世界のほぼどこでも最も一般的な光景の1つは-眼鏡です！私たちは世界観を改善するためにそれらのフレーム内のレンズに大きく依存しているので、それらを作成するために何が行われるのか不思議に思うかもしれません。
この記事では、目の焦点の合わせ方、レンズのしくみ、処方箋の読み方、そして最後に、個人の処方箋に合うようにプラスチックレンズブランクを研磨して成形する手順を含め、レンズの作り方について説明します。フレーム。
いくつかのビジョンの基本から始めましょう。
あなたの目をテストします
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- あなたの目がどのように焦点を合わせるか
- 焦点が合っていない
- レンズのしくみ
- レンズ強度の決定
- レンズと処方箋
- 概要：レンズの作り方
- レンズを作る：パート1
- レンズを作る：パート2
- レンズを作る：パート3
- レンズを作る：パート4
あなたの目がどのように焦点を合わせるか
目の後ろには、網膜と呼ばれる複雑な細胞層があります。網膜は光に反応し、その情報を脳に伝えます。次に、脳はそのすべての活動を画像に変換します。目は球体であるため、網膜の表面は湾曲しています。
あなたが何かを見るとき、3つのことが起こらなければなりません：
- 網膜にフィットするように画像のサイズを縮小する必要があります。
- 散乱光は、網膜の表面に集まる必要があります。つまり、焦点を合わせる必要があります。
- 画像は網膜の曲線に一致するように湾曲している必要があります。
それをすべて行うために、目には網膜と瞳孔の間にレンズ（目の後ろに光を入れることができる目の中心の「のぞき穴」）と透明なカバー、または角膜（フロントウィンドウ）があります。中心に向かって最も厚いため「プラス」レンズに分類されるレンズと角膜が連携して、画像を網膜に焦点を合わせます。（目の機能の詳細については、ビジョンの仕組みを参照してください。）
定義
- 収差：カーブまたはレンズ表面の欠陥によって引き起こされるゴースト画像、ハロー、波または虹
- 屈折率：屈折力を比較するために使用される比率
- プラスレンズ（+）：中央で最も厚いレンズ。焦点を前方に移動します
- マイナスレンズ（-）：中央が最も薄いレンズ。焦点を後方に移動します
- 焦点：屈折した光が出会う空間内のスポット。実際（プラスレンズ）または想定（マイナスレンズ）の場合があります
- 瞳孔中心：瞳孔の真正面にあるレンズ上の点
- 乱視：角膜の歪みによって引き起こされ、追加のレンズパワーを生み出す状態
焦点が合っていない
場合によっては、さまざまな理由で、目が正しく焦点を合わせられないことがあります。
- レンズや角膜の表面が滑らかでなく、乱視と呼ばれる歪みの筋をもたらす収差を引き起こす可能性があります。
- レンズは、画像に適切に一致するようにカーブを変更できない場合があります（調節と呼ばれます）。
- 角膜の形状が適切でなく、視界がぼやける場合があります。
ほとんどの視力の問題は、目が画像を網膜に焦点を合わせることができない場合に発生します。最も一般的な問題のいくつかを次に示します。
- 近視（近視）は、網膜に到達する前に画像に焦点が合うため、遠くの物体がぼやけて見える場合に発生します。近視は、焦点をさらに後方に移動させるマイナスレンズで矯正することができます。
- 遠視（遠視）は、網膜に到達する前に画像に焦点が合わないために、近くの物体がぼやけて見える場合に発生します。加齢とともに発生する可能性のある遠視は、プラスレンズで矯正することができます。小さなプラスセグメントを持つ遠近両用レンズは、遠視の人が読書をしたり、縫製などの近くの仕事をしたりするのに役立ちます。
- 非点収差は、2番目の焦点をもたらす歪みによって引き起こされます。円柱曲線で補正できます。
さらに、レンズは、目が一緒に機能しない場合（「斜視」）の複視を補正するように作成できます。レンズは、わがままな目に合わせて画像を移動することでこれを行います。
次に、矯正レンズは、収差を補正するため、網膜上の焦点を調整するため、または他の異常を補正するために処方されます。視力の問題について詳しくは、屈折性視力の問題のしくみをご覧ください。
レンズのしくみ
湾曲したレンズを通る光の振る舞いを理解する最良の方法は、それをプリズムに関連付けることです。プリズムは一端が厚く、通過する光は最も厚い部分に向かって曲げられます（屈折されます）。下の図を参照してください。
レンズは、 2つの丸いプリズムを接合と考えることができます。レンズを通過する光は、常にプリズムの最も厚い部分に向かって曲げられます。マイナスレンズ（左上）を作るために、プリズムの最も厚い部分であるベースは外縁にあり、最も薄い部分である頂点は中央にあります。これにより、光がレンズの中心から離れて広がり、焦点が前方に移動します。レンズが強いほど、焦点はレンズから遠くなります。
