ES2836149T3

ES2836149T3 - Lente con un rango de longitud focal ampliado

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Publication number: ES2836149T3
Application number: ES12772226T
Authority: ES
Inventors: Hans-Jürgen Dobschal
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: EP2761359B1; US9690882B2; US20140211313A1; WO2013045079A1; EP2761359A1; JP2014528100A; CN103858046B; IN2014DN01769A; DE102011114752A1; AU2012314904A1; CN103858046A; AU2012314904B2

Abstract

Lente (5) con un rango de longitud focal ampliado, componiéndose la lente (5) de un material transparente, así como presentando una primera superficie óptica acabada (2) y una segunda superficie óptica acabada (4), presentando la lente (5) una distribución del poder de refracción Ftot, caracterizada por que la distribución del poder de refracción Ftot de la lente (5), con respecto a un plano perpendicular al eje óptico (10), varía como función de la altura radial (r) y del ángulo azimutal (phi) de la apertura entre un valor básico calculado del poder de refracción Flente no igual a cero y un valor máximo Fespiral máx(r, phi), resultando así la distribución del poder de refracción matemáticamente como sigue Ftot(r,phi) = Flente(r) + Fespiral máx(r, phi)* w(phi), siendo Fespiral máx(r,phi) no linealmente dependiente del radio y no igual a cero y siendo w(phi) un factor para la parte del poder de refracción con el desarrollo en forma de espiral, asumiendo phi valores de cero a 2π y w(phi) valores mayores o iguales a cero y menores o iguales a uno, y por que el valor básico calculado del poder de refracción Flente se divide en una parte de poder de refracción refractiva de un sistema básico Fbase y en una parte de poder de refracción de una estructura Festructura no igual a cero, siendo la estructura un perfil de altura de una lente escalonada de Fresnel o un perfil de fase de un elemento óptico difractivo, DOE, o un gradiente de índice de refracción de una lente de gradiente de índice, lente GRIN, combinándose además una parte del poder de refracción en forma de espiral Fespiral(r, phi) = Fespiral máx(r, phi)* w(phi) y la parte del poder de refracción de la estructura Festructura para formar un poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura FEE(r, phi) = Festructura + Fespiral(r, phi), de manera que el poder de refracción total de la lente acabada (5) resulte como sigue Ftot(r,phi) = Fbase + FEE(r,phi).

Description

DESCRIPCIÓN

Lente con un rango de longitud focal ampliado

La invención se refiere a una lente que presenta un rango de longitud focal ampliado, componiéndose la lente de un material sólido, siendo las superficies ópticas de la lente transparentes y presentando la lente una distribución del poder de refracción. La invención se refiere además a un procedimiento para la fabricación de la lente, así como a su uso para influir en la reproducción de una imagen en la retina de un ojo, así como a su uso en un objetivo con un rango de longitud focal ampliado.

Las lentes multifocales deben cumplir varios requisitos al mismo tiempo. En primer lugar, debe garantizarse una función de transmisión de contraste suficientemente buena en dos o más planos focales. Además, la función de transmisión de contraste debe ser independiente del tamaño de la pupila. Y finalmente, la lente debe poder fabricarse fácilmente, no debe presentar rebajos ni cantos y, por consiguiente, las curvas deben ser lo más suaves posible.

Las lentes de este tipo se utilizan especialmente para la corrección de defectos visuales por medio de lentes de gafas o como lentes intraoculares (lentes IOL).

A diferencia de las lentes IOL monofocales ya implantadas desde hace muchos años, las lentes multifocales hasta ahora sólo se han aplicado para el caso bifocal, dado que es muy difícil cumplir al mismo tiempo los requisitos antes citados. Una variante se basa a este respecto en un sistema de anillos de simetría rotativa especial, consiguiéndose mediante una hábil adaptación de los radios de anillo, de las anchuras de anillo y de las profundidades de anillo una reproducción suficientemente buena para dos planos focales discretos por el lado del objeto, por ejemplo, con una potencia de corrección de 0 dpt y aproximadamente 3 dpt.

En el documento US 5982543 A se describe una lente bifocal de este tipo, utilizándose aquí un sistema de anillos de simetría rotativa similar a la lente de Fresnel.

En el documento US 6120148A se describe un sistema de anillos difractivo de simetría rotativa. La lente bifocal del documento US 6536899 B1 también utiliza un sistema de anillos, componiéndose cada anillo de dos subanillos que realizan respectivamente las dos distancias focales deseadas.

De una forma ligeramente modificada también se deducen soluciones en las que una única lente cubre un rango de longitud focal ampliado y continuo. Las lentes de este tipo también se conocen con el término "lentes de profundidad de foco extendida" o "lentes EDoF". En el documento US 2006 176572 A1 se utiliza un sistema de anillos de simetría rotativa, encontrándose las distintas distancias focales de los anillos dentro del rango de distancias focales continuo deseado. El efecto de "profundidad de foco extendida" se produce mediante la mezcla de las diferentes distancias focales.

El sistema según el documento WO 2010 083 546 A2 se compone de sectores ("trozos de pastel") con un poder de refracción azimutalmente creciente. La distribución del poder de refracción presenta en este caso saltos discretos entre los sectores. En el documento EP 0622653 A1 se revela una lente con una estructura en forma de espiral que proporciona una pluralidad de poderes refractivos.

En el documento US 2010002310 A1 se describe un sistema de reproducción óptico para una cámara que presenta un rango de profundidad de campo ampliado. La profundidad de campo ampliada se logra gracias a una combinación de varias lentes con superficies asféricas.

En el documento EP 0622653 A1 se describe una lente de contacto multifocal que presenta en su superficie un patrón en forma de espiral.

El inconveniente especialmente de las lentes intraoculares radica en que al utilizar formas básicas de lente esféricas o asféricas "normales" se requiere una fuerte curvatura del radio debido a la distancia focal relativamente corta condicionada por la longitud del ojo. Como consecuencia, resultan un gran grosor de lente y un volumen de lente relativamente grande con un peso correspondientemente elevado. Dado que las lentes intraoculares se fabrican a partir de polímeros orgánicos, el índice de refracción suele ser relativamente bajo, lo que da lugar a una fuerte curvatura del radio y, por lo tanto, también a una forma de lente relativamente gruesa.

La tarea de la invención consiste en crear una nueva lente con un rango de longitud focal ampliado. La nueva lente debe poner a disposición individualmente, especialmente como lente intraocular o en combinación con otros componentes ópticos, sistemas ópticos que proporcionen un gran rango de profundidad de campo con una calidad de reproducción suficientemente buena. La nueva lente debería poder fabricarse a un coste reducido.

Especialmente, la nueva lente debe presentar un grosor de lente reducido si se usa como lente intraocular con un poder de refracción preestablecido.

La tarea de la invención se resuelve según la invención para la nueva lente con las características de la reivindicación 1. La tarea de la invención se resuelve, según la invención, con el procedimiento para la fabricación de la lente con las características de la reivindicación 12.

Las características en las respectivas reivindicaciones dependientes son configuraciones ventajosas de las características de las reivindicaciones independientes.

Según la invención, la tarea de la invención se resuelve en el caso de un objetivo mediante la disposición de una lente con las características de la reivindicación 17 en la trayectoria del haz del objetivo.

La lente con un rango de longitud focal ampliado se compone de un material sólido y transparente y tiene dos superficies ópticas fabricadas. Según la invención, la lente tiene una distribución del poder de refracción Ftot que, con respecto a un plano perpendicular al eje óptico, es una función de la altura radial r y del ángulo azimutal de la apertura phi, variando entre un valor básico del poder de refracción Flente no igual a cero y un valor máximo Fespiral máx. Por lo tanto, la distribución del poder de refracción resulta como sigue

Ftot(r, phi) = Flente Fespiral(r, phi), con la parte del poder de refracción en forma de espiral

Fespiral(r, phi) = Fespiral máx(r, phi)*w(phi),

siendo Fespiral máx(r, phi) no linealmente dependiente del radio y siendo w(phi) un factor para la parte del poder de refracción con un desarrollo en forma de espiral.

