JP4219546B2

JP4219546B2 - 眼鏡レンズ

Info

Publication number: JP4219546B2
Application number: JP2000317242A
Authority: JP
Inventors: 佳巳小原
Original assignee: セイコーオプティカルプロダクツ株式会社
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: GB2368662A; FR2815427A1; US20020067463A1; DE10151136B4; GB0124986D0; DE10151136A1; JP2002122822A; US6715875B2; FR2815427B1; GB2368662B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、視力補正用の単焦点の眼鏡レンズに関し、特に乱視矯正用の円柱屈折力処方が含まれる眼鏡レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
乱視を矯正するための眼鏡レンズには、円柱屈折力処方が含まれる。従来の円柱屈折力処方を含む眼鏡レンズは、レンズの外面(物体側の面)を球面または回転対称な非球面とし、内面(眼側の面)をトーリック面とすることにより、光軸に垂直な面内で互いに直交する２方向について屈折力に差を与え、これにより乱視を矯正するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の円柱屈折力処方を含む眼鏡レンズは、外面が回転対称面であるため、トーリック面の一方の主経線方向の性能を決定すると、これと直交する他方の主経線方向の性能は一意に決定され、両方向について良好な光学性能を得ることが難しいという問題がある。
【０００４】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、乱視矯正のための円柱屈折力処方を含む場合に、いずれの方向についても良好な光学性能を得ることができる眼鏡レンズの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる眼鏡レンズは、上記の目的を達成させるため、外面、内面の少なくとも一方の屈折面を非球面とし、この非球面が、円柱屈折力処方を加えることにより発生する頂点屈折力が最大となる主経線方向（以下、単に頂点屈折力の最大方向という）と該頂点屈折力が最小となる主経線方向（以下、単に頂点屈折力の最小方向という）との間の方向の非点収差を補正する非回転対称成分を含む非回転対称非球面であることを特徴とする。
【０００６】
上記の眼鏡レンズを具体的に定義すると、以下のようになる。すなわち、枠入れ基準点に立てた非球面の法線をｚ軸、このｚ軸に直交し枠入れ基準点を含む平面内で頂点屈折力が最大となる方向をｙ軸、最小となる方向をｘ軸とし、ｘ−ｙ平面内でｚ軸からの距離ｈ［ｍｍ］、ｘ軸に対する角度θ［ｄｅｇｒｅｅ］の極座標（ｈ，θ）に対応する非球面上の点のｘ−ｙ平面に対するサグ量をｚ（ｈ，θ）としたときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、距離ｈを固定して角度θの関数としてサグ量ｚ（ｈ，θ）の変化を表すと、この関数の極大値と極小値との間を正弦曲線で補完した場合と比較して、極大値の近傍では勾配がより強く、極小値の近傍では勾配がより弱くなることを特徴とする。
【０００７】
さらに別の定義によれば、ｘ軸上のサグ量ｚ（ｈ，０）をｆ（ｈ）、ｙ軸上のサグ量ｚ（ｈ，９０）をｇ（ｈ）としたときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、以下の条件（１）、ｚ（ｈ，４５）＜［ｆ（ｈ）＋ｇ（ｈ）］／２ …（１）を満たすことを特徴とする。
【０００８】
なお、球面屈折力が負の眼鏡レンズの場合には、円柱屈折力をＣＹＬ［Ｄｉｏｐｔｅｒ］としたときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、以下の条件（２）を満たすことが望ましい。
-0.00010 ＜ [z(h,45)-[f(h)+g(h)]/2]/[[f(h)-g(h)] × h × CYL] ＜ -0.00008 …（２）
【０００９】
また、様々な球面屈折力、円柱屈折力、乱視軸方向の組み合わせに対応できるよう、外面を球面、内面を非球面とし、外面が予め成形された半完成の被加工レンズ（セミ品、セミフィニッシュレンズ）をストックしておき、仕様に基づいて内面を加工するのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる眼鏡レンズの実施形態を説明する。まず、図１、図２に基づいて概要を説明した後、具体的な設計例を示す。図１、図２は、実施形態の眼鏡レンズ１を示し、図１は側面断面図、図２は外面側から見た正面図である。
【００１１】
図示した眼鏡レンズ１は、乱視矯正用の円柱屈折力処方を含むレンズであり、外面２が球面、内面３が非回転対称な非球面で構成されている。眼鏡フレームへの取付時に使用者の眼５の瞳位置に一致する位置が枠入れ基準点４である。この枠入れ基準点４を原点とし、原点に立てた内面３の法線をｚ軸、ｚ軸が内面３と交差する点を含みｚ軸に対して垂直な平面内において頂点屈折力が最大となる主経線方向をｙ軸、最小となる主経線方向をｘ軸とする。
【００１２】
実施形態の眼鏡レンズ１は、円柱屈折力処方を加えることにより発生する頂点屈折力の最大方向（ｙ軸）と最小方向（ｘ軸）との間の方向の収差を、内面３の非回転対称非球面により補正している。また、内面３は、円柱屈折力処方に基づく第１の非回転対称成分と、円柱屈折力処方を加えることにより発生する収差を補正する第２の非回転対称成分とを含む。内面３に２つの非回転対称成分を持たせることにより、外面２を球面とすることができ、外面が予め成形された半完成の被加工レンズを作成するのが容易となる。
【００１３】
図２に示すように、内面３上の点の二次元座標は、ｘ-ｙ平面内でのｚ軸からの距離ｈ[mm]とｘ軸に対する角度θ[degree]とにより規定される極座標(ｈ，θ)で定義され、この座標点におけるｘ-ｙ平面に対するサグ量は、ｚ(ｈ，θ)で表されるものとする。また、ｘ軸上のサグ量ｚ(ｈ，０)をｆ(ｈ)、ｙ軸上のサグ量ｚ(ｈ，９０)をｇ(ｈ)とする。
