(57)【要約】  光を、２つ以上の回折次数に分割して、焦点距離または範囲を異ならせる第１の回折構造１６と、多次数回折（ＭＯＤ）構造とも呼ばれる、異なる波長の光を複数の異なる回折次数に回折して、共通の焦点距離または範囲にする第２の回折構造１７とを有するレンズボディ１４上の、視力矯正用回折レンズ。二焦点用途において、該第１及び第２の回折構造１６、１７は、相まって、該レンズの遠視力矯正のための基本度数と、近見視力矯正のための付加度数とを規定する。該第１の回折構造１６は、ブレーズド（すなわち、鋸歯状）の、正弦波の、正弦波ハーモニック１６ａ、方形波または他の形状プロファイルを有することができる。正弦波ハーモニック構造１６ａを有する多焦点レンズ１０は、ＭＯＤ構造１７と伴う、または伴わずに、屈折基本度数を与えるように形成されたレンズボディ２５の上にあってもよい。【選択図】図１Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の面を有するレンズボディと、
異なる波長の光を２つ以上の回折次数に分割して、異なる焦点距離または範囲にする第１の回折構造と、
光を複数の異なる回折次数に回折して共通の焦点距離または範囲にする第２の回折構造であって、前記第１及び第２の回折構造が、前記第１及び第２の面の同じ面または異なる面に設けられている、前記第２の回折構造と、
を備え、前記第１及び第２の回折構造が相まって、少なくとも近見視力及び遠視力の矯正を実現できる、眼科用レンズ。
【請求項２】
前記第２の回折構造が第２の度数を有し、
前記第１の回折構造が、前記第１の回折構造の前記回折次数の各々による、少なくとも２つの異なる第１の度数を有し、
前記レンズが、前記第２の回折構造の前記第２の度数と前記第１の回折構造の前記第１の度数のうちの１つとの組合せによる、前記遠視力矯正のための基本度数を有し、
前記レンズが、前記第２の回折構造の前記第２の度数と前記第１の回折構造の前記第１の度数のうちの他方との組合せによる、前記近見視力矯正のための付加度数を有する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記第２の回折構造の前記第２の度数が、主に、または全体的に、前記第１の回折構造との前記組合せで、前記レンズの前記基本度数に寄与する、請求項２に記載のレンズ。
【請求項４】
前記第２の回折構造は、前記回折構造に入射する光が光学的位相シフトを受けるゾーン境界を画成し、かつ前記回折構造の場合の焦点距離または範囲に対して、ｍが１よりも大きくなるように、異なる回折次数で前記波長の各々の光を回折する、複数のゾーンによって特徴付けられる多次数回折構造に相当する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項５】
前記レンズボディは、それぞれ、前記第１及び第２の面を形成する２つの側面を有し、前記第１の面は、前記レンズの前面に相当する前記側面の一方に沿っており、前記第２の面は、前記レンズの裏面に相当する前記側面の他方に沿っている、請求項１に記載のレンズ。
【請求項６】
前記レンズボディは、それぞれ、前記第１及び第２の面を形成する２つの側面を有し、前記第２の面は、前記レンズの前面に相当する前記側面の一方に沿っており、前記第１の面は、前記レンズの裏面に相当する前記側面の他方に沿っている、請求項１に記載のレンズ。
【請求項７】
前記レンズボディが、ゼロのまたはゼロに近い屈折力を有する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項８】
前記レンズボディが、前記レンズに屈折力を与える、請求項１に記載のレンズ。
【請求項９】
光学要素をさらに備え、前記第１の面または前記第２の面の一方が、前記光学要素と一体化されており、前記光学要素が、前記レンズに滑らかな外面を提供する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１０】
２つの光学要素をさらに備え、前記第１の面及び前記第２の面が、前記光学要素のうちの異なるものに一体化されており、前記光学要素が、前記レンズに滑らかな外面を提供する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１１】
前記光学要素が、基板またはコーティングの一方に相当する、請求項９に記載のレンズ。
【請求項１２】
前記光学要素が、それぞれ、基板またはコーティングの一方に相当する、請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１３】
前記第１及び第２の回折構造が、前記第１または第２の面の一方に沿って、単一の回折構造に結合されている、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１４】
前記第１及び第２の面の前記一方に沿って、前記レンズと一体化された光学要素をさらに備える、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１５】
前記レンズが、眼内レンズの一部である、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１６】
前記レンズがコンタクトレンズに相当する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１７】
前記レンズがメガネに相当する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１８】
前記第１及び第２の回折構造のうちの少なくとも一方が乱視を矯正する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１９】
前記第１及び第２の回折構造のうちの少なくとも一方が、乱視を矯正する屈折曲率を有する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２０】
前記レンズボディが、単一の光学要素で構成されている、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２１】
前記レンズボディが、一緒に一体化された複数の光学要素で構成されている、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２２】
前記第１の回折構造が、前記第１の回折構造の次数の各々で実質的に等しい光エネルギを分割する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２３】
前記第１の回折構造が、一定量の光を、前記第１の回折構造の次数の各々に与える、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２４】
前記第１の回折構造が、ブレーズド、正弦波、正弦波ハーモニックまたは方形波プロファイルのうちの１つを有する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２５】
前記レンズボディが、ＩＯＬ用途またはコンタクトレンズ用途に対して十分に薄い、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２６】
前記第１の回折構造が、光を２つの次数に分割し、前記第１及び第２の回折構造が相まって、前記レンズの二焦点のものに近見視力及び遠視力矯正を与える、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２７】
前記第１の回折構造が、光を３つの回折次数に分割し、前記第１及び第２の回折構造が相まって、前記レンズの三焦点のものに近見視力、中間視力及び遠視力矯正を与える、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２８】
前記第１の回折構造が、前記ゾーンの各々の中で、および前記ゾーン間の境界において、連続的である複数のゾーンを有する正弦波ハーモニック回折構造に相当する、請求項１に記載のレンズ。
【請求項２９】
前記レンズがコンタクトレンズに相当し、前記第１の回折構造がその上に配設されている、前記第１及び第２の面のうちの前記一方が、使用者の眼に配置される前記レンズの面に相当する、請求項２８に記載のレンズ。
【請求項３０】
前記レンズは、前記第１の回折構造に前記眼を刺激する鋭いエッジがないため、前記使用者の眼に配置される際に、前記使用者によって快適に装着される、請求項２９に記載のレンズ。
【請求項３１】
前記第１及び第２の回折構造が、前記第１または第２の面のうちの一方に沿って、単一の回折構造に結合されている、請求項２８に記載のレンズ。
【請求項３２】
前記第１及び第２の面のうちの前記一方に沿って、前記レンズと一体化された光学要素をさらに備え、前記光学要素が、前記レンズに滑らかな外面を与える、請求項３１に記載のレンズ。
【請求項３３】
前記第１の回折構造が、複数のゾーンを有する回折構造であり、前記ゾーンの各々が、
【数１】
2008511019.tif 000042
