【誤訳訂正書】
【提出日】平成23年8月8日(2011.8.8)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像装置であって、
有効開口と屈折力を持つ少なくとも一つのレンズと、前記少なくとも一つのレンズに関係づけられた少なくとも一つの位相作用型光学素子と、を有する結像レンズアッセンブリを具備し、
前記光学素子は、前記レンズの前記屈折力の近辺に対して焦点深度を拡張し、前記レンズの領域に囲まれた少なくとも一つの光学的に透明な位相作用領域を有する位相作用型非回折性光学素子として構成され、
前記光学素子は、関係づけられた前記レンズと共に、空間的に離れ光学的に透明な異なる光学的性質を持つ特徴形状から形成される位相遷移の所定のパターンと、少なくとも前記有効開口の寸法により決定される前記レンズの有効開口内の前記光学要素の前記少なくとも一つの位相作用領域の位置と、を規定し、
前記光学素子は、光エネルギーが実質的に回折次数ゼロから離れて発散することなしに必要な拡張焦点深度にしたがって、前記パターンの異なる特徴形状を通過する光の各成分間で所定の位相干渉関係が生成されるように、低空間周波数の前記パターンを規定する、装置。
【請求項２】
前記レンズアッセンブリは単一の光学素子と関係づけられた単一のレンズを有する、
請求項１記載の結像装置。
【請求項３】
レンズアレイと、前記光学素子の配列とを有し、各々の光学素子は対応する一つのレンズと関係づけられたレンズアッセンブリを有する、
請求項１記載の結像装置。
【請求項４】
前記光学素子が位相のみに作用する素子として構成されている、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の結像装置。
【請求項５】
前記光学素子が二値マスクとして構成されている、
請求項４記載の結像装置。
【請求項６】
前記光学素子が、位相および振幅に作用する素子として構成されている、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の結像装置。
【請求項７】
前記パターンの異なる特徴形状を通過する光の成分間の所定の位相干渉は、結像装置の前記焦点外光学伝達関数を可能な限りゼロから遠ざけ提供して、焦点ぼけ光学伝達関数を最大化するように選択されている、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の結像装置。
【請求項８】
前記パターンの前記異なる特徴形状を通過した光の各成分間の前記所定の位相干渉関係は、前記結像レンズの焦点から光が外れた結果生じる直交位相成分を低減するように選択されている、
請求項７記載の結像装置。
【請求項９】
前記光学素子の前記位相作用領域が、前記光学素子が設計された波長に対してパイ遷移であるように構成されている、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１０】
前記光学素子の前記少なくとも一つの位相作用領域は、前記光学素子が設計された波長に対してπ／２位相遷移として構成されている、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１１】
前記光学素子の前記少なくとも一つの位相作用領域の位置が、前記結像レンズの屈折力により決定される、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１２】
前記光学伝達関数を最大化する前記結像レンズ面内の前記光学素子のＮ個の位相作用領域の位置は、
【数１】
2008510198.tif 000001
で決定され、ａｎは、前記結像レンズのコヒーレント伝達関数の自己相関の表式の極小において最大値を与え、ａｎは１か−１であり、Δｖは前記遷移領域の幅であり、
【数２】
2008510198.tif 000002
は被写体の焦点外位置に対応する前記結像レンズのコヒーレント伝達関数であり、
【数３】
2008510198.tif 000003
で決定され、ここでＤは前記作用開口の直径、ｖはコヒーレント伝達関数面での前記作用開口の座標、ψは焦点から外れた程度を示す位相係数であり、
【数４】
2008510198.tif 000004
で決定され、ここでｕは前記結像レンズと被写体との間の距離であり、ｖは前記結像レンズと検出器との間の距離であり、λは波長であり、Ｆは前記結像レンズの焦点距離である、
請求項７から請求項１１のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１３】
前記光学素子の前記少なくとも一つの位相作用領域は可変位相遷移サブ領域の配列で形成されるサブパターンを有する、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのパイ位相遷移領域は、可変なパイ位相遷移サブ領域の配列で形成されたサブ領域を有する、
請求項９記載の結像装置。
【請求項１５】
前記光学素子は少なくとも一つの円環状または直線状の位相作用領域を備えている、
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１６】
前記光学素子はグリッドとして構成されている、
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１７】
前記光学素子が、前記光学素子と関係づけられた前記結像レンズの光学軸に沿って前記結像レンズから空間的に離れている、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１８】
前記光学素子が前記結像レンズに取り付けられている、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の結像装置。
【請求項１９】
前記光学素子が、前記結像レンズと一体に作られている、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の結像装置。
【請求項２０】
前記光学素子が、前記結像レンズの面内で前記結像レンズの光学的に透明な領域によって隔てられる空間的に離れた関係に配置された位相作用領域の配列から形成されるマスクとして構成されている、
請求項１から請求項１６、請求項１８および請求項１９のいずれかに記載の結像装置。
【請求項２１】
前記光学素子の前記少なくとも一つの位相作用領域が、前記結像レンズ表面の表面レリーフとして構成され、前記領域内でのレンズの厚さがレンズの周囲の領域でのレンズの厚さと異なるように規定する、
請求項１９記載の結像装置。
【請求項２２】
前記光学素子の前記少なくとも一つの位相作用領域が、前記結像レンズの材料の屈折率と異なる屈折率の材料で形成されている、
請求項１９または請求項２１記載の結像装置。
【請求項２３】
前記光学素子が、前記結像レンズの材料の屈折率と異なる屈折率の材料からなる位相作用領域の配列で構成されている、
請求項１９または請求項２２記載の結像装置。
【請求項２４】
前記光学素子が、前記結像レンズのコヒーレント伝達関数の大きなシフトによる高周波消去を低減して前記光学伝達関数を最大化するように構成されている、
請求項７から請求項２３のいずれかに記載の結像装置。
【請求項２５】
前記光学素子が、焦点が外れた際の前記結像レンズのコヒーレント伝達関数のシフトに対する前記レンズ装置の感度を低減して光学伝達関数を最大化するように構成されている、
請求項７から請求項２４のいずれかに記載の結像装置。
【請求項２６】
前記光学素子が、前記結像レンズを通過伝搬する光場の面内位相形状の周期的な繰り返しを生成するように構成されている、
請求項２５記載の結像装置。
【請求項２７】
前記光学素子が、光学素子関数の前記光学素子と前記結像レンズの面との間の距離の自由空間伝搬に従って構成されている、
請求項２５記載の結像装置。
【請求項２８】
患者の眼鏡に用いられる、
請求項１から請求項２７のいずれかに記載の結像装置。
【請求項２９】
前記結像レンズはコンタクトレンズである、
請求項１から請求項２７のいずれかに記載の結像装置。
【請求項３０】
像の焦点深度を拡張するための請求項１から請求項２９のいずれかに記載の結像装置に結像レンズと共に用いられる光学素子であって、
前記光学素子は低空間周波数の遷移領域からなる所定のパターンを既定する位相作用型非回折性光学素子として構成され、
前記光学素子が、前記レンズと共に空間的に離れ光学的に透明な異なる光学的特性の特徴形状により形成された所定の位相遷移のパターンを規定するように、
前記光学素子は、前記レンズの領域により空間的に離れて低空間周波数で配置され光学的に透明な位相作用領域の所定のパターンと、
前記レンズの屈折力の近辺で結像レンズの焦点深度を拡張するために所与の前記結像レンズの有効開口により規定される前記位相作用領域の位置とを規定し、
前記光学素子の前記空間的に離れた位相作用領域のレンズにおける配置は、光エネルギーが実質的に回折次数ゼロから離れて発散することなしに必要な拡張焦点深度にしたがって、前記パターンの異なる特徴形状を通過する光の各成分間で所定の位相干渉関係が生成されるように選択される、
光学素子。
【請求項３１】
被写体像を検出器面上に画像化するシステムであり、
請求項１から請求項２７のいずれかに記載の結像装置を備えるシステム。
【請求項３２】
前記被写体は、検出器面を構成する眼の網膜に結像される画像表示装置のスクリーンである、
請求項３１記載のシステム。
【請求項３３】
