具有相位片和纯折射部分的眼用镜片

一种在其镜片带中具有相位片和纯折射部分的眼用接触式镜片。

本发明涉及对具有相位片光学结构的接触式镜片进行的改进。本说明书和权利要求书中所使用的“相位带片”一词是指利用带片与各带中的若干光学小刻面相结合的镜片的整体光学部位，该组合能对光有衍作用，由于产生特定波阵面，在带片的各级焦点（例如0级，1级等）上产生特定的强度分布。

本发明涉及接触式镜片，特别是采用相位片光学结构的接触式镜片，例如采用相位片双焦镜片和由同心环形带构成的“调谐”菲涅耳镜片等的接触式镜片。这类镜片通常采用例如阿伦L.科恩在美国专利No.4，210，391，No.4，338，005和No.4，340，283中所描述的设计。科恩的上述镜片设计提出，环形同心带的半径“rn”大体上与 $\sqrt{n}$成正比，且将该带加以刻划，以便将光引到一个以上的焦点上（以下称“科恩镜片设计”）。

具有相位片光学结构的科恩镜片设计可以使镜片做得特别薄。所以为获取双焦点或多焦点效应，接触式镜片可设计成带有相位片光学结构。相位片特有的颜色性能可结合到接触式镜片（包括具有多焦点性能的接触式镜片在内）的设计中去。

已经确定，具有相位片光学结构的接触式镜片会给配戴者带来一些问题。一个问题是构成相位片的环形配置的阶梯光栅之间的各小阶梯的非光学边缘可能引起的眩光，这种眩光还通过波的干涉作为令人不快的强光出现在接触镜片配戴者眼前。

另一个潜在的问题是由以下原因引起的：（ⅰ）要求软接触镜片在贴附到角膜上时应具有充分的活动余地以便使泪液可以互流从而将眼睛新陈代谢所产生的废物从眼睛表面清洗掉;（ⅱ）软镜片在配戴过程中不能充分运动，因此难以满足上述的活动余地要求。

在软接触镜片科恩设计式的环形带片结构中，设置多个多焦点菲涅耳小阶梯光栅必然会限制镜片的活动余地。希望在这类镜片设计中引入充分的活动余地。使镜片在配戴过程中能够有大约0.5至1毫米的活动余地。这样可以提高其处理镜片底下所形成的代谢废物的能力。

本发明的目的包括提供一种采用上述科恩专利的环形结构的多焦点接触镜片设计，这种设计可以将非光学边缘产生的眩光效应减至最小程度，且/或在使用过程中具有前述要求的必要活动余地。本发明采用这种环形结构来达到这些结果和影响到镜片的多焦点使用效果。

本发明用于在其镜片带中具有相位片和纯折射部分的眼用镜片，如接触式镜片和眼内镜片等眼用镜片。

更具体地说，本发明用于在其镜片带中具有相位片和纯折射部分的科恩镜片设计式的眼用接触式镜片。

本说明书和权利要求书中所使用的“纯折射部分”一词是指镜片中能按“几何光学基本定律”[见芬彻姆（Fincharn）等人在《光学》一书第九版第22页]工作的一个或一个以上的区域。镜片这些区域的特征是其前表面和后表面都平滑或较平滑。在下文中，纯折射部分可称之为“通道”、“纯折射通道”和“相位通道”。

在本发明的一个较佳实施例中，纯折射部分对相位片的光焦度做出贡献。

在另一个实施例中，本发明用作按科恩镜片设计的具有一个相位片和一个能使通过其中的光对称延迟的纯折射部分（为了方便以下称其为“对称通道”）的多焦点镜片。

对称通道使光衍射以便积极地与相位带片的光波进行干涉，从而在所要求的焦点上形成图象或增强图象。可以认为对称通道主要具有单焦能力。

在一个较佳实施例中，相位片部分位于中心位置，纯折射部分则形成镜片带的剩下的周边环形部分。在本发明的一个最佳实施例中，纯折射部分从镜片的基准曲面偏移，从而形成纯折射通道。在该最佳