Otro aspecto fundamental de la invención consiste en que un valor del poder de refracción de la lente Flente se divide en una parte de poder de refracción de un sistema básico refractivo de la lente Fbase y en una parte estructural del poder de refracción Festructura, de manera que se aplique Flente = Fbase Festructura. En este caso, Fbase es un poder de refracción básico de una lente determinado por los radios de lente o por los polinomios de superficie de forma libre y el grosor de la lente, así como por el índice de refracción del material de la lente, y Festructura es un poder de refracción que no está descrito por los radios de lente o por los polinomios de superficie de forma libre y el grosor de la lente, ni por el índice de refracción del material de la lente. Por consiguiente, en este documento, el término "estructura" y el símbolo Festructura se definen como el poder de refracción de una estructura que en un primer caso es un perfil de altura zFresnel de una lente escalonada de Fresnel y que en un segundo caso es un perfil de fase Faseestructura de un elemento óptico difractivo (DOE) o que en un tercer caso es un gradiente de índice de refracción Anestructura de una lente de gradiente de índice (lente GRIN). Por lo tanto, para el caso rotacionalmente simétrico la distribución del poder de refracción de la lente según la invención resulta como sigue

Ftot(r, phi) = Fb ase(r) Festructura(r) Fespiral máx(r, phi)*w(phi).

Sin embargo, tanto el poder de refracción básico de la lente Fbase como también el poder de refracción de la estructura Festructura pueden presentar la curva de poder de refracción de una superficie de forma libre, en cuyo caso deben usarse en las fórmulas los polinomios correspondientes.

Por este motivo, la invención se refiere a una nueva forma especial de lente con la que es posible cubrir simultáneamente un rango de distancias focales preestablecido, es decir, generar una calidad de imagen suficientemente buena en un rango de longitud focal extendido. Mediante la división del valor básico del poder de refracción de la lente Flente en el poder de refracción básico Fbase de la lente a fabricar y en el poder de refracción de una estructura Festructura se consigue que la lente a producir pueda fabricarse con radios más planos. Así resulta una reducción significativa del grosor de la lente, y, por lo tanto, del volumen de la lente y, como consecuencia, del peso de la lente.

Las lentes de este tipo con un rango de longitud focal ampliado se utilizan en sistemas ópticos para una cámara, un microscopio o en dispositivos de medición ópticos.

Un campo de aplicación principal es una lente intraocular con un rango de distancias focales variable. Con la parte del poder de refracción en forma de espiral se puede realizar un rango de enfoque de 0 a aproximadamente 3,5 dpt en relación con un poder de refracción básico fijo. Una lente intraocular como ésta se suele implantar en el ojo después de la separación del cristalino. Sin embargo, la misma también se puede utilizar adicionalmente al cristalino.

La nueva lente se fabrica de acuerdo con los siguientes pasos:

Paso 1: Cálculo de un sistema básico virtual en principio monofocal que asume el enfoque para una posición de dioptrías fija (en el caso de una lente IOL, por ejemplo, 60 dpt para el ojo humano sano). Este es el valor básico del poder de refracción Flente determinado por las formas de superficie de las superficies ópticas, el grosor de la lente y un tipo de material.

Paso 2: División del valor básico del poder de refracción Flente en un poder de refracción básico Fbase y en el poder de refracción de una estructura Festructura.

En la práctica se ha demostrado que resulta ventajoso realizar más del 50% del valor básico del poder de refracción Flente como poder de refracción básico Fbase y realizar menos del 50% del valor básico del poder de refracción Flente como poder de refracción de la estructura Festructura. Con respecto a la aparición de defectos resulta especialmente ventajoso realizar más del 70% como poder de refracción básico refractivo Fbase y realizar menos del 30% como poder de refracción de la estructura Festructura. La lente a fabricar con el poder de refracción básico Fbase corresponde a una lente convencional con dos superficies ópticas que pueden configurarse esféricamente y/o asféricamente y/o como una superficie de forma libre. Al menos una de estas superficies ópticas sirve como superficie de base para la realización de la distribución del poder de refracción adicional que se describe más adelante en el paso 4.

Paso 3: Determinación de los parámetros del poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura Fee mediante adición de la distribución del poder de refracción en forma de espiral Fespiral al poder de refracción de la estructura Festructura.

Paso 4: Suma o resta de la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura Fee(o phi) = Fespiral Festructura obtenida en el paso 3 al o del efecto óptico del sistema básico Fbase. En el resultado, el poder de refracción de la lente varía de forma no lineal en dependencia del radio con el ángulo azimutal de la apertura.

La "suma" de la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura puede llevarse a cabo mediante diversas variantes que se pueden utilizar respectivamente por separado o en cualquier combinación unas con otras:

a) "Adición" de un perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel ZEF(r, phi), que presenta la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura Fee, a una de las superficies ópticas de la lente con el poder de refracción básico Fbase calculadas en el paso 2. Esta superficie óptica determinada es la única superficie de base calculada con el perfil de altura zbase a la que se le añade el perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel Zef(o phi), definiéndose así el perfil de esta superficie óptica a fabricar.

b) "Adición" de una estructura difractiva en forma de espiral y en forma de estructura con el poder de refracción adicional FEEdifractivo a una de las superficies ópticas calculadas y fabricadas de la lente con el poder de refracción básico Fbase según el paso 2.

c) "Adición" de una curva de índice de refracción en forma de espiral y en forma de estructura AnEE en el material de la lente. En este caso, las superficies calculadas según el paso 2 no se modifican y se fabrican de este modo.

Paso 5: Fabricación de la primera superficie óptica y de la segunda superficie óptica de la lente con el poder de refracción básico Fbase, incluyéndose la aplicación o la introducción de la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura en y/o sobre y/o dentro de la lente.

Los procedimientos de fabricación para la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura son especialmente:

aa) Fabricación de la superficie óptica mediante estampado en caliente o moldeo por inyección.

ab) Fabricación de la superficie óptica mediante torneado con diamante.

ba) Fabricación mediante un procedimiento por corrosión litográfico en la superficie óptica.

bb) Fabricación mediante torneado con diamante en la superficie óptica.

ca) Fabricación mediante fundición centrifugada a partir del estado líquido.

cb) Fabricación mediante implantación de iones.

Las variantes a) y/o b) pueden aplicarse a una o a ambas superficies ópticas de una lente de un modo que divida el efecto. Los elementos ópticos difractivos pueden utilizarse para la corrección del color de forma complementaria o junto con la generación de la distribución del poder de refracción. El ámbito de aplicación de la invención incluye también otros procedimientos y medidas con los que se puede lograr la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura según la invención en una lente, por ejemplo, mediante la introducción de nanopartículas.

Mediante el procedimiento descrito se consigue, por ejemplo, en caso de una lente intraocular, una variación continua del poder de refracción adicional en forma de espiral Fespiral respecto al poder de refracción del sistema básico entre 0 y aproximadamente 3,5 dpt con una calidad de imagen suficientemente buena en muchas aplicaciones. Gracias a la parte del poder de refracción de la estructura Festructura se logra una reducción del grosor de lente de hasta un 50%, lo que da lugar a una reducción del volumen y del peso de aproximadamente el mismo orden de magnitud.

El poder de refracción dependiente del radio y dependiente del ángulo azimutal Ftot(r, phi) resulta de la suma de un poder de refracción básico del sistema básico Fbase, del poder de refracción de la estructura adicional Festructura y del poder de refracción adicional en forma de espiral dependiente del radio y del ángulo Fespiral(r, phi). Por lo tanto, para el caso de simetría rotacional se aplica lo siguiente

1

, (r.pftOsfrasefrJ f/úa d . r ) /'«⁵1

ra: ( r. pfij')]= —— —------ t —-------J ^33» JuKaOUi / péDirs,

Dado que para la fabricación de la lente con el rango de longitud focal ampliado se utilizan procedimientos ópticos estandarizados, esta lente se puede fabricar a bajo coste.

Las siguientes consideraciones se aplican al caso a) "Adición" de un perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel a una de las superficies ópticas de la lente y, por consiguiente, a la realización de una distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de Fresnel de todo el sistema:

El poder de refracción total Ftot se compone de una adición del poder de refracción básico del sistema básico Fbase, del poder de refracción de una lente escalonada de Fresnel FFresnel y del poder de refracción adicional en forma de espiral F espiral.

