包括多焦点衍射镜片组件的系统 |
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| 申请号 | CN201380055358.8 | 申请日 | 2013-10-23 | 公开(公告)号 | CN104755997B | 公开(公告)日 | 2016-11-16 |
| 申请人 | 埃西勒国际通用光学公司; 国家科研中心; | 发明人 | M·佩卢克斯; P·查维莉; | ||||
| 摘要 | 一种同时双焦点光学系统，该光学系统由一个第一系统焦点和一个第二系统焦点以及一个瞳孔所定义，所述系统包括一个同时双焦点衍射镜片组件，该镜片组件具有一个第一焦点、一个第二焦点和多个衍射区(101_1‑101_n)，该多个衍射区包括一个中央区(101_1)和围绕该中央区的多个环形同心区(101_2‑101_n)，该镜片组件具有分别与该第一焦点和该第二焦点相关联的一个第一光学屈光 力 和一个第二光学屈光力，该第一焦点和该第二焦点分别对应于由该镜片组件针对标称 波长 所生成的最亮衍射级的会聚点，该第一系统焦点和该第二系统焦点具有分别取决于该镜片的该第一光学屈光力和该第二光学屈光力的值的 位置 ，其中，该中央区具有一个根据该光学系统的该瞳孔、该第一光学屈光力和该第二光学屈光力而确定的表面面积值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种同时双焦点光学系统，所述光学系统由一个第一系统焦点和一个第二系统焦点以及一个瞳孔所定义，所述系统包括一个同时双焦点衍射镜片组件，该镜片组件具有一个第一焦点、一个第二焦点和多个衍射区(101_1-101_n)，该多个衍射区包括一个中央区(101_1)和围绕该中央区的多个环形同心区(101_2-101_n)，该镜片组件具有分别与该第一焦点和该第二焦点相关联的一个第一光学屈光力P1和一个第二光学屈光力P2，该第一焦点和该第二焦点分别对应于由该镜片组件针对一个标称波长所生成的最亮衍射级的会聚点，该第一系统焦点和该第二系统焦点具有一个分别取决于该镜片的该第一光学屈光力P1和该第二光学屈光力P2的值的位置，其中，该中央区(101_1)具有一个被配置成使得一个预先确定的光学性能优化参数 被优化的表面面积值，所述光学性能优化参数 在该第一和第二系统焦点附近被考虑并且在不修改这些衍射区(101_1-101_n)的运算函数的情况下根据该中央区(101_1)的该表面面积值而变化，所述预先确定的光学性能优化参数 是如在该第一和第二系统焦点附近的亮度和/或调制传递函数那样，由此，该中央区(101_1)具有一个根据该光学系统的该瞳孔、该第一光学屈光力P1和该第二光学屈光力P2所确定的表面面积值。 |
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| 说明书全文 | 包括多焦点衍射镜片组件的系统[0001] 本发明涉及一种包括多焦点衍射镜片组件的系统。具体而言，本发明涉及一种包括被配置成同时双焦点衍射镜片组件的系统。本发明进一步涉及一种确定包括镜片组件的同时双焦点衍射系统的方法。 [0002] 在视觉改善和视觉缺陷矫正的领域中可以发现本发明的应用。眼镜片被佩戴并广泛用于矫正各种类型的视觉缺陷。这些缺陷包括如近视眼(近视)、远视眼(远视)、散光等缺陷，以及通常与老龄化相关联的近距离视力缺陷(老花眼)。 [0004] 眼镜片包括多焦点镜片，其中镜片的第一区域被设计为具有第一焦距，并且镜片的另一个不同的区域被设计为具有不同于该第一焦距的第二焦距。通常，这些焦距之一对应于一个用于观看远处物体的焦距，并且另一个焦距对应于一个用于观看近处物体的焦距。相应地，近视觉(NV)区对应于眼镜片的包括用于近距离视觉(如阅读)的使用者视线的交点的表面面积，并且远视觉(FV)区对应于眼镜片的包括用于观看远处物体的远距离视觉的使用者视线的交点的表面面积。