專利名稱：眼鏡片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括一個衍射部分的眼鏡片，還涉及一種用于設(shè)計上述眼鏡片的方法。
背景技術(shù)：
通過眼睛的波前將這樣受眼睛光學(xué)部分的影響，以致例如將一種色差提供到波前上，原因是在眼睛的各光學(xué)部分中材料的折射率對不同的波長不同。這樣，具有不同波長的光將被折射不同的量，并且它們將落在視網(wǎng)膜上的不同地方，亦即不同顏色不能聚焦到同一點(diǎn)上。這叫做色差。
最近在校正眼睛的單色像差方面已有了很多研究。已經(jīng)揭示了當(dāng)在人的視覺系統(tǒng)中校正了所有的單色像差時，就暴露了眼睛的色差。因此，為了優(yōu)化眼睛的光學(xué)質(zhì)量，必須將單色像差和色差結(jié)合進(jìn)行校正?？梢詫⒀苌鋱D形構(gòu)造成能提供一種通過波前，上述波前具有與眼睛的色差符號相反的色差。因此，可以用一種衍射圖形對從眼的各光學(xué)部分加到波前上的色差進(jìn)行校正。色差的某種背景理論可以在，例如由DavidA.Atchison和Geoyge Smith所著的“Optics of the Human Eyes”的第17章中找到。衍射圖形的理論背景可以在Allen L.Cohen的“Practical design of a bifocalhologram contact lens or intraocular lens”，Applied Optics 31(19)(1992)中找到。從例如美國專利5,895,422，5,117,306和5,895,422中可知一些眼鏡片，這些眼鏡片在至少一個表面上包括一個用于校正色差的衍射圖形。然而，這些鏡片不能補(bǔ)償由眼表面所提供的其它色差。在SE 0000614-4中，設(shè)計了一些非球面透鏡來補(bǔ)償球面像差。在某些應(yīng)用中，這些透鏡將使眼睛的色差增加。因此，需要一種用于校正折射誤差，同時也可以校正單色差和色差的鏡片。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是改善患者的視覺質(zhì)量。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種眼鏡片，它能校正色差和至少一種類型單色差。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種眼鏡片，它能校正色差和球面像差二者。
本發(fā)明還有另一個目的是校正如第11歸一化的Zernike項(xiàng)所表示的球面像差。
本發(fā)明還有另一個目的是提供一種能校正球面像差的非球面透鏡，上述非球面透鏡具有一個衍射部分，所述衍射部分將折射率加到透鏡上并對由眼的光學(xué)表面和由非球面透鏡表面所引起的色差提供補(bǔ)償。在本文中，術(shù)語非球面的將指旋轉(zhuǎn)式對稱，不對稱和/或不規(guī)則的表面，亦即所有與球面不同的表面。
這些目的通過一種如開始在“技術(shù)領(lǐng)域”部分中所述的鏡片達(dá)到，根據(jù)本發(fā)明，上述鏡片還包括一個折射部分，該折射部分包括至少一個表面，該鏡片被構(gòu)造成對于至少一種類型的由眼的光學(xué)部分至少其中之一所引起的單色差，至少部分地補(bǔ)償一個通過的波前。根據(jù)本發(fā)明，衍射部分能至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由眼的光學(xué)部分至少其中之一所引起的色差。上述折射和衍射部分在一起提供所需的透鏡光學(xué)本領(lǐng)。在本文中，“眼的光學(xué)部分”指對進(jìn)入光的折射有貢獻(xiàn)的眼睛的部分。眼的角膜及天然或植入的透鏡都是眼的光學(xué)部分。而且一些不均勻性，比如在玻璃體中的不均勻性也認(rèn)為是眼的光學(xué)部分。把衍射光學(xué)和折射光學(xué)結(jié)合起來的一種鏡片叫做混合元件。單色像差可以是，例如像散，慧形像差，球面像差，三葉形，四葉形或更高的像差項(xiàng)。
因而實(shí)現(xiàn)了一種眼鏡片，它能補(bǔ)償至少一種類型單色像差和補(bǔ)償由眼的各光學(xué)部分對一種通過的波前所引起的色差。
優(yōu)選的是，對于由透鏡折射部分所引起的色差，衍射部分也能至少部分地補(bǔ)償一種通過的波前。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所校正的單色像差是球面像差。
人們已經(jīng)很充分地了解了眼的縱向色差并且業(yè)已證明對不同物體具有很類似的值(Thibos等，“The chromatic eyea new reduced eye model ofocular chromatic aberration in humans”，Applied optic，31，3594-3600，(1992))。也已證明它隨著年齡增長而穩(wěn)定(Mordi等，“Influnce of ageon chromatic aberration of human eye”，Amer.J.Optom.Physiol.Opt.62，864-869(1985))。因而可以設(shè)計出一種校正眼的平均色差的眼鏡片。