Ftot(r, phi) = Fbase FFresnel Fespiral(r, phi), llevándose a cabo por motivos de fabricación una combinación en la parte del poder de refracción básico de la lente Fbase y en la parte del poder de refracción en forma de espiral y en forma de Fresnel FEF(r, phi) = FFresnel Fespiral(r, phi).

Dado que en este caso la distribución del poder de refracción adicional se logra mediante una distribución de la altura, se aplica

ztot(r,phi) = zbase zEF(r, phi)

El perfil de altura, que proporciona el poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de Fresnel, se describe generalmente con zEF(r, phi) = zFresnel zespiral (r, phi).

El poder de refracción básico del sistema básico para las lentes esféricas resulta de la fórmula

En este caso, por ejemplo, R³es el radio de la primera superficie óptica que se fabrica realmente y R⁴es el radio de la superficie de base calculada a la que se le "añade" el poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de Fresnel FEF en forma del perfil de altura zFE (la altura aditiva zEF, que proporciona el poder de refracción adicional, también puede añadirse al radio R³o dividirse entre ambos radios R³y R⁴, debiéndose en tal caso modificar las fórmulas de forma correspondiente).

El perfil de altura zbase para la superficie de base calculada con el radio R⁴de la lente esférica resulta como sigue

z*u {x,y) = Ri -y¡ R; - r - y2 _{y con}

_{r =} : _{^ x y} _{resultan los datos de la superficie de base en coordenadas polares como sigue}

Z ]a» (O “ 4^ V 'V ^

Por lo tanto, para el caso de una superficie de base esférica y de una estructura de Fresnel rotacionalmente simétrica se aplica

El poder de refracción adicional rotacionalmente simétrico en forma de Fresnel se calcula con

/,

¿r, ™<v(Ó = $ > , * r 2,‘

con 1 = 1 .

Si se toman como base superficies de base no esféricas para la lente, los polinomios conocidos para la descripción de las superficies no esféricas se utilizan para la determinación de las superficies ópticas y/o de la superficie de base. El poder de refracción adicional en forma de espiral y de Fresnel es generado por el término aditivo zEF(r, phi) como altura de material que se añade a o también se resta de la superficie de base óptica con el radio R⁴. También se aplican a las superficies asféricas y de forma libre consideraciones análogas que no pueden describirse con una simple indicación de radios.

El perfil de altura en forma de espiral resulta de zespiral(r, phi) = zespiral máx(r)* w(phi), siendo el polinomio radial para la parte de altura máxima en forma de espiral como función del radio zespiral máx(r) que representa el número máximo de dioptrías a alcanzar:

siendo r la altura radial y cj : conjunto de coeficientes del polinomio radial.

En el caso más simple

w{phi) = ——

L7Z

es la parte lineal normalizada dependiente del ángulo, con phi como ángulo azimutal en la superficie de base del sistema básico (lente portadora).

El término aditivo zespiral(r, phi), que se añade a la superficie de base de la lente, resulta de

: «oirá, ( r.phi) — z ^{«w r» !T ®}( r ) * w(phi ) = Y c * r ' *

■ ■ u ' 2x

En general, la parte de altura del poder de refracción de todo el sistema de la lente se obtiene como sigue

Para el polinomio radial zespiral máx(r) también se puede utilizar análogamente la fórmula

2 espiral mx (O - ^ Cj * T ^

pudiendo ser igualmente

Por este motivo, en el caso más sencillo basta con realizar la distribución del poder de refracción radial adicional como producto del ángulo azimutal normalizado con el máximo número de dioptrías a alcanzar.

Para el caso más simple del polinomio radial zespiral máx(r) = c¹* r2 con c¹como coeficiente antes del término cuadrático, la ecuación para el término aditivo es por lo tanto

Z «oirai i r , phi) — Z esotra Tá»

El procedimiento antes descrito representa un "aumento helicoidal" lineal.

En esta forma, la calidad de reproducción es alta de forma aproximadamente uniforme por todo el rango de dioptrías. Sin embargo, a menudo se desea dar preferencia a ciertos rangos de dioptrías como, por ejemplo, la posición de dioptrías cero. Con esta finalidad es necesario renunciar a la dependencia lineal de la altura z respecto al ángulo. La parte dependiente del ángulo puede describirse en general mediante la fórmula

siendo wi las posiciones máximas (entre 0 y 2n), Ii las intensidades máximas y ai >0 los coeficientes de amortiguación para las respectivas posiciones máximas.

Por ejemplo, para M=1; h=1 y w¡=2n, mediante la función

con a1=0,25 se puede realizar una preferencia del rango de dioptrías cero.

El pequeño aumento entre phi =0 y phi =2 causa una adición reducida del poder de refracción en este rango angular y, por consiguiente, una parte de superficie más grande para la distancia de dioptrías cero.

En relación con la optimización de la lente con el rango de longitud focal ampliado, se pueden lograr más ventajas poniéndose a disposición otros grados de libertad en el dimensionamiento. Por ejemplo, esto sucede si la función radial zespiral máx(r) también obtiene un conjunto de coeficientes dependientes del azimut, determinándose por lo tanto el polinomio radial zespiral máx(r, phi) como

.V

Z «a»,* (/'. phi) = Z c , (/>/»)* r ‘

A partir de aquí, el término aditivo zespiral(r, phi) resulta en general como sigue

Por este motivo, para el término angular w(phi) se pueden señalar otras variantes a partir de la fórmula general

con las que se puede controlar la "duración del efecto" de los distintos rangos azimutales.

Todas las explicaciones anteriores se basaban en un término aditivo que es refractivo y que se añade a una de las superficies ópticas del sistema básico.

Naturalmente, el término de adición también puede estar presente en una forma difractiva, es decir, a la superficie de soporte esférica del sistema básico se le aplica un elemento óptico difractivo (DOE) que posee una función de fase en forma de espiral y en forma de estructura (caso b)). En este caso, la configuración de esta función de fase se realiza de forma completamente análoga al enfoque refractivo. Resultan especialmente adecuadas las rejillas de tipo “blaze” (selectivas en longitud de onda), las rejillas sinusoidales y las rejillas binarias.

La frecuencia de rejilla varía radialmente y en forma de espiral en dependencia del ángulo de forma continua desde un valor inicial hasta un valor máximo que corresponde al máximo poder de refracción.

La función de fase en forma de espiral resulta como sigue

jv

Fase ( r.p h i)= Fases® ( /• ) * w{phi) = V * w( phi)

~ o

ti

Fase «pira (r'Phí)— Fasê ® (r)*w(ph¡) = V ' *Mphi)

El poder de refracción en forma de espiral de la estructura difractiva resulta como sigue

h espiral difractiva = Aky ” * H*( phi')

o como

h espiral difractiva = 2A'j “ * lt ( phi I

, siendo wl la longitud de onda de construcción del elemento óptico difractivo y A la longitud de onda de aplicación.

El término w(phi) puede elegirse de las explicaciones anteriores y en el caso más simple es

p h i

1 n . Con ki como coeficiente del término cuadrático resulta el máximo poder de refracción

A

F essirai _{ra í} crraswa 2 k. —

' Mi

y el término dependiente del ángulo Fespiral difractiva(phi) resulta como sigue

A „ phi

«■5ir3! atracas = 2 k ,— *

wl In

En la realización difractiva, la estructura que genera el poder de refracción adicional es una función de fase. La fase de una estructura rotacionalmente simétrica es

Fase«rjara( '- ) = ¿ K , * ' J

1=2 o

Fase sarjan (

El poder de refracción de la estructura rotacionalmente simétrica en la realización difractiva es

Aelonctjra orraxwa = 2 ^,

$2— ^A

¡

wl o

siendo wl la longitud de onda de construcción del elemento óptico difractivo y A la longitud de onda de aplicación. En el caso más simple para N=1 y L=1, el poder de refracción total de la lente resulta de un poder de refracción básico refractivo Fbase comparativamente fuerte del sistema básico monofocal y de una parte del poder de refracción relativamente reducida del poder de refracción adicional Fee difractiva en forma de espiral y rotacionalmente simétrico generado de forma difractiva:

F Ku — = ^*Fia 33&t*e ' [ /F sKrj3jradt*r»^>a + ' ^•F s,sol'alct'ri^Aa ^]I^{= F •}0 ^m3S€ ^~ ^{+ I F}E ^eE^ecre s ta

Fu = Fm, + [2*, _w 4 _l + 2 kA _wl ' ^HiplÚ)

En la práctica, el poder de refracción básico de la lente Fbase se fabrica en primer lugar y el poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura FEEdifractiva se aplica a una superficie óptica de la lente básica.

