WO2017138099A1 - 眼用回折多焦点レンズおよび眼用回折多焦点レンズの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の説明に先立ち、本発明で用いられる語句や概念などについて以下の定義又は説明を記載しておく。
瞳関数は、レンズに入射した光の状態を変化させ得るレンズの物理的な作用を記述したレンズの特性関数のことで、具体的には以下の[数1]に記載のとおり、振幅関数A(r)と、位相関数φ(r)の指数関数との積で表されるものである。
位相関数は、レンズに入射した光に対して何らかの方法で光の位相(波の山と谷の位置)に変化を与えるようなレンズに設けられた物理的な作用を数学的に表したものと定義される。位相関数の変数は、主にレンズの中心から半径方向の位置rで表わし、位置rの地点におけるレンズに入射した光の位相が、位相関数φ(r)分の変化を受けてレンズから出射されるものとする。具体的には[図1]に示すようなr-φ座標系で表わすこととする。本明細書では位相をφで表記することとし、その単位はラジアンである。例えば光の1波長を2πラジアン、半波長をπラジアンとして表す。位相関数が設けられた全域の位相の分布を同座標系で表したものを位相プロファイル(Profile)、あるいは単純にプロファイルまたはゾーンプロファイルと呼ぶ。なお、φ=0のr軸を基準線とし、φ=0の地点では入射した光はその位相を変化させることなく射出されることを意味する。そして、この基準線に対してφが正の値を取るとき、光はその位相分だけ進行が遅れ、φが負の値を取るとき、光はその位相分だけ進行が進むことを意味する。実際の眼用レンズにおいては回折構造が付与されていない屈折面がこの基準線(面)に相当する。光はかかる位相関数に基づく位相の変化を受けてレンズから出射されるものとする。
振幅関数は上記[数1]のA(r)で表される関数である。本明細書ではレンズを通過する際の光の透過量の変化を表すものとして定義する。振幅関数の変数はレンズの中心から半径方向の位置rで表わされ、位置rの地点におけるレンズの透過率を表すものとする。また振幅関数はゼロ以上1以下の範囲にあるものとし、A(r)=0の地点では光は透過せず、A(r)=1の地点では入射光はそのまま損失なしで透過することを意味する。本明細書では特に断りのない限り、振幅関数A(r)は1である。
ゾーンは、本明細書においてはレンズに設けられた回折構造又は回折格子における最小の単位として用いる。
ゾーン系列は、特定の規則性をもってレンズ径方向に配列された複数ゾーンの組みとして把握されるものであり、多数のゾーンを複数ゾーンの組みごとに区分して認識する概念として用いる。例えば、回折構造として公知のフレネル間隔を規則性として用いた場合には、以下の[数2]で定められるゾーン半径rnで構成されたプロファイルをゾーン系列として認識することができる。すなわち、[数2]においてr1、P、λのいずれか一つが異なれば、それは異なった別のゾーン系列と解される。本明細書ではゾーン系列(1)、ゾーン系列(2)、・・・、などの記述でゾーン系列を区分する。尤も、ゾーン系列を認識するための規則性はフレネル間隔に限定されるものでなく、例えば前記公報に記載された等間隔のゾーン配列も一つの規則性として用いることができる。このように、ゾーン系列は、ゾーン間隔やゾーン形態などの外観上で客観的に認識し得る規則性をもって、複数ゾーンの組みとして適宜に把握可能である。
ブレーズは、回折格子の構成を位相関数をもって表して、回折格子を構成する各ゾーンを特定すると共に、それら各ゾーンを透過する光波における位相変化が特定された一形態であり、例えば屋根状の形で位相が変化しているものを指す。本発明では、光軸に直交する面上の位相を断面形状であらわした[図2]において、(a)に示すような一つのゾーンにおいて片流れ屋根形の山(頂点又は稜線)と谷(底点又は谷線)の間が直線で変化するものをブレーズの基本とするが、(b)に示すように山と谷の間を放物線状の曲線で変化するものや、(c)に示すように凹凸形状(方形波状)であらわされるものなども、本発明におけるブレーズ状の位相関数の概念に含まれる。また、[図2]の(d)に示すように、山と谷の間が正弦波の関数の一部で変化するようにつながれたもの、さらにはある関数において極値を含まない区間で変化するようにつながれたものも、光波に対して回折格子として機能して複数焦点を生成することから、本発明におけるブレーズ状の位相関数の概念に含まれる。
