Зональные дифракционные мультифокальные внутриглазные линзы

Зональные дифракционные мультифокальные внутриглазные линзы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Согласно § 119 раздела 35 Кодекса законов США по настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной патентной заявки США № 60/997279, поданной 2-го октября 2007 г., которая включена в настоящий документ в своей целостности посредством ссылки.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к мультифокальным глазным линзам и, в частности, к мультифокальным внутриглазным линзам, которые обеспечивают рефракционную и дифракционную оптические фокусирующие силы.

Внутриглазные линзы обычным образом имплантируются в глаза пациентов во время хирургической операции для замены поврежденного естественного хрусталика. В некоторых внутриглазных или интраокулярных линзах (ВГЛ) применяются дифракционные структуры для предоставления пациенту не только длиннофокусной силы, но и короткофокусной силы. Иначе говоря, подобные ВГЛ предоставляют пациенту некоторую степень приспособляемости (на которую иногда ссылаются как на "псевдоприспособляемость"). Несмотря на то, что пациенты с ВГЛ, обычно, довольны универсальными фокусирующими свойствами этих линз, небольшой процент пациентов недовольны ясностью зрения на большие расстояния, в особенности, в условиях дневного освещения.

Соответственно, существует необходимость в усовершенствованных мультифокальных глазных и, в частности, внутриглазных линзах.

Сущность изобретения

В одном аспекте настоящее изобретение предоставляет внутриглазную линзу или интраокулярную линзу (ВГЛ), которая содержит оптику с передней поверхностью и задней поверхностью, причем оптика включает в себя центральную рефракционную область для обеспечения одной рефракционной фокусирующей силы. Дифракционная область расположена на, по меньшей мере, одной из поверхностей линз для обеспечения короткофокусной и длиннофокусной дифракционной силы. Во многих случаях рефракционная и дифракционная длиннофокусные силы, по существу, равны.

В связанном аспекте, в вышеупомянутой ВГЛ одна из поверхностей (например, передняя поверхность) включает в себя центральную рефракционную область, которая окружена дифракционной областью, которая, в свою очередь, окружена внешней рефракционной областью. В некоторых случаях центральная рефракционная область может иметь диаметр величиной приблизительно от 0,5 до 2 мм.

В еще одном аспекте дифракционная область включает в себя множество дифракционных зон (например, от 2 до 20 зон), которые разделены друг от друга множеством ступеней. Несмотря на то, что в некоторых случаях эти ступени имеют, по существу, одинаковые высоты, в других случаях они могут быть разными. Например, упомянутые ступени могут быть подвержены аподизации, так что их высоты уменьшаются по мере увеличения радиального расстояния от центра оптики. Альтернативно, подвергнутые аподизации ступени могут иметь высоты, которые увеличиваются как функция от увеличивающегося радиального расстояния от центра оптики, то есть ступени могут быть подвержены "обратной аподизации". В еще одном случае высоты ступеней могут увеличиваться от внутренней радиальной границы дифракционной области к промежуточной точке в данной области и далее уменьшаться к внешней радиальной границе области, и наоборот.

В еще одном аспекте раскрыта мультифокальная офтальмическая линза (например, ВГЛ), которая включает в себя оптику с передней поверхностью и задней поверхностью, которые сконфигурированы так, что оптика включает в себя центральную рефракционную область и внешнюю рефракционную область. В добавление, дифракционная область расположена на, по меньшей мере, одной из поверхностей, чтобы обеспечивать две дифракционные фокусирующие силы.

В некоторых случаях, в вышеупомянутых офтальмических (глазных) линзах центральная и внешняя рефракционные области обеспечивают различные рефракционные силы, например, центральная область может предоставлять длиннофокусную силу, а внешняя рефракционная область может предоставлять короткофокусную силу, или наоборот. В свою очередь, дифракционная область может обеспечивать короткофокусную и длиннофокусную дифракционные силы, соответствующие рефракционным короткофокусной и длиннофокусной силам, предоставляемым центральной и внешней областями.