衍射表面可以用它們所為的相位函數(shù)表征。這種相位函數(shù)描述當(dāng)一種射線通過衍射表面時加到所述射線上的附加相位。這種附加相位與射線撞擊表面處透鏡的半徑有關(guān)。對于徑向上對稱的衍射表面來說，這種函數(shù)可以用方程式1描述。
φ(r)=2πλ(DFO+DF1r+DF2r2+DF3r3+DF4r4+···)--(1)]]>式中r是徑向坐標(biāo)，λ是波長，及DFO，DF1等是多項(xiàng)式系數(shù)。
透鏡的衍射部分也可以將某種球面像差引入到一個通過的波前上。優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明，使衍射部分能補(bǔ)償一個通過波前的由透鏡衍射部分所引起的球面像差。因而，在波前通過眼的光學(xué)部分和上述透鏡之后，球面像差可以減少到最小。
為了補(bǔ)償球面像差，可以將一個具有方程2所描述的側(cè)向高度的非球面加到透鏡的衍射部分上。非球面可以構(gòu)造成能抵消由眼的光學(xué)部分和透鏡的衍射部分所引起的球面像差。眼的所有光學(xué)部分不一定都必需考慮。在一個實(shí)施例中，測量由眼角膜所引起的球面像差并且只補(bǔ)償由角膜所提供的球面像差和任選地還補(bǔ)償由透鏡衍射部分所引起的球面像差就足夠了。例如Zernike項(xiàng)可以用來描述眼的光學(xué)表面，并因此也可用來構(gòu)造透鏡的非球形表面，上述透鏡的非球形表面適合于補(bǔ)償球面像差。表1示出前15個歸一化的Zernike項(xiàng)和各項(xiàng)所表示的像差。球面像差是第11歸一化的Zernike項(xiàng)。適合于補(bǔ)償如在Zernike項(xiàng)中所表示的像差的透鏡的設(shè)計在瑞典專利申請SE0000614-4中更詳細(xì)地進(jìn)行了說明，此處作為參考。
z=(1R)*r21+1-(1R)2(cc+1)r2+ADr4+AEr6--(2)]]>式中R是透鏡的徑向坐標(biāo)，CC是錐形常數(shù)，AD和AE是多項(xiàng)式擴(kuò)張系數(shù)。
表1 透鏡的球面像差受透鏡的形狀因子影響。用一種平凸透鏡可以使球面折射透鏡的球面像差減至最小(Atchison D.A.，“Optical Design ofIntraocular lenses.IOn-axis Performance”，Optometry and VisionScience，66(8)，492-506(1989))。在本發(fā)明中，球面像差的校正量取決于透鏡的形狀因子。它也可以用一種能校正球面像差及色差的衍射圖形。這可以通過修改衍射輪廓相位函數(shù)較高階做到(較低階，或者關(guān)于r2的各項(xiàng)(方程1)，描述透鏡的近軸特性)。
非球形折射表面也可以校正另一些類型的單色像差。待校正的像差階越高，表面的形狀就變得越復(fù)雜。為了用一種非球形表面補(bǔ)償一般的像差，側(cè)向高度可以用方程式3描述，盡管也另可以用其它描述。
Z=Σi=1nzi]]>Zi＝(asi)xjyki＝1/2[(j+k)2+j+3k]式中asi是多項(xiàng)式的系數(shù)。
優(yōu)選的是眼鏡片與眼一起提供一種多色像質(zhì)，上述鏡片當(dāng)表示成MTF(50)(在每毫米50周下的調(diào)制傳遞函數(shù))時，至少比一種非球面透鏡高約40％，該非球面透鏡補(bǔ)償與本發(fā)明透鏡相同的球面像差而不補(bǔ)償色差。高的多色像質(zhì)值表明色差的量小，并且也表明單色像差的量小。
透鏡可以校正如在一種模型眼中所定義的球面像差和色差。眼的球面像差可以在零和1.5屈光度之間移動，而色差通常高達(dá)2.5屈光度(David A.Atchison和George Smith所著“Optics of the Human Eye”)。
合適地，衍射部分是一種衍射表面輪廓。這種衍射表面輪廓由許多同心的環(huán)組成。各環(huán)之間的距離從透鏡的中心向外逐漸減小。兩個環(huán)之間的距離叫做環(huán)帶。第一環(huán)帶的寬度是一個限定所有其它環(huán)帶的常數(shù)。有關(guān)更多的背景技術(shù)，參見本申請第一頁所提到的Allen L.Cohen的文章。
