JP2000186978A

JP2000186978A - 眼鏡レンズの評価方法及び評価装置

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Publication number: JP2000186978A
Application number: JP11288231A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Taguchi; 晋一郎田口
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: EP0994336B2; EP0994336B1; DE69922763T3; EP0994336A2; EP0994336A3; JP4086429B2; DE69922763D1; DE69922763T2; ATE285571T1

Abstract

(57)【要約】【課題】眼鏡装用者の装用状態にそれぞれ対応した、
より最適な眼鏡レンズの光学性能を求め評価を行う。【解決手段】眼鏡レンズの光学性能を算出するコンピ
ュータに、眼鏡レンズの面形状を測定する３次元測定器
の測定値を含む眼鏡レンズの３次元形状データと、回旋
中心距離などの装用状態パラメータと、眼鏡レンズの屈
折率などの材質パラメータとを入力する。コンピュータ
では、これら入力データに基づいて、眼鏡レンズの装用
状態の光学モデルを構築し、この光学モデルにより、眼
球の回旋中心を通る視線方向の主光線又は主光線を含む
光束に関する眼鏡レンズの各位置での光学性能を算出
し、その算出結果をプリンタなどに出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、眼鏡レンズの光学
性能を評価する評価方法及び評価装置に係り、特に、眼
鏡レンズの装用状態及び眼の視線方向を考慮した光学性
能を求めることができる眼鏡レンズの評価方法及び評価
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】眼鏡レンズの製造、加工は、設計者から
の最適化された仕様に沿って行われるが、出来上がった
眼鏡レンズの性能を評価する際には、レンズメータが使
用されている。レンズメータでの測定は、レンズ面に垂
直に平行光束を投射して度数などを測定する。また、加
入度を測定するレンズメータも知られている。これらレ
ンズメータによる測定はスポットでの測定が一般的であ
る。これに対して、近年、レンズの広い領域の光学特性
を測定する装置も提案されている（例えば、特表平１０
−５０７８２５号公報、特開平８−３０４２２８号公報
等参照）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、眼鏡レンズ
の光学性能を評価する際には、一般の光学系（カメラや
望遠鏡）との違いを考慮する必要がある。すなわち、一
般の光学系の場合、例えばカメラでは、一度に広い範囲
の被写体をフィルム面に撮影する事が出来るが、眼が広
い範囲を見ようとすると、眼球がその回旋中心を中心に
回転（眼球運動）して視線を移動させながら像を捉えて
いく。これは、眼の網膜上に映った像がすべて鮮明な像
として知覚されるのではなく、高い分解能を有する中心
窩部分の狭い領域しか鮮明に見えないことに起因してい
る。

【０００４】一方、レンズメーターでは、眼鏡レンズの
光軸上以外では、眼球の回旋中心を通る視線方向の光線
又は光束を測定することができず、眼鏡レンズの周辺部
を通過する視線方向の頂点屈折率などを正しく測定でき
ない。

【０００５】本発明は、上記背景のもとになされたもの
であり、眼鏡レンズの装用状態及び眼の視線方向を考慮
し、眼鏡装用者の装用状態にそれぞれ対応したより最適
な眼鏡レンズの光学性能を求めることができる眼鏡レン
ズの評価方法及び評価装置を提供するを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の眼鏡レンズの評価方法は、眼鏡レンズの３
次元形状データと、前記眼鏡レンズの眼側の面と眼球の
回旋中心との距離をパラメータとして含む眼鏡レンズの
装用状態パラメータと、前記眼鏡レンズの屈折率をパラ
メータとして含む眼鏡レンズの材質パラメータとから、
前記眼球の回旋中心を通る主光線又は主光線を含む光束
に関する眼鏡レンズの各位置での光学性能を求めて眼鏡
レンズの評価を行うことを特徴とする。

【０００７】すなわち、眼鏡レンズのより最適な光学設
計を行うためには、単焦点や多焦点の各種眼鏡レンズ、
殊に累進多焦点レンズにおいては、眼球の回旋中心を通
る視線方向の光線又は光束に対する眼鏡レンズの各位置
（レンズの中心部のみならず周辺部も）での光学性能を
評価する必要がある。また、眼鏡レンズと眼球との光学
系における眼鏡レンズの光学性能をより適切に評価する
ためには、眼鏡レンズの装用状態、即ち眼鏡レンズと眼
球との位置関係、特に眼球の回旋中心に対する眼鏡レン
ズの位置関係を考慮する必要がある。

【０００８】また、回旋中心距離に限らず、眼鏡レンズ
の装用状態のファクターである、偏心、プリズム処方、
眼鏡レンズの前傾角なども、装用者個人の処方や装用す
る眼鏡フレームなどによって個々に異なる。従って、眼
鏡レンズの光学性能をより適切に評価するためには、上
記回旋中心距離などの眼鏡レンズの装用状態の各ファク
ターをパラメータにした「眼鏡レンズ装用時の光学モデ
ル」を構築して行う必要がある。

