JP2895124B2 - プログレツシブ眼のレンズ - Google Patents
プログレツシブ眼のレンズInfo
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Description
ッシブ眼鏡用レンズの改良に関するものである。
設計されている遠方視覚部分と、その屈折パワーが近接
視覚のために設計された近接視覚部分と、レンズの主視
覚線の軸線(yまたはy′)に沿う屈折パワーが前記遠
方視覚部分の屈折パワーから近接視覚部分の屈折パワー
まで連続して増加する中間視覚部分とからなる、いわゆ
るプログレッシブ眼鏡用レンズは、一定の屈折率を有す
るレンズ材料を使用し、一方または両方のレンズの表面
を適切な形状に設計することにより遠方視覚部分から近
接視覚部分に至る屈折パワーの増加を図ようにして作成
されている。
表面が球面形状から著しくかけ離れた形状となるため
に、その生産、特に子午線方向の切断面の研磨が困難で
あり、実際に研磨して得られた表面と設計上の表面との
間に大きい不一致を生ずるので好ましくなかった。
には、各種の結像エラー、特に非点収差や歪曲をレンズ
全体に亘って低く維持することは困難であった。本発明
は屈折率を変化させたプログレッシブ眼鏡用レンズを用
いることにより諸特性の改善を行うという技術思想に基
づいてなされたものである。屈折率を変化させた眼鏡用
レンズについては、この技術分野の文献において多数論
じられており、例えばW.N.チャーマン(W.N.Charman)
の論文「傾斜屈折率光学(Gradient IndexOptics)」
(Ophthalmic Optician 1981年、第72〜84頁)に記載
されている。
グレッシブ眼鏡用レンズは、非球面を持つ眼鏡用レンズ
の代替品であると見做されていたが、従来品と同等に優
れた光学的諸特性を有する(第80頁、左欄)であろうこ
とが示唆されている。しかし、今までのところ屈折率を
変化させたプログレッシブ眼鏡用レンズは現実的には知
られていない。
めて複雑な表面設計がなされているからであり、屈折率
を変化させたレンズを、上記のような極めて複雑な表面
設計のなされたレンズの代わりに用いるときは、複雑な
屈折率の変動関数を用いなければならず、したがって技
術的に実現することができないであろうという先入観に
よるものと思われる。
成に際し、屈折率を変化させることによって十分に従来
の映像特性に対抗し得る優れた映像特性を持ったレンズ
を、簡単な製造方法で得ることができるという本発明者
の新しい知見によるものである。
軸)に沿って屈折率を簡単な変動関数で変化させること
により製造方法の簡略化されたプログレッシブ眼鏡用レ
ンズを提供することを目的とするものである。
せたレンズを使用するときは、以下に示すような3つの
作用効果を生ずることが分かった。
線に対して適応させた線に沿って屈折パワーが増加しま
たは増加が促進される。ここでいう主視覚線とは、遠方
視覚、近接(読書)視覚および中間視覚に対する凝視点
と眼鏡用レンズ前方とを結ぶ線をいう。主視覚線は、遠
方視覚部分、近接視覚部分においてはレンズ前面に対し
殆ど垂直であり、中間視覚部分は弯曲線を形成する。
除去される。
の横方向での映像誤差が修正される。
作用効果、すなわち「主視覚線に沿った屈折パワーの増
加」、「主視覚線に沿った非点収差の除去」、「主子午
線の横方向における映像誤差の修正」が全体的に起こる
か、部分的に起こるか否かを想定するとき、33=27の組
み合わせが数学的に可能である。
1に示されるように、レンズ材料の屈折率を少なくとも
中間視覚部分の主視覚線に沿って変化させれば、少なく
とも部分的な屈折パワーの増加が生じ、本発明の本質的
な製造上の長所が得られるという知見によるものであ
る。これによってレンズの遠方視覚部分と近接視覚部分
との間の曲率半径が減少し、球状境界面を持ったレンズ
のプログレッシブ面の加工を省力化することができ、現
状技術による球面の研磨加工を簡易化するとともに従来
よりも良好な研磨結果が得られる。
覚部分から近接(読書)視覚部分までの屈折パワーの増
加が、完全にまたは部分的にもたらされるが、横方向の
屈折パワーの修正は通常では主として表面設計により得
られる。この外形を決定する表面設計の屈折パワーの増
加に対する唯一の貢献は、本発明によるプログレッシブ
眼鏡用レンズが、均一な屈折率のレンズ材料から作られ
る従来のプログレッシブ眼鏡用レンズに比べて厚さや重
量が小さく有利であることである。また、従来のレンズ
では周縁部囲の厚さが不均一であるが、これも実質的に