請求項１から請求項２７のいずれかに記載の結像装置を具備する画像表示装置。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】焦点距離を拡張する方法およびシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広範には結像方法に関する分野に属し、特に焦点距離を拡張させた結像レンズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結像装置の焦点距離拡張は、結像装置の様々な組み込み応用、とりわけ、医療応用機器における、疑わしい組織を観察、検出するために体内に挿入されるカメラ等の素子への応用、さらには眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、眼球内レンズ、また手術により眼内に挿入される他のレンズなど、眼科工業への応用を可能にするために非常に重要なコア技術である。焦点距離の拡張手法は、工業、医療、監視、さらに民生製品に用いられる顕微鏡やカメラなどの光学機器においても必要とされている。それらの機器では、光軸のフォーカシングが必要となるが、今日では、フォーカシングは、多くのレンズを用いたフォーカシング装置、結像面、被写体を、手動もしくは電動で機械的に相対的に変位させることに行うように改良されている。
【０００３】
光学系の拡張した焦点距離を得るための数々の手法が開発されている。公知の一つの手法は、本発明の発明者による特許文献１記載の方法である。この技術は、全光学素子の拡張被写界深度を持つ結像を提供するものである。結像装置は、その結像装置から広い範囲の距離に位置する被写体の像を、ぼやけることなく撮影できる。この結像装置の好ましい実施の形態は、被写体、補助レンズ、複合位相マスク、センサーが光軸上に沿って配置された構成を具備する。被写体からの光は、その複合位相マスクに直列に並んだ補助レンズにより結像させられ、検出器に入射して像を形成する。この技術は、連続した焦点距離の集まりを生成するように、空間的に高い解像度を有する位相素子をレンズ開口上に設けることに基づく。
【０００４】
他の手法が例えば以下の特許文献に開示されている(特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５)。この手法では、立方体の位相マスクが開口平面上に用いられており、焦点画像を実現するための後処理が必要である。
【０００５】
より具体的には、特許文献２は、像投影装置において被写界深度を拡張する装置と方法を開示している。拡張被写界深度した合焦像を投影面に生じさせる光学装置は、符号化マスクか、光に先行して被写体情報（または望ましい画像情報と等価）を組み込むための光符号化器と、投影機の被写界深度を拡張させるための拡張被写界深度（ＥＤＦ）マスクを備える。また、被写体情報を組み込むに加えて、その符号化マスクは、後処理を不要とするために、被写界深度を拡張する際に、光源からの光をＥＤＦマスクにより引き起こされた変化量に相当するように符号化する。
【０００６】
特許文献３は、拡張した被写界深度を持つ撮像装置において撮像エラーを低減する装置と方法を開示している。改良された光電撮像機器が、インコヒーレントに照明された被写体に適応して用いられ、低減された撮像エラー量の最終画像を提供する。この撮像装置は、撮像される被写体の中間像を形成する光学アッセンブリと、その中間像を受像し中間像信号を生成する画像センサーと、中間像信号から低減された撮像エラーの量の最終画像を計算する計算手段と、を有する。撮像エラー量の低減は、この光学アッセンブリに、光学アッセンブリのＯＴＦを、動作距離範囲において相対的に不変とする位相マスクと、その中心から距離の関数として透過率が連続的に減少する振幅マスクを持たせることによっても、部分的に、達成される。また、撮像エラー量の低減は、その計算手段に、少なくとも、ほぼ最適な焦点条件で前記光学アッセンブリについて計算された非理想ＩＯＴＦに沿って変化する改良された汎用回復機能を持たせることにより、部分的に、達成される。
【０００７】
特許文献４は、インコヒーレント光学系において、被写界深度を大きくし、波長感度を小さくした光学機器を開示している。この装置は、特殊用途の光学マスクをそのインコヒーレント系に組み込んでいる。この光学マスクは、合焦位置からある程度の範囲内で、光学伝達関数を、基本的に一定に保つように設計されている。結果として得られた中間像信号の信号処理は、このマスクの光学伝達変性効果を元に戻し、その結果、被写界深度が増大した合焦像を得ることができる。一般的に、このマスクは、光学装置の開口絞り、開口絞りの像に、またはその近傍に配置される。光の振幅は、このマスクに付随したフィルターなどによって変化するが、このマスクは、光の位相のみを変化させ、振幅は変化させないことが好ましい。このマスクは、パッシブ測距装置の有効範囲を広げるために用いてもよい。
【０００８】
特許文献５は、コンタクトレンズ、眼球内埋込体、眼球表面、または眼球表面自体の改造により、拡張した焦点距離（以下、ＥＤＦという）を人間の眼に提供する技術を開示している。これは、問題の光学素子に選択された位相変化（例えば、表面厚さを変えるなど）を適用することによって達成される。この位相変化は、波面をＥＤＦ符号化し、合焦位置からある程度の範囲内で、その光学伝達関数を、基本的に一定に保つようにする。これにより、符号化された像が網膜に与えられる。人間の脳は、この符合された像を復号し、結果として、焦点距離が増大した合焦像が得られる。
【０００９】
さらにまた、特許文献６（特許文献７、８、９もまた同様）、特許文献１０に開示されているように、開口面のアポティゼーションを用いた方法もある。
【００１０】
より具体的には、特許文献６は人間の眼の焦点深度を増大する装置と方法を開示している。この装置は、レンズ体と、光の干渉を起こすように構成されたレンズ体のレンズと、概略そのレンズの中心に位置するピンホールに似た光学開口とからなる。そのレンズは、光の散乱を起こすように構成されるか、光反射性材料から形成されていてもよい。または、そのレンズは、光の干渉、散乱、反射または吸収いずれかの組み合わせにより焦点深度を大きくしてもよい。さらにそのレンズは、一連の同心円、模様、粒子のパターン、溝のパターンのような構成を有していてもよい。ひとつの方法は、患者の水晶体に、ピンホールスクリーニング装置を用いてスクリーニングを施し、眼科用レンズとして患者の焦点深度を大きくするものである。他の方法は、外科的に患者の眼にマスクを移植し、焦点深度を大きくするものである。
【００１１】
特許文献１０は、人間の眼に移植するマスクされた眼内レンズを開示している。このマスクは、レンズ体のある部分のみを眼の瞳孔とともにブロックするものであり、瞳孔が収縮すると小さな開口を規定し、ピンホールカメラの動作と同様に、焦点深度を大きくする。瞳孔が拡張したときには、他の光はマスク周囲から瞳孔を経由して網膜に達することができ、薄暗い状態でも人間が見えるようにする。一つの態様では、そのマスクは小さな円形開口とその外側により大きな円環を規定する。その小さな円形開口は、近見視力と遠見視力に必要とされる屈折力の中間に当たるさらなる屈折力を有する。白内障患者の水晶体を、このマスクされた眼球内レンズで置き換える方法もある。
【００１２】
いくつかの他の視力回復技術が以下の特許文献に開示されている。
【００１３】
特許文献１１は、拡張した被写界深度を持つ光学機器を開示している。こインコヒーレント光学系のレンズの被写界深度を大きくし、波長依存性と、焦点ぼけによる収差を小さくするこのシステムは、特殊目的の光学マスクをインコヒーレント系に組み込んでいる。この光学マスクは、合焦位置からある程度の範囲内では、光学伝達関数を基本的に一定に保つように設計されている。結果として得られた中間像信号の信号処理は、このマスクの光学伝達変性効果を元に戻し、その結果、被写界深度の大きい合焦像を得ることができる。一般的に、このマスクは、像の主平面または光学系の主平面に設置されるこのマスクは、光の位相のみ変化させ、振幅は変化させないことが望ましい。このマスクは、パッシブ測距装置の有効範囲を広げるために用いられてもよい。
【００１４】
特許文献１２は、多焦点の非球面レンズ、老眼を補正するために人間の瞳孔に密接に近接した光学表面、この光学表面を得るための方法、この方法を実行するためのレーザ手術を開示している。この光学表面は、第一の視覚エリアと、第一の視覚エリアを取り囲む第二の視覚エリアと、第二の視覚エリアを取り囲む第三の視覚エリアと有し、第一の視覚エリアは、単一の屈折力を有し、第二の視覚エリアは、様々な屈折力を有し、第三の視覚エリアは、第一の単一の屈折力とは異なる第二の概略単一の屈折力を有し、少なくとも第一、第二、第三の視覚エリアのうち一つは非球面を有し、他は球面を有する。この方法は、この光学表面を得るための角膜の再形成を含む。角膜は、その前部または基礎構造の表面において切断またはコラーゲンの収縮により再形成される。この切断は、エキシマレーザー、外科用レーザ、水流切断、流体切断またはガス切断技術を適用して行われる。この方法では、この光学表面を得るために、所望の光学特性を有するコンタクトレンズを角膜に取り付けてもよい。このレーザ手術装置は、レーザ光生成器、切除放射により角膜の光学ゾーンの領域から選択された体積の角膜細胞を除去するためにビーム打撃を制御するレーザビームコントローラーとからなり、これにより、第一の視覚エリアと、第一の視覚エリアを取り囲む第二の視覚エリアと、第二の視覚エリアを取り囲む再輪郭された領域を形成する。
【００１５】
