению с непрерывной периодической функцией фазового профиля без переходов.By substantially counteracting the first and second transitions in the period length of the continuous periodic phase profile function, deviations in the period of the continuous periodic phase profile function, and thus in the position of the target focal points, are effectively prevented. In addition, it is thus possible to modify each period of the continuous periodic phase profile function independently and in a controlled manner in order to obtain the desired local contribution to the intensity distribution. The amount of light distributed at the refractive focal point is essentially independent of such transitions and remains essentially the same as compared to a continuous periodic phase profile function without transitions.
В еще одном дополнительном варианте осуществления глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением аргумент модулируется в соответствии с функцией модуляции аргумента, которая в частности является периодической функцией, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции фазового профиля, в частности периодической функции, симметричной вокруг оптической оси, содержащей одно из непрерывной функции, непрерывной тригонометрической функции, треугольной функции и трапециевидной функции. Такая периодическая модуляция аргумента может обеспечить, например, гладкие переходы на непрерывной периодической функции фазового профиля, как было обсуждено выше.In yet another further embodiment of the ophthalmic multifocal lens according to the present invention, the argument is modulated according to an argument modulation function, which in particular is a periodic function having a period equal to the period of a continuous periodic phase profile function, in particular a periodic function symmetrical around the optical axis , containing one of a continuous function, a continuous trigonometric function, a triangular function, and a trapezoid function. Such a periodic modulation of the argument can provide, for example, smooth transitions to a continuous periodic phase profile function, as discussed above.
Поскольку дифракционная решетка имеет периодическую структуру, функция фазового профиля оптической передаточной функции является периодической функцией, и следовательно может быть разложена в ряд Фурье. Оптимизация общей эффективности распределения света в целевых рефракционной и дифракционных фокальных точках требует, чтобы сумма световых энергий порядков дифракции, связанных с целевыми фокальными точками, была максимальной. Световая энергия каждого порядка соответствует квадрату абсолютной величины коэффициента Фурье Tk соответствующего дифракционного порядка k.Since the diffraction grating has a periodic structure, the phase profile function of the optical transfer function is a periodic function, and therefore can be expanded in a Fourier series. Optimizing the overall light distribution efficiency at the target refractive and diffractive focal points requires that the sum of the light energies of the diffraction orders associated with the target focal points be maximized. The light energy of each order corresponds to the square of the absolute value of the Fourier coefficient Tk of the corresponding diffraction order k.
Например, в случае трифокальной глазной линзы с расщеплением волн, в которой рефракционная фокальная точка представляет фокальную точку зрения на среднем расстоянии, а дифракционные фокальные точки представляют фокальные точки для зрения на близком расстоянии и для зрения на большом расстоянии, соответственно, должно быть оптимизировано выражение |τ-m|2 + |τ0|2 + |τP|2, в котором индексы -m, 0 и p представляют дифракционный порядок, обеспечивающий фокальную точку для зрения на близком расстоянии, рефракционную фокальную точку, обеспечивающую зрение на среднем расстоянии, и дифракционный порядок, обеспечивающий фокальную точку для зрения на большом расстоянии, соответственно.For example, in the case of a wave splitting trifocal eye lens, in which the refractive focal point represents the focal point of view at an intermediate distance, and the diffractive focal points represent the focal points for near and far vision, respectively, the expression | τ -m | 2 + |τ 0 | 2 + |τ P | 2 , in which the indices -m, 0, and p represent the diffractive order providing the focal point for near vision, the refractive focal point providing medium distance vision, and the diffractive order providing the focal point for long distance vision, respectively.
Значение дифракционных порядков -m и p не обязательно должно быть равным. В настоящем изобретении в том случае, когда значение m равно значению p, например m=p=1, делитель волны называется симметричным делителем волны, а если значения m и p различаются, делитель волны называют асимметричным.The value of the diffraction orders -m and p need not be equal. In the present invention, when the value of m is equal to the value of p, for example, m=p=1, the wave splitter is called a symmetrical wave splitter, and if the values of m and p are different, the wave splitter is called asymmetric.
Вышеупомянутое ограничение оптимизации общей эффективности распределения света в целевых рефракционной и дифракционных фокальных точках, чтобы сумма световых энергий порядков дифракции, связанных с целевыми фокальными точками, была максимальной, не подразумевает, что световые энергии в каждой целевой рефракционной и дифракционной фокальной точке должны быть равными. Соответственно, оптимальная фазовая функция может быть получена в зависимости как от целевых фокальных точек, так и от целевых интенсивностей света или световых энергий в целевых фокальных точках.The above limitation of optimizing the overall light distribution efficiency at the target refractive and diffractive focal points so that the sum of the light energies of the diffraction orders associated with the target focal points is maximum does not imply that the light energies at each target refractive and diffractive focal point must be equal. Accordingly, an optimal phase function can be obtained depending on both the target focal points and the target light intensities or light energies at the target focal points.
Термин «концентрически» в отношении повторяющихся DOE дифракционной решетки в соответствии с настоящим изобретением не должен ограничиваться концентрическими круглыми или кольцевыми зонами, но включает в себя, например, концентрические эллиптические или овальные зоны, или вообще любой тип зон концентрической вращательной формы.The term "concentric" in relation to the repeating DOEs of a diffraction grating according to the present invention should not be limited to concentric circular or annular zones, but includes, for example, concentric elliptical or oval zones, or in general any type of zones of concentric rotational shape.
В соответствии с публикацией «Analytical derivation of the optimum triplicator», by F. Gori et al., in Optics Communication 157 (1998), p. 13-16, которая включена в настоящий документ посредством ссылки, для плоского симметричного делителя волны, содержащего две дифракционные фокальные точки при порядках дифракции +1 и -1 и рефракционную фокальную точку при порядке 0, функция фазового профиля, обеспечивающая оптимальную общую эффективность, то есть расщепление пучка падающего света с самой высокой мыслимой эффективностью в фокальных точках при порядках дифракции +1 и -1 и при порядке 0, может быть выражена одним непрерывным выражением или функцией замкнутой формы.According to "Analytical derivation of the optimum triplicator", by F. Gori et al., in Optics Communication 157 (1998), p. 13-16, which is incorporated herein by reference, for a planar symmetrical wave splitter comprising two diffractive focal points at diffraction orders of +1 and -1 and a refractive focal point at
В одном варианте осуществления мультифокальной глазной линзы в соответствии с настоящим изобретением дифракционная решетка выполнена с возможностью работы в качестве делителя волны и содержит две дифракционные фокальные точки в порядках дифракции +1 и -1, причем непрерывная периодическая функция фазового профиля выражается единственным непрерывным выражением или функцией замкнутой формы в соответствии с формулой:In one embodiment of a multifocal eye lens in accordance with the present invention, the diffraction grating is configured to operate as a wave splitter and contains two diffractive focal points in diffraction orders of +1 and -1, with a continuous periodic phase profile function being expressed by a single continuous expression or a closed function forms according to the formula:
где:where:
ϕ(r) - непрерывная периодическая фазовая функция дифракционной решетки,ϕ(r) - continuous periodic phase function of the diffraction grating,
r - радиальное расстояние или радиус, направленный наружу от оптической оси тела линзы, [мм],r - radial distance or radius directed outward from the optical axis of the lens body, [mm],
Α(r) - функция амплитудной модуляции непрерывной периодической функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы,Α(r) - amplitude modulation function of the continuous periodic function of the phase profile in the radial direction of the lens body,
F[α*G] - функция тела линзы в радиальном направлении, обеспечивающая операцию расщепления волны,F[α*G] - function of the lens body in the radial direction, providing the wave splitting operation,
G(r) - непрерывная периодическая функция в пространстве r2,G(r) is a continuous periodic function in the space r 2 ,
α(r) - функция модуляции величины аргумента G,α(r) - modulation function of the value of the argument G,
S(r) - функция угловой модуляции аргумента G в пространстве r2, [мм2],S(r) - function of angular modulation of argument G in space r 2 , [mm 2 ],
T - период или шаг дифракционной решетки в пространстве r2, [мм2], и T is the period or step of the diffraction grating in space r 2 , [mm 2 ], and
B(r) - функция амплитудной модуляции непрерывной периодической функции фазового профиля,B(r) - amplitude modulation function of the continuous periodic function of the phase profile,
причем по меньшей мере одна из функции модуляции величины аргумента α(r) и функции угловой модуляции аргумента S(r) содержит аргумент, модулируемый как функция радиального расстояния до оптической оси тела линзы.moreover, at least one of the modulation function of the argument value α(r) and the angular modulation function of the argument S(r) contains an argument modulated as a function of the radial distance to the optical axis of the lens body.
Функции α(r) и S(r) могут независимо выбираться для модулирования аргумента непрерывной периодической функции фазового профиля для настройки распределения света в целевых фокальных точках для различных размеров зрачка.The functions α(r) and S(r) can be independently selected to modulate the argument of the continuous periodic phase profile function to adjust the light distribution at the target focal points for different pupil sizes.
В соответствии с настоящим изобретением распределение света в дифракционных и рефракционной фокальных точках может быть дополнительно настроено путем адаптации по меньшей мере одной из функции амплитудной модуляции Α(r) и функции амплитудной модуляции B(r) непрерывной периодической функции фазового профиля.In accordance with the present invention, the distribution of light at the diffractive and refractive focal points can be further tuned by adapting at least one of the amplitude modulation function Α(r) and the amplitude modulation function B(r) of the continuous periodic phase profile function.
Функции амплитудной модуляции Α(r) и B(r) обеспечивают дополнительное управление количеством света, распределяемым между порядками дифракции ±1 и порядком 0 в зависимости от размера зрачка. В большинстве случаев, при условии, что самая большая потеря фазы в фазовом профиле ниже расчетной длины волны, увеличение любой или обеих функций амплитудной модуляции приведет к увеличению количества света, дифрагированного в дифракционных порядках ±1, то есть в дифракционных фокальных точках, по сравнению с порядком 0 или рефракционной фокальной точкой, в то время как уменьшение любой или обеих функций амплитудной модуляции приведет к увеличению количества света, обеспечиваемого в рефракционной фокальной точке, по сравнению с дифракционными фокальными точками.The amplitude modulation functions Α(r) and B(r) provide additional control over the amount of light distributed between diffraction orders ±1 and
Функции амплитудной модуляции могут изменяться в зависимости от радиального расстояния от центра или оптической оси линзы для целей аподизации. Изменение амплитуды является способом управления относительной интенсивностью света в промежуточной, то есть рефракционной фокальной точке. В практических вариантах осуществления в соответствии с настоящим изобретением функции амплитудной модуляции Α(r) и B(r) могут быть постоянными на части тела линзы.The amplitude modulation functions may vary depending on the radial distance from the center or optical axis of the lens for apodization purposes. Amplitude variation is a way of controlling the relative intensity of light at an intermediate, ie refractive, focal point. In practical embodiments in accordance with the present invention, the amplitude modulation functions Α(r) and B(r) may be constant across the lens body portion.
Можно доказать, что функция фазового профиля ϕ(r) в уравнении (1), где F[α*G] является обратной тангенциальной функцией, а G(r) представляет собой синусоидальную функцию, при S(r)=0, Α(r)=1 и B(r)=0 представляет собой непрерывную периодическую функцию фазового профиля плоской дифракционной решетки, делящей пучок падающего света с самой высокой мыслимой эффективностью в фокальных точках при дифракционном порядке ±1 и при порядке 0, как раскрыто в публикации Gori и др.It can be proven that the phase profile function ϕ(r) in equation (1), where F[α*G] is the inverse tangential function and G(r) is a sinusoidal function, with S(r)=0, Α(r )=1 and B(r)=0 is a continuous periodic function of the phase profile of a planar grating dividing an incident light beam with the highest conceivable efficiency at focal points at diffraction order ±1 and at
Функция модуляции величины аргумента или параметр распределения света α(r) согласно Gori и др. определяет количество света, распределяемое среди дифракционных порядков ±1 и 0. Общая эффективность такой функции фазового профиля ϕ(r) для плоских дифракционных решеток составляет более 0,925. В случае постоянной величины α(r)=2,65718 световая энергия в плоской дифракционной решетке равномерно распределяется среди целевых фокальных точек.The argument value modulation function or light distribution parameter α(r) according to Gori et al. determines the amount of light distributed among the ±1 and 0 diffraction orders. The overall efficiency of such a phase profile function ϕ(r) for planar gratings is over 0.925. In the case of a constant value of α(r)=2.65718, the light energy in a flat diffraction grating is evenly distributed among the target focal points.
Следовательно, непрерывная периодическая функция фазового профиля, в дополнение к вышеупомянутым преимуществам, обеспечивает оптимизацию общей эффективности распределения света в целевых рефракционной и дифракционных фокальных точках, избегая в максимально возможной степени дифракции света в порядках дифракции, не способствующих целевым фокальным точкам, обеспечивая тем самым улучшенный общий пользовательский опыт.Therefore, the continuous periodic phase profile function, in addition to the above benefits, optimizes the overall efficiency of light distribution at the target refractive and diffractive focal points, avoiding as much as possible the diffraction of light in diffraction orders not conducive to the target focal points, thereby providing an improved overall user experience.
Поскольку оптимальный утроитель по Gori и др. вычисляется для линейной или плоской фазовой решетки путем преобразования ее в линзу так, что расстояния между периодами функции фазового профиля имеют, например, зависимость от квадратного корня, равное распределение света в фокальных точках достигается с помощью настоящего изобретения модуляцией аргумента непрерывной периодической функции фазового профиля. Например, почти равномерное распределение света в фокальных точках по площади тела линзы обеспечивается тогда, когда значение угловой модуляции аргумента S(r)=0,33, значение функции модуляции величины аргумента или параметра распределения света α(r) на части тела линзы равно 2,65718, а функции амплитудной модуляции имеют постоянные значения Α(r)=0,96 и B(r)=0. Специалистам в данной области техники будет понятно, что другие значения упомянутых выше функций модуляции или параметров модуляции также могут привести к почти равномерному распределению света в фокальных точках линзы.Since the optimal tripler according to Gori et al. is computed for a linear or planar phase grating by converting it to a lens such that the distances between periods of the phase profile function are, for example, dependent on the square root, an equal distribution of light at the focal points is achieved by the present invention by modulating argument of the continuous periodic function of the phase profile. For example, an almost uniform distribution of light at focal points over the lens body area is provided when the value of the angular modulation of the argument S(r)=0.33, the value of the modulation function of the argument value or the light distribution parameter α(r) on a part of the lens body is equal to 2, 65718, and the amplitude modulation functions have constant values Α(r)=0.96 and B(r)=0. Those skilled in the art will appreciate that other values of the modulation functions or modulation parameters mentioned above can also result in a nearly uniform distribution of light at the focal points of the lens.