注1.“对光的波动本性所引起的衍射效果忽略不计的几何光学假设：

（1）相邻光线彼此独立。

（2）光的传播是直线性的，即光直线传播。

（3）遵守反射定律。

（4）遵守折射定律。

实施例中，纯折射通道系设计得平行于接触式镜片的基准曲面且将光线聚焦到镜片带的相位片部分的第零（0）级衍射焦点上。

在本发明的最佳实施例中，相位片处在镜片带的中心位置，且相位片系设计成具有半波小阶梯光栅，从而可以将光在零（0）级和一（1）级衍射焦点上等分。通常的办法是一种科恩镜片设计，这种科恩镜片设计通过使每个片带具有聚焦能力并依靠多个这种片带与波的干涉，达到多焦距调整。在该最佳实施例中最值得推荐的方面是，纯折射通道沿相位片的周边配置，且置于比基准曲面还低四分之一波长深度处。

在实施本发明的优选实施例中，可以在纯折射通道与相位片的结合部设置过渡带，并令环形折射 通道的周围边缘保持敞开，以便使镜片覆盖住眼睛。

图1示出了含有镜片带“OZ”的接触式镜片的正视图，该镜片带“OZ”包括一个带有四个带和一周边折射部分的中心相位片。

图2示出了一个具有镜片带的接触式镜片的横剖侧视图，该镜片带含有若干在基准曲面的中心部分刻画出的环形相位片小阶梯光栅PPE和周围的环形折射部分“R”。图中还画出了在零（0）级焦点处的合成矢量振幅。

图3示出了一个具有镜片带的接触式镜片的横剖侧视图，该镜片带含有若干在基准曲面的中心部分刻画出的环形相位片小阶梯光栅“PPE”和一个呈相位通道“PC”形式的周边环形折射部分。图中还画出了在第零（0）级焦点处的合成矢量振幅。

图4示出了一个具有镜片带的接触式镜片，该镜片带含有在基准曲面的中心部分刻画出的若干相位片小阶梯光栅“PPE”和被一个环形过渡带“TZ”所隔开的周边环形相位通道“PC”。图中还画出了在第零（0）级焦点处的合成矢量振幅。

图5A和5B示出了搁在泪层“TL”上的软接触式镜片“CL”的横剖侧视图，图中示出了不带覆盖层的泪液透镜，还示出了有覆盖层产生时由微凹表面D所形成的空气透镜。

图6示出了具有一镜片带的接触式镜片的横剖侧视图，该镜片带含有在其基准曲面的中心部分的刻划出的若干相位片小阶梯光栅“PPE”和一得到覆盖补偿的周边相位通道“CPC”。

图7示出了一具有镜片带的接触式镜片“CL”的横剖侧视图，该镜片带含有一安放在人眼“E”的泪层“TL”上的相位通道“PC”。

图8示出了一具有镜片带的接触镜片“CL”的横剖侧视图，该镜片带含有一安放在人眼“E”的泪层“TL”上的得到覆盖补偿的相位通道“CPC”。该视图示出了当接触式镜片覆盖在人眼上时在接触式镜片“CL”的前部表面上产生的倾斜部分“D”。

图9示出了一个具有镜片带的接触式镜片的横剖侧视图，该镜片带包含一个在其基准曲面的中心部分刻划出的交替半波相位片和一周边折射相位通道。图中还画出了在零（0）级焦点处的合成矢量振幅。

图10示出了一具有镜片带的接触式镜片“CL”的横剖侧视图，该镜片带包含在基准曲面“BC”刻划出的若干相位片小阶梯光栅“PPE”和相位通道“PC”。

图11示出了具有一个镜片带的接触式镜片“CL”的横剖侧视图，该镜片带包含若干在基准曲面“BC”刻划出的相位片小阶梯光栅“PPE”和由过渡带“TZ”隔开的相位通道“PC”。

图12画出了一个具有镜片带的接触式镜片“CL”的横剖侧视图，该镜片带包含若干在基准曲面“BC”刻划出的相位片小阶梯光栅“PPE”和一个单补偿相位通道CPU（该补偿相位通道作为复合过渡带）和修正的相位通道以构成在人眼上的覆盖层。

