JP7117877B2 - 眼鏡レンズの製造精度の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、眼鏡レンズの製造精度の評価方法に関し、特に、眼鏡レンズの物体側の物体側面に、この物体側面から突出する微小な凸部が形成された眼鏡レンズの製造精度の評価方法に関する。

特許文献１（米国出願公開第２０１７／１３１５６７号）には、眼鏡レンズの物体側の凸面に、例えば、直径１ｍｍ程度の球形状の微小凸部を形成し、近視等の屈折異常の進行を抑制する眼鏡レンズが製造されている。これにより、凸面を通過した光が網膜上に焦点を結ぶ場合に、微小凸部を通過した光が手前側で焦点を結ぶため、近視の進行が抑止される。

米国出願公開第２０１７／１３１５６７号

ところで、このような凸面に微小凸部が形成された眼鏡レンズでは、凸面と微小凸部との屈折力の差は眼鏡レンズの表面の曲面形状及び微小凸部の曲面形状で決まる。しかしながら、眼鏡レンズの表面にハードコート層やＡＲ層を設けると、微小凸部がこれら層に埋もれてしまい、所望の屈折力が得られないおそれがある。このため、製造された眼鏡レンズが所望の光学性能を有しているかどうか評価することが望まれるが、所望の光学特性が得られているかどうかについて、検査方法が存在しなかった。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、物体側の面に微小凸部が形成された眼鏡レンズの評価方法を提供することを目的としている。

本発明の一実施例は、眼鏡レンズの物体側の物体側面に、物体側面から突出する微小な凸部が形成された眼鏡レンズの製造精度の評価方法であって、眼鏡レンズの物体側面の形状を測定する形状測定ステップと、測定した形状に基づく眼鏡レンズモデルと、眼球モデルとを含む実機仮想モデルを設定する実機仮想モデル設定ステップと、実機仮想モデルに対して光線追跡計算を行い、眼球モデルの網膜の手前で光線が収束する実機収束位置を特定する実機収束位置特定ステップと、実機収束位置に基づき、眼鏡レンズの製造精度の評価を行う評価ステップと、を含む。

上記の実施例によれば、眼鏡レンズの物体側面の形状を測定し、測定した形状に基づき実機仮想モデルを設定し、この実機仮想モデルにおける実機収束位置を特定することにより、眼鏡レンズが所望の光学性能を有しているかどうかを評価することができる。

本発明によれば、物体側の面に微小凸部が形成された眼鏡レンズの評価方法を提供することができる。

本実施形態の製造精度の評価方法の対象となる眼鏡レンズの形状を示す正面図である。 図１に示す眼鏡レンズの断面図である。 図１に示す眼鏡レンズにより近視等の屈折異常の進行を抑制する原理を説明するための図であり、凸面に入射した光の経路を示す。 図１に示す眼鏡レンズにより近視等の屈折異常の進行を抑制する原理を説明するための図であり、凸部に入射した光の経路を示す。 本実施形態による眼鏡レンズの検査方法の流れを示すフローチャートである。 設計情報に基づき設置された設計モデルを示す図である。 光線が集光する位置を特定する方法を説明するための図（その１）である。 光線が集光する位置を特定する方法を説明するための図（その２）である。 光線が集光する位置を特定する方法を説明するための図（その３）である。 光線が集光する位置を特定する方法を示すフローチャートである。 設定された実機仮想モデルを示す図である。 別の形態の眼鏡レンズの正面図である。

以下、本発明の眼鏡レンズの製造精度の評価方法の第１実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の製造精度の評価方法の対象となる眼鏡レンズの形状を示す正面図である。また、図２は図１に示す眼鏡レンズの断面図である。なお、図２では説明のため、凸面に形成された凸部の数を減らして示している。

図１に示されているように、眼鏡レンズ１は、眼鏡レンズ本体２を備え、眼鏡レンズ本体２は、物体側の凸面３と、眼球側の凹面４とを有している。眼鏡レンズ１は、さらに、眼鏡レンズ本体２の凸面３及び凹面４上に形成されたハードコート層８と、各ハードコート層８の表面に形成された反射防止膜（ＡＲ膜）１０と、を備えている。

眼鏡レンズ本体２の凸面（ベース面）３には、中心軸の周囲に周方向および軸方向に等間隔に微小な凸部（セグメント）６が形成されている。凸部６は、表面が例えば、直径１ｍｍ、高さ０．８μｍ、曲率８６ｍＲの球面状になっている。

