KR100504388B1 - 비축 비구면 다초점 광학 렌즈 - Google Patents

비축 비구면 다초점 광학 렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 눈의 안정피로를 감소시킬 수 있고, 제작이 용이한 비축(Off-Axis)비구면 다초점 렌즈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 비축 비구면 다초점 렌즈는 렌즈의 오목면(Concave Surface) 또는 볼록면(Convex Surface) 중앙에 소정 크기의 비축 비구면 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다. 비축 비구면 영역의 단면은 렌즈 중앙으로부터 소정 거리 떨어진 곳에 위치하는 두 개의 점에 각각 중심을 두는 두 개의 곡선의 교점 양측 영영 중 하나로 형성된다.
본 발명에 의한 렌즈를 이용하면, 구면수차를 포함하는 렌즈 수차를 감소시켜 결상능력을 향상시킬 수 있고, 시력 교정이 가능한 범위를 나타내는 유효 다초점 범위가 증가되고, 표면을 고르게 함으로써, 눈의 안정피로를 최소화할 수 있다.

Description

비축 비구면 다초점 광학 렌즈{Multi-focusing Off-axis Aspherical Optical Lens}
본 발명은 비축 비구면 다초점 광학용 렌즈, 더 상세하게는 렌즈의 오목면(Concave Surface) 또는 볼록면(Convex Surface) 중앙에 소정 크기의 비축 비구면 영역을 포함함으로써, 수차를 감소시키고 결상능력을 향상시킴으로써 시력 교정 효과가 큰 비구면 다초점 렌즈에 관한 것이다.
콘택트 렌즈와 안경용 렌즈 및 각종 광학 기기에 들어가는 렌즈는 통상적으로 구면(Shperical Surface)으로 이루어는 표면을 가지고, 소정 배율을 가지고 있어서 물체를 확대 또는 축소해서 볼 수 있도록 되어있다.
이러한 구면 렌즈는 피사체 쪽 평면의 한 점에서 나온 빛이 필름면(카메라의 경우) 또는 망막(안경렌즈 또는 콘택트 렌즈의 경우)의 한 점에서 모이는 것과 피사체와 상의 모양이 같아야 한다. 이러한 조건에서 벗어나도록 하는 원인을 수차(Aberration)라고 하며 일반적으로 다음 여섯 가지로 분류된다.
렌즈의 중심을 통과하는 빛과 주변을 통과하는 빛이 모이는 위치가 다르기 때문에, 광축상의 한 점에서 나온 빛이 광축상의 한 점에서 모이지 않는 현상인 구면수차(Spherical Aberration)와, 광축 밖의 한 점에서 나온 빛이 한 점에 모아지지 않고 길게 늘어지는 현상인 코마수차(Coma Aberration)"와, 가로와 세로방향에서 초점이 맞는 위치가 서로 달라서, 광축 밖의 한 점에서 나온 빛이 원의 지름 방향이나 원주 방향으로 흩어지는 현상인 비점수차(Astigmatism Aberration)", 사각형 모양의 상이 가운데가 불룩 나온 통모양으로 찍히거나 가운데가 들어간 실패 모양으로 찍히는 현상인 왜곡수차(Distortion Aberration)" 및 평면상의 점들이 필름면 또는 망막상에서 평면상에 모이지 않고 사발 모양으로 기울어지는 현상인 상면만곡(Curvature of Field)"이 그것이다.
이러한 수차 중에서 구면수차는 렌즈의 표면을 비구면으로 형성시킴으로써 어느 정도 감소될 수 있으며, 그외에 영향이 큰 비점수차와 코마수차를 감소시켜야 할 필요가 많다.
한편, 시력장애로는 근시, 원시(노안), 난시 등이 있다. 근시는 멀리 떨어져 있는 물체의 상이 망막 앞에서 맺히게 되므로, 가까이 있는 물체를 보는 데에는 지장이 별로 없으나 멀리 떨어진 물체의 상이 흐릿하게 되는 시력장애로서 비교적 젊은 층에서 많이 발생한다. 이러한 근시는 실물보다 작은 정립(正立) 허상을 맺는 오목렌즈를 통하여 수정체의 초점거리를 늘려줌으로써 교정할 수 있다.
한편, 원시는 평행광선에 의한 물체의 상이 망막 뒤쪽에 맺히므로, 멀리 있는 물체는 비교적 잘 보이지만, 가까이 있는 물체는 흐릿하게 보이는 시력장애이다. 이러한 원시는 볼록렌즈를 통하여 교정될 수 있다.