В большинстве случаев для настройки распределения света функция угловой модуляции аргумента S(r) может иметь постоянное значение на части или на всем теле линзы. На практике значения S(r) могут располагаться между -0,5*T и 0,5*T в пространстве r2. В частности S(r) может иметь постоянное значение, располагающееся между 0,35*T и 0,5*T и/или между -0,05*T и -0,15*T, в частности S(r)=0,42*T в пространстве r2. Область, располагающаяся между 0,35T и 0,50T, предлагает хорошее распределение интенсивности для этих трех фокусов с возможностью настраиваться в соответствии с тем, насколько желательно доминирование зрения на большом расстоянии. Значение S(r)=0,42*T обеспечивает хороший баланс фокусов для глазной линзы. Область, располагающаяся между -0,05T и -0,15T, дает относительно ровное распределение света. Эта область кроме того является очень подходящей для модуляций аргумента, которые (локально или по всей линзе) способствуют дальней фокальной точке, поскольку возмущения, создаваемые такой модуляцией, являются незначительными. В некоторых областях могут быть небольшие увеличения более высоких порядков, когда применяется модуляция аргумента.In most cases, to adjust the distribution of light, the angular modulation function of the argument S(r) can be set to a constant value over part or all of the lens body. In practice, S(r) values can range between -0.5*T and 0.5*T in the space r2. In particular, S(r) may have a constant value ranging between 0.35*T and 0.5*T and/or between -0.05*T and -0.15*T, in particular S(r)=0 ,42*T in space r2. The region between 0.35T and 0.50T offers a good intensity distribution for these three foci, with the ability to adjust according to how far vision dominance is desired. The value S(r)=0.42*T provides a good balance of foci for the eye lens. The area between -0.05T and -0.15T gives a relatively even distribution of light. This area is also very suitable for argument modulations that (locally or across the lens) contribute to the far focal point, since the perturbations created by such modulation are negligible. In some areas, there may be slight increases in higher orders when argument modulation is applied.
Постоянное значение функции угловой модуляции аргумента S(r) представляет сдвиг фазы непрерывной периодической функции фазового профиля и определяет начало наклона функции фазового профиля, и, следовательно, будет ли больше света дифрагировать в дифракционный порядок +1 или в дифракционный порядок -1, зависит от знака и величины фазового сдвига соответственно. Выгодно выражать эти фазовые сдвиги в виде доли периода Т решетки, например S=±0,25*T. Специалистам в данной области техники будет понятно, что конкретный сдвиг фазы, включающий в себя целочисленные значения периода T дифракционной решетки, будет иметь тот же эффект, что и соответствующий сдвиг фазы внутри одного периода T.The constant value of the angular modulation function of the argument S(r) represents the phase shift of the continuous periodic phase profile function and determines the onset of the slope of the phase profile function, and therefore whether more light will diffract into +1 diffraction order or -1 diffraction order depends on the sign and the magnitude of the phase shift, respectively. It is advantageous to express these phase shifts as a fraction of the lattice period T, for example S=±0.25*T. Those skilled in the art will appreciate that a particular phase shift including integer values of the grating period T will have the same effect as the corresponding phase shift within one period T.
С помощью правильного выбора функции модуляции величины аргумента или параметра α(r) распределения света можно настроить количество света, которое распределяется в 0-м порядке, то есть фокальную точку зрения на среднем расстоянии в настоящем изобретении. В соответствии с настоящим изобретением α(r) может иметь постоянное значение на части или на всем теле линзы. На практике значения α(r) могут варьироваться, например, от 2 до 3.By properly selecting the modulation function of the argument value or the light distribution parameter α(r), it is possible to adjust the amount of light that is distributed in the 0th order, that is, the focal point of view at the middle distance in the present invention. In accordance with the present invention, α(r) may have a constant value over part or all of the lens body. In practice, the values of α(r) may vary, for example, from 2 to 3.
В практических вариантах осуществления в соответствии с настоящим изобретением функции амплитудной модуляции Α(r) и B(r) также могут иметь постоянное значение на части или на всем теле линзы, то есть обеспечивая агрегированные параметры амплитудной модуляции, которые могут находиться, например, в диапазоне от 1,4 до 0,6.In practical embodiments in accordance with the present invention, the amplitude modulation functions Α(r) and B(r) may also have a constant value over part or all of the lens body, i.e. providing aggregated amplitude modulation parameters that may be, for example, in the range from 1.4 to 0.6.
Путем установки любой или всех из модуляционных переменных α(r), S(r), Α(r) и B(r) на соответствующие значения в части тела линзы в ее радиальном направлении, профиль интенсивности света трифокальной внутриглазной линзы, например, может быть эффективно настроен для различных размеров зрачка.By setting any or all of the modulation variables α(r), S(r), Α(r), and B(r) to appropriate values in the lens body portion in its radial direction, the light intensity profile of a trifocal intraocular lens, for example, can be effectively tuned for different pupil sizes.
Поверхность тела линзы также может быть модифицирована путем применения фильтрации Фурье или свертки с ядром, или другие известные способы обработки сигнала могут применяться для сглаживания или незначительного изменения профиля линзы для изменения распределения энергии между порядками дифракции или для удаления нежелательного рассеянного света. Такие модификации часто легче применять в пространстве r2.The surface of the lens body can also be modified by applying Fourier filtering or kernel convolution or other known signal processing techniques can be used to smooth or slightly change the lens profile to change the distribution of energy between diffraction orders or to remove unwanted stray light. Such modifications are often easier to apply in r 2 space.
В одном варианте осуществления глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением, основанном на функции фазового профиля ϕ(r), раскрытой в вышеприведенном уравнении (1), профиль высоты H(r) дифракционной решетки линзы может быть выражен единственной непрерывной функцией замкнутой формы, определяемой как:In one embodiment of an ophthalmic multifocal lens according to the present invention, based on the phase profile function ϕ(r) disclosed in Equation (1) above, the height profile H(r) of the lens grating can be expressed by a single continuous closed shape function defined by how:
где: where:
H(r) - профиль высоты дифракционной решетки линзы, [нм],H(r) - height profile of the diffraction grating of the lens, [nm],
λ - конструктивная длина волны линзы, [нм], λ - constructive wavelength of the lens, [nm],
n - показатель преломления тела линзы,n is the refractive index of the lens body,
nm - показатель преломления среды, окружающей тело линзы, иn m is the refractive index of the medium surrounding the lens body, and
Для функции фазового профиля ϕ(r) в уравнении (1), в котором F[α*G] является обратной тангенциальной функцией, а G(r) является синусоидальной функцией, Α(r)=1 и B(r)=0, например, профиль высоты H(r) дифракционной решетки линзы, раскрытый в вышеприведенном уравнении (2), является непрерывной геометрической функцией замкнутой формы, основанной на функциях синуса и косинуса, и соответственно не имеет никаких резких переходов, которые трудно произвести в теле линзы. Соответственно, этот профиль высоты или функция высоты H(r) обеспечивает не только оптимальную эффективность, но также позволяет точно изготавливать и, следовательно, точно подбирать линзы, обеспечивающие целевые фокальные точки и целевое распределение света среди целевых фокальных точек.For the phase profile function ϕ(r) in equation (1), in which F[α*G] is an inverse tangential function and G(r) is a sinusoidal function, Α(r)=1 and B(r)=0, for example, the height profile H(r) of the diffraction grating of the lens disclosed in the above equation (2) is a continuous closed-form geometric function based on the sine and cosine functions, and accordingly does not have any sharp transitions that are difficult to produce in the lens body. Accordingly, this height profile or height function H(r) provides not only optimal performance, but also allows precise manufacturing and therefore accurate fitting of lenses that provide target focal points and targeted light distribution among the target focal points.
Трифокальные свойства глазной линзы в соответствии с настоящим изобретением могут быть ограничены первой областью в радиальном направлении поверхности тела линзы, включая оптическую ось. Кроме того, наружу в радиальном направлении линзы за первой областью и по направлению к ее периферийному краю линза может содержать, например, вторую область, имеющую бифокальные свойства, такую как обеспечивающую в этой второй области только фокальные точки для зрения на среднем и на большом расстоянии.The trifocal properties of an eye lens according to the present invention may be limited to a first region in the radial direction of the surface of the lens body, including the optical axis. In addition, outward in the radial direction of the lens behind the first region and towards its peripheral edge, the lens may include, for example, a second region having bifocal properties, such as providing in this second region only focal points for medium and long distance vision.
На практике могут потребоваться численные методы для расчета фазовой функции или функции фазового профиля, оптимизирующие общую эффективность распределения света в фокальных точках преломления и дифракции симметричного или асимметричного светоделителя, имеющего фокальные точки для зрения на близком и на большом расстоянии, отличающиеся от первого дифракционного порядка на ±1, как было объяснено выше.In practice, numerical methods may be required to calculate the phase function or phase profile function that optimizes the overall efficiency of light distribution at the focal points of refraction and diffraction of a symmetric or asymmetric beam splitter having focal points for near and far vision that differ from the first diffraction order by ± 1 as explained above.
Кроме того, следует отметить, что идеи настоящего изобретения в равной степени применимы для проектирования и настройки распределения света мультифокальной глазной линзы, имеющей четыре целевые фокальные точки, то есть так называемой четырехфокусной линзы, или даже мультифокальной глазной линзы, имеющей пять целевых фокальных точек, то есть так называемой пятифокусной линзы.Furthermore, it should be noted that the teachings of the present invention are equally applicable to designing and adjusting the light distribution of a multifocal eye lens having four target focal points, i.e. a so-called four-focal lens, or even a multifocal eye lens having five target focal points, then there is a so-called five-focal lens.
Во втором аспекте настоящее изобретение предлагает способ производства глазной мультифокальной линзы, имеющей по меньшей мере фокальные точки для зрения на близком расстоянии, зрения на среднем расстоянии и зрения на большом расстоянии, имеющей светопропускающее тело линзы, содержащее оптическую ось, обеспечивающее рефракционную фокальную точку, а также периодическую светопропускающую дифракционную решетку, проходящую концентрически в радиальном направлении по меньшей мере через часть поверхности тела линзы, обеспечивающую набор дифракционных фокальных точек, причем дифракционная решетка предназначена для работы в качестве светоделителя для распределения света, падающего на тело линзы, в рефракционной и дифракционных фокальных точках, причем рефракционная фокальная точка обеспечивает фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, а дифракционные фокальные точки обеспечивают фокальные точки для зрения на близком расстоянии и зрения на большом расстоянии, причем этот способ содержит следующие стадии:In a second aspect, the present invention provides a method for manufacturing an ophthalmic multifocal lens having at least focal points for near vision, intermediate vision, and long distance vision, having a light-transmitting lens body, comprising an optical axis providing a refractive focal point, and a periodic light-transmitting diffraction grating extending concentrically in the radial direction through at least a portion of the surface of the lens body providing a set of diffractive focal points, the diffraction grating being designed to act as a beam splitter for distributing light incident on the lens body at the refractive and diffractive focal points, wherein the refractive focal point provides the focal point for medium distance vision and the diffractive focal points provide focal points for near vision and long distance vision, the method comprising: following stages:
- определение целевых фокальных точек для зрения на близком расстоянии, зрения на среднем расстоянии и зрения на большом расстоянии;- determination of target focal points for near vision, intermediate distance vision and long distance vision;
- определение целевого распределения падающего света в целевых фокальных точках;- determination of the target distribution of the incident light at the target focal points;
- обеспечение светопропускающего тела линзы, имеющего рефракционную фокальную точку, обеспечивающую целевую фокальную точку для зрения на среднем расстоянии;providing a light-transmitting lens body having a refractive focal point providing a target focal point for mid-distance vision;
- обеспечение дифракционной решетки, имеющей оптическую передаточную функцию, содержащую непрерывную периодическую функцию фазового профиля, проходящую в радиальном направлении тела линзы, обеспечивающей целевые фокальные точки для зрения на близком расстоянии и зрения на большом расстоянии, а также распределение света в целевых фокальных точках,- providing a diffraction grating having an optical transfer function containing a continuous periodic phase profile function extending in the radial direction of the lens body, providing target focal points for near vision and far vision, as well as light distribution at the target focal points,
и отличается следующими стадиями:and has the following stages:
- обеспечение непрерывной периодической функции фазового профиля, имеющей модульный аргумент как функцию радиального расстояния до оптической оси тела линзы,- providing a continuous periodic phase profile function having a modular argument as a function of the radial distance to the optical axis of the lens body,
- настройка распределения света в целевых фокальных точках для обеспечения целевого распределения света путем модулирования аргумента по телу линзы, обеспечивая модулированный аргумент,- adjusting the distribution of light at the target focal points to ensure the target distribution of light by modulating the argument over the lens body, providing a modulated argument,
- обеспечение профиля высоты дифракционной решетки в соответствии с периодической функцией фазового профиля, содержащей модулированный аргумент, и- providing a grating height profile in accordance with a periodic phase profile function containing a modulated argument, and
- производство глазной мультифокальной линзы путем нанесения на тело линзы дифракционной решетки в соответствии с профилем высоты.- production of an ophthalmic multifocal lens by applying a diffraction grating to the lens body in accordance with the height profile.
Профиль высоты дифракционной решетки линзы, определяющий высоту и положение DOE, которые проходят в виде колец, овалов или других зон вращательной формы на поверхности линзы концентрично к оптической оси или центру линзы, может быть нанесен на тело линзы, например, с помощью любого из лазерной микрообработки, алмазного точения, 3D-печати или любой другой механической или литографской обработки поверхности. Линза с тем же самым оптическим эффектом также может быть создана голографическими средствами, используя голографический оптический элемент для распределения света по желаемым фокусам.A lens grating height profile defining the height and position of the DOE that extends as rings, ovals, or other rotationally shaped areas on the lens surface concentric to the optical axis or center of the lens, can be applied to the lens body, for example, by any of the laser micromachining techniques. , diamond turning, 3D printing or any other mechanical or lithographic surface treatment. A lens with the same optical effect can also be created by holographic means, using a holographic optical element to distribute light to desired foci.
Тело линзы может содержать любой материал из гидрофобного акрила, гидрофильного акрила, силикона или любого другого подходящего светопропускающего материала.The lens body may comprise any material of hydrophobic acrylic, hydrophilic acrylic, silicone, or any other suitable light transmitting material.
В способе в соответствии с настоящим изобретением аргумент непрерывной периодической функции фазового профиля может модулироваться для производства глазной мультифокальной линзы в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, в частности линзы, имеющей различные целевые распределения света в целевых фокальных точках для различных размеров зрачка.In the method according to the present invention, the phase profile continuous periodic function argument can be modulated to produce an ophthalmic multifocal lens in accordance with the first aspect of the present invention, in particular a lens having different target light distributions at target focal points for different pupil sizes.
Хотя непрерывная периодическая функция фазового профиля может быть математически вычислена аналитическим образом, в соответствии с настоящим изобретением функция фазового профиля дифракционной решетки линзы может быть получена с помощью компьютерных вычислений, в которых функция фазового профиля представлена рядом Фурье, и каждый порядок дифракции представлен соответствующим коэффициентом Фурье. Функция фазового профиля может быть вычислена таким образом, чтобы сумма квадратов абсолютных величин или взвешенных квадратов абсолютных значений коэффициентов Фурье дифракционных порядков, связанных с целевыми фокусными точками, была максимальной.Although a continuous periodic phase profile function can be mathematically calculated analytically, in accordance with the present invention, the phase profile function of a diffraction grating of a lens can be obtained using computer calculations, in which the phase profile function is represented by a Fourier series, and each order of diffraction is represented by the corresponding Fourier coefficient. The phase profile function can be computed such that the sum of the squares of the absolute values or the weighted squares of the absolute values of the Fourier coefficients of the diffraction orders associated with the target focal points is maximized.
Функция профиля непрерывной фазы и профиль высоты линзы в способе в соответствии с настоящим изобретением могут получаться удаленно от оборудования для производства линзы. Особенности профиля высоты дифракционной решетки линзы могут быть направлены на производственную площадку или оборудованию с помощью передачи данных по практически доступной телекоммуникационной сети, такой как Интернет.The continuous phase profile function and the lens height profile in the method of the present invention can be obtained remotely from the lens manufacturing equipment. Features of the height profile of the diffraction grating of the lens can be directed to the production site or equipment using data transmission over a practically accessible telecommunications network, such as the Internet.
