KR100601353B1

KR100601353B1 - 안과용 렌즈

Info

Publication number: KR100601353B1
Application number: KR1020007003659A
Authority: KR
Inventors: 칩맨러셀에이; 리어돈패트릭; 굽타아미타바
Original assignee: 존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2006-07-14
Also published as: AU1185899A; WO1999018471A1; US6000798A; BR9812879A; MY114964A; AU752446B2; JP2001519544A; EP1019778A1; IL135075A0; CA2305389A1; KR20010030936A; CN1274429A; TW390801B

Abstract

본 발명에 따라 신규한 안과용 렌즈가 제공된다. 본 발명의 렌즈는 비점 수차를 경감시키는 면을 포함하여, 당해 면이 아닌 다른 면에 의해 유발되는 원하지 않는 비점 수차를 제거한다.

광학용 렌즈, 비점 수차, 누진 다초점 렌즈

Description

안과용 렌즈{Ophthalmic lens}

본 발명은 안과용 렌즈에 있어서 비점 수차(非點收差 : Astigmatic errors)의 보정에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 안경용 렌즈에서의 이러한 비점 수차의 보정에 관한 것이다.

렌즈 설계사가 직면하는 문제들 중 하나는 비점 수차의 문제이다. 이는 환자의 보정되지 않은 시력의 일부로서 존재하는 난시와는 달리, 안과용 렌즈 자체에 의해 유발된 비점 수차를 말한다.

비점 수차는 근시를 보정하는데 사용되는 단일 시야 렌즈를 포함한, 거의 모든 안과용 렌즈에서 발견될 수 있다. 이는, 다초점 렌즈의 특수한 경우인 누진 다초점 렌즈(progressive addition lens: PAL's)를 포함하여, 다초점 렌즈에서 특히 현저한 문제이다.

노안 보정용의 누진 다초점 렌즈는 특허 문헌에 보고되어 있는 바와 같이, 과거 50년에 걸쳐 집중적인 연구개발 대상이 되어 왔다. 모든 누진 다초점 광학 렌즈는 2개의 굴절면으로 이루어진다. 전면은 굴절력이 상이한 영역들을 제공하는 비구면 형상을 갖고, 후면은 기본 굴절력을 제공하거나 기본 굴절력을 제공하면서 사용자의 비점 수차를 보정하기도 하는 순수한 구면 또는 토릭면(toric)이다. 전면 기하 구조는 원하지 않는 난시 및 기타 수차(aberration)들을 최소화하는 데 최적화되도록 하며, 원거리 대상을 보는 경우에 최소 비점 수차를 갖는 제1 광학 영역, 근거리 대상을 보는 경우에 비교적 높은 구면 굴절력(spherical power)을 갖는 제2 광학 영역 및 이들 2개의 영역을 연결하며 중간 시야를 제공하는 가변적인 구면 굴절력을 갖는 제3 광학 영역을 제공한다. 미국 특허 제2,878,721호에 나타난 초기 설계에서는, 원하지 않는 비점 수차가 전체 광학 렌즈에 걸쳐 분산됨으로써, 최대 비점 수차가 감소되었다. 그러나, 연결부인 중간 영역이 완만한 굴절력 변화를 제공하지 않으며, 원시 영역과 근시 영역에 잔류하는 원하지 않는 비점 수차가 허용될 수 없을 정도로 높은 상태로 된다.

보다 최근의 누진 다초점 렌즈 설계에서는, 원시용과 근시용으로 고안된 영역들은 구형으로 유지하는 한편, 원시용 영역과 근시용 영역을 굴절력이 완만하게 연속적으로 변하는 면에 의해 연결함으로써 필연적으로 유발되는 원하지 않는 비점 수차는, (1) 원하지 않는 최대 비점 수차를 감소시키기 위하여 가능한 넓은 광학 렌즈 영역에 걸쳐 분산시키고, 또한 (2) 더욱 균일하게 분산시킨다(참조: 미국 특허 제4,056,311호 및 제4,315,673호). 모든 경우에 있어서, 광학 렌즈의 후면은 구형 또는 환상(toroidal)으로 유지되며, 누진 다초점 렌즈 면 자체에 의해 유발되는 원하지 않는 비점 수차를 보정하도록 설계되어 있지 않다. 그 결과, 50년간의 연구 개발 이후에도, 누진 다초점 렌즈 기술 상태는 높은 주변부의 비점 수차 수준, 현저한 주변부의 굴절률 오차, 협소한 채널 폭(channel width), 및 주변부 시야를 제한하는, 근시야 영역과 원시야 영역의 불충분한 폭을 포함하는 다수의 단점을 갖는다. 후속되는 단락에서 명백해지는 바와 같이, 안과용 광학 렌즈의 설계는 렌즈 후면의 최적화를 의도적으로 피하고 있으며, 그 이유는 누진 다초점 렌즈의 통상적인 제조방법이 렌즈 후면에 대한 복잡한 기하학적 구조의 형성 및 지정을 배제하기 때문이다. 더우기, 단일 시야 렌즈에 있어서 고유하게 나타나는 원하지 않는 비점 수차를 최소화하기 위해 제공되는 비구면 보정도 광학 렌즈의 전면에만 한정된다.

