NO300047B1 - Multifokal optisk innretning med liten åpning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en optisk innretning som er egnet til bruk i intraokulære linser og kontaktlinser og som angitt i innlednin-gen av krav 1.

Refraksjon og diffraksjon er to mekanismer som benyttes til å karakterisere optiske effekter. Diffraksjonsteori befatter seg med forplantningen av lys. Det er generelt nyttig å betrakte spesialtilfellet for forplantning gjennom en åpning. Åpningen kan være et tomt område helt enkelt definert av sin grense, eller det kan være et område av optisk materiale med varierende tykkelse og/eller varierende brytningsindeks, slik at det selektivt forsinker forskjellige deler av den innfallende bølgefront. I ethvert tilfelle sies lys som trenger gjennom en slik åpning, å gjennomgå "diffraksjon".

Undertiden, når lyset passerer gjennom en åpning, finnes det at det eksisterer et punkt i rommet hvor lyset synes å være sentrert eller fokusert. Det eksisterer en underlengde av disse situasjoner og dette brennpunktet kan beregnes ved å benytte en enkel ligning kjent som Snells lov. Disse spesialtilfellene finner sted når det optiske materiale i åpningen er jevnt og meget langsomt varierende og åpningens dimensjoner store. Når alt dette er tilfelle, kan lys karakteriseres som forplantet ved det spesialtilfelle av diffraksjon som kalles "refraksjon".

Fordi denne situasjon er så vanlig, blir refraksjon eller brytning ofte betraktet som en komplett teori. Men i tilfellet hvor det er en rekke skarpe hakk i en linse, blir kravet om "jevn variasjon" krenket og beregningen av lysforplantningen krever den mer generelle teori for "diffraksjon".

Begrepet "refraksjon" vil benyttes over alt hvor omstendighetene bare involverer åpninger med jevnt varierende innvendige strukturer. Begrepet "diffraksjon" vil bli benyttet over alt hvor omstendighetene involverer åpninger hvis innvendige strukturer omfatter skarpe grenser og brå forandringer i de optiske veilengder.

Selv i de enkle tilfellene blir imidlertid diffraksjonsteorien benyttet for en eksakt løsning som ikke ville kunne fås ved bruk av refraksjonsteorien.

Virkemåten til enhver linse kan forklares ved hjelp av lover og regler vedrørende diffraksjonen, mens lovene og reglene som vedrører refraksjonen ikke vil forklare virkemåten til en fasesoneplate i en bærelinse. En "fasesoneplate" (som benyttet heri og i kravene) er et enhetlig optisk område av en linse som benytter kombinasjonen av en soneplate og optiske fasetter i sonene, idet kombinasjonen utsetter lyset for diffraksjon slik at det dannes en bestemt bølgefront som resulterer i en bestemt intensitetsfordeling av lyset ved de forskjellige ordens (dvs. 0., l., etc.) brennpunkter for soneplaten.

Patentskriftene US-PS 4 210 391, 4 338 005 og 4 340 283 (Cohen) vedrører bruken av fasesoneplater i den optiske sone av en bærelinse for å oppnå en multifokal virkning. En linse som benytter en fasesoneplate i den optiske sone av en bærelinse for å oppnå en nyttbar, multifokal virkning, er her karakterisert og i kravene som en "Cohen-konstruksjon". De optiske egenskapene og anvendeligheten til en Cohen-linsekonstruksjon forklares uttrykt ved lover og regler som vedrører diffraksjon.

En Cohen-linsekonstruksjon benytter en fasesoneplatekonstruksjon med konsentriske soner hvor radiene av de konsentriske soner hovedsakelig er proporsjonale med Vk og sonene slipt slik at de retter eller sprer lyset til mer enn ett brennpunkt. Denne avstand Vk er entydig for diffraksjon, og det er ikke noe avstandsmønster analogt med det som forekommer i konstruksjonen av en brytende eller refraktiv linse.