这种多焦点眼镜片包括具有远视觉区和近视觉区的双焦点镜片，以及具有远视觉区、近视觉区以及在远视觉区与近视觉区之间的中间区的渐进式镜片，其中，一条主渐进子午线穿过这三个区。多焦点镜片经常用于对由老花眼所造成的视力缺陷进行矫正。 [0005] 其他类型的双焦点镜片被配置为用于同时双焦点视觉。 [0006] 在某些情况下，此类镜片具有一个内部区和一个围绕该内部区的外部环形区，该内部区具有一个第一焦距并且该外部环形区具有一个不同的第二焦距。穿过该内部区的光在该第一焦距处形成一个图像，并且穿过外部区的光在该第二焦距处形成一个图像。这些图像之一被投影到使用者的眼睛的视网膜上，同时，另一个图像被同时投影到视网膜后面或前面。人脑对接收到的视觉信号进行处理，其方式为使得不正确聚焦的图像被忽略，由此给使用者留下一个聚焦图像的印象。 [0007] 这种镜片的设计就视觉质量方面提供了许多挑战。 [0008] 已将本发明设计成用于解决上述问题中的一个或多个问题。 [0009] 根据本发明的一个第一方面，提供了一种同时双焦点光学系统，所述光学系统由一个第一系统焦点和一个第二系统焦点以及一个瞳孔所定义，所述系统包括一个同时双焦点衍射镜片组件，该镜片组件具有一个第一焦点、一个第二焦点和多个衍射区，该多个衍射区包括一个中央区和围绕该中央区的多个环形同心区，该镜片组件具有分别与该第一焦点和该第二焦点相关联的一个第一光学屈光力P1和一个第二光学屈光力P2，该第一焦点和该第二焦点分别对应于由该镜片组件针对一个标称波长所生成的最亮衍射级的会聚点，该第一系统焦点和该第二系统焦点具有一个分别取决于该镜片的该第一光学屈光力P1和该第二光学屈光力P2的值的位置，其中，该中央区具有一个被配置成使得一个预先确定的光学性能优化参数 被优化的表面面积值，所述光学性能优化参数 在该第一和第二系统焦点附近被考虑并且在不修改这些衍射区的运算函数的情况下根据该中央区的该表面面积值而变化，所述预定光学性能优化参数 是如在该第一和第二系统焦点附近的亮度和/或调制传递函数，由此，该中央区具有一个根据该光学系统的该瞳孔、该第一光学屈光力P1和该第二光学屈光力P2所确定的表面面积值。 [0011] 在一个实施例中，该光学系统的瞳孔具有一个可变的表面面积值。 [0012] 在一个实施例中，该光学系统的瞳孔具有一个固定的表面面积值。 [0013] 在一个实施例中，该镜片组件被配置成一个接触镜片。在一个实施例中，该镜片组件是一个眼内植入物的一部分。 [0014] 在某些实施例中，该镜片组件构成该光学系统。 [0015] 在一个实施例中，该镜片组件是一个渐进式多焦点眼镜片的一个近视觉区的一部分，该渐进式多焦点眼镜片具有一个复合表面，该复合表面包括带有一个远视觉参考点的一个远视觉区、所述带有一个近视觉参考点的近视觉区、以及一个中间视觉区，其中，一条主渐进子午线穿过所述三个视觉区，其中，该第一光学屈光力P1不同于该第二光学屈光力P2。 [0016] 在一个实施例中，该镜片组件包括一个折射组件和一个同时双焦点衍射组件，其中，该折射组件与该衍射组件并置，并且其中，该折射组件具有一个等于P1/2+P2/2的光学屈光力，并且该衍射组件具有等于ΔP/2的一个第一屈光力和等于-ΔP/2的一个第二屈光力，其中，ΔP＝P1-P2。图2示出了这种实施例的示例。 [0017] 在一个实施例中，第一光学屈光力P1为正，并且第二光学屈光力P2为零。 [0018] 本发明的一个第二方面提供了一种确定同时双焦点衍射光学系统的方法，所述光学系统由一个第一系统焦点和一个第二系统焦点以及一个瞳孔所定义，所述系统包括一个镜片组件，该镜片组件具有一个第一焦点、一个第二焦点和多个衍射区，该多个衍射区包括一个中央区和围绕该中央区的多个环形同心区，该镜片组件具有分别与该第一焦点和该第二焦点相关联的一个第一光学屈光力P1和一个第二光学屈光力P2，该第一焦点和该第二焦点分别对应于由该镜片组件针对一个标称波长所生成的最亮衍射级的会聚点，该第一系统焦点和该第二系统焦点具有一个分别取决于该镜片的该第一光学屈光力P1和该第二光学屈光力P2的值的位置，其中，该方法包括一个通过对一个预先确定的光学性能优化参数进行优化来确定该中央区的一个表面面积值的步骤，所述光学性能优化参数 在该第一和第二系统焦点附近被考虑并且在不修改这些衍射区的运算函数的情况下根据该中央区的该表面面积值而变化，所述预先确定的光学性能优化参数 是如在该第一和第二系统焦点附近的亮度和/或调制传递函数，由此，根据该光学系统的该瞳孔、该第一光学屈光力P1和该第二光学屈光力P2来确定该中央区的该表面面积值。 [0019] 在一个实施例中，该组件构成该光学系统。 [0020] 在一个实施例中，该光学系统的瞳孔具有一个固定的表面面积值，并且考虑该瞳孔表面面积值来实施所述通过对该光学性能优化参数 进行优化来确定该中央区的该表面面积值的步骤。 [0021] 在一个实施例中，该光学系统的该瞳孔具有一个在一个表面面积值范围内可变的表面面积值，并且其中，所述确定该中央区的表面面积值的步骤包括： [0022] 通过针对所述光学系统的一组瞳孔中的每一个瞳孔对该光学性能优化参数 进行优化来对该中央区的与此组瞳孔相关联的多个表面面积值进行求值，每一个瞳孔具有一个在所述表面面积值范围内的表面面积值； [0023] 针对该中央区的这些表面面积值中的每一个表面面积值，将该光学系统的光学性能求值成在所述光学系统的该组瞳孔表面面积值上的这些优化的光学性能优化参数 的一个平均值；以及 [0024] 在所述光学系统的所求值的这些光学性能当中确定一个最佳性能，并且从其中推导出该中央区的与所确定的该最佳性能相对应的表面面积值。 [0025] 在一个实施例中，该光学性能优化参数 基于与该第一和第二焦点相关联的系统焦平面处的调制传递函数。 [0026] 在一个实施例中，该光学性能优化参数 基于在所述光学系统的该第一和第二系统焦点附近的亮度级。 [0027] 根据本发明的这些方法中的至少一部分可以是计算机实施的。相应地，本发明可以采取完全硬件的实施例、完全软件的实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者结合了在此全都可以总体上称作“电路”、“模块”或“系统”的软件方面和硬件方面的实施例的形式。此外，本发明可以采取一种以任何有形表达介质体现的计算机程序产品的形式，计算机可用程序代码体现在该介质中。 [0028] 由于本发明的一些部分可以用软件实现，本发明可以被体现为用于提供至任何合适载体介质上的可编程设备的计算机可读代码。有形载体介质可以包括存储介质，如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器、磁带装置或固态存储器装置等。有形载体介质可以包括信号，如电信号、电子信号、光信号、声信号、磁信号或电磁信号，例如，微波或RF信号。 [0030] 图1是根据本发明的光学系统的一个或多个实施例的光学镜片组件的示意性平面俯视图； [0031] 图2是根据本发明的一个或多个实施例的眼镜片系统的示意性平面俯视图； [0032] 图3是流程图，展示了根据本发明的一个或多个实施例的用于确定光学镜片系统的设计的方法的步骤；以及 [0033] 图4以图形方式展示了根据本发明的至少一个实施例的优化参数φ对二元镜片的衍射区的直径的影响。 [0034] 图1中展示了根据本发明的光学系统的一个或多个实施例的眼镜片组件。眼镜片组件100包括一个衍射区板，该衍射区板包括多个衍射区101_1至101_n，该多个衍射区包括由多个环形同心区101_2至101_n所围绕的一个中央区101_1。 [0035] 衍射区的数量n取决于多种因素，如眼镜片组件的尺寸、基础光学屈光力的变化和运行波长。该眼镜片组件被配置成为同时双焦点的，并且具有分别与第一光学屈光力P1和第二光学屈光力P2相关联的第一焦点f1和第二焦点f2。第一焦点f1和第二焦点f2对应于针对一个给定光波长由眼镜片组件100所生成的最亮衍射级。第一焦点f1和第二焦点f2的位置分别取决于镜片的第一光学屈光力和第二光学屈光力的值。根据其中放置有眼镜片组件的光学系统的瞳孔、并且根据第一光学屈光力P1和第二光学屈光力P2来确定中央衍射区101_1的表面面积。光学系统可以是眼科接触镜片、眼科眼镜片、包括一个安置于其近视觉区的补片的渐进式多焦点镜片、或眼内镜片植入物。 [0036] 在本发明的某些实施例中，这些衍射区101_1至101_n中的每一个衍射区具有一个球面轮廓。在其他实施例中，这些衍射区中的每一个衍射区具有一个二元类型轮廓。 [0037] 在本发明的一个实施例中，眼镜片组件100被配置成为一个接触镜片。在另一个实施例中，眼镜片组件100是一个眼内植入物。 [0038] 在本发明的一个具体实施例中，该眼镜片组件100被配置成放置在同时双焦点光学系统内，该同时双焦点光学系统由第一系统焦点、第二系统焦点和瞳孔来定义。第一系统焦点F'1和第二系统焦点F'2的位置分别取决于眼镜片组件100的第一焦点f1和第二焦点f2的位置。参照图2和图3，根据本发明的一个具体实施例的同时双焦点光学系统包括具有一个复合表面的渐进式多焦点眼镜片，该复合表面包括带有远视觉参考点FVP的远视觉区FV、带有近视觉参考点NVP的近视觉区NV以及定义近视觉区NV与远视觉区FV之间的渐进的中间视觉区IV。主渐进子午线横穿这三个视觉区NV、IV和FV。参照图1所描述的眼镜片组件100并置在近视觉区NV中。 [0039] 放置在近视觉区NV中的眼镜片组件包括折射组件和同时双焦点衍射组件。该折射组件与该衍射组件并置。该折射组件具有等于P1/2+P2/2的光学屈光力并且该衍射组件具有等于ΔP/2的第一光学屈光力和等于-ΔP/2的第二光学屈光力，其中，ΔP＝P1-P2。第一光学屈光力P1为正，并且第二光学屈光力P2为零。 [0040] 在一个实施例中，该光学系统的瞳孔具有可变的表面轮廓。在另一个实施例中，瞳孔PU具有固定的表面轮廓。 [0041] 将参照图3描述根据本发明的一个或多个实施例的一种确定同时双焦点衍射眼镜片组件的设计的方法。 [0042] 所描述的方法涉及对包括眼镜片组件100的眼镜片系统的光学性能进行优化。可以通过对在不改变这些衍射区的运算函数的情况下具体根据中央衍射区101_1的表面面积而变化的性能优化参数 进行优化来优化光学性能。根据眼镜片组件100的瞳孔PU的表面来确定中央衍射区101_1的表面面积。在某些实施例中，瞳孔表面是固定的。在其他实施例中，该眼镜片系统的瞳孔具有可变的表面。 [0043] 考虑了该眼镜片组件在第一和第二焦点F1和F2处的光学性能。针对性能优化参数的优化而评估的标准可以包括光学性能参数，如在眼镜片组件100的焦点F1和F2处的亮度和/或该眼镜片组件的焦点F1和F2处的调制传递函数(MTF)。 [0044] 本方法的一个主要步骤涉及根据包括眼镜片组件100的眼科眼镜片的佩戴者的瞳孔、以及光学镜片系统的第一和第二光学屈光力来针对所优化的光学性能确定中央衍射区101_1的表面面积。 [0045] 参照图3，在步骤S101，对针对一个优化参数 值范围所得到的光学性能参数进行求值。为此目的，根据光学系统200的瞳孔PU的直径的变化范围选择优化参数 的许多值。每一个所选择的优化参数 的值对应于中央衍射区101_1的直径或表面面积。对于优化参数 的每一个值而言，在光学系统200的瞳孔PU的直径的变化范围上对光学系统在焦点f'1和f'2处的性能标准进行求值。