JP7405371B2 - ゲーミングレンズの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、ゲーム用メガネに使用されるゲーミングレンズおよびその設計方法に関する。

近年、ｅスポーツ（Electronic Sports）と呼ばれる複数のユーザ（競技者）がゲームのスコアを競う大会が行われている。ｅスポーツに参加する競技者は、モニタ画面を見ながら、瞬時に状況を判断し、必要な操作を行う。このためｅスポーツに参加する競技者にとっては、モニタ画面に表示されているキャラクタ等の画像が明瞭に見えること、そしてモニタ画面を長時間見続けても疲れ難いことが重要である。

ｅスポーツの競技者は、モニタ画面の中央部だけでなくモニタ画面の周辺部にもその視線を頻繁に移動させる。ここで、競技者が正面視によりモニタ画面の中央部を見る場合と、側方視によりモニタ画面の周辺部を見る場合とを比較すると、競技者の眼からモニタ画面までの距離は、モニタ画面の周辺部を見る場合に遠くなる。このため、モニタ画面の中央部を見ていた競技者が視線を移動させてモニタ画面の周辺部を見た場合に、視認対象となる画像の解像度が低下し、眼の調節力を利用して再度ピント合わせを行う必要が生じてしまう。このような度重なる調節は、調節性眼精疲労の要因となる。
調節性眼精疲労の問題は、ｅスポーツに参加する競技者に限らず、長時間に亘ってモニタ画面を見続けてゲームを行う者に共通する問題である。

なお、ゲームをするときに使用するメガネとしてゲーム用メガネが提供されている。従来のゲーム用メガネは、例えば下記特許文献で記載されているような特定の波長の光をカットする機能を備えたものであり、モニタ画面の中央部と周辺部との距離の違いに基づく眼の調節力の利用を抑制するものではない。

特開２０１９－０８２７１７号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、眼の調節力の利用を抑制しつつモニタ画面の中央部から周辺部までを良好に視認できるゲーミングレンズおよびその設計方法を提供することを目的とする。

この発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の局面は次のように規定される。
第１の局面に規定されるゲーミングレンズは、ゲーム用メガネに使用されるレンズであって、レンズの光軸直交方向外側に向かうにつれて度数がマイナス側に変化する度数調整領域を備え、レンズの光学中心から離れた側方視での焦点距離を延長させたものである。ここで光軸直交方向外側とは、レンズの光軸と直交する方向で且つ光軸から離間する方向である。

第１の局面に規定されるゲーミングレンズによれば、装用者がモニタ画面の中央部から周辺部に視線を移した際、視線が通過するレンズの部位（レンズ周辺部）ではレンズ中心部よりも焦点の位置が遠方に延長されるため、モニタ画面の周辺部に表示された画像を調節無しで若しくは最小限の調節で視認できる。即ち、眼の調節力の利用を抑制しつつモニタ画面の中央部から周辺部までを良好に視認できる。

ここでゲーミングレンズは、前記光学中心での度数と、前記光学中心から光軸直交方向外側に２０ｍｍ離間した位置での度数との差を、絶対値で０．０８～１．６０ディオプタの範囲内とすることができる（第２の局面）。

また、前記光学中心を含むレンズの中央領域を度数一定の領域と成し、該中央領域よりも外側に前記度数調整領域を形成することができる（第３の局面）。

第４の局面に規定のゲーミングレンズは、第１～第３の何れかの局面に規定のゲーミングレンズにおいて、装用者の眼と前記装用者が注視するモニタ画面との距離をＬ（ｍｍ）としたとき、前記装用者における完全矯正値のＳ度数に、１０００／Ｌ～１０００／Ｌ－３００／Ｌディオプタの範囲内の値が加算されて屈折面が設計されている。
このようにすれば、装用者の正面に配置されたモニタ画面の中央部に表示された画像を調節力を働かせていない状態で視認でき、また画面の中央部よりも距離が遠いモニタ画面の周辺部に表示された画像は、上述の度数調整領域における焦点距離延長効果により視認できる。このため第４の局面によれば、装用者の調節性眼精疲労をより一層軽減させることができる。

第５の局面に規定のゲーミングレンズは、第１～第４の何れかの局面に規定のゲーミングレンズにおいて、物体側もしくは眼球側の屈折面に、所定波長の可視光線の透過を抑制する染色コート層もしくはブルーライトカットコート層が形成されている。
このようにすることで、モニタ画面を見た場合の眩しさが軽減され、また眼精疲労や眼の痛みを効果的に低減することができる。

