JP5096662B2 - レンズを製造する方法およびこの方法により製造されたレンズ - Google Patents

Description

本発明は、球面、円筒面および軸線のような、屈折異常症の人の補正すべき目の中央収差が補償されるレンズ、特に眼鏡レンズを製造する方法に関する。また、本発明は、この方法を使用して製造されるレンズに関する。

目の屈折異常は、一般に、視力を高めるために眼鏡レンズまたはコンタクトレンズにより補正される。この目的で、視力を上昇させるのに最適である眼鏡レンズまたはコンタクトレンズの、球面、円筒面および軸線のような屈折値が、主観的または客観的な測定方法で定められる。次いで、これらのデータは、公知の方法で２つの屈折表面を有する眼鏡レンズに組み入れられ、この場合、目から離れた方の表面は、一般に、球状表面であり、批点収差の存在を仮定すると、目に面した方の表面は、軸方向位置に応じて目の前方で回転される円環状表面である。

眼鏡レンズを通して横方向に見る場合に起こる収差は、非球状および非円環状表面、球面または非円環面から逸脱している表面をそれぞれ構成する非球状および非円環状表面を使用することによって減じられる。収差を減じるためのこのような表面の使用は、長期の間、すでに実施されてきた。同様に、不規則に成形された表面、いわゆる自由形状の表面が知られており、これらの表面は、特に漸進レンズの場合、調節を支持するために近帯域におけるパワーの上昇を達成するために使用される。ＣＮＣ制御式グラインダ、微粉砕機および仕上げ機械によるこのような表面の製造も、同様に従来技術から知られている。

更に、球面、円筒面および軸線の前述の値を定め得るだけではなく、これ以上の高次の収差も測定し得る、波面検出のような屈折測定方法が知られている。これらの収差は、目の瞳の開口の関数である。

瞳孔の大きさは、とりわけ、周囲の明るさ、医薬および検査される人の健康により影響される。健康な大人では、瞳孔は、２．０ｍｍと７．０ｍｍとの間で変動する。瞳孔は、日中では夕暮れ時または夜間より小さい。

屈折測定方法が、ヨーロッパ特許第６６３１７９Ａ号から知られている。この文献は、コンタクトレンズを備えた目に対して屈折測定が受けられることもできる方法を述べている。測定は、コンタクトレンズ／目系統の異なる箇所で受けられる。第１工程では、光源が、複数の点光源およびスリット形の光源よりなる群から選択される光ビームが発生される。その後、この光ビームは、角膜まで目の中へ直接案内され、そしてこの光ビームは、そこから始まって反射される。従って、反射された光ビームは、走査開口に当る。走査開口への光の通過が、カメラにより撮像され、このカメラは、像信号を発生する。この信号は、モニタに表示される。この方法および装置もまた、目の光学的欠陥、変形または収差を測定するために使用される。

更に、ドイツ特許第１９９５４５２３号は、コンタクトレンズの製造方法を開示しており、第１工程は、目の光屈性異常を定めるためにいわゆる波面検出方法を使用することであり、軟質のコンタクトレンズが、カメラに取付けられる。屈折測定は、コンタクトレンズを着座させた状態で行なわれ、その後、レーザー光線により支持された物質の除去方法が、目から離れたコンタクトレンズに適用される。レーザーにより支持された物質の除去のために、コンタクトレンズは、光学的補正データにより定められる表面パワーがコンタクトレンズにおいて得られるような表面形状をとっている。更に、目の表面位相幾何学に関する情報が得られ、この情報もまた、同様に、補正に組み込まれる。

普通の屈折異常の補正に加えて、目の球面収差の補正を許容する方法が、米国特許第６，２４４，２１１号から選び出されるべきである。各場合に、ゼロ球面および非点収差作用のために設計された種々の非球面コンタクトレンズが目に取付けられる。これらのレンズは、目の球面収差を如何にできるだけ最良に補正することができるかを定めるために使用される。この情報は、視力の光学的補正を許容し、患者に合わされる非球面レンズを定めるのに使用される。最後に、ドイツ特許第１００２４０８０Ａ１号は、人間の目の屈折異常の完全な補正が可能である方法を開示しており、この目的で、波面分析装置が使用される。ここでの目的の趣旨は、目自身の外科補正である。瞳孔が高次の収差に依存していることは、考慮に入れられない。