による位置を有し、ただし、ａｊ及びφｊが、それぞれ、１〜ｊｍａｘのｊの項の有限数の振幅及び位相であり、ζが、前記ゾーン内の０と１の間の分数位置である、請求項２８に記載のレンズ。
【請求項３４】
光学要素をさらに備え、前記光学要素は、前記第２の回折構造がその上に配設されて滑らかな面が形成されている、前記第１及び第２の面のうちの前記一方と一体化されている、請求項２８に記載のレンズ。
【請求項３５】
前記光学要素が、基板またはコーティングの一方に相当する、請求項３４に記載のレンズ。
【請求項３６】
基本度数及び付加度数を有する二焦点眼科用レンズを形成する方法であって、
前記レンズの必要な基本度数に従って、光を複数の異なる回折次数に回折して共通の焦点距離または範囲にするために、前記レンズに対して第１の回折構造を選定するステップと、
光を２つ以上の回折次数に分割して異なる焦点距離または範囲にするために、前記レンズに対して第２の回折構造を選定するステップであって、遠視力矯正のための前記基本度数および近見視力矯正のための前記付加度数が、前記第１の回折構造と第２の回折構造との組合せによるものである、前記ステップと、
を備える、方法。
【請求項３７】
前記レンズが、第１及び第２の面を有し、前記第１及び第２の回折構造が、前記第１及び第２の面の同じ面または異なる面に配設されている、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の回折構造は、前記回折構造に入射する光が光学的位相シフトを受けるゾーン境界を画成し、かつ前記回折構造の場合の焦点距離または範囲に対して、ｍが１以上であるように、異なる回折次数で前記波長の各々の光を回折する複数のゾーンによって特徴付けられる多次数回折構造に相当する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記レンズが第１及び第２の面を有し、前記方法がさらに、
前記レンズの少なくとも一方の面に、前記レンズに滑らかな外面を与える光学基板を付加するステップを、
備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
ゼロまたはゼロに近い屈折力を有するように、前記レンズのボディを選定するステップをさらに備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
屈折力を有するように、前記レンズのボディを選定するステップをさらに備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１及び第２の回折構造のうちの少なくとも一方が乱視を矯正する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１及び第２の回折構造のうちの少なくとも一方が、乱視を矯正するための屈折特性を有する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記第２の回折構造が、前記ゾーンの各々の中で、および前記ゾーン間の境界において、連続的である複数の前記ゾーンを有する正弦波ハーモニック回折構造に相当する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記第２の回折構造が、複数のゾーンを有する回折構造であり、前記ゾーンの各々が、
【数２】
2008511019.tif 000043
による位置を有し、ただし、ａｊ及びφｊが、それぞれ、１〜ｊｍａｘのｊの項の有限数の振幅及び位相であり、ζが、前記ゾーン内の０と１の間の分数位置である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
第１及び第２の面を有するレンズボディと、
光を２つ以上の回折次数に分割して、異なる焦点距離または範囲にする第１の回折構造と、
光を複数の異なる回折次数に回折して共通の焦点距離または範囲にする第２の回折構造であって、前記第１及び第２の回折構造が、前記第１及び第２の面の同じ面または異なる面に設けられている、前記第２の回折構造と、
を備え、前記第１の回折構造と第２の回折構造とが相まって、異なる距離または範囲における視力矯正のための複数の異なる焦点距離または範囲を与える、光学要素。
【請求項４７】
前記異なる焦点距離または範囲が、近見視力及び遠視力の矯正を有する二焦点レンズを形成する２つである、請求項４６に記載の光学要素。
【請求項４８】
前記異なる焦点距離または範囲が、近見視力、中間視力及び遠視力の矯正を有する三焦点レンズを形成する３つである、請求項４６に記載の光学要素。
【請求項４９】
前記第１の回折構造が、正弦波ハーモニック回折構造に相当する、請求項４６に記載の光学要素。
【請求項５０】
半径ｒを有し、異なる波長の光を２つ以上の回折次数に分割して異なる焦点距離または範囲にし、２つ以上の異なる度数を形成する正弦波ハーモニック回折構造を有するレンズボディを備える眼科用レンズであって、前記レンズボディが、前記レンズに屈折基本度数を与え、前記正弦波回折構造が、異なる振動数で、少なくともｒ２で正弦的に変化する、レンズ。
【請求項５１】
前記レンズボディが、光を複数の異なる回折次数に回折して共通の焦点距離または範囲にし、これによって、前記屈折光学度数を結合して、前記レンズの基本光学度数を与える、請求項５０に記載のレンズ。
【請求項５２】
前記正弦波ハーモニック回折構造が複数のゾーンを有し、前記ゾーンの各々が、
【数３】
2008511019.tif 000044
による位置を有し、ただし、ａｊ及びφｊが、それぞれ、１〜ｊｍａｘのｊの項の有限数の振幅及び位相であり、ζが、前記ゾーン内の０と１の間の分数位置である、請求項５０に記載のレンズ。
【請求項５３】
前記レンズが、眼内レンズの１つの一部であり、または、前記レンズが、コンタクトレンズまたはメガネに相当する、請求項５０に記載のレンズ。
【請求項５４】
前記レンズボディが、単一のまたは多数の光学要素によって形成されている、請求項５０に記載のレンズ。
【請求項５５】
複数のゾーンの各々が、
【数４】
2008511019.tif 000045
による位置を有し、ただし、ａｊ及びφｊが、それぞれ、１〜ｊｍａｘのｊの項の有限数の振幅及び位相であり、ζが、前記ゾーン内の０と１の間の分数位置である、前記複数のゾーンを有する、少なくとも１つの回折構造を備える、回折光学要素。
【請求項５６】
前記構造が滑らかに変化している、請求項５５に記載の回折光学要素。
【請求項５７】
前記構造が、前記ゾーンの各々の中で、および前記ゾーン間の境界において、連続的であり、それによって、鋭いエッジを伴うことなく、前記構造を形成する、請求項５５に記載の回折光学要素。
【請求項５８】
前記回折構造が、光を少なくとも２つの回折次数に回折して、異なる焦点距離または範囲にする、請求項５５に記載の回折光学要素。
【請求項５９】
前記回折構造が、光を少なくとも２つの回折次数に回折して、異なる焦点距離または範囲にする第１の回折構造に相当し、前記回折光学要素が、光を複数の異なる回折次数に回折して、共通の焦点距離または範囲にする第２の回折構造をさらに備える、請求項５５に記載の回折光学要素。
【請求項６０】
前記回折構造を有するレンズボディをさらに備え、前記レンズボディが、屈折光学度数を前記光学要素に与えるように形成されている、請求項５５に記載の回折光学要素。
【請求項６１】
半径ｒを有し、異なる振動数で、少なくともｒ２で正弦的に変化する回折構造を備える回折光学要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視力矯正用の回折レンズに関し、特に、眼内レンズ（ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ  ｉｍｐｌａｎｔｓ；ＩＯＬｓ）、コンタクトレンズまたはメガネ（眼鏡）レンズ等の、様々な視力矯正用途に用いるのに適した少なくとも遠視力及び近見視力の矯正における治療上の視力矯正のための回折レンズに関する。本発明は、さらに、そのような回折レンズを実現する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多次数回折（ｍｕｌｔｉｏｒｄｅｒ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ；ＭＯＤ）レンズは、異なる波長の複数のスペクトル成分を共通の焦点に合わせるのに有用であり、米国特許第５，５８９，９８２号明細書に記載されている。ＭＯＤレンズは、共通の焦点に対して、異なる波長の光を異なる回折次数に屈折させる、段差高さ画成ゾーン境界を有する多数の環状ゾーンからなる構造を有する。対照的に、非ＭＯＤの多焦点回折レンズを介した、多数の異なる波長からなる視光は、異なる波長の光は異なる距離で焦点が合うため、ぼやけて見える可能性がある。ＭＯＤレンズは、この問題を補正するが、治療用の二焦点矯正用眼科用レンズを実現するのに有用な、２つの異なる焦点距離、例えば、近くの及び遠くの焦点距離を備えていない。
【０００３】