第６の局面に規定されるゲーミングレンズの設計方法は、装用者の眼と該装用者が注視するモニタ画面との距離をＬ（ｍｍ）としたとき、前記装用者における完全矯正値のＳ度数に、１０００／Ｌ～１０００／Ｌ－３００／Ｌディオプタの範囲内の値を加算して処方度数とするステップと、
前記処方度数に基づいて決定された屈折面に非球面成分を付加して、レンズの光軸直交方向外側に向かうにつれて度数がマイナス側に変化する度数調整領域を形成するステップと、を備えている。
このように規定される設計方法によれば、第４の局面と同等の効果を奏する。

（Ａ）は本発明の一実施形態に係るレンズの全体の概略図、（Ｂ）は同レンズの半分を拡大して示した概略図、（Ｃ）は同レンズにおけるレンズの光軸直交方向に沿った度数の変化を模式的に示した図である。 同レンズの設計方法についての説明図である。 （Ａ）は同実施形態のレンズにおける焦点の位置と画面の関係を示した図である。（Ｂ）は比較例としてのレンズを用いた場合における焦点の位置と画面との関係を示した図である。 （Ａ）は図１（Ｃ）とは異なる度数の変化を模式的に示した図である。（Ｂ）は図１（Ｃ）および図４（Ａ）とは異なる度数の変化を模式的に示した図である。 実施例における視力測定についての説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、本実施形態のゲーミングレンズ（以下、単にレンズと称する場合がある）を用いたゲーム用メガネを使用した装用者にとっての前後、左右、上下をそれぞれ当該レンズの前後、左右、上下とする。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、本例のレンズ１は、前面（物体側）３が凸面、後面（眼球側）２が凹面とされたメニスカスレンズである。具体的には、後面２が下記式（１）で定義される非球面の凹面とされ、前面３が下記式（２）で定義される球面の凸面とされている。なお、レンズ１の光学中心Ｏ（後面２では基点Ｏ₁、前面３では基点Ｏ₂）を通る前後方向の軸をｚ軸とし、ｚ軸はレンズ１の光軸に一致する。

ｚ＝ｒ²／（Ｒ₁＋（Ｒ₁ ²－Ｋｒ²）^1/2）＋δ …（１）
ｚ＝ｒ²／（Ｒ₂＋（Ｒ₂ ²－Ｋｒ²）^1/2） …（２）

式（１）、式（２）のｒは、ｚ軸からの距離である。すなわち、後面２では基点Ｏ₁、前面３では基点Ｏ₂を中心として、ｚ軸に直交する左右方向、上下方向の軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸とする直交座標系を考えた場合、ｒ＝（ｘ²＋ｙ²）^1/2である。Ｒ₁、Ｒ₂は面の頂点における曲率半径、Ｋ（コーニック係数）は１、である。

Ｒ₁、Ｒ₂は処方度数（詳しくは、Ｓ度数、Ｃ度数、及び、乱視軸ＡＸ）によって決まる。本例のレンズ１はゲーム用メガネに使用されるレンズであり、所定距離に置かれたモニタ画面を調節力を働かせていない状態で、見ることができるように処方度数が設定されている。詳しくは、装用者の眼と装用者が注視するモニタ画面との距離をＬ（ｍｍ）としたとき、装用者における完全矯正値のＳ度数に、１０００／Ｌ～１０００／Ｌ－３００／Ｌディオプタの範囲内の値が加算され処方度数が設定され、かかる処方度数に基づいてＲ₁、Ｒ₂が決定されている。なお、レンズ１は近視者のためのマイナスレンズであるため、Ｒ₁＜Ｒ₂である。

本例では、レンズ１の後面２が上記式（１）で表される回転対称の非球面形状とされている。後面２を定義する式（１）において、δは、Σ｛Ａ_nｒⁿ｝で表される非球面成分である。但し、Ａ_n：非球面係数、ｎ：正の整数である。Σ｛ ｝は、｛ ｝内の総和を示す記号である。

図１（Ｂ）で示すように、レンズ１の後面２では、二点鎖線で示される曲率半径Ｒ₁の球面（以下、元の球面ともいい、図１（Ｂ）に符号Ｓで示す。）から非球面成分δに対応する厚み分だけレンズの厚みが増加する。このように後面２に付加された非球面成分δによって、レンズ１には光軸直交方向外側（レンズ周縁側）に向かうにつれて度数がマイナス側に変化する度数調整領域５が形成される。

例えば、非球面成分δは、Ａ₄ｒ⁴＋Ａ₆ｒ⁶＋Ａ₈ｒ⁸＋Ａ₁₀ｒ¹⁰で表されるものであってもよく、またＡ₃ｒ³で表されるものであってもよい。非球面成分δを特定するための非球面係数Ａ_nは、所望の光学特性（度数変化）が得られるように光線追跡によるシミュレーションによって適宜決定することができる。

図１（Ｃ）はレンズ１の光軸直交方向に沿った度数変化を示した図である。図１（Ｃ）はレンズ１の装用状態を反映したもので、その度数は装用状態における眼から見た度数を示している。かかる度数は、眼の回旋中心を基準として被検レンズ（レンズ１）の光学特性を測定可能なレンズメータを用いて測定することができる。

