KR20040069093A - 누진 다초점 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 원거리와 근거리 그리고 그 중간에 걸쳐 전체 시계가 확보될 수 있도록 원용부와 근용부 그리고 누진부를 포함하는 렌즈에 있어서, 렌즈의 전면에 걸쳐 광학유효곡률면을 구비하는 누진 다초점 렌즈에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 상기 누진부(14)의 곡률은, 원용부(12)와 근용부(16)의 곡률의 차이 그리고 누진부(14)의 수직폭을 고려하여 점진적으로 감소하도록 구성된다. 이를 위하여 상기 누진부(14)의 수직곡률을 생성함에 있어서, 각기 두 개의 곡률(a2,a3)이 연결되는 임의의 요소위치(c2)에서 두 개의 곡률에 의해 형성되는 원호는 내접되도록 구성된다. 또한 상기 누진부(14)의 수평곡률을 생성함에 있어서, 상기 원용부(12)와 경계선을 형성하는 누진부(14)의 수평 곡률반경(A')과, 상기 근용부(16)와 경계선을 형성하는 누진부(14)의 수평 곡률반경(B')의 형상이 일치하도록 형성한다. 이와 같은 구성의 본 발명에 의하면 돌출부위와 같은 기하학적인 문제점이 해소되어 렌즈의 가용광학면이 확대될 수 있게 된다.

Description

누진 다초점 렌즈{The gradient index multifocal lens}

본 발명은 누진 다초점 렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유효광학곡률면적을 확대하기 위하여 비점수차와 왜곡수차의 영역을 최소화할 때 불가피하게 발생되는 기하학적인 문제를 개선함에 있어서 구면과 비구면이 렌즈의 곡률현상을 고려하여 적절하게 결합되는 누진 다초점 렌즈에 관한 것이다.

도 1과 도 2에는 종래 기술에 의한 누진 다초점 렌즈의 구성이 전면도로 도시되어 있으며, 도 3에는 종래 기술에 의한 곡률형성방법에 따라 연결되는 곡률이 개략단면도로 도시되어 있으며, 도 4에는 종래 기술에 의한 곡률형성방법에 따라 형성된 곡률구성이 개략사시도로 도시되어 있다.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 누진 다초점 렌즈(10)에는 원거리를 보기 위한 영역(12: far vision viewing portion: 이하, '원용부'라 칭한다)과, 중간거리를 보기 위한 영역(14: intermediate vision viewing portion: 이하, '누진부'라 칭한다) 그리고 근거리를 보기 위한 영역(16: near vision viewing portion: 이하, '근용부'라 칭한다)등이 존재한다. 여기서, 중간거리는 대략적으로 50㎝에서 2m의 거리를 가리키며, 원거리는 이보다 먼 거리를, 근거리는 이보다 가까운 거리를 가리키는 경우가 많으나, 확실한 정의는 존재하지 않는다.

따라서 주지된 바와 같이, 근시와 원시를 동시에 교정할 수 있도록 제작된 종래의 누진 다초점 렌즈(10)는, 상기 원용부(12)와 상기 근용부(16) 그리고 원용부(12)와 근용부(16)의 중간거리를 볼 수 있는 누진부(14)로 구성되어, 이용자는필요에 따라 선택적으로 눈동자의 위치와 방향으로 이들 근용부(16)와 원용부(12) 그리고 누진부(14) 중 어느 한 곳을 선택적으로 결정함으로서, 가까운 곳에서 먼 곳에 이르기까지 다양한 시계를 확보할 수 있게 된다.

그러나, 상술한 누진 다초점 렌즈(10)는, 렌즈의 형태를 유지하면서 상기 원용부(12)와 누진부(14) 그리고 근용부(16)를 연속적으로 형성할 목적으로, 상기 누진부(14)의 임의의 요소위치에서 수직선상 곡률(이하, 수직곡률이라 칭함)과 수평선상 곡률(이하, 수평곡률이라 칭함)을 달리하여 형성한다. 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 중앙선상에 위치한 누진부(14)와 근용부(16)의 양측 주변부에 비점수차부분(20)과 왜곡수차부분(22)과 같은 불명시구역이 발생된다.

