KR100777869B1 - 안경 렌즈의 설계 방법 - Google Patents

Abstract

누진 굴절면과 난시 굴절면을 합성한 합성 굴절면에 대해 최적의 비구면 설계를 실시할 수 있는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

안경 렌즈를 구성하는 2개의 굴절면 중 적어도 어느 한쪽의 굴절면이 원용부와 근용부와 누진부를 구비하는 누진 굴절면과 난시 굴절면이 합성된 합성 굴절면을 갖는 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서, 원용부 및 근용부 중 어느 한쪽에 있어서 안경 렌즈의 기하학 중심 근방의 중심점 GC로부터 방사 방향의 적어도 2방향으로 연장되는 기준선을 설정함과 더불어, 원용부 및 근용부 중 어느 다른쪽에 있어서 안경 렌즈의 중심점 GC로부터 방사 방향의 적어도 1방향으로 연장되는 기준선을 설정하여, 각각의 기준선에 따른 굴절력에 대해 비구면 부가량을 결정해, 이들 기준선 간의 굴절력에 대해 보간법으로 비구면 부가량을 결정하는 안경 렌즈의 설계 방법으로 한다.

Description

안경 렌즈의 설계 방법{METHOD OF DESIGNING A SPECTACLE LENS}

도 1(a)∼(d)는 누진 굴절력 렌즈의 원용부, 근용부 및 누진부의 구분예를 나타낸 개념도이다.

도 2(a) 및 (b)는 본 발명의 누진 굴절력 렌즈의 설계 방법을 나타낸 개념도이다.

도 3(a)는 실시예 1에 의해 설계한 안경 렌즈의 등비점 수차도, (b)는 종래의 설계 방법으로 설계한 안경 렌즈의 등비점 수차도이다.

도 4(a)는 실시예 2에 의해 설계한 안경 렌즈의 등비점 수차도, (b)는 종래의 설계 방법으로 설계한 안경 렌즈의 등비점 수차도이다.

도 5(a)는 실시예 3에 의해 설계한 안경 렌즈의 등비점 수차도, (b)는 종래의 설계 방법으로 설계한 안경 렌즈의 등비점 수차도이다.

본 발명은, 시력 보정용 누진 굴절력 렌즈의 설계 방법에 관한 것이다.

누진 굴절력 렌즈는, 안경 렌즈를 구성하는 물체측과 안구측의 2개의 굴절면 중, 적어도 어느 한쪽의 굴절면이, 먼 곳을 보는 윗쪽의 원용부(遠用部)와 이 원용 부와 다른 굴절력을 구비하는 가까운 곳을 보는 아래쪽의 근용부(近用部)와 이들의 사이에서 굴절력이 누진적으로 변화하는 누진부를 구비한다. 누진 굴절력 렌즈에서는, 광학 성능 향상을 위해서 다양한 시도가 이루어져 왔다. 그 하나로서 주목받고 있는 것이, 비구면 설계를 사용한 누진 굴절력 렌즈이다. 이것은, 안경 렌즈를 눈에 장착했을 때와 동일한 조건을 상정하여, 광선 추적에 의해 도수나, 비점 수차, 프리즘 등을 계산하여, 구면 설계에서는 에러가 발생하는 부분을 보충하는 것이다.

또한, 누진 굴절면은 원래, 먼 곳을 보는 것과 가까운 곳을 보는 것의 다른 곡률의 구면을, 한 면 내에서 매끄럽게 연결한 것이므로, 그 자체는 비구면이지만, 여기서 말하는 누진 굴절력 렌즈의 비구면 설계란, 원용 중심이나 근용 중심 등의 누진 굴절면의 곡률이 일정한 영역에서조차도, 수학적으로 배꼽점이 아닌 것을 의미한다.

이러한 비구면 설계를 사용한 누진 굴절력 렌즈는, 하기 특허 문헌 1에 개시되어 있으며, 구면 설계에 비해, 비점 수차의 감소나, 렌즈의 박형화와 같은 효과를 가져오고 있다. 그러나, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 비구면 설계에서는, 최적의 비구면 설계라고는 말하기 어렵다. 그 때문에, 본 발명자는, 하기 특허 문헌 2에 있어서, 간편한 렌즈 설계에 의해, 누진부를 포함한 렌즈 전체에 최적의 비구면 설계를 실시하는 것이 가능한 안경 렌즈의 설계 방법을 제안했다.