均等になるように設計することができる。
午線に沿って同様に減少するものとすれば、これは次の
ことを意味する。すなわち、主子午線または映像の主視
覚線に沿った表面の非点収差についての眼鏡用レンズの
設計上の制約を減少させるかまたは除去し、その結果本
発明の眼鏡用レンズは、ミンクビッツ(Minkwits)の法
則に支配されることがなく、また他の問題に専念して設
計することができるという利点を有する。
眼とを回転対称面とすることで、屈折パワーの増加と映
像誤差の修正の両者がともに屈折率の変化によって得ら
れることを示したものである。
3で示されるようにレンズの垂直軸であることが好まし
い。
れるように近接視覚のために視線を下げた時に生ずる両
眼の収斂に従ってy軸に対し傾斜した軸線であることが
好ましい。
軸に近接する交差線の曲率半径を、近接(読書)視覚部
分において、y軸またはy′軸からの距離が増加するに
従って大きくなるようにすることにより、近接(読書)
視覚部の曲率半径が遠方視覚部分(特にこの部分は球面
部になるであろうが)の曲率半径と「等しく」なるとい
う利点が有る。そしてこれにより、レンズの製造をより
単純化することができる。
率半径は、サジタル屈折パワーS′sagが子午線屈折パ
ワーS′merと殆ど等しくなるように選択するものであ
るが、この場合には屈折パワーの増加は、主として屈折
率の変化によって行われ、非点収差の補正は主として表
面設計によて行われる。そしてこの場合においては、屈
折率変化の推移が比較的単純化した技術的手段で行われ
るという利点がある。
の増加および非点収差補正を行い得る屈折率の変化を方
程式で示すものである。屈折率の関数n(y)は、例え
ばスプライン関数で表すことができる。請求項9によれ
ば、前面の映像が非点収差を生じない限り、「レンズ材
料」は非点収差を与えることはない。
のプログレッシブレンズを示す斜視図であり、Z′Lま
たはZ′Rは、それぞれ左眼及び右眼の光学的回転点を
示すものである。
る主視覚点(遠方照合点)BFおよび近接視覚に対する主
視覚点(近接照合点)BNを持っている。y軸が垂直方
向、x軸が水平方向、z軸がレンズの幾何学的中心を通
る軸として、固定立体座標径x、y、zを各レンズに対
して採択すると、遠方照合点BFは、各レンズのy軸上に
ある。しかしながら、例えば読書(近接視覚)のために
視線を下げた場合には眼が必然的に内寄せられ、近接参
照点BNは鼻方向に向かって移動する。この状況をより明
確に示すと、図1(a)において視覚光線は直近前方に
存在する物体点0に近接する。
に、両方のレンズを7゜から10゜の範囲で傾けるのが一
般的であり、レンズの対称軸は図1(a)に見られるよ
うにy軸はy′軸に移行する。なおレンズは眼鏡フレー
ムに嵌めるために研磨される。
わち眼鏡フレームに嵌め込まれた眼鏡用レンズGが眼A
の前方に位置するときの断面図、すなわち眼/眼鏡レン
ズ系の子午線方向断面図を示したものである。この実施
態様においては、使用位置においてレンズは8゜の前方
傾斜角を有する。また図1(b)には眼Aの回転点Z′
からy′軸までの距離がb′で示される。これと垂直軸
がy′軸に移行したレンズの頂点から遠方参照点までの
距離y′BFおよび近接照合点までの距離y′BNの値は次
のようになる。
(y′)の推移を示す図であり、プログレッシブ眼鏡用
レンズを通しての視覚の座標y′の関数としての推移し
得る付加関数z(y′)を示すものである。付加値z
は、遠方部分の規定屈折パワー(規定パワー)に対する
屈折パワーの増加を示すものであり、遠方部分の規定屈
折パワーが2.0ジオプトルで、付加により増加した屈折
パワーが3.0ジオプトルであるならば、読書(物体)位
置における屈折パワーは5.0ジオプトルになる。図2に
示される付加関数z(y′)の推移において、付加は前
面を透過した主光線上で測定された物体点0(図1
(a)参照)と逆比例する距離におけるすべての点で逆
に対応するので、遠方視覚から近接視覚に視線を下げた
場合に何等調節操作を行う必要がない。図2に示された
付加関数z(y′)の推移は下記の方程式で説明するこ
とができる。
確に説明する。説明をより簡略にするために両実施態様
とも対称なレンズ、すなわち光学的および幾何学的特徴
は、レンズの主子午線として示される線に対して対照的
であるレンズを用いた。両実施態様ともに図2で示され
る付加関数z(y′)の推移はレンズの屈折率を変更さ
せることによってのみしか達成されず、レンズの一方の
面または両面の曲率を変更することによっては達成され
ない。その結果主子午線は両実施態様ともに半径が118.
