JP3816580B2

JP3816580B2 - プログラム制御によるコンタクトレンズ設計方法およびその方法によるコンタクトレンズ

Info

Publication number: JP3816580B2
Application number: JP13600596A
Authority: JP
Inventors: ジェフリー・エイチ・ロフマン; ティモシー・エイ・クラッターバック; ユーリン・エックス・ルイス
Original assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2016-05-02
Also published as: US5650838A; AU5194796A; CA2175633A1; EP0742462A2; CA2175633C; AU692691B2; JPH0934526A; MX9601677A; EP0742462A3; SG48438A1; TW334515B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ、特にトーリックレンズとその型におけるセグメントの接合部を円滑にするプログラミング方法に係り、より詳しくは、レンズの相異なる厚さあるいは曲率を有する隣接領域間の接合あるいは移行を円滑にして、プログラム作動する数値制御（ＮＣ）工作機械によっても加工できるようにする、レンズ、特にトーリックレンズと、その型の設計に関する。本発明は、コンタクトレンズおよびその型について、異なる厚さあるいは曲率半径を有する隣接領域間の接線近傍において、正確に数値を定義して円滑な移行を可能にする方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
Fanti の米国特許第4,095,878 号は、自動方位付け方法について記載しているが、レンズのセグメント間の移行帯については触れていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の第一の目的は、レンズ、特にトーリックレンズとその型におけるセグメントの接合部を円滑にするプログラミング方法を提供することである。より詳しくいうと、本発明は、レンズの相異なる厚さあるいは曲率を有する隣接領域間の接合あるいは移行を円滑にして、プログラム作動する数値制御（ＮＣ）工作機械によっても加工できるようにする、レンズ、特にトーリックレンズと、その型の設計に関する。本発明は、レンズ、特にトーリックレンズおよびその型について、異なる厚さあるいは曲率半径を有する隣接領域間の接線近傍において、正確に数値を定義して円滑な移行を可能にする方法を提供する。本発明のもう一つの目的は、正確に数値を定義してＮＣ工作機械で加工することができる、コンタクトレンズの厚さあるいは曲率半径が異なる隣接領域間の接線近傍での円滑な移行帯を提供することである。
【０００４】
本発明は、プログラム作動する数値制御（ＮＣ）工作機械によっても、レンズの相異なる厚さあるいは曲率半径を有する隣接領域間の移行を円滑にして加工できるようにする、レンズとその型の設計方法を提供することを目的とする。本発明においては、まずレンズ面の第１および第２のセグメントの曲線を記述する関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）を定義する。そしてレンズ面の第１および第２のセグメント間の移行帯における第１および第２の関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）の勾配ｄｙ／ｄｘを求める。つぎに、第１および第２のセグメント間の所望の移行帯を記述する関数を定義する。そして、第１および第２の関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）、これらの関数の勾配ｄｙ／ｄｘ、ならびに所望の移行帯を記述する関数を用いて、ＮＣ工作機械が、レンズ面の第１および第２のセグメントならびにこれらセグメント間の所望の移行帯を機械加工できるようプログラムをつくる。
【０００５】
より詳しくいうと、二つの関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）間のｘ方向の間隙とｙ方向の間隙を、レンズ面の第１および第２のセグメント間の移行用の間隙となるよう、±１に規格化する。この移行に係る間隙を記述する関数は、線形関数、単一の半径を使って橋渡しするようにしたもの、多重半径、非球面半径、多重非球面半径、多重半径と非球面半径の組み合わせ、あるいは反転曲線を含む多重半径を用いることができる。本発明はまた、本発明の方法で製造されるトーリック面を有するコンタクトレンズにも関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の相隣接する環状セグメントがなす角度が最小の同心円レンズに係る上述の目的と利点は、添付の図面（各図において同じ要素には同一の参照符号を付してある）とともに、以下の好ましい数態様の記述を参照すれば、当業者には容易に理解されるであろう。
【０００７】
図１は、ｘ，ｙ斜交座標系における曲線の勾配の三角関数的関係を表し、特に半径ｒの円と、この円と接点ｃにおいて交差する弦ｘを示す。ここで弦ｘをｘ軸まで並進させるため接点ｃにおいて垂線を下ろすと、この円の接点ｃにおける法線とｘ軸の間の角度は次のようになる。
【数１】

