Puroguretsushibu the lens of the eye

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は、遠近両用眼鏡用レンズ、いわゆるプログレッシブ眼鏡用レンズの改良に関するものである。

（従来の技術） 従来、その屈折パワー（屈折力）が遠方視覚のために設計されている遠方視覚部分と、その屈折パワーが近接視覚のために設計された近接視覚部分と、レンズの主視覚線の軸線（ｙまたはｙ′）に沿う屈折パワーが前記遠方視覚部分の屈折パワーから近接視覚部分の屈折パワーまで連続して増加する中間視覚部分とからなる、いわゆるプログレッシブ眼鏡用レンズは、一定の屈折率を有するレンズ材料を使用し、一方または両方のレンズの表面を適切な形状に設計することにより遠方視覚部分から近接視覚部分に至る屈折パワーの増加を図ようにして作成されている。

（発明が解決しようとする課題） このような従来の眼鏡用レンズは、設計されたレンズ表面が球面形状から著しくかけ離れた形状となるために、その生産、特に子午線方向の切断面の研磨が困難であり、実際に研磨して得られた表面と設計上の表面との間に大きい不一致を生ずるので好ましくなかった。

さらに、少なくともプログレッシブレンズ表面の場合には、各種の結像エラー、特に非点収差や歪曲をレンズ全体に亘って低く維持することは困難であった。 本発明は屈折率を変化させたプログレッシブ眼鏡用レンズを用いることにより諸特性の改善を行うという技術思想に基づいてなされたものである。 屈折率を変化させた眼鏡用レンズについては、この技術分野の文献において多数論じられており、例えばWNチャーマン（WNCharman）
の論文「傾斜屈折率光学（Gradient IndexOptics）」
（Ophthalmic Optician 1981年、第72〜84頁）に記載されている。

上記の論文には、これまでは屈折率を変化させたプログレッシブ眼鏡用レンズは、非球面を持つ眼鏡用レンズの代替品であると見做されていたが、従来品と同等に優れた光学的諸特性を有する（第80頁、左欄）であろうことが示唆されている。 しかし、今までのところ屈折率を変化させたプログレッシブ眼鏡用レンズは現実的には知られていない。

これは恐らくプログレッシブ眼鏡用レンズの両面が極めて複雑な表面設計がなされているからであり、屈折率を変化させたレンズを、上記のような極めて複雑な表面設計のなされたレンズの代わりに用いるときは、複雑な屈折率の変動関数を用いなければならず、したがって技術的に実現することができないであろうという先入観によるものと思われる。

本発明の重要な点は、プログレッシブ眼鏡用レンズ作成に際し、屈折率を変化させることによって十分に従来の映像特性に対抗し得る優れた映像特性を持ったレンズを、簡単な製造方法で得ることができるという本発明者の新しい知見によるものである。

すなわち、本発明は、レンズの軸線（ｙ軸またはｙ′
軸）に沿って屈折率を簡単な変動関数で変化させることにより製造方法の簡略化されたプログレッシブ眼鏡用レンズを提供することを目的とするものである。

本発明によるｙまたはｙ′軸方向での屈折率を変化させたレンズを使用するときは、以下に示すような３つの作用効果を生ずることが分かった。

（ａ）視覚曲線に従いまたは平面上に存在しかつ主視覚線に対して適応させた線に沿って屈折パワーが増加しまたは増加が促進される。 ここでいう主視覚線とは、遠方視覚、近接（読書）視覚および中間視覚に対する凝視点と眼鏡用レンズ前方とを結ぶ線をいう。 主視覚線は、遠方視覚部分、近接視覚部分においてはレンズ前面に対し殆ど垂直であり、中間視覚部分は弯曲線を形成する。

（ｂ）主視覚線に沿った非点収差が完全または部分的に除去される。

（ｃ）屈折率勾配を有する媒体の使用により、主子午線の横方向での映像誤差が修正される。

レンズの屈折率を変化させることによる上記の３つの作用効果、すなわち「主視覚線に沿った屈折パワーの増加」、「主視覚線に沿った非点収差の除去」、「主子午線の横方向における映像誤差の修正」が全体的に起こるか、部分的に起こるか否かを想定するとき、3 ³ ＝27の組み合わせが数学的に可能である。

しかしながら、本発明の主眼とするところは、請求項１に示されるように、レンズ材料の屈折率を少なくとも中間視覚部分の主視覚線に沿って変化させれば、少なくとも部分的な屈折パワーの増加が生じ、本発明の本質的な製造上の長所が得られるという知見によるものである。 これによってレンズの遠方視覚部分と近接視覚部分との間の曲率半径が減少し、球状境界面を持ったレンズのプログレッシブ面の加工を省力化することができ、現状技術による球面の研磨加工を簡易化するとともに従来よりも良好な研磨結果が得られる。