眼鏡レンズ本体２は、例えば、チオウレタン、アリル、アクリル、エピチオ等の熱硬化性樹脂からなる。なお、眼鏡レンズ本体２を構成する樹脂として、所望の屈折度が得られる他の樹脂を選択してもよい。

また、ハードコート層８としては、例えば、熱可塑性樹脂、またはＵＶ硬化性樹脂を用いることができる。ハードコート層８は、ハードコート液に眼鏡レンズ本体２を浸漬させる方法や、スピンコートなどを使用することにより形成することができる。

反射防止膜１０は、例えば、ＺｒＯ₂，ＭｇＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の反射防止剤を真空蒸着により成膜することにより、形成されている。

上述した特許文献１にも記載されているように、眼鏡レンズ１の凸面（物体側面）３に凸面の曲率と異なる曲率の球面形状の微小凸部（セグメント）６を形成することで、眼鏡装用者の近視等の屈折異常の進行を抑制できることが知られている。図３及び図４は、図１に示す眼鏡レンズにより近視等の屈折異常の進行を抑制する原理を説明するための図であり、図３は凸面に入射した光の経路を示し、図４は凸部に入射した光の経路を示す。図３に示すように、眼鏡レンズ１の凸面３に入射した光は、眼球２０の網膜２０Ａ上に収束する。これに対して、図４に示すように、眼鏡レンズ１の凸部６に入射した光は、網膜２０Ａの前で収束している。・このように、網膜２０Ａ以外の位置にも焦点を結ばせることにより、近視の進行が抑制されるというものである。

ここで、微小凸部６の屈折力は、眼鏡レンズ１の凸部６以外の部分（以下、基部という）の屈折力より２．００から５．００ディオプター大きいことが好適である。また、微小凸部６の直径は０．８～２．０ｍｍ程度が好適である。なお、眼鏡レンズ１の基部の屈折力は、材料の屈折率、凸面３のカーブ（曲率半径）、凹面４のカーブ（曲率半径）、および、眼鏡レンズ１の肉厚で決まる。そのため、微小凸部６のカーブ（曲率半径）とその肉厚（微小凸部６の高さ）は、好適には、微小凸部６の屈折力が眼鏡レンズ１の基部の屈折力より２．００から５．００ディオプター大きくなるように決定される。具体的には、微小凸部６の高さは０．１～１０μｍ、微小凸部６の曲率は５０～２５０ｍｍＲであることが好適である。また、隣り合う微小凸部６と微小凸部６との距離は、微小凸部６の半径の値と同じ程度であることが好適である。また、複数の微小凸部６はレンズの中心付近にほぼ均一に配置されることが好適である。

次に、このような眼鏡レンズの検査方法について説明する。
図５は、本実施形態による眼鏡レンズの検査方法の流れを示すフローチャートである。
図５に示すように、まず、ステップ１０１において、眼鏡レンズの設計情報に基づき、仮想空間内に微小凸部が形成された眼鏡レンズモデル及び眼球モデルが配置された設計モデルを設定する（設計モデル設定ステップ）。図６は、設計情報に基づき設置された設計モデルを示す図である。図６に示すように、設計モデル３１は眼鏡レンズモデル３０と眼球モデル３２とを含む。眼球モデル３２の眼軸長及び調整量は、矯正を必要としない眼球を想定して設定する。矯正を必要としない眼球の眼軸長は、一般的に２３ｍｍ～２６ｍｍであるため、この範囲内で設定すればよい。後述するステップ１０３では、無限遠の物体点から出射する光線について光線追跡処理を行うため、ステップ１０１では眼球モデル３２の調節量は０に設定する。

また、眼鏡レンズモデル３０としては、設計情報に基づき表面（物体側面）３３に微小な凸部３６が形成されたモデルを設定する。眼鏡レンズモデル３０の表面形状については、度数の入っていない眼鏡レンズ（プラノレンズ）を想定する。具体的には、Ｓ度数を０．００ディオプター、Ｃ度数を０．００ディオプターの平坦面又はカーブを有する眼鏡レンズを想定する。また、眼鏡レンズモデルの凸部３６の形状は、眼鏡レンズの設計情報に基づき、曲率及び配置を設定する。なお、ステップ１０１において、フレームに取り付けられた際の眼鏡レンズの傾き（前傾角及びフレームあおり角）を考慮して、眼球モデル３２に対する眼鏡レンズモデル３０を配置してもよい。