원하지 않는 비점 수차를 다루는 이들 방법 모두는 비점 수차를 보다 넓은 렌즈 영역으로 또는 렌즈의 원거리 영역으로 분산시킴으로써 또는 기타 이와 유사한 기술을 사용하여 비점 수차를 조정하는 것을 포함한다. 그러나, 이들 중의 어떠한 방법도 비점 수차를 실제로 제거하지는 못한다.

안과용 광학 렌즈에 대한, 본 발명 이전에 공지되어 있는 제조방법은, 지금까지 광학 렌즈 설계자들로 하여금 광학 렌즈의 후면에 대한 비구면 보정을 제공하지 못하게 했을 것이며, 또한 중간면 또는 "매립 면(buried surface)"을 도입한 다층 광학 렌즈를 제공하지 못하게 했을 것이다. 안과용 광학 렌즈의 제조 방법은 완성된 형태의 광학 렌즈에서 전면(또는 정면)을 구성하게 되는, 흔히 내긁힘성 층으로 피복된 광학 재료로부터 반 가공된 블랭크(blank)를 캐스팅하는 것으로부터 시작한다. 이러한 반 가공된 블랭크는 후속적으로 통상적으로 절삭된 후에, 특정 절삭 작업장에서 연마되거나, 또는 종종 특정한 처방에 맞추기 위하여 판매점에서 연마되기도 한다. 따라서, 특정한 처방에 따라서 후면에 구형 또는 환상을 부여하고, 기계가공 동안 렌즈 블랭크를 유지하기 위해 사용되는 탑재용 가대(mounting fixture) 상의 참조 표시를 이용하여 적절한 각도의 방향에 원시 굴절력 영역의 광학 중심과 근시 굴절력 영역의 광학 중심을 통과하는 주요 경선(principal meridian)을 위치시켜 원주 보정 축을 정한다. 대부분의 경우, 마무리 작업에서 사용되는 절삭 및 연마 장치는 단지 구형 또는 환형 곡선을 제공할 수 있을 뿐이므로, 널리 시판되고 있는 안과용 광학 렌즈에 대하여, 광학 렌즈 설계자는 렌즈 후면을 비구면으로 되게 하거나 보정하는 것을 기대할 수 없을 것이다.

따라서, 중간 시야에 요구되는 전면의 곡률 반경의 연속적 변화에 의해 유도되는 원하지 않는 비점 수차가 가능한한 거의 제거되도록 안과용 광학 렌즈의 후면 및/또는 중간면이 설계된 안과용 광학 렌즈 설계를 개발하고 이러한 안과용 광학 렌즈를 제조하는 방법을 제공하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 목적하는 시력 보정을 제공하거나 이에 기여하는 전면을 갖는 렌즈(예를 들면, 누진 다초점 렌즈)를 제공한다. 렌즈의 전면은 발생할 수 있는 어떠한 비점 수차와도 관계없이 시력 보정이 되도록 설계될 수 있다. 본 발명에 따르는 렌즈는, 렌즈의 광학 특성들이 이러한 비점 수차들을 경감시키도록 성형된 후면을 갖는다. "경감시킨다"라는 용어는 원하지 않는 비점 수차의 거의 완전한 제거만이 아니라, 원하지 않는 비점 수차의 현저한 감소를 포함한다.

렌즈가 균질한 조성을 갖는 경우에, 이러한 비점 수차를 경감시키는 면은 렌즈의 후면이다. 이러한 비점 수차를 경감시키는 면은, 다층형 렌즈에 있어서는 후면일 수 있거나 렌즈의 전면 뒤에 존재하는 중간면들 중의 한면일 수 있다. 이러한 렌즈 설계는 하나 이상의 중간면의 도입을 포함하는데, 이때 각각의 중간면은 서로 굴절율이 상이한 2개의 광학 재료들을 분리시킨다. 각 면(surface)의 양측(both side)의 굴절율들 사이의 차이가 클수록, 원하지 않는 비점 수차를 최소화하기 위한 설계 요소로서의 면의 역활이 더욱 유용해진다. 본 발명의 렌즈 설계는 또한, 전면에 의해 생성되는 주변부 비점 수차를 경감하도록 설계된 환상 비구면의 후면을 사용하고, 중간면 또는 2개의 상이한 광학 재료를 사용하지 않는 것을 포함할 수도 있다.

본 발명은 비점 수차를 생성시키는 면을 갖는 렌즈에 사용될 수 있다. 비점 수차를 경감시키는 면의 형태는 비점 수차를 생성시키는 면의 형태에 따라 결정될 것이다. 이러한 비점 수차를 생성시키는 면이 다수 존재하면, 이에 따라 비점 수차를 경감시키는 면도 다수 존재하게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 전체 범위는, 비점 수차를 경감시키는 단일 면으로 한정되지 않는다. 또한, 본 발명이, 참고를 위해, 비점 수차를 생성하는 전면 및 비점 수차를 경감시키는 후면에 대해 설명되어 있지만, 본 발명이 상이한 유형의 배열도 포함하는 것은 물론이다.