プラスレンズ（右上）を作るには、レンズの最も厚い部分が中央にあり、最も薄い部分が外側の端にあります。光は中心に向かって曲がり、焦点は後退します。レンズが強いほど、焦点はレンズに近くなります。
目の前に正しいタイプとパワーのレンズを配置すると、焦点が調整され、目の網膜に画像の焦点を合わせることができなくなります。
レンズ強度の決定
レンズの強度は、レンズの材質とレンズに研磨されるカーブの角度によって決まります。レンズの強度は、光がどれだけ曲がっているのかを示す視度（D）で表されます。視度が高いほど、レンズは強くなります。また、視度強度の前のプラス（+）またはマイナス（-）記号は、レンズのタイプを示します。
プラスレンズとマイナスレンズを組み合わせることができ、レンズの種類の合計は2つの代数和になります。たとえば、-5.00Dレンズに+ 2.00Dレンズを追加すると次のようになります。
レンズの形
検眼では、球面とシリンドリカルの2つの基本的なレンズ形状が一般的に使用されます。
- 球状のレンズが半分にバスケットボールのカットのように見えます。曲線はレンズの表面全体で同じです。
- シリンドリカルレンズは、パイプ切断長さのように見えます。円柱曲線のスパイン（軸）の方向によって、その方向が定義されます。その軸に沿って光を曲げるだけです。軸は角膜の収差の軸と一致するように作成できるため、円柱曲線は乱視を矯正するために一般的に使用されます。
定義
- 複合レンズ：球面とシリンドリカルの両方のコンポーネントを持つレンズ
- 円筒曲線：縦に切ったパイプのように、直線に沿って放射状に広がる曲線
- 視度（D）：レンズの屈折力。数値が大きいほど、レンズは強くなります
- 屈折：光の曲がり
- 球形の曲線：バスケットボールを半分に切ったように、すべての方向で同じ曲線
レンズと処方箋
レンズを作るために最初に必要なのはレンズブランクです。ブランクは工場で製造され、個々のラボに出荷されて眼鏡になります。レンズの原料は、直径約4インチ、厚さ1〜11 / 2インチのディスクを形成する型に注がれます。金型の底は前面に球形の曲線を形成します。遠近両用レンズまたは累進レンズ用のセグメントを形成するために、より強い曲線を持つ小さなセグメントを金型に配置することができます。
処方箋の読み方
ほとんどの処方箋には4つの部分があります。
- ベース（球形）の強度とタイプ（プラスまたはマイナス）
- シリンダーの強度とタイプ
- 円柱軸の方向（90度の垂直方向で度単位。「x」は「at」を意味します）
- 遠近両用セグメントの強度（「プラス」は「追加」を示す）とタイプ
オプトメトリストまたは眼科医からの短い形式の処方箋は次のようになります。
2.25 -1.50 x127プラス+2.00
これの意味は：
- + 2.25D球面ベースカーブ（プラスレンズ）
- 127度の-1.50Dシリンダー（マイナスシリンダーレンズがベースカーブに追加されます）
- + 2.00Dの追加の遠近両用セグメント
シリンダーを備えたレンズの総出力は+2.25 +（-1.50）= + 0.75Dです。セグメントでは、パワーは（+0.75）+（+ 2.00）= + 2.75Dです。そして、あなたが不思議に思ったことがあるなら、ODは右目とOS、左目を意味します。
定義
- 基本曲線：単純な球形曲線。一次レンズ曲線
- レンズブランク：基本的な球面レンズ。ラボは処方箋に一致するようにブランクの裏側を研磨します
- 光学中心：光がレンズ面に対して90度の角度で入る球面レンズ上のスポット
- セグメント：読み取り用に追加されたレンズの部分（遠近両用または三重焦点）。レンズブランクに個別に追加することも、ベースにブレンドカーブとして形成することもできます。
概要：レンズの作り方
ラボでは、患者の完全な処方箋に次の正確な詳細が記載されています。
- 完成したレンズが持つ必要のある総パワー（ジオプトリー単位）。
- セグメントの強度とサイズ（必要な場合）。
- 円柱曲線のパワーと方向。
- 光学中心の位置や必要となる可能性のある誘導プリズムなどの詳細。
ラボの技術者は、正しいセグメント（追加と呼ばれる）と規定の度数に近いベースカーブを持つレンズブランクを選択します。次に、度数を処方に正確に一致させるために、レンズブランクの背面に別の曲線を研磨します。
- ほとんどのラボでは、機器はマイナスカーブを研磨するように設計されているため、通常、強力なプラスレンズブランクが選択されます。
- ベースカーブが強すぎると、レンズの裏側でマイナスカーブが削られ、レンズの総倍率が低下します。
たとえば、非常に一般的なレンズブランクは+6.00ジオプトリーです。処方で合計+2.00ジオプトリーが必要な場合、-4.00ジオプター曲線が背面で研磨されます：（+ 6.00D）+（-4.00D）= + 2.00D。（下の図を参照してください。）必要に応じて、円柱曲線も同時に研磨されます。