次に、ステップ１０３において、光線追跡処理により、設計モデル３１における網膜３２Ａに対する光線が最も収束する設計収束位置を特定する（設計収束位置特定ステップ）。具体的には、設計モデル３１の任意の面における無限遠の点光源から出射し、眼鏡レンズモデルを通過した光線による輝度分布を表すＰＳＦ（Point spread function：点広がり関数）を求める。ＰＳＦは点光源から発射した多数の光線を追跡し、任意の面上のスポットの密度を計算することで得られる。そして、複数の任意の面のＰＳＦを比較して、複数の任意の面の内、最も光線が集光する位置（面）を特定する。なお、光線の直径は動向径に基づいて設定すればよく、例えば４φとしても良い。

ここで、ステップ１０３において最も光線が集光する位置を特定する方法をより詳細に説明する。図７～図９は、光線が集光する位置を特定する方法を説明するための図である。また、図１０は、光線が集光する位置を特定する方法を示すフローチャートである。

まず、図７に示すように、ステップ２０１において、眼球モデル３２の網膜３２Ａ上の０ｍｍ位置から、所定の距離（例えば、眼球の硝子体の厚みである１６ｍｍ程度の位置）から網膜３２Ａまで所定の離間間隔Δｄ（例えば、０．１ｍｍ）間隔で、測定面Ｐ１、１～Ｐ１、ｎを設定する。なお、離間間隔Δｄは０．２ｍｍ間隔としてもよいし、眼軸の１／５０としてもよい。

次に、ステップ２０３において、光線追跡処理を行い、各測定面Ｐ１、１～Ｐ１、ｎにおける光線の密度を計算する。光線の密度の計算は、例えば、各測定面に格子状のグリッドを設定しておき、各グリッドを通過する光線の数を計算すればよい。

次に、ステップ２０５において、凸部に入射した光線が最大密度となる測定面を特定するため、測定面Ｐ１、１～Ｐ１、ｎの中で上記の所定の距離から最初の極大密度の測定面Ｐ１、ｉを特定する。計算を省くため、測定面Ｐ１から光線の密度の計算を始めて、最初の極大値検出の後、測定面Ｐ１における値と最初の極大値との中間値程度まで光線の密度の計算値が低下したところで、本ステップの計算を打ち切ってもよい。

次に、図８に示すように、ステップ２０７において、最大密度の測定面Ｐ１、ｉの前後の離間距離Δｄ／２の位置に測定面Ｐ２、１及び測定面Ｐ２、２を設定する。そして、ステップ２０９において、測定面Ｐ２、１及び測定面Ｐ２、２における光線の密度を計算する。次に、ステップ２１１において、測定面Ｐ２、１と、測定面Ｐ２、２と、測定面Ｐ１、ｉにおける最大密度の測定面を特定する。

その後、ステップ２１３において、離間距離が十分に小さくなるまで、ステップ２０７～２１１と同様の工程を繰り返す。すなわち、図９に示すように、直前に最大密度となった測定面（図９ではＰ２，２）の前後に、直前の離間距離の半分の新たな離間距離（図９ではΔｄ／４）の位置に新たな測定面（図９ではＰ３、１及びＰ３、２）を設定する工程と、新たな測定面の光線の密度を計算する工程と、直前に最大密度となった測定面及び新たな測定面の中で最大となった測定面を特定する工程とを繰り返す。
以上の工程により、光線が集光する位置を特定することができる。

次に、ステップ１０５において、上記のようにして製造された眼鏡レンズ１（以下、実機という）の凸面３の形状を測定し、凸面３の形状を表す曲面データを作成する（形状測定ステップ）。凸面３の形状は、例えば、光の干渉を利用して測長を行う非接触三次元顕微鏡により測定する。凸面３の三次元形状は、例えば、離散三次元データ（ｘ、ｙ、ｚ）として取得される。

