(57)【要約】本発明は、視野が広く、歪みが少なく、必要な場合には非点収差が改善され、さらに目に対する保護性が強化された諸特性を有する新規な眼用レンズ要素（４０２、４０４）およびアイウェア（４００）に関する。一連のレンズ要素は、急勾配で湾曲した球状の基準面を有する。エッジ加工された一連のレンズは、普通の処方範囲にわたってほぼ一貫した開口サイズ、形状および中空深さを有する。新規なサングラス、レーザー保護アイウェア、ならびにレンズのエッジ加工、コーティング、およびフレームが本発明に含まれる。
2004513388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイウェアに取付けるようになされたレンズであって、該レンズは約３５ｍｍ未満の曲率半径を有する球状面を有し、レンズの曲率中心が目のほぼ回転中心に置かれるように位置づけられるようになされ、前方向視線から側頭方向に５５°よりも広い視界を提供するよう十分に大きく、さらに、その表面全体にわたり概略均一な色を観察者に呈する反射防止コーティングを有することを特徴とするレンズ。
【請求項２】
前記表面は、少なくとも１つの球面であり、３３．２５ｍｍ±１ｍｍの曲率半径を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記レンズは、表面および目側光学面の双方に反射防止コーティングを有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項４】
前記レンズは、非ゼロ処方透過度数を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項５】
前記レンズは、着用者の非点収差を補正する目側面を有することを特徴とする請求項４に記載のレンズ。
【請求項６】
前記反射防止コーティングは、概略青色に見えるレンズの少なくとも１つの光学面に適用された誘電性スタックであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項７】
前記コーティングは、レンズの少なくとも１つの光学面に真空蒸着された比較的高い屈折率と比較的低い屈折率とを有する層により構成されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項８】
前記面コーティングは、ケイ素およびジルコニウムの酸化物層のスタックであり、少なくとも１つのジルコニウム酸化物層の厚さが約１００ｎｍより大きいことを特徴とする請求項７に記載のレンズ。
【請求項９】
可視光用コーティングの反射率は、約４８０ｎｍに局所的な極大を有することを特徴とする請求項７に記載のレンズ。
【請求項１０】
長さが２ｍｍ以下しか異ならない半径を有する２つの同心球体によって定義された球状シェル内に位置する第１の光学面を有するエッジ加工されたサンレンズであって、前記半径のうちより小さい方は長さが５０ｍｍ以下であり、面のエッジ上の少なくとも２つの点ＯおよびＱは、シェルの中心Ｐに対して８０°よりも大きい角度ＯＰＱを張ることを特徴とするレンズ。
【請求項１１】
前記第１の光学面は、３３．２５±１ｍｍの曲率半径を有することを特徴とする請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１２】
前記第１の光学面は、１５．５Ｄ〜１６．５Ｄの面度数を有することを特徴とする請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１３】
前記第１の光学面は、前方レンズ面であり、レンズの裏面は、＋２Ｄ〜−５．７５Ｄから選ばれた度数をレンズが有するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載のレンズ。
【請求項１４】
前記レンズの裏面は、２．５Ｄまでの選ばれた非点収差補正をレンズが有するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１５】
前記角度ＯＰＱは、９０°より大きいことを特徴とする請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１６】
前記レンズは、１２０°より大きい角度ＯＰＱを有するレンズブランクから作られることを特徴とする請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１７】
前記レンズは、前方表面の曲率中心が、着用時位置における着用者の目のほぼ回転中心に位置づけられるように、アイウェアに取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１８】
前記レンズは、その表面全体にわたり概略均一な色を観察者に呈することを特徴とする請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１９】
表面は、その反射率が約３８０ｎｍ以上の波長の入射光の場合に減少し始め、可視スペクトルの残り全体にわたって低いまま留まる誘電性スタックでコーティングされることを特徴とする請求項１０に記載のレンズ。
【請求項２０】
保護アイウェアであって、
各々が球状面を有し、各球状面が約３１ｍｍ〜３５ｍｍの曲率半径を有する、左右のレンズと、
左右のレンズの各球状面の中心が、左右の目の回転中心にほぼ位置づけられるように、着用者の顔面上でレンズを支えるための手段と、
レンズに入射する放射がそれぞれの目へ透過するのを少なくとも部分的にブロックするために各レンズに関連付けられた手段とを含むことを特徴とするアイウェア。
【請求項２１】
前記透過ブロック手段は、各レンズ上の多層フィルムであり、フィルムの各層は、入射放射のスペクトルの少なくとも１つの選ばれた部分を少なくとも部分的にブロックするために選ばれた異なる屈折率および厚さを有することを特徴とする請求項２０に記載のアイウェア。
【請求項２２】
前記アイウェアは、サングラスであり、紫外光は少なくとも部分的にブロックされることを特徴とする請求項２１に記載のアイウェア。
【請求項２３】
選ばれたスペクトル範囲中のレーザー放射が少なくとも部分的にブロックされることを特徴とする請求項２１に記載のアイウェア。
【請求項２４】
赤外レーザー放射が少なくとも部分的にブロックされることを特徴とする請求項２３に記載のアイウェア。
【請求項２５】
入射レーザー放射は、そのパワーレベルを目に安全なレベルまで低減するのに十分なだけブロックされる少なくとも１つの遠距離通信レーザー光波長を含むバンド中にあることを特徴とする請求項２３に記載のアイウェア。
【請求項２６】
瞳孔に入射するすべての角度から到来するレーザー放射をブロックするために、各レンズは支持手段と共に眼窩領域の鼻マージンから眼窩領域の側頭マージンへ、さらに眼窩領域の下部マージンから上部マージンンへ延びることを特徴とする請求項２３に記載のアイウェア。
【請求項２７】
瞳孔に入射するすべての角度から到来するレーザー放射をブロックするために、各レンズは眼窩領域の鼻マージンから眼窩領域の側頭マージンへ、さらに眼窩領域の下部マージンから上部マージンンへ延びることを特徴とする請求項２３に記載のアイウェア。
【請求項２８】
前記支持手段は、左右の側頭部品とノーズブリッジとを含み、各レンズは、各目の前方視線から側頭方向に５５°より広い視野をそれぞれ提供するのに十分大きいことを特徴とする請求項２０に記載のアイウェア。
【請求項２９】
前記透過ブロック手段は、そのブロック特性がレンズに入射する光線の入射角に影響されるフィルタであり、
着用位置において、着用者の目の瞳孔に達する光線は、入射点におけるそれぞれのレンズの表面への垂線から３０°以下だけ逸脱し、
前記フィルタは、入射点におけるレンズの表面への垂線から少なくとも３０°の入射角全体にわたり、入射光線のパワーレベルを安全なレベルまで低減するのに有効であることを特徴とする請求項２０に記載のアイウェア
【請求項３０】
アイウェアであって、
約３１ｍｍ〜３５ｍｍの曲率半径を有する少なくとも１つの球状面を各々が有する左右のレンズと、
左右のレンズの各々の球状面の中心が、左右の目の回転中心にほぼ位置づけられるように、着用者の顔面上でレンズを支えるための左右の側頭部品とノーズブリッジとを含むアイウェアフレームとを含み、
レンズのエッジ面がその球状面の接線にほぼ垂直になるように、各レンズがエッジ加工されていることを特徴とするアイウェア。
【請求項３１】
前記アイウェアフレームはリムレスであることを特徴とする請求項３０に記載のアイウェア。
【請求項３２】
前記フレームは、ファスナーによって左右のレンズにそれぞれ取り付けられた左右の側頭取り付け部品をさらに含み、前記ファスナーの主軸は、ほぼ球状面の曲率中心を通るライン上に配向されることを特徴とする請求項３１に記載のアイウェア。
【請求項３３】
前記各レンズの球状面は、それぞれのレンズの前方表面であることを特徴とする請求項３０に記載のアイウェア。
【請求項３４】
前記各レンズのエッジ面は、実質的に任意の単一平面外に位置するラインに沿ってレンズの球状面と交差することを特徴とする請求項３０に記載のアイウェア。
【請求項３５】
前記エッジ面は、球状面の曲率中心と交差する軸線まわりに回転されるミルにより生成されることを特徴とする請求項３０に記載のアイウェア。
【請求項３６】
前記ミルは、アイウェアフレームのリムと嵌まり合うように適合された溝付きエッジ面をカットすることを特徴とする請求項３５に記載のアイウェア。
【請求項３７】
前記ミルは、アイウェアフレームの溝付きリムと嵌まり合うように適合されたビードをエッジ面に残すことを特徴とする請求項３５に記載のアイウェア。
【請求項３８】
前記ミルにより残されたどのような鋭利なエッジも、ベベリングにより除去されることを特徴とする請求項３５に記載のアイウェア。
【請求項３９】
少なくとも１つのレンズのエッジは、レンズ中心よりも実質的に厚く、そのレンズのエッジ面は、ほぼ５°以下の円弧Θを、レンズの光軸を含む任意の平面内に前記円弧が位置する球状面の曲率中心に関して張るようにカットされることを特徴とする請求項３０に記載のアイウェア。
【請求項４０】
アイウェアに取り付けるように適合された、非ゼロの処方透過度数を有する急勾配で湾曲したレンズ要素を製造する方法であって、
表面の実質的な部分にわたって主子午線に沿って３５ｍｍ未満の曲率半径を有するレンズブランクを成型するステップと、
成型されたレンズブランクに、表面と共に非ゼロ処方透過度数を提供する裏面をカットするステップと、
レンズブランクをエッジ加工して、少なくとも８ｍｍの最大中空深さを有するエッジ加工レンズを提供するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項４１】
カットされた裏面は、表面と共に、非ゼロ非点収差補正を着用者に提供することを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
着用者に非点収差補正を提供するために、裏面の生成において円形子午線トロイドが用いられることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
累進面度数付加が、少なくともレンズ要素の表面により提供されることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
累進面度数付加が、少なくともレンズ要素の裏面により提供されることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、改良された眼用レンズ要素およびアイウェアに関し、処方レンズ、眼鏡、サングラス、レーザー保護アイウェア、ならびにそれらのためのフレーム、コーティングおよびエッジ加工が含まれる。
