МУЛЬТИФОКАЛЬНАЯ ЛИНЗА
MULTIFOCAL LENS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к мультифокальной линзе с рефракционной фокальной точкой и дифракционной структурой, причем указанная структура в радиальном направлении линзы, нанесенная на квадратичный радиус, имеет периодический профиль, при этом в каждом периоде профиль имеет четыре примыкающих друг к другу участка, которые в местах их соединений не дифференцируемы.
Уровень техники
Мультифокальные интраокулярные или контактные линзы, т.е. линзы с несколькими фокальными точками, которые могут быть использованы, например, для зрения в ближней и дальней области (бифокальные) или для зрения в ближней, средней и дальней области (трифокальные), известны много десятилетий, и в них используются самые различные дифракционные структуры на одной рефракционной базовой линзе, для того чтобы дополнительно к рефракционной фокальной точке создать одну или несколько дифракционных фокальных точек.
Согласно патентным документам DE 202009018881 U1 и ЕР 2503962 В1 для получения двух дифракционных фокальных точек используют линзы с дифракционными структурами, профиль которых в каждом периоде имеет четыре поочередно монотонно возрастающих и монотонно спадающих участка, т.е. на каждый период приходится два максимума с острыми углами. Заявителем было выявлено, что нанесение таких структур на линзу приводит не только к многочисленным вершинам профиля, которые сложно изготовить, но и к субоптимальному распределению или субоптимальной световой отдаче интенсивностей светового излучения в полученной фокальной точке.
Раскрытие сущности изобретения
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованной линзы, которая бы преодолела указанные недостатки уровня техники.
Согласно изобретению данная цель достигнута линзой упомянутого вначале типа, в которой первый участок профиля монотонно убывает, а три прочих участка монотонно возрастают, или первый участок монотонно возрастает, а три прочих участка монотонно убывают, причем прочий участок, не граничащий с указанным первым участком, имеет  наклон, чем другие два прочих участка.
Посредством соответствующей изобретению структуры получают линзу, в которой фокальные точки, используемые для зрения в ближней, средней и дальней области, обладают увеличенным значением интенсивности по сравнению с уровнем техники. Для более точного рассмотрения проблемы ниже дифракционные фокальные точки "положительного" порядка определены как точки, расположенные между линзой и ее рефракционной фокальной точкой, а дифракционные фокальные точки "отрицательного" порядка определены как точки, расположенные на стороне рефракционной фокальной точки, направленной от указанной линзы.
Когда, например, рефракционная фокальная точка используется для зрения в дальней области, фокальная точка первого положительного порядка дифракционной структуры соответствует расстоянию для зрения в средней области, а фокальная точка второго положительного порядка дифракционной структуры соответствует расстоянию для зрения в ближней области. Соответствующие отрицательные фокальные точки дифракционной структуры в этом случае проецируются за сетчаткой пользователя линзы, вследствие чего они не используются пользователем и лишь ухудшают качество изображения.
В соответствующей изобретению линзе, наоборот, значения интенсивностей (исходно) отрицательных порядков преобразуются в значения интенсивностей используемых положительных порядков или нулевого (рефракционного) порядка, вследствие чего получают изображение, более цветонасыщенное и контрастное по сравнению с уровнем техники, поскольку используемые фокальные точки обладают  значениями интенсивностей.
Такие же преимущества получаются, если, например, в альтернативном варианте осуществления рефракционная фокальная точка используется для зрения в ближней области, фокальная точка первого отрицательного порядка дифракционной структуры соответствует расстоянию для зрения в средней области, а фокальная точка второго отрицательного порядка дифракционной структуры соответствует расстоянию для зрения в дальней области. В этом варианте осуществления положительные порядки дифракционных структур малоиспользуемы, поскольку они расположены перед фокальной точкой для зрения в ближней области, а порядки третьего отрицательного порядка совсем не используются, поскольку они фокусируются за сетчаткой. Согласно изобретению значения интенсивностей положительных порядков преобразуются в значения интенсивностей нулевого (рефракционного), отрицательного первого и отрицательного второго порядка, вследствие чего, по сравнению с уровнем техники, также получается повышенная светоотдача в используемых фокальных точках и, таким образом, более цветонасыщенное и контрастное изображение.