非ＭＯＤ回折レンズは、所定の波長で異なる次数の光を異なる焦点距離に回折させる回折プロファイルを有する可能性がある。そのような非ＭＯＤ多焦点回折レンズは、単一のレンズ面に設けることができ、または、１つのレンズの異なる面上に分割されたゾーンを有してもよい。非ＭＯＤ多焦点レンズの実施例は、米国特許第５，０１７，０００号明細書、同第５，１４４，４８３号明細書、同第３，００４，４７０号明細書、同第４，３４０，２８３号明細書及び同第４，２１０，３９１号明細書に記載されている。また他の非ＭＯＤ多焦点レンズは、米国特許第５，１１７，３０６号明細書にあるような、色収差を補正する追加的な非ＭＯＤ回折面を有する。
【０００４】
非ＭＯＤ多焦点回折レンズを用いる実際の眼科用二焦点用途を実現するために、遠視力補正用レンズに、屈折力を付加することができる。屈折／回折複合型レンズは、例えば、米国特許第５，２２９，７９７号明細書、同第５，１０４，２１２号明細書、同第６，１２０，１４８号明細書、同第５，７６０，８７１号明細書及び同第５，１１６，１１１号明細書に記載されている。それらの屈折／回折ハイブリッドレンズは、レンズ本体に曲率を付加するのに必要な追加的なレンズ材料により、非屈折回折レンズよりも厚い。しかし、コンタクトレンズやＩＯＬ等の治療用途においては、多くの場合、厚さの低減が望ましい。従って、遠視力の矯正に対して屈折力に依存することなく、回折構造を用いることができる二焦点用途のための回折眼科用レンズを提供することが望ましいであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の特徴は、２つの回折構造が、遠視力矯正のための基本的な度数と、近見視力矯正のための追加的な度数とを有する遠近両用レンズを実現できる、多次数回折構造（ＭＯＤ）及び非ＭＯＤ回折構造を用いる回折レンズを実現できることである。
【０００６】
本発明の別の特徴は、コンタクトレンズ、眼内レンズ及びメガネレンズを含む様々な視力矯正用途に適応することができる少なくとも近見視力及び遠視力の矯正のための回折レンズを実現できることである。
【０００７】
本発明のさらなる特徴は、非ＭＯＤ回折構造を、調和的であり、かつ鋭いエッジがないものとすることができる、ＭＯＤ構造及び非ＭＯＤ回折構造を有する視力矯正用回折レンズを実現できることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡単に説明すると、本発明は、本明細書において、波面分割回折構造（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ＷＳＤ）と呼ぶ、異なる焦点距離または範囲に対して、光を２つ以上の回折次数に分割する第１の回折構造と、本明細書において、多次数回折構造（ＭＯＤ）と呼ぶ、共通の焦点距離または範囲に対して、異なる波長の光を、複数の異なる回折次数で回折させる第２の回折構造とを有するレンズを具現する。該第１の回折構造と第２の回折構造は、少なくとも遠視力及び近見視力矯正を伴うレンズを協働して形成する。該第１及び第２の回折構造は、同じ面に一体化することができ、または、該レンズの異なる面に設けることもできる。すなわち、該レンズに入射する光は、該レンズにおけるそのような構造の次数により、該第１の回折構造によって回折され、その後、該第２の回折構造によって回折され、逆もまた同様であり、あるいは、該第１の回折構造と第２の回折構造とを組合わせたプロファイルを有するレンズの単一の回折構造によって回折される。
【０００９】
上記ＷＳＤ構造は、異なる焦点距離または範囲に対して、２つ以上の次数で高回折効率を有する何らかの回折面とすることができる。例えば、該ＷＳＤ構造は、ブレーズド（すなわち、鋸歯状）、正弦波、正弦波ハーモニック、方形波、または他の形状のプロファイルを有することができる。
【００１０】
二焦点用途の場合、上記ＷＳＤ構造は、その回折次数の各々に対して、２つの異なる屈折力を有し、上記ＭＯＤ構造は、１つの屈折力である。上記レンズの基本的な度数は、その次数のうちの１つにおける、該ＭＯＤ構造の屈折力と該ＷＳＤ構造の屈折力との組合せによって与えられ、該レンズの追加的な度数は、その他の次数における、該ＭＯＤ構造の度数と、該ＷＳＤ構造の度数との組合せによって与えられる。
【００１１】
三焦点用途の場合、上記ＷＳＤ構造は、近見矯正と遠視力矯正との間の中間距離視力矯正のために、上記ＭＯＤ構造の度数と組合わせた場合に、中間度数を付加する３つの回折次数を有する。３つ以上の異なる次数を、３つ以上の視力矯正距離を有する多焦点用途におけるＷＳＤ構造に同様に設けることができる。
【００１２】
必要に応じて、基板またはコーティング等の光学要素を、円滑な外面を形成するために、該ＭＯＤ構造を有する面に設けてもよい。
【００１３】
上記レンズのＭＯＤ構造は、この構造に入射する光が、そこで光移相を受けるゾーン境界を画成し、ｍの大きさが、同じ焦点に対して１以上になるような異なる回折次数ｍにおける各波長の光を回折する、多数のゾーンによって特徴付けられる。該ゾーンは、半径方向にｒｊで離間しており、上記半径は、等式φ（ｒｊ）＝２πｐｊを解くことによって得られ、ただし、φ（ｒｊ）は、回折レンズから出る波面の位相関数を表し、ｐは、複数の波長のうちの１つのゾーン境界における２π位相跳躍の数を表し、ただし、ｐは、１以上の整数である。該ＭＯＤ構造は、米国特許第５，５８９，９８２号明細書により詳細に記載されている。
正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、上記ゾーンの各々の中で、及びゾーン間の境界で連続的である複数のゾーンを有する構造として画成され、それによって、典型的には、ブレーズド（すなわち、鋸歯状）の、または、方形波の回折構造の鋭いエッジを伴わないそのような構造を実現できる。該正弦波ハーモニックＷＳＤ構造のゾーンの各々は、〔数５〕で特徴付けられる半径方向配置を有することができる。
【００１４】
【数５】
2008511019.tif 000003
ただし、ａｊ及びφｊは、それぞれ、１〜ｊｍａｘの項ｊの有限数の振幅及び位相であり、ζは、該ゾーン内の０と１における、または０と１の間の部分位置である。
【００１５】
本発明はさらに、レンズの必要とされる基本的な度数に従って、該レンズのためのＭＯＤ構造を選定した後、該レンズのための正弦波ハーモニックＷＳＤ構造を選定することにより、二焦点眼科用レンズを形成する方法を提供し、遠視力矯正のための基本的な度数と、近見視力矯正のための追加的な度数は、ＭＯＤ構造とＷＳＤ構造の組合せに従う。三焦点または他の多焦点レンズも、近見視力矯正と遠視力の矯正との間の１つ以上の中間視力矯正距離のために同様に形成することができる。
【００１６】
さらに、必要に応じて、上記レンズのＭＯＤ構造によって既に存在している基本的な度数を補足するために、または該基本的な度数に付加するために、屈折力を該レンズに付加してもよい。
【００１７】
別法として、屈折力が、ＭＯＤ構造の代わりに、該レンズの基本的な度数を与えてもよい。このような多焦点レンズは、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造と、屈折基本度数を備えるように形成されたレンズボディとを有し、ＭＯＤ構造を有していない。
【００１８】
さらに、その１つ以上の回折構造内のレンズによって、および／またはそのような回折構造を有する１つ以上の面に屈折曲率を付加することにより、乱視を矯正することができる。
【００１９】
本発明のレンズは、コンタクトレンズ、メガネレンズ、または、眼内レンズ、あるいは、眼の視力矯正に役立つ他の光学素子等の様々な眼科用途に用いることができる。コンタクトレンズ用途においては、ＷＳＤ構造のエッジが円滑であるため、該構造を、眼（または、まぶたの内側）に接触するレンズの表面に直接設けることができ、その結果、コンタクトレンズの使用者が、鋭いエッジの存在によって引き起こされるであろう不快な刺激を伴うことなく、快適に身に着けることができるので、正弦波ハーモニックである該ＷＳＤ構造を用いることが有利である。さらに、そのような正弦波ハーモニックＷＳＤ構造を有するレンズは、コーティングまたは基板の追加によって、表面を滑らかにする必要がないため、容易に製造することができ、また、適用コストを低くすることができる。
【００２０】
また、本発明は、眼科用用途または非眼科用用途において、少なくとも１つの正弦波ハーモニック回折構造を有する回折光学要素を具現することができる。
【００２１】
本発明の上記の特徴及び効果は、添付図面と共に以下の説明を読めば、より明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃ参照すると、単一の要素であるレンズボディ１４の両面に前面１２及び裏面１３を有するレンズ１０が示されている。前面１２は、ＷＳＤ構造１６を有し、裏面１３は、ＭＯＤ構造１７を有する。ＷＳＤ構造１６及びＭＯＤ構造１７の環状ゾーンまたは領域の実施例は、それぞれ、図１Ａ及び図１Ｂに示されている。レンズボディ１４の曲率は、ゼロまたはゼロに近い屈折力を生成し、その結果、ＩＯＬ用途で接触するレンズは、非常に薄く、例えば、０．２〜０．８ｍｍ厚で形成することができる。レンズ１０の直径は、その特定の眼科用途、コンタクト、ＩＯＬまたはメガネによる。ＩＯＬにおけるレンズは、例えば、米国特許第６，４０６，４９４号明細書、６，１７６，８７８号明細書、５，０９６，２８５号明細書または米国特許出願公報第２００２／０１２０３２９Ａ１号明細書、同第２００２／００１６６３０Ａ１号明細書、同第２００２／０１９３８７６Ａ１号明細書、同第２００３／００１４１０７Ａ１号明細書または同第２００３／００１８３８５Ａ１号明細書に記載されているような典型的なＩＯＬｓとして、追加的な触覚または支持構造を有してもよく、あるいは、米国特許第４，７６９，０３３号明細書に示されているような典型的な触覚構造を伴わなくてもよい。別法として、ＷＳＤ構造１６は、図１Ｄに示すように、ＷＳＤ構造１６が裏面１３に、ＭＯＤ構造１７が前面１２にあってもよい。