【０００２】
（背景技術）
大部分の従来の処方レンズは比較的平坦なベースカーブを有している。そのようなレンズは、周辺歪みおよび／または物理的なサイズの制限のため、視野が限定される。それらの比較的平坦な形状のため、レンズによりもたらされる目に対する保護量が、特に側頭付近で限定される。
【０００３】
より広い視野およびより大きい目の保護を提供すべくラップアラウンド型アイウェアが開発されてきた。ラップアラウンド設計により、多様で時には印象的なアイウェア用の全体的スタイルも可能になる。しかしながら、ラップアラウンド型アイウェアは、典型的には非処方である。これらの製品も、典型的には６〜１０Ｄの平坦なベースカーブを有している。ラップ（ｗｒａｐ）（そして時にはレイク（ｒａｋｅ））は、着用時の方向にレンズ光軸を回転および／または並進移動させすることにより達成される。例えば、Ｒａｙｔｏｎの米国特許第１，７４１，５３６号、Ｈｏｕｓｔｏｎらの米国特許第５，６８９，３２３号を参照されたい。これによって、着用者の視線が光軸から逸脱し、光学的性能が大きく低下することがよくある。周辺視野は典型的には劣っている。
【０００４】
眼科学の歴史の初期には、より大きい視野または目の保護を提供するための手段としてではなかったが、急勾配で湾曲した処方レンズが記載されている。曲率と透視度数との間の関係は、いわゆる「チェルニングの」楕円において示される。これは約１００年前に初めて記載されたもので、最小の収差を有するレンズ曲率とレンズ度数との組み合わせを特定しようとするものである。チェルニングの楕円の一般的な形状は図１に示してある。図１は、屈折率、頂点距離、レンズ厚さ等のレンズパラメーターについての仮定の典型的な値について与えられる。チェルニング楕円は、レンズパラメーターの様々な仮定値についてその楕円形および傾斜配向を保持するのに対して、楕円上の正確な位置は変わり得る。図１の楕円は、円焦点（ゼロ非点収差）遠視野について解いた補正フォン・ローア方程式（Ｍｏｒｇａｎにちなむ）から導き出される。
【０００５】
楕円の下部１０は、従来の処方眼用レンズにおいて典型的に用いられるレンズ度数についての比較的平坦な表面の選択を説明する、いわゆる「オストワルトセクション」である。曲線の上部１２は、「ウォラストンセクション」と呼ばれ、ずっと急勾配で湾曲したレンズを表すものであり、そのようなものを作ろうとする試みの歴史上の例があるけれども（例えば、ウォラストン自身）、レンズ形態としていまだかつて受け入れられたことはない。Ｍ．Ｊａｌｉｅ、「眼用レンズの原理」４６４頁（第４版、ロンドン、１９９４）参照。製作が困難なため、そのような初期のレンズは、おそらく開口が小さいものであり、その結果、おそらく、見かけ上の理由および視野が制限されるために受け入れ難いと見なされたであろう。
【０００６】
急勾配で湾曲した球状表面を持つ最近のレンズは、無水晶体症（水晶体を外科的に除去した場合のような、目の自然の水晶体の欠損）治療用に作られてきた。これらのレンズの一般形は、図２に示してある。Ｍ．Ｊａｌｉｅの１５１頁を参照されたい。そのようなレンズは本質的に水晶体代替品として働き、厚さが大きくプラス度数が高い（＋５Ｄより大きく、典型的には＋１２Ｄ以上）ことを特徴とする。これらのレンズの開口Ａはサイズが小さく、例えば直径が２６または２８ｍｍである。典型的には、そのような無水晶体症レンズは、平板放射状フランジ１４を有している。
【０００７】
今日では、従来型の処方レンズの大部分は、比較的平坦で、単一視野で、オストワルトセクションのメニスカスレンズであり、平坦な輪郭の眼鏡フレームに窓ガラスのように嵌め込まれる。
【０００８】
従来のオストワルトセクションアイウェアは、特定の反射または反射防止特性を持たせるために、時にカバー、処理またはコーティングされる。最もなじみがあるのは、入射光スペクトルのある部分を選択的にブロックするためのコーティングを施したサングラスである。いくつかのそのようなレンズは、入射スペクトル波長の選択的な選択または吸収により、見る人に対して好ましい色を作り出すように設計される。そのようなコーティングは、金属鏡面層および／または真空蒸着またはスパッタリングコーティングした金属酸化物のスタックを伴い得る。例えば、サングラス用のコーティングは、Ａｕｗａｒｔｅｒの米国特許第２，７５８，５１０号に開示されている。別の例として、特定の多層反射防止コーティングが、Ｇｅｌｌｅｒの米国特許第第４，０７０，０９７号に開示されている。米国特許第５，７１９，７０５号および第５，９５９，５１８号も参照されたい。従来のオストワルトセクションレンズも時に、強烈な紫外線または赤外線放射、あるいはレーザー光線から着用者を保護するために特別にコーティングされる。
【０００９】
本願出願人は、急勾配で湾曲したレンズの特性を研究し、さらに一般的に処方されたプラスまたはマイナス透視度数を有する一連のレンズを検討した。本願出願人は、そのようなレンズが、原則として、広い視野と目の保護を提供できることを観察した。しかしながら、そのような広視野レンズの実用化は、いくつかの問題により妨げられるであろう。一般に、製造および歪みの問題、ならびに利用可能な一般的な非点収差補正すなわち「ｃｙｌ」処方の有りまたは無しで一般的なプラスまたはマイナス度数処方の範囲を作り出すことの問題がある。
【００１０】
より微妙な問題は、一般的な処方度数範囲を提供するために必要な表面度数の範囲が広いことにより生じる。図１のレンズの仮定の場合、例えば、ウォラストンセクションは、＋５Ｄ〜−８Ｄの製品ライン透視度数範囲について約１５Ｄ〜約２０Ｄの表面度数における変化を教示しているものと理解される。これは、約２９〜約３９ｍｍの表面曲率半径における変化に対応し、広視野を提供するのに十分大きいレンズの全体サイズおよび形状の大きい変化を表す。そのようなレンズは、窓ガラスのように単一のフレームサイズに嵌め込むことはできないが、実際は、個々の処方自身が、それ自身の特定のフレームサイズおよびスタイルを指示するであろう。そのような独特なスタイルには価値がある一方で、それらは、一貫した外観を持つ大量販売用アイウェアの提供とは両立しない。
【００１１】
本発明の広義の目的は、良好な視覚特性を備える眼鏡レンズを提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、製造および供給が容易な一連の急勾配のベースカーブレンズを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、広視野を介して良好な視野特性を有する眼鏡レンズを提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、周辺領域での歪みが少ない、急勾配で湾曲したレンズを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、より効果的な目保護を与えるアイウェアを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、一般的な度数と非点収差処方における急勾配で湾曲したレンズを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、処方範囲について、一貫した外観およびフレーム形態を備える、急勾配で湾曲した処方のためのレンズアイウェアを提供することである。
【００１８】
いくつかの付加的な利点は、本発明の教示により実現し得る。視野の増大により、側頭部のエッジが着用者に見えない（見かけ上のエッジなし）アイウェアの製造が可能になる。本発明の教示により、いくつかの急勾配で湾曲したレンズにおける拡大効果および関連した歪みの減少も可能になる。
【００１９】
他の利点としては、様々な処方における優れた周辺視野特性を備えるレンズにおいて、これまで達成できなかったオプションをアイウェア設計者に提供できることがある。これらには、より小さい輪郭のレンズ、位相的かつ見かけ上興味深い３次元湾曲したレンズエッジおよび眼鏡リム、ならびにより容易に視界から隠されるエッジ厚さおよび表面を使えることが含まれる。
【００２０】
他の利点としては、特定の要求される見かけ上の特性ならびに特定の反射率および反射防止率特性を提供するべくあつらえられた新規なサンレンズおよび保護アイウェアの提供が含まれる。
【００２１】
これらならびに他の目的および利点は、以下の本文および図面から明らかになるであろう。
【００２２】
（発明の概要）
一般に、本発明はアイウェアおよびそのための眼用レンズ要素に関する。眼用レンズ要素は、状況に応じ、完成品またはエッジ加工した眼用レンズ、半完成品レンズ、レンズブランクまたはそのための成型品が含まれ得る。ラミネートのレンズまたはレンズブランクを形成するためのウエハーも含まれる。
【００２３】
本発明は図３を参照して例示され、この図は、本発明の急勾配で湾曲した同心レンズのいくつかの幾何学的局面を例示するものである。図３は、左右の目（それぞれ２０および２２）の水平断面図を示す。各目は回転中心２４および２６を有しているのが示してある。回転中心は、ほぼ１〜２ｍｍの直径ＣＤを有する眼球内のある体積であると理解され、この回転中心のまわりを、凝視方向が変わるにつれて目が回転するように見える。図３に例示されるように、急勾配で湾曲した左右のレンズ２８および３０が目の近くに位置づけられる。この図では、各レンズの光軸は、各目の視線と同一線上にあり、各目についての線３２および３４で表される。これらの線は、いくつかのレンズ面を説明するために本文中で後に用いられる座標のｚ軸も表す（ｘ−ｙ平面は、図の平面に対して垂直である）。
【００２４】
レンズ２８および３０は、球状または球状ベースとして一般的に表すことができる。好ましい実施例においては、表面は球状であり、一連のものにおけるすべての処方値について３５ｍｍ未満の固定半径を有している。他の実施例においては、レンズは球状裏面を有し、基準球体を含むか、または定義された球状シェル内に置かれるものとして最もよく表される。各々の場合において、基準球体またはシェルの半径ならびに着用時のレンズの場所は、基準球体またはシェルの中心が目の回転中心の付近または内部に位置するようにされる。表面が左目の回転中心に中心付けられた半径Ｒの球体である場合が図３の左目について例示されている。
【００２５】
目の回転中心上またはその付近に中心付けられた所与半径の球状ベースの選択により、頂点距離ｄｖに制約が加えられ、これは瞳孔３６の面とレンズの裏面３８との間の距離として図３の左目について例示してある。表面半径および裏面形状は、レンズ厚さおよびレンズ材料の屈折率のような他の設計パラメータと関連して、後に詳述するようにレンズの光学特性を決定する。
【００２６】
本願出願人は、図４に示されるタイプのデータアレイによって本発明のレンズ設計が分析および説明されることを見出した。この図は２人の発明者にちなみ「モリス−スプラット」図と呼ばれる。
【００２７】
この図においては、各ドットは、ドットの中心にグリッドポイントがあるという特性を有するレンズからの理論的光線追跡プロットの中心にある。右側の「ｙ」軸は、レンズ表面の度数をジオプターで示す（ｎ＝１．５３０の屈折率について正規化される）。下方の「ｘ」軸は、レンズ中心におけるレンズの透視度数を示す。これはレンズのプラスまたはマイナス度数処方に対応する。この図では、各レンズがポリカーボネート（ｎ＝１．５８６）で作られ、マイナス度数レンズの場合には１．８ｍｍの中心厚さを有し、プラスレンズの場合の中心厚さは処方時に個別に決定されるため、全体的なレンズの最小厚さは、５８ｍｍ直径のレンズブランクの周辺部において１ｍｍであると仮定される。各レンズは、表面が目の回転中心から３３．１ｍｍとなるように目に対して位置づけられ、これは１６．０ジオプタの表面度数を有するレンズと同心である。