特許文献１３は、回折を低減するエッジを有する環状のマスクレンズを加工する方法を開示している。この技術によれば、レンズ本体は、開口中心から環状マスク部分に向けて放射状に徐々に透過率が減少する“ソフトエッジ”を形成する環状のマスクを有する。これらの方法は、異なった度合いの着色剤（例えば色素）をレンズのある程度の部分に導入する。
【００１６】
特許文献１４は、深い焦点深度を持つ光線生成装置について開示している。この装置は、輝主環と二つの副ローブ環とを生成する二値位相マスクと、回折パターン部分のみを通過させる環状開口と、この環状開口を通過した光を前方において収束させ、光軸を交差させるレンズと、からなる。収束しつつある光が光軸を交差する際、建設的干渉が起こり、焦点深度が拡張した光線を生成する。
【００１７】
特許文献１５、１６、１７は、人間の瞳孔の正常機能で動作するように設計された環状マスクコンタクトレンズを開示している。環状マスクは、ピンホールに似た小さな開口をコンタクトレンズ上に形成し、連続的な焦点合わせ補正を可能とする。この環状マスクの外径は、輝度レベルが低下した場合に、装着者により多くの光エネルギーを瞳孔経由で送る。このコンタクトレンズは、小さな開口分と環状マスク下部にある部分とで、分離した異なる光学補正を用いる構成を有していてもよい。よって、明照明と暗照明双方、またに広い範囲の視距離に対する機能的画像化が達成される。
【００１８】
特許文献１８は、幅広い焦点深度を有する眼内レンズ、コンタクトレンズを開示している。この技術によれば、レンズの屈折力は一定でよいが、瞳孔開口を通過する波の振幅と位相は変化する。このレンズは、レンズ自身が所定の幾何学的形状、例えば同心、平行、放射状において、ガウス分布、ベッセル関数などの数学関数に従った濃淡を有することで構成できる。このレンズは、単一の屈折力であってもよいし、多数の屈折力、すなわち二焦点タイプであってもよい。
【００１９】
特許文献１９は、回折低減エッジを有する視力補正用環状マスクレンズを開示している。このレンズ本体は、開口中心から環状マスク部分に向けて放射状に徐々に透過率が減少する“ソフトエッジ”を形成する環状のマスクを有する。
【００２０】
特許文献２０は、ピンホールレンズとコンタクトレンズについて記述している。このコンタクトレンズは、患者の眼の湾曲に適合した凹面と、凸面とを有する光学に透明なレンズ本体と、からなる。このレンズは三つの領域を有する、（１）第一の光学屈折力を有する環状部分、（２）前記環状部分の中心であり、それは前記レンズの光学中心でもある箇所に設けられた概略ピンホールに似た開口、（３）第一の環状部分の外側にある第二のより大きな環状部分。
【００２１】
特許文献２１は、光学収差、夜間近視、球面収差、無虹彩、円錐角膜、角膜瘢痕、全層角膜移植、および屈折矯正手術の術後合併症の治療に用いられる、可変透過率環状マスクレンズを開示している。このレンズは、従来用いられているピンホールコンタクトレンズに比べ、より大きな開口を有する環状マスクを有する。この開口は、“ソフト”な内エッジを有しており、またマスクは、マスクの外エッジに向けて放射状にその透過率が緩やかに増大する。
【００２２】
特許文献２２は、眼中に埋め込まれるか、角膜中、または角膜上に配置されることに適応した多焦点眼科レンズについて記述している。このレンズは、一つの光学軸と、一つの中心ゾーンと、この中心ゾーンに外接する複数の環状ゾーンと、からなる。環状ゾーンのうち二つは、遠見視力矯正力を有する第一の領域と、近見視力矯正力を有する第二の領域と、からなる。ＩＯＬの具体化では、近見視力と遠見視力の中間の視力矯正力は漸進的であり、それぞれの第二の領域は、近見視力矯正力が概ね一定である広い部分を有している。この中心ゾーンの矯正力は変化する。
【００２３】
特許文献２３は、患者の眼に移植する眼内レンズを開示している。このレンズは、多焦点レンズと、移動機構アッセンブリを有している。このレンズは、偽水晶体眼の全近見視力に必要な付与矯正力よりも小さな最大付与矯正力を有する。この移動機構アッセンブリはレンズと結合しており、患者の眼と共同するように改良され、レンズと患者の眼が協調して動作するように作用する。また二つのレンズと、二つの移動機構アッセンブリを有するレンズシステムも提供されている。この眼球内レンズ及びレンズシステムは、実の水晶体を摘出した患者の眼内に移植される際、特に有用である。
【００２４】
特許文献２４、２５は、患者の視力を改善するための双眼レンズシステムを開示している。このシステムは、第一と、第二の眼科レンズと、を有する。これらレンズのそれぞれは、眼中に移植されるか、その角膜上、または角膜内に配置されるように作られている。第一のレンズは、遠見視力を矯正するための第一の基準屈折力を、第二の眼科レンズは遠見視力以外を矯正するための第二の基準屈折力を、有する。この眼科レンズは、生来の水晶体を有する、もしくは生来の水晶体を摘出された患者に移植される眼内レンズであってもよい。
【００２５】
特許文献２６は、誘起された開口を有する多焦点レンズを開示している。この多焦点レンズは、非錘体で非球面状光学表面により規定されている。それぞれ異なる種類の表面形状が、光学ステップに囲まれた中心部の遠見視力領域を形成している。この光学ステップは、半径方向に急速に増加する力を有し、この力が誘起開口を生成する。この誘起開口を経て、視覚系の表層成分の濃縮が誘起される。この誘起開口は遠見視力の透明性を増大させる結果をもたらす。非錘体非球面状光学表面は、所望の屈折力分布を作り出すように規定されている。これらの表面関数は、コンタクトレンズの形状作製のためのコンピュータ駆動旋盤を使用するために、簡単化され、多項式級数としても提供される。この技術は、コンタクトレンズ、強膜レンズ、眼内レンズまたは印象ないし外科的に角膜細胞内に形成されたレンズにも言及している。
【００２６】
特許文献２７は、複数の交互に変化する矯正力ゾーンを有し、ゾーン内また一つのゾーンから他のゾーンに渡って矯正力が連続的に変化する、多焦点眼科レンズについて記述している。言い換えれば、複数の同心ゾーン（すくなくとも二つ）が、遠見視力矯正力から近見視力矯正力、すなわち近焦点補正力から、遠焦点補正力まで連続的に変化するように提供される。ついで近見視力に戻り、再度、遠見視力にもどる。逆も真である。この変化は、連続的（漸進的）であり、突然の変化や“エッジ”を有さない。この技術の二つの変形例が開示されている。第一の変形例では、連続的、交互の矯正力変化が、連続的に変化するレンズ後部の曲率により達成されている。よって、眼への光線衝撃の角度が変化する。第二の変形例では、連続的、交互の矯正力変化が、屈折率がレンズの半径方向に（光軸から離れて）変化する屈折性材料を用いたことによる不均質な表面特性によって達成される。
【００２７】
特許文献２８は、遠距離、近距離双方で、従来技術での球面多焦点レンズ設計での通常失われていたコントラストを維持し、明瞭な視覚を与えるレンズ設計を実現するための、収差低減と視覚コントラストの増加とをもたらす球面状の前部表面と、球面状多焦点の後部表面とを組み合わせた同心球面の多焦点レンズ設計を開示している。この非球面状表面は、レンズと眼の組み合わせにおける変調伝達関数（ＭＴＦ）を改善し、遠近双方での焦点合わせとコントラストを改善する。このデザイン形状は、コンタクトレンズ、眼内レンズにも有効である。
【００２８】
特許文献２９は、強化された焦点深度と単一焦点視力矯正力を提供する強化型単一焦点眼科レンズを開示している。このレンズは、眼球内へ移植されるか、眼球上に置かれるか、または眼の角膜内に置かれるように作られている。この眼科レンズは遠見視力矯正のための基準屈折力と、第一の視力矯正力を持った第一のゾーンと、第二の視力矯正力を持った第二のゾーンとからなる。第二のゾーンは、半径方向に第一のゾーンの外側に位置している。第一のゾーンは、近見視力矯正力を有し、第二のゾーンは、遠見視力矯正力を有する。第一のゾーンの最大の屈折力は、基準屈折力以上の略０．７ディオプレ、第二のゾーンの最小屈折率は、基準屈折力以下の略０．５ディオプレである。第一のゾーンは、使用者の網膜から第一の所定の距離で光の焦点を合わるように作られ、第二のゾーンは、使用者の網膜から第二の所定の距離で光の焦点を合わせるように作られている。第二の所定の距離は、概略、第一の所定の距離の反対方向であり、その値は等しい。第三のゾーンは、概ね第一のゾーンと同様であり、半径方向に第二のゾーンの外側に位置している。第四のゾーンは、概ね第二のゾーンと同様であり、半径方向に第三のゾーンの外側に位置している。第三のゾーンの第三の視覚矯正力は、概略第一のゾーンの第一の視覚矯正力に等しく、第四のゾーンの第四の視覚矯正力は、概略第二のゾーンの第二の視覚矯正力に等しい。
【００２９】
特許文献３０は、増大した焦点深度を持つ眼内レンズについて記述している。この眼球内レンズは正確な遠近見視力のために大幅に増大した焦点深度をもち、実の水晶体より薄いレンズを提供する。このレンズは、硬質であり、後方に撓み、水晶体嚢の後方位置に配置するように作られている。このレンズは、実の水晶体に比べ網膜から大きく離れて位置している。そのため、このレンズから出て網膜に当たる光の円錐は、実の水晶体から来る光の円錐にくらべ小さい。典型的には、レンズは１．０ｍｍ厚で、網膜からの距離は７．０から８．０ｍｍである。
【００３０】
特許文献３１は、患者の老眼矯正のための、コンタクトレンズおよび他の矯正方法の設計方法を開示している。この方法は、最適な矯正形状を提供するため、波面収差の測定データに依存する。この矯正手段は、好ましくは、多焦点平行移動スタイルの交互視覚コンタクトレンズか、同時視覚スタイルの矯正レンズである。人間の視覚を改善する矯正手段の設計方法は、より高い次数の収差を矯正する方向を志向しており、たとえば、矯正後の高次の回転対称収差の残余量が、高次の回転非対称収差の残余量より大きいという結果となる。この設計方法は、残余球面収差と深い焦点深度を持つ多焦点コンタクトレンズが中心ずれを起こすことにより誘起される、非対称な高次の収差を矯正することを志向する。