De este modo, mediante la parte difractiva se produce un error de color relativamente pequeño y la lente con el rango de longitud focal ampliado también resulta adecuada para la luz blanca.

El poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura FEEdifractiva también puede distribuirse por las dos superficies ópticas de la lente.

Sin embargo, el término de adición en forma de espiral y de estructura Fee también puede realizarse mediante la creación de un gradiente de índice de refracción en forma de espiral y de estructura AnEE (caso c)). En el documento DE 102009033984 A1 se describe, por ejemplo, cómo se pueden generar propiedades ópticas no homogéneas en un material óptico. En una variante del procedimiento allí descrito también se puede crear una curva de índice de refracción en forma de espiral y en forma de estructura. Las propiedades y la configuración del gradiente del índice de refracción son completamente análogas al planteamiento refractivo y difractivo.

El poder de refracción total Ftot resulta del poder de refracción básico Fbase del sistema básico monofocal más el poder de refracción adicional Fee que se pone a disposición a través del aumento del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura.

El poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura FEE(r, phi) es proporcional a la diferencia del índice de refracción AnEE(r, phi) según la fórmula

A /!^ee( r . p h i ) = Anearjaura+ An« ^ ( r . p h i ) - A/Jeanauuf- A/¡«ywa.n» { r . p h i ) * w ( p l i i ) .

La diferencia del índice de refracción AnEE(r, phi) se desarrolla de forma continua desde 0 (en caso de r=0 y phi=0) hasta el máximo aumento del índice de refracción Anespiral máx (en caso de r=D/2 y phi=2n, pudiendo preestablecer la función w(phi) el desarrollo lineal o general antes descrito.

En este caso, Anespiral máx(r, phi) se calcula en analogía con la altura zespiral máx o con la función de fase Faseespiral máx y puede ser tanto positiva como también negativa con respecto al índice de refracción básico n²de la lente.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención también es cualquier forma mixta de perfil(es) de altura en forma de espiral y/o en forma de Fresnel, de curva(s) de fase en forma de espiral y/o rotacionalmente simétrica(s) y/o de curva(s) de índice de refracción en forma de espiral y/o rotacionalmente simétrica(s) que generan la curva de poder de refracción adicional deseada.

El perfil de altura y/o la curva de fase pueden disponerse repartidos o combinados en una de las superficies ópticas y/o en las dos superficies ópticas de una lente.

La invención se describe a continuación mediante figuras. Se muestra en la(s):

Figura 1 una lente "gruesa" con un rango de longitud focal ampliado en la vista lateral según una solución descrita en el documento DE 102011 101 899 A1 y en la que se basa la invención,

Figura 2 una lente "fina" con un rango de longitud focal ampliado según la invención en la vista lateral,

Figura 3 una representación esquemática del procedimiento y de los pasos de cálculo que dan lugar al dimensionamiento y a la fabricación de la lente "fina",

Figura 4 una representación de una parte del poder de refracción en forma de espiral,

Figura 5 una representación de una parte conforme a Fresnel y rotacionalmente simétrica del poder de refracción, Figura 6 una representación de la parte conforme a Fresnel añadida en forma de espiral y rotacionalmente simétrica del poder de refracción,

Figuras 7 a 10 una representación de la parte conforme a Fresnel añadida en forma de espiral y rotacionalmente simétrica del poder de refracción, aumentando la intensidad de la parte en forma de espiral de figura en figura, Figura 11 una representación de una estructura difractiva en forma de espiral que genera la parte del poder de refracción en forma de espiral,

Figura 12 una representación de una estructura de anillos difractiva y rotacionalmente simétrica,

Figura 13 una representación de la estructura difractiva añadida en forma de espiral y de la estructura de anillos difractiva y rotacionalmente simétrica que corresponde a la parte del poder de refracción según la figura 6, Figura 14 una representación esquemática de una lente intraocular en el ojo,

Figura 15 un sistema óptico de una cámara con una lente "gruesa",

Figura 16 un sistema óptico de una cámara con una lente "fina" con el rango de longitud focal ampliado.

La figura 1 muestra una lente "gruesa" 1 con un rango de longitud focal ampliado según el documento DE 102011 101899 A1. Se muestra una vista lateral con la representación del perfil de altura refractivo en forma de espiral zespiral(r, phi) que genera la distribución del poder de refracción en forma de espiral Fespiral(r, phi). Esta lente 1 se determina en principio por medio de su sistema básico con el radio R¹de la primera superficie óptica 2' y con el radio R²para la superficie de base calculada 3', así como por medio del grosor de lente d¹y del índice de refracción n². Estos parámetros se determinan para un aumento básico previsto. A la forma calculada de la superficie de base 3' con el radio R²se le añade un grosor adicional de material z, siendo el grosor adicional de material z=0 mm si phi=0, aumentando en tal caso de forma constante y presentando un valor máximo en el rango de milímetros si phi=2 n. En la práctica, el valor máximo se alcanzará un poco antes del ángulo azimutal phi=2 n, a fin de realizar una transición constante, aunque muy pronunciada, de vuelta al valor cero para phi=0, como se indica mediante la curva discontinua identificada con la referencia 4a.

Como ejemplo se indican los parámetros para una lente:

R¹= -15,1411 mm de radio a fabricar

R²= 22,3164 mm de radio calculado

d¹= 0,8 mm

n¹= 1 (índice de refracción fuera de la lente)

n²= 1,56 (índice de refracción del medio de lente)

resultando así de la fórmula

l

la distancia focal de la "lente básica" con un valor de 16,233 mm.

A la superficie de base calculada con el radio R²= 22,3164 mm se le añade un "aumento helicoidal" lineal de acuerdo con la fórmula

Zwmi (r,ph¡) = z esDiraimáx ( r ) * w (p A 0 -< i* r l ' tí =

2n

como un perfil de altura continuo en forma de espiral que se desarrolla linealmente, resultando la superficie óptica 4'. Con c¹=-0,013 se obtiene una adición en forma de espiral que aumenta la distancia focal en el aire hasta 20,57 mm, lo que corresponde a 3,5 dpt.

La figura 2 muestra una lente "fina" 5 según la invención que presenta radios R³y R⁴más planos en comparación con la lente ¹mostrada en la figura ¹y cuyo grosor central d²es más fino, obteniéndose aproximadamente los mismos parámetros de reproducción de la lente según la figura 1: Con un poder de refracción básico de aproximadamente 61 dpt se logra un poder de refracción adicional de 3,5 dpt. La lente "fina" 5 presenta la característica especial de que la adición en forma de espiral contiene un componente de Fresnel rotacionalmente simétrico. Este componente de Fresnel realiza una parte del poder de refracción que la lente "gruesa" 1 según la figura 1 obtiene de los radios R¹y R², así como del grosor de lente d¹, de manera que los radios R³y R⁴de la nueva lente 5 sean más planos y de manera que su grosor central d²sea comparativamente menor.

El procedimiento para el dimensionamiento de la nueva lente "fina" 5 según la invención se explica por medio de la figura 3.

El punto de partida es la lente "gruesa" 1 representada en la fila superior de la figura 3 y que sólo se calcula. La misma se compone del sistema básico refractivo, con los radios R¹y R²así como con el grosor central d¹(representado a la izquierda), y de la parte del poder de refracción en forma de espiral que se realiza teóricamente mediante el perfil de altura zesp¡rai(r, phi) en el radio R²(representado a la derecha). A continuación, se representa en la parte inferior la división del poder de refracción del sistema básico refractivo en una nueva lente "fina" 5, con los radios R³y R⁴así como con el grosor central d², y en una parte del poder de refracción en forma de Fresnel rotacionalmente simétrica zFresnel(r).