【００２８】
個々のグリッドポイントの各々には、４０度までの目回転角に対する光線追跡結果が現れる。各グリッドポイントの黒い区域は、処方に対するＲＭＳ（二乗平均）度数誤差が０．１２５ジオプタ未満である各レンズの領域を表し、０．３７５ジオプタまでの調節を可能にする。ＲＭＳ度数誤差は、以下で数学的に定義する。この基準はレンズ性能に関する優れた指標であると考えられる。
【００２９】
図４における完全に塗りつぶされた円は、任意の方向において目の回転が４０度を超える場合のＲＭＳ度数誤差が０．１２５ジオプタ未満であるレンズを表す。環状部分をまわりに有するドットについては、ＲＭＳ度数誤差は、目のある程度の中間回転角度では０．１２５ジオプタを超えて上昇し、ある小さな角度領域に入ると再度その閾値未満へ降下する。
【００３０】
局所的に最大のドットの楕円形外形は、本願出願人が選択したレンズパラメータの特別な場合について生成されたチェルニングの楕円にほぼ対応する。従来の経験から、高品質レンズを製造するには球状レンズ（表および裏に球状面を有するレンズ）の表面は、チェルニングの楕円に従わねばならない。しかしながら、モリス−スプラット図は、レンズパラメータを適切に選択するために、優れたレンズを製造することが可能であるほぼ水平な領域がこの図にあることを示している。高品質の光学特性を有する平坦球状レンズを広範囲の表面曲率にわたって製造できることが知られている（透視度数０付近にある大きなドットの垂直線によって示される事実）。多くのそのようなレンズは今日市場において入手可能である。モリス−スプラット図に例示される新規なアイデアは、レンズパラメータを適切に選択することにより、単一の急勾配で湾曲した表面または球状基準面もしくはシェルを用いて、広範囲の処方による高品質の球状レンズを製造できるというものである。１６ジオプタ（線４０上のグリッドポイント）の表面度数を用いるレンズの低ＲＭＳ度数誤差領域は、少なくとも−６〜＋４ジオプタの範囲にわたる広い角度範囲（ほぼ全体がまたは完全に塗りつぶされた円）を有することに留意されたい。すべての処方の９５％がこの範囲に入る。従って、単一の適切に選択された高度数表面またはベースカーブを用いて、広範囲の有用な処方に対する高品質の眼用球状レンズを製造することが可能である。さらに、図４から明らかなように、優れたレンズ品質と、同じフレームスタイルが使用できるよう十分に一貫したレンズ形状とを提供しつつ、単一度数または正確な同心からわずかに逸脱させることができる。
【００３１】
図５は、本発明の好ましい実施例の優れた光学的品質を有する一連のレンズを例示する。この実施例においては、表面は約１６Ｄ±約１／２Ｄとなるように選択される。この範囲は水平線５０および５２の間に位置する。特に好ましい実施例により、−２Ｄ〜＋２Ｄ（区域５４）、−６Ｄ〜＋４Ｄ（区域５４および５６）、または−８Ｄ〜＋５Ｄ（区域５４、５６および５８）の範囲の処方を有する一連のレンズが提供される。
【００３２】
比較の目的で、この特定の場合に関するチェルニング楕円６０のウォラストンセクションの一部分が図５の図形に重ね合わされている。前方曲線および水平方向ブロックに表される透視度数範囲は、−８Ｄ〜＋５Ｄの透視度数では表面に５Ｄのばらつきがあり、透視度数範囲の中央での曲率がはるかに急に傾斜していることを示すチェルニング楕円の教示と矛盾していることをこの図は示している。
【００３３】
本発明の好ましい実施例としては、着用者の目の回転中心と同心の単一の基準球面により定義された一連の眼用レンズ要素が含まれ、その場合、球面は、２５ｍｍ〜５０ｍｍ、より好ましくは３０〜３５ｍｍ、そして最も好ましくは約３３ｍｍ±約１ｍｍの曲率半径を有する。
【００３４】
有利には、一連のレンズ要素に適切な処方度数およびｃｙｌ補正が付与される。表面が球状である実施例では、裏面は適切な透視度数およびｃｙｌ補正を提供するように構成される。好ましい実施例において、一連のレンズ要素は、１／４Ｄ増分で上記範囲内の透視度数を含み得る。各度数の保管レンズ要素には、例えば１／４Ｄの増分で０Ｄ〜−２Ｄの種々の共通非点収差処方の各々が付与される。レンズ要素が球対称であるため、ｃｙｌ補正の角度が、エッジ加工およびガラス嵌め時にレンズ要素を適切に回転することにより選択され得ることが理解されるであろう。
【００３５】
従来の非点収差補正は、主子午線に関連して説明されることがよくあるトロイド面に基づくもので、すなわちこれはレンズ光軸に中心づけられた直交子午線であり、最大および最小曲率軌跡を表す。ｃｙｌ補正を提供するためにバレルトロイドおよびドーナツトロイドの両方が用いられてきた。以下に説明するように、本願出願人は、急勾配で湾曲したレンズのための新規な非点収差補正面を開発しており、これらの面は、バレルトロイドとドーナツトロイドとの間に置かれるものとして説明でき、これらの各々は同じ主子午線と、主子午線に沿った同じ度数を有する。そのような２つの面は以下で詳述する「全円形子午線」面および「平均トロイド」面である。
【００３６】
本発明のレンズの形状を説明する。用語「急勾配な曲率」は、この文脈においては、レンズまたは参照球体もしくはシェルの全体的形状を説明するために用いられる。特定の実施例において、曲率は、レンズの内部または外部に置かれるか、レンズの面を含んでいる面または球状シェルの曲率の平均半径として定量化できる。
【００３７】
本発明のレンズはさらに、大きな視野角によって全体的な形状に特徴があり、視野角は光軸と側頭または鼻の最端部との間の角度として表されることが多い。本発明の好ましい実施例によると、レンズは球状表面の中心に中心づけられた角度を張っており、この角度は８０°より大きく、好ましい実施例では１００°よりも大きい。もちろんこれらの周辺領域でレンズが光学的に使用可能であるならば、そのような角度はレンズの視界を示すものであることが理解されるであろう。
【００３８】
本発明のレンズの独特な位相形状はサジタル深さまたは「中空」深さによってさらに特徴づけられ、これらは一般に、レンズおよびレンズエッジの３次元性の測定値である。これらの深さは、以下に説明するように、レンズの前方平行面と側頭の最端部の点との間の距離に関する。本発明の好ましい実施例によると、目の回転中心に中心づけられた５０ｍｍ以下の平均半径と、少なくとも８ｍｍの中空深さとを有するレンズが提供される。特に好ましい実施例において、表面の半径は約３３ｍｍ±約１ｍｍであり、中空深さは少なくとも１０ｍｍである。
【００３９】
本発明は、処方アイウェアを提供するための方法も含む。これらの方法は、急勾配な曲率を有するレンズ要素を用いる。好ましい実施例では、厚さが２ｍｍ以下で半径５０ｍｍ以下の球状シェル内にある表面を用いる。レンズ要素が、処方された透視度数および処方された非点収差補正を持つように、裏面がレンズ要素内に形成される。レンズ要素は、球状シェルの中心が、目の回転中心またはその近くに置かれるように着用者に対して位置づけられ、これは、処方された透視度数を含む種々の透視度数を有する一連のレンズ要素に共通な球状シェル半径に対応する標準開口を有するフレームの中に嵌め込むことによりなされる。アイウェアは、処方された度数および非点収差補正を、着用者の全視覚固定範囲にわたり提供する。
【００４０】
本発明は、特別に設計された眼鏡フレームも含む。好ましい実施例において、一連の眼用レンズに使用するのに適した眼鏡フレームが提供され、レンズの各々は２５ｍｍ〜３５ｍｍの単一半径を有する球状面と、球状面に関連して種々の共通処方を提供するように選択された第２の面とを有する。好ましい実施例においては、フレームは、球状面の中心が左目および右目の回転中心またはそれらの付近にそれぞれ置かれるように、着用者の左右のレンズを支持するように適合される。眼鏡フレームは、左右レンズを係合するための側頭部品およびリム部分を含んでもよい。各レンズを係合するリム部分は、前記球状面の半径にほぼ等しい半径を有する基準球体上の閉曲線の形で形成し得る。そのような眼鏡フレームにおいては、閉曲線の鼻の最端部の点および側頭の最端部の点は、頂点が球状面の中心に置かれた９０°よりも大きい円弧を張り得る。
【００４１】
眼鏡フレームは、左側頭部品、右側頭部品およびノーズブリッジを含み得る。好ましい実施例において、ノーズブリッジは、球状面の中心を目の中心に位置づけるようにレンズの隔たりを水平方向に調節可能にする調節可能長さを有する。他の実施例においては、側頭部品を支持するための新規な取り付け部品および蝶番を備えたリムレスフレームが提供され、蝶番はそれぞれのレンズの側頭エッジにおいて基準球状面に直接取り付けられるように適合される。
【００４２】
本発明は、急勾配で湾曲したレンズ、とりわけ半径が約３１ｍｍ〜３３ｍｍの少なくとも１つの球状面を有するレンズと共に用い得る新規なレンズエッジ加工も含む。
【００４３】
そのような場合には、レンズは、レンズエッジ面がレンズの球面にほぼ垂直になるようにエッジ加工され得る。そのようなレンズで作られたアイウェアはリムレスとすることができ、エッジ面は着用者には本質的に見えなくできる。なぜならば、着用者の注視がその方向に投げられる時には、エッジ面は着用者のほぼ視線上にあるからである。さらに、外部の観察者へのエッジ外観を最小限にできる。そのようなエッジ面は、球状面の曲率中心と交差する軸のまわりで回転させたミルによって生成できる。好ましい実施例において、エッジ面は、この面が球状面の曲率中心について小さい円弧を張るようにようにカットされ、その円弧は、レンズの光軸を含む任意の面内にある。
【００４４】
本発明は、アイウェアに取り付けるように適合された急勾配で湾曲したレンズ要素を作るための方法も含む。この方法は、その前面の実質的な部分にわたり主子午線に沿って３５ｍｍ未満の曲率半径を有するレンズブランクの成形を含み得る。成形後、成形レンズブランク上に裏面がカットされ、これが、表面と共に、非ゼロ処方透視度数を提供する。最終的に、レンズブランクはエッジ加工されて、少なくとも８ｍｍの最大中空深さを有するエッジ加工レンズとなる。カットされた裏面は表面と共に、非ゼロ非点収差補正を着用者に提供するように設計し得る。
【００４５】
１つの実施例において、累進表面度数付加がレンズブランクの表面に成形される。これに代えて、累進表面度数付加は、レンズブランクにカットされた裏面に組み入み得る。
【００４６】
本発明の他の局面は、上述の３５ｍｍ未満の曲率半径を有する球状光学面を持つレンズのような急勾配で湾曲したサンレンズに関する。サンレンズは、本発明の急勾配で湾曲したレンズをコーティングおよび／または着色することによって作られる。好ましい実施例においては、光学面（例えば、表面）を、とりわけ好ましい実施例においては一般に青色の、部分的に反射性の誘電性スタックでコーティングし得る。表面コーティングは、比較的高い屈折率および比較的低い屈折率を有している交互の層で構成されるスパッタリング堆積した多層コーティングとし得る。とりわけ、表面コーティングは、ケイ素およびジルコニウムの酸化物層のスタックとすることができ、ジルコニウム酸化物層の少なくとも１つは、厚さが約１０ｎｍよりも大きい。コーティングは、その反射率が約４８０ｎｍ以上の波長の入射光の場合に減少しはじめ、近赤外領域で比較的に低いまま留まるように設計される。
【００４７】
本発明は、それぞれが球状面を有する左右のレンズを含む保護アイウェアにも関する。各球状面は、好ましくは、約３１ｍｍ〜３５ｍｍの曲率半径を有している。フレームは、左右のレンズの各々の球状面の中心が、左右の目の回転中心にほぼ位置づけられるように、着用者の顔面上でレンズを支える。
