JPH08266473A

JPH08266473A - 眼光学系のシミュレーション装置

Info

Publication number: JPH08266473A
Application number: JP7071503A
Authority: JP
Inventors: Ka Ki; 華祁
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 1996-10-15
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JP3328096B2

Abstract

(57)【要約】【目的】眼鏡等の光学レンズを装用した際の人眼の回
旋を伴う広い角度の情景をシミュレーションできるよう
にする。【構成】光源画面上には、格子状に整列した視点が設
定されている。各視点に対応してＰＳＦ（Point Spread
Function ）算出部１０ａ〜１０ｃが設けられている。
各ＰＳＦ算出部１０ａ〜１０ｃには、対応する視点にお
ける像が網膜に焦点を結ぶように人眼を回旋させた状態
での光学系データ１３ａ〜１３ｃが設定されている。Ｐ
ＳＦ演算手段１２ａ〜１２ｃは、光学系データ１３ａ〜
１３ｃを基にＰＳＦ１１ａ〜１１ｃを求める。ＰＳＦ１
１ａ〜１１ｃはある視点から発した光が像面上にどのよ
うに分布するかを表す関数である。情景画像演算手段２
は、光源画面上に描かれる画像データ１をＰＳＦ１１ａ
〜１１ｃによって、たたみ込み積分を行い、情景画像デ
ータ３を求める。表示制御手段４は、情景画像データ３
から得られる像を表示装置５に表示する。これにより、
視線を上下左右に動かして認識することのできる全体の
像が画面上に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は眼光学系のシミュレーシ
ョン装置に関し、特に眼鏡レンズなどの光学レンズを装
用したときの網膜像をシミュレーションする眼光学系の
シミュレーション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】正常な視力を維持するために、眼鏡レン
ズ等の光学レンズが使用される。眼鏡レンズは、光学的
特性の異なるものが多数販売されている。眼鏡レンズの
分類を光学的仕様別に大きく分けると、１つのレンズ内
において１つの焦点を有する単焦点レンズと、１つのレ
ンズ内において複数の焦点を有する多焦点レンズとに分
けられる。さらに、単焦点レンズは球面レンズと非球面
レンズとに分けられる。非球面レンズの設計はメーカに
よって異なる。同様に、多焦点レンズにおいても多くの
種類に分けられる。例えば二重焦点レンズ、三重焦点レ
ンズ、累進多焦点レンズがあり、これらのレンズはさら
に細分化される。

【０００３】光学レンズの選定の際には、これらの多種
多様の光学的仕様のレンズから装用者に適したレンズを
選定することになる。その選定における判断材料として
は、装用者に適したレンズ度数を有する複数種のレンズ
を用意して実際に装用するか、あるいは眼鏡店の店員が
装用者の要望を聞くことによって、店員が選定する方法
があった。

【０００４】ところが、装用者に適した度数を有する複
数種の光学的仕様別のレンズを眼鏡店で所有すること
は、種類が膨大となり、実際には困難である。一方、店
員が装用者に希望を聞いて選定する方法は、店員の熟練
を要する。さらに、店員には、装用者にとって実際にど
のように見えるかを知ることはできないため、常に正確
な判断をすることは困難である。

【０００５】そこで、このような問題点を解決するため
に、光学レンズを装用した時の網膜像をシミュレーショ
ンできる眼光学系のシミュレーション装置がある。眼光
学系のシミュレーション装置では、まず光源画面からの
平行光線を光学レンズ及び角膜等の光学系内において追
跡し、ＰＳＦ（Point Spread Function ）を求める。Ｐ
ＳＦとは、物体上の一点から発した光が像面上どのよう
に分布するかを表す関数である。このＰＳＦと画像デー
タとから網膜像データを演算する。このようにして得ら
れた画像データに対する網膜像データを、表示装置の画
面に表示することによって、どのように画像が見えるか
を客観的に判断することができる。このような例として
本出願人は特願平７−２６９３６号を出願している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の眼光学
系のシミュレーション装置では、人眼が一定の方向を向
いているときに網膜に焦点を結ぶことのできる範囲の画
像しかシミュレーションすることができないという問題
点があった。

【０００７】つまり、現実に眼鏡を装用した時には、視
界に入る像のうち焦点を結ぶことができるのは中心部の
ほんの限られた領域であり、その領域以外は焦点を結ぶ
ことができないが、眼を回旋するとにより広い範囲の任
意の像に焦点を結ばせることが可能である。それにも係
わらず、従来のシミュレーション装置では、視線の方向
を固定した状態で焦点を結ぶことができる限られた領域
の画像しかシミュレーションできなかった。