ここでαは接点ｃにおけるこの法線のなす角度である。また、ｍ⊥を接点ｃにおける法線の勾配とすると、
【数２】

そして接線Ｔの勾配は、次式のようになる。
【数３】

【０００８】
図２は、本発明が解決しようとするｘ，ｙ斜交座標系における一般的な問題を説明する。すなわち、第１の関数ｆ（ａ）は、レンズ面の第１のセグメントを表す曲線を定義し、また第２の関数ｆ（ｂ）は、レンズ面の第２のセグメントを表す曲線を定義する。そして、本発明は、数値制御工作機械に第１の関数と第２の関数に係る領域およびこれらの領域の間の移行帯を加工させるため、接線に近似する円滑な線を実現する補正因子あるいは、第１の関数と第２の関数の間の移行帯を定義する。関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）は、特にトーリックレンズを設計するための何らかの円錐関数である。
【０００９】
球面、放物線、楕円および双曲線を含むすべての円錐を記述する一般的な円錐方程式は、次のように表される。
【数４】

さらに、第１象限については、
【数５】

であり、残りの第２、第３および第４象限も、これに似た方程式で記述することができる。
【００１０】
したがって、図２の例においては、二つの曲線ｆ（ａ），ｆ（ｂ）の交点近傍（ｆ（ａ）については点ａ、ｆ（ｂ）については点ｂ）における各曲線の勾配ｄｙ／ｄｘは、数学的に記述できる。次に、ダイヤモンドを先端に有する数値制御式微粉砕機を使って、レンズ用の型において円滑なレンズセグメント移行帯を加工できるよう、二つの曲線を、二つの公知の勾配を結ぶ関数を数学的に記述することによって接続する。
【００１１】
図２をみると、ｘ_a ｙ_a における勾配ｄｙ_a ／ｄｘ_a は、上述の方程式を使って数学的に記述することができ、またｘ_b ｙ_b における勾配ｄｙ_b ／ｄｘ_b も上述の方程式を使って数学的に記述することができることが分る。
【００１２】
図２は結合点を示す。いくつかの結合関数、および補正因子を加えて修正した結合関数も、二つの点ａとｂを結合するのに用いることができる。結合関数とは、巾（べき）関数、漸近関数あるいは三角関数のことである。さらに、これらの関数は、線形補正因子、Ｖ字形補正因子、弧状補正因子あるいは円錐状補正因子などの補正因子を入れて修正することができる。したがって、二つの公知の曲線を結ぶ特定の結合関数は、この結合関数を数学的に特定する方程式によって定義できる。
【００１３】
図４に例示したような下降勾配をもつ巾関数は、
ｘ≦０では、
【数６】

また、ｘ＞０では、
【数７】

となる（ここでＰは巾数である）。
【００１４】
同様に、図４に例示したものと反対の上昇勾配をもつ巾関数は、
ｘ≦０では、
【数８】

また、ｘ＞０では、
【数９】

となる。
【００１５】
上述の各方程式において、二つの方程式ｆ（ａ），ｆ（ｂ）間の間隔ｘは間隙に規格化することができ、±１にも規格化できる。この場合、ｘは、図２に示すように、間隙の中間点であるｘを示す。
【００１６】
変数ｙは、ｘ＝±１のとき、lim ｆ（ｘ）＝±１であるため、巾関数用の方程式によって、±１に自ら規格化される。
【００１７】
巾関数の場合、ある点における関数は、次式で表される：
【数１０】

（ここでｃは、ある点における巾関数ｄｙ／ｄｘの勾配が
【数１１】

［ここでｘとｙはどの点においても±１に規格化されている］となるようにする、間隙間の補正因子である）。
【００１８】
したがって、図２において、公知の関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）の間の結合関数は、ｘとｙが±１に規格化された方程式で定義される。
【００１９】
また図２の点ａ，ｂおよびｏにおいては、
【数１２】

【数１３】

であり、線形補正因子はｙ＝ｍｘ＋ｂである。
【００２０】
非線形補正因子については、前述の円錐方程式を用いることができる。すなわち、
【数１４】

【００２１】
非対称補正因子については、非対称関数は、ＮＣ工作機械が対応できる適当な関数によって記述される。
【００２２】
漸近結合関数は、次式のようになる：
【数１５】

（ここで±の符号は、勾配が上昇するとき＋で、勾配が上昇するとき−である。また、Ｑ＝０，２または４であり、
Ｑ＝０のときは直線、
Ｑ＝２のときは始点と終点における勾配は−０．５、
Ｑ＝４のときは始点と終点における勾配は０である。）
また、結合関数の勾配は、次式の通りである：
【数１６】