在一個實(shí)施例中，輪廓高度等于一個設(shè)計波長。常常用550nm作為設(shè)計波長，因?yàn)檫@是視網(wǎng)膜靈敏度最大的波長。當(dāng)輪廓高度等于一個設(shè)計波長時，透鏡在其第一階中將具最大效果。在另一個實(shí)施例中，輪廓高度等于兩個設(shè)計波長，則透鏡將在其第二級中具有最大效果。見上述由Allen L.Cohen所寫的文章和美國專利5,895,422，5,117,306，5,895,422。輪廓高度可以是設(shè)計波長的任何整數(shù)倍。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，透鏡的前表面是一非球面，其上疊加一個衍射輪廓。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，透鏡的前表面是一非球面，而透鏡的后表面是平的并具有一衍射輪廓。其它一些組合也是可能的。例如，可以在前表面和后表面二者上設(shè)置一種衍射輪廓。前表面和后表面二者也可以是非球面的。技術(shù)人員可以很容易識別可供選擇的透鏡構(gòu)形，上述可供選擇的透鏡構(gòu)形將適合于設(shè)計本發(fā)明減少色差和單色像差的透鏡。
通過用如本文開始說明的方法也可以達(dá)到上述目的。該方法包括將透鏡的一個折射部分和一個衍射部分這樣組合，以便它們一起至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由眼的光學(xué)部分至少其中之一所引起的至少一種類型的單色像差和色差，同時確定上述折射和衍射部分的尺寸，以提供具有所需光學(xué)能力的透鏡。
在一個實(shí)施例中，方法還包括測量至少一種類型從眼的光學(xué)部分至少其中之一提供到波前上的單色像差，并將透鏡的折射和衍射部分這樣組合，以便它們至少部分地補(bǔ)償測得的單色像差。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，測得的單色像差是球面像差。
整個眼的球面像差可以用一種波前傳感器測量。如果只考慮角膜，則可以采用眾所周知的地形測量法。這種地形測量法在例如“Corneal waveaberration from videokeratographyaccuracy and limitations of theprocedure”，Antonio Guirao和Palbo Artal，J，Opt.Soc.Am.Opt.ImageSci.Vis.，Jun，17(6)，955-965(2000)中公開了。美國專利5,777,719(Williams等)中作了介紹了一種波前傳感器。
合適地，該方法還包括測量從眼的光學(xué)部分的至少其中之一提供到一個波前上的色差，并將透鏡的折射和衍射部分這樣組合，以便它們在一起至少部分地補(bǔ)償測一個通過波前的由眼的各光學(xué)部分至少其中之一所引起的色差。眼的色差可以用各種游標(biāo)法測量，例如與在Thibos等的“Theoryand measurement of ocular chromatic aberration”，Vision Rev.，30，33-49(1990)和Marcos等的Vision Research，39，4309-4323(1999)中所概述的方法類似的那些方法。一些可供選擇的用于測量色差的方法在由DavidA.Atchison和George Smith所著的教科書“Optics of the Human Eye”，中作了介紹，上述教科書由Butterworth-Heinemann出版，ISBN0-7506-3775-7。
優(yōu)選的是，該方法還包括測量眼的折射誤差并這樣給透鏡的折射和衍射部分定尺寸，以便它們在一起至少部分地補(bǔ)償眼的折射誤差。
利用這種設(shè)計眼鏡片的方法，則可以考慮并補(bǔ)償眼的色差，球面像差和折射誤差。將透鏡設(shè)計成具有一個折射部分和一個衍射部分，并將它們組合在一起，以便它們一起補(bǔ)償一個通過波前的由眼的各光學(xué)部分所引起的這些像差。
各種像差校正全都可以是全校正或部分校正。而且所有校正都可以基于眼的一個或多個部分的像差。校正也可以基于一定人群的平均值或是基于單個患者的測量值或是基于一個平均值和單個測量結(jié)果的組合。一定人群可以是特定年齡段的一群人或是，例如已有眼疾或做過角膜手術(shù)的一群人。對于色差，所有人的數(shù)值幾乎相同，因此，可以取所有種類人的平均值并校正透鏡中的這種色差。當(dāng)然，可以這樣校正球面像差，但在這種情況下，最好是選定一組人或甚至測量每個人的球面像差，因?yàn)榍蛎嫦癫钆c色差相比，不同眼之間有很大不同。
可以將眼鏡片構(gòu)造成一種有晶狀體或人工晶狀體的眼內(nèi)透鏡(IOL)，一種護(hù)目鏡或一種隱形眼鏡。在下面所所述的例子中，透鏡是人工晶狀體IOLs。下述示例透鏡中所用的材料是在美國專利5,444,106中所介紹的一種可折疊硅樹脂高折射率材料。然而，其它材料也可以用于這些透鏡。例如PMMAC(聚甲基丙烯酸甲酯)和水凝膠都是合適的材料。示例透鏡具有20D的光學(xué)能力。然而，透鏡可以設(shè)計成具有任何合適的其它光學(xué)能力。另外負(fù)透鏡也是可能的。
