JP7244824B2 - 眼鏡用レンズの設計方法、設計装置、及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、眼球光学系における網膜黄斑部よりも外側の周辺部で増加する収差を低減させるのに好適な眼鏡用レンズの設計方法、設計装置、及びプログラムに関する。
従来の眼鏡用レンズの設計方法として、例えば特許文献1には、何れかの屈折面を非球面形状とするに際し、非球面の式を用いたシミュレーションを行い、目標とする光学特性及びレンズの厚みが得られるように非球面係数値を設定する方法が記載されている。
人は対象物を視認する際、網膜の中心部（黄斑部）で見る中心視だけでなく、黄斑部よりも外側の周辺部で見る周辺視も合わせて使用している。このため、周辺視における視認性が損なわれた場合には、視軸に対し所定角度で傾いて入射した光線は網膜周辺部でボケてしまい有効な視野が狭くなってしまう。
周辺視における視認性が損なわれる例として、眼球内に眼内レンズを挿入した場合が挙げられる。白内障の手術において、水晶体を摘出し、代わりに眼球内に眼内レンズを挿入配置する処置が行なわれた場合、眼内レンズが挿入された眼では、健常な眼と比較して周辺視での画質が劣化することが報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。
また、健常な眼であっても、網膜の周辺部では必ずしも網膜上の１点で結像するわけではなく、黄斑部よりも外側の網膜周辺部では収差が増加している。このような網膜周辺部での収差（軸外収差）は、小児の近視進行の原因のひとつとされている。
IOVS（Investigative Ophthalmology & Visual Science） May 2013 Vol.54 No.5 P3594-3599
しかしながら、上述の特許文献１に記載の設計方法は、網膜周辺部での収差低減を目的としたものではなく、網膜周辺部での収差を低減させることが可能な眼鏡用レンズを設計する方法については開示されていない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、網膜周辺部での収差を低減して、網膜上での結像状態を改善させることが可能な眼鏡用レンズの設計方法、設計装置、及びプログラムを提供する。
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
本発明の第１の態様によれば、前面側の屈折面と後面側の屈折面との少なくとも何れか一面が非球面で構成された眼鏡用レンズの設計方法は、複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデルを構築する眼球モデル構築ステップと、前記眼球モデルの視軸に対し所定角度傾けて光線を入射させ、当該眼球モデルの網膜周辺部での周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得ステップと、前記眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置して前記光学シミュレーションを行い、前記周辺収差を低減させる方向に作用する非球面係数値を求める非球面係数値算出ステップと、前記非球面係数値に基づいて、前記眼鏡用レンズの非球面形状を決定する非球面形状決定ステップと、を有する。
このようにすることで、網膜周辺部での収差を低減して、網膜上での結像状態を改善させることが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
本発明の第１の態様によれば、前面側の屈折面と後面側の屈折面との少なくとも何れか一面が非球面で構成された眼鏡用レンズの設計方法は、複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデルを構築する眼球モデル構築ステップと、前記眼球モデルの視軸に対し所定角度傾けて光線を入射させ、当該眼球モデルの網膜周辺部での周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得ステップと、前記眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置して前記光学シミュレーションを行い、前記周辺収差を低減させる方向に作用する非球面係数値を求める非球面係数値算出ステップと、前記非球面係数値に基づいて、前記眼鏡用レンズの非球面形状を決定する非球面形状決定ステップと、を有する。
このようにすることで、網膜周辺部での収差を低減して、網膜上での結像状態を改善させることが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る眼鏡用レンズの設計方法は、前記眼球モデル構築ステップにおいて、前記光学要素の一つとして水晶体又は眼内レンズを選択してパラメータの値を決定する。
このようにすることで、装用者が眼内レンズを使用しているか否かに応じて、適切な眼球モデルを構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
このようにすることで、装用者が眼内レンズを使用しているか否かに応じて、適切な眼球モデルを構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
本発明の第３の態様によれば、第２の態様に係る眼鏡用レンズの設計方法は、前記眼球モデル構築ステップにおいて、前記光学要素の一つとしてコンタクトレンズを更に選択してパラメータの値を決定する。
このようにすることで、装用者がコンタクトレンズを使用しているか否かに応じて、適切な眼球モデルを構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
このようにすることで、装用者がコンタクトレンズを使用しているか否かに応じて、適切な眼球モデルを構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
本発明の第４の態様によれば、第１から第３の何れか一の態様に係る眼鏡用レンズの設計方法は、前記眼球モデル構築ステップにおいて、生体計測データからモデル化された模型眼の値を用いて複数の前記光学要素のパラメータを決定する。
このようにすることで、眼球モデルの構築を容易且つ迅速に行うことができる。
このようにすることで、眼球モデルの構築を容易且つ迅速に行うことができる。
本発明の第５の態様によれば、第１から第４の何れか一の態様に係る眼鏡用レンズの設計方法は、前記眼球モデル構築ステップにおいて、装用者の眼球を測定して得られた値を用いて複数の前記光学要素のパラメータを決定する。
このようにすることで、装用者の眼球により近似した眼球モデルを構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
このようにすることで、装用者の眼球により近似した眼球モデルを構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
本発明の第６の態様によれば、前面側の屈折面と後面側の屈折面との少なくとも何れか一面が非球面で構成された眼鏡用レンズの設計装置は、複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデルを構築する眼球モデル構築部と、前記眼球モデルの視軸に対し所定角度傾けて光線を入射させ、当該眼球モデルの網膜周辺部での周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得部と、前記眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置して前記光学シミュレーションを行い、前記周辺収差を低減させる方向に作用する非球面係数値を求める非球面係数値算出部と、前記非球面係数値に基づいて、前記眼鏡用レンズの非球面形状を決定する非球面形状決定部と、を備える。