【００３１】
特許文献３２は回折的なコンタクトレンズ、眼内レンズを作成する装置とプロセスを開示している。この光学機器は、指示されたプロセスのステップを達成するため、以下の主要な部品を、一つの光軸に沿った光学的軸あわせをして有する、光軸に沿って紫外光を放出するレーザ、レーザ照射路のゾーンプレートマスク、およびレーザからの照射により、マスク像を、同時に設置された光学機器の画像面と、眼レンズのくぼんだ内表面に投射する結像レンズ。これにより眼レンズをマスクの像様に除去して、眼レンズに位相ゾーンプレートを形成する。レーザビームは、このゾーンプレートマスクを走査して、画像表面に合成画像を生成する。または、位相ゾーンプレートは、型打ちにより、レンズを複製するための道具として、画像表面にある未使用のガラスのくぼんだ表面に生成される。光源はフッ化アルゴンエキシマレーザーであり、１９３ｎｍで発振する。レンズは、可変倍率レンズであり、数々のサイズのマスク上画像を投影し、所望の多種の屈折力を持つゾーンプレートを作成する。しかしながら、公知の技術では、装置視野方向の外側の領域への避けがたい大きなエネルギー散乱などや、ディジタル後処理の必要、空間伝達周波数、エネルギー効率の低下などの問題を抱えている。
【特許文献１】国際公開第０３／０７６９８４号パンフレット
【特許文献２】米国特許第６、０６９、７３８号明細書
【特許文献３】米国特許第６、０９７、８５６号明細書
【特許文献４】国際公開第９９／５７５９９号パンフレット
【特許文献５】国際公開第０３／０５２４９２号パンフレット
【特許文献６】米国特許第６、５５４、４２４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００４０１１４１０３号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００４０１１４１０２号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００３０１４２２６８号明細書
【特許文献１０】米国特許第４、９５５、９０４号明細書
【特許文献１１】米国特許第５、７４８、３７１号明細書
【特許文献１２】国際公開第０１／３５８８０号パンフレット
【特許文献１３】米国特許第５、９６５、３３０号明細書
【特許文献１４】国際公開第０３／０１２５２８号パンフレット
【特許文献１５】米国特許第５、７８６、８８３号明細書
【特許文献１６】米国特許第５、２４５、３６７号明細書
【特許文献１７】米国特許第５、７５７、４５８号明細書
【特許文献１８】米国特許第５、２６０、７２７号明細書
【特許文献１９】米国特許第５、９０５、５６１号明細書
【特許文献２０】米国特許第５、９８０、０４０号明細書
【特許文献２１】米国特許第５、６６２、７０６号明細書
【特許文献２２】米国特許第５、２２５、８５８号明細書
【特許文献２３】米国特許第６、５５４、８５９号明細書
【特許文献２４】米国特許第６、５７６、０１２号明細書
【特許文献２５】米国特許第６、５３７、３１７号明細書
【特許文献２６】米国特許第６、４７４、８１４号明細書
【特許文献２７】米国特許第６、５２７、３８９号明細書
【特許文献２８】米国特許第５、７１５、０３１号明細書
【特許文献２９】米国特許第６、０２４、４４７号明細書
【特許文献３０】米国特許第６、４５１、０５６号明細書
【特許文献３１】国際公開第０３／０３２８２５号パンフレット
【特許文献３２】欧州特許第０３６９５６１号明細書
【発明の開示】
【００３２】
したがって、全光学系による拡張した焦点深度技術への技術的な要求が存在する。
【００３３】
本発明は、上記課題を解決するために結像装置を提供する。その結像装置では、その有効開口に、近接したまたはその表面に接着した、またはその内部に組み込まれた光学素子を用いる。ここで用いられる“結像装置の有効開口”とは、光収集開口を意味することに注意すべきである。この光収集開口は、結像レンズ自身、または、結像レンズ前方の開口の実サイズであってもよい。眼科応用では、例えば眼の瞳孔のサイズであってもよい。また、本発明で用いられる結像装置はレンズを配列して用いてもよい（レンズアレイ）ことに注意すべきである。このように光学素子の配列を用いる場合には、それぞれ光学素子は、対応する一つのレンズと関係づけられる。
【００３４】
本発明の光学素子は、位相作用型、非回折性であり、レンズ開口を全光学系により拡張する焦点深度が得られるように符号化する薄膜光学素子として構成される。この光学素子は、位相のみの素子、または位相と振幅に作用する素子であってもよい。ここで用いられる“全光学系”とは、画像処理が不要か、または少なくともその必要性が大きく低減されているという意味である。
【００３５】
よって、この光学素子は、照明の波長、多色性に感度がなく、また装置視野方向の外側の領域へエネルギー散乱を起こさない。したがって、関心領域において非常に高いエネルギー効率を提供し（ほぼ１００％）、アポディゼーションを必要としない。回折性光学素子を用いた場合では、位相のみの素子を用いたとしても、望まない方向への回折次数による光の発散が生じるため、このような高い効率は得ることができない。このことを指摘しておくことは重要である。本発明の技術はディジタル後処理を必要としないため、眼科応用や他の“コンピュータを用いない”応用に適している。
【００３６】
本発明の光学素子は、低空間遷移周波数のマスク（好ましくは、二値マスク）を規定するように構成される。これは、結像レンズの平面において、結像レンズの領域に囲まれる、少なくとも一つの遷移領域（例えば、線や円）を光学素子が規定するように設計して実現される。空間的に離れた、光学的に透明であり、異なる光学特性（すなわち、結像レンズ装置を通過する光の位相に対し、異なる作用をする。）を持つ特徴形状により形成される所定のパターンを、少なくとも一つの光学素子の領域が、結像レンズの領域と共に規定する。
【００３７】
結像レンズ平面（すなわち、作用開口平面）内の光学素子による一つないしそれ以上の遷移領域の位置は、少なくとも結像レンズの作用開口の寸法を考慮し、選択される。パターンの異なる特徴に対応したレンズ装置中の異なる領域を通過する光の各成分に対して、適切な位相干渉関係が生成されるように、これらの位置は適切に選択される。それにより、結像レンズの焦点を外れた光から生じる直交位相因子を低減でき、よって、この結像レンズ装置における焦点ぼけ光伝達関数（ＯＴＦ）を最大化する。
【００３８】
上記に示したように、拡張焦点深度（以下、ＥＤＯＦという）光学素子の最適構成を設計するためには、結像レンズの有効開口を考慮する必要がある。結像レンズの屈折力分布および焦点長、ないしはそのいずれかをもまた考慮に入れてもよい。というのも、拡張焦点深度は屈折力と無関係であるので、ある既定の屈折力の近辺に対して、拡張焦点深度をシフトさせるために、上記考慮を結像レンズに付加してもよい。
【００３９】
ＥＤＯＦ素子の光学的な幾何学配置と寸法（すなわち、少なくとも一つの遷移領域）は、最適化アルゴリズム（数値的、解析的手法に基づき、低空間周波数の全光学系拡張焦点深度素子を与える）により決定される。このアルゴリズムは、既定の結像レンズ（すなわち、既定の有効開口寸法）内における素子のＮ個の遷移領域の位置を決定する。
【００４０】
眼科応用を考慮すると、レンズ（眼の瞳孔やコンタクトレンズ、眼鏡のレンズ）の有効開口は、ほとんどの患者に共通なある相対的に狭い範囲の値に収まるので、本発明のＥＤＯＦは非常に多数の患者に対して自在に設計可能となる。このような普遍的なＥＤＯＦは、焦点深度領域が５ジオプトリに等価な、２から３ｍｍの有効開口を可能とするように構成される。より少ないパーセントである遠見視覚と近見視覚に大きな差を持つ患者に対しては、ＥＤＯＦ素子の設計は、その素子と関連して用いられる結像レンズの屈折力を考慮する。
【００４１】
一つないしそれ以上の遷移領域（ＥＤＯＦが設計された特定の波長に対するパイ位相遷移）の位置は、自己相関の条件化で、直交位相ひずみ（これは結像レンズのＣＴＦを増加させ、焦点が外れることの効果に対応する）に対する不変性を生成する。開口マスク（ＥＤＯＦと結像レンズにより形成される。）は低空間周波数の遷移領域外で構成されていることから、０次の回折からはエネルギーを散逸させず、そのエネルギー効率は１００％に近い。
【００４２】
ＣＴＦの自己相関は、結像装置の光学伝達関数から算出されることに注意すべきである。ＥＤＯＦ遷移領域の位置は、Ｍ個の位置が分析され、最終的には、一連の焦点外位置の条件化でＯＴＦの最大のコントラストを与える組が選択される、反復アルゴリズムで計算されうる。ＯＴＦコントラスト最適化（最大化）の意味は、実際に、可能な限りゼロから離して束縛された焦点外ＯＴＦを持つことである。
【００４３】
本発明の拡張焦点深度（ＥＤＯＦ）素子は、焦点外れにより得られる直交位相因子を大幅に消去可能な適切な位相干渉関係を生成するように構成されている。このＥＤＯＦ素子は位相作用素子（例えば、位相のみに作用する二値マスク要素）であり、屈折性要素でも、回折性要素でもない。屈折素子と異なり、本発明のＥＤＯＦフィルターは、１波長のみの厚さ（例えば、自然光照明の場合、０．５ミクロン程度）の薄い位相層として、従来の回折性光学素子作成手法と同様に、低コストのリソグラフィ技術を用いて形成できる。一方で、回折性光学素子とは対照的に、本発明のＥＤＯＦは、非常に低い周波数の特徴形状をもつ。この素子は、非常に限られた数の構造および低い空間周波数（約１、０００波長の周期）の周期を有する。本発明の光学素子の特性は、真にエネルギー的に効果的なＥＤＯＦを可能とする。これは、すべてのエネルギーが素子自体を通過する（概略、位相のみ）のみならず、すべてのエネルギーが対象物の適切な縦および横領域に凝集しているため（縦方向の焦点面ないし横方向の回折次数にエネルギーが分割する回折素子とは対照的）である。
