RU2804912C1 - Офтальмологическая мультифокальная линза и способ ее изготовления - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к медицине. Офтальмологическая мультифокальная линза обеспечивает фокальные точки для ближнего, промежуточного и дальнего зрения. Тело линзы обеспечивает преломляющую фокальную точку для промежуточного зрения. Тело линзы содержит дифракционную решетку, действующую в качестве оптического расщепителя волн, обеспечивающего дифракционную фокальную точку для ближнего зрения и дифракционную фокальную точку для дальнего зрения. Тело линзы содержит монофокальную центральную зону, проходящую на некоторое расстояние от оптической оси корпуса линзы, и обеспечивает фокальную точку, совпадающую с одной из дифракционных фокальных точек. Дифракционная решетка располагается от точки перехода в радиальном положении тела линзы, где заканчивается однофокусная центральная зона. В точке перехода дифракционная решетка и монофокальная центральная зона имеют совпадающие значения амплитуд. Способ изготовления содержит этапы: определение целевых фокальных точек мультифокальной линзы для ближнего, промежуточного и дальнего зрения, обеспечение светопропускающего тела линзы и обеспечение дифракционной решетки. Способ также содержит дополнительные этапы: обеспечение преломляющей монофокальной центральной зоны, определение амплитудного профиля H(r) дифракционной решетки на основе функции фазового профиля ϕ(r) дифракционной решетки, определение точки перехода в радиальном положении тела линзы и нанесение монофокальной центральной зоны и дифракционной решетки в соответствии с определенной точкой перехода. Применение данной группы изобретений обеспечит свободу выбора трех или более порядков дифракции или фокусных точек, настройку или контроль относительной интенсивности света во всех целевых фокусных точках, в частности, для разных размеров зрачка, улучшит время адаптации пользователя или пациента. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в целом относится к офтальмологическим линзам, и более конкретно к очкам, к глазным контактным и внутриглазным мультифокальным дифракционным линзам, обеспечивающим порядки дифракции с настраиваемым распределением света для различных размеров зрачка.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Офтальмология - это область медицины, изучающая анатомию, физиологию и болезни человеческого глаза.

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 полость, то есть пространство между сетчаткой и хрусталиком, заполнена стекловидным телом - прозрачным желеобразным веществом. Передняя и задняя камеры, то есть пространство между хрусталиком и роговицей, заполнены водянистой влагой - прозрачной водянистой жидкостью.

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.

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.

При старении глаза непрозрачность хрусталика увеличивается из-за помутнения глаза, называемого катарактой. 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.

Другой, связанный с возрастом, 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.

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.

В большинстве случаев внутриглазные (интраокулярные) линзы (IOL) имплантируются в глаз пациента во время операции по удалению катаракты, чтобы компенсировать потерю оптической силы удаленного хрусталика. Традиционные IOL являются однофокусными, и как правило обеспечивают только дальнюю фокусировку, требуя от пользователя использования дополнительных глазных линз (например, очков или контактных линз), например для чтения. Некоторые современные IOL решают эту проблему посредством мультифокальной оптической конструкции, обеспечивающей в дополнение к дальнему фокусу также ближнее и/или промежуточное зрение. Мультифокальные интраокулярные линзы, MIOL, существующие сегодня на рынке, являются бифокальные или трехфокальные. На практике предлагается мультифокальная офтальмологическая линза, имеющая четыре целевые фокусные точки, то есть так называемая четырехфокальная линза, или даже мультифокальные офтальмологические линзы, имеющие пять целевых фокусных точек, то есть так называемые пятифокальные линзы.

Мультифокальные офтальмологические линзы используют два оптических принципа, преломление (рефракцию) и дифракцию. Существуют также мультифокальные контактные линзы, использующие эти принципы. Пресбиопия корректируется очками или контактными линзами, а также можно использовать мультифокальную оптику.

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.

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.

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.

Мультифокальная офтальмологическая 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 дифрагирования 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.

Один общий класс мультифокальных офтальмологических линз содержит решетки или рельефы пилообразного или 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.

Для работы в качестве линзы период повторения или шаг зубчатой решетки должен монотонно уменьшаться в радиальном направлении 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 положительной 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.

Период в пространстве r² может быть записан как ⏐2λf⏐, где λ - расчетная длина волны, а f - величина, обратная оптической силе первого дифракционного порядка. Хотя периоды дифракционной линзы не являются равноотстоящими, в физическом пространстве они являются периодическими. Один из способов убедиться в этом - взглянуть на пространство r². Другой способ взглянуть на это состоит в том, что за каждый период разница в длине оптического пути до фокальной точки увеличивается ровно на одну длину волны λ. Источником периодичности является одинаковое увеличение длины оптического пути за каждый период.

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 офтальмологической 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 дифрагируется в нижних дифракционных порядках. В процессе проектирования рельеф строится с амплитудным профилем, чтобы получить желаемый профиль интенсивности света в рефракционной фокальной точке и дифрагированного в первом и/или втором дифракционных порядках 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.

Резкие переходы в дифракционном рельефе или решетке вызывают трудности при обработке, а для готовой линзы - рассеяние света и другие связанные с этим нежелательные оптические явления, такие как рассеянный свет, хроматическая аберрация, блики, то есть трудность наблюдения в присутствии яркого света, такого как прямой или отраженный солнечный свет или искусственный свет, такой как автомобильные фары ночью, и эффекты ореола, то есть белые или цветные световые кольца или пятна, видимые при тусклом свете, то есть при мезопических условиях. Для смягчения таких нежелательных оптических эффектов предлагается 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, например, растягиваются или расширяются в радиальном направлении линзы.

При сравнении дифракционных поверхностей важным фактором является дифракционная эффективность. Дифракционная эффективность - это мера того, какая часть оптической силы направляется в желаемые порядки дифракции, или, в частности, когда речь идет о дифракционных линзах, какая часть оптической силы направляется в желаемые фокальные точки. Для бифокальных стекол, линз, в которых поверхность линзы оптимизируется для обеспечения как можно более хорошего зрения на двух различных расстояниях, максимально возможная дифракционная эффективность достигается за счет использования принципов линзы Френеля с фазовым согласованием, в которой используется дифракционный рисунок пилообразного или зубчатого типа. См. публикацию «Refractive and diffractive properties of planar micro-optical elements», by M. Rossi et al., in Applied Optics Vol. 34, No. 26 (1995), p. 5996-6007, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

Из-за острых краев дифракционного рисунка пилообразного или зубчатого типа, как следствие неоднородностей дифракционного профиля, линзы Френеля обладают всеми описанными выше недостатками, в частности в отношении бликов и ореолов, и при этом их сложно изготовить точно. Однако для трехфокусной линзы, предназначенной для обеспечения как можно более хорошего зрения в трех различных фокусных точках, оптимальной является решетка без каких-либо острых краев.

Для случая трехфокусной линейной решетки с одинаковым распределением интенсивности для каждого порядка это специально показано в публикации «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.

Публикация «Theory of optimal beam splitting by phase gratings. I. One-dimensional gratings», by L. A. Romero and F. M. Dickey, in Journal of the Optical Society of America Vol. 24, No. 8 (2007) p. 2280-2295, которая включена в настоящий документ посредством ссылки, раскрывает это в более общем виде, доказывая, что по меньшей мере оптимальные решетки для равного разделения на нечетное число порядков имеют непрерывные профили. Эта последняя статья предоставляет математические инструменты для нахождения оптимальной линейной фазовой решетки для любого заданного набора целевых порядков и любого заданного распределения интенсивности среди этих целевых порядков. Оптимальная решетка определяется как линейная дифракционная решетка с наибольшей эффективностью дифракции для заданного распределения интенсивности.

Отмечается, что публикации Gori et al. и Romero et al. обсуждают линейные фазовые решетки только с целью создания светоделителей.

Как раскрыто в международной патентной заявке WО2019/020435 заявителя, трехфокусная решетка от Gori et al может использоваться для создания мультифокальных офтальмологических линз.

Способ, раскрытый в WO2019/020435, как будет объяснено ниже, в целом применим к линейным решеткам. Линейная решетка превращается в линзу, если форма линейной решетки идентична форме профиля линзы в пространстве r². Линейную решетку можно преобразовать таким образом, изменив аргумент на квадрат радиуса линзы, которую нужно построить.

Международная публикация WО2019/020435A раскрывает общий подход к конструированию мультифокальных офтальмологических линз, содержащих дифракционные рельефы или решетки, профиль дифракции которых математически задается одним непрерывным замкнутым выражением или функцией в радиальном направлении тела линзы.

Такое математическое выражение может представлять фазовый профиль и/или профиль высоты или профиль амплитуды дифракционной решетки, способной расщеплять падающий световой пучок с максимально возможной эффективностью для заданного распределения интенсивности количества света, распределенного в целевых фокусных точках дифракционных порядков (-m, +m), где m представляет собой положительное целое число. Такие решетки включают в себя нулевой порядок (создающий преломляющую фокальную точку) в качестве центрального порядка. Если m=1, создается трехфокусная линза, если m=2 - пятифокусная линза и т.д.

Один преимущественный способ проектирования такой решетки состоит в том, чтобы сначала определить желаемые целевые порядки и желаемое распределение света между этими порядками, а затем спроектировать оптимальную решетку, обеспечивающую эти свойства.

Офтальмологическая 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.

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 интраокулярной линзы или используемого окулистом оборудования в случае установки контактной линзы. Кроме того, сообщается, что чувствительность к смещению (децентрированию) линзы в случае интраокулярных 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 замечено, что такие линзы с меньшей вероятностью создают блики, рассеивание из-за неравномерности пути, по которому падающий свет проходит через линзу, а также создают меньше ореолов.

Линзы, имеющие непрерывную периодическую функцию фазового профиля, особенно в случае гладких кривых, имеют то преимущество, что их легче производить в соответствии с расчетным профилем по сравнению, например, с решетками или рельефами бинарного или зубчатого типа.

Вышеуказанные преимущества обусловлены большей частью отсутствием имеющих острые края концентрических колец или зон в дифракционной решетке, имеющей непрерывную периодическую функцию фазового профиля.

Линзы, имеющие оптическую передаточную функцию или функцию светопропускания дифракционной решетки, заданную непрерывной периодической функцией фазового профиля, обеспечивают не только свободу выбора целевых фокусных точек, но и контроль распределения света в каждой из выбранных целевых фокусных точек. Относительное распределение света в дифракционных и/или преломляющих фокальных точках таких линз настраивается путем модуляции аргумента функции фазового профиля в зависимости от радиуса или радиального расстояния до оптической оси тела линзы, что позволяет настраивать распределение света в целевых фокусных точках индивидуально и по-разному, например, для разных размеров зрачка. Таким образом, поверхность линзы в целом может быть оптимизирована в сторону мультифокальности (многофокусности).

На практике после имплантации IOL в глаз человека приходится измерять новые фокусирующие свойства глаза в целом. Таким образом, полная зрительная система, состоящая из новой линзы и остальной части глаза пользователя, измеряется как целое в качестве первого объективного признака результата имплантации IOL. На практике большинство врачей полагаются, например, на простое измерение с помощью авторефрактометра. Автоматический рефрактометр, или авторефрактометр, представляет собой управляемое компьютером устройство, используемое во время осмотра глаз для обеспечения объективного измерения аномалии рефракции человека и назначения, например, очков или контактных линз. Это достигается путем измерения того, как меняется свет, когда он попадает в глаз человека. Авторефрактометр может определять, когда глаз пациента правильно фокусирует изображение.

После имплантации мультифокальной интраокулярной линзы всегда есть время адаптации, прежде чем ее преимущества будут полностью оценены пользователем. Это связано с адаптационными процессами в глазах, а также в мозгу пользователя. Клинические наблюдения показывают, что после имплантации пользователи сначала привыкают к дальнему фокусу, а в случае мультифокальной линзы (многофокусного хрусталика) в конечном счете через несколько дней или недель к двум дополнительным фокальным точкам, то есть к ближнему и промежуточному фокусу. Однако с хрусталиком, полностью оптимизированным для многофокусности для всех размеров зрачка, будет увеличено время адаптации также и для дальнего фокуса. Это неприятно и неудобно для пользователей.

Хотя существуют протоколы для правильного измерения всех фокусов IOL, полное применение таких протоколов часто воспринимается как отнимающее слишком много времени, так что измерение показывает только одну оптическую силу мультифокальной IOL. Поскольку измерение часто даже не выполняется врачом, офтальмологом или оптометристом, например, медицинские работники обычно предполагают, что это измерение возвращает дифракционный дальний фокус, что может привести к ошибочным выводам о том, была ли операция успешной.

Например, для IOL пилообразного типа измерение действительно обычно возвращает дальний фокус. Однако для линз, произведенных в соответствии с раскрытием публикации WO 2019020435, которые при оптимизации в сторону многофокусности обеспечивают три или более фокусные точки для различных размеров зрачка пользователя, измеренная таким образом единственная фокусная точка для этих типов IOL обычно является промежуточной фокусной точкой, поскольку это преломляющая сила линзы. Оказалось очень трудно убедить лиц, участвующих в измерении, что фокальная точка, фактически измеренная с помощью авторефрактометра, является не одной из дифракционных фокальных точек, а чаще всего промежуточной или преломляющей фокальной точкой.

