JP2016505886A - フレネル光学レンズの最適化方法 - Google Patents

Abstract

フレネル光学レンズの最適化方法を提供する。装着者に適応化された光学レンズを最適化するコンピュータ手段により実施される方法であって、本方法は、初期光学系が提供される初期光学系提供段階（Ｓ１）であって、初期光学系は、光源（１０）、受光器（１２）、及び光源（１０）と受光器（１２）間に配置された初期光学レンズ（Ｌ０）を少なくとも含み、初期光学レンズは少なくとも１つのフレネルゾーンを含む、段階と、加工用光学レンズが初期光学レンズＬ０）と等しくなるように定義される加工用光学レンズ定義段階（Ｓ２）と、加工用光学レンズの環状段差を通過した受光器（１２）により受光される光線の数に関する費用関数が評価される評価段階（Ｓ３）と、加工用光学レンズの環状段差が修正される修正段階Ｓ４）とを含み、評価及び修正工程は費用関数を最小化するように繰り返される。

Description

本発明は、装着者に適応化された光学レンズを最適化するコンピュータ手段により実施される方法と装着者用光学レンズ製造方法とに関する。

本発明の背景の論述は本発明の情況について説明するために本明細書に含まれる。参照される構成材料のいずれも特許請求の範囲のいずれかの優先日の時点で既に公表された、既知であった、又は一般的知識の一部であったということを認めるものではない。

従来の屈折レンズの代わりに、いくつかの眼用用途のためのフレネルゾーンを有する眼用レンズへの関心が高まっている。眼用用途のためのフレネルレンズへの関心の高まりの理由としては、レンズ屈折力を増加する及び／又はレンズ厚さを低減することであり、したがってフレネルレンズは「高い度数を有する薄いレンズ」と呼ばれる。フレネルゾーンを有する眼用レンズの１つの問題は、装着者がこのような眼用レンズを装着する際にパラサイト像を観察し得るということである。このようなパラサイト像はフレネルゾーンにより生成され、装着者を悩まし得る。

したがって、このようなパラサイト像を低減するように眼用レンズのフレネルゾーンを最適化する方法が必要である。

この目的を達成するために、本発明は、装着者に適応化された光学レンズを最適化するコンピュータ手段により実施される方法を提案する。本方法は、
・ 初期光学系が提供される初期光学系提供段階であって、初期光学系は、光源と、受光器と、光源と受光器間に配置された初期光学レンズとを少なくとも含み、初期光学レンズは少なくとも１つのフレネルゾーンを含み、フレネルゾーンは少なくとも１つの環状段差により結合された少なくとも２つの不連続な光学機能環状部分を含む、段階と、
・ 加工用光学レンズが初期光学レンズと等しくなるように定義される加工用光学レンズ定義段階と、
・ 加工用光学レンズの環状段差を通過した受光器により受光される光源からの光線の数に関する費用関数が評価される評価段階と、
・ 加工用光学レンズの環状段差が修正される修正段階を含み、評価及び修正工程は費用関数を最小化するように繰り返される。

本発明者らは、パラサイト像はフレネル構造の環状段差に起因するということを観察した。本発明による方法は、装着者により受光される環状段差を通過した光線の数を低減するように環状段差を最適化し、これにより、光学レンズを装着中に装着者が観察し得るパラサイト像を低減できるようにする。