En la fila inferior se representa la adición de la parte del poder de refracción en forma de Fresnel zFresnel(r) y de la parte en forma de espiral zespiral(r, phi) a un poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de Fresnel Fef. El perfil de altura zEF(r, phi) = zespiral(r, phi) zFresnel(r) se añade al radio sólo calculado R⁴de la lente básica con el perfil de altura zbase.

Ahora se fabrica una lente con el radio R³con un grosor central d²y con un perfil de altura zEF(r, phi) sobre el radio calculado R4. El perfil de altura correspondiente a fabricar para la superficie óptica 4 resulta como sigue

La figura 4 muestra sólo la parte del poder de refracción en forma de espiral Fespiral de la lente como perfil de altura zespiral(r, phi). La figura 5 muestra sólo la parte del poder de refracción conforme a Fresnel y rotacionalmente simétrica FFresnel de la lente como un perfil de altura zFresnel(r). La representación en la figura 6 muestra el resultado de una adición de la parte del poder de refracción en forma de espiral y de la parte del poder de refracción conforme a Fresnel y rotacionalmente simétrica como un perfil de altura zEF(r, phi) que representa la parte del poder de refracción en forma de espiral y en forma de Fresnel Fef.

Este perfil de altura se añade al perfil de altura zbase de la superficie de base calculada 3 con el radio R4 y se fabrica en la lente a producir.

Las figuras 7 a 10 muestran respectivamente una representación de la parte sumada del poder de refracción en forma de espiral, rotacionalmente simétrica y conforme a Fresnel Fef, aumentando la intensidad de la parte en forma de espiral de figura en figura de 1 dpt a 3,5 dpt.

A continuación, en las figuras 11 a 13 se muestra que un poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura de la lente Fee se transfiere partiendo del planteamiento refractivo (donde el poder de refracción adicional en forma de estructura se realiza mediante una estructura de Fresnel) de forma completamente análoga a un planteamiento difractivo.

La figura 11 muestra esquemáticamente una estructura difractiva en forma de espiral que genera la parte del poder de refracción en forma de espiral Fespiral difractiva. La figura 12 muestra esquemáticamente una estructura de anillos difractiva rotacionalmente simétrica que genera la parte del poder de refracción en forma de estructura Festructura difractiva. La figura 13 muestra el resultado de una adición de las dos estructuras difractivas. Esta superposición de la estructura difractiva en forma de espiral y de la estructura de anillos difractiva rotacionalmente simétrica da como resultado una parte de poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura Fee que en su efecto corresponde a la parte del poder de refracción en forma de espiral y en forma de Fresnel Fef que se representa esquemáticamente en la figura 6 mediante el perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel zef.

La figura 14 muestra una representación esquemática de una lente intraocular 11 que se implanta en el ojo como una lente de longitud focal ampliada "fina" 5. En el ejemplo, ésta reemplaza el cristalino natural del ojo y se encuentra en el trayecto de la luz entre la córnea 12 y la retina 14 en el humor acuoso 13.

La lente intraocular 11 tiene una primera superficie óptica esférica 2, así como la segunda superficie óptica 4 que soporta la forma de espiral y la forma de estructura.

En un primer ejemplo, la lente intraocular 11 con el rango de longitud focal ampliado presenta los siguientes parámetros para el sistema básico:

Los radios de base de la lente portadora son el radio de lente fabricado R3=-20 mm y el radio de lente calculado R4=+20 mm de la superficie de base 3. A la superficie de base 3 se le añade el perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel zEF(r, phi), fabricándose el mismo como superficie 4.

El poder de refracción de la parte conforme a Fresnel en el poder de refracción básico de la lente resulta del perfil de altura de una estructura de Fresnel

/.

Z í w 0 " ) = 2 / , * r '

^í=1 ^J

resultando para L=2 los coeficientes del polinomio de Fresnel rotacionalmente simétrico e1=0,036 y e2=-0,00018398. El poder de refracción del poder de refracción adicional en forma de espiral de la lente resulta del perfil de altura

resultando para N=1 el coeficiente del polinomio de espiral c1=0,025.

Así resulta

La profundidad de diente del elemento conforme a Fresnel p se elige con 0,1 mm, resultando por lo tanto el poder de refracción adicional en forma de espiral y conforme a Fresnel a través de la función de módulo mod(zEF(r, phi), p). En este caso se supone que el radio de la córnea es R5=7,814 mm y la constante cónica K=-0,26. La distancia entre la córnea 12 y el lado delantero de la lente R⁴es de 4,12 mm, el grosor de lente de la lente intraocular es d²= 0,65 mm y la distancia desde el lado delantero de la lente R²hasta la retina 14 es de 18,1 mm. Como material se utiliza Benz 25 con un índice de refracción del medio de lente n²= 1,56.

El índice de refracción fuera de la lente, del humor acuoso 13, es m = 1,33.

En comparación, la lente intraocular descrita en el documento DE102011 101 899, allí figura 4, tiene los siguientes parámetros:

R¹= -15,1411 mm (primera superficie óptica fabricada 2)

R²= 22,3164 mm (superficie de base calculada 3)

Grosor de lente d¹= 0,8 mm.

Como resultado, la nueva lente según la invención de acuerdo con el ejemplo de la figura 14 es 0,15 mm más fina, lo que se debe a que el radio R³es más plano que el radio R¹.

En un segundo ejemplo en relación con la figura 14, la lente intraocular 11 con el rango de longitud focal ampliado tiene los siguientes parámetros para una realización difractiva del poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura Fee en una superficie óptica de la lente básica:

córnea: radio R⁵=7,814 mm, constante de cono asférica K=-0,26,

radios de base de la lente R³=R4 = /- 20,0 mm (esférica), la distancia de la córnea R⁵a la superficie óptica acabada 4 con el radio R⁴es de 4,12 mm,

el grosor de la lente intraocular es d²= 0,65 mm y la distancia de la superficie óptica acabada 2 con el radio R³hasta la retina es de 18,5 mm.

El material utilizado para la lente intraocular es "Benz25". El diámetro de la lente intraocular es de 6 mm. Con estos parámetros se describe el sistema básico refractivo de la lente y se determina su poder de refracción Fbase. El poder de refracción adicional en forma de espiral Fespiral y el poder de refracción adicional en forma de estructura generan como una distribución del poder de refracción difractiva en forma de espiral y en forma de estructura Fee con un elemento óptico difractivo aplicado a la superficie con el radio R⁴. Por consiguiente, el poder de refracción total de la lente intraocular 11 resulta como sigue

b ■& ^{Mse d -} b ^{EEürrKtwa — ^ see ^} egrjsvra ^{o rrxs te} b ^{esoiraiorrsste j}

Expresado como una función de fase resulta el poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura

con

-- x resulta

FaseEE (

y la función de fase reducida

siendo phi=0... 2n (ángulo azimutal), r = altura radial en la lente y wl la longitud de onda de construcción del elemento difractivo (longitud de onda de fabricación sintética).

En relación con los coeficientes de la parte conforme a Fresnel y rotacionalmente simétrica, que aquí está presente como la parte simétrica de un elemento óptico difractivo, se determina que: g¹=0,006109 y g2=-4,92E-5.

En relación con el coeficiente de la parte en forma de espiral del elemento óptico difractivo se aplica k1=-0,003. La profundidad de perfil del elemento óptico difractivo es h = 0,0043 mm.

En un tercer ejemplo, la lente intraocular 11 con el rango de longitud focal ampliado tiene los siguientes parámetros para una realización difractiva del poder de refracción adicional Fee, repartido en las dos superficies ópticas 2 y 4 de la lente básica refractiva 3:

radio de córnea R5=7,814 mm, constante de cono asférica K=-0,26)

Los radios de base de la lente intraocular son R3=R4 = /- 20,0 mm (esférico). Otros parámetros son: la distancia desde el radio de córnea R5 hasta la superficie óptica 4 con el radio R4 es de 4,12 mm, el grosor central es d2 = 0,65 mm, la distancia desde la superficie óptica 2 con el radio R3 hasta la retina es de 18,5 mm, el material de lente es "Benz25" y el diámetro de la lente intraocular es de 6 mm.