통상적으로 많이 사용되는 구면렌즈는 단 하나의 초점 거리만을 가지므로 아주 좁은 영역의 시력 교정효과만 있다. 예를 들면, -3 디옵터의 시력을 교정하기 위한 구면 오목렌즈로 안경을 제작하는 경우 해당되는 시력만 교정될 뿐이고, 더 낫거나 나은 시력을 교정하지는 못하였다. 따라서, 타인의 안경을 쓰면 물체를 정확하게 식별할 수 없는 것이다.
한편, 노안은 나이가 먹어서 모양체의 초점 조절 능력이 떨어져서 생기는 현상으로서, 원래 정상이었던 눈이 노안이 되면 가까운 물체를 볼 때는 볼록렌즈로 된 안경을 써야 하지만 안경을 쓴 채로는 멀리 있는 물체가 정확하게 보이지 않게 된다. 따라서 멀리 있는 물체를 볼 때는 안경을 벗어야 한다.
원래 근시였던 눈이 노안이 되면 안경을 쓴 상태에서는 가까운 물체가 잘 안 보이는데, 이 때 근시가 약하면 볼록렌즈 안경을 써야 하고, 근시가 심하면 안경 없이도 보인다. 하지만, 멀리있는 물체를 볼 때는 원래 쓰던 안경(오목렌즈로 된 안경)을 써야 한다.
따라서, 노안을 교정하기 위해서는 하나의 렌즈가 여러 초점거리를 가지도록 하고, 멀리 있는 물체와 가까이 있는 물체를 볼 때 각각 다른 초첨거리를 가지는 렌즈 영역을 이용하여 보도록 하는 다초점 렌즈(Multi-Focus Lens)가 필요하였다.
도 1은 종래의 다초점 렌즈의 단면형상의 예를 도시하는 것이다.
도 1a는 가장 최초의 형태로서, 렌즈의 일부 영역만의 곡률반경을 나머지 영역의 곡률반경과 다르게 한 형태이다. 이러한, 다초점 렌즈는 해당되는 물체를 선명하게 보기 위해서는 작은 영역만을 통하여 물체의 광이 들어오도록 하여야 하므로 사용이 불편할 뿐 아니라, 구면 수차 등이 심하여 정확한 시력 교정 효과가 없었다.
도 1b는 외부로 갈수록 띠형상으로 곡률반경을 다르게 형성시킨 것으로, 여러 초점 거리를 가지게 되어 넓은 영역의 시력을 교정할 수는 있으나, 물체가 두 곡률반경 영역의 경계선에 위치하는 경우 복시(복시)가 나타날 수 있다는 단점이 있었다. 또한, 이러한 실시예에서도 구면수차를 포함하는 여러 수차가 나타나 정확한 상이 맺히지 않는다는 단점도 여전히 존재하였다.
도 1c는 곡률반경 R인 구면(점선)에 소정의 이심율(e 또는 E-Value) 또는 k값을 부여하여 가장자리로 갈수록 곡률반경을 더 크게 한 비구면 렌즈의 예를 도시한다. 여기서, 이심율(e)은 타원, 쌍곡선 또는 포물선에서 사용되는 것으로 0이면 완전 원형이고 1이 될 때까지 값이 커질수록 길쭉한 형태의 타원을 의미한다. k값은 -e2을 의미한다.
따라서, 중심부분에서 곡률반경이 가장 작으므로 배율이 가장 크고, 가장 자리로 갈수록 배율이 연속적으로 작아지게 되어 다초점을 실현하는 것이다.
실제로, 어느 정도 범위내에서는 k값이 증가할수록 교정 가능한 시력범위를 의미하는 다초점 영역이 넓어짐과 동시에, 구면수차 등이 감소하는 등 여러 장점이 발생되는 것이 알려져 있다.
또한, 사람의 각막은 중심부에서 반지름쪽으로 갈수록 점점 평평해지는 곡률을 가진 비구면이다.
콘택트렌즈를 구면으로 제작하여 착용하면 눈이 뻑뻑한 느낌이 들고, 그로 인한 불편함, 오랜시간 착용으로 충혈 등의 부작용을 유발할 수 있었다. 그러나, 도 1c와 같은 형태의 콘택트렌즈를 사용하면, 각막에 일치되는 면을 가지게 되어 위와 같은 문제들이 해결 될 수 있었다.
그 밖에 도 1c와 같은 비구면 렌즈의 장점으로는, 렌즈의 주변부에서 상의 왜곡, 비점수차를 극소화할 수 있고, 구면 렌즈에 비하여 얇고 경량이며, 렌즈의 직경이 커져도 렌즈 주변부에서의 왜곡 현상과 비점수차가 생기지 않는다는 점 등이 있다.