補正関数ｃは、
【数１７】

で与えられ、補正済の漸近関数は、次式
【数１８】

のようになる。また、補正済漸近方程式の勾配は、次のように簡略化される：
【数１９】

【００２３】
図３は、レンズ面の曲線を示す。このレンズ面において、第１および第２の屈折面に接続するのは、点ａにおいて第１のレンズの屈折端を区画する第１の節面と、点ｂにおいて第２のレンズの屈折端を区画する第２の節面と、本発明により形成される移行曲線３０である。
【００２４】
図４は、巾数１．８の巾関数であって、巾関数４０の曲線４０と、補正因子４２および巾関数と補正因子の組合せ４４を示す。
【００２５】
図５は、２次の漸近関数５０（上述の方程式においてＱ＝２のもの）と、本発明によって修正した２次の漸近関数５２を示す。
【００２６】
図６は、シヌゾイド関数６０と、本発明によって修正したシヌゾイド関数６２を示す。
【００２７】
本発明は、コンタクトレンズ面、特にトーリックコンタクトレンズ面などのレンズ表面上で、円滑な表面プロファイルを保つ中間移行帯の形状を記述する関数を与え、この関数は、光線の屈折に係る範囲全体にわたって均一にかつ再現性よく当てはまる。このレンズ面の設計は、レンズ接合部の厚さが一定の場合の他に、光学帯接合部の厚さが変化する場合も考慮に入れている。
【００２８】
光学帯前面の周縁における放射状レンズセグメントの厚さとして定義される光学帯接合部の厚さは、レンズの屈折力の設計に応じて変化する。これは、通常の対象的な（回転式の）設計においては重要なことではない。しかし、トーリックレンズのように回転により安定化される設計の場合は、広い屈折範囲にわたって、矛盾なく再現性よく当てはまる設計が必要である。本発明は、安定化のためのシステムに、一定のアスペクト比（垂直方向の厚さと水平方向の厚さの比）を維持させることにより、これを達成させ、かつ要求される厚い中央光学帯と周縁の曲線／安定化システム（非スラブ領域を定量化するシステム）の間で円滑な移行を実現しようとするものである。本発明により決定される曲線は、所望によりレンズの前面あるいは後面のいずれかに適当されるが、前面に適用するのが好ましい。
【００２９】
図７は、本発明に従って設計された移行帯７６を有するトーリックコンタクトレンズ７０の平面図である。この例において、トーリック面を有するレンズの中央光学帯７２は、本発明に従って設計された移行曲線あるいは移行帯７６を介してレンズ状の（非光学的な）領域７４に接合される。このトーリックレンズは、レンズ状領域に上部および下部に非スラブ領域７８を含み、瞼による回転・方位付けの安定化を達成する。
【００３０】
本発明は、薄い周縁領域と、厚い中央領域を有するコンタクトレンズを提供し、また収差をもつ患者のため、厚く固い中央領域が薄い周縁領域に円滑に接合する一体一片型の設計のヒドロゲルコンタクトレンズを提供する。
【００３１】
図８は、本発明に従って設計した、収差をもつ患者用のコンタクトレンズ８０を示す。このコンタクトレンズ８０においては、厚手の中央光学帯８２は、本発明に従って設計された移行曲線８６を介して、薄手の（非光学的）周縁レンズ帯８４に接合される。コンタクトレンズ８０は、レンズの後面曲線８８、光学帯の前面曲線９０、本発明によって調整した前面曲線９２、および本発明によって調整した中心部の厚みに係る曲線９４を含む。
【００３２】
図９は、図８のレンズに対して適用可能な、多重半径ｒ１，ｒ２およびｒ３の第１の組と、これとは反対の曲線を形成する多重半径−ｒ３，−ｒ２および−ｒ１の第２の組を有する移行曲線の拡大図である。
【００３３】
図８のコンタクトレンズは、機能と扱いやすさの点から中央領域を厚くし、光学帯の縁部より外側の周縁領域においては、瞼の下での装着感の観点から厚さを減らす。
【００３４】
図８の態様においては、
１．曲線を調整した設計は、後面曲線を固定し、所望の中央領域の厚さと最終的な屈折力に基づいて定める前面曲線を有する。この設計は、図８における点Ａから点Ｂへの環状部を定める。
２．中央領域の厚さの設計は、厚手の中央領域と所望の最終的な屈折力に基づいて定める前面曲線と同様にして調整する基本曲線に基づいて定められる。この設計は、レンズの中央領域で行われ、点Ａまで施される。この領域の半径は、上記１の制御領域の半径とは等しくない。
３．移行領域（Ａ〜Ｂ）は、前面曲線の厚手領域と薄手領域の間で円滑な移行を実現する。
４．不連続を最小にするための移行帯は、次の曲線あるいは直線である：
直線；
単一の橋渡し半径；
多重半径；
非球面半径；
多重非球面半径；
多重球面半径と非球面半径の組合せ；
図９に示したような反対曲線を含む多重半径。
５．第２の設計においては、移行帯は、明るいときあるいは明るさが中くらいのときの瞳孔の径（約2.75−5.75mm）における点Ａに設ける。
【００３５】
以上、本発明に係る、レンズセグメントの円滑な接合を実現するプログラミング方法について、いくつかの態様と変形例を示してきたが、本発明の開示内容をみれば、当業者ならば多くの代替例について示唆を受けることは明らかであろう。
【００３６】
本発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