В каждом варианте осуществления соответствующая изобретению линза имеет, кроме того, значительное преимущество, заключающееся в том, дифракционная структура линза имеет только один максимум за период, и несмотря на это генерирует две дифракционные фокальные точки. Изготовление дифракционной структуры на линзе можно, таким образом, осуществлять значительно легче и с меньшим количеством брака, поскольку угол указанного максимума больше и, кроме того, встречается только один раз за период, т.е. в два раза реже, чем в дифракционных структурах из уровня техники, которые генерируют две дифракционные фокальные точки. Особенно на периферии линзы, на которой длины периодов становятся очень малыми, за счет ставшего возможным прецизионного изготовления можно достичь повышенной точности линзы, что, в свою очередь, приводит к более точному и контролируемому распределению света.
Рефракционная фокальная точка линзы, как уже рассматривалось выше, может использоваться для зрения либо в ближней области, либо в дальней области. Если рефракционная фокальная точка используются для зрения в дальней области, то предпочтителен тот вариант осуществления, в котором первый участок монотонно убывает, а три прочих участка монотонно возрастают. В качестве альтернативы рефракционная фокальная точка может использоваться для зрения в ближней области, причем тогда предпочтителен вариант, в котором первый участок монотонно возрастает, а три прочих участка монотонно убывают.
Участки, нанесенные на квадратичные радиус, предпочтительно являются линейными, т.е. они обеспечивают на линзе квадратично возрастающие или убывающие края. Это обеспечивает возможность простого вычисления контура интенсивности линзы. В качестве альтернативы указанные участки могут иметь индивидуальные контуры для адаптации к распределению интенсивности линзы.
В предпочтительном варианте осуществления указанный первый участок является, по существу, вертикальным. Независимо от этого прочий участок, не граничащий с первым участком, может быть также, по существу, вертикальным. Обе эти меры обеспечивают возможность очень простого примера профиля, поскольку тогда должен быть найден только лишь наклон двух участков. Это также облегчает изготовление линзы, поскольку вертикальный участок, нанесенный на квадрат радиуса, также обеспечивает вертикальный край на линзе.
Для упрощения вычисления профиля, а впоследствии также и изготовления линзы два участка, граничащие с первым участком и нанесенные на квадрат радиуса, могут иметь, по существу, одинаковый наклон.
2
2
2
2
В практическом варианте осуществления два участка, граничащие с первым участком и нанесенные на квадрат радиуса, имеют наклон от 1 мкм/мм до 10 мкм/мм. Далее, период профиля, нанесенного на квадрат радиуса, составляет от 0,5 мм до 1 мм, а глубина профиля - от 2 мкм до 10 мкм. Это приводит к получению линзы, фокальные точки для ближней и средней области которой лежат на требуемом удалении от пользователя.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение подробно разъяснено на примере вариантов осуществления, показанных на приложенных чертежах.
На фиг. 1 показана линза согласно изобретению на схематичном виде сверху;
На фиг. 2 показана линза с фиг. 1 на схематичном виде сбоку;
На фиг. 3 показана линза с фиг. 1 на увеличенном виде половины сечения;
На фиг. 4 показан профиль дифракционной структуры линзы с фиг. 1-3, нанесенный на квадрат радиуса линзы;
На фиг. 5 показано сравнение распределений интенсивности соответствующей изобретению линзы и линзы из уровня техники.
Осуществление изобретения
1
2
На фиг. 1 и 2 показана линза 1 с передней стороной 2, задней стороной 3 и оптической осью 4. Линза 1 имеет центральную зону Z и кольцевую зону Z, которые ниже будут раскрыты подробнее. Описываемая линза 1 используется, в частности, в качестве интраокулярной линзы или контактной линзы, однако также может использоваться в оптических приборах.
r
Линза 1 имеет лежащую на оптической оси 4 рефракционную фокальную точку F, которая может быть использована, как описано ниже, для зрения в дальней области или ближней области, и ниже также описывается как фокальная точка нулевого порядка. На передней стороне 2 или задней стороне 3 линзы 1 нанесена дифракционная структура 5 (см. фиг. 3 и 4), для того чтобы адаптировать линзу 1 для зрения как в ближней области, так в средней и дальней областях.