Настройка и сглаживание оптических свойств и распределения света в целевых рефракционной и дифракционных фокальных точках могут применяться таким образом, что количество света, дифрагируемого в одну конкретную фокальную точку или порядок, распределялось или размазывалось по части оптической оси для обеспечения глазной линзы, имеющей улучшенную глубину резкости (ED).Tuning and smoothing of the optical properties and distribution of light at the target refractive and diffractive focal points can be applied such that the amount of light diffracted into one particular focal point or order is distributed or smeared along a portion of the optical axis to provide an eye lens having improved depth of field ( ED).
В третьем аспекте настоящее изобретение предлагает раскрытую выше глазную мультифокальную линзу, используемую в качестве одного из контактной линзы, внутриглазной линзы, афакической контактной линзы, афакической внутриглазной линзы и стекла для очков. Следует отметить, что в случае внутриглазной линзы ее тело обычно принимает форму двояковыпуклого или плоско-выпуклого оптически прозрачного диска. В случае контактной линзы или линзы для очков ее тело может принимать любую из двояковыпуклой или плоско-выпуклой и двояковогнутой или плоско-вогнутой форм или их комбинаций независимо от того, будут ли они улучшены дополнительными оптическими коррекциями на или в оптически прозрачном теле.In a third aspect, the present invention provides the above-described ocular multifocal lens used as one of a contact lens, an intraocular lens, an aphakic contact lens, an aphakic intraocular lens, and a spectacle glass. It should be noted that in the case of an intraocular lens, its body usually takes the form of a biconvex or plano-convex optically transparent disk. In the case of a contact lens or spectacle lens, its body may take on any of biconvex or plano-convex and biconcave or plano-concave shapes, or combinations thereof, whether or not enhanced by additional optical corrections on or in an optically transparent body.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными и будут объяснены со ссылками на примеры, описанные далее в настоящем документе.These and other aspects of the present invention will become apparent and will be explained with reference to the examples described later in this document.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг. 1 схематическим образом иллюстрирует фокусировку лучей света с нескольких расстояний в человеческом глазу.Fig. 1 schematically illustrates the focusing of light rays from several distances in the human eye.
Фиг. 2a схематическим образом иллюстрирует вид сверху типичной мультифокальной афакической внутриглазной линзы предшествующего уровня техники.Fig. 2a schematically illustrates a top view of a typical prior art multifocal aphakic intraocular lens.
Фиг. 2b схематическим образом иллюстрирует вид сбоку мультифокальной афакической внутриглазной линзы, показанной на Фиг. 2a.Fig. 2b schematically illustrates a side view of the multifocal aphakic intraocular lens shown in FIG. 2a.
Фиг. 3 схематическим образом иллюстрирует на поперечном сечении оптическую работу дифракционной линзы предшествующего уровня техники, содержащей двояковыпуклое светопропускающее тело и светопропускающую дифракционную решетку.Fig. 3 schematically illustrates in cross section the optical operation of a prior art diffractive lens comprising a biconvex light-transmitting body and a light-transmitting diffraction grating.
Фиг. 4 схематическим образом иллюстрирует относительное распределение энергии между целевыми дифракционными порядками для симметричного плоского светоделителя с оптимальной эффективностью в зависимости от постоянной функции модуляции амплитуды аргумента α(r).Fig. 4 schematically illustrates the relative distribution of energy between target diffraction orders for a symmetrical planar beam splitter with optimal efficiency as a function of a constant amplitude modulation function of the argument α(r).
Фиг. 5a - 25b схематично иллюстрируют примеры профилей высоты, параметров модуляции аргумента и функций модуляции аргумента дифракционных решеток на теле двояковыпуклой линзы в соответствии с настоящим изобретением, а также соответствующие смоделированные на компьютере распределения интенсивности света.Fig. 5a-25b schematically illustrate examples of height profiles, argument modulation parameters, and argument modulation functions of diffraction gratings on a biconvex lens body in accordance with the present invention, as well as corresponding computer-simulated light intensity distributions.
Фиг. 26 иллюстрирует с помощью упрощенной блок-схемы стадии способа в соответствии с настоящим изобретением для производства глазной мультифокальной линзы.Fig. 26 illustrates, using a simplified flowchart, the steps of a method in accordance with the present invention for manufacturing a multifocal ophthalmic lens.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
Фиг. 1 упрощенно показывает анатомию человеческого глаза 10 для иллюстрации настоящего изобретения. Передняя часть глаза 10 формируется роговицей 11, сферической прозрачной тканью, которая покрывает зрачок 12. Зрачок 12 является адаптируемой принимающей свет частью глаза 10, которая управляет количеством света, получаемого глазом 10. Световые лучи, проходящие через зрачок 12, принимаются хрусталиком 13, небольшим прозрачным и гибким диском в глазу 10, который фокусирует световые лучи на сетчатке 14 в задней части глаза 10. Сетчатка 14 служит для формирования изображения глазом 10. Задняя камера 15, то есть пространство между сетчаткой 14 и хрусталиком 13, заполнена водянистой жидкостью, а передняя камера 16 глаза, то есть пространство между хрусталиком 13 и роговицей 11, заполнена стекловидным телом, прозрачным студенистым веществом. Ссылочная цифра 20 указывает оптическую ось глаза 10.Fig. 1 shows in a simplified way the anatomy of the
Для резкого и четкого зрения на дальнем расстоянии хрусталик 13 должен быть относительно плоским, в то время как для резкого и четкого зрения на ближнем расстоянии хрусталик 13 должен быть относительно искривленным. Кривизной хрусталика 13 управляют ресничные мышцы (не показаны), которыми в свою очередь управляет мозг человека. Здоровый глаз 10 способен приспосабливаться, т.е. управлять хрусталиком 13 таким образом, чтобы обеспечить резкое и четкое изображение на любом расстоянии перед роговицей 11 между дальней областью и ближней областью.For sharp and clear vision at a distance, the
Глазные линзы или искусственные линзы применяются для того, чтобы скорректировать зрение глаза 10 в комбинации с хрусталиком 13, когда глазная линза помещается перед роговицей 11, или для замены хрусталика 13. В последнем случае линзы также упоминаются как афакические глазные линзы.Eye lenses or artificial lenses are used to correct the vision of the
Мультифокальные глазные линзы используются для улучшения или коррекции зрения глаза 10 для различных расстояний. В случае трифокальных глазных линз, например, глазная линза предназначается для резкого и четкого зрения на трех более или менее дискретных расстояниях или фокальных точках, обычно называемых фокальными точками для зрения на дальнем расстоянии, промежуточном расстоянии и близком расстоянии, которые на Фиг. 1 обозначены ссылочными цифрами 17, 18 и 19, соответственно. Световые лучи от объектов, расположенных на или рядом с этими расстояниями или фокальными точками 17, 18 и 19, правильно фокусируются на сетчатке 14, то есть таким образом, что проецируют резкие и четкие изображения этих объектов. Фокальные точки 17, 18 и 19 на практике могут соответствовать фокусным расстояниям в пределах от нескольких метров до десятков сантиметров и до сантиметров, соответственно.Multifocal eye lenses are used to improve or correct the vision of the
Величина коррекции, которую обеспечивает глазная линза, называется оптической силой (OP) и выражается в диоптриях, D. Оптическая сила OP вычисляется как величина, обратная фокусному расстоянию f в метрах. Таким образом, OP=1/f, где f является соответствующим фокусным расстоянием от линзы до соответствующей фокальной точки для дальнего 17, промежуточного 18 или близкого 19 зрения. Оптическая сила набора линз находится, например, путем сложения оптических сил составляющих линз. Оптическая сила здорового человеческого хрусталика 13 составляет приблизительно 20 D.The amount of correction that an eye lens provides is called the optical power (OP) and is expressed in diopters, D. The optical power OP is calculated as the reciprocal of the focal length f in meters. Thus, OP=1/f, where f is the respective focal length from the lens to the respective focal point for far 17, intermediate 18, or near 19 vision. The optical power of a set of lenses is found, for example, by adding the optical powers of the constituent lenses. The optical power of a healthy
Фиг. 2a показывает вид сверху типичной глазной мультифокальной афакической внутриглазной линзы 30, а Фиг. 2b показывает вид сбоку линзы 30. Линза 30 содержит светопропускающее круглое дискообразное тело 31 линзы и пару гаптических элементов 32, которые проходят наружу от тела 31 линзы для поддержания линзы 30 в человеческом глазу. Тело 31 линзы имеет двояковыпуклую форму, содержащую центральную часть 33, переднюю поверхность 34 и заднюю поверхность 35. Тело 31 линзы дополнительно содержит оптическую ось 29 проходящую через переднюю и заднюю поверхности 34, 35 и через центр центральной части 33. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что оптическая ось 29 является виртуальной осью с целью ссылки на оптические свойства линзы 30. Тело 31 выпуклой линзы в одном практическом варианте осуществления обеспечивает рефракционную оптическую силу приблизительно 20D.Fig. 2a shows a top view of a typical ophthalmic multifocal aphakic
В показанном варианте осуществления на передней поверхности 34 тела 31 линзы располагается периодическая светопропускающая дифракционная решетка или рельеф 36, состоящий из колец или зон, проходящих концентрически относительно оптической оси 29 через центральную часть 33 по меньшей мере на части передней поверхности 34 тела 31 линзы. Дифракционная решетка или рельеф 36 обеспечивает набор дифракционных фокальных точек. Хотя это и не показано, дифракционная решетка или рельеф 36 может быть также расположен на задней поверхности 35 тела 31 линзы, или на обеих поверхностях 34, 35. На практике дифракционная решетка 36 не ограничивается концентрическими круглыми или кольцевидными зонами, и включает в себя, например, концентрические эллиптические или овальные зоны, или в более общем случае любой тип зон концентрической вращательной формы.In the shown embodiment, on the
На практике оптический диаметр 37 тела 31 линзы составляет приблизительно 5-7 мм, в то время как полный внешний диаметр 38 линзы 30, включая гаптические элементы 31, составляет приблизительно 12-14 мм. Линза 30 может иметь центральную толщину 39 приблизительно 1 мм. В случае глазных мультифокальных контактных линз и очковых или глазных стеклянных линз гаптические элементы 32 в теле 31 линзы не предусматриваются, в то время как тело 31 линзы может иметь плоско-выпуклую, двояковогнутую или плоско-вогнутую форму, или комбинации выпуклых и вогнутых форм. Тело линзы может содержать любой материал из гидрофобного акрила, гидрофильного акрила, силикона или любого другого подходящего светопропускающего материала для использования в человеческом глазу в случае афакической глазной линзы.In practice, the
Фиг. 3 схематично иллюстрирует оптическое действие известной периодической светопропускающей дифракционной решетки или рельефа 42 линзы 40, содержащей двояковыпуклое светопропускающее круглое дискообразное тело 41 линзы. Линза 40 показана в поперечном сечении в радиальном направлении тела линзы. Дифракционная решетка или рельеф 42 содержит множество повторяющихся, смежно расположенных призматических прозрачных дифракционных оптических элементов (DOE) 43. DOE 43 располагаются концентрическими зонами вокруг центральной части 45 тела 41 линзы, аналогично кольцам или зонам решетки или рельефа 36, показанным на Фиг. 2a. Для иллюстративных целей DOE 43 дифракционной решетки 42 показаны как известные элементы зубчатого или пилообразного типа, содержащие непрерывную наклонную принимающую свет поверхность 44, такую как линейная или искривленная наклонная принимающая свет поверхность 44. Решетки или рельефы, в которых DOE 43 разнесены в радиальном направлении тела 41 линзы, называются рельефами бинарного типа (не показаны). Период повторения или шаг DOE 43 монотонно уменьшается в радиальном направлении от центра или оптической оси линзы и зависит от квадрата радиального расстояния.Fig. 3 schematically illustrates the optical operation of a known periodic light-transmitting diffraction grating or
Падающий или первичный луч 46 света, который проходит через решетку 42 и тело 41 линзы, соответственно дифрагируется и преломляется, давая выходной или вторичный луч 47 света. Преломленные и дифрагировавшие световые волны 47 формируют множество фокальных точек на оптической оси 48 линзы 40 благодаря усиливающей интерференции световых волн 47. Усиливающая интерференция возникает, когда разность длин оптических путей между световыми волнами 47, приходящими из тела 41 линзы в одну конкретную фокальную точку, кратна их длине волны, то есть световые волны являются синфазными, так что их амплитуды суммируются и усиливаются. Когда разность в длине оптического пути световых волн 47, приходящих из тела 41 линзы, является нечетно кратной половине длины волны, так что гребень одной волны соответствует впадине другой волны, световые волны 47 частично или полностью гасят друг друга, то есть световые волны являются несовпадающими по фазе и не дают фокальных точек на оптической оси 48 тела 41 линзы.The incident or
Точки усиливающей интерференции на различных расстояниях от тела 41 линзы обычно обозначаются как дифракционные порядки. Фокальная точка, которая соответствует фокальной точке, которая возникает благодаря преломляющему действию кривизны линзы 40, обозначается как нулевой порядок, 0. Другие фокальные точки определяются порядками +1, +2, +3 и т.д., если соответствующая фокальная точка образуется слева от нулевого порядка на плоскости чертежа, то есть на некотором расстоянии в направлении к телу 41 линзы, и определяются порядками -1,-2,-3 и т.д., если соответствующая фокальная точка образуется справа от нулевого порядка на плоскости чертежа, то есть на некотором расстоянии в направлении от тела 41 линзы, как проиллюстрировано на Фиг. 3.Points of amplifying interference at various distances from the
Дифракционный рельеф 42 может быть разработан так, чтобы он обеспечивал фокальные точки на различных расстояниях от тела 41 линзы. Периодический интервал или шаг DOE 43 по существу определяет, где на оптической оси 48 линзы возникают точки ослабляющей и усиливающей интерференции, то есть положение дифракционных порядков на оптической оси 48. Количеством падающего света, которое обеспечивается в точке усиливающей интерференции, то есть около или в одном конкретном дифракционном порядке, можно управлять с помощью формы и высоты DOE 43.The
В случае дифракционной решетки или рельефа 42, обеспечивающего дифракционные порядки, которые регулярно располагаются по обе стороны от нулевого порядка, решетку или рельеф называют симметричным делителем волны, поскольку луч 45 падающего света симметрично дифрагируется или расщепляется относительно нулевого порядка. Решетку или рельеф, создающие нерегулярное расположение дифракционных порядков, такое как +1, +2, -3, -5, называют асимметричным делителем луча.In the case of a diffraction grating or
Энергия света в световых волнах 47, которые фокусируются или дифрагируют в фокальные точки или порядки, которые не способствуют формированию изображения на сетчатке 14 человеческого глаза 10, теряется и уменьшает общую эффективность линзы 40, а следовательно и качество изображений, воспринимаемых человеком, использующим такую линзу. На практике для оптимального проектирования линзы предпочтительно, чтобы фокусы для обеспечения или коррекции дальнего, промежуточного и ближнего зрения человеческого глаза, такие как, например, показанные на Фиг. 1, могли быть установлены заранее, и дифракционная решетка 42, которая максимизирует общую эффективность энергии света, получаемую от луча 46 падающего света в этих заданных фокальных точках, является оптимальной.Light energy in
В научной литературе дифракционная решетка, оптимизирующая общую эффективность распределения света в заданных или целевых рефракционной и дифракционных фокальных точках или порядках, находится из определения функции только фазы или фазового профиля, который генерирует целевые дифракционные порядки с максимальной общей эффективностью r| или критерием, определяемым как сумма нормализованных световых энергий всех этих целевых порядков.In the scientific literature, a diffraction grating optimizing the overall light distribution efficiency at a given or target refractive and diffractive focal points or orders is found from defining a phase-only function or phase profile that generates the target diffraction orders with the maximum overall efficiency r| or a criterion defined as the sum of the normalized light energies of all these target orders.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что тело 41 линзы может содержать плоско-выпуклую, двояковогнутую или плоско-вогнутую форму, а также комбинации выпуклых и вогнутых форм (не показано).Those skilled in the art will appreciate that the
Предположим, что круглая дискообразная линза имеет дифракционную решетку, например как показано на Фиг. 2a, 2b и 3. Если функция фазового профиля дифракционной решетки обозначена как φ(r), оптическая передаточная функция определяемой решетки определяется как: T(r)=exp[iφ(r)], где exp представляет экспоненциальную функцию, i представляет мнимую единицу, а r представляет радиальное расстояние или радиус от центра или оптической оси тела линзы с повторяющимися DOE.Assume that a circular disc-shaped lens has a diffraction grating, such as shown in FIG. 2a, 2b and 3. If the grating phase profile function is denoted as φ(r), the optical transfer function of the grating to be determined is given by: T(r)=exp[iφ(r)], where exp represents the exponential function, i represents the imaginary unit , and r represents the radial distance or radius from the center or optical axis of the lens body with repeated DOEs.