図１（Ｃ）で示すように、レンズ１はレンズの各部位（装用者の視線が通過する各部位）がマイナス度数に設定されるとともに、度数調整領域５において光軸直交方向外側に向かうにつれて度数がマイナス側に変化している。そしてレンズ１の光学中心Ｏでの度数と、光学中心Ｏから光軸直交方向外側に２０ｍｍ離間した位置（図１（Ｃ）におけるｒ₁）での度数との差Ｓ₁が、絶対値で０．０８～１．６０ディオプタの範囲内となるように、度数調整領域５を設定するのが望ましい。度数差Ｓ₁がこの範囲内であれば、側方視した際に焦点距離が延長される効果が適度に得られ、かつ、非点収差の発生が抑制できるからである。

次に、レンズ１の設計方法について説明する。

ここでは、装用者の完全矯正値が既知であるものとする。まず、装用者が見るモニタ画面１０（図２参照）の寸法、および、装用者の眼Ｅと装用者が注視するモニタ画面１０（詳しくは画面中央部）との距離Ｌ（ｍｍ）を決定する。次に、装用者の完全矯正値のＳ度数に、１０００／Ｌ～１０００／Ｌ－３００／Ｌディオプタの範囲内の値を加算してレンズ１に対する処方度数とする。眼の調節力を働かせていない状態でモニタ画面１０（詳しくはモニタ画面１０の中央部）に表示される画像を視認できるようにするためである。例えば、距離Ｌが６００ｍｍの場合には、装用者の完全矯正値のＳ度数に、１．６７～１．１７ディオプタの範囲内の値を加算してレンズ１に対する処方度数とする。
なお、加算する度数の値は１０００／Ｌ～１０００／Ｌ－２００／Ｌディオプタの範囲内とすることも可能である。

そして、この処方度数に基づいてレンズ１の前面３の屈折面及び後面２の屈折面を決定する。この決定方法については、周知であるため、ここでは詳述しない。
これによりの前面３については上記式（２）で表される屈折面が決定し、後面２については次の式（３）で表される屈折面が決定する。
ｚ＝ｒ²／（Ｒ₁＋（Ｒ₁ ²－Ｋｒ²）^1/2） …（３）

次に、モニタ画面周辺部での視認性を考慮して、決定した後面２の屈折面のｚ座標値に、非球面成分δを付加する。図２に示すように、装用者の眼Ｅからモニタ画面１０の周辺部にあるポイント１０ｂまでの距離Ｑは、画面中央部のポイント１０ａまでの距離Ｌよりも遠い。このためこのステップでは、上記非球面の式（１）を用いて表される後面２の屈折面形状について光線追跡によるシミュレーションを行い、レンズ１における光学中心位置での度数と、眼Ｅを角度θだけ回旋させた位置での度数との差が、１０００／Ｌ－１０００／Ｐとなるよう非球面係数Ａ_nを求め、非球面係数Ａ_nの値から非球面成分δを得る。
このようにすることで、装用者毎の使用条件で最適化されたカスタムメイドなレンズ１を設計することができる。

次にレンズ１の作用効果について説明する。図３（Ｂ）に示すように、度数が一定となるように設計されたレンズ２１を用いてモニタ画面１０を見た場合、焦点の位置は２点鎖線Ｊで示すように略円形に設定される。このため、装用者の正面に広がる平面状のモニタ画面１０の中央部にピントが合った状態（正面視の状態）から視線を移動させ側方視すると、中央部よりも遠い位置にあるモニタ画面１０の周辺部は焦点の位置Ｊとのずれが大きいため、装用者が視認する画像の解像度が低下してしまう。

これに対し度数調整領域５を備えたレンズ１では、図３（Ａ）に示すように、側方視における視線が通過するレンズ周辺部において焦点の位置が遠方に移動するとともに被写界深度が延長されるため、モニタ画面を含む図中Ｑで示す領域を眼の調節力の利用を抑制しつつ視認することができる。
加えてレンズ１では、眼の調節力を働かせていない状態でモニタ画面１０（詳しくはモニタ画面１０の中央部）に表示される画像を視認できるよう、完全矯正値のＳ度数に所定の値が加算されて屈折面が設計されているため、モニタ画面１０の中央部から周辺部までの広い領域の画像を調節力を働かせていない状態もしくは僅かな調節力で視認することが可能となる。

