JPH0667121A - ゴーグル用のポリカーボネートレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ゴーグル用の球面レンズの収差をなくすこと。 ［構成］軸対称偏心球面ポリカーボネートレンズ（２）
を用い、それぞれ曲率中心Ｏ₁とＯ₂及び半径Ｒ₁とＲ₂に
より定められた内側(７)及び外側(８)の球面を備え、Ｏ
₁とＯ₂とは互いに距離Ｄを離してレンズ対象軸(５)上に
置かれ、レンズはＯ₂からよりもＯ₁からの方が遠く、長
さＲ₂は約１.０２５−１.０３５Ｒ₁であり、更にＤは約
０.０５１０−０.０５６４Ｒ₁とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、通常は装着者
の眼の回りに具合よく適合するフレキシブルなフレーム
内に設置されかつ空中の気体及び粒子から眼を保護する
保護用の眼鏡セットに関する。

【０００２】

【従来技術及びその課題】一般に、ゴーグルは、最少の
光学収差で像を透過するように設計された光学面を備え
る。この光学面(以下「レンズ」と呼ぶ)は、ガラス、ある
いはポリカーボネートのような種々の透明なプラスチッ
ク材で作ることができる。高機械強度を特徴とするポリ
カーボネートは、通常、かかるレンズ用に好ましい材料
である。

【０００３】ゴーグルのレンズは、特定の個人用として
設計されたものを除き、光学的に中立であるべきであ
り、即ち、このレンズは透過する像の収差があってなな
らず又は極めて僅かでなければならない。一般に、レン
ズの光学収差は、眼の前面におけるレンズの不正確な位
置決めによるか又はレンズ自体の固有の特性により生じ
うる。今日まで、平面レンズのみがこれら２種の光学収
差を免れることが知られ、従って今まで利用しうる総て
のゴーグルは「ウインド・レンズ(window-lens)」として
も知られているかかるレンズを持つ。かかるレンズの主
要な欠点は、これらを通る視野が限定されることであ
る。この欠点はゴーグルの適用可能性を相当に限定す
る。

【０００４】これに対して、球面レンズは裸眼と殆ど同
じ大きさの大きな視野を持つ。しかし、今日まで使用さ
れた総ての球面レンズは、透過光学像の相当な光学収差
を生ずる。これらの収差の一原因は、球面レンズの屈折
が比較的大きいことに内在し、一般にかかるレンズは比
較的焦点距離が短いことによる。例えば、周囲厚さが２
mmで内側面の半径が約２５−３０mmのような標準の設計
パラメーターを有するポリプロピレン製の同心レンズ
(両面が共通の曲率中心を有する球面レンズ)は、約１m
の焦点距離、即ち約１ヂオプトリーの屈折力を持つ。こ
のようなレンズの別の光学収差源は設置誤差、即ち眼に
対するレンズの不正確な位置決めにより生ずる。この場
合は、射出瞳、即ち眼がレンズの対象軸から外れ、透過
される像の光学収差が相当に増加する。個人間で非常に
大きな差のある眼と眼との距離及び眼窩に関する眼の位
置を考えると、設置誤差は実際的に避けることができな
いため、設置誤差による収差が球面レンズを持ったゴー
グルに発生することは避けられず、これは重大な欠点で
ある。

【０００５】球面レンズに生ずる光学収差のあるもの
は、特定個人についてレンズを注文製作することにより
修正できるときがある。

【０００６】総ての人の使用に適し収差なしに光学像を
透過しうるゴーグル用の球面レンズを提供することが本
発明の目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明により、それぞれ
曲率中心Ｏ₁とＯ₂及び半径Ｒ₁とＲ₂により定められた内
側及び外側の球面を備え、Ｏ₁とＯ₂とは互いに距離Ｄを
離してレンズ対称軸上に置かれ、レンズはＯ₂からより
もＯ₁からの方が遠く、長さＲ₂は約１.０２５−１.０３
５Ｒ₁、好ましくは約１.０３Ｒ₁であり、更にＤは約０.
０５１０−０.０５６４Ｒ₁、好ましくは約０.０５３７
Ｒ₁であるゴーグル用の軸対称偏心球面ポリカーボネー
トレンズが提供される。