【０００９】一方、眼鏡レンズ装用状態の光学性能をよ
り正しく測定できるように、眼球の回旋中心に対する眼
鏡レンズの相対的な位置関係を自由に変更できるメカニ
カルな光学装置・機構を使用することが考えられる。し
かしながら、このようなメカニカルな光学装置では、同
一の眼鏡レンズに対しても、回旋中心距離などの眼鏡レ
ンズ装用状態の各パラメータの値を変化させる場合、そ
の都度再測定を行わねばならず、また、眼鏡レンズの屈
折率分布を測定する場合などには、多くの測定位置に眼
鏡レンズを移動して測定する必要があり、測定時間を要
する。

【００１０】眼鏡レンズの３次元形状データと、眼鏡レ
ンズの眼側の面と眼球の回旋中心との距離をパラメータ
として含む眼鏡レンズの装用状態パラメータとから、眼
鏡レンズの装用状態、即ち眼球の回旋中心に対する眼鏡
レンズの位置関係（眼鏡レンズ装用時の光学モデル）が
定まり、これより、眼球の回旋中心を通る視線方向の主
光線又は主光線を含む光束に関する眼鏡レンズの各位置
での光学性能が求められる。

【００１１】すなわち、この発明の特徴の１つは、眼鏡
レンズの眼側の面と眼球の回旋中心との距離を固定因子
とせずにパラメータとして扱うようにしたことである。
これにより、眼鏡装用者が実際に眼鏡を装用したときの
実質的な光学性能をより正確に確認することを可能にし
ている。つまり、この発明は、一般的に眼鏡レンズの眼
側の面と眼球の回旋中心との距離は眼鏡装用者によって
異なる事実、並びに、この距離が異なると眼鏡レンズ自
体の光学性能が同じでも眼を通して見たときの実質的な
光学性能が無視できないほど異なってしまうという事実
に着目したものである。

【００１２】この距離のパラメータ化により、例えば、
コンピュータシミュレーション等を利用することによっ
て、上記距離が様々に異なる場合についても、眼鏡装用
者が実際に眼鏡を装用した時の実質的光学性能を正確に
求めることが可能となる。さらに、この発明は、上記距
離以外の装用状態によって変化する他の因子を装用状態
パラメータとして同様にパラメータ化している。加え
て、装用者の顔面形状や好み等によって変化する可能性
のある因子を材質パラメータとしてパラメータ化してい
る。これらのパラメータと３次元形状データとから、様
々な可変因子を考慮した上で眼鏡装用者が実際に眼鏡を
装用したときのレンズ全体の実質的な光学性能をより正
確に求めることを可能にしているものである。

【００１３】上記眼鏡レンズの評価方法において、眼鏡
レンズの装用状態パラメータには、少なくとも眼鏡レン
ズの眼側の面と眼球の回旋中心との距離が含まれるが、
これ以外にも、偏心、プリズム処方、眼鏡レンズの前傾
角が含まれているのが好ましい。各装用者の処方や装用
する眼鏡フレーム形状などの眼鏡レンズの装用状態に適
切に対応できるからである。

【００１４】また、眼鏡レンズの３次元形状データに
は、原子間力プローブを利用した接触式の３次元測定器
によって眼鏡レンズの３次元の面形状を測定した測定値
が用いられるのが好ましい。原子間力プローブを利用し
た接触式の３次元測定器では、高精度の測定ができると
共に、眼鏡レンズにプローブによって傷を付けたりする
ことがないからである。ただし、眼鏡レンズの３次元形
状データの測定は、原子間力プローブを利用した接触式
の３次元測定器に限らず、干渉計や非接触の３次元測定
器を用いてもよい。

【００１５】また、眼鏡レンズの３次元形状データにお
ける眼鏡レンズの面形状は、スプライン関数により関数
化されているのが好ましい。スプライン関数により眼鏡
レンズ面を適切に近似できると共に、光学性能を求める
際に眼鏡レンズ面と光線との交点を容易に求められるな
どの利点があるからである。眼鏡レンズの各位置での光
学性能は、眼球の回旋中心を通る主光線又は主光線を含
む光束の光線追跡によって求められる。

【００１６】本発明の眼鏡レンズの評価装置は、眼鏡レ
ンズの面形状を測定する３次元測定器と、前記眼鏡レン
ズに対する各種データより眼鏡レンズの光学性能を算出
するコンピュータと、コンピュータが算出した眼鏡レン
ズの光学性能の評価結果を表示する出力装置とを備え、
前記コンピュータは、前記３次元測定器の測定値を含む
眼鏡レンズの３次元形状に関するデータを入力する３次
元形状データ入力部、前記眼鏡レンズの眼側の面と眼球
の回旋中心との距離をパラメータとして含む眼鏡レンズ
の装用状態パラメータを入力する装用状態パラメータ入
力部、及び前記眼鏡レンズの屈折率をパラメータとして
含む眼鏡レンズの材質パラメータを入力する材質パラメ
ータ入力部を有すると共に、これら入力部からのデータ
に基づいて、前記眼球の回旋中心を通る主光線又は主光
線を含む光束に関する眼鏡レンズの各位置での光学性能
を算出する処理部を有することを特徴とする。