【００４４】
それゆえ、エネルギーをいくつかの回折次数／焦点面に分割し、また小さなレンズ開口（同様に深い焦点深度を有する）と等価である回折性光学素子を基礎とする手法とは対照的に、本発明の高いエネルギー効率（１００％に近い）を有する光学素子は拡張した焦点深度を提供する。加えて、本発明の低空間周波数の手法は、回折性光学素子において問題となっている、素子の、波長および多色照明に対する感度を除去する。さらに、本発明の手法は、全光学系技術であり数値計算を必要としない、そのため眼科応用に用いられた場合、脳による変換、適合化を前提としない。これは、拡張焦点深度像は、対象物の像そのものであるからである。このことは指摘しておくことは重要である。
【００４５】
よって、本発明の一つの広範な態様は、結像装置であり、作用開口を持つ少なくとも一つのレンズを有する結像レンズアッセンブリと、前記少なくとも一つのレンズに関係づけられ、前記結像装置に拡張した焦点深度を与えるように構成された光学素子とを有し、前記光学素子は低空間周波数の位相遷移を規定する位相作用型、非回折性光学素子として構成され、前記光学素子は対応する前記レンズと共に少なくとも前記作用開口の寸法により決定される前記レンズのレンズ面内に空間的に離れ異なった光学的性質を持つ光学的に透明な特徴形状から形成される所定のパターンと、少なくとも一つの位相遷移領域の位置と、を規定する。
【００４６】
本発明の他の広範な態様は、結像装置であり、作用開口を持つ少なくとも一つのレンズを有する結像レンズアッセンブリと、前記少なくとも一つのレンズに関係づけられ結像装置に拡張した焦点深度を与えるように構成された光学素子とを有し、前記光学素子は低空間周波数の位相遷移を規定する、位相作用型、非回折性二値マスクとして構成され、前記光学素子は結合した前記レンズと共に少なくとも前記作用開口の寸法により決定される前記レンズのレンズ面内に、空間的に離れ異なった光学的性質を持つ光学的に透明な構造体から形成される所定のパターンと、少なくとも一つの位相遷移領域の位置と、を規定する。
【００４７】
本発明のさらに他の広範な態様は、結像装置であり、作用開口を持つ少なくとも一つのレンズを有する結像レンズアッセンブリと、前記少なくとも一つのレンズに関係づけられ前記結像装置に拡張した焦点深度を与えるように構成された光学素子とを有し、前記光学素子は、低空間周波数の位相遷移を規定する位相作用型、非回折性光学素子であり、前記光学素子は結合したレンズとともに、少なくとも前記作用開口の寸法により決定される前記レンズのレンズ面内に、空間的に離れ異なった光学的性質を持つ光学的に透明な構造体から形成される所定のパターンと、少なくとも一つの位相遷移領域の位置と、を規定して、前記パターンの異なる構造体に対応する、前記結像装置の異なる領域を通過した光の各成分間に、前記光学素子が適切な位相干渉関係を生成するようにし、それにより前記結像レンズの焦点から光が外れた結果生じる直交位相成分を低減し、前記結像レンズの焦点ぼけの光学伝達関数（ＯＴＦ）を、焦点外ＯＴＦを可能な限りゼロから遠ざけ最大化する。
【００４８】
本発明のさらに他の広範な態様は、結像装置であり、作用開口を持つ少なくとも一つのレンズを有する結像レンズアッセンブリと、前記少なくとも一つのレンズに関係づけられ、前記結像装置に深い焦点深度を与えるように構成された少なくとも一つの光学素子とを有し、前記光学素子は低空間周波数位相遷移からなるパターンを規定するように構成された位相作用型、非回折性光学素子であり、前記光学素子は関係づけられたレンズとともに、少なくとも前記作用開口の寸法により決定される前記レンズのレンズ面内に、空間的に離れ異なった光学的性質を持つ光学的に透明な構造体から形成される所定のパターンと、少なくとも一つの位相遷移領域の位置とを規定し、それにより焦点から光が外れた際の前記結像レンズのコヒーレント伝達関数（ＣＴＦ）のシフトに対する前記結像装置の感度を低減する。
【００４９】
本発明のさらに他の広範な態様は、結像装置であって、それぞれが作用開口を持つレンズの配列と、それぞれが前記レンズアレイの一つのレンズに関係づけられ結像装置に拡張した焦点深度を与えるように構成された光学素子の配列とを有し、前記光学素子は低空間周波数位相遷移を規定するように構成された位相作用型、非回折性光学素子であり、前記光学素子は結合したレンズとともに、少なくとも前記作用開口の寸法により決定される前記レンズのレンズ面内に、空間的に離れ異なった光学的性質を持つ光学的に透明な構造体から形成される所定のパターンと、少なくとも一つの位相遷移領域の位置と、を規定する。
【００５０】
本発明のさらに他の広範な態様は、患者の眼鏡に用いられる結像レンズであり、前記結像レンズは、作用開口を持つように構成され、拡張した焦点深度を与えるように構成された光学素子を有し、前記光学素子は、低空間周波数位相遷移を規定するように構成された位相作用型、非回折性光学素子であり、前記光学素子は関係づけられたレンズとともに、少なくとも前記作用開口の寸法により決定される前記レンズのレンズ面内に、異なった光学的性質を持つ空間的に離れた光学的に透明な特徴形状から形成される所定のパターンと、少なくとも一つの位相遷移領域の位置と、を規定する。
【００５１】
本発明のさらに他の広範な態様は、結像装置を有する表示装置であり、それぞれが作用開口を持つレンズの配列と、それぞれが前記レンズアレイの一つのレンズに関係づけられ、結像装置に拡張した焦点深度を与えるように構成された光学素子の配列とを有し、前記光学素子は低空間周波数位相遷移を規定する位相作用型か非回折性素子であるように構成され、前記光学素子は関係づけられたレンズとともに、少なくとも前記作用開口の寸法により決定される前記レンズのレンズ面内に、空間的に離れ異なった光学的性質を持つ光学的に透明な特徴形状から形成される所定のパターンと、少なくとも一つの位相遷移領域の位置と、を規定する。
【００５２】
いうまでもなく、上記の表示装置は電子装置（例えば携帯電話）とともに、またはその一部として用いられる動的な装置であってもよいし、静的な装置であってもよい。
【００５３】
本発明のさらに別の態様は、対象物の像を検出器面上に画像化するシステムであり、前記システムは、作用開口を持つ少なくとも一つのレンズを有する結像レンズアッセンブリと、前記少なくとも一つのレンズに関係づけられ結像装置に拡張した焦点深度を与えるように構成された光学素子と、から構成される結像装置を備え、前記光学素子は低空間周波数位相遷移を規定する位相作用型、非回折性素子として構成され、前記光学素子は結合したレンズとともに、少なくとも前記作用開口の寸法により決定される前記レンズのレンズ面内に、異なった光学的性質を持つ空間的に離れた光学的に透明な構造体から形成される所定のパターンと、少なくとも一つの位相遷移領域の位置を規定し、前記結像装置の異なる構造に対応する異なる領域を通過した光の各成分間に、適切な位相干渉関係を生成し、それにより前記結像レンズの焦点から光が外れた結果生じる直交位相成分を低減することを可能とし、前記結像装置の焦点ぼけ光学伝達関数（ＯＴＦ）を最大化する。
【００５４】
本発明のさらに別の態様は、拡張した焦点深度を与える結像レンズとともに用いられる光学素子であり、前記光学素子は、低空間周波数位相遷移からなる所定のパターンを規定する位相作用型、非回折性素子であるように構成され、前記パターンは前記既定の結像レンズの作用開口により規定されている。
【００５５】
本発明のさらに別の態様は、拡張した焦点深度を与える結像レンズとともに用いられる光学素子であり、前記光学素子は低空間周波数位相遷移からなる所定のパターンを規定する位相作用型、非回折性二値素子であるように構成され、前記パターンは前記既定の結像レンズの作用開口により規定されている。本発明のさらに別の態様は、拡張した焦点深度を与える光学素子であり、前記光学素子は低空間周波数位相遷移からなるパターンを規定する位相作用型、非回折性素子であるように構成されている。
【００５６】
本発明のさらに別の態様は、拡張した焦点深度を与える光学素子であり、前記光学素子は、低空間周波数位相遷移を規定する位相作用型、非回折性素子であるように構成され、前記光学素子は位相遷移領域の所定のパターンを規定し、前記遷移領域は前記光学素子がそのために設計された既定の結像レンズの作用開口にあわせて配置され前記光学素子の遷移領域を前記結像レンズ面内の所定の位置内に与えるようにし、前記光学素子を有する前記結像レンズを通って伝播する光場の横方向位相形状の周期的な繰り返しが生じるようにする。
【００５７】
本発明のさらに別の態様は、拡張した焦点深度を与える光学素子であり、前記光学素子は低空間周波数位相遷移を規定する位相作用型、非回折性二値素子であるように構成され、前記光学素子は位相遷移領域の所定のパターンを規定し、前記遷移領域は、前記光学素子がそのために設計された既定の結像レンズの作用開口にあわせて配置され前記光学素子の遷移領域を前記結像レンズ面内の所定の位置内に与えるようにし、前記光学素子を有する前記結像レンズを通過伝播する光場の横方向位相形状の周期的な繰り返しが生じるようにする。
【００５８】
