一种眼科透镜

技术领域

本发明涉及眼科医疗器械技术领域，尤其涉及一种眼科透镜。

背景技术

现市场上的眼科透镜，如白内障外科手术中使用的人工晶状体，植入人眼代替天然晶体，一些衍射型或折射型多焦点晶体可以在人眼内提供视近、视远两个焦点的视力，而视中焦点效果较差。两个焦点的眼科透镜可以改善老花者的视近、视远视力，但视中效果需要加强。

现市场上虽出现了衍射三焦点晶体，其三个焦点主要依靠0阶及+1阶衍射实现。在常规衍射结构中，要形成视远焦点成像效果不低于视近焦点(视远是人眼更重要的视觉能力)，每一个衍射带内高度差及之间的衍射台阶高度导致的光程差都小于0.5个设计波长，光程差大小决定了衍射能量在各衍射阶次的分配比例，即各焦点的能量分配。在现有产品中，衍射能量分配主要集中在0阶衍射焦点及+1阶衍射焦点，+2阶次以及更高阶衍射焦点无法利用。市场上现有的衍射晶体在设计波长处，由于高阶衍射(+2阶次及更高阶次)导致的能量损失约为18％，这就导致病人视觉对比度的下降。目前虽有三焦点衍射晶体宣称可实现部分衍射带的+2阶衍射能量的利用，但其不能利用的衍射焦点的能量损失仍大于13％甚至为15.5％.

常规衍射透镜的+1阶衍射焦点可以消除或降低折射带来的色差。但对于常规衍射透镜的0阶衍射焦点，该焦点色差等于折射带来的色差，所以对于0阶衍射对应的焦点的色差并不能有效降低。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种眼科透镜，解决现有技术中的衍射晶体由于高阶衍射导致的能量损失大，导致使用者的视觉对比度低，以及衍射能量分配主要集中在0阶衍射焦点及+1阶衍射焦点上，然而0阶衍射对应焦点的色差却不能有效降低的问题。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种眼科透镜，包括眼科透镜的前表面、后表面和光轴，所述眼科透镜的前表面和后表面均为光学面，所述眼科透镜前表面和后表面中的至少一个光学面上设有加和衍射结构，所述加和衍射结构内含有加和衍射带和加和衍射台阶，所述加和衍射结构至少由部分叠加的第一衍射轮廓和二元衍射轮廓组成，叠加部分至少包括第一衍射轮廓的连续四个第一衍射单元和二元衍射轮廓的连续两个二元衍射单元。所述第一衍射轮廓中包括若干个第一衍射单元，所述第一衍射单元中包括一个第一衍射带和一个第一衍射台阶，所述二元衍射轮廓中包括若干个二元衍射单元，其中一个所述二元衍射单元内包括两种相位的平面及相位平面边缘的相位台阶，所述相位台阶与所述第一衍射台阶在竖直方向上的投影重合，所述第一衍射轮廓的第一衍射带高度形成的光程差大于0.5倍设计波长同时小于等于1.0倍设计波长，且至少有一个所述第一衍射带高度产生的光程差大于0.7倍设计波长，所述二元衍射轮廓的相位台阶高度产生的光程差大于等于0.15倍设计波长且小于0.5倍设计波长。

进一步限定，所述第一衍射轮廓为开诺全息型衍射结构。

进一步限定，所述第一衍射轮廓的+1阶衍射附加光焦度应介于+1.5D到+5.0D之间。

进一步限定，所述第一衍射带高度导致的光程差与所述二元衍射轮廓的相位台阶高度导致的光程差之和应大于1.10倍设计波长。

进一步限定，所述眼科透镜可形成3个有效焦点，分别为视中焦点、视远焦点和视近焦点，且视中焦点位于第一衍射轮廓的+1阶衍射对应焦点上、视远焦点介于第一衍射轮廓的+1阶衍射对应焦点与0阶衍射对应的焦点之间，视近焦点介于第一衍射轮廓的+1阶衍射对应焦点与+2阶衍射对应焦点之间。

进一步限定，所述视近焦点的附加光焦度为所述第一衍射轮廓的+1阶衍射焦点的附加光焦度的1.5倍，所述视中焦点的附加光焦度为所述第一衍射轮廓的+1阶衍射附加光焦度的1.0倍，所述视远焦点的附加光焦度为所述第一衍射轮廓的+1阶衍射附加光焦度的0.5倍。