【００１７】上記眼鏡レンズの評価装置において、３次
元測定器は、原子間力プローブを利用した接触式の３次
元測定器であるが好ましい。また、処理部には、３次元
形状データ入力部からの入力値より、眼鏡レンズの面形
状をスプライン関数により関数化する関数化処理部を有
することが好ましい。更に、処理部には、眼球の回旋中
心を通る主光線又は主光線を含む光束の光線追跡によっ
て眼鏡レンズの各位置での光学性能を求める際に、光線
と眼鏡レンズとの相対的な位置関係を変更するための座
標変換を行う座標変換処理部を有することが好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて説明する。図１は本発明に係る眼鏡レンズの
評価装置の一実施形態を示す概略構成図である。この評
価装置は、眼鏡レンズの面形状を測定する３次元測定器
２００と、眼鏡レンズに対する各種データより眼鏡レン
ズの光学性能を算出するコンピュータ１００と、コンピ
ュータ１００が算出した眼鏡レンズの光学性能の評価結
果を表示する出力装置（プリンタ１２０、ディスプレイ
１３０）とを備えている。

【００１９】コンピュータ１００は、３次元測定器２０
０の測定値を含む眼鏡レンズの３次元形状に関するデー
タを入力する３次元形状データ入力部として、３次元測
定器２００の測定値を入力するレンズ面形状入力部１０
１と、肉厚ゲージ（図示せず）によって測定された眼鏡
レンズの幾何中心の厚みを入力する肉厚入力部１０２と
を有する。また、眼鏡レンズの装用状態パラメータを入
力する装用状態パラメータ入力部として、眼鏡レンズの
眼側の面と眼球の回旋中心との回旋中心距離を入力する
回旋中心距離入力部１０３と、眼鏡レンズの偏心量を入
力する偏心量入力部１０４と、プリズム処方を入力する
プリズム処方入力部１０５と、眼鏡レンズの前傾角を入
力する前傾角入力部１０６とを有する。更に、眼鏡レン
ズの材質パラメータを入力する材質パラメータ入力部と
して、眼鏡レンズの屈折率を入力する屈折率入力部１０
７と、眼鏡レンズのアッベ数を入力するアッベ数入力部
１０８とを有する。

【００２０】また、コンピュータは、３次元測定器２０
０からレンズ面形状入力部１０１に入力された測定値に
含まれるノイズをカットするノイズカット処理部１０９
と、レンズ面形状入力部１０１からのレンズ面形状デー
タをスプライン関数によって関数化するスプライン関数
フィッテイング処理部（関数化処理部）１１０と、レン
ズ面などの座標位置を変換する座標変換処理部１１１と
を有する。更に、コンピュータは、上記入力部や処理部
からのデータに基づいて、眼鏡レンズ装用状態における
眼球の回旋中心を通る主光線及びその近傍の光線の光線
追跡を行う光線追跡計算処理部１１２と、この光線追跡
計算結果から眼鏡レンズの光学性能を計算する光学性能
計算処理部１１３と、光学性能計算結果をプリンタ１２
０、ディスプレイ１３０に出力するための処理を行う計
算結果表示処理部とを有している。

【００２１】次に、眼鏡レンズの３次元形状の測定を説
明する。上記３次元測定器２００によって眼鏡レンズの
面形状を測定した。３次元形状測定及び光学性能計算前
の前処理のフローを示す図２に従って説明する。まず、
眼鏡レンズの凸面（レンズの物体側の面）と凹面（レン
ズの眼側の面）の面形状を測定する。３次元測定器に
は、原子間力プローブを利用した接触式の３次元測定器
（松下電器産業株式会社製超高精度3次元測定器UA3
P）を使用した。測定データは、常にノイズを含んでい
るが、エラーレベルの大きいものは適切な評価を妨げる
原因となるため、エラーレベルの大きいノイズ（レンズ
面に付着したごみなど、明らかにノイズと分かるもの）
をあらかじめ取る処理を行う。この処理は、上記コンピ
ュータのノイズカット処理部１０９でなされる。また、
接触式の３次元測定器の場合、凸面、凹面の各測定デー
タは、測定器側で特に処理がなされていない場合には、
プローブ中心位置の座標値の点群であるため、オフセッ
ト処理を施し、凸面、凹面の実質的な面を導出する。