【００２３】
ＭＯＤ構造１７は、本明細書に参照により組み込まれる米国特許第５，５８９，９８２号明細書に記載されている。該ＭＯＤ構造は、レンズの使用者の目による遠視力矯正のための基本的な度数を主にまたは全体的に与える段差高さを備えるゾーンを有する。
【００２４】
ＷＳＤ構造１６は、ＭＯＤ構造１７と共に、レンズの使用者の眼による近見視力矯正のためのレンズ１０の追加的な度数を与える。（主要デザイン波長において）２以上の次数で高回折効率を有するＷＳＤ構造を実現できるどのような回折面も用いることができる。例えば、該ＷＳＤ構造は、ブレーズド（すなわち、鋸歯状）、正弦波、正弦波ハーモニック、方形波、または他の形状のプロファイルを有することができる。正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、図１０Ａ〜図１８と共に、より詳細に説明する。
【００２５】
レンズ１０は、コンタクト、ＩＯＬの光学部またはメガネの製造に典型的に用いられる透過性材料（例えば、プラスチック、シリコーン、ガラス、または特定のコンタクト、ＩＯＬ、またはメガネ用途に典型的に用いられるポリマー）で構成することができる。エッチング、成形またはダイレクトダイヤモンドターニング等の、回折光学面を形成する典型的なプロセスは、該レンズのそれぞれの面上に、ＭＯＤ構造及びＷＳＤ構造のゾーンを形成することができる。例えば、ニューハンプシャー州、ＫｅｅｎｅのＰｒｅｃｉｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．の超精密切削加工旋盤を、レンズ表面に沿って所望のプロファイルを形成するために、基板レンズ材料上の本明細書に記載したいずれかの回折構造を機械加工するのに、または、該レンズを製造する際に、そのような回折構造の複製を（例えば、成形により）可能にするマスタリングツールを製造するのに用いることができる。
【００２６】
眼科用途により、回折面を有するレンズ１０の面に沿った外側面は、滑らかにする必要がある可能性がある。従って、滑らかな外側面１９を有する光学要素１８は、図１Ｃ及び図１Ｄのレンズの場合、それぞれ、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、レンズ１０の裏面１３と一体化され、または、図１Ｃ及び図１Ｄのレンズの場合、それぞれ、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、レンズ１０の前面１２と一体化される。光学要素１８は、レンズ１０の材料の屈折率とは異なる屈折率を有する光学的に透過性の材料（例えば、プラスチック、シリコーン、ガラスまたはポリマー）からなる基板または（塗布されたまたは硬化した）コーティングとすることができ、その結果、光は、該レンズの回折構造によって適切に回折することができる。光学要素１８は、レンズ１０に取付けられるときに、当該面に対向するために、該回折面の逆のプロファイルで形成された面２０を有する。そのため、光学要素１８が基板に相当する場合、その面２０は、接合され（例えば、液状接着剤）、結合され、または他の方法で一緒にシールされたとき、そのような回折構造面と一致する。
【００２７】
その他の眼科用途においては、レンズ１０の両面の外側面は、滑らかにする必要がある可能性がある。この場合、図１Ｃ及び図１Ｄのレンズの前面１２及び裏面１３は、それぞれ、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、光学要素１８ａ及び１８ｂと一体化してもよい。各光学要素１８ａ及び１８ｂは、それぞれ、各々の回折構造面と対向する、滑らかな外側面１９ａ及び１９ｂと、面２０ａ及び２０ｂとを有する。必要に応じて、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａまたは図３Ｂの光学要素１８の外側面１９、または、図４Ａ及び図４Ｂの光学要素１８ａ及び１８ｂの面１９ａ及び１９ｂは、眼科用途に適する滑らかな面を得るために、処理（例えば、切断および／または研磨）する必要がある可能性がある。回折面プロファイルに滑らかな面を与えるための光学要素１８、または１８ａ及び１８ｂの一体化は、例えば、米国特許第５，１２９，７１８号明細書、同第５，７６０，８７１号明細書または同第５，１０４，２１２号明細書に、あるいは、米国公開出願第２００１／００１８０１２号明細書に記載されているようにすることができる。
【００２８】
二焦点視力矯正を実現できるように組合わせたＭＯＤ構造及びＷＳＤ構造を有するレンズ１０を、以下の２つの実施例で説明する。
【実施例１】
【００２９】
この実施例において、眼科用レンズの処方は、近見視力のための＋２ジオプター（ｄｉｏｐｔｅｒ；Ｄ）の付加度数を用いた、遠視力のための−７ジオプターの矯正を要する。すなわち、該レンズの２つの度数（φで示す）は、
φｄｉｓｔａｎｃｅ＝−７Ｄ
φｎｅａｒ＝−５Ｄ（＝−７Ｄ＋２Ｄ＝φｄｉｓｔａｎｃｅ＋φａｄｄ）
上記レンズは、レンズボディ１４を形成する薄い基板の一方の側に（すなわち、面１２または１３に沿って）所要の遠視力を有するＭＯＤ構造１７と、他方の側（または面）に、主に０〜＋１の次数で機能するブレーズド面を有するＷＳＤ構造１６とからなる。
【００３０】
上記ＭＯＤ構造の回折ゾーンの半径方向位置（ｒｊ）は、
【００３１】
【数６】
2008511019.tif 000004
によって与えられる。
［φ０＝１／Ｆ０の場合、組み込まれる米国特許第５，５８９，９８２号明細書の等式（１）を参照］
この実施例において、選択された設計波長λ０＝５５５ｎｍ（明所視応答のピーク）である。明所視応答とは、高照度下での光の波長の人の目の知覚の効率を指す。ｐ＝１０の場合、上記ＭＯＤ構造の場合の１０ｍｍのクリアな開口直径内のゾーン半径は、
・ＭＯＤ構造（−７Ｄ）
【００３２】
【表１】
2008511019.tif 000005
該ゾーンの高さ（ｈ）は、
【００３３】
【数７】
2008511019.tif 000006
によって与えられる。
［上記の組み込まれる特許の等式（４）を参照］
ただし、ｐは、上記の組み込まれる米国特許で論じられているＭＯＤ構造のＭＯＤ番号であり、ｎｌｅｎｓは、レンズボディ材料の屈折率であり、ｎｍｅｄｉｕｍは、空気または基板１８、１８ａまたは１８ｂ等の媒質の屈折率である。
【００３４】
該レンズが空気中にある場合、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ０）＝１．０である。また、該レンズが、ｎｌｅｎｓ（λ０）＝１．５の屈折率を有する材料で構成されている場合には、ｈの高さ＝１１．１μｍとなる。別法として、該レンズのＭＯＤ構造面が、屈折率ｎｍｅｄｉｕｍ（λ０）＝１．３３６の媒質に対向する場合、該ゾーンの高さは、ｈ＝３３．８４μｍに増加する。
【００３５】
レンズボディ１４を形成する基板の他方の側（または、面）上のＷＳＤ構造は、付加度数φａｄｄに等しい度数を有する。そのため、該回折ゾーンの半径方向位置は、
【００３６】
【数８】
2008511019.tif 000007
となる。１０ｍｍのクリアな開口直径内のゾーン半径は、
・波面分割構造（＋２Ｄ）
【００３７】
【表２】
2008511019.tif 000008
【００３８】
【表３】
2008511019.tif 000009
上記ＷＳＤ構造の場合のゾーンの高さは、光路差（ＯＰＤ）の波長の２分の１の最大値が導入されるように選択される。このことは、０及び＋１の両方の回折次数において、４０．５％の回折効率をもたらす。次数０は、該ＭＯＤ構造と相まって（該ＷＳＤ構造は、該レンズに度数を付加しないため）遠方のイメージを生成し、一方、次数＋１は、該ＭＯＤ構造と相まって、近くのイメージを生成する。該ゾーンの高さは、
【００３９】
【数９】
2008511019.tif 000010
である。上記レンズが空気中にある場合、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ０）＝１．０である。また、該レンズが、ｎｌｅｎｓ（λ０）＝１．５の屈折率を有する材料で構成されている場合、ｈ＝０．５５５μｍとなる。別法として、該レンズが、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ０）＝１．３３６の屈折率の媒質中にある場合には、該ゾーンの高さは、ｈ＝１．６９μｍに増加する。
【実施例２】
【００４０】