本発明のさらに別の態様は、拡張した焦点深度を有する結像システムを提供する方法であり、前記方法は、有効開口を持つ結像レンズに開口符号化を適用し、低空間周波数位相遷移を規定する位相作用型、非回折性素子であるように構成された光学素子を前記結像レンズに適用することによって、前記結像レンズ面内に空間的に離れ概略光学的に透明な異なった光学的性質の特徴形状の所定のパターンを規定し、それにより、前記パターンの異なる前記構造体に対応する前記レンズ装置の異なる領域を通過した光の各成分間に適切な位相干渉関係を生成して前記結像レンズの焦点から光が外れた結果生じる直交位相因子を低減し、前記結像レンズの焦点ぼけ光学伝達関数（ＯＴＦ）を最大化する。
【００５９】
本発明のさらに別の態様は、拡張した焦点深度を有する結像システムを提供する方法であり、前記方法は、有効開口を持つ結像レンズとともに用いられる位相作用型、非回折性の光学素子を設計し、前記設計は、一連の焦点外位置のもと、光学伝達関数（ＯＴＦ）の最大のコントラストを与えるように、結像レンズの有効開口内にＮ個の位相遷移の位置を選択し、それによりできるだけゼロから離れるように焦点外ＯＴＦを規定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
本発明を理解し、実際にどのように用いられるかを理解するために、好ましい実施の形態を限定的でない例のみを用いて、図面を参照しながら説明する。
【００６１】
図１Ａには本発明の結像レンズ装置１２を用いた結像システム１０が模式的に示されている。
【００６２】
結像システム１０は、被写体１３、結像レンズ系１２、光検出器１６からなる。結像レンズ装置１２は、ある有効開口Ｄ（本例ではレンズの直径）と、ある数のレンズ１２Ａ（一般的には、少なくとも一つ。単一のレンズが本例では示されている。）と、レンズ１２Ａに関連付けられたある数の光学素子１２Ｂ（本例では単一素子）からなる。上記光学素子１２Ｂは、拡張焦点深度（ＥＤＯＦ）素子として、構成され、動作可能である。
【００６３】
光学素子１２Ｂはレンズ１２Ａのパラメータ、すなわちその有効開口、また任意に、屈折力分布および焦点距離、またはそのいずれかに合うように構成されている。光学素子１２Ｂは、位相作用型、非回折性マスクとして構成されている。好ましくは、本例で示すように、マスク１２Ｂはレンズと統合されて、すなわちレンズ表面のパターンとして実現される。
【００６４】
一般に、マスク１２Ｂは、レンズに取り付けられるか、またはレンズに近接して設置される分離素子であってもよい。この態様は、図１Ｂが示す、レンズ１２Ａとその前面に近接して設置された位相作用型、非回折性光学素子１２Ｂを備える結像レンズ系１１２を用いた結像システム１００で説明されている。
【００６５】
図１Ｃは、本発明のさらに他の例に係る結像システム２００を模式的に示す。ここで、結像レンズ装置２１２は、本例では４つのレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４からなるレンズアレイ１２Ａと、このレンズアレイのそれぞれのレンズに対応する光学素子ＯＥ１、ＯＥ２、ＯＥ３およびＯＥ４の配列１２Ｂを備えている。
【００６６】
上記システム２００は、例えば、近見視力に問題がある人々のディスプレイ／スクリーン（例えば携帯電話装置の）の視覚化を容易にすることを目指して、ディスプレイパネルまたはスクリーン１３（被写体を構成する）とともに用いられてもよい。結像装置２１２は、わずかな距離隔てて格納されている（ディスプレイパネル１３の表面１３’から数ミリ）。また本例では、光学素子の配列１２Ｂは、対象物１３から光検出器１６（患者の眼）に向かった光の伝播に関して、レンズアレイ１２Ａの向こう側に配置されている。上記のような、小型レンズとＥＤＯＦ素子の配列を用いることで、結像装置２１２の最近接焦点面ＦＰを、被写体１３に可能な限り近づけることができ、近見視力に問題がある人々も、通常の視力の人々と同様に、スクリーンを見ることができるようになる。加えて、最近接焦点面を被写体に近づけることで、焦点合わせをする被写体の縮小率を低減する。
【００６７】
好ましくは、光学素子１２Ｂは、位相のみに作用する二値マスクとして構成される。しかしながら、一般的には光学素子１２Ｂは、位相、振幅マスクとして構成されてもよいことに注意すべきである。
【００６８】
光学素子１２Ｂは、少なくとも一つの低空間周波数遷移領域を規定するように構成され、レンズ１２Ａの領域とともに、透過する光の位相にそれぞれ異なる影響を与える、空間的に離れた概略光学的に透明な特徴形状の所定のパターンを規定する。よってこのパターンは、結像レンズ面において、レンズ領域によって隔たった、一つまたはそれ以上の光学素子の遷移領域から形成される。この遷移領域は、マスク１２Ｂが設計されたある特定の波長に対してはパイ位相遷移である。これらの遷移領域の配置（レンズ１２Ａ平面内の位置）は、全体の結像装置の焦点ぼけＯＴＦを最大とするように、既定の結像レンズ１２Ａの有効開口（あるいは、レンズの屈折力も）により決定される。このため、このパターンはレンズ系の異なる領域を通過する光の各成分間に適切な位相干渉関係を生成し、それにより光が結像レンズの焦点から外れた結果生じる直交位相因子を低減する。
【００６９】
図１Ｄおよび図１Ｅに示すように、光学素子は、結像レンズの表面レリーフ（図１Ｄ）として実施されてもよい。すなわち、可変的なレンズ厚の空間的に離れた領域Ｒ１及びＲ２からなるパターンである。または異なる屈折率ｎ１とｎ２を持つ材料から作られたレンズ領域Ｒ’１とＲ’２からなるパターンである（図１Ｅ）。異なる屈折率を持つ材料の場合、特定の光学的に透明でレンズと異なる屈折率を持った材料が、レンズ表面の空間的に離れた異なる領域を被覆するようにしてもよい。
【００７０】
図２Ａから図２Ｃは、それぞれ二つの具体的な、しかし限定的ではない光学素子１２Ｂの外形例を示している。図２Ａの例において、マスク１２Ｂは、一つの円環状の遷移領域１４となるように設計されている（通常、少なくとも一つのこのような領域、同心円状のリング配列が同様に用いられていてもよい。）。図２Ｂに示す例では、マスクは、二つの相互に垂直な棒線（線）の対Ｂ１−Ｂ’１およびＢ２−Ｂ’２、からなるグリッドとなるように設計されている。図２Ｃに示す例では、要素１２Ｂは基本グリッド要素ＢＥからなる二次元配列から形成されている。例えば、棒線に沿った遷移領域はパイ位相遷移であり、棒線が垂直に交差する領域はゼロ位相遷移である。最適化された光学素子の外形は、以下、さらに説明するアルゴリズムを解くことにより得ることができる。
【００７１】
マスク（パターン）はレンズ中心に対して対称であっても、なくてもよいことに注意すべきである。上記のような配置において、例えば、図２Ａに示された４つのパイ位相バー（二つは垂直（Ｙ軸沿い）、二つは水平（Ｘ軸沿い））は、Ｘ−Ｙ平面に沿って横方向にシフトし、その中心がレンズ中心から外れるようになってもよい。
【００７２】
さらに、特に具体的には示していないが、パターンは、その位相遷移領域内部（例えば、図２Ａのパイ位相遷移リングの内側）に微細構造を既定するように構成されていてもよいことに注意すべきである。すなわち、それぞれの位相遷移領域は、例えば、π／２、π、・・・のような可変的な低い空間周波数の位相遷移であってよい。
【００７３】
本発明は、ＥＤＯＦ素子１２Ｂを、結像レンズ１２Ａの有効開口内にあるＮ個のセグメントを持つマスク形状として提供する。いうまでもなく、本発明は、あるセグメントがエネルギーをブロックし、他方が透過させるようなマスクに代わり、概略位相のみに作用し、非回折性の、すなわちセグメントに応じて１か（−１）となるマスク１２Ｂを提供する。
【００７４】
上記のように、マスク１２Ｂは、直交位相因子（この要素は、画像が焦点ぼけし、結像レンズのＣＴＦを増加させた際に、生成される。）に対する不変性を生成することにより、結像装置の焦点ぼけＯＴＦを最大とするように設計されている。このため、マスク１２Ｂの最適設計のために、透過率値が（−１）となり、焦点外ひずみによるＯＴＦを可能な限りゼロから束縛することができるセグメントの検討が行われている。マスク１２Ｂは二値位相マスクであるので、エネルギー効率の検討は用いられない（透過率は１００％である。）。これらの基準を受けて、開口符号化マスクについてのすべての可能性と組み合わせの検討が行われている。焦点外ひずみは、開口度を次の式（１）で乗算することでモデル化される。
【数１】
2008510198.tif 000005
ここで、
【数２】
2008510198.tif 000006
は被写体の焦点外位置に対応する結像レンズ１２ＡのＣＴＦであり、Ｄは結像レンズ１２Ａの直径（通常、レンズの有効開口）、ｖは、レンズ開口の座標（ＣＴＦの面内）、そしてψは、焦点外れの程度を表す位相因子であり、次の式（２）となる。
【数３】
2008510198.tif 000007
ここで、λは波長、ｕは、結像レンズ１２Ａと対象物１３との距離、ｖは結像レンズとセンサー１６（検出器）との距離、そしてＦは、結像レンズの焦点距離である。“結像レンズ”という用語は、ここでは、レンズの有効開口を参照していることに注意すべきである。
【００７５】
次の式（３）の結像条件が満たされたとき、
【数４】
2008510198.tif 000008
ひずみ位相因子はゼロとなる。
【００７６】
ＯＴＦは次の式（４）のＣＴＦ自身の自己相関から算出される。
【数５】
2008510198.tif 000009
【００７７】
自己相関演算は、二つのＣＴＦ関数を相対する方向にそれぞれシフトし、そして乗算し、結果の総和をとることからなる。このようにして得られたＯＴＦは、シフト量に対応する空間周波数に関係している。高い周波数（大きなシフト）では、焦点外の場合には乗算と総和は平均してゼロとなる。したがって、像が焦点ぼけのときＯＴＦは高周波を透過しない。