Из WО2019020435 известно, что многофокусные свойства глазной линзы могут быть ограничены первой областью в радиальном направлении поверхности тела линзы, примыкающей к оптической оси, а дальше наружу в радиальном направлении линзы за пределами первой области и по направлению к круговому краю тела линзы линза может содержать вторую область, например обладающую бифокальными свойствами, такую как обеспечивающую в этой второй области фокальные точки для зрения на промежуточном и на большом расстоянии. Однако при измерении линз этого типа авторефрактометр также часто будет возвращать только промежуточное значение, то есть рефракционную фокальную точку.

Соответственно, существует потребность в улучшенной конструкции офтальмологической линзы, которая обеспечивает свободу выбора трех или более порядков дифракции или фокусных точек, настройку или контроль относительной интенсивности света во всех целевых фокусных точках, в частности, для разных размеров зрачка, улучшение время адаптации пользователя или пациента и обеспечение возможности легкого измерения дифракционной фокальной точки, дальней или ближней.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте предлагается офтальмологическая мультифокальная линза, по меньшей мере содержащая фокальные точки для ближнего, промежуточного и дальнего зрения. Линза имеет светопропускающее тело линзы, содержащее дифракционную решетку, проходящую концентрически в радиальном направлении r от оптической оси тела линзы через часть поверхности тела линзы. Тело линзы предназначено для обеспечения рефракционной фокальной точки для промежуточного зрения, а периодическая дифракционная решетка, имеющая фазовый профиль φ(r), выраженный в виде одной непрерывной периодической функции, предназначена для изменения фазы падающего на тело линзы света и работает как оптический делитель волн, обеспечивающий по меньшей мере дифракционную фокальную точку для ближнего зрения с порядком дифракции +m и дифракционную фокальную точку для дальнего зрения с дифракционным порядком -m, где m представляет собой положительное целое значение.

Тело линзы в соответствии с настоящим изобретением содержит однофокусную центральную зону, проходящую на расстояние в радиальном направлении r от оптической оси тела линзы поперек части поверхности тела линзы и имеющую непрерывную функцию фазового профиля φ(r), предназначенную для изменения фазы падающего на тело линзы света и обеспечения фокальной точки, совпадающей с одной из дифракционных фокальных точек, причем дифракционная решетка обеспечивается от переходной точки в радиальном положении тела линзы, где однофокусная центральная зона заканчивается. В переходной точке дифракционная решетка и однофокусная центральная зона имеют совпадающие значения амплитуд.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что за счет обеспечения однофокусной части в центре офтальмологической линзы, имеющей фокальную точку, совпадающую с одной из дифракционных фокальных точек, обеспечиваемых дифракционной решеткой, после имплантации IOL для относительно небольших размеров зрачка одна из целевых дифракционных фокальных точек всей зрительной системы пациента, то есть объединенных линзы(хрусталика) и глаза, может быть точно измерена, если фокальная точка однофокусной части совпадает с одной из целевых дифракционных фокальных точек.

Предположим, что линза предназначена для обеспечения целевой фокальной точки для ближнего зрения с порядком дифракции +1, целевой фокальной точки для дальнего зрения с дифракционным порядком -1 и целевой промежуточной рефракционной фокальной точки, также обозначаемой как 0 (нулевой) порядок. Когда фокальная точка однофокусной центральной зоны совпадает с целевой фокальной точкой для дальнего зрения, например, адаптация зрительной системы пациента, т.е. комбинация хрусталика и глаза для целевого дальнего зрения, может быть измерена для размеров зрачка в диапазоне размера однофокусной центральной зоны. Аналогично для однофокусной центральной зоны, обеспечивающей фокальную точку, совпадающую с дифракционной фокальной точкой для зрения вблизи.

Типичный авторефрактометр будет измерять на периметре зрачка пациента. Однако врач часто проводит измерения в условиях освещения, при которых диаметр зрачка составляет примерно 3 мм или меньше. Типичный размер зрачка при измерении линзы, изготовленной в соответствии с настоящим изобретением, имеет диаметр примерно 1-2 мм. Следовательно, при таких размерах человек, выполняющий измерение, знает, что измерение возвращает результат, основанный на фокальной точке однофокусной центральной зоны.

Кроме того, согласно настоящему изобретению сильный дальний или ближний фокус, обеспечиваемый однофокусной центральной зоной, доступен для большого диапазона размеров зрачка. В условиях внешней среды и/или в дневное время будет преобладать дальний или ближний фокус. Это приводит к более быстрому времени адаптации для фокуса, обеспечиваемого однофокусной центральной зоной, и к более комфортному восприятию до тех пор, пока зрительная система пользователя не воспримет все фокусы, по сравнению с многофокусными линзами предшествующего уровня техники, такими как раскрытые, например, в публикации WO 2019020435.

Как было упомянуто выше, благодаря отсутствию концентрических колец или зон с острыми краями линзы, имеющие функцию непрерывного периодического фазового профиля, обеспечивают то преимущество, что они с меньшей вероятностью создают блики или рассеяние из-за неравномерности пути, по которому падающий свет проходит через линзу, а также дают меньше ореолов, и при этом их проще производить в соответствии с расчетным профилем по сравнению, например, с пилообразными или бинарными решетками или рельефами.

Эти преимущества поддерживаются настоящим изобретением, поскольку в точке перехода в радиальном положении тела линзы, где заканчивается однофокусная центральная зона и начинается дифракционная решетка, высотный профиль или амплитудный профиль однофокусной центральной зоны и высотный профиль или амплитудный профиль дифракционной решетки имеют совпадающие амплитудные значения. То есть в точке перехода эффективно предотвращается скачок амплитуды или высоты общего оптического профиля линзы поперек поверхности тела линзы, что позволяет избежать неоднородностей на пути, по которому падающий свет проходит через линзу.

Важной стадией в производстве офтальмологических линз с помощью микрообработки или алмазной токарной обработки, например, является механическая полировка, позволяющая избавиться от следов резания. Необходимо избавиться от всех видимых следов резания для соблюдения требований к качеству и медицинских правил для искусственных хрусталиков. Однако для получения чрезвычайно низкого уровня следов резания требуется дорогостоящее оборудование, а также медленное резание. Если линзы полируются после резания, машина может работать быстрее.

Острые углы в профиле высоты дифракционных линз усложняют механическую полировку. Если механическая полировка невозможна из-за высоты профиля линзы, необходимо либо использовать химическую полировку, для которой требуются опасные химические вещества, либо изготавливать линзы без полировки. Последнее приводит к значительному увеличению производственных затрат из-за одного или обоих факторов: более низкой производительности и более дорогого оборудования.

Гладкая дифракционная геометрия в соответствии с настоящим изобретением допускает полировку и, следовательно, приводит к значительному увеличению выхода по сравнению с линзами, имеющими резкие переходы в профиле высоты.

В одном варианте осуществления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением, в котором дифракционная решетка содержит дифракционный рисунок волнового типа, то есть фазовый профиль φ(r) периодической дифракционной решетки представляет собой функцию непрерывного волнового типа, имеющую чередующиеся вершины и впадины значения амплитуды, точка перехода расположена ближе к значению амплитуды гребня, чем к значению амплитуды минимума дифракционной решетки.

Было замечено, что дифракционная эффективность линзы увеличивается, когда точка перехода оказывается ближе к значению вершины, чем к значению впадины дифракционной решетки, т.е. когда точка перехода близка к пику дифракционной решетки вблизи поверхности тела линзы.

В другом варианте осуществления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением расстояние между точкой перехода и таким значением амплитуды гребня, измеренное в радиальном направлении r тела линзы, при просмотре в пространстве r² составляет менее 0,25 периода или шага дифракционной решетки в пространстве r², предпочтительно менее 0,2 периода или шага дифракционной решетки в пространстве r².

Период дифракционной решетки проще всего определить, измерив профиль дифракции дифракционной решетки и отобразив измерения на оси r².

Таким образом, относительно плавный переход от амплитудного профиля однофокусной центральной зоны к амплитудному профилю дифракционной решетки и повышение дифракционной эффективности достигаются за счет расположения точки перехода на переднем или заднем фронте амплитудного профиля дифракционной решетки в стороне от значения амплитуды гребня.

Таким образом, однофокусная центральная зона и дифракционная решетка сливаются на одном из переднего или восходящего фронта и заднего или убывающего фронта конкретного значения амплитуды гребня дифракционной решетки, т.е. такого края волнообразного периодического профиля дифракции, расстояние которого до поверхности тела линзы уменьшается с уменьшением радиального расстояния в любом направлении к этому значению амплитуды гребня.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения точка перехода задается путем адаптации по меньшей мере одного из радиуса однофокусной центральной зоны, аргумента и/или амплитуды амплитудного профиля H(r) дифракционной решетки на основе функции фазового профиля φ(r) дифракционной решетки, а также аргумента и/или амплитуды амплитудного профиля h(r) однофокусной центральной зоны на основе функции фазового профиля ϕ(r) однофокусной центральной зоны.

Дифракционная решетка и однофокусная центральная зона офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением могут проходить в радиальном направлении r через часть поверхности тела линзы как симметрично, так и асимметрично относительно оптической оси тела линзы. В асимметричном варианте осуществления оптическая ось может содержать точку поверхности тела линзы, смещенную в радиальном направлении r от центра тела линзы. На практике чаще всего применяется симметричный вариант осуществления.

В одном варианте осуществления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением один или оба из аргумента и амплитуды периодического фазового профиля φ(r) дифракционной решетки являются переменными в зависимости от расстояния в радиальном направлении r от оптической оси тела линзы.

Из публикации WO2019020435 известно, что распределение света в фокусных точках глазной линзы, содержащей дифракционную решетку, имеющую непрерывную периодическую функцию фазового профиля, превосходно настраивается в относительно большом диапазоне интенсивности путем модуляции одного или обоих из аргумента и амплитуды функции фазового профиля как функции радиуса или радиального расстояния до оптической оси тела линзы.

Таким образом, для различных размеров зрачка можно эффективно установить желаемое относительное распределение света в каждой из фокальных точек линзы, несмотря на или благодаря вкладу однофокусной центральной зоны в количество света в одной из дифракционных фокальных точек в соответствии с настоящим изобретением, и корректировать любое влияние на целевое распределение света в фокальных точках линзы путем установки точки перехода с помощью любой из упомянутых выше мер, таких как адаптация радиуса центральной зоны и/или адаптация амплитуды амплитудного профиля h(r) центральной зоны и/или адаптация аргумента и/или амплитуды амплитудного профиля H(r) дифракционной решетки.

В одном варианте осуществления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением тело линзы, дифракционная решетка и однофокусная центральная зона предназначены для:

обеспечения однофокусных свойств (свойств монофокальности) в первой области тела линзы, включающей оптическую ось, причем фокальная точка этой первой области совпадает с одной из дифракционных фокальных точек, обеспечиваемых дифракционной решеткой,

обеспечения многофокусных свойств (свойств мультифокальности) во второй области тела линзы, выходящей за пределы первой области в радиальном направлении линзы, и

обеспечения бифокальных свойств (свойств бифокальности) в третьей области тела линзы, выходящей за пределы второй области в радиальном направлении линзы по направлению к круговому краю тела линзы.

В этом варианте осуществления многофокусные (мультифокальные) свойства глазной линзы ограничены второй областью в радиальном направлении поверхности тела линзы, ограничены второй областью в радиальном направлении поверхности однофокусной центральной зоной, то есть первой областью линзы, и круговым краем тела линзы. Дальше наружу в радиальном направлении тела линзы, за пределами второй области и по направлению к круговому краю тела линзы, линза содержит третью область, обладающую бифокальными свойствами.

Линза этого типа обеспечивает оптимизированную эффективность дифракции, оптимально настроенную на размер зрачка пользователя. Размеры первой, второй и третьей областей задаются таким образом, что при сильном или относительно сильном внешнем освещении, например при чтении книги, размер зрачка человеческого глаза в основном охватывает первую и вторую области линзы, так что большая часть оптической силы должна быть направлена на фокусные точки для ближнего и промежуточного зрения. В условиях низкой освещенности, например при вождении автомобиля ночью, размер зрачка является относительно большим, покрывая почти всю площадь поверхности линзы, так что большая часть оптической силы должна быть направлена на фокусные точки для промежуточного и дальнего зрения. Специалисту в данной области техники будет понятно, что в практическом варианте осуществления соотношения оптических сил между фокальными точками на соответствующей площади поверхности зависят от того, вносит ли вклад однофокусная первая область линзы в одну из фокальных точек для ближнего или дальнего зрения.

В одном варианте осуществления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением однофокусная центральная зона создает фокальную точку, совпадающую с дифракционной фокальной точкой для дальнего зрения.