Поскольку дифракционная решетка является периодически повторяющейся структурой, T(r) может быть разложена в ряд Фурье:Since the diffraction grating is a periodically repeating structure, T(r) can be expanded in a Fourier series:
где τn представляет коэффициент Фурье n-го порядка дифракции, P - период или шаг дифракционной решетки, и n - положительное целое число, включая ноль.where τ n represents the Fourier coefficient of the nth order of diffraction, P is the period or grating spacing, and n is a positive integer including zero.
Максимизация общей эффективности требует, чтобы сумма нормализованных энергий целевых фокальных точек или порядков равнялась 1, то есть:Maximizing the overall efficiency requires that the sum of the normalized energies of the target focal points or orders be equal to 1, i.e.:
Например, в случае трифокальной глазной линзы с расщеплением волн, в которой рефракционная фокальная точка представляет фокальную точку зрения на среднем расстоянии, а дифракционные фокальные точки представляют фокальные точки для зрения на близком расстоянии и для зрения на большом расстоянии, соответственно, должно быть оптимизировано выражение |τ-m|2 + |τ0|2 + |τP|2, в котором индексы -m, 0 и p представляют дифракционный порядок, обеспечивающий фокальную точку для зрения на близком расстоянии, рефракционную фокальную точку, обеспечивающую зрение на среднем расстоянии, и дифракционный порядок, обеспечивающий фокальную точку для зрения на большом расстоянии, соответственно. Оптимальная фазовая функция также может быть получена в зависимости от взвешенных интенсивностей или энергий света в целевых фокальных точках.For example, in the case of a wave splitting trifocal eye lens, in which the refractive focal point represents the focal point of view at an intermediate distance, and the diffractive focal points represent the focal points for near and far vision, respectively, the expression | τ -m | 2 + |τ 0 | 2 + |τ P | 2 , in which the indices -m, 0, and p represent the diffractive order providing the focal point for near vision, the refractive focal point providing medium distance vision, and the diffractive order providing the focal point for long distance vision, respectively. An optimal phase function can also be obtained depending on the weighted intensities or energies of the light at the target focal points.
Значение дифракционных порядков -m и p не обязательно должно быть равным. В настоящем изобретении в том случае, когда значение m равно значению p, например m=p=1, делитель волны называется симметричным делителем волны, а если значения m и p различаются, делитель волны называют асимметричным.The value of the diffraction orders -m and p need not be equal. In the present invention, when the value of m is equal to the value of p, for example, m=p=1, the wave splitter is called a symmetrical wave splitter, and if the values of m and p differ, the wave splitter is called asymmetric.
В соответствии с настоящим изобретением общее выражение для непрерывной периодической функции фазового профиля выглядит следующим образом:In accordance with the present invention, the general expression for a continuous periodic phase profile function is as follows:
где:where:
ϕ(r) - непрерывная периодическая фазовая функция дифракционной решетки,ϕ(r) - continuous periodic phase function of the diffraction grating,
r - радиальное расстояние или радиус, направленный наружу от оптической оси тела линзы, [мм],r - radial distance or radius directed outward from the optical axis of the lens body, [mm],
Α(r) - функция амплитудной модуляции непрерывной периодической функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы,Α(r) - amplitude modulation function of the continuous periodic function of the phase profile in the radial direction of the lens body,
F[α*G] - функция тела линзы в радиальном направлении, обеспечивающая операцию расщепления волны,F[α*G] - function of the lens body in the radial direction, providing the wave splitting operation,
G(r) - периодическая функция в пространстве r2,G(r) is a periodic function in the space r 2 ,
α(r) - функция модуляции величины аргумента G,α(r) - modulation function of the value of the argument G,
S(r) - функция угловой модуляции аргумента G в пространстве r2, [мм2],S(r) - function of angular modulation of argument G in space r 2 , [mm 2 ],
T - период или шаг дифракционной решетки в пространстве r2, [мм2], иT is the period or step of the diffraction grating in space r 2 , [mm 2 ], and
B(r) - функция амплитудной модуляции непрерывной периодической функции фазового профиля.B(r) is the amplitude modulation function of the continuous periodic phase profile function.
В соответствии с настоящим изобретением для управления или настройки количества света, распределяемого в фокальных точках, модуляция аргумента непрерывной периодической функции F[α*G] как функции радиуса или радиального расстояния в теле линзы обеспечивается функцией модуляции величины аргумента α(r) функции G(r) и функцией угловой модуляции аргумента S(r) функции G(r). Функции амплитудной модуляции Α(r) и B(r) обеспечивают дополнительное управление или настройку количества света, распределяемым между фокальными точками дифракции и фокальной точкой рефракции.In accordance with the present invention, to control or adjust the amount of light distributed at the focal points, the modulation of the argument of the continuous periodic function F[α*G] as a function of the radius or radial distance in the lens body is provided by the modulation function of the argument value α(r) of the function G(r ) and the angular modulation function of the argument S(r) of the function G(r). The amplitude modulation functions Α(r) and B(r) provide additional control or adjustment of the amount of light distributed between the diffraction focal points and the refractive focal point.
Фиг. 4 графически иллюстрирует относительное распределение энергии между первыми порядками дифракции ±1, представленными пунктиром |τ1|, и нулевым порядком, представленным сплошной линией |τ0| в случае постоянного значения функции модуляции величины аргумента α(r) для линейной или плоской оптимальной дифракционной решетки утроителя, имеющей непрерывную периодическую функцию фазового профиля:Fig. 4 graphically illustrates the relative energy distribution between the first diffraction orders ±1, represented by the dotted line |τ 1 |, and the zeroth order, represented by the solid line |τ 0 | in the case of a constant value of the modulation function of the value of the argument α(r) for a linear or planar optimal tripler diffraction grating having a continuous periodic phase profile function:
Уравнение (5) представлено F. Gori и др. в публикации «Analytical derivation of the optimum triplicator», Optics Communication 157 (1998), p.13-16.Equation (5) is presented by F. Gori et al. in "Analytical derivation of the optimum triplicator", Optics Communication 157 (1998), p.13-16.
Параметр распределения света α(r) определяет количество света, которое распределяется среди дифракционных порядков ±1 и 0. В соответствии с уравнением (5) для значения α=2,65718, обозначенного ссылочной цифрой 49 на Фиг. 4, энергия света равномерно распределяется между всеми целевыми фокальными точками, то есть среди дифракционных порядков ±1 и 0. Общая эффективность η, которая может быть достигнута с такой функцией фазового профиля ϕ(r), составляет более 0,925.The light distribution parameter α(r) determines the amount of light that is distributed among the diffraction orders ±1 and 0. According to Equation (5), for the value α=2.65718, denoted by
В одном варианте осуществления глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением, основанном на функции фазового профиля ϕ(r), раскрытой в вышеприведенных уравнениях (1) и (2), профиль высоты или функция высоты H(r) дифракционной решетки фактической линзы выражается единственной непрерывной функцией замкнутой формы, определяемой как:In one embodiment of the ophthalmic multifocal lens according to the present invention, based on the phase profile function ϕ(r) disclosed in equations (1) and (2) above, the height profile or height function H(r) of the diffraction grating of the actual lens is expressed by the single closed-form continuous function defined as:
где: where:
H(r) - профиль высоты линзы, [нм],H(r) - lens height profile, [nm],
λ - конструктивная длина волны линзы, [нм], λ - constructive wavelength of the lens, [nm],
n - показатель преломления тела линзы,n is the refractive index of the lens body,
nm - показатель преломления среды, окружающей тело линзы.n m is the refractive index of the medium surrounding the lens body.
Фиг. 5a - 22f схематично иллюстрируют примеры профиля высоты или функции высоты H(r) уравнения (6) и смоделированные на компьютере распределения интенсивности света для тела 31 двояковыпуклой глазной линзы 30 показанного на Фиг. 2a, 2b типа, содержащей такие профили высоты. Линза 30 предназначена для нацеливания на фокусную точку нулевого порядка в 20 диоптрий (D) и фокусные точки первого порядка в 21,5D и 18,5D, симметрично расположенные относительно нулевого порядка. Таким образом, она обеспечивает фокальную точку для зрения на среднем расстоянии в 20D для нулевого порядка, фокальную точку для зрения на большом расстоянии в 18,5D для дифракционного порядка -1, и фокальную точку для зрения на близком расстоянии в 21,5D для дифракционного порядка +1. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что эти оптические силы или фокальные точки могут отличаться для фактических линз в зависимости от целевых фокальных точек. Примеры были вычислены с использованием программного обеспечения для моделирования на основе MATLAB™.Fig. 5a-22f schematically illustrate examples of the height profile or height function H(r) of equation (6) and computer-simulated light intensity distributions for the
Профиль высоты H(r) изображен в мкм вдоль вертикальной оси. Предполагается, что оптическая ось, проходящая через центр тела линзы, находится в радиальном положении r=0, тогда как радиальное расстояние r, измеренное в направлении наружу от оптической оси, выражается в мм вдоль вертикальной оси. В профилях интенсивности интенсивность I дифрагированного света изображена в произвольных единицах вдоль вертикальной оси как функция оптической силы в диоптриях (D), изображенной вдоль горизонтальной оси.The height profile H(r) is shown in µm along the vertical axis. It is assumed that the optical axis passing through the center of the lens body is at the radial position r=0, while the radial distance r, measured outward from the optical axis, is expressed in mm along the vertical axis. In the intensity profiles, the intensity I of the diffracted light is plotted in arbitrary units along the vertical axis as a function of the power in diopters (D) plotted along the horizontal axis.
В этих конструкциях расчетная длина волны λ линзы принимается равной 550 нм, показатель преломления n тела линзы принимается равным 1,4618, а показатель преломления nm среды, окружающей тело линзы, принимается равным 1,336. Если явно не указано иное, функция амплитудной модуляции Α(r)=1, функция амплитудной модуляции B(r)=0, и функция модуляции величины аргумента α(r)=2,65718. Период T=0,733 мм2 в пространстве r2.In these designs, the design wavelength λ of the lens is assumed to be 550 nm, the refractive index n of the lens body is assumed to be 1.4618, and the refractive index n m of the medium surrounding the lens body is assumed to be 1.336. Unless otherwise stated, amplitude modulation function Α(r)=1, amplitude modulation function B(r)=0, and argument value modulation function α(r)=2.65718. Period T=0.733 mm 2 in space r 2 .
Ссылочная цифра 50 на Фиг. 5a показывает профиль высоты или функцию высоты H(r) согласно уравнению (6) в пространстве r2, выраженную в мм2, а Фиг. 5b показывает ту же самую функцию высоты вдоль линейной шкалы как функцию радиального расстояния r. В этом примере функция угловой модуляции аргумента S(r)=0, то есть нет сдвига фазы или угловой модуляции аргумента.
Ссылочная цифра 51 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию дифракционного профиля 50 H(r). См. Фиг. 2a и 2b.
Как можно заметить на Фиг. 5a, в пространстве r2 каждый период T профиля 50 высоты H(r) показан с равной длиной. Профиль высоты или функция высоты H(r) представляет собой одиночную непрерывную геометрическую функцию замкнутой формы, определяющую концентрически расположенные DOE, не имеющие резких переходов, которые трудно создать в теле линзы. Соответственно, профиль 50 высоты H(r) дифракционной решетки не только обеспечивает оптимальную эффективность, но и позволяет точно изготавливать и, следовательно, точно подбирать линзы, обеспечивая целевые фокальные точки и целевое распределение света среди целевых фокальных точек.As can be seen in FIG. 5a, in space r 2 each period T of the height profile 50 H(r) is shown with equal length. The height profile or height function H(r) is a single closed-form continuous geometric function that defines concentric DOEs that do not have sharp transitions that are difficult to create in the lens body. Accordingly, the diffraction grating height profile 50 H(r) not only provides optimum performance, but also allows for precise manufacturing and hence precise fitting of lenses to provide target focal points and targeted light distribution among the target focal points.
Количество света, дифрагируемого линзой, имеющей профиль 50 высоты H(r), показано результатами моделирования интенсивности на Фиг. 5c. Ссылочная цифра 54 относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, ссылочная цифра 52 относится к порядку дифракции -1, обеспечивающему фокальную точку для зрения на большом расстоянии, и ссылочная цифра 53 относится к порядку дифракции +1, обеспечивающему фокальную точку для зрения на близком расстоянии. Как видно на Фиг. 5c, в отличие от фазового профиля линзы, вычисленного для плоского оптимального утроителя Gori и др., для α(r)=2,65718 количество света, падающего на криволинейное тело линзы, распределяется неравномерно в целевых фокальных точках. Это происходит потому, что периодическая функция фазового профиля оптимального утроителя Gori и др. вычисляется для линзы с линейной или плоской фазовой решеткой, для которой расстояния между периодами показывают линейную зависимость, в то время как при ее преобразовании к линзе расстояния между периодами функции фазового профиля становятся зависимыми от квадратного корня.The amount of light diffracted by a lens having a height profile 50 H(r) is shown by the intensity simulation results in FIG. 5c.
Фиг. 6a показывает профиль высоты H(r) согласно вышеприведенному уравнению (6) как функцию радиального расстояния r, однако модулированную постоянной угловой модуляцией аргумента S=0,25*T, обозначенной ссылочной цифрой 60. Ссылочная цифра 61 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы.Fig. 6a shows the height profile H(r) according to the above equation (6) as a function of the radial distance r, however modulated by a constant angular modulation of the argument S=0.25*T, denoted by
Количество света, дифрагируемого линзой, показано результатами моделирования на Фиг. 6b. Ссылочная цифра 64 относится к порядку дифракции 0, ссылочная цифра 62 относится к порядку дифракции -1, и ссылочная цифра 63 относится к порядку дифракции +1. Как видно из Фиг. 6a, с помощью этой угловой модуляции аргумента S относительно больше света дифрагирует в порядок +1 по сравнению с профилем 50 высоты, не имеющим угловой модуляции аргумента S.The amount of light diffracted by the lens is shown by the simulation results in FIG. 6b.