ブレーズの傾斜角度は、例えばフレネル間隔などでは径方向位置によってゾーン間隔が変化することなどを考慮して、基準面に対するブレーズ傾斜角度である上記の位相定数hを用いて下式で定義する。従って、傾斜角度の単位は、ラジアン/mm2 とされる。
傾斜角度=(|h|×2×π)/ゾーン面積
標準プロファイルとは、複数焦点を与える回折レンズにおける位相プロファイルをいい、特許請求の範囲の[請求項1]に記載の本発明における調節ゾーンを有しない位相プロファイルに該当するものである。従って、透過光の光軸上で複数の焦点位置に光エネルギーのピークをもった光学特性を備えており、使用者に必要とされない焦点位置での光エネルギーのピーク又は使用者に必要な焦点位置であるがピーク値が大きすぎたり小さすぎたりする光エネルギーのピークを与える位相プロファイルとされる。かかる位相プロファイルである標準プロファイルの具体的態様は、特に限定されるものでなく、上述の如き光学特性を備えていれば良く、標準プロファイルの具体的態様までも、本発明の対象範囲として限定されるものでない。したがって、例えば前に挙げた公知文献1~3に記載の公知技術や、例えば本出願人の先願であって近時に公開されるPCT出願(JP2014/071113号)等に記載の技術も公開時で本発明の適用可能な公知技術となり、本発明における標準プロファイルを与える一つの態様として認識され得るが、そのような態様に限定されるものでない。
本発明プロファイルとは、特許請求の範囲の[請求項1]に記載の本発明において調節ゾーンが設定されることで上記の標準プロファイルとは特定のゾーンのブレーズの態様が異ならされた態様をいう。外観上は、位相プロファイルの傾斜方向が相互に逆向きとされたゾーンを有するものとして、客観的に把握される。すなわち、本発明プロファイルは、本発明に従う構造とされた回折型多焦点の眼用レンズにおいて、その回折格子の光学特性をブレーズ状の位相関数をもって表したものである。ここにおいて、本発明における「逆向きの傾き」、即ちブレーズの傾きが逆とされたものとは、ブレーズの傾きの符号(具体的には位相定数の符号)が逆とされたものと解され、傾きの絶対値の同一を要件とせず、対称的に反転されたものに限定されない。また、ブレーズの傾きが略0とされることで実質的に傾斜していないブレーズは、標準プロファイルにおける何れの傾き方向のブレーズに対しても逆向きの傾きの一態様となる。なお、後述の実施例からも明らかなように、本発明プロファイルは標準プロファイルの存在を必須とするものでなく、例えば他のブレーズに比して傾斜角度が外観上で認識し得る程に小さかったり傾きが略0とされた如き、なだらかな非ブレーズ状の接続ゾーンの存在などがあれば、特定の位相プロファイルをもって標準プロファイルの存在を要件とすることなく本発明プロファイルを認定することができる。
光軸は、レンズの光学部における回折格子の回転対称軸であり、本明細書では、レンズ幾何中心を光学中心に設定したものとして、レンズ中心を貫き物体空間および像側空間へ延長された軸のことをいう。なお、レンズの回折格子の回転対象軸である光軸は、レンズ幾何中心から径方向に偏倚設定することも可能である。
0次焦点は、0次回折光の焦点位置をいう。以下、+1次回折光の焦点位置に対しては+1次焦点、+2次回折光の焦点位置に対しては+2次焦点、・・・という。
光軸上強度分布は、レンズ通過後の光の強度を像側空間の光軸上に亘ってプロットしたものである。なお、本明細書中の光軸方向における透過光の光強度分布と同じであって、光軸上強度分布について外観上で明確なピークとして認識できる位置には焦点が存在しているものと、客観的に把握することができる。即ち、かかる焦点は、例えば従来から公知のフレネル間隔を前提とした前記[数2]に従うレンズ設計などによって、意図して設定されたものであることを要件としない。客観的にピークが存在することで光学特性が発揮されるのであり、本発明は意図すると否とに拘わらず存在する光エネルギーのピークを対象としてピークレベルの設定効果を与え得るものである。