【００１４】
ここでｈを固定してサグ量z(ｈ，θ)を角度θの関数として表すと、円柱屈折力処方を含むレンズではサグ量は図３に示されるようにほぼ正弦曲線的に変化する。図３では、球面屈折力(SPH)６．００[Diopter]、円柱屈折力(CYL)３．００[Diopter]、乱視軸方向(AX)０°のレンズを例として、原点からの距離ｈ＝２０[mm]におけるサグ量を示している。図中の実線は実施形態の眼鏡レンズ１、破線は比較のために実線の極大値と極小値との間を正弦曲線で補完した場合を示している。実施形態の眼鏡レンズ１を表す関数の値は、正弦曲線で補完した場合と比較して、極大値の近傍では勾配がより強く、極小値の近傍では勾配がより弱くなる。図３ではｈ＝２０の場合のみ示されているが、同様の関係が１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても成立する。このように、サグ量の変化の勾配に極大値側と極小値側とで差をつけることにより、円柱屈折力処方を加えたことにより発生する頂点屈折力の最大方向と最小方向との間の方向の収差を良好に補正することができる。なお、図３は、正弦曲線と実施形態の関数の値とを明確にするよう、実際よりも差を大きく示している。
【００１５】
上記の関係を数値的に表現すると次のようになる。すなわち、実施形態の眼鏡レンズ１は、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、以下の条件(1)、
ｚ(ｈ，４５)＜[ｆ(ｈ)＋ｇ(ｈ)]／２ …(1)
を満たしている。サグ量が正弦曲線に沿って変化する場合には、極小値ｆ(ｈ)をとる０°と極大値ｇ(ｈ)をとる９０°との中間、すなわち４５°のサグ量は極小値と極大値の平均値となる。これが条件(1)の右辺である。条件(1)は、実施形態の眼鏡レンズ１のサグ量ｚ(ｈ，４５)が、上記の平均値より小さくなることを表している。そして、この条件(1)を満たす場合には、サグ量の変化が、極大値と極小値とを正弦曲線で補完した場合と比較して、極大値の近傍では勾配がより強く、極小値の近傍では勾配がより弱いこととなる。
【００１６】
なお、球面屈折力が負の眼鏡レンズの場合には、円柱屈折力をCYL[Diopter]としたときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、以下の条件(2)、
-0.00010＜[ｚ(ｈ，45)−[ｆ(ｈ)＋ｇ(ｈ)]／２]
／[[ｆ(ｈ)−ｇ(ｈ)]×ｈ×CYL]＜-0.00008 …(2)
を満たす。極大値と極小値との差は、円柱屈折力CYLが大きくなるほど大きくなる。条件(2)は、極大値と極小値との差がある倍率で変化したときに、４５°でのサグ量と平均値との差が、より大きな倍率で変化することを規定している。この条件(2)を満たすことにより、円柱屈折力CYLが比較的大きい場合にも、収差を良好に補正することが可能となる。
【００１７】
次に、上記実施形態の眼鏡レンズ１について２つの実施例を説明する。ここでは、角度θに応じたサグ量の変化が非正弦曲線となる実施例と、正弦曲線となる比較例とをそれぞれ比較して説明する。
【００１８】
【実施例１】
実施例１の眼鏡レンズは、乱視矯正用の円柱屈折力処方を含むレンズであり、その仕様は表１に示される。表中のSPHは頂点球面屈折力、CYLは円柱屈折力、DIAは直径、CTはレンズ厚、Nは屈折率、R1は外面の曲率半径を示す。内面は、ｘ軸方向とｙ軸方向とで曲率半径やサグ量が異なる。Rsがｘ軸方向の曲率半径、Ryがｙ軸方向の曲率半径を示す。また、ｘ軸方向のサグ量ｆ(ｈ)と、ｙ軸方向のサグ量ｇ(ｈ)とは、それぞれ以下の式で表される。
ｆ(h)=h²/[R2s[1+√(1-(1+Ks)(1/R2s)²h²)]]+A4sh⁴+A6sh⁶+A8sh⁸+A10sh¹⁰+A12sh¹²
ｇ(h)=h²/[R2c[1+√(1-(1+Kc)(1/R2c)²h²)]]+A4ch⁴+A6ch⁶+A8ch⁸+A10ch¹⁰+A12ch¹²
ここでKs,Kcはそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向の円錐係数、A4s,A6s,A8s,A10s,A12sはｘ軸方向の非球面係数、A4c,A6c,A8c,A10c,A12cはｙ軸方向の非球面係数である。
【００１９】
【表１】
SPH -4.00[Diopter] CYL -4.00[Diopter]
DIA 70.0[mm] CT 1.100[mm]N 1.665
R1 742.500[mm]
R2s 135.821[mm] R2c 74.751[mm]
Ks 0.000 Kc 0.000
A4s -5.18578×10^-07 A4c -5.81866×10^-07
A6s 2.30778×10^-10 A6c 2.53653×10^-10
A8s -8.38783×10^-14 A8c -1.66820×10^-13
A10s 1.59041×10^-17 A10c 1.04162×10^-16
A12s 0.00000 A12c 0.00000
【００２０】
表１は、内面についてはｘ軸、ｙ軸に沿う形状を規定するのみである。頂点屈折力の最大方向と最小方向との間の方向の代表的な座標での内面のサグ量を以下の表２に示す。ここでは、極座標ではなく通常の二次元座標で内面上の位置を特定する。表中、横軸の０〜35がｘ軸方向の原点からの距離[mm]、縦軸の０〜35がｙ軸方向の原点からの距離[mm]をそれぞれ示している。実施例１の眼鏡レンズのサグ量は、距離ｈを固定してサグ量ｚ(ｈ，θ)を角度θの関数で表したときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、極大値と極小値とを正弦曲線で補完した場合と比較して、極大値の近傍では勾配がより強く、極小値の近傍では勾配がより弱くなるよう定められている。なお、表２に示されるのは０≦θ≦９０の範囲のみであるが、９０≦θ≦１８０の範囲は表２の値をｙ軸に関して線対称に移動させ、１８０≦θ≦３６０の範囲は０≦θ≦１８０の範囲の値をｘ軸に関して線対称に移動させることにより得られる。
【００２１】
【表２】