Угловая модуляция аргумента в другом направлении, то есть S=-0,25*T, проиллюстрированная профилем 70 высоты на Фиг. 7a, показывает, что относительно наибольшее количество света дифрагирует в порядок +1, соответствующий фокальной точке для зрения на близком расстоянии 73, как показано на профиле интенсивности на Фиг. 7b. На Фиг. 7b можно заметить, что относительно меньше света дифрагирует в порядок -1 (72), следовательно эта модуляция обеспечивает относительное большое усиление интенсивности света для зрения на близком расстоянии. Ссылочная цифра 71 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию дифракционного профиля 70 H(r).Angular modulation of the argument in the other direction, ie S=-0.25*T, illustrated by
Путем сдвига фазовой функции, то есть профиля высоты, относительным количеством света между дифракционными порядками можно управлять или настраивать его так, чтобы обеспечить целевое распределение света линзой и/или для корректировки допусков и других производственных отклонений, например при производстве линзы.By shifting the phase function, i.e. the height profile, the relative amount of light between diffraction orders can be controlled or adjusted to provide a targeted light distribution by the lens and/or to correct for tolerances and other manufacturing variances, such as when manufacturing a lens.
Как было указано выше, выгодно выражать угловую модуляцию аргумента S как долю периода T решетки в пространстве r2. В практических вариантах осуществления угловая модуляция аргумента может варьироваться в диапазоне от приблизительно S=-0,5*T до приблизительно S=0,5*T в пространстве r2, включая значения, кратные периоду T, в зависимости от требуемой коррекции света между фокальными точками для зрения на близком, промежуточном и дальнем расстоянии.As mentioned above, it is advantageous to express the angular modulation of the argument S as a fraction of the lattice period T in the space r 2 . In practical embodiments, the angular modulation of the argument may range from approximately S=-0.5*T to approximately S=0.5*T in r 2 space, including multiples of the period T, depending on the required light correction between focal points. points of view at close, intermediate and far distances.
Фиг. 8a показывает профиль высоты или функцию высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном варианте осуществления трифокальной внутриглазной глазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, обозначенную ссылочной цифрой 80. Фиг. 8b показывает профиль 80 высоты в пространстве r2. Угол аргумента профиля 80 высоты дифракционной решетки модулируется модуляционной функцией S(r), имеющей постоянное значение S=0,315*T, и функцией амплитудной модуляции Α(r)=1,013. Ссылочная цифра 81 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 80 дифракционного профиля H(r).Fig. 8a shows the height profile or height function H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one embodiment of a trifocal intraocular eye lens according to the present invention, denoted by
Распределение света, достигаемое дифракционной решеткой, имеющей профиль 80 высоты, показано на Фиг. 8c. Как видно из Фиг. 8c, в фокальные точки для зрения на большом расстоянии 82 и для зрения на близком расстоянии 83 дифрагирует равное количество света, тогда как в фокальную точку 84 для зрения на среднем расстоянии распределяется относительно меньше света.The light distribution achieved by a diffraction grating having a
Фиг. 9a показывает профиль высоты или функцию высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном варианте осуществления трифокальной внутриглазной глазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, обозначенную ссылочной цифрой 90. Угол аргумента профиля 90 высоты модулируется модуляционной функцией S(r), имеющей постоянное значение S=0,33*T, и функцией амплитудной модуляции Α(r)=0,96. Ссылочная цифра 91 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 90 дифракционного профиля H(r).Fig. 9a shows the height profile or height function H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one embodiment of a trifocal intraocular eye lens in accordance with the present invention, denoted by
Распределение света, достигаемое дифракционной решеткой, имеющей профиль 90 высоты, показано на Фиг. 9b. Как видно из Фиг. 9b, при вышеупомянутых параметрах модуляции аргумента в фокальные точки для зрения на большом расстоянии 92, на близком расстоянии 93 и на среднем расстоянии 94 распределяется равное количество света.The light distribution achieved by a diffraction grating having a
Вместо постоянного значения функции угловой модуляции аргумента S(r) и/или функции модуляции величины аргумента или параметра распределения света α(r), а также любой или обеих из функций амплитудной модуляции Α(r) и B(r), как было проиллюстрировано выше, в соответствии с настоящим изобретением функции модуляции угла и величины аргумента S(r) и/или α(r), соответственно, а также функции амплитудной модуляции Α(r) и B(r) могут содержать модуляционные функции, изменяющиеся в зависимости от радиального расстояния до оптической оси тела линзы, для того, чтобы достичь соответствующего целевого распределения света или улучшения фокуса путем настройки распределения света в целевых фокальных точках или целевых фокусах, в частности для обеспечения распределения света в фокальных точках, зависящего от размера зрачка.Instead of a constant value of the angular modulation function of the argument S(r) and/or a modulation function of the magnitude of the argument or the light distribution parameter α(r), as well as any or both of the amplitude modulation functions Α(r) and B(r), as illustrated above , in accordance with the present invention, the modulation functions of the angle and the magnitude of the argument S(r) and/or α(r), respectively, as well as the amplitude modulation functions Α(r) and B(r) may contain modulation functions that vary depending on the radial distance to the optical axis of the lens body, in order to achieve an appropriate target light distribution or focus improvement by adjusting the light distribution at the target focal points or target foci, in particular to provide a pupil size dependent light distribution at the focal points.
Фиг. 10a-13c иллюстрируют влияние на распределение света глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением, в которой аргумент непрерывной периодической функции профиля модулируется периодической функцией угловой модуляции аргумента или периодической функцией модуляции величины аргумента, обеспечивая периодические переходы в непрерывной периодической функции фазового профиля, то есть в профиле высоты линзы.Fig. 10a-13c illustrate the effect on light distribution of an ophthalmic multifocal lens according to the present invention, in which the continuous periodic profile function argument is modulated by the periodic angular modulation function of the argument or the periodic function of the argument magnitude modulation, providing periodic transitions in the continuous periodic function of the phase profile, that is, in lens height profile.
Фиг. 10a показывает профиль высоты или функцию 100 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 105 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 10b. Функция 105 угловой модуляции аргумента является периодической прямоугольной волновой функцией, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 100 высоты. Значение S(r) 105 варьируется в диапазоне S=±0,07*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 10b. Ссылочная цифра 101 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 100 дифракционного профиля H(r).Fig. 10a shows the height profile or height function 100 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention, modulated by a periodic
В показанном примере восходящий или передний фронт 106 функции 105 угловой модуляции аргумента создает переход 108, обеспечивающий смещение функции 100 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в радиальном направлении наружу r тела линзы, расположенный на восходящем или переднем фронте функции 100 профиля высоты. Убывающий или задний фронт 107 функции 105 угловой модуляции аргумента создает переход 109, обеспечивающий смещение функции 100 профиля высоты в радиальном направлении внутрь тела линзы, противодействующий смещению от перехода 108 и расположенный на заднем или убывающем фронте функции 100 профиля высоты.In the example shown, the rising or
Распределение света, достигаемое дифракционной решеткой, имеющей профиль 100 высоты, показано на Фиг. 10c. Как видно из Фиг. 10c, при использовании вышеупомянутой функции 105 угловой модуляции аргумента относительно больше света распределяется или сводится в фокальную точку для зрения на большом расстоянии 102 по сравнению с фокальной точкой для зрения на близком расстоянии 103. Количество света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 104, по существу равно количеству света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 54 профиля 50 высоты, показанного на Фиг. 5, не имеющего угловой модуляции аргумента.The light distribution achieved by a diffraction grating having a
Соответственно, при использовании функции 105 угловой модуляции аргумента достигается сильное увеличение относительного количества света в фокальной точке 102 для зрения на большом расстоянии.Accordingly, when using the
Фиг. 11a показывает профиль высоты или функцию 110 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 115 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 11b. Функция 115 угловой модуляции аргумента является периодической прямоугольной волновой функцией, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 110 высоты. Значение S(r) 115 варьируется в диапазоне S=±0,07*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 11b. Ссылочная цифра 111 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 110 дифракционного профиля H(r).Fig. 11a shows the height profile or height function 110 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention, modulated by a periodic
В показанном примере восходящий или передний фронт 116 функции 115 угловой модуляции аргумента создает переход 118, обеспечивающий смещение функции 110 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в радиальном направлении наружу r тела линзы, расположенный на заднем или убывающем фронте функции 110 профиля высоты. Убывающий или задний фронт 117 функции 115 угловой модуляции аргумента создает переход 119, обеспечивающий смещение функции 110 профиля высоты в радиальном направлении внутрь тела линзы, противодействующий смещению от перехода 118 и расположенный на переднем или восходящем фронте функции 110 профиля высоты.In the example shown, the rising or rising
Распределение света, достигаемое дифракционной решеткой, имеющей профиль 110 высоты, показано на Фиг. 11c. Как видно из Фиг. 11c, при использовании вышеупомянутой функции 115 угловой модуляции аргумента относительно больше света распределяется или сводится в фокальную точку для зрения на близком расстоянии 113 по сравнению с фокальной точкой для зрения на большом расстоянии 112. Количество света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 114, по существу равно количеству света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 54 профиля 50 высоты, показанного на Фиг. 5, не имеющего угловой модуляции аргумента.The light distribution achieved by a diffraction grating having a
Соответственно, при использовании функции 115 угловой модуляции аргумента достигается сильное увеличение относительного количества света в фокальной точке 113 для зрения на близком расстоянии.Accordingly, when using the
Фиг. 12a показывает профиль высоты или функцию 120 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 125 модуляции величины аргумента α(r), показанной на Фиг. 12b. Функция 125 модуляции величины аргумента является периодической прямоугольной волновой функцией, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 120 высоты. Значение α(r) 125 нормализуется относительно значения α=2,65718, отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 12b и находится в диапазоне 1,4≥α(r)/2,65718≥0,7. Функция угловой модуляции аргумента S(r)=0 для функции 120 профиля высоты. Ссылочная цифра 121 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 120 дифракционного профиля H(r).Fig. 12a shows the height profile or height function 120 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention modulated by a
В показанном примере восходящий или передний фронт 126 функции 125 модуляции величины аргумента создает переход 128, обеспечивающий смещение функции 120 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в направлении, поперечном по меньшей мере к одной поверхности 34 тела линзы 30 и вверх в направлении к внешней окружности 121. Переход 128 располагается на вершине или гребне функции 120 профиля высоты. Нисходящий или задний фронт 127 функции 125 модуляции величины аргумента создает переход 129, обеспечивающий смещение функции 120 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в направлении, поперечном по меньшей мере к одной поверхности 34 тела линзы 30 вниз, то есть от внешней окружности 121. Переход 129 располагается на дне или во впадине функции 120 профиля высоты и противодействует смещению переходом 128.In the example shown, the rising or rising
Распределение света, достигаемое дифракционной решеткой, имеющей профиль 120 высоты, показано на Фиг. 12c. Как видно из Фиг. 12c, при использовании вышеупомянутой функции 125 модуляции величины аргумента относительно больше света распределяется или сводится в фокальную точку для зрения на большом расстоянии 122 по сравнению с фокальной точкой для зрения на близком расстоянии 123. Количество света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 124, по существу равно количеству света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 54 профиля 50 высоты, показанного на Фиг. 5, не имеющего угловой модуляции аргумента и модуляции величины аргумента.The light distribution achieved by a diffraction grating having a
Соответственно, при использовании функции 125 угловой модуляции аргумента достигается сильное увеличение относительного количества света в фокальной точке 122 для зрения на большом расстоянии.Accordingly, by using the argument
Фиг. 13a показывает профиль высоты или функцию 130 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 135 модуляции величины аргумента α(r), показанной на Фиг. 13b. Функция 135 модуляции величины аргумента является периодической прямоугольной волновой функцией, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 130 высоты. Значение α(r) 135 нормализуется относительно значения α=2,65718, отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 13b и находится в диапазоне 1,4≥α(r)/2,65718≥0,7. Функция угловой модуляции аргумента S(r)=0 для функции 130 профиля высоты. Ссылочная цифра 131 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 130 дифракционного профиля H(r).Fig. 13a shows the height profile or height function 130 H(r) in accordance with the above equation (6) as a function of the radial distance r of the diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens in accordance with the present invention, modulated by a
В показанном примере нисходящий или задний фронт 136 функции 135 модуляции величины аргумента создает переход 138, обеспечивающий смещение функции 130 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в направлении, поперечном по меньшей мере к одной поверхности 34 тела линзы 30 и вниз, то есть от внешней окружности 131. Переход 138 располагается на вершине или гребне функции 130 профиля высоты. Восходящий или передний фронт 137 функции 135 модуляции величины аргумента создает переход 139, обеспечивающий смещение функции 130 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в направлении, поперечном по меньшей мере к одной поверхности 34 тела линзы 30 вверх, т.е. к внешней окружности 131. Переход 139 располагается на дне или во впадине функции 130 профиля высоты и противодействует смещению переходом 138.In the example shown, the falling or trailing
Распределение света, достигаемое дифракционной решеткой, имеющей профиль 130 высоты, показано на Фиг. 13c. Как видно из Фиг. 13c, при использовании вышеупомянутой функции 135 модуляции величины аргумента относительно больше света распределяется или сводится в фокальную точку для зрения на близком расстоянии 133 по сравнению с фокальной точкой для зрения на большом расстоянии 132. Количество света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 134, по существу равно количеству света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 54 профиля 50 высоты, показанного на Фиг. 5, не имеющего угловой модуляции аргумента и модуляции величины аргумента.The light distribution achieved by a diffraction grating having a
Соответственно, при использовании функции 135 угловой модуляции аргумента достигается сильное увеличение относительного количества света в фокальной точке 133 для зрения на близком расстоянии. Специалисту в данной области техники будет понятно, что можно комбинировать периодические смещения функции профиля высоты в направлении, поперечном по меньшей мере к одной поверхности 34, как показано, например, на Фиг. 10 и 11, со смещениями функции профиля высоты, параллельного радиальному направлению тела линзы, как показано на Фиг. 12 и 13, чтобы усилить эффект настройки. Таким образом относительные интенсивности дифракционных фокальных точек могут быть очень сильно изменены.Accordingly, by using the
На Фиг. 10a, 11a, 12a и 13a можно заметить, что переходы, обеспечиваемые соответствующими модуляционными функциями, показанными на Фиг. 10b, 11b, 12b и 13c, вызывают резкие смещения функций высоты или профиля фазы, которые на практике могут вызвать проблемы механической обработки при производстве линзы, имеющей такой профиль высоты.On FIG. 10a, 11a, 12a and 13a, it can be seen that the transitions provided by the respective modulation functions shown in FIG. 10b, 11b, 12b and 13c cause abrupt shifts in the height or phase profile functions, which in practice can cause machining problems in the manufacture of a lens having such a height profile.
В соответствии с настоящим изобретением целесообразно модулировать аргумент непрерывной периодической функции фазового профиля, создавая периодические сглаженные переходы или смещения на непрерывной периодической функции фазового профиля, то есть соответствующем профиле высоты или оптической передаточной функции дифракционной решетки, представленной непрерывной периодической функцией фазового профиля.In accordance with the present invention, it is expedient to modulate the argument of the continuous periodic phase profile function by producing periodic smooth transitions or offsets on the continuous periodic phase profile function, i.e. the corresponding height profile or optical transfer function of the diffraction grating represented by the continuous periodic phase profile function.
