JP2022538346A - 光学的パワーの異なる子午線を有する螺旋状ディオプトリ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディオプトリック・インターフェースを形成する光学デバイスの分野に関するものである。
眼用レンズへの適用に関して説明されているが、本発明は、任意の、球形またはトーリック、ディオプトリック・インターフェース、およびその表面が少なくとも2つの子午線を有する任意のディオプトリック・インターフェースに適用され、これらは、画像形成および/または光学的パワー分布および/または視力矯正に使用され得る。
レンズ、例えば、眼用レンズは、対向する2つの光学面(ディオプトリック・インターフェースと呼ばれる)が、円柱の底面に内接する端面で接続されている。
- 表面が球体の内面または外面の一部である、球面ディオプトリック・インターフェース;
- 球面から派生し、その表面が回転面の一部であり、その曲率が頂点から周縁部に向かって連続的に変化している、非球面ディオプトリック・インターフェース;
- 表面に不均等な曲率の直交する2つの主子午線を有し、これら2つの子午線に沿った断面が公称円形である、トーリック・ディオプトリック・インターフェース;
- 相互に垂直で不均等な曲率の2つの主子午線を表面に有し、そのうちの少なくとも1つの主子午線の断面が円形ではない、アトーリック・ディオプトリック・インターフェース。
図1を参照すると、トーリック面1を有する光学レンズによって生じる非点収差(球面レンズで得られる一点収差の不存在)の周知の原理が想起される。
また、トーリック面1は、第2の子午線3を有し、第2の子午線3は、第1の子午線1に垂直であり、かつ、第1の子午線2の中央を通るトーラスの半径上に位置する曲率中心(参照符号A-Aで示す)を中心に、第1の曲率よりも大きい第2の曲率C2で湾曲している。軸A-Aは、トーリック面の光軸である。
レンズは、トーリック面1を通過する光が屈折するように、屈折率nの光学材料で形成されている。
D1=(n-1)C1、D2=(n-1)C2
これを実現するために、本発明は、一側面において、光軸を有する光学デバイスであって、少なくとも2つの子午線を有する少なくとも1つの面を有し、そのうちの少なくとも1つの部分は、正面から見て、中心点が光軸上にある少なくとも1つの螺旋状セグメントを形成し、各螺旋状セグメントは、異なる光学的パワーの子午線を定義し、焦点が単に1点の無収差ではなく、光軸に沿って延びる管状領域にわたって延びる、光学デバイスに関する。
この螺旋化は、2つ以上の子午線を有する非球面のディオプトリック・インターフェース面にも適用できる。
- 写真用対物レンズ、カメラ、プロジェクター用対物レンズ、バーチャルリアリティ用ヘッドセットなど、あらゆる光学的画像形成システムにおいて、フォーカス調整の必要性を低減することができる。
- 例えば、現在採用されている電動フォーカシングデバイスを取り除くことで、光学画像形成システムの大きさを低減させることができる。
- ソーラ暖房システムやレーザ切断デバイスなど、光パワーを集中させるシステムに使用することができる。例えば、レーザ切断デバイスにおいては、管状フォーカスにより、光軸に沿った焦点領域の長さを長くすることができ、その結果、切断できる厚さを増やすことができる。
- 赤外線モーションディテクターや物理的な測定システムなど、光学的な検出システムに使用することができ、管状フォーカスによるシャープな領域の長さは、フォーカスを調整する必要性を有利に減少させる。
- 視力矯正への応用では、管状フォーカスにより、長い焦点距離の範囲でシャープな領域を生成することができ、例えば、単一の眼用レンズで近用と遠用の視力を確保し、老眼や多くの屈折異常を光学的に補正することができる。このように、1つの眼用レンズを複数の屈折異常値に対して使用することができる。また、管状フォーカスにより、光軸から外れた光線のフォーカスを改善し、視野を改善することができる。これは、特に眼用レンズに活かされる可能性がある。本発明に係る螺旋化によって生成された1つの面を有する光学レンズは、特に厳しい焦点距離を延ばすことができる。