En fasesoneplate som genererer multifokalt bilde, er en linse og kan benyttes uavhengig av en bærelinse med tanke på forstørrelse eller forminskning. Når en fasesoneplate plasseres i en bærelinse og den dominerer det optiske soneområde til bærelinsen, vil den styre den relative lysstyrke av de multiple bilder frembragt av linseanordningen. I tillegg vil en slik fasesoneplate som dominerer det optiske soneområde av en bærelinseanordning bidra til bildets kvalitet og art i et gitt brennpunkt. Betydningen av en slik fasesoneplate ligger i dens evne til å styre det overførte lys til forskjellige ordener som gitt av de forskjellige brennpunkter, den kromatiske spred-ningseffekt ved de forskjellige ordener og reduksjon i intensitet av lyset ved de forskjellige ordener, noe som gjenspeiler effektivitetstapet som er iboende i en multifokal fasesoneplate. For eksempel vil en sprednings-, samle- eller planlinse bestemme forstørrelsen eller forminskningen av lystransmisjonen, og en fasesoneplate i linsen vil styre den relative intensitet av lyset ved forskjellige brennpunkter og vil i denne henseende frembringe brennpunkter ved høyere ordener. Dette illustreres enkelt av linseanordninger som benytter en fasesoneplate som er en Fresnel-soneplate med soneavstander i henhold til Vk med parabolsk formede echeletter eller "små graderinger" (hvilket betyr at de har en lineær profil i r<2->rommet) som har en dybde i samsvar med konstruk-sjonsbølgelengden, f.eks., hvis konstruksjonsbølgelengden er gult lys på 555 nanometer, da vil den fysiske dybde (eller optiske veilengde) av echeletten være ca. 0,00555 mm i henhold til relasjonen X/rj'-r\), hvor r\'-^l,43, i\ ~ i, 33 og A. er konstruk-sjonsbølgelengde, i dette tilfelle den for gult lys. Denne fasesoneplate vil uavhengig av hvorvidt bærestyrken til linselegemet er divergerende eller konvergerende eller plan, være en monofokal linseanordning for konstruksjonsbølgelengden og vil rette alt lys av konstruksjonsbølgelengden til første ordens brennpunkt langs aksialaksen av den optiske sone. Dette betyr at en bruker av en linseinnretning bare vil se nære objekter og vil ikke være i stand til å se fjerne objekter, selv om bærestyrken til linsen i en glatt linseanordning som baserer seg på de matematiske relasjoner benyttet i refraksjon, tillater visuell transmisjon av fjerne objekter. Fasesoneplaten dirigerer lyset ved å avbøye det til nærbrennpunktet. Denne linsen er strukturelt bærer for fasesoneplaten. I dette tilfelle bestemmer fasesoneplaten retningen som lyset transmitteres i og den visuelle presisjon ved de forskjellige fokal-ordener. Dessuten vil i en bifokal linse av Cohen-konstruksjon, hvor lyset overfores til 0. orden, fasesoneplaten bidra til de kromatiske intensitetene ved 0. orden av bølgelengder forskjellige fra konstruksjonsbølgelengden. Således blir bildet ved 0. orden ikke i og for seg forandret, det påvirkes av fasesoneplaten. Uansett plasseringen av 0. orden med en linse som benytter en fasesoneplate i den optiske sone, vil alt lys som går til 0. orden overføres gjennom fasesoneplaten og er således lys som har gjennomgått diffraksjon.

Fra det foregående påvises det faktum at en glatt, optisk sone vil rette lys til den bare ene fokalstyrke, dvs. 0. orden, og en optisk sone i form av en fasesoneplate som benytter diffraksjon, kan bare rette lyset til én fokalstyrke, den første orden. Det er den dominerende retningsstyrke for diffraksjonen som i dette tilfelle avbøyer lyset til første orden. Cohen-linsekonstruksjonen benytter, enestående, diffraksjon for å rette lyset til mer enn en fokalstyrke. Den retter lyset mot mer enn en fokalstyrke ved å benytte faseforskyvning ved enten (i) å slipe i fasesoneplaten for å endre dens tykkelse i henhold til et passende opplegg eller (ii) å endre brytningsindeksen for linselegemet ved soner innenfor fasesoneplaten. Ved å variere helningen av sonene er det mulig å variere og således faseforskyve det overførte lys.

Cohen-linsekonstruksjonen benytter i en utførelse alternerende og skrå halvperiodesoner som betegnes som odde og like soner for å skaffe en multifokal virkning. Hver slik sone reduserer tykkelsen av bærelinselegemet med graden av innadrettet skråning. Denne artens skråning vil med en varierende grad optisk faseforskyve lyset som overføres av linsen. Jo mer uttalt variasjonen i faseforskyvning er, dess mer lys blir dirigert eller avbøyet til høyere ordener. Hvis skråningen er relativt mindre, er variasjonen i faseforskyvning mindre og mer av det transmitterte lys vil bli rettet fra linseoverflaten til lavere ordens fokalpunkter. Det er ved disse variasjoner i skråning og profilens skråning at man kan tvinge retningen for lyset som har gjennomgått diffraksjon, til mer enn én fokalstyrke .

Cohen-linsekonstruksjonen angir også variasjoner i brytningsindeks ved bruk av innleirede materialer i overflatene på en linse, som en annen mekanisme enn overflaterelieffprofil for å styre faseforskyvning.

Skrånende soner av Cohen-konstruksjon følger prinsippene for Fresnel-soner som omtalt i US-PS 3 004 470 av 17. oktober 1961 (H. Ruhle), bortsett fra at Cohen-linsekonsentrasjonen innbefatter avstanden Vk. Ruhle viser at en avtrappet Fresnel-parabollinsesone ikke er noe annet enn en jevn versjon av de avtrappede skrå par av overflater.

I en multifokal fasesoneplate av Cohen-linsekonstruksjonen, skaffer de alternerende odde og like soner variasjoner i den optiske veilengde for å faseforskyve det overførte lys. Disse soner kan befinne seg innenfor en helperiodesone eller forekomme ved bruk av multiple halvperiodesoner. En helperiodesone er definert av den minste gjentatte sekvens av fasetter inne i en fasesoneplate som er adskilt hovedsakelig proporsjonalt med Vk. En slik avstand er karakterisert av formelen: hvor d representerer første ordens brennvidde og n er konstruk-sjonsbølgelengden. En halvperiodesone er for oppfinnelsens formål kjennetegnet med formelen:

En helperiodesone i en fasesoneplate er ansett å omfatte et par alternerende soner med halvperiodeavstand. En helperiodesone kan omfatte ikke-kontinuerlig eller kontinuerlig blinking. En helperiodes kontinuerlige blinking utgjør en uavhengig profil som omfatter en diskontinuitet omtrent ved en halvperiode av denne og en helperiodes kontinuerlige blinking utgjør en uavhengig profil som er fri for diskontinuiteter i form av trinn, dvs. den er kontinuerlig over bredden av helperioden. Da hver halvperiodesone av en helperiodesone er forskjellige i den grad innfallende lys av konstruksjonsbølgelengden faseskiftes forskjellig, vil hver sone bidra til de nødvendige bestanddeler for å dirigere eller avbøye lyset til multiple brennpunkter.