Фиг. 14a показывает профиль высоты или функцию 140 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 145 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 14b. Отличающаяся от прямоугольной функции 105 угловой модуляции аргумента, показанной на Фиг. 10b, периодическая функция 145 угловой модуляции аргумента S(r) является трапецеидальной функцией, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 140 высоты. Максимальное значение S(r) 145 варьируется в диапазоне S=±0,08*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 14b. Ссылочная цифра 141 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 140 дифракционного профиля H(r).Fig. 14a shows the height profile or height function 140 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention, modulated by a periodic angular modulation function 145 of the argument S(r) shown in FIG. 14b. Different from the rectangular
В показанном примере восходящий или передний фронт 146 функции 145 угловой модуляции аргумента создает гладкий переход 148, обеспечивающий линейное постепенное смещение функции 140 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в радиальном направлении наружу r тела линзы, расположенный на восходящем или переднем фронте функции 140 профиля высоты. Убывающий или задний фронт 147 функции 145 угловой модуляции аргумента создает переход 149, обеспечивающий линейное постепенное смещение функции 140 профиля высоты в радиальном направлении внутрь тела линзы, противодействующий смещению от перехода 148 и расположенный на заднем или убывающем фронте функции 140 профиля высоты. Переходы, создаваемые функцией S(r) 145, обеспечивают перераспределение света в фокальную точку для зрения на большом расстоянии.In the example shown, the rising or
Фиг. 15a показывает профиль высоты или функцию 150 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 155 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 15b. Отличающаяся от прямоугольной функции 115 угловой модуляции аргумента, показанной на Фиг. 11b, периодическая функция 155 угловой модуляции аргумента S(r) является трапецеидальной функцией, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 150 высоты. Максимальное значение S(r) 155 варьируется в диапазоне S=±0,08*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 15b. Ссылочная цифра 151 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 150 дифракционного профиля H(r).Fig. 15a shows the height profile or height function 150 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention, modulated by a periodic
В показанном примере восходящий или передний фронт 156 функции 155 угловой модуляции аргумента создает гладкий переход 158, обеспечивающий линейное постепенное смещение функции 150 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в радиальном направлении наружу r тела линзы, расположенный на заднем или убывающем фронте функции 150 профиля высоты. Убывающий или задний фронт 157 функции 155 угловой модуляции аргумента создает плавный переход 159, обеспечивающий линейное постепенное смещение функции 150 профиля высоты в радиальном направлении внутрь тела линзы, противодействующий смещению от перехода 118 и расположенный на переднем или восходящем фронте функции 110 профиля высоты. Переходы, создаваемые функцией S(r) 155, обеспечивают перераспределение света в фокальную точку для зрения на близком расстоянии.In the example shown, the rising or
За счет введения периодических сглаженных переходов 148, 149 и 158, 159 в непрерывные периодические функции фазового профиля, то есть соответствующие профили высоты 140, 150, соответственно, реализация оптической передаточной функции, содержащей такую функцию фазового профиля, не составляет проблемы для механической обработки. За счет сглаживания переходов в дифракционную решетку не вводятся или вводятся лишь незначительные артефакты, так что поддерживаются свойства настроенной линзы, включающей непрерывную периодическую функцию фазового профиля в отношении менее нежелательных оптических эффектов, таких как рассеянный свет, хроматическая аберрация, гало, блики, рассеяние и т.п.By introducing periodic
Специалисту в данной области техники будет понятно, что функции 125 и 135 модуляции величины аргумента, показанные на Фиг. 12b и 13b, соответственно, также могут быть заменены трапецеидальными функциями модуляции величины аргумента, чтобы тем самым обеспечить гладкие переходы, то есть постепенные смещения в направлении, поперечном к поверхности тела линзы, содержащей соответствующую дифракционную решетку (не показано). В соответствии с настоящим изобретением могут применяться другие периодические функции угла и/или величины аргумента, содержащие, например, одну из непрерывной функции, непрерывной тригонометрической функции, треугольной функции и т.д., обеспечивающих нелинейные постепенные смещения.One skilled in the art will appreciate that the argument value modulation functions 125 and 135 shown in FIG. 12b and 13b, respectively, can also be replaced by trapezoidal argument magnitude modulation functions, thereby providing smooth transitions, i.e. gradual shifts in a direction transverse to the surface of the lens body containing the corresponding diffraction grating (not shown). In accordance with the present invention, other periodic functions of angle and/or magnitude of the argument can be used, containing, for example, one of a continuous function, a continuous trigonometric function, a triangular function, etc., providing non-linear gradual displacements.
Фиг. 16a показывает в качестве примера профиль высоты или функцию 160 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 165 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 16b. В отличие от линейного сглаживания, показанного на Фиг. 15, в этом примере сглаживание обеспечивается интерполяцией кубическим сплайном. Модуляция величины аргумента обеспечивается при так называемом базовом значении фазы, выбираемом при S=0,33*T, в то время как максимальное значение S(r) находится в диапазоне 0,41*T≥S(r)≥0,25*T и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 16b. Ссылочная цифра 161 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 160 дифракционного профиля H(r). Следует иметь в виду, что могут быть выбраны другие базовые значения фазы.Fig. 16a shows an exemplary height profile or height function 160 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention modulated by a periodic
В показанном примере нисходящий или задний фронт 166 функции 165 угловой модуляции аргумента создает гладкий переход 168, обеспечивающий линейное постепенное смещение функции 160 профиля высоты, то есть непрерывной периодической функции фазового профиля дифракционной решетки, в радиальном направлении наружу r тела линзы, расположенный на восходящем или переднем фронте функции 160 профиля высоты. Восходящий или передний фронт 167 функции 165 угловой модуляции аргумента создает плавный переход 169, обеспечивающий линейное постепенное смещение функции 160 профиля высоты в радиальном направлении внутрь тела линзы, противодействующий смещению от перехода 168 и расположенный на заднем или убывающем фронте функции 160 профиля высоты. Переходы, обеспечиваемые функцией S(r) 165, обеспечивают перераспределение света в фокальную точку для зрения на близком расстоянии 163 по сравнению с фокальной точкой зрения на большом расстоянии 162, что показано на диаграмме распределения интенсивности или энергии света на Фиг. 16c. Ссылочная цифра 164 относится к количеству света, распределяемому в фокальную точку для зрения на промежуточном расстоянии.In the example shown, the descending or trailing
Специалисту в данной области техники будет понятно, что функции угловой модуляции аргумента и функции модуляции величины аргумента, показанные на предыдущих чертежах, могут взаимно заменяться и объединяться для обеспечения, то есть настройки, первоначально спроектированной или выбранной непрерывной периодической фазовой функции или функции профиля высоты для того, чтобы достичь целевого или требуемого распределения света в целевых фокальных точках.One skilled in the art will appreciate that the angle modulation functions and the magnitude modulation functions shown in the previous drawings may be interchanged and combined to provide, i.e., tune, the originally designed or selected continuous periodic phase or height profile function to to achieve the target or desired distribution of light at the target focal points.
Настоящее изобретение является особенно подходящим для обеспечения распределения света в целевых фокальных точках в зависимости от размера зрачка. Это может быть достигнуто несколькими способами путем подходящей модуляции аргумента непрерывной периодической функции фазового профиля.The present invention is particularly suitable for providing distribution of light at target focal points depending on pupil size. This can be achieved in several ways by suitably modulating the argument of the continuous periodic phase profile function.
Фиг. 17a показывает в качестве примера профиль высоты или функцию 170 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 175 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 17b. В этом примере периодическая функция 175 угловой модуляции аргумента S(r) содержит первую часть, обозначенную ссылочной цифрой 176, проходящую на радиальное расстояние 1,7 мм от оптической оси, и вторую часть 177, проходящую от радиального расстояния 1,7 мм наружу к окружности тела линзы.Fig. 17a shows an exemplary height profile or height function 170 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention modulated by a periodic
Первая часть 176 функции угловой модуляции аргумента состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 170 высоты, обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 170 профиля высоты. В этой первой части значение S(r) варьируется в диапазоне S=±0,02*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 17b.The
Вторая часть 177 функции угловой модуляции аргумента состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 170 высоты, аналогичным образом обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 170 профиля высоты. В этой второй части значение S(r) варьируется в диапазоне S=±0,1*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 17b.The
Фиг. 17c - 17f показывают профили интенсивности для света, частично падающего на тело линзы, для нескольких расстояний от оптической оси, имитируя тем самым несколько размеров зрачка. Фиг. 17c относится к диаметру зрачка 3 мм, Фиг. 17d относится к диаметру зрачка 3,75 мм, Фиг. 17e относится к диаметру зрачка 4,5 мм, и Фиг. 17f относится к диаметру зрачка 6 мм. Диаметр зрачка приблизительно 3 мм соответствует ситуации, в которой количество света в фокусе для зрения на близком расстоянии должно быть относительно улучшено, тогда как диаметр зрачка приблизительно 6 мм соответствует ситуации, в которой предпочтительным является относительно большее количество света в фокусе для зрения на большом расстоянии.Fig. 17c-17f show intensity profiles for light partially incident on the lens body for several distances from the optical axis, thus simulating several pupil sizes. Fig. 17c refers to a pupil diameter of 3 mm, FIG. 17d refers to a pupil diameter of 3.75 mm, FIG. 17e refers to a pupil diameter of 4.5 mm, and FIG. 17f refers to a pupil diameter of 6 mm. A pupil diameter of approximately 3 mm corresponds to a situation in which the amount of light in focus for near vision should be relatively improved, while a pupil diameter of approximately 6 mm corresponds to a situation in which relatively more light in focus for distance vision is preferred.
На Фиг. 17c - 17f значения интенсивности показаны нормализованными относительно интенсивности для зрения на среднем расстоянии, то есть при 20D, обозначенной как In. Фокальная точка для зрения на близком расстоянии устанавливается на 21,5D, а фокальная точка для зрения на большом расстоянии устанавливается на 18,5D. Для каждой диаграммы интенсивности показано отношение распределения R количества света в фокальных точках для зрения на большом расстоянии (In-far) и для зрения на близком расстоянии (In-near), то есть R=In-far/In-near. Если R равно 1, равное количество света объединяется в дифракционных фокальных точках. При R<1 относительно больше света распределяется в фокальную точку для зрения на близком расстоянии по сравнению с фокальной точкой для зрения на большом расстоянии. При R>1 относительно больше света распределяется в фокальную точку для зрения на большом расстоянии по сравнению с фокальной точкой для зрения на близком расстоянии.On FIG. 17c-17f, the intensity values are shown normalized to the intensity for mid-distance vision, ie at 20D, denoted as In. The focal point for close vision is set to 21.5D and the focal point for long distance vision is set to 18.5D. For each intensity diagram, the ratio of the distribution R of the amount of light at the focal points for vision at a long distance (In-far) and for vision at a close distance (In-near), that is, R=In-far/In-near, is shown. If R is 1, an equal amount of light is combined at the diffractive focal points. With R<1, relatively more light is distributed to the focal point for near vision compared to the focal point for far vision. With R>1, relatively more light is distributed to the focal point for far vision compared to the focal point for near vision.
Из смоделированных нормализованных интенсивностей света и вычисленных отношений распределения света видно, что первая часть 176 функции 175 угловой модуляции аргумента по сравнению с ее второй частью 177 способствует зрению на близком расстоянии для малых диаметров зрачка, то есть 3 мм и 3,75 мм, обеспечивая значения R 1,08 и 1,04, соответственно, тогда как зрение на большом расстоянии облегчается второй частью 177 для больших диаметров зрачка, то есть 4,5 мм и 6 мм, обеспечивающей значения R 1,18 и 1,46, соответственно.From the simulated normalized light intensities and calculated light distribution ratios, it can be seen that the
Фиг. 18a показывает в качестве примера профиль высоты или функцию 180 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 185 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 18b. В этом примере периодическая функция 185 угловой модуляции аргумента S(r) состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 180 высоты, обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 180 профиля высоты. Значение S(r) 185 увеличивается по экспоненте в радиальном направлении наружу к окружности тела линзы, от S=0 до S=±0,1*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 18b.Fig. 18a shows an exemplary height profile or height function 180 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention modulated by a periodic
Фиг. 18c - 18f показывают нормализованные профили интенсивности для света, частично падающего на тело линзы, для нескольких расстояний от оптической оси, в соответствии с Фиг. 17c-17f, соответственно. Из смоделированных нормированных интенсивностей света и рассчитанных отношений распределения света R видно, что угловая модуляция аргумента 185 умеренно усиливает или способствует зрению на близком расстоянии для малого диаметра зрачка 3 мм, обеспечивая значение R 1,74, по сравнению со значением R 1,90 для диаметра зрачка 6 мм, способствующим зрению на большом расстоянии.Fig. 18c-18f show normalized intensity profiles for light partially incident on the lens body for several distances from the optical axis, in accordance with FIG. 17c-17f, respectively. From the simulated normalized light intensities and the calculated light distribution ratios R, it can be seen that the angular modulation of the 185 argument modestly enhances or promotes near vision for a small pupil diameter of 3 mm, resulting in an R value of 1.74, compared to an R value of 1.90 for the
Фиг. 19a показывает в качестве примера профиль высоты или функцию 190 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 195 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 19b. В этом примере периодическая функция 195 угловой модуляции аргумента S(r) состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 190 высоты, обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 190 профиля высоты. Значение S(r) 195 уменьшается по экспоненте в радиальном направлении наружу к окружности тела линзы относительно базового сдвига фазы S=0,33*T в пределах 0,38*T≥S(r)≥0,2*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 19b.Fig. 19a shows an exemplary height profile or height function 190 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention modulated by a periodic
Фиг. 19c - 19f показывают нормализованные профили интенсивности для света, частично падающего на тело линзы, для нескольких расстояний от оптической оси, в соответствии с Фиг. 17c-17f, соответственно. Из смоделированных нормированных интенсивностей света и рассчитанных отношений распределения света R можно заметить, что угловая модуляция аргумента 195, в противоположность предыдущим примерам, усиливает или способствует зрению на большом расстоянии для меньших диаметров зрачка 3 мм и 3,75 мм, обеспечивающих значения R 1,6 и 1,67, соответственно. Зрение на близком расстоянии улучшается для больших диаметров зрачка по сравнению с меньшими размерами зрачка, обеспечивая соответствующие значения R 1,44 для диаметра зрачка 4,5 мм и 1,27 для диаметра зрачка 6 мм. Следует иметь в виду, что этот тип линзы представляет собой особый случай и может использоваться для обеспечения необычно сильных коррекций.Fig. 19c-19f show normalized intensity profiles for light partially incident on the lens body for several distances from the optical axis, in accordance with FIG. 17c-17f, respectively. From the modeled normalized light intensities and the calculated light distribution ratios R, it can be seen that the angular modulation of
Варианты осуществления настоящего изобретения, описанные и показанные на Фиг. 18a-f и 19a-f, имеют преимущество обеспечения постепенно изменяющихся распределений интенсивности для различных размеров зрачка без резкого изменения между различными зонами, как показано например на Фиг. 17b, обеспечивая тем самым меньшее раздражения, и соответственно улучшенный опыт для пользователя.The embodiments of the present invention described and shown in FIGS. 18a-f and 19a-f have the advantage of providing gradually varying intensity distributions for different pupil sizes without abrupt change between different zones, as shown for example in FIG. 17b, thereby providing less annoyance and a correspondingly improved experience for the user.