設(shè)計上述鏡片的方法包括以下步驟i)選擇一種眼模型，所述眼模型具有一預(yù)定光學(xué)能力和一個預(yù)定量的至少一種單色像差的折射非球面鏡片；ii)估計上述模型在不同波長下的光學(xué)能力，以便確定眼模型的色差；iii)估計光學(xué)能力如何隨波長而變的校正函數(shù)，以便是對上述眼模型色差是一種理想的補(bǔ)償；iv)求出一個光學(xué)能力如何隨波長而變的線性函數(shù)，上述線性函數(shù)合適近似上述校正函數(shù)；v)計算相應(yīng)于該線性函數(shù)的衍射輪廓的臨時環(huán)帶寬度，并計算該衍射輪廓的衍射能力；vi)將折射鏡片的折射率減少對衍射輪廓計算得的衍射能力的量。
vii)估計步驟iii)的一個新校正函數(shù)，求出步驟iv)的一個新線性函數(shù)，并對應(yīng)于該新線性函數(shù)的新衍射輪廓計算一個新的臨時環(huán)帶寬度；viii)這樣調(diào)節(jié)折射鏡片的折射率，以便一種混合透鏡的總光學(xué)能力等于預(yù)定的光學(xué)能力，上述混合透鏡包括折射眼鏡片和衍射輪廓二者，并適合于代替眼模型中的折射眼鏡片；ix)重復(fù)步驟vii)-viii)，直至找到混合鏡片折射和衍射部分合適組合時為止，該鏡片的折射和衍射部分二者為眼模型提供預(yù)定的光學(xué)能力和色差的合適減少。
合適的是，作為最后一個步驟，該方法包括測量眼和上述方法的混合鏡相結(jié)合的單色像差，并根據(jù)測量結(jié)果這樣校正鏡片的折射部分，以使單色像差對于眼和鏡片的結(jié)合充分減少。
可以使用的眼模型的實(shí)例之一是Navarro眼模型，但其它模型也可以。眼模型也可以是單個患者的單只眼睛。
在一個實(shí)施例中，折射鏡片中至少一種單色像差是球面像差。
根據(jù)本發(fā)明，可以有不同的透鏡設(shè)計的可能性。一種可能性是為每個人設(shè)計每個透鏡。這樣，測量患者眼的色差，球面像差和折射誤差，并根據(jù)上述方法，根據(jù)這些測量值設(shè)計透鏡。另一種可能性是利用從選定種類的人所得到的平均值來設(shè)計適合于幾乎所有屬于這類人的鏡片。這樣，可以為這些人群內(nèi)的患者設(shè)計具有不同光學(xué)能力但提供相同的球面像差和色差減少的透鏡。人群可以是，例如不同年齡的人群，或是已患有特定眼疾的人群，或是已經(jīng)進(jìn)行過角膜手術(shù)的人群。此外，可以提供一套透鏡，該套透鏡對每種光學(xué)能力都具有一個色差平均值并具有一個不同球面像差值范圍。由于在大多數(shù)的人眼中，色差都是大致相同，這可能是最好的。因而，有必要測量每只眼的折射誤差和球面像差，然后從這套透鏡中選定一個透鏡，以便遵守這些測量結(jié)果。
下面的實(shí)例只是作為例子給出，并且不打算用任何方式來限制本發(fā)明。


圖1是用于一個眼模型和一衍射透鏡的折射率和波長之間的關(guān)系；圖2示出了一種混合折射/衍射透鏡和兩種其它透鏡的多色調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)；圖3示出了具有兩個設(shè)計波長的輪廓高度的衍射透鏡的不同的衍射階之間的光分布，還示出了眼的光譜靈敏度。
圖4示出了用于圖3透鏡和兩種其它非衍射透鏡的包括第一和第三階級的多色調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)。
實(shí)施例的詳細(xì)說明下面說明一種眼內(nèi)透鏡(IOL)的兩個例子，上述眼內(nèi)透鏡(IOL)對球面像差和人工晶狀體眼的色差進(jìn)行校正。上述兩個例子采用一種非球面透鏡表面來校正球面像差，用一種衍射表面輪廓來校正色差。非球面透鏡表面校正眼表面的球面像差，以及由衍射透鏡輪廓所誘生的球面像差。
例2具有一個延伸的衍射表面輪廓。這類透鏡常常叫做超級環(huán)帶衍射透鏡，這類透鏡在J.C.Marron等的“Higher-Order Kinoforms”，Computerand optically formed holographic optics，I.Cindrich等編輯，proc.SPIE1211，62-66(1990)之中作了介紹。
下面根據(jù)取自文獻(xiàn)(Navarro等的“Accommodation dependent modelof the human eye with aspherics”JOSA A，2(8)，1273-1281(1985))及硅樹脂材料的數(shù)據(jù)，對該示例IOLs的構(gòu)形進(jìn)行充分說明。光學(xué)評價采用OSLO光學(xué)設(shè)計軟件(Lambda Research Corporation，Littleton，MA，USA)通過射線跟蹤進(jìn)行。
