ДИФРАКЦИОННАЯ ТРИФОКАЛЬНАЯ ЛИНЗА
DIFFRACTIVE TRIFOCAL LENS

Родственные заявки
Данная заявка истребует приоритет по промежуточной заявке на патент США №61/207409, поданной 12 февраля 2009 г., включенной сюда в полном объеме путем ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение касается в целом области дифракционной оптики и офтальмологии, а более конкретно - конструкции и изготовления коррегирующих мультифокальных интраокулярных или контактных линз, которые могут применяться для коррекции пресбиопии.
Уровень техники
Бифокальные и трифокальные контактные линзы обычно применяют для коррекции пресбиопии - состояния, при котором глаз демонстрирует прогрессирующее ослабление способности фокусироваться на расположенных вблизи объектах. У людей пресбиопия наступает как следствие возраста, и ее действие обычно становится заметным, начиная приблизительно с 40-45 лет, когда они обнаруживают, что для чтения им нужны очки. Те из страдающих пресбиопией людей, которые носят коррегирующие линзы, могут обнаружить в этом случае, что они нуждаются в двух отдельных назначениях (желательно, выполненных в одной и той же бифокальной линзе): в одном для чтения (ближнее зрение), а в другом для вождения (дальнее зрение). Трифокальная линза также улучшает зрение на промежуточных расстояниях, например при работе на компьютере. Интраокулярная линза (ИОЛ) представляет собой искусственную заменяющую линзу, которую можно использовать в качестве альтернативы контактной линзе или очкам. ИОЛ часто имплантируют вместо естественного глазного хрусталика в процессе хирургической операции по лечению катаракты. Интраокулярная линза (ИОЛ) - это искусственная линза, которую имплантируют в роговую оболочку глаза.
Традиционная коррегирующая оптика обычно представлена рефракционными линзами, действие которых состоит в том, что они преломляют и фокусируют световые лучи, отраженные от объекта, для того, чтобы сформировать сфокусированное изображение объекта на сетчатке. Преломление световых лучей подчиняется закону Снеллиуса, который описывает степень преломления световых лучей при пересечении границы двух материалов с различными показателями преломления.
Дифракционные линзы имеют повторяющуюся структуру, которую можно сформировать в поверхности оптического элемента с помощью такой технологии изготовления, как, например, проточка поверхности на станке, который может быть оснащен режущей головкой, изготовленной из твердого минерала, такого как алмаз или сапфир; прямым нанесением дифракционной структуры с помощью пучка высокой энергии, такого как лазерный пучок или электронный пучок, или подобным способом абляции поверхности; путем травления поверхности в процессе фотолитографического нанесения дифракционной структуры; или отливкой поверхности в форму. Дифракционная структура в типичном случае представляет собой ряд концентрических кольцевых зон, при этом ширина зон последовательно уменьшается от центра к краю линзы. Между центром и краем линзы может располагаться, например, 20-30 зон. Профиль поверхности внутри каждой зоны в типичном случае представляет собой плавно меняющуюся функцию, например дугу, параболу или прямую линию. На наружном крае каждой зоны вертикальный профиль поверхности имеет отчетливую ступеньку, высота ступеньки обычно составляет приблизительно 0,5-3 микрона. Полученная в результате структура поверхности действует как дифракционная решетка с круговой симметрией, рассеивающая свет на множество дифракционных порядков, при этом полученные дифракционные порядки имеют последовательные номера: ноль, один, два и так далее.
«Дифракционной эффективностью» называют процентную долю энергии падающего света, направленную в каждый из дифракционных порядков, составляющих дифракционную картину в фокальной плоскости. Если зоны имеют равные площади поверхности и являются радиально симметричными, то они фокусируют свет различных дифракционных порядков на оптическую ось линзы, при этом каждый дифракционный порядок имеет свои отличающиеся фокусные точки. Таким образом, дифракционная линза работает как мультифокальная линза, имеющая множество отдельных фокусов. Например, дифракционная бифокальная линза одновременно формирует на сетчатке четкие изображения объектов, расположенных на двух различных расстояниях, а также два соответствующих не сфокусированных изображения. Система зрения человека обладает способностью выбирать нужное из различных изображений на сетчатке, тем самым обеспечивая возможность одновременного многофокального зрения при помощи одной дифракционной линзы.