(특허 문헌 1) 일본 특공평 2-39768호 공보

(특허 문헌 2) 일본 특개 2000-66148호

그러나, 본 발명자가 특허 문헌 2에서 제안한 설계 방법은, 누진 굴절력 렌즈의 원용부와 근용부는 각각이 일정한 굴절력을 갖는 영역인 것으로 해서, 비구면 설계를 행하고 있다. 그런데, 실제로 생산되는 안경 렌즈의 70% 정도는 난시 보정의 굴절력이 가해져 있고, 누진 굴절면과 난시 굴절면을 합성한 합성 굴절면이 형성된 굴절면을 갖는 안경 렌즈가 대부분을 차지하고 있는 것이 실상이다. 특허 문헌 2에서 제안한 설계 방법에서는, 난시 굴절력을 고려하고 있지 않고, 그 때문에 누진 굴절면에 난시 굴절면이 합성된 합성 굴절면에 대한 비구면 설계에 의한 보정의 최적화가 되어 있지 않았다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 누진 굴절면과 난시 굴절면을 합성한 합성 굴절면에 대해 최적의 비구면 설계를 실시할 수 있는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 첫째로, 안경 렌즈를 구성하는 물체측과 안구측의 2개의 굴절면 중, 적어도 어느 한쪽의 굴절면이, 원용부와 이 원용부와 다른 굴절력을 구비하는 근용부와 이들의 사이에서 굴절력이 누진적으로 변화하는 누진부를 구비하는 누진 굴절면과 난시 굴절면이 합성된 합성 굴절면을 갖는 안경 렌즈의 설계 방법으로서, 상기 원용부 및 상기 근용부 중 어느 한쪽에 있어서 안경 렌즈의 기하학 중심 근방의 중심점으로부터 방사 방향의 적어도 2방향의 기준선을 설정하는 제1 기준선 설정 공정과, 상기 원용부 및 상기 근용부 중 어느 다른쪽에 있어서 안경 렌즈의 상기 중심점으로부터 방사 방향의 적어도 1방향의 기준선을 설정하는 제2 기준선 설정 공정과, 각각의 상기 기준선에 따른 굴절력에 대해 비구면 부가량을 결정하는 비구면 부가량 결정 공정과, 이들 기준선 간의 굴절력에 대해 보간법으로 비구면 부가량을 결정하는 보간 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

누진 굴절면에 난시 굴절면이 합성된 합성 굴절면을 갖는 안경 렌즈에 있어서는, 원용부 및 근용부에서도 비구면으로 되어 있다. 원용부 및 근용부에서의 합성 굴절면의 굴절력은, 난시 굴절력과 난시축에 따라 크게 변화하므로, 안경 렌즈마다 다르다고 해도 과언이 아니다. 최적의 비구면 부가량은 기초가 되는 합성 굴절면의 굴절력에 따라 다르기 때문에, 기초가 되는 합성 굴절면의 굴절력을 파악하지 않으면 안된다. 그 때문에, 안경 렌즈의 기하학 중심 또는 그 근방을 중심점으로서 설정하고, 그 중심점으로부터 방사 방향으로 원용부 또는 근용부 중 면적이 큰 쪽의 영역으로 연장되는 적어도 2개의 기준선을 설정함과 더불어, 원용부 또는 근용부 중 면적이 작은 쪽의 영역으로 연장되는 적어도 1개의 기준선을 설정하여, 이들 기준선에 따른 굴절력에 대해 최적의 비구면 부가량을 결정하고, 또한 이들 기준선 간의 영역의 비구면 부가량을 보간법으로 결정함으로써, 합성 굴절면 전체에 대해 최적의 비구면 설계를 실시할 수 있다.

본 발명은, 둘째로, 상기 제1의 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서, 상기 제1 기준선 설정 공정이, 상기 중심점으로부터 상기 원용부 및 상기 근용부 중 어느 한쪽의 양단부와 중심부의 적어도 3방향의 기준선을 설정하는 것을 특징으로 하는 안 경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

면적이 넓은 쪽의 원용부 또는 근용부의 합성 굴절면의 굴절력을 정확하게 파악하기 위해서는, 양단부와 중심부의 적어도 3방향으로 연장되는 기준선을 설정하는 것이 유리하다.

본 발명은, 셋째로, 상기 제1 또는 2의 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서, 상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을, (x, y, z)=(0, 0, 0)으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 좌표를 z_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량을 δ로 했을 때, 상기 비구면 부가량을 더한 합성 굴절면의 좌표 z_t가, z_t=z_p+δ로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

이 제1의 비구면 부가량의 계산 방법에 의하면, Z축 방향의 비구면 부가량의 좌표를 직접 계산할 수 있다.

본 발명은, 넷째로, 상기 제1 또는 2의 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서, 상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을, (x, y, z)=(0, 0, 0)으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 직경 방향의 경사를 dz_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량으로부터 구해지는 직경 방향의 경사를 dδ로 했을 때, 상기 비구면 부가량을 더한 합성 굴절면의 직경 방향의 경사 dz_t가, dz_t=dz_p+dδ로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

이 제2의 비구면 부가량의 계산 방법에 의하면, 경사의 분포를 구하므로, 프리즘량의 제어가 용이하다는 이점을 갖는다. Z 좌표는, 원점으로부터 적분함으로써 구할 수 있다.

본 발명은, 다섯째로, 상기 제1 또는 2의 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서, 상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을, (x, y, z)=(0, 0, 0)으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 직경 방향의 곡률을 c_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량으로부터 구해지는 직경 방향의 곡률을 cδ로 했을 때, 상기 비구면 부가량을 더한 합성 굴절면의 직경 방향의 곡률 c_t가, c_t=c_p+cδ로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

이 제3의 비구면 부가량의 계산 방법에 의하면, 곡률의 분포를 구하므로, 광학적 평가가 간단하고, 설계하기 쉽고, 목적으로 하는 처방이 용이하게 얻어진다는 이점이 있다. Z 좌표는, 원점으로부터 적분함으로써 구할 수 있다.

