JP2003052633A - Simulation instrument of ophthalmological optical system - Google Patents

Simulation instrument of ophthalmological optical system

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JP2003052633A
JP2003052633A JP2002154665A JP2002154665A JP2003052633A JP 2003052633 A JP2003052633 A JP 2003052633A JP 2002154665 A JP2002154665 A JP 2002154665A JP 2002154665 A JP2002154665 A JP 2002154665A JP 2003052633 A JP2003052633 A JP 2003052633A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simulation instrument of an ophthalmological optical system, which is capable of simulating a shake, a distortion, a blurring or the like in a case where a lens system of a varifocal lens is worn. SOLUTION: A torsional retinal image defined as an image in which images captured in the central fovea by rolling the eyeballs to all object points within a visual field are united together is prepared by preparing an image of a specific angle of a visual field entering the eyes having a specific center of torsion as an original image, making a distorted original image involving a distortion when the original image is seen through a lens system by a ray tracing method, obtaining a PSF on the retina of an eyeball model due to light from the object points of the original image in an optical system made up of a lens system and an eyeglass model, and computing the convolution of the distorted original image obtained and the PSF of every picture element of the original image. The torsional retinal image obtained is edited to obtain a moving image of the torsional retinal image. The PSF is obtained by setting sample points at object points and the PSF other than sample points is obtained by an approximation method including a spline interpolation method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、眼の前に配置され
たレンズ系を通して外界を観察したときの見え方をシミ
ュレーションする眼光学系のシミュレーション装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ophthalmic optical system simulating apparatus for simulating the appearance of an external world through a lens system arranged in front of the eye.

【0002】[0002]

【従来の技術】眼鏡を装用した場合のように、眼の前に
配置されたレンズ系を通して外界を観察したときの見え
方をシミュレーションする眼光学系のシミュレーション
方法及び装置を開示したものとしては、本願出願人の先
の出願にかかる特開平8-266473号に記載の装置がある。
2. Description of the Prior Art Disclosed is a method and apparatus for simulating an eye optical system for simulating the appearance when observing the outside world through a lens system arranged in front of the eyes such as when wearing spectacles. There is an apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-266473 related to the applicant's earlier application.

【0003】上記公報に記載の装置は、眼鏡レンズを装
用した状態で人眼が回旋することにより見渡すことので
きる範囲の情景画像を、PSF演算等を行なってシミュレ
ーションするものである。これによって、眼鏡等の光学
レンズを装用した際の人眼の回旋を伴う広い角度の情景
をシミュレーションできるようになった。
The apparatus described in the above publication simulates a scene image in a range that can be overlooked by the rotation of the human eye while wearing a spectacle lens by performing PSF calculation or the like. This makes it possible to simulate a wide-angle scene accompanied by rotation of the human eye when wearing an optical lens such as spectacles.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、特に、累進
多焦点レンズを装用した場合、遠近両用機能を果たす代
わりに、揺れ、歪み、ボケ等の不快感を感ずる場合があ
る。それゆえ、累進多焦点レンズの設計にあたっては、
遠近両用機能を実現しながら、不快感を可能な限り抑え
ることが求められている。このためには、設計されたレ
ンズがどの様な揺れ、歪み、ボケ等の不快感を伴うもの
であるかを予め設計者自身が知ることが最も望ましい。
上述の従来の眼光学系のシミュレーション方法は、眼鏡
等の光学レンズを装用した際の人眼の回旋を伴う広い角
度の情景をシミュレーションできるので、一定の目的に
対しては非常に有用である。しかしながら、装用者が感
ずるであろうところの歪み、ボケ等を人間の知覚作用ま
でも考慮にいれて実際に近い態様でシミュレーションを
するものではなかった。それゆえ、設計されたレンズを
装用者が装用した場合に、装用者が実際にどの様な歪
み、ボケ等を感ずるものであるかを予め設計者自身が知
るという目的に対しては必ずしも十分なものではなかっ
た。しかも、実際に装用した場合に最も問題になると思
われる揺れに関しては全く対応できないものであった。
By the way, in particular, when a progressive power multifocal lens is worn, the user may feel uncomfortable feeling such as shaking, distortion, blurring or the like, instead of fulfilling the bifocal function. Therefore, when designing a progressive multifocal lens,
It is required to reduce discomfort as much as possible while realizing the bidirectional function. For this purpose, it is most desirable for the designer to know in advance how the designed lens is accompanied by discomfort such as shaking, distortion, and blurring.
The above-described conventional method for simulating an eye optical system is very useful for a certain purpose because it can simulate a wide-angle scene accompanied by rotation of the human eye when wearing an optical lens such as spectacles. However, the simulation was not performed in a manner close to the actual one in consideration of distortions, blurring and the like that the wearer might feel, even taking into account human perceptual effects. Therefore, when the wearer wears the designed lens, it is not always sufficient for the purpose of letting the designer know in advance what kind of distortion, blurring, etc. the wearer actually feels. It wasn't something. Moreover, it was not possible to deal with the shaking that seems to be the most problematic when actually worn.

【0005】人間が眼を通して認識する(知覚する)外界
の像は、眼の網膜に光学の原理に従って結像された光学
像そのものではないと考えられる。即ち、網膜上の受光
体(錐体と杆体)の分布は中心窩付近の密度が高く周辺が
低い。従って、もし網膜に結像された光学像そのものが
知覚されているものならば、その光学像が理想的に結像
されたものであったとしても、中心付近だけが鮮明で周
辺はぼけた像として知覚されるはずである。しかるに、
健常眼であれば視野内のどこでもはっきりと見えている
と感じられる。これは、知覚という作用は、網膜に投影
された光学像をそのまま検知するというような単純な作
用ではなく、網膜以降の神経情報処理系によって複雑な
処理がされた結果に基づくものであると考えられるから
である。
It is considered that the external image perceived (perceived) by the human through the eye is not the optical image itself formed on the retina of the eye according to the optical principle. That is, the distribution of photoreceptors (cones and rods) on the retina is high in the vicinity of the fovea and low in the periphery. Therefore, if the optical image itself formed on the retina is perceived, even if the optical image is ideally formed, only the center is clear and the periphery is blurred. Should be perceived as. However,
If you have normal eyes, you can see clearly anywhere in the visual field. It is thought that this is because the action of perception is not based on the simple action of directly detecting the optical image projected on the retina, but on the result of complicated processing by the neural information processing system after the retina. Because it will be done.

【0006】本発明者等の研究によれば、この様な知覚
作用を直接シミュレーションすることはできないが、本
発明者等が見出だした一定の仮定に基づけば知覚作用の
結果を画像処理によって近似的に再現できることが解明
された。
According to the research conducted by the present inventors, such a perceptual action cannot be directly simulated, but based on certain assumptions found by the present inventors, the result of the perceptual action can be approximated by image processing. It was clarified that it can be reproduced visually.

【0007】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、累進多焦点レンズ等のレンズ系を装用した場
合における揺れ、歪み、ボケ等を伴う見え方をもシミュ
レーション可能とする眼光学系のシミュレーション装置
を提供することを目的とする。
The present invention has been made under the above-mentioned background, and it is possible to simulate the visual appearance accompanied by shaking, distortion, blurring and the like when a lens system such as a progressive multifocal lens is worn. The purpose is to provide an academic simulation device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、眼の前に
配置されたレンズ系を通して外界を観察したときの見え
方をシミュレーションする眼光学系のシミュレーション
装置において、前記レンズ系を通して眼によって知覚さ
れる像として、眼の網膜面に投影される光学像ではな
く、視野内の全ての物体点に対して眼球を回旋させ、中
心窩で捕らえた像を繋ぎ合わせた像として定義される回
旋網膜像を作成する回旋網膜像作成手段を備えることを
特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an eye-optical system simulation apparatus for simulating the appearance when the external world is observed through a lens system arranged in front of the eye. As the perceived image, not the optical image projected on the retina surface of the eye, but the rotation defined as the image in which the eyeball is rotated with respect to all object points in the visual field and the images captured in the fovea are joined. It is characterized by further comprising a rotating retinal image creating means for creating a retinal image.

【0009】第2の発明は、眼の前に配置されたレンズ
系を通して外界を観察したときの見え方をシミュレーシ
ョンする眼光学系のシミュレーション装置において、前
記レンズ系を通して眼によって知覚される像として、眼
の網膜面に投影される光学像ではなく、視野内の全ての
物体点に対して眼球を回旋させ、中心窩で捕らえた像を
繋ぎ合わせた像として定義される回旋網膜像を作成する
回旋網膜像作成手段を備え、この回旋網膜像作成手段
は、特定の回旋中心点を持つ眼に入る特定視野角の画像
を原画像として作成する原画像作成手段と、この原画像
をレンズ系を通して見た場合の歪みを伴う歪み原画像を
光線追跡法を用いて作成する歪み原画像作成手段と、レ
ンズ系及び眼鏡モデルよりなる光学系において原画像の
物体点からの光による眼球モデルの網膜上のPSFを求
めるPSF取得手段と、前記歪み原画像作成手段によっ
て求められた歪み原画像と、前記PSF取得手段によっ
て求められた原画像の各画素のPSFとの畳み込み演算
をする畳み込み演算手段とを有することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in an eye optical system simulating apparatus for simulating the appearance when the outside world is observed through a lens system arranged in front of the eye, an image perceived by the eye through the lens system is: Rotation that creates a convoluted retina image that is defined as the image obtained by combining the images captured in the fovea with the eyeball for all object points in the visual field, rather than the optical image projected on the retina surface of the eye. The retinal image creating means includes an original image creating means for creating as an original image an image having a specific viewing angle that enters an eye having a specific center of rotation, and the original image is viewed through a lens system. Distortion source image creating means for creating a distortion original image with a ray tracing method, and an optical system consisting of a lens system and a spectacle model, which uses light from an object point of the original image. A convolution operation is performed between the PSF acquisition unit that obtains the PSF on the retina of the eyeball model, the original distortion image obtained by the original distortion image creation unit, and the PSF of each pixel of the original image obtained by the PSF acquisition unit. And a convolution operation means.