图13示出了一个具有镜片带的接触式镜片“CL”的横剖侧视图，该镜片带包含一个正相位片，它与为第一（1）级衍射设计的周边覆盖补偿相位通道“CPU”一起同心配置。

图14示出了一个具有镜片带的接触式镜片“CL”的横剖侧视图，该镜片带包括配置在中心相位通道“PC”周边上的正相位片，相位通道“PC”则是为零（0）级衍射设计的。

图15示出了一个具有镜片带的接触式镜片“CL”的横剖侧视图，该镜片带包含与中心覆盖补偿相位通道“CPC”一起配置在周边的负相位片，该覆盖补偿相位通道“CPC”是为零（0）级衍射而设计的。

本发明涉及一种接触式镜片，该镜片专门设计使其相位片光学结构安置在小于镜片的光学带的区域上。这可用图1所示的镜片初步加以说明，该图将指定的镜片带OZ分为四（4）个环形波带（r1、r2、r3和r4），还有一个周边配置的环形折射部位。接触式镜片的镜片带的这种几何结构形式具有以下几点好处：

＊给配戴者带来的眩光少;

＊镜片的活动性有所改善;

＊给相位片光焦度附加上折射光焦度。

相位片的半径关系可遵循科恩镜片设计的特性进行确定，即

$r_m=\sqrt{\mathrm{2mwf}}$

m＝表示第m条带的一个整数;

w＝光的波长;

f＝一级衍射的焦距。

图2的接触式镜片在其镜片带的中心区有一个连续的半波相位片。这是一个双焦镜片，它在零（0）级和一（1）级衍射之间将光等分。带片小阶梯光栅的深度“h”为：

h＝w/2（n1-n）

n1＝接触式镜片的折射率。

n＝眼睛泪层的折射率。

此外该镜片的纯折射部位R与相位片部分所用的同一个基准曲面连续，因而将光聚焦到相位片的零（0）级衍射焦点上。

按常规，当镜片系制造得使其一个镜片带大于包含相位片光学结构的面积时，折射和衍射光会在镜片的一个或多个焦点上进行干涉。这在某些情况下会导致被聚焦象的质量恶化。图2说明了这一点，其中由相位片小阶梯光栅PPE形成的振幅PPA导致由折射部位R形成的振幅RA，它们在相位上相差90度，从而形成合成振幅A。

在本发明接触式镜片的镜片带内包含相位片又包括纯折射通道的较佳实施例中，希望将该通道加以改变以提高而不是降低相位片的象质量。

在本发明的典型实施例中，镜片各种带的合成相位被调准以便使其达到最大的积极干涉。举例说，它们可以彼此成环形配置，且可以改变这种结构以便对镜片的形状及对由传统变化所引起的镜片带的变化进行补偿，只要能达到本发明的目的即可。

用以提高聚焦象的质量和获得本发明的其它好处的本发明的一种产品利用了一个对称通道，从而使其相位与相位片的一个焦点的合成相位调准。所得出的包括此实施例在内的镜片，具有一个具备相邻纯折射通道的相位片，从而可借助对称相位偏移来改变相位片与通道之间存在着的相位关系。

通道最好能对光进行聚焦以减轻被折射和衍射光的阻碍效应。这类通道可安置在相位片带和纯折射表面的内部或外部。

图3例示了一种设计有相位通道的镜片，它可以产生上述对称相位偏移增强的目的，从而将镜片带的纯折射部分与相位片部分之间的相位调准。图3中，相位片小阶梯光栅PPE形成的振幅PPA和纯折射相位通道PC所形成的振幅PCA几乎同相，由此形成合成振幅A。各相位系通过将相位通道安置在镜片基准曲面上方w/4（n1-n）的深度处而被调准的。

必要时，可用一个过渡带将相位片与相位通道隔开。图4示出了带有这种将相位片与相位通道隔开的过渡带的镜片。这个过渡带，如图4的矢量图中所示，对光的总的合成振幅的影响不大。如下所示，有了过渡带，软镜片剖面的设计就可以对镜片相位通道覆盖住眼睛的趋势加以补偿。

在软接触式镜片结构中，一般认为软接触式镜片会覆盖住配戴者的眼睛表面并采取和形成该表面的形状。图5A和5B说明了覆盖的原理。图5A示出了设计有中心厚度为d、泪层厚度为e的软接触式镜片。然而，由于覆盖的原因，要将其重新设计成如图5B所示的中心厚度为d′的软接触式镜片以便应付泪层的缺少，并增设由接触式镜片表面上的微凹面D形成的空气镜片。对覆盖的典型接触式镜片公式为：

d′＝d+e（n-1）/（n′-1）

带有过渡带的软接触式镜片可通过调节相位通道深度以补偿其覆盖层，使其平稳地覆盖在眼睛上。本发明的其它类实施例特别示于图6。图6中，镜片设有一中心半波相位片并在镜片基准曲面之上w/4（n′-1）的深度处设有一相位通道。在这种镜片中，基准曲面的周边部分被切除，以防形成通道，并以便彻底覆盖。