본 발명은, 여섯째로, 상기 제1 또는 2의 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서, 상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을, (x, y, z)=(0, 0, 0)으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 좌표를 z_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량으로부터 구해지는 직경 방향의 곡률을 cδ로 했을 때, 상기 비구면 부가량을 더한 합성 굴절면의 좌표 z_t가, 하기 식 (1)로 정의되는 b_p

를 사용하고, 하기 식 (2)

(단, r은 상기 중심점으로부터의 거리이고, r=(x²+y²)^1/2로 표시된다)로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

이 제4의 비구면 부가량의 계산 방법에 의하면, 곡률의 분포를 구하므로, 광학적 평가가 간단하고, 설계하기 쉽고, 목적으로 하는 처방이 용이하게 얻어지고, 또 Z 좌표를 적분을 사용하지 않고 직접 계산할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명은, 일곱째로, 상기 제1 또는 2의 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서, 상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을, (x, y, z)=(0, 0, 0)으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 좌표를 z_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량으로부터 구해지는 코닉(Korenich) 계수를 kδ(kδ=-e², e는 이심율(離心率))로 했을 때, 상기 비구면 부가량이 더해진 합성 굴절면의 좌표 z_t가, 하기 식 (1)로 정의되는 b_p

을 사용하고, 하기 식 (3)

(단, r은 상기 중심점으로부터의 거리이고, r=(x²+y²)^1/2로 표시된다)로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

이 제5의 비구면 부가량의 계산 방법에 의하면, 곡률의 변화가 매끄럽게 되도록 설계할 수 있어, 급격한 도수 변화 등이 없는 자연스러운 누진면 형상이 얻어진다.

본 발명은, 여덟째로, 상기 제1∼7 중 어느 한 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서, 상기 합성 굴절면이, 안구측의 굴절면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법을 제공한다.

안구측의 굴절면에 합성 굴절면을 배치함으로써, 물체측의 굴절면을 구면으로 할 수 있다. 이에 의해, 누진 굴절력 렌즈의 결점인, 흔들림이나 일그러짐과 같은 요소를 저감할 수 있어, 광학 성능이 향상함과 더불어, 본 발명의 효과인 비점 수차의 삭감, 또는 렌즈의 박형화도 동시에 실현할 수 있다.

이하, 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법의 실시형태에 관해 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법은, 안경 렌즈를 구성하는 물체측(외면측)과 안구측(내면측)의 2개의 굴절면 중, 적어도 어느 한쪽의 굴절면이, 원용부와 이 원용부와 다른 굴절력을 구비하는 근용부와 이들의 사이에서 굴절력이 누진적으로 변화하는 누진부를 구비하는 누진 굴절면에 난시 굴절면이 합성된 합성 굴절면을 갖는 안경 렌즈의 설계 방법이다.

난시를 교정하는 토릭면의 난시축은 처방에 따라 180°변화하고, 난시를 교정하는 도수도 처방에 따라 변화한다. 원용부 및 근용부에서의 합성 굴절면의 굴절력은, 안경 렌즈마다 다르다고 해도 과언이 아니다. 따라서, 누진 굴절면과 난시 굴절면이 합성된 합성 굴절면을 갖는 안경 렌즈의 설계는, 필연적으로 오더메이드 설계가 되어, 안경 렌즈마다 설계를 하게 된다. 그 때문에, 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법을 적용한 경우라도, 계산량이 늘어날 뿐, 생산성이 저하하는 일은 없고, 누진 굴절력과 난시 굴절력의 양쪽의 시력 교정이 필요한 한사람 한사람에게 최적의 광학 성능을 갖는 안경 렌즈를 제공할 수 있다.

누진 굴절력을 갖는 안경 렌즈의 설계에서는, 렌즈 윗쪽에 있고 원방을 보기 위한 원용부와, 렌즈 아래쪽에 있고 가까이의 물건을 보기 위한 근용부와, 이들 원용부와 근용부를 매끄럽게 연락하여, 중간적인 거리를 보기 위한 누진부를 안경 렌즈 내에서 구분한다. 용도별 설계에서는, 원용 시야와 근용 시야의 양쪽을 균형있게 배치하는 소위 원근 양용 설계와, 넓은 원방 시야와 중간 시야를 중시한 원중 주체 설계와, 1m 전후의 중간 영역부터 바로 앞까지의 시야를 중시한 중근 주체 설계로 크게 나눌 수 있다. 또, 왜곡 수차와 비점 수차의 분포의 설계에서는, 원용 부와 근용부를 넓게 하고, 좁은 누진부에 수차를 집중시킨 수차 집중형과, 원용부와 근용부를 좁게 하고, 누진부를 넓게 해 중간부에서의 수차를 확산시킨 수차 분산형으로 크게 나눌 수 있다. 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법에서는, 어느 카테고리의 누진 굴절력의 안경 렌즈에나 대응할 수 있다.

도 1에, 원용부와 누진부와 근용부의 몇개의 구분예를 나타낸다. 도면 중, 안경 렌즈는 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 본 도면이고, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축으로 해서 나타내고 있다. 도 1(a)는, 수차 분산형의 원근 양용 설계의 원용부와 누진부와 근용부의 구분의 일례의 모식도이다. 도 1(b)는, 수차 집중형의 원근 양용 설계의 원용부와 누진부와 근용부의 구분의 일례의 모식도이다. 도 1(c)는, 수차 분산형의 중근 주체 설계의 원용부와 누진부와 근용부의 구분의 일례의 모식도이다. 도 1(d)는, 수차 집중형의 중근 주체 설계의 원용부와 누진부와 근용부의 구분의 일례의 모식도이다.

한편, 난시를 교정하는 토릭면은, 어떤 자오면 내에서는 최대의 굴절력을 갖고, 그것에 직각인 자오면에서는 최소의 굴절력을 갖는, 서로 직교하는 단면에서의 곡률 반경을 다르게 한 표면으로 정의된다.