【００２２】次いで、これらノイズカット処理、オフセ
ット処理がなされた凸面、凹面の各測定データに対し、
上記スプライン関数フィッテイング処理部１１０でスプ
ライン関数化がなされる。測定データは、点群であるこ
とが多いが、光線追跡などを行う際には、微分値が必要
になるため、この計算値を安定させるために、測定面を
関数化することが好ましい。この際使用する関数は、一
般的に知られているスプライン関数が適している。な
お、必要に応じて、NURBSなどの関数を使用しても良
い。

【００２３】また、眼鏡レンズの凸面測定後、凹面測定
の際、眼鏡レンズを１８０度回転（レンズ面を反転）し
て測定ベット部へセットしたので、凸面と凹面の測定デ
ータにおいて、座標系が、180度回転された状態になっ
ている。そのため、凸面データ、凹面データのどちらか
を反転（180度回転）させることにより、同一の座標系
に持ってくるようにする。この座標変換は、上記座標変
換処理部１１１でなされ、座標変換には、一般的に知ら
れているアフィン変換を使用した。

【００２４】また、眼鏡レンズの幾何中心の厚さを、肉
厚ゲージ（S0NY製U30など）を使用して測定した。この
レンズの肉厚データと、上記スプライン関数化されたレ
ンズ面形状から眼鏡レンズの凸面及び凹面の３次元形状
データが得られる。

【００２５】次に、眼鏡レンズの光学性能を計算し、そ
の計算結果を表示する処理内容を図３のフローに従って
説明する。まず、眼鏡レンズの測定面（凹面、凸面）の
スプライン関数の入力と、眼鏡レンズの装用状態パラメ
ータなどのパラメータを入力する（ステップＳ１）。眼
球の回旋中心を通る直線をＸ軸として、図４及び図５に
示すようにＸＹＺ座標系を定めた。図４は側断面図、図
５は正面図である。

【００２６】スプライン関数化には、２次元のスプライ
ン関数（吉本富士市ら著「スプライン関数とその応
用」第５版１９８５―２―１教育出版などを参照）
を用い、２次元の離散データについてスプライン関数を
フィッテイングする方法を採った。２次元のスプライン
関数は、

【数１】によって定義される正規化されたｍ階のＢ―スプライン
関数である。なお、上記において、ｍは階数、ｈ＋２ｍ
はｘ方向の節点の本数、ξiはｘ方向の節点定義位置、
ｋ＋２ｍはｙ方向の節点の本数、ηiはｙ方向の節点定
義位置、ｃijは係数である。

【００２７】眼鏡レンズ１の凸面１ａ、凹面１ｂを、上
記形式のスプライン関数によってフィッティングする。
凸面１ａの形状関数Ｆ(Y,Z)、凹面１ｂの形状関数Ｇ(Y,
Z)とすると、ある点（Y1,Z1）での凸面、凹面の高さ
（Ｘ座標位置）は、下記のＦ(Y1、Z1)、Ｇ(Y1,Z1)であら
わすことが出来る。Ｆ(Y1,Z1)＝ΣＣij Ｎmi（Y1）Ｎmj（Z1）Ｇ(Y1,Z1)＝ΣＤij Ｎmi（Y1）Ｎmj（Z1）ここで、Ｎmi（Y）Ｎmj（Z）は、スプライン関数の特徴
である、節点に依存する関数である。また、Ｃij、Ｄij
は、形状をフィッテイングする際に得られる係数で、係
数を求める際には、最小２乗法を使用して求められる。

【００２８】各パラメータの入力では、形状ファクター
である眼鏡レンズの幾何中心の肉厚値（ＣＴ）、並び
に、眼鏡レンズの装用状態におけるファクターである眼
球の回旋中心距離（ＶＲ）、偏心量の値、プリズム処方
値及び前傾角の値、並びに、レンズの材料ファクターで
あるレンズの屈折率(ｎ)及び色収差の計算が必要であれ
ばアッベ数の各値をそれぞれパラメータとして入力す
る。なお、レンズの中心肉厚（ＣＴ）、プリズムの値、
前傾角の値、偏心の値、眼球の回旋中心距離（ＶＲ）
は、次の光学モデルの構築で必要になる。また、屈折率
（ｎ）、アッベ数は、後述の光線追跡で必要になる。

【００２９】次に、眼鏡レンズ装用時の光学系モデルを
構築する（ステップＳ２）。これは、眼鏡レンズの装用
状態、即ち眼球の回旋中心Ｒに対する装用時の眼鏡レン
ズの位置関係（眼鏡レンズ装用時の光学系モデル）を定
めないと、装用時の眼鏡レンズの光学性能を正しく評価
できないからである。

【００３０】この光学モデルは、プリズムの値、眼鏡レ
ンズの前傾角の値、偏心の値（処方）、回旋中心距離な
どの装用状態の各ファクターをパラメータにしている。
したがって、同じ眼鏡レンズを取り扱っても、各パラメ
ータの個々の値によって光学モデルとしては異なる。例
えば、図６及び図７に示すように、眼鏡レンズ１の前傾
角の値によって光学モデルは異なる。図６は前傾角ゼロ
のとき、図７は前傾角７度のときの光学モデルである。
また、図８〜図１０には、回旋中心距離が異なる場合
（図８、図９、図１０は回旋中心距離がそれぞれ２０ｍ
ｍ、２７ｍｍ、３４ｍｍの場合）の装用時の光学モデル
を示す。