次に、ステップ１０７において、得られた眼鏡レンズ１の凸面形状を示すデータから実機の凸面形状を表す曲面データを生成する。なお、眼鏡レンズ１の凸面形状を示すデータとして、離散三次元データを用いた場合には、例えば、Ｂ－スプライン曲線の集合を生成すればよい。また、測定した離散三次元データにノイズがある場合には、例えば、移動平均処理を行って平均値を用いてもよい。

次に、ステップ１０９において、凸面に微小凸部が形成された実機の眼鏡レンズモデル及び眼球モデルを含む実機仮想モデルを設定する（実機仮想モデル設定ステップ）。図１１は、設定された実機仮想モデルを示す図である。実機仮想モデル１３１は、眼球モデル１３２と、眼球モデル１３２の前に配置された眼鏡レンズモデル１３０とを含む。眼球モデル１３２は、評価対象の眼鏡レンズの処方データに基づき設定される。具体的には、処方データに基づいて、眼球モデル１３２のパラメータとして眼軸長、調節量が設定される。例えば、Ｓ度数が－８ディオプターであれば、眼軸長を２６～２９ｍｍ程度の範囲内で設定すればよい。また、後述するステップ１１１では、無限遠の点光源から出射する光線について光線追跡計算を行うため、ステップ１０９ではステップ１０１と同様に、調節量は０と設定される。また、眼鏡レンズモデル１３０は、ステップ１０７において生成された曲面データに基づき凸面１３３の表面形状が設定される。また、眼鏡レンズ１３２の処方データに基づき凹面１３４の表面形状が設定される。なお、ステップ１０１と同様に、フレームに取り付けた際の眼鏡レンズ１３０の傾き（前傾角及びフレームあおり角）を考慮して、眼球モデル１３２に対して眼鏡レンズモデル１３０を配置してもよい。

次に、ステップ１１１において、光線追跡計算により、実機仮想モデル１３１における網膜に対する光線が最も収束する実機収束位置を特定する（実機収束位置特定ステップ）。なお、ステップ１３１における光線が最も収束する位置の特定は、ステップ１０３と同様に行えばよい。

次に、ステップ１１３において、ステップ１０３で特定された設計収束位置と、ステップ１１１で特定された実機収束位置とを比較し、実機の眼鏡レンズが所望の光学性能を満たすか、即ち、網膜の手前の所望の位置に像を結ばせる機能（光学性能）を備えているかを評価する（評価ステップ）。具体的には、ステップ１０３で特定された設計収束位置の網膜からの距離と、ステップ１１１で特定された実機収束位置の網膜からの距離との差が所定の許容範囲内であれば、評価対象の眼鏡レンズが所望の光学性能を満たすと判定する。なお、実機収束位置の許容範囲としては、例えば、眼鏡レンズの設計情報の加入度が３．００ディオプターのとき、眼球の屈折力を６０Ｄとすると、前処理では網膜の手前およそ（１／６０－１／（６０＋３））×１０００＝０．８ｍｍで焦点を結ぶため、設計収束位置と実機収束位置との差が±０．１ｍｍ（±０．５ディオプター）以内であれば許容範囲内であると判定する。
以上の工程により、眼鏡レンズの製造精度の評価を行うことができる。

なお、上記の実施形態では、図１に示すように、眼鏡レンズ１の凸面３の中央に凸部６が形成された場合について説明したが、眼鏡レンズ１の形態はこれに限られない。図１２は、別の形態の眼鏡レンズの正面図である。図１２に示すように、眼鏡レンズ２０１は、凸面２０３の中心付近には凸部２０６は形成されておらず、中心部の周囲に円環状に複数の凸部２０６が配置されている。このような眼鏡レンズ２０１であっても、本発明により検査を行うことができる。

また、上記の実施形態では、ステップ１０１及びステップ１０３において、設計モデル３１を設定し、この設計モデルに基づき設計収束位置を特定し、ステップ１１３において、この設計収束位置を基準として、眼鏡レンズが所定の光学性を有しているかどうか評価したが、本発明はこれに限られない。例えば、予め、凸部の曲率半径等の条件ごとに設計収束位置を特定してデータベースとして記録しておき、ステップ１１３ではデータベースを参照して、条件に適合する設計収束位置を取得し、基準として用いてもよい。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、ステップ１０５で製造された眼鏡レンズ１の凸面３の形状を測定し、ステップ１０９で測定した形状に基づき実機仮想モデルを設定し、ステップ１１１で、この実機仮想モデルにおける実機収束位置を特定し、ステップ１１３で実機収束位置に基づき、眼鏡レンズの製造精度の評価を行うことにより、眼鏡レンズが所望の光学性能を有しているかどうかを評価することができる。