상기 누진 굴절면과 토릭면을 합성하는 합성 굴절면의 설계 방법은, 예를 들면 WO97/19382에서 개시되어 있다. 즉, 합성 굴절면의 임의의 점 P(x, y, z)에 있어서의 좌표 z는, 구면 설계의 누진 굴절면의 임의의 점 P에서 근사 곡률 Cp와, 구면 설계의 누진 굴절면에 부가하는 토릭면의 x방향의 곡률 Cx 및 y방향의 곡률 Cy를 사용해 다음 식 (4)로 표시된다.

이러한 합성 굴절면을 갖는 안경 렌즈의 원용부와 근용부에서는, 난시를 교정하는 굴절면이 합성되어 있으므로, 비구면이 되어 있다. 본 발명자가 특허 문헌 2에서 제안한 설계 방법에서는, 이 난시에 의한 비구면을 무시하고 원용부와 근용부 전체가 각각 1개의 평균 도수로 표시되는 것으로 해서 부가하는 비구면량을 결정하고 있다. 또한, 본 명세서에서의 부가하는 비구면(그 부가량을 비구면 부가량이라고 한다)이란, 누진 굴절면과 난시 굴절면을 제외하고, 안경 렌즈의 정점에서 주변에 걸쳐 곡률이 연속적으로 변화하는 굴절면을 의미한다.

본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법은, 원용부 및 근용부에 대해 치밀하게 비구면 부가량을 결정하여, 비구면 부가량을 최적화하는 설계 방법이다. 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법에 있어서는, 제1 기준선 설정 공정에 있어서, 원용부 및 근용부 중 어느 한쪽에 있어서 안경 렌즈의 기하학 중심 근방의 중심점으로부터 방사 방향의 적어도 2방향으로 연장되는 기준선을 설정하고, 제2 기준선 설정 공정에 있어서, 원용부 및 근용부 중 어느 다른쪽에 있어서 안경 렌즈의 중심점으로부터 방사 방향의 적어도 1방향으로 연장되는 기준선을 설정하고, 비구면 부가량 결정 공정에 있어서, 각각의 기준선에 따른 굴절력에 대해 비구면 부가량을 결정하고, 보간 공정에 있어서, 이들 기준선 간의 굴절력에 대해 보간법으로 비구면 부가량을 결정하는 공정을 갖는다.

도 2에, 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법을 설명하는 개념도를 나타낸다. 도 2(a)는 안경 렌즈를 정면에서 본 개념도이고, 도 2(b)는 중심점으로부터 일정 거리의 반시계 회전 방향의 원의 궤적과 기준선이 교차하는 점에서의 비구면 부가량을 플롯한 그래프이다.

도 2에 나타낸 안경 렌즈는, 원근 양용 설계의 수차 분산형의 누진 다초점 렌즈이다. 원용부와 근용부는, 각각 원용 중심과 근용 중심을 중심으로 한 부채형의 형상으로 되어 있고, 도트로 전부 칠해 표시되어 있다. 이 안경 렌즈는, 좌안용이며, 비교적 굵은 선으로 나타낸 주 자오선이 원용 중심으로부터 근용 중심에 걸쳐 눈의 폭주(輻輳)를 가미하여 도면 좌측의 코쪽으로 굴곡하고 있다.

본 발명에 있어서의 안경 렌즈 설계의 기준이 되는 것은, 통상, 안경 렌즈의 기하학 중심이며, 기하학 중심을 중심으로서 사용한다. 그러나, 이 기하학 중심 근방의 임의의 점을 중심점으로서 선택할 수 있다. 원근 양용 설계의 누진 굴절력 렌즈에서는, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 안경 렌즈의 기하학 중심 GC는 원용 중심과 사실상 일치한다.

제1 기준선 설정 공정에서는, 원용부와 근용부 중 면적이 큰 어느 한쪽을 선택하여, 기하학 중심 GC로부터 방사상으로 원용부 또는 근용부의 영역 내를 통과하여 안경 렌즈 끝가장자리까지 도달하는 직선형으로 연장되는 적어도 2개의 기준선을 설정한다. 예를 들면, 원근 양용 설계에서는 면적이 넓은 원용부를 선택하고, 중근 주체 설계에서는 면적이 넓은 근용부를 선택한다. 2개 이상의 기준선을 설정함으로써, 넓은 영역의 원용부 또는 근용부의 굴절력을 치밀하게 파악할 수 있다.

도 2(a)에서는, 근용부보다 넓은 영역의 원용부에 Pf1∼Pf7의 7개의 기준선 을 설정한 예를 나타내고 있다. 이들 7개의 기준선은, 기하학 중심 GC를 통과하는 수평 방향의 X축으로부터 반시계 방향으로 등각도 22.5°마다 설정되어 있다. 기준선 Pf4는 주 자오선과 같은 방향이 되어 겹쳐져 있다.

최소의 2개의 기준선을 설정할 때는, 난시축 방향 및 난시축 방향과 직교하는 방향으로 기준선을 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 최소의 2개의 기준선으로 원용부 또는 근용부의 굴절력을 정확하게 파악할 수 있다. 3개의 기준선을 설정하는 경우는, 원용부 또는 근용부의 양단부와 중심부의 3개로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 원용부 또는 근용부의 영역 내의 굴절력을 파악할 수 있다. 기준선의 수는 많으면 많을수록 설계가 치밀해지므로, 원용부 또는 근용부의 영역 내에서 3개 이상으로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면 5°간격, 10°간격, 15°간격, 20°간격, 22.5°간격으로 설정할 수 있다. 또한, 기준선은 등각도마다 설정할 필요는 없다.