따라서, 종래의 대부분의 다초점 렌즈는 도 1c와 같은 형태로 제작되고 있는 실정이다.
그러나, 이와 같은 방법을 이용하면, 다초점 영역, 즉 교정가능한 시력범위를 넓히기 위하여, k값의 절대값을 - 0.7 이상으로 과다하게 높이는 경우 수차가 갑자기 증가하여 광이 입사되는 방향에 따라 초점의 위치가 달라져 시력 개선의 효과가 급격히 반감되었다.
따라서, 종래의 방식에 의하면 비구면 렌즈의 교정 가능 시력범위, 즉 유효 다초점 영역의 크기를 증가시키는데 한계가 있는 것을 알 수 있다.
본 발명은 이러한 점에 착안한 것으로, 유효 다초점 영역를 확대시켜 렌즈의 교정 능력 범위를 향상시킴과 동시에, 수차 등을 감소시켜 결상능력을 증가시킬 수 있는 광학용 렌즈를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 유효 다초점 영역의 범위와 결상능력을 동시에 증가시킬 수 있는 광학용 렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비축(Off-Axis) 비구면 렌즈를 제공함으로써, 유효 다초점 영역의 범위와 결상능력이 뛰어날 뿐 아니라, 구면형태에 가까운 광학용 렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비축(Off-Axis) 비구면 렌즈를 제공함으로써, 넓은 시력교정 효과를 나타내면서도 표면조도(Surface Roughness)가 우수하여 눈의 안정피로를 최소화할 수 있는 비축 비구면 다초점 렌즈를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 비축 비구면 다초점 렌즈는 렌즈의 오목면(Concave Surface) 또는 볼록면(Convex Surface) 중앙에 소정 크기의 비축 비구면 영역을 포함하는 것으로, 비축 비구면 영역의 단면은 렌즈 중앙으로부터 소정 거리 떨어진 곳에 위치하는 두 개의 점에 각각 중심을 두는 두 개의 곡선의 교점 양측 영영 중 하나로 형성된다.
교점 양측 영역이란, 한 점(교점)에서 만나는 두 개의 곡선의 안쪽 대칭 부분 또는 바깥쪽 대칭 부분을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 비축 비구면 영역이 오목면에 형성되어 있다.
또한, 비축 비구면 영역은 전술한 교점 양측 영역 중 바깥쪽 대칭영역인 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부되는 도면을 참고로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 의한 비축 비구면 다초점 렌즈의 단면도 및 그 제작 원리를 도시하기 위한 도면이다.
본 발명에 의한 비축 비구면 다초점 렌즈는 렌즈의 오목면(Concave Surface; Sconcave) 또는 볼록면(Convex Surface; Sconvex) 중앙에 소정 크기의 비축 비구면 영역이 포함되어 있으며, 비축 비구면 영역의 단면은 렌즈 중앙(X축)으로부터 소정 거리 떨어진 곳에 위치하는 두 개의 점, 도면에서 y=±Hoff-axis에 각각 중심을 두는 두 개의 곡선(C1, C2)의 교점(P) 양측 영영 중 하나로 형성된다.
교점 양측 영역이란, 교점을 중심으로 한 두 개 곡선의 안쪽 대칭 부분(도면에서 C1, C2의 점선 부분) 또는 바깥쪽 대칭 부분(도면에서 C1, C2 의 실선 부분)을 의미한다.
요약하면, 본 발명에 의한 비축 비구면 영역은 위치기준으로는 렌즈의 볼록면(Sconvex) 또는 오목면(Sconcave)에 형성되어 있을 수 있으며, 형상기준으로는 두 곡선의 바깥쪽 대칭 부분(도면에서 C1, C2의 실선 부분)과 같은 두 개의 완만한 구릉형상 또는 두 곡선의 안쪽 대칭 부분(도면에서 C1, C2의 점선 부분)과 같은 완만한 원뿔 형상 중 하나로 형성된다.
비축 비구면을 형성하기 위하여 사용되는 곡선은 원주, 포물선, 쌍곡선, 타원곡선 등 여하한 곡선이 될 수 있으며, 각 곡선의 곡률반경 등의 곡선형태는 배율, 수차보정 등에 따라 임의로 조정될 수 있다.
또한, 비축 비구면 영역이 포함되지 않은 렌즈의 볼록면 또는 오목면은 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 의한 렌즈의 단면 형상 및 제작 원리를 도시하는 것이다.
제 1 실시예에 의한 렌즈는 비축 비구면 영역이 렌즈의 오목면(Sconcave)에 형성되어 있으며, 비축 비구면을 형성하기 위한 두 곡선(C1, C2)은 구면, 즉 원주로 구성된다.