进一步限定，所述第一衍射轮廓的第一衍射带高度所导致的光程差等于1.0倍设计波长，则可以实现光线在视远、视近焦点的分配比例相等。

进一步限定，所述二元衍射轮廓从光轴的中心向四周连续分布，且二元衍射轮廓中的相位台阶的高度从光轴的中心向外围逐渐增大。

进一步限定，所述二元衍射轮廓的一个二元衍射单元对平行入射光仅产生2种相位，一个所述二元衍射单元与位置对应的两个所述第一衍射单元组成第一衍射带组，所述第一衍射带组内的第一衍射带高度相等。

进一步限定，所述任意两个不同第一衍射带组的第一衍射带高度从光学区中心到光学区边缘逐渐减小。

进一步限定，所述第一衍射轮廓的第一衍射带高度形成的光程差大于0.7倍设计波长同时小于等于0.9倍设计波长，可以增加视远焦点的能量分配，提高视远焦点视力。

进一步限定，所述二元衍射轮廓的相位台阶高度产生的光程差大于等于0.15倍设计波长且小于等于0.4倍设计波长，可以实现良好的视中焦点。

在技术方案所取得的技术效果如下：(1)在第一衍射轮廓和二元衍射轮廓叠加形成的加和衍射结构的作用下，使光线在0阶衍射焦点和2阶衍射焦点之间形成3个有效的焦点，从而避免了任一有效焦点位于0阶衍射焦点位置，解决了0阶焦点的色差不能有效降低的问题。(2)在第一衍射轮廓和二元衍射轮廓叠加形成的加和衍射结构的作用下，降低了衍射能量在+2阶以及更高阶次的能量汇聚，使衍射能量更多的分散到3个有效的焦点上，降低了衍射能量损耗的同时，还提高了本技术方案中眼科透镜的视觉质量。(3)通过对二元衍射轮廓中相位台阶的高度和第一衍射带的高度中的任意一个或多个进行改变，即可调节光线在3个有效焦点上的合理分布，使本技术方案中的眼科透镜的视觉效果更佳。(4)本技术方案中三个有效焦点中衍射产生的色差与透镜折射作用产生的色差方向相反，从而使透镜表现出的色差得到降低，提高了本技术方案中透镜的呈像效果。

附图说明

图1是本发明实施方式的眼科透镜示意图。

图2A是本发明实施方式的加和衍射结构示意图。

图2B是图2A所示的加和衍射结构中对应的第一衍射轮廓；

图2C是图2A所示的加和衍射结构对应的二元衍射轮廓；

图3是本发明的实施方式中三焦点透镜在不同焦点成像质量的测试结果。

图4A是本发明实施方式中受抑加和衍射结构和非受抑的加和衍射结构的轮廓图示。

图4B是图4A所示的受抑加和衍射结构对应的第一衍射轮廓。

图4C是图4A所示的受抑加和衍射结构对应的二元衍射轮廓。

图5A是本发明实施方式中又一受抑加和衍射结构和非受抑的加和衍射结构的轮廓图示。

图5B是图4A所示的又一受抑加和衍射结构对应的第一衍射轮廓。

图5C是图4A所示的又一受抑加和衍射结构对应的二元衍射轮廓。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

请参阅图1和图2，如图1所示的透镜100有两个光学面，其中至少一个光学面含有衍射光学结构，衍射光学结构可以看作是加和衍射结构10与基础非球面/球面结构101叠加而形成的。在设计过程中可以从图1中分离出图2所示的加和衍射结构10进行设计。同时透镜100的另一光学面可以为球面结构或非球面结构或衍射结构或包含柱镜功能的结构。加和衍射结构10是通过第一衍射轮廓20与二元衍射轮廓30的至少一部分叠加而形成，加和衍射结构10由多个加和衍射带11及加和衍射台阶12构成，相邻加和衍射带11之间通过加和衍射台阶12将加和衍射带11分开。

本发明实施方式的透镜100至少含有由2个连续的二元衍射单元与第一衍射轮廓20叠加形成的加和衍射结构10，即加和衍射结构10至少有4个连续的加和衍射带11，通过连续的4个加和衍射带11之间的干涉，则可以将透过透镜100加和衍射带11的能量分配到3个非0阶衍射焦点上。加和衍射结构10形成3个有效焦点，分别用于视近、视中、视远，从而获得全视程的视力。3个有效焦点不包括第一衍射轮廓20的0阶衍射对应的焦点，且第一衍射轮廓20的+1阶衍射对应透镜100的视中焦点，透镜100的视远焦点介于第一衍射轮廓20的+1阶衍射对应焦点与0阶衍射对应焦点之间，透镜100的视近焦点介于第一衍射轮廓20的+1阶衍射对应焦点与+2阶衍射对应焦点之间，所以透镜100在第一衍射轮廓20对应的0阶衍射焦点无能量汇聚或是少量的能量汇聚，在一个实施方式中，若加和衍射带11的高度导致的设计波长光线的光程差为1个波长时，从理论上讲，此时第一衍射带21的光线在对应的0阶衍射焦点的能量汇聚为0。