3mmの円弧に固定されている。
具備している。
態様において、屈折率nは、図3において与えられる曲
線n(x=0、y′)における座標y′の関数として使
用される。
y′の関数であり、したがってこの屈折率を変更するこ
とによる屈折パワーの増加は主子午線に沿って生ずるの
みである。同屈折率によって生ずるy′x′座標等高線
を図4(a)に示す(図中の線について記載された数値
は屈折率である)。
は、レンズ表面、第1の実施態様の場合ではレンズ前面
の適切な設計によって行われる。上記の表面は、、前記
図示の実施態様においては、x′z平面に平行な平面と
映像誤差を修正するための表面との交差線が、偏心率が
yの関数である円錐断面となるように設計される。
錐断面の曲率(ジオプトルで示す)の推移を示す。図6
(a)〜(c)は映像修正のために用いられる本発明の
表面と、主子午線の半径と同様の半径を有する球面との
間の矢高差(mmで示す)を表示したものである。表面の
正確な推移は、この表および、例えばyの円錐断面の偏
心率に対する依存性から容易に計算することができる。
x′の関数として変化させたものであり、主子午線に沿
った屈折率の増加も、主子午線上の映像誤差も共に屈折
率を変化させることによって主子午線に沿った屈折率の
増加のみならず、主子午線上の映像誤差の修正も得られ
るようにしたものである。レンズの前面および接眼面は
いずれも球面である。
横方向領域において極めて良好な映像特性レンズが得ら
れた。また横方向領域におけるさらなる映像特性の改善
が屈折率関数のさらなる最適化によって得られた。
よって生ずるy′x′座標等高線を示したものである。
使用位置での屈折精度および非点収差の変化の推移を示
す図である(各図において、それぞれ(a)は第1の実
施態様のもの、(b)は第2の実施態様のものを示
す)。
図2による0、y0点における屈折パワーからの偏差は屈
折精度で示されている。
差の好ましい曲線が得られる。すなわち本発明によるプ
ログレッシブ眼鏡用レンズにおけるプログレッション帯
域周辺領域における平均屈折パワーの主子午線における
屈折パワーからの偏差は、表面設計によってのみ屈折パ
ワーの増加を図っていた従来のプログレッシブ眼鏡用レ
ンズによるものに比べて明らかに少ない。特に第1の実
施態様においては一定の屈折パワーの線がレンズの端分
に伸びる「チャンネル」が1個生じており、第2の実施
態様においては該「チャンネル」が3個生じている(図
7(a)、(b)参照)。そして、両者とも主子午線に
隣接する部分において非点収差は最小値を示し(図8
(a)、(b)参照)、特に第2の実施態様では20mmま
での従来考えられないような広範囲の近接視覚部(読書
視覚部)が得られることが分かる。
われた。
屈折率勾配を有する眼鏡用レンズの非点収差および屈折
誤差のような光線と映像特性の推移の記述のために、眼
の回転点からの物体空間への主光線を、眼鏡用レンズの
接眼面の位置を考慮に入れながらそれぞれの適切な視野
角に対して計算する必要がある。
ド(E.W.Marchand)による「勾配屈折係数光学(Grandi
ent Index Optics)」に説明されているように、下記の
二次微分方程式に従って計算される。すなわち、 この微分方程式の解は、米国光学協会誌(J.Opt.Soc.