렌즈 설계 분야의 숙련가들은 바람직한 특성을 갖는 렌즈면을 설계하기 위한 일반적으로 공지된 공정 세트를 따른다. 이는 일반적으로 본 발명에 사용될 비점 수차를 경감시키는 면의 설계에도 적용가능하다[참조: "Geometrical Optics and Optical Design," P. Pouroulis and J. MacDonald, Oxford Univ. Press (1997)]. 이들 방법의 적용은 다음과 같이 기술될 수 있다.

설계 과정은 누진부 면, 전면의 3차원적 작도로부터 시작한다. 전면은 처진 투시면(sag table) 형태[높은 수준의 광학 해상도를 제공하기 위해, 많은 수의 점(point)으로 이루어진, 통상적으로 80mm의 "보울 직경(bowl diameter)" 투영상 범위에 걸쳐 1000 내지 10,000개의 점으로 이루어진 x, y 및 z 좌표를 선택한다]로 작도된다. 또는, 전면은 임의의 형상을 작도하는데 적합한 바이큐빅 스플라인 면(bicubic spline surface) 작도법에 의해 또는 평탄한 해석식 작도법에 의해, 예들 들면, 방사 대칭 다항식(radially symmetric polynomial), 2차 다항식(two dimensional polynomial) 또는 왜곡 비구면(anamorphic aspher)에 의해 작도될 수 있다.

이후, 설계 과정은 후면 및 존재할 경우, 중간면의 면 유형을 선택함으로서 계속된다. 이들 면은, 변화시킬 경우에 일군의 면들(a family of surfaces)을 생성하는 한 세트의 계수들에 의해 작도되거나 파라메터로 표현(parametrized)된다. 목적하는 렌즈 성능을 규정하는데, 이는 목적하는 굴절력과 비점 수차를 시야각의 함수로서 규정하고, 목적하는 영상의 품질을 규정하고, 구조적 파라메터, 예를 들면, 광학 재료의 최소 두께를 규정함을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 렌즈에 대해 유효 함수(merit function)를 정의하며, 이는 렌즈가 목적하는 렌즈 성능에 얼마나 근접해 있는가를 계산하는 것으로서 일반적으로 비네가티브 용어를 포함한다. 유효 함수는 통상적으로 각종 필드(field) 및 파장에서의 상들에 대한 또는 유사한 상 측정에 대한 제곱근 평균 스폿 사이즈[RMS(root mean square) spot size]들의 합을 포함한다. 이러한 유효 함수는 또한 수차 계수들(예를 들면, 비점 수차)의 함수, 렌즈 구조적 파라메터들의 함수 및 렌즈 기하학 및 렌즈 성능에 대한 기타 바람직한 제한 조건들을 포함할 수 있다.

설계 과정에서의 다음 단계는 최적화 프로그램에 따르기 위한 적합한 시작점 설계를 선택하는 것이다. 최적화 루틴은 광학 시스템 처방을 채용하고, 수차들이 잘 보정되어 렌즈의 세부적 설계 요건들을 충족시키는 렌즈를 설계하기 위해 유효 함수를 최소화하고자 계수들의 리스트를 변화시킨다. 최종의 유효 함수가 충분히 작을 경우, 렌즈 설계자가 제조된 렌즈의 성능이 렌즈의 세부적 설계 요건들에 충분히 근접한지를 판단한 경우에, 렌즈 설계 과정을 완료함으로써 최종적으로 완성된 렌즈로서 규정한다. 그러나, 최적화 프로그램은 한정된 범위의 입력된 면 계수들에 대해서만 우수한 최종 렌즈 성능을 제공할 뿐이다. 최종적인 렌즈 설계는 계수들의 각종 조합을 시험하고 이들 조합 각각의 효과를 평가함으로써 달성된다. 이러한 방법은 렌즈 설계자의 경험과 주의 깊은 관찰에 의해 수행된다.

면들을 표현하는데 이용되는 함수는 20차 비구면을 포함하는 회전대칭 함수이거나 환상체, 비구면성 환상체 또는 변형(anamorphic) 비구면을 포함하는 비회전대칭 함수이다. 마찬가지로, 후면도 비구면화, 환상 비구면화 또는 변형 비구면화되어 보다 양호한 비점 수차 보상을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 사용자 고유의 비점 수차에 적응될 수도 있다.

