JPH04254817A - 複焦点眼科用レンズ - Google Patents
複焦点眼科用レンズInfo
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- JPH04254817A JPH04254817A JP3197831A JP19783191A JPH04254817A JP H04254817 A JPH04254817 A JP H04254817A JP 3197831 A JP3197831 A JP 3197831A JP 19783191 A JP19783191 A JP 19783191A JP H04254817 A JPH04254817 A JP H04254817A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
る眼科用レンズに関する。 【0002】 【従来の技術】ここで使われる用語”眼科用レンズ”(
Opthalmic lens) は、コンタクトレン
ズ及び内部接眼レンズ(intraocular )の
ような視力矯正レンズを示す。他には、あまり一般的で
ないが、人工角膜(artificial corne
as)及び内部薄膜(intralameller )
も眼科用レンズの定義のなかに含まれる。 【0003】2焦点メガネレンズは百年前から知られて
いる。このレンズにおいて、代表的には第1の領域が第
1の焦点距離を備えられ、一方の第2の領域が第2の焦
点距離を備えられる。使用者は、近く又は遠くの物体を
眺めるためにレンズの固有の部分を通して見る。 【0004】更に最近では、他のタイプの複焦点眼科用
レンズを発展させることに関心がもたれている。メガネ
レンズに使用された手段と同様な手段を利用する複焦点
コンタクトレンズが、”開業医及び学生向け教科書、コ
ンタクトレンズ”第2版、Vol.2 の 571ペー
ジから 591ページに記述されている。しかしこのレ
ンズは大きな欠点があり、レンズの異なる部分が、遠い
視覚と近い視覚のために瞳孔をカバーするので、レンズ
が眼球上の位置を移動することを必要とする。内部接眼
レンズ又は他の移植されるレンズは位置を移動できない
ので、このレンズ設計はこのようなレンズには使用でき
ない。コンタクトレンズにあってもこの方法は欠点であ
り、レンズが所望の視覚範囲を向く眼球上を適当に移動
しようとすることを保証することが難しい。 【0005】上述の教科書に記述された2焦点コンタク
トレンズの他のレンズ設計において、レンズの中央ゾー
ンが第1の焦点距離を備えられ、その中央ゾーンを囲む
領域が第2の焦点距離を備えられる。このレンズ設計は
、同時に存在する視覚として識別される現象を利用して
、レンズの移動の必要性を不要とする。この同時に存在
する領域は、中央ゾーンを通過する光がレンズから第1
の距離において、与えられた物体の映像を形成し、且つ
外側のゾーンを通過する光がレンズから第2の距離にお
いて、同じ物体の映像を形成する現象を利用する。他の
映像配置が網膜の前又は後ろのいずれかにあるとき、こ
れらの映像配置の1つだけが網膜に向けられ、正確に焦
点が合った映像を作る。不適当に集中された映像は、焦
点がずれているので、焦点が合った映像のコントラスト
を減らすだけであろう。目の感光反応は対数的であるの
で、コントラストの50%から60%の減少は知覚され
るほどのことはなく、このようなレンズの使用者は、1
つにうまく焦点の合った映像に対し個人的印象を受ける
。 【0006】このようなレンズの欠点は、照度に関連さ
れた低い明るさの状態の映像において、十分な照度を与
えるために中央ゾーンが十分大きく作られたとき、即ち
患者の瞳孔が広がったとき、中央ゾーンは、明るい光の
状態において瞳孔が縮小する場合の瞳孔範囲の全て又は
ほとんどを占めるであろう。従って、2焦点作用は明る
い光において失われる。反対に、明るい光の状態におい
て2焦点作用を備えるために中央ゾーンが十分小さく作