Дифракционные линзы можно применять как контактные линзы или как ИОЛ для коррекции пресбиопии. В таком варианте применения линза содержит одну рефракционную поверхность и одну дифракционную поверхность. На практике энергия света, проходящего через дифракционную линзу, обычно концентрируется в одном, двух или трех дифракционных порядках, а доля световой энергии в остальных дифракционных порядках будет незначительной. Например, в варианте с дифракционными коррегирующими линзами высокая дифракционная эффективность нулевого порядка означает более высокую степень улучшения зрения на больших расстояниях. Величина световой энергии, направляемой в каждый дифракционный порядок, продиктована значениями высоты ступенек этих зон. Разработчик линзы, определяя параметры структуры дифракционной поверхности бифокальной линзы, может выбрать такие значения высоты ступенек, которые приведут, например, к тому, что скачок фазы между соседними зонами будет составлять половину длины волны, в результате чего приблизительно 40% падающего света направляется в нулевой дифракционный порядок, соответствующий дальнему зрению, и 40% в положительный первый дифракционный порядок, соответствующий ближнему зрению. Остальные 20% падающего света в традиционной бифокальной линзе направляются в другие дифракционные порядки, не имеющие значения для зрения.
В существующих видах многофокальных интраокулярных или контактных линз используются либо рефракционная оптика, комбинация рефракционного/дифракционного дизайнов, либо дифракционные линзы, направляющие свет в один дифракционный порядок. Например, в патенте США №5344447 на имя Свенсона (Swanson) описана конструкция трифокальной ИОЛ, улучшающая дальнее зрение при помощи комбинированной линзы, имеющей рефракционную поверхность и дифракционную поверхность. Каждая дифракционная зона в этом случае соответствует двухуровневой ступеньке. Эта линза распределяет свет приблизительно поровну между первым положительным, нулевым и первым отрицательным порядками. Однако недостаток такой конфигурации состоит в том, что в другие более высокие дифракционные порядки направляется избыточное количество света, что снижает качество зрения. Более того, эта конфигурация делает менее предсказуемой оптическую силу базовой несущей линзы, поскольку зрение на дальнее расстояние продиктовано комбинацией преломляющей способности линзы и дифракционной мощности минус первого дифракционного порядка. Ни в одном из существующих альтернативных вариантов не удалось направить достаточно света в дифракционный порядок, соответствующий промежуточному фокусному расстоянию, а следовательно, трифокальным ИОЛ не удается одинаково хорошо работать по всему диапазону фокусных расстояний. Например, в патенте США №7441894 на имя Чжана и др. (Zhang et al.) раскрыта трифокальная интраокулярная линза, имеющая дифракционные зоны различной площади, способная направлять приблизительно 25-28% падающего света в ближний или дальний фокусы, но только 10% падающего света направляется в промежуточный фокус.
Сущность изобретения
Раскрыта дифракционная мультифокальная линза, содержащая оптический элемент, имеющий, по крайней мере, одну дифракционную поверхность, поверхностный профиль которой содержит множество концентрических кольцевых зон. Оптическая толщина радиального профиля поверхности монотонно изменяется в пределах каждой зоны. На внешнем краю каждой зоны имеется отчетливый скачок оптической толщины, величина которого называется «высотой ступеньки». В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения у соседних зон значения высоты ступенек не равны друг другу), а отличаются от зоны к зоне по периодическому закону таким образом, чтобы сформировать дифракционную эффективность дифракционных порядков данного оптического элемента. Особенно важно увеличить эффективность, по крайней мере, второго дифракционного порядка оптического элемента, отвечающего в трифокальной линзе за зрение на среднем расстоянии.
В одном варианте трифокальной линзы высота ступеньки поочередно изменяется между двумя значениями, при этом у четных номеров высота ступеньки ниже, чем у нечетных номеров. В альтернативных вариантах осуществления высота ступенек с четными номерами может быть выше, чем у ступенек с нечетными номерами, или же высоты идущих последовательно ступенек могут изменяться в пределах трех или большего количества значений. Еще в одном варианте осуществления значение высоты ступеньки постепенно изменяется от центра к краю линзы. Согласно одному такому варианту центр линзы является трифокальным, но по мере продвижения к краю линзы она становится все более бифокальной. С помощью моделирования и нанесения топографического представления дифракционных эффективностей, полученных в результате действия такого профиля поверхности, такие размерные параметры, как значения высоты ступеньки, можно выбирать так, чтобы добиться направления желаемой доли световой энергии в определенные дифракционные порядки, тем самым оптимизируя работу мультифокальной линзы на дальнем, среднем и ближнем расстоянии.