이와 같이, 이용가능한 일반렌즈의 형태를 유지하기 위하여 수차량을 작게 하게 되면, 상기 누진부(14)와 근용부(16)의 면적이 협소화되면서 상대적으로 비점수차부분(20)과 왜곡수차부분(22)과 같은 불명시구역이 확대되어, 상의 왜곡으로 인한 시계확보가 제대로 이루어지지 못하는 구조적인 문제가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위하여 다음과 같은 해결방안이 제시되기도 하였다.

즉, 누진 다초점 렌즈(10)의 수직곡률과 수평곡률이 동일하게 형성될 수 있도록 하며, 원용부(12)의 곡률과 근용부(16)의 곡률의 차이만큼을 누진부(14)에서 점진적으로 변화시킴으로서 원용부(12)와 근용부(16)가 연속적으로 형성될 수 있도록 하는 방안이 제시되었다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술의 누진 다초점 렌즈에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 렌즈(10)의 다초점 기능을 가지도록 수직곡률의 형성시, 광학렌즈의 곡률을 늘이고 줄이는 방법으로 누진부(14)의 곡률을 점진적으로 변화시켜 나갈 경우, 렌즈(10)의 표면에는 기하학적인 문제가 발생하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈(10)의 수직중앙선에서의 수직곡률이 부드럽게 연결되지 않아 표면에는 변곡점(a)이 발생하게 된다. 이와 같은 변곡점은 렌즈의 기능을 저하시킨다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 누진부(14)의 임의의 위치에서 수직곡률과 동일한 방법으로 수평곡률을 사용함에 있어, 하나의 곡률만을 이용할 경우, 렌즈의 가장자리 영역에서 상기 누진부(14)의 곡률변화의 누적으로 돌출부(b)가 형성되어 렌즈로서의 기능이 저해되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 누진 다초점 렌즈에서 발생하던 비점수차와 왜곡수차를 최소화할 때 초래하는 기하학적인 문제점을 보완하기 위하여, 구면과 비구면을 조합하여 다양한 곡률변화를 시도하는 누진 다초점 렌즈를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 누진 다초점 렌즈의 전면도.

도 2는 종래 기술에 의한 누진 다초점 렌즈의 전면도.

도 3은 종래 기술에 의한 곡률형성방법에 따라 연결되는 곡률을 나타내는 개략단면도.

도 4는 종래 기술에 의한 곡률형성방법에 따라 형성된 곡률구성의 개략사시도.

도 5는 본 발명에 의한 곡률형성방법에 따라 연결되는 곡률이 나타나는 개략단면도.

도 6a와 도 6b는 경계선에서 누진부의 곡률형상이 나타나는 단면도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 누진 다초점 렌즈 12: 원용부

14: 누진부 16: 근용부

a2, a3, a4: 곡률 b1, b2, b3: 곡률의 중심

c1, c2, c3: 요소위치 A,A': 원용부와의 경계선에서 누진부의 곡률반경

B,B'; 근용부와의 경계선에서 누진부의 곡률반경

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 원거리를 볼 수 있는 원용부와, 근거리를 볼 수 있는 근용부, 그리고 상기 원용부와 근용부의 중간거리를 볼 수 있는 누진부로 구성된 누진 다초점 렌즈에서, 상기 누진부의 곡률은 상기 원용부의 곡률과 상기 근용부의 곡률의 차이, 그리고 상기 누진부의 수직폭을 고려하여 점진적으로 감소하며; 상기 누진부의 수직곡률 중 각기 크기가 서로 다른 두 개의 곡률이 한 점에서 연결될 때, 상기 한 점과 상기 곡률 중 반경이 큰 곡률의 중심을 잇는 선분 상에 반경이 작은 곡률의 중심을 위치시켜, 상기 두 개의 곡률에 의해 형성되는 원호가 내접하도록 구성되며; 상기 근용부와 경계선을 형성하는 누진부의 수평곡률과, 상기 원용부와 경계선을 형성하는 누진부의 수평곡률이 일치할 수 있도록 상기 누진부 전체에 비구면을 적용한다.

또한, 상기 비구면을 상기 근용부와 상기 원용부에도 적용한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 누진 다초점 렌즈에 의하면, 비점수차와 왜곡수차가 감소하면서 동시에 렌즈의 기하학적인 문제가 해결될 수 있는 잇점이 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 누진 다초점 렌즈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 종래 기술과 동일한 것은 동일한 부호를 원용하여 설명한다.