렌즈의 볼록면(Sconvex)은 렌즈 중심(X축)을 중심으로 대칭인 비구면으로 이루어져 있다.
오목면(Sconcave)에 있는 비축 비구면 영역의 형성 원리를 설명하면 다음과 같다.
우선, 렌즈의 중심축(X축)으로부터 y축 방향으로 비축거리(±Hoff-axis)만큼 떨어진 두 직선이 각각 대칭축이 되는 동일한 곡률반경을 가진 두 개의 곡선, C1 및 C2을 형성한다. 그러면, 두 곡선(C1, C2)은 X축상의 점인 P에서 만나 교점을 형성하고, 교점을 기준으로 안쪽 대칭부분인 점선부분과 바깥쪽 대칭부분인 실선 부분이 형성된다. 본 실시예에서는 바깥쪽 실선 부분을 렌즈의 오목면으로 함으로써, 렌즈 오목면, 즉 비축 비구면 영역은 전체적으로 대칭인 두 개의 구릉형태가 된다.
볼록면(Sconvex)의 곡률반경 및 편평도(이심율 e 또는 k값)는 임의로 조절될 수 있으며, 비축 비구면 영역을 형성하기 위한 곡선(C1, C2)의 곡률반경 및 비축거리(Hoff-axis)도 배율, 유효 다초점 범위(교정 가능 시력범위), 수차 보정 정도 등에 따라 임의로 조절될 수 있다. 즉, 볼록면의 형상과 오목면(비축 비구면 영역)의 형상을 조절하여 도시된 바와 같이 렌즈의 가장자리로 갈수록 렌즈 두께가 커서 음(-)의 배율을 가지게 할 수 있고, 렌즈의 가장자리로 갈수록 두께가 작아져 양(+)의 비율을 가지도록 할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전술한 볼록면의 k값은 - 4 내지 - 0.01일 수 있다.
이상에서는, 비축 비구면 영역을 형성하기 위한 곡선을 원주 또는 구면으로 설명하였으나, 일정한 이심율(e)을 부여하여 타원곡선으로 할 수도 있을 것이다.
이 때, 비축 비구면 영역의 가장자리 부분에 소정의 이심율 또는 k값을 부여함으로써 렌즈 중앙 부근보다 더 완만한 비구면으로 형성함으로써 배율을 조정하고 수차를 감소시킬 수도 있다.
또한, 도 2a에 도시된 바와 반대로, 비축 비구면 영역을 두 곡선의 교점 안쪽 대칭 부분(점선)으로 형성할 수도 있다. 이 경우 비축 비구면 영역은 완만한 원추 형상이 된다.
본 발명의 실시예와 같이 렌즈를 제작하는 방법에 대해서는 아래에서 도 5를 참고로 더 상세하게 설명한다.
도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 렌즈의 단면형상을 도시한다.
제 2 실시예의 경우, 렌즈의 볼록면이 통상적인 비구면으로 형성되고, 본 발명에 의한 비축 비구면 영역이 렌즈의 오목면에 형성된다는 점은 제 1 실시예와 유사하나, 제 1 실시예와 달리, 비축 비구면을 형성하기 위한 곡선(C1, C2)이 원주(또는 구면)나 타원곡선이 아닌 포물선 또는 쌍곡선이다.
제 2 실시예에 의한 비축 비구면 영역의 형성과정을 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예와 유사하게, 렌즈의 중심축(X축)으로부터 y축 방향으로 비축거리(±Hoff-axis)만큼 떨어진 두 직선이 각각 대칭축이 되는 동일한 형상의 두 개의 포물선(또는 쌍곡선), C1 및 C2을 형성한다. 그러면, 두 포물선(C1, C2 )은 X축상의 점인 P에서 만나 교점을 형성하고, 교점을 기준으로 안쪽 대칭부분인 점선부분과 바깥쪽 대칭부분인 일점쇄선 부분이 형성된다.
본 실시예에서는 바깥쪽 대칭부분(일점쇄선 부분)을 렌즈의 오목면으로 한다. 이 때, 제 1 실시예와 유사하게, 비축 비구면 영역의 가장자리 부분에 소정의 이심율 또는 k값을 부여함으로써 렌즈 중앙 부근보다 더 완만한 비구면으로 형성함으로써 배율을 조정하고 수차를 감소시킬 수도 있다. 도 2b에서는 이렇게 완만하게 변경한 포물선의 가장자리 부분을 실선으로 표시하였다. 이 경우, 전술한 k값은 - 4 내지 - 0.01일 수 있다.