【０００８】本発明はこの特定された種類のレンズを取
り付けたゴーグルも提供する。

【０００９】本発明によるレンズは本質的に光学的に中
立であり、極めて僅かの光学収差で像を透過する。更
に、これらのレンズは設置誤差に鈍感であり、透過され
る光学像は、眼がレンズの対称軸上にない場合でも、本
質的に収差がない。

【００１０】

【実施例】より良き理解にため、本発明は添付図面を参
照し例示により説明されるであろう。

【００１１】図１及び図２に示されるゴーグル１は、ポ
リカーボネート球面レンズ２、フレーム３及び装着用の
ストラツプ、紐４を備える。左眼についていえば、図２
に示されるようにレンズの対称軸５は正面方向６への視
線から約１８.５゜傾けられる。

【００１２】レンズの内側面７及び外側面８の曲率は、
それぞれ曲率中心Ｏ₁とＯ₂及び組み合った半径Ｒ₁とＲ₂
により定義される。Ｏ₁とＯ₂とはともに対称軸５上にあ
り、Ｏ₂はＯ₁よりもレンズに近くかつ両者間は距離Ｄだ
け離れる。図１及び図２に示された特別の実施例におい
ては、Ｒ₁は約２４.１３mm、Ｒ₂は約２４.８７mm、そし
てＤは約１.２９５mmである。ここに定義の用語のＲ₂及
びＤは、それぞれ約１.０３０７Ｒ₁及び約０.０５３７
Ｒ₁である。

【００１３】図２に見られるように、各レンズ２は、各
眼に対し裸眼視野とほとんど同じ広さの約１１２゜の非
常に広い視野を装着者に与える球面形状を持つ。図４に
見られるように、約７５゜のレンズ間のかなりの両眼の
重なり及び約１４９゜の両眼視野がある。

【００１４】本発明によるレンズの寸法は重要ではなく
かつ実際的な考慮に依存し、常に上述のＲ₁、Ｒ₂及びＤ
間の関係の維持を提供する。実際的な見地から、レンズ
がまつ毛の運動を確実に妨げないように、Ｒ₁は小さす
ぎてはならず、例えば約２２mm以上、好ましくは２４mm
以上である。

【００１５】これに反して、レンズの寸法はレンズがか
さ張らないように大きすぎないようにしなければならな
い。更に、小さなレンズは、視力の正常でない人がゴー
グル１とその上の眼鏡９との両方を別々につけた処を描
く図３に示されるように、ゴーグルを装着しながら眼鏡
を使用し続けることができる利点を持つ。これは大きな
レンズではできないことが明らかである。かかる実際的
な考慮から、Ｒ₁は３５mmより小さいことが好ましく、
更に３０mm以下であることが最も好ましい。

【００１６】更に以下示されるように、本発明によるレ
ンズは非常に小さな屈折力と無意味な程度の非点収差値
とを持つ。これらのレンズにより透過される像は尖鋭で
あり、事実上、全視野にわたり光の回折による限界によ
ってのみ限定される。更に、これ等レンズの光学性能は
設置誤差によってはほとんど影響されない。

【００１７】本発明によるレンズの光学特性は、平面レ
ンズの特性よりは僅かに劣るが、同心レンズの特性よ
り、はるかに優れている。しかし、現時点では本発明に
よるレンズは平面レンズよりも広い視野を有し、また殆
ど無収差の光の透過と広い視野とを組み合わせたゴーグ
ル用レンズはこれまで全く知られていなかった。

【００１８】技術者の知るように、レンズはフレームと
一体でもよいし、又はそれ自体が知られている多くの手
段によりフレーム内に取り付けることもできる。フレー
ムはレンズと同じ材料、又は異なった材料で作ることが
できる。また、公知のように、フレームが強固な材料で
作られる場合は、これは普通はフレキシブルなリム部分
を備える。

【００１９】

【実験結果】図１及び図２に示されたレンズの光学性能
が、それ自体公知の光線追跡プログラムを使用したコン
ピューター・シミュレーションにより試験された。

【００２０】レンズは次のパラメーターにより試験され
た。

【００２１】射出瞳は、図１の位置５の線に直角な面で
レンズの内側面から２４.１３mmの距離に固定された。
射出瞳の口径は、視線を対象的に回る直径１５mmである
と決められた。射出瞳の寸法は、多くの人の両眼間距離
のアントロポメトリック(antropometric)分布と一致す
る。眼の紅彩の口径は４.０mmに選ばれた。これは高輝
度における口径(２.０mm)と低輝度における口径(６.０m
m)との平均値である。