Было замечено, что после имплантации IOL пациенты могут быстрее адаптироваться к дальнему зрению, чем, например, к одному или обоим из ближнего и промежуточного зрения. Вышеупомянутый вариант осуществления будет обеспечивать пациентам один четко определенный фокус, т.е. фокус для дальнего зрения, к которому пациент быстро адаптируется и который позволит пациенту очень хорошо выполнять большинство повседневных действий уже на более ранней стадии после имплантации. Кроме того, этот вариант осуществления облегчает врачам оценку линзы, поскольку они знают, что указанная однофокусная центральная зона обеспечивает только дальний фокус. При измерении зрительной системы с помощью (авто)рефрактометра, когда размеры зрачка пациента меньше размеров однофокусной центральной зоны, гарантируется измерение дальнего фокуса.

Офтальмологические линзы в соответствии с настоящим изобретением, имеющие точку перехода в радиальном положении, так что однофокусная центральная зона или первая область имеют диаметр в диапазоне 0,8-1,3 мм, и имеющие функцию фазового профиля φ(r) дифракционной решетки и функцию фазового профиля ϕ(r) однофокусной центральной зоны, спроектированные таким образом, чтобы соотношение интенсивностей падающего света, распределенного в целевых фокальных точках для дальнего и ближнего зрения, находилось в диапазоне 0,8-2,0, практически покрывают большинство имплантируемых линз.

Форма или профиль высоты однофокусной зоны могут быть выбраны из множества непрерывных профилей преломления, известных для однофокусных линз. Асферические поверхности относятся к наиболее распространенным формам однофокусных линз, известных на практике.

В одном варианте осуществления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением однофокусная центральная зона содержит функцию непрерывного фазового профиля φ(r), определяемую как:

где: r - расстояние в радиальном направлении от оптической оси тела линзы, [мм],

f - фокусное расстояние однофокусной центральной зоны, [мм], и

λ - расчетная длина волны, [мм].

В параксиальном приближении с использованием геометрической или лучевой оптики, в котором угол Θ между такими лучами и оптической осью линзы остается малым, то есть <<1 рад. В параксиальном приближении с использованием геометрической или лучевой оптики, tan Θ≈sin Θ≈Θ, вышеупомянутая функция фазового профиля (1) однофокусной центральной зоны сводится к:

Альтернативный профиль рефракции для однофокусной центральной зоны определяется как:

где: z(r) - прогиб на расстоянии r от оптической оси,

r - расстояние в радиальном направлении от оптической оси тела линзы, [мм],

R - радиус кривизны, [мм],

к - коническая постоянная, определяющая форму линзы,

h - радиальная координата (от оптической оси), и

A_2n - коэффициенты корректирующего полинома (с учетом асферических оптических элементов более высокого порядка).

Термин «прогиб» может рассматриваться следующим образом: начиная с цилиндра, а затем разрезая асферическую линзу от одного из концов, z(r) обеспечивает глубину разреза на каждом расстоянии h от центральной оптической оси, где R - радиус кривизны цилиндра.

Как упомянуто ранее, часто выгодно обеспечить желаемую многофокусную решетку, рассчитанную для линейной фазовой решетки, а затем преобразовать эту решетку в дифракционную линзу или часть дифракционной линзы. Например, в публикации Gori et al. доказано, что оптимальный способ создания оптического утроителя, то есть светоделителя, разделяющего входящий свет на три порядка с одинаковой интенсивностью в каждом порядке, обеспечивается формулой:

где: ϕ_lin(x) - фазовый профиль линейной фазовой решетки,

x - ось или расстояние, на которое простирается решетка, [мм].

При таком определении один период равен ровно 1 единице длины.

В одном варианте осуществления офтальмологической мультифокальной 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 функция фазового профиля выражается единственным непрерывным периодическим выражением замкнутой формы или функцией, раскрытой в публикации WO2019020435, т.е.:

где: r - радиальное расстояние или радиус, направленный наружу от оптической оси тела линзы, [мм],

α(r) - функция амплитудной модуляции функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы,

F[α*G] - функция тела линзы в радиальном направлении, обеспечивающая работу делителя волны,

G(r) - непрерывная периодическая функция в пространстве r²,

α(r) - функция модуляции величины аргумента G,

S(r) - функция угловой модуляции аргумента G в пространстве r², [мм²],

T - период или шаг дифракционной решетки в пространстве r², [мм²], и

B(r) - функция амплитудной модуляции непрерывной периодической функции фазового профиля,

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.

В уравнении (4) определяется линейная фазовая решетка с наибольшей эффективностью дифракции для трехфокусного светоделителя с равным распределением интенсивности. Если аргумент изменить с x на x², будет обеспечен фазовый профиль с правильными расстояниями между зонами для линзы. Если это применить к функции фазового профиля ϕ(r) в уравнении (5), то F[α*G] будет являться обратной функцией тангенса, а G(r) - функцией синуса. При S(r)=0, А(r)=1 и B(r)=0 получается дифракционная решетка, которая при рассмотрении в пространстве r² выглядит идентично линейной фазовой решетке. В качестве линзы это непрерывная периодическая функция фазового профиля плоской дифракционной решетки, расщепляющая падающий световой пучок с наибольшей эффективностью в фокусных точках в дифракционных порядках ±1 и 0.

Как α(r), так и S(r) могут независимо выбираться для модулирования аргумента вышеупомянутой непрерывной периодической функции (4) фазового профиля для настройки распределения света в целевых фокальных точках для различных размеров зрачка.

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 дифрагироваться в дифракционном порядке +1 или в дифракционном порядке -1, зависит от знака и величины фазового сдвига соответственно.

Выгодно выражать фазовый сдвиг S(r) 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.

В соответствии с настоящим изобретением распределение света в дифракционных и рефракционных 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 (5) фазового профиля.

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.

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.

С помощью 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 промежуточном (среднем) расстоянии в настоящем изобретении. В соответствии с настоящим изобретением α(r) может иметь постоянное значение на части тела линзы. На практике значения α(r) могут варьироваться, например, от 2 до 3.

Соответственно, в одном варианте осуществления офтальмологической линзы в соответствии с настоящим изобретением функция фазового профиля (4) дифракционной решетки сводится к:

где: S(r) имеет постоянное значение в диапазоне от -0,5*T до 0,5*T в пространстве r²,

А(r) имеет постоянное значение, и

α(r) имеет постоянное значение в диапазоне от 2,5 до 3.

Значение функции амплитудной модуляции A(r) может быть постоянным по поверхности линзы, например, 1,05-1,15, чтобы учесть уменьшение высоты дифракционной решетки при чистовой обработке линзы, например полировке. Для тел линз, не требующих такой чистовой обработки, значение A(r) может быть равно 1.

Хотя функция фазового профиля однофокусной центральной зоны и/или функция фазового профиля дифракционной решетки могут быть рассчитаны аналитически, в соответствии с настоящим изобретением любая или обе функции фазового профиля могут быть получены с помощью компьютерных расчетов, где функция фазового профиля представлена рядом Фурье, а 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.

В уравнении (4) показана оптимальная линейная фазовая решетка для трехфокусной решетки с равным распределением интенсивности. Часто выгодно проектировать конкретную оптическую решетку с требуемыми свойствами. В уже упомянутой статье Romero et al. раскрывается методология поиска оптимальной линейной фазовой решетки для желаемого набора целевых фокальных точек и заданного распределения интенсивности между ними. Для случая трехфокусной решетки полная неупрощенная формула линейной фазовой решетки ϕ_lin(x), основанной на методологии Romero et al., выглядит следующим образом:

где:

γ1, γ2, γ3 представляют собой относительные интенсивности соответствующих порядков дифракции -1, 0, 1, соответственно,

α1, α2, α3 представляют собой фазы соответствующих коэффициентов Фурье функции фазового профиля,

µ1, µ2, µ3 - константы, которые необходимо оптимизировать, и

|α_k|/γ_k=N, где N - положительная константа, а |α_k| представляет собой амплитуду коэффициента Фурье α_k дифракционной решетки для k=1, 2, 3,

x - ось, по которой проходит решетка.

При таком определении один период равен ровно 1 единице длины.

Решетку в уравнении (7) можно использовать для трехфокусной части линзы, заменив x квадратом радиуса линзы r. Более точно, чтобы получить эквивалент уравнения (5), x следует заменить на 1/T(r² - S(r)).

Уравнение линзы, эквивалентное вышеприведенному уравнению (5), теперь может быть сформировано из линейной решетки в уравнении (7).

Используя фазовый профиль φ_lin(x), определенный в формуле (7), получаем:

где:

ϕ(r) - непрерывная периодическая функция фазового профиля дифракционной решетки линзы,

r - радиальное расстояние или радиус, направленный наружу от оптической оси тела линзы, [мм],

А(r) - функция амплитудной модуляции непрерывной периодической функции фазового профиля,

B(r) - функция амплитудной модуляции упомянутой непрерывной периодической функции фазового профиля,

S(r) - функция угловой модуляции аргумента в пространстве r², [мм²], и

T - период или шаг дифракционной решетки в пространстве r², [мм²].

Отмечается, что из-за того, что здесь применяется теория Romero et al., фокальные точки для дальнего и ближнего зрения соответствуют положительному и отрицательному порядкам дифракции, соответственно. Это как раз противоположно тому, что используется в описании настоящей патентной заявки. С теоретической точки зрения эта инверсия порядков и фокальных точек не имеет значения.

Из математики Romero et al. для нахождения оптимальной трехфокусной решетки с равным делением по порядкам (-1, 0, +1) приходим к следующему уравнению:

Это определение идентично уравнению (4) выше, за исключением сдвига на 90 градусов (0,25 * T). Этот сдвиг необходимо учитывать при изготовлении линзы путем соответствующего изменения S(r).

Если вместо равномерного распределения интенсивности должна быть обеспечена дифракционная решетка, имеющая деление между (ближней, средней, дальней) фокальными точками, например, (1,2, 1, 1), способом выразить оптимальную дифракционную решетку, удовлетворяющую этим требованиям, будет применение математики Romero et al. в терминах уравнения (7), имеющего константы, установленные следующим образом:

В другом варианте осуществления мультифокальной офтальмологической линзы в соответствии с настоящим изобретением дифракционная решетка предназначена для работы в качестве симметричного оптического расщепителя, содержащего дифракционные фокальные точки с дифракционными порядками +1, 0 и -1, в котором единственная непрерывная периодическая функция фазового профиля ϕ(r) дифракционной решетки линзы определяется вышеприведенными уравнениями (8) и (7). В одном конкретном варианте осуществления константы согласно уравнению (10) применяются в уравнениях (7) и (8).

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.

Кроме того, следует отметить, что положения и методы настоящего изобретения в равной степени применимы для проектирования и настройки распределения света мультифокальной офтальмологической линзы, имеющей четыре целевые фокальные точки, то есть так называемой четырехфокальной линзы, или даже мультифокальной офтальмологической линзы, имеющей пять целевых фокальных точек, то есть так называемой пятифокальной линзы.

Могут потребоваться численные методы для расчета фазовой функции или функции фазового профиля для обеспечения желаемого распределения света в рефракционных и дифракционных фокальных точках симметричного или асимметричного светоделителя, по меньшей мере имеющего фокальные точки для зрения на близком и на большом расстоянии, отличающиеся от первых дифракционных порядков ±1, как было объяснено выше.

Во втором аспекте настоящее изобретение предлагает способ изготовления офтальмологической мультифокальной линзы, содержащей по меньшей мере фокальные точки для ближнего, промежуточного и дальнего зрения, и имеющей светопропускающее тело линзы, содержащее дифракционную решетку, проходящую концентрически в радиальном направлении r от оптической оси тела линзы через часть поверхности тела линзы, предназначенную для обеспечения рефракционной фокальной точки для промежуточного зрения, дифракционную решетку, имеющую фазовый профиль φ(r), выраженный в виде одной непрерывной периодической функции, предназначенную для изменения фазы света, падающего на тело линзы, и работающую как оптический расщепитель волн, обеспечивающий по меньшей мере дифракционную фокальную точку для ближнего зрения с порядком дифракции +m и дифракционную фокальную точку для дальнего зрения с дифракционным порядком -m, где m представляет собой положительное целое значение, причем этот способ содержит стадии:

- определения целевых фокальных точек мультифокальной линзы для ближнего, среднего и дальнего зрения,

- обеспечения светопропускающего тела линзы, имеющего целевую фокальную точку для промежуточного зрения, и

- обеспечения дифракционной решетки, имеющей целевые фокальные точки для ближнего и дальнего зрения,

характеризующийся дополнительными этапами:

- обеспечения монофокальной центральной зоны, проходящей на расстояние в радиальном направлении r от оптической оси тела линзы поперек части поверхности тела линзы и имеющей непрерывную функцию фазового профиля φ(r), предназначенную для изменения фазы падающего на тело линзы света и обеспечения фокальной точки, совпадающей с одной из целевых фокальных точек для дальнего и ближнего зрения,

- определения амплитудного профиля Н(r) дифракционной решетки на основе функции фазового профиля φ(r) дифракционной решетки, а также амплитудного профиля h(r) однофокусной центральной зоны на основе функции фазового профиля ϕ(r) однофокусной центральной зоны,

- определения точки перехода в радиальном положении тела линзы, где заканчивается однофокусная центральная зона, и где дифракционная решетка и однофокусная центральная зона имеют совпадающие амплитудные значения, и

- нанесения монофокальной (однофокусной) центральной зоны и дифракционной решетки в соответствии с определенной точкой перехода.