Det er blitt påpekt i behandlingen av US-PS nr.4 704 016

(De Carle), meddelt patent 3. november 1987, at:

" Fresnel-soneplaten eller -linsen er basert på det prinsipp at tilstøtende soner overfører lys som er innbyrdes ute av fase med en halvperiode, slik at hvis alternerende soner mørklegges, vil lyset som passerer gjennom platen og havner på et punkt på avstand fra soneplaten, være sterkere i fravær av soneplaten fordi destruktiv interferens unngås. For å oppnå denne effekt, kan det vises matematisk at radiene som begrenser sonene med en første tilnærmelse er lik:

hvor f = soneplatens brennvidde, n = 0, 1, 2, 3, 4..., og n = lysbølgelengde. I det tilfelle at en soneplate har en styrke på f.eks. 5 dioptrier som er en typisk styrke for oftalmiske linser, vil størrelsen til den første sone være omtrent 0,3 mm, mens bredden av den åpne sone vil være i størrelsesorden noen få hundredels millimeter. Effektivi-teten uttrykt ved skarpheten av bildet fokusert av soneplaten vil øke med antallet soner, slik at for rimelige, optiske egenskaper er det ønskelig med en plate med et stort antall soner".

Freeman og Stone, Transaction BCLA Conference 1987, side 15, benytter ca. seks helperiodesoner for a+1 dioptrier addert. Dette kan omformuleres til 12 halvperioders soner.