【0010】第3の発明は、眼の前に配置されたレンズ
系を通して外界を観察したときの見え方をシミュレーシ
ョンする眼光学系のシミュレーション装置において、仮
想三次元空間内にコンピュータグラフィックスによる仮
想物体を作成して配置し、この仮想物体が、特定の位置
に回旋中心点を置き且つ特定の中心視線方向を持つ眼に
入る特定視野角の画像を原画像として作成するととも
に、前記原画像の各画素の代表する物体点位置と眼の回
旋中心点との距離である物体点距離を求める原画像作成
手段と、前記眼の前に配置するレンズ系上に前記中心視
線通過点を設定し、視野中心物体点から出射して前記中
心視線通過点を通過し、前記回旋中心点に向かう光線を
光線追跡法で求め、この求めたレンズ系の出射光線方向
を中心視線とする視野をレンズ系通過後視野と定義した
とき、このレンズ系通過後視野における前記原画像の各
画素の対応する物体点への視線の方向及びレンズ系通過
点を光線追跡法で求め、前記レンズ系による歪みを含め
た画像を作成する歪み原画像作成手段と、前記眼の光学
系として調節対応眼球モデルを導入し、前記原画像の各
画素に対し、前記原画像作成手段によって得られた物体
点距離と、前記歪み原画像作成手段によって得られた物
体点から出射する主光線のレンズ系通過点における度数
に合わせて前記眼球モデルの調節状態を設定し、前記レ
ンズ系とその主光線方向に合わせて回旋した眼球モデル
との合成光学系において、前記物体点から出射する光に
よる前記調節対応眼球モデルの網膜上の輝度分布を表す
PSF(Point Spread Function:点広がり関数)を求め
るPSF取得手段と、前記歪み原画像作成手段によって
作成されたレンズ系による歪みを含めた画像と前記PS
F取得手段によって得られた各画素のPSFとの畳み込
み演算(convolution)を行ない、前記仮想三次元空間に
配置した仮想物体を特定の位置及び視線方向の眼で前記
レンズ系の特定位置を通して見た場合の回旋網膜像を作
成する畳み込み手段とを有することを特徴とする。
A third aspect of the present invention is a simulation apparatus of an eye optical system for simulating the appearance when the outside world is observed through a lens system arranged in front of the eye, wherein a virtual object based on computer graphics in a virtual three-dimensional space. This virtual object creates an image of a specific viewing angle that enters the eye having a rotation center point at a specific position and has a specific central line-of-sight direction as an original image, and Original image creating means for obtaining the object point distance which is the distance between the object point position represented by the pixel and the center of rotation of the eye, and the central line-of-sight passing point is set on the lens system arranged in front of the eye, and the visual field A ray which is emitted from a central object point, passes through the central line-of-sight passage point, and is directed toward the rotation center point is obtained by a ray tracing method, and the obtained ray direction of the lens system is used as the central line of sight. Is defined as the field of view after passing through the lens system, the direction of the line of sight to the corresponding object point of each pixel of the original image in this field of view after passing through the lens system and the lens system passing point are determined by the ray tracing method, and A distortion original image creating means for creating an image including distortion, and an accommodation eyeball model as an optical system of the eye are introduced, and for each pixel of the original image, the object point distance obtained by the original image creating means. And, the adjustment state of the eyeball model is set according to the power at the lens system passing point of the chief ray emitted from the object point obtained by the distortion original image creating means, according to the lens system and its chief ray direction. In a synthetic optical system with a convoluted eyeball model, a PSF (Point Spread Function) representing the luminance distribution on the retina of the accommodation eyeball model corresponding to the light emitted from the object point PSF obtaining means for obtaining the PSF, an image including distortion caused by the lens system created by the distortion original image creating means, and the PS
Convolution with the PSF of each pixel obtained by the F acquisition means was performed, and the virtual object placed in the virtual three-dimensional space was viewed through a specific position of the lens system with a specific position and an eye in the line-of-sight direction. And convolution means for creating a convoluted retinal image in the case.

【0011】第4の発明は、眼の前に配置されたレンズ
系を通して外界を観察したときの見え方をシミュレーシ
ョンする眼光学系のシミュレーション装置において、仮
想三次元空間内にコンピュータグラフィックスによる仮
想物体を作成して配置し、前記眼の位置、中心視線方向
及びレンズ系通過点を時系列に変えて見るストーリーを
作成し、そのストーリーに従って各時点で第2又は第3
の発明にかかる眼光学系のシミュレーション装置を用い
て回旋網膜像を作成し、該各網膜像を編集して回旋網膜
像の動画像を作成することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in a simulation apparatus of an eye optical system for simulating the appearance when the external world is observed through a lens system arranged in front of the eye, a virtual object based on computer graphics in a virtual three-dimensional space. Is created and arranged, and a story is created by viewing the eye position, the central line-of-sight direction, and the lens system passing point in time series, and the second or third story is created at each time point according to the story.
The invention is characterized in that a rotating retinal image is created using the eye optical system simulation apparatus according to the invention, and each retinal image is edited to create a moving image of the rotating retinal image.

【0012】第5の発明は、第2ないし第4のいずれか
の発明にかかる眼光学系のシミュレーション装置におい
て、前記PSF取得手段は、各該当画素の代表する物体
点から出射し、前記眼球モデルの入射瞳を均等に分割し
て設定した各点を通る光線のデータを全て光線追跡法で
求め、PSFを前記眼球モデルの網膜上の光線スポット
分布密度として、又は波動光学に基づく回折積分として
求めることを特徴とする。
In a fifth aspect of the present invention, in the eye optical system simulation apparatus according to any one of the second to fourth aspects, the PSF acquisition means emits light from an object point represented by each corresponding pixel, and the eyeball model. All data of rays passing through each point set by equally dividing the entrance pupil of is obtained by the ray tracing method, and PSF is obtained as a ray spot distribution density on the retina of the eyeball model or as a diffraction integral based on wave optics. It is characterized by

【0013】第6の発明は、第2ないし第4のいずれか
の発明にかかる眼光学系のシミュレーション装置におい
て、前記PSF取得手段は、予め三次元物体空間に有限
数の物体標本点を設定し、また、前記入射瞳面上に有限
数の通過標本点を選び、前記物体標本点及び通過点標本
点との全ての組み合わせによる光線データを光線追跡法
で求め、スプライン補間係数データを作成し、前記原画
像の各画素の代表する物体点から出射し、入射瞳を均等
に分割した各点を通る光線データを前記予め準備したス
プライン補間係数データを用いてスプライン補間法で求
め、PSFを網膜上光線のスポット分布密度として、又
は波動光学に基づく回折積分法として求めることを特徴
とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the eye optical system simulation apparatus according to any of the second to fourth aspects, the PSF acquisition means sets a finite number of object sample points in advance in the three-dimensional object space. , A finite number of passing sample points on the entrance pupil plane are selected, ray data by all combinations of the object sampling points and passing point sampling points are obtained by a ray tracing method, and spline interpolation coefficient data is created, Ray data emitted from an object point represented by each pixel of the original image and passing through each point obtained by equally dividing the entrance pupil is obtained by a spline interpolation method using the spline interpolation coefficient data prepared in advance, and a PSF on the retina is obtained. It is characterized in that it is obtained as the spot distribution density of light rays or as a diffraction integration method based on wave optics.

【0014】第7の発明は、第2ないし第4のいずれか
の発明にかかる眼光学系のシミュレーション装置におい
て、前記PSF取得手段は、PSFを一定の関数近似さ
せてそのパラメータで表し、予め三次元物体空間に有限
数の物体標本点を選び、全ての物体標本点におけるPS
Fとその近似関数パラメータを求め、スプライン補間係
数データを作成し、前記原画像の各画素に関するPSF
パラメータを前記予め準備したスプライン補間係数デー
タを用いてスプライン補間法で求めることを特徴とす
る。
In a seventh aspect of the present invention, in the ophthalmic optical system simulation apparatus according to any of the second to fourth aspects, the PSF acquisition means approximates the PSF by a certain function and expresses it by its parameter, and the PSF is cubic in advance. Select a finite number of object sampling points in the original object space, and select PS for all object sampling points.
F and its approximate function parameters are obtained, spline interpolation coefficient data is created, and PSF for each pixel of the original image is obtained.
The parameter is obtained by a spline interpolation method using the previously prepared spline interpolation coefficient data.

【0015】第8の発明は、第2ないし第7のいずれか
の発明にかかる眼光学系のシミュレーション装置におい
て、前記回旋網膜像又は前記回旋網膜像の動画像を画像
表示手段によって表示するとともに、これらの画像が前
記レンズ系のどの位置を通しての画像であるかを前記画
像表示手段に表示することを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the simulation apparatus for an eye optical system according to any of the second to seventh aspects, the convoluted retinal image or the moving image of the convoluted retinal image is displayed by image display means, and It is characterized in that the image display means displays which position of the lens system the image is through.

【0016】第9の発明は、眼の前に配置されたレンズ
系を通して外界を観察したときの見え方をシミュレーシ
ョンする眼光学系のシミュレーション装置において、仮
想三次元空間内にコンピュータグラフィックスによる仮
想物体を作成して配置し、この仮想物体が、特定の位置
に回旋中心点を置き且つ特定の中心視線方向を持つ眼に
入る特定視野角の画像を原画像として作成するととも
に、前記原画像の各画素の代表する物体点位置と眼の回
旋中心点との距離である物体点距離を求める原画像作成
手段と、前記眼の前に配置するレンズ系上に前記中心視
線通過点を設定し、視野中心物体点から出射して前記中
心視線通過点を通過し、前記回旋中心点に向かう光線を
光線追跡法で求め、この求めたレンズ系の出射光線方向
を中心視線とする視野をレンズ系通過後視野と定義した
とき、このレンズ系通過後視野における前記原画像の各
画素の対応する物体点への視線の方向及び医レンズ系通
過点を光線追跡法で求め、前記レンズ系による歪みを含
めた画像を作成する歪み原画像作成手段と、前記眼の光
学系として調節対応眼球モデルを導入し、前記原画像の
各画素に対し、前記原画像作成工程で得られた物体点距
離と、前記歪み原画像作成工程で得られた物体点から出
射する主光線のレンズ系通過点における度数に合わせて
前記眼球モデルの調節状態を設定し、前記レンズ系とそ
の視線方向に合わせて回旋した眼球モデルとの合成光学
系において、前記物体点から出射する光による前記調節
対応眼球モデルの網膜上の輝度分布を表すPSFを求め
るPSF取得手段と、前記歪み原画像作成工程で作成し
たレンズ系による歪みを含めた画像と前記PSF取得工
程で得られた各画素のPSFとの畳み込み演算を行な
い、前記仮想三次元空間に配置した仮想物体を特定の位
置及び視線方向の眼で前記レンズ系の特定位置を通して
見た場合の回旋網膜像を作成する畳み込み手段とを有す
ることを特徴とする。
A ninth aspect of the present invention is a simulation apparatus of an eye optical system for simulating how an external world is observed through a lens system arranged in front of an eye, wherein a virtual object created by computer graphics in a virtual three-dimensional space. This virtual object creates an image of a specific viewing angle that enters the eye having a rotation center point at a specific position and has a specific central line-of-sight direction as an original image, and Original image creating means for obtaining the object point distance which is the distance between the object point position represented by the pixel and the center of rotation of the eye, and the central line-of-sight passing point is set on the lens system arranged in front of the eye, and the visual field A ray which is emitted from a central object point, passes through the central line-of-sight passage point, and is directed toward the rotation center point is obtained by a ray tracing method, and the obtained ray direction of the lens system is used as the central line of sight. Is defined as the field of view after passing the lens system, the direction of the line of sight to the corresponding object point of each pixel of the original image in the field of view after passing the lens system and the medical lens system passing point are obtained by the ray tracing method, and the lens system Distortion original image creating means for creating an image including distortion, and by introducing an accommodation eyeball model as the optical system of the eye, for each pixel of the original image, the object point obtained in the original image creating step Set the adjustment state of the eyeball model in accordance with the distance and the power at the lens system passing point of the chief ray emitted from the object point obtained in the distortion original image creating step, according to the lens system and its line-of-sight direction. In a synthetic optical system with a rotated eyeball model, a PSF acquisition unit for obtaining a PSF representing a luminance distribution on the retina of the accommodation eyeball model corresponding to the light emitted from the object point, and the original distortion image. A convolution operation is performed between the image including distortion caused by the lens system created in the forming step and the PSF of each pixel obtained in the PSF acquisition step, and the virtual object placed in the virtual three-dimensional space is placed at a specific position and line-of-sight direction. And a convolution means for creating a convoluted retinal image when viewed through a specific position of the lens system.

