[发明专利]非球面衍射眼镜片

说明书

技术领域

本发明总体涉及多焦眼镜片，更特别地涉及以改进的中间视觉提供同时的折射和衍射本领(power)的多焦镜片。

背景技术

眼镜片被定义为适于戴在眼睛上或眼睛内部的镜片。此外还包括不大常见的视觉校正镜片，比如人工角膜和板层角膜移植物。正在大力开发具有折射或衍射类型镜片的形式的用于远视校正的镜片。

固定的单一本领镜片提供良好的视觉质量，但仅仅是在小的视物距离的范围内，这与从近视觉到远视觉所需的范围相比通常要窄得多。一种改进类型的移植物提供多个本领，即所谓的双焦或多焦镜片。术语“双焦”或“多焦”在这里可以互换使用。对于所需的视觉范围，多焦眼镜片可以提供折射本领、衍射本领或者二者的组合。

虽然首先开发了折射镜片，但是它们可以被解释为特定状态的衍射光学器件，并且更为恰当的做法可以是提出衍射光学定义，以便描述折射和衍射表面类型。衍射镜片通常包括多个等面积的环形表面带，即所谓的菲涅耳类型带或槽。在相邻的带之间提供光学步，其遵循下文描述的特定规则。如果步长是零或者被随机确定尺寸或者槽面积也被随机确定尺寸，则镜片变为折射类型，即相应的像位置由斯涅耳定律定义。

参见图1，衍射镜片可以被视为由零步长形成的折射镜片与相位光栅的组合。相位光栅可以由不同类型的带或槽形状形成，在图1中示出的闪耀(blaze)形状是最为常见的一种。因此，在基折射表面上切割出闪耀形状以便引入相位光栅，即光学散射区域的周期性阵列。

通过周期性结构在所有方向上散射光在不同但特定的角度处产生光的相长和相消干涉，所述角度取决于光的波长，其被称作衍射级。被用来设计所述相位光栅的相应的光波长被称作设计波长。

各级的方向和相应的像位置由光栅公式定义，而不是由斯涅耳定律定义。零级衍射本领与由基曲率所形成的折射表面的本领重合，因此被宽松地称作衍射镜片的折射本领。所述光栅发挥作用(即形成不同的衍射级)的关键点是具有等面积的菲涅耳带(槽)，并且在每个衍射级的方向上在其边界处的相邻带之间具有相等的光程差(OPD_b)。

根据光的波性质，如果光在相应的像平面处同相，则来自不同光栅区域的光发生相长干涉。如果来自其中一个所述区域的光被偏移等于整数个设计波长的全相位，则相长干涉将得到保持。例如，零级对应于由折射基曲线产生的光的原始方向，即来自每个相邻闪耀带的光之间的零相移，1级由每个相邻闪耀之间的一个波长偏移的相位产生，2级由每个相邻闪耀之间的两个波长偏移的相位产生，后面依此类推。光栅周期或闪耀带间距确定给定衍射级的角度，即给定衍射级的相应的焦距或衍射本领。

根据衍射级的定义，只能够沿着衍射镜片的各衍射级(即离散的通道)引导光，但是对于给定衍射级被实际引导的总的可用光的百分比取决于由每个闪耀带引入的光相移，即闪耀材料厚度(h)，参见图1。在给定级下的总的光的百分比被称作该级的衍射效率。一般而言，可以将其称作该给定级的透光率。

根据所述光栅的“几何模型”，如果由闪耀处的折射所限定的闪耀射线的方向与m级衍射的方向重合，则可以实现m级中的100％效率(透光率)，(和Peter P.Clack的“Modeling diffractionefficiency effects when designing hybrid diffractive lens systems”，Appl.Opt.31，2248-2252(1992))。这简单地意味着闪耀材料厚度被选择成沿着m级衍射引导所述闪耀射线，所述m级衍射由用于设计光波长的闪耀带间距产生。

所述“几何模型”提供了对衍射镜片结构的简单解释，其在本发明的描述中是重要的，而不依赖于相位函数、透射函数及其傅里叶级数的数学运算来计算衍射效率以及对于强度分布求解衍射积分。

例如，如果沿着零级与-1级之间的中间方向折射所述闪耀射线，则衍射效率在零级与-1级之间均分，并且所得到的闪耀高度是对于-1级处的100％效率所需的闪耀高度的一半。仍然必须经过正式的计算过程以便确定-1级和零级的效率对于相应的衍射镜片结构的设计波长分别等于40.5％，其余的光沿着更高衍射级被引导。在术语方面，可以说零级和-1级的透光率分别等于40.5％。

如下所述，通过选择适当的闪耀间距(r_j)和闪耀材料厚度(h_m)，可以产生具有眼镜片应用所需的适当焦距(f_m)的衍射镜片。