【００３１】ここで、偏心量（ｍｍ）をパラメータにす
る意味は次の通りである。すなわち、偏心は設計上のア
イポイントに対して、装用時のアイポイントがずれる
（偏心する）ことを意味するが、この偏心には、偏心を
意図的に設定する場合と、意図しないが結果的に生じて
いまう場合とが考えられる。意図せず偏心する場合と
は、なんらかのミスによって偏心が生じた場合である。
この場合には、偏心量をパラメータにしてシミュレート
することにより誤って生ずる可能性のある偏心の影響の
大きさを数値化して確認しておくことができる。

【００３２】また、意図的に偏心を設定する場合とは以
下のような場合である。すなわち、例えば、累進多焦点
レンズの場合は、遠用部、近用部の光学的レイアウトそ
の他の条件から、むしろ偏心して装用したほうが心地よ
い装用感が得られる場合があるが、そのような場合等で
ある。さらに、このほかにも意図的に偏心を設定する場
合が考えられるが、そのような多様な偏心処方に対して
も、偏心量をパラメータにしてシュミレートすることは
それぞれの場合の光学性能を確認できるので大きな意味
がある。特に例えば、汎用の眼鏡レンズは、平均的なあ
る一定の基本装用条件をモデルとして設計されているの
で、そのレンズ設計が、必ずしも特定の装用者に合わな
い場合がある。このような場合に、偏心量をパラメータ
にしてシュミレートしておけば、偏心量を選ぶことによ
って心地よい装用感が得られる装用条件を見つけること
も可能になる。

【００３３】プリズム処方をパラメータにするのは、多
様な処方に対応するためであり、また、プリズムシニン
グなどの処方以外のプリズム値を入力できる。フレーム
前傾角（°）はフレームの形状とその装着の仕方に関係
する。一般的にフレームの設計上、この角度は平均的な
値（７−８°）が使用されている。しかし実際の装用状
態がその値とは異なる場合が考えられる。それは、個人
のフレームの装着の仕方や頭部の形状の相違かである。
また、近年種々のデザインのフレームがあり、それによ
り前傾角も多様になり、また変化するためである。従っ
て、フレーム前傾角のパラメータ化は種々のデザインの
フレームと装着状態をシミュレートするのに有効であ
る。屈折率、アッベ数はレンズの材質によるもので、こ
れらのパラメータ化は材質の選択、例えば低屈折率レン
ズから高屈折率レンズへのシミュレートを意味する。

【００３４】上記眼鏡レンズ１の凹面１ｂ及び凸面１ａ
のスプライン関数、眼鏡レンズの装用状態パラメータな
どのパラメータの入力値から、ＸＹＺ座標系上における
レンズ凸面１ａの位置、凹面１ｂの位置、眼球の回旋中
心位置、参照球面（眼球の回旋中心Ｒを中心とした回旋
中心距離（ＶＲ）を半径とした球面である。最終的に求
められる度数Ｓは、この参照球面からの焦点距離の逆数
である。）の位置を定義することにより、光学モデルを
構築する。例えば、凸面１ａの中心を座標の原点に置
き、そこから中心肉厚（ＣＴ）分シフトした位置に凹面
１ｂがあると、Ｆ(Y,Z)、Ｇ(Y,Z)が独立な座標系上で定
義されていれば、次のような表現が出来る。即ち、凸面
関数Ｆ(0,0)は、原点の位置に一致しており、この座標
系において凹面１ｂの中心位置はＧ(0,0)＋ＣＴであ
る。また、上の表現を使えば、この座標系において眼球
の回旋中心Ｒの位置はＶＲ＋ＣＴである。

【００３５】次に、眼鏡レンズの光学性能の評価を行う
評価位置の主光線設定をする（ステップＳ３）。図４及
び図５に示すように、眼鏡レンズ１の測定領域内におい
て、回旋中心Ｒを通りＸ軸とのなす角αと、Ｘ軸を回転
軸としての回転角度βとで規定されるベクトルを主光線
と定義し、α、βの値を適宜設定することにより評価位
置の主光線を設定する。具体的に行った計算例では、Ｘ
軸とのなす角α、Ｘ軸を回転軸として回転角度β（３６
０度の領域）は、ともに5度ピッチにした。

【００３６】次に、主光線を含む光束が眼鏡レンズに入
射した径での光学性能を求めるために、図１１、図１２
に示すように、眼鏡レンズに入射する主光線を含む入射
光束の入射波面を設定する（ステップＳ４）。入射波面
は、この実施形態では、平面波が入ってくることにし
た。しかし、入射波面を球面波としても同様に光学性能
を求めることができる。平面波の場合、主光線に平行な
光線が多数入射してくると考えることが出来るので、１
つの主光線について、0.5ミリピッチ間隔で、φ５mm領
域を持つ光線群を入射させる様に設定した。