単独で又は組み合わせで考えられ得る別の実施形態によると、
− 修正段階中に、環状段差の角度及び／又は位置及び／又は断面形状が修正され、及び／又は
− 費用関数は、光線を受光する受光器のゾーンに基づき、受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当てることにより計算され、及び／又は
− 受光器は、装着者の眼が全ての方向に回転するときの装着者の瞳点の軌跡内に存在し、及び／又は
− 受光器は、３つのゾーン、すなわち中心視ゾーンに対応する第１のゾーン、中間視ゾーンに対応する第２のゾーン、周辺視ゾーンに対応する第３のゾーンに分割され、及び／又は
− 費用関数は、光線が受光器により受光される入射角に基づき、受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当てることにより計算され、及び／又は
− 費用関数は、受光器により受光される各光線に、それらの測光エネルギーに基づき様々な重みを割り当てることにより計算され、及び／又は
− フレネルゾーンは、複数の環状段差により結合された複数の不連続な光学機能環状部分を含む。本方法は、さらに、フレネルゾーンの評価ゾーンが提供され、評価ゾーンに含まれる環状段差に対してだけ評価段階が行われる評価ゾーン提供段階を含み、及び／又は
− 評価ゾーンは複数の環状段差を含み、費用関数は、受光器により受光される前に光線がどの環状段差を通過したかに基づいて、受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当てることにより計算される、及び／又は
− 初期光学系は複数の光源を含み、及び／又は
− 費用関数は、どの光源が光線を発したかに基づいて、各光線に様々な重みを割り当てることにより計算される、及び／又は
− 光源エネルギーと分布は視覚状況に対応するように適応化される。

本発明はまた、装着者用光学レンズの製造方法に関する。本方法は、
・ 先の特許請求の範囲のいずれかの方法に従って、最適化光学レンズに対応する光学レンズデータが提供される光学レンズデータ提供段階と、
・ 最適化光学レンズが製造される製造段階を含む。

別の態様によると、本発明は、プロセッサにアクセス可能な１つ又は複数の格納された命令であってプロセッサにより実行されるとプロセッサに本発明による方法の段階を実行させる１つ又は複数の格納された命令を含むコンピュータプログラム製品に関する。

本発明はさらに、本発明によるコンピュータプログラム製品の１つ又は複数の一連の命令を担持するコンピュータ可読媒体に関する。

さらに、本発明はコンピュータに本発明の方法を実行させるプログラムに関する。

本発明はまた、コンピュータに本発明の方法を実行させる記録されたプログラムを有するコンピュータ可読記憶媒体に関する。

本発明はさらに、１つ又は複数の一連の命令を格納し本発明による方法の段階の少なくとも１つを行うように適応化されたプロセッサを含む装置に関する。

特記しない限り、以下の論述から明らかなように、本明細書論述を通して、「計算する」、「生成する」などの用語を使用する論述は、計算システムのレジスタ及び／又はメモリ内の電子的量などの物理量として表されるデータを、計算システムのメモリ、レジスタ、又は他のこのような情報記憶装置、送信装置、又は表示装置内の物理量として同様に表される他のデータに操作及び／又は変換するコンピュータ又は計算システム又は同様な電子計算装置の行為及び／又は処理を指すということが理解される。本発明のいくつかの実施形態は本明細書における動作を行う装置を含み得る。この装置は、所望の目的のために特に構築され得る、及び／又はコンピュータ内に格納されたコンピュータプログラムにより選択的に活性化又は再構成される汎用コンピュータ又はディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）を含み得る。このようなコンピュータプログラムは、限定しないが、フロッピーディスク（登録商標）、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気的プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能及びプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気又は光カード、又は電子的命令を格納するのに好適であり且つコンピュータシステムバスに結合できる任意の他のタイプの媒体を含む任意のタイプのディスクなどのコンピュータ可読記憶媒体内に格納され得る。

本明細書に提示される処理と表示は、いかなる特定のコンピュータ又は他の装置にも本質的には関連付けられない。様々な汎用システムが本明細書の教示に従ってプログラムと共に使用され得る、又は様々な汎用システムは所望の方法を実行するように専用化された装置を構築するのに好都合であるということが分かるかもしれない。多種多様のこれらのシステムの所望の構造は以下の説明から分かる。加えて、本発明の実施形態はいかなる特定のプログラミング言語も参照して記述されない。本明細書に記載される本発明の教示を実施するために様々なプログラミング言語が使用され得るということが理解される。

次に本発明の非限定的実施形態について添付図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態による方法の工程を表すフローチャートである。 本発明の実施形態による初期光学系の概略図である。 本発明の実施形態による受光器の概略図である。 本発明の一実施形態による重み関数の一例を表す。 本発明の一実施形態による受光器に到達する光線の概略図である。 本発明の一実施形態による重み関数の一例を表す。