도 5에는 본 발명에 의한 곡률형성방법에 따라 연결되는 곡률구성이 개략단면도로 도시되어 있으며, 도 6a와 도 6b에는 경계선에서 누진부의 곡률형상이 단면도로 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 각기 다른 두 개의 곡률이 연결될 임의의 지점에서 두 곡률에 의해 형성되는 원호가 내접하도록 구성하게 되면, 변곡점이 발생하지 않게 된다. 이를 자세하게 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 곡률 a2와 곡률 a3를 임의의 한 점 c2에서 연결할 때 c2와 곡률 a2의 중심 b2를 잇는 선분상에 곡률 c3의 중심을 위치시키게 되면, 상기 곡률 a2와 a3는 내접하게 되어 상기 임의의 한 점 c2에서 변곡점이 발생하지 않게 된다. 또한, 상기 누진부(14)와 근용부(16)의 연결부분에서도 마찬가지로 동일한 방법으로 두 개의 원호가 내접하도록 구성하므로서 변곡점의 발생을 방지할 수 있다.

우선, 임의의 한 지점에서 두 개의 수평곡률이 형성될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 임의의 한 지점 c2는 곡률 a2와 a3가 접하는 경계이므로 곡률 a1이 형성될 수 있고, 곡률 a2가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 원용부(12)와 누진부(14)가 연결되는 영역에서 누진부(14)의 첫 번째 수평곡률을 선택해야 할 지점이 c2일 때, 임의의 요소위치 c2의 수평곡률을 a2로 정했으면, 임의의 요소위치 c3에서의 수평곡률은 a3로 정해야 한다. 마찬가지로, 임의의 요소위치 c2의 수평곡률을 a3로 정했다면, 임의의 요소위치 c3의 수평곡률을 a4로 정해야 할 것이다.

또한, 임의의 요소위치 c2의 수평곡률의 중심은 c2와 b2를 잇는 선분상에 존재하지 않고, c2를 지나는 수평선상에 존재한다. 다시말해서, c1과 수직으로 h만큼 이격되고 c2를 지나는 선분상에 존재한다.

그러나, 수직곡률의 형성시에 광학렌즈의 곡률을 늘이고 줄이는 방법으로 누진부(14)의 곡률을 점진적으로 변화시켜 나갈 경우, 렌즈(10)의 표면에는 기하학적인 문제가 발생하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈(10)의 수직중앙선에서의 수직곡률이 부드럽게 연결되지 않아 표면에는 변곡점(a)이 발생하게 된다. 이와 같은 변곡점은 렌즈의 기능을 저하시킨다.

이와 같이, 원호가 내접하는 방식으로 곡률을 형성할 경우 변곡점과 같은 기하학적인 문제점은 발생하지 않을 것이다. 그러나, 상기와 같이 선택된 하나의 곡률만으로 수평곡률을 형성하여 렌즈를 제작하게 되면, 렌즈의 가장자리는 렌즈의 중앙부에서 아래로 향할수록 변화되는 곡률로 인하여 도 4에 도시된 바와 같이, 볼록하게 솟아오르게 되어 광학적으로 사용할 수 있는 가용면적이 현저하게 줄어들 뿐만 아니라 수차의 발생으로 정상적인 렌즈의 역할을 하지 못할 수 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 원용부와 누진부와의 경계선에서 상기 누진부의 곡률반경(A)은 원용부의 곡률반경에 대응되어 커지며, 상기 근용부와 누진부와의 경계선에서 상기 누진부의 곡률반경(B)은 근용부의 곡률반경에 대응되어 작아진다. 이와 같이, 원용부의 경계영역과 근용부의 경계영역 사이의 곡률반경의 현격한 차이가 렌즈의 중앙수직선과 인접한 영역에서는 기하학적인 문제를 발생시키지 않으나, 그 나머지의 주변영역으로 멀어질수록 볼록하게 돌출되어 기하학적인 문제점을 발생할 수도 있게 된다.

렌즈는 그 곡률의 크기에 따라 구면렌즈와 비구면렌즈로 대별될 수 있는데, 본 발명에서는 상기 렌즈의 형상을 렌즈의 곡률이 작은 비구면렌즈로 대체하므로서 상술한 기하학적인 문제점을 최소화하려 한다.