【００７８】
本発明の位相マスク（例えばリング）は、ＣＴＦのシフトが大きい場合の高周波消去を低減することを目指している。（ＯＴＦはＣＴＦの自己相関である。）このため、本発明のマスクは、以前（すなわち、ＥＤＯＦ補正の無い純レンズ）では平均してゼロとなっていた（これが、ＯＴＦが高い空間周波数を透過できなかった理由である。）光場の部分の符号を反転させるように構成されている。
【００７９】
ＯＴＦは、点像の強度分布関数のフーリエ変換であり、インコヒーレント照明下での強度に対する空間周波数透過関数を表現するのに用いられている。よって、ＯＴＦを最大化する数学的な表式は次の式（５）のようになる。
【数６】
2008510198.tif 000010
すなわち、ａｎ＝（１、−１）（１または−１に等しい）において、自己相関の極小点でＯＴＦの最大値を与えるａｎ値を探索する。
【００８０】
上記の反復数学アルゴリズムは、ＥＤＯＦ素子構成を既定する具体的だが限定的ではない例であることを注意すべきである。他の、低空間周波数で全光学系による拡張した焦点深度を与える手法をも同様に用いることができる、例えば、エントロピー最小化、または最大尤度法を基にした数値的手法、さらには、他の数値的、解析的手法である。
【００８１】
図３Ａから図３Ｄは、本発明の効果を説明している。ＯＴＦの絶対値（変調伝達関数−ＭＴＦと呼ばれる。）の三つの例が、異なった位相因子の値について得られている、ψ＝１．６．（図３Ａ）、ψ＝４．８（図３Ｂ）、ψ＝９．８（図３Ｃ）、ψ＝１２．８（図３Ｄ）。各図面において、曲線Ｃ１は、合焦状態でのＭＴＦを、曲線Ｃ２は、結像装置が本発明の補正光学素子（ＥＤＯＦ素子、図１のマスク１２Ｂ）を用いない場合の焦点ぼけＭＴＦを、そして曲線Ｃ３は補正素子を用いた場合の焦点ぼけＭＴＦに対応している。
【００８２】
位相形状の周期的な繰り返し、すなわち、位相形状の面内繰り返しを作る位相素子を用いて、位相形状の横方向の不変性を得てもよい。基本要素ＢＥの二次元配列からなるマスクを例示している図２Ｃに戻ると、大きな面内シフト（高い周波数）が位相形状部分を受け入れない場合、補助的な部分が、マスクの他の空間的な繰り返し部分から挿入され、よって繰り返しにより位相周期が作られる。よって、遷移領域（基本要素ＢＥの）の基本周期の繰り返しは、面内シフトに対する感度を低減する。縦方向の不変性は次のようにして得られる。位相素子とセンサー（結像レンズ面または有効開口面）、眼科応用の場合には人間の眼の水晶体、との間の既定の距離に対して、この距離に対するマスク距離の自由空間伝搬が考慮される。その結果は、位相と振幅の分布である。位相のプロファイルのみを残して、振幅は低下する。多くの場合、位相関数の二値化は同様に十分によい結果を与える。二値化は、より作成しやすい空間マスクを実現する。
【００８３】
参考となるものが図４Ａから図４Ｉ及び図５Ａから図５Ｉであり、焦点ぼけパラメータ４ψ／Ｄ２が−０．２（図４Ａおよび図５Ａ）から０．２（図４Ｉおよび図５Ｉ）まで０．０５刻みで変化したとき、顔面像がどのように見えるかを説明している。図４Ａから図４Ｉは、本発明のマスク（最適化設計）が用いられた場合を示しており、図５Ａから図５Ｉは、そのような開口符号化マスクが用いられない場合を示している。本例では、図２Ｂに示されたマスクと同様の構成のＥＤＯＦ素子が用いられた。図より明らかにわかるように、本発明の開口符号化マスクにより、図４Ａから図４Ｉの画像と、図５Ａから図５Ｉの画像との間に、ひずみの違いが存在する。
【００８４】
図６は、本発明の符号化マスク（ＥＤＯＦ素子）の波長変化に対する感度を試験した結果を示している。本例では、結像レンズ装置（符号化マスクを用いた結像レンズ）は、波長λ１＝０．８λ０で照明された。ここでλ０は、π位相遷移が生じるようにマスクが設計、製作された波長である。また焦点ぼけパラメータ４ψ／Ｄ２＝０．１５が用いられた。図から見られたように、このマスクはもはや最適化されたものではない（なぜならばマスクパターンの構造体はλ０に対するパイ位相転移であり、λ１に対するものではない。）のにもかかわらず、マスクを使うことによる焦点外ひずみは以前非常に低い。
【００８５】
図７Ａから図７Ｄはロゼットの画像化によって得られた他の実験結果である。ここで、図７Ａは本発明のＥＤＯＦ素子を用いないで得られた合焦位置のロゼット像であり、図７Ｂは、ＥＤＯＦ素子を用いて得られた合焦位置のロゼット像であり、図７Ｃは、ＥＤＯＦ素子なしでの焦点外のロゼット像に対応し、そして図７Ｄは、本発明のＥＤＯＦ改善により得られた焦点外のロゼット像を示している。本例においては、図２Ａのマスクと同様に構成されたＥＤＯＦ素子が用いられた。図示のように、本発明のＥＤＯＦ素子を使用することで、高い空間周波数での改善と、システムが合焦のときの入力に対する効果が得られた。
【００８６】
図４Ａから図４Ｉ、図５Ａから図５Ｉ、図６および図７Ａから図７Ｄで示したすべての画像は、ディジタル後処理の適用なしに、十分に拡張した焦点深度を示していることに注意すべきである。そのような処理を適用することで、さらに得られた結果を改善できる。
【００８７】
本発明では、多色性、空間的にコヒーレントでない照明（通常照明）で焦点深度を拡張する手法について実験的な検証を行った。実験条件は以下の通りである、結像レンズの焦点距離Ｆ＝９０ｍｍ、結像レンズと被写体との間の距離ｖ＝２１５．９ｍｍ、結像レンズと検出器（ＣＣＤ）との間の距離ｕ＝１５４．３ｍｍ、結像レンズの開口Ｄ＝１６ｍｍ。よって、位相ひずみψの測定値は、被写体が共焦点面から１．５ｍｍ移動したときψ＝１３であり、２ｍｍ動いたときψ＝１７である。位相因子ψの値は、上記式（２）に従い、光学系における距離とレンズの直径（レンズの作用開口）を用いて算出される。これらの条件下での実験結果が図８Ａから図８Ｄおよび図９Ａから図９Ｈに示されている。本例では、図２Ａのマスクと同様に構成されたＥＤＯＦ素子が用いられた。
【００８８】
ここで、図８Ａは、本発明の光学素子を用いない場合の合焦位置に対応し、図８Ｂは、素子を用いた場合の合焦位置に対応し、図８Ｃは光学素子がない場合のψ＝１３（＋１．５ｍｍ）、の焦点ぼけ位置に対応し、そして図８Ｄは、光学素子を用いた場合のψ＝１３（＋１．５ｍｍ）、の焦点ぼけ位置に対応する。
【００８９】
図９Ａは、光学素子無しで得られた合焦像を示し、図９Ｂは素子無しでのψ＝１３（＋１．５ｍｍ）での焦点ぼけ像を示し、図９Ｃは素子無しでのψ＝１７（＋２ｍｍ）での焦点ぼけ像示し、図９Ｄから図９Ｆは図９Ａから図９Ｃに対応し、しかし光学素子がある場合、図９Ｇは、多色照明下で、素子無しで得られたψ＝１３（＋１．５ｍｍ）での焦点ぼけ像を示し、図９Ｈは、多色照明下で光学素子がある場合に得られたψ＝１３（＋１．５ｍｍ）での焦点ぼけ像を示している。
【００９０】
上記のように、本発明の結像レンズ装置は、眼科応用に用いることができる。結像レンズ装置を眼内に挿入するためには、レンズ装置の表面は平らである必要がある。上記のような結像レンズ装置（すなわち平らにパターニングされた結像レンズ）に適した製造技術は、所望の空間構造（表面レリーフ）を得るための標本のエッチング（ウエットかドライ）または、レーザ切削、または旋盤研削、そして空隙体積のレンズとは異なる屈折率を持つ材料による充填を含む。屈折率の差の付与は、マスク外側の領域は平らのまま、干渉効果のためにレンズ開口部の領域間に適切な平衡化を実現する位相緩衝領域として要求されている所望の位相変化が生成するように行われる。他の具現化は、現像や重合した材料の剥離を含まない拡散ないし光重合によって可能であろう。さらに眼科外科に関連したほかの手法として、眼の既存の細胞とは異なる屈折率を持つ人工細胞を移植することもありえる。本発明のＥＤＯＦ素子（屈折力を持たない）は、得ようとするある特定のレンズの焦点力に付加される。例えば、患者が１ジオプトリの眼鏡を近見視力に、３ジオプトリの眼鏡を遠見視力に必要としているとすれば、本発明のＥＤＯＦ素子は、これら眼鏡のどちらか一方に用いられるよう適切に設計できる。それぞれのレンズ開口に合致して、５ジオプトリに等価な焦点深度領域を可能とするように構成される。実際に、具体的な例として、本発明のＥＤＯＦ素子とともに１ジオプトリの眼鏡が用いられる。ここでは、ＥＤＯＦ素子はレンズの屈折力（１ジオプトリ）周囲で動作し、−１．５から３．５ジオプトリの焦点深度領域を与える。従い、患者は１ジオプトリの一つの眼鏡だけを使えばよい。眼鏡（結像レンズ）の焦点力は、ＥＤＯＦ素子に付与されることになる。このようなＥＤＯＦ素子は、レンズの異なる領域を通過する光の成分間に適切な位相干渉関係を生成して、レンズ装置の焦点ぼけＯＴＦを最大化し（適切に、それぞれの眼鏡の結像レンズのＣＴＦプロファイルを変調する。）、光が焦点から外れた結果生じる直交位相因子を低減する。本発明者は、ほとんどの患者に対して、共通のＥＤＯＦ素子、好ましくは図２Ｃに示されている要素が使用可能であることを見出した。図２Ｃに戻ると、基本周期（基本要素ＢＥの）は約３ｍｍであり、二つの隣接する棒線間の距離は１．８７５ｍｍであり、棒線の厚さは０．３７５ｍｍである。
【００９１】
もしそれ自身に焦点距離の領域を持ったＥＤＯＦ素子が、コンタクトレンズのような眼科応用において、レンズ表面に置かれて用いられると、その焦点距離領域は屈折力範囲に変換される。眼レンズの直径は（結像レンズの有効開口）は２ｍｍから６−７ｍｍまで照明条件により変化する。光学素子はその中では結像が合焦である屈折力の範囲を生成する。本発明者は、瞳孔の直径が２ｍｍとなる照明下環境で、その状態での位相因子範囲ψ（約１７まで）において、得られた屈折力の範囲Ｐが５より大きい（−２．５から２．５）ことを見出した。シミュレーションは次の式（６）に従う。