【００４８】
多層コーティングは、レンズに入射する放射がそれぞれの目へ透過するのを少なくとも部分的にブロックするために各レンズ上に形成できる。層は、入射放射のスペクトルの少なくとも１つの選ばれた部分を少なくとも部分的にブロックするために選ばれた屈折率および厚さを有している。サンレンズの実施例においては、紫外光が少なくとも部分的にブロックされ得る。レーザー放射からの保護も、工業的または軍事的設定においてアイウェアにより提供できる。この場合に、コーティングおよび／または色素は、選択されたスペクトルの範囲のレーザー光をブロックするために提供される。特に、赤外レーザー放射は少なくとも部分的にブロックされ得る。入射レーザー放射は、そのパワーレベルを目の安全レベルまで低減するのに十分なだけブロックされる。軸外し入射放射は、スタックにより妨げられ、色素により吸収され、および／または網膜に達しない光路を有している。
【００４９】
本発明の保護アイウェアの実施例において、有利には、視野の着用者に広視野を提供する一方で、網膜に達するすべての方向から到来する放射の間に立つように、各レンズは眼窩部の鼻マージンから眼窩部の側頭領域へ、そして眼窩部のより低部のマージンからより上部のマージンへ延びている。
【００５０】
上記は、本発明の概要としてのみ意図されるものであり、本発明の範囲はクレームの文言およびその等価物によって決定される。
【００５１】
（図面および実施例の詳細な説明）
アウトライン
Ｉ．基本的レンズジオメトリ
ＩＩ．非点収差の補正
ＩＩＩ．拡大効果および歪みの低減
ＩＶ．レンズ製造
Ｖ．レンズ設計例の計算された性能
ＶＩ．嵌められたレンズおよび眼鏡フレーム
ＶＩＩ．コーティング、サンレンズおよび保護アイウェア
Ｉ．基本的レンズジオメトリ
本発明に従って製造されたレンズの基本的ジオメトリを最初に論じる。図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃはそれぞれ、本発明に従うエッジ加工されたレンズ１００の正面図、側面図および上面図を示す。図６Ａにおける原点１０２はレンズの光学中心の場所であり、着用時の瞳孔中心の設計場所である。エッジ加工されたレンズの外形１０４が図６Ａの正面斜視図に示される。図６Ｂにはレンズの側頭エッジ１０６および鼻エッジ１０８が示される。図６Ｃにはレンズの上エッジ１１０および下エッジ１１２が示される。図６のレンズの実施例においては、レンズの表面は急勾配の球状曲線であり、その右側最端部が線１１４で示される。
【００５２】
本発明の実施例の急勾配の球状曲率は多様な方法でレンズに設計することができる。上記で論じた好ましい実施例において、レンズ要素の表面は目の回転中心に中心づけられるかまたはその付近にある単一半径の球体である。これに代えて、一連のレンズ要素の裏面は一定の急勾配の球状面であり、回転中心に中心づけられるかまたはその付近に置かれ得る。これらの実施例において、他方の面は変化し得る曲率を有し、曲率は着用者に少なくとも適切な透視度数を提供するように選択される。例えば、１６Ｄ球状表面が一連のレンズ要素に選択される場合、その大子午線上で２０Ｄの、かつその小子午線上で１８Ｄの曲率を有する裏面が、−２Ｄｃｙｌによって−４Ｄの透視度数を提供するために使用される。これに代えて、レンズ要素の一定半径面が裏面に置かれる場合、特定の処方に関して選択された対応面が表面に置かれ得る。
【００５３】
他の代替例においては、レンズ要素または面は球状シェル内に位置するように制限される。このジオメトリは図７に示してある。２つの同心球体１５４および１５６が、点Ｐの中心と２つの半径ｒ１およびｒ２とにより定義され、ここでｒ２＞ｒ１である。同時に、球体がシェルＳを定義する。レンズ１５８は鼻の最端部の点Ｑと側頭の最端部の点Ｏとを有して示される。レンズの表面１６０はシェルＳ内に位置する。
【００５４】
本発明による光学レンズ要素の表面は、球状、トーリックまたは回転対称非球状面とし得る。さらに視野を改善するため、本発明による光学レンズ要素の表面および／または裏面は、光学性能および／または見かけ上の外見を改善するために球状形状から逸脱した形状を有してもよい。上述で説明したように、表面および／または裏面は、レンズ着用者に見える光学収差の測定値を表す、選択されたメリット関数を最小にするように、最適化の課題を解くことにより導き出し得る。これに代えて、またはこれに加えて、補正によりレンズ要素の見かけ上の外見を改善し得る。これに代えて、後により詳細に説明するように、シェル内の面は多焦点累進レンズとし得る。
【００５５】
好ましい実施例において、半径ｒ１およびｒ２の長さは２ｍｍ以下しか異ならず、より好ましい実施例では半径の一方は約３３ｍｍであり、ｒ１およびｒ２の長さの差は約０．１ｍｍ以下である。表面は７５°よりも大きい角度ＯＰＱであり、好ましくは９０°よりも大きく、より好ましくは１００°よりも大きい角度を張る。この角度はレンズによってもたらされる広視界の測定値である。
【００５６】
これに代えて、レンズは、図７のシェルＳに類似した態様で定義されたシェル内に全体が位置するように定義されてもよく、ｒ１およびｒ２の長さの差は６ｍｍ未満である。
【００５７】
さらに、かつ代替的に、レンズは図７の半径ｒ１を有する球体の部分ＯＱのような、急勾配で湾曲した球体の一部を含むものとして定義され得る。基準球体は、レンズ要素の表面および裏面の中間に位置する球体とし得る。本発明の実施例において、この急勾配で湾曲した球体は、さもなければ引用により本明細書に組み込まれる米国特許第５，１８７，５０５号に従って製造される２つのレンズウエハの当接面を定義し得る。そのような場合、眼用レンズまたはレンズブランクは、裏および表ウエハのラミネートとして形成される。ウエハの当接面が球状であるため、面の一方に適用されたｃｙｌ補正の所望の配向を達成するためにウエハを回転し得ることが理解されるであろう。これは累進レンズを提供するにあたり特に有用である。
【００５８】
本発明のレンズ要素の新規なジオメトリの他の局面が図８に示してある。急勾配の球状曲率を有し、目の回転中心１７２とほぼ同心のレンズ１７０が示してある。前方平行面Ｐはレンズの球状表面１７４に接している。レンズの光軸１７６は面Ｐに対して垂直であり、目の回転中心を通る。裏面は参照番号１７８で識別される。レンズは側頭方向に側頭エッジ１８０まで延びる。レンズの新規なジオメトリは、中空深さＺＨによって部分的に定義され、これは光軸におけるレンズの裏面１７８とエッジ１８０との間の垂直方向距離である。関連する寸法ＺＦは前方平行面Ｐとエッジ１８０との間の距離である。
【００５９】
歪みのような、本発明のレンズの周辺光学特性を考慮することは有益である。そのような場合、図９に示されるように、光軸Ｏに中心づけられた半角φの円錐の内側または外側に位置するレンズ特性を参照し得る。図９において、θは３０°の角として示される。本発明の好ましい実施例において、一連のレンズ要素は、少なくとも２５°の角度θによって定義される円錐を通して０．１２５Ｄ未満の面非点収差を有する。
【００６０】
本発明のレンズ要素は、中心視についてのＲＭＳ度数（ｐｏｗｅｒ）誤差（以下で定義される）が３０°未満の目の回転角度に対して３／８Ｄ未満となるようにし得る。さらに、レンズ要素は、中心視についてＲＭＳ度数誤差が、３０°より大きく４０°未満の目の回転角度に対して１／２Ｄ未満となるようにし得る。最後に、レンズ要素は、中心視についてＲＭＳ度数誤差が、４０°より大きく５０°未満である目の回転角度に対して３／４Ｄ未満であるようにし得る。
【００６１】
好ましい実施例において、レンズ要素は、目が回転して側頭方向に３０°の角度で固定される周辺視野に関して、ＲＭＳ度数誤差が固定位置の角度±５°について３／８Ｄ未満であり、ＲＭＳ度数誤差が固定位置の角度±１０°について０．６５Ｄ未満であり、ＲＭＳ度数誤差が固定位置の角度±３０°について１．０Ｄ未満であるように構成し得る。
【００６２】
本発明のいくつかの特徴および従来レンズとの比較が図１０に例示してある。図１０（ａ）は、従来レンズおよび本発明の急勾配で湾曲した球状レンズについて選択された外形の平面図を示す。従来の６Ｄベースレンズ２００が図１０（ｂ）に示され、本発明による１６Ｄベースレンズ２０２が図１０（ｃ）に示され、これらはいずれも図１０（ａ）と同じ平面外形を有する。見かけの視界は、瞳孔面上の瞳孔中心Ｃに中心づけられたエッジ光線の間で測定される。従来のベース６レンズ２００は約１０５°の見かけの視界を有し、それに対してレンズ２０２は約１３０°の見かけの視界を有する。より大きなレンズブランクおよび平面外形が用いられる場合、ほぼ図１０（ｄ）に示されるサイズの１６Ｄベースレンズ２０４が製造され得る。そのようなレンズは、約１７０°の見かけの視界を生み出す眼窩領域の鼻マージン２０６から側頭マージン２０８まで水平方向に延び得る。そのようなレンズは、まっすぐに凝視した時に着用者に見える側頭エッジは全くない。さらに、側頭レンズエッジ厚さ２１０は、後ろ方向に湾曲するため、他人に容易に見えず、従ってレンズの見かけ上の外見が改善される。最後に、レンズの裏面２１２により、広い範囲の処方について、通常長さの睫毛から離れる。
【００６３】
ＩＩ．非点収差の補正
本発明による急勾配で湾曲した球状レンズにより、ｃｙｌ補正が着用者の処方の一部である場合に特定の問題が生じる。普通のトーリック裏面では許容できる性能は提供されないことがある。特に、従来のトーリックは急勾配で湾曲したレンズの周辺部でうまく機能しない。
【００６４】
ｃｙｌＲｘ（光線の傾斜といったものを無視する）にとって理想的な裏面は、処方に適した一定の面非点収差を有するであろう。そのような面は存在しない。トーリック面は、この理想に近い製造可能なものである。２つの標準的タイプのトーリック面があり、これらはドーナツトーリックおよびバレルトーリックと呼ばれることがある。各々は固定軸まわりに円形の円弧を掃引することにより得られる。円の半径が、固定軸までのその最大距離よりも小さければドーナツトーリックであり、そうでなければバレルトーリックである。いずれのタイプのトーリックも２つの主子午線に沿った円形断面を有する。このこと（かつ対称性）のため、接線度数はこれらの子午線に沿ったすべての場所で正しい。さらに、このタイプのトーリックは、サジタル度数が正しい、「好ましい」子午線を有する。ドーナツトーリックの場合、それは下接線度数子午線であり、バレルトーリックの場合は上接線度数子午線である。ゼロ接線およびサジタル誤差は、面非点収差が好ましい子午線に沿って等しくゼロであることを意味する。
【００６５】
急勾配で湾曲したレンズの従来のトーリックの例が図１１Ａおよび図１１Ｂに示してある。どちらの例も、名目上の２ｃｙｌについて、赤道１８０度子午線上で接線度数１８ジオプタ（＠ｎ＝１．５３０）であり、９０度では２０ジオプタである。プロットは直径が４５ｍｍであり、０．１ジオプタの輪郭を有する。円形の主子午線曲率Ｃ１およびＣ２が図１１Ｃに示してある。Ｃ１およびＣ２は、９０°の角度で極Ｐの中心点で交差する。他の「主でない」子午線が中心点から放射状に広がるものとして定義され得ることが理解されであろう。
【００６６】
好ましい軸は、図１１のプロットから明らかである。中心から０、１０および２０ｍｍの半径のまわりで０〜９０度の角度を形成する接線およびサジタル面度数が図１２Ａ〜図１２Ｄに示してある。
【００６７】
これらの図面から、ドーナツトーリックおよびバレルトーリックの両方がすべての半径に対して０および９０度で正しい接線度数を有することに注目し得る。ドーナツトーリックは０度では正しいサジタル度数を有するが、９０度では誤差があり、誤差は半径とともに増加する。バレルトーリックは９０度では正しいサジタル度数を有するが、０度では誤差があり、この誤差は半径とともに増加する。