また本発明においては、屈折率の変化によって遠方視覚部分から近接（読書）視覚部分までの屈折パワーの増加が、完全にまたは部分的にもたらされるが、横方向の屈折パワーの修正は通常では主として表面設計により得られる。 この外形を決定する表面設計の屈折パワーの増加に対する唯一の貢献は、本発明によるプログレッシブ眼鏡用レンズが、均一な屈折率のレンズ材料から作られる従来のプログレッシブ眼鏡用レンズに比べて厚さや重量が小さく有利であることである。 また、従来のレンズでは周縁部囲の厚さが不均一であるが、これも実質的に均等になるように設計することができる。

これに加えて、非点収差が屈折率の変化によって主子午線に沿って同様に減少するものとすれば、これは次のことを意味する。 すなわち、主子午線または映像の主視覚線に沿った表面の非点収差についての眼鏡用レンズの設計上の制約を減少させるかまたは除去し、その結果本発明の眼鏡用レンズは、ミンクビッツ（Minkwits）の法則に支配されることがなく、また他の問題に専念して設計することができるという利点を有する。

請求項２で示される実施態様では、レンズの前面と接眼とを回転対称面とすることで、屈折パワーの増加と映像誤差の修正の両者がともに屈折率の変化によって得られることを示したものである。

また、本発明では、レンズの軸線（ｙ軸）は、請求項３で示されるようにレンズの垂直軸であることが好ましい。

さらに、レンズの軸線（ｙ′軸）は、請求項４で示されるように近接視覚のために視線を下げた時に生ずる両眼の収斂に従ってｙ軸に対し傾斜した軸線であることが好ましい。

また請求項５の実施態様においては、ｙ軸またはｙ′
軸に近接する交差線の曲率半径を、近接（読書）視覚部分において、ｙ軸またはｙ′軸からの距離が増加するに従って大きくなるようにすることにより、近接（読書）
視覚部の曲率半径が遠方視覚部分（特にこの部分は球面部になるであろうが）の曲率半径と「等しく」なるという利点が有る。 そしてこれにより、レンズの製造をより単純化することができる。

請求項６に記載される実施態様は.x′＝０に対する曲率半径は、サジタル屈折パワーＳ′ _sagが子午線屈折パワーＳ′ _merと殆ど等しくなるように選択するものであるが、この場合には屈折パワーの増加は、主として屈折率の変化によって行われ、非点収差の補正は主として表面設計によて行われる。 そしてこの場合においては、屈折率変化の推移が比較的単純化した技術的手段で行われるという利点がある。

請求項７〜９は、主視覚線の領域における屈折パワーの増加および非点収差補正を行い得る屈折率の変化を方程式で示すものである。 屈折率の関数ｎ（ｙ）は、例えばスプライン関数で表すことができる。 請求項９によれば、前面の映像が非点収差を生じない限り、「レンズ材料」は非点収差を与えることはない。

（発明の実施の形態） 以下本発明を添付図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は、左眼または右眼Ａの前方から見た２つのプログレッシブレンズを示す斜視図であり、Ｚ′ _ＬまたはＺ′ _Ｒは、それぞれ左眼及び右眼の光学的回転点を示すものである。

各プログレッシブ眼鏡用レンズＧは、遠方視覚に対する主視覚点（遠方照合点）B _Fおよび近接視覚に対する主視覚点（近接照合点）B _Nを持っている。 ｙ軸が垂直方向、ｘ軸が水平方向、ｚ軸がレンズの幾何学的中心を通る軸として、固定立体座標径ｘ、ｙ、ｚを各レンズに対して採択すると、遠方照合点B _Fは、各レンズのｙ軸上にある。 しかしながら、例えば読書（近接視覚）のために視線を下げた場合には眼が必然的に内寄せられ、近接参照点B _Nは鼻方向に向かって移動する。 この状況をより明確に示すと、図１（ａ）において視覚光線は直近前方に存在する物体点０に近接する。

視線を下方に下げた場合に両眼の内寄せを許すために、両方のレンズを７゜から10゜の範囲で傾けるのが一般的であり、レンズの対称軸は図１（ａ）に見られるようにｙ軸はｙ′軸に移行する。 なおレンズは眼鏡フレームに嵌めるために研磨される。

図１（ｂ）は、使用位置に配した眼鏡用レンズ、すなわち眼鏡フレームに嵌め込まれた眼鏡用レンズＧが眼Ａ
の前方に位置するときの断面図、すなわち眼／眼鏡レンズ系の子午線方向断面図を示したものである。 この実施態様においては、使用位置においてレンズは８゜の前方傾斜角を有する。 また図１（ｂ）には眼Ａの回転点Ｚ′
からｙ′軸までの距離がｂ′で示される。 これと垂直軸がｙ′軸に移行したレンズの頂点から遠方参照点までの距離ｙ′ _BFおよび近接照合点までの距離ｙ′ _BNの値は次のようになる。