添付図面内の要素は簡略化と明確化のために示されており、必ずしも原寸に比例して描かれていない。例えば、図面内の要素のいくつかの寸法は、本発明の実施形態の理解を深めるのを支援するために他の要素に対して誇張されることがある。

図１に示す本発明の実施形態によると、本発明による装着者に適応化された光学レンズを最適化する方法は、初期光学系提供段階Ｓ１、加工用光学レンズ定義段階Ｓ２、評価段階Ｓ３、及び修正段階Ｓ４を少なくとも含む。

初期光学系は初期光学系提供段階Ｓ１中に提供される。初期光学系の例を図２に表す。初期光学系は、光源１０、受光器１２、及び光源１０と受光器１２間に配置された初期光学レンズＬ０を少なくとも含む。初期光学レンズＬ０は、少なくとも１つの環状段差１８により結合された少なくとも２つの不連続な光学機能環状部分１４、１６を含むフレネルゾーンを含む。

環状段差は、その断面形状、光学機能環状部分に対する角度配向、及び位置（すなわち、環状段差の高さと幅）により定義され得る。

図２に表された実施形態では、フレネルゾーンは複数の環状段差により結合された複数の不連続な光学機能環状部分を含む。

本発明の本実施形態では、フレネルゾーンは初期光学レンズの前面上に存在するが、本発明の別の実施形態では、フレネルゾーンは初期光学レンズの裏面上に存在し得るということが理解される。

さらに、フレネルゾーンは図２に表された表面上に凸面として存在するが、この表面は同様に凹面又は任意の他の湾曲面であり得るということが理解される。

図３に表された本発明の実施形態によると、受光器１２は、装着者の眼が装着者の眼の回転中心ＣＲＯ（ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ）を中心とした全ての方向に回転する場合の装着者の瞳２０の点の軌跡内に存在し得る。例えば、装着者の瞳は約６ｍｍの直径を有し得、瞳２０と眼の回転中心ＣＲＯ間の距離は約１３．５ｍｍに設定され得る。極限位置における瞳の中心間の角距離は、主凝視方向のそれぞれの側において約３０°に設定され得る。

図３に定義されたような受光器１２は様々なゾーン（例えば、３つのゾーン）に分割され得る。

第１のゾーンＺ１は中心視ゾーンに対応する。第１のゾーンＺ１は、主凝視方向のそれぞれの側において約１２．５°の角度を有するように定義され得る。

第２のゾーンＺ２は中間視ゾーンに対応し、主凝視方向のそれぞれの側において１２．５°〜３０°の角度を有するように定義され得る。

第３のゾーンＺ３は周辺視ゾーンに対応し、主凝視方向のそれぞれの側において３０°を越える角度を有するように定義され得る。

有利には、図３に示すような受光器を定義することで、装着者の眼の良好な表現に対応し、最適化法の精度を増加させる。

本発明の実施形態によると、初期光学系は複数の光源を含み得る。複数の光源と各光源のエネルギーは視覚状況に対応するように分散され得る。

例えば、光学レンズが好適に画面を見るために使用される場合、光源は、中心視に対応するゾーン内により大きな密度とエネルギーを有し得る。一方、光学レンズが好適に外を歩くために使用される場合、光源は等方的分布を有し得る。例えば、光源は、初期光学レンズのまわりの水平面内の円弧にわたって分散された等方的点光源からなり得る。各光源は−８５°〜８５°の角度範囲を５°ずつカバーしており、等しいエネルギーを有すると考えられる。

加工用光学レンズ定義段階Ｓ２中に、加工用光学レンズは初期光学レンズと等しくなるように定義される。特に、加工用光学レンズ定義段階Ｓ２で定義される加工用光学レンズは、初期光学レンズと同じフレネルゾーンを有する。