Следует понимать, что это краткое изложение сущности изобретения служит для получения общего представления о том, что изложено в подробном описании и на прилагающихся чертежах и не предназначено ограничивать объем настоящего изобретения. Цели, особенности и преимущества настоящего изобретения можно легко понять, рассмотрев поданное ниже подробное описание в совокупности с прилагающимися чертежами.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показана имеющаяся в продаже дифракционная бифокальная интраокулярная линза традиционной конструкции.
Фиг.2 - увеличенный вид поверхности центральной зоны традиционной дифракционной бифокальной интраокулярной линзы, показанной на Фиг.1, при этом центр линзы расположен в нижнем правом углу чертежа.
Фиг.3 - график изменения оптической фазы, вносимого традиционной бифокальной дифракционной линзой, как функции радиуса по пяти зонам линзы, показывающий в целом одинаковые высоты ступенек.
Фиг.4 - вид в разрезе радиального профиля поверхности для дифракционной структуры согласно предпочтительному варианту осуществления новой трифокальной дифракционной линзы, демонстрирующий два разных значения высоты ступеньки.
Фиг.5 - график изменения оптической фазы, вносимого дифракционной структурой, показанной на Фиг.4, как функции радиуса по пяти зонам линзы, демонстрирующий соответственно изменяющиеся высоты ступенек.
Фиг.6 - ряд выполненных компьютером двумерных топографических диаграмм, показывающих дифракционные эффективности, достигнутые в результате различного выбора значений высоты ступеньки в профиле оптической фазы по Фиг.5.
Фиг.7 - график изменения оптической фазы, вносимого градуированной трифокальной/бифокальной дифракционной структурой, имеющей соответственно изменяющиеся высоты ступенек, как функции радиуса.
Подробное описание настоящего изобретения
Настоящее изобретение можно легко понять, рассмотрев поданное ниже подробное описание в совокупности с прилагающимися чертежами. При составлении этого описания подобным конструктивным элементам были присвоены подобные числовые условные обозначения. В поданном ниже описании имеется много подробностей, приведенных для понимания раскрываемых вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако рассмотрев данное описание, квалифицированный специалист в данной области поймет, что не все раскрытые подробности могут потребоваться для применения настоящего изобретения и что можно разработать альтернативные варианты осуществления, не выходя за рамки принципов настоящего изобретения.

На Фиг.1 показана существующая дифракционная бифокальная интраокулярная линза 100. На рынке линза 100 известна как линзовый имплантат ReSTOR, поставляемый компанией Alcon Laboratories, Inc. Форт-Уэрт, штат Техас (Fort Worth, Texas). Этот линзовый имплантат имеет пару удлинений 101, соединенных с центральным оптическим элементом, имеющим, по крайней мере, одну оптическую поверхность 102, на которой по радиальным зонам сформирован профиль дифракционной структуры. На Фиг.2 показана оптическая поверхность 102 в увеличенном виде, при этом в целом радиально симметричная структура профиля поверхности последовательности концентрических кольцевых зон 104 характеризуется наличием на внешнем краю каждой зоны отчетливой ступеньки 106 с высотой ступеньки 108. Ширина зон 104 в целом уменьшается от центра к краю линзы 100, таким образом ширина центральной зоны 110 может быть значительно шире, чем ширина крайней зоны 112. Различная ширина зон в оптимальном варианте позволяет им иметь равные площади поверхности. В целом, если высота ступеньки 108 вносит задержку фазы величиной 2π, то в результате получается линза с одной оптической силой, т.е. линза будет иметь один фокус; если высота ступеньки 108 вносит задержку фазы, не кратную 2π, то в результате будет получена бифокальная линза.
На Фиг.3 показан радиальный профиль 120 изменения оптической фазы, испытываемого падающей световой волной при ее прохождении через дифракционную линзу 100. Радиальный профиль 120 может быть получен действием дифракционных структур, обычно имеющих пилообразные элементы, или путем варьирования показателя преломления материала линзы. Зависимость изменения фазы Ф(r) от радиуса дается следующим выражением:
o
o
о
где λ - это расчетная длина волны, т.е., длина волны, при которой на границе каждой зоны происходит скачок фазы на 2π; n - показатель преломления материала линзы; F - фокусное расстояние в том случае, когда длина волны освещения λ=λ, n' - показатель преломления материала, окружающего линзу; и р - это целое число, представляющее максимальную фазовую модуляцию умножением на 2π. Поперечное сечение реальной оптической поверхности, соответствующей концентрическим областям 104, показанным на Фиг.2, соотносится с радиальным профилем изменения фазы. Соответствующая максимальная высота рельефа оптической поверхности 102 дается выражением
и в типичном случае составляет приблизительно 5 микрон.