当第一衍射轮廓20对平行入射光产生的光程差大于0.5倍且小于等于1.0倍设计波长，则理论上单个加和衍射带11会有超过50％的有效利用能量汇聚于第一衍射轮廓20对应的+1阶焦点。但由于二元衍射轮廓30的影响，减少了能量在第一衍射轮廓20对应的+1阶焦点的能量分布。

由于相邻加和衍射带11之间存在由二元衍射轮廓30引入的大于等于0.3π而小于1.0π的相位差，相较于常规衍射设计(衍射结构的衍射带之间不存在相位差，且衍射带高度可产生0.5倍波长的光程差)，加和衍射结构10在+2阶次及更高阶次的能量汇聚少于常规衍射设计的80％(相邻加和衍射带11之间存在相位差0.3π时)到0％(相邻加和衍射带11之间存在相位差1.0π时)。在某些优选的实施方式中，加和衍射带11高度导致设计波长光线的光程差为0.7-1.0倍波长，此时在透过加和衍射带11的光线在第一衍射带21对应的+2阶衍射焦点及更高阶次焦点处能量汇聚进一步减少，将降低为常规设计的58％以下.。所以，以上加和衍射结构10提高了视觉质量。

优选的实施方式中，相邻加和衍射带11之间存在相位差0.5π-1.0π时，加和衍射结构10在+2阶次及更高阶次的能量汇聚仅为常规衍射设计的50％(相邻加和衍射带11之间存在相位差0.5π时)及以下。进一步的，在某些优选的实施方式中，加和衍射带11高度导致设计波长光线的光程差为0.7-1.0倍波长，此时在透过加和衍射带11的光线在第一衍射带21对应的+2阶衍射焦点及更高阶次焦点处能量汇聚进一步减少，将降低为常规设计的36％以下；特别的，当加和衍射带11高度导致设计波长光线的光程差为1个波长，理论上，此时在透过加和衍射带11的光线在第一衍射带21对应的+2阶衍射焦点及更高阶次焦点的相位变化是2π的整数倍，即在高阶衍射焦点处能量汇聚为0。

第一衍射轮廓20的第一衍射带21从光学区中心到光学区边缘连续分布，与1个二元衍射单元位置对应的2个第一衍射带21设为第一衍射带21组，第一衍射带21组内的第一衍射带21高度相等，任意两个不同第一衍射带21组的第一衍射带21高度从光学区中心到光学区边缘逐渐减小，以使透镜100的视远焦点的能量分配随透镜100口径的增大而增加。

构成加和衍射结构10的二元衍射轮廓30从光学区中心到光学区边缘连续分布，二元衍射轮廓30的相位台阶32高度逐渐增大，以使透镜100的视中焦点的能量分配随透镜100口径的增大而减少。

从光学中心沿光学半口径方向依次分布着加和衍射带11，如图1及图2A所示的加和衍射带11的边缘依次位于半口径方向上r1、r2、r3、r4…rn的位置，加和衍射台阶12的位置分别位于半口径方向r1、r2、r3、r4…rn的位置。

本发明实施方式的眼科至少含有由2个连续的二元衍射单元与第一衍射轮廓20叠加形成的加和衍射结构10，即加和衍射结构10至少有4个连续的加和衍射带11，通过连续的4个加和衍射带11之间的干涉，则可以将透过透镜100加和衍射带11的能量分配到3个非0阶衍射焦点上。图2A是从图1中分离出的加和衍射结构10的示意图，图示中仅列出了8个加和衍射带11作为示意，在透镜100中实际可根据设计需要或透镜100的口径采用大于4个加和衍射带11的任意方案。

需要说明的是此文中所有的0阶、+1阶、+2阶衍射焦点为第一衍射轮廓20所对应的0阶、+1阶、+2阶衍射阶次的附加光焦度，视近焦点的附加光焦度为第一衍射轮廓20的+1阶衍射焦点的附加光焦度的1.5倍，视中焦点的附加光焦度为第一衍射轮廓20的+1阶衍射附加光焦度的1.0倍，视远焦点的附加光焦度为第一衍射轮廓20的+1阶衍射附加光焦度的0.5倍。