【００６８】
これらのトーリックの両方を中心として明らかに非対称であるものがあり、それらの各々は好ましい子午線を有する。しかしながら、主子午線に沿って正しい接線度数を維持するが、より対称的にサジタル度数を扱う関数がある。所望の接線挙動を有する関数を構築するやり方は、あらゆる子午線に沿った断面が円形になることを余儀なくすることである。関数は下記の形を有するであろう。
【００６９】
【数１】
2004513388.tif 000003
ここで、Ｒ（θ）はθ子午線に沿った曲率半径であり、ｒ＝√（Ｘ２＋Ｙ２）である。Ｒ（０）およびＲ（９０）の値は所望の接線度数で固定され、中間角度における度数はこれらの限界値に対して補間法を適用することにより決定される。補間の形式は、上記の度数プロファイルの形式がほぼ正弦波状になるという認識から来る。従って、Ｒ（θ）についての良好な１次近似は下記の通りとなるであろう。
【００７０】
【数２】
2004513388.tif 000004
ここで、Ｐは接線度数であり、ｎは度数を曲率に変換するのに必要な屈折率である。矢状挙動に対する支配をさらに加えるため、補間にさらなるフーリエ項を追加することができる。接線挙動に対する支配をさらに増すため、度数はｒにおける多項式となり得る。単純な面の場合、さらなる自由度は要求されない。図１３Ａ、Ｂのプロットは、トーリックについて上記で示したような角度の関数として接線およびサジタル度数を示す。中間角度における接線誤差がドーナツトーリック未満であり、バレルトーリックよりも大きいことに留意されたい。サジタル度数は０および９０ではｒ＝０の場合について正しいが、半径の増加とともに多少とも対称的に両方の子午線上で欠け始める。軸対称ではない面の場合、接線曲率に対する角度態様からの弱い寄与がある。これは、通常のベクトルが円形断面と同じ面にないからである。
【００７１】
「偏りのない」ｃｙｌ補正を作り出す別の方法は、従来のドーナツトーリックおよびバレルトーリックの平均をとることである。こうすることにより、円形子午線から構築された面の場合の結果と類似した結果が得られる。平均をとったトーリックに関する角度プロットが図１４Ａ、Ｂに示され、そこではＺ＝ａＢＺＢ＋（１−ａＢ）ＺＤであり、ここでＺはレンズの面高さであり、ＺＢは従来のバレルトーリックの面高さであり、ＺＤは従来のドーナツトーリックの面高さであり、ａＢは１＞ａＢ＞０となるような重み係数である。図１４Ａ、Ｂは、ａＢ＝０．５の特定の場合を示すものである。
【００７２】
図１４のプロットから断言するのは難しいが、これらの円形子午線および平均をとったトーリック面に関する接線およびサジタル度数の角度挙動には大きな差異がある。図１５の輪郭プロットは、平均をとったトーリックおよび円形子午線関数の面非点収差を比較するものである。プロットは、上述の例と同じ０．１ジオプタの輪郭と４５ｍｍの直径とを有する。
【００７３】
非点収差は、平均トーリックの場合よりも円形子午線面の場合の方が単純な挙動をする。角度補間へのフーリエ項追加の効果を示すため、１つの余分な係数を、楕円形に見える輪郭を「切り上げる」ように調節することができる。その結果を図１６に示す。子午線は依然としてすべて円形断面を有し、角度補間のみがわずかに変更されていることに注目されたい。
【００７４】
円形子午線および平均トーリック面は注目すべきさらなる特性を有する。主子午線からずれた任意の点にある面の面非点収差は、同じ点におけるバレルトーリックまたはドーナツトーリックの面非点収差のうち大きい方よりも少ない。さらに、平均トーリックまたは円形子午線面は、同じ処方のバレルトーリックとドーナツトーリックとの間に位置する（中間Ｚ値を有する）。
【００７５】
上述のトーリックは、本発明の好ましい実施例のレンズの裏面として使用するのに好ましいが、レンズに提供するために従来のトーリックまたは一般化トーリックを使用することができる。
【００７６】
これに代えて、本発明のレンズ要素の面補正は、対称多項式の下記の数式に従って裏面を製造することにより提供し得る。
【００７７】
【数３】
2004513388.tif 000005
【００７８】
レンズの光学収差の多くの測定値は下記のように定義される。
【００７９】
【数４】
2004513388.tif 000006
ここでεは焦点誤差マトリクスであり、下記のように書ける。
【００８０】
【数５】
2004513388.tif 000007
ここで、正規直交基の組を選択するとε１２＝ε２１である。
【００８１】
レンズの光学特性を特定的に考慮することによりこれらの項を計算する場合、光学平均度数誤差、光学ｃｙｌ誤差およびＲＭＳ光学度数誤差の項が適用される。
【００８２】
メリット関数は、最適化されたレンズの特定の用途に応じて下記の関数から選択され得る。
【００８３】
【数６】
2004513388.tif 000008
ここで、合計は目の回転数θに対してとられる。
【００８４】
Ｍ４の場合には、サンプル点θが「まっすぐな」位置からの水平方向、垂直方向または斜め方向の回転を表すか否かにより種々のぶれ測定値が使用される。このモードは、非球面「最小接線誤差」設計戦略のある程度の一般化を提供し得る。
【００８５】
モードＭ３およびＭ５はそれぞれ、「最小非点収差誤差」および「最小平均度数誤差」戦略を表す。
【００８６】
さらなる実施例において、レンズの外見面を表すメリット関数にある項を含め得る。例えば、Ｍを単独で使用する代わりに、修正されたメリット関数が下記の式によって定義され得る。
【００８７】
【数７】
2004513388.tif 000009
ここで、ηθはＭにおいて考慮されたサンプルの目の回転数θを示し、ｒは特定のレンズ半径であり、Ｖは半径ｒに向かうレンズ体積である。係数λは平均レンズ厚さに重みをつけるものであることがわかる。
【００８８】
ＩＩＩ．拡大および歪みの低減
眼鏡レンズはそれを通して見えた物体を縮小または拡大する。これは従来の眼鏡レンズの主面が水晶体に近接して置かれ、目の入射瞳と一致しないからである。一般に、プラス度数のレンズはものを大きく見せ、マイナス度数のレンズはものを小さく見せる。拡大は、周辺視界における物体の認識方向も変え、見かけの視界がレンズを通して見えた真の視界とは異なるようにする。
【００８９】
拡大に加えて、眼鏡レンズはさらに、それを通して見えた物体の形状を歪ませる。まっすぐ正面を見ている目の場合、マイナスレンズはいわゆる「バレル歪み」を引き起こし、この場合矩形の物体は周辺部で圧縮され、正方形はバレルのように見える。逆に、プラス度数のレンズは「ピンクッション歪みを引き起こし、正方形の隅を引き伸ばす。
【００９０】
これら２つの効果はともに、物体のサイズ、形状および位置の認識低下を増大する。眼科光学の教科書は、眼鏡レンズにおける歪みを補正するのは実用的ではないと教え、拡大効果を軽減することが望ましいということについては触れていない。それでも、コンタクトレンズの視野に関して喧伝される利点の１つは、レンズが目に密着することにより拡大および歪みの影響が軽減し、視野がより自然に補正できることである。眼鏡レンズの拡大および歪みの軽減は、可能であれば望ましいと思われる。
【００９１】
遠方の物体については、拡大効果は下記の式によって定義される。
【００９２】
【数８】
2004513388.tif 000010
ここで、ｄ（図３のｄｖ）はレンズの裏面から目の入射瞳までの距離であり、Ｆｖはジオプタで表した裏面頂点度数であり、ｔはメートルで表した厚さであり、ｎは屈折率であり、Ｆ１はジオプタで表した表面度数である。
【００９３】
最初の括弧内にある式の部分は、どれだけの拡大がレンズ度数によるものかを示すため「度数係数」と呼ばれることが多い。ｄが０に等しければ、度数係数は１に等しいであろう。換言すると、目と接触しているレンズの場合にはこの度数による拡大が非常に少なく、これはコンタクトレンズの場合に言える。眼鏡レンズは目、瞼または睫との接触を回避するよう目から離れたところに位置づけられるため、この項はプラスレンズの場合には１より大きく、マイナスレンズの場合には１未満である。換言すると、プラス度数の眼鏡レンズは拡大し、マイナスレンズは縮小する傾向にある。状況に応じ、「拡大効果」という用語は拡大および縮小の両方を表すために用いられる。
【００９４】
第２の括弧内の式の部分は通常「形状係数」と呼ばれ、これはこの係数が、レンズの厚さおよび曲率とともに拡大率がどのように変化するかを示すからである。レンズに厚みがない場合、ｔは０に等しくこの項は１に等しいであろう。第３次光学の理想的な「薄いレンズ」では形状による拡大効果はない。コンタクトレンズは極端に薄く作れるので、この状況に近くなる。眼鏡レンズは損傷を回避するためにかなりの厚みを持たせてあり、常に正の表面曲率を有するため、この項は常に１より大きい。換言すると、すべての正のメニスカス眼鏡レンズはそれらの形状のために拡大する傾向にある。
【００９５】
拡大効果を排除するためには、式を１に等しく設定しなければならず、そのため度数係数と形状係数との積は１に等しい必要がある。プラスレンズの度数係数および形状係数はいずれも１より大きいため、それらの積は１にはなることはできず、正のメニスカス形態のプラスレンズから拡大効果を排除することはできない。一方、マイナスレンズの度数係数は１未満であり、形状係数は１より大きいため、これらの係数を打消すことは可能である。
【００９６】
これを行なうために、単位拡大についてこの式を解く必要がある。これを行なうと、下記の関係が得られる。
【００９７】
【数９】
2004513388.tif 000011
この式は、眼鏡の拡大効果を排除するレンズ厚さを特定する。レンズの第２の主面を目の入射瞳に置くとうまくいく。実用的な厚さでこれを達成するには、２つのもの、すなわちマイナスレンズ度数と非常に急勾配の曲線とが必要である。
【００９８】
（歪み）
第３次理論によると、歪みは非実用的なまでに急勾配で湾曲したレンズにおいてしか除去できない。Ｊａｌｉｅ，Ｍ．「眼用レンズの原理」、４版４６２頁参照。
【００９９】
第３次理論では実際には、３５ジオプタを超える裏面曲線が必要であり、これは目の入射瞳付近でほぼ同心であり、そのような面は実際には非実用的である。目の入射瞳付近で両方の面が同心状になる真に同心のレンズ設計では、歪みは全くない。なぜならば、レンズの対称性により、斜めの物体からの光束のすべてが中央の物体からのものと同じ面傾斜に遭遇するからである。目の入射瞳付近での同心性には極端に急勾配の曲線は要求されないが、幾分平坦な曲線でも入射瞳に近接して置かれた主面を有するレンズと組合せた場合には歪みが飛躍的に低減されることを見出した。これはマイナス度数レンズにおける縮小を低減するように設計されたレンズによって行なわれ、この結果、目の回転中心まわりにほぼ同心状に配置されたレンズが得られる。
【０１００】
実際に、目の回転中心まわりでレンズを同心状に配置することは非常に望ましい。なぜならこれにより、周辺視界にある物体を見ようとして目が回転したときに目に対するレンズの対称性が改善され、その結果解像度が改善されるからである。レンズの一方の面が目の回転中心まわりで同心状に配置されることを厳密に要求するならば、歪みを事実上除去する厚さを導出できる。この場合、レンズ厚さに関する特定の形式の式が必要である。
【０１０１】
例えば、その表面が目の回転中心まわりで同心状に配置されたレンズの場合、表面の半径、着用距離、屈折率、裏面頂点度数、および目の回転中心からの入射瞳までの距離によってｔを求めることができる。この場合、