評価段階Ｓ３中に、加工用光学レンズの環状段差を通過した受光器により受光される光源からの光線の数に関する費用関数が評価される。

費用関数は、様々な判定基準に従って、受光される各光線に様々な重みを割り当てることにより定義され得る。

本発明の一実施形態によると、受光器は図３に示す受光器に対応し、費用関数は、光線を受光する受光器のゾーンに基づき、受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当て得る。受光器のゾーンに基づく重み関数の一例を図４に示す。図４に示す例では、重み関数は、ゾーン３（すなわち、周辺視ゾーン）に到達する光線を費用関数から削除し、受光器のゾーン１と２（すなわち、中央視ゾーンと中間視ゾーン）に到達する光線だけを考慮する。ゾーン１に到達する光線には１の重みが適用され、光線がゾーン２に到達する場合には光線がどこに到達したかに基づくより低い重みが適用される。

図５ａと図５ｂに示す本発明の一実施形態によると、費用関数は、光線が受光器により受光される入射角に基づき、受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当て得る。図５ａに示すように、入射角は光線と受光器に対する法線との角度αとして定義され得る。図５ｂに示すように、費用関数は、小さい入射角αで到達する光線により大きな重みを割り当て、より大きな入射角αで到達する光線により小さい重みを割り当て得る。

本発明の実施形態によると、費用関数は、受光器により受光される各光線に、それらの測光エネルギーに従って、様々な重みを割り当て得る。例えば、光源により発せられたすべての光線は等しい測光エネルギーを有すると考えられ、各光線は、光学レンズの光学ジオプタを通過するたびに所定量の測光エネルギーを失うと考えられる。

本発明の実施形態によると、光源は複数の光源を含み、費用関数は、どの光源が光線を発したかに基づいて、各光線に様々な重みを割り当てることにより計算され得る。したがって、最適化は、光学レンズが使用される視覚状況に適応化され得る。例えば、光学レンズは、画面を見る、読書する、運転する、散歩するために使用されるために特に適応化され得る。費用関数は光学レンズのこのような特殊用途のフレネルゾーンを最適化するように適応化され得る。

本発明の実施形態によると、フレネルゾーンは、複数の環状段差により結合された複数の不連続な光学機能環状部分を含む。本方法は評価ゾーン提供段階を含み得る。評価ゾーン提供段階中に、フレネルゾーンの評価ゾーンが提供され、評価段階は評価ゾーンに含まれた環状段差に対してだけ行なわれる。

費用関数は、受光器により受光される前に光線がどの環状段差を通過したかに基づいて、受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当てることにより計算される。例えば、中心部の環状段差（すなわち、レンズの光学中心に最も近い段差）を通過した光線は、中心から外れた部分の段差を通過した光線より大きな重みを有し得る。

本発明の実施形態によると、費用関数は様々な重み関数を組み合わせることにより計算され得る。例えば、費用関数は次式のように定義され得る：

ここで、
Ｚ１とＺ２は、図３で定義したゾーン、
Ｎｂ_Ｚ１は、加工用レンズの環状段差を通過した後にゾーン１に到達した光線の数、
Ｎｂ_Ｚ２は、加工用レンズの環状段差を通過した後のゾーン２に到達した光線の数、
Ｐ_ｉは、交差光学ジオプタの数に基づく光線ｉの光学的重み、
Ｃ_１ｉは、第１の判定基準例えば図４に示すような受光器のゾーンに基づく光線ｉの重み、
Ｃ_２ｉは、第２の判定基準例えば図５ａと図５ｂに示すような光線の入射角に基づく光線ｉの重み、
βは、重み係数例えばβ＝０．２５である。

修正段階Ｓ４中に、少なくとも環状段差又は費用関数において検討される環状段差が修正される。例えば、環状段差の角度及び／又は位置及び／又は断面形状が修正される。

本発明の実施形態によると、環状段差の位置と断面形状は一定に維持され、環状段差の様々な角度が試験される。環状段差の角度は、レンズの中心部での環状段差の断面とレンズの表面に対する法線との角度として定義され得る。