られたとき、低い照度環境において、不十分な光の量が
中央ゾーンと関連される映像へ向けられるであろう。故
に中央ゾーンは一般的に、遠方の視覚を与えるために使
われるので、このようなレンズの使用者が、低い照度状
態において遠方の視覚を必要とするとき、たとえばこの
使用者が夜間に自動車を運転するようなとき、危険な状
況を作りだすに違いない。 【0007】米国特許第 4,637,697号及び第
4,642,112号(Freeman 特許)は、
光が屈折手段と回折手段とによって、異なる2つの焦点
へ向けられる他のタイプの2焦点レンズを開示している
。その基礎となる屈折力は、光を回折配置の多様体に分
割する屈折構造によって補われる。 【0008】回折ゾーンプレートが、特定の波長λの光
に対して設計されるべきとされ、その波長の光に対して
最も有効に働く。通常の設計によれば、回折ゾーンプレ
ートにおけるn番目のゾーンの半径rn は、(nr1
)1/2 、但しr1 は中央ゾーンの半径、と等し
くされなければならない。理論的な近似値に対してはr
1 が(2λf)1/2 と等しくされ、但しこのλは
設計上の波長であり、fは回折構造の焦点距離である。 従って、第n番目のゾーンは(2nλf)1/2 と等
しい半径を持つ。 【0009】回折ゾーンプレートを設計するとき、設計
上の波長λが選択されなければならない。所望の焦点距
離及び波長が選択されると、各ゾーンの境界の位置が予
め決められる。このゾーンの精密な定義が欠点となる。 中央ゾーンの範囲が非常に大きいとき、つまり収縮した
瞳孔となる明るい光のもとでは、1つ又は非常に少ない
ゾーンだけが使われる。従って、複焦点作用の有効性が
全く失われる。 【0010】光学的能力を持ち、その光学的能力の少な
くとも1つの部分が回折によって作られる他の複焦点眼
科用レンズは、米国特許第 176,701号(Sim
pson 及び Futhey )によって開示された
。更に他のレンズは、円形の中央ゾーンを含む複数の回
折ゾーンと複数の同心円の環状ゾーンとを備える。この
設計に係るレンズは、r12− r02がr02と等し
くないという条件を満足し、このr0 は中央ゾーンの
半径であり、r1 は第1の環状ゾーンの半径である。 更なる特徴として、rn が(r02+2nλ)1/2
・fと等しい。 【0011】米国特許第 176,701号の眼科用レ
ンズは、隣接する環状ゾーンにおいて、光学路長が設計
波長の1/2だけ異なるような設計を用いている。これ
らのレンズは、有効な光エネルギを、第0番目の配列及
び第1番目の配列の各々と対応する2つの焦点へ向ける
。第0番目の配列の焦点は、運転のような遠方視覚に適
用するため使用され、第1番目の配列の焦点は、読書の
ような近接視覚に適用するため使用される。 【0012】回折を利用する眼科用ゾーンプレートレン
ズの特性は、回折現象における固有の強い波長の依存性
から生ずる。第1番目の回折配列へ行く光は、屈折の色
収差にだけ依存する。屈折色収差及び回折色収差は正反
対の符号で、それらの値が等しいとき各々を打ち消す。 人間の目の通常の屈折色収差は、約1ジオプトリである
。付加能力が3または4ジオプトリを持つ第1次回折レ
ンズに対する回折色収差は約−1ジオプトリであり、従
って、このようなレンズに対し総色収差は、第1次焦点
について本質的にゼロである。第0次焦点に対して回折
色収差は無いので、レンズの屈折色収差は打ち消されな
い。このように、このレンズは1つの焦点で色収差に対
して補正できるが、両方の焦点において色収差の補正が
できない。 【0013】従来のレンズおいて、回折の第0次は遠方
の視覚を与え、一方回折の第1次は近くの視覚を与える
ので、このようなレンズに対する色収差の補正は、近く
の視覚にのみ有効である。幾つかの状況、例えば、低い
照度の状態において自動車を運転しなければならない患
者にとって、遠方の視覚に対しての色収差補正はより好
ましい。 【0014】 【課題を解決するための手段】本発明に係るレンズは、