따라서, 제 2 실시예에 의한 비축 비구면 영역은 전체적으로 대칭인 두 개의 구릉형상인 점에서는 제 1 실시예와 유사하지만, 가운데 움푹 패인 부분의 경사도가 제 1 실시예보다 더 급하다는 점에서 제 1 실시예와 차별된다.
또한, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 실시예에서도 볼록면(Sconvex)의 곡률반경 및 편평도(e 또는 k값)는 임의로 조절될 수 있으며, 비축 비구면 영역을 형성하기 위한 포물선 또는 쌍곡선(C1, C2)의 형상 및 비축거리(Hoff-axis)도 배율, 유효 다초점 범위(교정 가능 시력범위), 수차 보정 정도 등에 따라 임의로 조절될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 비축 비구면 영역의 크기는 전체 렌즈크기의 약 20 내지 90%가 될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
본 발명이 콘택트렌즈에 적용되는 경우, 도 2에서의 렌즈 볼록면(Sconvex)의 중심(X축) 부분의 곡률반경은 약 6 내지 10mm이며, 비축 비구면 영역의 직경은 약 1.2 내지 9mm 정도가 될 것이다. 또한, 비축거리(Hoff-axis)는 0.001 내지 1mm인 것이 바람직하다.
이상에서는, 비축 비구면 영역을 형성하기 위한 곡선을 원주(또는 구면), 타원곡선, 포물선, 쌍곡선 등으로 한정하였으나, 기타 다른 임의의 비구면 곡선을 이용하는 경우도 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 제 1 실시예와 마찬가지로, 비축 비구면 영역을 두 곡선의 교점 안쪽 대칭 부분(점선)으로 형성할 수도 있다. 이 경우 비축 비구면 영역은 완만한 원추 형상이 된다.
도 3은 본 발명에 의한 렌즈에 있어서, 구면에 소정의 이심율 또는 k값을 부여하여 가장자리가 더 완만한 비구면(타원, 쌍곡선, 포물선)을 형성하기 위한 원리를 도시한다.
도면에서, 점선은 일정한 곡률반경(Ri)을 가지는 구면(원)이고, 실선은 구면의 가장자리가 더 완만한, 이심율 e를 가지는 타원체의 단축측 곡면 형상의 비구면이다. 이 때, 비구면의 중앙부분 곡률반경(Ri)은 가장자리부분의 곡률반경(Ro) 보다 더 작다. 참고로, 이심율 e가 0 내지 1의 값이면 타원, 1이면 포물선, 1이상이면 쌍곡선을 의미한다.
여기에서, 이심율 e와 k값의 관계는 수학식 1에 의하여 표시될 수 있다.
k = -e2
이 때, X축을 따라 렌즈 중심으로부터 H만큼 떨어진 위치에서 원과 비구면(타원)의 Y값 차이를 나타내는 ysag는 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 비축 비구면 다초점 렌즈의 여러 단면 형상을 도시한다.
도 4a와 도 4c는 도 2의 실선으로 표시된 바와 같이 곡선의 교점 바깥쪽 대칭영역으로 이루어지는 비축 비구면 영역을 각각 렌즈의 오목면 및 볼록면에 형성한 경우를 도시하며, 도 4b와 도 4d는 도 2의 점선으로 표시된 바와 같이 두 곡선의 교점 안쪽 대칭 영역으로 이루어지는 비축 비구면 영역을 각각 렌즈의 오목면 및 볼록면에 형성한 실시예에 해당된다.
이 중에서 도 4a와 같이 곡선의 교점 바깥쪽 대칭영역으로 이루어지는 비축 비구면 영역을 각각 렌즈의 오목면에 형성한 실시예가 가장 바람직하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서는 본 발명에 의한 렌즈를 시력교정을 위한 콘택트 렌즈와 안경용 렌즈에 적용하는 예를 주로 설명하였으나, 그에 한정되는 것은 아니며, 카메라 등과 같은 일반 광학기기의 렌즈에도 적용될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 렌즈의 제작공정을 도시하기 위한 도면으로서, 도 5a는 렌즈 제작에 사용되는 장비의 개략적인 구성도, 도 5b는 제작과정에서의 렌즈 형상의 변화를 도시한다.
본 발명에 의한 렌즈의 제작 장비는 크게 원통 또는 각기둥 형상의 렌즈재료(520)와, 렌즈재료를 고정시킬 수 있는 척(Chuck)을 구비하고 모터에 의하여 고속으로 회전하는 스핀들(510) 및 렌즈재료를 절삭할 수 있는 절삭수단(530)으로 이루어진다.