本発明の第７の態様によれば、プログラムは、前面側の屈折面と後面側の屈折面との少なくとも何れか一面が非球面で構成された眼鏡用レンズの設計装置のコンピュータに、複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデルを構築する眼球モデル構築ステップと、前記眼球モデルの視軸に対し所定角度傾けて光線を入射させ、当該眼球モデルの網膜周辺部での周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得ステップと、前記眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置して前記光学シミュレーションを行い、前記周辺収差を低減させる方向に作用する非球面係数値を求める非球面係数値算出ステップと、前記非球面係数値に基づいて、前記眼鏡用レンズの非球面形状を決定する非球面形状決定ステップと、を実行させる。
上述の少なくとも一の態様に係る眼鏡用レンズの設計方法、設計装置、及びプログラムによれば、網膜周辺部での収差を低減して、網膜上での結像状態を改善させることが可能な眼鏡用レンズを得ることができる。
以下、本発明の一実施形態に係る眼鏡用レンズの設計方法及び設計装置について、図を参照しながら説明する。
（眼鏡用レンズの構成）
次に、本実施形態に係る眼鏡用レンズ１（以下、単に「レンズ１」とも記載する。）について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、レンズ１を用いた眼鏡を装用した装用者にとっての前後、左右、及び上下を、それぞれ当該レンズ１における前後、左右、及び上下とする。
次に、本実施形態に係る眼鏡用レンズ１（以下、単に「レンズ１」とも記載する。）について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、レンズ１を用いた眼鏡を装用した装用者にとっての前後、左右、及び上下を、それぞれ当該レンズ１における前後、左右、及び上下とする。
図１は、本発明の一実施形態に係る設計方法により設計された眼鏡用レンズを模式的に示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はｙ軸方向の断面図である。
図１において、レンズ１は、装用者の網膜周辺部での収差を低減可能な単焦点レンズである。図１（ｂ）に示すように、レンズ１は、後面２と前面３とを有している。レンズ１は、後面２が以下の式（１）で定義される凹面とされ、前面３が以下の式（２）で定義される凸面とされる。なお、レンズ１の光学中心（後面２では基点Ｏ１、前面３では基点Ｏ２）を通る前後方向の軸をｚ軸とし、レンズ１の後方に向かう方向をｚ軸の正方向とする。また、ｚ軸はレンズ１の光軸Ｐに一致する。
図１において、レンズ１は、装用者の網膜周辺部での収差を低減可能な単焦点レンズである。図１（ｂ）に示すように、レンズ１は、後面２と前面３とを有している。レンズ１は、後面２が以下の式（１）で定義される凹面とされ、前面３が以下の式（２）で定義される凸面とされる。なお、レンズ１の光学中心（後面２では基点Ｏ１、前面３では基点Ｏ２）を通る前後方向の軸をｚ軸とし、レンズ１の後方に向かう方向をｚ軸の正方向とする。また、ｚ軸はレンズ１の光軸Ｐに一致する。
ｚ＝ｒ２／（Ｒ１＋（Ｒ１
２－Ｋｒ２）１／２）＋ΣＡｎｒｎ …（１）
ｚ＝ｒ２／（Ｒ２＋（Ｒ２ ２－Ｋｒ２）１／２） …（２）
ｚ＝ｒ２／（Ｒ２＋（Ｒ２ ２－Ｋｒ２）１／２） …（２）
上述の式（１）及び（２）において、ｒはｚ軸からの距離である。すなわち、後面２では基点Ｏ１、前面３では基点Ｏ２を中心として、ｚ軸に直交する左右方向の軸をｘ軸、上下方向の軸をｙ軸とする直交座標系を考えたとき、ｒ＝（ｘ２＋ｙ２）１／２である。Ｒ１、Ｒ２は面の頂点における曲率半径であり、定数Ｋは１である。したがって、レンズ１の前面３は球面、後面２は非球面となる。なお、Ｒ１、Ｒ２は処方度数によって決定される。本実施形態では、処方度数はＳ度数である例について説明する。
式（１）に示すように、後面２は、処方度数に基づいて次の式（３）で定義される屈折面のｚ座標値に、ΣＡｎｒｎで表される非球面成分が付加されたものである。
ｚ＝ｒ２／（Ｒ１＋（Ｒ１
２－Ｋｒ２）１／２） …（３）
式（１）の第２項であるΣＡｎｒｎは、装用者の網膜周辺部での収差を低減させる方向に働く非球面成分である。Ａｎはｎ次のｒに対する非球面係数（ｎは正の整数）を表す。この第２項は、例えばＡ６ｒ６＋Ａ８ｒ８＋Ａ１０ｒ１０＋Ａ１２ｒ１２と表すことができる。この場合、６次、８次、１０次、１２次以外の非球面係数値はゼロである。即ち、レンズ１の後面２側の屈折面は、処方度数を実現するための度数成分と、非球面成分とが合成されて形成されている。
また、後面２の屈折面は上述の式（１）に換えて、以下の式（４）を用いて定義することも可能である。
Ａｚ２－２Ｂｚ＋Ｃ＝０ …（４）
ただし、
Ａ＝Ｋ′／Ｒ１
Ｂ＝１＋ΣＵｎｓ２ｎ
Ｃ＝ｓ２／Ｒ１＋ΣＶｎｓ２ｎ＋２
ｓ２＝ｒ２＋ｚ２である。
ただし、
Ａ＝Ｋ′／Ｒ１
Ｂ＝１＋ΣＵｎｓ２ｎ
Ｃ＝ｓ２／Ｒ１＋ΣＶｎｓ２ｎ＋２
ｓ２＝ｒ２＋ｚ２である。
式（４）は、式（１）では形状を表すことが困難なレンズ形状にも対応することができる。なお、式（４）において、コーニック定数Ｋ′は、式（１）における定数Ｋと、Ｋ′＝Ｋ－１の関係にある。また、Ｕｎ及びＶｎは非球面係数である（ｎは正の整数）。Ｕｎは２ｎ次のｓに対する非球面係数、Ｖｎは２ｎ＋２次のｓに対する非球面係数を表す。
例えば、式（４）のＢ及びＣは、以下の式（５）及び（６）のように表すことができる。なお、この場合、ｎ＝１，２，３以外の非球面係数値はゼロである。
Ｂ＝１＋Ｕ１ｓ２＋Ｕ２ｓ４＋Ｕ３ｓ６ …（５）
Ｃ＝ｓ２／Ｒ１＋Ｖ１ｓ４＋Ｖ２ｓ６＋Ｖ３ｓ８ …（６）
Ｃ＝ｓ２／Ｒ１＋Ｖ１ｓ４＋Ｖ２ｓ６＋Ｖ３ｓ８ …（６）
（眼鏡用レンズの設計方法）
次に、眼鏡用レンズ１の設計方法について、図２を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る設計方法における処理の一例を示すフローチャートである。
次に、眼鏡用レンズ１の設計方法について、図２を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る設計方法における処理の一例を示すフローチャートである。
図２に示すように、まず、装用者の処方度数に基づいて、レンズ１の前面３の屈折面、及び後面２の屈折面を決定する「屈折面決定ステップ」を実行する（ステップＳ１）。なお、この屈折面を決定する方法は周知であるため、詳細な説明を省略する。
次に、装用者の眼球に近似する眼球モデルを構築する「眼球モデル構築ステップ」を実行する（ステップＳ２）。
図３は、本発明の一実施形態に係る眼球モデル構築ステップにおける処理の一例を示すフローチャートである。
ここで、図３を参照しながら眼球モデル構築ステップにおける具体的な処理の流れについて説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る眼球モデル構築ステップにおける処理の一例を示すフローチャートである。
ここで、図３を参照しながら眼球モデル構築ステップにおける具体的な処理の流れについて説明する。
眼球モデルは、眼球（眼球モデル）内に入射した光線の網膜上での結像状態に影響を及ぼす複数の光学要素で構成される。具体的には、光学要素として、角膜、瞳孔、水晶体（若しくは眼内レンズ）、網膜、房水、硝子体等を備えている。本実施形態に係る眼球モデル構築ステップでは、装用者の眼球の構成に近似するように、装用者の眼球に眼内レンズが挿入されているか否かに応じて、光学要素の一つとして水晶体又は眼内レンズを選択する（ステップＳ２１）。
また、眼球モデルの光学要素としてコンタクトレンズを含んでもよい。このため、眼球モデル構築ステップでは、コンタクトレンズの有無（眼球モデルを構成する学要素の一つとしてコンタクトレンズを含めるか否か）を更に選択する（ステップＳ２２）。
次に、眼球モデル構築ステップでは、複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定する（ステップＳ２３）。
眼球モデルの構築にあたっては、複数の光学要素それぞれの形状、屈折率、及び各要素間の距離等のパラメータの値を決定する必要がある。例えば、これらパラメータの値として、生体計測データからモデル化された模型眼の値を用いることができる。この模型眼は、例えば、公知の模型眼である、Gullstrand模型眼、Liou-Brennan模型眼、LeGrand模型眼、Walker模型眼、Kooijman模型眼、Navarro模型眼等である。これら模型眼で用いられる光学要素及び各種パラメータの値は、Handbook of Optical Systems, Vol. 4: Survey of Optical Instruments等で参照することができる。