В еще одном аспекте раскрыта мультифокальная глазная линза, которая включает в себя оптику, имеющую центральную рефракционную область для обеспечения короткофокусной оптической силы и дифракционную область для обеспечения дифракционной длиннофокусной силы и дифракционной короткофокусной оптической силы. Во многих случаях рефракционная и дифракционная короткофокусные силы, по существу, равны.

В еще одном аспекте настоящее изобретение предоставляет глазную линзу (например, ВГЛ), которая включает в себя оптику, имеющую центральную рефракционную область для обеспечения рефракционной длиннофокусной оптической силы и дифракционную область, расположенную на, по меньшей мере, одной поверхности оптики, для обеспечения дифракционной короткофокусной оптической силы и дифракционной среднефокусной оптической силы. В некоторых случаях оптика также может включать в себя внешнюю рефракционную область, которая влияет на рефракционную длиннофокусную или короткофокусную силу линзы.

Различные аспекты настоящего изобретения будут совершенно очевидны из следующего подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами, краткое описание которых приведено ниже.

Краткое описание фигур чертежей

Фиг.1A - схематический вид сверху мультифокальной ВГЛ согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.1B - схематический вид сбоку мультифокальной ВГЛ, показанной на фиг.1A;

фиг.2 - иллюстрация радиального профиля передней поверхности ВГЛ, показанной на фиг.1A и 1B, из которого был вычтен базовый профиль передней поверхности;

фиг.3 - иллюстрация графиков, соответствующих локальному и интегральному распределениям световой энергии между длинным и коротким фокусом гипотетической реализации ВГЛ, показанной на фиг.1A и 1B, для размеров зрачка в диапазоне от 0 до примерно 6 мм;

фиг.4A - схематический вид сбоку мультифокальной ВГЛ, имеющей дифракционную область, подвергнутую обратной аподизации, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.4B - радиальный профиль передней поверхности (за вычетом базового профиля поверхности) ВГЛ, показанной на фиг.4A;

фиг.5A - схематический вид сбоку мультифокальной ВГЛ согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.5B - радиальный профиль передней поверхности (за вычетом базового профиля поверхности) ВГЛ с фиг.5A, иллюстрирующий, что высота ступеней, разделяющих различные дифракционные зоны дифракционной области, расположенной на поверхности, увеличивается и, далее, уменьшается как функция от увеличения радиального расстояния от центра линзы;

фиг.5C - радиальный профиль поверхности (за вычетом базового профиля поверхности) ВГЛ согласно варианту осуществления, в котором высота ступеней, разделяющих различные дифракционные зоны дифракционной области, расположенной на поверхности, уменьшается и, далее, увеличивается как функция от увеличивающегося радиального расстояния от центра линзы;

фиг.6 - иллюстрация графиков, соответствующих локальному и интегральному распределениям световой энергии между коротким и длинным фокусами линзы, имеющей дифракционную область, подобную показанной на фиг.5B;

фиг.7 - радиальный профиль поверхности (за вычетом базового профиля поверхности) ВГЛ согласно варианту осуществления, в котором ступени, разделяющие различные дифракционные зоны дифракционной области, расположенной на поверхности, имеют, по существу, равную высоту;

фиг.8 - схематический вид сбоку ВГЛ согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, в котором дифракционная область, расположенная на передней поверхности линзы, доходит до периферии линзы;

фиг.9 - схематический вид сбоку ВГЛ согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в котором центральная рефракционная область линзы обеспечивает короткофокусную оптическую силу;

фиг.10 - схематический боковой вид ВГЛ согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в котором центральная рефракционная область линзы обеспечивает длиннофокусную оптическую силу, а дифракционная структура, расположенная на передней поверхности линзы, обеспечивает короткофокусную и среднефокусную оптическую силу; и

фиг.11 - схематический вид сбоку ВГЛ согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, который имеет центральную рефракционную область и внешнюю рефракционную область, которые обеспечивают различные рефракционные фокусирующие силы.