【００３７】次に、設定された入射波面を構成する入射
光束のそれぞれの光線について、スネルの法則を使用し
て光線追跡を行う（ステップＳ５）。入射光束の各光線
は、逆光線追跡といわれる手法を使用して、スネルの法
則を使用することにより、容易に求めることが出来る。
光線追跡によって、得られる情報（数値）は、それぞれ
の光線について、 . レンズ凸面上の通過点Ｐ1(X1,Y1,Z1)、通過点Ｐ1で
の屈折光ベクトルＶ1（XV1,YV1,ZV1） . レンズ凹面上の通過点Ｐ2(X2,Y2,Z2)、通過点Ｐ2で
の屈折光ベクトルＶ2（XV2,YV2,ZV2） . 参照球面に接する接平面上の通過点Ｐ3(X3,Y3,Z3) . 参照球面の通過点Ｐ4(X4,Y4,Z4) である。なお、、の通過点Ｐ3、Ｐ4においては、光
線のベクトルは変化せずＶ2（XV2,YV2,ZV2）である。ま
た、図１１、図１２においては、上記通過点、ベクトル
を主光線についてだけ示した。

【００３８】次に、上記光線追跡から得られた波面か
ら、眼鏡レンズの設定位置の光学性能を計算する（ステ
ップＳ６）。光学性能は、物体側から眼鏡レンズに入射
する入射光束の入射波面と、眼鏡レンズを通り、回旋中
心からレンズ裏面までの回旋中心距離を半径とする参照
球面に達したとき出射波面との変化から求められる。

【００３９】光線追跡によって得られた、通過点Ｐ3(X
3,Y3,Z3)、屈折光ベクトルＶ2（XV2,YV2,ZV2）から光学
性能を求めるのに、Zernike多項式を使用した。Zernike
多項式で波面の形状をあらわすことにより、光学性能を
多項式の係数から求める方法をとった。波面ＷはZernik
e多項式により次のように表される。Ｗ≒Σa・Ze ここで、aはZernike係数、ZeはZernike多項式である。
光線追跡により求められたのは、波面の位置ではない
が、屈折光ベクトルが波面の法線方向を意味することか
ら、Ｐ≒Σa・δZe／δY Ｑ≒Σa・δZe／δZ を解くことにより（Ｐ、Ｑは波面の勾配）、係数aを求
め、係数ａより光学性能を求める。

【００４０】次いで、上記光学性能計算を設定した全て
の評価位置で計算したかを判別し（ステップＳ７）、全
ての評価位置の光学性能を求めるまで、上記ステップＳ
３からステップＳ６までを繰り返して光学性能計算を実
施する。

【００４１】光学性能計算の終了後は、光学性能の計算
結果の表示処理を行い（ステップＳ８）、プリンタやデ
ィスプレイに等高線表示の収差図、鳥瞰図表示の収差図
を表示する（ステップＳ９、Ｓ１０）。なお、２次元表
示の収差図も表示するようにしてもよい。

【００４２】上述したように、眼鏡レンズの３次元形状
が測定されているので、測定済みの領域の中で任意の回
旋方向または、レンズ面の凸面、もしくは凹面上の任意
の位置において、眼鏡レンズの光学性能を計算すること
ができる。特に、レンズ面がスプライン関数化されてい
るので、光学性能計算が容易に行える。また、眼鏡レン
ズの装用状態におけるファクターとして、眼球の回旋中
心距離（ＶＲ）、偏心、プリズム処方及び前傾角等を定
義し、これら各値をそれぞれパラメータにして光学モデ
ルの構築を計算で行っているので、装用状態が変わって
も再測定する必要はない。

【００４３】例えば、偏心量（ｍｍ）をパラメータにし
ていることから、誤って生ずる可能性のある偏心の影響
の大きさを数値化して確認しておくことができる。ま
た、累進多焦点レンズの場合等で積極的に偏心して装用
したほうが心地よい装用感が得られる場合があるが、そ
のような偏心処方に対しても、光学性能を確認するの
で、再測定するまでもなく最適な装用感を見つけること
が可能になる。

【００４４】また、プリズム処方をパラメータにしてい
るので、多様な処方に対応でき、また、プリズムシニン
グなどの処方以外のプリズム値についても光学性能を求
めることができる。さらに、フレーム前傾角をパラメー
タにしていることから、種々のデザインのフレームと装
着状態をシミュレートできる。屈折率、アッベ数のパラ
メータ化により、低屈折率レンズから高屈折率レンズま
でのシミュレートが得られる。