【0017】第10の発明は、眼の前に配置されたレン
ズ系を通して外界を観察したときの見え方をシミュレー
ションする眼光学系のシミュレーション装置において、
仮想三次元空間内にコンピュータグラフィックスによる
仮想物体を作成して配置し、前記眼の位置、中心視線方
向及びレンズ系通過点を時系列に変えて見るストーリー
を作成し、そのストーリーに従って各時点で第9の発明
を用いて回旋網膜像を作成し、該各網膜像を編集して回
旋網膜像の動画像を作成する手段を有することを特徴と
する。
A tenth aspect of the present invention is a simulation apparatus for an eye optical system for simulating the appearance when the external world is observed through a lens system arranged in front of the eye,
Create a virtual object by computer graphics in a virtual three-dimensional space and arrange it, create a story by changing the eye position, central line of sight direction and lens system passing point in time series, and create a story according to that story A ninth aspect of the present invention is characterized by having means for creating a revolved retinal image, editing each retinal image, and creating a moving image of the revolved retinal image.

【0018】第11の発明は、第9又は第10の発明に
かかる眼光学系のシミュレーション装置において、前記
回旋網膜像又は前記回旋網膜像の動画像を表示するとと
もに、これらの画像が前記レンズ系のどの位置を通して
の画像であるかを表示する画像表示手段を有することを
特徴とする。
An eleventh aspect of the invention is an apparatus for simulating an eye optical system according to the ninth or tenth aspect of the invention, which displays the convoluted retina image or a moving image of the convoluted retina image, and these images are displayed in the lens system. It is characterized by having an image display means for displaying through which position of the image.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1は本発明の実施例
1にかかる眼光学系のシミュレーション方法における回
旋網膜像作成の流れを示す図、図2は回旋網膜像の座標
系を示す図、図3はレンズ系を装用した場合の回旋網膜
像の座標系を示す図、図4はNavarro模型眼の光学パラ
メータ(非調節状態)を示す図、図5はNavarro模型眼の
水晶体レンズの調節力依存式を示す図、図6はPSFの説
明図、図7は光線追跡と入射瞳との関係を示す図、図8
は入射瞳の分割法を示す図、図9は網膜位置と入射角度
を示す図である。以下、これらの図面を参照にしながら
本発明の実施例1にかかる眼光学系のシミュレーション
方法を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram showing a flow of creating a retina image of rotation in a simulation method of an eye optical system according to a first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3, FIG. 3 is a diagram showing a coordinate system of a convoluted retinal image when a lens system is worn, FIG. 4 is a diagram showing optical parameters (non-adjusted state) of a Navarro model eye, and FIG. 5 is a crystalline lens of a Navarro model eye. 8 is a diagram showing the adjusting force dependence formula of FIG. 6, FIG. 6 is an explanatory diagram of PSF, FIG. 7 is a diagram showing the relationship between ray tracing and the entrance pupil, and FIG.
Is a diagram showing a method of dividing an entrance pupil, and FIG. 9 is a diagram showing a retina position and an incident angle. Hereinafter, a simulation method of an eye optical system according to Example 1 of the present invention will be described with reference to these drawings.

【0020】この実施例にかかる眼光学系のシミュレー
ション方法は、コンピュータグラフィックスによって作
成した三次元物体像をレンズを通して見たときの回旋網
膜像の静止画像を得る方法である。なお、回旋網膜像と
は、本発明者等が見出だした一定の仮定に基づき、上記
三次元物体像に光学作用を考慮した画像処理を施すこと
によって、眼で知覚される像を近似的に再現した像であ
る。即ち、回旋網膜像とは、眼の網膜面に投影される光
学像ではなく、視野内の全ての物体点に対して眼球を回
旋させ、中心窩で捕らえた像を繋ぎ合わせた像として定
義される。
The simulation method of the eye optical system according to this embodiment is a method of obtaining a still image of a revolving retinal image when a three-dimensional object image created by computer graphics is viewed through a lens. The convoluted retinal image is based on a certain assumption found by the inventors of the present invention, and by subjecting the three-dimensional object image to image processing in consideration of an optical effect, an image perceived by the eye can be approximated. It is a reproduced image. In other words, the convoluted retinal image is not an optical image projected on the retina surface of the eye, but is defined as an image in which the images captured by the fovea are combined by rotating the eyeball with respect to all object points in the visual field. It

【0021】実施例1にかかる眼光学系のシミュレーシ
ョン方法は、大きく分けて、(1)原画像作成工程、(2)歪
み原画像作成工程、(3)PSF取得工程、(4)畳み込み工
程、とからなる。
The ophthalmic optical system simulation method according to the first embodiment is roughly divided into (1) original image creating step, (2) distortion original image creating step, (3) PSF acquisition step, (4) convolution step, Consists of.

【0022】(1)原画像作成工程 この工程は、仮想三次元空間内にコンピュータグラフィ
ックスによる仮想物体を作成して配置し、この仮想物体
が、特定の位置に回旋中心点を置き且つ特定の中心視線
方向を持つ眼に入る特定視野角の画像を原画像として作
成するとともに、前記原画像の各画素の代表する物体点
位置と眼の回旋中心点との距離である物体点距離を求め
る工程である。以下説明する。
(1) Original image creating step In this step, a virtual object by computer graphics is created and arranged in a virtual three-dimensional space, and this virtual object places a rotation center point at a specific position and a specific point. A step of creating an image of a specific viewing angle that enters the eye having a central line-of-sight direction as an original image, and obtaining an object point distance that is a distance between an object point position represented by each pixel of the original image and a rotation center point of the eye Is. This will be described below.

【0023】原画像の基礎となる仮想物体像の作成 まず、周知のコンピュータグラフィックスの手法によっ
て、仮想三次元空間に仮想三次元物体を作成して配置す
る。例えば、室内に机、椅子、家具等を配置し、あるい
は、野外に花壇、樹木、標識等を配置した像を作成す
る。
Creation of Virtual Object Image as Base of Original Image First, a virtual three-dimensional object is created and arranged in a virtual three-dimensional space by a well-known computer graphics technique. For example, an image is created by arranging a desk, chair, furniture, etc. in the room, or arranging flower beds, trees, signs, etc. outdoors.

【0024】原画像の作成 上記作成した仮想物体が、特定の位置に回旋中心点を置
き且つ特定の中心視線方向を持つ眼に入る特定視野角の
画像を原画像として作成する。即ち、図2に示されるよ
うに、特定視野として、視野四角錐A1234を設定
する。視野四角錐A1234の中心Aが視野の中心で
ある。Aと回旋中心Oとを結ぶ線が中心視線であり、こ
れをx軸とし、Oを原点とする。そして、視野四角錐内
の任意の物体点である任意の一点P(x,y,z)の回旋網
膜座標をΨ=tanβ=y/x,ζ=tanγ=z/x
とする。ここで、βとγとはP(x,y,z)の方位角であ
る。視野内の各物体点をこの座標系で表せば空間上の任
意の直線が回旋網膜像上直線として映る。この座標系で
各物体点を表した画像を原画像とする。また、P(x,
y,z)の座標値から各物体点距離を求める。
Creation of Original Image An image with a specific viewing angle is created as an original image in which the virtual object created above enters the eye having a rotation center point at a specific position and a specific central line-of-sight direction. That is, as shown in FIG. 2, the field quadrangular pyramid A 1 A 2 A 3 A 4 is set as the specific field of view. The center A of the visual field quadrangular pyramid A 1 A 2 A 3 A 4 is the center of the visual field. The line connecting A and the center of rotation O is the central line of sight, which is the x-axis, and O is the origin. Then, the rotational retinal coordinates of an arbitrary point P (x, y, z), which is an arbitrary object point in the quadrangular pyramid, is Ψ = tan β = y / x, ζ = tan γ = z / x
And Here, β and γ are azimuth angles of P (x, y, z). If each object point in the visual field is represented by this coordinate system, an arbitrary straight line in space appears as a straight line on the convoluted retinal image. The image representing each object point in this coordinate system is the original image. Also, P (x,
Each object point distance is obtained from the coordinate values of (y, z).

【0025】(2)歪み原画像作成工程 この工程は、眼の前に配置するレンズ系上に前記中心視
線通過点を設定し、視野中心物体点から出射して前記中
心視線通過点を通過し、回旋中心点に向かう光線を光線
追跡法で求め、この求めたレンズ系の出射光線方向を中
心視線とする視野をレンズ系通過後視野と定義したと
き、このレンズ系通過後視野における原画像の各画素の
対応する物体点への視線の方向及びレンズ系通過点を光
線追跡法で求め、レンズ系による歪みを含めた画像を作
成する工程である。
(2) Distortion Original Image Creating Step In this step, the central sight line passing point is set on the lens system arranged in front of the eye, and the light is emitted from the visual field center object point and passes through the central sight line passing point. , The ray toward the center of rotation is obtained by the ray tracing method, and when the field of view with the obtained ray direction of the lens system as the central line of sight is defined as the field of view after passing through the lens system, the original image in the field of view after passing through this lens system is defined. In this step, the direction of the line of sight to the corresponding object point of each pixel and the lens system passing point are obtained by the ray tracing method, and an image including distortion due to the lens system is created.

【0026】即ち、図3に示されるように、図2におけ
る原点OとAの中間におけるOに近い位置にレンズLを
配置する。視野四角錐内の物体点から出射された光線は
レンズLによって屈折されてO点に到達する。従って、
A点を注視するためには眼球をOB方向に向けなければ
ならない。視野を表す視野四角錐もB1234(レン
ズ系通過後視野)となる。そのときの回旋網膜像はx´
軸を注視線(中心視線)とした座標系をとらなければなら
ない。これをレンズ上各点の度数を考慮して光線追跡に
よって求め、こうして求めた物体点座標による像を歪み
原画像とする。
That is, as shown in FIG. 3, the lens L is arranged at a position close to O in the middle of the origins O and A in FIG. The light ray emitted from the object point within the quadrangular pyramid is refracted by the lens L and reaches the point O. Therefore,
In order to gaze at point A, the eyeball must be oriented in the OB direction. The quadrangular pyramid representing the visual field also becomes B 1 B 2 B 3 B 4 (visual field after passing through the lens system). The rotating retina image at that time is x '
A coordinate system in which the axis is the gaze line (center line of sight) must be taken. This is obtained by ray tracing in consideration of the power of each point on the lens, and the image based on the thus obtained object point coordinates is used as a distorted original image.

【0027】なお、上述のように、レンズを通した場
合、視野内の各点の回旋網膜像上の座標が裸眼の場合と
異なり、相対位置関係が変化してしまう。これが眼鏡レ
ンズの歪みが発生する原因である。OB方向はレンズ使
用位置により変化する。特に累進レンズの場合は変化が
激しい。視野内の他の光線も眼に入射する角度が変化
し、特に累進レンズの場合その変化が不均等なので、揺
れや歪みとして知覚される。
As described above, when the lens passes through the lens, the relative positional relationship of each point in the visual field changes, unlike the case of the naked eye. This is the cause of distortion of the spectacle lens. The OB direction changes depending on the lens use position. Especially in the case of a progressive lens, the change is drastic. Other light rays in the field of view also change the angle of incidence on the eye, and in particular in the case of a progressive lens, the change is uneven, so that they are perceived as shaking or distortion.

【0028】(3)PSF取得工程 この工程は、眼の光学系として調節対応眼球モデルを導
入し、原画像の各画素に対し、原画像作成工程で得られ
た物体点距離と、歪み原画像作成工程で得られた物体点
から出射する主光線のレンズ系通過点における度数に合
わせて眼球モデルの調節状態を設定し、レンズ系とその
主光線方向に合わせて回旋した眼球モデルとの合成光学
系において、物体点から出射する光線による調節対応眼
球モデルの網膜上の輝度分布を表すPSF(Point Spread F
unction:点広がり関数)を求める工程である。
(3) PSF acquisition step In this step, an accommodation eyeball model is introduced as an optical system of the eye, and for each pixel of the original image, the object point distance obtained in the original image creation step and the distorted original image The adjustment state of the eyeball model is set according to the power of the principal ray emitted from the object point obtained in the creation process at the lens system passing point, and the synthetic optics of the lens system and the eyeball model rotated according to the direction of the principal ray. In the system, the PSF (Point Spread F
unction: Point spread function).