Подробное описание

Настоящее изобретение относится к мультифокальной глазной линзе, например, мультифокальной внутриглазной линзе, в которой применяется рефракционная область для предоставления рефракционной фокусирующей силы и дифракционная область для предоставления двух дифракционных фокусирующих сил. Во многих случаях рефракционная фокусирующая сила, предоставляемая линзой, соответствует длиннофокусной оптической силе, которая, по существу, равна одной из дифракционных фокусирующих сил, тогда как другая дифракционная сила соответствует короткофокусной оптической силе. Во многих случаях фокусирующие свойства линз определяются их длиннофокусными способностями, в особенности для малых размеров зрачка. В нижеописанных вариантах осуществления отличительные признаки различных аспектов настоящего изобретения описаны в связи с внутриглазной линзой (ВГЛ). Положения настоящего изобретения также могут быть применены к другим глазным линзам, таким как контактные линзы. Термин "внутриглазная линза" и соответствующее сокращение "ВГЛ" используются в настоящем описании как взаимозаменяемые термины, описывающие линзы, которые имплантируются внутрь глаза либо для замены естественной линзы глаза, либо для усиления зрения каким-либо другим образом, независимо от того, удаляется ли естественная линза глаза или нет. Внутрироговичные линзы и факичные внутриглазные линзы являются примерами линз, которые могут быть имплантированы в глаз без удаления естественной линзы.

Фиг.1A и 1B представляют собой схематические иллюстрации мультифокальной внутриглазной линзы (ВГЛ) 10 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, которая включает в себя оптику 12 с передней поверхностью 14 и задней поверхностью 16, расположенными на оптической оси OA. Как описано ниже, ВГЛ 10 предоставляет длиннофокусную силу, а также короткофокусную силу. Несмотря на то, что в данном варианте осуществления ВГЛ имеет двояковыпуклый профиль (то есть и передняя поверхность и задняя поверхность имеют выпуклый профиль), в других вариантах осуществления ВГЛ может иметь любой подходящий профиль, например, выпукло-вогнутый, плосковыпуклый и т.п. В некоторых вариантах осуществления для оптики 12 максимальный радиус (R) от оптической оси OA лежит в диапазоне примерно от 2 до 4 мм.

Передняя поверхность 14 включает в себя центральную рефракционную область 18, которая окружена кольцеобразной дифракционной областью 20, а также внешнюю рефракционную область 22. Во многих реализациях радиус (R_c) центральной рефракционной области 18 относительно оптической оси OA может составлять приблизительно от 0,25 до приблизительно 1 мм, хотя могут использоваться другие радиусы. В этом примере осуществления задняя поверхность 16 не содержит каких-либо дифракционных структур, однако в других вариантах осуществления могут использоваться подобные структуры. Как описано ниже, центральная рефракционная область 18 передней поверхности определяет рефракционную фокусирующую силу оптики, что в данном варианте осуществления соответствует длиннофокусной оптической силе ВГЛ. В некоторых случаях, например, сила оптики может составлять от -5 до +55 диоптрий или, более конкретно, от 6 до 34 диоптрий или от 18 до 26 диоптрий.

В этом примере базовые профили передней поверхности 14 и задней поверхности 16 являются, по существу, сферическими. Причем их кривизна и коэффициент рефракции материала оптики выбираются так, что центральная рефракционная область ВГЛ эффективно функционирует как монофокальная рефракционная линза с требуемой фокусирующей силой, например, в вышеупомянутом диапазоне. Иначе говоря, для малых размеров зрачка ВГЛ предоставляет единую рефракционную фокусирующую силу.