다음에, 제2 기준선 설정 공정에서는, 원용부와 근용부 중 면적이 작은 어느 한쪽을 선택하여, 기하학 중심 GC로부터 방사상으로 원용부 또는 근용부의 영역 내를 통과하여 안경 렌즈 끝가장자리까지 도달하는 직선형으로 연장되는 적어도 1개의 기준선을 설정한다. 예를 들면, 원근 양용 설계에서는 면적이 좁은 근용부를 선택하고, 중근 주체 설계에서는 면적이 좁은 원용부를 선택한다. 이 기준선은 임의로 1개 이상 설정할 수 있다. 예를 들면, 안경 렌즈의 기하학 중심과 원용 중심 또는 근용 중심을 연결해 안경 렌즈 끝가장자리까지 연장시킨 1개의 선분을 기준선으로서 채용할 수 있다. 원용부와 근용부의 면적이 작은 경우는, 1개의 기준선으 로 그 원용부 또는 근용부의 영역 전체를 대표시켜도 난시 교정용의 비구면을 충분히 파악할 수 있다. 물론, 2개 이상의 기준선을 설정하면, 보다 치밀한 설계가 되어 보정을 최적화할 수 있다. 도 2에 나타낸 예에서는, 2개의 기준선 Pn1과 Pn2는, 부채형의 근용부의 원호를 3등분하는 끝가장자리의 점과 중심점 GC를 연결하는 선으로 되어 있다. 예를 들면, 안경 렌즈의 기하학 중심 GC로부터 원용부 또는 근용부의 영역 내의 렌즈 끝가장자리를 향해 5°간격, 10°간격, 15°간격, 20°간격, 22.5°간격으로 기준선을 설정할 수 있다. 이 경우도, 기준선은 등각도마다 설정할 필요는 없다.

제1 기준선 설정 공정과 제2 기준선 설정 공정의 순서는 교체 가능하며, 제2 기준선 설정 공정 후에 제1 기준선 설정 공정을 행하도록 해도 된다.

다음에, 비구면 부가량 결정 공정에 있어서, 설정한 각 기준선에 따른 합성 굴절면의 굴절력에 대해 비구면 부가량을 결정한다. 비구면 부가량은, 각 기준선마다 각 기준선에 따른 합성 굴절면의 굴절력에 대해, 안경 렌즈를 눈에 장착했을 때와 동일한 조건을 상정하여, 광선 추적에 의해 도수나, 비점 수차, 프리즘 등을 계산하여, 최적의 비구면 부가량을 구하는 공지의 방법을 채용할 수 있다.

이 비구면 부가량의 계산 방법으로서, 다음 5개의 계산 방법이 있다. 먼저, 안경 렌즈의 좌표계를, 도 1에 나타낸 바와 같이, 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 제1 기준선 설정 공정과 제2 기준선 설정 공정에서 설정한 각 기준선의 중심점 GC를, (x, y, z)=(0, 0, 0)(원점)으로 하는 좌표계를 정의한다.

제1의 비구면 부가량의 계산 방법은, Z축 방향의 비구면 부가량의 좌표를 직접 계산하는 방법이다. 기초가 되는 합성 굴절면의 깊이 방향의 좌표 z_p는,

z_p=f(x, y)

처럼, 좌표(x, y)의 함수로 표시된다. z_p에 Z축 방향의 비구면 부가량 δ을 부가하면, 부가된 후의 Z축 방향의 합성 좌표, 즉 새로운 합성 굴절면의 좌표를 z_t로 했을 때,

z_t=z_p+δ

이다.

이 때, 렌즈의 중심점 GC의 근방은, 프리즘도 적고 비점 수차도 발생하기 힘들므로, 비구면 부가량은 적어도 되지만, 렌즈 외주부는 눈으로부터 입사하는 광선에 각도가 붙기 때문에, 비점 수차가 발생하기 쉽고, 그것을 보정하기 위한 비구면 부가량도 커지는 것이 일반적이다. 실제로 부가하는 이상적인 비구면 부가량은, 사용자의 처방(렌즈의 도수)에 따라 천차만별이지만, 중심점 GC로부터의 거리 r에 따라 변화해 간다. 이상으로부터, 부가하는 최적의 비구면 부가량 δ은, 중심점 GC로부터의 거리 r

r=(x²+y²)^1/2

의 함수가 된다. 또, 도 2에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 기하학 중심 GC를 통과하는 X축을 기점으로 해서 반시계 방향의 각도 θ를 설정함으로써, 비구면 부가량 δ는 (θ, r)의 함수로서 표시할 수 있다. 이것은 이하의 계산 방법에서도 동일하다.

이 제1의 비구면 부가량의 계산 방법은, 좌표를 직접 구할 수 있기 때문에, 계산이 편하다는 이점을 갖는다.

제2의 비구면 부가량의 계산 방법은, 기초가 되는 합성 굴절면의 직경 방향의 경사를 dz_p로 표시하고, 새로운 합성 굴절면의 경사를 dz_t로 했을 때, dz_t=dz_p+dδ의 관계를 사용한다.

이 제2의 비구면 부가량의 계산 방법은, 경사의 분포를 구하므로, 프리즘량의 제어가 용이하다는 이점을 갖는다. Z 좌표는, 원점으로부터 적분함으로써 구할 수 있다.

제3의 비구면 부가량의 계산 방법은, 기초가 되는 합성 굴절면의 직경 방향의 곡률을 c_p로 표시하고, 새로운 합성 굴절면의 곡률을 c_t로 했을 때, c_t=c_p+cδ의 관계를 사용한다.