후면 비점 수차 보정면 및, 사용될 경우, 중간면에 대한 적절한 면 유형의 선택은 전면의 누진부 면의 유형에 따른다. 본원의 발명자들은 이러한 유형의 비점 수차 보정면을 3가지, 즉, (1) 방사 대칭 비구면, (2) 2차 다항식 및 (3) 변형 비구면으로 제안한다. 방사 대칭 비구면은 일반적으로 방사 대칭 굴절력이 처방된 누진부 면의 비점 수차를 보정하는 경우의 최상의 선택이다. 누진 다초점 "채널(channel)"을 갖는 렌즈의 경우, 2차 다항식 또는 변형 비구면이 적절하며, 어떤 부류의 면이 탁월한 비점 수차 보정을 제공하는지는 실험으로 결정할 수 있다. 또한, 후면 및 가능하게는 중간면은 각 섹터(sector)에서의 면 방정식(surface equation)이 상이한 섹터들을 다수개 포함할 것이다. 즉, 렌즈 면의 한 영역은 다른 영역들과는 상이한 면 방정식에 의해 표현된다. 다수개의 섹터로 표현된 한개의 면을 비연속적 광선 추적 방법(a technique of nonsequential ray tracing)을 사용하여 광선 추적한다. 렌즈 면이 완만하고 연속적인 차이를 갖는 것이 바람직한 경우, 렌즈 설계자는 각 섹터에서의 계수를 적절히 선택함으로써 모든 섹터 경계들을 따라서 면의 침강부(sag)와 경사가 확실히 일치하도록 하여야 한다.

회전 대칭 비구면은 하기 수학식 1의 방정식으로 나타낼 수 있다.

위의 수학식 1에서,

z는 면의 침강부 높이이고,

h는 면의 기계적 축으로부터의 거리이며,

c는 기본 곡률이고,

k는 원추 계수이며,

A_#은 회전 대칭 다항식 계수들이다.

이러한 방정식으로서 특히 유용한 것은 하기 수학식 2로 나타낸 20차 형태의 방정식이다:

위의 수학식 2에서,

z는 z 방향에서의 침강부 높이이고,

c는 면의 극점에서의 곡률 반경이며,

k는 원추 계수이고,

h²는 x² + y²이다.

변형 면은 x 및 y 둘다에서 좌우 대칭이지만, 반드시 회전 대칭인 것은 아닌 비구면이다. 이러한 면은 변형 비구면 방정식에 의해 표현된다. 이러한 방정식은 하기 수학식 3으로 나타낸다:

상기 방정식에서, 면의 침강부 높이 z는 각각의 지점(x, y)에서 x 방향에서의 기본 곡률로서 정의되는 cux, x 방향에서의 원추 계수로서 정의되는 kx, y 방향에서 기본 곡률로서 정의되는 cuy, y 방향에서 원추 계수로서 정의되는 ky에 의해 계산된다. AR항, BR항, CR항, DR항 및 보다 고차의 임의의 R항들은 보다 고차의 비구면 항들의 회전 대칭 계수들이며, AP항, BP항, CP항, DP항 및 보다 고차의 임의의 P항들은 보다 고차의 비구면 항들의 비회전 대칭 계수들이다.

상기 방정식의 특별한 경우는 하기 수학식으로 나타낸 10차 형태의 수학식 4이다:

위의 수학식 4에서,

Cx 및 Cy는 x 방향 및 y 방향에서의 곡률이고,

k_x및 k_y는 x 방향 및 y 방향에서의 원추 계수이며,

AR, BR, CR 및 DR은 원추로부터 4, 6, 8 및 10차 변형의 회전 대칭 부위들을 나타내고,

AP, BP, CP 및 DP는 원추로부터 4, 6, 8 및 10차 변형의 비회전 대칭 부위들을 나타낸다.

최종적으로 2차 다항식을 사용할 수 있다. 이는 다음의 수학식 5로 나타내어진다.

이 경우에도, 면의 침강부 높이 z는 면의 각각의 지점(x, y)에서 계산한다. 계수치 Anm은 면의 모양을 결정한다. 회전 대칭 비구면 방정식 또는 비점 수차 비구면 방정식에 의해 형성되는 면은 상기 다항식에서 충분한 수의 항들을 제공하는 다항식으로 정확하게 나타낼 수 있다. 항의 차수는 m + n이다.

당해 분야의 숙련가는 다수의 거의 유사한 함수 형태들 또는 함수 방정식들에 의해 면들을 표현할 수 있음을 잘 이해하고 있을 것이다. 이러한 서로 다른 방정식들은 서로 정확히 동일하거나, 상이하더라도 면들의 광학적 성능이 사람 눈의 허용 오차 범위 내에서는 구별되지 않을 정도의 작은 차이를 가질 것이다. 즉, 렌즈의 특정 유효 구경에 속하는 방사 대칭 비구면인 면은 2차 퓨리에 급수(two dimensional Fourier series), 제니케 다항식(Zernike polynomial)의 합, 바이큐빅 스플라인 면 세트(a set of bicubic spline surfaces) 또는 다수의 기타 함수에 의해 거의 정확하게 표현할 수 있다. 마찬가지로, 변형 비구면 또한 이들 함수 및 기타 함수에 의해 근사하게 표현할 수 있다.