【０１０２】
【数１０】
2004513388.tif 000012
ここで、
【０１０３】
【数１１】
2004513388.tif 000013
はレンズの形状係数であり、ｒ１＝表面の半径であり、ｄｆ＝レンズ表面から入射瞳の面までの距離であり、Ｋｅは、図３に示されるように目の回転中心から目の入射瞳までの距離である。
【０１０４】
図１７Ａ〜図１７Ｃはこの種の設計の利点を示すものである。図１７Ａは、グリッドが見る人の左右に４５°延びるように、ある大きな距離から見えるより大きなグリッドを表す。図１７Ｂは、従来の−５．００Ｄレンズを着用した人が見る物の計算されたイメージであり、グリッドは小さく見え形状が歪んで見える。図１７Ｃは、上記式に従って歪みを排除するよう設計されたレンズの着用者に見える計算されたイメージを示す。このイメージは元の物体とほぼ同一に見える。
【０１０５】
ＩＶ．レンズ製造
本発明による眼用レンズ要素は、適切な任意の材料から作り得る。ポリマー材料が用い得る。ポリマー材料は任意の適切なタイプのものとし得る。ポリマー材料は、ポリカーボネートタイプなどの熱可塑性材料またはジアリルグリコールカーボネートなどの熱硬化性材料を含んでもよく、例えば、ＣＲ−３９（ＰＰＧインダストリーズ社）を用い得る。
【０１０６】
ポリマー品は、例えばその開示全体が引用により本明細書に組み込まれる米国特許第４，９１２，１５５号または米国特許出願番号第０７／７８１，３９２号に記載されるように、架橋性ポリマー成型組成物から形成し得る。
【０１０７】
ポリマー材料は、例えば、フォトクロミック色素を含む色素を含むことができ、これはポリマー材料製造に使用されるモノマー処方に添加できる。
【０１０８】
本発明による光学レンズ要素は、エレクトロクロミックおよび／または液晶コーティングを含む付加的な標準コーティングを表面または裏面にさらに含み得る。レンズ表面は反射防止（ＡＲ）コーティングを含んでもよく、これは例えば開示全体が引用により本明細書に組み込まれる米国特許第５，７０４，６９２号に記載のタイプのものとし得る。サングラスのレンズを作ったり、または所望の見かけ上の効果を提供するため、部分的反射コーティングをレンズに適用し得る。レンズの表面は、これに代えて、またはこれに加えて、開示全体が引用により本明細書に組み込まれる米国特許第４，９５４，５９１号に記載のタイプの耐磨耗性コーティングを含み得る。
【０１０９】
表面および裏面は、反応抑制剤、例えば上述のサーモクロミックおよびフォトクロミック色素を含む色素、偏光剤、ＵＶ安定剤および屈折率を変更し得る材料などの成型組成物に従来から用いられている１つ以上の面処理を含み得る。
【０１１０】
図１８は、本発明の教示によるレンズ要素の製造に適する金型を示す。金型は表金型部分３００と、裏金型部分３０２と、閉フランジ部分３０４とを含む。レンズ要素は、ポート３０８を通して液状のレンズ材料を注入することにより、金型間のキャビティ３０６中で形成し得る。空気はポート３１０を通って逃げる。レンズ要素が硬化すると、金型部分が分離される。レンズ要素は金型から取り出されるときに放射状フランジ３１２を有しているのが観察されるであろうが、これは後の処理において除去される。
【０１１１】
本発明のレンズ要素を成型するための方法および装置は、２０００年９月８日提出の、「熱可塑性レンズの成型方法、およびそれにより製造された急勾配で湾曲したおよび／または薄いレンズ」と題されたＫｉｎｇｓｂｕｒｙらの米国特許出願番号第０９／６５８，４９６号に記載されており、その内容は引用により本明細書にその全体が組み込まれる。
【０１１２】
Ｖ．レンズ設計例の計算された性能
（例１）
表１は、本発明に従って作られたポリカーボネートレンズと従来の低ベースカーブレンズとの、計算された性能の比較を示す。
【０１１３】
【表１】
2004513388.tif 000014
【０１１４】
（例２）
図１９は、−６Ｄ、−３Ｄおよび＋３Ｄ度数の急勾配で湾曲した一連の球状レンズ要素（それぞれ図１９（ａ）、図１９（ｃ）および図１９（ｅ））と対応する低ベースカーブＳｏｌａ　Ｐｅｒｍａ−Ｐｏｌｙ（登録商標）素材レンズ（それぞれ図１９（ｂ）、図１９（ｄ）および図１９（ｆ））との計算された比較を示す。
【０１１５】
急勾配で湾曲した球状レンズ要素は、レンズ断面４００に示されるように、本質的に同一な１６Ｄの球状表面を有する。一般に、急勾配で湾曲した球状レンズ要素により周辺歪みが改善される。図１９（ａ）および図１９（ｃ）のレンズも、マイナス処方において低いＲＭＳ度数誤差を示す。
【０１１６】
（例３）
図２０は、１６Ｄ表面−３Ｄ透視度数および−２の裏面ｃｙｌ補正が付与された急勾配で湾曲した２つの球状レンズの計算された比較を示す。
【０１１７】
図２０（ａ）のレンズは従来のドーナツトーラス裏面を有し、図２０（ｂ）のレンズは上記のタイプの全円形子午線裏面を有する。後者は、ＲＭＳ度数誤差が優れており、歪みがいくらか改善されている。
【０１１８】
（例４）
最後の例の組（図２１および図２２）は、従来のベースカーブ累進レンズと本発明による累進レンズとの比較を示す。
【０１１９】
図２１は、従来の湾曲Ｓｏｌａ　ＸＬ累進レンズの遠視野特性と、急勾配で湾曲した（１６Ｄ）ベースカーブを有するレンズ要素に類似した累進形式が置かれたレンズとを比較する。
【０１２０】
図２２は、Ｓｏｌａ　ＸＬ累進レンズと図２１の急勾配で湾曲したレンズとの近視野特性を比較する。
【０１２１】
一般的に言えば、本発明に従って作られた累進レンズは、着用位置で着用者の目の回転中心とほぼ同心の急勾配で湾曲した基準球体または球状シェルによって特徴づけられる。そのようなレンズは、遠視野用の上方観察ゾーンと、上観察ゾーンよりも高い度数を有する近視野用下方観察ゾーンと、上方ゾーンと下方ゾーンとをつなぐ中間ゾーンとを有し、上ゾーンと下ゾーンとの間で度数は変化し、比較的低い面非点収差のコリドーを含む。
【０１２２】
１つの実施例において、急勾配で湾曲した基準球体は、上方観察ゾーンの中央部分の表面に対応する。別の実施例において、累進面はレンズの表面にあり、約２ｍｍ未満の厚さの、急勾配で湾曲した球状シェル内に位置する。いずれの実施例においても、シェルまたは基準球体の曲率半径は５０ｍｍ未満とすることができ、好ましくは約３０ｍｍ〜３５ｍｍ、最も好ましくは約３３ｍｍ±約２ｍｍとし得る。累進レンズの適切な表面設計は、例えば、１９９７年７月１０日提出の本願出願人の、現在は米国特許第５，８６１，９３５となっている特許出願番号第０８／７８２，４９３号に示される。
【０１２３】
ＶＩ．嵌められたレンズおよび眼鏡フレーム
本発明で使用される眼鏡フレームは、図３に示されるおよその位置において本発明のレンズを保持するように適合される。眼鏡フレームは、リムレス、部分リム、またはフルリムとし得る。
【０１２４】
好ましい実施例において、レンズは、眼鏡フレームに取付けた場合に、本質的に傾斜したりラップ角を示したりしない。眼鏡フレームは、レンズの光軸の位置を、着用者のまっすぐな視野の軸に対応するよう変更するための、調節可能な機構を含み得る。
【０１２５】
図２３は、本発明のレンズ４０２および４０４ならびに眼鏡フレームを含むアイウェア４００を示す斜視図である。レンズ形状により見かけ上好ましい物が得られる。図２３の眼鏡フレームは、リム部分４０６と側頭部品４０８および４１０と共に示してある。各レンズを囲む眼鏡フレームのリムは、レンズの急勾配で湾曲した基準球体上またはその付近に位置する閉曲線に対応するように適合される。処方範囲にわたりこの曲率が一貫していることにより、単一フレームまたはフレーム設計がこの範囲での任意の処方に対して適合され得る。
【０１２６】
図２４は、着用者の顔に着用された場合の、図２３のアイウェアの側面図である。この図は、レンズの急勾配で傾斜した曲率およびレンズエッジの複雑な３次元形状により得られる着用者の外見に関する別の局面を示す。この図は、比較的小さいサイズのレンズにより広い視野および目に対する優れた保護が提供されることを示す。
【０１２７】
図２５Ａ、Ｂは、本発明によるアイウェアの実施例４１２を前方から見た図であり、本発明のいくつかの機械的局面を示す。図２５の実施例の眼鏡フレームはノーズブリッジ４１４ならびに蝶番式側頭部品４１６および４１８を含む。これらの構成要素を併せると、３部材のリムレス眼鏡フレームが構成される。
【０１２８】
側頭部品４１６と４１８は、蝶番４２０および４２２と、取付タブ４２４および４２６とを含む。好ましい実施例において、タブ４２４および４２６は、レンズの球状表面に取付けられる。これらの取付面は、処方された透視度数およびレンズのｃｙｌ補正に関係なく、フレームに対して一貫した位置および角度関係で置かれることが理解されるであろう。同様に、ノーズブリッジ４１４のタブ４２８および４３０は、レンズのそれぞれの表面エッジに表面取付けできる。
【０１２９】
ノーズブリッジ４１４は、図２５Ｂにおいて断面図で示される。有利には、ノーズブリッジは種々の着用者に通常見られる種々の瞳孔距離（図３のＰＤ）を補償するための調節可能長さに作られる。この調節可能な特徴により、レンズの光軸が着用者の両目の視野軸と整列できるようになる。この調節可能な特徴を生み出すのに適切な１つの機械的構造が図２５Ｂに示されるが、移動または柔軟構造の他の組み合わせをこの目的に適合できることが理解される。図２５Ｂの実施例では、タブ４２８および４３０の各々が、それぞれ部材４３２および４３４によって保持され、これらは管４３６の両端に挿入される。固定ネジ４３８および４４０は、部材４３２および４３４を定位置に保持する。固定ネジは、管の中で部材４３２および４３４を種々の位置まで摺動させることによりノーズブリッジ長さを調節可能にするよう緩めることができる。
【０１３０】
図２６（ａ）は、本発明のアイウェア実施例５００の平面図である。アイウェアはリムレスタイプである。左のレンズ５０２および右のレンズ５０４は、急勾配で湾曲し、エッジ加工されたレンズである。好ましい実施例においては、これらのレンズは、上記のように曲率半径が５０ｍｍ未満、好ましくは３５ｍｍ未満の、一般に球状である前方光学面５０６をそれぞれ有している。着用時位置においては、各レンズの球状面の曲率半径中心は、着用者のそれぞれの目の回転中心ＰＬ、ＰＲにほぼ位置する。
【０１３１】
レンズ５０２および５０４は、レンズを着用者の顔面上で支持するために、ノーズブリッジ５０８により連結される。左右の側頭部品５１０および５１２が設けられ、左右のレンズの側頭エッジにそれぞれ取り付けられる。好ましい取り付け方法を、図２６（ｂ）に関連して論じる。
【０１３２】
図２６（ｂ）は、右の取り付け部品５１４およびヒンジ５１６による右の側頭部品５１２の右レンズ５０４への取り付けを示す図２６（ａ）の実施例の細部である。好ましい実施例において、右の取り付け部品はアーチ形であり、一般にレンズ５０４の前方面の球面曲率に沿って続く。取り付け部品５１４のノーズ部分５１８はレンズの表面上に置かれる。ボルト５２０およびナット５２２のような螺合固定システムは、取り付け部品をレンズの定位置に保持するために使用できる。好ましい実施例において、取り付け部品の突出部５２６を受け入れて取り付け部品をより固定し、さらにボルト５２０の主軸５２８まわりでのその回転を妨げるために、レンズにエッジノッチ５２４を設けることができる。好ましい実施例において、ファスナーの主軸５２８は、レンズの球状面の曲率中心を横切る放射状線上に位置する。
【０１３３】