Således er det av noen fagfolk erkjent at linser av Cohen's konstruksjon krever et betydelig antall soner for å oppnå et skarpt bilde. Imidlertid vil linser som nødvendiggjør nærværet av et slikt antall soner i en bifokal linse berøve et betydelig antall mennesker fordelene av kontaktlinser og intraokulære linser av Cohen<*>s konstruksjon. ;Det er mange øyetilstander som krever spesielle variasjoner i utførelsen av en fasesoneplate av Cohen-linsekonstruksjon. For eksempel er kataraktpasienter generelt eldre av år og har derfor små pupiller. I slike tilfeller kan deres behandling innbefatte implantering av en intraokulær linse (IOL). Det er situasjoner hvor det er ønskelig å benytte en IOL som inneholder en bifokal fasesoneplate. På grunn av pupillreduksjonen hos slike pasienter bør fasesoneplaten kunne benyttes innenfor en meget liten åpning for å ta hensyn til pupillstørrelsen. På grunn av plasseringen av en fasesoneplate IOL inne i øyet, vil åpningen i tillegg bli redusert til omtrent 85% av den apparente pupillstørrelse. Således bør fasesoneplaten kunne benyttes i et område som er mindre enn irisstørrelsen og bare 85% av den tilsynelatende pupillstørrelse. ;Det er behov for en bifokal kontaktlinseinnretning eller en intraokulær linseinnretning som løser problemet med pupill-reduks jon ved å skaffe et rimelig antall diskontinuiteter innenfor en liten optisk sone, slik at det kan tas hensyn til en liten pupillstørrelse slik det forekommer hos kataraktpasienter. ;I henhold til den foreliggende oppfinnelse skaffes derfor en optisk innretning som er kjennetegnet ved at de odde soner ved hver grenseflate mellom en like og en odde halvperiodesone ved de odde soneradier r^, hvor k er et oddetall, har en sonedybde som er det dobbelte av sonedybden til de odde soner ved hver grenseflate mellom en odde og en like halvperiodesone ved de like soneradier r^, idet k er et like tall og hver grenseflate mellom en odde og en like halvperiodesone ved de like soneradier r^ idet k er et like tall, har en kontinuerlig profil, slik at soneplaten skaffer to eller flere brennpunkter selv når den benyttes med åpningsblendere så små som en helperiodesone. En utførelse av den foreliggende oppfinnelse angår en linse basert på Cohen-linsekonstruksjon og gir en løsning på problemet med å skaffe en bifokal linse som kan benyttes som en IOL eller en kontaktlinse ved å innbefatte en fasesoneplate som tar hensyn til en liten pupillstørrelse, slik det finnes hos kataraktpasienter. ;I en annen utførelse omfatter oppfinnelsen et optisk element med en fasesoneplate med ringformede, konsentriske soner som har blinkede fasetter som splitter lyset til minst to distinkte brennpunkter og som kan benytte en enkelt helperiodesone av en fasesoneplate. ;I en tredje utførelse omfatter oppfinnelsen et diffraktivt, bifokalt, optisk element med en fasesoneplate som inneholder ringformede, konsentriske soner hvor sonene er adskilt hovedsakelig proporsjonalt med Vk, idet de odde sonene har blinkede fasetter med en optisk veilengde (dybde) halvparten av den optiske veilengde (dybde) til de like fasetter og diskontinuerlig sprang i profilen bare ved de odde radier. Dette elementet splitter lyset i to brennpunkter selv når det er begrenset av en åpningsblende så liten som en helperiodes sone. ;En fjerde utførelse av den foreliggende oppfinnelse angår en linseinnretning som inneholder en profilert fasesoneplate med et multipelt brennpunkt og som skaffer to eller flere distinkte brennpunkter selv når det benyttes åpningsblender så små som en helperiodes sone. Fasesoneplaten er blinkede fasetter som omfatter en rekke ringformede, konsentriske soner adskilt ifølge formelen: ;hvor k er en sone og er lik 1, 2, 3, etc. ettersom sonene følger fra sentralaksen av fasesoneplaten til periferien av fasesoneplaten i samsvar med Cohen-linsekonstruksjonen. I denne formel er r^ radien for halvperiodesonen, med sonene og soneradiene odde eller like i samsvar med verdien av k etter ;som k veksler progressivt mellom odde og like fra sentralaksen til periferien av fasesoneplatene. I denne utførelse er dybden over halvperiodesonene ca. halvparten av dybden til grensesnit-tet mellom en like og en odde halveriodesone ved den odde soneradius r^, i hvilket tilfelle k er et oddetall, og ved hver grenseflate mellom en odde og en like halvperiodesone ved den like soneradius r^, idet k i dette tilfelle er et like tall, has en kontinuerlig profil uten noe diskontinuerlig trinn. ;Oppfinnelsen vil i det følgende beskrives i tilknytning til ikke-begrensende utførelseseksempler og med henvisning til tegningen. Fig. 1 viser sett forfra en linseanordning som enten kan representere en kontaktlinse eller en IOL og viser avstanden Vk av de blinkede fasetter, slik de inngår i Cohen-linsekonstruksjonen. Alle tverrsnitt som heretter er vist, med unntak av fig. 5, 6 og 8, er av en kvartsseksjon av linseanordningen med fasesoneplatekonstruksjonen på fig. 1, sett langs linjene 2-2. Fig. 5, 6 og 8 representerer halvseksjonssnitt tatt langs den stiplede linje som deler fasesoneplaten i to. Fig. 2 viser et tverrsnitt av et kvartsseksjon av fasesoneplaten inklusive det som er vist på fig. 1. Denne figuren viser en parabolsk profil sett langs linjene 2-2 på fig. 1, og gjengir en fasesoneplate med en linse som har en avstand Vk på fig. 1, men som skiller seg fra Cohen-konstruksjonen ved at denne profil med en echelettedybde på ikke vil frembringe en multifokal effekt. Fig. 3 viser et tverrsnitt av en kvartsseksjon av en annen parabolsk profil sett langs linjene 2-2 på fig. 1 og gjengir en fasesoneplate av en linse som omfatter avstanden Vk på fig. 1. Denne parabolske profil og echelettestørrelsen til denne fasesoneplaten tillater ikke Cohen-linsekonstruksjonen, da denne profil med en echelettedybde på / 2 ( r\' - Y\) vil gi en multifokal effekt. Fig. 4 er ment å vise gjengitt i tverrsnitt de samme proporsjonale dimensjonsforhold mellom høyde og bredde såvel som profilen av den første echelette på fig. 2, definert av helperioderadien r 2• Fig. 5 viser transmisjonen av lys som det kommer ut av et tverrsnitt av fasesoneplatekonstruksjonen på fig. 2 og viser den monofokale karakteristikk for fasesoneplaten. Det er viktig å bemerke at ikke noe lys overføres til 0. orden. Fig. 6 viser transmisjonen av lys som det kommer ut av et tverrsnitt av fasesoneplatekonstruksjonen på fig. 3 som er av Cohen-linsekonstruksjon og viser den bifokale karakteristikk for fasesoneplaten. Det er viktig å bemerke at lys kan overføres til første og 0. orden. Fig. 7 sammenligner tverrsnittsprofilen av en linse av Cohen-konstruksjonen med multifokale lystransmisjonsegenskaper som vist på fig. 3, og tverrsnittsprofilen til et eksempel på en linse med egenskapene til fig. 7 i US-PS 4 210 391 (Cohen), med tverrsnittsprofilen til en linse på fig. 2 som gir en monofokal transmisjonskarakteristikk. Fig. 8 viser et tverrsnitt av en helfasesoneplate konstruert i henhold til profilen på fig. 1. I dette tilfelle er fasesoneplaten i samsvar med den på fig. 6. Den figur viser bølge-effektene som fås av diffraksjonskarakteristikkene til fasesoneplaten og fasesoneplatens direksjonene muligheter for å utvikle optiske bilder ved to brennpunkter. Fig. 9 viser en graf for korrelasjonen av lysintensiteten observert ved 0. og første orden og echelettetypen til echeletter som har parabolske profiler som vist på fig. 2 og 3 ovenfor. Fig. 10 viser et tverrsnitt av en fasesoneplate med liten åpning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 11A viser ved hjelp av vanlige, skraverte mønstre radiene som kombinerer for å danne helperiodesoner av fasesoneplaten med liten åpning på fig. 10. Fig. 11B viser odde og like soner ved vanlige, skraverte mønstre av åpningsfasesoneplaten på fig. 10. Fig. 12 viser fordelingen av lys og lysintensitet for fasesoneplaten på fig. 6 i forbindelse med en åpningsblender på to helperiodesoner. Fig. 13 viser fordelingen av lys og lysintensitet for fasesoneplaten på fig. 6 i forbindelse med en åpningsblender på en helperiodesone. Fig. 14 viser fordelingen av lys og lysintensitet for fasesoneplaten på fig. 10 i forbindelse med en åpningsblender på to helperiodesoner. Fig. 15 viser fordelingen av lys og lysintensitet for fasesoneplaten på fig. 10 i forbindelse med en åpningsblender på en helperiodesone. Fig. 16 viser tverrsnittet av profilen til en fasesoneplate beskrevet i US patentsøknad nr. 222 000 av 20. juli 1988. Fig. 17 viser et tverrsnitt av en åpningslinse i henhold til oppfinnelsen som benytter profUkarakteristikkene til fasesoneplatekonstruksjonen vist på fig. 16. ;Den foreliggende oppfinnelse benytter en multifokal, optisk innretning som er basert på en fasesoneplate med en soneavstand på Vk og blinkede fasetter i sonene. Sonene er innbyrdes radielt ringformet og sylindrisk forskjøvet i forhold til hverandre omkring en sentralakse. I en ønsket utførelse er det alternerende soner som skiller seg tilstrekkelig fra hverandre til at innfallende lys som overføres gjennom fasesoneplaten, vil forskyves til en rekke brennpunkter lagt på sentralaksen som strekker seg fra sentralaksen til fasesoneplaten. Det foretrekkes at intensitetene til lys ved minst to av brennpunktene er tilstrekkelig for å betrakte bilder ved disse brennpunktene. ;Oppfinnelsen benytter et spesielt soneforhold slik at et minimum av soner er nødvendig for å oppnå brukbare bilder ved mer enn et brennpunkt sett langs sentralaksen til fasesoneplaten. Det er en fordel ved den foreliggende oppfinnelse at så lite som en helperiodesone som omfatter to forskjellige halvperiodesoner er alt som er nødvendig for å oppnå en meningsfull multifokalvirkning. Imidlertid innbefatter oppfinnelsen bruk av mer en helperiodesone i den ønskede fasesoneplatekonstruksjon i henhold til oppfinnelsen. ;Den foreliggende oppfinnelse benytter i foretrukne utførelser en Cohen-linsekonstruksjon for å oppnå en multifokal fasesoneplate som er i stand til å oppnå en meningsfylt lysintensitet ved to eller flere bilder når den benyttes med en minimums-eller liten åpning (apertur) for inngangspupillen til øyet. I en foretrukket utførelse angår oppfinnelsen en bifokal linse hvor minst 20% av det innfalne lys som overføres gjennom linsen går til 0. orden og minst 20% av det innfalne lys som overføres gjennom linsen går til den 1. orden. ;For bedre å forstå oppfinnelsen skal det henvises til tegningen. Fig. 1 viser en kontaktlinse sett forfra og kan også representere en IOL og viser avstanden Vk mellom blinkede fasetter som innbefattet i Cohen-linsekonstruksjonen. Fig. 1 viser en fasesoneplate med seksten soner, r^-r^g* De odde sonene er r^, r3, r^, r 7, r9, r^, r 13 og r^. Den resterende soner er like soner. I denne sammenheng kan hver sone være en halvperiodesone hvis den minste gjentatte sekvens av fasetter innenfor fasesonen av platen som hovedsakelig er adskilt proporsjonalt med Vk, er kombinasjonen av gjentatte odde og like soner.