В некоторых других реализациях одна или обе из поверхностей линзы могут иметь асферический базовый профиль, приспособленный для регулирования аберраций, например, путем уменьшения глубины фокуса (например, чтобы облегчить генерацию резкого рефракционного фокуса). Например, ВГЛ согласно такому варианту осуществления может содержать оптику с передней поверхностью и задней поверхностью. Передняя поверхность может включать в себя центральную рефракционную область, которая вместе с задней поверхностью генерирует рефракционную оптическую силу. Аналогично предыдущему варианту осуществления дифракционная область может окружать рефракционную центральную область. В свою очередь, дифракционная область может быть окружена внешней рефракционной областью. В подобном варианте осуществления передняя поверхность имеет асферический базовый профиль. Иначе говоря, базовый профиль передней поверхности отличается от предполагаемого сферического профиля. Во многих реализациях асферичность базового профиля может быть задана так, чтобы облегчать генерацию единого рефракционного фокуса посредством центральной рефракционной области линзы путем регулирования аберраций. Например, асферический базовый профиль передней поверхности может быть охарактеризован отрицательной конической постоянной, которая может быть выбрана на основании рефракционной силы линзы и которая регулирует эффекты аберраций так, чтобы центральная рефракционная часть линзы предоставляла резкий рефракционный фокус. Например, коническая постоянная может лежать в пределах от приблизительно -10 до приблизительно -1000 (например, -27). Несмотря на то, что в этом варианте осуществления базовый профиль задней поверхности является, по существу, сферическим, в других вариантах осуществления базовый профиль задней поверхности также может иметь выбранную степень асферичности, так что комбинированные асферические профили двух поверхностей будут способствовать генерации единого рефракционного фокуса посредством центральной части линзы. В других реализациях центральная рефракционная область может иметь сферический профиль, чтобы способствовать генерации единого рефракционного фокуса даже тогда, когда поверхность имеет асферический базовый профиль.

Ссылаясь на фиг.1A и 1B, оптика 12 может быть сформирована из любого подходящего биосовместимого материала. Некоторые примеры подобных материалов включают в себя, без ограничений, мягкий акрил, силикон, гидрогель или другие биосовместимые полимерные материалы с индексом рефракции, необходимым для конкретного применения линзы. Во многих реализациях коэффициент рефракции материала оптики может лежать в диапазоне от приблизительно 1,4 до приблизительно 1,6 (например, оптика может быть сформирована из материала, известного как Acrysof® (сополимер двуфенилэтилакрилата и двуфенилэтилметакрилата с поперечными связями) с коэффициентом рефракции 1,55).

Иллюстративная ВГЛ 10 также включает в себя множество фиксирующих элементов (например, гаптические элементы) 11, которые способствуют размещению ВГЛ в глазе пациента. Фиксирующие элементы 11 также могут быть сформированы из подходящих полимерных материалов, таких как полиметилметакрилат, полипропилен и т.п.

Как упомянуто выше, оптика 12 также включает в себя дифракционную область 20, которая расположена на ее передней поверхности 14, однако в других вариантах осуществления она может быть расположена на задней поверхности или обеих поверхностях. Дифракционная область 20 формирует кольцеобразную область, окружающую центральную рефракционную область 18 передней поверхности оптики. В этом примере осуществления дифракционная область 20 предоставляет длиннофокусную оптическую силу, а также короткофокусную оптическую силу. В этом примере длиннофокусная оптическая сила, предоставляемая дифракционной структурой, по существу, схожа с рефракционной фокусирующей силой, предоставляемой центральной рефракционной областью ВГЛ. Короткофокусная оптическая сила, предоставляемая дифракционной областью, может быть в пределах приблизительно от 1 диоптрии до приблизительно 4 диоптрий, хотя могут использоваться другие значения. В некоторых реализациях ширина (w) дифракционной области 20 может составлять приблизительно от 0,5 до приблизительно 2 мм, хотя могут использоваться другие значения.