i
r
r
1
2
r
-1
-2
r
Дифракционная структура 5 генерирует множество расположенных на оптической оси 4 прочих фокальных точек F, i= …, -2, -1, 1, 2, …, которые распределены симметрично относительно рефракционной фокальной точки F, причем рефракционная фокальная точка F задана посредством формы линзы 1 независимо от нанесенной дифракционной структуры 5. Дифракционные фокальные точки F, F обозначены как фокальные точки положительного первого или второго порядка дифракционной структуры 5 и расположены на оптической оси 4 между линзой 1 и рефракционной фокальной точкой F. Дифракционные фокальные точки F, F обозначены как фокальные точки отрицательного первого или второго порядка дифракционной структуры 5 и расположены на стороне рефракционной фокальной точки F, направленной от линзы 1.
i
r
i
Несмотря на то, что (пространственное) распределение фокальных точек F симметрично относительно рефракционной фокальной точки F, распределение интенсивности, соответствующее фокальным точкам F, должно быть несимметричным. Так, в трифокальной линзе образуются, в частности, три наибольшие интенсивности, а именно для зрения в дальней, средней и ближней области. Этого достигают за счет выполнения дифракционной структуры 5 согласно фиг. 4.
2
2
Согласно фиг. 4 (ось абсцисс: квадрат радиуса r [мм]; ось ординат: глубина профиля Т [мкм]) дифракционная структура 5, нанесенная на квадрат радиуса r, в радиальном направлении r линзы 1 имеет периодический профиль, который в периоде p имеет четыре граничащих друг с другом отрезка 6, 7, 8, 9, которые в их местах 10, 11, 12, 13 соединения не дифференцируемы. Выражение "нанесенный на квадратичный радиус" для периодичности означает, что интервал p периода на линзе 1 уменьшается.
2
2
Период p в интраокулярной или контактной линзе может находиться, например, в диапазоне от 0,5 мм до 1 мм, а глубина Т профиля - в диапазоне от 2 мкм до 10 мкм.
В варианте осуществления с фиг. 4 произвольно выбранный "первый" участок профиля 5, в данном случае участок 9, монотонно убывает, а три прочих участка 6, 7, 8 указанного профиля монотонно возрастают. Термин "первый" в данном случае относится не к порядку следования участков 6-9, а используется исключительно для различения от трех прочих участков. Чередование участков 6-9 внутри периода р может быть, таким образом, выбрано или задано произвольно, вследствие чего, например, каждый из участков 6, 7, 8, 9 может быть выбран в качестве "начального" участка, или "первый" участок 9 необязательно расположен в начале периода р.
r
1
2
r
-1
-2
В показанном на фиг. 4 варианте осуществления рефракционная фокальная точка F рассчитана для зрения в дальней области, и в результате за счет трех монотонно возрастающих прочих участков 6, 7, 8 и одного монотонно убывающего первого участка 9 получаются две дифракционные фокальные точки F, F положительных порядков для зрения в ближней и средней области (см. фиг. 5). В качестве альтернативы рефракционная фокальная точка F также рассчитана, например, для зрения в ближней области, для чего используют три монотонно убывающих прочих участка 6, 7, 8 и один монотонно возрастающий первый участок 9, которые задают две дифракционные фокальные точки F, F отрицательных порядков для зрения в средней и дальней области (не показаны).
Тот прочий участок, который не граничит с первым участком 9, т.е. на фигуре 4 это средний прочий участок 7, имеет  наклон, чем другие два прочих участка 6, 8. Под термином "наклон" в данном случае понимают общий преодоленный подъем участка 6, 7, 8, 9, т.е. высоту подъема между начальной точкой участка 6, 7, 8 или 9 и конечной точкой того же участка 6, 7, 8 или 9.
2
Участки 6-9, нанесенные на квадрат радиуса r, могут быть линейными, вследствие чего монотонно возрастающий участок 6, 7, 8 образует на линзе 1 квадратично возрастающий с радиусом r край.
