JP4107679B2 - 視力矯正用レンズ - Google Patents
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Description
従来技術において、多くの累進焦点レンズが周知である。累進焦点レンズは、一般的には遠方視認ゾーン、近方視認ゾーン、及び中間距離視認ゾーンを有し、これらのゾーンのうち、中間距離視認ゾーンは、装用者のレンズを見る人がこのレンズに不連続であることがわからない点で外見的に許容できる方法で近方視認ゾーンと遠方視認ゾーンとを接合する。中間ゾーンは、アイパス(eye path)と呼ばれる線、又は細長い領域(コリドー(corridor))があり、視線が遠方視認ゾーンと近方視認ゾーンとの間を動くときにこれに沿って視線が動き且つこれに沿ってレンズの屈折度がほぼ均等に増加する、という点において光学的に受入れることができなければならない。アイパスは、通常は、このパスに沿った眼の自然集束(natural convergence)を調整するように所定の傾きを持つように選択される。
しかしながら、累進焦点レンズの設計は、従来技術では、遠方視認ゾーンでの光学的特性を最大にすることに集中してきた。これを行うため、遠方視認ゾーンは、正確な屈折度を持ち且つ大きい面積を持つように特定されてきた。これは、眼だけが垂直方向及び水平方向に移動する近方視認ゾーン内においてカバーできる視野が限定されるということを意味する。
実際には、近方視認ゾーンの屈折度は、遠方視認ゾーンの屈折度に追加の屈折度(加入度)を付加することによって、遠方視認ゾーンの屈折度から間接的に決定されている。従来技術の累進焦点レンズの欠点は、適合が困難であるということである。このようなレンズは、フレームの下縁部に対して注意深く計測した瞳孔の高さ及び鼻用フレームの縁部に対して注意深く計測した瞳孔の距離に適合させなければならない。いずれかの計測値における1mm乃至2mm程度の誤差でもレンズの有用性を大きく損なう。
従来技術の他の面では、近方視認において老眼の患者を補助するのに単一視認ゾーンレンズ(single vision lenses)が使用されて来た。このようなレンズは、光学収差が比較的少ない極めて広い近方視認領域を提供する。しかしながら、このようなレンズの欠点は、装用者が利用できる視認距離の範囲を制限することである。これは、患者の不十分な調節力を補うために極めて大きな集束力がレンズに必要とされるため、所定距離よりも遠くにある(典型的には、約0.3m乃至1mよりも遠くにある)物体に焦点が合わないためである。しかしながら、読書用単一視認ゾーンレンズには、適合させるのが容易であるという利点がある。水平方向の適合は、通常は、装用者の近点瞳孔間距離(near pupillary distance)を使用してなされる。垂直方向の適合は、レンズの光学的中心を垂直方向におけるフレームの中央点(いわゆる「フレーム基準」)に配置することによってなされる。かくして、読書用単一視認ゾーンレンズでは、累進焦点レンズで使用されたような、適合させるための特別の方法は必要とされない。
更に、従来技術では、多くの老眼患者にレンズを最適に適合させることができるように遠方視認ゾーン及び近方視認ゾーンに所定範囲の屈折度を提供するため、遠方視認ゾーンの屈折度及び近方視認ゾーンの屈折度が異なる多くの累進焦点レンズのブランク(素材片)を必要とする。視力矯正用レンズを、広範な患者の近方視認及び中間距離視認の必要性を満足させるのに必要な個々のレンズの型の種類を少なくするように設計できる場合には、当該技術分野において大きな利点が得られる。これは、単一視認ゾーンレンズシリーズのブランクの数とほぼ同じである。