Хотя в некоторых вариантах осуществления дифракционная область может доходить до внешней границы оптики 12, в этом варианте осуществления дифракционная область усечена. Более конкретно, дифракционная область расположена между центральной дифракционной областью 18 линзы и ее внешней рефракционной областью 22. Аналогично центральной рефракционной области, внешняя рефракционная область предоставляет единую рефракционную фокусирующую силу, которая в этом случае, по существу, равна рефракционной силе, предоставляемой центральной областью. Иначе говоря, центральная и внешняя рефракционные области ВГЛ задают только короткофокусную силу линзы, тогда как дифракционная область (на которую в данном документе также ссылаются как на зональную дифракционную область) направляет энергию падающего излучения как на длинный, так и на короткий фокус линзы.

Как схематически показано на фиг.2, которая представляет собой иллюстрацию радиального профиля передней поверхности без базового профиля поверхности, в этом примере осуществления дифракционная область 20 формируется из множества дифракционных зон 24, расположенных на нижележащей базовой кривой передней поверхности 14. Количество дифракционных зон может быть в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 20, однако также может использоваться их другое количество. Дифракционные зоны 24 разделены друг от друга множеством ступеней 26. В этом примере осуществления высоты ступеней 26 неодинаковы. Более конкретно, в этом примере высота ступени уменьшается по мере уменьшения расстояния от центра передней поверхности (пересечения оптической оси OA с передней поверхностью). Иначе говоря, ступени подвергаются аподизации так, чтобы их высота выражалась как функция от уменьшающегося радиального расстояния от оптической оси линзы. Как более подробно описано ниже, в других вариантах осуществления неравномерность высот ступеней может быть задана иным образом, или, альтернативно, высоты ступеней могут быть одинаковыми. Показанный на фиг.2 схематический радиальный профиль также иллюстрирует, что кривизна центральной и внешней рефракционной областей ВГЛ соответствует базовой кривизне передней поверхности (соответственно, эти области показаны как плоские).

Ступени расположены на радиальных границах дифракционных зон. В этом примере осуществления радиальная позиция границы зоны может быть определена согласно следующему выражению:

r_i ²=r₀ ²+2iλ ƒ Уравнение (1),

где:

i обозначает номер зоны;

r₀ обозначает радиус центральной рефракционной области;

λ обозначает длину волны; и

ƒ обозначает фокусное расстояние короткого фокуса.

В некоторых вариантах осуществления длина λ волны выбирается равной 550 нм (зеленый свет) в центре визуальной характеристики.

Далее со ссылкой на фиг.2, в некоторых случаях высота ступени между смежными зонами или вертикальная высота каждого дифракционного элемента на границе зоны может быть определена согласно следующему выражению:

В ы с о т а   с т у п е н и = λ 2 ( n 2 − n 1 ) f a p o d i z e Уравнение (2),

где:

λ обозначает длину волны (например, 550 нм),

n₂ обозначает коэффициент рефракции (коэффициент преломления) материала, из которого сформирована линза,

n₁ обозначает коэффициент рефракции (коэффициент преломления) среды, в которой размещается линза,

ƒ_apodize обозначает масштабную функцию, чья величина уменьшается как функция от увеличивающегося радиального расстояния от пересечения оптической оси с передней поверхностью линзы. Например, упомянутая масштабная функция может быть выражена следующим образом:

f a p o d i z e = 1 − { ( r i − r i n ) ( r o u t − r i n ) } exp ,  r in ≤ r i ≤ r o u t Уравнение (3),

где:

r₁ обозначает радиальное расстояние i-й зоны,

r_in обозначает внутреннюю границу дифракционной области, как схематически показано на фиг.2,

r_out обозначает внешнюю границу дифракционной области, как схематически показано на фиг.2, и

exp представляет собой величину, выбираемую на основании относительного расположения зоны аподизации и требуемого уменьшения высоты ступени дифракционного элемента. Экспонента exp может быть выбрана на основании требуемой степени изменения дифракционной эффективности поперек поверхности линзы. Например, величина exp может лежать в пределах примерно от 2 до примерно 6.