眼球モデルの構築にあたっては、複数の光学要素それぞれの形状、屈折率、及び各要素間の距離等のパラメータの値を決定する必要がある。例えば、これらパラメータの値として、生体計測データからモデル化された模型眼の値を用いることができる。この模型眼は、例えば、公知の模型眼である、Gullstrand模型眼、Liou-Brennan模型眼、LeGrand模型眼、Walker模型眼、Kooijman模型眼、Navarro模型眼等である。これら模型眼で用いられる光学要素及び各種パラメータの値は、Handbook of Optical Systems, Vol. 4: Survey of Optical Instruments等で参照することができる。
また、パラメータの値として、装用者の眼球の各部を実際に測定して得られた値を用いることができる。例えば、光干渉断層計（ＯＣＴ；Optical Coherence Tomography）などの眼部断層撮影装置による撮影データから得た角膜、水晶体、網膜の形状を測定した値を用いることも可能である。また、光学方式または超音波方式を利用した光学式眼軸長測定装置、超音波計測・診断システム等の装置で計測された角膜形状、瞳孔径、前房深度、水晶体形状、視軸長等の測定データを用いることも可能である。なお、光学式の測定装置は透明性が要求されるため、装用者が白内障等を有している場合は超音波式の測定装置が有用である。
なお、眼球モデル構築ステップでは、模型眼の値と、装用者の眼球の各部の測定値とを組み合わせて、各光学要素のパラメータの値を決定してもよい。
図４は、本発明の一実施形態に係る眼球モデルの構成の一例を示す図である。
図４では、図中の上側が装用者の耳側であり、下側が鼻側である。
図４では、図中の上側が装用者の耳側であり、下側が鼻側である。
図４で示す眼球モデル１０は、角膜１２、瞳孔１４、眼内レンズ１６、網膜１８で構成されている。各要素は、その光学中心が視軸２０上に位置するように、視軸２０に沿って図中の前後方向にそれぞれ所定の距離、離間して配置されている。同図において、Ｌ１は図示を省略する物体面から角膜１２の前面１２ａまでの距離である。Ｌ２は角膜１２の前面１２ａと後面１２ｂとの距離である。Ｌ３は角膜１２の後面１２ｂと瞳孔１４との距離である。Ｌ４は瞳孔１４と眼内レンズ１６の前面１６ａとの距離である。Ｌ５は眼内レンズ１６の前面１６ａと後面１６ｂとの距離である。Ｌ６は眼内レンズ１６の後面１６ｂと網膜１８との距離である。
角膜１２については、その前面１２ａ及び後面１２ｂにおける、曲率半径、屈折率、平面視での大きさ（半径）、コーニック定数をパラメータとして決定する。
瞳孔１４については、屈折率、瞳孔の半径、コーニック定数をパラメータとして決定する。
眼内レンズ１６については、その前面１６ａ及び後面１６ｂにおける、曲率半径、屈折率、平面視での大きさ（半径）、コーニック定数をパラメータとして決定する。なお、図３のステップＳ２１において、光学要素として水晶体が選択された場合、眼内レンズ１６と同様に、水晶体の前面及び後面における曲率半径、屈折率、平面視での大きさ（半径）、コーニック定数をパラメータとして決定する。
網膜１８については、曲率半径、平面視での大きさ（半径）、コーニック定数をパラメータとして決定する。
次に、図２に戻り、眼球モデル１０（図４）の網膜１８上での収差を光学シミュレーションにより求める「収差取得ステップ」を実行する（ステップＳ３）。
図５は、本発明の一実施形態に係る眼球モデルのスポットダイヤグラムを示す図であり、（ａ）は網膜中心部における収差を求める場合の説明図、（ｂ）は網膜周辺部における収差を求める場合の説明図である。
図５（ａ）は、網膜１８の中心部における収差を求める場合の説明図である。光学シミュレーションでは、図示を省略した物体面からの光線２４を、視軸２０と平行に、眼球モデル１０に入射させ、この光線２４を光線追跡し、網膜１８の略中心部での光線到達位置をプロットしスポットダイヤグラムを求める。ここでは光線２４として、例えば、波長０．５８８μｍの分割光線２４ａを用いる。部分拡大図Ａで示すように、各分割光線２４ａは、径方向に等間隔とされた同心仮想円上において、周方向に等間隔に位置するように照射される。したがって、光線中心から径方向外方側に向かうほど、同心仮想円上に配置される分割光線２４ａの数が多くなる（図５の部分拡大図Ａの例では、光線中心から６、１２、１８、２４…と６の倍数の数の分割光線２４ａが各同心円上に位置する。）。
図５（ａ）は、網膜１８の中心部における収差を求める場合の説明図である。光学シミュレーションでは、図示を省略した物体面からの光線２４を、視軸２０と平行に、眼球モデル１０に入射させ、この光線２４を光線追跡し、網膜１８の略中心部での光線到達位置をプロットしスポットダイヤグラムを求める。ここでは光線２４として、例えば、波長０．５８８μｍの分割光線２４ａを用いる。部分拡大図Ａで示すように、各分割光線２４ａは、径方向に等間隔とされた同心仮想円上において、周方向に等間隔に位置するように照射される。したがって、光線中心から径方向外方側に向かうほど、同心仮想円上に配置される分割光線２４ａの数が多くなる（図５の部分拡大図Ａの例では、光線中心から６、１２、１８、２４…と６の倍数の数の分割光線２４ａが各同心円上に位置する。）。
収差取得ステップでは、視軸２０と平行に光線２４を入射させたときのスポットダイヤグラムのＲＭＳ（Root Mean Square）半径の値により、網膜１８の中心部における収差を求めることができる。ＲＭＳ半径は光線２４の広がりを示す指標であり、ＲＭＳ半径の値が小さいほど収差が小さく、より良好な結像状態と考えられる。ＲＭＳ半径の値が大きい場合には収差が大きく、網膜１８上に形成されたビームスポットはぼやけたものとなる。
次に、収差取得ステップでは、図５（ｂ）で示すように、光線２４を眼球モデル１０の視軸２０に対し所定角度θ傾けて入射させることで、網膜１８の周辺部でのスポットダイヤグラムを求める。そして、このときのスポットダイヤグラムのＲＭＳ半径の値により、網膜周辺部における収差（周辺収差）を求めることができる。なお、周辺収差を求めるにあたっては、光線２４と視軸２０との角度θを２０度～４０度の範囲に設定することが望ましい。
次に、図２に戻り、眼球モデル構築ステップにより構築された眼球モデル１０における周辺収差を低減する方向に作用する非球面係数値を求める「非球面係数値算出ステップ」を実行する（ステップＳ４）。
図６は、本発明の一実施形態に係る非球面係数値算出ステップの詳細を説明するための第１の図である。
図７は、本発明の一実施形態に係る非球面係数値算出ステップの詳細を説明するための第２の図であり、（ａ）は網膜中心部における収差を求める場合の説明図、（ｂ）は網膜周辺部における収差を求める場合の説明図である。
まず、図６に示すように、眼球モデル１０の前方側（角膜１２の前面１２ａ）から所定距離だけ離間した位置にレンズ１を配置する。このとき、レンズ１の光軸Ｐが眼球モデル１０の視軸２０と一致するように、レンズ１を配置する。同図において、Ｌ７はレンズ１の前面３と後面２との距離（すなわちレンズ中心厚）、Ｌ８はレンズ１の後面２と眼球モデル１０の角膜１２の前面１２ａとの距離である。
図７は、本発明の一実施形態に係る非球面係数値算出ステップの詳細を説明するための第２の図であり、（ａ）は網膜中心部における収差を求める場合の説明図、（ｂ）は網膜周辺部における収差を求める場合の説明図である。
まず、図６に示すように、眼球モデル１０の前方側（角膜１２の前面１２ａ）から所定距離だけ離間した位置にレンズ１を配置する。このとき、レンズ１の光軸Ｐが眼球モデル１０の視軸２０と一致するように、レンズ１を配置する。同図において、Ｌ７はレンズ１の前面３と後面２との距離（すなわちレンズ中心厚）、Ｌ８はレンズ１の後面２と眼球モデル１０の角膜１２の前面１２ａとの距離である。
このように配置されたレンズ１の後面２の屈折面は、上述の非球面の式（１）で定義される。非球面係数値算出ステップでは、式（１）の第２項で表されている非球面係数Ａｎの値を変化させながら、上述の収差取得ステップ（ステップＳ３）と同様の光学シミュレーションを反復し、図７（ａ）で示す網膜中心部における収差と、図７（ｂ）で示す網膜周辺部における収差（周辺収差）とを求める。そして、収差取得ステップ（ステップＳ３）において取得した周辺収差（レンズ１無しの周辺収差）よりも、周辺収差を低減することができる非球面係数Ａｎの値を求める。