누진 다초점 렌즈의 후면 또는 중간면에 적용되는 비점 수차 보정 면의 목적은 누진부 면에서 인지될 수 있는 원하지 않는 비점 수차를 경감시키기 위한 것이다. 눈은 안과용 렌즈에서 대략 0.2 디옵터의 굴절력 및 비점 수차 변화에 대해 민감하다. 따라서, 굴절력이 변형 비구면에 대해 3mm 유효 구경 전체에 걸쳐서 0.2 디옵터 내에서 동일하게 하고 비점 수차의 크기와 배향이 이러한 동일한 변형 비구면에 대해 3mm 유효 구경 전체에 걸쳐 0.2 디옵터 및 15도 내에서 동일하도록 면이 변형 비구면에 거의 일치하는 형태로 규정하는 경우, 이러한 면은 본 발명의 목적에 상응하는 변형 비구면과 충분히 유사한 것으로 이해될 것이다. 안과용 렌즈에 사용된 면의 유효 구경 내에 속하는 3mm 유효 구경 전체에 걸쳐 면이 방사 대칭 다항식에 기초한 0.2 디옵터 이내의 굴절력, 0.2 디옵터 이내의 비점 수차 크기 및 15도 이내의 비점 수차 배향을 갖는 경우, 규정된 면과 방사 대칭 다항식은 본 발명의 목적에 상응한다. 비점 수차를 경감시키기 위하여, 예를 들면, 2차 다항식에 의한 면과 같은 다른 면 형태를 사용하는 렌즈에 대하여도 유사한 허용 오차가 적용된다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명의 한 양태는 원시 굴절력 영역, 부가 굴절력 영역 및 굴절력이 누진되는 제3의 광학 영역을 포함하는 전면, 이러한 전면의 주변부 비점 수차를 경감시키도록 설계된 변형 비구면인 중간면 및 특수 처방에 의해 소위 토릭 보정(toric correction)으로 불리는 보정을 제공하여 전체 설계의 잔류 비점 수차를 최소화하도록 설계된 비구면인 후면을 구비한 안과용 렌즈이다.

본 발명의 제2의 바람직한 양태는 원시 굴절력 영역, 부가 굴절력 영역 및 굴절력이 누진되는 제3의 영역을 포함하는 전면 및 이러한 전면의 주변부 비점 수차를 경감시키도록 설계된 비구면인 후면을 구비한 안과용 광학 렌즈이다. 렌즈를 제조하는 재료의 굴절율은 바람직하게는 1.50을 초과한다.

본원 명세서에 기술된 설계에 의한 광학 렌즈의 제조는, 규정된 기하학적 구조를 갖는 전면과 중간면에 대해 규정된 기하학적 구조를 갖는 후면으로 이루어진 렌즈 예비 성형물의 제조에서부터 시작한다. 광학 재료는 용융 가공 가능한 열가소성 수지, 예를 들면, 비스페놀 A의 폴리카보네이트 또는 열경화성 수지, 예를 들면, 디에틸렌 글리콜 비스알릴 카보네이트일 수 있다. 광학 재료는 열에 의한 중합 개시 방식 또는 광화학적 중합 개시 방식을 사용하거나 이들 방식의 조합을 사용하여 사출 성형 또는 압축 성형, 또는 캐스트 성형할 수 있다. 바람직하게는 광학 재료는 굴절율이 1.57을 초과한다. 하나의 바람직한 제조방법에 있어서, 성형된 광학 예비 성형물은 특별한 처방에 따르는 정확한 원시 굴절력 및 부가 굴절력 보정을 제공하도록 설계할 수 있다. 즉, 광학 렌즈 예비 성형물은 처방에 따라 성형되거나 원시 굴절력과 부가 굴절력의 광범위한 범위의 조합을 포괄하도록 미리 정량적으로 제조될 수 있다. 예를 들면, +6.00D 내지 -6.00D의 처방 범위와 1.00D 내지 3.00D의 부가 굴절력 범위를 포괄하기 위해 요구되는 상이한 유형의 광학 예비 성형물의 개수는 468개이다. 예비 성형물은 내긁힘성, 반사 방지성, 감광 변색성 또는 소수성 피복재와 같은 다수의 광학 피복재로 전면(볼록면)을 피복시킬 수 있으며, 이러한 피복재는 열 경화 공정 또는 광화학적 공정에 의해 도포된다.

이후에, 예비 성형물의 오목면이 토릭 금형(당해 토릭 금형은 캐스팅에 의해 환상 비구면 광학 품질 면을 제공하도록 설계된 성형 면을 갖는다)에 대해 병렬 배열되도록 예비 성형물을 토릭 금형에 위치시키고, 2개의 면 사이의 공간(즉, 예비 성형물의 후면과 금형의 성형 면 사이의 공간)을 중합가능한 수지로 충전시킨 후, 당해 수지를 중합시켜 경질의 점착성 층을 예비 성형물에 부착시키고 이를 영구적으로 결합시킨다. 예비 성형물의 볼록면의 주요 경선과 렌즈 금형의 토릭 축 사이의 각도 배향을 수지 중합 개시 전에 주의 깊게 조절하여 토릭 축이 원하는 배향으로 형성되도록 한다. 바람직한 제조 방법에 있어서, 상기한 경질의 점착성 층은 구면 굴절력을 전혀 제공하지 않으나, 특수 처방에 의해 요구되는 토릭 보정을 제공한다. 그러나, 렌즈 성형물의 오목면에 면 캐스팅(surface casting)을 추가하여 구면 굴절력과 토릭 굴절력 둘다를 부가할 수 있음을 주지해야 한다.