【００４５】なお、上記実施形態では、眼鏡レンズの両
面（凸面、凹面）の３次元測定に基づいて、眼鏡レンズ
装用時の光学性能を計算したが、凸面だけが仕上げられ
たセミフィニシュレンズに対しても、光学性能を計算し
て評価することができる。すなわち、セミレンズの場
合、その凸面を測定して３次元形状データを取得する
と、凹面の面形状に任意の設計、例えば球面、非球面、
アトーリック、自由曲面や光学的収差を考慮したカーブ
の設定などを選択してシミュレーションすることによ
り、最適な凹面の形状をシミュレーションでき、最適処
方を得ることができる。このように、眼鏡レンズの両面
のうち、凹面、凸面のどちらか一方の面の３次元測定デ
ータが得られれば、本発明を適用することができる。

【００４６】次に、実際に、累進多焦点レンズの３次元
測定を行って、回旋点中心の光学性能を求めた例を述べ
る。３次元測定器により累進多焦点レンズの凸面、凹面
を測定した。この測定は、１mmピッチで凸面φ35mm、凹
面φ33mmで4mm/secのスピードで走査させて行った。ま
た、測定値に対し、ノイズカットとオフセット処理の計
算を行った。スプライン関数化は、凸面±35mmの領域に
おいて節点をX、Y方向29本取り６階のスプライン関数に
フィッテイングをかけた。また、凹面±33mmの領域にお
いて節点をX、Y方向24本取り６階のスプライン関数にフ
ィッテイングをかけた。光学性能の計算では、入力パラ
メータは、次の値を使用した。レンズの中心肉厚 7.20mm 屈折率 1.501 アッベ数 58 偏心量 0.0 プリズム処方値 0.00 前傾角の値 0.00 回旋中心距離 27mm

【００４７】この条件で計算されたデータを図１３〜図
１６に示す。図１３はＳ度数（平均度数）分布図、図１
４は、Ｃ度数（円柱度数）分布図である。図１３、図１
４において、点線で書かれた同心円は回旋角のαを表
し、５度ピッチで記してある。また、等高線のピッチ
は、０.５Ｄ（ディオプトリー）である。また、図１５
は、図１３のＳ度数分布に対応する鳥瞰図であり、図１
６は図１４のＣ度数分布に対応する鳥瞰図である。ま
た、図１７には、この時に求めたＳ度数（ディオプトリ
ー(Dptr)）,Ｃ度数（ディオプトリー(Dptr)）,ＡＸ（乱
視軸、度(Deg)）の数値データ（β＝９０度の場合で、
回旋角度α＝−４５度〜＋４５度の範囲の値）を示す。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
眼鏡レンズの３次元形状データ、眼鏡レンズの装用状態
パラメータとから、眼鏡レンズの装用状態、即ち眼球の
回旋中心に対する眼鏡レンズの位置関係（眼鏡レンズ装
用時の光学モデル）を決定し、これより、眼球の回旋中
心を通る視線方向の主光線又は主光線を含む光束に関す
る眼鏡レンズの各位置での光学性能を求めている。この
ため、眼鏡レンズの装用状態及び眼の視線方向を考慮し
た、実際の眼鏡装用者の装用状態にそれぞれ対応したよ
り適切かつ正確な眼鏡レンズの光学性能を求めることが
できる。

【００４９】また、眼鏡レンズの３次元形状データを用
いて評価しているので、眼鏡レンズの所望の位置におい
て、眼鏡レンズの光学性能を計算することができる。更
に、眼球の回旋中心距離を含む眼鏡レンズの装用状態パ
ラメータによって、眼鏡レンズの装用状態を決定して計
算を行っているので、装用状態が変わっても再測定する
ことなく、光学性能を評価することができる。

【００５０】また、本発明によれば、眼鏡レンズのいず
れか一方の面の面形状が得られれば、他方の面の面形状
に任意の設計値を与えることにより、光学性能のシミュ
レーションができ、最適処方を得ることができる。ま
た、入力可能なパラメータとして、プリズムシニングな
どの処方以外のプリズム値を入力可能なパラメータの一
つとして扱うことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る眼鏡レンズの評価装置の一実施形
態を示す概略構成図である。