Амплитудный профиль или профиль высоты монофокальной (однофокусной) центральной зоны и 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.

В одном варианте осуществления способа изготовления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением, в котором дифракционная решетка содержит дифракционный рисунок волнового типа, имеющий чередующиеся значения амплитуды гребней и впадин, определяется, что точка перехода расположена ближе к амплитуде гребня, чем к минимальному значению амплитуды дифракционной решетки.

В частности, точка перехода располагается таким образом, что расстояние между точкой перехода и значением амплитуды гребня, измеренное в радиальном направлении r тела линзы, при просмотре в пространстве r² составляет менее 0,25 периода или шага дифракционной решетки в пространстве r², предпочтительно менее 0,2 периода или шага дифракционной решетки в пространстве r².

В другом варианте осуществления способа изготовления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере один из амплитудного профиля h(r) однофокусной центральной зоны и амплитудного профиля H(r) дифракционной решетки выполнен с возможностью обеспечения совпадающих значений амплитуды однофокусной центральной зоны и дифракционной решетки в точке перехода.

В одном дополнительном варианте осуществления способа изготовления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии с настоящим изобретением точка перехода и сдвиг в радиальном направлении дифракционной решетки определяются на основе распределения в целевых фокальных точках падающего на линзу света, так что для данного размера апертуры:

- интенсивности света, распределенного в каждую из целевых фокальных точек, находятся в пределах заданного диапазона интенсивности для каждой отдельной целевой фокальной точки, и

- суммарная интенсивность света, распределенного в целевые фокальные точки, находится в заданном диапазоне суммирования, и

- соотношение интенсивностей света, распределенного в целевые фокальные точки для дальнего и ближнего зрения, находится в заданном диапазоне соотношения.

Тело линзы может содержать любой материал из гидрофобного акрила, гидрофильного акрила, силикона или любого другого подходящего светопропускающего материала.

Функция профиля непрерывной фазы и профиль высоты линзы в способе в соответствии с настоящим изобретением могут получаться удаленно от оборудования для изготовления 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.

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 офтальмологической линзы, имеющей улучшенную глубину резкости (ED).

В третьем аспекте настоящее изобретение предлагает раскрытую выше офтальмологическую мультифокальную линзу, используемую в качестве одного из контактной линзы, интраокулярной линзы, афакической контактной линзы, афакической интраокулярной линзы и очковая линза или стекла для очков. Следует отметить, что в случае интраокулярной (внутриглазной) линзы ее тело обычно принимает форму двояковыпуклого или плоско-выпуклого оптически прозрачного диска. В случае контактной линзы или очковой линзы 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.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными и будут объяснены со ссылками на примеры, описанные далее в настоящем документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 схематическим образом иллюстрирует фокусировку лучей света с нескольких расстояний в человеческом глазу.

Фиг. 2a схематическим образом иллюстрирует вид сверху типичной мультифокальной афакической интраокулярной линзы предшествующего уровня техники.

Фиг. 2b схематическим образом иллюстрирует вид сбоку мультифокальной афакической интраокулярной линзы, показанной на Фиг. 2a.

Фиг. 3 схематическим образом иллюстрирует на поперечном сечении оптическую работу дифракционной линзы предшествующего уровня техники, содержащей двояковыпуклое светопропускающее тело и светопропускающую дифракционную решетку зубчатого или пилообразного типа.

Фиг. 4a - 4c схематично показывают пример профиля высоты и смоделированного компьютером распределения света непрерывной периодической дифракционной решетки на двояковыпуклом теле линзы одного варианта осуществления мультифокальной афакической интраокулярной линзы предшествующего уровня техники, раскрытой в публикации WО2019020435.

Фиг. 5a - 5d схематично показывают пример профиля высоты и смоделированного компьютером распределения света для различных размеров зрачка непрерывной периодической дифракционной решетки на двояковыпуклом теле линзы одного варианта осуществления мультифокальной афакической интраокулярной линзы предшествующего уровня техники, раскрытой в публикации WO2019020435.

Фиг. 6a - 16 схематично иллюстрируют примеры профилей высоты, параметров модуляции аргумента и функций модуляции аргумента монофокальных центральных зон и дифракционных решеток на двояковыпуклом теле линзы для иллюстрации настоящего изобретения, а также соответствующие смоделированные на компьютере распределения интенсивности света.

Фиг. 17 иллюстрирует с помощью упрощенной блок-схемы этапы способа в соответствии с настоящим изобретением для изготовления офтальмологической мультифокальной линзы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

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 полость 15, то есть пространство между сетчаткой 14 и хрусталиком 13, заполнена стекловидным телом - прозрачным желеобразным веществом. Передняя и задняя камеры 16, то есть пространство между хрусталиком 13 и роговицей 11, заполнены водянистой влагой - прозрачной водянистой жидкостью. Ссылочная цифра 20 указывает оптическую ось глаза 10.

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.

Офтальмологические линзы или искусственные линзы применяются для того, чтобы скорректировать зрение глаза 10 в комбинации с хрусталиком 13, когда офтальмологическая линза помещается перед роговицей 11, или для замены хрусталика 13. В последнем случае линзы также упоминаются как афакические офтальмологические линзы.

Мультифокальные офтальмологические линзы используются для улучшения или коррекции зрения глаза 10 для различных расстояний. В случае трифокальных глазных линз, например, офтальмологическая 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. Обычно врачи выбирают линзы для пациентов так, чтобы дальний фокус позволял пациенту сфокусироваться на параллельном свете, т.е. в общепринятой оптической терминологии на бесконечности.

Величина коррекции, которую обеспечивает офтальмологическая линза, называется оптической силой (OP) и выражается в диоптриях, D. Оптическая сила (optical power-(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.

Фиг. 2a показывает вид сверху типичной офтальмологической мультифокальной афакической интраокулярной 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.

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.

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 офтальмологической линзы.

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.

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.

Точки усиливающей (или конструктивной) 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 +m и -m, где m представляет собой положительное целочисленное значение. Таким образом, m=+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 m=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.

Следует отметить, что приведенное выше распределение положительных и отрицательных порядков дифракции в некоторых публикациях и справочниках может быть обратным в отношении их положения относительно нулевого порядка. Это, например, происходит, когда теория из публикации Romero et al. применяется непосредственно, как это было сделано здесь. Если не указано иное, настоящее описание придерживается соглашения, показанного на Фиг. 3.

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.

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.

Энергия света в световых волнах 47, которые фокусируются или дифрагируются в фокальных точках или порядках, 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.

В научной литературе дифракционная решетка, оптимизирующая общую эффективность распределения света в заданных или целевых порядках дифракции, находится из определения линейной функции только фазы или фазового профиля, которая генерирует целевые дифракционные порядки

с максимальной общей эффективностью ƞ или показателем качества, определяемым как сумма нормализованных световых энергий всех этих целевых порядков. Затем этим дифракционным решеткам можно придать форму линз, регулируя аргумент так, чтобы они имели эквидистантные периоды в пространстве r².

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).

Ссылочная позиция 50 на Фиг. 4a показывает пример профиля высоты или амплитудного профиля H(r) непрерывного периодического дифракционного профиля в пространстве r², выраженного в мм², как раскрыто в Международной публикации WO2019020435, а Фиг. 4b показывает ту же самую функцию высоты вдоль линейной шкалы как функцию радиального расстояния r, основанную на функции фазового профиля ϕ(r) согласно уравнению (5), то есть:

где: H(r) - профиль высоты линзы, [нм],

А(r) - функция амплитудной модуляции функции фазового профиля в радиальном направлении тела линзы,

α(r) - функция модуляции величины аргумента,

λ - расчетная длина волны линзы, [нм],

n - показатель преломления тела линзы,

n_m - показатель преломления среды, окружающей тело линзы.

Амплитуда профиля высоты H(r) изображена в масштабе 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 этом варианте осуществления расчетная длина волны λ линзы принимается равной 550 нм, показатель преломления n тела линзы принимается равным 1,4618, а показатель преломления n_m среды, окружающей тело линзы, принимается равным 1,336. Функция амплитудной модуляции А(r) является константой при 1,07, функция модуляции величины аргумента α(r) является константой при α=2,65718, период T=0,733 мм² в пространстве r², и функция модуляции угла аргумента S(r)=0, то есть фазовый сдвиг или модуляция угла аргумента отсутствует.

Ссылочная позиция 50 относится к внешней окружности или кривизне базовой линии передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, содержащий функцию 51 дифракционного профиля H(r). См. Фиг. 2a и 2b.

Как можно заметить на Фиг. 4a, в пространстве r² каждый период T профиля 51 высоты H(r) показан с равной длиной. Профиль 51 высоты или функция высоты H(r) представляет собой одиночную непрерывную геометрическую функцию замкнутой формы, определяющую концентрически расположенные DOE, начинающиеся от оптической оси, т.е. r=0, и продолжающиеся в направлении наружу от оптической оси по телу линзы. Дифракционный профиль не имеет резких переходов, которые трудно изготовить в теле линзы. Соответственно, профиль 51 высоты H(r) дифракционной решетки позволяет точное изготавливать линзу.

Количество света, дифрагированного линзой, имеющей профиль 51 высоты H(r), показано смоделированным на компьютере распределением интенсивности света на Фиг. 4c. 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. В этих профилях интенсивности интенсивность I дифрагированного света изображена в произвольных единицах вдоль вертикальной оси как функция оптической силы в диоптриях (D), изображенной вдоль горизонтальной оси.

Распределения интенсивности света, смоделированные компьютером, предполагают двояковыпуклое тело 31 офтальмологической линзы 30 типа, показанного на Фиг. 2a, 2b, предназначенной для нацеливания на фокальную точку нулевого порядка с оптической силой 20 D, а также фокальные точки первого порядка с оптической силой 21,5 D и 18,5 D, расположенные симметрично 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™ для диаметра зрачка 6 мм.

Как видно на Фиг. 4c, в отличие от фазового профиля линзы, вычисленного для линейного оптимального трипликатора (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 линейной или плоской фазовой решетки, 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.

Фиг. 5a показывает профиль высоты или функцию высоты H(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (11) как функцию радиального расстояния r дифракционной решетки в одном варианте осуществления трехфокальной офтальмологической линзы. Расчетная длина волны λ, показатель преломления n тела линзы, показатель преломления n_m среды, окружающей тело линзы, функция амплитудной модуляции А(r), функция модуляции величины аргумента а(r), и период T в пространстве r², для этого варианта осуществления идентичны параметрам варианта осуществления, показанного на Фиг. 4a - 4c. В отличие от варианта осуществления, показанного на Фиг. 4a - 4c, угол аргумента профиля высоты H(r) 56 дифракционной решетки, показанной на Фиг. 5a, модулируется функцией модуляции S(r), имеющей фиксированное значение S=0, 42 * Т. Ссылочная позиция 55 относится к внешней окружности или кривизне базовой линии передней поверхности 34 тела 30 линзы, имеющей дифракционную решетку или рельеф 36, простирающийся от оптической оси и содержащий функцию H(r) 56 профиля дифракции.

Профиль высоты или функция высоты H(r) 56 представляет собой единую замкнутую непрерывную геометрическую функцию, определяющую концентрически расположенные DOE, начинающиеся от оптической оси, т.е. r=0, и продолжающиеся в направлении наружу от оптической оси по телу линзы.

Фиг. 5b, 5c и 5d показывают смоделированные на компьютере распределения интенсивности света для линзы, показанной на Фиг. 5a, для различных размеров зрачка. По вертикальной оси графиков на Фиг. 5b, 5c и 5d относительная интенсивность rel. I преломленного и дифрагированного света относительно максимальной интенсивности в одной из фокальных точек изображается как функция оптической силы в диоптриях D, отложенной по горизонтальной оси. Примеры были вычислены с использованием программного обеспечения для моделирования на основе MATLAB™.

Распределения интенсивности света, смоделированные на компьютере, предполагают двояковыпуклое тело линзы, предназначенной для нацеливания на фокальную точку нулевого порядка с оптической силой 20 D, а также фокальные точки первого порядка с оптической силой 21,5 D и 18,5 D, расположенные симметрично 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.

Фиг. 5b показывает распределение интенсивности света 57 для зрачка, имеющего диаметр 1 мм. Как видно из Фиг. 5b, почти весь падающий на линзу свет концентрируется в фокусе для промежуточного зрения с оптической силой 20D. Таким образом, при измерении оптической системы пользователя, содержащей глазные линзы в соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 5a, с использованием авторефрактометра и такой интенсивности света, что диаметр зрачка пользователя составляет приблизительно 1 мм, фокальная точка, фактически измеренная с помощью авторефрактометра, является не одной из дифракционных фокальных точек, а промежуточной или рефракционной фокальной точкой.

Фиг. 5c показывает распределение интенсивности света для зрачка, имеющего диаметр 3 мм. Зрачок такого размера покрывает большую часть дифракционного профиля и выпуклой поверхности линзы, чем при размере зрачка 1 мм, показанном на Фиг. 5b. Ссылочная позиция 57 снова относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему фокальную точку для зрения на среднем расстоянии. Ссылочная позиция 58 относится к порядку дифракции -1, обеспечивающему фокальную точку для дальнего зрения, а ссылочная позиция 59 относится к порядку дифракции +1, обеспечивающему фокальную точку для зрения на близком расстоянии. Как видно из профиля интенсивности на Фиг. 5b, большая часть падающего света распределяется в фокальную точку 59 для ближнего зрения по сравнению с количеством света, распределенного в фокальные точки для промежуточного зрения 57 и дальнего зрения 64.