この実施例は、実施例１と同じ眼科処方（＋２Ｄの付加度数を用いた、−７Ｄの遠視力）を有するが、方形波回折面を有するＷＳＤ構造１６を用いる。
【００４１】
方形波面は、各ゾーンの半分に対して光路差（ＯＰＤ）の２分の１波長（または、等価的に、πラジアンの位相シフト）を導入し、該ゾーンの残りの半分に対して、ゼロのＯＰＤを導入する。方形波回折面は、＋１〜−１の回折次数において、かなりのエネルギを有するため、この場合におけるＭＯＤ構造の度数は、φＭＯＤ＝−６Ｄであり、方形波ＷＳＤ面の度数は、φＳＱＷ＝＋１Ｄである。その結果として生じる総レンズ度数は、前の実施例と同様に、
φｄｉｓｔａｎｃｅ＝φＭＯＤ−φＳＱＷ＝−６Ｄ−１Ｄ＝−７Ｄ
φｎｅａｒ＝φＭＯＤ＋φＳＱＷ＝−６Ｄ＋１Ｄ＝−５Ｄ＝φｄｉｓｔａｎｃｅ＋φａｄｄ
該ＭＯＤ構造の回折ゾーンの半径方向位置（ｒｊ）は、
【００４２】
【数１０】
2008511019.tif 000011
で与えられる。ここでもまた、選定される設計波長は、λ０＝５５５ｎｍ（明所視応答のピーク）である。ｐ＝１０の場合、上記ＭＯＤ構造の場合の１０ｍｍのクリアな開口直径内の該ゾーンの半径は、
・ＭＯＤレンズ（−６Ｄ）
【００４３】
【表４】
2008511019.tif 000012
該レンズが空気中にある場合、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ０）＝１．０である。また、該レンズが、ｎｌｅｎｓ（λ０）＝１．５の屈折率を有する材料で構成されている場合、ｈ＝１１．１μｍとなる。別法として、該レンズのＭＯＤ構造面が、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ０）＝１．３３６の屈折率の媒質に対向する場合、該ゾーンの高さは、ｈ＝３３．８４μｍに増加する。
【００４４】
レンズボディ１４を形成する基板の他方の側（面）上の方形波ＷＳＤ構造１６の回折ゾーンの半径方向位置は、
【００４５】
【数１１】
2008511019.tif 000013
である。１０ｍｍのクリアな開口直径内のゾーン半径は、
・方形波回折面（±１Ｄ）
【００４６】
【表５】
2008511019.tif 000014
各回折ゾーンの半分に対する、方形波回折面の高さは、光路差（ＯＰＤ）の波長の２分の１が導入されるように選択される。このことは、＋１及び−１の両方の回折次数において、４０．５％の回折効率をもたらす。次数−１は、該ＭＯＤ構造と相まって、遠方のイメージを生成し、一方、次数＋１は、該ＭＯＤ構造と相まって、近くのイメージを生成する。該方形波の高さは、
【００４７】
【数１２】
2008511019.tif 000015
である。上記レンズが空気中にある場合、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ０）＝１．０である。また、該レンズが、ｎｌｅｎｓ（λ０）＝１．５の屈折率を有する材料で構成されている場合、ｈ＝０．５５５μｍとなる。別法として、該レンズの方形波回折面が、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ０）＝１．３３６の屈折率の媒質に対向する場合、方形波の高さは、ｈ＝１．６９μｍに増加する。
【００４８】
図５Ａ〜図５Ｆを参照すると、レンズ１０の異なるものの場合の光線図の実施例が示されている。眼科用途においては、これらの図は、例えば、メガネ（すなわち、該目から一定距離のレンズ１０）、ＩＯＬ（すなわち、該眼内のレンズ１０）、または、コンタクト（すなわち、角膜の外側面上のレンズ１０）の場合のような目の光学系も含むことになる。図５Ａ〜図５Ｄは、同じ二焦点処方であるが、異なる次数を形成するための、異なる度数のＷＳＤ構造及びＭＯＤ構造の使用を示す。図５Ａにおいて、該レンズは、次数＋１で−５Ｄの近見（付加）度数と、ブレーズドプロファイル（０，＋１次数）を有する＋２Ｄ度数のＷＳＤ構造１６及び−７Ｄ度数のＭＯＤ構造１７から生じる０次数での−７Ｄ遠視（基本）度数とを有する。図５Ｂにおいては、該レンズは、ブレーズドプロファイルを有する−２Ｄ度数のＷＳＤ構造１６と、−５Ｄ度数のＭＯＤ構造１７とを有する。別の実施例においては、図５Ｃのレンズは、＋２Ｄ度数のＷＳＤ構造１６及び＋４Ｄ度数のＭＯＤ構造１７を用いて、０次数で＋４Ｄの遠視（基本）度数と、＋１次数で＋６Ｄの近見（付加）度数とを実現できる。図５Ｄのレンズは、−２Ｄ度数のＷＳＤ構造１６及び＋６Ｄ度数のＭＯＤ構造１７を用いて、＋１次数で＋４Ｄの遠視（基本）度数と、０次数で＋６Ｄの近見（付加）度数とを実現できる。図５Ｅ及び図５Ｆは、それぞれ、方形波プロファイル（＋１，−１次数）を備えるＷＳＤ構造１６と、−６Ｄ及び＋５Ｄ度数の異なる度数のＭＯＤ構造１７とを有するレンズ１０を示す。図５Ｅのレンズは、＋１次数で−５Ｄの近見（付加）度数と、−１次数で−７Ｄの遠視（基本）度数とをもたらす。図５Ｆのレンズは、−１次数で＋４Ｄの遠視（基本）度数と、＋１次数で＋６Ｄの近見（付加）度数とをもたらす。従って、二焦点の近見（付加）及び遠視（基本）度数を実現できるＭＯＤ構造の度数を伴う、その回折次数の各々におけるＷＳＤ構造の度数の追加的な度数が存在する。該ＷＳＤ構造によって、該レンズに入射する光の異なる波長は、レンズ設計波長に関する範囲内で、異なる距離で焦点が合うが、該ＷＳＤ構造は、該ＭＯＤ構造よりもかなり度数が弱いため、パフォーマンスはほとんど影響を受けない。換言すれば、レンズ１０の付加度数及び基本度数は、該ＷＳＤ構造により、該設計波長に関して、異なる可視波長でわずかに変化してもよい。
【００４９】
これらの実施例が示すように、ＭＯＤ構造と組合わせたときに、ＷＳＤ構造面上の異なるプロファイル形状を選択することができ、該形状は、所望の基本度数に従って選択され、所望の近見及び遠視の視力矯正を伴う二焦点レンズ１０を実現できる。実施例１及び実施例２は、それぞれ、図５Ａ及び図５Ｅによる実施例のために図示されている。図５Ｅ及び図５Ｆのように、＋１〜−１次数の光を分割する正弦波プロファイルも用いることができる。０及び＋１の次数の分割の場合、ＷＳＤ構造１６の回折度数は、フル付加度数になり、＋１及び−１の次数の分割は、この回折面が、近くのイメージ及び遠くのイメージの両方に対する度数に寄与するため、付加度数の半分になる。＋１及び−１の分割を伴う回折面は、度数が、０及び＋１の次数を有する回折面とは対照的に、各ゾーンにおいて小さいため、より大きくかつより少ないゾーンを有し、色収差の可能性が少ない。
【００５０】
三焦点レンズは、正弦波プロファイルの変調度がわずかに変化して、＋１、０及び−１の次数で等しいエネルギを生じるＷＳＤ構造１６を選択することにより、レンズ１０で形成することもできる。例えば、図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、−６Ｄ及び＋５Ｄの異なる度数のＭＯＤ構造を有するそのようなＷＳＤ構造を示す。図６Ａのレンズは、−１の次数で−７Ｄの遠視度数を、０の次数で−６Ｄの中間度数を、および＋１の次数で−５Ｄの近視度数を実現できる。図６Ｂのレンズは、−１の次数で＋４Ｄの遠視度数を、０の次数で＋５Ｄの中間度数を、＋１の次数で＋６Ｄの近視度数を実現できる。３以上の次数を有するＷＳＤ構造は、二焦点または三焦点以外の他の多焦点レンズを形成するのに用いることができる。
【００５１】
説明に役立つように、図１Ｃのレンズ１０が図５Ａ〜図５Ｄまたは図６Ａ、図６Ｂに示されているが、図１Ｄ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図７Ａまたは図７Ｂのレンズのうちのいずれかを、図５Ａ〜図５Ｄまたは図６Ａ、図６Ｂの実施例による各ＷＳＤ及びＭＯＤ構造のための度数及びプロファイルの選択により、用いることができる。必要に応じて、レンズの使用者に対して異なる処方を提供するために、図５Ａ〜図５Ｄまたは図６Ａ、図６ＢのＷＳＤ構造及びＭＯＤ構造に対して、異なる度数を用いてもよい。これらの図及びその他の図における回折構造に示されているリングの数は例示的なものであり、異なる数のリング、間隔及び高さを用いてもよい。
【００５２】
好ましくは、レンズ１０は、わずかな屈折力を有し、または、屈折力を有していない。必要に応じて、図７に示すように、レンズ１０ａのレンズボディ１４ａに曲率を付加することにより、屈折度数を与えてもよい。レンズ１０ａは、ＷＳＤ構造１６及びＭＯＤ構造１７が、それぞれ、前面１２ａ及び裏面１３ａに設けられている点で、レンズ１０と同様である。別法として、ＷＳＤ構造１６及びＭＯＤ構造１７は、それぞれ、裏面１３ａ及び前面１２ａに設けてもよい。光学要素１８は、前述したように、レンズまたはレンズ系に１つまたは２つの滑らかな外面を設けるために、レンズ１０の一方の面または両面に一体化してもよい。
【００５３】
レンズ１０ａの屈折力は、ＭＯＤ構造１７及びＭＯＤ構造１６と相まって、遠視力矯正のために、該レンズの基本度数に影響を及ぼす。該ＭＯＤ構造は既にレンズ１０ａの基本度数に寄与しているため、必要な屈折力の量は、従来のハイブリッド屈折回折レンズの場合のように、レンズに該ＭＯＤ構造がない場合よりもかなり少ない。従って、レンズ１０よりも厚いレンズ１０ａは、ＭＯＤ構造１７を用いることにより、ＭＯＤ構造を伴わない、等しい度数の屈折力を有する回折レンズよりもかなり薄く作ることができる。