別の実施形態によれば、光学デバイスは、さらに、光軸を中心とした球状の面を有している。
先行技術に関連する図1については、前文ですでに解説している。そのため、以下では詳細を説明していない。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る管状フォーカスの光学レンズ800を示す。使用されている表現は、図の平面に垂直な方向の距離をコントラストで示したもので、暗いほど読者から遠く、明るいほど読者に近いことを意味している。図1に示されるように、光学レンズ800は、レンズのトーリック面の螺旋化によって生成される。中心点は806である。このように、面801の形状は、その中心点806が光軸上にある螺旋を有している。極座標では、光軸から半径方向に離れるほど螺旋の角度が大きくなる。特に、第1の曲率を有する第1の子午線802は、さらに、光軸を中心とする螺旋状の形状を有している。さらに、図1のトーリックレンズでは、第2の曲率を持ち、第2の子午線に平行なライン803は、異なる方位方向を有し、ラインの方向は螺旋化のために、光軸からの距離によって変化している。
第1の面102の第1の子午線1021は、第1の面104の第1の子午線1041に垂直である。
図6の光学レンズ200は、第1のトーラスの回転軸を中心に第1の曲率で湾曲した第1の子午線2021と、第1の曲率よりも大きい第2の曲率で湾曲し、第1の子午線2021に垂直な第2の子午線(第2の子午線に平行な円弧2022で表される)とを有する第1のトーリック面202を備えている。また、光学レンズ200は、第1のトーリック面202と並置され、第2のトーラスの回転軸を中心に第1の曲率で湾曲した第1の子午線2041と、第2の曲率で湾曲し、第1の子午線2041と直交する第2の子午線(第2の子午線と平行な円弧2042で表される)とを有する第2のトーリック面204を備えている。正面から見た場合、すなわち、レンズ200の中心206を通る光軸に垂直な投影面に投影した場合、第1のトーリック面202は、径方向に対向し、かつ光学レンズ200の中心206に向けられたそれらの頂点で交わる、2つの方位角セクタ2082および2084に対応している。同様に、第2のトーリック面204は、径方向に対向し、かつ中心206に向けられたそれらの頂点で交わる、2つの方位角セクタ2081、2083に対応している。第1のトーリック面202の各方位角セクタ2082、2084は、第2のトーリック面204の2つの方位角セクタ2081、2083に隣接している。角度セクタ208は、第1のトーリック面202と第2のトーリック面204の交差によって囲まれており、これは回転軸が垂直である2つの円筒断面のリング間の空間における交線である。これらの交線は、方位角セクタ2081、2082、2083、2084の間の境界線2101、2102、2103、2104によって表されている。空間において、各境界線2101、2102、2103、2104は、第1の子午線2021、2041に対して光軸方向にセットバックして配置されている。
- トーリック面の第1の曲率:焦点距離17.4cmに相当
- トーリック面の第2の曲率:焦点距離14cmに相当
- 焦点は、1.4ディオプターずつ離れている
- 螺旋形状:対数から黄金比へ
- 螺旋の角度:720°
- レンズ径:10mm
- その他の幾何学的パラメータ:後面は、曲率半径7.8mmの球形。レンズ400の中央部の厚さは、0.5mmに等しい。
さらに、隣接するトーリック面間の境界は、急峻な境界であってもよく、また段階的な境界であってもよい。例えば、局所的な曲率を境界付近で補間することで、隣接するトーリック面間の移行領域を緩やかにし、極端な傾斜を制限することができる。
Claims (13)
- 光軸を有する光学デバイス(100、200、400、800)であって、
少なくとも2つの子午線を有する少なくとも1つの面を備え、
そのうちの少なくとも1つの部分は、正面から見て、中心点(206、406、806)が該光軸上にある少なくとも1つの螺旋状セグメントを形成し、