Фиг. 5d показывает распределение интенсивности света для зрачка, имеющего диаметр 6 мм. Зрачок такого размера обычно покрывает всю оптическую систему глазной линзы. Ссылочная позиция 57 относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, ссылочная позиция 58 относится к порядку дифракции -1, обеспечивающему фокальную точку для зрения на большом расстоянии, и ссылочная позиция 59 относится к порядку дифракции +1, обеспечивающему фокальную точку для зрения на близком расстоянии.

Фиг. 6a показывает амплитудный профиль или профиль высоты варианта осуществления трехфокальной офтальмологической линзы в соответствии с настоящим изобретением, содержащей центральную зону, то есть центральную часть 33 линзы 31, показанной на Фиг. 2a, имеющую непрерывный амплитудный профиль h(r), обозначенный ссылочной позицией 62, и дифракционный профиль 61, имеющий амплитудную функцию H(r), простирающуюся в радиальном направлении от тела линзы через ее поверхность 60 и обеспечивающую дифракционные фокальные точки для дальнего и ближнего зрения.

Амплитуда профилей высоты h(r) и H(r) изображена в масштабе мкм вдоль вертикальной оси на Фиг. 6a. 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.

Центральная зона простирается на некоторое расстояние в радиальном направлении r от оптической оси через часть поверхности 60 тела линзы, и ее непрерывный амплитудный профиль h(r) 62 предназначен для обеспечения единственной фокальной точки, совпадающей с одной из дифракционных фокальных точек дифракционного профиля 61, обеспечивая тем самым однофокусную центральную зону.

На Фиг. 6a ссылочная позиция 60 относится к внешней окружности или кривизне базовой линии передней поверхности 34 тела 30 линзы, как проиллюстрировано на Фиг. 2a и 2b. В точке 63 перехода, в радиальном положении тела линзы на некотором расстоянии от оптической оси, непрерывный амплитудный профиль h(r) однофокусной центральной зоны заканчивается и переходит в амплитудный профиль H(r) 61.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 6a, однофокусная центральная зона 62 содержит функцию фазового профиля φ(r) в соответствии с вышеприведенным уравнением (2), то есть:

где f - фокальная точка центральной зоны. Она не идентична фокальной точке линзы в целом. В типичном примере промежуточная фокальная точка интраокулярной линзы (IOL) может иметь оптическую силу 20D, а дальняя и ближняя фокальные точки - 18,5D и 21,5D, соответственно. Тогда абсолютное значение f равно (1/1,5) м=0,67 м.

Чтобы получить фактическую физическую форму или профиль амплитуды на линзе, применяются следующие этапы.

Предположим, что монофокальная центральная зона 62 должна вносить свой вклад в фокальную точку для дальнего зрения, то есть что фокальная точка монофокальной (однофокусной) центральной зоны 62 должна совпадать с фокальной точкой для дальнего зрения, обеспечиваемой дифракционной решеткой 61. Основная оптическая сила линзы, то есть преломляющая способность, способствует промежуточному зрению, обеспечиваемому выпуклым телом линзы, таким как выпуклое тело линзы 31, показанной на Фиг. 2b.

Добавление на линзу зоны дальнего зрения требует обеспечения отрицательной части линзы. Для того чтобы достичь этого, знак уравнения (2) изменяется, т.е.:

Чтобы затем преобразовать это выражение в расстояние, форма однофокусной зоны выражается в терминах длин волны, то есть ϕ(r)/2π. Затем необходимо установить показатель преломления линзы и окружающей среды, чтобы найти расстояние, соответствующее полному фазовому сдвигу, т.е. 2π. Это может быть записано как λ/(n-n_m), где λ - расчетная длина волны линзы, [нм], n - показатель преломления тела линзы, и n_m - показатель преломления среды, окружающей тело линзы. Умножая профиль линзы, выраженный в длинах волн, можно получить профиль амплитуды или профиль высоты h(r) однофокусной центральной зоны 62, то есть:

Следует отметить, что расчетная длина волны λ исчезает из уравнения (13).

Если выбирается сферическая однофокусная центральная зона, радиус кривизны можно получить по известной формуле Ленсмейкера. Допущение применимости аппроксимации тонкой линзы приводит к:

где: R представляет собой радиус кривизны однофокусной центральной зоны, [м].

Зная, что должна быть обеспечена вогнутая центральная зона, из уравнений (13) и (14) амплитудный профиль однофокусной центральной зоны может быть вычислен как:

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 6a, амплитудный профиль дифракционной решетки 61 соответствует амплитудному профилю дифракционной решетки (11), раскрытому выше со ссылкой на Фиг. 4a, то есть:

В соответствии с настоящим изобретением в точке 63 перехода амплитудные профили дифракционной решетки 61 и однофокусной центральной зоны 62 имеют совпадающие значения амплитуд. Таким образом, в точке 63 перехода значения амплитуд обоих профилей амплитуд равны или практически равны, так что в точке перехода скачок амплитуды или высоты общего оптического профиля линзы поперек поверхности 60 тела линзы, приводящий к неравномерности пути, по которому падающий свет проходит через линзу, эффективно устраняется.

В этом варианте осуществления расчетная длина волны λ линзы принимается равной 550 нм, показатель преломления n тела линзы принимается равным 1,492, а показатель преломления n_m среды, окружающей тело линзы, принимается равным 1,336. Функция амплитудной модуляции А(r) является постоянной и равной 1,06, функция модуляции величины аргумента α(r) является постоянной и равной α=2,65718, период T=0,66 мм² в пространстве r², и функция модуляции угла аргумента S(r) представляет собой постоянный фазовый сдвиг S=0,31 * T.

Фиг. 6b, 6c и 6d показывают смоделированные на компьютере распределения интенсивности света для линзы, показанной на Фиг. 6a для различных размеров зрачка, как на Фиг. 5b, 5c и 5d, соответственно. По вертикальной оси графиков на Фиг. 6b, 6c и 6d относительная интенсивность (rel.I) преломленного и дифрагированного света относительно максимальной интенсивности в одной из фокальных точек изображается как функция оптической силы в диоптриях D, отложенной по горизонтальной оси. Примеры были вычислены с использованием программного обеспечения для моделирования на основе MATLAB™.

Распределения интенсивности света, смоделированные на компьютере, предполагают двояковыпуклое тело линзы, предназначенной для нацеливания на фокальную точку нулевого порядка с оптической силой 20 D, а также фокальные точки первого порядка с оптической силой 21,675 D и 18,325 D, расположенные симметрично 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 18,325D для дифракционного порядка -1, и фокальную точку для зрения на близком расстоянии в 21,675D для дифракционного порядка +1.

Фиг. 6b показывает интенсивность света 64 для зрачка, имеющего диаметр 1 мм. Как видно из Фиг. 6b, почти весь падающий на линзу свет концентрируется в фокусе для дальнего зрения с оптической силой 18,5 D. Это соответствует конструктивной задаче линзы настоящего варианта осуществления в соответствии с настоящим изобретением, то есть обеспечению однофокусной центральной зоны, совпадающей с целевой фокальной точкой дифракционной решетки для дальнего зрения. Как видно из амплитудных профилей, показанных на Фиг. 6a, радиус однофокусной центральной зоны 62 заканчивается на расстоянии приблизительно 0,5 мм, так что зрачок диаметром 1 мм почти полностью покрывает однофокусную центральную зону.

Фиг. 6c показывает интенсивность света для зрачка, имеющего диаметр 3 мм. Зрачок такого размера покрывает однофокусную центральную зону и часть дифракционного профиля и выпуклой поверхности линзы. Ссылочная позиция 66 относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему фокальную точку для зрения на среднем расстоянии. Ссылочная позиция 65 относится к порядку дифракции +1, обеспечивающему фокальную точку для ближнего зрения. Как видно из профиля интенсивности, показанного на Фиг. 6c, большая часть падающего света распределяется в фокальную точку 64 для зрения на большом расстоянии.

Фиг. 6d показывает интенсивность света для зрачка, имеющего диаметр 6 мм. Зрачок такого размера обычно покрывает всю оптическую систему глазной линзы. Ссылочная позиция 66 относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, ссылочная пзиция 64 относится к порядку дифракции -1, обеспечивающему фокальную точку для зрения на большом расстоянии, и ссылочная позиция 65 относится к порядку дифракции +1, обеспечивающему фокальную точку для зрения на близком расстоянии. Как видно из профиля интенсивности, показанного на Фиг. 6d, количество света, распределяемого в каждую из фокальных точек 64, 65, 66, является практически одинаковым. Соответственно, дополнительный вклад света, распределяемого в фокальную точку для дальнего зрения в результате использования однофокусной центральной зоны в соответствии с настоящим изобретением, дальнего зрения надлежащим конструктивным решением дифракционного профиля таким образом, чтобы обеспечить многофокусные свойства для размеров зрачка больших, чем размер однофокусной центральной зоны.

Фиг. 7 показывает пример непрерывного профиля высоты или амплитуды h(r) 72 однофокусной центральной зоны и непрерывного периодического профиля высоты или амплитуды H(r) дифракционной решетки 71 в соответствии с фазовыми профилями вышеприведенных уравнений (11) и (15), проходящих через поверхность линзы 70.

В этом варианте осуществления расчетная длина волны λ линзы принимается равной 550 нм, показатель преломления n тела линзы принимается равным 1,492, а показатель преломления n_m среды, окружающей тело линзы, принимается равным 1,336. Функция амплитудной модуляции А(r) является постоянной и равной 1,06, функция модуляции величины аргумента α(r) является постоянной и равной α=2,65718, период T=0,67 мм² в пространстве r², и функция модуляции угла аргумента S(r) представляет собой постоянный фазовый сдвиг S=0,34*T. Распределения интенсивности света, смоделированные на компьютере, предполагают двояковыпуклое тело линзы, предназначенной для нацеливания на фокальную точку нулевого порядка с оптической силой 20 D, а также фокальные точки первого порядка с оптической силой 21,675 D и 18,325 D, расположенные симметрично относительно нулевого порядка.

В точке 73 перехода, где однофокусная центральная зона заканчивается, то есть на радиальном расстоянии приблизительно 0,3 мм от оптической оси, значения амплитудных профилей 71 и 72 не равны или по существу не равны в соответствии с настоящим изобретением, так что оптической системе линзы в точке 72 перехода возникает относительно острый край.

Фиг. 8 иллюстрирует, что острый край в профиле высоты или амплитуды оптической системы линзы варианта осуществления, показанного на Фиг. 7 может быть сглажен путем увеличения размеров однофокусной центральной зоны так, чтобы она заканчивалась в точке 83 перехода, где значение амплитуды h(r) однофокусной центральной зоны 82 равняется значению амплитуды H(r) дифракционной решетки 81. В этом примере однофокусная центральная зона заканчивается на радиальном расстоянии приблизительно 0,5 мм от оптической оси.

Непрерывный профиль высоты или амплитуды h(r) 82 однофокусной центральной зоны и непрерывный периодический профиль высоты или амплитуды H(r) дифракционной решетки 81 также согласуются с фазовыми профилями согласно вышеприведенным уравнениям (15) и (11), проходя через поверхность 80 линзы.

Было замечено, что при размещении точки 83 перехода ближе к впадине 85, чем к гребню 84 дифракционной решетки 81, дифракционная эффективность линзы не является оптимальной.

В этом варианте осуществления расчетная длина волны λ линзы принимается равной 550 нм, показатель преломления n тела линзы принимается равным 1,492, а показатель преломления n_m среды, окружающей тело линзы, принимается равным 1,336. Функция амплитудной модуляции А(r) является постоянной и равной 1,06, функция модуляции величины аргумента α(r) является постоянной и равной α=2,65718, период T=0,67 мм² в пространстве r², и функция модуляции угла аргумента S(r) представляет собой постоянный фазовый сдвиг S=0,50*T. Распределения интенсивности света, смоделированные на компьютере, предполагают двояковыпуклое тело линзы, предназначенной для нацеливания на фокальную точку нулевого порядка с оптической силой 20 D, а также фокальные точки первого порядка с оптической силой 21,675 D и 18,325 D, расположенные симметрично относительно нулевого порядка.

Фиг. 9a показывает, что для офтальмологической линзы в соответствии с настоящим изобретением, имеющей фазовые профили уравнений (15) и (11) или фазовые профили, имеющие подобную форму, то есть дифракционную решетку 91 периодического синусоидального или непрерывного типа с чередующимися значениями амплитуд гребней 98 и впадин 99 и непрерывной криволинейной однофокусной центральной зоной 92, достигается повышенная дифракционная эффективность и относительно плавный переход высотных профилей от центральной зоны 92 к дифракционной решетке 91, когда точка перехода 93, в которой заканчивается однофокусная центральная зона и начинается дифракционная решетка, располагается ближе к гребню 98, чем к впадине 99 дифракционной решетки 91.