従来技術では、遠方視認ゾーンと近方視認ゾーンとの間で屈折度が大きく変化し、屈折度及び収差の勾配が大きくなり、これによって、レンズに許容される適合位置が大幅に制限される。
視力矯正用レンズを、水平方向適合誤差(着用者の瞳孔距離の測定誤差のような誤差)、フレームに固有の垂直方向適合高さ誤差、顔の形態との一致度の誤差に対する感応性を小さくするように設計できるならば、当該技術分野に大きな前進がもたらされる。これにより、このようなレンズは単一視認ゾーンレンズと同様に適合が容易となる。
従って、本発明の目的は、従来技術に関する一つ又はそれ以上の困難性及び欠点を解決するか或いは少なくとも減少させることである。
従って、本発明の第1の特徴により、
所定の高表面屈折度で大きな視認領域に亘って良好な光学的品質を提供する下方視ゾーンであって、前記所定の屈折度は、視認者(装用者)の近距離に対する処方箋(near prescription)(Rx)によって決定され、水平方向適合位置は、通常は、装用者の近点瞳孔間距離によって決定され、垂直方向適合位置は、通常は、垂直フレーム中間点によって決定される、下方視ゾーンと、
中程度又はそれより遠い視認距離に対し、改善された視認範囲を提供する、より低い表面屈折度の上方視ゾーンと、
前記下方視ゾーンと上方視ゾーンとの間に延びている比較的非点収差の少ないコリドー(細長い領域)と、を有し、
下方視ゾーン、上方視ゾーン、及びコリドー内の平均表面屈折度及び/又は表面非点収差の輪郭が、着用者に装着したときの垂直方向レンズ子午線を中心としてほぼ対称である、レンズ表面を含む視力矯正用累進焦点レンズが提供される。
従来技術とは異なり、本発明の特徴は、特に近方視野及び中間視野用に設計された眼鏡を提供する目的で近方視野及び中間視野の両方に重きをおくことである。この結果、近く及び中間距離を見る従来の累進焦点レンズよりも優れたレンズが得られ、このレンズは、ぼやけずにはっきりと見える距離の範囲を大きくした点で読書用単一視認ゾーンレンズよりも優れている。
これを行うため、近方視認ゾーンは、正確な屈折度を持ち且つ面積が大きいように規定され、上方視認ゾーンの屈折度は、近方視認ゾーンの屈折度から屈折度の差を差し引くことによって近方視認ゾーンの屈折度から間接的に決定される。この屈折度の差の大きさは、結果的に得られる上方視ゾーンの屈折度が中間距離の視認に適するように選択される。レンズには遠方視認に適した部分はない。
本発明による累進焦点レンズでは、下方視ゾーンでの光学的特性を最大にし、下方視ゾーンの屈折度から屈折度を差し引くことによって上方視ゾーンの屈折度を間接的に決定してもよい。これは、眼だけを垂直方向及び水平方向に動かすことにより、上方視ゾーン内でカバーできる視認領域が制限されることを意味する。
好ましくは近方視認と、中間距離視認又は遠方視認と、のためにのみレンズを提供することにより、上方視ゾーンと下方視ゾーンとの間の全屈折度の変化が従来の累進焦点レンズよりも実質的に小さくなる。結果的に勾配が小さくなると、コリドーが広幅になり、これにより、水平方向適合誤差に対する許容度が大きくなり、更に、垂直方向適合誤差に対する影響度が小さくなる。
本明細書中で使用されているように、「レンズ」という用語は、特定の患者の処方に合わせて更に仕上げを施す必要がある予め仕上げられたレンズのブランクを含むがこれに限定されない、視力矯正の技術で使用される屈折特性を有するあらゆる形態の光学材料を示す。更に、ガラス製の累進焦点レンズの製造に使用される成形器即ちフォーマー(former)、及びCR39の商標で販売されている材料のようなポリマー材料製の累進焦点レンズを成形するための金型も含まれる。
本明細書中で使用されているように、「非点収差」という用語は、表面上の所定の点において表面に対して垂直な交差平面間でレンズの曲率が変化する度合いの測定値である、表面の非点収差を示す。