また、非球面係数値算出ステップでは、上述の式（１）に代えて、上述の式（４）を用いる場合、式（４）の非球面係数ＵｎおよびＶｎの値を変化させながら、光学シミュレーションを反復する。そして、収差取得ステップ（ステップＳ３）において取得した周辺収差（レンズ１無しの周辺収差）よりも、周辺収差を低減することができる非球面係数Ｕｎ及びＶｎの値を求める。
具体的には、非球面係数値算出ステップでは、複数の非球面係数Ａｎのうち、周辺収差を所定値以上低減できる非球面係数Ａｎの値を求める。例えば、光線２４と視軸との角度θが２０度以上である場合、周辺収差がＲＭＳ半径で１．５μｍ以上低減されることが望ましい。この場合、収差取得ステップ（ステップＳ３）において取得した周辺収差よりも、周辺収差を１．５μｍ以上低減することができる非球面係数Ａｎの値（又は、非球面係数Ｕｎ、Ｖｎの値）を求める。なお、周辺収差を所定値以上低減できる非球面係数が複数ある場合、周辺収差を最も低減できる非球面係数の値を求めてもよい。
次に、図２に戻り、非球面係数値算出ステップにおいて求めた非球面係数Ａｎの値（又は、非球面係数Ｕｎ、Ｖｎの値）に基づいて、レンズ１の後面２の屈折面の最終形状（非球面形状）を決定する「非球面形状決定ステップ」を実行する（ステップＳ５）。本実施形態では、上述の式（１）に示すように、レンズ１の後面２の屈折面の形状は、屈折面決定ステップ（ステップＳ１）において決定されたレンズ１の後面２の屈折面（処方度数に基づいて定義される屈折面のｚ座標値）に対し、非球面係数Ａｎの値から得られる（ΣＡｎｒｎで表される）非球面成分が付加されたものである。したがって、レンズ１の後面の屈折面の最終形状（非球面形状）は、非球面係数の値が決まれば一意に決定できるものとする。式（４）を使用したときも同様である。
以上のように、本実施形態に係る設計方法を用いて眼鏡用レンズ１を設計することにより、装用者の網膜周辺部での周辺収差を低減させることができ、網膜上での結像状態を改善させることができる。ここで、構築する眼球モデル１０は、装用者の眼球に近似するものであることが望ましく、選択する光学要素およびそのパラメータの値は適宜変更可能である。またレンズの非球面を規定する式やその非球面係数値についても適宜変更可能である。
上述のように、周辺収差改善の効果は、眼球モデル１０の視軸２０に対し２０度以上傾けて光線２４を入射させた場合の周辺収差が、ＲＭＳ半径で１．５μｍ以上低減されることが望ましい。その具体例を以下の実施例にて説明する。
［実施例１］
実施例１は、単焦点の眼内レンズ１６を含む眼球モデル１０を構築し、この眼球モデル１０の有する周辺収差を低減することが可能な単焦点レンズ（眼鏡用レンズ１）を設計した例である。本実施例における眼球モデル１０は、Liou-Brennan模型眼のデータに、装用者の瞳孔および眼内レンズ１６に関するデータを測定して追加したものである。本実施例の眼球モデル１０の構成は、図４に示す眼球モデル１０と同じである。
実施例１は、単焦点の眼内レンズ１６を含む眼球モデル１０を構築し、この眼球モデル１０の有する周辺収差を低減することが可能な単焦点レンズ（眼鏡用レンズ１）を設計した例である。本実施例における眼球モデル１０は、Liou-Brennan模型眼のデータに、装用者の瞳孔および眼内レンズ１６に関するデータを測定して追加したものである。本実施例の眼球モデル１０の構成は、図４に示す眼球モデル１０と同じである。
また、本実施例では、上述の眼球モデル構築ステップ（図２のステップＳ２）により、下記表１に示す光学要素及びパラメータの値を用いて、眼球モデル１０を構築した。なお、表１で示す「次の面までの距離」とは、一の光学要素の前面から後面までの距離、又は、一の光学要素の後面から後方に位置する他の光学要素の前面までの距離であり、図４で示されたＬ１～Ｌ６に相当する距離である。例えば、表中の「角膜前面」の「次の面までの距離０．５０ｍｍ」は、次の面である「角膜後面」までの距離（図４で示されたＬ２）が０．５ｍｍであることを意味している。
図８は、本発明の実施例１に係る眼球モデルのスポットダイヤグラムを示す図であり、（ａ）は網膜中心部におけるスポットダイヤグラム、（ｂ）は網膜周辺部におけるスポットダイヤグラムである。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、上述の収差取得ステップ（図２のステップＳ３）により、光学シミュレーションにより求めた眼球モデル１０における網膜１８の中心部及び周辺部におけるスポットダイヤグラムである。図８（ｂ）の例では、光線２４を眼球モデル１０の視軸２０に対し、３１度傾けて入射させた場合に得られた網膜１８の周辺部（中心部よりも耳側の周辺部）のスポットダイヤグラムの図である。図８（ａ）、及び図８（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径の値は、中心部が５．７７５μｍであるのに対し、周辺部が４２．８１４μｍと大きく、眼球モデル１０は周辺部での収差が特に大きいことが分かる。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、上述の収差取得ステップ（図２のステップＳ３）により、光学シミュレーションにより求めた眼球モデル１０における網膜１８の中心部及び周辺部におけるスポットダイヤグラムである。図８（ｂ）の例では、光線２４を眼球モデル１０の視軸２０に対し、３１度傾けて入射させた場合に得られた網膜１８の周辺部（中心部よりも耳側の周辺部）のスポットダイヤグラムの図である。図８（ａ）、及び図８（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径の値は、中心部が５．７７５μｍであるのに対し、周辺部が４２．８１４μｍと大きく、眼球モデル１０は周辺部での収差が特に大きいことが分かる。
なお、図中点線で示されているのは２５μｍピッチの格子である。また、図中の上下方向が装用者の上下方向を、左方向は鼻側、右方向は耳側を示している。これらの点は、以降の図９、図１１、図１２、図１４、及び図１５においても同様である。
次に、この眼球モデル１０の角膜１２の前方に配置した状態で、網膜周辺部での収差を低減することが可能なレンズ１を、本実施形態の設計方法に従って設計した。なお、本実施例で設計するレンズ１は、レンズ度数がＳ０．００Ｄで、後面２が非球面の屈折面で構成された単焦点レンズである。
眼球モデル１０およびレンズ１のパラメータの値は、下記表２の通りである。表２で示す「眼鏡レンズ前面」の「次の面までの距離２．００ｍｍ」は、図６のＬ７に相当する距離（レンズ１の前面３と後面２との距離）であり、また「眼鏡レンズ後面」で「次の面までの距離１２．００ｍｍ」は、図６のＬ８に相当する距離（レンズ１の後面２と眼球モデル１０の角膜１２の前面１２ａとの距離）である。
表２および図６に示すように、上述の非球面係数値算出ステップ（図２のステップＳ４）により、眼球モデル１０の前方にレンズ１を配置した状態で、光学シミュレーションを反復し、周辺収差を低減させる方向に作用するレンズの非球面係数Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を以下の通り求めた。
Ａ６：2.852E-08
Ａ８：5.338E-11
Ａ１０：-8.440E-13
Ａ１２：1.574E-15
Ａ８：5.338E-11
Ａ１０：-8.440E-13
Ａ１２：1.574E-15
なお、上記非球面係数において、Ｅ及びＥの右側の数字は、１０を基数としＥの右側の数字を指数とする累乗を表している。
また、上述の非球面形状決定ステップ（図２のステップＳ５）により、非球面係数Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ａ１２と、上述の式（１）とに基づいて、レンズ１の後面２の非球面形状を決定した。
図９は、本発明の実施例１に係る眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置した場合のスポットダイヤグラムを示す図であり、（ａ）は網膜中心部におけるスポットダイヤグラム、（ｂ）は網膜周辺部におけるスポットダイヤグラムである。