Как показано на Фиг.3, элементы радиального профиля фазы 120 имеют пилообразную форму 122, характеризующуюся острыми пиками, имеющими передний фронт 124, поднимающийся от первого значения 125, нормализованного к нулю, постепенно к пиковому значению 126, а также задний фронт 128, который резко падает от пикового значения 126 к начальному значению высоты 125. Ширина центрального кольца 110 соответствует радиусу первого пика, а ширина крайнего кольца 112 соответствует расстоянию между четвертым и пятым пиками в этом примере, при этом пиковые значения 126 ассоциируются с практически равными высотами ступенек. Радиальный профиль фазы по Фиг.3 получен за счет профиля поверхности, элементы которого имеют подобную пилообразную форму 122. Существующие бифокальные интраокулярные линзы 100 в этой конфигурации в типичном случае имеют дифракционную эффективность величиной 40% в нулевом и первом дифракционных порядках (соответственно, дальние и ближние расстояния) и значительно меньшие значения дифракционной эффективности для более высоких дифракционных порядков. В результате этого улучшается зрение на дальнем и ближнем расстояниях, но зрение на среднем расстоянии ограничено.
На Фиг.4 показан в разрезе физический профиль поверхности 130 дифракционной структуры, созданной в верхней оптической поверхности 102 линзы согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения. Нижняя поверхность линзы 134 представляет собой рефракционную поверхность. Радиальная ширина каждой дифракционной кольцевой зоны 104 уменьшается от центра линзы к краю линзы, что позволяет получить одинаковые площади поверхности дифракционных зон. Высота ступеньки между каждыми двумя зонами поочередно меняется между двумя значениями, начиная с большей высоты ступеньки 136 на переходе между центральной зоной и первой кольцевой зоной. Меньшее значение высоты ступеньки 138 характеризует переход между первой и второй зонами. Такое чередование высоты ступеньки повторяется до самого края линзы.
На Фиг.5 показан радиальный профиль 140 изменения оптической фазы Ф(г), которое испытывает падающая световая волна при прохождении через усовершенствованную дифракционную трифокальную линзу, имеющую профиль поверхности, показанный на Фиг.4. Элементы радиального профиля 140 имеют пилообразную форму 141, подобную пилообразной форме 122, при этом каждая из концентрических зон расположена на том же радиусе, но не все ступеньки имеют одинаковую высоту. Вместо предыдущей картины здесь наблюдается первый набор пиков 142 с большей высотой ступеньки 144, чередующихся с пиками второго набора 146 с меньшей высотой ступеньки 148. Эти характеристики фазового профиля соответствуют высотам ступенек профиля поверхности 136 и 138 соответственно. Путем чередования высоты ступенек энергию падающего света можно направлять на дифракционные порядки, соответствующие зрению на дальнее, среднее и ближнее расстояния. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения ступеньки с нечетными номерами имеют большую высоту, чем ступеньки с четными номерами, хотя в альтернативных вариантах осуществления возможно обратное чередование при сохранении той же методологии для оптимизации дизайна.
На Фиг.6 представлены девять выполненных компьютером топографических диаграмм А-1 дифракционных эффективностей для световой энергии, направляемой в нулевой, + первый и + второй дифракционные порядки. Эти дифракционные порядки представляют соответственно зрение на дальнем расстоянии 152, зрение на среднем расстоянии 154 и зрение на близком расстоянии 156 для дифракционной мультифокальной линзы, имеющей обобщенный пилообразный фазовый профиль, сопоставимый как с Фиг.3, так и с Фиг.5, при котором высота ступенек с нечетными номерами может отличаться от высоты ступенек с четными номерами.