本明細書中で使用されているように、「レンズ子午線」という用語は、装用者に装置させたときのレンズの屈折度の累進変化の中心を通って引いた仮想中心線を示す。
本明細書中で使用されているように「ゾーン幅」という用語は、光学的特性の閾値、例えば0.50D表面非点収差輪郭を決定する、表面非点収差、表面屈折度、光学的屈折度若しくは結像不良の程度(index of blur)、又はその他の適当な光学的特性を持つ同じ輪郭間の水平方向距離を示す。
好ましくは、本発明による視力矯正用累進焦点レンズの下方視ゾーンは、比較的大きな近方視認ゾーンを形成している。
下方視ゾーンの所定の屈折度Rxは、例えば、約−5.00D乃至+5.00Dの範囲内にある。
特に好ましい構成では、下方視ゾーンの物理的大きさは、眼だけを動かすことによって、高い鋭敏さで、例えば、約0.3m又は0.4mの距離で、水平方向約24cm×垂直方向12cmの面積に亘って凝視できるのに十分である。
これは、例えば、下方視ゾーンの幅を、屈折度累進中心の下約5mm乃至15mmの垂直方向位置でレンズ表面上で計測して少なくとも16mmにすることによって行うことができる。
上方視ゾーンのゾーン幅は、例えば、屈折度累進中心の上約5mm乃至15mmの垂直方向位置で約10mmである。
好ましくは、上方視ゾーンは比較的大きな中間屈折度の視認ゾーンを構成し、下方視ゾーンは比較的大きな高屈折度の視認ゾーンを構成する。
従って、本発明による視力矯正用累進焦点レンズの光学的特性は、下方視ゾーン及び上方視ゾーンの各々で、同様で好ましくは実質的に対称的に分布している。
視力矯正用累進焦点レンズは、屈折度が一方の視認ゾーンの中心から他方の視認ゾーンの中心まで比較的非点収差の少ないコリドーに沿って均等に変化するように設計されている。
下方視ゾーンと上方視ゾーンとの間のコリドー又はアイパスは、この実施例では、概して垂直なレンズ子午線に沿って延びている。これは、アイパスが傾斜している従来の累進焦点レンズとは対照的である。この利点は、装着時にコリドー又はアイパスは概して垂直であるため、左レンズ及び右レンズを別々に製造する必要がないことである、ということは理解されよう。更に付加的な視覚的利点は、近方視認ゾーンに亘って性能が良好であるということである。これは、装着時にゾーン中心線が垂直方向に配向されるためである。
コリドー又はアイパスは、一方の視認ゾーンから他方の視認ゾーンまでの移行が短い場合には、比較的短くてもよい。約5mm乃至20mm、好ましくは約10mmの累進長さが提供される。コリドーに沿った累進屈折度の大きさは、約0.50D乃至2.00Dの範囲である。
別の好ましい特徴では、平均表面屈折度及び/又は表面非点収差輪郭は、レンズのコリドーの上下の領域でほぼ均等に分かれている。輪郭がこのようにほぼ均等に分かれているため、視野の幅が着実に拡張するが、レンズの上端又は下端で閉じる傾向が最少であるのが好ましい。これは、これらの視認ゾーンの中心とほぼ対応する設計中心から対称的に大きくなるようにレンズが構成された場合に得られる2つの視認ゾーンと対照的である。
更に別の好ましい特徴では、平均表面屈折度及び/又は表面非点収差輪郭は、上下の視認ゾーンに概して半径方向の境界を形成する。
上文中に説明した種類の視力矯正用累進焦点レンズを第1図下の輪郭プロット図に示す。
好ましい実施例では、レンズ表面は、本出願人に賦与された米国特許第4,676,610号、及び米国特許第4,838,675号に開示された種類の等式によって説明でき、これらの特許について触れたことにより、これらの特許に開示されている内容は本明細書中に組み入れたものとする。