（Ａ）プログラム作動する数値制御（ＮＣ）工作機械がレンズの相異なる厚さあるいは曲率半径を有する隣接領域間の移行領域を円滑に加工できるレンズの設計方法であって、
ａ．レンズ面の第１セグメントの曲線を記述する第１の関数ｆ（ａ）を定義する工程と、
ｂ．レンズ面の第２セグメントの曲線を記述する第２の関数ｆ（ｂ）を定義する工程と、
ｃ．前記レンズ面の第１および第２のセグメント間の移行領域における第１の関数ｆ（ａ）の勾配ｄｙ／ｄｘを求める工程と、
ｄ．前記レンズ面の第１および第２のセグメント間の移行領域における第２の関数ｆ（ｂ）の勾配ｄｙ／ｄｘを求める工程と、
ｅ．前記レンズの第１および第２のセグメント間の所望の移行領域を記述する関数を定義する工程と、
ｆ．ＮＣ工作機械が前記レンズ面の第１および第２のセグメントならびにこれらセグメント間の所望の移行領域を機械加工できるようプログラムをつくる際、前記第１および第２の関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）、これらの二つの関数の勾配ｄｙ／ｄｘ、ならびに前記所望の移行領域を記述する関数を用いる工程を含む方法。
１）（ａ）前記二つの関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）間のｘ方向の間隙を、レンズ面の第１および第２のセグメント間の間隙に規格化する工程と、（ｂ）前記二つの関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）間のｙ方向の間隙を、レンズ面の第１および第２のセグメント間の間隙に規格化する工程を含む実施態様Ａ記載の方法。
２）前記ｘ方向の間隙とｙ方向の間隙の規格化は、±１になるように行う上記実施態様１）記載の方法。
３）前記移行領域を記述する関数は、線形関数である実施態様Ａ記載の方法。
４）前記移行領域を記述する関数は、単一の半径を使って橋渡しするようにしたものである実施態様Ａ記載の方法。
５）前記移行領域を記述する関数は、多重半径である実施態様Ａ記載の方法。
６）前記移行領域を記述する関数は、非球面半径である実施態様Ａ記載の方法。
７）前記移行領域を記述する関数は、多重非球面半径である実施態様Ａ記載の方法。
８）前記移行領域を記述する関数は、多重球形半径と多重非球面半径の組み合わせである実施態様Ａ記載の方法。
９）前記移行領域を記述する関数は、反転曲線を含む多重半径である実施態様Ａ記載の方法。
１０）前記コンタクトレンズの厚手の中央光学帯を、独自に定義した移行曲線を介して、薄手の周縁レンズ帯に接合させる実施態様Ａ記載の方法。
【００３７】
１１）前記レンズ面の曲線の設計に当っては、固定した基本曲線と、中央部の所望の厚さと所望の屈折力に基づいて定める前面の曲線を区画し、前記移行領域は前記レンズ前面からレンズ周縁部への移行領域となり、さらにレンズ中央部の厚さの設計は、前記基本曲線と所望の屈折力に基づいて行う実施態様Ａ記載の方法。
１２）前記移行領域を記述する関数は巾関数である実施態様Ａ記載の方法。
１３）前記移行領域を記述する関数は漸近関数である実施態様Ａ記載の方法。
１４）前記移行領域を記述する関数は三角関数である実施態様Ａ記載の方法。
（Ｂ）実施態様Ａの方法によって製造したコンタクトレンズ。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レンズ、特にトーリックレンズおよびその型について、異なる厚さあるいは曲率半径を有する隣接領域間の接線近傍において、正確に数値を定義して円滑な移行を可能にする方法が提供され、プログラム式のＮＣ工作機械で加工ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】曲線の勾配の一般的なｘ，ｙ斜交座標系に対する三角関数的関係を示す説明図。
【図２】ｘ，ｙ斜交座標系において、第１の関数ｆ（ａ）がレンズ面の第１のセグメントの曲線を定義し、また第２の関数ｆ（ｂ）がレンズ面の第２のセグメントの曲線を定義するとき、数値制御工作機械に第１の関数と第２の関数に係る領域およびこれらの領域の間の移行帯を加工させるため、接線に近似する円滑な線を実現する補正因子あるいは、第１の関数と第２の関数の間の移行帯を定義しようとする本発明の試みを説明する図。
【図３】第１のレンズ屈折力を定義する第１のセグメントと第２のレンズ屈折力を定義する第２のセグメントを有し、この第１および第２のセグメントを結ぶ移行曲線を本発明に従って決定したレンズ面の曲線を説明する図。
【図４】巾関数、補正因子、およびこれら巾関数と補正因子の組合せの曲線を示すグラフ図。
【図５】２次の漸近関数と、本発明に従って修正した２次の漸近関数を示すグラフ図。
【図６】シヌソイド関数と、本発明に従って修正したシヌソイド関数を示すグラフ図。
【図７】レンズの中央光学帯が、本発明に従って決定される移行曲線を介してレンズ状の（非光学）領域に接合するコンタクトレンズの平面図。
【図８】レンズの厚手の中央光学帯が、本発明に従って決定される移行曲線を介して、薄手のレンズ状（非光学）周縁領域に接合する本発明のもう一つの態様に係るコンタクトレンズの説明図。
【図９】図８のレンズの移行曲線の一例であって、反対曲線を含む多重半径をもつ移行曲線を示す拡大図。