本発明によると、評価及び修正工程は、費用関数の最小値を判断するように繰り返される。これにより、受光器により受光され環状段差を通過した光線の数を低減する。したがって、環状段差により生成されるパラサイト像は低減され、より大きな快適性を装着者へ提供する。

本発明はまた、本発明による方法により最適化された光学レンズの製造方法に関する。例えば、本製造方法は、本発明の方法に従って最適化光学レンズに対応する光学レンズデータが提供される光学レンズデータ提供段階と、最適化光学レンズが製造される製造段階とを含む。

本発明は、一般的発明概念の制限無しに、実施形態を用いて上記にて説明された。

Claims (15)

1. 装着者に適応化された光学レンズを最適化するコンピュータ手段により実施される方法であって、本方法は、
   初期光学系が提供される初期光学系提供段階（Ｓ１）であって、前記初期光学系は、光源（１０）、受光器（１２）、及び前記光源（１０）と前記受光器（１２）間に配置された初期光学レンズ（Ｌ０）を少なくとも含み、前記初期光学レンズは、少なくとも１つの環状段差により結合された少なくとも２つの不連続な光学機能環状部分を含むフレネルゾーンを少なくとも含む、段階と、
   加工用光学レンズが前記初期光学レンズ（Ｌ０）と等しくなるように定義される加工用光学レンズ定義段階（Ｓ２）と、
   前記加工用光学レンズの前記環状段差を通過した前記受光器（１２）により受光される前記光源（１０）からの光線の数に関する費用関数が評価される評価段階（Ｓ３）と、
   前記加工用光学レンズの前記環状段差が修正される修正段階（Ｓ４）を含み、
   前記評価及び修正工程は前記費用関数を最小化するように繰り返される、方法。
2. 前記修正段階中に、前記環状段差の角度及び／又は位置及び／又は断面形状が修正される、請求項１に記載の方法。
3. 前記費用関数は、前記光線を受光する前記受光器のゾーンに基づき、前記受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当てることにより計算される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記受光器は、装着者の眼が全ての方向に回転する場合の前記装着者の瞳点の軌跡内に存在する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記受光器は、３つのゾーン、すなわち中心視ゾーンに対応する第１のゾーン、中間視ゾーンに対応する第２のゾーン、周辺視ゾーンに対応する第３のゾーンに分割される、請求項４に記載の方法。
6. 前記費用関数は、前記光線が前記受光器により受光される入射角に基づき、前記受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当てることにより計算される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記費用関数は、前記受光器により受光される各光線に、それらの測光エネルギーに基づき様々な重みを割り当てることにより計算される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記フレネルゾーンは、複数の環状段差により結合された複数の不連続な光学機能環状部分を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法であって、前記フレネルゾーンの評価ゾーンが提供され、前記評価段階は前記評価ゾーンに含まれる前記環状段差に対してだけ行われる評価ゾーン提供段階をさらに含む方法。
9. 前記評価ゾーンは複数の環状段差を含み、前記費用関数は、前記受光器により受光される前に前記光線がどの環状段差を通過したかに基づいて、前記受光器により受光される各光線に様々な重みを割り当てることにより計算される、請求項８に記載の方法。
10. 前記初期光学系は複数の光源を含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記費用関数は、どの光源が光線を発したかに基づいて、前記受光器により受光された各光線に様々な重みを割り当てることにより計算される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記光源のエネルギーと分布は視覚状況に対応するように適応化される、請求項１０に記載の方法。
13. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法に従って、前記最適化光学レンズに対応する光学レンズデータが提供される光学レンズデータ提供段階と、
    最適化光学レンズが製造される製造段階を含む装着者用光学レンズ製造方法。
14. プロセッサにアクセス可能な１又は複数の格納された一連の命令であって前記プロセッサにより実行されると前記プロセッサに請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の前記段階を実行させる１又は複数の格納された一連の命令を含むコンピュータプログラム製品。
15. 請求項１４に記載のコンピュータプログラム製品の１つ又は複数の一連の命令を担持するコンピュータ可読媒体。

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