В качестве еще одного примера упомянутая масштабная функция может быть выражена следующим образом:

f a p o d i z e = 1 − ( r i r o u t ) 3 Уравнение (4),

где:

r₁ обозначает радиальное расстояние i-й зоны, и

r_out обозначает радиус зоны аподизации.

Ссылаясь на фиг.2, в этом примере осуществления каждая ступень у границы зоны отцентрирована относительно базового профиля, причем половина ее высоты находится над базовым профилем, а другая половина находится под профилем. Дополнительные детали относительно выбора высоты ступени можно найти в патенте США № 5699142, который включен в настоящий документ в своей целостности посредством ссылки.

В действии центральная рефракционная область предоставляет единую длиннофокусную рефракционную силу, так что ВГЛ 10 эффективно действует как монофокальная рефракционная линза для зрачка малых размеров, то есть для размеров зрачка, которые меньше или равны радиальному размеру центральной рефракционной области. Для больших размеров зрачка, наряду с тем, что центральная область продолжает предоставлять единую длиннофокусную оптическую силу, дифракционная область начинает действовать на фокусирующую силу ВГЛ путем предоставления двух дифракционных фокусирующих сил, одна из которых, по существу, равна рефракционной длиннофокусной силе центральной области, а другая соответствует короткофокусной силе. Когда размер зрачка увеличивается еще больше, внешняя рефракционная область 22 также влияет, соответственно, на длиннофокусную силу линзы. Доля световой энергии, распределенной на короткий фокус относительно длинного фокуса, может быть отрегулирована, например, посредством размеров центральной и внешней рефракционных областей, а также параметров (например, высот ступеней), связанный с дифракционной областью. Сверх того, в случаях, когда высоты ступеней подвергаются аподизации, эта доля может меняться как функция от размера зрачка. Например, уменьшение высот ступеней дифракционной структуры приводит к увеличению доли световой энергии, передаваемой на длинный фокус дифракционной структурой, когда размер зрачка увеличивается.

Фиг.3 представляет собой иллюстрации графиков, соответствующих локальному и интегральному распределениям световой энергии, исходящей от удаленного объекта и падающей на гипотетическую реализацию ВГЛ 10, как функции от размера зрачка между длинным и коротким фокусами линзы (графики A и В соответствуют интегральному распределению, графики C и D соответствуют локальному распределению). Для малых размеров зрачка (например, менее 1,5 мм для данного примера) весь падающий на ВГЛ свет (за исключением рассеивания и других потерь) посредством центральной рефракционной области ВГЛ направляется на длинный фокус ВГЛ. Для промежуточных размеров зрачка (например, для диаметров зрачка в пределах примерно от 1,5 до примерно 4,5 мм) посредством дифракционной структуры ВГЛ некоторая часть света направляется на короткий фокус ВГЛ, тогда как остающийся свет направляется на длинный фокус ВГЛ. Когда размер зрачка проходит границу дифракционной области, локальная доля энергии, направленной на короткий фокус, уменьшается из-за аподизации высот ступеней, разделяющих различные зоны дифракционной области. Для больших размеров зрачка увеличивается воздействие внешней рефракционной области ВГЛ на длиннофокусную оптическую силу ВГЛ.

Аподизация дифракционной области не ограничивается вышеописанным способом. По существу, может использоваться множество различных способов аподизации высот ступеней. Например, ссылаясь на фиг.4A и 4B, в некоторых вариантах осуществления ВГЛ 30 может включать в себя переднюю поверхность 32 и заднюю поверхность 34, причем передняя поверхность характеризуется наличием центральной рефракционной области 36, кольцеобразной дифракционной области 38, которая окружает центральную рефракционную область, и внешней рефракционной области 40. Кольцеобразная дифракционная область формируется из множества дифракционных зон 38a, которые разделены друг от друга множеством ступеней 38b, причем высота ступеней увеличивается от внутренней границы A дифракционной области к ее внешней границе.