På fig. 1 er hver odde sone angitt ved stiplede linjer, mens hver like sone er angitt ved hele linjer. Denne fremstillings-måte ble valgt for å angi at de odde soner er ment å avmerkes innenfor den kontinuerlige profil av helperiodesonen som den tilstøtende like sone er en del av. Fig. 2 viser et tverrsnitt av en parabolsk profil sett langs linjene 2-2 på fig. 1 og gjengir en fasesoneplate for en linse som har avstanden Vk på fig. 1. Imidlertid muliggjør ikke den parabolske profil og echelettestørrelsen til denne fasesoneplate Cohen-linsekonstruksjonen, fordi denne profil med en optisk veilengde (dybde) for echeletten på X ikke vil gi en multifokal virkning. I denne utførelse som ikke inngår i oppfinnelsen, er den optiske veilengde (dybde) av hver echelette lik X/ (r\J - t\) ,hvor X er linsens konstruksjonsbølge-lengde, fortrinnsvis den for gult lys, og rt' og »\ som omtalt ovenfor. I denne spesielle kombinasjon av profiler er de odde og de like sonene de samme fordi linsen overfører det innfalne lys til bare et brennpunkt, den 1. ordens. I dette tilfelle virker de odde og like sonene nøyaktig på samme måte med hensyn til deres evne å avbøye det innfalne lys. Dette indikerer at de er de samme, og at ingen av dem dirigerer lyset til et brennpunkt som på noen måte er forskjellig fra det andre. Fig. 3 viser et tverrsnitt av en annen parabolsk profil, sett langs linjen 2-2 på fig. 1, og gjengir en fasesoneplate som er satt inn i en linse konstruert som linsen på fig. l, dvs. har avstanden Vk på fig. 1. Den parabolske profil og echelette-størrelsen til denne fasesoneplate muliggjør Cohen-linse-konstruks jonen, fordi denne profil med en echelettedybde på jL/2 (r\• —1\) vil gi en multifokal virkning. I denne spesielle utførelse er vinklene til de respektive odde og like soner tilstrekkelig forskjellige til at de odde og like soner har multifokalitet. I dette tilfelle har den odde sone evnen til å rette lyset mot et brennpunkt og den like sone har evnen til å rette lyset mot et annet brennpunkt, og begge er i stand til å rette lys mot begge brennpunkter. Dette skal omtales mer spesielt i det følgende.