스핀들을 이용하여 렌즈 재료를 고속으로 회전시키면서 절삭수단을 렌즈 재료에 접촉시켜 원하는 형태로 절삭하게 된다. 절삭수단은 렌즈재료 사이의 거리를 정밀하게 제어할 수 있는 제어장비에 의하여 제어된다.
이 때, 종래에는 스핀들의 회전축을 중심으로서 절삭수단이 상하 피벗(Pivot)운동을 함으로써 구면 또는 종래의 비구면 형상으로 절삭하게 된다.
그러나, 본 발명에서는 절삭수단의 피벗축 중심(이점 쇄선으로 표시)을 스핀들의 회전축(일점 쇄선으로 표시)과 소정 거리 이격되도록 한다. 이로써, 도 2와 같은 형상의 원하는 렌즈 표면을 형성할 수 있다. 이 때의 이격 거리는 도 2의 비축거리(Hoff-axis)에 해당된다.
이 때, 피벗축 중심을 스핀들 회전축을 넘어서는 위치, 즉 +위치에 두는 경우 도 4b 및 도 4d와 같은 형상의 비축 비구면 영역이 형성되고, 피벗축 중심이 스핀들 회전축에 미치지 못하는 경우 도 4a 및 도 4c와 같은 비축 비구면 영역이 형성된다.
도 5b는 본 발명에 의한 렌즈가 제작되는 과정에서의 렌즈재료의 형상 변화를 도시한다.
우선, 원통 형상의 렌즈재료를 스핀들에 고정한 후 한 쪽 면을 본 발명에 의한 비축 비구면 영역과 같이 절삭한다(1 및 2 단계). 절삭된 렌즈면 쪽에 보조 재료를 부착하여 스핀들에 고정한 후 나머지 면을 통상의 구면 또는 비구면 형상으로 절삭한다(3 및 4 단계).
그런 다음, 보조 재료를 렌즈로부터 제거하면 최종적으로 본 발명에 의한 렌즈가 생성되는 것이다(5 단계).
렌즈재료는 렌즈의 종류에 따라 종래의 재료로부터 다양하게 정해질 수 있으며, 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
도 6은 종래의 다초점 렌즈와 본 발명에 의한 렌즈의 광로도(光路圖)를 시뮬레이션한 결과를 도시한다. 도 6 이하의 도면은 본 발명을 콘택트 렌즈에 적용한 경우를 예시한다.
도 6a와 같이, 종래의 다초점 렌즈의 경우, 렌즈 중앙영역과 가장자리 영역의 배율이 달라서 동일한 거리의 물체로부터의 광선이라도 입사되는 각도에 따라 상이 잘 안 맺히는 것을 볼 수 있다. 도면에서는 렌즈 중앙으로 입사되는 경우 결상이 잘 되지만, 가장자리로부터 입사되는 경우 상기 망막에 정확하게 맺히지 않음을 알 수 있다.
그러나, 도 6b에서와 같이, 본 발명에 의한 렌즈의 경우 비록 렌즈 위치마다 배율이 상이하지만, 동일한 물체의 광이 어떠한 각도로 입사되더라도 망막에 정확하게 결상됨을 알 수 있다.
도 7은 종래의 다초점 렌즈와 본 발명에 의한 렌즈의 코마수차 및 비점수차를 비교하여 도시하는 그래프이다.
코마수차의 경우에는 각 광로에 의한 곡선이 X축에 밀집되어 있을수록 수차가 적은 것을 의미하며, 비점수차의 경우에는 Y축에 근접할수록 수차가 적은 것을 의미한다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 렌즈를 이용하는 경우, 코마 수차 및 비점수차가 감소되는 것을 알 수 있다.
도 8은 종래의 다초점 렌즈와 본 발명에 의한 렌즈의 결상능력을 나타내는 쓰루포커스(Through Focus) 그래프(좌측 그래프)와 스팟 다이어그램(Spot Diagram; 우측)을 도시한다.
쓰루포커스(Through Focus) 그래프의 경우, 각 광로에 대한 곡선이 일치될수록 결상능력이 뛰어난 것을 의미하며, 스팟 다이어그램(Spot Diagram)의 경우 점(Spot)의 퍼짐이 덜할수록 결상능력이 뛰어난 것을 의미한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 렌즈를 이용하는 경우 종래의 비구면 렌즈에 비하여 여러 광로에 의한 결상능력이 획기적으로 우수함을 알 수 있다.
도 9는 종래의 다초점 렌즈와 본 발명에 의한 렌즈의 표면조도(Surface Roughness) 측정 결과를 도시하는 테일러 홉슨(Taylor Hobson) 그래프를 도시한다.