これらの特許に開示されているように、平行座標x、yは、多項変換式によって曲線座標u、vに置き換えて定義されている。これらの変換は、曲線座標vが所望の多項式ゾーン境界曲線に沿って一定であるように選択される。次いで、レンズ表面高さを、曲線座標の関数(「最終表面関数」)として定義する。これは、(「ベース表面関数」)及び多項式(「最適化関数」)の和である。
結果的に得られた表面は、球形又は多項式非球面形態を含む任意の回転対称表面形態を上方視ゾーン及び中間の視認ゾーンに有する。下方即ち近方視認ゾーンでは、表面は、上方視ゾーンで起こった表面関数に加えたx及びyの多項式の和である。
次に、本発明を添付図面及び例を参照して更に詳細に説明する。しかしながら、以下の説明は単なる例示であって如何なる意味においても以上の説明の一般性を制限するものではないということは理解されるべきである。
図面において、
第1図は、中間距離視認ゾーンが球面である、以下の例1の曲線関数を使用して形成した累進焦点レンズの表面非点収差の輪郭プロット図である。
第2図は、中間距離視認ゾーンが非球面である、以下の例2の曲線関数を使用して形成した累進焦点レンズの表面非点収差の輪郭プロット図である。
第3a図乃至第3j図は、本発明による一連の10個の視力矯正用累進焦点レンズの表面非点収差の一連の輪郭プロット図である。
レンズの製造及び関連した工具
最終表面関数から累進焦点レンズを製造するための方法は、当業者に周知である。例えば、このような累進焦点レンズの製造は、多数の点、例えば1mm中心、についての高さ値を提供する上文中で言及した最終表面関数を使用し、次いで、数値制御研削盤により、上述の高さ値と対応する多孔質セラミックのフォーマーを製造することによって行うことができる。
次いで、かくして形成された多孔質セラミックフォーマーを従来の方法で使用し、サッグ形成技術によってガラスレンズ又はレンズブランクの累進焦点表面を形成する。多孔質フォーマーは、成形レンズの累進焦点表面を従来のレンズの成形プロセスで形成するのに使用できる金型部品の形成にも使用できる。このようなフォーマーを使用する技術は、例えば、ウィンスロップに賦与された米国特許第4,062,629号に記載されている。
研削手順の固有の制限、及び研削の後、レンズ又はレンズのブランクに所望の累進焦点レンズ表面を形成する前に一つ又はそれ以上の工程を実施する必要があるため、得られた累進焦点レンズ面を数学的に正確な方法で研削盤についての使用説明書を製作するのに使用された表現と合わせることができないということは明らかになろう。このプロセスに固有の別の不正確さは、研削盤が有限の大きさのグリッドを必ず使用することによって生じる。最終表面関数と製造した表面との間の対応は、フォーマーからレンズへ又は型成形を行うフォーマーからレンズへ移動する際に僅かに変化する。しかしながら、実際には、こうして導入された変化は限られており、性能特性を予測できないようなレンズをもたらすことがないということがわかっている。勿論、レンズの形態は、有形の物体であり、この物体の形態は最終表面関数と更にぴったりと対応している。
例 1
この例では平行座標系を導入した。原点をレンズのブランクの幾何学的中心に置き、xは右方に増大し、yは上方に増大する。平行座標から曲線座標への座標変換を使用するのが便利である。曲線座標u及びvは、x及びyに対して以下のように定義される。
x=u (1a)
y=v[fn(u)−Fd(u)]+fd(u) (1b)
式中、fn及びfdは近距離視認ゾーン境界関数及び中間距離視認ゾーン境界関数であり、
これらの関数は、
fn(u)=anu2+bn (2a)
fd(u)=adu2+bd (2b)
によって与えられる。式中、an、bn、ad、bdは定数である。
レンズの表面高さは「最終表面関数(Final Surface Function)」Zf(x,y)によって以下のように与えられる。
Zf(x,y)=Zb(x,y)+Zh(x,y) (3)