На Фиг. 9a точка 93 перехода показана на той стороне гребня 100, которая находится ближе к оптической оси линзы при r=0. Однако точка перехода также может быть расположена с другой стороны гребня 100, то есть ближе к внешней окружности линзы, как показано штрих-пунктирной линией 94. Необходимо отметить, что в последнем случае положение точки 94 перехода все еще связано с положением значения 100 амплитуды гребня.

Фиг. 9b показывает профили высоты, изображенные на Фиг. 9a, в пространстве r². В частности, относительно плавный переход от амплитудного профиля однофокусной центральной зоны к амплитудному профилю периодической дифракционной решетки получается, когда точка 93 перехода располагается таким образом, что расстояние 95 между точкой 93 перехода или точкой 94 перехода и ближайшим значением амплитуды 100 гребня, измеренное в пространстве r², составляет менее 0,25*T, т.е. менее 0,25 периода или шага T дифракционной решетки в пространстве r², и предпочтительно менее 0,2*T. Это проиллюстрировано на Фиг. 9b. Опять же следует отметить, что в случае точки 94 перехода это расстояние по-прежнему связано с положением значения амплитуды 100 гребня, хотя это значение амплитуды не видно непосредственно в окончательном профиле линзы, но может быть легко восстановлено из измерений профиля линзы.

Таким образом, точка 93 или 94 перехода находится рядом с гребнем 100 амплитудного профиля 91 периодической дифракционной решетки около поверхности 90 тела линзы, где амплитудный профиль h(r) однофокусной центральной зоны 92 и амплитудный профиль H(r) периодической дифракционной решетки сливаются на переднем или возрастающем фронте амплитудного профиля H(r) дифракционной решетки, обозначенном пунктирной окружностью 97 на Фиг. 9.

Иначе говоря, плавный переход в профилях амплитуды h(r) и H(r) и повышенная эффективность дифракции достигаются, когда точка перехода 93 или 94 расположена в обведенной кружком области 97 на переднем или заднем фронте периодического дифракционного профиля 91. Таким образом, край периодического дифракционного профиля 91 проходит от впадины 99 к гребню 98 профиля или от гребня 99 к впадине 98.

Обведенная кружком область 97 может охватывать диапазон, измеренный поперек от поверхности 90 тела линзы, составляющий приблизительно 10-30% максимальной амплитуды 96, то есть половину верхней амплитуды амплитудного профиля 91 периодической дифракционной решетки.

Фиг. 9а и 9b рассчитаны для диаметра центральной зоны 1,04 мм, расчетной длины волны λ линзы, принятой равной 550 нм, показателя преломления n тела линзы, равного 1,492, показателя преломления n_m среды, окружающей тело линзы, равного 1,336, при этом функция модуляции амплитуды A(r) является постоянной и равной 1,02, функция модуляции амплитуды аргумента α(r) является константой, α=2,65718, период T=0,67 мм² в пространстве r², и функция модуляции угла аргумента S(r) представляет собой постоянный фазовый сдвиг S=0,32 * T. Это обеспечивает фокальные точки с оптической силой 20D +/- 1,625D, то есть 18,375D, 20,0D и 21,625D, а также скорректированные высоты однофокусной центральной зоны.

В точке перехода угол β между касательной амплитудного профиля h(r) однофокусной центральной зоны и касательной амплитудного профиля H(r) вдоль края периодического профиля дифракции от его впадины до гребня, если смотреть в направлении к поверхности тела линзы, составляет менее приблизительно 1 градуса, что также является показателем относительно плавного перехода амплитудного профиля однофокусной центральной зоны к амплитудному профилю периодической дифракционной решетки. Если используются показанные здесь гладкие профили, то угол β в точке перехода редко будет превышать 1 градус для центральной зоны размером приблизительно 1 мм, но эта величина может быть больше для других профилей. Этот угол также будет более высоким для более крупных центральных зон. Следует отметить, что на чертежах профиля угол в точке перехода часто кажется большим из-за асимметричного масштабирования горизонтальной и вертикальной осей.

Вместо или в дополнение к адаптации размера однофокусной центральной зоны, то есть радиуса или расстояния до оптической оси, как обсуждалось выше со ссылкой на Фиг. 7, положение точки перехода, где заканчивается однофокусная центральная зона и начинается дифракционная решетка, также может быть установлено путем адаптации любого или обоих из аргумента угла функции фазового профиля дифракционной решетки и функций амплитудной модуляции функции фазового профиля.

Предположим, что функция фазового профиля ϕ(r) дифракционной решетки соответствует уравнению (5), где F[α*G] представляет собой обратную функцию тангенса, а G(r) представляет собой синусоидальную функцию:

что приводит к профилю амплитуды или высоты H(r).

Путем адаптации или установки любого аргумента функции угловой модуляции S(r) и/или параметра распределения света α(r) периодический дифракционный профиль сдвигается по фазе или положению в радиальном направлении по поверхности линзы таким образом, чтобы установить плавный переход совпадающих профилей амплитуды h(r) однофокусной зоны и H(r) дифракционной решетки в точке перехода в соответствии с настоящим изобретением.

Плавный переход амплитудных профилей h(r) однофокусной зоны и H(r) дифракционной решетки в точке перехода в соответствии с настоящим изобретением, отдельно от мер, изложенных выше, или в дополнение к ним, может также потребовать адаптировать любую или обе функции амплитудной модуляции A(r) и B(r) функции фазового профиля в соответствии с приведенным выше уравнением (17).

Как раскрыто в публикации WO2019020435, который включен в настоящий документ посредством ссылки, дифракционная эффективность, т.е. величина оптической мощности, которая направляется в целевые порядки дифракции или целевые фокальные точки, может быть эффективно настроена для достижения соответствующего целевого распределения света или усиления фокусировки, в частности для обеспечения зависящего от размера зрачка распределения света в фокальных точках за счет смещения и амплитудной модуляции фазового профиля дифракционной решетки в зависимости от радиального расстояния до оптической оси линзы. Таким образом, влияние на желаемое распределение света в целевых фокальных точках за счет адаптации дифракционной решетки для получения плавного перехода профилей амплитуд однофокусной центральной зоны и дифракционной решетки может быть эффективно уменьшено или компенсировано для нескольких размеров зрачка.

Фиг. 10 графически иллюстрирует компьютерное моделирование офтальмологических линз, разработанных в соответствии с настоящим изобретением, на основе фазовых профилей для дифракционной решетки и однофокусной центральной зоны для дальнего зрения в соответствии с вышеприведенными уравнениями (11) и (15), соответственно, как функции модуляции аргумента или параметра S(r). Все смоделированные линзы, показанные на Фиг. 10, имеют однофокусную центральную зону дальнего зрения диаметром 1,1 мм. Значения интенсивности для фокальных точек замеряются при апертуре 3 мм, имитируя глаз со зрачком диаметром 3 мм. Для трехфокусной решетки в каждой линзе значение S(r) статично по всем диаметрам, и имеет значение, указанное по горизонтальной оси.

Каждая линза в компьютерной программе автоматически строится следующим образом: 1) строится однофокусная центральная зона с желаемой оптической силой, 2) дифракционная решетка создается любым количеством способов, включая применение S(r), 3) разница высот между центральной зоной и дифракционной решеткой в желаемой точке перехода вычисляется, а затем компенсируется, чтобы не было скачка по вертикали.

Верхняя часть Фиг. 10 показывает по вертикальной оси в условных единицах расчетную абсолютную интенсивность света, поступающего в промежуточную 103, дальнюю 101 и ближнюю 102 фокальные точки, как функцию параметра S, выраженную в периодах по горизонтальной оси. То есть S(r) является постоянным фазовым сдвигом, обеспечиваемым значением S*T. Средняя часть Фиг. 10 иллюстрирует сумму 104 абсолютных интенсивностей 101, 102 и 103 в зависимости от S, а нижняя часть Фиг. 10 иллюстрирует соотношение 105 количества света, попадающего в дальнюю фокальную точку и в ближнюю фокальную точку (дальний/ближний), также как функцию S. Интенсивности вычисляются для однофокусной центральной зоны дальнего зрения диаметром 1,1 мм.

На Фиг. 11 аналогично Фиг. 10 показаны смоделированные на компьютере профили интенсивности для различных значений параметра S глазной линзы, разработанной в соответствии с настоящим изобретением, исходя из размера зрачка или размера апертуры диаметром 3 мм.

Верхняя часть Фиг. 11 иллюстрирует расчетную абсолютную интенсивность света, попадающего в промежуточную 110, дальнюю 111 и ближнюю 112 фокальные точки, как функцию S, выраженную в периодах вдоль горизонтальной оси. Средняя часть Фиг. 10 иллюстрирует сумму 113 абсолютных интенсивностей 110, 111 и 112 как функцию S, а нижняя часть Фиг. 11 иллюстрирует отношение 114 дальний/ближний также как функцию S. Интенсивности вычисляются для однофокусной центральной зоны дальнего зрения диаметром 0,98 мм.

Из Фиг. 10 и 11, как показано вертикальными штрихпунктирными линиями 106, 107 и 115, 116, соответственно, видно, что для однофокусной центральной зоны, имеющей диаметр 1,1 мм и 0,98 мм, соответственно, для значений S приблизительно между 0,1 и 0,3 обеспечиваются относительно высокие значения общей интенсивности по отдельности и в сумме в сочетании с относительно стабильным, то есть менее изменчивым, соотношением дальней/ближней интенсивности между приемлемыми уровнями, составляющими приблизительно 2-3.

Фиг. 12 показывает в трехмерном графическом виде 120, основанном на конструкциях глазных линз в соответствии с Фиг. 6a, 10 и 11, суммарную интенсивность света в трех фокальных точках, изображенную в условных единицах вдоль вертикальной линии или оси z на чертеже в зависимости как от радиуса центральной зоны, отложенного в мкм по оси у, так и от параметра S, отложенного по оси х. Каждая растровая точка 121 в плоскости xy представляет одну конструкцию линзы, а интенсивности трех фокальных точек измеряются в модели при апертуре 3 мм.

Чтобы оценить конструктивные решения из этого графика, следует судить о двух основных понятиях: теоретических характеристиках и технологичности. Высокая суммарная интенсивность указывает на высокую эффективность. Для конкретного выбора параметров центральной зоны и решетки, использованной на Фиг. 12, максимально возможная общая эффективность может быть получена при радиусе центральной зоны приблизительно 0,550 мм и получена при радиусе центральной зоны приблизительно 0,1-0,35. На Фиг. 12 видно плато в обведенной кружком области 122, из-за которого суммарная интенсивность в указанном диапазоне значений S является довольно одинаковой.

Основное распределение между различными фокальными точками будет отличаться, даже если сумма будет идентичной. Однако в производстве всегда есть некоторая степень погрешности. Как видно на чертеже, комбинация радиуса центральной зоны 0,550 мм и значения S 0,1 или 0,35 ставит такую линзу очень близко к падению эффективности. Небольшое отклонение S может привести к тому, что изготовленная линза будет вести себя как линза с меньшим или большим значением S. Из-за этого, как правило, выгодно выбирать конструкцию из центральной зоны плато с высокой эффективностью, положительно влияющую на выход годной продукции.

Фиг. 13 показывает в трехмерном графическом виде 130, основанном на конструкциях глазных линз в соответствии с Фиг. 10 и 11, соотношение интенсивности света в дальней и ближней фокальных точках, изображенное по вертикали или оси z, в зависимости как от радиуса центральной зоны, изображенного в мкм по оси y, так и от параметра S, изображенного по оси х.

Этот чертеж можно использовать для выбора конструкции аналогично Фиг. 12. Отношение дальний/ближний будет определять распределение света и, следовательно, остроту зрения на соответствующих расстояниях. Таким образом, абсолютное значение является важным. Однако технологичность здесь также является важным фактором. Из чертежа видно, что имеется несколько очень острых гребней. Изготовление линз вблизи одного из этих гребней будет снижать выход, поскольку даже небольшое отклонение может иметь очень большой отрицательный эффект.

Фиг. 14 показывает в трехмерном графическом виде 140, основанном на конструкциях офтальмологических линз в соответствии с Фиг. 10 и 11, вдоль безразмерной оси Z горизонтальное расстояние от точки перехода до амплитуды гребня, выраженное в периодах дифракционной решетки между точкой перехода и наивысшей точкой, т.е. амплитудой гребня или пиком, рассматриваемое в пространстве r². Знак ± относится к расстоянию по одну или по другую сторону от значения амплитуды гребня. См. также Фиг. 9a и 9b. Для некоторых линз эта амплитуда гребня или самый высокий пик могут отсутствовать в получаемой линзе, и расстояние должно быть рассчитано исходя из пика в исходной дифракционной решетке до того, как часть его будет заменена однофокусной центральной зоной.

Фиг. 14 показывает это расстояние в зависимости как от радиуса центральной зоны, отложенного в мкм по оси y, так и от параметра S, отложенного по оси z. Нулевое значение на оси z указывает на линзу, созданную с точкой перехода в самой высокой точке, то есть на гребне текущего периода. Линии, обозначающие линзы, созданные с центральной зоной точно на пике текущего периода, легко найти на Фиг. 14.