【0029】調節対応眼球モデルの導入 歪み原画像が眼の光学系を通して網膜上に結像した像が
回旋網膜像であるので、眼の光学系のモデルの導入が必
要である。この場合、眼には物体距離に合わせて調節作
用があるので、それも考慮しなければならない。この実
施例では、調節作用も考慮した眼球モデルであるR・Nav
arroらによる調節依存性眼球モデルを用いた。Navarro
のモデルでは近軸値のみならず、球面収差と色収差も眼
の実測値に合わせるようになっている。簡単な4面構成
で、そのうち3面は二次曲線の非球面である。水晶体は
屈折率分布構造になっておらず、追跡計算が簡単であ
る。曲率半径、厚み、非球面度は調節パワーの対数に比
例して変化する。図4にNavarroの調節依存性眼球モデ
ルの無調節時の光学パラメータを示した。また、図5に
調節依存するパラメータの依存式を示した。非球面はy
2+z2+(1+Q)x2−2Rx=0で表される。Qは非球面
度である。
Introduction of accommodation eye model for accommodation Since the image of the original strain image formed on the retina through the optical system of the eye is a convoluted retinal image, it is necessary to introduce a model of the optical system of the eye. In this case, the eye has an adjusting effect according to the object distance, which must be taken into consideration. In this example, R.Nav, which is an eyeball model that also considers the accommodation effect, is used.
The accommodation-dependent eye model by Arro et al. was used. Navarro
In the model, not only the paraxial value but also the spherical aberration and the chromatic aberration are adapted to the actually measured value of the eye. It has a simple four-sided structure, three of which are quadratic aspherical surfaces. The crystalline lens does not have a refractive index distribution structure and tracking calculation is easy. The radius of curvature, the thickness, and the asphericity change in proportion to the logarithm of the adjusting power. FIG. 4 shows the optical parameters of the Navarro's accommodation-dependent eye model in the absence of accommodation. Further, FIG. 5 shows a dependence formula of the parameter depending on the adjustment. Aspherical surface is y
Represented by 2 + z 2 + (1 + Q) x 2 -2Rx = 0. Q is the asphericity.

【0030】PSFの計算 a.PSFの意味 一般に、光学系による光学像は光学系のPSFを求め、こ
れを実画像と畳み込み演算(Convolution)を行なうこと
で求められる。このPSFは、図6に示したように、実物
体の一点から放射された光線が結像面に集光される点
(スポット)の集合状態を表す関数であり、単位面積あた
りのスポット数で表すことができる。完全な光学系であ
ればPSFは結像点にすべてのスポットが集まり、その分
布は垂直な直線となるが、通常は広がったガウス分布に
類似した形状となる。物体は点から構成されていると考
えられるので、物体の輝度分布とPSFのコンボリューシ
ョンでその像が得られる。
Calculation of PSF a. Meaning of PSF In general, the optical image of the optical system is obtained by obtaining the PSF of the optical system and performing convolution calculation with the real image. As shown in Fig. 6, this PSF is a point where the light rays emitted from one point of the real object are focused on the image plane.
It is a function that represents the aggregated state of (spots), and can be represented by the number of spots per unit area. In the case of a perfect optical system, the PSF has all spots gathered at the image formation point and its distribution is a vertical straight line, but it usually has a shape similar to a spread Gaussian distribution. Since the object is considered to be composed of points, the image can be obtained by convolution of the brightness distribution of the object and PSF.

【0031】b.PSFの計算方法 図7は物体点Pを、レンズ上のQ点を通して見た場合の
PSFを求めるための光学系において追跡光線と入射瞳の
関係を示す図である。物体点Pからの光線は、レンズ表
面Q点で屈折され、射出方向は変化し、回旋点Oに到達
する。眼には物体点Pが射出光線方向QOの延長線上に
あるように見える。このように、Pを見るときはまず眼
球の光軸をQO方向に回旋し、そしてPの距離およびQ
点の屈折力に合わせて調節度を決め、調節を行う。この
時点で光学系が固まり、PSFを求めることができる。
B. PSF calculation method Figure 7 shows the object point P when viewed through point Q on the lens.
It is a figure which shows the relationship between a tracking ray and an entrance pupil in the optical system for calculating | requiring PSF. The light ray from the object point P is refracted at the lens surface point Q, the emission direction changes, and reaches the turning point O. To the eyes, the object point P seems to be on the extension line of the outgoing ray direction QO. Thus, when viewing P, the optical axis of the eyeball is first rotated in the QO direction, and then the distance of P and Q
Adjust the degree of adjustment according to the refractive power of the point. At this point, the optical system is solidified and the PSF can be obtained.

【0032】上述のように、PSFは物体点から放射さ
れ、入射瞳を均等に分割した多数の領域の中心を通過し
た光線の、結像面上のスポットの密度である。入射瞳の
位置は、厳密にいうと瞳孔の物体側共役点である。しか
し、瞳孔位置は回旋によって変化し、調節状態によって
もその共役点の位置が異なる。一方、回旋中心の位置は
固定であるうえ、瞳孔の共役点との距離が物体距離に比
べて微小である。従って、裸眼の場合入射瞳の位置は回
旋中心と考えても差し支えない。眼鏡を装用したとき、
光学系全体の入射瞳は回旋中心点の眼鏡レンズに対する
共役点だが、累進レンズの場合通過点によってパワーが
異なり、その位置が微妙に変化する。その変化量も物体
距離に比較して微小であるので、入射瞳の位置はPQの
延長線上のO´点にあり、PO=PO´と仮定すること
ができる。
As described above, the PSF is the density of the spot on the image plane of the light rays emitted from the object point and passing through the centers of a large number of areas into which the entrance pupil is evenly divided. Strictly speaking, the position of the entrance pupil is the object-side conjugate point of the pupil. However, the position of the pupil changes due to rotation, and the position of its conjugate point also differs depending on the adjustment state. On the other hand, the position of the center of rotation is fixed, and the distance from the conjugate point of the pupil is smaller than the object distance. Therefore, in the case of the naked eye, the position of the entrance pupil can be considered as the center of rotation. When wearing glasses,
The entrance pupil of the entire optical system is a conjugate point of the center of rotation with respect to the spectacle lens, but in the case of a progressive lens, the power differs depending on the passing point, and its position changes slightly. Since the amount of change is also small compared to the object distance, the position of the entrance pupil is at the point O ′ on the extension line of PQ, and it can be assumed that PO = PO ′.

【0033】正確なPSFを求めるには、入射瞳を均一分
布の多数の小領域に分割することが重要である。図8の
ように、格子分割と輪帯分割の二種類の分割法がある。
格子分割は良い均等性が得られるが、四隅の無駄な部分
があるため、予定光線の70%程度しか追跡できない。一
方輪帯分割では個の輪帯で本の光線を追跡でき、輪帯の
位相角を調整してスポットの均等性を上げることができ
る。この実施例では輪帯分割法を採用した。
In order to obtain an accurate PSF, it is important to divide the entrance pupil into a large number of uniformly distributed small areas. As shown in FIG. 8, there are two types of division methods, that is, lattice division and ring zone division.
The grid division gives good uniformity, but only 70% of the planned rays can be traced due to the useless parts at the four corners. On the other hand, in the zone division, a ray of a book can be traced by each zone, and the phase angle of the zone can be adjusted to improve the spot uniformity. In this embodiment, the ring zone division method is adopted.

【0034】このように、PSFは物体点から発射して入
射瞳の均等分割点を通過する多数の光線を追跡し、網膜
面上のスポットを数えることで得られる。ところが、こ
のPSFは網膜位置(ym,zm)の関数であり、回旋角の正接
(Ψ,ζ)を座標とする回旋網膜像とは直接コンボルーシ
ョン演算することができない。従って、網膜位置に対応
する入射光線の角度を求める必要がある。ほとんどの場
合(ym,zm)は光軸から近いので、近軸光学の式を適用
できる。つまり、図9のように、(ym,zm)に対応する
入射光線の光軸からの偏角(βmm)はtanβm=ym
/f,tanγm=zm/fである。ここで、fは眼球の
焦点距離である。厳密には物体距離と目の調節状態によ
り入射角と網膜位置の関係式は変わるが、目の場合、物
体距離が焦点距離に比べて非常に長いので、無限遠方と
見なすことができる。
As described above, the PSF can be obtained by tracing a large number of light rays emitted from the object point and passing through the equally divided points of the entrance pupil, and counting the spots on the retina surface. However, this PSF is a function of the retina position (y m, z m), tangent of rotation angle
A convolution operation cannot be directly performed with a convoluted retinal image having coordinates (Ψ, ζ). Therefore, it is necessary to find the angle of the incident ray corresponding to the retina position. In most cases (y m , z m ) is close to the optical axis, so the paraxial optics equation can be applied. In other words, as shown in FIG. 9, (y m, z m ) deflection angle from the optical axis of the incident light corresponding to (β m, γ m) is tan m = y m
/ F, tan γ m = z m / f. Here, f is the focal length of the eyeball. Strictly speaking, the relational expression between the incident angle and the retina position changes depending on the object distance and the adjustment state of the eye, but in the case of the eye, since the object distance is much longer than the focal length, it can be regarded as infinity.

【0035】図7の任意物体点Pを見た場合を考える
と、網膜位置(ym,zm)に対応する注視線からの角度
は、Pの方向角度(β,γ)からさらに(βmm)偏角した
ものである。ここで注意したいのは、その角度は一般に
(β+βm,γ+γm)とはならず、リスティング回旋の法
則を用いて求める必要がある。このように、光線追跡で
求めた網膜上のPSF(ym,zm)を入射光線角度座標上のPS
F(Ψ,ζ)に変換することができ、物体の輝度分布とのコ
ンボルーションが可能になった。図10に、以上説明し
たPSF取得の概略手順を纏めてPSF取得方法一として示し
た。
Considering the case where the arbitrary object point P in FIG. 7 is viewed, the angle from the gaze line corresponding to the retina position (y m , z m ) is further calculated from the direction angle (β, γ) of P by (β m , γ m ). Note that the angle is generally
It is not (β + β m , γ + γ m ), and it is necessary to obtain it using the law of Listing convolution. In this way, PSF (y m , z m ) on the retina obtained by ray tracing is calculated as PS on the incident ray angle coordinate.
It can be converted into F (Ψ, ζ), and convolution with the brightness distribution of the object is possible. FIG. 10 shows the PSF acquisition method 1 as a summary of the PSF acquisition procedure described above.

【0036】(4)畳み込み工程 この工程は、歪み原画像作成工程で作成したレンズ系に
よる歪みを含めた歪み原画像とPSF取得工程で得られた
各画素のPSFとの畳み込み演算を行ない、仮想三次元空
間に配置した仮想物体を特定の位置及び視線方向の眼で
レンズ系の特定位置を通して見た場合の回旋網膜像を作
成する工程である。畳み込み演算は、例えば、以下のよ
うにして行なう。像面での理想像の光強度分布をf(μ,
ν)、点(μ,ν)におけるPSFをp(x,μ,u,v)とする
と、網膜上の点(μ,ν)における光強度は下記式で表さ
れる。
(4) Convolution step In this step, the original distortion image including distortion by the lens system created in the original distortion image creation step and the PSF of each pixel obtained in the PSF acquisition step are convoluted to obtain a virtual image. This is a step of creating a convoluted retinal image when a virtual object placed in a three-dimensional space is viewed through a specific position of a lens system with a specific position and an eye in the direction of the line of sight. The convolution operation is performed as follows, for example. The light intensity distribution of the ideal image on the image plane is f (μ,
ν) and the PSF at the point (μ, ν) is p (x, μ, u, v), the light intensity at the point (μ, ν) on the retina is expressed by the following formula.