また、本実施形態によれば、ステップ１０１で眼鏡レンズの設計情報に基づき設計モデルを設定し、ステップ１０３で設計モデルにおける設計収束位置を特定し、ステップ１１３で設計収束位置を基準として眼鏡レンズの製造精度の評価を行うことにより、個々の眼鏡レンズに対して正確に所望の光学性能を有しているかどうかを評価することができる。

以下、本開示の眼鏡レンズの製造精度の評価方法を総括する。
本開示の一実施例は、眼鏡レンズ１の物体側の物体側の凸面３に、凸面３から突出する微小な凸部６が形成された眼鏡レンズの製造精度の評価方法であって、眼鏡レンズ１の凸面３の形状を測定する形状測定ステップ（ステップ１０５）と、測定した形状に基づく眼鏡レンズモデル１３０と、眼球モデル１３２とを含む実機仮想モデル１３１を設定する実機仮想モデル設定ステップ（ステップ１０９）と、実機仮想モデル１３１に対して光線追跡計算を行い、眼球モデル１３２の網膜の手前で光線が収束する実機収束位置を特定する実機収束位置特定ステップ（ステップ１１１）と、実機収束位置に基づき、眼鏡レンズの製造精度の評価を行う評価ステップ（ステップ１１３）と、を含む。

１ 眼鏡レンズ
３ 凸面
４ 凹面
６ 微小凸部
８ ハードコート層
１０ 反射防止膜
２０ 眼球
２０Ａ 網膜
３０ 眼鏡レンズモデル
３１ 設計モデル
３２ 眼球モデル
３２Ａ 網膜
３３ 表面
３６ 凸部
１３０ 眼鏡レンズモデル
１３１ 実機仮想モデル
１３２ 眼球モデル
１３３ 凸面
１３４ 凹面
２０１ 眼鏡レンズ
２０３ 凸面
２０６ 凸部

Claims (6)

1. 眼鏡レンズの物体側の物体側面に、該物体側面から突出する微小な凸部が形成され、ハードコートが施された眼鏡レンズの製造精度の評価方法であって、
   前記凸部の屈折力は、前記眼鏡レンズの基部の屈折力より、２．００から５．００ディオプター大きいものであり、
   設計情報に基づき設定された眼鏡レンズモデルと、眼球モデルとを含む設計モデルを設定する設計モデル設定ステップと、
   前記設計モデルに対して光線追跡計算を行い、前記眼球モデルの網膜の手前で前記凸部を通過した光線が収束する設計収束位置を特定する設計収束位置特定ステップと、
   前記ハードコートが施された眼鏡レンズの前記物体側面の形状を測定する形状測定ステップと、
   前記測定した形状に基づく眼鏡レンズモデルと、眼球モデルとを含む実機仮想モデルを設定する実機仮想モデル設定ステップと、
   前記実機仮想モデルに対して光線追跡計算を行い、前記眼球モデルの網膜の手前で前記凸部を通過した光線が収束する実機収束位置を特定する実機収束位置特定ステップと、
   前記実機収束位置に基づき、前記眼鏡レンズの製造精度の評価を行う評価ステップと、を含み、
   前記評価ステップでは、前記実機収束位置と前記設計収束位置との差が所定の許容範囲内であるかどうかに基づき評価を行う、評価方法。
2. 前記設計モデル設定ステップでは、
   前記眼鏡レンズモデルとして、度数の入っていないレンズの物体側面に前記設計情報に基づく凸部が形成されたモデルを設定する、
   請求項１に記載の評価方法。
3. 前記ハードコートの表面に反射防止膜が形成された、請求項１又は２に記載の評価方法。
4. 前記形状測定ステップでは、前記凸部の形状を測定し、形状データを作成することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の評価方法。
5. 前記眼鏡レンズは、近視の進行を抑制する眼鏡レンズである、請求項１～４のいずれか１項に記載の評価方法。
6. 前記眼鏡レンズが有する凸面に入射した光が、眼球の網膜上に収束するとともに、前記凸部を通過した光が、網膜の手前に焦点を結ぶ、請求項１～５のいずれか１項に記載の評価方法。

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