ここで、上述のように設計したレンズ１の有無によるスポットダイヤグラムのＲＭＳ半径を比較する。レンズ１が無い場合、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．７７５μｍ、周辺部が４２．８１４μｍであった。これに対し、レンズ１を前方に配置した場合には、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．８２１μｍ、周辺部が３２．４１０μｍであった。即ち、本実施例のレンズ１を配置することで、網膜１８の周辺部の収差を、ＲＭＳ半径で１０．４０４μｍ低減することができた。人は０．２μｍ程度の収差の違いを見分けることができるとの報告もあることを考慮すれば、眼内レンズ１６を含んで構成された眼球モデル１０に対して、大きな改善効果があることが分かる。
ここで、上述のように設計したレンズ１の有無によるスポットダイヤグラムのＲＭＳ半径を比較する。レンズ１が無い場合、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．７７５μｍ、周辺部が４２．８１４μｍであった。これに対し、レンズ１を前方に配置した場合には、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．８２１μｍ、周辺部が３２．４１０μｍであった。即ち、本実施例のレンズ１を配置することで、網膜１８の周辺部の収差を、ＲＭＳ半径で１０．４０４μｍ低減することができた。人は０．２μｍ程度の収差の違いを見分けることができるとの報告もあることを考慮すれば、眼内レンズ１６を含んで構成された眼球モデル１０に対して、大きな改善効果があることが分かる。
［実施例２］
実施例２は、水晶体を含む眼球モデルを構築し、この眼球モデルの有する周辺収差を低減することが可能な単焦点レンズ（眼鏡用レンズ）を設計した例である。
実施例２は、水晶体を含む眼球モデルを構築し、この眼球モデルの有する周辺収差を低減することが可能な単焦点レンズ（眼鏡用レンズ）を設計した例である。
図１０は、本発明の実施例２に係る眼球モデルの構成の一例を示す図である。
図１０に示すように、本実施例に係る眼球モデル１０Ｂは、角膜１２、瞳孔１４、水晶体３１、及び網膜１８で構成されている。また、水晶体３１は、水晶体前面３１ａ、及び水晶体後面３１ｂを有している。
図１０に示すように、本実施例に係る眼球モデル１０Ｂは、角膜１２、瞳孔１４、水晶体３１、及び網膜１８で構成されている。また、水晶体３１は、水晶体前面３１ａ、及び水晶体後面３１ｂを有している。
この眼球モデル１０Ｂは、Liou-Brennan模型眼のデータに、装用者の瞳孔に関するデータを測定して追加したものである。また、本実施例では、上述の眼球モデル構築ステップ（図２のステップＳ２）において、下記表３及び表４に示す光学要素及びパラメータの値を用いて、眼球モデル１０Ｂを構築した。
表４は、以下の式（７）により水晶体３１の屈折率分布を表すためのパラメータである。式（７）では、ｘ、ｙ、ｚの位置における水晶体３１の屈折率ｎが表わされる。
ｎ＝ｎ０＋ｎｒ２ｒ２＋ｎｒ４ｒ４＋ｎｒ６ｒ６＋ｎｚ１ｚ＋ｎｚ２ｚ２＋ｎｚ３ｚ３ …（７）
ただし、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２である。
ただし、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２である。
水晶体３１は内部で屈折率が変化しているため、眼球モデル１０Ｂの場合、上述の収差取得ステップ及び非球面係数値算出ステップ（図２のステップＳ３、ステップＳ４）において、表４および式（７）により表された水晶体３１内部の屈折率の分布に基づいて光学シミュレーションが行なわれる。
図１１は、本発明の実施例２に係る眼球モデルのスポットダイヤグラムを示す図であり、（ａ）は網膜中心部におけるスポットダイヤグラム、（ｂ）は網膜周辺部におけるスポットダイヤグラムである。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、上述の収差取得ステップ（図２のステップＳ３）により、光学シミュレーションにより求めた眼球モデル１０Ｂにおける網膜１８の中心部及び周辺部におけるスポットダイヤグラムである。図１１（ｂ）の例では、光線２４を眼球モデル１０Ｂの視軸２０に対し、３１度傾けて入射させた場合に得られた網膜１８の周辺部（中心部よりも耳側の周辺部）のスポットダイヤグラムの図である。図１１（ａ）、及び図１１（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径の値は、中心部が５．６１８μｍであるのに対し、周辺部が２６．１５５μｍと大きく、水晶体３１を備えた眼球モデル１０Ｂであっても周辺部での収差が大きいことが分かる。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、上述の収差取得ステップ（図２のステップＳ３）により、光学シミュレーションにより求めた眼球モデル１０Ｂにおける網膜１８の中心部及び周辺部におけるスポットダイヤグラムである。図１１（ｂ）の例では、光線２４を眼球モデル１０Ｂの視軸２０に対し、３１度傾けて入射させた場合に得られた網膜１８の周辺部（中心部よりも耳側の周辺部）のスポットダイヤグラムの図である。図１１（ａ）、及び図１１（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径の値は、中心部が５．６１８μｍであるのに対し、周辺部が２６．１５５μｍと大きく、水晶体３１を備えた眼球モデル１０Ｂであっても周辺部での収差が大きいことが分かる。
次に、この眼球モデル１０Ｂの前方に配置した状態で、網膜周辺部での収差を低減する
ことが可能なレンズ１Ｂ（図示省略）を本実施形態の設計方法に従って設計した。なお、本実施例で設計するレンズ１Ｂは、レンズ度数がＳ０．００Ｄで後面２が非球面の屈折面で構成された単焦点レンズであり、上述の式（４）を用いて後面２の形状を定義している。眼球モデル１０Ｂおよびレンズ１Ｂのパラメータの値は下記表５の通りである。
ことが可能なレンズ１Ｂ（図示省略）を本実施形態の設計方法に従って設計した。なお、本実施例で設計するレンズ１Ｂは、レンズ度数がＳ０．００Ｄで後面２が非球面の屈折面で構成された単焦点レンズであり、上述の式（４）を用いて後面２の形状を定義している。眼球モデル１０Ｂおよびレンズ１Ｂのパラメータの値は下記表５の通りである。
上述の非球面係数値算出ステップ（図２のステップＳ４）により、眼球モデル１０Ｂの前方にレンズ１Ｂを配置した状態で、光学シミュレーションを反復し、周辺収差を低減させる方向に作用するレンズ１Ｂの非球面係数Ｕ２、Ｕ３、Ｖ２、Ｖ３を以下の通り求めた。
Ｕ２：-2.837E-05
Ｕ３：-3.883E-07
Ｖ２：-1.279E-07
Ｖ３：-3.962E-09
Ｕ３：-3.883E-07
Ｖ２：-1.279E-07
Ｖ３：-3.962E-09
また、上述の非球面形状決定ステップ（図２のステップＳ５）により、非球面係数Ｕ２、Ｕ３、Ｖ２、Ｖ３と、上述の式（４）とに基づいて、レンズ１Ｂの後面２の非球面形状を決定した。
図１２は、本発明の実施例２に係る眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置した場合のスポットダイヤグラムを示す図であり、（ａ）は網膜中心部におけるスポットダイヤグラム、（ｂ）は網膜周辺部におけるスポットダイヤグラムである。
ここで、上述のように設計したレンズ１Ｂの有無によるスポットダイヤグラムのＲＭＳ半径を比較する。レンズ１Ｂが無い場合、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．６１８μｍ、周辺部が２６．１１５μｍであった。これに対し、レンズ１Ｂを前方に配置した場合、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．５８２μｍ、周辺部が２１．５２６μｍであった。即ち、本実施例の非球面のレンズ１Ｂを配置することで、網膜１８の周辺部の収差を、ＲＭＳ半径で４．５８９μｍ低減することができた。