式中、Zbは「ベース表面関数(Base Surface Function)」であり、Zhは「最適化関数(Optimisation Function)」である。
Zbは、以下のように与えられる。
Zb(x,y)=Zd(x,y)+Z(x,y) (4)
式中、Zdは、レンズ全体に亘って延びる中間距離視認ゾーンの表面関数であり、Zは「偏差関数(Deviation Function)」である。
中間ゾーン表面関数Zdは、この例では、曲率半径がRbの球面であり、以下のように与えられる。
Zd(x,y)=Rd−[Rd 2−x2−y2]1/2 (5)
偏差関数Z(上掲の等式(4)参照)は、正確には以下のように定義される。
式中、k及びAijは定数であり、Zsは「セグメント」又は「近ゾーン」関数であり、以下のように与えられる。
Zs(x,y)=As[(x−x0)2+(y−y0)2]+
Bs[(x−x0)2+(y−y0)2]2+
Cs[x−x0]4+z0 (8)
式中、As、Bs、Cs、x0、y0、及びz0は定数である。
以上特定したように、レンズ表面高さは、「最終表面関数」Zf(x、y)によって以下のように与えられる。
Zf(x,y)=Zb(x,y)+Zh(x,y) (3)
等式(3)の関数Zhは、正確には、以下のように与えられる。
式中、
は定数である。
以上の等式中に示した種々の定数の数値は、以下の表に記載してある。
中間視認ゾーンが球面である場合の種々の定数の数値は、以下の表に記載してある。
以上のレンズ設計から得られた表面非点収差の輪郭プロットを第1図に示す。
例 2
この例では、例1で説明したのと同様の方法で累進焦点レンズが製造される。この例では、中間ゾーン表面関数Zdは、回転体の非球面であり、これは以下の等式で与えられる。
式中、Ciは定数であり、r=(x2+y2)1/2である。
中間距離視認ゾーンが回転体の非球面である場合の種々の定数の数値を以下の表に示す。
以上のレンズ設計から得られた表面非点収差の輪郭プロットを第2図に示す。
最後に、本明細書中に説明した本発明の精神から逸脱することなく、種々の他の変形及び/又は変更を行うことができるということは理解されるべきである。
Claims (16)
- 眼鏡用の累進焦点レンズであって、
装用者の近距離に対する処方箋(Rx)に応じて決定される所定の表面屈折度を有する下方視ゾーンと、
当該下方視ゾーンよりも表面屈折度が低く且つ狭い上方視ゾーンと、
前記上方視ゾーンと下方視ゾーンとの間に延びているコリドー(細長い領域)と、を有し、
表面非点収差の輪郭が、レンズの中心を通る水平線からの距離に応じて前記上方視ゾーン及び下方視ゾーンの幅が確実に広がるように当該レンズのコリドーの上下の領域で均等に分かれている累進焦点レンズ。 - 下方視ゾーンにおける光学特性が最大化され、前記上方視ゾーンの屈折度が、前記下方視ゾーンの屈折度から屈折度を差し引くことによって間接的に決定されている、請求項1に記載の累進焦点レンズ。
- 前記下方視ゾーンの幅は、屈折度の累進中心の下5mm乃至15mmの垂直方向位置において、レンズ表面上で測定して少なくとも16mmである、請求項2に記載の累進焦点レンズ。
- 前記上方視ゾーン幅は、屈折度の累進中心の上5mm乃至15mmの垂直方向位置において、少なくとも10mmである、請求項3に記載の累進焦点レンズ。
- 前記コリドーの累進長さは5mm乃至20mmであり、累進屈折度の大きさは、0.50D乃至2.00Dである、請求項1に記載の累進焦点レンズ。
- 当該レンズが、少なくとも前記上方視ゾーン及び前記コリドーに対して水平方向に隣接しているレンズの周辺領域を含んでおり、当該周辺領域は前記上方視ゾーン及び前記コリドーよりも少なくとも0.5Dだけ大きい表面非点収差を有している、請求項1に記載の累進焦点レンズ。