然后，在PU直径的范围上针对优化参数 的每一个值得到一个平均性能参数值。在步骤S102，对针对优化参数 的不同值所得到的平均性能参数进行比较，以确定给出最佳光学性能的优化参数 的值。在步骤S103，确定对应于最佳光学性能(即，对应于经过优化的优化参数 值)的中央衍射区101_1的表面面积，并且相应地确定环形衍射区101_2至101_n的位置。在步骤S104，根据所确定的衍射区的表面值来配置光学镜片组件100。 [0046] 在其中放置有眼镜片组件100的眼镜片系统200是混合眼镜片系统(如渐进式眼镜片)的具体情况下，进一步的步骤S105涉及将眼镜片组件100放置在眼镜片系统200内，通常在近视觉区中。在眼镜片系统200是混合渐进式镜片系统的具体情况下，目的是针对一个给定增加值Add降低镜片系统的周边散光。将二元双焦点眼镜片组件100放置在双焦点渐进式眼科眼镜片200的近视觉区中有助于改善光学屈光力的中央渐进廊道之外的图像转移性能。 [0047] 的确，具有增加值Add的渐进式镜片系统在其周边视觉区内具有散光Ast，该散光与该镜片系统的几何形状相关、并且其根据一个简化的经验模型随着该渐进式镜片系统的增加Add而线性地变化，从而使得Ast≈Add。 [0048] 返回到图2和图3，将眼镜片组件(已经根据本发明的实施例对其光学性能进行了优化)放置在具有增加Add-ΔP的渐进式眼镜片的近视觉区NV中。眼镜片组件100是一个具有光学屈光力ΔP和0δ的二元或衍射双合镜片。相应地，所得到的总体混合眼镜片200在周边区内具有散光Ast≈Add-ΔP和增加Add。因此，在近视觉区NV中，使用者从增加Add-ΔP和增加Add中同时受益。结果是，由于存在两个同时光学屈光力，混合眼镜片的周边散光针对一个给定增加被减小至造成近视觉区内图像质量下降的损害。 [0049] 现将结束用于确定根据本发明的一个实施例的用于优化二元双焦点镜片的光学性能的性能参数 的值的计算的一个示例。在这个实例中，焦点f1和f2处的亮度被求值成为性能标准。 [0050] 考虑具有透射率tφ(r，λ0)的薄镜片 [0051] [0052] 其中，φ是对镜片的第一和第二光学屈光力P1和P2没有影响的独立于镜片的半径r的相位项。 [0053] 还可以将透射率表达为 [0054] [0055] 其中： [0056] [0057] 从表达式(3)中可以清楚的看到，表达式(1)表示由一个光学屈光力为(P1+P2)/2的折射镜片和一个二元镜片组成的双合镜片的透射率，该二元镜片的两个最亮衍射级对应于光学屈光力–ΔP/2和ΔP/2。 [0058] 在一个给定波长处，λ≠λ0 [0059] [0060] [0061] φ0＝πr2ΔP/2λ0 (6) [0062] 在图4中以图形方式展现了透射率tΔ，φ（r，λ)：tΔ，φ(r，λ)＝exp[iψ(φ0)]的相位ψ(φ0)，该图示出了参数φ对二元镜片的这些衍射区的直径的影响。 [0063] 因此，示出了优化参数 的值的变化对应于组成镜片的二元部分的环形区的直径的变化，并且具体地，示出了围绕中央区的环形区101_2至101_n的表面面积并不随着优化参数 而变化，同时，中央区101_1的面积并不随着优化参数 而变化。因此，可以将优化参数 的值与中央区101_1的直径相关联。 [0064] 将一个常数相位项φ添加至透射率方程(1)对应于将二元镜片的环形衍射区的平移。可以用环形衍射区的直径的变化来优化镜片的光学性能。 [0065] 参数φ可以因此被优化以提高二元双焦点镜片的光学性能。 [0066] φ是变量φ0的周期为T＝2π的周期函数，可以将tΔφ分解成傅里叶级数： [0067] [0068] 其中： [0069] [0070] 二元镜片起到具有与导致下式的屈光力-λqΔP/2λ0相关联的无限数量的焦点的镜片的作用： [0071] [0072] 通常，与衍射级q相关联的衍射效率被称为|cq|2。