此类实施例的其它示例如图7和图8所示。图7画出了镜片CL，它的相位通道PC搁在眼睛上泪带TL上。另一方面，图8显示了带有过渡带和覆盖一补偿的相位通道CPC的镜片CL，它被搁在眼睛E的泪层TL上。该镜片的前表面上处于覆盖部位的正上方处设有环形倾斜部分D。

本发明可用于在单镜片带中采用衍射元件和纯折射元件的任何已知类型的接触式镜片。具体例子是图9的交替半波双焦点相位片。在此镜片的实例中，零（0）级衍射焦点要求一个能产生90度+57.5度相移的通道。在此情况下，通道深度按下式确定：

深度＝w（180-147.5）/360（n′-n）＝0.09w/（n′-n）.

图10示出了具有与基准曲面BC匹配的后表面的接触式镜片CL。带有设计成将光等量衍射至零（0）级和正一（1）级衍射焦点的小阶梯光栅PPE的半波相位片，在中心处刻划到基准曲面上。该镜片 设有相位通道，这个相位通道是通过在后基准曲面中沿相位片周边刻划出一条四分之一波长相位通道形成的，该通道将光折射到零（0）级的衍射焦点上。

图11画出了类似的镜片设计，该镜片还包括一个将相位片与折射通道隔开的过渡带。在本发明的该实施例中，其后表面与基准曲面BC匹配的接触镜片CL具有：（ⅰ）在基准曲面的中心处刻划出的带小阶梯光栅PPE的半波相位片，（ⅱ）沿小阶梯光栅PPE的周边在基准曲面上刻划出的四分之一波相位通道PC，和（ⅲ）在PPE和PC的交接处有一个包含二分之一相位片小阶梯光栅的过渡区TZ。

图12的实施例说明了对图11的镜片进行修改的方案，它通过减小周边相位通道PC的深度以补偿镜片的覆盖层。这时通道保持敞开，以便于镜片达到所要求的覆盖状态。

图13示出了带有正相位片的接触式镜片CL的横剖侧视图，其中正相位片置于中心，而且周边用供一（1）级衍射用的覆盖补偿环形相位通道CPC环绕排列。该镜片中的相位通道不与镜片的基准曲面平行。这是因为相位通道将光聚焦到一级衍射焦点而不是聚焦到本发明前述例子中所述的零（0）级衍射焦点上。使镜片的纯折射部分对附加的光焦度做贡献而不是对远距光焦度做贡献。

图14的实施例示出了带有正相位片的接触镜片的横剖侧视图，其中正相位片与为零（0）级衍射设计的中心相位通道PC一起沿周边配置。

图15的实施例是一个配有负相位片的接触式镜片CL，其中负相位片沿为零（0）级衍射设计的配置在中心的覆盖补偿相位通道CPC的周边而配置。应该注意的是，尽管该镜片的相位通道平行于镜片的基准曲面，但它仍对附加光焦度而不是对远距光焦度做贡献。这是因为我们采用的是负相位片，这种相位片在零（0）级和负一（1）级衍射焦点上提供聚焦光。

本发明所包括的较理想的镜片有一个大约6至8毫米的光学镜片带，该光学镜片带包含直径大约4至5毫米，即直径大约4.5毫米的同心相位片，和一宽度大约0.5至2.0毫米的环形通道。

在镜片的活动程度属于极端情况但迫切希望通过实施本发明来达到减小眩光的那些情况下，可以在镜片带外增设龙骨结构来减少活动程度而仍然保留本发明的优点。

本发明的镜片可按本技术领域的传统工艺制造。举例说，可以研磨软接触式镜片的无水式基础相位件来形成本发明的镜片结构。该镜片可用复制本发明结构的模具铸造出来。该镜片可用制造接触式镜片的玻璃和一般塑料制取。