이 제3의 비구면 부가량의 계산 방법은, 곡률의 분포를 구하므로, 광학적 평가가 간단하고, 설계하기 쉽고, 목적으로 하는 처방이 용이하게 얻어진다는 이점이 있다. Z 좌표는, 원점으로부터 적분함으로써 구할 수 있다.

제4 비구면 부가량의 계산 방법은, 기초가 되는 합성 굴절면의 좌표를 z_p로 표시하고, 새로운 합성 굴절면의 좌표 z_t가, 합성 굴절면의 Z 좌표를 곡률로 치환하 는 하기 식 (1)로 정의되는 b_p

을 사용하고, 하기 식 (2)

로 표시되는 관계를 사용한다.

이 제4의 비구면 부가량의 계산 방법은, 곡률의 분포를 구하므로, 광학적 평가가 간단하고, 설계하기 쉽고, 목적으로 하는 처방이 용이하게 얻어지고, 또 Z 좌표를 적분을 사용하지 않고 직접 계산할 수 있다는 이점이 있다.

제5의 비구면 부가량의 계산 방법은, 기초가 되는 합성 굴절면의 좌표를 z_p로 표시하고, 새로운 합성 굴절면의 좌표 z_t가, 합성 굴절면의 Z 좌표를 곡률로 치환하는 하기 식 (1)로 정의되는 b_p

를 사용하고, 하기 식 (3)

으로 표시되는 관계를 사용한다.

제5의 비구면 부가량의 계산 방법은, 곡률의 변화가 매끄러워지도록 설계할 수 있어, 급격한 도수 변화 등이 없는 자연스러운 누진면 형상이 얻어진다.

비구면 부가량 결정 공정에서는, 각각의 기준선마다 기준선에 따라 비구면 부가량 δ를 중심점 GC로부터의 거리 r과 X축으로부터 반시계 방향의 각도 θ의 함수로서 결정한다.

다음에, 보간 공정에서 각 기준선 사이의 영역의 굴절력에 대해 비구면 부가량을 보간법에 의해 결정하고, 합성 굴절면 전역에 매끄럽게 비구면 성분을 부가한다. 보간법이란, 함수의 2개 이상의 점에서의 함수값을 알아서, 그들 간의 점의 함수값을 구하는 계산 방법을 말한다. 일반적인 보간법으로서, 잘 알려진 라그랑지 보간과 스플라인 보간이 있다. 본 발명에서도 일반적인 보간법을 채용할 수 있다.

도 2(b)는, 세로축에 상기 제1∼제5의 비구면 부가량의 계산 방법으로 구한 비구면 부가량 δ의 값, 가로축에 X축을 기점으로 한 반시계 방향의 각도 θ를 취했을 때, 중심점 GC로부터 등거리(도 2에서는 렌즈 끝가장자리)의 위치에 있어서의 도 2(a)에 나타낸 기준선 δf1∼δf7 및 δn1과 δn2에 있어서의 비구면 부가량 δ의 9점의 값을 플롯한 그래프이다. 보간법은, 이들 9점의 비구면 부가량 δ의 값을 모두 통과하는 도 2(b)의 파선으로 나타낸 매끄러운 곡선의 방정식을 구하는 계산 방법이다. 이에 의해, 안경 렌즈 전체의 영역에서 최적의 비구면 부가량을 결정할 수 있다.

다음에, 렌즈 미터로의 도수 측정을 고려한 누진 굴절력 렌즈를 설명한다. 누진 굴절력 렌즈는, 누진 개시점으로부터 누진적으로 가입 도수가 들어온다. 따라서, 렌즈 미터로 도수를 측정할 때는, 렌즈 미터의 광선폭을 가미하여, 누진 개시점으로부터 5∼10mm 원용측으로 오프셋한 위치에 도수 측정 포인트를 설정하는 것이 일반적이다. 그러나, 누진 개시점의 근방까지 비구면 설계를 실시해 버리면, 렌즈 미터로 도수를 측정했을 때, 비점 수차가 발생하여, 렌즈의 도수를 보증할 수 없게 된다.

그래서, 원근 양용 설계에서는 기하학 중심 GC와 사실상 일치하는 누진 개시점으로부터 r이 소정의 거리까지는, 비구면을 부가하지 않고 구면 설계부로 하는 것이 바람직하다. r은 도수 측정 포인트를 커버할 수 있는 7mm 이상, 12mm 미만이 바람직하다. 이러한 구면 설계부를 설치해도, 누진 개시점의 근방은 광축에 가까워, 원래 부가하는 이상적인 비구면 부가량이 작기 때문에, 광학 성능에 그다지 영향을 미치는 일은 없다.

본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법의 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈로서, 합성 굴절면을 안구측의 굴절면에 배치한 소위 내면 누진 굴절력 렌즈로 하는 것이 바람직하다. 안구측에 합성 굴절면을 배치함으로써, 물체측의 굴절면을 구면으로 할 수 있다. 이에 의해, 누진 굴절력 렌즈의 결점인, 흔들림이나 일그러짐과 같은 요소를 저감할 수 있어, 광학 성능이 향상하는 것이 알려져 있다(WO97/19382). 안구측에 합성 굴절면을 배치한 누진 굴절력 렌즈에 본 발명을 적용하면, WO97/19382에 개시되는 흔들림이나 일그러짐의 감소 효과에 더해, 본 발명의 효과인 비점 수차의 삭감, 또는 렌즈의 박형화도 동시에 실현할 수 있다.