例1背景理論角膜和折射眼內(nèi)透鏡(IOL)二者都具有一個正色差，這意味著焦距隨波長而增加。衍射輪廓具有一個負(fù)色差。輪廓由多個環(huán)(帶)組成。對在第一衍射階中工作的衍射透鏡，透鏡光學(xué)能力可以用下式定義P=2*λw2]]>式中P是透鏡光學(xué)能力，λ是設(shè)計波長(m)和w是第一環(huán)帶的半寬(半徑)。
色差(CA)可以描述成CA=-∂P∂λ=-2w2]]>衍射透鏡光學(xué)能力與波長有線性關(guān)系。在折射系統(tǒng)中，折射透鏡光學(xué)能力和波長之間的關(guān)系一般不是線性。這在圖1中示出，圖1中示出了對一種眼模型和一種衍射透鏡，折射率和波長之間的關(guān)系。眼模型具有一非線性關(guān)系，衍射透鏡具有一線性關(guān)系。還示出了一條代表理想校正的曲線。因此，用衍射透鏡不能進(jìn)行完善的校正。不過，若用線性校正，則光學(xué)性能可以大為改善。
當(dāng)與一20屈光度的硅樹脂折射眼內(nèi)透鏡一起而不是與天然透鏡一起采用Navarro(1985)眼模型時，色差可以通過計算不同波長下眼模型的光學(xué)能力進(jìn)行估計。結(jié)果得到與圖1類似的曲線。為了確定衍射透鏡必須如何作用，通過理想校正曲線進(jìn)行線性擬合。結(jié)果是P＝-1.68107*λ+69.6P＝光學(xué)能力[l/m]λ＝波長[m]這給出了用于一色差校正透鏡的反射和衍射的IOL光學(xué)能力之間的一個比值
對具有折射IOL的眼模型A=-∂P∂λ=1.68·107]]>因此 (這里，λ是設(shè)計波長550nm)Pd＝IOL衍射光學(xué)能力由于衍射IOL光學(xué)能力是9.24屈光度，所以折射IOL光學(xué)能力必須減少相同的量。減少折射IOL光學(xué)能力將也減少眼模型的色差。實(shí)際上，通過一種迭代設(shè)計法必須在折射和衍射IOL光學(xué)能力之間找到平衡，其中衍射IOL光學(xué)能力將在0和9.24屈光度之間的某處。
透鏡說明該示例透鏡由硅樹脂材料制造。它的形狀是同等兩面凸的。透鏡的前表面包括一個非球面的折射透鏡，其上疊加一個衍射輪廓。衍射輪廓控制透鏡光學(xué)能力的41％(8.25D)，而非球面折射透鏡控制其余的59％(11.75D)。第一環(huán)帶的寬度是0.365mm，并且需要有67個環(huán)充滿6.0mmIOL鏡片。在透鏡的周邊，各衍射環(huán)帶彼此相距22微米。
將IOL對于Navarro(1985)眼模型進(jìn)行優(yōu)化。Navarro眼模型具有一非球面的角膜，并包括用于目眼介質(zhì)的色散。眼模型和透鏡的表面信息在表2中給出。所設(shè)計的透鏡與所選定的眼模型有關(guān)。必須注意，能夠用來自患者實(shí)際生理數(shù)據(jù)的其它眼模型設(shè)計透鏡。
*透鏡表面數(shù)據(jù)-具有一個IOL的Navarr01985

錐形和多項(xiàng)式非球面數(shù)據(jù)

*衍射表面數(shù)據(jù)(對稱衍射表面)

*波長

*折射率

表2透鏡的性能利用四個不連續(xù)的波長來評價包括折射/衍射IOL的眼模型。焦點(diǎn)定義為多色MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))在50周/mm處具有最大值的那點(diǎn)。多色MTF由所用的四個波長處的四個MTF的加權(quán)平均值確定。波長加權(quán)用在適光條件下，眼的標(biāo)準(zhǔn)亮度進(jìn)行，它代表視網(wǎng)膜對不同波長的相對靈敏度。
用于四個不同波長的實(shí)際后焦距(ABFL)表示在各焦點(diǎn)中存在色差，并通過定義表示縱向色差的量。計算是在5.0mm孔徑下進(jìn)行，以便使差別最大。從表3所示的這些數(shù)字，已經(jīng)可以得出結(jié)論，球面像差實(shí)際上被消除了，這由接近衍射限定的性能表示。對于色差來說，IOL被優(yōu)化了，但仍有一點(diǎn)遺留，如理論上已經(jīng)預(yù)期的那樣。
表3

對于一相應(yīng)的非球面折射設(shè)計，在沒有校正情況下，表4中的數(shù)字表明，在每個波長處，相對于球面折射IOL的MTF(50)，球面像差實(shí)際上得到了充分校正，并且MTF達(dá)到衍射極限。不同波長的焦點(diǎn)在一起不能很好地工作，因此，多色MTF比對衍射/折射IOL求得的MTF低。
表4

現(xiàn)在流行的球面透鏡給出低得多的值。相應(yīng)于這些透鏡的數(shù)字在表5中示出表5

這三種透鏡的多色調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)與衍射限一起在圖2中示出。
例2背景理論如果，例如由于制造的原因，而優(yōu)選一種具有較少的環(huán)且各環(huán)之間具有較大的距離的透鏡，則可以采用不同的梯級高度用于衍射輪廓。市場上可得到一種Pharmacia的衍射透鏡CeeOnTM811E，該透鏡具有一個4D衍射部分，環(huán)帶寬度為0.5mm，有32個環(huán)。