点像強度分布とは、点光源から発せられた光がレンズを通過後、ある像面になす強度分布のことで、像面の中心から半径方向の距離に対する光の強度をプロットしたものである。なお、本明細書において、像面は、光軸に直交する投射平面とする。すなわち、前述のようにハロやブラードビジョンは、使用者にとって必要とされる焦点位置での像面における点像強度分布において像面中心から半径方向に外れた位置に到達する迷光のような小ピーク群の存在として把握されることを、本発明者が確認している。そして、これらの小ピーク群を抑えて必要とされる焦点位置でのQOVを向上するには、他の位置で必要とされずに又は比較的重要とされずに客観的に発生している光エネルギーのピークを抑えたり実質的に消失させることが有効となるのである。このように、本発明は、客観的に把握される複数焦点のうちの特定焦点での光エネルギーのピークを抑えることで、必要とされる別の焦点位置におけるQOV向上を図ることなどにも利用することができるのである。
本発明プロファイルで特定される位相関数をもった眼用レンズを実現する一つの現実的且つ例示的な手法として、所定の屈折率をもった公知のレンズ材料からなるレンズ表面に対して実形状を与えることで目的とする位相関数を有する回折格子を実現することができる。ここにおいて、レリーフとは、位相プロファイルで定められる位相に相当する光路長を反映して具体的にレンズの実形状に変換して得られるレンズの表面に形成される微小な凸凹構造の総称である。なお、ブレーズ状の位相をレリーフ形状に変換する具体的な換算式は下記[数5]で定められ、ブレーズの位相の段差が実形状としてのレリーフ段差に変換され得る。
ここにおいて、本発明は、前記[背景技術]欄に記載の事情を背景として、前記[発明が解決しようとする課題]欄に記載の課題を解決することを目的としてなされたものであり、本発明の特徴的な態様は、上述の概念下で上述の定義された語句を用いて以下のように表される。
光軸上の強度分布のシミュレーションにおいて、計算ソフトは、スカラー回折理論と呼ばれる該分野にて知られた理論から導出される回折積分式に基づいて、各ゾーンからの振幅分布や強度分布を計算できるものを用いた。かかる計算ソフトを用いて光軸上の強度分布を計算した。計算に際しては、光源として遠方に存在する点光源を設定し、レンズには同位相の平行光が入射するとして計算した。また、物体側空間および像側空間の媒体は真空、レンズは収差が存在しない理想レンズ(レンズから出た光は射出位置に関わらず全て同一の焦点に結像する)として計算した。また計算は、波長=546nm、レンズの0次回折光の屈折力(ベースとなる屈折力)=7Dで行った。
実施例1は、前記標準プロファイルが与える4つの焦点ピークのうち、ピーク2に配分される光の量が減じられたものである。また、ピーク2以外の焦点位置における光エネルギーピークは増大されたものである。
実施例1においてゾーン番号9、12番目のゾーンを、[表4]に示す位相定数と位相すれ量で設定したものである。かかる調節ゾーンとされた位相プロファイルを[図9]に示す。9、12番目のゾーンが位相定数がゼロとされたまま、隣接する外側のゾーンの頂点位置を一致するように設定されたものである。
実施例3は、実施例1においてゾーン番号3、6番目のゾーンの位相定数と位相ずれ量を[表6]の値で設定したものである。具体的には3、6番目のゾーンの傾きがゼロとされ、隣接する内側のゾーンの谷部と一致するように調節ゾーンとされたものである。実施例3の位相プロファイルの詳細を[図11]に示す。
実施例4は、実施例1においてゾーン番号3、6、9、12番目のゾーンの位相定数と位相ずれ量を[表8]に示す値で設定したものである。具体的には実施例1において水平とされた3、6、9、12番目のゾーンの傾きが他のゾーンの傾きと僅かに反対とされたものである。
実施例5は、実施例4において傾きを反対とされた番号3、6、9、12の調節ゾーンの傾きをさらに大きくしたものである。実施例5の位相プロファイルの詳細を[図15]、[表10]にそれぞれ示す。
実施例6は、実施例5における調節ゾーンとされたゾーンの傾きはそのままとし、位相ずれ量を変量し、隣接する内側のゾーンの谷部と一致するようにされたものである。かかる位相プロファイルの詳細を[図17]及び[表12]にそれぞれ示す。
実施例7は、実施例1において調節ゾーンとされた番号3、6、9、12番目のゾーンのブレーズの端が隣接する内側のゾーンの谷部、及び隣接する外側のゾーンの頂点部と一致するように配された構造を有するものである。かかる位相プロファイルの詳細を[図19]及び[表14]にそれぞれ示す。