ｂ′＝28.5mm ｙ′ _BF ＝4.0mm ｙ′ _BN ＝−14.0mm 次に図２は、座標ｙ′の関数としての付加関数ｚ
（ｙ′）の推移を示す図であり、プログレッシブ眼鏡用レンズを通しての視覚の座標ｙ′の関数としての推移し得る付加関数ｚ（ｙ′）を示すものである。 付加値ｚ
は、遠方部分の規定屈折パワー（規定パワー）に対する屈折パワーの増加を示すものであり、遠方部分の規定屈折パワーが2.0ジオプトルで、付加により増加した屈折パワーが3.0ジオプトルであるならば、読書（物体）位置における屈折パワーは5.0ジオプトルになる。 図２に示される付加関数ｚ（ｙ′）の推移において、付加は前面を透過した主光線上で測定された物体点０（図１
（ａ）参照）と逆比例する距離におけるすべての点で逆に対応するので、遠方視覚から近接視覚に視線を下げた場合に何等調節操作を行う必要がない。 図２に示された付加関数ｚ（ｙ′）の推移は下記の方程式で説明することができる。

ｚ（ｙ′）＝z ₀ （１−1/（１＋ｅ ^{−ｃ（ｙ′−y0）} ） ここで、 z ₀ ＝3.0ジオプトル ｃ＝0.4508 ｙ′ _０ ＝0.653 以下の項で本発明の２つの好ましい実施態様をより明確に説明する。説明をより簡略にするために両実施態様とも対称なレンズ、すなわち光学的および幾何学的特徴は、レンズの主子午線として示される線に対して対照的であるレンズを用いた。両実施態様ともに図２で示される付加関数ｚ（ｙ′）の推移はレンズの屈折率を変更させることによってのみしか達成されず、レンズの一方の面または両面の曲率を変更することによっては達成されない。その結果主子午線は両実施態様ともに半径が118.
3mmの円弧に固定されている。

また２つの実施態様はともに、次に示す基礎データを具備している。

遠方視覚部分の屈折パワーＳ′ _∞ :0.0ジオプトル 付加屈折パワーz ₀ :3.0ジオプトル 中心厚さ :3mm 幾何学的中心点の屈折率n ₀ :1.604 n ₀に関する接眼面の屈折パワーD ₂ :−5.0ジオプトル レンズの直径 :66mm 付加関数ｚ（ｙ′）の推移を実現するために、両実施態様において、屈折率ｎは、図３において与えられる曲線ｎ（ｘ＝０、ｙ′）における座標ｙ′の関数として使用される。

以下にこの２つの実施態様について詳細に説明する。

第１の実施態様においては、屈折率関数はまさに座標ｙ′の関数であり、したがってこの屈折率を変更することによる屈折パワーの増加は主子午線に沿って生ずるのみである。 同屈折率によって生ずるｙ′ｘ′座標等高線を図４（ａ）に示す（図中の線について記載された数値は屈折率である）。

一方、主子午線に対する横方向領域の映像誤差の修正は、レンズ表面、第１の実施態様の場合ではレンズ前面の適切な設計によって行われる。 上記の表面は、、前記図示の実施態様においては、ｘ′ｚ平面に平行な平面と映像誤差を修正するための表面との交差線が、偏心率がｙの関数である円錐断面となるように設計される。

図５は、主子午線上におけるｙ′の関数としての各円錐断面の曲率（ジオプトルで示す）の推移を示す。 図６
（ａ）〜（ｃ）は映像修正のために用いられる本発明の表面と、主子午線の半径と同様の半径を有する球面との間の矢高差（mmで示す）を表示したものである。 表面の正確な推移は、この表および、例えばｙの円錐断面の偏心率に対する依存性から容易に計算することができる。

一方、第２の実施態様では、屈折率を座標ｙ′およびｘ′の関数として変化させたものであり、主子午線に沿った屈折率の増加も、主子午線上の映像誤差も共に屈折率を変化させることによって主子午線に沿った屈折率の増加のみならず、主子午線上の映像誤差の修正も得られるようにしたものである。 レンズの前面および接眼面はいずれも球面である。

映像誤差の修正の最適化は難しいが、それでも結果は横方向領域において極めて良好な映像特性レンズが得られた。 また横方向領域におけるさらなる映像特性の改善が屈折率関数のさらなる最適化によって得られた。