Am.)第21(1982)でA.シャルマ(A.Sharma)、D.V.カ
マー(D.V.Kamer)およびA.K.ガターク(A.K.Ghatak)
によって説明されているルンゲ.クッタ(Runge Kutt
a)法によって与えられる。
対方向において主光線上の物体点から進行する隣接光線
を主光線のときと同様の方法で計算する。それにより、
個々の値がスプライン関数により記述されるとすれば最
適化を容易に行うことができる。
は以下のように得られる。
方程式の解によって得られる。n(y)は、テーラー展
開により記載してもよい。)
を説明するために左眼または右眼の前方から見た2つの
プログレッシブレンズを示す斜視図である。 図1(b)は、眼/眼鏡レンズ系の子午線方向断面図で
ある。 図2は、座標y′の関数としての付加関数z(y′)の
推移を示す図である。 図3は、座標x′=0のときの座標y′の関数としての
屈折率関数の推移を示す図である。 図4(a)および(b)は、それぞれ第1実施態様
(a)および第2実施態様(b)における同様の屈折率
ラインを示す図である。 図5は、座標y′の関数としての主子午面の「水平曲
率」の推移を示す図である。 図6(a)〜(c)は、第1実施態様において結像エラ
ーを修正のために用いられる表面と球面との間のサジタ
面(主子午面と直行する面)差を表形式で示した図であ
る。 図7(a)および(b)は、それぞれ図4に示した2つ
の実施態様での正確な屈折率からの偏差を示す図であ
る。 図8(a)および(b)は、それぞれ図4に示した2つ
の実施態様での非点収差を示す図である。
Claims (9)
- 【請求項1】屈折パワーが遠方視覚のために設計されて
いる遠方視覚部分と、屈折パワーが近接視覚のために設
計された近接視覚部分と、レンズの軸線(yまたは
y′)に沿う屈折パワーが前記遠方視覚部分の屈折パワ
ーから近接視覚部分の屈折パワーまで連続して増加する
中間視覚部分とからなるプログレッシブ眼鏡用レンズに
おいて、屈折率が前記中間視覚部分において前記軸線
(yまたはy′)に沿って変化しこれが前記屈折パワー
の増加に寄与するようなレンズ材料を使用すること、前
記屈折率が前記軸線(yまたはy′)の関数f(y)ま
たはf(y′)であること、前記眼鏡用レンズの少なく
とも一面が映像誤差を補正するために曲率半径を変化さ
せた複数の交差線y=一定またはy′=一定を有するこ
と、 を特徴とするプログレッシブ眼鏡用レンズ。 - 【請求項2】屈折パワーが遠方視覚のために設計されて
いる遠方視覚部分と、屈折パワーが近接視覚のために設
計された近接視覚部分と、レンズの軸線(yまたは
y′)に沿う屈折パワーが前記遠方視覚部分の屈折パワ
ーから近接視覚部分の屈折パワーまで連続して増加する
中間視覚部分とからなるプログレッシブ眼鏡用レンズに
おいて、屈折パワーの増加が屈折率の変化により生ずる
ように前記レンズの材料の屈折率を変化させること、レ
ンズの前面と後面とを回転対称面とすること、屈折パワ
ーの増加と映像誤差の修正の両者がともに屈折率の変化
によって得られるようにすることを特徴とするプログレ
ッシブ眼鏡用レンズ。 - 【請求項3】レンズの軸線(y軸)はレンズの垂直軸で
あることを特徴とする請求項1または2記載のプログレ
ッシブ眼鏡用レンズ。 - 【請求項4】レンズの軸線(y′軸)が、近接視覚のた
めに視線を下げた時に生ずる両眼の収斂に従って垂直に
対し回転されることを特徴とする請求項1または2記載
のプログレッシブ眼鏡用レンズ。 - 【請求項5】y軸またはy′軸に近接する交差線の曲率
半径の変化は近接視覚部分においてy軸またはy′軸か
らの距離の増加に従って大きくなることを特徴とする請
求項1、3または4記載のプログレッシブ眼鏡用レン
ズ。 - 【請求項6】x′=0に対する曲率半径は、サジタル屈
折パワーS′sagが子午線屈折パワーS′merと殆ど等し
くなるように選ばれることを特徴とする請求項1、3〜
5のいずれか1項記載のプログレッシブ眼鏡用レンズ。 - 【請求項7】屈折パワーの増加および非点収差の修正に
対して寄与する屈折率関数には下式が適用されることを
特徴とする請求項2〜5のいずれか1項記載のプログレ
ッシブ眼鏡用レンズ。 n(x、y)=n(y)+2n2(y)*x2/ (1+(1−(χ(y)+1)*4n2 2(y)*x2))1/2 または、 n(x、y′)=n(y′)+2n2(y′)*x2/ (1+(1−(χ(y′)+1)*4n2 2(y′)*x2))1/2 (式中n(y)、n2(y)およびχ(y)はyの関数で
る。) - 【請求項8】χ(y)一定=0であることを特徴とする
請求項7記載のプログレッシブ眼鏡用レンズ。 - 【請求項9】下式が適用されることを特徴とする請求項
7または8記載のプログレッシブ眼鏡用レンズ。 n(y)=a/(b+y)+n4(y)x4+n6(y)x6 または、 n(y′)=a/(b+y′)+n4(y′)x′4+n6(y′)x′6 (式中bは定数、n4(y)およびn6(y)はyの関数で
ある。)
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