瞳孔の大きさは、健康な中年の大人では、日中で３．０ｍｍないし３．５ｍｍである。瞳孔の大きさは、年が増えるにつれて、ほぼ２．０ｍｍないし２．５ｍｍまで減少する。瞳孔の大きさが暗くなるにつれて７．０ｍｍまで大きくなることができる。その結果、高次の誤差の影響が変化する。

従って、本発明の目的は、高次の収差がかなり減じられるように、光学的表面を構成することができるように眼鏡レンズを製造し得、それにより最大の視力を許容する眼鏡レンズが製造される別の方法を創案することである。

本発明によれば、この目的は、少なくとも１つの目視方向について、屈折異常の光屈折補正が行なわれ、視力および／またはコントラスト目視に対する影響が補正すべき目の瞳孔の大きさの関数である高次の収差がレンズにより補正されるように、レンズの少なくとも１つの屈折面を構成することによって達成される。

瞳孔の大きさの関数である高次の収差は、主として、球面収差、高次の非点収差、非対称収差、コマ収差、および三つ葉（三つ葉クローバ）収差（ｔｒｅｆｏｉｌ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）である。これらの収差は、理想的な近軸像のから偏りである。球面収差に関しては、入射する近軸ビームが異なる入射高さでレンズに当り、従って近軸ビームが焦点Ｆ′のところで光軸を切込み、有限の高さで入射するビームが他の中断距離を有することは理解されよう。

コマ収差は、一般に、大きな開口角度でビームにより軸線を外れた物体点を結像する場合に起こり、球面収差と非点収差とが重ね合わされ、そして物体と、３次の近似値に対する瞳の高さの平方とに比例する収差として理解されている。この場合に生じるものは、尾部が外部または内部非対称収差の場合に光軸から離れるか或いは向かう方向を指している非対称の非球面上の彗星型散乱画像、および部分的に形成された回折リングのみを有する対応点像広がり関数である。三つ葉収差は、３次の非対称収差に重ね合わされるが、子午線方向の矢状光線の結像のみが補正されるなら、残留収差のままである。これにより像点として３方向の星形を生じる。

例えば波面検出方法のような屈折測定方法は、屈折異常症の目の屈折値を定めるために使用され、これは、球面、円筒面および軸線が定められることを意味している。しかも、円筒面および軸線が定められる。更に、この方法は、角膜、目の水晶体およびガラス状体液を通して透過光測定を行うために使用されることができ、それにより、瞳孔の関数である高次の収差が定められる。結果は、角膜、目の水晶体、ガラス状体液および瞳孔の光学的効果の組み合わせから生じる収差を含んでいる。

かくして、得られた情報は、従来技術に対応する算出および製造方法を使用することにより眼鏡レンズの少なくとも１つの屈折面、主に後面に組み入れられることができる。

かくして、球面、円筒面、軸線の近軸値により表される予め補正可能な誤差に加えて、瞳の開口の関数であるものを補償する眼鏡レンズが設計される。その結果、少なくとも１つの目視方向のためのかなり高い視力を眼鏡着用者に与える眼鏡レンズが、屈折異常症の人および正常視の(正しく見える)人のために作成される。従って、最良の可能な視力は、近軸値に対する補正によってだけではなく、高次の収差に対する補正によっても与えられる。

１つの非球状面を導入することによって最も高い視力の領域が形成されることが、有利な方法でもたらされることができる。

非球面としてのほとんどの視力の領域の設計は、この屈折面が球状面から逸脱していることにより非常に有利である。この表面は、球状面から逸脱している。かくして、レンズの曲率は、球状面とは異なっており、軸方向に遠いビームは、球状面の使用の場合よりも弱く或いは強く屈折され、それにより、光ビームを焦点Ｆ′で再集合させることが可能である。