【００２２】模擬されたレンズは、Ｒ₁が２４.１３mm、
Ｒ₂が２４.８６６６mm、そしてＤは１.２９５４mmであ
る(これらのパラメーターによるレンズの対称軸におけ
る厚さは２.０３２mmである)。

【００２３】すべての試験は模擬波長５５５nmを使用し
て行なわれた。このときのポリカーボネートの屈折率は
１.５８９０６であり、分散定数は３４.７０である。

【００２４】左レンズの視野内の種々の点が抽出され、
これらは図４に示される。点１はレンズの対称軸上にあ
り、点２−５は１８.５゜の視角で対象軸を囲み、点６−
１５は更に外側で視角３７゜にあり、更に点１６−２５
は左レンズの視野の周辺上であって対称軸に関して視角
５３゜にある。

【００２５】

【試験１】レンズは、接線方向及び弧の方向の両方に分
布したレンズ束について約６１mの焦点距離を有する正
のレンズとして挙動することが見出だされた。

【００２６】接線方向及び弧の方向の屈折力(それぞれ
φt及びφs)は、公知のコディントン(Ｃoddington)の式
を使用して接線方向及び弧の方向の光束を指向させるこ
とにより測定された。図４の１５個の抽出点について得
られた結果が次の表Ｉに示される。

【００２７】

【表１】 表Ｉ 点 φt φt φast φ 1 ＋0.0163 ＋0.0163 0.0 ＋0.0163 2〜5 ＋0.0026 −0.0038 0.0064 −0.0006 6〜15 ー0.0389 ー0.0622 0.0233 ー0.0506 φast−非点ジプトリー(φast=φt-φs); φ −屈折力ジプトリー(φ=1/2・(φt＋φs)) 上の結果から、全視野にわたる光学収差が小さいことが
分かるであろう。

【００２８】これらの結果は、非常に小さな寸法、即ち
Ｒ₁＝２４.１３mm、Ｒ₂＝２６.１６２mm(従ってレンズ
の厚さは２.０３２mm)の同心ポリカーボネートレンズ
(２個の球面及び曲率の相互中心を有するレンズ)で得ら
れた結果と比較された。かかるレンズの屈折力は−１.
１９３ジプトリー、即ち各眼の焦点長さは全視野にわた
り−０.８４mであることが見出だされた。

【００２９】

【試験２】レンズのプリズム収差が測定され、その結果
が図５に示される。この図において、各矢印はプリズム
収差の方向及び大きさを示し、例えば視線における遠方
の目標は、左眼においてはその真の方向から右方に９.
７３８mrad(０.５５８゜)だけ偏向して見られるであろ
う。

【００３０】

【試験３】位置誤差へのレンズの敏感性の欠如を示すた
めに、射出瞳が対象軸上のその基準点の回りで横方向に
７.５mmの距離に置かれた。プリズム収差は次の表ＩＩ
に示される(結果はmradで表され、適正な設置において
発生するプリズム収差を超える付加的なプリズム収差を
示す)。

【００３１】

【表２】 表ＩＩ レンズの対象軸からの視角 射出瞳中心 からの眼の変位 0゜ 18.5゜ 37゜ 53゜ 右 ＋7.5 −0.260 −0.9886 −0.9290 −0.3571 左 −7.5 ＋0.260 −0.7377 ＋1.3247 ＋0.2849 頂部 ＋7.5 ＋0.260 ＋0.3114 ＋0.5869 ＋0.7703 底部 −7.5 −0.260 −0.3114 −0.5869 −0.7703 比較して、同心レンズにおいてはかかる不適正な設置に
よる付加的プリズム収差は全視野にわたり９.８２８mra
dである。

【００３２】

【試験４】種々の視角でレンズを通過する平面波面を解
析することにより像の質を検査する試験が行なわれた。
平均状態の眼の口径を表す口径４.０mmで波収差が測定
された。