【０００８】しかも、眼鏡レンズの中には、多焦点レン
ズのようにレンズの中心部を通して像を見る場合と、レ
ンズの周辺部を通して像を見る場合とで、光学的特性が
大きく異なるレンズも多数ある。従来のシミュレーショ
ン装置では、このような多焦点レンズに関して、レンズ
の特性を十分に理解できるようなシミュレーションを行
うことはできない。従って、結局は、店員の知識に基づ
く曖昧な基準をもとにレンズを選定せざるを得ない。

【０００９】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、眼鏡等の光学レンズを装用した際の人眼の回
旋を伴う広い角度の情景をシミュレーションできる眼光
学系のシミュレーション装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、光学レンズを装用したときの網膜像をシ
ミュレーションする眼光学系のシミュレーション装置に
おいて、所定の位置に置かれた光源画面に複数の視点が
定められ、前記視点における像が網膜に焦点を結ぶよう
に人眼が回旋した状態での前記光学レンズ及び前記人眼
に関する光学系データに基づいて、前記視点ごとのＰＳ
Ｆ（Point Spread Function ）を演算するＰＳＦ演算手
段と、画像データとそれぞれの前記視点における前記Ｐ
ＳＦとに基づいて、人眼が回旋することにより見渡すこ
とのできる範囲の情景画像を演算する情景画像演算手段
と、を有することを特徴とする眼光学系のシミュレーシ
ョン装置が提供される。

【００１１】

【作用】ＰＳＦ演算手段は、所定の位置に置かれた光源
画面に複数の視点が定められ、前記視点における像が網
膜に焦点を結ぶように人眼が回旋した状態での光学レン
ズ及び人眼に関する光学系データに基づいて、視点ごと
のＰＳＦ（Point SpreadFunction ）を演算する。情景
画像演算手段は、画像データとそれぞれの視点における
ＰＳＦとに基づいて、人眼が回旋することにより見渡す
ことのできる範囲の情景画像を演算する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の眼光学系のシミュレーション装置
の原理図である。このシミュレーション装置では、人眼
を回旋させなければ全体を見渡すことのできない程の、
十分大きな光源画面を想定する。この光源画面上には、
格子状に整列した視点が設定されている。各視点に対応
してＰＳＦ（Point Spread Function ）算出部１０ａ〜
１０ｃが設けられている。例えば、光源画面を縦方向を
ｍ、横方向をｎに分解する場合にはｍ×ｎ個のＰＳＦ算
出部が設けられる。

【００１３】各ＰＳＦ算出部１０ａ〜１０ｃには、対応
する視点における像が網膜に焦点を結ぶように人眼を回
旋させた状態での光学系データ１３ａ〜１３ｃが設定さ
れている。この光学系データ１３ａ〜１３ｃは、対応す
る視点の位置データ、凸面、凹面の曲率、屈折率等の光
学レンズに関するデータ、及び角膜、瞳孔、水晶体、網
膜、回旋角度等の人眼に関するデータである。光学レン
ズに関するデータは、そのレンズの設計値から求めるこ
とができる。人眼に関する光学系データは、基本的には
グルストランドの模型を使用して求め、眼軸長の値を装
用者の視力に応じて決定する。なお、測定可能なデータ
については、装用者の眼を実際に測定することもでき
る。

【００１４】ＰＳＦ演算手段１２ａ〜１２ｃは、光学系
データ１３ａ〜１３ｃを基にＰＳＦ１１ａ〜１１ｃを求
める。ＰＳＦ１１ａ〜１１ｃはある視点から発した光が
像面上にどのように分布するかを表す関数である。

【００１５】情景画像演算手段２は、光源画面上に描か
れる画像データ１をＰＳＦ１１ａ〜１１ｃによって、た
たみ込み積分を行い、情景画像データ３を求める。表示
制御手段４は、情景画像データ３から得られる像を表示
装置５に表示する。これにより、視線を上下左右に動か
して認識することのできる全体の像が画面上に表示され
る。

【００１６】次に、本発明の眼光学系のシミュレーショ
ン装置におけるシミュレーションの手順をさらに詳しく
説明する。まず、シミュレーションによる表示対象とな
る画像データを設定する。この画像データは、人眼を回
旋することにより焦点を合わせることのできる範囲内の
光源画面上に描かれる。

【００１７】図２は光源画面を示す図である。光源画面
２０には、格子状に整列した複数の視点が設定されてい
る。この光源画面２０は、Ｘ軸に垂直な平面であり、中
心部がＸ軸上にある。また、この例では光源画面２０は
人眼からは無限遠方に設定されている。そして、Ｙ軸方
向にｍ個（ｙ₁〜ｙ_m）に分解し、Ｚ軸方向にｎ個（ｙ
₁〜ｙ_n）に分解している。従って、光源画面上に、ｍ
×ｎ個の視点が設けられる。この光学画面２０上の各視
点において光の強度を与えることにより、任意の形状の
画像データを設定する。なお、この際の光は、単色光で
あっても、複数の波長の光であってもよい。