【００５４】
図８Ａ〜図８Ｃについて説明すると、ＷＳＤ構造１６とＭＯＤ構造１７は、組合わせて、レンズ１０の面２２に沿った単一の回折構造２１とすることができ、図８Ａは、該レンズの前面に沿った面２２を示し、図８Ｂは、該レンズの裏面のこの面を示す。前述したように、滑らかな外面１９を形成するために、光学要素１８を回折構造２１と一体化してもよい。好ましくは、図８Ａ〜図８Ｃのレンズ１０は、小さな屈折力を有し、あるいは、屈折力を有していないが、必要に応じて、図９に示すように、曲率をレンズボディ１４ｂに付加して、レンズ１０ｂを形成してもよい。図９においては、レンズ１０ｂが、滑らかな面１９ｃを備えた光学要素１８ｃと共に示されており、光学要素１８ｃは、回折構造２１と一体化されている。しかし、レンズ１０ｂは、光学要素１８ｃなしで形成してもよい。回折構造２１は、ＭＯＤ構造１７に付加されたＷＳＤ構造１６の重ね合わせに相当し、逆もまた同様である。すなわち、例えば、図５Ａ〜図５Ｆ及び図６Ａ、図６Ｂの同じ処方は、単一の面２２を用いて提供することができる。
【００５５】
光学要素１８（図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ及び図８Ｃ）は、レンズ１０と一体化すると、レンズ１０の一部になり、同様に、図４Ａ及び図４Ｂの光学要素１８ａ及び１８ｂは、レンズ１０と一体化すると、レンズ１０の一部になる。また、図９の光学要素１８ｃは、レンズ１０ｂに一体化すると、該レンズの一部になる。レンズ１０、１０ａ及び１０ｂは、それぞれ、単一要素のレンズボディ１４、１４ａ及び１４ｂとして図示されているが、該レンズボディは、単一の要素であってもよく、または、一緒に一体化された多数の光学要素で構成してもよい。さらに、これらの図においては、光学要素１８、１８ａ、１８ｂ及び１８ｃに対して単一の層が図示されているが、該層は、光学要素（例えば、基板および／またはコーティング）からなる単一の層または多数の層であってもよい。
【００５６】
例えば、米国特許第５，０１６，９７７号明細書に記載されている１つ以上のＷＳＤ構造１６、ＭＯＤ構造１７または回折構造２１での非円形ゾーン（双曲線または楕円形）の使用により、レンズ１０、１０ａ、および１０ｂにおいて乱視も矯正することができる。この場合、該ゾーンの間隔は、上記の実施例１及び実施例２に示されているような同じ寸法ではなく、該レンズの水平方向の寸法と垂直方向の寸法が異なっている。該レンズは、そのような回折構造を備える１つ以上の面のプロファイルに屈折曲率を付加することにより、乱視も矯正することができる。別法として、または、さらに、乱視は、典型的な屈折レンズで用いられるようなレンズボディ内での屈折により、レンズ１０、１０ａ及び１０ｂで矯正することができる。
【００５７】
上述したように、ＷＳＤ構造１６は、正弦波ハーモニック（または、周期的な）回折構造、特定の種類のまたはクラスの正弦波プロファイル波面分割回折構造とすることができる。（以下において、余弦の項で説明しているが、上記面は、正弦および／または余弦の項で等価的に表すことができる。）図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、それぞれ、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃと同様であるが、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造１６により、レンズ１０の前面にＷＳＤ構造１６が形成され、かつ該レンズの裏面にＭＯＤ構造１７が形成されている該レンズの実施例を示す。別法として、ＷＳＤ１６ａ及びＭＯＤ１７は、それぞれ、該レンズの裏面及び前面にあってもよい。該正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、図１０Ｃに最も良く示されているように、ゾーン内に、およびゾーン間の境界に沿って、連続する滑らかに変化する回折波面分割面を形成し、該面の高さのスケールは、説明のため合っていない。このことは、（図１ＣのＷＳＤ１６に実施例として最も良く示されているような）ブレーズド回折構造からなる断続的なゾーン境界または方形波回折構造とは対照的に、急でないゾーン間の境界（または、変わり目）をもたらす。
【００５８】
好ましくは、多焦点レンズ１０において、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造１６ａは、＋１、−１または＋１、０、−１の回折次数で付加度数を与える。例えば、該正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、実施例２で説明したような、＋１、−１の次数を有する方形波ＷＳＤ回折構造の代わりに用いることができる。他の回折次数も、該正弦波ハーモニックＷＳＤ構造によって与えることができる。従って、該正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図８Ａ、図８Ｂまたは図８Ｃのレンズ１０に、あるいは、それぞれ、図７及び図９のレンズ１０ａ及び１０ｂを形成する際に用いることができる。該正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、特に、連続的で、滑らかに変化する面が好ましい場合に、本発明のレンズを形成する際に有用である。次に、該正弦波ハーモニックＷＳＤ構造を表す光学式について説明する。
【００５９】
上記正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、複数のゾーンｚを有し、この場合、各ゾーンは、一般に、余弦の項の有限数の合計を表す次の等式によって記述される半径方向の位置を有する。
【００６０】
【数１３】
2008511019.tif 000016
ただし、ａｊ及びφｊは、それぞれ、ｊ次のハーモニックの項の始点（ζ＝０）における振幅及び位相であり、ただし、ｊは、１〜ｊｍａｘの整数である。ζは、回折ゾーン内の分数位置（０＜ζ＜１）であると考えることができる。該面は、
【００６１】
【数１４】
2008511019.tif 000017
等により、各ゾーン内で、およびゾーン間の境界において、連続的であり、かつ連続的に微分可能である。
【００６２】
個々の余弦の項は周期的であるため、この面を表す他の等価的方法がある。他の表現は、用途により、より有用である可能性がある。例えば、（周期Ｌを有する）線形の一定の周期の格子は、
【００６３】
【数１５】
2008511019.tif 000018
として書き表すことができ、ただし、格子周期ν０は、ν０＝１／Ｌである。
【００６４】
回転対称回折レンズ（ＤＯＥ）は、通常、ｒでの度数級数、径方向座標、例えば、
【００６５】
【数１６】
2008511019.tif 000019
からなる位相関数によって表される。上記の等式において、λ０は、設計波長と呼ばれている。この場合、上記面は、等式
【００６６】
【数１７】
2008511019.tif 000020
によって与えることができる。上記表面曲率または凹形曲線ｚによって表される該面が、プラスチックまたは空気等の、Δｎで与えられる屈折率の変化で２つの媒質を分離する場合、該要素の場合の透過関数は、位相関数
【００６７】
【数１８】
2008511019.tif 000021
である。ｚの周期性は、膨張係数
【００６８】
【数１９】
2008511019.tif 000022
を用いて、ｔ（ζ）をフーリエ級数
【００６９】
【数２０】
2008511019.tif 000023
として展開することができることを意味する。その結果、回折次数ｍにおける回折効率（ηｍ）は、
【００７０】
【数２１】
2008511019.tif 000024
によって与えられる。従って、上記正弦波ハーモニック回折面は、所望の値の（または、できる限り所望の値に近い）特定のηｍが生成されるように、多数の項（ｊｍａｘ）を選定し、ａｊ及びφｊを見つけ出すことによって設計される。一般的に、このことは、減衰最小二乗またはシンプレックス等の数値最適化ルーチンを用いて行うことができる。これらの数値最適化ルーチンは、例えば、ＰｒｅｓｓらのＮｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｒｅｃｉｐｅｓ  ｉｎ  Ｃ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｃｈ．１０，３９２〜４５５頁、１９８８〜１９９２に記載されている。数値最適化を実行するために、所望の回折効率に基づいて、適切な誤差関数（メリット関数、目的関数ともいう）が構成される。多くの誤差関数が可能であり、実例の１つは、
【００７１】
【数２２】
2008511019.tif 000025
であり、ただし、ηｍは、次数ｍでの回折効率であり、
【００７２】
【数２３】
2008511019.tif 000026