なお、本実施例では付加屈折力がP=4Dで設定された標準プロファイルが対象とされているが、かかる付加屈折力は任意に変量可能であり、変量した標準プロファイルに対しても前記実施例と同様の調節ゾーンまたは接続ゾーンが設定され得て、同様の発明の効果を発現しうる。
[ハロ等の評価]
ハロなどの評価は、点像強度分布のシミュレーションによって行うことができる。具体的には、例えば、本発明の回折プロファイルをレンズの前面にレリーフ構造として設け、人の眼球に該レンズを挿入、あるいは装着した状況を模擬的に構築し、かかる眼光学系において網膜上に形成される像を調べるために点像強度分布を求めることによって評価することができる。シミュレーションはライト-トランス(Light Trans)社のVirtualLab(商品名)を用いることができる。なお、人眼の光学系を考慮して、点像強度分布のシミュレーションに設定する入射光は、光軸上強度分布のシミュレーションと同様に、波長を546nmとし、光源は無限遠方の点状光源であるとすることが望ましい。
眼光学系は、角膜、房水、虹彩、眼内レンズ、硝子体、網膜の順で配され、人の眼のデータに基づき屈折率や形状を定めることで眼内レンズへの適用態様をシミュレーションすることができる。具体的には、眼内レンズの屈折力と瞳孔径は、以下のように設定することが好適である。
眼内レンズの0次回折光の屈折力(度数):20D程度, 瞳孔径:直径3~5mm程度
[コンタクトレンズとしてのシミュレーション]
眼光学系は、コンタクトレンズ、角膜、房水、虹彩、水晶体、硝子体、網膜の順で配され、人の眼のデータに基づき屈折率や形状を定めることでコンタクトレンズへの適用態様をシミュレーションすることができる。具体的には、コンタクトレンズの屈折力と瞳孔径は、以下のように設定することが好適である。
コンタクトレンズの0次回折光の屈折力(度数):0D程度, 瞳孔径:直径3~5mm程度
Claims (16)
- ブレーズ状の複数のゾーンが同心円状に設定された位相プロファイルを有する回折構造によって、光軸方向に少なくとも3つの焦点を生成する眼用の回折多焦点レンズにおいて、
前記複数のゾーンのうちで少なくとも一つの該ゾーンが、前記位相プロファイルにおける傾斜方向を他のゾーンと反対にされた調節ゾーンとされており、且つ、光軸方向における透過光の光強度分布において前記3つの焦点を外れた位置でピークを与える光強度レベルが、該調節ゾーンを有しないものに比して小さく抑えられていることを特徴とする眼用回折多焦点レンズ。 - 前記位相プロファイルにおいて下式で特定される前記調節ゾーンの傾斜角度が20ラジアン/mm2 以下とされている請求項1に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- 前記位相プロファイルにおいて、前記調節ゾーンの位相ずれ量が、該位相プロファイルにおける位相の基準線に対する-π~+πラジアンの範囲内に設定されている請求項1又は2に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- 前記位相プロファイルにおいて、前記調節ゾーンが、該位相プロファイルにおける位相の基準線に対して交差して設定されている請求項1~3の何れか一項に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- 前記調節ゾーンを有しないものに比して小さく抑えられている前記光軸方向における透過光の光強度分布におけるピークが、該調節ゾーンを有しない位相プロファイルによって与えられる光学特性において前記3の焦点のうちの少なくとも1つの焦点位置に対して±5ディオプターの範囲内にあるものであり、且つ、該3つの焦点のうちの少なくとも1つの焦点に対して1/3以上のピークレベルを有するものである請求項1~4の何れか一項に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- 前記調節ゾーンを有しないものに比して小さく抑えられている前記光軸方向における透過光の光強度分布におけるピークレベルが、前記3つの焦点における何れのピークレベルに比しても50%以下とされている請求項1~5の何れか一項に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- 