【００１８】図３は人眼を示す図である。この図は、人
眼４０を光源画面の方向（Ｘ軸の正の方向）から見た図
である。この時の人眼４０の回旋中心をＸ軸上に設定す
る。従って、人眼４０の向きがＸ軸に平行なときに、光
源画面の中心部を見ていることになる。そして、光源画
面の任意の視点を見る際には、人眼４０はＹ軸、及びＺ
軸方向に回旋する。Ｙ軸方向の回旋角度をθ_y、Ｚ軸方
向の回旋角度をθ_zとすると、光源画面上の全ての視点
に対応する回旋角度（θ_y，θ_z）が得られる。

【００１９】図４は光源画面を見る時の光学系の変化を
示す図である。この図は、Ｚ軸方向の回旋角度を一定に
し、Ｙ軸方向の角度を変化させる場合を示している。
（Ａ）は、光源画面の上端を見るときの光学系である。
人眼４１は上方向に回旋し、光源画面２１の任意の上端
の視点（ｙ_m，ｚ_i）に対し真っ直ぐに向いている。従
って、光源画面２１の上端の光５１は、眼鏡レンズ３１
に対し斜め上の方向から入射する。この眼鏡レンズ３１
を通過した光５１が人眼に入射し、画像が認識される。
この状態から、人眼４１がＹ軸の負の方向に回旋する。

【００２０】（Ｂ）は、光源画面の中央を見るときの光
学系である。人眼４２は回旋せず、光源画面２２の中央
に対し真っ直ぐに向いている。従って、光源画面２２の
中央の光５２は、眼鏡レンズ３２に対し垂直に入射す
る。この眼鏡レンズ３２を通過した光５２が人眼に入射
し、画像が認識される。この状態から、さらにＹ軸の負
の方向に回旋する。

【００２１】（Ｃ）は、光源画面の下端を見るときの光
学系である。人眼４３は下方向に回旋し、光源画面２３
の下端に対し真っ直ぐに向いている。従って、光源画面
２３の下端の光５３は、眼鏡レンズ３３に対し斜め下の
方向から入射する。この眼鏡レンズ３３を通過した光５
３が人眼に入射し、画像が認識される。

【００２２】このようにして、Ｙ軸方向に回旋した場合
の、全ての視点における光学系データが求められる。こ
のように、人眼が回旋した場合には、各種データの値が
変化する。例えば、眼鏡レンズから角膜までの距離が、
回旋に伴い変化する。また、眼鏡レンズが多焦点レンズ
であれば、レンズに光が入射する位置の変化にともな
い、凹面、凸面の曲率半径も変化する。

【００２３】なお、光源画面からの光５１，５３とＸ軸
との成す角度は、厳密には回旋角度θｙと同じではな
い。それは、光が眼鏡レンズ３１，３３を通過する際に
方向が変わるからである。

【００２４】図４には、光学画面上のＺ軸方向の回旋角
度を一定にし、人眼が上下方向の回旋する場合の光学系
を示しているが、Ｚ軸方向に回旋し、視点の位置をｚ₁
からｚ_nまで変化させることにより、光源画面の左右方
向に回旋する場合も含めて、全ての視点に対応する光学
系データを求める。そして、ＰＳＦ演算手段は、以上の
ようにして求められた光学系データに基づき、各視点ご
とにＰＳＦを求める。従って、ｍ×ｎ個のＰＳＦが得ら
れる。

【００２５】さらに、情景画像演算手段は、光源画面上
に設定された画像データをＰＳＦによって、たたみ込み
積分を行い、情景画像データ３を求める。像面での理想
像の光強度分布をｆ（ｙ，ｚ）、点（ｙ，ｚ）における
ＰＳＦをｐ（ｘ，ｙ，ｕ，ｖ）とすると、網膜上の点
（ｙ，ｚ）における光強度は、以下の式で表すことがで
きる。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、ｐ（ｕ，ｖ，ｕ−ｙ，ｕ−ｚ）は
各点（ｕ，ｖ）から（ｕ−ｙ，ｖ−ｚ）離れた点におけ
るＰＳＦの値である。また、ａはＰＳＦの広がり半径で
ある。この式を用い、網膜上の点の光強度を、人眼の回
旋角度ごとに求めることにより、情景画像データを得る
ことができる。このようにして得られる情景画像データ
は、眼鏡を掛けた人が、眼を回旋させることにより周囲
を見渡した場合に、網膜に映し出される像を連続的に表
示したものである。