本発明のレンズ要素の好ましいエッジ加工も、図２６（ｂ）において詳細に示される。示されているように、レンズのエッジ面５３０は、レンズの球状面の半径方向５３２にほぼ沿って位置する。着用時位置では、この半径方向は、目の回転中心、ＰＲにほぼ中心づけられる。このエッジ形態により、着用者にはレンズエッジが本質的に見えなくなる。なぜならば、目が回転する時に、エッジ面が着用者によりエッジオンに見られ、その結果、凝視角度はレンズエッジに向けられるからである。さらに、エッジ面はサイズが小さくされ、外部の観察者への外見が最小限になる。このエッジ加工の詳細は図２７および図２８に例示する。
【０１３４】
図２７Ａ〜図２７Ｄは、レンズの球状面５３４の半径方向、Ｒにほぼ沿って位置するいくつかの種々のエッジ輪郭を例示する。これらの図に例示されるように、エッジ面の断面は、球状面の接線Ｔにその外周部においてほぼ垂直、すなわち、視線は、エッジ面とほぼ共面である。
【０１３５】
図２７Ａ〜図２７Ｄにおいては、各エッジ面の断面は、目の回転中心Ｐについて小さい角度範囲θ内に位置し、従って着用者にはほとんど見えない。図２７Ａの例においては、エッジ面の断面は直線５３６であり、θは０に接近する。図２７Ｂの例においては、さもなければ安全上の問題をもたらすことがある鋭いエッジを取り除くために若干の丸みつけが実施されている。図２７Ｃの例においては、溝５３８がエッジに切ってあり、これはアイウェアのリムに対応して形成された部分５４０と嵌まり合うように適合されている。最後に、図２７Ｄの例においては、エッジ面にビード５４２が形成されており、これはアイウェアフレームの溝付きリム５４４と嵌まり合うに適合されている。これらの後のケースでは、エッジ面は着用者にとりほとんど見えない。
【０１３６】
図２７Ｂ、図２７Ｃおよび図２７Ｄの例においては、有利には、レンズ全周まわりでθは約５°未満である。この状況は図２８に例示されており、これは本発明の好ましい実施例に従って作られたエッジ加工したレンズ５４６の絵画図である。レンズのエッジ面５４８は、レンズの球状面５５０の接線に垂直な環である。この環は、それが１つの平面中に完全にあるわけではないという意味で三次元である。エッジ面は、２つの一般に円錐形５５２および５５４の間にあり、角度θを張っており、この角度は、レンズ周辺の種々の位置で多少変わり得るが、典型的には３°±１．５°未満である。
【０１３７】
図２９Ａ〜図２９Ｃは、いくつかのレンズエッジ加工法を例示するものである。図２９Ａは、従来のオストワルトセクションレンズ５６０のエッジ加工を示すもので、軸５６４まわりで回転される従来のミル５６２を用い、この軸は参照軸５６６と平行に保持される（この軸はレンズブランクの光軸とすることができる）。ミルの軸５６４は、矢印５６８により示されるようにレンズ周辺を動かされてエッジ面を形成する。急勾配で湾曲したレンズ５７０をエッジ加工するための同様な手法の使用は図２９Ｂに示してある。その結果、エッジ加工されたレンズは、鋭いエッジ５７２および着用者の周辺視野における大きい角度を張るエッジ面を持つ。
【０１３８】
本発明の好ましい実施例に従って、図２９Ｃに例示されるように、急勾配で湾曲したレンズ５７０のエッジ面５７４は、レンズの球状面の曲率中心Ｃを横切っている軸５７６まわりで回転されるミル５６２によって生成できる。以前は、そのような配置は、非急勾配で湾曲したレンズをエッジ加工するためにのみ使用されてきた。
【０１３９】
ＶＩＩ．コーティング、サンレンズおよび保護アイウェア
Ａ．コーティング
本発明のもののような高い曲率の面を有しているレンズ要素は、反射率／透過率を制御するためにフィルムでコーティングするのがとりわけ困難なことがある。これらの難題は、少なくとも部分的に、典型的なコーティング、蒸着およびスパッタリングシステムのジオメトリにより引き起こされる。これらのシステムは、比較的平坦なレンズ要素の中心からエッジへ比較的均一なフィルムを形成することができる。しかしながら、面曲率が急勾配になるにつれてより大きい変動が観察される。レンズ要素の知覚される色は、フィルム厚さと共に変化する。この色は、視角の変化によってもレンズ全体にわたって変わることがある。この効果は、急勾配で湾曲したレンズにおいてより大きい。これらの問題は、「ロールオフ」と呼ばれることがある。
【０１４０】
レンズ要素、特に大きく湾曲したレンズ要素をコーティングするための技術は、「実質的に均衡のとれた反射率を示すコーティングされたレンズ」と題された上記の国際出願番号第ＰＣＴ／ＡＵ９９／０１０２９号に開示されている。複数の酸化被膜層の「スタック」により構成されるコーティングの様々なタイプも論じられている。そのようなスタックは、図３０Ａに一般的に例示される。この例では、急勾配で湾曲したレンズ６００は、球状前面６０２が多層フィルム６０４で被覆されている（一定比率では描かれていない）。
【０１４１】
コーティングされた急勾配で湾曲したレンズ要素の中心からエッジにかけて一般に均一な淡青色の外観を提供する反射防止コーティングの例は、種々の厚さの酸化ケイ素および酸化ジルコニウムの５つの層のスタックで構成される。スタックは、下記の表Ｉに示してある。
【０１４２】
【表２】
2004513388.tif 000015
ロールオフの低減だけでなく、レンズは、レンズ表面の指紋が目立ちにくくなり、他の系統的および非系統的な製造のばらつきに影響されにくくなる。これらの利点は、従来のオストワルトセクションレンズにおいても達成できる。
【０１４３】
前述の酸化物コーティングのスパッタリング堆積技術は、２０００年６月２８日提出のＢｕｒｔｏｎらの米国特許出願番号第０９／６０５，４０１号に開示されており、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１４４】
図３１および図３２は、本発明のコーティングの様々な局面を例示する。図３１は、ナノメートルで表した光波長の関数としてパーセントで表した反射のプロットである。この図は、表Ｉのスタックの反射率を、緑がかった色を有する従来のスタック（破線）と比較するものである。
【０１４５】
堆積されたフィルム厚さが３％以上変動すると、通常有意かつ顕著な色変化が引き起こされる。緑の呈色は、反射スペクトル（図３１）中の「ハンプ」６５０の効果であり、斜めの角度で見た時に、スペクトルの青色端部へ移動するように見える。これが起こる場合には、スペクトルの赤色端部での反射率がより強くなる。これは結局、（所望の黄色／緑色ではなくて）ピンクまたは紫色という結果になる。
【０１４６】
対称的に、表Ｉ（青色）のスタックは、スペクトル中の約４８０ｎｍにおけるピークまたはハンプ６５２で表されるような青色部分における支配的量の可視光反射率を示す反射率スペクトルを生み出す。青色コーティングは、スペクトルの赤外領域中まで非常に低い反射率を示し、７２０ｎｍで０．５％未満、好ましくは０．２５％である。
【０１４７】
急勾配のレンズ曲率の効果は図３２に例示される。理解されるように、各レンズの中心におけるスペクトルの赤色端の反射率は、青色コーティングの場合よりも緑色コーティングの場合のほうが高い。しかしながら、反射がレンズのエッジに向かって測定される場合には、緑色コーティングが、スペクトルの赤部分で反射率が大きく増大するのに対して、青色コーティングは低い赤反射率で安定していることが明瞭に見られる。
【０１４８】
レンズのエッジへ向かっての、この赤反射の増大の結果は、「緑色」コーティングが明るい紫色に変わる（緑＋赤＝紫）ことである。この効果は、青色コーティングの場合にはどのような有意な程度でも生じない。色ロールオフに対するこの感度減少の最終結果は、ＡＲ堆積時に色の一致を維持するために標準レンズ曲率グルーピングの必要が大きく減少することである。急勾配で湾曲したレンズ表面が、面全体にわたって、あるいはその面の大いに増大した部分（緑色コーティングのようなより普通のコーティングと比較して）にわたってそれらの色を保持することが明白であろう。
【０１４９】
Ｂ．サンレンズ
可視およびＵＶ域の光の波長を選択的にブロックするサンレンズまたはサングラスを提供することは常套的である。そのようなレンズは、目保護およびファッションデザインの両方の用途を有している。レンズを通る光の波長は、プラスチック製ボディ中の光吸収性色素を使用することにより選択し得る。これに代えて、あるいは加えて、レンズに鏡面反射コーティングを適用し得る。これらの技術は、本発明の急勾配で湾曲したレンズに適用できる。さらに、これらの技術は、上述の反射防止コーティングと共に用い得る。例えば、上記のＡＲコーティングは、日光を部分的にブロックする色素を含んでいるレンズの目側の光学面に適用できるであろう。これに代えて、前方光学面が例えば鮮やかな青い反射性コーティングで鏡面コーティングされる一方で、上記のＡＲコーティングをレンズの目側の光学面に適用できるであろう。
【０１５０】
Ｃ．レーザー保護アイウェア
上記の急勾配で湾曲した球状面レンズ要素は、レーザー保護アイウェアにおいて有利に用い得る。好ましい実施例において、アイウェアは、各レンズの曲率中心を、アイウェアが使われるそれぞれの目の回転中心に置くように設計される。さらに、レンズは、レンズがほぼ眼窩の鼻マージンから側頭マージンへ、および眼窩の下マージンから上マージンへ延びるようにエッジ加工し得る。これに代えて、レンズは、前記眼窩マージンへ延びるアイウェアフレームに取り付け得る。これらの形態にはいくつかの有益な効果がある。第１に、レンズは目を効果的に取り囲み、エッジまわりの迷光漏れを低減または防止できる。第２に、本質的に瞳孔を通って伝達され得るレンズに入射するすべての光は、球状面の接線への垂線に関して約２５°〜３０°以内になる。入射角がより大きい光は、瞳孔を通って導かれない。レンズ上または内部のレーザー光ブロック手段は、球状面の接線への垂線のこのほぼ３０°の角度範囲内のレーザー光のビームをブロックするように調整し得る。
【０１５１】
バンドブロッキング光学フィルタは、ブロックすべき光の入射角度に敏感になり得ることは知られている。一般的に、そのようなフィルタは設計中心として垂直入射光を使う。フィルタの有効性は、一般的に変化し、通常は垂線からの入射角の逸脱と共に減少する。このジオメトリは、図３０Ａにおいて、それぞれ入射角φ１およびφ２を有している２つの任意の光線Ｒ１およびＲ２について例示してある。角度φ１およびφ２は、光線Ｒ１およびＲ２がレンズの面と交差する点における垂線Ｎ１およびＮ２に関して測定される。（垂線は、接平面Ｔ１およびＴ２に対して、それらのそれぞれの交点において垂直である）。一般に、上で論じたフィルタの場合、φが大きければ大きいほど、フィルタ効果は効果的がなくなるであろう。
【０１５２】
本発明の急勾配で湾曲したレンズは、典型的には関連入射角度φのより小さい範囲を呈し、これにより、例えば、垂線から約３０°までの効果的な除去角度を有するフィルタの使用が可能になる。急勾配で湾曲したレンズのこの局面は、図３０Ｂおよび図３０Ｃに示される２つのレンズ例の比較において例示される。図３０Ｂに示されるレンズ６１０は、オストワルトセクション、−４Ｄベースレンズである。図３０Ｃに示されるレンズ６１２は、−４Ｄ透視度数および約１５．５Ｄの球状表面を有する急勾配で湾曲したレンズである。入射光線の分析は、両方のレンズが１．５の屈折率および約２ｍｍの中心厚さを有していると仮定している。１ｃｍ直径瞳孔Ｐが、レンズ裏面がその光軸Ｏ−Ｏと交差している点の２ｃｍ後ろに位置していることも想定されている。
【０１５３】
種々の入射光線が図３０Ｂおよび図３０Ｃにプロットされている。光線は、光軸Ｏ−Ｏにおいて各レンズに接する平面ＰＴと交差する光束から選ばれる。束は、光軸Ｏ−Ｏの上下に０、５、１０、１５および２０ｍｍの距離で試験される。各束から、（ｉ）レンズ面上の入射点におけるレンズへの垂線に関して最大の角φを有し、および（ｉｉ）レンズにより屈折された場合に瞳孔の最下点Ｌに到達する、光線が選ばれる。これらの選ばれた光線は、平面ＰＴ上の光軸の上下のそれらの個々の距離（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ等）により識別される。