На такую аподизацию высот ступеней в настоящем документе ссылаются как на "обратную аподизацию". Аналогично предыдущему варианту осуществления дифракционная область влияет не только на длиннофокусную оптическую силу ВГЛ, но также на ее короткофокусную силу, например, короткофокусная сила может составлять примерно от 1 до 4 диоптрий. Тем не менее, в отличие от предыдущего варианта осуществления процент падающей световой энергии, передаваемой дифракционной областью на длинный фокус, уменьшается по мере увеличения размера зрачка (в силу увеличения высоты ступени как функции от увеличивающегося радиального расстояния от оптической оси).

В других вариантах осуществления высоты ступеней в дифракционной области могут увеличиваться от внутренней границы области, достигать максимального значения в промежуточном местоположении внутри данной области и уменьшаться до внешней границы области. Фиг.5A иллюстрирует подобную ВГЛ 42 с оптикой 44, характеризующуюся наличием передней поверхности 46 и задней поверхности 48. Алогично предыдущим вариантам осуществления передняя поверхность 46 включает в себя центральную рефракционную область 50, кольцеобразную дифракционную область 52, которая окружает рефракционную область, и внешнюю рефракционную область 54, которая окружает дифракционную область. Ссылаясь на фиг.5B, иллюстрирующую радиальный профиль передней поверхности, кольцеобразная дифракционная область включает в себя множество дифракционных зон 56, отделенных друг от друга множеством ступеней 58, причем высота ступеней увеличивается и, далее, уменьшается как функция от увеличивающегося радиального расстояния от центра линзы. Альтернативно, в другом варианте осуществления, схематически показанном на фиг.5C, высота ступеней уменьшается и, далее, увеличивается как функция от увеличивающегося расстояния от центра линзы.

Фиг.6 схематически иллюстрирует распределение световой энергии от удаленного объекта, падающей на гипотетическую реализацию ВГЛ 42, которая имеет дифракционную область, в которой высота ступеней сначала увеличивается, а затем уменьшается как функция от размера зрачка. Предполагается, что ВГЛ имеет диаметр 6 мм, причем центральная рефракционная область, дифракционная область и внешняя рефракционная область имеют радиальную ширину 1,5 мм. Графики A и B иллюстрируют, соответственно, интегральное распределение энергии на короткий и длинный фокусы, а графики C и D иллюстрируют, соответственно, локальное распределение энергии в эти фокусы. Для малых размеров зрачка (например, для диаметров зрачка, которые меньше радиальной ширины центральной рефракционной области ВГЛ) ВГЛ эффективно действует как монофокальная рефракционная линза путем рефракционного фокусирования падающего света на длинный фокус. Когда размер зрачка увеличивается, раскрывая дифракционную область ВГЛ для некоторой части падающего света, доля падающего света перенаправляется на короткий фокус ВГЛ. Из-за неравномерности высот ступеней локальная доля увеличивается, достигая максимума, и затем уменьшается в направлении границы дифракционной структуры и внешней рефракционной области (локальная доля света, направленная на длинный фокус, в свою очередь, уменьшается, достигая минимума, и затем увеличивается в направлении границы дифракционной структуры с внешней рефракционной областью). Когда размер зрачка увеличивается еще больше, внешняя рефракционная область начинает влиять на длиннофокусную силу ВГЛ.

В других вариантах осуществления высоты ступеней, разделяющих различные зоны дифракционной области, могут быть, по существу, одинаковыми (например, в пределах производственных допусков). Фиг.7 представляет собой схематическую иллюстрацию радиального профиля поверхности подобной линзы (например, передней поверхности линзы), из которого был вычтен нижележащий базовый профиль. Можно заметить, что поверхность включает в себя центральную рефракционную область A (кривизна которой, по существу, равна базовой кривизне поверхности), а также дифракционную область B и внешнюю рефракционную область C. Дифракционная область B характеризуется наличием дифракционных зон 60, которые разделены друг от друга множеством ступеней 62. Высоты ступеней 62, по существу, одинаковы.

