JPH03174109A - 非球面レンズ設計法及び加工装置 - Google Patents

非球面レンズ設計法及び加工装置

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JPH03174109A
JPH03174109A JP1313917A JP31391789A JPH03174109A JP H03174109 A JPH03174109 A JP H03174109A JP 1313917 A JP1313917 A JP 1313917A JP 31391789 A JP31391789 A JP 31391789A JP H03174109 A JPH03174109 A JP H03174109A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は眼内レンズやコンタクトレンズなど眼の屈折矯
正手段としての非球面レンズ設計方法及び製造装置に関
する。
〔従来の技術〕
従来の技術ではレンズの非球面性を球面からのずれの偶
数次の多項式で表現し、多項式の係数を変化させながら
光線追跡を行い、収差を計算して設計したり、あるいは
多項式の代わりに特殊な代数関数で非球面を表現し、係
数を変化させて、設′計をする方法が一般的であった。
しかしこれらの方法では、非球面の表現が代数関数で表
現可能な物に限定されてしまい、設計の自由度が限定さ
れてしまう0例えば光軸に回転対象な屈折曲面の場合、
光軸からの距離でその点の曲率半径が定まる。
曲率半径を光軸からの距離の代数関数で表現した場合、
代数関数の形によって異なる2点の曲率半径が一定の関
係を持ってしまい、それらの点での曲率半径を独立に変
化させることはできなかった。
このため一般に非球面の表現に代数関数をもちいる方法
では、設計の自由度が限定されてしまい、例えば球面収
差を完全に取り除いた眼内レンズやコンタクトレンズの
設計ができなかった。
〔発明が解決しようとする課題〕
眼球光学系では黄斑部の中心窩での画質が視力に影響を
与えるので、眼内レンズやコンタクトンズの設計では、
球面収差をいかにコントロールするかが重要な課題の一
つとなる0本発明は球面収差を任意にコントロールする
ことにより、球面収差を完全に取り除いた眼内レンズや
コンタクトレンズ、あるいは球面収差を任意にコントロ
ールして、任意の焦点深度や解像力を持つレンズ設計方
法及び製造装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明では設計すべき屈折面の形状を、代数関数を用い
て表現することをせずに、屈折曲面の光軸からのある高
さでの曲面の傾きを、その高さを遣る光線が所望の最終
通過点を通るように決め、高さとその点での曲面の傾き
から曲面全体の形状を設計する方法を用いる。即ち、 (1)本発明にかかる非球面レンズ設計法においては、 光線追跡法を用いたレンズ設計に於いて ある入射光線
に対して光線追跡を行い、その光線と特定の屈折曲面と
の交点の位置(光軸からの高さと光軸方向の位置)を求
めるステップと、その交点を通る追跡光線が最終屈折面
を屈折したのちに通るべき所望最終通過点POを決める
ステップと、交点での曲面の傾きT1を適当に定めるス
テップと、その光線のTlに対応した最終通過点P1を
光線追跡法を用いて求めるステップと、交点での傾きを
変えてT2とするステップと、T2に対応する最終通過
点P2を光線追跡法を用いて求めるステップと、Pl、
P2ともに特定の点POに一致しない場合に、先行する
2つの傾きと2つの対応する最終通過点とPOから内挿
あるいは外挿によって新しい傾きを求めるステップと、
それに対応する最終通過点を光線追跡法を用いて求める
ステップとを繰り返すことにより、傾きをつぎつぎ変化
させるステップと、 変化させられたある傾きに対応する最終通過点PがPO
に一致する場合、その傾きを交点での屈折曲面の傾きと
決定するステップと、 入射光線の高さあるいは角度を順次変えて、異なる交点
に対して上記と同様の過程を繰り返すステップと、こう
して求められた交点とその点での傾きとから特定の曲面
の形状を計算するステップとを持つことを特徴とする。
(2)また本発明にかかるレンズ設計製造装置において
は、 光線追跡法を用いたレンズ設計製造装置に於いて、 ある入射光線に対して光線追跡を行い、その光線と特定
の屈折曲面との交点の位置(光軸からの高さと光軸方向
の位置)を求める手段と、その交点を通る追跡光線が最
終屈折面を屈折したのちに通るべき所望最終通過点PO
を決める手段と、交点での曲面の傾きTIを適当に定め
る手段とその光線のT1に対応した最終通過点P1を光
線追跡法を用いて求める手段と、交点での傾きを変えて
T2とする手段と、T2に対応する最終通過点P2を光
線追跡法を用いて求める手段と、P1P2ともに特定の
点POに一致しない場合に、先行する2つの傾きと2つ
の対応する最終通過点とPOから内挿あるいは外挿によ
って新しい傾きを求める手段と、それに対応する最終通
過点を光線追跡法を用いて求める手段とを繰り返すこと