这里可以看出，参数φ的值对|cq|2没有影响。 [0073] 在菲涅耳近似中，与位于距瞳孔的镜片Σ(其透射率由接收统一幅度的平面波的光的tΔ，φ(r，λ)所定义)的距离为z处的光轴线的点上的级q相关联的复数幅度表达式给定为： [0074] [0075] 如果二元镜片的瞳孔是圆的并且具有直径A： [0076] [0077] 在下文中，将分析限定到两个衍射级-1和1，这两个衍射级在波长λ＝λ0处具有为40.5％的对应效率。计算下式： [0078] [0079] 其中，Re表示复数的实数部分。 [0080] 因此，优化涉及使 的值尽可能高，从而使得最大量的光分布在光轴线上，具体地在对应于波长λ＝λ0处的衍射级-1和1的第一和第二焦点处。该第一和第二焦点分别位于z1＝2/ΔP和z2＝-2/ΔP处。对于光波长λ≠λ0，第一和第二焦点位于z1＝2λ0/λΔP和z2＝-2λ0/λΔP处。φ的值被优化为使得在z1＝2/ΔP和z2＝-2/ΔP处的光轴线附近，衍射级-1与1之间的干扰尽可能具有建设性，并且然后将最大量的光分布在第一和第二焦点处。从方程(9)和(11)中，注意到 并不取决于φ的值。因此，目的是增加在方程(12)右侧上的项的值，即， 的辐角尽可能地接近0(mod2π)。从方程(11)中求 出 并且得到以下结果： [0081] [0082] 在取决于基数凹陷的乘积的符号的π的值处， 的辐角是： [0083] [0084] 并且因此，因子φ的最佳值是： [0085] [0086] 注意，在分别位于z1＝2/ΔP和z2＝-2/ΔP的与波长λ＝λ0处的衍射级1和-1相关联的第一和第二焦点上，因子φ的最佳值是相同的。因此，可以同时对在两个焦点F1和F2处的光分布进行优化。另外，波长λ以及位置z仅仅影响基数凹陷的符号。因此，在其中基数凹陷的乘积的符号不发生变化的标称波长λ0的波谱的区以及围绕z1＝2/ΔP和z2＝-2/ΔP的空间的区中，因子φ的最优值并不取决于波长λ、也不取决于位置Z，并且在波长λ＝λ0的情况下保持不变。在其他情况下，因子φ的最佳值是π。 [0087] 参数φ的使用能够使得沿着光轴线的衍射级1与-1之间的干扰更加具有建设性。因此，如果二元镜片的直径大，则两个焦点被分开，并且它们的干扰几乎没有影响。 [0088] 尽管以上已经参考特定实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于这些特定实施例，并且在本发明的范围内的修改将是本领域技术人员所清楚的。 [0089] 例如，虽然以上在眼镜片的背景下描述了一些特定实施例，但将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明可以应用于被用作窗户、汽车和飞机挡风玻璃、薄膜、眼科仪器、计算机监视器、电视屏幕、电话屏幕、多媒体显示屏、灯标牌、光投影仪和光源、其他眼科器件等等的其他光学基片。这些眼科器件可以包括眼镜、太阳镜、护目镜或类似物。 [0090] 本领域技术人员在参考以上说明性实施例时可以获得很多进一步的修改和变化，这些实施例仅通过举例方式给出而不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求来确定。特别地，如果合适的话，不同实施例的不同特征可以互换。 [0091] 在权利要求书中，词“包括”并不排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除复数。不同的特征在相互不同的从属权利要求中被引用这个单纯的事实并不表示不能有利地使用这些特征的组合。 |
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