For å gi noen antydninger om de relative dimensjoner av disse fasesoneplatene, er de relative dimensjoner for en enkelt helperiodesone av linsen på fig. 2 vist på fig. 4. Fig. 4 viser et tverrsnitt av den første helperiodesone med den odde sone r± og den like sone r2- Det kan sees av denne figur at dybden til echelettene er meget liten, og at echelettens profil er gradvis skrånende. Gjengivelsen på fig. 4 ble generert på datamaskinen og reflekterer dataprogrammets manglende evne til å tegne echelettens profil med nøyaktighet og fri for brudd i profilens helning.

Med hensyn til fig. 5, er det vist et tverrsnitt av en fasesoneplate 16 med echeletter i henhold til fig. 2, hvor dybden av hver echelette er X / - r\) , plassert i et planlinse-legeme 10 (bare en overflatedybde av linsen lik dybden av fasesoneplaten er vist). Denne figur viser transmisjonen av lys 12 som kommer fra fasesoneplaten til den første orden ( fj_) uten at noe lys 14 overføres til den 0. orden (fg)• Dette viser den monofokale karakteristikk for en fasesoneplate som benytter den tradisjonelle, parabolske profil når dybden av blinkingen er A/(V-rU •

Fig. 6 viser virkningen av å utføre dybden av echeletten med 2/2 (rV - t\,) . På fig. 6 er det vist en fasesoneplate 26 i en planlinse 20 og med samme parabolske profil som den som er benyttet på fig. 5, men utført i henhold til beskrivelsen vedrørende fig. 3. Denne figur viser at lys som transmitteres gjennom linsen splittes og lys 22 rettes mot den første (f]_) ordens brennpunkt og lys 24 rettes mot den 0. (f0) ordens brennpunkt. Arten av denne oppsplitting er omtalt nedenfor. Fig. 7 viser et tverrsnitt av en rekke overlagrede fasesoneplater som hver har avstanden til fasesoneplaten på fig. 1. Dens hovedformål er å sammenligne profilen på fig. 2 med den på fig. 3 og profilen av en fasesoneplateprofil fra US-PS 4 210 391. Profilen representert av de parabolske kurver 3 0 er fasesoneprofilen til fig. 2, mens profilen gjengitt med de parabolske kurver 32 er fasesoneplateprofilen på fig. 3. Det er imidlertid også vist parabolske kurver 34 av profilen basert på fig. 7 i US-PS 4 210 391 (Cohen). Hver av fasesoneplatene har odde og like soner, idet sonene er halvperiodesoner. Utvalget av echeletteprofiler varierer i to optiske veilengder (dybde), U (^ V °9 A/2 (1'• Denne fig. 7 sammenligner tverrsnitts-prof ilen av en linse av Cohen-konstruksjon med multifokale lystransmisjonsegenskaper som vist på fig. 3 her, og tverrsnittprofilen er et eksempel på en linse som har egenskapene til fig. 7 i US-PS 4 210 391 (Cohen), med tverrsnittprofilen til linsen på fig. 2 som gir en monofokal transmisjonskarakteristikk.

Profilen til echelettene på fig. 7 viser at profilene er skåret gjennom radiene til r0(j(je eller omkretsen til de odde soner, ved en dybde som er halvparten av trinnene til echelettene. Således skjærer profilkurven 30 gjennom hver r^^e-grense ved en dybde på 31/2 ( r\ J - r±) , prof ilkurvene 32 skjærer gjennom radiene til r0£de~9rensen ved en dybde jl/4 (i\'-nj og prof ilkurvene 34 skjærer gjennom radiene til r0(jcie-grensen ved en dybde som ligger mellom 1/ 2 (a'-U og ;t/4(<n>j-ty.

Profilen karakterisert ved kurvene 34 er basert på en linseprofil beskrevet i fig. 7 i US-PS 4 210 391 (Cohen) som for den samme figur benytter konstruksjonsparametrene som er angitt i spalte 3, linjene 20 og 21 i nevnte patentskrift. Linsen gir en lik oppsplitting av innfallende lys til 1. og 0. orden med omtrent 36%. Hovedforskjellen mellom denne linseprofil og profilen vist på fig. 3 er nærværet av en tydelig visuell demarkasjon av grensene for den odde sone ved tilfellet for profilen dannet av kurvene 34, mens kurvene 32 ved grensene for de odde soner glattes ut.

Skalaen til de grafiske gjengivelser på fig. 2, 3 og 7 for den senere fullperiodesone i fasesoneplaten gjør det vanskelig å visualisere den parabolske form som i realiteten foreligger i echelettene. Fig. 4 gjør det lettere å skjønne relasjonen mellom bredden av sonene relativt til høyden på trinnene som danner odde soner.