En este ejemplo, a cada una de las superficies ópticas 2 y 4 se le aplica respectivamente un elemento óptico difractivo.

Aquí, el poder de refracción se distribuye de manera que la parte del poder de refracción en forma de espiral Fespiral esté situada en la superficie óptica con el radio R4 y de manera que la parte del poder de refracción en forma de estructura y rotacionalmente simétrica Festructura esté situada en el radio R³.

Con L=2, N=1 y

W(plti) ^pfü

2ít

resulta

y resulta la función de fase reducida como sigue

Fases(/•,/?;»') Parte Faseg (r.phi)

^{F a s e tE reojMH (} r, phi) ^■

wl ^enteran7

Al elemento óptico difractivo aplicado a la superficie óptica 4 se le aplica lo siguiente:

g1=0, así como g2=0 y k1=-0,003.

La profundidad de perfil del elemento óptico difractivo es h = 0,0043 mm.

Al elemento óptico difractivo aplicado a la superficie óptica 2 se le aplica lo siguiente:

g1=0,0065, así como g2=1,8975 E-4 y k¹=0.

La profundidad de perfil del elemento óptico difractivo es h = 0,0043 mm.

La figura 15 muestra un sistema óptico de una cámara según la figura 3 del documento DE 102011 101 899 A1 con una lente "gruesa" 1 que presenta el rango de longitud focal ampliado. Al poder de refracción básico, resultante de los radios R¹, R², del índice de refracción n²y del grosor central d¹de la lente calculada, se le añade una parte de poder de refracción adicional en forma de una parte de poder de refracción en forma de espiral. Esta parte de poder de refracción en forma de espiral se añade como perfil de altura zespiral al perfil de altura de la superficie de base calculada 3' y se fabrica en la práctica como una segunda superficie óptica 4'.

La parte del poder de refracción en forma de espiral también puede fabricarse sin embargo en forma difractiva como un elemento óptico difractivo en una o ambas superficies ópticas de la lente con el poder de refracción básico. Alternativamente, la parte del poder de refracción en forma de espiral también puede fabricarse como un gradiente de índice de refracción dentro de la lente con el poder de refracción básico. También está prevista cualquier forma mixta.

La figura 16 muestra un sistema óptico de una cámara con una lente "fina" 5 según la invención que presenta el rango de longitud focal ampliado. En el ejemplo, al poder de refracción básico de la lente calculada se le añade una parte de poder de refracción adicional en forma de un perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel zef. El perfil de altura se añade al perfil de altura de la superficie de base calculada 3 con el radio R⁴y se fabrica como una segunda superficie óptica 4. La parte del poder de refracción en forma de espiral y en forma de Fresnel también puede realizarse total o parcialmente mediante un elemento óptico difractivo en la superficie óptica de la lente básica (o de forma distribuida en ambas superficies ópticas) o mediante un gradiente de índice de refracción en el material de la lente. A la lente "fina" 5 le sigue, en la dirección de propagación de la luz, una lente asférica 6 con superficies ópticas 17 y 18 y, a continuación, un filtro 15 y un sensor 7.

La lente "fina" 5 tiene por el lado del objeto una primera superficie óptica 2 con el radio R³. En el lado de la imagen se conforma la segunda superficie óptica 4, cuyo perfil de altura resulta del perfil de altura zbase del radio calculado R⁴y del perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel zEF(r, phi).

Como ejemplo se muestra un objetivo de teléfono móvil con una distancia focal de 5,61 mm que tiene una longitud constructiva de 6,1 mm y una apertura de 1:2,8.

Las superficies ópticas 2, 17 y 18 de las lentes 5 y 6 tienen una forma básica asférica rotacional.

Lente 5: Grosor de lente d²= 1,21 mm, el material es Zeonex

Superficie óptica 2: R³= 1,482 mm convexo

Coeficientes asféricos:

K = 0,04649

A = -0,698748E-03

B = 0,987484E-03

C = -0,119379E-03

D =-0,104254E-02

E = 0,323245E-03

La superficie de base esférica cóncava no fabricada 3 presenta un radio calculado R⁴= 6,303 mm. La curva del poder de refracción en forma de espiral y en forma de Fresnel se añade en forma de un perfil de altura Zef al perfil de altura zbase de esta superficie de base 3. Este perfil de altura se fabrica a continuación en la lente a acabar. En el ejemplo, el coeficiente del polinomio en forma de espiral es c¹= -0,00268 y el coeficiente de la parte de Fresnel rotacionalmente simétrica es e¹= 0,03.

La parte del poder de refracción adicional en forma de espiral se calcula como sigue

^{/'"espiral =} 2 ^{k] * r} 2

2 K

y la parte de Fresnel adicional rotacionalmente simétrica se calcula con

Y el poder de refracción total resulta como sigue

* lot “ / D3EC ~t" /* E-S - k 33 ^ f l r ( y t c ¡ 4 " f «piral

El poder de refracción adicional añadido a la superficie de base 3 es

o descrito como perfil de altura

La profundidad de diente de los surcos de Fresnel es de 0,008 mm.

La lente 6 tiene un grosor de 3,0 mm, el material es policarbonato.

La superficie óptica 17 tiene un radio R6 = -3,075 mm con los coeficientes asféricos:

K = 11,058298

A = -0,623991 E-01

B = -0,926325E-02

C = 0,244030E-01

D = -0,125809E+00

E = 0,345714E-01

F = -0,101087E-01

G = -0,221418E-15

H = -0,409672E-17

J = 0,991703E-20

La superficie óptica 18 tiene el radio R⁷= 44,1377 mm (convexo) con los coeficientes asféricos:

K = -0,238656e57

A = -0,171783E-01

B = 0,462293E-03

C = -0,823963E-03

D = 0,227317E-03

E = -0,108925E-04

F = -0,474572E-05

G = 0,385353E-06

H = 0,475909E-07

J = -0,466662E-08

La distancia entre la lente 5 y la lente 6 es de 0,75 mm, la distancia entre la lente 6 y el filtro 15 es de 0,4 mm y la distancia del filtro 15 al plano de imagen del detector 7 es de 0,4 mm, siendo el grosor de filtro también de 0,4 mm. El objetivo proporciona un rango de longitud focal simultáneo desde 330 mm hasta el infinito.

La longitud constructiva del objetivo es sólo de 6,1 mm y por lo tanto 0,7 mm más corta que la descrita en los ejemplos de la figura 3 en el documento DE 102011 101 899 A1.

En este caso, la acromatización del objetivo se apoyó especialmente en la elección adecuada de los coeficientes c y e antes del término cuadrático.

Lista de referencias

1 Lente "gruesa"

2 Primera superficie óptica acabada (esférica, asférica, radialmente simétrica, de forma libre) de una lente "fina" 2' Superficie óptica de una lente "gruesa"

3 Superficie de base calculada de la lente "fina" (esférica, asférica, radialmente simétrica, superficie de forma libre)

3' Segunda superficie óptica calculada de la lente "gruesa"

4 Segunda superficie óptica acabada de la lente "fina" (esférica, asférica, radialmente simétrica, superficie de forma libre, superficie en forma de espiral y en forma de estructura)

4' Superficie acabada de la lente "gruesa"

5 Lente "fina".

6 Lente asférica

7 Sensor

8 Haz de luz

9 Borde de lente

10 Eje óptico

11 Lente intraocular

12 Córnea

13 Humor acuoso

14 Retina

15 Filtro

16 Elemento óptico difractivo (DOE) en forma de espiral y en forma de estructura

17 Superficie óptica

18 Superficie óptica

Ftot(r, phi) Poder de refracción total de la lente

Flente Valor básico del poder de refracción del sistema básico de una lente "gruesa"

Fbase Poder de refracción del sistema básico de una lente "fina"

Festructura Poder de refracción de una estructura que se añade al poder de refracción Fbase de la lente "fina" Fespiral(r, phi) Parte del poder de refracción en forma de espiral que se añade al poder de refracción Fb ase de la lente "fina"

Fespiral máx(r, phi) Poder de refracción máximo de la parte en forma de espiral del poder de refracción