【0037】[0037]

【数1】 [Equation 1]

【0038】ここで、p(u,v,u−μ,v−ν)は各点
(u,v)から(u−μ,v−ν)離れた点におけるPSFの値
である。また、aはPSFの広がり半径である。この式を
用い、網膜上の全ての点において光強度を求めることに
より、回旋網膜像の静止画像を得ることができる。図1
1は実施例1の方法によって得られた回旋網膜像の静止
画像の例を示す図である。この例は右目遠用0.00D加入
2.00Dの眼鏡用累進レンズ(HOYALUX GP;ホーヤ株式会社
の商品名)の近用部分を通して、卓面にある印刷物を333
mmの距離で見た場合の回旋網膜像である。視野は左右50
°、上下38.5°である。右上隅の円形は中心視線のレン
ズ通過点位置を示すための表示である。この通過点位置
は、図では識別できないが、円形内に赤色の点で示され
る。この円形はレンズの輪郭を表し、円形内の中心に付
された点はレンズの幾何中心を示し、幾何中心の上下の
○印は遠用測定点(上)及び近用測定点(下)を示す。R文
字を裏にしたマークは右レンズであることを示す。図1
1の例は中心視線のレンズ通過点が近用測定点(下の○)
上にある場合の例である。左右におけるボケと歪みが如
実に再現されていることがわかる。
Here, p (u, v, u-μ, v-ν) is each point
It is the PSF value at a point (u-μ, v-ν) away from (u, v). Further, a is the spread radius of the PSF. By calculating the light intensity at all points on the retina using this equation, a still image of the convoluted retinal image can be obtained. Figure 1
1 is a diagram showing an example of a still image of a convoluted retinal image obtained by the method of Example 1. FIG. This example is 0.00D for right eye
Through the near-use part of the 2.00D progressive lens for eyeglasses (HOYALUX GP; product name of Hoya Co., Ltd.), the printed matter on the table is 333
This is a convoluted retinal image when viewed at a distance of mm. Left and right field of view is 50
Up and down 38.5 °. The circle in the upper right corner is a display for indicating the lens passing point position of the central line of sight. Although the position of this passing point cannot be identified in the figure, it is indicated by a red dot in the circle. This circle represents the contour of the lens, the point attached to the center of the circle indicates the geometric center of the lens, and the circles above and below the geometric center indicate the distance measurement point (top) and the near measurement point (bottom). Show. The mark with the R letter on the back indicates the right lens. Figure 1
In the example of 1, the lens passing point of the central line of sight is the near measurement point (circle below)
This is an example of the case above. It can be seen that the blurring and distortion on the left and right are actually reproduced.

【0039】この実施例によれば、累進多焦点レンズ等
のレンズ系を通して見たときに知覚されるボケや歪みを
近似的に再現した画像が得られる。即ち、健常裸眼であ
れば視野全体が鮮明に知覚されるが、老眼者が累進多焦
点レンズを装用した場合には、視野の一部のみが鮮明に
見え、他の部分はボケや歪みをともなって見える。この
実施例によれば、そのような老眼者が知覚するであろう
像を画像として再現できる。従って、得られた画像を表
示装置に表示すれば、老眼でもない設計者自身が自ら設
計した累進多焦点レンズの見え味を装用者の立場に立っ
て確認することができるという、最も望ましい評価が可
能になる。
According to this embodiment, it is possible to obtain an image in which blurring or distortion perceived when viewed through a lens system such as a progressive multifocal lens is approximately reproduced. That is, the whole field of vision is clearly perceived by a healthy naked eye, but when a presbyope wears a progressive multifocal lens, only a part of the field of vision is clearly visible, and other parts are blurred or distorted. Looks like According to this embodiment, an image that such a presbyope will perceive can be reproduced as an image. Therefore, by displaying the obtained image on the display device, the designer who is not presbyopia can confirm the appearance of the progressive multifocal lens designed by himself from the viewpoint of the wearer, which is the most desirable evaluation. It will be possible.

【0040】(実施例2)この実施例は、実施例1にお
ける回旋網膜像の静止画像を、眼の位置と視線方向を変
えながら時系列に多数作成し、回旋網膜像の動画像を得
る例である。従って、この実施例は、原画像を作成する
際に、眼の位置と視線方向とを時系列にどのように変え
るかのストーリーを作成する工程と、時系列に得られた
1枚1枚の静止画像を編集して動画像にする工程とを付
加する外は基本的に実施例1と同じであるので、図12
に全体の流れを示す図を掲げてその詳細説明は省略す
る。なお、ストーリーには、レンズ通過点のストーリー
も必要であることは勿論である。また、ストーリー作成
の方法としては、全ての時刻での眼の位置、視線方向及
びレンズ通過点を定めるのではなく、スプライン補間法
をとれば、滑らかな視線移動が実現される。
(Embodiment 2) In this embodiment, a large number of still images of the revolving retinal image in the first embodiment are created in time series while changing the position of the eye and the direction of the line of sight to obtain a moving image of the revolving retinal image. Is. Therefore, in this embodiment, when the original image is created, a step of creating a story of how to change the eye position and the line-of-sight direction in time series, and the steps of creating each story obtained in time series. 12 is basically the same as that of the first embodiment except that a step of editing a still image to make a moving image is added.
The figure showing the overall flow is shown in FIG. It goes without saying that the story also needs a story of the lens passing point. In addition, as a method of creating a story, a smooth line-of-sight movement can be realized by using a spline interpolation method instead of defining the eye position, the line-of-sight direction, and the lens passing point at all times.

【0041】ところで、この実施例において、計算処理
等に最も時間を要する工程がPSF取得工程である。特
に、レンズ系が累進多焦点レンズである場合には、全て
の視線方向におけるPSFが異なるため、全ての画素に対
してPSFを求める必要がある。例えば、800×600の画像
で、PSFを求めるときに追跡する光線の本数を400(決し
て多くない)に設定すると、全体に192,000,000回光線追
跡計算を行うことになる。光学系の面の複雑さや面数に
もよるが、コンピュータの計算能力が秒間3,000本と仮
定すると、64,000秒、つまり17時間46分40秒になる。こ
れは、まだ畳み込み演算などの必要時間を考慮に入れて
いない場合の計算時間である。今回のシミュレーション
は動画を目標とするので、秒間30コマで、一分間の映像
を作成するために1800枚の画像をシミュレーションしな
ければならない。すると、光線追跡の時間だけでも32,0
00時間=1333日、約3年8ヶ月かかる。従って、PSFを光
線追跡だけに頼って求めることは、理論的には可能だ
が、計算量の膨大さから考えるととても現実的ではな
い。
By the way, in this embodiment, the process that requires the longest time for the calculation process is the PSF acquisition process. In particular, when the lens system is a progressive multifocal lens, the PSFs in all the line-of-sight directions are different, so it is necessary to obtain the PSFs for all the pixels. For example, in an 800 × 600 image, if the number of rays to be traced when calculating the PSF is set to 400 (never too many), ray tracing calculations will be performed 192,000,000 times in total. Depending on the complexity and number of surfaces of the optical system, assuming that the computer has a computing power of 3,000 per second, it will be 64,000 seconds, or 17 hours 46 minutes and 40 seconds. This is the calculation time when the necessary time such as the convolution operation is not taken into consideration. Since this simulation aims at moving images, 30 frames per second must be simulated to create 1800 images in order to create one minute of video. Then, the ray tracing time alone is 32,0
00 hours = 1333 days, about 3 years and 8 months. Therefore, it is theoretically possible to find PSF only by ray tracing, but it is not very realistic considering the huge amount of calculation.

【0042】そこで考えたのは、すべての物体点に対し
て光線追跡するのではなく、標本点だけに光線追跡を行
い、その他の点についてはスプライン補間で求める方法
である。空間上任意点Aは、直交座標(x,y,z)で表現
しても良いが、眼鏡の場合眼からの距離が重要なので、
回旋点からの距離の逆数D1と方位角の正接ψ,ζで表し
た方が適切である。つまり、
Therefore, the method considered is not to perform ray tracing on all object points, but to perform ray tracing only on sample points and obtain the other points by spline interpolation. The arbitrary point A in space may be expressed by Cartesian coordinates (x, y, z), but in the case of glasses, the distance from the eye is important,
It is more appropriate to express it by the reciprocal D 1 of the distance from the turning point and the tangent ψ, ζ of the azimuth angle. That is,

【0043】[0043]

【数2】 [Equation 2]

【0044】である。点Aから発する任意光線、即ち仮
入射瞳平面上任意点(yp,zp)を通過する光線を追跡し
て得られる光線データ(網膜上の交点に対応する入射光
線のtkm,cfm、光路長など)は、D1,ψ,ζ,yp,zp
の関数である。即ち、tkm=Ft(D1,ψ,ζ,yp,
p)、ckm=Fc(D1,ψ,ζ,yp,zp)、pkm=Fp
(D 1,ψ,ζ,yp,zp)で表現することができる。色収
差を考える場合は更に波長次元を追加するとよい。各変
数D1,ψ,ζ,yp,zpそれぞれの所定範囲内に適当な
数、位置に標本点を設け、その5次元格子上のすべての
標本点に対して、あらかじめ光線追跡を行って光線デー
タを求めれば、所定範囲内(5次元ボックス)任意点につ
いての光線データをスプライン補間によって求めること
ができる。
It is An arbitrary ray emanating from point A, that is, tentative
Arbitrary point (yp, zp) Traces rays that pass through
Ray data obtained by (incident light corresponding to the intersection on the retina
Line tkm, cfm, Optical path length, etc.) is D1, ψ, ζ, yp, zp
Is a function of. That is, tkm= Ft(D1, ψ, ζ, yp,
zp), Ckm= Fc(D1, ψ, ζ, yp, zp), Pkm= Fp
(D 1, ψ, ζ, yp, zp). Color collection
When considering the difference, it is advisable to add a wavelength dimension. Each strange
Number D1, ψ, ζ, yp, zpAppropriate within each predetermined range
Sample points are set at numbers and positions, and all points on the 5-dimensional grid are
Ray tracing is performed in advance for the sample points
If you obtain the data, you can find an arbitrary point within the predetermined range (5-dimensional box).
Current ray data by spline interpolation
You can

【0045】次にスプライン補間演算の高速化を検討す
る。一次元スプライン補間は、
Next, the speedup of the spline interpolation calculation will be examined. One-dimensional spline interpolation is

【数3】 で表される。ここで、iは各次元の節点番号、Ciはそ
の係数、nは標本点数である。NI(x)はi番節点に対
応する基底関数であり、階数Mの場合、i番節点とi+
M番節点との間の範囲でゼロでない値を持ち、隣接節点
間はm-1次多項式で表される(基底関数の局部性)。言
い換えると、xの定義域内の点任意aにおいては、多く
てM個のゼロでないNI(x)しか存在しない。従って、
補間式は一見n項あるように見えるが、x=aにおいて
は実質M項であり、M回の掛け算とM回の足し算でF
(a)が得られる。五次元スプライン補間は、
[Equation 3] It is represented by. Here, i is the node number of each dimension, C i is its coefficient, and n is the number of sample points. N I (x) is a basis function corresponding to the i-th node, and in the case of rank M, the i-th node and i +
It has a non-zero value in the range between the Mth node and the adjacent nodes and is represented by an m-1 degree polynomial (locality of basis function). In other words, at any point a within the domain of x, there will be at most M non-zero N I (x). Therefore,
The interpolation formula seems to have n terms at first glance, but when x = a, it is actually a M term, and F times by M multiplications and M additions.
(a) is obtained. Five-dimensional spline interpolation is