(실시예)

(실시예 1)

도 2(a)에 나타낸 원근 양용 설계의 수차 분산형의 누진 굴절력 렌즈에 대해 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법을 적용했다. 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈는, 물체측이 구면이고, 안구측에 누진 굴절력과 난시 굴절력을 합성한 합성 굴절면을 형성한 소위 내면 누진 렌즈이며, 베이스 커브는 5.00D, 구면 굴절력 S가 0.00D, 원기둥 굴절력 C가 +2.00D, 난시축이 90도, 가입도가 2.00D, 렌즈 중심의 두께 t가 2.9 mm이다.

도 2(a)에 나타낸 기하학 중심 GC를 중심으로 해서 X축으로부터의 각도 θ가 5도마다 기준선을 설정하여, 넓은 영역의 원용부에 25개의 기준선을 설정하고, 좁은 영역의 근용부에 7개의 기준선을 설정했다.

각 기준선마다 각 기준선에 따른 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈의 합성 굴절면의 좌표값을 구해, 각 기준선에 따른 곡면의 근사식을 산출하고, 이 곡면의 근사식의 굴절력에 대한 광선 추적법에 의해, 각 기준선마다 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈의 합성 굴절면의 좌표값에 대한 Z축 방향의 증감으로서 비구면 부가량 δ(θ, r)을 구하는 다음의 비구면식의 3차와 4차의 비구면 계수를 산출했다.

단, a_n은 n차의 비구면 계수, r_o는 기준이 되는 점과 기하학 중심의 직경 방향의 어긋남을 나타낸다. 실시예에서는, 모두 ro=O으로 했다.

이에 의해 5도마다 설정한 기준선마다 각 기준선에 따른 비구면 부가량 δ(θ, r)을 구했다. 다음에, 스플라인 보간으로 기준선 간의 비구면식의 3차와 4차의 비구면 계수를 산출하여, 기준선 간의 영역의 비구면 부가량을 구했다.

표 1에 30도마다의 비구면 계수 a₃(θ), a₄(θ)와 비구면 부가량 δ(θ, r)(단위는 ㎛)의 데이터를 나타낸다. 비구면 부가량의 마이너스는 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈의 합성 굴절면을 안구측으로부터 물체측으로 멀어지게 하는 방향으로 비구면을 부가하는 것을 나타내고, 플러스는 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈의 합성 굴절면을 물체측으로부터 안구측으로 가깝게 하는 방향으로 비구면을 부가하는 것을 나타낸다.

도 3(a)에, 실시예 1에서 설계한 안경 렌즈의 착용 상태를 가정하여 시뮬레이션한 등비점 수차도를 나타낸다. 또, 도 3(b)에, 같은 오리지널 안경 렌즈에 대해 특허 문헌 2에서 나타낸 설계 방법을 적용하여 비구면을 부가한 안경 렌즈의 착용 상태를 가정하여 시뮬레이션한 등비점 수차도를 나타낸다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일하게, 도 2(a)에 나타낸 원근 양용 설계의 수차 분산형의 누진 다초점 렌즈에 대해 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법을 적용했다. 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈는, 물체측이 구면이고, 안구측에 누진 굴절력과 난시 굴절력을 합성한 합성 굴절면을 형성한 소위 내면 누진 렌즈이며, 베이스 커브는 5.00D, 구면 굴절력 S가 0.00D, 원기둥 굴절력 C가 +2.00D, 난시축이 180도, 가입도가 2.00D, 렌즈 중심의 두께 t가 3.4mm이다.

실시예 1과 완전히 동일하게, 기준선을 설정하고, 각 기준선에 따른 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈의 합성 굴절면의 좌표값에 대한 Z축 방향의 증감으로서 상기 비구면식의 3차와 4차의 비구면 계수를 산출하여 비구면 부가량 δ(θ, r)을 구하고, 보간에 의해 기준선 간의 상기 비구면식의 3차와 4차의 비구면 계수를 구해, 기준선 간의 영역의 비구면 부가량을 구했다.

표 2에 30도마다의 비구면 계수 a₃(θ), a₄(θ)와 비구면 부가량 δ(θ, r)(단위는 ㎛)의 데이터를 나타낸다. 또, 도 4(a)에, 실시예 2에서 설계한 안경 렌즈의 착용 상태를 가정하여 시뮬레이션한 등비점 수차도를 나타낸다. 또, 도 4(b)에, 같은 오리지널 안경 렌즈에 대해 특허 문헌 2에서 나타낸 설계 방법을 적용하여 비구면을 부가한 안경 렌즈의 착용 상태를 가정하여 시뮬레이션한 등비점 수차도를 나타낸다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일하에, 도 2(a)에 나타낸 원근 양용 설계의 수차 분산형의 누진 다초점 렌즈에 대해 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법을 적용했다. 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈는, 물체측이 구면이고, 안구측에 누진 굴절력과 난시 굴절력을 합성한 합성 굴절면을 형성한 소위 내면 누진 렌즈이며, 베이스 커브는 5.00D, 구면 굴절력 S가 0.00D, 원기둥 굴절력 C가 +2.00D, 난시축이 45도, 가입도가 2.00D, 렌즈 중심의 두께 t가 3.3mm이다.

실시예 1과 완전히 동일하게, 기준선을 설정하고, 각 기준선에 따른 기초가 되는 누진 굴절력 렌즈의 합성 굴절면의 좌표치에 대한 Z축 방향의 증감으로서 상기 비구면식의 3차와 4차의 비구면 계수를 산출해 비구면 부가량 δ(θ, r)를 구ㅎ하고, 보간에 의해 기준선 간의 상기 비구면식의 3차와 4차의 비구면 계수를 구해, 기준선 간의 영역의 비구면 부가량을 구했다.