は、次数ｍでのターゲット（所望の）効率であり、Δηｍは、次数ｍの場合の効率に対する許容誤差である。該許容誤差は、誤差関数における重み係数として作用する。総計は、ターゲット効率で全ての次数ｍにわたる。最適化ルーチンは、Ｍの値を最小化しようとする。
【００７３】
全ての回折光学要素で同様に、回折効率の分布は、個々のゾーンプロファイルの形態（すなわち、ａｊ及びφｊ）によって決まり、回折次数の配置は、該ゾーンの配置の詳細による。
【００７４】
上記正弦波ハーモニック回折構造は、光路差（ＯＰＤ）によって等価的に記述することができる。一般的に、表面プロファイルによってもたらされるＯＰＤは、設計波長λ０を単位にして、
【００７５】
【数２４】
2008511019.tif 000027
で与えられる。ただし、Δｎは、該表面における屈折率の変化である。従って、該正弦波ハーモニック面の等価表現は、
【００７６】
【数２５】
2008511019.tif 000028
の形式のＯＰＤ関数であり、ただし、
【００７７】
【数２６】
2008511019.tif 000029
である。
【００７８】
以下に、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造の４つの実施例を、ＯＰＤにおけるＷＳＤ面のプロファイルを記載することによって説明する。それらの実施例は、光学設計ソフトウェアＭＡＴＬＡＢのバージョン７．０．４におけるｆｍｉｎｓｅａｒｃｈ関数を用いて生成した。
（正弦波ハーモニックＷＳＤの実施例１）
この実施例において、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、等しい効率を有する２つの次数１及び−１を有し、ｊｍａｘの項の数は、９に等しくなるように選択されている。許容誤差Δη１＝Δη−１＝０．１で、
【００７９】
【数２７】
2008511019.tif 000030
のターゲット回折効率を用いると、η１＝０．３９２、η−１＝０．３９２の回折効率が生じ、ただし、下付き文字は、回折次数を意味する。上述したＯＰＤ（ζ）の等式において、振幅及び位相は、次のようになる。
【００８０】
【表６】
2008511019.tif 000031
図１１は、この実施例のプロファイルの単一の周期を示し、この場合、垂直軸は、上記面によってもたらされる波のＯＰＤを示す。
【００８１】
第１の（ｍ＝＋１）次数において、＋１ジオプター（Ｄ）の度数、マイナスの第１の次数（ｍ＝−１）において、−１ジオプター（Ｄ）の度数を用いて二焦点レンズを構成する際の、この面の使用を考察する。近軸度数Ｐを有する回転対称レンズは、位相関数
【００８２】
【数２８】
2008511019.tif 000032
で表され、ただし、効率ｃ１＝−Ｐ／２である。この実施例の場合、Ｐ＝１及びＤ＝０．００１ｍｍ−１であるため、ｃ１＝−０．０００５ｍｍ−１である。λ０＝５５５ｎｍの設計波長であり、かつｎ＝１．４の屈折率である場合の、結果として生じる表面の凹形曲線を図１２に示す（３ｍｍのクリアな開口半径の場合）。
【００８３】
この実施例の正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、＋２Ｄの付加度数を伴う−７Ｄの遠視度数の眼科処方に対して、先の実施例（実施例２）のレンズのＷＳＤ構造として用いることができ、この場合、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、＋１及び−１の回折次数において等しい回折効率を有することが好ましい。
（正弦波ハーモニックＷＳＤの実施例２）
この実施例において、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、異なる効率を有する２つの次数１及び−１を有し、ｊｍａｘの項の数は、９に等しくなるように選択されている。許容誤差Δη１＝Δη−１＝０．１で、
【００８４】
【数２９】
2008511019.tif 000033
のターゲット回折効率を用いると、η１＝０．４６３、η−１＝０．３０７の回折効率が生じる。上述したＯＰＤ（ζ）の等式において、振幅及び位相は、次のようになる。
【００８５】
【表７】
2008511019.tif 000034
図１３は、この実施例のプロファイルの単一の周期を示し、この場合、垂直軸は、上記面によってもたらされる波のＯＰＤを示す。
【００８６】
前述の正弦波ハーモニックＷＳＤの実施例１と同じ二焦点レンズのパラメータを用いた場合の結果として生じる面を図１４に示す。この実施例の違いは、各次数の場合の２つのイメージが、先の実施例の等しい重みではなく、０．４６３：０．３０７の比で重みが付けられていることである。
【００８７】
この実施例の正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、＋２Ｄの付加度数を伴う−７Ｄの遠視度数の眼科処方に対して、先の実施例（実施例２）のレンズのＷＳＤ構造として用いることができ、この場合、ハーモニックＷＳＤ構造は、＋１及び−１の回折次数において等しくない回折効率を有することが好ましい。
（ハーモニックＷＳＤの実施例３）
この実施例において、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、異なる効率を有する３つの次数１、−１及び０を有し、ｊｍａｘの項の数は、９に等しくなるように選択されている。許容誤差Δη１＝Δη−１＝Δη０＝０．１で、
【００８８】
【数３０】
2008511019.tif 000035
η０〜＝０．２のターゲット回折効率を用いると、η１＝０．３９６、η−１＝０．２９６、η０＝０．１９８の回折効率が生じる。上述したＯＰＤ（ζ）の等式において、振幅及び位相は、次のようになる。
【００８９】
【表８】
2008511019.tif 000036
図１５は、該プロファイルの単一の周期を示し、この場合、垂直軸は、上記面によってもたらされる波のＯＰＤを示す。
【００９０】
この面は、ｍ＝０の次数を有し、有用なイメージも生成する三焦点レンズとして使用することができる。該レンズの位相関数は、３つの度数、すなわち、＋１Ｄ、０Ｄ及び−１Ｄを有するレンズをもたらす。λ０＝５５５ｎｍの設計波長であり、かつｎ＝１．４の屈折率である場合の、結果として生じる表面の凹形曲線を図１６に示す（３ｍｍのクリアな開口半径の場合）。
【００９１】
この実施例のこの正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、図６Ａ及び図６Ｂに関して上述したような三焦点レンズを形成するのに用いることができる。
（正弦波ハーモニックＷＳＤの実施例４）
先の３つの正弦波ハーモニックＷＳＤの実施例は、平坦な（平面の）基板上に実装した。また、屈折力を有する面、すなわち、湾曲面上で正弦波ハーモニック面を用いることも可能である。例えば、Ｐｌｅｎｓ＝−５Ｄの屈折力を有するレンズについて考察する。該レンズの厚さが十分に小さい場合、薄いレンズの式を該レンズの度数に用いることができる。すなわち、
【００９２】
【数３１】
2008511019.tif 000037
ただし、ｒ１及びｒ２は、該面の曲率半径である。ｒ２＝８ｍｍという値が選択され、ｎ＝１．４のままである場合、上記の等式は、本発明者等の−５Ｄの実施例のレンズの場合のｒ１を解くのに用いることができ、ｒ１＝８．８８９ｍｍである。ｒ１に対して−５Ｄの基本屈折度数で正弦波ハーモニックＷＳＤの実施例１に用いる面を適用すると、２つの度数、すなわち、−６Ｄ（−５  −１）及び−４Ｄ（−５  ＋１）を有する二焦点レンズが形成される。（小さな限定された厚さを有する）該レンズを図１７に示し、前面２４は、正弦波ハーモニックＷＳＤ構造であり、レンズボディ２５は、基本度数を与える屈折曲率で形成され、裏面２６は滑らかである。別法として、該裏面は、該ハーモニックＷＳＤ構造を有してもよく、該前面は滑らかである。この実施例においては、ＭＯＤ構造は必要ない。（調波の項を有する）面２４の凹形曲線を図１８に示す。該面上の余弦的変動は、正弦波ハーモニックＷＳＤの実施例１と同じであり（高さ約０．７５μｍ）、図１７に示すスケールでは見えない。
【００９３】
従って、多次数能力を実現するため、上記正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、上記レンズの付加度数を与え、ＭＯＤ構造または該レンズボディの屈折曲率のいずれかは、該レンズの基本度数を与える。さらに、該レンズの基本度数は、所望する場合には、ＭＯＤ構造と、該レンズボディの屈折曲率との組合せによって与えてもよい。
【００９４】
正弦波ハーモニック回折面を説明する際に、余弦項が示されているが、そのような項は、同等の面を定義するのに、正弦項であってもよく、あるいは、余弦項と正弦項の組合せでもよい。このことは、次の実施例ではっきり分かる。同じ振動数νの余弦及び正弦の合計を考察する。振幅は、ａｃ及びａｓであり、始点における位相は、φｃ及びφｓである。
【００９５】
【数３２】
2008511019.tif 000038
これは、振幅ａＨ及び位相φＨの場合の単一の余弦（または、正弦）の項と等しい。このことは、上記の式と、
【００９６】