【0046】[0046]

【数4】 [Equation 4]

【0047】で表される。ここで、i,j,k,l,mは各
次元の節点番号であり、それぞれ標本点数だけ変化す
る。つまり、項の数は各次元の標本点数の積になるわけ
である。しかし、上述の基底関数の局部性により、ある
一点については、ゼロでない項の数は、各次元の階数の
積である。各次元のスプライン階数が4の場合、項の数
は45=1024である。つまり一回の補間演算では、足し算
1024回、掛け算1024×5=5120回行うことになる。一般
的には、nj次元のM階スプライン補間演算に必要な掛
け算の回数は、nj×Mnjであり、次元数が大きくなる
につれて急激に計算負担が増える。ところが、上式を、
It is represented by Here, i, j, k, l, and m are the node numbers of the respective dimensions, and each changes by the number of sample points. In other words, the number of terms is the product of the number of sample points in each dimension. However, due to the locality of the basis functions described above, for a given point, the number of non-zero terms is the product of the ranks of each dimension. If the spline rank of each dimension is 4, then the number of terms is 4 5 = 1024. In other words, in one interpolation calculation,
1024 times, multiplication 1024 × 5 = 5120 times. In general, the number of multiplications required for the nj-dimensional M-th order spline interpolation calculation is nj × M nj , and the calculation load rapidly increases as the number of dimensions increases. However, the above formula

【0048】[0048]

【数5】 [Equation 5]

【0049】に書き直すと、若干減らすことができる。
これは、1次元の補間のネスト構造であり、次元の順番
は自由に変えることができる。掛け算と足し算はともに
4+4×(4+4×(4+4×4)))=1364回であり、ほぼ1
/3の計算時間で済む。一般的には、nj次元のM階スプ
ライン補間演算に必要な掛け算の回数は、
By rewriting to, it is possible to reduce a little.
This is a one-dimensional interpolation nest structure, and the order of dimensions can be changed freely. Both multiplication and addition
4 + 4 x (4 + 4 x (4 + 4 x 4))) = 1364 times, almost 1
Calculation time of / 3 is enough. Generally, the number of multiplications required for the nj-dimensional Mth-order spline interpolation calculation is

【0050】[0050]

【数6】 [Equation 6]

【0051】である。このような方策を採りいれても、
まだ計算量が大きく、実用的でない。一般的に、多次元
スプライン補間の演算時間を上記の方法より更に短縮す
ることは困難であろう。しかし、PSFを求める場合は、
その特殊な事情ゆえに、もっと短縮する方法がある。物
体上一点(D000)のPSFを求めるためには、入射瞳
面(yp,zp平面)上多数(例えば400)の点と結ぶ光線デー
タが必要である。400回五次元スプライン補間の三次元
の変数は同じ値を入れることになる。もし、その400回
の補間を二次元スプライン補間で行えば、計算時間の大
幅短縮が可能である。五次元スプライン補間式を次のよ
うに書きかえる。
It is Even if such a measure is adopted,
It is still computationally expensive and not practical. In general, it will be difficult to further reduce the calculation time of the multidimensional spline interpolation as compared with the above method. However, if you want the PSF,
Due to its special circumstances, there are ways to shorten it further. In order to obtain the PSF of one point (D 0 , ψ 0 , ζ 0 ) on the object, ray data connected to many (for example, 400) points on the entrance pupil plane (y p , z p plane) is necessary. The three-dimensional variable of 400 times five-dimensional spline interpolation will put the same value. If the 400 times of interpolation is performed by two-dimensional spline interpolation, the calculation time can be greatly shortened. Rewrite the five-dimensional spline interpolation formula as follows.

【0052】[0052]

【数7】 [Equation 7]

【0053】この式は、五次元スプライン空間のうち、
三次元の変数が確定した場合の二次元空間を求める方法
を表している。ここで、この二次元スプラインを点
(D000)の縮退空間といい、cl,mは縮退スプライ
ンの係数である。もちろん縮退スプラインの節点、基底
関数はすべて五次元スプラインと同一である。cl,m
数は標本点数の積で、yp,zp両次元それぞれ9点の標本
点を設定する場合、81個である。各係数を求めるには、
式のように三次元スプライン補間を用いる。そして、得
られたcl,mを用いて、yp-zp面上任意一点の光線デー
タを二次元スプライン補間計算することができる。従っ
て、81回の三次元補間と400回の二次元補間計算を行う
だけで、点cにおけるPSFを得ることができる。掛け算
の回数は、81×{4/(4-1)}(43-1)+400×{4/(4
-1)}(42-1)=14804回であり、1光線あたり約37回で
ある。400回の五次元補間より、計算量の削減効果は顕
著である。上記の方法を活用すると、光線追跡の1/10
の時間で光線データが得られる。図13に、以上説明し
たPSF取得の概略手順を纏めてPSF取得方法二として示し
た。
This expression is given by
It shows a method of obtaining a two-dimensional space when three-dimensional variables are fixed. Where this two-dimensional spline is a point
It is called a degenerate space of (D 0 , ψ 0 , ζ 0 ), and c l, m is a coefficient of the degenerate spline. Of course, the nodes and basis functions of the degenerate spline are all the same as the five-dimensional spline. The number of c l, m is the product of the number of sample points, and is 81 when 9 sample points are set for each of the y p and z p dimensions. To find each coefficient,
3D spline interpolation is used as shown in the equation. Then, using the obtained cl , m , it is possible to perform the two-dimensional spline interpolation calculation of the light ray data at any one point on the y p -z p plane. Therefore, the PSF at the point c can be obtained by only performing 81 times of three-dimensional interpolation and 400 times of two-dimensional interpolation calculation. The number of multiplications is 81 x {4 / (4-1)} (4 3 -1) + 400 x {4 / (4
-1)} (4 2 -1) = 14804 times, which is about 37 times per ray. The effect of reducing the amount of calculation is more remarkable than 400 times of five-dimensional interpolation. Using the above method, 1/10 of ray tracing
Ray data can be obtained at the time. FIG. 13 shows the PSF acquisition method 2 by summarizing the outline procedure of PSF acquisition described above.

【0054】次に、PSFのパラメータ化を検討する。上
述の通り、光線データを光線追跡の代わりにスプライン
補間法で計算することによって、10倍の計算速度を実現
した。それにしても、一分間の映像を作成するのに、3
年8ヶ月(44ヶ月)の所用時間を、4.4ヶ月に短縮したに過
ぎない。1コマ当たりの処理時間でいうと、64000秒(17
時間46分40秒)が6400秒(1時間46分40秒)に短縮しただけ
である。実用的には1コマ当たりの処理時間を数分にし
たいのである。現状の方法では、PSFを取得するための
計算がもっとも時間がかかるので、それを短縮するのが
一番効果的である。
Next, the parameterization of PSF will be examined. As described above, by calculating the ray data by the spline interpolation method instead of ray tracing, the calculation speed of 10 times is realized. Even so, to make a one-minute video, 3
It only reduced the time required for 8 months (44 months) to 4.4 months. In terms of processing time per frame, 64000 seconds (17
It just shortened the time from 46 minutes and 40 seconds to 6400 seconds (1 hour and 46 minutes and 40 seconds). Practically, we want to reduce the processing time per frame to a few minutes. In the current method, the calculation for obtaining the PSF takes the longest time, so shortening it is the most effective.

【0055】厳密にある物体点(D000)のPSFを取
得するには、多数の光線を追跡または補間し、その光線
密度を求めなければならない。しかも得られたPSFは画
素単位の離散関数であり、密度も画素当たりの光線数の
形になる。光線が集中している場合(焦点が合っている)
は、少数の画素に多量の光線数が入り、連続関数に近い
が、広範囲に散らばる(焦点が合わない) 場合、単位画
素に入る光線数が少なく、誤差が大きい。それをカバー
するためにはますます多量の光線が必要となる。そこ
で、PSFをあらかじめ連続関数に仮定し、そのパラメー
タを光線追跡のデータを用いて当てはめるようにすれ
ば、上記のジレンマから脱出することができる。そし
て、すべての物体点においてのパラメータを求める必要
がなく、標本点を定めて、スプライン補間(三次元)で求
めることができる。
To obtain the PSF of a certain object point (D 0 , ψ 0 , ζ 0 ) strictly, it is necessary to trace or interpolate a large number of rays and obtain the ray density thereof. Moreover, the obtained PSF is a discrete function for each pixel, and the density is also in the form of the number of rays per pixel. When the rays are concentrated (in focus)
Has a large number of rays in a small number of pixels and is close to a continuous function, but when scattered over a wide range (out of focus), the number of rays entering a unit pixel is small and the error is large. More and more rays are needed to cover it. Therefore, if the PSF is assumed to be a continuous function in advance and its parameters are applied using the ray tracing data, it is possible to escape from the above dilemma. Then, it is not necessary to obtain the parameters for all the object points, but it is possible to determine the sample points and obtain them by spline interpolation (three-dimensional).

【0056】さて、分布関数をどんな関数にすればよい
のかの点について検討すると、ほとんどのPSFは山の形
になっているから、二次元正規分布が適切であろと考え
られる。つまり、
Considering what kind of function should be used for the distribution function, most PSFs have a mountain shape, so it can be considered that the two-dimensional normal distribution is appropriate. That is,

【0057】[0057]

【数8】 [Equation 8]

【0058】ここで、μ,νはそれぞれtk、cf方向の主
光線からの偏移量、σμν,ρは正規分布のパラメー
タである。これらのパラメータは下記の性質を持ってい
る。 −1<ρ<1、σμ>0、σν>0、楕円
Here, μ and ν are deviations from the chief ray in the tk and cf directions, respectively, and σ μ , σ ν and ρ are parameters of the normal distribution. These parameters have the following properties. −1 <ρ <1, σ μ > 0, σ ν > 0, ellipse

【数9】 の全ての点(μ,ν)において、[Equation 9] At all points (μ, ν) of

【数10】 である。そしてその等確立楕円内の積分は、[Equation 10] Is. And the integral in that equal probability ellipse is

【数11】 [Equation 11]

【0059】図14のように、等確率楕円は、外接長方
形の形σμ/σνとρによって形が決められ、半径数c
によって大きさが決められる。楕円の方程式を極座標に
書き換えると、c=1のときの楕円は、
As shown in FIG. 14, the equiprobable ellipse is shaped by the shapes circumscribed rectangles σ μ / σ ν and ρ, and the radius number c
The size is decided by. Rewriting the ellipse equation into polar coordinates, the ellipse when c = 1 is

【数12】 となる。それを整理すると、[Equation 12] Becomes If you organize it,

【数13】 となる。ここで、[Equation 13] Becomes here,

【数14】 である。このように、A>Bが確実に成立するので、γ
の最大値と最小値、つまり楕円の長短軸の長さは、
[Equation 14] Is. Thus, since A> B is surely established, γ
The maximum and minimum values of, that is, the lengths of the major and minor axes of the ellipse are

【数15】 長短軸の角度はαとα+π/2とである。これらは非点
ボケ方向や程度を評価するための重要な量である。
[Equation 15] The angles of the long and short axes are α and α + π / 2. These are important quantities for evaluating the direction and degree of astigmatism.