通過使各環(huán)的梯級高度加倍，以來實(shí)現(xiàn)一種各環(huán)之間具有與現(xiàn)有的811E相同間距的8.25D衍射透鏡。在梯級高度加倍的情況下，衍射透鏡將具有一個2λ的相突變，并因此在其第二階具有最大效率。對于一種8.25D透鏡，環(huán)帶寬度將是0.516mm，而對一個6mm的鏡片將需要33個環(huán)。各環(huán)(周邊)之間的最小距離是45微米。
示例透鏡由硅樹脂材料制造。它的形狀是平凸的。透鏡的前表面是非球面的。平的后表面具有一帶有相突變?yōu)槎难苌漭喞８鞑煌苌潆A之間的光分布在圖3中給出。從這個曲線圖我們可以看出，只有階1至3在可見光范圍內(nèi)有關(guān)。我們還可以看出，在475nm處有某種雙焦點(diǎn)性能，但眼睛對這個波長處的光很不敏感(正如由眼睛的光譜靈敏度表示的，也在圖3中示出)。
透鏡說明如在例1中那樣，衍射輪廓控制透鏡光學(xué)能力的41％(8.25D)，而非球面透鏡控制其余的59％(11.75D)。
對于Navarro(1985)眼模型，優(yōu)化了IOL。Navarro眼模型具有一非球面角膜并包括鏡片介質(zhì)的色散。眼模型和透鏡的表面信息在表6中給出。
表6*透鏡數(shù)據(jù)-具有-IOL的Navarro1985

*錐形和多項(xiàng)式非球面數(shù)據(jù)

*衍射表面數(shù)據(jù)

*波長

*折射率

透鏡性能采用與例1相同的波長并忽略衍射透鏡效率上的變化，則在50C/mm處的多色調(diào)制是0.81(極限＝0.90)，與例1中的透鏡相同。如果在計算中也包括衍射透鏡的第一和第三階，同時參考它們相應(yīng)的效率，則在50C/mm處的多色調(diào)制是0.79。
用于不同透鏡的包括第一和第三階的多色MTF在圖4中示出。
權(quán)利要求
1.一種眼鏡片包括一個衍射部分，其特征在于它還包括一個折射部分，所述折射部分包括至少一個表面，上述鏡片被構(gòu)造成至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的至少一種類型的單色像差，所述單色像差由眼睛光學(xué)部分的至少其中之一引起，上述衍射部分能至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由眼睛各光學(xué)部分的至少其中之一引起的色差，上述折射和衍射部分一起提供所需要的透鏡光學(xué)能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鏡片，其中所述衍射部分也能至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由透鏡折射部分所引起的色差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的鏡片，其中所述衍射部分還能至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的至少一種類型由透鏡衍射部分所引起的單色像差。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中上述鏡片被設(shè)計成至少部分地補(bǔ)償在單個患者眼中測得的單色像差和色差的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的鏡片，其中上述鏡片被設(shè)計成至少部分地補(bǔ)償通過測量一群人所確定的單色像差和/或色差的平均值。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中上述折射部分包括至少一個表面，上述鏡片被加工成能至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由眼睛各光學(xué)部分中至少一個及還任選地由鏡片的衍射部分所引起的球面像差。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中所述折射部分包括一個非球面，上述鏡片至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由眼睛各部分中至少一個及還任選地由鏡片的衍射部分所引起的球面像差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的鏡片，其中上述非球面能至少部分地補(bǔ)償如通過第11歸一化的Zernike項(xiàng)所表示的球面像差。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中所述鏡片與眼睛一起提供一種多色質(zhì)，當(dāng)表示成MTF(50)(在每毫米50周下的調(diào)制傳遞函數(shù))時，上述鏡片比一非球面透鏡的性能高至少約40％，所述非球面透鏡補(bǔ)償與本發(fā)明透鏡相同的球面像差但不補(bǔ)償色差。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中所述衍射部分是一種衍射表面輪廓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的鏡片，其中所述衍射表面輪廓由多個同心環(huán)組成。