첫번째 설계 방식으로서, 캐스트 층의 굴절율은 예비 성형물을 구성하는 재료보다 더욱 현저히 낮도록 조정하고, 이에 의해 중간면이 광학적 잇점을 제공하도록 설계할 수 있다. 두번째 설계 방식으로서, 캐스트 층을 굴절율이 예비 성형물의 굴절율과 근접하도록 설계하고, 이때 중간면은 광학적 잇점을 제공하지 않도록 설계할 수 있다. 위에서 언급한 두가지의 설계 방식들은 각각의 장점과 단점을 갖기 때문에 상이한 처방 범위에서 사용하기에 적합할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 첫번째 설계 방식은 중간층에 의한 주변부 비점 수차의 보다 완벽한 무효화에서의 효과를 강조하지만, 굴절율이 비교적 낮은 재료에 의해 토릭 보정이 제공되기 때문에 렌즈 가장자리의 두께가 더 두꺼워진다. 이러한 설계 방식은 -3.00D를 초과하는 토릭 보정 처방에 적합하지 않을 수 있다. 첫번째 설계 방식은 낮은 범위 내지 중간 범위의 토릭 굴절력 보정에 적합할 수 있으며, 또한 높은 부가 굴절력을 요구하는 처방에 특히 적합할 수 있는데, 그 이유는 주변부 비점 수차의 크기가 부가 굴절력에 의해 증가하기 때문이다. 두번째 설계 방식은 또한 모든 처방의 대략 20%에 상당하는 비토릭 처방에 제공되는 렌즈에 적합할 수 있다.

상기 기술된 2개의 설계 방식 중 하나 및 상기 요약된 2개의 제조방법 중 하나를 사용하여, 두개의 면, 및 원하는 경우, 수차가 없는 광학 렌즈를 제공하기 위한 중간면이 사용될 수 있는, 우수한 단일 시야 렌즈를 제공할 수 있으며, 이러한 렌즈의 유용한 광학 영역은 현재 시판되는 렌즈의 유용한 광학 영역보다 넓다.

본 발명을 설명하기 위해 다음의 비제한적 실시예를 사용한다.

원시 굴절력 영역, 중간 영역 및 부가 굴절력 영역으로 특징지어지는, 도 1에 도시한 바와 같은 누진 다초점 면을 설계한다. 원시 굴절력 영역과 부가 굴절력 영역은 구면인 반면, 중간 굴절력 영역은 비구면이다. 원시 굴절력은 0.0D가 되도록 선택되는 반면, 부가 굴절력은 3.00D이다. 부가 굴절력 영역의 직경은 26.0mm인 반면, 환상체의 너비는 15.0mm로 유지시킨다. 예비 성형물로 제조될 수 있는 재료의 굴절율은 1.59로 추정된다. 완성된 단계에서 중간면을 구성할 수 있는 예비 성형물의 후면은 고차수의 항들을 갖는 회전 대칭 비구면이 되도록 설계한다.

이러한 설계는 중간 보정면을 갖는 원형 대칭의 누진 굴절력 특성을 나타내며, 렌즈 면 전체를 나타내기 위해 렌즈 면의 각각의 섹터에 대한 독립적인 각각의 수학식을 이용한다. 이러한 설계에 사용된 재료는 전면 재료의 경우 굴절율이 1.595이고 후면 재료의 경우 굴절율이 1.495이다.

렌즈 자체는 원시 부위, 누진 부위 및 부가 굴절력 부위를 갖는 것으로 설명할 수 있으므로, 이들 부위 각각을 고유의 수학적 함수에 의해 표현하고 이들 수학식을 상기 부위들의 경계면에서 함께 결합시켜 이음새가 없는 하나의 단일 면을 형성시키는 것이 자연스럽다. 이러한 방법은 보다 더 복잡한 면 형태도 만들어 낼 수 있으며, 이러한 렌즈에서 잔류 비점 수차를 더욱 용이하게 보정할 수있다.

상기 설계는 원시 부위의 굴절력이 0디옵터이고, 누진 부가 굴절력이 30mm 직경으로부터 15mm 직경까지에서 반경을 따라 0디옵터로부터 3디옵터로 선형으로 변하고, 부가 굴절력 부분의 중앙의 15mm 직경에서 일정한 3디옵터 굴절력을 갖는 것이다. 따라서, 이러한 처방에 의해 규정되는 3개의 섹터, 즉 제로 굴절력 섹터, 누진 굴절력 섹터 및 일정한 부가 굴절력 섹터가 존재하게 된다.