中央ゾーン及び同心円上の環状ゾーンとを有する回折ゾ
ーンを備え、その回折ゾーンは、光学的高さが3λ/2
、但しλは設計上の波長を示す、光学的段差だけ隣接す
るゾーンから分離される。 【0015】また言い換えると、本発明は、回折能力と
2つの焦点とを備えるレンズであり、その第1次の焦点
が第1次の回折と関連され、第2次の焦点が第2次の回
折と関連される。 【0016】 【実施例】図1において10で示される眼科用レンズは
、ゾーン12,14,16,18,20を含む回折ゾー
ンプレートを備えている。図1の図面は5つのゾーンだ
けを示しているが、代表的には更に多くのゾーンが備え
られる。ゾーンの正確な数は、とりわけ、このレンズの
基礎的光学能力、このレンズの大きさ、及び設計波長に
よる変化量に依存する。代表的なレンズは20から40
までの数のゾーンを有する。以下に示されるように、ゾ
ーンの半径は設計波長の選択を含めて幾つかの要因によ
って影響される。好ましい実施例において、設計波長は
人間の目の最大明順応感度に関する分光領域において選
ばれる。 【0017】図1のレンズは、代表的には、屈折と回折
とを組み合わせる効果によって与えられた2つの基本的
な光学的能力を有する。2つの基本的な光学的能力のた
めの回折効果は、光学的段差だけゾーンを分離すること
によって与えられる。光学的段差はレンズの各面を直接
に通過する光線に、特定の設計波長の光波長によって定
義される異なった光路長を与える。光学的段差を発生す
る1つの方法は、レンズ表面上に物理的構造を発生する
ことである。あるいは、基礎材料の屈折率を変えること
によって平滑表面上に発生することもできる。このよう
な屈折率の変化は、例えば、レンズ材料の一部を取り除
いて異なる屈折率を持つ材料で形成された構造物で満た
すことによって、つまりドープされる領域の屈折率を変
える不純物でレンズの一部をドーピングすることによっ
て達成することもできる。 【0018】光学的段差のサイズは光学的高さとして定
義される。ここで用いられる光学的高さという言葉は、
光学的段差面上を進む隣接した光線に対し、光の波長に
よる光路長の違いと関係する。従って、1段差の光学的
高さは、レンズの屈折率と周囲の媒体の屈折率との差と
物理的高さとの積に相当する。回折ゾーンがレンズ材料
の一部を変更することにより作られるレンズの場合、変
更されたレンズ部分の屈折率は周囲の媒体の屈折率を適
用する。2つの焦点間で光を分離するために、1段差の
光学的高さは、設計波長として選択された光の波長の1
/2の奇数の整数倍とされる。回折を利用する従来の眼
科用複焦点レンズにおいて、隣接した環状ゾーン間の光
学的高さは設計波長の1/2である。しかし、本発明に
おける眼科用レンズに対応する光学的高さは設計波長の
3/2である。 【0019】光学的高さを従来の技術のλ/2から3λ
/2とした段差の1つの効果は、本来の焦点を第0次及
び第1次の回折に対応する位置から第1次及び第2次の
回折に対応する位置へ変えることである。これに関連し
て、本来の焦点は代表的に、レンズによって送られた光
の40%強を受ける。このように2つの本来の焦点を用
いると、その他の回折と結合された種々の焦点に囲まれ
て散乱される少量の光が残るであろう。これら他の焦点
の輝度が、代表的にこれらと結合された有効な視覚を可
能とするために十分高くないので、この輝度はこれらを
本来の焦点で視覚を大きく干渉することから防ぐ。 【0020】光学的高さλ/2の段差を備えるレンズに
おいて、近接視覚は第1の干渉配置に対応し、遠方視覚
は第0の干渉配置に対応する。しかし光学的高さ3λ/
2の段差を備えるレンズにおいては、遠方視覚が第1の
干渉配置に対応し、近接視覚が第2の干渉配置に対応す
る。しかし前述されたように、付加能力が3又は4ジオ
プトリの代表的なレンズに関し、第1次干渉の場合のみ
2種類の色収差消滅が起こる。離れた焦点に向かったよ
り少ない光行差を持つことに長所があり、従って光学的