により、傾きをつぎつぎ変化させる手段と、変化させら
れたある傾きに対応する最終通過点PがPOに一致する
場合、その傾きを交点での屈折曲面の傾きと決定する手
段と、 入射光線の高さあるいは角度を順次変えて、異なる交点
に対して上記と同様の過程を繰り返す手段と、こうして
求められた交点とその点での傾きとから特定の曲面の形
状を計算する手段とを持ち計算された曲面形状を記憶装
置に記録する手段と記憶装置の情報にもとづいて数値制
御旋盤装置を用いてレンズ加工することを特徴とする。
〔作用〕
本発明のレンズ設計法および製造法においては特定の屈
折面の光軸からの高さhでの曲面の傾きが、高さhを通
る光線が最終屈折面を通過したのち設計者が任意に指定
した特定の点Poを通るように決定される。入射光線の
高さあるいは角度が順次変化して異なる高さhでの曲面
の傾きが順次決定されて、曲面のそれぞれの高さhでの
傾きの値から全体の曲面の形が計算され設計される。即
ち、 本発明に係るレンズ設計法においては、光学系のある特
定の屈折曲面が設計曲面として選ばれ、7その曲面に対
して本発明による方法が適応される。
入射光線は通常近軸光線から計算され、光線の高さある
いは角度が、設計の目的により少しずつ増加して、入射
光線の各々に対して以下の計算が実施される。即ち、 光線追跡により入射光線が設計屈折曲面を通る交点(光
軸からの高さと光軸方向の距離)が求められる。この交
点での屈折曲面の傾きが本発明によって示された方法に
より次々と変化させられる。
つまり最初の2つの傾きは任意に決定され、3番目以降
は先行する2つの傾きと、光線追跡により求められた対
応する2つの最終通過点と、所望の最終通過点とから、
内挿あるいは外挿法により次の傾きが決定される。
このようにして次々と交点での曲面の傾きが決定される
。対応する最終通過点が所望の通過点と一致すると、そ
のときの傾きが曲面の傾きとなる。
入射光線を次々に変化させて異なる高さhでの曲面の傾
きが決定されるにつれて、曲面の形も逐次的に決定され
る。入射光線を近軸光線がら始めて、角度を徐々に大き
くしていく設計方法では、曲面の光軸に近い部分から曲
面の傾きが決定されていく0曲面の形状が逐次決定され
ていく途中で入射光線と設計曲面との交点の光軸方向の
位置が設計にしたがって変化してくる。この変化はすで
に設計されている曲面形状と次の傾きを用いて計算され
る。このようにして設計された屈折曲面は屈折曲面の光
軸からの高さでの傾きが目的とする最終通過点を必ず通
るように設計されるので、種々の性質をもつレンズの設
計が可能である0例えば所望最終通過点を各高さに対し
て共通の一点に選べば球面収差を完全に取り除いたレン
ズが設計され、また所望最終通過点を2つの点に選べは
二重焦点を持つレンズが設計される。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を眼球光学系の球面収差を完全に取
り除く眼内レンズに適応した場合について説明する。第
1図は本発明に係る方法のフローチャート、第2図は眼
内レンズが挿入された眼球の模式図とフローチャート中
で使用される記号を図示したものであり、第3図は本発
明の実施に使用する装置のブロック図である。第3図に
おいてはlは計算装置、2は記憶装置、3はデイスプレ
ィ装置、4はキーボード、5は記憶装置、6は数値制御
旋盤である。■の計算装置はCPUよりなり、図示しな
いメモリに書き込まれている制御プログラムに従いレン
ズ設計を行う、キーボードの選択により記憶装置の特定
のファイルが選択され10の続出手段により眼内レンズ
設計に必要な角膜の前面、後面、眼内レンズ前面、後面
の曲率半径、各屈折面間の距離、媒質の屈折率、どの屈
折面が設計の対象となるのかの情報、追跡光線の初期値
および追跡光線の初期値を変化させる場合光軸からの高
さが変化するのか、あるいは角度が変化するのか、変化
のピンチ、あるいは目的値設定のための情報などが読み
込まれる。13の目的値設定手段により設計曲面の各交
点に対する光線の所望最終通過点が求められる0本実施
例では球面収差を除いた眼内レンズを設計するので、所
望最終通過点は共通のある一点となる。12の光線追跡
手段を用いて追跡光線の最初の光線初期値に対して光線
追跡が行われ、設計曲面での通過点(光軸からの高さh
と光軸方向の位置)が、15の交点位置決定手段により
求められる。交点での屈折曲面の傾きが、14の傾き設
定手段により本発明による方法に基づき次々に変化させ
られ、変化した傾きについて光線追跡手段を用いて、最
終通過点が16の最終通過点計算手段により求められる
この最終通過点が17の判定手段1により目的値と一致
しているかどうかが確認され、−敗するまで本発明によ
る方法に基づき、14の傾き設定手段が繰り返し適用さ
れ、傾きが次々に変化して最終通過点がそのつど計算さ
れる。またその際に光軸方向の距離が変化する場合はそ
の変化を交点位置決定手段により決定する。このように
して最終通過点が目的値設定手段により決められた値と
合致すると、そのときの屈折曲面の傾きが求める曲面の
