[发明专利]多焦点光学器件

说明书

一种衍射多焦点光学元件，它由一个含有若干环形同心带（zone）的相位带片组成，在该相位带片中，各带大体上以正比于n]]>的间隔配置，这些带具有阶梯式的小刻面（facet），而这些小刻面产生的光程长的不连续小于 (λ)/2 。本发明还包括一含有若干环形同心带的相位带片，这些同心带具有小刻面，这些小刻面在光学元件中按n]]>的间距形成交替阶梯式重复图形，而且其中各个小刻面的阶梯（step）深度小于λ/2（η′-η），这里，η′和η分别为镜片的折射率和与镜片相互作用的介质的折射率，而λ是设计波长。

本发明涉及对包括接触镜片和眼内镜片在内的相位带片光学结构的改进。本说明书和权利要求书中所使用的“相位带片”一词是指镜片的整体光学部位，它利用带片和带片中各带内的光学小刻面（例如呈小阶梯光栅的形式）的组合，而这些带中的组合小刻面对光进行衍射以产生特定的波阵面，从而在带片的各级上（例如0级、1级等）形成特定的光强分布。这些级构成了带片的各焦距。从特定意义和最实用的意义上讲，该相位带片是为普通镜片的使用而设计的，即其有效光强的分布取决于黄光的带间隔。本说明书所使用的“黄光”一词是指波长在530～570毫微米的可见光。

本发明特别涉及到接触式镜片。接触式镜片是传统的聚散式镜片。这种镜片有一个使其可镶配到眼睛上的凹形的角膜罩（后表面）从而与眼睛吻合，而外表面（前表面）则是光滑的，且其形状使眼睑可在眼睛上滑动并（在考虑到镜片材料的折射率的情况下）提供适当的聚散度使光线会聚到人眼所需要的焦点上。大多数市售的接触式镜片均取如下形状，即镜片在光轴周围部分的厚度最薄，并沿镜片向四周延伸的倾斜径向方向逐步增加其厚度。由于从光轴向外延伸其厚度不同，因而通过光轴的光必定通过较少的镜片介质。因光在空气中的传播速度较快，因而与通过较小厚度的光线相比较，通过较大厚度的光线将被偏移，从而在时间上滞后（1）。因此镜片的形状要选择得使其能适应光的这种逐步滞后现象，从而使从后表面发出的光波同时到达所要求的焦点。

本发明涉及采用相位带片光学结构的接触式镜片，诸如相位带片双焦镜片和利用同心环形带的“调谐”菲涅耳镜片等。这些镜片通常采用例如阿伦L.科恩在美国专利4，210，391、4，338，005和4，340，283（“科恩专利”）中所介绍的设计。科恩的镜片设计提出，环形同心带的半径“γn”大体上与n]]>成正比，且将各带加以刻画以便将光射到一个以上的焦点上。

具有相位带片光学结构的科恩镜片设计可以将双焦镜片制造得特别薄。接触式镜片可以以相位带片光学结构进行设计，从而达到双焦点或其它多焦点的效果。相位带片特有的颜色性能可以引入接触式镜片（包括具有多焦点性能的接触镜片）的设计中。双焦点指定的所有的相位带片光学元件本来就具有将光聚焦到两个以上焦点的能力。它们之所以叫做双焦点镜片是因为对双焦点应用来说，任何两级焦点（例如0级和1级焦点）的光强度已经足够用了。从这个意义上讲，每个双焦镜片能将光线分配到第三个甚至可能更多的焦点上。判断一个镜片是双焦点的还是三焦点的，并不是根据什么严格的法则，只要配戴镜片的人对第三个或更多焦点的存在不感到不舒服，则该镜片就

注（1）见芬彻姆（Fincham）等人著的《“光学”》（Optics），伦敦，巴特沃思出版社出版，第九版，1980，1981，第72～75页可被视为双焦镜片（2）。