Claims

プログラム作動する数値制御（ＮＣ）工作機械がレンズの相異なる厚さあるいは曲率半径を有する隣接領域間の移行領域を円滑に加工できる、レンズの設計方法であって、
ａ．レンズ面の第１のセグメントの曲線を記述する第１の関数ｆ（ａ）を定義する工程と、
ｂ．レンズ面の第２のセグメントの曲線を記述する第２の関数ｆ（ｂ）を定義する工程と、
ｃ．前記第２のセグメントに最も近い、前記レンズ面の第１のセグメントの終点における、前記第１の関数ｆ（ａ）の勾配ｄｙ／ｄｘを求める工程と、
ｄ．前記第１のセグメントに最も近い、前記レンズ面の第２のセグメントの終点における、前記第２の関数ｆ（ｂ）の勾配ｄｙ／ｄｘを求める工程と、
ｅ．前記レンズの第１および第２のセグメント間の所望の移行領域を記述する関数を定義する工程と、
ｆ．前記第１および第２の関数ｆ（ａ）とｆ（ｂ）、これらの二つの関数の勾配ｄｙ／ｄｘ、ならびに前記所望の移行領域を記述する関数を用いて、ＮＣ工作機械が前記レンズ面の第１および第２のセグメントならびにこれらセグメント間の所望の移行領域を機械加工できるようにプログラムを作る工程と、を具備する方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は、線形関数である請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は、単一の半径を使って橋渡しするようにしたものである請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は、多重半径である請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は、非球面半径である請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は、多重非球面半径である請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は、多重球形半径と多重非球面半径の組み合わせである請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は、反転曲線を含む多重半径である請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記コンタクトレンズの厚手の中央光学帯を、独自に定義した移行曲線を介して、薄手の周縁レンズ帯に接合させる請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記レンズ面の曲線の設計に当っては、固定した基本曲線と、中央部の所望の厚さと所望の屈折力に基づいて定める前面の曲線を区画し、前記移行領域は前記レンズ前面からレンズ周縁部への移行領域となり、さらにレンズ中央部の厚さの設計は、前記基本曲線と所望の屈折力に基づいて行う請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は巾関数である請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は漸近関数である請求項１記載の方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記移行領域を記述する関数は三角関数である請求項１記載の方法。
請求項１ないし１３のいずれかの方法によって製造したコンタクトレンズ。