Фиг. 20a показывает в качестве примера профиль высоты или функцию 200 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 205 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 20b. В этом примере периодическая функция 200 угловой модуляции аргумента S(r) содержит первую часть, обозначенную ссылочной цифрой 206, проходящую на радиальное расстояние 1,5 мм от оптической оси, и вторую часть 207, проходящую от радиального расстояния 1,5 мм наружу к окружности тела линзы.Fig. 20a shows an exemplary height profile or height function 200 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention modulated by a periodic
Первая часть 206 функции 205 угловой модуляции аргумента состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 200 высоты, обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 200 профиля высоты. В этой первой части значение S(r) уменьшается по экспоненте в радиальном направлении наружу к окружности тела линзы относительно базового фазового сдвига S=0,33*T. Вторая часть 207 функции 205 угловой модуляции аргумента состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 200 высоты, аналогичным образом обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 170 профиля высоты. В этой второй части значение S(r) увеличивается по экспоненте в радиальном направлении наружу к окружности тела линзы относительно базового фазового сдвига S=0,33*T. В первой части максимальное значение S(r) 205 находится в диапазоне 0,44*T≥S(r)≥0,28*T, а во второй части 207 в диапазоне S=±0,20*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 20b.The
Фиг. 20c - 20f показывают нормализованные профили интенсивности для света, частично падающего на тело линзы, для нескольких расстояний от оптической оси, в соответствии с Фиг. 17c-17f, соответственно. Из смоделированных нормированных интенсивностей света и рассчитанных отношений распределения света R можно заметить, что угловая модуляция аргумента 205 сильно способствует распределению света в фокальную точку для зрения на близком расстоянии для меньших диаметров зрачка 3 мм и 3,75 мм, а также для диаметра зрачка 4,5 мм, обеспечивая значения R 0,68, 0,89 и 0,93, соответственно. Зрение на большом расстоянии немного улучшается для большего диаметра зрачка 6 мм по сравнению с меньшими размерами зрачка, обеспечивая соответствующее значение R 1,08.Fig. 20c-20f show normalized intensity profiles for light partially incident on the lens body for several distances from the optical axis, in accordance with FIG. 17c-17f, respectively. From the modeled normalized light intensities and the calculated light distribution ratios R, it can be seen that the angular modulation of the
Фиг. 21a показывает профиль высоты или функцию 210 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 216 модуляции величины аргумента α(r), показанной на Фиг. 21b, и функцией 215 угловой модуляции аргумента S(r).Fig. 21a shows the height profile or height function 210 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention, modulated by a
Функция 216 модуляции величины аргумента является ступенчатой или кусочно возрастающей функцией в радиальном направлении от центра тела линзы. Ширина этих участков или ступенек равна периоду непрерывной периодической функции 210 высоты. Значение α(r) 216 нормализуется относительно значения α=2,65718, отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 21b и находится в диапазоне 2≥α(r)/2,65718≥0,9. В показанном примере функция 216 модуляции величины аргумента вызывает периодическое увеличение профиля высоты или функции 210 высоты с увеличением расстояния от оптической оси, создавая эффект аподизации профиля 210 высоты.The argument
Функция 215 угловой модуляции аргумента S(r) состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 180 высоты, обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 210 профиля высоты. Значение S(r) 215 увеличивается по экспоненте в радиальном направлении наружу к окружности тела линзы, от S=0 до S=±0,1*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 21c.
Фиг. 21h показывает распределение света или профиль интенсивности для линзы, содержащей дифракционную решетку, имеющую функцию 210 профиля высоты. Как видно из Фиг. 21h, благодаря функции 215 угловой модуляции аргумента S(r) количество падающего света, распределяемого в фокальную точку 212 для зрения на большом расстоянии, сильно превышает количество падающего света, распределяемого в фокальную точку 213 для зрения на близком расстоянии. Кроме того, по сравнению с профилем интенсивности, показанным на Фиг. 5b, например, количество света в фокальной точке 214 для зрения на среднем расстоянии уменьшается благодаря функции 216 модуляции величины угла α(r).Fig. 21h shows the light distribution or intensity profile for a lens containing a diffraction grating having a
Фиг. 21d-21g показывают нормализованные профили интенсивности для света, частично падающего на тело линзы, для нескольких расстояний от оптической оси, в соответствии с Фиг. 17c-17f, соответственно. Из смоделированных нормированных интенсивностей света и рассчитанных отношений распределения света R можно заметить, что функция 216 модуляции величины аргумента усиливает или способствует зрению на большом расстоянии для всех диаметров зрачка 3 мм, 3,75 мм, 4,5 и 6 мм, обеспечивая относительно число высокие значения R 2,03, 2,07, 2,05 и 2,13, соответственно, по сравнению со значениями R предыдущих примеров. Из нормализованных профилей интенсивности, показанных на Фиг. 21f и 21g, можно заметить, что количество света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, уменьшается с увеличением α(r) 216.Fig. 21d-21g show normalized intensity profiles for light partially incident on the lens body for several distances from the optical axis, in accordance with FIG. 17c-17f, respectively. From the modeled normalized light intensities and the calculated light distribution ratios R, it can be seen that the argument
Фиг. 22a показывает профиль высоты или функцию 220 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (6) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 225 угловой модуляции аргумента α(r), показанной на Фиг. 22b, которая равна периодической функции 215 угловой модуляции аргумента S(r), показанной на Фиг. 21b. Кроме того, аподизация высоты применяется к функции 220 профиля высоты с помощью функции амплитудной модуляции Α(r), которая экспоненциально увеличивается с увеличением радиального расстояния до оптической оси линзы (не показано). Следует отметить, что функция 220 профиля высоты показана в увеличенном масштабе по сравнению с функциями профиля высоты предыдущих примеров.Fig. 22a shows the height profile or height function 220 H(r) according to Equation (6) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention modulated by a periodic
Из нормализованных профилей интенсивности, показанных на Фиг. 22c-22f, можно, среди прочего, сделать вывод о том, что количество падающего света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, уменьшается с увеличением амплитудной модуляции Α(r). Расчетные отношения распределения света R показывают, что зрение на близком расстоянии относительно улучшается для меньших диаметров зрачка 3 мм и 3,75 мм, соответственно R=1,97 и R=2,01, тогда как зрение на большом расстоянии улучшается для больших диаметров зрачка 4,5 и 6 мм, обеспечивая относительно высокие значения R 2,05 и 2,27, соответственно.From the normalized intensity profiles shown in FIG. 22c-22f, it can be deduced, inter alia, that the amount of incident light distributed to the focal point for medium distance vision decreases with increasing amplitude modulation Α(r). The calculated light distribution ratios R show that near vision improves relatively for smaller pupil diameters of 3 mm and 3.75 mm, respectively R=1.97 and R=2.01, while far vision improves for larger pupil diameters. 4.5 and 6 mm, providing relatively high R values of 2.05 and 2.27, respectively.
Следовательно, с помощью примерных профилей, показанных на Фиг. 21a и 22a, демонстрируется, что при аподизации за счет одной или обеих из модуляции величины аргумента и амплитудной модуляции количество света, распределяемого в фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, то есть в рефракционную фокальную точку, может эффективно настраиваться. Настройка распределения света в дифракционных фокусных точках, включая зависимую от зрачка настройку, была продемонстрирована различными примерами угловой модуляции аргумента.Therefore, with the exemplary profiles shown in FIG. 21a and 22a, it is demonstrated that by apodization by one or both of argument magnitude modulation and amplitude modulation, the amount of light distributed to the mid-distance focal point, i.e., the refractive focal point, can be effectively tuned. The tuning of light distribution at diffractive focal points, including pupil-dependent tuning, has been demonstrated by various examples of angular modulation of the argument.
Кроме того, было замечено, что аподизация с использованием модуляции величины аргумента для достижения аналогичного эффекта с точки зрения настройки требует меньшего увеличения функции высоты H(r) в радиальном направлении тела линзы и меньшей абсолютной разности функции высоты по телу линзы от оптической оси до окружности тела линзы по сравнению с аподизацией за счет амплитудной модуляции. Меньшая абсолютная разность высоты является предпочтительной с производственной точки зрения. Кроме того, такой профиль является менее чувствительным к накоплению пыли, грязи, влаги и т.п. Соответственно, аподизация за счет модуляции величины аргумента является более предпочтительной, чем амплитудная модуляция функции высоты или профиля высоты.In addition, it has been observed that apodization using modulation of the magnitude of the argument to achieve a similar effect in terms of adjustment requires a smaller increase in the height function H(r) in the radial direction of the lens body and a smaller absolute height function difference over the lens body from the optical axis to the body circumference. lenses compared to apodization due to amplitude modulation. A smaller absolute height difference is preferable from a manufacturing point of view. In addition, such a profile is less sensitive to the accumulation of dust, dirt, moisture, and the like. Accordingly, apodization by modulating the magnitude of the argument is more preferable than amplitude modulating the height function or height profile.
Хотя в предыдущих примерах была показана настройка распределения света в фокальных точках линзы, содержащей дифракционную решетку, имеющую профиль высоты в соответствии с непрерывной периодической функцией фазового профиля, основанной на вышеприведенном уравнении (6), идеи настоящего изобретения не ограничиваются этим конкретным типом непрерывной периодической функции фазового профиля.Although the previous examples have shown the adjustment of light distribution at the focal points of a lens containing a diffraction grating having a height profile in accordance with a continuous periodic phase profile function based on the above equation (6), the ideas of the present invention are not limited to this particular type of continuous periodic phase profile function. profile.
Фиг. 23a и 23b иллюстрируют в качестве примера профиль высоты или функцию H(r) высоты истинной синусоидальной непрерывной периодической функции фазового профиля в соответствии с нижеприведенным уравнением (7):Fig. 23a and 23b illustrate by way of example the height profile or height function H(r) of a true sinusoidal continuous periodic phase profile function according to equation (7) below:
где: where:
H(r) - профиль высоты линзы, [нм],H(r) - lens height profile, [nm],
Α(r) - функция амплитудной модуляции непрерывной периодической функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы,Α(r) - amplitude modulation function of the continuous periodic function of the phase profile in the radial direction of the lens body,
λ - конструктивная длина волны линзы, [нм], λ - constructive wavelength of the lens, [nm],
n - показатель преломления тела линзы,n is the refractive index of the lens body,
nm - показатель преломления среды, окружающей тело линзы, n m is the refractive index of the medium surrounding the lens body,
S(r) - функция угловой модуляции аргумента G в пространстве r2, [мм2], и S(r) is the angular modulation function of the argument G in the space r 2 , [mm 2 ], and
T - период или шаг дифракционной решетки в пространстве r2, [мм2].T is the period or step of the diffraction grating in space r 2 , [mm 2 ].
Фиг. 23a показывает профиль высоты или функцию высоты H(r) 230 в пространстве r2, выраженную в мм2, а Фиг. 23b показывает ту же самую функцию высоты 230 вдоль линейной шкалы как функцию радиального расстояния r. В этом примере функция угловой модуляции аргумента S(r)=0, то есть нет сдвига фазы или угловой модуляции аргумента.Fig. 23a shows the height profile or height function H(r) 230 in r2 space expressed in mm2, and FIG. 23b shows the same function of
Профиль высоты H(r) изображен в мкм вдоль вертикальной оси. Предполагается, что оптическая ось, проходящая через центр тела линзы, находится в радиальном положении r=0, тогда как радиальное расстояние r, измеренное в направлении наружу от оптической оси, выражается в мм вдоль вертикальной оси. Ссылочная цифра 231 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 230 дифракционного профиля H(r). См. Фиг. 2a и 2b.The height profile H(r) is shown in µm along the vertical axis. It is assumed that the optical axis passing through the center of the lens body is at the radial position r=0, while the radial distance r, measured outward from the optical axis, is expressed in mm along the vertical axis.
В этой конструкции расчетная длина волны λ линзы принимается равной 550 нм, показатель преломления n тела линзы принимается равным 1,4618, а показатель преломления nm среды, окружающей тело линзы, принимается равным 1,336. Функция амплитудной модуляции Α(r)=0,225. В случае Α(r)=0,5 получается максимальная потеря фазы в 1 длину волны A. Период T=0,55 мм2 в пространстве r2.In this design, the design wavelength λ of the lens is taken to be 550 nm, the refractive index n of the lens body is taken to be 1.4618, and the refractive index n m of the medium surrounding the lens body is taken to be 1.336. The amplitude modulation function Α(r)=0.225. In the case of Α(r)=0.5, a maximum phase loss of 1 wavelength A is obtained. Period T=0.55 mm 2 in space r 2 .
Фиг. 23c показывает смоделированное на компьютере распределение интенсивности света тела 31 двояковыпуклой глазной линзы 30 показанного на Фиг. 2a, 2b типа, содержащей дифракционную решетку, имеющую профиль высоты 230. В этом профиле интенсивности интенсивность I дифрагированного света изображена в произвольных единицах вдоль вертикальной оси как функция оптической силы в диоптриях (D), изображенной вдоль горизонтальной оси.Fig. 23c shows the computer-simulated light intensity distribution of the
Для целей иллюстрации эта линза предназначена для нацеливания на фокусную точку нулевого порядка в 20 диоптрий (D) и фокусные точки первого порядка в 22D и 18D, симметрично расположенные относительно нулевого порядка. Таким образом, она обеспечивает фокальную точку для зрения на среднем расстоянии 234 в 20D для фокальной точки нулевого порядка, фокальную точку для зрения на большом расстоянии 232 в 18D для дифракционного порядка -1, и фокальную точку для зрения на близком расстоянии 233 в 22D для дифракционного порядка +1.For purposes of illustration, this lens is designed to target a 20 diopter (D) zero order focal point and 22D and 18D first order focal points symmetrically about the zero order. Thus, it provides a focal point for view at an average distance of 234 in 20D for a zero-order focal point, a focal point for view at a long distance of 232 in 18D for a diffractive order of -1, and a focal point for a close view of 233 in 22D for a
Фиг. 24a показывает в качестве примера профиль высоты или функцию 240 высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (7) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном примере трифокальной внутриглазной линзы в соответствии с настоящим изобретением, модулируемую периодической функцией 245 угловой модуляции аргумента S(r) в соответствии с настоящим изобретением, показанной на Фиг. 24b. В этом примере периодическая функция 245 угловой модуляции аргумента S(r) содержит первую часть, обозначенную ссылочной цифрой 246, проходящую на радиальное расстояние 1,75 мм от оптической оси, и вторую часть 247, проходящую от радиального расстояния 1,75 мм наружу к окружности тела линзы.Fig. 24a shows an exemplary height profile or height function 240 H(r) according to Equation (7) above as a function of the radial distance r of a diffraction grating in one example of a trifocal intraocular lens according to the present invention modulated by a periodic
Первая часть 246 функции угловой модуляции аргумента состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 240 высоты, обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 240 профиля высоты. В этой первой части значение S(r) варьируется в диапазоне S=±0,045*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 24b.The
Вторая часть 247 функции угловой модуляции аргумента состоит из трапецеидальной функции, имеющей период, равный периоду непрерывной периодической функции 240 высоты, аналогичным образом обеспечивающей гладкие переходы на передних/задних фронтах функции 240 профиля высоты. В этой второй части значение S(r) варьируется в диапазоне S=±0,1*T, и отображается вдоль вертикальной оси на Фиг. 24b.The
Фиг. 24c - 24f показывают нормализованные профили интенсивности для света, частично падающего на тело линзы, имеющее функцию 240 высоты, для нескольких расстояний от оптической оси, в соответствии с Фиг. 17c - 17f. Из смоделированных нормализованных интенсивностей света и вычисленных отношений распределения света видно, что первая часть 246 функции 245 угловой модуляции аргумента способствует зрению на близком расстоянии для малых диаметров зрачка, то есть 3 мм и 3,75 мм, обеспечивая значения R 0,92 и 0,90, соответственно, тогда как зрение на большом расстоянии облегчается второй частью 247 для больших диаметров зрачка, то есть 4,5 мм и 6 мм, обеспечивающей значения R 1,05 и 1,24, соответственно.Fig. 24c-24f show normalized intensity profiles for light partially incident on a lens body having a
Оптическая передаточная функция или функция пропускания света в настоящем изобретении может иметь переменные свойства пропускания света в радиальном направлении r линзы. В частности, при этом на расстоянии приблизительно 2-3 мм в направлении наружу от центра линзы оптическая передаточная функция или функция пропускания света имеет фазовый профиль, обеспечивающий трифокальные свойства, и в то же время содержит бифокальные свойства от радиального расстояния приблизительно 2-3 мм до кругового края линзы с радиусом r=5-7 мм. См. Фиг. 2a.The optical transfer function or light transmission function in the present invention may have variable light transmission properties in the radial direction r of the lens. In particular, while at a distance of approximately 2-3 mm outward from the center of the lens, the optical transfer function or light transmission function has a phase profile that provides trifocal properties, and at the same time contains bifocal properties from a radial distance of approximately 2-3 mm to circular edge of the lens with a radius of r=5-7 mm. See FIG. 2a.