FEF(r, phi) Poder de refracción adicional refractivo en forma de espiral y en forma de Fresnel

FEE(r, phi) Poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura

Fee difractiva(r, phi) Poder de refracción adicional difractivo en forma de espiral y en forma de estructura

Festructura difractiva Poder de refracción de la estructura en forma difractiva

Fespiral difractiva(r, phi) Poder de refracción en forma de espiral en forma difractiva

fbase Distancia focal del sistema básico

fespiral(r, phi) Distancia focal del poder de refracción adicional en forma de espiral

festructura Distancia focal del poder de refracción adicional de una estructura

L, M, N, Valores finales

i, j, l Valores de conteo

cj, c¹, c²Coeficientes polinómicos de la espiral para el caso refractivo

kj, k¹, k²Coeficientes polinómicos de la espiral para el caso difractivo

el, e¹, e²Coeficientes polinómicos de la parte conforme a Fresnel para el caso refractivo

gl, g¹, g²Coeficientes polinómicos de la parte en forma de estructura para el caso difractivo

zespiral máx(r) Altura máxima de la espiral (dependiente del radio)

zespiral máx(r, phi) Altura máxima (dependiente del radio y dependiente del ángulo azimutal)

zespiral(r,phi) Altura aditiva en forma de espiral en la superficie de base

zbase Perfil de altura de la superficie de base calculada 3

zFresnel Perfil de altura de la estructura de Fresnel

zef Perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel en la superficie de base calculada 3 ztot(r,phi) Perfil de altura de la superficie óptica acabada 4

w(phi) Parte dependiente del ángulo de la curva del poder de refracción

wi, w¹, w²Posiciones máximas de la función de distribución angular

ai, a¹, a²Coeficientes de amortiguación para las respectivas posiciones máximas

Ii, I¹, I²Valores de intensidad de los máximos individuales

D Diámetro de lente

r Radio (altura radial)

phi Ángulo azimutal

Ri Radio de la primera superficie óptica de la lente "gruesa"

R²Radio de la superficie de base óptica de la lente "gruesa"

R³Radio de la primera superficie óptica 2 de la lente "fina"

R⁴Radio de la superficie de base óptica 3 de la lente "fina"

R⁵Radio de la córnea

R6 Radio de la lente asférica

R⁷Radio de la lente asférica

n¹Índice de refracción del medio circundante

n²Índice de refracción del material de lente

d¹Grosor central de la lente "gruesa"

d²Grosor central de la lente "fina"

d³Grosor central de la lente asférica

h Profundidad de perfil del elemento difractivo

p Profundidad de diente del elemento conforme a Fresnel

A Longitud de onda de la aplicación

wl Longitud de onda de construcción del elemento difractivo

Faseespiral máx(r, phi) Valor máximo de la frecuencia de rejilla que corresponde a la distribución máxima del poder de refracción en forma de espiral

Faseespiral(r, phi) Función de fase de la distribución del poder de refracción en forma de espiral

Faseestructura Función de fase de la distribución del poder de refracción estructural adicional

FaseEE(r, phi) Función de fase de la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura

t Operando

Parte entera (t) Parte integral (función de parte entera)

Perfil(r, phi) Función de fase reducida a la altura h

K Constante asférica

x, y Coordenadas cartesianas

Anespiral Distribución del índice de refracción en forma de espiral

Anespiral máx Índice de refracción máximo de la espiral

Anestructura Distribución del índice de refracción de la estructura

AnEE Distribución del índice de refracción en forma de espiral y en forma de estructura

Claims

REIVINDICACIONES

1. Lente (5) con un rango de longitud focal ampliado, componiéndose la lente (5) de un material transparente, así como presentando una primera superficie óptica acabada (2) y una segunda superficie óptica acabada (4), presentando la lente (5) una distribución del poder de refracción Ftot, caracterizada por que la distribución del poder de refracción Ftot de la lente (5), con respecto a un plano perpendicular al eje óptico (10), varía como función de la altura radial (r) y del ángulo azimutal (phi) de la apertura entre un valor básico calculado del poder de refracción Flente no igual a cero y un valor máximo Fespiral máx(r, phi), resultando así la distribución del poder de refracción matemáticamente como sigue Ftot(r,phi) = Flente(r) Fespiral máx(r, phi)* w(phi),

siendo Fespiral máx(r,phi) no linealmente dependiente del radio y no igual a cero y siendo w(phi) un factor para la parte del poder de refracción con el desarrollo en forma de espiral, asumiendo phi valores de cero a 2n y w(phi) valores mayores o iguales a cero y menores o iguales a uno, y por que el valor básico calculado del poder de refracción Flente se divide en una parte de poder de refracción refractiva de un sistema básico Fbase y en una parte de poder de refracción de una estructura Festructura no igual a cero, siendo la estructura un perfil de altura de una lente escalonada de Fresnel o un perfil de fase de un elemento óptico difractivo, DOE, o un gradiente de índice de refracción de una lente de gradiente de índice, lente GRIN, combinándose además una parte del poder de refracción en forma de espiral Fespiral(r, phi) = Fespiral máx(r, phi)* w(phi) y la parte del poder de refracción de la estructura Festructura para formar un poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura Fee(l phi) = Festructura Fespiral(r, phi), de manera que el poder de refracción total de la lente acabada (5) resulte como sigue

Ftot(r,phi) = Fb ase FEE(r,phi).

2. Lente (5) según la reivindicación 1, caracterizada por que w(phi) se describe con la fórmula

2^ como un desarrollo lineal.

3. Lente (5) según la reivindicación 1, caracterizada por que la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura Fee se genera mediante un perfil de altura, resultando el perfil de altura ztot(r, phi) de la segunda superficie óptica a fabricar (4) a partir de la adición de un perfil de altura zbase de una superficie de base calculada (3), de un perfil de altura en forma de Fresnel zFresnel de una lente escalonada de Fresnel y de un perfil de altura en forma de espiral zespiral(r, phi), resultando el perfil de altura aditivo en forma de espiral zespiral(r, phi) partiendo de cero hasta un valor máximo zespiral máx como una función zespiral(r, phi) = zespiral máx(r, phi)* w(phi), variando de forma continua el radio (r) entre 0 y D/2 y variando el ángulo azimutal de la apertura (phi) entre 0 y 2n, añadiéndose el perfil de altura en forma de espiral zespiral(r, phi) y el perfil de altura en forma de Fresnel zFresnel al perfil de altura zbase de la superficie de base calculada (3), con lo que la superficie óptica a fabricar (4) se describe con un perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel zfe, aplicándose

ztot(r, phi) = zbase zFE(r, phi) con zFE(r,phi) = zFresnel zespiral(r, phi).

4. Lente (5) según la reivindicación 3, caracterizada por que el perfil de altura aditivo en forma de espiral zespiral(r, phi) resulta del producto de un polinomio para la altura máxima zespiral máx(r, phi) que es no linealmente dependiente del radio y dependiente del ángulo, y de una parte dependiente del ángulo w(phi):

^Zesp¡ral(r,phi) = ^{Zespiral máx(r,}phi)* w(phi), siendo

¡v

^{- esotra' mar (} ?y phi) = Y,<-l ( p h i ) * r '

O

N

^{~ esotra max}( r .p h i) - ^ c ^ p h i ) * r 2‘J

/‘ i

el polinomio para la altura máxima.

5. Lente (5) según la reivindicación 3, caracterizada por que el perfil de altura aditivo en forma de espiral zespiral(r, phi) resulta del producto de un polinomio para la altura máxima zespiral máx(r) que no es linealmente dependiente del radio, y de una parte dependiente del ángulo w(phi):

zespiral(r, phi) = zespiral máx(r)* w(phi), siendo

-V ^

el polinomio radial para la altura máxima.