本発明の模範的な実施の形態を図面により以下により詳細に説明する。

図１は、レンズ２と関連して目の系統を示している。レンズ２は、好ましくは、眼鏡レンズであるが、もちろん、コンタクトレンズまたは眼内レンズであることもできる。レンズ２は、ガラスおよび／またはプラスチックから形成されることができる。また、屈折異常を補正するように互いに組合わされるべき異なるレンズ２、例えば、コンタクトレンズおよび眼鏡レンズを設けることも可能である。物体（ここでは図示せず）から発する光ビーム３は、眼鏡レンズ２の光学系を通過し、角膜４、瞳５および目の水晶体６を通って目１の網膜７に達する。網膜７には、光受容体の最も大きい密度が存在する目の窩が位置されている。理想的には、光情報すべてが、窩に差し向けられるべきである。これは、網膜７の窩が、光ビーム３が一ヶ所で交差するべきである焦点Ｆ′を構成することを意味している。しかしながら、これは、小さい瞳孔についてのみ達成される。どの目１でも起こる球面収差のため、目の水晶体６を通る光ビーム３すべてが、焦点Ｆ′または網膜７の窩において集合されるわけではない。更に瞳５の縁部に向かって入射するビーム３は、一般に理想的な交差点Ｆ′から更にずれた箇所で網膜７に切込む。

ここで含まれるものが、原則的に任意の目の補正、すなわち、正しく見える（正常視の）目もの補正であるので、図１におけるレンズ２は、原理の図としてのみ示されている。

球面収差を取り除くために、まず、屈折異常症の目１に特定の情報を得ることが必要である。この目的で、波面収差計、例えば、ハルトマンーシャックセンサを使用することによって作用する波面検出方法が使用される。

図２に示される個々の光ビームのパターンが、網膜７に結像される。目１の収差のために入射光束３のゆがんだ像が、網膜に生じられる。入射ビーム３と同軸に装着されている一体化ＣＣＤカメラが、像が収差無しに定められる非常に小さい立体角でゆがんだ像を撮像する。オフラインプログラムが、網膜７に生じられた点の相対位置に関して入射部分ビーム３の相対位置の所望の／実際の比較により収差を算出する。その後、収差は、ゼルニケ多項式の係数により数学的に示され、そして高さ分布として表される。図３aおよび図３ｂに表された分布は、元のパターンの２つの異なるひずみを備えている。図３aは、図３ｂに対してより僅かにゆがめられた分布を示している。

補正された球面収差を有するレンズ２と関連した目の系統が図４に示されている。

波面検出方法による目１の測定は、目１の結像特性について、特に、瞳孔５の関数である収差についての正確な結論を生じる。目１の結像特性または目１の球面、円筒面、軸線の近軸値を定めるために、ここでは特別に必要とされる波面を供給することができる任意の設計ユニットを使用することが可能である。

もちろん、近軸値は、屈折測定を介して或いは検影法により定められることもできる。これらの値は、例えば、眼鏡業者により或いは眼科医により定められることができる。検影法は目の屈折を客観的に定めるための手動方法であると理解されよう。この場合、光現象（二次的光源）の移動方向が、被験者の目の角膜で観察され、これにより屈折異常に関して結論が引き出される。

同様に、高次の収差を補正するために、瞳孔５の大きさが、波面検出方法によって定められる。日中の瞳孔５が、夕暮れ時の瞳孔からはっきりそれているので、人の視力も変化してしまうと言うことになる。従って、このような人に、日中に屈折異常を補正するための第１のレンズ２、および夕暮れ時に屈折異常を補正するための更なるレンズ２を適合させることが好都合であることができる。適切なら、必要に応じて、瞳孔５と、この場合に定められる視力との関数として、例えば、夕暮れ時に見るための更なるレンズ２を適合させることも可能である。

得られた情報は、レンズ２の少なくとも一方の表面を変更するために、適切な光学的計算を介して使用され、この模範的な実施の形態は、光ビーム３の前述の理想的な集合が隔膜７の窩で実現されるような視点の周囲におけるレンズ２の後面または目側表面９に関している。目１は、レンズ２無しで測定され、変形された波面が生じられる。球面収差を取り除くために、既に既存している波面に対して反対に形成される波面が生じられるべきである。この反対の波面の情報は、少なくとも１つの非球面が生じられるように、視点８の周囲において後面９においてレンズ２に導入される。

ここで、非球面は、特に、球面形状と異なる回転対称の表面からの部分であると理解されよう。かくして、非球面の形状の結果、光ビーム３は網膜７の窩の焦点Ｆ′で交差する。それにより、非球面収差が取除かれる。視力の目標とする向上に応じて、表面は、同様に非円環表面または自由形状の表面であることができる。