К тому же, согласно фиг. 4, первый участок 9 и прочий участок, не граничащий с первым участком 9, т.е. в данном случае средний прочий участок 7, по существу, вертикальны, т.е. они имеют наклон +/-∞. В качестве альтернативы эти два участка 7, 9 могут также иметь независимые друг от друга конечные наклоны (не показаны).
2
2
2
Те два прочих участка 6, 8, которые граничат с первым участком 9, нанесенные на квадрат радиуса r, имеют, по существу, одинаковый наклон. В интраокулярной или контактной линзе указанный наклон может находиться в диапазоне, например, от 1 мкм/мм до 10 мкм/мм. Оба участка 6, 8 также могут иметь отличные друг от друга наклоны (не показаны).
1
2
Дифракционная структура 5 может быть нанесена либо на всей поверхности стороны 2, 3 линзы 1, либо исключительно в центральной области Z, или кольцеобразной области Z, линзы 1, как показано на фиг. 1. В качестве альтернативы или в дополнение может быть выполнена аподизация структуры 5. Это означает, что глубина Т профиля структуры 5 уменьшается с возрастающим радиусом r линзы.
Для изготовления линзы 1 дифракционная структура 5 может быть нанесена непосредственно на линзовую заготовку, например посредством обточки на токарном станке. Однако линзовая заготовка может также представлять собой пригодный к обработке исходный материал для 3D-принтера, причем нанесение структуры на линзовую заготовку тогда осуществляют посредством 3D-печати мультифокальной линзы 1 из указанного исходного материала.
В качестве альтернативы дифракционную структуру 5 сначала наносят в виде негатива на формовую заготовку, например снова посредством токарного станка или 3D-принтера. Затем линзовый материал приводят в контакт с формовой заготовкой, для того чтобы таким образом изготовить мультифокальную линзу 1. Линзовый материал может быть уже, например, подготовлен в виде линзовой заготовки, на которой структуру 5 выштамповывают или чеканят посредством формовой заготовки в качестве штампа. В качестве альтернативы линзовый материал может находиться в жидком или вязком состоянии, причем его могут вылить на формовую заготовку, например в форму. Затем линзовый материал затвердевает, например, вследствие подведения света или тепла.
На фиг. 5 показано сравнение контура 14 интенсивности (показан сплошной линией) предложенной здесь линзы 1 с контуром 15 интенсивности (показан прерывистой линией) линзы из уровня техники (ось абсцисс: расстояние D до линзы [мм]; ось ординат: относительная интенсивность I [1]).
2
2
2
2
Используемая для этого сравнения линза 1 с предложенной в данном документе дифракционной структурой 5 имела период р, нанесенный на квадрат радиуса r, равный 0,65 мм, причем глубина Т профиля составляла 4,4 мкм. Два прочих участка 6, 8, граничащих с первым участком 9, нанесенные на квадрат радиуса r, имели наклон 4,3 мкм/мм.
В противоположность этому, сравниваемая линза из уровня техники имела периодический профиль, который в каждом периоде имел четыре участка, которые поочередно монотонно возрастали, убывали, возрастали и убывали.
r
-2
1
2
-2
Как следует из диаграммы на фиг. 5, получился схожий контур распределений интенсивности в области рефракционной фокальной точки F. Однако на фиг. 5 хорошо различимо, что линза 1 из уровня техники в области второй отрицательной фокальной точки F дифракционной структуры 5 имела большее значение интенсивности. В противоположность этому, в предложенной здесь линзе 1 неиспользуемые интенсивности отрицательных порядков сдвинуты в область используемых положительных порядков, как видно из явно увеличенных интенсивностей контура 10 в фокальных точках F и F, а также явно уменьшенной интенсивности контура 14 в фокальной точке F. Для пользователя раскрытой здесь линзы 1 изображение получается, таким образом, более цветонасыщенным и контрастным по сравнению с линзами из уровня техники.
Настоящее изобретение с учетом вышесказанного не ограничено представленными вариантами осуществления, а включает в себя все варианты, модификации и комбинации, возможные в рамках прилагаемой формулы изобретения.