В некоторых реализациях ВГЛ с, по существу, одинаковой высотой ступени, обеспечивающей заданный фазовый сдвиг на каждой границе зоны, радиальное место границы зоны может быть определено согласно следующему выражению:

r_i ²=r₀ ²+2iλ ƒ Уравнение (5),

где:

i обозначает номер зоны (i=0 обозначает центральную зону);

λ обозначает длину волны;

ƒ обозначает фокусное расстояние короткого фокуса; и

r₀ обозначает радиус центральной зоны.

В некоторых вариантах осуществления длина λ волны выбирается равной 550 нм (зеленый свет) в центре визуальной характеристики. В некоторых случаях радиус центральной зоны (r₀) может быть установлен равным λ f .

Сверх того, высота ступени между смежными зонами может быть определена согласно следующему выражению:

Уравнение (6),

где:

λ обозначает длину волны (например, 550 нм),

n₂ обозначает коэффициент рефракции материала, из которого сформирована линза,

n₁ обозначает коэффициент рефракции среды, в которой размещается линза, и

b обозначает долю, например, 0,5 или 0,7.

В некоторых вариантах осуществления дифракционная область может проходить от внешней границы центральной рефракционной области до внешней границы оптики. Фиг.8 представляет собой схематическую иллюстрацию подобной ВГЛ 64, которая включает в себя переднюю поверхность 66 и заднюю поверхность 68. Передняя поверхность включает в себя центральную рефракционную область 70, которая вместе с рефракционной задней поверхностью задает рефракционную длиннофокусную силу оптики. Дифракционная область 72, расположенная на передней поверхности, растягивается от внешней границы центральной рефракционной области до внешней границы оптики, и она предоставляет дифракционную короткофокусную оптическую силу и дифракционную длиннофокусную оптическую силу. В этом примере осуществления дифракционная длиннофокусная сила, по существу, равна рефракционной длиннофокусной силе, предоставляемой рефракционной центральной областью оптики. Несмотря на то, что в этом примере дифракционная область сформирована из множества дифракционных зон, разделенных друг от друга ступенями с, по существу, одинаковыми высотами, в других реализациях высоты ступеней могут быть неодинаковы (например, они могут быть подвергнуты аподизации).

Несмотря на то, что в вышеописанных вариантах осуществления центральная область предоставляет длиннофокусную оптическую силу, в других вариантах осуществления центральная область может предоставлять короткофокусную оптическую силу, причем дифракционная область предоставляет длиннофокусную оптическую силу оптики, между тем также влияя на короткофокусную оптическую силу дифракционным образом. Например, ссылаясь на фиг.9, подобная ВГЛ 74 может включать в себя переднюю поверхность 76 и заднюю поверхность 78, причем передняя поверхность включает в себя центральную рефракционную область 76a, кольцеобразную дифракционную область 76b и внешнюю рефракционную область 76c. В этом варианте осуществления базовая кривизна передней поверхности и базовая кривизна задней поверхности, а также коэффициент рефракции (коэффициент преломления) материала линзы выбираются так, чтобы задняя поверхность и центральная область передней поверхности совместно предоставляли короткофокусную оптическую силу, например, фокусирующую силу в диапазоне приблизительно от 1 до приблизительно 4 диоптрий. Подобный короткий фокус схематически показан на фиг.9 и обозначен символом A. Аналогично, внешняя рефракционная область в сочетании с задней поверхностью также влияет на короткофокусную оптическую силу оптики. С другой стороны, дифракционная область предоставляет длиннофокусную оптическую силу (соответствующую фокусу B, показанному на фигуре), а также короткофокусную оптическую силу, причем дифракционная и рефракционная короткофокусные силы, по существу, равны. В этом примере дифракционная область включает в себя множество дифракционных зон, которые разделены друг от друга множеством ступеней, имеющих, по существу, одинаковые высоты. В других реализациях высоты ступеней могут быть неод