ここで、上述のように設計したレンズ１Ｂの有無によるスポットダイヤグラムのＲＭＳ半径を比較する。レンズ１Ｂが無い場合、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．６１８μｍ、周辺部が２６．１１５μｍであった。これに対し、レンズ１Ｂを前方に配置した場合、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．５８２μｍ、周辺部が２１．５２６μｍであった。即ち、本実施例の非球面のレンズ１Ｂを配置することで、網膜１８の周辺部の収差を、ＲＭＳ半径で４．５８９μｍ低減することができた。
［実施例３］
実施例３は、コンタクトレンズを含む眼球モデルを構築し、この眼球モデルの有する周辺収差を低減する単焦点レンズ（眼鏡用レンズ）を設計した例である。
実施例３は、コンタクトレンズを含む眼球モデルを構築し、この眼球モデルの有する周辺収差を低減する単焦点レンズ（眼鏡用レンズ）を設計した例である。
図１３は、本発明の実施例３に係る眼球モデルの構成の一例を示す図である。
図１３に示すように、本実施例に係る眼球モデル１０Ｃは、角膜１２、瞳孔１４、眼内レンズ１６、網膜１８に加え、更に角膜１２の前面１２ａ側にコンタクトレンズ３３が配置されている。また、コンタクトレンズ３３は、コンタクトレンズ前面３３ａ、及びコンタクトレンズ後面３３ｂを有している。
図１３に示すように、本実施例に係る眼球モデル１０Ｃは、角膜１２、瞳孔１４、眼内レンズ１６、網膜１８に加え、更に角膜１２の前面１２ａ側にコンタクトレンズ３３が配置されている。また、コンタクトレンズ３３は、コンタクトレンズ前面３３ａ、及びコンタクトレンズ後面３３ｂを有している。
この眼球モデル１０Ｃは、Navarro模型眼のデータに、装用者の瞳孔１４、眼内レンズ１６およびコンタクトレンズ３３に関するデータを測定して追加したものである。また、本実施例では、上述の眼球モデル構築ステップ（図２のステップＳ２）において、下記表６に示す光学要素及びパラメータの値を用いて、眼球モデル１０Ｃを構築した。
図１４は、本発明の実施例３に係る眼球モデルのスポットダイヤグラムを示す図であり、（ａ）は網膜中心部におけるスポットダイヤグラム、（ｂ）は網膜周辺部におけるスポットダイヤグラムである。
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、上述の収差取得ステップ（図２のステップＳ３）により、光学シミュレーションにより求めた眼球モデル１０Ｃにおける網膜１８の中心部及び周辺部におけるスポットダイヤグラムである。図１４（ｂ）の例では、光線２４を眼球モデル１０Ｂの視軸２０に対し、３１度傾けて入射させた場合に得られた網膜１８の周辺部（中心部よりも耳側の周辺部）のスポットダイヤグラムの図である。図１４（ａ）、及び図１４（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径の値は、中心部が５．４２１μｍであるのに対し、周辺部が４１．２８２μｍと大きく、周辺部での収差が特に大きいことが分かる。
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、上述の収差取得ステップ（図２のステップＳ３）により、光学シミュレーションにより求めた眼球モデル１０Ｃにおける網膜１８の中心部及び周辺部におけるスポットダイヤグラムである。図１４（ｂ）の例では、光線２４を眼球モデル１０Ｂの視軸２０に対し、３１度傾けて入射させた場合に得られた網膜１８の周辺部（中心部よりも耳側の周辺部）のスポットダイヤグラムの図である。図１４（ａ）、及び図１４（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径の値は、中心部が５．４２１μｍであるのに対し、周辺部が４１．２８２μｍと大きく、周辺部での収差が特に大きいことが分かる。
次に、この眼球モデル１０Ｃの前方に配置した状態で、網膜周辺部での収差を低減する
ことが可能なレンズ１Ｃ（図示省略）を本実施形態の設計方法に従って設計した。なお設
計するレンズ１Ｃは、レンズ度数がＳ０．００Ｄで、後面２が上述の式（１）で表された非球面の屈折面で構成された単焦点レンズである。眼球モデル１０Ｃおよびレンズ１Ｃのパラメータの値は下記表７の通りである。
ことが可能なレンズ１Ｃ（図示省略）を本実施形態の設計方法に従って設計した。なお設
計するレンズ１Ｃは、レンズ度数がＳ０．００Ｄで、後面２が上述の式（１）で表された非球面の屈折面で構成された単焦点レンズである。眼球モデル１０Ｃおよびレンズ１Ｃのパラメータの値は下記表７の通りである。
表７に示すように、上述の非球面係数値算出ステップ（図２のステップＳ４）により、眼球モデル１０Ｃの前方にレンズ１Ｃを配置した状態で、光学シミュレーションを反復し、周辺収差を低減させる方向に作用するレンズの非球面係数Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を以下の通り求めた。
Ａ６：-8.396E-08
Ａ８：3.356E-09
Ａ１０：-3.356E-11
Ａ１２：1.105E-13
Ａ８：3.356E-09
Ａ１０：-3.356E-11
Ａ１２：1.105E-13
また、上述の非球面形状決定ステップ（図２のステップＳ５）により、非球面係数Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ａ１２と、上述の式（１）とに基づいて、レンズ１の後面２の非球面形状を決定した。
図１５は、本発明の実施例３に係る眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置した場合のスポットダイヤグラムを示す図であり、（ａ）は網膜中心部におけるスポットダイヤグラム、（ｂ）は網膜周辺部におけるスポットダイヤグラムである。
ここで、上述のように設計したレンズ１Ｃの有無によるスポットダイヤグラムのＲＭＳ半径を比較する。レンズ１Ｃが無い場合、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．４２１μｍ、周辺部が４１．２８２μｍであった。これに対し、レンズ１Ｃを前方に配置した場合には、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．４２８μｍ、周辺部が２７．４５８μｍであった。即ち、本例の非球面のレンズ１Ｃを配置することで、網膜１８の周辺部の収差を、ＲＭＳ半径で１３．８２４μｍ低減することができた。
ここで、上述のように設計したレンズ１Ｃの有無によるスポットダイヤグラムのＲＭＳ半径を比較する。レンズ１Ｃが無い場合、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．４２１μｍ、周辺部が４１．２８２μｍであった。これに対し、レンズ１Ｃを前方に配置した場合には、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、ＲＭＳ半径は中心部が５．４２８μｍ、周辺部が２７．４５８μｍであった。即ち、本例の非球面のレンズ１Ｃを配置することで、網膜１８の周辺部の収差を、ＲＭＳ半径で１３．８２４μｍ低減することができた。
（設計システムの全体構成）
また、上述の設計方法を利用した設計システム１０００について説明する。
図１６は、本発明の一実施形態に係る眼鏡用レンズの設計システムの全体構成を示す図である。
図１６に示すように、設計システム１０００は、設計装置１００と、測定装置２００とを備えている。
また、上述の設計方法を利用した設計システム１０００について説明する。
図１６は、本発明の一実施形態に係る眼鏡用レンズの設計システムの全体構成を示す図である。
図１６に示すように、設計システム１０００は、設計装置１００と、測定装置２００とを備えている。
設計装置１００は、眼鏡用レンズ１を設計するための装置である。図８に示すように、設計装置１００は、ＣＰＵ１１０と、メモリ１２０と、ストレージ１３０と、インターフェース１４０とを備えている。
ＣＰＵ１１０は、設計装置１００の動作全体を司るプロセッサであり、プログラムに基づいて動作することにより、眼球モデル構築部１１１、収差取得部１１２、非球面係数値算出部１１３、及び形状決定部１１４としての機能を発揮する。ＣＰＵ１１０各部の機能の詳細については後述する。