需要说明的是在二元衍射轮廓30中，光学中心可以为正相带312或零相带311，均不影响产品的特性。

在本发明中，还引入了受抑衍射的结构，通过受抑衍射，可以根据光学口径的大小调节光线在不同焦点的分布。受抑因子分为2种，一种是改变二元衍射轮廓30的相位台阶32的高度。二元衍射轮廓30从光学区某口径往光学区外缘连续分布，相位台阶32的高度引起的光程差逐渐增加，则在视中焦点的能量分布逐渐减少。另一种是改变第一衍射带21高度。第一衍射轮廓20的第一衍射带21从光学区某口径往光学区外缘连续分布，当第一衍射带21高度引起的光程差分别从1.0倍到0.5倍波长逐渐减少时，则在视远焦点的能量分布相对于视近焦点逐渐增加。

本发明实施方式的眼科透镜100的三个焦点不包括第一衍射轮廓200阶衍射对应的焦点，三个焦点都会因为衍射作用对光线的汇聚而矫正透镜100折射作用带来的色差，所以本发明眼科透镜100的三个焦点的色差都得到有效的减小。

上述提及到的各个参数的进一步说明如下：

为了便于理解需要提前说明的是，在眼科透镜100中，衍射台阶的一侧为透镜100材质，另一侧为介质空气(眼科透镜100为隐形眼镜)或体液(眼科透镜100为人工晶体)。光线在介质和透镜100材质中的传播速度是不一样的，所以光线在加和衍射台阶12、加和衍射带11内均可以产生光程差，同理在第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22、第一衍射带21、二元衍射轮廓30的相位台阶32均可产生光程差。加和衍射带11的高度与其所对应的第一衍射带21的高度相等，加和衍射带11的高度导致的光程差ΔOPD

(1).第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置计算

第一衍射台阶22位置即第一衍射带21的起始或外沿位置，计算方法如下。

其中i表示对应于+1阶衍射焦距为f的第一衍射带21的编号，为正整数；r

(2).第一衍射轮廓20形貌设计：

第一衍射轮廓20采用开诺全息型设计，或第一衍射带21线性符合抛物线轮廓特性。

其线性轮廓h

当

当

h

上式中r表示半口径大小；H

(3)二元衍射轮廓30：

二元衍射轮廓30的相位台阶32的位置等同于第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22的位置r

当

h

h

或

h

h

当

h

(4).加和衍射带11的轮廓h

加和衍射结构10的轮廓由第一衍射轮廓20与二元衍射轮廓30的至少一部分叠加而形成，的第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置与二元衍射轮廓30的相位台阶32位置相同，均为r

h

(5).透镜100成像焦点的计算

眼科透镜100的基础非球面/球面的光焦度为D

眼科透镜100将表现出三个可有效利用的焦点，这三个焦点不包括第一衍射轮廓20对应的0阶衍射焦点。眼科透镜100的3个焦点的光焦度分别为：

D

其中D

具体实施方式

在以下实施例中，眼科透镜100的折光率为1.4918，眼科透镜100所处的环境介质的折光率为1.336，设计波长设定为546nm绿光。

(1).一种三焦点衍射人工晶状体

衍射人工晶状体的基础非球面所对应的透镜100的光焦度为20.0D

加和衍射结构10从光学中心向边缘依次分布，透镜100中所有的加和衍射台阶12位置等同于与其对应的第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置，第一衍射轮廓20的+1阶衍射附加光焦度为+3.0D.第一衍射轮廓20的第一衍射带21高度Hp对设计波长光线产生2.0π的相位差。二元衍射轮廓30的相位台阶32位置等同于第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置，正相带的高度对设计波长光线产生0.70π的相位延迟。

第一衍射带21高度H

二元衍射轮廓30的正相带的高度H

加和衍射台阶12位置r

式中i为正整数和0，λ

理论分析，此透镜100表现出的光焦度为21.5D、23.0D、24.5D，其中21.5D为视远焦点，23.0D为视中焦点，24.5D为视近焦点。透镜100将不会在0阶衍射焦点(20.0D)、+2阶衍射焦点(26.0D)、以及更高阶次的衍射焦点形成能量汇聚，从而让更多能量汇聚于21.5D、23.0D及24.5D三个有效焦点，提高了视觉质量。此时理论计算，视远、视中、视近焦点的能量分配约为38％：24％：38％。

依据此设计加工出的样品光学检测结果如图3所示，从测试结果看，良好的三焦点成像质量都得以实现，三个焦点能量分配比例与理论计算接近。

同时，三个焦点中由衍射形成的附加光焦度分别为+1.5D、+3.0D与+4.5D，衍射产生的色差与透镜100折射作用产生的色差方向相反，从而使透镜100表现出的色差得到降低。