X축은 렌즈 중심으로부터의 거리를 의미하며, Y축은 렌즈표면의 높이, 즉 고르지 않은 정도(Roughness)를 나타낸다. 이러한 테일러 홉슨 그래프에서는 렌즈표면에 대한 곡선이 X축에 멀리 떨어져 있을수록 표면이 고르지 않은 것을 의미하며, 표면의 가장 높은 위치와 가장 낮은 위치, 즉 그래프에서 곡선의 상하 진폭의 크기인 Pv값이 클수록 표면이 고르지 않음을 의미한다.
특히, 콘택트렌즈의 경우 렌즈표면이 직접 각막에 접촉되기 때문에 표면 조도 또는 표면의 고른 정도가 아주 중요하다. 표면이 고르지 않아 표면 조도(Pv)가 크면 각막에 상처를 줄 수 있고, 오랜 착용시 쉽게 피로감을 느낄 수 있다. 또한, 표면 조도가 클수록 시력 교정 효과가 떨어지는 등 광학적 성능이 약화된다. 따라서, 동일한 사양의 렌즈이더라도 표면 조도(Pv)가 작은 것이 광학적으로 더 우수한 것이다.
도 9a는 도 1c와 같이 곡률반경 7.9713mm인 구면 가장자리에 일정한 이심율(k= - 0.5)을 부여하여 비구면으로 만든 비구면 렌즈에 대한 테일러 홉슨 그래프이다. 도면에서와 같이, 표면 곡선이 X축으로부터 많이 벗어나 있고, Pv값도 약 0.3456㎛로서 표면이 고르지 않은 편이다.
한편, 도 9b는 본 발명에 의한 비축 비구면 렌즈에 대한 테일러 홉슨 그래프이다.
표면 조도 측정에 사용된 본 발명에 의한 렌즈는, 도 9a와 거의 동일한 조건, 즉 렌즈의 볼록면을 곡률반경 8.0067mm인 구면 가장자리를 k값이 - 0.5가 되도록 비구면으로 형성하고, 렌즈 오목면을 비축거리(Hoff-axis) 0.005mm인 비축 비구면 영역으로 형성한 것을 사용하였다.
표면 조도 측정결과, 본 발명에 의한 렌즈의 겨우 종래의 렌즈에 비하여 표면 곡선이 X축에 근접해있고, Pv값도 약 0.1392㎛로서 상당히 고른 것을 알 수 있다.
도 9a와 도 9b를 비교하면, 거의 동일한 조건(배율, 다초점 범위 등)의 종래 비구면 다초점 렌즈에 비하여 표면 조도가 양호해짐으로써, 콘택트 렌즈의 오랜 착용으로 인한 눈의 (안정)피로를 획기적으로 개선시킬 수 있을 뿐 아니라, 시력교정효과 등의 광학적 성능도 개선시킬 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 의한 렌즈를 이용하면, 종래의 다초점 렌즈가 정해진 배율범위를 벗어나는 경우 결상능력이 떨어져 시력교정 효과가 없게되는 단점을 극복할 수 있다. 실제로 본 발명에 의한 렌즈를 시력 교정용 콘택트렌즈로 사용하는 경우 약 2디옵터에 걸쳐 우수한 결상능력을 보인다.
따라서, 종래에는 시력에 약간의 변화가 있는 경우 새로운 안경 또는 콘택트 렌즈를 맞추어야 하지만, 본 발명에 의한 렌즈를 이용하면 2 디옵터 범위내에서는 시력 변화가 있더라도 충분히 시력 교정효과가 있으므로 새로운 안경 또는 콘택트렌즈를 구입할 필요가 없다.
본 발명을 다초점 렌즈에 적용하는 경우, 종래의 비구면 다초점 렌즈보다 더 넓은 다초점 범위를 가지는 다초점 렌즈를 제공할 수 있다.
또한, 종래의 다초점 렌즈의 경우 정해진 초점 범위를 벗어나거나 정해진 광로(렌즈의 특정한 영역)를 통하여 광선이 입사되지 않는 경우 결상능력이 떨어지지만, 본 발명을 이용하면 어떠한 경로로 입사되더라도 우수한 결상능력을 보이므로 다초점 렌즈로서 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 동일한 사양을 가지는 종래의 비구면 다초점 렌즈에 비하여 표면조도가 더 우수하므로, 콘택트렌즈에 적용하는 경우 각막보호를 도모할 수 있고, 오랜 착용으로 인한 눈의 안정피로를 획기적으로 개선할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 비축 비구면 다초점 렌즈를 이용하면, 종래의 비구면 렌즈와 비교할 때, 넓은 초점 범위에 걸쳐 우수한 결상능력을 가지게 됨으로써 시력 교정 효과가 뛰어나다.