【０１５４】
以下の表は、図３０Ｂおよび図３０Ｃのレンズについての入射光線の各々についての計算された角度を示す。
【０１５５】
【表３】
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（角度φは、正および負の両方の角度として表わされる。正の角度は、図に示されるようにレンズ垂線から時計回りのビーム回転を示し、負の角度は、レンズ垂線から反時計回りのビーム回転を示す。）
この例では、オストワルトセクションレンズについてのφは、多くの位置において３０°より大きく、かつ光軸からの距離に伴って、＋２０ｍｍ位置における５３．７の高さまで劇的に増大する。対称的に、図３０Ｃの急勾配で湾曲したレンズについては、角度φは３０°未満に留まる。
【０１５６】
レーザー光の選択的ブロッキングは、１つ以上の光学バンドブロックフィルタで達成できる。レーザー光の選択的ブロッキングを作り出す好ましい方法は、潜在的に有害なレーザー光をブロックするように調整された薄膜スタックを用いることである。以下は、遠距離通信において頻繁に使われる２つのレーザー光波長、すなわち１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍレーザー光を効果的にブロックするバンドフィルタの例である。光学フィルタは、表ＩＩＩにおいて層構成および厚さについて記載される。
【０１５７】
【表４】
2004513388.tif 000017
光学設計の語法において、このスタックは以下の表現により記述される：
「１．１２（０．５Ｌ　Ｈ　０．５Ｌ）１．０６（０．５Ｌ　Ｈ　０．５Ｌ）１．０３（０．５Ｌ　Ｈ　０．５Ｌ）（ＬＨＬ）∧６
１．０３（０．５Ｌ　Ｈ　０．５Ｌ）１．０６（０．５Ｌ　Ｈ　０．５Ｌ）１．１２（０．５Ｌ　Ｈ　０．５Ｌ）」
ここで、ＨおよびＬは、それぞれ高屈折性および低屈折率材料の目標波長における１／４波長光学的厚さを示す。表ＩＩＩの例では、低屈折率材料は二酸化ケイ素であり、高屈折率材料は二酸化チタンである。レーザー光からの保護のためのバンドブロックフィルタを提供するために、従来設計の種々の他のスタックが使用できることが理解されるであろう。
【０１５８】
表ＩＩＩの例を続けると、光学濃度（透過百分率の対数の負号）は、図３３に入射光波長の関数としてプロットしてある。この図からわかるように、ブロックされたバンドは、約１４００ｎｍに中心がある広いバンドである。大部分の可視波長は通過される（すなわち、光学濃度は０に近い）。
【０１５９】
図３３のプロットは、入射点におけるレンズ面の接線Ｔに垂直な線Ｎについて０度の入射角φを想定している（図３０Ａ参照）。スタックの光学濃度は、入射角φが０から増加するにつれて変化することが予期される。ＳおよびＰ偏光ならびに１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍ波長の入射光について予期されるずれは、図３４においてプロットされている。
【０１６０】
より具体的には、図３４において、光学濃度は０〜６０°の入射角の関数としてプロットされる。光入射が増加するにつれて、全体のブロックバンドが左へ（青に向かって）シフトすることが理解されるであろう。このため、光学濃度は、１３１０ｎｍ波長の場合に増大する。入射角φが増大するにつれて、１５５０ラインの光学濃度が減少する。表ＩＩＩのスタックについては、３０度未満の角度において、光の約０．７％未満が伝達され、偏光を問わず、２０度未満では光のわずか約０．２％が伝達される。これは、商用安全アプリケーションには十分であると信じられる。もっとも、軍用要件はより厳格であり、さらに特定のバンドにおいてより大きい光学濃度を有するスタックデザインが要求されることがある、
両方の波長および約３３°までの入射角における偏光について、スタックの透過率が１％未満に留まることが図３４から認められるであろう。これよりも大きい入射角は、保護されている目の回転中心付近にその曲率中心が位置する本明細書に記載の急勾配で湾曲したレンズ中において網膜に向けられることがないであろう。しかしながら、強い反射、屈折または光漏れにより引き起こされる好ましくない透過に対して保険をかけるため、レンズボディは、放射吸収色素を含む熱可塑性物質から成型することもできる。
【０１６１】
従って、急勾配の球状曲率を持つ新規で高い光学品質のレンズ要素が処方透過度数およびｃｙｌ補正と共に提供され、さらにそれを使用するように適合させた眼鏡フレームに取り付けられる。これらの設計は、非常に効果的なサングラスおよびレーザー保護アイウェアのような他の保護アイウェアでの使用に容易に適合される。
【０１６２】
本発明をさまざまな実施例および例に関連して説明してきた。しかしながら、保護されるべき本発明は、前記の特許請求の範囲および法律において認識されるその等価物によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
チェルニング楕円の図である。
【図２】
先行技術の高プラス度数「ロトイド」レンズの断面図である。
【図３】
人の１対の目と、本発明の好ましい実施例に従って構成されたレンズとを示す上方から見た断面図である。
【図４】
本発明の教示に従って作られた一連のレンズ要素の特性を示すモリス−スプラット図である。
【図５】
本発明に従って選択された前曲線および透視度数範囲の図であり、この特殊な場合に関するチェルニング楕円の一部分が重ねて描かれている図である。
【図６Ａ】
本発明の実施例のレンズ要素のジオメトリの種々の局面を示す概略図である。
【図６Ｂ】
本発明の実施例のレンズ要素のジオメトリの種々の局面を示す概略図である。
【図６Ｃ】
本発明の実施例のレンズ要素のジオメトリの種々の局面を示す概略図である。
【図７】
本発明の実施例のレンズ要素のジオメトリの種々の局面を示す概略図である。
【図８】
本発明の実施例のレンズ要素のジオメトリの種々の局面を示す概略図である。
【図９】
本発明の実施例のレンズ要素のジオメトリの種々の局面を示す概略図である。
【図１０】
６ベース従来レンズならびに本発明のレンズおよびレンズ要素の例について視界を比較する図である。
【図１１Ａ】
図１１Ｃに示される主子午線を有する急勾配で湾曲した球状レンズに付与された場合の、従来のドーナツトーリックの面非点収差を示す図である。
【図１１Ｂ】
図１１Ｃに示される主子午線を有する急勾配で湾曲した球状レンズに付与された場合の、従来のバレルトーリックの面非点収差を示す図である。
【図１１Ｃ】
円形の主子午線曲率を示す図である。
【図１２Ａ】
図１１のドーナツトーリックの極角度の関数として、接線面度数を示すグラフである。
【図１２Ｂ】
図１１のドーナツトーリックの極角度の関数として、サジタル面度数を示すグラフである。
【図１２Ｃ】
図１１のバレルトーリックの極角度の関数として、接線面度数を示すグラフである。
【図１２Ｄ】
図１１のバレルトーリックの極角度の関数として、サジタル面度数を示すグラフである。
【図１３Ａ】
本発明の全円形子午線の極角度と平均トーリック面との関数として接線面度数を示すグラフである。
【図１３Ｂ】
本発明の全円形子午線の極角度と平均トーリック面との関数としてサジタル面度数を示すグラフである。
【図１４Ａ】
本発明の全円形子午線の極角度と平均トーリック面との関数として接線面度数を示すグラフである。
【図１４Ｂ】
本発明の全円形子午線の極角度と平均トーリック面との関数としてサジタル面度数を示すグラフである。
【図１５】
本発明の教示を用いるレンズ要素面の面非点収差を示す輪郭プロット図である。
【図１６】
本発明の教示を用いるレンズ要素面の面非点収差を示す輪郭プロット図である。
【図１７Ａ】
物体グリッドおよびその像を示す図である。
【図１７Ｂ】
物体グリッドおよびその像を示す図である。
【図１７Ｃ】
物体グリッドおよびその像を示す図である。
【図１８】
本発明の実施例のレンズ要素を製造するために用いられる金型を示す、側方断面図である。
【図１９】
３つの従来の低ベースレンズと、本発明による急勾配で湾曲した３つのレンズ要素とについて計算された、ＲＭＳ度数誤差および歪みならびに光線追跡グリッドを示すプロット図である。
【図２０】
従来のトーリック裏面を有する急勾配で湾曲したレンズおよび全円形子午線裏面について計算されたＲＭＳ度数誤差、歪みおよび光線追跡グリッドを示すプロット図である。
【図２１】
従来の６Ｄベース累進レンズと、本発明による１６Ｄベース累進レンズとを比較する輪郭プロット図である。
【図２２】
従来の６Ｄベース累進レンズと、本発明による１６Ｄベース累進レンズとを比較する輪郭プロット図である。
【図２３】
本発明のレンズ要素およびそれと共に使用する眼鏡フレームの外見、エッジ加工およびガラス嵌めに関するさまざまな局面を示す図である。
【図２４】
本発明のレンズ要素およびそれと共に使用する眼鏡フレームの外見、エッジ加工およびガラス嵌めに関するさまざまな局面を示す図である。
【図２５Ａ】
本発明のレンズ要素およびそれと共に使用する眼鏡フレームの外見、エッジ加工およびガラス嵌めに関するさまざまな局面を示す図である。
【図２５Ｂ】
本発明のレンズ要素およびそれと共に使用する眼鏡フレームの外見、エッジ加工およびガラス嵌めに関するさまざまな局面を示す図である。
【図２６】
（ａ）は本発明のアイウェアの実施例の平面図であり、（ｂ）は取り付け部品、ヒンジ、およびエッジ加工したレンズ構造を示す図２６（ａ）の実施例の詳細図である。
【図２７Ａ】
本発明の好ましい実施例において用いられる種々のレンズエッジ面の例示図である。
【図２７Ｂ】
本発明の好ましい実施例において用いられる種々のレンズエッジ面の例示図である。
【図２７Ｃ】
本発明の好ましい実施例において用いられる種々のレンズエッジ面の例示図である。
【図２７Ｄ】
本発明の好ましい実施例において用いられる種々のレンズエッジ面の例示図である。
【図２８】
エッジの厚さを例示する、本発明のエッジ加工したレンズの絵画図である。
【図２９Ａ】
いくつかのレンズエッジ加工法の例示図である。
【図２９Ｂ】
いくつかのレンズエッジ加工法の例示図である。
【図２９Ｃ】
いくつかのレンズエッジ加工法の例示図である。
【図３０Ａ】
種々のレンズ要素の断面図であり、レンズの表面に当たる入射光線と共に示した図である。
【図３０Ｂ】
種々のレンズ要素の断面図であり、レンズの表面に当たる入射光線と共に示した図である。
【図３０Ｃ】
種々のレンズ要素の断面図であり、レンズの表面に当たる入射光線と共に示した図である。
【図３１】
本発明の局面を例示する、種々のコーティングについての、反射対入射光波長のプロット図である。
【図３２】
本発明の局面を例示する、種々のコーティングについての、反射対入射光波長のプロット図である。
【図３３】
本発明の好ましい実施例のバンドブロックフィルタの例についての光学濃度のプロット図である。
【図３４】
本発明の好ましい実施例のバンドブロックフィルタの例についての光学濃度のプロット図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際公開パンフレット】
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2004513388.tif 000251
2004513388.tif 000252
【国際調査報告】
2004513388.tif 000253
2004513388.tif 000254