(2).一种三焦点衍射人工晶状体

衍射人工晶状体的基础非球面所对应的透镜100的光焦度为20.0D

加和衍射结构10从光学中心向边缘依次分布，透镜100中所有的加和衍射台阶12位置等同于与其对应的第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置，第一衍射轮廓20的+1阶衍射附加光焦度为+3.0D.第一衍射轮廓20的第一衍射带21高度Hp对设计波长光线产生1.8π的相位差。二元衍射轮廓30的相位台阶32位置等同于第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置，正相带的高度对设计波长光线产生0.70π的相位延迟。

第一衍射带21高度H

二元衍射轮廓30的正相带的高度H

加和衍射台阶12位置r

式中i为正整数和0，λ

理论分析，此透镜100将表现出的光焦度为21.5D、23.0D、24.5D，其中21.5D为视远焦点，23.0D为视中焦点，24.5D为视近焦点。透镜100将在0阶衍射焦点(20.0D)、+2阶衍射焦点(26.0D)、以及更高阶次的衍射焦点形成少量能量汇聚，能量损失约为2％左右，低于常规晶体设计。更多能量汇聚于21.5D、23.0D及24.5D三个有效焦点，提高了视觉质量。此时理论计算视远、视中、视近焦点的能量分配约为53％：23％：24％.

同时，三个焦点中由衍射形成的附加光焦度分别为+1.5D、+3.0D与+4.5D，衍射产生的色差与透镜100折射作用产生的色差方向相反，从而使透镜100表现出的色差得到降低。

(3).含有受抑衍射特征的三焦点人工晶体

衍射人工晶状体的基础非球面所对应的透镜100的光焦度为20.0D

加和衍射结构10从光学中心向边缘依次分布，透镜100中所有的加和衍射台阶12位置等同于与其对应的第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置，第一衍射轮廓20的+1阶衍射附加光焦度为+3.0D.第一衍射轮廓20的第一衍射带21高度Hp对设计波长光线产生2.0π的相位差。二元衍射轮廓30的相位台阶32位置等同于第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置，从位于光学中心的第一个二元衍射单元沿半口径方向至第9个二元衍射单元的正相带(相位台阶32)的高度H’

第一衍射带21高度Hp为：

切趾二元衍射轮廓30的正相带的高度H’

二元衍射轮廓30的正相带的高度H’

加和衍射台阶12位置r

式中i为正整数和0，λ

理论分析，此透镜100表现出的光焦度为21.5D、23.0D、24.5D，其中21.5D为视远焦点，23.0D为视中焦点，24.5D为视近焦点。透镜100将不会在0阶衍射焦点(20.0D)、+2阶衍射焦点(26.0D)、以及更高阶次的衍射焦点形成能量汇聚，从而让更多能量汇聚于21.5D、23.0D及24.5D三个有效焦点，提高了视觉质量。光学中心的外沿位置为r

从光学中心到光学区边缘，视中焦点能量逐渐减少。

同时，三个焦点中由衍射形成的附加光焦度分别为+1.5D、+3.0D与+4.5D，衍射产生的色差与透镜100折射作用产生的色差方向相反，从而使透镜100表现出的色差得到降低。

(4).一种含有受抑衍射特征的三焦点衍射人工晶状体

衍射人工晶状体的基础非球面所对应的透镜100的光焦度为20.0D。

加和衍射结构10从光学中心向边缘依次分布，透镜100中所有的加和衍射台阶12位置等同于与其对应的第一衍射轮廓20的第一衍射台阶22位置，第一衍射轮廓20的+1阶衍射附加光焦度为4.0D.加和衍射结构10的加和衍射带11外沿位置为r

符合切趾特征的第一衍射带21高度H’

二元衍射轮廓30的正相带的高度H

第一衍射轮廓20的第一衍射带21高度H’

加和衍射台阶12位置r

式中i为正整数和0，λ

理论分析，此透镜100表现出的光焦度为22.0D、24.0D、26.0D，其中22.0D为视远焦点，24.0D为视中焦点，26.0D为视近焦点。透镜100将有少量的能量汇聚在在0阶衍射焦点(20.0D)、+2阶衍射焦点(28.0D)、以及更高阶次的衍射焦点，在这些焦点的能量损失小于3.5％。从而让更多能量汇聚于22.0D、24.0D及26.0D三个有效焦点，提高了视觉质量。光学中心的外沿位置为r

从光学中心到边缘视近焦点能量逐渐增加。

同时，三个焦点中由衍射形成的附加光焦度分别为+2.0D、+4.0D与+6.0D，衍射产生的色差与透镜100折射作用产生的色差方向相反，从而使透镜100表现出的色差得到降低。

需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。