【数３３】
2008511019.tif 000039
とを比較することによって理解することができる。ｃｏｓ（２πνｘ）及びｓｉｎ（２πνｘ）の係数を平均化すると、
【００９７】
【数３４】
2008511019.tif 000040
となる。（ａｃ、ａｓ、φｃ及びφｓがｘとは無関係であることを思い起こしていただきたい）。
【００９８】
ａＨ及びφＨを解くと（各等式を二乗して加えてａＨを見つけて、等式を割ってφＨを見つける。）
【００９９】
【数３５】
2008511019.tif 000041
すなわち、結果として生じる面が完全に同様である場合、余弦及び正弦の両方の項を用いることに対しては、利点はない。従って、上記正弦波ハーモニックＷＳＤ構造は、余弦および／または正弦の両方の項で表すことができるため、これまで、正弦波プロファイルのタイプまたはクラスと呼ばれる。
【０１００】
上記正弦波ハーモニック回折構造の実施例によって示されているように、該エッジは、とりわけ滑らかであり、その結果、このような構造は、滑らかなエッジが望ましい眼科用途（例えば、コンタクトレンズ）または非眼科用途に有用である。さらに、１つ以上の正弦波ハーモニック回折構造は、ＭＯＤ構造と共に、または、該ＭＯＤ構造を伴うことなく、および上記ボディに沿った屈折曲率を伴って、または伴わずに、光学要素の該ボディに設けることができる。
【０１０１】
上記説明から、視力矯正用の回折レンズ及びそのようなレンズを形成する方法が提供されることがはっきりと理解できるであろう。本発明に従って、本明細書に記載したレンズにおける変更及び変形例は、間違いなく当業者が思いつくであろう。従って、上記の説明は、例示的なものとして取扱い、限定的な意味で取扱うべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１Ａ】レンズの前面にＷＳＤ構造を、裏面にＭＯＤ構造を有する、本発明の第１の実施形態の多次数回折レンズの前面の平面図であり、前面のレンズ面上のＷＳＤ構造の環状領域を示す。
【図１Ｂ】レンズの前面にＷＳＤ構造を、裏面にＭＯＤ構造を有する、本発明の第１の実施形態の多次数回折レンズの裏面の平面図であり、裏面のレンズ面上のＭＯＤ構造の環状領域を示す。
【図１Ｃ】それぞれ前面及び裏面上のＷＳＤ構造及びＭＯＤ構造の側面プロファイルを示す、図１Ａ及び図１Ｂのレンズを介した断面図である。
【図１Ｄ】ＷＳＤ構造及びＭＯＤ構造が、それぞれ裏面及び前面上のプロファイルであり、図１Ａ及び図１Ｂが、この代替的なレンズの裏面及び前面の図を表す、第１の実施形態の代替的なレンズの断面図である。
【図２Ａ】滑らかな裏面を形成するために、レンズの裏面に一体化された光学要素の付加を伴う、図１Ｃのレンズの断面図である。
【図２Ｂ】滑らかな裏面を形成するために、レンズの裏面に一体化された光学要素の付加を伴う、図１Ｄのレンズの断面図である。
【図３Ａ】滑らかな前面を形成するために、レンズの前面に一体化された光学要素の付加を伴う、図１Ｃのレンズの断面図である。
【図３Ｂ】滑らかな前面を形成するために、レンズの前面に一体化された光学要素の付加を伴う、図１Ｄのレンズの断面図である。
【図４Ａ】滑らかな前面及び裏面を形成するために、レンズの前面及び裏面に一体化された光学要素の付加を伴う、図１Ｃのレンズの断面図である。
【図４Ｂ】滑らかな前面及び裏面を形成するために、レンズの前面及び裏面に一体化された光学要素の付加を伴う、図１Ｄの断面図である。
【図５Ａ】二焦点用途の場合の、本発明のレンズの実施例の場合の光線図である。
【図５Ｂ】二焦点用途の場合の、本発明のレンズの実施例の場合の光線図である。
【図５Ｃ】二焦点用途の場合の、本発明のレンズの実施例の場合の光線図である。
【図５Ｄ】二焦点用途の場合の、本発明のレンズの実施例の場合の光線図である。
【図５Ｅ】二焦点用途の場合の、本発明のレンズの実施例の場合の光線図である。
【図５Ｆ】二焦点用途の場合の、本発明のレンズの実施例の場合の光線図である。
【図６Ａ】三焦点用途の場合の、本発明のレンズの実施例に対する光線図である。
【図６Ｂ】三焦点用途の場合の、本発明のレンズの実施例に対する光線図である。
【図７】ＷＳＤ構造を伴う第１の面と、ＭＯＤ構造を伴う第２の面とを有し、レンズボディが、屈折力をレンズに与える曲率を有する、本発明の第２の実施形態の多次数回折レンズの断面図である。
【図８Ａ】ＷＳＤ構造とＭＯＤ構造とが、レンズの前面に沿って単一のプロファイルに結合され、裏面が回折構造を有していない、本発明の第３の実施形態の多次数回折レンズの断面図である。
【図８Ｂ】ＷＳＤ構造とＭＯＤ構造とが、レンズの裏面に沿って単一のプロファイルに結合され、前面が回折構造を有していない、本発明の代替的な第３の実施形態の多次数回折レンズの断面図である。
【図８Ｃ】滑らかな裏面を形成するために、レンズの裏面に一体化された光学要素の付加を伴う、図８Ｂのレンズの断面図である。
【図９】レンズの裏面に沿って単一の回折構造に結合されたＷＳＤ構造及びＭＯＤ構造を有し、レンズボディが、レンズに屈折力を与える曲率を有し、滑らかな前面を形成するために、光学要素が、レンズの前面に一体化されている、本発明の第４の実施形態の多次数回折レンズの断面図である。
【図１０Ａ】連続する滑らかに変化するプロファイルを有する正弦波ハーモニックＷＳＤ構造がレンズの裏面に設けられている、図１Ａ及び図１Ｂと同様の多次数回折レンズの前面の平面図である。
【図１０Ｂ】連続する滑らかに変化するプロファイルを有する正弦波ハーモニックＷＳＤ構造がレンズの裏面に設けられている、図１Ａ及び図１Ｂと同様の多次数回折レンズの裏面の平面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａ及び図１０Ｂのレンズを介した断面図である。
【図１１】本発明のレンズのＷＳＤ構造の場合の、正弦波ハーモニック回折面の第１の実施例の期間０〜期間１の波の光路差（ＯＰＤ）のグラフである。
【図１２】鋭くない、すなわち、実質的に滑らかなエッジと、表面上のプロファイルの周期性とを示す、正弦波ハーモニック回折面の第１の実施例の表面曲率（凹形曲線）対半径方向位置の実施例のグラフである。
【図１３】本発明のレンズのＷＳＤ構造のための正弦波ハーモニック回折面の第２の実施例の場合の、図１１と同様のグラフである。
【図１４】本発明のレンズのＷＳＤ構造のための正弦波ハーモニック回折面の第２の実施例の場合の、図１２と同様のグラフである。
【図１５】本発明のレンズのＷＳＤ構造のための正弦波ハーモニック回折面の第２の実施例の場合の、図１１と同様のグラフである。
【図１６】本発明のレンズのＷＳＤ構造のための正弦波ハーモニック回折面の第２の実施例の場合の、図１２と同様のグラフである。
【図１７】湾曲面の場合の正弦波ハーモニック回折面の実施例を有するレンズの断面図である。
【図１８】図１６の湾曲面に沿った正弦波ハーモニック回折面の第４の実施例の場合の、表面曲率（凹形曲線）対半径方向位置のグラフである。
【図１Ａ】
2008511019.tif 000046
【図１Ｂ】
2008511019.tif 000047
【図１Ｃ】
2008511019.tif 000048
【図１Ｄ】
2008511019.tif 000049
【図２Ａ】
2008511019.tif 000050
【図２Ｂ】
2008511019.tif 000051
【図３Ａ】
2008511019.tif 000052
【図３Ｂ】
2008511019.tif 000053
【図４Ａ】
2008511019.tif 000054
【図４Ｂ】
2008511019.tif 000055
【図５Ａ】
2008511019.tif 000056
【図５Ｂ】
2008511019.tif 000057
【図５Ｃ】
2008511019.tif 000058
【図５Ｄ】
2008511019.tif 000059
【図５Ｅ】
2008511019.tif 000060
【図５Ｆ】
2008511019.tif 000061
【図６Ａ】
2008511019.tif 000062
【図６Ｂ】
2008511019.tif 000063
【図７】
2008511019.tif 000064
【図８Ａ】
2008511019.tif 000065
【図８Ｂ】
2008511019.tif 000066
【図８Ｃ】
2008511019.tif 000067
【図９】
2008511019.tif 000068
【図１０Ａ】
2008511019.tif 000069
【図１０Ｂ】
2008511019.tif 000070
【図１０Ｃ】
2008511019.tif 000071
【図１１】
2008511019.tif 000072
【図１２】
2008511019.tif 000073
【図１３】
2008511019.tif 000074
【図１４】
2008511019.tif 000075
【図１５】
2008511019.tif 000076
【図１６】
2008511019.tif 000077
【図１７】
2008511019.tif 000078
【図１８】
2008511019.tif 000079
【国際調査報告】
2008511019.tif 000080