【００２２】
図４は、実施例１について、ｚ(ｈ，４５)−[ｆ(ｈ)＋ｇ(ｈ)]／２の値をｈ＝０〜３５[mm]の範囲で計算した結果を示すグラフである。グラフから１０≦ｈ≦２０の範囲で値がマイナスであることがわかる。すなわち、実施例１は条件(1)を満たしている。
また、図５は、条件(2)の中辺の値をｈ＝０〜３５[mm]の範囲で計算した結果を示すグラフである。グラフから１０≦ｈ≦２０の範囲で値が-0.00010と-0.00008との間にあることがわかる。すなわち、実施例１は条件(2)も満たしている。
【００２３】
図６、図７は、実施例１の眼鏡レンズの透過性能を示す三次元グラフであり、図６が平均屈折力誤差、図７が非点収差を示す。グラフ中、平面座標はそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向のレンズ面上の位置[mm]、垂直座標は各収差の発生量[Diopter]を示している。また、図８は、図７に示す非点収差の平面図である。
【００２４】
表３は、表１に示した実施例１と同一の仕様を持つ比較例１のサグ量の分布を示す。実施例１との違いは、比較例１の眼鏡レンズのサグ量は、距離ｈを固定してサグ量ｚ(ｈ，θ)を角度θの関数で表したときに、極大値と極小値とを正弦曲線で補完した点である。したがって、ｚ(ｈ，４５)−[ｆ(ｈ)＋ｇ(ｈ)]／２の値は０となって条件(1)を満たさず、条件(2)の中辺の値も０となって条件(2)を満たさない。
【００２５】
【表３】