前記位相プロファイルが、径方向において一定数の前記ゾーンからなるゾーン群の周期的な繰り返し構造とされており、少なくとも二つの該ゾーン群において対応するゾーンが前記調節ゾーンとされている請求項1~6の何れか一項に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- 同心円状に設定された前記位相プロファイルがフレネル間隔に基づいて設定されている請求項1~7の何れか一項に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- 回折構造によって、光軸方向に少なくとも3つの焦点を生成するブレーズ状の複数のゾーンが同心円状に設定された前記位相プロファイルである調節プロファイルが、互いに重ね合わされる複数の位相プロファイルである出発プロファイルに分割可能であり、それら複数の位相プロファイルの重ね合わせによって生成される合成プロファイルであると共に、
該合成プロファイルの少なくとも一つの前記ゾーンにおいて、各該複数の出発プロファイルの重ね合わせとは異なるブレーズ状の傾斜方向とされた前記調節ゾーンとされている請求項1~8の何れか一項に記載の眼用回折多焦点レンズ。 - 前記3つの焦点に次いで前記光強度レベルが大きい4つめの光強度ピークにおける前記調節ゾーンによる光強度レベルの低下割合が、該3つの焦点の光強度ピークにおける該調節ゾーンによる光強度レベルの低下割合よりも大きくされている請求項1~10の何れか一項に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- ブレーズ状の複数のゾーンが同心円状に設定された位相プロファイルを有する回折構造によって、光軸方向に少なくとも3つの焦点を生成する眼用の回折多焦点レンズにおいて、
前記位相プロファイルが径方向において一定数の前記ゾーンからなるゾーン群の繰り返し構造とされており、且つ繰り返される該各ゾーン群が占める環状領域の面積が互いに等しくされていると共に、隣り合う該ゾーン群の間にはなだらかな非ブレーズ状の接続ゾーンが形成されていることを特徴とする眼用回折多焦点レンズ。 - 前記接続ゾーンが、前記ゾーン群を構成するブレーズ状の前記位相プロファイルの傾斜方向と反対の傾斜を設定されることにより、該接続ゾーンが山頂点と谷底点の何れも備えない位相プロファイルをもって設定されている請求項12に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- ブレーズ状の複数のゾーンが同心円状に設定された位相プロファイルを有する回折構造によって、光軸方向に少なくとも3つの焦点を生成する眼用の回折多焦点レンズにおいて、
前記位相プロファイルが径方向において所定の規則性をもって形成された複数のゾーン群からなるゾーン系列を重ね合わせた、複数のゾーン系列の組み合わせ構造とされており、且つかかるゾーン系列の一つがなだらかな非ブレーズ状の位相プロファイルを有する接続ゾーンとされていることを特徴とする眼用回折多焦点レンズ。 - 前記接続ゾーンが、該接続ゾーンの属する前記ゾーン系列とは異なる別ゾーン系列におけるブレーズ状の前記位相プロファイルの傾斜方向と反対の傾斜を設定されることにより、該接続ゾーンが山頂点と谷底点の何れも備えない位相プロファイルをもって設定されている請求項14に記載の眼用回折多焦点レンズ。
- 同心円状の複数のゾーンからなる回折構造によって光軸方向に少なくとも3つの焦点を生成可能とされた眼用の回折多焦点レンズを製造するに際して、
前記複数のゾーンが同じ方向に傾斜したブレーズ状とされて少なくとも3つの焦点を生成する位相プロファイルを設定し、該位相プロファイルにおける該複数のゾーンのうちで少なくとも一つの該ゾーンの傾斜方向を他のゾーンと反対にした調節ゾーンを設定することにより、光軸方向における透過光の光強度分布において前記3つの焦点を外れた位置でピークを与える光強度レベルを抑えることを特徴とする眼用回折多焦点レンズの製造方法。
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