非円環表面は、異なる曲率の２つの相互に直交する主部分を有するよう面からの部分を示しており、この場合、主部分のうちの少なくとも１つを通る部分は円形ではない。

自由形状の表面は、回転対称でも軸対称でもない非球面であると理解すべきである。

目１の開口収差とも称せられる非球面収差の補正は、同様に、レンズ２の目１から離れた方の表面１０における同じ作用で行なわれることができる。同様に、補正は、レンズ２の両面９、１０で実現されることもできる。

球面収差の補正は、基本的には、レンズのすべての形状、詳細には、眼鏡レンズのすべての形状について可能である。単視力レンズおよびプリズム作用を有する単視力レンズの場合、眼鏡レンズ２は、非球面を挿入することによって視点８の周囲で変更される。

特に眼鏡レンズの場合、２重視力レンズ（２焦点レンズ）と３重視力レンズ（３焦点レンズ）とを区別するために、多数の光屈折作用が使用される。２重視力レンズの２つの部分、すなわち、遠視部分および読取り領域は、異なる屈折力を有していて、特に、遠距離用レンズおよび近距離用レンズの両方を必要とする老眼の人用に意図されている。読取り領域が更に読取り距離用の部分と、例えば、全読取り領域の作用の半分を有する中間距離用の部分とに分割されている場合、３重視力レンズ、すなわち、３つの作用を有するレンズが暗示される。

融着読取り領域を有する２焦点レンズの場合、主レンズと読取り領域の材料との間の分離面が、適切に構成されることができる。この場合、非球面が、遠視部分に一旦挿入され、読取り領域に一旦挿入される。僅かに低減された視力の眼鏡レンズ２の普通領域への最大視力領域８の変化は、縁部のところで急激の行なわれることができ、或いは緩やかな或いは滑らかな変化によっても行われることができる。このような滑らかな変化のためには漸進レンズが使用される。

漸進レンズは、全領域の一部にわたって収束作用の連続的な変化を伴う非回転対称の表面を有する眼鏡レンズ２であると理解されよう。それにより、漸進レンズの場合に球面収差を補正するために、遠距離および近距離用の２つの視点の周囲がそれぞれ変更される。また、所望なら、漸進帯域が組み入れられることが可能である。

図５は、瞳の直径Ｐの関数として、正常に見る（正常視の）目１の球面収差を示している。球面収差は、瞳の直径ｐの大きさに伴って補正されることがわかるべきである。これは、瞳５が大きくなるにつれて球面収差も成長することを意味している。この模範的な実施の形態では、瞳の直径ｐは６ｍｍの大きさを有している。瞳の縁部の近傍のビーム３では、目１は、０．５ｄｐｔの屈折異常で近視である。２ｍｍの瞳の直径ｐでは、球面収差は、ほぼ−０．０７５ｄｐｔである。もっと高次の収差または球面収差は、模範的な実施の形態では、瞳５にわたって回転対称であると考えられ、従って、その横断面により表されることができる。

図６は、曲げ率０ｄｐおよび屈折率ｎ＝１．６の眼鏡レンズ２についての瞳の直径ｐの関数として球面収差の補正の矢（sagitta）ｈを示している。湾曲屈折面の渦Ｓと光軸に対する垂線の天頂点Ｌとの間隔では、矢ｈは、高さＨのところに当るビームの入射点Ａにより示されている(図７)。この模範的な実施の形態は、図５に示される球面収差を補正するために、図４に示される眼鏡レンズ２の目側表面９にどの補正を加えなければならないかを示している。この場合に含まれるものが、球面形状から逸脱した表面、すなわち、非球状表面であることをわかり易い。

レンズ２は、屈折異常の光屈折補正と、少なくとも１つの目視方向のための高次の少なくとも１つの収差の補正との目的を果たす少なくとも１つの屈折面に屈折および／または回折構造を有している。レンズ２、特に眼鏡レンズのたった１つの表面９または１０にこのような構造を備えることが好適である。この表面９または１０は、好ましくは、屈折構造のみを有している。例えば、コンタクトレンズおよび眼鏡レンズに回折構造を使用することができる。かくして、極めて微細な調和状態の非常に多い同心に配列されたリングが、コンタクトレンズの後方に設けられることができる。これらの「溝」は、肉眼では見たり感知したりできない。しかしながら、これらの溝は、涙でいっぱいになる。これらの２つの構造は、光の屈折に加えて光の分割を生じる。かくして、焦点の移動深度で多視作用を有するレンズ２が作成される。近くから遠くまでの視覚的印象が、網膜７に同時に且つ異なる鮮明さで結像されることができる。