【００２６】
図９、図１０は、比較例１の眼鏡レンズの透過性能を示す三次元グラフであり、図９が平均屈折力誤差、図１０が非点収差を示す。また、図１１は、図１０に示す非点収差の平面図である。図６〜８と比較すると、比較例１では非点収差の等高線が頂点屈折力の最大方向と最小方向との間の方向で中心側に入り込んでおり、周辺部の視野が不自然にぼける。これに対して実施例１では、非点収差の等高線がほぼ楕円形であり、視野のぼけも自然に感じられる。
【００２７】
【実施例２】
実施例２の眼鏡レンズは、乱視矯正用の円柱屈折力処方を含むレンズであり、その仕様は表４に示される。表中の記号の意味は実施例１と同一である。
【００２８】
【表４】
SPH -2.00[Diopter] CYL -2.00[Diopter]
DIA 75.0[mm] CT 1.100[mm]N 1.665
R1 370.000[mm]
R2s 175.026[mm] R2c 114.666[mm]
Ks 0.000 Kc 0.000
A4s -2.68725×10^-07 A4c -4.15750×10^-07
A6s 1.31953×10^-10 A6c 2.05382×10^-10
A8s -4.59128×10^-14 A8c -7.49654×10^-14
A10s 7.53092×10^-18 A10c 1.60702×10^-17
A12s 0.00000 A12c 0.00000
【００２９】
表４は、内面についてはｘ軸、ｙ軸に沿う形状を規定するのみである。頂点屈折力の最大方向と最小方向との間の方向の代表的な座標での内面のサグ量を以下の表５に示す。実施例２の眼鏡レンズのサグ量は、距離ｈを固定してサグ量ｚ(ｈ，θ)を角度θの関数で表したときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、極大値と極小値とを正弦曲線で補完した場合と比較して、極大値の近傍では勾配がより強く、極小値の近傍では勾配がより弱くなるよう定められている。なお、表５に示された値を線対称に移動させることにより、全ての範囲のサグ量が得られる。
【００３０】
【表５】

【００３１】
図１２は、実施例２について、ｚ(ｈ，４５)−[ｆ(ｈ)＋ｇ(ｈ)]／２の値をｈ＝０〜３５[mm]の範囲で計算した結果を示すグラフである。グラフから１０≦ｈ≦２０の範囲で値がマイナスであることがわかる。すなわち、実施例２は条件(1)を満たしている。
また、図１３は、条件(2)の中辺の値をｈ＝０〜３５[mm]の範囲で計算した結果を示すグラフである。グラフから１０≦ｈ≦２０の範囲で値が-0.00010と-0.00008との間にあることがわかる。すなわち、実施例２は条件(2)も満たしている。
【００３２】
図１４、図１５は、実施例２の眼鏡レンズの透過性能を示す三次元グラフであり、図１４が平均屈折力誤差、図１５が非点収差を示す。また、図１６は、図１５に示す非点収差の平面図である。
【００３３】
表６は、表４に示した実施例２と同一の仕様を持つ比較例２のサグ量の分布を示す。実施例２との違いは、比較例２の眼鏡レンズのサグ量は、距離ｈを固定してサグ量ｚ(ｈ，θ)を角度θの関数で表したときに、極大値と極小値とを正弦曲線で補完した点である。したがって、ｚ(ｈ，４５)−[ｆ(ｈ)＋ｇ(ｈ)]／２の値は０となって条件(1)を満たさず、条件(2)の中辺の値も０となって条件(2)を満たさない。
【００３４】
【表６】