メモリ１２０は、いわゆる主記憶装置であって、ＣＰＵ１１０がプログラムに基づいて動作するための命令及びデータが展開される。
ストレージ１３０は、いわゆる補助記憶装置であって、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等である。ストレージ１３０には、模型眼のパラメータの値、測定装置２００から取得した装用者の処方度数等のデータが記憶される。
インターフェース１４０は、外部機器と通信するための通信インターフェースである。本実施形態では、インターフェース１４０は、測定装置２００との間で通信を行う。
測定装置２００は、眼鏡用レンズを装用する装用者の処方度数を測定するための装置である。また、測定装置２００は、装用者の眼球の各部（角膜、瞳孔、水晶体、網膜、房水、硝子体等）の形状等を測定するための装置（例えば、上述の光干渉断層計（ＯＣＴ；Optical Coherence Tomography）などの眼部断層撮影装置、光学方式または超音波方式を利用した光学式眼軸長測定装置や超音波計測・診断システム等の装置）を更に含んでいてもよい。測定装置２００は、装用者の測定結果を設計装置１００に出力する。
（設計装置の機能構成）
設計装置１００のＣＰＵ１１０の各部は、上述の眼鏡用レンズ１の設計方法の各ステップを実行する。
設計装置１００のＣＰＵ１１０の各部は、上述の眼鏡用レンズ１の設計方法の各ステップを実行する。
眼球モデル構築部１１１は、上述の「眼球モデル構築ステップ」（図２のステップＳ２）を実行し、装用者の眼球に近似する眼球モデルを構築する。このとき、眼球モデル構築部１１１は、ストレージ１３０に予め記憶されている模型眼の値を、各光学要素のパラメータの値として使用してもよい。また、眼球モデル構築部１１１は、測定装置２００により測定された装用者の眼球の測定結果を、各光学要素のパラメータの値として使用してもよい。
収差取得部１１２は、上述の「収差取得ステップ」（図２のステップＳ３）を実行し、装用者の眼球モデル１０の網膜中心部の収差、及び、網膜周辺部の収差（周辺収差）を取得する。
非球面係数値算出部１１３は、上述の「非球面係数値算出ステップ」（図２のステップＳ４）を実行し、周辺収差を低減することができる非球面係数Ａｎの値（又は、非球面係数Ｕｎ、Ｖｎの値）を求める。
形状決定部１１４は、上述の「屈折面決定ステップ」（図２のステップＳ１）を実行して装用者の処方度数に基づくレンズ１の後面２の屈折面の形状を決定する。また、形状決定部１１４は、上述の「非球面形状決定ステップ」（図２のステップＳ５）を実行し、レンズ１の後面２の屈折面の最終形状（非球面形状）を決定する。
なお、上述した設計装置１００の各種処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体（ストレージ１３０）に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
（作用効果）
以上のように、本実施形態に係る眼鏡用レンズ１の設計方法によれば、複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデル１０を構築する眼球モデル構築ステップと、眼球モデル１０の視軸２０に対し所定角度θ傾けて光線２４を入射させ、当該眼球モデル１０の網膜周辺部での周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得ステップと、眼球モデル１０の前方に眼鏡用レンズ１を配置して光学シミュレーションを行い、周辺収差を低減させる方向に作用する非球面係数値を求める非球面係数値算出ステップと、非球面係数値に基づいて、眼鏡用レンズ１の非球面形状を決定する非球面形状決定ステップと、を有する。
このようにすることで、網膜周辺部での収差を低減して、網膜上での結像状態を改善させることが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
以上のように、本実施形態に係る眼鏡用レンズ１の設計方法によれば、複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデル１０を構築する眼球モデル構築ステップと、眼球モデル１０の視軸２０に対し所定角度θ傾けて光線２４を入射させ、当該眼球モデル１０の網膜周辺部での周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得ステップと、眼球モデル１０の前方に眼鏡用レンズ１を配置して光学シミュレーションを行い、周辺収差を低減させる方向に作用する非球面係数値を求める非球面係数値算出ステップと、非球面係数値に基づいて、眼鏡用レンズ１の非球面形状を決定する非球面形状決定ステップと、を有する。
このようにすることで、網膜周辺部での収差を低減して、網膜上での結像状態を改善させることが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
また、眼球モデル構築ステップにおいて、光学要素の一つとして水晶体又は眼内レンズを選択してパラメータの値を決定する。
このようにすることで、装用者が眼内レンズを使用しているか否かに応じて、適切な眼球モデル１０を構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
このようにすることで、装用者が眼内レンズを使用しているか否かに応じて、適切な眼球モデル１０を構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
また、眼球モデル構築ステップにおいて、光学要素の一つとしてコンタクトレンズを更に選択してパラメータの値を決定する。
このようにすることで、装用者がコンタクトレンズを使用しているか否かに応じて、適切な眼球モデル１０を構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
このようにすることで、装用者がコンタクトレンズを使用しているか否かに応じて、適切な眼球モデル１０を構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
また、眼球モデル構築ステップにおいて、生体計測データからモデル化された模型眼の値を用いて複数の光学要素のパラメータを決定する。
このようにすることで、眼球モデル１０の構築を容易且つ迅速に行うことができる。
このようにすることで、眼球モデル１０の構築を容易且つ迅速に行うことができる。
また、眼球モデル構築ステップにおいて、装用者の眼球を測定して得られた値を用いて複数の光学要素のパラメータを決定する。
このようにすることで、装用者の眼球により近似した眼球モデル１０を構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
このようにすることで、装用者の眼球により近似した眼球モデル１０を構築することができる。これにより、網膜周辺部での収差を更に精度よく低減することが可能な眼鏡用レンズを設計することができる。
また、眼球モデル構築ステップにおいて、模型眼の値と、装用者の眼球を測定して得られた値とを用いて複数の光学要素のパラメータの値を決定してもよい。
このようにすることで、装用者の個人差が大きく表れる光学要素については測定値を用いてパラメータの値を決定することができる。これにより、模型眼の値を利用して眼球モデル１０の構築を簡易化しつつ、装用者の眼球により近似した眼球モデル１０を構築することができる。
このようにすることで、装用者の個人差が大きく表れる光学要素については測定値を用いてパラメータの値を決定することができる。これにより、模型眼の値を利用して眼球モデル１０の構築を簡易化しつつ、装用者の眼球により近似した眼球モデル１０を構築することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、上述の実施形態において、レンズ１の後面２の屈折面を決定する際、処方度数としてＳ度数を用いる態様を例として説明したが、これに限られることはない。他の実施形態では、処方度数として、Ｃ度数、乱視軸等を用いてもよい。
また、上述の実施形態において、網膜周辺部での収差を低減する非球面成分は、レンズ１の後面２の屈折面に付与する態様を例として説明したが、これに限られることはない。他の実施形態では、この非球面成分は、レンズ１の前面３の屈折面に付与してもよい。