【００２８】このようにして、眼を回旋することによ
り、広い範囲を見渡した場合に、人間が認識する像をシ
ミュレーションすることができる。従って、多焦点レン
ズの場合でも、そのレンズの特性を客観的に認識するこ
とが可能である。この結果、眼鏡の装用者は、容易に自
分に合ったレンズを選定することができる。一方、累進
多焦点レンズのような複雑な光学系のレンズの設計や評
価をする際にも、そのレンズの光学系のデータを入力す
れば、そのレンズの特性を正確に知ることができる。

【００２９】次に上記のようなシミュレーションを行う
ためのハードウェアについて簡単に説明する。図５は上
記のシミュレーションを行うワークステーションのハー
ドウェアのブロック図である。

【００３０】図に示すように、ワークステーションは、
プロセッサ６１、グラフィック制御回路６４及び表示装
置６５と、マウス６６、キーボード６７、ハードディス
ク装置（ＨＤＤ）６８、フロッピーディスク装置（ＦＤ
Ｄ）６９、プリンタ７０、磁気テープ装置７１から構成
されている。これ等の要素はバス７２によって結合され
ている。

【００３１】プロセッサ６１はワークステーション全体
を統括的に制御する。読み取り専用メモリ６２には立ち
上げ時に必要なプログラムが格納される。メインメモリ
６３にはシミュレーションを行うためのシミュレーショ
ンプログラム等が格納される。

【００３２】グラフィック制御回路６４はビデオメモリ
を含み、得られた情景画像データを表示信号に変換し
て、表示装置６５に表示する。マウス６６は表示装置上
のマウスの制御、各種のアイコン、メニューを選択する
ポインティングデバイスである。ハードディスク装置６
８にはシステムプログラム、シミュレーションプログラ
ムが格納され、電源投入後にメインメモリ６３にローデ
ィングされる。また、シミュレーションデータ等を一時
的に格納する。

【００３３】フロッピーディスク装置６９は原画像デー
タ等の必要なデータをフロッピィ６９ａから入力した
り、必要に応じてフロッピィ６９ａにセービィングす
る。プリンタ装置７０はＰＳＦ、情景画像データ等をプ
リントアウトするのに使用する。

【００３４】磁気テープ装置７１は必要に応じて、シミ
ュレーションデータを磁気テープにセービィングするの
に使用する。なお、ワークステーション以外に高性能の
パーソナルコンピュータ、あるいは一般の汎用コンピュ
ータを使用することもできる。

【００３５】上記の説明では、光源画面は無限遠方の平
面を想定し光線は平行であるが、光源画面を近方に設定
することもできる。この場合には光線は拡散するものと
してシミュレーションを行う。

【００３６】また、上記の説明では、一つの情景画像デ
ータを表示装置へ表示する場合のみ説明しているが、仕
様の異なる複数の光学レンズの光学系データを用いて生
成された複数の情景画像を、表示装置の同一の画面内に
表示することもできる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、広い光
源画面を見るときに人眼が回旋することを考慮して回旋
角度ごとのＰＳＦを求め、画像データの各点に対応する
ＰＳＦを用いて情景画像を演算するようにしたため、眼
を回旋し広い範囲を見渡した場合に人間が認識する情景
の像をシミュレーションすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の眼光学系のシミュレーション装置の原
理図である。

【図２】光源画面を示す図である。

【図３】人眼を示す図である。

【図４】光源画面を見る時の光学系の変化を示す図であ
る。

【図５】本発明のシミュレーションを行うためのワーク
ステーションのハードウェアのブロック図である。

【符号の説明】

１画像データ２情景画像演算手段３情景画像データ４表示制御手段５表示装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃＰＳＦ算出部１１ａ，１１ｂ，１１ｃＰＳＦ１２ａ，１２ｂ，１２ｃＰＳＦ演算手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃ光学系データ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学レンズを装用したときの網膜像をシ
ミュレーションする眼光学系のシミュレーション装置に
おいて、所定の位置に置かれた光源画面に複数の視点が定めら
れ、前記視点における像が網膜に焦点を結ぶように人眼
が回旋した状態での前記光学レンズ及び前記人眼に関す
る光学系データに基づいて、前記視点ごとのＰＳＦ（Po
int Spread Function ）を演算するＰＳＦ演算手段と、画像データとそれぞれの前記視点における前記ＰＳＦと
に基づいて、人眼が回旋することにより見渡すことので
きる範囲の情景画像を演算する情景画像演算手段と、を有することを特徴とする眼光学系のシミュレーション
装置。
【請求項２】前記情景画像を表示装置に表示する表示
制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載
の眼光学系のシミュレーション装置。
【請求項３】前記表示制御手段は、仕様の異なる複数
の前記光学レンズの光学系データを用いて生成された複
数の前記情景画像を、同一の画面内に表示することを特
徴とする請求項２記載の眼光学系シミュレーション装
置。