【００３５】
図１７、図１８は、比較例２の眼鏡レンズの透過性能を示す三次元グラフであり、図１７が平均屈折力誤差、図１８が非点収差を示す。また、図１９は、図１８に示す非点収差の平面図である。図１４〜１６と比較すると、比較例２では非点収差の等高線が菱形であり、周辺部の視野のぼけ方が不自然に感じられる。これに対して実施例２では、非点収差の等高線がほぼ楕円形であり、視野のぼけも自然に感じられる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、サグ量を角度の関数で表したときに極大値側と極小値側とで勾配に差を付けることにより、円柱屈折力処方を加えたことにより発生する頂点屈折力の最大方向と最小方向との間の方向の非点収差の配分を良好にし、自然な視野を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の眼鏡レンズの側面断面図。
【図２】実施形態の眼鏡レンズの外面から見た正面図。
【図３】実施例形態の眼鏡レンズのサグ量を角度の関数として示したグラフ。
【図４】実施例１の眼鏡レンズについて条件(1)に関する値を計算した結果を示すグラフ。
【図５】実施例１の眼鏡レンズについて条件(2)に関する値を計算した結果を示すグラフ。
【図６】実施例１の眼鏡レンズの平均屈折力誤差を示す三次元グラフ。
【図７】実施例１の眼鏡レンズの非点収差を示す三次元グラフ。
【図８】実施例１の眼鏡レンズの非点収差の分布を示す平面図。
【図９】比較例１の眼鏡レンズの平均屈折力誤差を示す三次元グラフ。
【図１０】比較例１の眼鏡レンズの非点収差を示す三次元グラフ。
【図１１】比較例１の眼鏡レンズの非点収差の分布を示す平面図。
【図１２】実施例２の眼鏡レンズについて条件(1)に関する値を計算した結果を示すグラフ。
【図１３】実施例２の眼鏡レンズについて条件(2)に関する値を計算した結果を示すグラフ。
【図１４】実施例２の眼鏡レンズの平均屈折力誤差を示す三次元グラフ。
【図１５】実施例２の眼鏡レンズの非点収差を示す三次元グラフ。
【図１６】実施例２の眼鏡レンズの非点収差の分布を示す平面図。
【図１７】比較例２の眼鏡レンズの平均屈折力誤差を示す三次元グラフ。
【図１８】比較例２の眼鏡レンズの非点収差を示す三次元グラフ。
【図１９】比較例２の眼鏡レンズの非点収差の分布を示す平面図。
【符号の説明】
１非球面眼鏡レンズ
２外面
３内面
４枠入れ基準点

Claims

外面、内面の一対の屈折面を有し、少なくとも一方の屈折面が非球面であり、乱視矯正用の円柱屈折力処方を含む単焦点の眼鏡レンズにおいて、
眼鏡フレームへの取付時に使用者の瞳位置に一致させる位置を枠入れ基準点とし、該枠入れ基準点に立てた前記非球面の法線をｚ軸、該ｚ軸に直交し前記枠入れ基準点を含む平面内で頂点屈折力が最大となる主経線方向をｙ軸、最小となる主経線方向をｘ軸とし、ｘ−ｙ平面内で前記ｚ軸からの距離ｈ［ｍｍ］、前記ｘ軸に対する角度θ［ｄｅｇｒｅｅ］の極座標（ｈ，θ）に対応する前記非球面上の点のｘ−ｙ平面に対するサグ量をｚ（ｈ，θ）としたときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、距離ｈを固定して角度θの関数としてサグ量ｚ（ｈ，θ）の変化を表すと、該関数の極大値と極小値との間を正弦曲線で補完した場合と比較して、極大値の近傍では勾配がより強く、極小値の近傍では勾配がより弱くなることを特徴とする眼鏡レンズ。
外面、内面の一対の屈折面を有し、少なくとも一方の屈折面が非球面であり、乱視矯正用の円柱屈折力処方を含む単焦点の眼鏡レンズにおいて、
眼鏡フレームへの取付時に使用者の瞳位置に一致させる位置を枠入れ基準点とし、該枠入れ基準点に立てた前記非球面の法線をｚ軸、該ｚ軸に直交し前記枠入れ基準点を含む平面内で頂点屈折力が最大となる主経線方向をｙ軸、最小となる主経線方向をｘ軸とし、ｘ−ｙ平面内で前記ｚ軸からの距離ｈ［ｍｍ］、前記ｘ軸に対する角度θ［ｄｅｇｒｅｅ］の極座標（ｈ，θ）に対応する前記非球面上の点のｘ−ｙ平面に対するサグ量をｚ（ｈ，θ）、前記ｘ軸上のサグ量ｚ（ｈ，０）をｆ（ｈ）、ｙ軸上のサグ量ｚ（ｈ，９０）をｇ（ｈ）としたときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、以下の条件（１）、
z(h,45)＜[f(h)+g(h)]/2…（１）
を満たすことを特徴とする眼鏡レンズ。
球面屈折力が負の眼鏡レンズであり、円柱屈折力をＣＹＬ［Ｄｉｏｐｔｅｒ］としたときに、１０≦ｈ≦２０の範囲のいずれの距離ｈについても、以下の条件（２）、
-0.00010＜[z(h,45)-[f(h)+g(h)]/2]/[[f(h)-g(h)]×h×CYL]＜-0.00008 …（２）
を満たすことを特徴とする請求項２に記載の眼鏡レンズ。
前記外面が球面、前記内面が非回転対称非球面であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の眼鏡レンズ。