【００３３】試験はレイリシュ(Ｒeighlish)基準により
波長λ＝５５５nmにより行なわれ、λ／４の収差は像の
質を低下させず、従ってこの値が基準値として使用され
た。λ／８以下の収差(基準値の半分)は値が「０」である
とし、λ／８〜３λ／８の収差は「１」、３λ／８〜５λ
／８の収差は「２」とした。

【００３４】シミュレーションは、図４の番号１の点に
相当する対称軸上の視角０゜、点２−５に相当する対称
中心からの視角１８.５゜、点６−１５に相当する視角３
７゜、及び図４の点１６−２６に相当する視角５３゜にお
いて行なわれた。

【００３５】結果は、視角０゜、１８.５゜、３７゜及び５
３゜についてそれぞれ図６から９に示される。

【００３６】分かるように、視角５３゜についてのみ、
波収差は射出瞳の周囲において「２」の値に達した。しか
し、この値は回折(diffraction)限度より低いので、実
際上は、像の質は全視野にわたって回折による限界によ
ってのみ限られるであろうことが結論付けられる。

【００３７】

【試験５】レンズは係数１.２で拡大され、即ち総ての
数値が２０％増加させられた。上の総ての試験が繰り返
され、同様か又は時には更に良好なレンズの光学特性が
得られた。

【００３８】本発明の主な特徴および態様は、次の通り
である。

【００３９】１．それぞれ曲率中心Ｏ₁とＯ₂及び半径Ｒ
₁とＲ₂により定められた内側及び外側の球面を備え、Ｏ
₁とＯ₂とはそれぞれ互いに距離Ｄを離してレンズ対称軸
上に置かれ、レンズはＯ₂からよりもＯ₁からの方が遠
く、長さＲ₂は約１.０２５−１.０３５Ｒ₁であり、更に
Ｄは約０.０５１０−０.０５６４Ｒ₁であるゴーグル用
の軸対称偏心球面ポリカーボネートレンズ。

【００４０】２．Ｒ₂が約１.０３Ｒ₁である実施態様１
によるレンズ。

【００４１】３．Ｄが約０.０５３７Ｒ₁である実施態様
１又は２によるレンズ。

【００４２】４．Ｒ₁の長さが約２２−３５mmである実
施態様１ないし３のいずれかによるレンズ。

【００４３】５．Ｒ₁に長さが約２４−３０mmである実
施態様１ないし４のいずれかによるレンズ。

【００４４】６．図１及び図２を参照し実質的にここに
説明された実施態様１ないし５のいずれかによるレン
ズ。

【００４５】７．実施態様１ないし６のいずれかによる
レンズを備えたゴーグル。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるゴーグルの正面図であ
る。

【図２】図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図で
ある。

【図３】図３は、本発明によるゴーグルと眼鏡の双方を
装着した人を示す。

【図４】図４は、各レンズの単眼視野、並びにレンズの
光学特性を決定するコンピューターシミュレーションに
より抽出された左眼視野内の点を持った組み合わせの両
眼視野を示す。

【図５】図５は、左眼のプリズム収差を示す(左下方の
矢印は尺度を与え、２０mradの収差に等しい)。

【図６】図６は、レンズの対称軸に関して種々の視角に
おける４.０mmの射出瞳にわたる波長λ＝５５５nmにお
ける波収差の度合を示す図であり、前記視角は０゜であ
り、λ／８までの収差には値「０」が、λ／８〜３λ／８
の収差には値「１」が、更に３λ／８〜５λ／８の収差に
は値「２」が与えられる。

【図７】図７は、前記視角が１８.５°である、図７と
同様の図。

【図８】図８は、前記視角が３７°である、図７と同様
の図。

【図９】図９は、前記視角が５８°である、図７と同様
の図。

【符号の説明】 １ ゴーグル ２ 球面レンズ ３ フレーム ４ ストラツプ ５ 対称軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ曲率中心Ｏ₁とＯ₂及び半径Ｒ₁と
   Ｒ₂により定められた内側及び外側の球面を備え、Ｏ₁と
   Ｏ₂とは互いに距離Ｄを離してレンズ対称軸上に置か
   れ、レンズはＯ₂からよりもＯ₁からの方が遠く、長さＲ
   ₂は約１.０２５−１.０３５Ｒ₁であり、更にＤは約０.
   ０５１０−０.０５６４Ｒ₁であるゴーグル用の軸対称偏
   心球面ポリカーボネートレンズ。