Сравнивая Фиг. 14 с Фиг. 12, можно заметить, что линия на Фиг. 14, разграничивающая линзы с переходными зонами при пиковом или гребневом значении амплитуды текущего периода, также разграничивает продольный центр высокоэффективного плато 122 на Фиг. 12. Это показывает, что можно ожидать, что хорошо работающие линзы с высоким выходом будут иметь переходные зоны ближе к ближайшему пику, чем к ближайшей впадине. Особенно предпочтительными являются линзы, в которых абсолютное расстояние между переходной зоной и наивысшим пиком периода при просмотре в пространстве r² составляет меньше чем приблизительно 0,25*T, и предпочтительно меньше чем 0,2*T.

Из графиков на Фиг. 10-14 можно заметить, что оптимальное пространство конструктивного решения для линз в соответствии с настоящим изобретением возникает, когда точка перехода находится в таком радиальном положении, что однофокусная центральная зона имеет диаметр в диапазоне 0,8-1,3 мм, и соотношение интенсивностей падающего света, распределенного в целевые фокальные точки для дальнего и ближнего зрения, находится в диапазоне соотношения дальний/ближний 0,8-2,0.

Фиг. 15a иллюстрирует, в качестве примера, профиль высоты или профиль амплитуды другого варианта осуществления трехфокусной глазной линзы в соответствии с настоящим изобретением вдоль линейной шкалы как функцию радиального расстояния r, выраженного в мм.

Амплитудный профиль или профиль высоты варианта осуществления офтальмологической линзы, показанного на Фиг. 15a, содержит центральную зону, то есть центральную часть 33 линзы 31, показанной на Фиг. 2a, имеющую непрерывный амплитудный профиль h(r), обозначенный ссылочной цифрой 152, в соответствии с уравнением (11), раскрытым выше, и дифракционную решетку 151, основанную на функции непрерывного периодического фазового профиля в соответствии с уравнением (6), представленным выше в разделе «Сущность изобретения».

Амплитуда профилей высоты h(r) 162 и H(r) 161 изображена в масштабе мкм вдоль вертикальной оси на Фиг. 16a. 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 160 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, как проиллюстрировано на Фиг. 2a и 2b.

Центральная зона простирается на некоторое расстояние в радиальном направлении r от оптической оси через часть поверхности 150 тела линзы, и ее непрерывный амплитудный профиль h(r) 152 предназначен для обеспечения единственной фокальной точки, совпадающей с дифракционной фокальной точкой для дальнего зрения дифракционного профиля 151, обеспечивая тем самым однофокусную центральную зону.

В точке 153 перехода, в радиальном положении тела линзы на расстоянии приблизительно 0,5 мм от оптической оси, непрерывный амплитудный профиль h(r) 152 однофокусной центральной зоны заканчивается и переходит в амплитудный профиль H(r) 151 дифракционной решетки. В показанном варианте осуществления точка 153 перехода находится на поверхности 150 тела линзы.

В этом варианте осуществления расчетная длина волны λ линзы принимается равной 550 нм, показатель преломления n тела линзы принимается равным 1,492, а показатель преломления n_m среды, окружающей тело линзы, принимается равным 1,336. Дифракционная решетка 151 оптимизируется с использованием уравнений (7) и (8) для обеспечения относительных интенсивностей (γ₁, γ₂, γ₃) соответствующих порядков дифракции -1, 0, 1, составляющих соответственно (1,2, 1, 1). Решетка оптимизируется для обеспечения большего количества света в фокусе ближнего зрения, чтобы в некоторой степени компенсировать интенсивность света, обеспечиваемого однофокусной центральной зоной в фокусе дальнего зрения.

Количество света, дифрагированного линзой, имеющей профиль 152 центральной зоны и профиль 151 дифракции, показано на диаграмме модулирования интенсивности на Фиг. 15b, основанной на размере зрачка диаметром 3 мм. Интенсивность изображена по вертикальной оси в условных единицах. Распределения интенсивности света, смоделированные компьютером, предполагают двояковыпуклое тело глазной линзы типа, показанного на Фиг. 2a, 2b, предназначенной для нацеливания на фокальную точку нулевого порядка с оптической силой 20 D, а также фокальные точки для ближнего и дальнего зрения с оптической силой 21,675 D и 18,325 D соответственно, расположенные симметрично относительно нулевого порядка. Ссылочная цифра 154 относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, ссылочная цифра 155 относится к фокальной точке для зрения на большом расстоянии с оптической силой 18 325 D, и ссылочная цифра 156 относится к фокальной точке для зрения на близком расстоянии с оптической силой 21,675 D.

Фиг. 16a иллюстрирует, в качестве примера, профиль высоты или профиль амплитуды пятифокусной линзы в соответствии с настоящим изобретением в пространстве r², выраженный в мм², а Фиг. 16b показывает тот же самый профиль высоты или профиль амплитуды вдоль линейной шкалы в зависимости от радиального расстояния r, выраженного в мм.

Амплитудный профиль или профиль высоты варианта осуществления пятифокусной офтальмологической линзы, проиллюстрированный на Фиг. 16a, содержит центральную зону, то есть центральную часть 33 линзы 31, показанной на Фиг. 2a, имеющую непрерывный амплитудный профиль h(r), обозначенный ссылочной цифрой 162, в соответствии с уравнением (11), раскрытым выше, и дифракционную решетку 161, создающую пять различных фокальных точек.

Значение ϕ _lin (x) линейной фазовой решетки, на которой построена дифракционная часть линзы, может быть описано нижеприведенной системой уравнений (18):

где: atan2 относится к арктангенсу с двумя аргументами,

γ₁, γ₂, γ₃, γ₄, γ₅ представляют собой относительные интенсивности соответствующих порядков дифракции -1, 0, 1 соответственно,

α₁, α₂, α₃, α₄, α₅ представляют собой фазы соответствующих коэффициентов Фурье функции фазового профиля,

µ₁, µ₂, µ₃, µ₄, µ₅ - константы, которые необходимо оптимизировать, и

|α_k|/γ_k=N, где N - положительная константа, а |α_k| представляет собой амплитуду коэффициента Фурье α_k дифракционной решетки для k=1, 2, 3, и

x - ось, по которой проходит решетка.

При таком определении один период равен ровно 1 единице длины.

Мультифокальная линза с пятью фокальными точками может быть получена с помощью набора уравнений (18), применяя уравнение (8), аналогично тому, как создается трехфокусная линза.

Линейная фазовая решетка (14) основана на принципах настоящего изобретения и 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. Линейная фазовая решетка оптимизируется для пяти порядков дифракции с распределением интенсивности, например, (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄, γ₅)=(1,1, 0,9, 0,8, 0,9, 1,1).

Амплитуда профилей высоты h(r) 162 и H(r) 161 изображена в масштабе мкм вдоль вертикальной оси на Фиг. 16a. 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 позиция 160 относится к внешней окружности передней поверхности 34 тела 30 линзы, как проиллюстрировано на Фиг. 2a и 2b.

Центральная зона простирается на некоторое расстояние в радиальном направлении r от оптической оси через часть поверхности 160 тела линзы, и ее непрерывный амплитудный профиль h(r) 162 предназначен для обеспечения единственной фокальной точки, совпадающей с дифракционной фокальной точкой для дальнего зрения дифракционного профиля 161, обеспечивая тем самым однофокусную центральную зону.

В точке 163 перехода, в радиальном положении тела линзы на расстоянии приблизительно 0,6 мм от оптической оси, непрерывный амплитудный профиль h(r) 162 однофокусной центральной зоны заканчивается и переходит в амплитудный профиль H(r) 161 дифракционной решетки. В показанном варианте осуществления точка 163 перехода находится на поверхности 160 тела линзы.

В этом варианте осуществления расчетная длина волны λ линзы принимается равной 550 нм, показатель преломления n тела линзы принимается равным 1,4618, а показатель преломления n_m среды, окружающей тело линзы, принимается равным 1,336. Период T=0,733 мм² в пространстве r², а функция модуляции угла аргумента S(r) представляет собой постоянный фазовый сдвиг S=0,80*T. A(r)=γ(r)=δ(r)=1.

Количество света, дифрагированного линзой, имеющей профиль 162 центральной зоны и профиль 161 дифракции, показано на диаграмме симуляции интенсивности на Фиг. 16c, основанной на размере зрачка 3 мм. Интенсивность изображена по вертикальной оси в условных единицах. Распределения интенсивности света, смоделированные компьютером, предполагают двояковыпуклое тело офтальмологической линзы типа, показанного на Фиг. 2a, 2b, предназначенной для нацеливания на фокальную точку нулевого порядка с оптической силой 20 D, а также фокальные точки для ближнего и дальнего зрения с оптической силой 21,675 D и 18,325 D соответственно, расположенные симметрично относительно нулевого порядка. Ссылочная позиция 164 относится к порядку дифракции 0, обеспечивающему фокальную точку для зрения на среднем расстоянии, ссылочная цифра 165 относится к фокальной точке для зрения на большом расстоянии с оптической силой 18,325 D, и ссылочная позиция 166 относится к фокальной точке для зрения на близком расстоянии с оптической силой 21,675 D.

В настоящей конструкции предусмотрены две дополнительные фокальные точки, то есть первая дополнительная фокальная точка с оптической силой 19D между фокальными точками для промежуточного и дальнего зрения, и вторая дополнительная фокальная точка с оптической силой 21D между фокальными точками для промежуточного и ближнего зрения.

Для целей настоящей заявки могут применяться другие функции непрерывного периодического фазового профиля для обеспечения пятифокусных линз, отличных от представленной выше в соответствии с уравнением (14). Как указано, также могут обеспечиваться четырехфокусные линзы, имеющие однофокусную центральную зону в соответствии с настоящим изобретением.

Упрощенная блок-схема 170 на Фиг. 17 иллюстрирует стадии(этапы) способа изготовления офтальмологической мультифокальной линзы в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения. Направлением последовательности стадий на чертеже является направление сверху вниз.

На первой стадии задаются по меньшей мере целевые фокальные точки линзы для зрения на близком, промежуточном и большом расстоянии, то есть выполняется блок 171 «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 172 «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.

Затем выбирается светопропускающее тело линзы, имеющее рефракционную фокальную точку, обеспечивающую целевую фокальную точку для зрения на промежуточном расстоянии, то есть выполняется блок 173 «Выбрать тело линзы».

На следующей стадии, т.е. в блоке 174 «Обеспечение однофокусной(монофокальной) центральной зоны», обеспечивается однофокусная центральная зона, простирающаяся на некоторое расстояние в радиальном направлении r от оптической оси тела линзы через часть поверхности тела линзы. Эта однофокусная центральная зона имеет непрерывную функцию фазового профиля φ(r) для обеспечения рефракционной фокальной точки, совпадающей с одной из целевых фокальных точек для дальнего и ближнего зрения, установленных на первой стадии выше.

Для обеспечения дифракционных фокальных точек непрерывная периодическая функция фазового профиля ϕ(r) дифракционной решетки рассчитывается либо математически, либо численно с использованием соответствующего запрограммированного процессора или компьютера, то есть выполняется стадия 175 «Вычислить дифракционный фазовый профиль». Функция непрерывного периодического фазового профиля рассчитывается для установления желаемого распределения света в целевых точках преломления и дифракции по всей линзе, включая вклад однофокусной центральной зоны, для различных размеров зрачка.

На стадии 176 «Определить точку перехода» определяется точка перехода на некотором радиальном расстоянии от оптической оси, где заканчивается однофокусная центральная зона и начинается дифракционный профиль, в этой точке перехода дифракционная решетка и однофокусная центральная зона имеют совпадающие значения амплитуд, как указано в первом аспекте настоящего изобретения выше. С этой целью можно регулировать амплитуду профиля высоты однофокусной центральной зоны и/или амплитуду профиля высоты дифракционной решетки.

Точка перехода может быть определена на стадии 176, как указано в первом аспекте настоящего изобретения, например, на основе распределения света в целевых фокальных точках света, падающего на линзу, таком что для данного размера апертуры:

- интенсивности света, распределенного в каждую из целевых фокальных точек, находятся в пределах заданного диапазона интенсивности для каждой отдельной целевой фокальной точки, и

- суммарная интенсивность света, распределенного в целевые фокальные точки, находится в заданном диапазоне суммирования, и

- соотношение интенсивностей света, распределенного в целевые фокальные точки для дальнего и ближнего зрения, находится в заданном диапазоне соотношения.

На следующей стадии вычисленные функции фазового профиля и переходная точка адаптируются 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 177 «Настройка интенсивности». Эта настройка интенсивности аналогичным образом может быть обработана подходящим образом запрограммированным процессором или компьютером, и может включать модуляцию, описанную выше и показанную в примерах выше. 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.

Наконец, рассчитывается геометрический профиль высоты или амплитудный профиль однофокусной центральной зоны и дифракционной решетки для изготовления линзы, то есть для стадии 178 «Обработка профилей высоты». Это делается опять же с использованием соответствующим образом запрограммированного процессора.

Наконец, профиль высоты или функция высоты, применяемая к телу линзы, обтачивается и полируется с помощью любого из методов лазерной микрообработки, например алмазного точения, трехмерной печати или любой другой механической или литографской технологии обработки поверхности. Таким образом выполняется стадия 179 «Механическая обработка».