【図２】眼鏡レンズの３次元形状測定及び光学性能計算
前の前処理を示すのフローチャートである。

【図３】眼鏡レンズの光学性能を計算し、その計算結果
を表示する処理内容を示すフローチャートである。

【図４】眼鏡レンズの光学性能を求める際の、眼鏡レン
ズ装用時の光学モデルの座標系を示す図である。

【図５】眼鏡レンズの光学性能を求める際の、眼鏡レン
ズ装用時の光学モデルの座標系を示す図である。

【図６】眼鏡レンズの前傾角の値が異なる場合の、眼鏡
レンズ装用時の各光学モデルを示す図である。

【図７】眼鏡レンズの前傾角の値が異なる場合の、眼鏡
レンズ装用時の各光学モデルを示す図である。

【図８】回旋中心距離が２０ｍｍの場合の眼鏡装用時の
各光学モデルを示す図である。

【図９】回旋中心距離が２７ｍｍの場合の眼鏡装用時の
各光学モデルを示す図である。

【図１０】回旋中心距離が３４ｍｍの場合の眼鏡装用時
の各光学モデルを示す図である。

【図１１】回旋中心を通る主光線を含む光束に対する光
線追跡及び光学性能を説明するための図である。

【図１２】図１１の部分拡大図である。

【図１３】累進多焦点レンズのＳ度数（平均度数）分布
図である。

【図１４】累進多焦点レンズのＣ度数（円柱度数）分布
図である。

【図１５】図１３のＳ度数分布に対応する鳥瞰図であ
る。

【図１６】図１４のＣ度数分布に対応する鳥瞰図であ
る。

【図１７】累進多焦点レンズの光学性能を計算した数値
データを示す表である。

【符号の説明】

１眼鏡レンズ１ａ凸面１ｂ凹面２眼球１００コンピュータ１０１レンズ面形状入力部１０２肉厚入力部１０３回旋中心距離入力部１０４偏心量入力部１０５プリズム入力部１０６前傾角入力部１０７屈折率入力部１０８アッベ数入力部１０９ノイズカット処理部１１０スプライン関数入力部１１１座標変換処理部１１２光線追跡計算処理部１１３光学性能計算処理部１１４計算結果表示処理部１２０プリンタ１３０ディスプレイＲ回旋中心ＶＲ回旋中心距離ＣＴ眼鏡レンズの中心肉厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】眼鏡レンズの３次元形状データと、前記
眼鏡レンズの眼側の面と眼球の回旋中心との距離をパラ
メータとして含む眼鏡レンズの装用状態パラメータと、
前記眼鏡レンズの屈折率をパラメータとして含む眼鏡レ
ンズの材質パラメータとから、前記眼球の回旋中心を通
る主光線又は主光線を含む光束に関する眼鏡レンズの各
位置での光学性能を求めて眼鏡レンズの評価を行うこと
を特徴とする眼鏡レンズの評価方法。
【請求項２】前記眼鏡レンズの装用状態パラメータに
は、眼鏡レンズの眼側の面と眼球の回旋中心との距離の
他に、偏心、プリズム処方、眼鏡レンズの前傾角が含ま
れていることを特徴とする請求項１に記載の眼鏡レンズ
の評価方法。
【請求項３】前記眼鏡レンズの３次元形状データに
は、原子間力プローブを利用した接触式の３次元測定器
によって眼鏡レンズの３次元の面形状を測定した測定値
が用いられていることを特徴とする請求項１又は２に記
載の眼鏡レンズの評価方法。
【請求項４】前記眼鏡レンズの３次元形状データにお
ける眼鏡レンズの面形状は、スプライン関数により関数
化されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の
眼鏡レンズの評価方法。
【請求項５】前記眼鏡レンズの各位置での光学性能
は、前記眼球の回旋中心を通る主光線又は主光線を含む
光束の光線追跡によって求められることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれかに記載の眼鏡レンズの評価方
法。
【請求項６】眼鏡レンズの面形状を測定する３次元測
定器と、前記眼鏡レンズに対する各種データより眼鏡レ
ンズの光学性能を算出するコンピュータと、コンピュー
タが算出した眼鏡レンズの光学性能の評価結果を表示す
る出力装置とを備え、前記コンピュータは、前記３次元測定器の測定値を含む
眼鏡レンズの３次元形状に関するデータを入力する３次
元形状データ入力部、前記眼鏡レンズの眼側の面と眼球
の回旋中心との距離をパラメータとして含む眼鏡レンズ
の装用状態パラメータを入力する装用状態パラメータ入
力部、及び前記眼鏡レンズの屈折率をパラメータとして
含む眼鏡レンズの材質パラメータを入力する材質パラメ
ータ入力部を有すると共に、これら入力部からのデータ
に基づいて、前記眼球の回旋中心を通る主光線又は主光
線を含む光束に関する眼鏡レンズの各位置での光学性能
を算出する処理部を有することを特徴とする眼鏡レンズ
の評価装置。
【請求項７】前記３次元測定器は、原子間力プローブ
を利用した接触式の３次元測定器であることを特徴とす
る請求項６に記載の眼鏡レンズの評価装置。
【請求項８】前記処理部には、前記３次元形状データ
入力部からの入力値より、前記眼鏡レンズの面形状をス
プライン関数により関数化する関数化処理部を有するこ
とを特徴とする請求項６又は７に記載の眼鏡レンズの評
価装置。
【請求項９】前記処理部には、前記眼球の回旋中心を
通る主光線又は主光線を含む光束の光線追跡によって前
記眼鏡レンズの各位置での光学性能を求める際に、前記
光線と眼鏡レンズとの相対的な位置関係を変更するため
の座標変換を行う座標変換処理部を有することを特徴と
する請求項６乃至８のいずれかに記載の眼鏡レンズの評
価装置。