段差高さ3λ/2を備えるレンズに有利性がある。この
一例としては、夜に運転して遠くの視界が基本的に重要
なとき、このレンズを個人的に使用する場合である。 【0021】図2は、レンズの1つのゾーンが図1のレ
ンズの平らな表面上に形成されるとき、そのレンズの1
ゾーンの断面図を示す。当業者は、この構造の特徴をよ
り分かりやすくするために図2から図5の寸法が、光軸
と平行に大きく誇張されていることに気づくであろう。 前面30は平滑であり、また回折ゾーンがその後面に備
えられる。後面は回折ゾーン34と段差32,36とを
備える。前述されたように、段差36の光学的高さは、
設計波長であるλの3λ/2である。領域34及び段差
36により輪郭される回折ゾーンは、レンズの後面の切
り欠いたセクション38を残している。前述されたよう
に領域38はオープンのままとすることができ、または
、領域38はレンズ本体の屈折率と異なる屈折率をもつ
ある材料で満たすこともできる。勿論領域38がある材
料で満たされるとき、段差36の物理的高さは、所望の
光学的高さを維持するために変更されるべく要求されえ
る。 【0022】ゾーン表面の形状は、構造と回折配置間の
エネルギ分布とによりエネルギが向けられる回折配置に
影響を及ぼす。好ましい実施例において、図示されたゾ
ーンの領域34の形状は双曲形であるが、通常は球表面
的近似、及び線型的近似、また更に双曲線に合った段差
形近似を使用することもできる。しかし、ゾーンの正確
な形状は、ゾーン境界位置よりもレンズの性能に対して
重要でない。重要な必要条件は、ゾーン境界が適切に位
置されることである。更に好ましくは、厳密な必要性で
ないが、ゾーンは滑らかに曲線を描くことである。球表
面ゾーン形状は、生成するためには最近の有効な技術を
用いる双曲形状よりも概して容易であり、球体は小領域
を越える双曲表面と理論的に接近する近似であるので、
球形ゾーン形状が、好ましい双曲的輪郭を近似すること
がされえる。好ましい実施例にて使用される球表面は、
ゾーン間に適当な段差高さが与えられ、表面の湾曲の中
心がレンズの光軸に位置するように設計される。このよ
うな形状がゾーンのサイズに関して双曲線とうまく近似
されれば、他の表面形状も用いられる。 【0023】本発明に係るレンズの構成された表面には
基本曲線が備えられることがわかる。そして回折ゾーン
の輪郭は、基本曲線及びゾーンが基本曲線を持たない輪
郭との代数和である。 【0024】図3は、基本曲線を利用するこのようなレ
ンズ40の断面図である。平滑な前面側42と、一連の
回折ゾーン46,48,50,52,54を有して構成
される後面によって形成された回折ゾーンプレートとを
備えるメニスカスレンズである。これらのゾーンは、ゾ
ーン50,52を分離する段差44のような光学的段差
によって分離される。一方、ゾーンはレンズの前面側4
2上に形成されたり、またはレンズの両面上にも形成さ
れえる。本発明の眼科用レンズは、代表的にはゾーン間
の物理的段差を有し、従来においてよく知られる複製技
術により製造されようとするものである。上述のように
、光学的段差44のような回折ゾーンを分離する光学的
段差は、実際の物理的段差を必要としない他の方法でも
形成される。 【0025】レンズ40の中央ゾーン46は、レンズ4
0の光軸に沿って中心に集められる曲率半径(R46)
によって定義された球面的反りを有する。更に、各環状
ゾーン48,50,52,54は、各々光軸上に集中さ
れる曲率半径R48,R50,R52,R54によって
定義された球状表面のセグメントである。 【0026】前に述べたように、通常の技術が本発明に
係るレンズの製造に用いられる。例えば、レンズは回折
構成を作るであろうモールドを使用して射出成形しても
差し支えない。或いは、その原型はレンズプレフォーム
(予備成形物)へ直接に旋盤カットしても差し支えない
。 【0027】図4は、光軸に沿って拡張される寸法を与
えられたレンズ40のような、レンズの抜粋された環状