m
m
m
m
2
Выражение для вычисления значений дифракционной эффективности для фазового профиля по Фиг.5 получено путем обобщения схемы, описанной в статье Факлиса и Морриса (Дин Факлис и Дж.Майкл Моррис «Спектральные свойства дифракционных линз с множеством порядков») (Dean Faklis and G. Michael Morris, "Spectral Properties of Multiorder Diffractive Lenses," Applied Optics, Vol.34, No. 14, May 10, 1995), разделы 1 и 2 которой включены сюда путем ссылки. Факлис и Моррис представляют значения дифракционной эффективности, важные для фазового профиля по Фиг.3, получив выражение дифракционной эффективности η, для m-го дифракционного порядка путем разложения функции передачи амплитуды в ряд Фурье и извлечения коэффициента Фурье c. Затем значение дифракционной эффективности η, получили как |c|. Для фазового профиля со ступеньками практически одинаковой высоты Факлис и Моррис показали, что выражение для дифракционной эффективности можно представить как
<mrow><msub><mi>η</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>[</mo><mi>π</mi></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mi>p</mi><mo>−</mo><mi>m</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>/</mo><mi>π</mi><msup><mrow><mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mi>p</mi><mo>−</mo><mi>m</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>.</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Обобщив это выражение, можно показать, что дифракционная эффективность m-го дифракционного порядка для фазового профиля по Фиг.5, имеющего два размерных параметра (например, чередующиеся значения высоты ступеньки) А1 и А2 будет представлена как
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>η</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>m</mi><mo>,</mo><mi>p</mi><mo>,</mo><mi>α</mi><mo>,</mo><mi>A</mi><mn>1,</mn><mi>A</mi><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>s</mi><mi>q</mi><mi>r</mi><mi>t</mi><msup><mrow><mo>{</mo><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>4</mn><mrow><mo>{</mo><mrow><mi>sin</mi><mi>c</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>m</mi><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>A</mi><mn>1</mn><mi>p</mi><mi>α</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mrow></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mn>2</mn><msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>m</mi></msup><mi>cos</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>π</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>A</mi><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>p</mi><mi>α</mi></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>sin</mi><mi>c</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>m</mi><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>A</mi><mn>1</mn><mi>p</mi><mi>α</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>sin</mi><mi>c</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>m</mi><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>A</mi><mn>1</mn><mi>p</mi><mi>α</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>sin</mi><mi>c</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>m</mi><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>A</mi><mn>2</mn><mi>p</mi><mi>α</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mi>sin</mi><mi>c</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>m</mi><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>A</mi><mn>2</mn><mi>p</mi><mi>α</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><mrow><mrow><mrow><msup><mrow /><mn>2</mn></msup></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
Аналогичные преобразования можно выполнить и для конструкции линзы, имеющей ступеньки с тремя или большим количеством значений высоты, получив в результате другое выражение, аналогичное (5) для конкретного описанного здесь варианта.
m
m
m
Представленные на Фиг.6 диаграммы A, D и G показывают график η для m=0, график η, для m=+1 показан на диаграммах В, Е и Н, а график η для m=+2 показан на диаграммах С, F и I. На каждой из девяти диаграмм горизонтальные оси 158 представляют значения высоты ступенек пиков профиля с четными номерами, нормализованные к 2π, а вертикальные оси 160 представляют значения высоты ступенек пиков профиля с четными номерами, нормализованные к 2π. Таким образом, каждая из девяти диаграмм представляет топографическую «карту», на которой можно найти интересующие точки, отмеченные значком «X», соответствующие вариантам различных конструкций дифракционных линз, продиктованным выбором высот ступеньки А1 и А2. Таким образом, эти карты показывают своей степенью относительного затемнения в интересующей точке количество энергии, направленной в каждую фокусную область для получения в разных долях зрения на далеком, среднем и близком расстояниях. Например, значения высоты ступеньки А1 и А2 можно выбрать такими, чтобы одинаково повысить дифракционную эффективность для всех трех фокусов или же их можно выбрать такими, чтобы дифракционная эффективность нулевого порядка была в два раза выше, чем у + первого и + второго порядков, что даст улучшение зрения на дальнем расстоянии за счет среднего расстояния. Наименее затемненные области на каждой диаграмме соответствуют дифракционной эффективности, равной 100%, а наиболее затемненные области на каждой диаграмме соответствуют дифракционной эффективности, равной 0%. (Подобный комплект диаграмм можно получить для линзы, имеющей три или большее число значений высоты ступеньки A1, A2 и A3 согласно соответствующему выражению, полученному аналогично способу, описанному выше для выражения (5)).