- 前記上方視ゾーンから前記下方視ゾーンまでの屈折度の増加が0.5D乃至2.0Dである、請求項1に記載の累進焦点レンズ。
- 眼鏡用累進焦点レンズを提供する方法であって、
一連の2以上の累進焦点レンズ面であって、
下方視ゾーンと、
表面屈折度を前記下方視ゾーンの表面屈折度から徐々に減少させることによって間接的に表面屈折度が決定される上方視ゾーンであって、前記下方視ゾーンよりも狭い前記上方視ゾーンと、
前記上方視ゾーンと下方視ゾーンとの間に延びているコリドーであって、表面屈折度が、前記上方視ゾーンから前記下方視ゾーンまで徐々に増大しており、連続する表面が異なる量の表面屈折度の増加を有しており、表面非点収差の輪郭が、レンズの中心を通る水平線からの距離に応じて前記上方視ゾーン及び下方視ゾーンの幅が確実に広がるように当該レンズのコリドーの上下の領域で均等に分かれている前記コリドーと、を備えた累進焦点レンズ面を提供するステップと、
装用者の近距離に対する処方箋を決定するステップと、
前記一連のレンズ面から装用者用のレンズ面を選択して、近距離視認のための屈折度を下方領域に有し且つ中間距離視認のための屈折度を上方領域に有するレンズを提供するステップと、を含む方法。 - 前記下方領域と前記上方領域との間の表面屈折度の差が、0.5D乃至2.0Dである、請求項8に記載の方法。
- 垂直方向フレーム中間点を有するフレームと、当該フレームに嵌められた累進焦点レンズとを含む眼鏡であって、
装用者が近点瞳孔間距離を有し、前記レンズが水平方向適合位置と垂直方向適合位置とを有しており、
前記レンズが、
近距離視認のための下方視ゾーンであって、装用者の近距離に対する処方箋(Rx)に応じて決定される所定の表面屈折度を有する下方視ゾーンと、
当該下方視ゾーンよりも表面屈折度が低く且つ当該下方視ゾーンよりも狭い中間視認距離のための上方視ゾーンと、
前記上方視ゾーンと下方視ゾーンとの間に延びているコリドーと、を有し、
装用者がかけたときに、前記下方視ゾーン、前記上方視ゾーン及びコリドー内の平均表面屈折度及び/又は表面非点収差の輪郭が、垂直方向レンズ子午線を中心として対称であるように、前記前記水平方向適合位置が前記近点瞳孔間距離に応じて決定され且つ前記垂直方向適合位置が前記垂直方向フレーム中間点によって決定されており、
表面非点収差の輪郭が、レンズの中心を通る水平線からの距離に応じて前記上方視ゾーン及び下方視ゾーンの幅が確実に広がるように、当該レンズのコリドーの上下の領域で均等に分かれている、眼鏡。 - 下方視ゾーンにおいて光学特性が最大化され、前記上方視ゾーンの屈折度が、前記下方視ゾーンの屈折度から屈折度を差し引くことによって間接的に決定されている、請求項10に記載の眼鏡。
- 前記下方視ゾーンの幅が、屈折度の累進中心の下5mm乃至15mmの垂直方向位置において、レンズ表面上で測定して少なくとも16mmである、請求項11に記載の眼鏡。
- 前記上方視ゾーン幅が、屈折度の累進中心の上5mm乃至15mmの垂直方向位置において、少なくとも10mmである、請求項12に記載の眼鏡。
- 前記コリドーの累進長さは5mm乃至20mmであり、累進屈折度の大きさは、0.50D乃至2.00Dである、請求項10に記載の眼鏡。
- 前記レンズが、少なくとも前記上方視ゾーン及び前記コリドーに対して水平方向に隣接しているレンズの周辺領域を含んでおり、当該周辺領域は前記上方視ゾーン及び前記コリドーよりも少なくとも0.5Dだけ大きい表面非点収差を有している、請求項10に記載の眼鏡。
- 前記上方視ゾーンから前記下方視ゾーンまでの屈折度の増加が約0.5D乃至2.0Dである、請求項10に記載の眼鏡。
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