傾きとなる。初期値を順次変えて異なる高さhでの傾き
が次々と求められ、18の曲面形状計算手段により順々
に曲面の形状が決定されていく。
この曲面形状は次の高さでの計算のちととなる。
判定手段2では曲面の形状が寞全に定まったかどうかが
確認され、形状が完全に定まると曲面形状のデータが書
込手段により5の記憶装置に書き込まれ、そのデータを
もとに6の数値制御によりレンズが加工される。
〔発明の効果〕
本発明によれば幾何光学の範囲内で、ある特定の共役点
に対して球面収差を完全に取り除いた眼内レンズが簡単
に設計加工できる。また局面の各高さhに対して所望最
終通過点を変化させれば望みの球面収差を持つ眼内レン
ズが設計加工可能である0例えば所望最終通過点を2つ
にすれば、2重焦点をもつ眼内レンズやコンタクトンズ
が可能となる。このようにして本発明によれば球面収差
のないはっきりと見える眼内レンズやコンタクトレンズ
が制作でき、また2重焦点や多焦点レンズの精密な設計
加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る方法のフローチャートを示したも
のである。第2図は眼内レンズ挿入眼の光学系を示した
ものである。PTは交点、hは屈折局面での高さ、Tは
その点での局面の傾き、POは所望最終通過点、PはT
に対応する最終通過点である。第3図は本発明の実施に
必要な装置のズロック図であり、1は計算装置、2は記
憶装置3はデイスプレィ装置、4はキーボード、5は記
憶装置、6はNC旋盤である。 11 閂 (I) 竿 圓 (2ン 第3図 自 発 手 続 補 正 書 平成 3年 2月15日 1、事件の表示 平l132ot年特許願* 313917号2、発明の
名称 3、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光線追跡法を用いたレンズ設計に於いてある入射
    光線に対して光線追跡を行い、その光線と特定の屈折曲
    面との交点の位置(光軸からの高さと光軸方向の位置)
    を求めるステップと、その交点を通る追跡光線が最終屈
    折面を屈折したのちに通るべき所望最終通過点P0を決
    めるステップと、 交点での曲面の傾きT1を適当に定めるステップと、そ
    の光線のT1に対応した最終通過点P1を光線追跡法を
    用いて求めるステップと、交点での傾きを変えてT2と
    するステップと、T2に対応する最終通過点P2を光線
    追跡法を用いて求めるステップと、P1、P2ともに特
    定の点P0に一致しない場合に、先行する2つの傾きと
    2つの対応する最終通過点とP0から内挿あるいは外挿
    によって新しい傾きを求めるステップと、それに対応す
    る最終通過点を光線追跡法を用いて求めるステップとを
    繰り返すことにより、傾きをつぎつぎ変化させるステッ
    プと、 変化させられたある傾きに対応する最終通過点PがP0
    に一致する場合、その傾きを交点での屈折曲面の傾きと
    決定するステップと、 入射光線の高さあるいは角度を順次変えて、異なる交点
    に対して上記と同様の過程を繰り返すステップと、こう
    して求められた交点とその点での傾きとから特定の曲面
    の形状を計算するステップとを持つことを特徴とするレ
    ンズ曲面設計法(2)光線追跡法を用いたレンズ設計製
    造装置に於いて、 ある入射光線に対して光線追跡を行い、その光線と特定
    の屈折曲面との交点の位置(光軸からの高さと光軸方向
    の位置)を求める手段と、その交点を通る追跡光線が最
    終屈折面を屈折したのちに通るべき所望最終通過点P0
    を決める手段と、交点での曲面の傾きT1を適当に定め
    る手段とその光線のT1に対応した最終通過点P1を光
    線追跡法を用いて求める手段と、交点での傾きを変えて
    T2とする手段と、T2に対応する最終通過点P2を光
    線追跡法を用いて求める手段と、P1P2ともに特定の
    点P0に一致しない場合に、先行する2つの傾きと2つ
    の対応する最終通過点とP0から内挿あるいは外挿によ
    って新しい傾きを求める手段と、それに対応する最終通
    過点を光線追跡法を用いて求める手段とを繰り返すこと
    により、傾きをつぎつぎ変化させる手段と、 変化させられたある傾きに対応する最終通過点PがP0
    に一致する場合、その傾きを交点での屈折曲面の傾きと
    決定する手段と、 入射光線の高さあるいは角度を順次変えて、異なる交点
    に対して上記と同様の過程を繰り返す手段と、こうして
    求められた交点とその点での傾きとから特定の曲面の形
    状を計算する手段とを持ち計算された曲面形状を記憶装
    置に記録する手段と記憶装置の情報にもとづいて数値制
    御旋盤装置を用いてレンズ加工することを特徴とするレ
    ンズ設計製造装置
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