이러한 특수 설계에 있어서 모든 구획은 이와 연관된 3개의 면, 즉 전면, 중간면 및 후면을 갖는다. 이러한 설계에서, 제로 굴절력 섹터 면들은 모두 순수한 회전 대칭 구면체로서, 곡률이 전면, 중간면 및 후면 각각에서 0.018397mm^-1, 0.01843mm^-1 및 0.018519mm^-1이다.

누진 굴절력 영역을 모델화하기 위해서는 회전 대칭 함수를 선택하며, 그 이유는 부가 굴절력 영역이 회전 대칭을 갖기 때문이다. 부가 굴절력 영역이 렌즈의 1/2 하반부에 존재하므로, 전면 및 중간면 둘다에 대해 중심 이탈되어 경사를 갖는 20차 비구면 방정식을 선택하지만, 차수가 짝수인 항들만을 이용한다. 전면에 대한 파라메터는 다음과 같다:

c = 0.023254mm^-1

k = 4.037618

A4 = -0.138653 x 10^-5mm^-3

A6 = -0.113202 x 10^-5 mm^-5

A8 = 0.326801 x 10^-5 mm^-7

A10 = -0.161103 x 10^-5 mm^-9

A12 = -0.172200 x 10^-5 mm^-11

A14 = -0.116407 x 10^-5 mm^-13

A16 = 0.140865 x 10^-5 mm^-15

A18 = 0.161848 x 10^-5 mm^-17

A20 = -0.388621 x 10^-5 mm^-19

여기서, 좌표 출발점은 가로축 y 방향에서 -15mm, 세로축 z 방향에서 1.7mm 이동되고 경사각은 15.701도이다.

중간면에 대한 파라메터는 다음과 같다:

c = 584.795322mm^-1

k = -40.770451

A4 = 0.177311 x 10^-5mm^-3

A6 = -0.100372 x 10^-5 mm^-5

A8 = 0.186359 x 10^-5 mm^-7

여기서, 좌표 출발점은 가로축 y 방향에서 -15mm, 세로축 z 방향에서 0.695mm 이동하고 경사각은 15.701도이다.

후면에 대한 파라메터는 다음과 같다:

c = 0.018519mm^-1

k = An = 0.0

상기 방정식들은 렌즈의 기계적 중심으로부터 하방으로 15mm에 중심부가 위치하고 내부 직경이 30mm이며 외부 직경이 15mm이고 경사각이 15.701도인 환상 형태의 면에 유효하다.

일정한 부가 굴절력 영역을 모델화하기 위해서도, 회전 대칭 함수를 선택하며, 그 이유는 부가 굴절력 영역이 회전 대칭이기 때문이다. 부가 굴절력 영역은 렌즈의 1/2 하반부에서 일정한 굴절력을 갖기 때문에, 전면, 중간면 및 후면에 대해 곡률 c가 각각 0.023178mm^-1, 0.018431mm^-1 및 0.018519mm^-1인 중심 이탈되고 경사를 갖는 구면을 사용한다.

따라서, 한개의 렌즈 면의 각각의 섹터를 표현하기 위하여 3개의 독립된 방정식을 사용하고, 렌즈는 3개의 면을 갖기 때문에, 완전한 렌즈 처방을 위해서는 파라메터 세트가 9개 필요하다.

이에 따라, 한개의 렌즈 면의 각각의 섹터를 표현하기 위하여 3개의 독립된 방정식을 사용했고, 렌즈는 3개의 면을 가지므로, 완전한 렌즈 처방에 파라메터 세트 9개를 사용했다.

본 발명에 따르는 렌즈는 독특한 장점을 지닌다. 본 발명에 따르는 안과용 누진 다초점 렌즈는 선행 기술에 의해서는 불가능했던 정도까지 비점 수차를 제거할 수 있다. 이러한 본 발명의 렌즈에서는 원하지 않는 비점 수차를 렌즈의 공칭 부가 굴절력의 60% 또는 50%까지 용이하게 감소시킬 수 있다. 심지어, 위에서 언급한 바와 같이, 렌즈의 원하지 않는 비점 수차를 공칭 부가 굴절력의 40% 내지 20%까지의 범위 내로 감소시킬 수 있다.

이제, 본 발명을 하기 청구의 범위에 의해 정의할 것이다.

Claims

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비점 수차를 유발하는 제1면과, 제1면에 의해 유발되는 원하지 않는 비점 수차를 경감시키도록 성형된 하나 이상의 부위를 포함하는 제2면을 포함하는 안과용 렌즈로서,

비점 수차를 경감시키는 면 부위의 형태가 변형 비구면 또는 방사 대칭 비구면이거나, 수학식 5의 2차 다항식에 의해 정의되는, 안과용 렌즈.