【0060】このように、二次元正規分布関数は、広が
りの程度(σμν)と非点ボケの程度(等確率楕円長短
軸比)、角度(長軸の角度)を表すことができる。もちろ
んPSFの光学系の状態による無限に近い変化を忠実に表
すことはできないが、PSFを表現する簡略関数として有
効であろう。
As described above, the two-dimensional normal distribution function can represent the extent of spread (σ μ , σ ν ), the extent of astigmatism (equal probability elliptic long-short axis ratio), and angle (angle of long axis). it can. Of course, it is not possible to faithfully represent the nearly infinite change due to the state of the PSF optical system, but it will be effective as a simplified function for expressing the PSF.

【0061】二次元正規分布関数のパラメータσμ
ν,ρを、光線データから求める方法を考えると、(μ,
ν)平面に散布する多数の光線の交点(各交点が入射瞳上
の各分割点に対応)の統計値を求めて、σμν,ρに
あてる方法を自然に浮かぶ。つまり、
Parameters of the two-dimensional normal distribution function σ μ , σ
Considering the method of obtaining ν and ρ from ray data, (μ,
ν) Obtain statistical values of intersections of a large number of light rays scattered on the plane (each intersection corresponds to each division point on the entrance pupil), and a method naturally applied to σ μ , σ ν , ρ will come up. That is,

【数16】 である。ここで、Nは光線数で、(μii)は交点座標
である。σμ0ν0,ρはあくまで分布の統計量であ
り、近似正規分布のパラメータとしては、多くの場合適
当ではない。図14はその例を示している。左側の山は
その交点密度を示し、右側の山はσμ0ν0,ρをパラ
メータとした正規分布を示している。
[Equation 16] Is. Here, N is the number of light rays, and (μ i , ν i ) is the intersection coordinate. [sigma] [ mu] 0 , [sigma] [ nu] 0 , and [rho] are statistics of the distribution to the last, and are not appropriate as parameters of the approximate normal distribution in many cases. FIG. 14 shows an example thereof. The mountain on the left shows the intersection density, and the mountain on the right shows the normal distribution with σ μ0 , σ ν0 , and ρ as parameters.

【0062】図15のように、σμ0ν0,ρを直接適
用した正規分布を採用した場合、主軸方向および長短軸
比は実際の分布に即しているが、広がりの程度が実際の
分布とかなりかけ離れている。従って、適当な比例係数
kを定め、σμ=kσμ0、σν=kσν0を適用すれ
ば、実際の分布にかなり近い近似が得られると考えられ
る。問題は如何にkを決めるかということになるが、こ
れについては、等確率楕円内部の確率P(c)と半係数c
の関係曲線にヒントを得ることができよう。パラメータ
がσμ=kσμ0,σν=kσν0,ρに変更した場合の
正規分布のP(c)曲線はPk(c)=1−exp(−c2/2
2)である。それを実際分布のPr(c)曲線に近づける
ようにkを決めればよい。
As shown in FIG. 15, when the normal distribution in which σ μ0 , σ ν0 , and ρ are directly applied is adopted, the principal axis direction and the major / minor axis ratio are in accordance with the actual distribution, but the extent of the spread is actual. It is far from the distribution. Therefore, it sets an appropriate proportional coefficient k, by applying the σμ = kσ μ0, σ ν = kσ ν0, very close approximation to the actual distribution can be obtained. The problem is how to determine k. Regarding this, the probability P (c) inside the equal probability ellipse and the half coefficient c
You can get a hint to the relationship curve of. Parameters σ μ = kσ μ0, σ ν = kσ ν0, P normal distribution in the case of changing the [rho (c) curve P k (c) = 1- exp (-c 2/2
k 2 ). It suffices to determine k so that it approximates the P r (c) curve of the actual distribution.

【0063】図16は、図15の例のP(c),Pk(c),
r(c)の曲線をプロットしたものである。PSF分布の近
似を求める場合、特に中心部分が重要である。従って、
cが小さい時のPr(c)曲線になるべく近いPk(c)が望
ましい。統計値σμ0,σν0,ρをそのまま適用した場
合の曲線P(c)は、実際の分布Pr(c)とは離れてお
り、近似分布関数としては不適である。一方k=0.65の
σμ=kσμ0ν=kσν0,ρを適用した正規分布の
曲線Pk(c)は中心付近にPr(c)曲線と一致する部分が
多く、実際の分布に近い近似であることが伺える。図1
7はσμ=kσμ 0,σν=kσν0,ρを正規分布と実際
の分布との比較である。
FIG. 16 shows P (c), P of the example of FIG.k(c),
PrThe curve of (c) is plotted. Close to PSF distribution
The center part is especially important when seeking similarity. Therefore,
P when c is smallr(c) P that is as close as possible to the curvek(c) wants
Good Statistics value σμ0, Σν0, Ρ is applied as is
Curve P (c) is the actual distribution Prapart from (c)
Therefore, it is not suitable as an approximate distribution function. On the other hand, k = 0.65
σμ= Kσμ0, σν= Kσν0, ρ applied to the normal distribution
Curve Pk(c) P near the centerr(c) The part that matches the curve
It can be seen that the approximation is close to the actual distribution. Figure 1
7 is σμ = kσμ 0, σν = kσν0, ρ is normal distribution
It is a comparison with the distribution of.

【0064】この実施例では、kの値を決めるに当たっ
て、以下の方法を採っている。まず、Pr(c)曲線とPk
(c)曲線の交わる点Aの確率P0の値を決める。中心付
近重視ということで、ここではP0=0.1とする。P(c)
曲線上P(c)=P0の点では、
In this embodiment, the following method is adopted in determining the value of k. First, the P r (c) curve and P k
(c) Determine the value of the probability P 0 of the point A where the curves intersect. Since importance is attached to the vicinity of the center, P 0 = 0.1 is set here. P (c)
At the point of P (c) = P 0 on the curve,

【数17】 である。Pr(c)曲線A点のc=Cr であれば、k=
Cr/C0となる。
[Equation 17] Is. If c = Cr at the point A of the Pr (c) curve, k =
It becomes Cr / C0.

【0065】他の方法も(例えばPr(c)とPk(c)との
差を中心付近で最小にするなど)考えられるが、上記の
方法がもっとも簡単である。このように、物体空間上任
意一点(D000)のPSF分布関数を、パラメータσ
μν,ρをもつ二次元正規分布関数で近似することが
できる。もちろんシミュレーションの過程に遭遇するす
べての物体点に対してσμν,ρを求める必要がな
く、標本点でのσμν,ρだけをあらかじめ求めてお
いて、それを用いて任意物体点においてのσμ ν
をスプライン補間で求めることができる。それによっ
て、計算時間を大幅に節約できる。
Other methods (eg Pr(c) and Pkwith (c)
It is possible to minimize the difference near the center.)
The method is the simplest. In this way, the object space
One point (D0, ψ0, ζ0), The PSF distribution function of
μ, σν, a two-dimensional normal distribution function with
it can. Of course you will encounter the simulation process
Σ for all object pointsμ, σνI need to find ρ
Σ at the sample pointμ, σν, ρ only in advance
And using it, σ at an arbitrary object pointμ, σ ν, ρ
Can be obtained by spline interpolation. By that
Therefore, the calculation time can be saved significantly.

【0066】PSF分布関数をパラメータ化することによ
って、1コマ当たりの処理時間を1時間46分40秒から2〜1
0分程度に短縮することに成功した。処理時間に幅があ
るのは、ボケの程度によって処理時間が変わるからであ
る。一分間の映像を作成するのに、およそ100時間、つ
まり一週間程度である。図18に、以上説明したPSF取
得の概略手順を纏めてPSF取得方法三として示した。
By parameterizing the PSF distribution function, the processing time per frame is changed from 1 hour 46 minutes 40 seconds to 2-1.
I succeeded in shortening it to about 0 minutes. The processing time varies because the processing time varies depending on the degree of blurring. It takes about 100 hours, or a week, to make a one-minute video. FIG. 18 shows the PSF acquisition method 3 by summarizing the outline procedure of PSF acquisition described above.

【0067】上述の実施例2によれば、累進多焦点レン
ズ等のレンズ系を通して見たときに知覚されるボケや歪
みに加えて、眼の位置を変えたり視線を移動した場合の
揺れを再現した動画像が得られる。従って、得られた動
画像を表示装置に表示することにより、あたかも自らが
装用者になったような臨場感に溢れるれる評価が可能に
なる。この回旋網膜像の動画像の表示顔面に視線がレン
ズを通過する点を表示するようにすれば、視線のレンズ
上での移動を確認しながら、ボケ、歪み揺れを見ること
ができる。
According to the second embodiment described above, in addition to the blurring and distortion perceived when viewed through a lens system such as a progressive multifocal lens, the shake when the eye position is changed or the line of sight is moved is reproduced. A moving image is obtained. Therefore, by displaying the obtained moving image on the display device, it becomes possible to make an evaluation with a sense of realism as if the user became a wearer. By displaying the point where the line of sight passes through the lens on the display face of the moving image of the convoluted retinal image, it is possible to see blurring and distortion shake while confirming the movement of the line of sight on the lens.

【0068】次に上述の実施例で示したシミュレーショ
ンを行なうための装置について簡単に説明する。図19
は実施例のシミュレーションを行なうための装置の概略
構成を示すブロック図である。図19に示したように、
この装置は、プロセッサ61、読取専用目盛(ROM)6
2、メインメモリ63、グラフィック制御回路64、表
示装置65、マウス66、キーボード67、ハードディ
スク装置(HDD)68、フロッピー(登録商標)ディスク
装置(FDD)69、プリンタ70、磁気テープ装置71等
から構成されている。これらの要素は、データバス72
によって結合されている。
Next, a device for performing the simulation shown in the above embodiment will be briefly described. FIG. 19
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an apparatus for performing a simulation of an embodiment. As shown in FIG.
This device has a processor 61 and a read-only scale (ROM) 6
2. Main memory 63, graphic control circuit 64, display device 65, mouse 66, keyboard 67, hard disk device (HDD) 68, floppy (registered trademark) disk device (FDD) 69, printer 70, magnetic tape device 71, etc. Has been done. These elements are the data bus 72
Are joined by.

【0069】プロセッサ61は、装置全体を統括的に制
御する。読取専用メモリ62には立ち上げ時に必要なプ
ログラムが格納される。メインメモリ63にはシミュレ
ーションを行なうためのシミュレーションプログラムが
格納される。グラフィック制御回路64はビデオメモリ
を含み、得られた画像データを表示信号に変換して表示
装置65に表示する。マウス66は表示装置上の各種の
アイコン、メニュー等を選択するポインティングデバイ
スである。ハードディスク装置68はシステムプログラ
ム、シミュレーションプログラム等が格納され、電源投
入後にメインメモリ63にローディングされる。また、
シミュレーションデータを一時的に格納する。
The processor 61 centrally controls the entire apparatus. The read-only memory 62 stores a program required at startup. A simulation program for performing a simulation is stored in the main memory 63. The graphic control circuit 64 includes a video memory, converts the obtained image data into a display signal and displays it on the display device 65. The mouse 66 is a pointing device for selecting various icons and menus on the display device. The hard disk device 68 stores a system program, a simulation program, etc., and is loaded into the main memory 63 after the power is turned on. Also,
Temporarily store simulation data.