図４（ｂ）は、第２の実施態様における同じ屈折率によって生ずるｙ′ｘ′座標等高線を示したものである。

また図７および図８は、それぞれ両実施態様における使用位置での屈折精度および非点収差の変化の推移を示す図である（各図において、それぞれ（ａ）は第１の実施態様のもの、（ｂ）は第２の実施態様のものを示す）。

レンズのｘ、y ₀点における平均屈折パワーの前記した図２による０、y ₀点における屈折パワーからの偏差は屈折精度で示されている。

これらの図から分かるように、屈折精度および非点収差の好ましい曲線が得られる。 すなわち本発明によるプログレッシブ眼鏡用レンズにおけるプログレッション帯域周辺領域における平均屈折パワーの主子午線における屈折パワーからの偏差は、表面設計によってのみ屈折パワーの増加を図っていた従来のプログレッシブ眼鏡用レンズによるものに比べて明らかに少ない。 特に第１の実施態様においては一定の屈折パワーの線がレンズの端分に伸びる「チャンネル」が１個生じており、第２の実施態様においては該「チャンネル」が３個生じている（図７（ａ）、（ｂ）参照）。 そして、両者とも主子午線に隣接する部分において非点収差は最小値を示し（図８
（ａ）、（ｂ）参照）、特に第２の実施態様では20mmまでの従来考えられないような広範囲の近接視覚部（読書視覚部）が得られることが分かる。

上記した実施態様における計算は以下のようにして行われた。

すなわち、非点収差および屈折誤差のような非球面で屈折率勾配を有する眼鏡用レンズの非点収差および屈折誤差のような光線と映像特性の推移の記述のために、眼の回転点からの物体空間への主光線を、眼鏡用レンズの接眼面の位置を考慮に入れながらそれぞれの適切な視野角に対して計算する必要がある。

勾配媒体での光線については、例えばEWマルチャンド（EWMarchand）による「勾配屈折係数光学（Grandi
ent Index Optics）」に説明されているように、下記の二次微分方程式に従って計算される。 すなわち、

Am.）第21（1982）でA.シャルマ（A.Sharma）、DVカマー（DVKamer）およびAKガターク（AKGhatak）

によって説明されているルンゲ． クッタ（Runge Kutt

a）法によって与えられる。

主光線に沿って映像特性を定めるため、主光線から反対方向において主光線上の物体点から進行する隣接光線を主光線のときと同様の方法で計算する。 それにより、
個々の値がスプライン関数により記述されるとすれば最適化を容易に行うことができる。

屈折率関数に対する上記と同様の微分方程式による解は以下のように得られる。

ｎ（ｘ、ｙ）＝ｎ（ｙ）＋2n ₂ （ｙ） ^＊ x ² / （１＋（１−（ｘ（ｙ）＋１） ^＊ 4n ₂ ² （ｙ） ^＊ x ² ）） ^1/2または、 ｎ（ｘ、ｙ′）＝ｎ（ｙ′）＋2n ₂ （ｙ′） ^＊ x ² / （１＋（１−（ｘ（ｙ′）＋１） ^＊ 4n ₂ ² （ｙ′） ^＊ x ² ）） ^1/2 （式中ｎ（ｙ）、n ₂ （ｙ）およびｘ（ｙ）は、前記微分方程式の解によって得られる。ｎ（ｙ）は、テーラー展開により記載してもよい。）

【図面の簡単な説明】

図１（ａ）は、本実施態様に使用される用語および諸値を説明するために左眼または右眼の前方から見た２つのプログレッシブレンズを示す斜視図である。 図１（ｂ）は、眼／眼鏡レンズ系の子午線方向断面図である。 図２は、座標ｙ′の関数としての付加関数ｚ（ｙ′）の推移を示す図である。 図３は、座標ｘ′＝０のときの座標ｙ′の関数としての屈折率関数の推移を示す図である。 図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ第１実施態様（ａ）および第２実施態様（ｂ）における同様の屈折率ラインを示す図である。 図５は、座標ｙ′の関数としての主子午面の「水平曲率」の推移を示す図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、第１実施態様において結像エラーを修正のために用いられる表面と球面との間のサジタ面（主子午面と直行する面）差を表形式で示した図である。 図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図４に示した２つの実施態様での正確な屈折率からの偏差を示す図である。 図８（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図４に示した２つの実施態様での非点収差を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者 ファイファー． ハーバート ドイツ連邦共和国8000． ミュンヘン. 60． ゲオルグ‐ハン‐ストラーセ． 16 (72)発明者 アルタイマー． ヘルムート ドイツ連邦共和国8000． ミュンヘン. ５． ドライミューレンストラーセ． ５ (56)参考文献 特表 昭62−500403（ＪＰ，Ａ)