ゾーンの部分断面図である。図4のレンズは、1本の光
軸146とゾーン136,138,140,142を有
する。環状ゾーン138,140,142に相当する球
状表面は、各々の点148,150,152で光軸14
6と交差する点線沿って拡張される。各々の変位パラメ
ータd138 ,d140 ,d142 の設定は、各
交差点148,150,152と、中央ゾーン136の
交差点156との間の距離から定義されえる。本発明に
関して選ばれたレンズ設計である基本曲線として定義さ
れた球状表面は、点156及び環状ゾーンの内部の端の
円周158,160,162と交わり且つこれらを含む
。この基本曲線の曲率半径は、複焦点回折レンズの光学
的能力を予め決定するパラメータである。 【0028】本発明にかかる回折力を有するレンズの設
計は、半径及び、図3の137,139,141,14
3のような光学的段差の高さ、変位パラメータd138
,d140 ,d142 ,d144 、中央ゾーン
136の曲率半径r136 によって、十分に明確とさ
れよう。あるいは変位、ゾーン半径、及びゾーン輪郭の
曲率半径が指定されるであろう。一例の眼科用レンズの
設計は、まさに図3のレンズ30がこれにあたるが、よ
り代表的な34のゾーンを含めて、表1の設計パラメー
タとともに以下に記述される。このレンズは内部接眼レ
ンズであり、レンズ材質は 1.492の屈折率をもつ
アクリルプラスチックである。基本曲線の曲率半径は
22.00000mm である。 555 nm の設
計波長及び人の目の水分に対する屈折率 1.336を
想定して、物理的段差高さは、3λ/2の光学的段差高
さとして計算する。この段差高さは、レンズの全ての光
学的段差に対し適用される。表1において、ri はi
番目のゾーンを囲む段差に属する半径、Ri はi番目
のゾーンの表面の曲率半径、そしてdi は、光軸と基
本曲線の交差点と、光軸とi番目の環状ゾーンを含む曲
面の交差点との距離である。0番目のゾーンは最も内側
つまり中央ゾーンである。 【0029】
表1 i
ri (mm) Ri (mm)
di (mm) 0
0.39821 8
4.10114 0.00000
1 0.68972
84.02358
0.00532 2
0.89043 83.920
31 0.01064
3 1.05357
83.81721 0.015
96 4 1.
19463 83.71428
0.02127 5
1.32071 8
3.61150 0.02658
6 1.43577
83.50889
0.03189 7
1.54226 83.406
45 0.03720
8 1.64186
83.30416 0.042
51 9 1.
73576 83.20204
0.04781 10
1.82483 8
3.10008 o.o5311
11 1.90975
82.99829
0.05841 12
1.99105 82.896
65 0.06371
13 2.06916
82.79517 0.069
00 14 2.
14443 82.69386
0.07429 15
2.21714 8
2.59270 0.07958
16 2.28754
82.49170
0.08487 17
2.35584 82.390
87 0.09015
18 2.42229
82.29019 0.095
43 19 2.
48682 82.18967
0.10071 20
2.54979 8
2.08931 0.10599
21 2.61124
81.98910
0.11126 22
2.67128 81.889
06 0.11653
23 2.72999
81.78917 0.121
80 24 2.
78747 81.68944
0.12707 25
2.84379 8
1.58986 0.13234
26 2.89901
81.49044
0.13760 27
2.95321 81.391
18 0.14286
28 3.00642
81.29207 0.148
12 29 3.