Кроме того, следует отметить, что идеи, проиллюстрированные выше, в равной степени применимы для проектирования мультифокальной глазной линзы, имеющей, например, асимметричную дифракционную решетку и/или четыре целевые фокальные точки, то есть так называемой четырехфокусной линзы, или даже пять целевых фокальных точек, то есть так называемой пятифокусной линзы.In addition, it should be noted that the ideas illustrated above are equally applicable to the design of a multifocal eye lens having, for example, an asymmetric diffraction grating and/or four target focal points, i.e. a so-called four-focal lens, or even five target focal points. , that is, the so-called five-focal lens.
Фиг. 25 иллюстрирует в качестве примера непрерывную периодическую функцию профиля H(r) высоты пятифокусной линзы вдоль линейной шкалы как функцию радиального расстояния r, причем эта линза содержит дифракционную решетку, основанную на непрерывной периодической функции фазового профиля в соответствии с нижеприведенным уравнением (8):Fig. 25 illustrates, as an example, a continuous periodic function of the profile H(r) of the height of a five-focal lens along a linear scale as a function of the radial distance r, and this lens contains a diffraction grating based on a continuous periodic function of the phase profile in accordance with the following equation (8):
где:where:
ϕ(r) - непрерывная периодическая фазовая функция дифракционной решетки,ϕ(r) - continuous periodic phase function of the diffraction grating,
r - радиальное расстояние или радиус, направленный наружу от оптической оси тела линзы, [мм],r - radial distance or radius directed outward from the optical axis of the lens body, [mm],
atan2 относится к арктангенсу с 2 аргументами,atan2 refers to arc tangent with 2 arguments,
Α(r) - функция амплитудной модуляции непрерывной периодической функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы,Α(r) - amplitude modulation function of the continuous periodic function of the phase profile in the radial direction of the lens body,
γ(r) и δ(r) являются функциями модуляции аргумента,γ(r) and δ(r) are the modulation functions of the argument,
S(r) - функция угловой модуляции аргумента в пространстве r2, [мм2], и S(r) is the angular modulation function of the argument in space r 2 , [mm 2 ], and
T - период или шаг дифракционной решетки в пространстве r2, [мм2].T is the period or step of the diffraction grating in space r 2 , [mm 2 ].
Непрерывная периодическая функция (8) фазового профиля основана на настоящем изобретении, а также публикации Romero, Louis A, and Fred M. Dickey, «Theory of optimal beam splitting by phase gratings. II. Square and hexagonal gratings». JOSA A 24,8 (2007): 2296-2312.The continuous periodic function (8) of the phase profile is based on the present invention, as well as the publication of Romero, Louis A, and Fred M. Dickey, “Theory of optimal beam splitting by phase gratings. II. Square and hexagonal gratings. JOSA A 24.8 (2007): 2296-2312.
Количество света, дифрагируемого линзой, имеющей дифракционный профиль, содержащий профиль 250 высоты H(r), показано результатами моделирования интенсивности на Фиг. 25b. Ссылочная цифра 254 относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, ссылочные цифры 252 и 255 относятся к порядкам дифракции -1 и -2, соответственно, обеспечивающим фокальные точки для зрения на большом расстоянии, и ссылочные цифры 253 и 256 относятся к порядкам дифракции +1 и +2, обеспечивающим фокальные точки для зрения на близком расстоянии. В данном решении фокальная точка для зрения на среднем расстоянии устанавливается на 20D, фокальные точки для зрения на большом расстоянии устанавливаются на 18,5D и 17D, и фокальные точки для зрения на близком расстоянии устанавливаются на 21,5D и 23D.The amount of light diffracted by a lens having a diffraction profile comprising a height profile 250 H(r) is shown by the intensity simulation results in FIG. 25b.
В соответствии с настоящим изобретением распределение падающего света в фокальных точках может быть настроено с помощью модуляции амплитуды и аргумента, реализуемых одной или более из функций Α(r), S(r), γ(r) и δ(r). Для примерной функции 250 высоты применимы следующие настройки: Α(r)=1, S(r)=0, γ(r)=0,459 и δ(r)=0,899, T=0,733 мм2 в пространстве r2, расчетная длина волны линзы 550 нм, показатель преломления n тела линзы 1,4618, и нм показатель преломления nm окружающей тело линзы среды 1,336.In accordance with the present invention, the distribution of incident light at the focal points can be tuned using amplitude and argument modulation implemented by one or more of the functions Α(r), S(r), γ(r), and δ(r). For the
Упрощенная блок-схема 260 на Фиг. 26 иллюстрирует стадии способа производства глазной мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением. Направлением последовательности стадий на чертеже является направление сверху вниз.The simplified block diagram 260 in FIG. 26 illustrates the steps of a method for manufacturing a multifocal ophthalmic lens in accordance with the present invention. The direction of the sequence of stages in the drawing is from top to bottom.
На первой стадии задаются по меньшей мере целевые фокальные точки линзы для зрения на близком, промежуточном и большом расстоянии, то есть выполняется блок 261 «Задать целевые фокальные точки». На второй стадии определяются целевое относительное распределение света между различными фокальными точками для различных размеров зрачка пользователя, то есть выполняется блок 262 «Задать относительные распределения света». Выбранные размеры зрачка могут, например, варьироваться в диапазонах 0-3 мм, 0-4,5 мм и 0-6 мм. Выше 6 мм линза может, например, проявлять бифокальные свойства, то есть относящиеся к зрению на промежуточном и большом расстоянии.In the first step, at least the target focal points of the lens for near, intermediate, and far vision are set, that is, the Set Target Focal Points block 261 is executed. In the second stage, the target relative light distribution between different focal points for different user pupil sizes is determined, that is, the Set Relative Light Distributions block 262 is executed. Selected pupil sizes may, for example, vary in the ranges of 0-3 mm, 0-4.5 mm and 0-6 mm. Above 6 mm, the lens may, for example, exhibit bifocal properties, i.e. related to intermediate and long distance vision.
Затем выбирается светопропускающее тело линзы, имеющее рефракционную фокальную точку, обеспечивающую целевую фокальную точку для зрения на промежуточном расстоянии, то есть выполняется блок 263 «Выбрать тело линзы». Для обеспечения дифракционных фокальных точек вычисляется непрерывная периодическая функция фазового профиля дифракционной решетки, аналитически или численно с использованием подходящим образом запрограммированного процессора или компьютера. Непрерывная периодическая функция фазового профиля может, например, вычисляться для оптимизации общей эффективности распределения света в целевых рефракционной и дифракционных фокальных точках по всему телу линзы или для некоторого размера диаметра зрачка, например 6 мм, то есть выполняется стадия 264 «Вычислить фазовый профиль».Then, a light-transmitting lens body having a refractive focal point providing a target focal point for intermediate distance vision is selected, that is, the Select Lens Body block 263 is executed. To provide diffraction focal points, a continuous periodic function of the grating phase profile is computed, either analytically or numerically using a suitably programmed processor or computer. A continuous periodic phase profile function may, for example, be computed to optimize the overall efficiency of light distribution at target refractive and diffractive focal points throughout the lens body or for a certain pupil diameter size, such as 6 mm, i.e. the Calculate
На следующей стадии вычисленная функция фазового профиля адаптируется для тонкой настройки и/или сглаживания желаемых или целевых оптических свойств линзы, таких как желаемое относительное распределение света между целевыми фокальными точками, то есть выполняется стадия 265 «Настройка интенсивности». Эта настройка интенсивности аналогичным образом может быть обработана подходящим образом запрограммированным процессором или компьютером, и может включать модуляцию, описанную выше и показанную, например, в примерах на Фиг. 6a - 25b. Это необходимо также для учета оптических отклонений в целевых фокальных точках и профиле в результате допусков и т.п., например при механической обработке или изготовлении линзы.In the next step, the computed phase profile function is adapted to fine-tune and/or smooth the desired or target optical properties of the lens, such as the desired relative distribution of light between the target focal points, i.e., the Adjust
Наконец, вычисляется геометрический профиль высоты дифракционной решетки для производства линзы, то есть выполняется стадия 266 «Обработка профиля высоты», опять же с использованием подходящим образом запрограммированного процессора. Наконец, профиль высоты или функция высоты дифракционной решетки, определяющие высоту и положение DOE, которые располагаются на поверхности линзы концентрически вокруг ее оптической оси или центра, наносится на тело линзы, например с помощью лазерной микрообработки, алмазного точения, трехмерной печати или любой другой механической или литографской технологии обработки поверхности. Таким образом выполняется стадия 267 «Механическая обработка».Finally, the geometric height profile of the diffraction grating for manufacturing the lens is calculated, ie, Height
Вычисления на стадии 264 могут быть основаны на вычислениях спектра мощности из представления дифракционной решетки в виде ряда Фурье так, чтобы сумма квадратов абсолютных значений коэффициентов Фурье дифракционных порядков, связанных с целевыми фокусными точками, была максимальной. Как было отмечено выше, это вычисление может быть выполнено при ограничении равных или взвешенных целевых интенсивностей света в целевых фокальных точках.The calculations in
Вычисления непрерывной периодической функции фазового профиля оптической передаточной функции или функции светопропускания линзы и профиля высоты дифракционной решетки в способе в соответствии с настоящим изобретением могут выполняться удаленно от оборудования для механической обработки линз. Особенности расчетной дифракционной решетки могут быть отправлены оборудованию механической обработки с помощью передачи данных по практически доступной телекоммуникационной сети, такой как Интернет (не показано).Calculations of the continuous periodic function of the phase profile of the optical transfer function or the lens transmission function and the grating height profile in the method of the present invention can be performed remotely from the lens machining equipment. Features of the calculated grating can be sent to machining equipment by data transmission over a practically accessible telecommunications network such as the Internet (not shown).
Другие вариации раскрытых примеров и вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы при осуществлении заявленного изобретения специалистами в данной области техники на основе изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слова «включающий в себя» не исключают других элементов или этапов, а упоминание элемента в единственном числе не исключает его множественности. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения выгоды. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие область ее охвата. Одинаковые ссылочные цифры относятся к одинаковым или эквивалентным элементам или операциям.Other variations of the disclosed examples and embodiments can be understood and implemented in the implementation of the claimed invention by experts in the art on the basis of a study of the drawings, description and appended claims. In the claims, the words "comprising" do not exclude other elements or steps, and the mention of an element in the singular does not exclude its plurality. The fact that certain measures are listed in mutually different dependent claims does not mean that a combination of these measures cannot be used to advantage. Any reference designations in the claims should not be construed as limiting the scope of its scope. Like reference numerals refer to the same or equivalent elements or operations.
Claims (46)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17183354.4A EP3435143B1 (en) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | An ophthalmic multifocal diffractive lens |
EP17183354.4 | 2017-07-26 | ||
PCT/EP2018/069391 WO2019020435A1 (en) | 2017-07-26 | 2018-07-17 | An ophthalmic multifocal diffractive lens |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020107840A RU2020107840A (en) | 2021-08-26 |
RU2020107840A3 RU2020107840A3 (en) | 2022-02-15 |
RU2779523C2 true RU2779523C2 (en) | 2022-09-08 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IL105434A (en) * | 1993-04-16 | 1998-03-10 | Holo Or Ltd | Diffractive multi-focal lens |
WO2006023404A2 (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Apollo Optical Systems, Inc. | Diffractive lenses for vision correction |
US20090268155A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Amo Regional Holdings | Diffractive lens exhibiting enhanced optical performance |
RU2416812C2 (en) * | 2006-02-09 | 2011-04-20 | Алькон Рисерч, Лтд. | Pseudoaccomodative intraocular lenses with variable diffraction regions |
EP2375276A1 (en) * | 2008-12-05 | 2011-10-12 | Hoya Corporation | Diffractive multifocal lens |
WO2014064163A1 (en) * | 2012-10-23 | 2014-05-01 | Essilor International (Compagnie Générale d'Optique) | A system comprising a multifocal diffractive lens component |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IL105434A (en) * | 1993-04-16 | 1998-03-10 | Holo Or Ltd | Diffractive multi-focal lens |
WO2006023404A2 (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Apollo Optical Systems, Inc. | Diffractive lenses for vision correction |
RU2416812C2 (en) * | 2006-02-09 | 2011-04-20 | Алькон Рисерч, Лтд. | Pseudoaccomodative intraocular lenses with variable diffraction regions |
US20090268155A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Amo Regional Holdings | Diffractive lens exhibiting enhanced optical performance |
EP2375276A1 (en) * | 2008-12-05 | 2011-10-12 | Hoya Corporation | Diffractive multifocal lens |
WO2014064163A1 (en) * | 2012-10-23 | 2014-05-01 | Essilor International (Compagnie Générale d'Optique) | A system comprising a multifocal diffractive lens component |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2018308827B2 (en) | An ophthalmic multifocal diffractive lens | |
RU2416812C2 (en) | Pseudoaccomodative intraocular lenses with variable diffraction regions | |
CA2642019C (en) | Pseudo-accomodative iol having multiple diffractive patterns | |
KR20080018146A (en) | Truncated diffractive intraocular lenses | |
US20220269110A1 (en) | Ophthalmic multifocal lenses | |
RU2779523C2 (en) | Ocular multifocal diffraction lens | |
RU2804912C1 (en) | Ophthalmic multifocal lens and a method of its manufacturing | |
WO2022039683A1 (en) | A zonal diffractive ocular lens | |
WO2022039682A1 (en) | A zonal diffractive ocular lens | |
TR2023001835T2 (en) | REGIONAL DIFFRACTIVE EYE LENS | |
TR2023001840T2 (en) | REGIONAL DIFFRACTIVE EYE LENS | |
JP2024515002A (en) | Adaptive Multifocal Diffractive Ophthalmic Lenses | |
TR2023010032T2 (en) | ADAPTIVE MULTIFOCAL DIFFRACTIVE EYE LENS |