なお、本例のレンズ１は、図１（Ｃ）で示すように、光学中心Ｏからレンズの縁に向けて度数を漸次変化させたものであるが、度数変化の態様はこれに限定されるものなく適宜変更可能である。例えば図４（Ａ）に示すように、光学中心Ｏから距離ｒ₀内のレンズ中央領域６の度数を一定の度数Ｓ₀とし、レンズ中央領域６より外側の領域をＳ₀よりもマイナス側に度数を変化させた度数調整領域５として設定することも可能である。
また図４（Ｂ）で示すように、度数調整領域５の外側に所定の値で度数が維持されている（度数変化の無い）領域７を形成することも可能である。

＜実施例＞
ｅスポーツ下でのモニタ画面のサイズおよびその配置を想定し、図５に示す１１ａ、１１ｂ、１１ｃの３箇所にスネレンＥ指標を設置して、実施例のレンズ５０を用いた場合と比較例のレンズ５２を用いた場合で視力を測定した。
本実施形態の設計方法で設計したレンズ５０は、レンズ径がΦ７５ｍｍ、レンズの光学中心からレンズ周縁に向けて、略一定の傾きで度数をマイナス側に漸次変化させたレンズで、光学中心とレンズ端との度数差が絶対値で０．９０ディオプタ（光学中心と光学中心から光軸直交方向外側に２０ｍｍ離間した位置での度数差が絶対値で０．４８ディオプタ）である。
一方比較例のレンズ５２は、レンズ径がΦ７５ｍｍ、光学中心からレンズ端にかけて度数が略一定となるよう非球面成分が付加されたレンズである。

被験者は５名である。各被験者が使用する実施例のレンズ５０および比較例のレンズ５２は、各被験者の完全矯正値のＳ度数に１．５０ディオプタ加算して屈折面が設計されている。

視力測定は、被験者の非優位眼を遮蔽し、優位眼について、照度の異なる環境下（照度約８５０ｌｘの場合と、約２ｌｘの場合）で行った。正面（１１ａ）、鼻側方（１１ｂ、１１ｃの何れか一方）、耳側方（１１ｂ、１１ｃの何れか他方）に設置したスネレンＥ指標について、方向が認識できる指標を被験者に回答してもらい、ｌｏｇＭＡＲ（Minimal Angle of Resolution）を算出した。

下記表１、表２に評価結果を示す。表１は各装用者の視力（ｌｏｇＭＡＲ）の平均値を示している。また表２は比較例のレンズ５２よりも実施例のレンズ５０の方が視力値が良好であった被験者の割合を示している。

これらの結果より、側方視（鼻側方もしくは耳側方）の場合において、比較例のレンズ５２よりも実施例のレンズ５０の方が視力値が良好であることが分かる。特に照度が低い（瞳孔径が大きい）環境において、実施例のレンズ５０の使用が有効であった。

＜その他の変形例・適用例＞
以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまでも一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々変更を加えた形態で構成可能である。
（１）上記実施形態は、度数を変化させるための非球面成分δをレンズの後面に付加した例であったが、非球面成分δはレンズの前面に付加することや、前面及び後面の両面に付加することも可能である。

（２）上記実施形態は近視者のためのマイナスレンズであったが、本発明は遠視者のためのプラスレンズに適用することも可能である。

（３）度数調整領域は、上記実施形態のように光軸周りの全周に亘って設けてもよいし、場合によっては周方向の一部にのみ設けることも可能である。

（４）レンズの物体側の屈折面もしくは眼球側の屈折面に、所定波長の可視光線の透過を抑制する染色コート層、もしくは、４００ｎｍ～５００ｎｍの波長領域のブルーライトの透過率を減少させるブルーライトカットコート層を形成することも可能である。このようなコート層を形成することで、モニタ画面を見た場合の眩しさが軽減され、また眼精疲労や眼の痛みを効果的に低減することができる。

１，５０ ゲーミングレンズ
５ 度数調整領域
６ 中央領域
１０ モニタ画面
Ｅ 眼
Ｓ 屈折面
δ 非球面成分

Claims (1)

1. レンズの前面および／または後面が光軸周りの全周に亘って回転対称の非球面形状とされて、前記レンズが光軸直交方向外側に向かうにつれて度数がマイナス側に変化する度数調整領域を備え、且つ、光学中心での度数と、前記光学中心から光軸直交方向外側に２０ｍｍ離間した位置での度数との差が、絶対値で０．０８～１．６０ディオプタの範囲内とされたゲーミングレンズを設計する方法であって、
   装用者の眼と該装用者が注視するモニタ画面との距離をＬ（ｍｍ）としたとき、前記装用者における完全矯正値のＳ度数に、１０００／Ｌ～１０００／Ｌ－３００／Ｌディオプタの範囲内の値を加算して処方度数とするステップと、
   前記処方度数に基づいて決定された屈折面に非球面成分を付加して、レンズの光軸直交方向外側に向かうにつれて度数がマイナス側に変化する前記度数調整領域を形成するステップと、
   を備えていることを特徴とするゲーミングレンズの設計方法。

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