6. Lente (5) según la reivindicación 1, caracterizada por que la distribución del poder de refracción se genera mediante un elemento óptico difractivo, fabricándose la superficie de base calculada (3) como una segunda superficie óptica (4) y resultando la parte del poder de refracción con el desarrollo en forma de espiral y en forma de estructura Fee difractiva a partir del efecto de una rejilla óptica que se aplica a la segunda superficie óptica fabricada (4), siendo además el poder de refracción adicional difractivo en forma de espiral y en forma de estructura Fee difractiva la suma del poder de refracción de la espiral en forma difractiva Fespiral difractiva y del poder de refracción de la estructura en forma difractiva Festructura difractiva y describiéndose el poder de refracción en forma de fase como

FaseEE(r, phi) = Faseestructura Faseesp¡rai(r, phi), siendo Faseestructura una función de fase de la distribución del poder de refracción estructural adicional y siendo Faseespirai(r, phi) una función de fase de la distribución del poder de refracción en forma de espiral, variando de forma continua el radio (r) entre 0 y D/2 y variando el ángulo azimutal de la apertura (phi) entre 0 y 2n, con lo que la rejilla producida en la superficie óptica (3) presenta el desarrollo de fase en forma de espiral y en forma de estructura.

7. Lente (5) según la reivindicación 6, caracterizada por que los valores para el perfil de rejilla en forma de espiral se determinan con la fórmula

FaseesP¡rai(r, phi) = Faseespirai máx(r, phi)* w(ph¡), s ie n d o

.V

el polinomio para los valores de fase máximos.

8. Lente (5) según la reivindicación 6, caracterizada por que los valores para el perfil de rejilla en forma de espiral se determinan con la fórmula Faseesp¡rai(r, phi) = Faseesp¡rai máx(r)* w(ph¡), siendo

■V ¡V

Fase«»iranfi< (r) = y k . * r ‘ o Faseesc-ai

el polinomio radial para los valores de fase máximos.

9. Lente (5) según la reivindicación 1, caracterizada por que la parte del poder de refracción con el desarrollo en forma de espiral y en forma de estructura Fee se obtiene mediante una distribución del índice de refracción aditiva o sustractiva AnEE(r, phi) en el material de la lente que es la suma de una distribución del índice de refracción en forma de espiral Anespiral(r, phi) y de una distribución del índice de refracción en forma de estructura Anestructura, según AnEE(r, phi) = Anestructura Anespiral(r, phi), y resultando la distribución del índice de refracción partiendo de un valor básico n²hasta un valor máximo Anespiral máx como una función Anespiral(r, phi) = Anespiral máx(r, phi)* w(phi), variando de forma continua el radio (r) entre 0 y D/2 y el ángulo azimutal de la apertura (phi) entre 0 y 2n, con lo que se describe para AnEE(r, phi) la distribución del índice de refracción en forma de espiral y en forma de estructura del material de la lente.

10. Lente (5) según las reivindicaciones 3, 6 y 9, caracterizada por que las formas y/o estructuras que generan el poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura Fee se disponen respectivamente por separado o combinadas entre sí en una de las superficies ópticas (2, 3) de la lente (5) y/o también en las dos superficies ópticas (2, 3) de la lente (5) por separado o combinadas entre sí y/o de forma distribuida y/o se incorporan en el material de la lente (5).

11. Lente (5) según la reivindicación 1, caracterizada por que el poder de refracción básico de la lente Fbase y/o el poder de refracción adicional de la estructura Festructura son rotacionalmente simétricos.

12. Procedimiento para la fabricación de una lente (5) con un rango de longitud focal ampliado que comprende los siguientes pasos:

Paso 1: cálculo de un sistema básico monofocal virtual con un valor básico del poder de refracción Flente no igual a cero, fijándose los parámetros de una primera superficie óptica (2'), los parámetros de una segunda superficie óptica (3') y un grosor de lente (d¹), así como un tipo de material con un índice de refracción (n²) y un número de Abbe, Paso 2: división del valor básico del poder de refracción (Flente) en un poder de refracción básico Fbase y en una parte de poder de refracción en forma de estructura Festructura no igual a cero, determinándose el poder de refracción básico Fbase mediante los parámetros (R³) de una primera superficie óptica (2), los parámetros (R⁴) de una superficie calculada (3) y de un grosor de lente (d²), así como del tipo de material con un índice de refracción (n²) y del número de Abbe, y siendo la parte del poder de refracción en forma de estructura Festructura un perfil de altura de una lente escalonada de Fresnel o un perfil de fase de un elemento óptico difractivo, DOE, o un gradiente de índice de refracción de una lente de gradiente de índice, lente GRIN,

Paso 3: determinación de los parámetros de una distribución del poder de refracción adicional en forma de espiral Fespiral(r, phi) no igual a cero, asumiendo phi valores de cero a 2n que, en relación con un plano perpendicular al eje óptico (10), varía de forma no lineal en dependencia del radio entre un valor básico y un valor máximo como función de la altura radial (r) y del ángulo azimutal (phi) de la apertura,

Paso 4: determinación de un poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura Fee mediante la adición de la distribución del poder de refracción en forma de espiral Fespiral del paso 3 a la distribución del poder de refracción en forma de estructura Festructura del paso 2,

Paso 5: suma o resta de la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura FEE(r, phi) = Fespiral(r, phi)+ Festructura obtenida en el paso 4 al o del efecto óptico del sistema básico Fbase del paso 2,

Paso 6: fabricación de la lente (5) con la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura en, sobre y/o dentro de la lente, de manera que el poder de refracción total de la lente acabada (5) resulte de Ftot(r, phi) = Fbase FEE(r, phi) = Fb ase [Festructura Fespiral(r, phi)].

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el poder de refracción adicional en forma de espiral y en forma de estructura Fee se genera mediante una adición de un perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel zEF(r, phi) al perfil de altura zbase de una superficie de base calculada (3), siendo un perfil de altura aditivo en forma de espiral (zespiral) una función del radio (r) y del ángulo azimutal de la apertura (phi) y variando el perfil de altura aditivo en forma de espiral (zespiral) entre el valor cero y un valor máximo, generándose además la parte del poder de refracción en forma de estructura Festructura mediante un perfil de altura en forma de Fresnel zFresnel y añadiéndose además los perfiles de altura al perfil de altura en forma de espiral y en forma de Fresnel (zef) zEF(r, phi) = zFresnel zespiral máx(r, phi)* w(phi) y fabricándose la lente (5) con el parámetro (R³) para la primera superficie óptica (2) y con la segunda superficie óptica (4), resultando el perfil de altura de la segunda superficie óptica (4) a partir de ztot(r, phi) = zbase zef y siendo zbase el perfil de altura de la superficie de base calculada (3) con el radio (R⁴) y siendo w(phi) un factor para la parte del poder de refracción con un desarrollo en forma de espiral y que asume valores mayores e iguales a cero y menores e iguales a uno.

14. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el poder de refracción total Ftot de la lente resulta de Ftot = Fbase Fee, generándose la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura Fee mediante la acción de una función de fase en forma de espiral y en forma de estructura de la faseEE(r, phi) que se aplica a la segunda superficie óptica fabricada (4), correspondiendo la segunda superficie óptica fabricada (4) a la superficie de base calculada (3) con el radio (R⁴) y determinándose la función de fase en forma de espiral y en forma de estructura mediante FaseEE(r, phi) = Faseestructura Faseespiral(r, phi), siendo la función de fase en forma de espiral Faseespiral una función del radio (r) y del ángulo azimutal de la apertura (phi) y variando el efecto de refracción en forma de espiral entre el valor cero y un valor máximo.

15. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que la distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura Fee se fabrica mediante una curva del índice de refracción en forma de espiral y en forma de estructura AnEE en el material de la lente, y la curva del índice de refracción en forma de espiral y en forma de estructura AnEE resulta de la adición de una curva del índice de refracción en forma de espiral Anespiral(r, phi) y de una curva del índice de refracción en forma de estructura Anestructura y la distribución del poder de refracción en forma de espiral nespiral varía entre el valor básico y el valor máximo.

16. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 12 a 15, en el que una distribución del poder de refracción en forma de espiral y en forma de estructura Fee se imprime y/o se aplica en y/o dentro de una lente intraocular afáquica.

17. Objetivo con un rango de longitud focal ampliado, caracterizado por que en una trayectoria del haz del objetivo se dispone como un elemento de reproducción una lente (5) con un rango de longitud focal ampliado según las características en una o en varias de las reivindicaciones 1 a 11.