На топографических диаграммах А, В и С по Фиг.6 показан граничный случай, в котором значения высот как четных, так и нечетных ступенек, представленные переменными A1 и A2, установлены равными нулю, т.е., этот случай представляет отсутствие дифракционной структуры на поверхности, что практически означает рефракционную линзу. Нанесение точки с координатами (0,0) на каждой топографической диаграмме А, В и С дает знак "X" в левом нижнем углу топографического поля. На диаграмме А знак Х совпадает с ярким пятном, показывающим, что приблизительно 100% света направляется в нулевой «дифракционный порядок» (дальнее расстояние); на диаграммах В и С знак Х совпадает с темной областью, показывающей, что в первый и второй дифракционные порядки (среднее или близкое расстояние) практически не направляется свет, что вызвано отсутствием мультифокальной дифракционной структуры в этом варианте.
Топографические диаграммы D, Е и F на Фиг.6 иллюстрируют граничный случай, соответствующий традиционной бифокальной дифракционной линзе, профиль которой показан на Фиг.3, в которой значения высоты как четных, так и нечетных ступенек 126, представленные переменными A1 и A2, равняются 0,5*2π. Нанесение точки с координатами (0,5; 0,5) дает знак «X» вблизи центра каждой диаграммы. На диаграммах D и F знак Х совпадает с серой областью, показывающей, что практически равные части световой энергии направляются в нулевой и второй дифракционные порядки, соответствующие зрению на дальнем и ближнем расстояниях. На диаграмме Е знак Х совпадает с темной областью, показывающей, что практически 0% световой энергии направляется в первый дифракционный порядок, соответствующий зрению на среднем расстоянии.
Топографические диаграммы G, Н и I на Фиг.6 иллюстрируют предпочтительный вариант осуществления многоступенчатой дифракционной линзы, показанной на Фиг.5. В этом варианте для получения оптимальных результатов высотам нечетных ступенек 136 установлено значение 0,7*2π, а высотам четных ступенек 138 установлено значение 0,3*2π. Причину, по которой установлены эти значения высот, можно оценить, нанеся точку с координатами (0,3; 0,7) на каждую топографическую диаграмму G, Н и I, что дает знак "X" в верхнем левом квадранте каждой диаграммы. На каждой из диаграмм знак Х совпадает со светло-серой областью, соответствующее значение по градации серого показывает, что световая энергия поровну направляется в нулевой, первый и второй дифракционные порядки, в результате чего практически одинаково улучшается зрение на дальнем, среднем и ближнем расстояниях.
Вариант более сложной конструкции, для которой характерен постепенно снижающийся фазовый профиль, показанный на Фиг.7, содержит трифокальный участок в центре линзы, по мере продвижения к краю переходящий в бифокальную линзу. В соответствии с этим вариантом осуществления пара чередующихся значений высоты ступеньки монотонно снижается от первых установленных значений 166 и 168 в центре линзы до вторых установленных значений 170 и 172 на краю линзы. Например, значения высоты ступеньки А1 и А2 можно выбрать равными 0,3λ и 0,7λ в центре линзы, а на краю линзы - равными 0, IX и 0,45λ соответственно. Трифокальная линза, изготовленная в соответствии с такой конструкцией, позволит улучшить зрение на дальнем, среднем и близком расстоянии человеку с маленькими зрачками, улучшит зрение на дальнем и среднем расстоянии человеку с большими зрачками, постепенно ослабляя зрение на близком расстоянии для больших зрачков. Наглядно она позволит человеку в условиях яркой освещенности водить автомобиль, видеть монитор компьютера и читать, а в темных условиях, когда нет необходимости читать, она позволит этому человеку водить автомобиль и более отчетливо видеть приборную панель.
Хотя здесь были представлены и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, однако квалифицированные специалисты в данной области смогут увидеть широкое разнообразие альтернативных или эквивалентных вариантов осуществления или воплощения, рассчитанных для достижения таких же целей, которыми можно заменить представленные и описанные здесь варианты осуществления, не выходя из объема настоящего изобретения. Квалифицированные специалисты в данной области легко поймут, что варианты осуществления настоящего изобретения можно осуществить самыми разнообразными способами. Настоящая заявка имеет целью охватить любые адаптации и вариации описанных здесь вариантов осуществления.
Термины и выражения, приведенные в данном описании, используются здесь только для иллюстрации, но не для ограничения, и не имеется намерений использовать их для исключения полностью или частично эквивалентных вариантов, показанных, описанных здесь, при этом следует понимать, что объем настоящего изобретения определяется и ограничивается только поданной ниже формулой изобретения.