12.根據(jù)要得要求11的鏡片，其中所述衍射表面輪廓的輪廓高度等于設(shè)計波長的整數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的鏡片，其中所述衍射表面輪廓的輪廓高度是一個設(shè)計波長。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中所述前表面是一非球面，其上疊加有上述衍射輪廓。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和14的鏡片，其中對一20D透鏡來說，所述衍射輪廓第一環(huán)帶的徑向?qū)挾仁?.365mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的鏡片，其中所述衍射表面輪廓的輪廓高度是兩個設(shè)計波長。
17.根據(jù)除權(quán)利要求14外的上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中所述鏡片的前表面是一非球面，所述透鏡的后表面是平的并具有一個衍射輪廓。
18.根據(jù)權(quán)利要求16和17的鏡片，其中對一20D透鏡來說，所述衍射輪廓第一環(huán)帶的徑向?qū)挾仁?.516mm。
19.根據(jù)除權(quán)利要求17之外的上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中所述鏡片的形狀是同等雙凸形。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-18之一的鏡片，其中鏡片形狀是平凸形。
21.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中鏡片材料是硅。
22.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的鏡片，其中鏡片材料是PMMA或一種水凝膠。
23.一種用于設(shè)計根據(jù)權(quán)利要求1-22之一的鏡片的方法，包括將鏡片的一個折射部分和一個衍射部分這樣組合，以便它們在一起至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的至少一種類型單色像差和由眼睛光學(xué)部分至少其中之一所引起的色差，同時將上述折射和衍射部分定尺寸，以便提供具有所需光學(xué)能力的透鏡。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，還包括以下步驟測量至少一種類型的單色像差，該單色像差是從眼睛的光學(xué)部分的至少其中之一提供到一個波前上的；及將所述鏡片的折射和衍射部分這樣組合，以使它們至少部分地補(bǔ)償測得的單色像差。
25.一種用于設(shè)計根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的鏡片的方法，還包括以下步驟測量從眼睛光學(xué)部分的其中之一提供到一個波前上的球面像差；將鏡片的折射部分和衍射部分這樣組合，以便它們一起至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的測得的由眼睛光學(xué)部分至少其中之一所引起的球面像差。
26.根據(jù)權(quán)利要求23-25之一的方法，包括測量從眼睛光學(xué)部分至少其中之一提供到一個波前上的色差，并將鏡片的折射和衍射部分這樣組合，以便它們一起至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的測得的由眼睛各光學(xué)部分至少其中之一所引起的色差。
27.根據(jù)權(quán)利要求23-25之一的方法，包括將鏡片的折射部分和衍射部分這樣組合，以便它們一起至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的一般人眼或一特定人群中眼的平均色差。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，包括將鏡片的折射和衍射部分這樣組合，以便它們一起至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的一般人眼或特定人群中眼的平均單色像差。