【0070】フロッピー(登録商標)ディスク装置69
は原画像データ等の必要なデータをフロッピー(登録商
標)69aを通じて入力したり、必要に応じてフロッピ
ー(登録商標)69aにセービングする。プリンタ装置
70は回旋網膜像等をプリントアウトするのに用いられ
る。磁気テープ装置71は必要に応じてシミュレーショ
ンデータを磁気テープにセービングするのに使用する。
なお、以上のべた基本構成を有する装置としては、高性
能のパーソナルコンピュータや一般の汎用コンピュータ
を用いて構成することができる。
Floppy disk device 69
Inputs necessary data such as original image data through the floppy (registered trademark) 69a, and saves to the floppy (registered trademark) 69a as necessary. The printer device 70 is used to print out a rotated retina image and the like. The magnetic tape device 71 is used to save the simulation data on the magnetic tape as needed.
As the device having the above basic configuration, a high performance personal computer or a general purpose computer can be used.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる眼
光学系のシミュレーション装置は、レンズ系を通して眼
によって知覚される像として、眼の網膜面に投影される
光学像ではなく、視野内の全ての物体点に対して眼球を
回旋させ、中心窩で捕らえた像を繋ぎ合わせた像として
定義される回旋網膜像をコンピュータシミュレーション
によって作成する回旋網膜像作成手段を備えることを特
徴とするもので、さらに、回旋網膜像作成手段は、特定
の回旋中心点を持つ眼に入る特定視野角の画像を原画像
として作成する原画像作成手段と、この原画像をレンズ
系を通して見た場合の歪みを伴う歪み原画像を光線追跡
法を用いて作成する歪み原画像作成手段と、レンズ系及
び眼鏡モデルよりなる光学系において原画像の物体点か
らの光による眼球モデルの網膜上のPSFを求めるPS
F取得手段と、歪み原画像作成手段で求めた歪み原画像
と、PSF取得手段で求めた原画像の各画素のPSFと
の畳み込み演算をすることによって行なうことを特徴と
し、さらに、得られた回旋網膜像を編集して回旋網膜像
の動画像を求めることを特徴とし、さらに、PSF作成
手段は、物体点に標本点を設定してPSFを求め、標本
点以外のPSFをスプライン補間法を含む近似法を用い
て求めることを特徴とする。これにより、累進多焦点レ
ンズ等のレンズ系を装用した場合における揺れ、歪み、
ボケ等を伴う見え方をもシミュレーション可能とする眼
光学系のシミュレーション装置を得ることを可能とした
ものである。
As described in detail above, the simulation apparatus for the eye optical system according to the present invention is not an optical image projected on the retina surface of the eye as an image perceived by the eye through the lens system, but within the visual field. Is equipped with a convolutional retina image creating means for revolving the eyeball with respect to all object points of the object and creating a convoluted retina image defined by combining the images captured in the fovea by computer simulation. Further, the convoluted retinal image creating means is an original image creating means for creating an image having a specific viewing angle entering an eye having a specific convolutive center point as an original image, and distortion when the original image is viewed through a lens system. Distortion original image creating means for creating a distortion original image with a ray tracing method, and an eyeball by light from an object point of the original image in an optical system including a lens system and a spectacle model. PS to obtain the PSF on the retina of Dell
The F-obtaining means, the original distorted image obtained by the original distorted image creating means, and the PSF of each pixel of the original image obtained by the PSF obtaining means are convoluted to perform the convolution operation. It is characterized in that the convoluted retinal image is edited to obtain a moving image of the convoluted retinal image, and further, the PSF creating means sets a sample point at an object point to obtain a PSF, and a PSF other than the sample point is subjected to a spline interpolation method. It is characterized by using an approximation method including. As a result, when a lens system such as a progressive multifocal lens is worn, shake, distortion,
This makes it possible to obtain a simulation device for an eye optical system that can also simulate the appearance with blur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】回旋網膜像作成の流れを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a flow of creating a rotated retinal image.

【図2】回旋網膜像の座標系を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a coordinate system of a rotating retinal image.

【図3】レンズ系を装用した場合の回旋網膜像の座標系
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a coordinate system of a convoluted retinal image when a lens system is worn.

【図4】Navarro模型眼の光学パラメータ(非調節状
態)を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing optical parameters (non-accommodation state) of a Navarro model eye.

【図5】Navarro模型眼の水晶体レンズの調節力依存式
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an accommodative force-dependent formula of a crystalline lens of a Navarro model eye.

【図6】PSFの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of PSF.

【図7】光線追跡と入射瞳との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between ray tracing and an entrance pupil.

【図8】入射瞳の分割法を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a method of dividing an entrance pupil.

【図9】網膜位置と入射角度を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a retina position and an incident angle.

【図10】PSF取得方法一を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing one PSF acquisition method.

【図11】回旋網膜像の静止画像の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a still image of a revolved retinal image.

【図12】回旋網膜像の動画像作成の流れを示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a flow of creating a moving image of a revolved retinal image.

【図13】PSF取得方法二を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing PSF acquisition method 2;

【図14】等確立楕円を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an equal establishment ellipse.

【図15】光線密度分布及びσμ0、σν0、ρによる近
似正規分布を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a light density distribution and an approximate normal distribution based on σ μ0 , σ ν0 , and ρ.

【図16】P(c)、Pk(c)、Pr(c)の曲線を示す図で
ある。
FIG. 16 is a diagram showing curves of P (c), P k (c) and P r (c).

【図17】光線密度分布及びkσμ0、kσν0、ρによ
る近似正規分布を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a light density distribution and an approximate normal distribution based on kσ μ0 , kσ ν0 , and ρ.

【図18】PSF取得方法三を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing PSF acquisition method 3;

【図19】本発明にかかる眼光学系のシミュレーション
方法を実施するための装置の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of an apparatus for carrying out a simulation method for an eye optical system according to the present invention.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】眼の前に配置されたレンズ系を通して外界
を観察したときの見え方をシミュレーションする眼光学
系のシミュレーション装置において、 前記レンズ系を通して眼によって知覚される像として、
眼の網膜面に投影される光学像ではなく、視野内の全て
の物体点に対して眼球を回旋させ、中心窩で捕らえた像
を繋ぎ合わせた像として定義される回旋網膜像を作成す
る回旋網膜像作成手段を備えることを特徴とする眼光学
系のシミュレーション装置。
1. A simulation device of an eye optical system for simulating the appearance when observing the outside world through a lens system arranged in front of the eye, wherein an image perceived by the eye through the lens system,
Rotation that creates a convoluted retina image that is defined as the image obtained by combining the images captured by the fovea, not the optical image projected on the retina surface of the eye, but the eyeball for all object points in the visual field. An eye optical system simulation device comprising a retinal image creating means.
【請求項2】眼の前に配置されたレンズ系を通して外界
を観察したときの見え方をシミュレーションする眼光学
系のシミュレーション装置において、 前記レンズ系を通して眼によって知覚される像として、
眼の網膜面に投影される光学像ではなく、視野内の全て
の物体点に対して眼球を回旋させ、中心窩で捕らえた像
を繋ぎ合わせた像として定義される回旋網膜像を作成す
る回旋網膜像作成手段を備え、この回旋網膜像作成手段
は、 特定の回旋中心点を持つ眼に入る特定視野角の画像を原
画像として作成する原画像作成手段と、 この原画像をレンズ系を通して見た場合の歪みを伴う歪
み原画像を光線追跡法を用いて作成する歪み原画像作成
手段と、 レンズ系及び眼鏡モデルよりなる光学系において原画像
の物体点からの光による眼球モデルの網膜上のPSFを
求めるPSF取得手段と、 前記歪み原画像作成手段によって求められた歪み原画像
と、 前記PSF取得手段によって求められた原画像の各画素
のPSFとの畳み込み演算をする畳み込み演算手段とを
有することを特徴とする眼光学系のシミュレーション装
置。
2. A simulation device of an eye optical system for simulating the appearance when observing the outside world through a lens system arranged in front of the eye, wherein an image perceived by the eye through the lens system,
Rotation that creates a convoluted retina image that is defined as the image obtained by combining the images captured in the fovea with the eyeball for all object points in the visual field, rather than the optical image projected on the retina surface of the eye. The retinal image creating means includes an original image creating means for creating as an original image an image having a specific viewing angle entering an eye having a specific center of rotation, and the original image is viewed through a lens system. A distortion original image creating means for creating a distortion original image with a ray-tracing method in the case of a distortion, and an optical system consisting of a lens system and a spectacle model on a retina of an eyeball model by light from an object point of the original image. A convolution for performing a convolution operation between a PSF acquisition unit that obtains a PSF, an original distortion image obtained by the original distortion image creation unit, and a PSF of each pixel of the original image obtained by the PSF acquisition unit. Simulation device ocular optical system; and a calculation unit.
【請求項3】請求項2記載の眼光学系のシミュレーショ
ン装置において、 前記PSF取得手段は、各該当画素の代表する物体点か
ら出射し、前記眼球モデルの入射瞳を均等に分割して設
定した各点を通る光線のデータを全て光線追跡法で求
め、PSFを前記眼球モデルの網膜上の光線スポット分
布密度として、又は波動光学に基づく回折積分として求
めることを特徴とする眼光学系のシミュレーション装
置。
3. The apparatus for simulating an eye optical system according to claim 2, wherein the PSF acquisition unit emits light from an object point represented by each corresponding pixel and sets the entrance pupil of the eyeball model by equally dividing it. A device for simulating an eye optical system, characterized in that all data of rays passing through respective points are obtained by a ray tracing method, and PSF is obtained as a ray spot distribution density on the retina of the eyeball model or as a diffraction integral based on wave optics. .
【請求項4】請求項2記載の眼光学系のシミュレーショ
ン装置において、 前記PSF取得手段は、予め三次元物体空間に有限数の
物体標本点を設定し、また、前記入射瞳面上に有限数の
通過標本点を選び、前記物体標本点及び通過点標本点と
の全ての組み合わせによる光線データを光線追跡法で求
め、スプライン補間係数データを作成し、 前記原画像の各画素の代表する物体点から出射し、入射
瞳を均等に分割した各点を通る光線データを前記予め準
備したスプライン補間係数データを用いてスプライン補
間法で求め、PSFを網膜上光線のスポット分布密度と
して、又は波動光学に基づく回折積分法として求めるこ
とを特徴とする眼光学系シミュレーション装置。
4. The eye optical system simulation apparatus according to claim 2, wherein the PSF acquisition unit sets a finite number of object sample points in a three-dimensional object space in advance, and a finite number on the entrance pupil plane. , The ray sampling method obtains ray data by all combinations of the object sampling point and the passing point sampling point, creates spline interpolation coefficient data, and the object point representative of each pixel of the original image The ray data passing through each point obtained by evenly dividing the entrance pupil is obtained by the spline interpolation method using the previously prepared spline interpolation coefficient data, and PSF is used as the spot distribution density of rays on the retina or in wave optics. An eye optical system simulation device characterized by being obtained as a diffraction integration method based on the above.
【請求項5】請求項2記載の眼光学系のシミュレーショ
ン装置において、 前記PSF取得手段は、PSFを一定の関数近似させて
そのパラメータで表し、予め三次元物体空間に有限数の
物体標本点を選び、全ての物体標本点におけるPSFと
その近似関数パラメータを求め、スプライン補間係数デ
ータを作成し、 前記原画像の各画素に関するPSFパラメータを前記予
め準備したスプライン補間係数データを用いてスプライ
ン補間法で求めることを特徴とする眼光学系のシミュレ
ーション装置。
5. The apparatus for simulating an ocular optical system according to claim 2, wherein the PSF acquisition unit approximates the PSF by a constant function and represents the PSF by its parameter, and preliminarily sets a finite number of object sampling points in the three-dimensional object space. By selecting the PSFs at all object sample points and their approximate function parameters and creating spline interpolation coefficient data, the PSF parameters for each pixel of the original image are calculated by the spline interpolation method using the previously prepared spline interpolation coefficient data. A simulation device for an eye optical system, which is characterized by finding.
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