１、１Ｂ、１Ｃ 眼鏡用レンズ（レンズ）
２ 後面
３ 前面
１０、１０Ｂ、１０Ｃ 眼球モデル
１２ 角膜
１４ 瞳孔
１６ 眼内レンズ
１８ 網膜
３１ 水晶体
３３ コンタクトレンズ
１０００ 設計システム
１００ 設計装置
１１０ ＣＰＵ
１１１ 眼球モデル構築部
１１２ 収差取得部
１１３ 非球面係数値算出部
１１４ 形状決定部
１２０ メモリ
１３０ ストレージ
１４０ インターフェース
２００ 測定装置
２ 後面
３ 前面
１０、１０Ｂ、１０Ｃ 眼球モデル
１２ 角膜
１４ 瞳孔
１６ 眼内レンズ
１８ 網膜
３１ 水晶体
３３ コンタクトレンズ
１０００ 設計システム
１００ 設計装置
１１０ ＣＰＵ
１１１ 眼球モデル構築部
１１２ 収差取得部
１１３ 非球面係数値算出部
１１４ 形状決定部
１２０ メモリ
１３０ ストレージ
１４０ インターフェース
２００ 測定装置
Claims (7)
- 前面側の屈折面と後面側の屈折面との少なくとも何れか一面が非球面で構成された眼鏡用レンズの設計方法であって、
複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデルを構築する眼球モデル構築ステップと、
前記眼球モデルの視軸に対し所定角度傾けて光線を入射させ、当該眼球モデルの網膜周辺部での補正前周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得ステップと、
前記眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置して、前記前面側の屈折面又は前記後面側の屈折面に付加する非球面成分を示す非球面係数値を変えながら複数回の前記光学シミュレーションを行って補正後周辺収差を求め、前記補正前周辺収差よりも補正後周辺収差が所定値以上低減する非球面係数値を求める非球面係数値算出ステップと、
前記補正前周辺収差よりも所定値以上低減する前記非球面係数値に基づいて、前記眼鏡用レンズの非球面形状を決定する非球面形状決定ステップと、
を有する眼鏡用レンズの設計方法。 - 前記眼球モデル構築ステップにおいて、前記光学要素の一つとして水晶体又は眼内レンズを選択してパラメータの値を決定する、
請求項１に記載の眼鏡用レンズの設計方法。 - 前記眼球モデル構築ステップにおいて、前記光学要素の一つとしてコンタクトレンズを更に選択してパラメータの値を決定する、
請求項２に記載の眼鏡用レンズの設計方法。 - 前記眼球モデル構築ステップにおいて、生体計測データからモデル化された模型眼の値を用いて複数の前記光学要素のパラメータを決定する、
請求項１から３の何れか一項に記載の眼鏡用レンズの設計方法。 - 前記眼球モデル構築ステップにおいて、装用者の眼球を測定して得られた値を用いて複数の前記光学要素のパラメータを決定する、
請求項１から４の何れか一項に記載の眼鏡用レンズの設計方法。 - 前面側の屈折面と後面側の屈折面との少なくとも何れか一面が非球面で構成された眼鏡用レンズの設計装置であって、
複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデルを構築する眼球モデル構築部と、
前記眼球モデルの視軸に対し所定角度傾けて光線を入射させ、当該眼球モデルの網膜周辺部での補正前周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得部と、
前記眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置して、前記前面側の屈折面又は前記後面側の屈折面に付加する非球面成分を示す非球面係数値を変えながら複数回の前記光学シミュレーションを行って補正後周辺収差を求め、前記補正前周辺収差よりも補正後周辺収差が所定値以上低減する非球面係数値を求める非球面係数値算出部と、
前記補正前周辺収差よりも所定値以上低減する前記非球面係数値に基づいて、前記眼鏡用レンズの非球面形状を決定する非球面形状決定部と、
を備える眼鏡用レンズの設計装置。 - 前面側の屈折面と後面側の屈折面との少なくとも何れか一面が非球面で構成された眼鏡用レンズの設計装置のコンピュータに、
複数の光学要素それぞれのパラメータの値を決定して眼球モデルを構築する眼球モデル構築ステップと、
前記眼球モデルの視軸に対し所定角度傾けて光線を入射させ、当該眼球モデルの網膜周辺部での補正前周辺収差を光学シミュレーションにより求める収差取得ステップと、
前記眼球モデルの前方に眼鏡用レンズを配置して、前記前面側の屈折面又は前記後面側の屈折面に付加する非球面成分を示す非球面係数値を変えながら複数回の前記光学シミュレーションを行って補正後周辺収差を求め、前記補正前周辺収差よりも補正後周辺収差が所定値以上低減する非球面係数値を求める非球面係数値算出ステップと、
前記補正前周辺収差よりも所定値以上低減する前記非球面係数値に基づいて、前記眼鏡用レンズの非球面形状を決定する非球面形状決定ステップと、
を実行させるプログラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019007326A JP7244824B2 (ja) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | 眼鏡用レンズの設計方法、設計装置、及びプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2019007326A JP7244824B2 (ja) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | 眼鏡用レンズの設計方法、設計装置、及びプログラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020118731A JP2020118731A (ja) | 2020-08-06 |
| JP7244824B2 true JP7244824B2 (ja) | 2023-03-23 |
Family
ID=71891939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019007326A Active JP7244824B2 (ja) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | 眼鏡用レンズの設計方法、設計装置、及びプログラム |
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| JP (1) | JP7244824B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7466137B2 (ja) * | 2019-09-26 | 2024-04-12 | 学校法人北里研究所 | サーバ装置、発注システム、情報提供方法、およびプログラム |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2011501240A (ja) | 2007-10-26 | 2011-01-06 | ブリアン・ホールデン・ヴィジョン・インスティテュート | 周辺視覚を向上させるための方法および装置 |
| JP6201990B2 (ja) | 2012-06-18 | 2017-09-27 | ソニー株式会社 | 画像表示装置、画像表示プログラム及び画像表示方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5050981A (en) * | 1990-07-24 | 1991-09-24 | Johnson & Johnson Vision Products, Inc. | Lens design method and resulting aspheric lens |
-
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- 2019-01-18 JP JP2019007326A patent/JP7244824B2/ja active Active
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