수학식 5

위의 수학식 5에서,

z는 면의 침강부 높이이고,

각각의 Anm은 계수치이다.
제25항에 있어서, 제1면이 전면이고 제2면이 후면인 렌즈.
제26항에 있어서, 전면이 누진 다초점 렌즈의 전면인 렌즈.
제27항에 있어서, 누진부 면이 누진 다초점 채널(progressive channel)을 포함하고 원하지 않는 비점 수차를 경감시키는 면 부위의 형태가 변형 비구면인 렌즈.
제28항에 있어서, 변형 비구면이 수학식 3의 방정식에 의해 정의되는 렌즈.

수학식 3

위의 수학식 3에서,

z는 면의 침강부 높이(sag height)이고,

cux는 x 방향에서의 기본 곡률이며,

kx는 x 방향에서의 원추 계수이고,

cuy는 y 방향에서 기본 곡률이며,

ky는 y 방향에서 원추 계수이고,

AR항, BR항, CR항, DR항 및 보다 고차의 R항들은 보다 고차의 비구면 항들의 회전 대칭 계수들이며,

AP항, BP항, CP항, DP항 및 보다 고차의 P항들은 보다 고차의 비구면 항들의 비회전 대칭 계수들이다.
제29항에 있어서, 수학식 3이 10차 이하의 방정식인 렌즈.
제27항에 있어서, 누진부 면이 방사 대칭 굴절력 처방에 의한 것이고 원하지 않는 비점 수차를 경감시키는 면 부위의 형태가 방사 대칭 비구면인 렌즈.
제31항에 있어서, 방사 대칭 비구면이 수학식 1의 방정식에 의해 정의되는 렌즈.

수학식 1

위의 수학식 1에서,

z는 면의 침강부 높이이고,

h는 면의 기계적 축으로부터의 거리이며,

c는 기본 곡률이고,

k는 원추 계수이며,

A_#은 회전 대칭 다항식 계수들이다.
제32항에 있어서, 수학식 1이 20차 이하의 방정식인 렌즈.
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제25항에 있어서, 공칭 부가 굴절력을 갖는 균일 렌즈이며 제1면에 의해 유발되는 원하지 않는 비점 수차가 렌즈의 공칭 부가 굴절력의 60%까지 감소되는 렌즈.
제35항에 있어서, 제1면이 전면이고 제2면이 후면인 렌즈.
제36항에 있어서, 전면이 누진 다초점 렌즈의 전면인 렌즈.
각각 상이한 굴절율을 갖는 2개 이상의 층, 전면, 후면 및 이들 층 사이의 중간면을 포함하고, 여기서 전면, 후면 및 중간면들 중의 하나 이상이 비점 수차를 유발하고 나머지 면들 중의 하나 이상이 원하지 않는 비점 수차를 경감시키며, 비점 수차를 경감시키는 면 부위의 형태가 변형 비구면 또는 방사 대칭 비구면이거나, 수학식 5의 2차 다항식에 의해 정의되는, 렌즈.

수학식 5

위의 수학식 5에서,

z는 면의 침강부 높이이고,

각각의 Anm은 계수치이다.
제38항에 있어서, 비점 수차가 전면에 의해 유발되는 렌즈.
제38항에 있어서, 전면이 누진부 면의 전면인 렌즈.
제40항에 있어서, 누진부 면이 누진 다초점 채널을 포함하고 원하지 않는 비점 수차를 경감시키는 면 부위의 형태가 변형 비구면인 렌즈.
제41항에 있어서, 변형 비구면이 수학식 3의 방정식에 의해 정의되는 렌즈.

수학식 3

위의 수학식 3에서,

z는 면의 침강부 높이이고,

cux는 x 방향에서의 기본 곡률이며,

kx는 x 방향에서의 원추 계수이고,

cuy는 y 방향에서 기본 곡률이며,

ky는 y 방향에서 원추 계수이고,

AR항, BR항, CR항, DR항 및 보다 고차의 R항들은 보다 고차의 비구면 항들의 회전 대칭 계수들이며,

AP항, BP항, CP항, DP항 및 보다 고차의 P항들은 보다 고차의 비구면 항들의 비회전 대칭 계수들이다.
제42항에 있어서, 수학식 3이 10차 이하의 방정식인 렌즈.
제40항에 있어서, 누진부 면이 방사 대칭 굴절력 처방에 의한 것이고 원하지 않는 비점 수차를 경감시키는 면 부위의 형태가 방사 대칭 비구면인 렌즈.
제44항에 있어서, 방사 대칭 비구면이 수학식 1에 의해 정의되는 렌즈.

수학식 1

위의 수학식 1에서,

z는 면의 침강부 높이이고,

h는 면의 기계적 축으로부터의 거리이며,

c는 기본 곡률이고,

k는 원추 계수이며,

A_#은 회전 대칭 다항식 계수들이다.
제45항에 있어서, 수학식 1이 20차 이하의 방정식인 렌즈.
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제38항에 있어서, 비점 수차가 중간면에 의해 유발되는 렌즈.