표 3에 30도마다의 비구면 계수 a₃(θ), a₄(θ)와 비구면 부가량 δ(θ, r)(단위는 ㎛)의 데이터를 나타낸다. 또, 도 5(a)에, 실시예 3에서 설계한 안경 렌즈의 착용 상태를 가정하여 시뮬레이션한 등비점 수차도를 나타낸다. 또, 도 5(b)에, 같은 오리지널 안경 렌즈에 대해 특허 문헌 2에서 나타낸 설계 방법을 적용하여 비구면을 부가한 안경 렌즈의 착용 상태를 가정하여 시뮬레이션한 등비점 수차도를 나타낸다.

도 3∼도 5를 참조하면, 특허 문헌 2에서 나타낸 안경 렌즈의 설계 방법은, 난시 교정의 굴절면이 누진 굴절면에 부가된 합성 굴절면에 대해 난시 굴절력을 고려하고 있지 않으므로, 비점 수차가 크고, 광학 성능이 떨어지는 안경 렌즈의 설계 방법이 되어 있다.

이에 대해, 본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법에서는, 비구면 설계에 난시 굴절력을 가미할 수 있으므로, 난시 굴절력과 누진 굴절력을 합성한 합성 굴절면에 대해 최적의 비구면 설계를 행할 수 있는 것이 인정된다.

본 발명의 안경 렌즈의 설계 방법은, 노안과 난시를 동시에 보정하는 누진 굴절력 렌즈의 광학 성능을 향상시키는 안경 렌즈를 설계할 수 있다.

Claims (8)

1. 안경 렌즈를 구성하는 물체측과 안구측의 2개의 굴절면 중, 적어도 어느 한쪽의 굴절면이, 원용부(遠用部)와 이 원용부와 다른 굴절력을 구비하는 근용부(近用部)와 이들의 사이에서 굴절력이 누진적으로 변화하는 누진부를 구비하는 누진 굴절면과 난시 굴절면이 합성된 합성 굴절면을 갖는 안경 렌즈의 설계 방법으로서,

   상기 원용부 및 상기 근용부 중 어느 하나의 면적이 큰 영역으로 연장되는 안경 렌즈의 기하학 중심 근방의 중심점으로부터 방사 방향의 적어도 2방향으로 연장되는 기준선을 설정하는 제1 기준선 설정 공정과,

   상기 원용부 및 상기 근용부 중 어느 하나의 면적이 작은 영역으로 연장되는 안경 렌즈의 상기 중심점으로부터 방사 방향의 적어도 1방향으로 연장되는 기준선을 설정하는 제2 기준선 설정 공정과,

   각각의 상기 기준선에 따른 굴절력에 대해 비구면 부가량을 결정하는 비구면 부가량 결정 공정과,

   이들 기준선 간의 굴절력에 대해 보간법으로 비구면 부가량을 결정하는 보간 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 기준선 설정 공정이, 상기 중심점으로부터 상기 원용부 및 상기 근용부 중 어느 한쪽의 양단부와 중심부의 적어도 3방향의 기준선을 설정하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을,

   (x, y, z)=(0, 0, 0)

   으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 좌표를 z_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량을 δ로 했을 때, 상기 비구면 부가량을 더한 합성 굴절면의 좌표 z_t가,

   z_t=z_p+δ

   로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을,

   (x, y, z)=(0, 0, 0)

   으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 직경 방향의 경사를 dz_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량으로부터 구해지는 직경 방향의 경사를 dδ로 했을 때, 상기 비구면 부가량을 더한 합성 굴절면의 직경 방향의 경사 dz_t가,

   dz_t=dz_p+dδ

   로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을,

   (x, y, z)=(0, 0, 0)

   으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 직경 방향의 곡률을 c_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량으로부터 구해지는 직경 방향의 곡률을 cδ로 했을 때, 상기 비구면 부가량을 더한 합성 굴절면의 직경 방향의 곡률 c_t가,

   c_t=c_p+cδ

   로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을,

   (x, y, z) =(0, 0, 0)

   으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 좌표를 z_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량으로부터 구해지는 코닉(Korenich) 계수를 cδ로 했을 때, 상기 비구면 부가량을 더한 합성 굴절면의 좌표 z_t가, 하기 식 (1)로 정의되는 b_p

   

   을 사용하고, 하기 식 (2)

   

   (단, r은 상기 중심점으로부터의 거리이고, r=(x²+y²)^1/2로 표시된다)로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 합성 굴절면을 안경 착용시의 정면에서 봐서, 좌우 방향을 X축, 상하 방향(원근 방향)을 Y축, 깊이 방향을 Z축, 상기 중심점을,

   (x, y, z) =(0, 0, 0)

   으로 하는 좌표계를 정의하고, 상기 합성 굴절면의 기초가 되는 좌표를 z_p로 표시하고, 상기 비구면 부가량으로부터 구해지는 코닉 계수를 kδ(kδ=-e², e는 이 심율(離心率))로 했을 때, 상기 비구면 부가량이 더해진 합성 굴절면의 좌표 z_t가, 하기 식 (1)로 정의되는 b_p

   

   을 사용하고, 하기 식 (3)

   

   (단, r은 상기 중심점으로부터의 거리이고, r=(x²+y²)^1/2로 표시된다)로 표시되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 합성 굴절면이, 안구측의 굴절면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈의 설계 방법.

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