Вычисления на стадии 175 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.

Вычисления в соответствии с настоящим изобретением могут быть обеспечены удаленно от оборудования для механической обработки линзы. Особенности расчетной дифракционной решетки могут быть отправлены оборудованию механической обработки с помощью передачи данных по практически доступной телекоммуникационной сети, такой как Интернет (не показано).

Специалисту в данной области техники будет понятно, что однофокусная центральная зона и дифракционная решетка могут быть нанесены на одну или обе из передней и задней поверхностей линзы, что применимо ко всем вариантам осуществления, раскрытым и заявленным в прилагаемой формуле изобретения.

Дополнительно следует отметить, что идеи настоящего изобретения в равной степени применимы для проектирования и настройки распределения света мультифокальной офтальмологической линзы, имеющей аподизированные профили высоты или амплитуды.

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 использование элементов в единственном числе не исключает исключает их использование в множественном числе. 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 преимуществ. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие область ее охвата. Одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым или эквивалентным элементам или операциям.

Claims (56)

1. Офтальмологическая мультифокальная линза, по меньшей мере содержащая фокальные точки для ближнего, промежуточного и дальнего зрения, имеющая светопропускающее тело линзы, содержащее симметричную дифракционную решетку, проходящую концентрически в радиальном направлении r от оптической оси упомянутого тела линзы через часть поверхности упомянутого тела линзы, при этом указанное тело линзы выполнено с возможностью обеспечения рефракционной фокальной точки для промежуточного зрения, причем упомянутая дифракционная решетка имеет фазовый профиль ϕ(r), выраженный в виде одной непрерывной периодической функции, периодический в пространстве r² и предназначенный для изменения фазы света, падающего на упомянутое тело линзы, и работающий в качестве симметричного оптического расщепителя волн, обеспечивающего по меньшей мере дифракционную фокальную точку для ближнего зрения с порядком дифракции +m и дифракционную фокальную точку для дальнего зрения с дифракционным порядком -m, где m представляет собой положительное целое значение, выбранное равным 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутое тело линзы содержит преломляющую монофокальную центральную зону, простирающуюся на расстояние в радиальном направлении r от упомянутой оптической оси упомянутого тела линзы через часть упомянутой поверхности упомянутого тела линзы и имеющую функцию непрерывного фазового профиля ϕ(r), предназначенную для изменения фазы света, падающего на упомянутое тело линзы, обеспечивающую фокальную точку, совпадающую с одной из упомянутых дифракционных фокальных точек, в которой упомянутая дифракционная решетка обеспечивается от точки перехода в радиальном положении упомянутого тела линзы, где упомянутая монофокальная центральная зона заканчивается, причем в упомянутой точке перехода упомянутая дифракционная решетка и упомянутая монофокальная центральная зона имеют совпадающие значения амплитуд, что позволяет избежать острого края в точке перехода, причем упомянутая дифракционная решетка содержит дифракционный рисунок волнового типа без каких-либо острых краев, имеющий чередующиеся значения амплитуд гребней и впадин, причем упомянутая точка перехода расположена ближе к значению амплитуды гребня, чем к значению амплитуды впадины упомянутой дифракционной решетки.

2. Офтальмологическая мультифокальная линза по п. 1, в которой расстояние между упомянутой точкой перехода и упомянутым значением амплитуды гребня, измеренным в радиальном направлении r упомянутого тела линзы, при просмотре в пространстве r² составляет менее 0,25 периода упомянутой дифракционной решетки в пространстве r², предпочтительно менее 0,2 периода упомянутой дифракционной решетки в пространстве r².

3. Офтальмологическая мультифокальная линза по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутая дифракционная решетка и упомянутая монофокальная центральная зона проходят в радиальном направлении r через часть упомянутой поверхности упомянутого тела линзы симметрично относительно упомянутой оптической оси упомянутого тела линзы.

4. Офтальмологическая мультифокальная линза по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутое тело линзы, упомянутая дифракционная решетка и упомянутая монофокальная центральная зона выполнены с возможностью обеспечения свойств монофокальности в первой области упомянутого тела линзы, включающей упомянутую оптическую ось, причем фокальная точка упомянутой первой области совпадает с одной из дифракционных фокальных точек, обеспечиваемых упомянутой дифракционной решеткой, обеспечения свойств мультифокальности во второй области упомянутого тела линзы, простирающейся за пределами упомянутой первой области в радиальном направлении упомянутой линзы, и обеспечения свойств бифокальности в третьей области упомянутого тела линзы, простирающейся за пределами упомянутой второй области в радиальном направлении упомянутой линзы к круговому краю упомянутого тела линзы.

5. Офтальмологическая мультифокальная линза по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутая монофокальная центральная зона содержит фокальную точку, совпадающую с дифракционной фокальной точкой для дальнего зрения.

6. Офтальмологическая линза по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутая точка перехода находится в таком радиальном положении, что упомянутая монофокальная центральная зона имеет диаметр в диапазоне 0,8-1,3 мм и соотношение интенсивностей падающего света, распределенного в упомянутые целевые фокальные точки для дальнего и ближнего зрения, находится в диапазоне соотношения дальний/ближний 0,8-2,0.

7. Офтальмологическая линза по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутая функция ϕ(r) фазового профиля упомянутой монофокальной центральной зоны определяется формулой

,

где r - расстояние в радиальном направлении от упомянутой оптической оси упомянутого тела линзы [мм],

f - фокусное расстояние упомянутой монофокальной центральной зоны [мм],

λ -расчетная длина волны [нм],

в частности, в которой упомянутая функция ϕ(r) фазового профиля упомянутой монофокальной центральной зоны определяется формулой:

.

8. Офтальмологическая линза по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутая функция ϕ(r) фазового профиля упомянутой дифракционной решетки определяется формулой

,

где r - расстояние в радиальном направлении от упомянутой оптической оси упомянутого тела линзы [мм],

А(r) - функция амплитудной модуляции упомянутой функции ϕ(r) фазового профиля в радиальном направлении упомянутого тела линзы,

F[α(r)*G(r)] - функция упомянутого тела линзы в радиальном направлении, обеспечивающая работу упомянутого расщепителя волн,

G(r) - непрерывная периодическая функция в пространстве r ² ,

α(r) - функция модуляции величины аргумента G(r),

S(r) - функция угловой модуляции аргумента G(r) в пространстве r², [мм²],

T - период или шаг упомянутой дифракционной решетки в пространстве r², [мм²], и

B(r) - функция амплитудной модуляции упомянутой непрерывной периодической функции фазового профиля.

9. Офтальмологическая линза по п. 8, в которой упомянутая функция ϕ(r) фазового профиля упомянутой дифракционной решетки определяется формулой

,

где S(r) имеет постоянное значение в диапазоне от -0,5*T до 0,5*T в пространстве r²,

А(r) имеет постоянное значение в диапазоне от 1,05 до 1,15, и

α(r) имеет постоянное значение в диапазоне от 2,5 до 3.

10. Офтальмологическая линза по любому из пп. 1-7, в которой упомянутая дифракционная решетка выполнена с возможностью работы в качестве симметричного оптического расщепителя волн, содержащего дифракционные фокальные точки с дифракционными порядками +1, 0 и -1, и упомянутая функция фазового профиля ϕ(r) упомянутой дифракционной решетки определяется формулой

,

где r - расстояние в радиальном направлении от упомянутой оптической оси упомянутого тела линзы [мм],

А(r) - функция амплитудной модуляции упомянутой функции ϕ(r) фазового профиля в радиальном направлении упомянутого тела линзы,

S(r) - функция угловой модуляции аргумента в пространстве r ² , [мм²],

T - период или шаг упомянутой дифракционной решетки в пространстве r², [мм²],

B(r) - функция амплитудной модуляции упомянутой непрерывной периодической функции фазового профиля, и

,

где γ₁, γ₂, γ₃ представляют собой относительные интенсивности соответствующих порядков дифракции -1, 0, 1, соответственно,

α₁, α₂, α₃ представляют собой фазы соответствующих коэффициентов Фурье функции фазового профиля,

μ₁, μ₂, μ₃ представляют собой константы, подлежащие оптимизации, и

|α _k |/γ_k=N, где N - положительная константа, и |α_k| представляет собой амплитуду коэффициента Фурье α_k дифракционной решетки для k=1, 2, 3, и

x - ось, по которой проходит ϕ_lin (x).

11. Офтальмологическая мультифокальная линза по любому из пп.1-10, выполненная с возможностью использования в качестве одного из контактной линзы, интраокулярной линзы, афакической контактной линзы, афакической интраокулярной линзы и очковой линзы.

12. Способ изготовления офтальмологической мультифокальной линзы, содержащей по меньшей мере фокальные точки для ближнего, промежуточного и дальнего зрения и имеющей светопропускающее тело линзы, содержащее симметричную дифракционную решетку, проходящую концентрически в радиальном направлении r от оптической оси тела упомянутой линзы через часть поверхности тела упомянутой линзы, указанное тело линзы выполнено с возможностью обеспечения рефракционной фокальной точки для промежуточного зрения, указанная дифракционная решетка имеет фазовый профиль ϕ(r), выраженный в виде одной непрерывной периодической функции, являющейся периодической в пространстве r² и предназначенной для изменения фазы света, падающего на тело линзы, и работающую как симметричный оптический расщепитель волн, обеспечивающий по меньшей мере дифракционную фокальную точку для ближнего зрения с порядком дифракции +m и дифракционную фокальную точку для дальнего зрения с дифракционным порядком -m, где m представляет собой положительное целое значение, выбранное равным 1 или 2, причем упомянутый способ содержит этапы:

- определения целевых фокальных точек упомянутой мультифокальной линзы для ближнего, промежуточного и дальнего зрения,

- обеспечения светопропускающего тела упомянутой линзы, имеющего упомянутую целевую фокальную точку для промежуточного зрения, и

- обеспечения упомянутой дифракционной решетки, имеющей упомянутые целевые фокальные точки для ближнего и дальнего зрения, отличающийся дополнительными этапами:

- обеспечения преломляющей монофокальной центральной зоны, проходящей на расстояние в радиальном направлении r от упомянутой оптической оси упомянутого тела линзы поперек части упомянутой поверхности упомянутого тела линзы и имеющей непрерывную функцию фазового профиля ϕ(r), выполненную для изменения фазы падающего на упомянутое тело линзы света и обеспечения фокальной точки, совпадающей с одной из упомянутых целевых фокальных точек для дальнего и ближнего зрения,

- определения амплитудного профиля H(r) упомянутой дифракционной решетки на основе упомянутой функции фазового профиля ϕ(r) упомянутой дифракционной решетки так, чтобы упомянутая дифракционная решетка содержала дифракционный рисунок волнового типа без каких-либо острых краев, имеющий чередующиеся значения амплитуд гребней и впадин, а также амплитудного профиля h(r) упомянутой монофокальной центральной зоны на основе упомянутой функции фазового профиля ϕ(r) упомянутой монофокальной центральной зоны,

- определения точки перехода в радиальном положении упомянутого тела линзы, где заканчивается упомянутая монофокальная центральная зона и где в указанной точке перехода упомянутая дифракционная решетка и упомянутая монофокальная центральная зона имеют совпадающие амплитудные значения, так, чтобы упомянутая точка перехода располагалась ближе к значению амплитуды гребня, чем к значению амплитуды впадины упомянутой дифракционной решетки, и

- нанесения упомянутой монофокальной центральной зоны и упомянутой дифракционной решетки в соответствии с упомянутой определенной точкой перехода.

13. Способ по п. 12, в котором упомянутая точка перехода располагается таким образом, что расстояние между упомянутой точкой перехода и упомянутым значением амплитуды гребня, измеренное в радиальном направлении r упомянутого тела линзы, при просмотре в пространстве r² составляет менее 0,25 периода упомянутой дифракционной решетки в пространстве r², предпочтительно менее 0,2 периода упомянутой дифракционной решетки в пространстве r².

14. Способ по п. 12 или 13, в котором по меньшей мере один из упомянутого амплитудного профиля h(r) упомянутой монофокальной центральной зоны и упомянутого амплитудного профиля H(r) упомянутой дифракционной решетки выполнен с возможностью обеспечения совпадающих значений амплитуды упомянутой монофокальной центральной зоны и упомянутой дифракционной решетки в упомянутой точке перехода.

15. Способ по пп. 12, 13 или 14, дополнительно содержащий определение упомянутой точки перехода и сдвига в радиальном направлении упомянутой дифракционной решетки на основе распределения в упомянутых целевых фокальных точках света, падающего на упомянутую линзу, так что для данного размера апертуры:

- интенсивности света, распределенного в каждую из упомянутых целевых фокальных точек, находятся в пределах предварительно заданного диапазона интенсивности для каждой отдельной целевой фокальной точки, и

- суммарная интенсивность света, распределенного в упомянутые целевые фокальные точки, находится в предварительно заданном диапазоне суммирования, и

- соотношение интенсивностей света, распределенного в упомянутые целевые фокальные точки для дальнего и ближнего зрения, находится в предварительно заданном диапазоне соотношения.

Images