Konsekvensen av denne reduksjon av dybden i den parabolsk profilerte echelette fra en bølgelengdes dybde til en halv bølgelengdes dybde, kan sees på fig. 8. Fig. 8 viser et tverrsnitt av en helfasesoneplate konstruert i henhold til profilen på fig. 1. I dette tilfellet samsvarer fasesoneplaten med den på fig. 6 og benytter profilen beskrevet i fig. 3. Denne figur viser bølgeeffektene som fås av diffraksjonskarakteristikkene til fasesoneplatene og fasesoneplatens direksjonelle evne til å danne optiske bilder ved to brennpunkter. Lysbølgene som transmitteres fra overflaten av fasesoneplaten, rettes av fasesoneplaten mot to primære brennpunkter, det nære første brennpunkt og det fjerne 0. ordens brennpunkt.

Som påpekt på fig. 5, vil, dersom dybden av echelettene på gjengivelsen på fig. 8 var X/ ( Y\ J- f[) , dvs. en konstruksjons-bølgelengde dyp, alt innfallende lys av denne bølgelengde rettes til det nære 1. ordens brennpunkt. Ved å forskyve helningsvinklene til den odde og like sone, faseforskyves lys og dirigeres av fasesoneplatén til et eller flere andre brennpunkter. I tilfelle av fig. 8 er det andre primære brennpunkt den fjerne 0. ordens.

Fig. 9 viser grafisk korrelasjonen av lysintensiteten iakttatt ved det fjerne 0. ordens og det nære 1. ordens brennpunkt og dybden av echelettene med parabolske profiler som vist på de tidligere figurer. Den viser at ettersom dybden av echeletten reduserer til under en halv konstruksjonsbølgelengde, dvs. hvor x er større enn 2, blir mer av det innfallende lys rettet mot den fjerne 0. ordens brennpunkt. Ettersom dybden nærmer seg 0, går mer og mer av lysintensiteten til 0. orden og til slutt multifokaliteten tapt, dvs. det rettes ikke nok lysintensitet til minst to brennpunkter til å skaffe anvendelige bilder ved disse brennpunkter, og en praktisk multifokal linse er ikke mulig. Det samme fenomen kan sees med en økning i echelettedybden. Ettersom dybden øker, blir en tilsvarende større mengde av lysintensiteten rettet til det nære første ordens fokale brennpunkt. Ettersom dybden nærmer seg blir mer og mer lys rettet til den nære første ordens brennpunkt og til slutt tapes utultifokaliteten, dvs. det blir ikke rettet nok lysintensitet mot minst to brennpunkter til å skaffe anvendelige bilder ved disse brennpunktene, og en praktisk multifokal linse er ikke mulig.

Fig. 10 viser et tverrsnitt av en åpningsfasesoneplate med entydige profilrelasjoner og som gir ytterligere innsikt i funksjonaliteten til multifokale linser av Cohen-konstruksjonen. På fig. 2 er de odde soner hva man kan betrakte som like soner i fasesoneplateprofilen på fig. 3. I dette tilfelle har den odde sone r^ en dybde på /t/4(r\,'- rtf og de like soner begynner alle med en dybde på jJ/2 -nj . Hver odde sone r3 og større danner en kontinuerlig profil med profilen til den tilstøtende like sone r2 og større. I denne profil er profilen til fasesoneplaten på fig. 3 forskjøvet med nøyaktig en halvperiodesone.

Denne overføring av linsen på fig. 3 tillater en linse som på fig. 10 å tilfredsstille en pasients behov for en fasesoneplate som kan benyttes med en liten åpning for å ta hensyn til den reduserte åpningsstørrelse av en pupill på grunn av katarakter. Det er på grunn av denne overføring av odde og like soner at det er mulig å skaffe en bifokal kontaktlinse eller en IOL som løser problemet med pupillreduksjonen ved å tilveiebringe et rimelig antall diskontinuiteter innenfor en liten optisk sone, slik at det tas hensyn til liten pupillstørrelse slik som tilfellet er hos kataraktpasienter.

Fasesoneplaten på fig. 3 og 6 blir utført for å skaffe like intensiteter både ved 0. og 1. ordens brennpunkter. Intensitetene av lys ved disse brennpunkter er gitt som kvadratet av vektoramplitudene vist på lysstyrkegrafene på fig. 12 og 13. En rotasjon (faseforskyvning) benyttet på noen av vektorene vil ikke ha noen effekt på lysintensitetene. Imidlertid kan slike vektorrotasjoner fremmes ved å forskyve (translatere) fasesone-plateprofilene.

Denne fordel er nærmere forklart på de følgende figurer. Hva angår fig. 11A, er det med vanlige skraveringsmønstre vist radiene som kombinerer for å danne helperiodesoner for åpningsfasesoneplaten på fig. 10. På den annen side viser fig. 11B de odde og like soner med vanlige skraveringsmønstre for åpningsfasesoneplaten på fig. 10.

Fig. 12 viser linsen på fig. 3 og 6 i forbindelse med en åpningsblender som begrenser det innfallende lys til to helperiodesoner og den tilsvarende graf for lysstyrke versus fokalstyrke og viser to brennpunkter med samme lysstyrke. Standard vektorrepresentasjon for lysamplituden ved dette punkt er gitt ovenfor hver brennpunktorden i lysstyrkegrafen.