29.根據(jù)權(quán)利要求23-28之一的方法，包括將鏡片的折射和衍射部分這樣組合，以便衍射部分至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由透鏡的折射部分所引起的色差。
30.根據(jù)權(quán)利要求23-29之一的方法，包括將鏡片的折射部分和衍射部分這樣組合，以便折射部分至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由透鏡的衍射部分所引起的單色像差。
31.根據(jù)權(quán)利要求23-30之一的方法，包括測量眼的折射誤差及這樣給透鏡的折射和衍射部分定尺寸，以便它們一起至少部分地補(bǔ)償眼的折射誤差。
32.根據(jù)權(quán)利要求23-31之一的方法，包括為折射部分提供一非球面，上述折射部分至少部分地補(bǔ)償一個通過波前的由眼的光學(xué)部分的至少其中之一及還任選地由鏡片的衍射部分所引起的球面像差。
33.根據(jù)權(quán)利要求23-32之一的方法，包括為折射部分提供一非球面，上述折射部分至少部分地補(bǔ)償如第11歸一化的Zernike項(xiàng)所表示的球面像差。
34.根據(jù)權(quán)利要求23-33之一的方法，包括為鏡片提供一衍射表面輪廓。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，包括為衍射表面輪廓提供多個同心環(huán)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，包括為衍射表面輪廓提供一輪廓高度，上述輪廓高度等于設(shè)計波長的一個整數(shù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求23-36之一的方法，包括為鏡片的前表面提供一非球面折射透鏡并將一個衍射輪廓疊加在其上。
38.一種設(shè)計根據(jù)權(quán)利要求1-22之一所述的鏡片的方法，其特征在于以下步驟i)選擇一種眼模型，所述眼模型具有折射非球面眼鏡片，所述眼鏡片具有一預(yù)定折射率和預(yù)定量的至少一種單色像差；ii)估計上述模型在不同波長下的光學(xué)能力，以便確定眼模型的色差；iii)估計光學(xué)能力如何隨波長而變的校正函數(shù)，以便是對上述眼模型的色差的一種理想補(bǔ)償；iv)求出一個光學(xué)能力如何隨波長而變的線性函數(shù)，上述線性函數(shù)合適近似上述校正函數(shù)；v)計算相應(yīng)于該線性函數(shù)的衍射輪廓的臨時環(huán)帶寬度，并且還計算這個衍射輪廓的衍射能力；vi)將折射鏡片的折射率減少對衍射輪廓計算得的光學(xué)能力量；vii)估計步驟iii)的一個新校正函數(shù)，求出步驟iv)的一個新線性函數(shù)，并對相應(yīng)于該新線性函數(shù)的新衍射輪廓計算一個新的臨時環(huán)帶寬度；viii)這樣調(diào)節(jié)折射鏡片的折射率，以便一種混合鏡片的總光學(xué)能力等于預(yù)定的光學(xué)能力，上述混合鏡片包括折射鏡片和衍射輪廓二者，并且適合于代替眼模型中的折射鏡片；ix)重復(fù)步驟vii)-viii)，直至找到混合鏡片折射和衍射部分的合適組合時為止，上述混合鏡片的折射和衍射部分二者提供具有預(yù)定光學(xué)能力和具有適當(dāng)減少的色差的眼模型。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，還包括作為最后步驟測量眼和權(quán)利要求38的混合眼鏡片組合的單色像差，并根據(jù)測量結(jié)果這樣校正鏡片的折射部分，以便對于眼和鏡片的組合，使單色像差充分減少。
40.根據(jù)權(quán)利要求38或39的方法，其中折射眼鏡片的至少一個單色像差是球面像差。
41.根據(jù)權(quán)利要求38-40之一的方法，其中所用的眼模型是Navarro(1985)眼模型。
42.根據(jù)權(quán)利要求38-41之一的方法，其中所述衍射輪廓的輪廓高度等于設(shè)計波長的一個整數(shù)。
全文摘要
一種包括一個衍射部分的眼鏡片和一種用于設(shè)計這種眼鏡片的方法。根據(jù)本發(fā)明，上述鏡片還包括一個折射部分，所述折射部分包括至少一個表面，上述鏡片被構(gòu)造成對至少一種類型的單色像差至少部分地補(bǔ)償一個通過波前，上述單色像差由眼睛光學(xué)部分的至少其中之一引起。上述衍射部分對由眼睛光學(xué)部分的至少其中之一引起的色差，能至少部分地補(bǔ)償一個通過波前。另外上述折射和衍射部分在一起提供所需要的透鏡光學(xué)能力。
文檔編號G02C7/04GK1502057SQ02807939
公開日2004年6月2日 申請日期2002年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者P·A·皮爾斯, A·H·韋貝爾, P A 皮爾斯, 韋貝爾 申請人:法馬西雅格羅寧根股份有限公司