05871 81.19312
0.15337 30
3.11012 8
1.09432 0.15862
31 3.16070
80.99568
0.16387 32
3.21047 80.897
19 0.16912
33 3.25949
80.79885 0.174
37 【0030】図5は、本発明の他の実施例である
。図5において、レンズ160は、2つのレンズ部材1
62,164を備える平滑表面の両凸レンズである。レ
ンズ部材162は、レンズ160の前面である平滑面を
有し、回折内部面168は、円形の中央ゾーン174と
一連の環状ゾーン176,178,180,182とを
有する。回折ゾーン174,176,178,180,
182は、光軸に向かって全て集中された円形の円筒状
段差175,177,179,181,183によって
各々分離される。更に、レンズ部材164は内部に構成
された面170、及びレンズ160の後表面である平滑
な外部面172とを有する。代表的に内部面170は、
レンズ部材162の回折面168と接触して硬化性液体
樹脂をキャスティングまたはコーティング、あるいは分
離複製または機械加工プロセスによって形成された複製
面である。面170はレンズ部材162の面168と接
着される、或いは他の方法のように面170はレンズ部
材162の面168と本質的接触状態に維持される。レ
ンズ部材162,164は、各々異なる屈折率i62,
i64を有する。上述されたように本発明のレンズに関
し、隣接した環状ゾーン間の段差の光学的高さは3λ/
2、但しλは設計波長、である。従って、各段差の物理
的段差高さは、 (3λ/2)/(i62−i64) によって与えられる。 【0031】図6は、本発明に係る両凸レンズを示す。 図5の両凸レンズ160と異なり、レンズ70は平滑表
面72と非平滑表面74とを有する。非平滑表面74は
、最も内部の中央ゾーン76、及び環状ゾーン78,8
0のような環状ゾーンとをそなえる。 【0032】図7は、図5のレンズ160の表面のよう
に平滑表面を備えるレンズ81である。レンズ160と
異なり、レンズ81はメニスカスレンズ( menis
cus lens)である。レンズ81は異なる屈折率
を有する2つの領域82,84を備える。構成された面
86は、露出された平滑表面88,90を残して領域8
2,84を分離する。 【0033】図8は、本発明に係る平滑表面の両凸レン
ズを示す。レンズ92は、異なる屈折率をもち非平滑表
面98によって分離された材料の領域94,96を備え
る。図5のレンズ160の表面170と異なり、レンズ
92は凸形の基本曲線を施した表面98を備える。 【0034】レンズ設計に対し、2つ以上のレンズ材料
を備えること、あるいは真空または液体を収容するキャ
ビティを囲む2つのレンズ要素を備えることは、本発明
によって明確に意図される。本発明の眼科用レンズの必
要条件は、環状ゾーンが、回折表面の向かい合う面上で
異なる屈折率を必要とする直近の隣接したゾーン間の光
学的高さにおいて3λ/2の段差を持つことである。
有するレンズ前面の平面図である。
断面図である。
ンズの縦断面図である。
である。
もつ両凸レンズの縦断面図である。
もつ両凸レンズの縦断面図である。
もつメニスカスレンズの縦断面図である。
もつ他の両凸レンズの縦断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 回折及び屈折の組み合わせから得られ
る2つの本質的な光学的能力を備える複焦点眼科用レン
ズであって、該レンズは、中央ゾーンを含む複数の回折
ゾーン、及び同心円形の複数の環状ゾーンを有する少な
くとも1つの表面を具備し、前記各ゾーンは、設計波長
のほぼ3/2の光学的高さを有する光学的段差によって
分離される複焦点眼科用レンズ。 - 【請求項2】 前記設計波長が、人間の目の最大明順
応感度の分光範囲を用いる請求項1に記載の複焦点眼科
用レンズ。 - 【請求項3】 前記レンズが、内部接眼レンズである
請求項1に記載の複焦点眼科用レンズ。 - 【請求項4】 前記レンズが、コンタクトレンズであ
る請求項1に記載の複焦点眼科用レンズ。 - 【請求項5】 前記レンズが、人工角膜である請求項
1に記載の複焦点眼科用レンズ。 - 【請求項6】 前記レンズが、薄膜移植用である請求
項1に記載の複焦点眼科用レンズ。 - 【請求項7】 前記回折ゾーンが、曲面上に備えられ
る請求項1に記載の複焦点眼科用レンズ。 - 【請求項8】 前記曲面が凹面である請求項7に記載
の複焦点眼科用レンズ。 - 【請求項9】 回折能力及び2つの主要な焦点を有す
るレンズであって、該主要な焦点が、第1及び第2の回
折次と対応するレンズ。
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