【数７】
2008510198.tif 000011
図１０Ａと図１０Ｂは、本発明の眼科的な焦点深度応用の能力を可視化するシミュレーション結果を示している。図１０Ａのシミュレーションは、ＥＤＯＦ素子がコンタクトレンズに取り付けられた場合に得られる全体の屈折力範囲に対応している。眼レンズの直径は２ｍｍから６−７ｍｍまで照明条件により変化する。シミュレーションは上記式（６）に従っている。
【００９２】
図１０Ｂに示すシミュレーションでは、固定した単一の焦点距離を持つ結像レンズが用いられている。レンズ、センサー間の距離が焦点距離に等しい（ｖ＝Ｆ）と、画像はある距離ｕｍｉｎから始まり無限遠まで合焦状態になる。ここでｕｍｉｎは次の式（７）で定まる。
【数８】
2008510198.tif 000012
そしてｖ＝Ｆのとき次の式（８）を得る。
【数９】
2008510198.tif 000013
本発明におけるＥＤＯＦ素子がある場合とない場合のｕｍｉｎのグラフが、図１０Ｂにプロットされている。ここから分かるように、最小距離は、反転素子を用いた場合に非常に小さくなる。よって、全体の合焦範囲はより大きくなる。人間の眼においてｖ＝１５ｍｍであることに注意すべきである。
【００９３】
レンズアレイとＥＤＯＦ素子アレイ（ディスプレイパネルやスクリーンに用いられるのに適している。）から形成される本発明の結像装置を例示している図１Ｃにもどる。結像装置に必要なパラメータは以下のように概算される。
【００９４】
スクリーン１３とレンズアレイ１２との間の距離ｕを約２ｍｍ、スクリーン１３と最隣接焦点面ＦＰとの間の距離ｖを４０ｍｍ、眼１６と最隣接焦点面ＦＰとの間の距離Ｒを１ｍと仮定する。被写体１３は、携帯電話のディスプレイまたはスクリーンで構成される。基本的にはレンズアレイ１２Ａは、被写体１３を最隣接焦点面ＦＰに撮像する。すなわち、次式のようになる。
【数１０】
2008510198.tif 000014
これによりｆ＝２．０１ｍｍとなる。
【００９５】
焦点ぼけパラメータは次式で定義される。
【数１１】
2008510198.tif 000015
ここでλは波長である。
【００９６】
ＥＤＯＦを用いると、このパラメータの値は１５に達する。ＥＤＯＦ素子無しでは、その値は画質のひずみがないときで２−３である。レンズアレイのレンズの直径Ｄは、スクリーン１３と最隣接焦点面ＦＰとの間の距離（ｖｍｉｎ）の最小値から見つけられる。その値は、最小の縮小率を持つように被写体１３に非常に近くなる。縮小係数は、次式となる。
【数１２】
2008510198.tif 000016
ｖｍｉｎ＝ｕ＝２ｍｍを得るためには、次式が必要である。
【数１３】
2008510198.tif 000017
ここから次式の結果が得られる。
【数１４】
2008510198.tif 000018
ＥＤＯＦ素子無しでは、最小距離ｖは次式の値になることを注意すべきである。
【数１５】
2008510198.tif 000019
これは縮小係数が８（１６ｍｍ／２ｍｍ）であることを意味している。このような縮小は、ディスプレイの文字を見る上で許容されなかったであろう。
【００９７】
レンズアレイ１２Ａのスクリーンへの取り付けは視覚解像度を減少させた。このような結像装置の解像度は、次式の係数により限定されている。
【数１６】
2008510198.tif 000020
スクリーンに現れる細部はこれより大きいので、この解像度は結像レンズアレイによってダメージを受けない。
【００９８】
上記計算に従えば、このスクリーン上（または、２ｍｍその背後に位置した平面）に目の焦点を合わせられる通常の視覚を持った人間は、合焦画像を同様に見ることができる。
【００９９】
本発明の技術は、以下の、ただしそれだけには限定されない幅広い応用においてバリアブレーキングとなりうるであろう。カムコーダ、スキャナ（例えばバーコードスキャナ）、ウエブカメラなどの従来型事務機器、カメラ、検出器、すなわち携帯電話カメラ、車載カメラ、監視カメラ、マシンビジョン、写真撮影、ＨＤＴＶ、ビデオ会議、レーダ画像システム（一般的に焦点ぼけ問題に悩まされている）、内視鏡検査、受動生化学検査、断層撮影法、ディスプレイパネルなどの従来型の画像システム。断層撮影法、受動生化学検査における本発明の焦点深度拡張素子の利用は、合焦の臓器の体内検査を可能とするが、そうでない場合は不可能である。これは医療装置の正確な位置コントロールが存在しないためである。本発明の他の可能な応用として、各種光学システムにおける色収差補正がある。例えば、光通信や例えば従来のＤＶＤなどの情報キャリアにおける情報媒体の読み取り／書き込み器、または光の反射、蛍光を利用する多層情報キャリアである。
【０１００】
本発明は、コンタクトレンズ、眼鏡のレンズ、眼内レンズ、または眼の各部の周囲またはその中に挿入されて用いられる各種のレンズのような眼科応用にも用いられる。ひとつの明確な例は、近眼（近視）の人々に老眼が進行し、年齢に関係した生来の眼レンズの変化の結果、老眼鏡が必要となった場合に、本発明を用いることによる利益である。上記応用では、それらの人々は眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、眼内レンズ、有水晶体眼内レンズ、無水晶体眼内レンズ、または眼のいずれかの場所に挿入されるレンズとして、一つの単一レンズを用いることができる。この方法では、近接、遠隔のあらゆる距離を見るためにひとつのレンズを用いればよい。本発明の他の明らかな利用方法は、白内障摘出後の眼内レンズ、人工レンズの眼球移植にある。現在、普通の人工レンズは単一焦点しか持たず、よってそのレンズが眼に移植された人は非常に限られた焦点深度しか持たないため、注視するほとんどの距離において眼鏡を必要とする。本発明を移植されたレンズに組み込みことで、患者にすべての距離で焦点の合った視覚を提供できる。他の眼科的使用の例としては、多焦点（漸進的）眼鏡レンズの置き換えがある。これらのレンズは、従来、レンズ表面のすべての部位が異なる焦点を持つように設計されており、ゆえに、異なる距離の被写体に焦点を合わせるために患者は眼を動かさなければならない。本発明を眼鏡またはコンタクトレンズに組み込むことで、老眼鏡装着者がすべての距離にある被写体を合焦で、レンズのどの部分からでも見られるようにできる。上記例を含む本発明のすべての応用では、異なる距離にある被写体からの像は、多焦点コンタクトレンズ、眼内レンズの状況とは対照的に、大きなエネルギー損失無しに、網膜（またはセンサー）上に焦点合わせされる。この分野の当業者は、数々の改良や変化が、ここで述べた本発明の実施の形態に、ここで、また添付請求項で定義された範囲を外れることなく適用可能であることを早速評価するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１Ａは本発明に係る構成を有する結像レンズ装置を用いた結像システムの一例を示す概略図である。図１Ｂは本発明の結像レンズ装置を用いた結像システムの他の例を示す概略図である。図１Ｃは画像装置に用いられるのに適した本発明の結像レンズ装置を用いた結像システムのさらに他の例を示す概略図である。図１Ｄは本発明の光学素子を結像レンズに内蔵させた実施の形態例を示す図である。図１Ｅは本発明の光学素子を結像レンズに内蔵させた実施の形態例を示す図である。
【図２】図２Ａから図２Ｃは結像レンズ系に用いられるのに適した本発明の光学素子の三つの外形例をそれぞれ示した図である。
【図３Ａ】本発明効果を従来手法と比較して示した図である。
【図３Ｂ】本発明効果を従来手法と比較して示した図である。
【図３Ｃ】本発明効果を従来手法と比較して示した図である。
【図３Ｄ】本発明効果を従来手法と比較して示した図である。
【図４】図４Ａから図４Ｉは本発明の光学素子が用いられた場合において、焦点外パラメータ４ψ／Ｄ２が−０．２（図４Ａ）から０．２（図４Ｉ）まで０．０５刻みで変化した場合の顔面像を例示した図である。
【図５】図５Ａから図５Ｉは本発明の光学素子が用いられない場合において、焦点外パラメータ４ψ／Ｄ２が−０．２（図５Ａ）から０．２（図５Ｉ）まで０．０５刻みで変化した場合の顔面像を例示した図である。
【図６】光学素子の波長に対する感度を検討した結果を示す図である。
【図７】図７Ａから図７Ｄは本発明のＥＤＯＦ素子を用いた場合、用いない場合のロゼット画像の実験結果を示す図である。図７ＡはＥＤＯＦ素子を用いない場合の合焦位置でのロゼット画像に、図７ＢはＥＤＯＦ素子を用いた場合の合焦位置でのロゼット画像に、図７ＣはＥＤＯＦ素子を用いない場合の焦点ぼけ位置でのロゼット画像に、図７ＣはＥＤＯＦ素子を用いた場合の焦点ぼけ位置でのロゼット画像に対応する。
【図８】図８Ａから図８Ｄは、多色性、空間的に非コヒーレントな照明に対する本発明の拡張焦点距離技術の実験的な実証を示す図である。
【図９ＡＢＣＤ】図９Ａから図９Ｈは、多色性、空間的に非コヒーレントな照明に対する本発明の拡張焦点距離技術の実験的な実証を示す図である。
【図９ＥＦＧＨ】図９Ａから図９Ｈは、多色性、空間的に非コヒーレントな照明に対する本発明の拡張焦点距離技術の実験的な実証を示す図である。
【図１０】図１０Ａは光学素子がコンタクトレンズに取り付けられた場合について、本発明の眼科的な焦点深度応用の能力を示す図である。図１０Ｂは本発明の光学素子を用いる場合と、用いない場合について、合焦点が得られる最小の範囲から、本発明の眼科的な焦点深度応用の能力を説明する図である。