Når åpningsblenderen for linsen på fig. 12 reduseres i diameter, slik at innfallende lys begrenses til en helperiodesone som vist på fig. 13, oppstår en stor dybdeskarphet på grunn av at nålehulleffekten maskerer bifokaliteten til fasesoneplaten. Ved å eliminere den annen helperiodesone blir den lyskansellerende vektor ved det halve ordens bilde eliminert. Den resulterende modulasjonskurve for intensiteten (stiplet linje 22 på fig. 13) er den for en enkel nålehullinse. Fig. 14 viser et tverrsnitt av en linse utført i henhold til profilen på fig. 10. Fig. 14 viser linsen i samband med en åpningsblender som begrenser det innfallende lys til to helperiodesoner og dens tilsvarende graf for lysstyrke versus brennpunktstyrke, med to brennpunkter av samme lysstyrke. Standard vektorrepresentasjon for lysamplituden ved dette punkt er gitt over hver brennpunktorden i lysstyrkegrafen. Vektor-diagrammene på fig. 14 er rotert med hensyn til vektordiagram-mene på fig. 12. Fig. 15 viser fordelingen av lys og lysintensitet for fasesoneplaten på fig. 10 med bruk av en åpningsblender på en helperiodesone. Fig. 15 viser linsen på fig. 10 i samband med en åpning som begrenser innfallende lys til en helperiodesone og den tilsvarende graf for lysstyrke versus brennpunktstyrke, med to brennpunkter av samme lysstyrke. Figuren viser at når åpningsblenderen reduseres i diameter slik at det innfallende lys begrenses til bare en helperiodesone, er fasesoneplatens bifokalitet fremdeles meget fremtredende. Selv om den annen helperiodesone elimineres, er det fullstendig destruktiv interferens av lyset ved det halvordens bilde. Den resulterende modulasjonskurve for intensiteten blir den for en bifokal fasesoneplatelinse. Fig. 16 viser tverrsnittet for profilen av en fasesoneplate beskrevet i US patentsøknaden av 20. juli 1988, med serienummer 222 000. Den gjentatte profil for denne fasesoneplate er gitt av Fasettdybden for en lik energioppsplitting er gitt ved og intensitetsoppsplittingen er gitt av

Fig. 16 viser profilen for en multifokal fasesoneplate utført ved å skjære blinkede fasetter med optisk veilengde (dybde) på 0,4 bølgelengders dybde, hvor den blinkede fasett har en cosinustrinnprofil. Fig. 17 viser et tverrsnitt av en åpningslinse i henhold til denne oppfinnelse med bruk av profil-karakteristikkene til fasesoneplatekonstruksjonen vist på fig. 16. Fig. 17 viser et parti av en profil av en fasesoneplate frembragt ved å forskyve fasesoneplateprofilen på fig. 16 med nøyaktig en halvperiodesone. Radiene r^ på fig. 16 er avmerket i halvperiodesonene. For denne profil tapes ikke bifokaliteten til fasesoneplaten når åpningsblenderen reduseres i diameter for å begrense det innfallende lys til en helperiodesone.

Det er blitt påpekt ovenfor at ved å forskyve fasesoneplateprofilen med en halvperiodesone, opprettholdes bifokalitet selv når åpningsblenderen er så liten som helperiodesone. Det betyr ikke at kvaliteten av bildet som sees under slike forhold, vil være like god som hvis åpningsblenderen var to eller flere helperiodesoner. Den betingelse som linsen i henhold til oppfinnelsen er blitt utviklet for, ivaretas ikke av de konvensjonelle fasesoneplatekonstruksjoner fordi pasienten på grunn av lave åpningsblendere ville tape all bifokalitet med den konvensjonelle fasesoneplatekonstruksjon. Således skaffer oppfinnelsen et nivå for bifokal ytelse ved lave åpningsblendere som er uoppnåelig med den vanlige fasesoneplatekonstruksjon, uavhengig av bærelinsen som fasesoneplaten er innfattet i.

Claims (5)

1. Optisk innretning omfattende en fasesoneplate med multiple brennpunkter og blinkede fasetter i en rekke ringformede, konsentriske soner adskilt i henhold til formelen hvor r^ er halvperiodesoneradien for sone k og k = 1, 2, 3 etc., karakterisert ved at de odde soner ved hver grenseflate mellom en like og en odde halvperiodesone ved de odde soneradier r^, hvor k er et oddetall, har en sonedybde som er det dobbelte av sonedybden til de odde soner ved hver grenseflate mellom en odde og en like halvperiodesone ved de like soneradier r^, idet k er et like tall og hver grenseflate mellom en odde og en like halvperiodesone ved de like soneradier r^ idet k er et like tall, har en kontinuerlig profil, slik at soneplaten skaffer to eller flere brennpunkter selv når den benyttes med åpningsblendere så små som en helperiodesone.

2. Optisk innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at den har en gjentatt sinusoidal profil i fasesoneplaten.

3. Optisk innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at den har en gjentatt parabolsk profil i fasesoneplaten.

4. Optisk innretning i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at den har form av en intraokulær linse.

5. Optisk innretning i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at den har form av en kontaktlinse.