비구면렌즈는 초점거리가 동일한 구면렌즈와 비교할 때, 상의 선면도를 높이거나 상의 일그러짐을 방지할 수 있는 기능 이외에도, 렌즈의 두께가 현저하게 얇아질 수 있으면서도, 렌즈의 곡면 형상을 다양하게 변화시킬 수 있는 장점이 있게 된다. 따라서 렌즈의 곡면 형상을 다양하게 변화시킬 수 있는 비구면렌즈의 특징을 누진 다초점 렌즈에 적용함으로서 상술한 기하학적인 문제점을 보완할 수 있게 된다.

이를 자세히 분설하면 다음과 같다. 구면렌즈의 곡선형상은 곡률반경으로 정의될 수 있으나, 비구면렌즈의 형상은 다음과 같은 비구면식에 의해 정의된다.

이때, z(r)은 광축상으로부터 높이 r에서의 비구면에 대한 세그(Sag)값,

,

c는 정점의 곡률 즉,광축으로부터의 렌즈면의 곡률,

k는 코닉(conic)상수이며, 여기서 k>0 단경을 광축으로 하는 타원면

k=0 구면

0>k>-1 장경을 광축으로 하는 타원면

k=-1 포물선

k<-1 쌍곡선

A,B,C등은 비구면계수를 의미한다.

도 5로 다시 돌아가서 계속하여 설명하면, 임의의 소정위치 c2에서 취할 수 있는 곡률 a2 혹은 곡률 a3을 상술한 비구면식의 정점의 곡률(c)에 대입하고, 코닉상수(k)와 비구면계수(A,B,C...)를 적절하게 조정함으로서 다양한 비구면 형상을얻을 수 있게 된다. 즉, 상기 누진부 전체에 비구면을 적용하고, k값과 비구면계수를 점진적으로 변화시키게 되면 구면렌즈의 구면형상에서 발생되는 돌출부의 높이는 제거되거나 최소화된다.

이는 도 6b에서 상기 원용부와 경계선을 형성하는 누진부의 수평 곡률반경(A')과 상기 근용부와 경계선을 형성하는 누진부의 수평 곡률반경(B')이 최대한 일치하도록 구성하므로서 해결된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어 나지 않는 범위에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 다양한 변경이 가능하게 이루어질 수 있는 것이다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

다양한 곡률변화를 통하여, 렌즈의 형태를 유지하기 위해 불가피하게 발생되던 비점수차와 왜곡수차가 현저하게 감소하면서 유효광학곡률면이 확대되어 동적시야의 불안정한 상태가 저하되는 효과가 있게 된다.

또한, 수직곡률과 수평곡률이 일치되어 발생되던 변곡점이나 돌출부와 같은 기하학적인 문제점이 해결되어, 렌즈의 기능과 품질이 향상되는 효과가 기대된다.

특히, 원용부와 누진부 그리고 근용부와 누진부 사이의 경계영역에서 초점이연속적으로 형성되어 제품에 대한 안정성과 신뢰성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 원거리를 볼 수 있는 원용부와, 근거리를 볼 수 있는 근용부, 그리고 상기 원용부와 근용부의 중간거리를 볼 수 있는 누진부로 구성된 누진 다초점 렌즈에서,

   상기 누진부의 곡률은 상기 원용부의 곡률과 상기 근용부의 곡률의 차이, 그리고 상기 누진부의 수직폭을 고려하여 점진적으로 감소하며;

   상기 누진부의 수직곡률 중 각기 크기가 서로 다른 두 개의 곡률이 한 점에서 연결될 때, 상기 한 점과 상기 곡률 중 반경이 큰 곡률의 중심을 잇는 선분 상에 반경이 작은 곡률의 중심을 위치시켜, 상기 두 개의 곡률에 의해 형성되는 원호가 내접하도록 구성되며;

   상기 근용부와 경계선을 형성하는 누진부의 수평곡률과, 상기 원용부와 경계선을 형성하는 누진부의 수평곡률이 일치하여 비숫한 형상이 구비되도록 상기 누진부 전체에 비구면을 적용하는 것을 특징으로 하는 누진 다초점 렌즈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비구면을 상기 근용부와 상기 원용부에도 적용함을 특징으로 하는 누진 다초점 렌즈.