それにより、球面収差だけではなく、高次のいずれの他の収差も、非球状表面の使用によりかなり減じられるか、或いは除去されることができる。高次の誤差の少なくとも５０％、好ましくは７５％が、単に球面、円筒面および軸線のような中央収差を補正することによって補償されることができる。また、高次の収差が、例えば、レンズ２、好ましくは眼鏡レンズの少なくとも１つの屈折面９および／または１０に適切に計算された補正面（球面、非円環面または自由形状面）を適用することによるような補正手段によって補償されることができる。しかしながら、球面収差の少なくとも５０％を補償するのに、例えば、球状同等物（sph+zyl/2）の補正がすでに十分であることを確立することも可能であった。

球面収差の少なくとも５０％、好ましくは８５％が、単に中央収差の補正により補償されることができる。それにより、レンズ、特に眼鏡レンズを製造するときに考慮に入れられる必要があるパラメータの数を中央収差まで減らすことができる。その結果、比較的複雑な表面、例えば、自由形状の表面を、簡単な構造化表面、例えば、回転対称の非球状表面と取り替えることが可能であり、これにより製造を簡単にする。

未補正の球面収差の場合におけるビーム束の原理の図である。 投射された元のパターンの原理の図である。 ひずみを有する反射された分布の原理の図である。 ひずみを有する反射された分布の原理の図である。 補正された球面収差の場合におけるビーム束の原理の図である。 目の未補正の球面収差の図である。 球面収差の補正の図解の模範図である。 眼鏡レンズの渦Ｓと光軸における天頂点Ｌとの間の距離として定められる矢ｈを示す図である。

Claims (14)

1. 屈折異常症の人の補正すべき目の収差が補償されるレンズを製造する方法において、
   少なくとも１つの屈折面を有するレンズの前記屈折面を変更して、少なくとも１つの目視方向の少なくとも１つの高次の収差を補正するステップを含み、
   前記変更が、前記少なくとも１つの目視方向に、屈折異常の光屈折補正と、視力および／またはコントラスト目視に対する影響が補正すべき目（１）の瞳孔（５）の大きさの関数である高次の収差の少なくとも１つの補正とを果たす、球面、円筒面または円環状面を、レンズ（２）の少なくとも１つの屈折面（９、１０）上に設けることを含み、
   前記少なくとも１つの高次の収差が、前記球面、前記円筒面または前記円環状面のみによって補償され、収差を補正するのに必要とされる値が、屈折および波面を測定することにより定められることを特徴とするレンズを製造する方法。
2. ゼルニケ多項式の係数により示される少なくとも１つの高次の収差の少なくとも５０％が補償されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの高次の収差の少なくとも７５％が補償されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 球面収差、コマ収差及び三つ葉収差の少なくとも一つが、高次の収差として補正されることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
5. 収差を補正するのに必要とされる値が、さらに検影法により定められることを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
6. 波面はハルトマンーシャックセンサで測定されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記瞳孔（５）の大きさは、高次の収差を補正するために定められることを特徴とする請求項１ないし６のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
8. ゼルニケ多項式の係数により示される球面収差の少なくとも５０％が、前記球面、前記円筒面または前記円環状面によって補償されることを特徴とする請求項１ないし７のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
9. ゼルニケ多項式の係数により示される球面収差の少なくとも８５％が、前記球面、前記円筒面または前記円環状面によって補償されることを特徴とする請求項１ないし８のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
10. 最大視力領域（８）から僅かに減少された視力の領域への変化が縁部（１１）を介して行なわれることを特徴とする請求項１ないし９のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
11. 最大視力領域（８）から僅かに減少された視力の領域への変化が滑らかに行なわれることを特徴とする請求項１ないし１０のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
12. 眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズとしての設計を特徴とする先行する方法の請求項１ないし１１のうちのいずれか１つの項により製造されたレンズ。
13. 光屈折補正表面（９、１０）用、屈折異常の光屈折補正用、および少なくとも１つの目視方向のための高次の少なくとも１つの収差の補正用の、少なくとも１つの屈折表面（９、１０）における屈折および／または回折構造を特徴とする請求項１２に記載のレンズ。
14. ガラスおよび／またはプラスチックの材料を特徴とする請求項１２または１３に記載のレンズ。

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