各螺旋状セグメントは、得られる焦点が管状領域にわたって延びるように、異なる光学的パワーの子午線を定義する、光学デバイス。 - 前記1つ以上の螺旋状セグメントは、第1の非ゼロ曲率で湾曲した第1の子午線と、該第1の曲率よりも厳密に大きい第2の曲率で湾曲した第2の子午線(2022、803)とを有するトーリック面から生成され、
該第2の子午線は、該第1の子午線に垂直である、請求項1に記載の光学デバイス。 - 前記1つ以上の螺旋状セグメントは、第1および第2のトーリック面から生成され、
該第1のトーリック面(2082、401)は、第1のトーラスの回転軸を中心に第1の非ゼロの曲率で湾曲した第1の子午線(2021、4011)と、該第1の曲率よりも厳密に大きい第2の曲率で湾曲した第2の子午線(2022)とを有し、
該第2の子午線は、該第1の子午線に垂直であり、該第2のトーリック面(2081、402)は、第2のトーラスの回転軸を中心に第1の非ゼロ曲率で湾曲した第1の子午線(2041、4021)と、該第1の曲率よりも厳密に大きい第2の曲率で湾曲し、該第2のトーリック面の該第1の子午線(2041)に垂直な第2の子午線(2042)とを有し、
該第1および第2のトーリック面はそれぞれ、前記光軸を中心に配置された複数の方位角セクタを備え、
該第1のトーリック面(2082、401)の該第1の子午線(2021、4011)と、該第2のトーリック面(2081、402)の該第1の子午線(2041、4021)は、前記光軸に対してゼロではない角度で分離された方位方向を有し、
前記螺旋状セグメントは、該第1のトーリック面の該第1の子午線(2082、401)および該第2のトーリック面の第1の子午線(2081、402)から生じる第1および第2の光学的パワー子午線(2021、4011、2041、4021)を定義する、請求項2に記載の光学デバイス。 - 前記第1のトーリック面の方位角セクタ(2082)と前記第2のトーリック面の方位角セクタ(2081)は、螺旋状セグメント境界線(210)を介して隣接している、請求項3に記載の光学デバイス(200、400)。
- 前記第1のトーリック面(2082、2084)および第2のトーリック面(2081、2083)はそれぞれ、2つの径方向に対向する方位角セクタを備える、請求項3または請求項4に記載の光学デバイス(200)。
- 前記第1のトーリック面(2082、2084)の各角度セクタは、前記第2のトーリック面(2081、2083)の前記2つの角度セクタに隣接している、請求項5に記載の光学デバイス(200)。
- 前記第1のトーリック面(2082、401)の前記第1の子午線と前記第2のトーリック面(2081、402)の前記第1の子午線の方位方向間の角度は、60°から90°の間で構成されている、請求項3から請求項6のいずれか一項に記載の光学デバイス(200、400)。
- 前記第1のトーリック面(2082、401)の第1の曲率は、前記第2のトーリック面(2081、402)の前記第1の曲率と等しい、請求項3から請求項7のいずれか一項に記載の光学デバイス(200、400)。
- 前記第1のトーリック面(2082、401)の第2の曲率は、前記第2のトーリック面(2081、402)の前記第2の曲率と等しい、請求項3から請求項8のいずれか一項に記載の光学デバイス。
- 螺旋状セグメントの半径が、極座標において、線形法則、二次法則、または対数法則によって、螺旋の角度に関連している、請求項1~9のいずれか一項に記載の光学デバイス(200、400、800)。
- 前記光軸を中心とした球面(302)をさらに備える、請求項1~10のいずれか一項に記載の光学デバイス。
- 少なくとも1つの螺旋状セグメントを有する面を前面とする光学レンズを形成している、請求項1~11のいずれか一項に記載の光学デバイス(200、400、800)。
- 視力を矯正するため、および/または発光パワーを集中させるため、および/または画像を形成するための、請求項1~12のいずれか一項に記載の光学デバイス(200、400、800)の使用。
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