또한, 종래의 비구면 다초점 렌즈에 비하여 표면 조도가 우수하므로 콘택트렌즈에 적용하는 경우 각막을 보호할 수 있고, 오랜 렌즈 착용으로 인한 눈의 안정피로를 획기적으로 개선할 뿐 아니라, 시력 교정효과 등과 같은 광학적인 성능을 개선시킬 수 있다.
도 1은 종래 여러 형태의 비구면 다초점 렌즈의 단면을 도시하고,
도 2는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 의한 비축 비구면 다초점 렌즈의 단면도를 도시하며,
도 3은 본 발명에 의한 렌즈에 있어서, 구면에 소정의 이심율 또는 k값을 부여하여 가장자리가 더 완만한 비구면(타원, 쌍곡선, 포물선)을 형성하기 위한 원리를 도시하고,
도 4는 본 발명에 의한 비축 비구면 다초점 렌즈의 여러 단면 형상을 도시하고,
도 5는 본 발명에 의한 렌즈의 제작공정을 도시하기 위한 도면으로서, 도 5a는 렌즈 제작에 사용되는 장비의 개략적인 구성도, 도 5b는 제작과정에서의 렌즈 형상의 변화를 도시하며,
도 6은 종래의 다초점 렌즈와 본 발명에 의한 렌즈의 광로도(光路圖)를 시뮬레이션한 결과를 도시하고,
도 7은 종래의 다초점 렌즈와 본 발명에 의한 렌즈의 코마수차 및 비점수차를 비교하여 도시하는 그래프이고,
도 8은 종래의 다초점 렌즈와 본 발명에 의한 렌즈의 결상능력을 나타내는 쓰루포커스(Through Focus) 그래프(좌측 그래프)와 스팟 다이어그램(Spot Diagram; 우측),
도 9는 종래의 다초점 렌즈와 본 발명에 의한 렌즈의 표면조도(Surface Roughness) 측정 결과를 도시하는 테일러 홉슨(Taylor Hobson) 그래프를 도시한다.

Claims (10)

  1. 광학용 렌즈는 비축 비구면 다초점 렌즈는 렌즈의 오목면(Concave Surface) 및 볼록면(Convex Surface) 중 하나 이상의 면을 비축 비구면 영역으로 형성하며,
    상기 비축 비구면 영역의 단면은 렌즈 중앙으로부터 소정 거리(비축 거리) 떨어진 곳에 위치하는 두 개의 점에 각각 중심을 두는 두 개의 곡선의 교점 양측 영영 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교점 양측 영역은 한 점(교점)에서 만나는 두 개의 곡선의 안쪽 대칭 부분으로 형성되며, 상기 비축 비구면 영역은 전체적으로 완만한 원추형상의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 교점 양측 영역은 한 점(교점)에서 만나는 두 개의 곡선의 바깥쪽 대칭 부분으로 형성되며, 상기 비축 비구면 영역은 전체적으로 서로 대칭된 두 개의 완만한 구릉 형상의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비축 비구면 영역은 상기 렌즈의 오목면에 형성되며,
    상기 교점 양측 영역이 서로 만나는 두 개 곡선의 바깥쪽 대칭 부분으로 형성되어 상기 비축 비구면 영역은 전체적으로 서로 대칭된 두 개의 완만한 구릉 형상의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비축 비구면 영역이 형성되어 있지 않은 렌즈의 면은 구면이거나, 또는 소정의 이심율(e)이나 k값을 가지는 타원체의 단방향 표면으로서 가장자리부분의 곡률반경이 중심부분의 곡률반경보다 큰 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 개의 곡선은 원, 타원, 포물선, 쌍곡선 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 곡선의 렌즈 바깥쪽 가장자리 영역에 소정의 이심율(e), k값, 중앙과 다른 곡률반경 중 하나 이상을 적용함으로써, 상기 곡선의 렌즈 바깥쪽 가장자리 영역이 렌즈 중앙 부근 영역보다 더 완만하도록 하는 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 k값은 - 4 내지 - 0.01인 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 시력교정용 안경렌즈, 시력교정용 콘택트렌즈, 광학 기기용 렌즈 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 하나의 항에 있어서,
    상기 렌즈는 시력교정용 콘택트렌즈로서,
    상기 볼록면의 렌즈 중앙부의 곡률반경은 6 내지 10mm이고, 비축거리(Hoff-axis)는 0.001 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 비축 비구면 다초점 광학 렌즈.
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