処方箋でマイナスレンズが必要な場合でも、+ 6.00ジオプターレンズブランクを使用できます。-2.00ジオプトリーの強度を持つレンズを作成するには、-8.00ジオプターの曲線を背面で研磨します：（+ 6.00D）+（-8.00D）=-2.00D。
レンズを作る：パート1
ステップ1から3
矯正レンズはガラスまたはプラスチックで作ることができますが、今日ではプラスチックが最も一般的です。レンズの製造にはいくつかの異なる種類のプラスチックが使用されていますが、それらはすべて同じ一般的な製造手順に従います。概説されている手順のほとんどはガラスにも適用されますが、最後にいくつかの重要な違いが記載されています。
ラボは、自動化されたものであっても、処方レンズを作成するために12のステップに従います。
ステップ1：技術者は、適切なベースカーブを持つ目的の素材のレンズブランクを選択し、必要に応じてパワーを追加します。
ステップ2：処方で円柱が必要な場合は、レンズの前面に180度を定義する線がマークされ、2番目の曲線の軸に一致する別の線が描画されます。セグメントがある場合は、セグメントのエッジが180度の線として使用されます。多くの場合、レンズの光学中心はセグメントエッジの少し上に作成され、線は適切な距離でマークされます。（注：セグメントまたは誘導プリズムがない場合、レンズにマークを付けずに、レンズを研磨した後に円柱軸を決定することができます。）
ステップ3：レンズの前面はそのままにしておくので、レンズを保護するために特別なテープで覆います。
定義
- ジェネレーター：レンズの表面の曲線を研削するために使用される複合表面研削盤
- 誘導プリズム：光学中心を瞳孔中心から遠ざける技術
レンズを作る：パート2
ステップ4から6
ステップ4：機器のタイプに応じて、レンズはジェネレーターに適合するように準備する必要があります。ジェネレーターは通常、2つのカーブを同時に研削できる複合平面研削盤です。
チャックレシーバー（ブロックと呼ばれる）は、レンズの前面の保護テープの上に配置されます。円柱曲線がある場合、レンズは、円柱軸がジェネレーターの円柱掃引軸と一致するように方向付けられます。
ブロックの中心がレンズの光学中心になります。機器によっては、レンズをブロックに「接着」する特殊な合金またはプラスチックを使用して、特殊な接着パッドでレンズを所定の位置に保持することができます。
ステップ5：レンズをジェネレーターに挿入します。
レンズは、ジェネレーターによって生成された複合曲線以外に他の処理が必要な場合があるため、レンズがチャック内で傾斜している場合もあります。この傾きは、より薄いレンズを可能にするため、または処方の特別な要件に対応するためによく使用される光学中心（誘導プリズムと呼ばれる）を相殺します。
ステップ6：カーブがマシンに設定され、レンズが生成されます（グラウンド）。このステップは、完全に自動化することも、手動で操作することもできます。この場合、オペレーターは手動でクイル（砥石車）をレンズ全体にスイープし、目的のレンズ厚が得られるまでレンズを徐々に進めます。レンズの厚さは、曲線の種類（プラスまたはマイナス）、レンズの材質（一部のプラスチックは丈夫で、薄く研磨される場合があります）、またはその他の考慮事項（たとえば、安全メガネは日常使用のレンズよりも厚くなります）によって決まります。手術中にレンズが熱くなりすぎると、レンズが歪んだり裂けたりする可能性があるため、水で冷却され、カットされた素材（スカーフと呼ばれます）も洗い流されます。
レンズを作る：パート3
ステップ7から9
ステップ7：レンズをジェネレーターから取り外し、特別なサンディングマシン（シリンダーマシンと呼ばれる）に配置して、ジェネレーターによって残されたマークをすべて取り除きます。これを行うには、サンドペーパーを逆に一致する曲線（たとえば、-2.00 /-2.50で生成された曲線に一致する+2.00ベース/+2.50シリンダー）でブロックに接着し、レンズとブロックをこすり合わせます。その間、レンズは冷たく保たれ、水できれいにされます。
サンディング操作の後、サンドペーパーと水の代わりに研磨剤で洗浄されたフェルト研磨パッドが使用されることを除いて、レンズは同じマシンで研磨されます。このステップが完了すると、レンズは目に見える傷がなく、光学的に透明になります。
ステップ8：ブロックをレンズから取り外し、レンズを洗浄して検査します。レンズに特殊なコーティングが施されている場合があります。この時点で、レンズブランクにはレンズの背面に追加のカーブが研磨されており、研磨されています。ただし、大口径のブランクは、患者が選択したフレームに収まるサイズと形状にする必要があります。機器によっていくつかの方法が使用されますが、それらはすべて以下の説明に基づいています。
ステップ9：レンズブランクは、セラミックまたはダイヤモンドの砥石またはステンレス鋼の刃を使用して、線形旋盤（エッジャーと呼ばれる）で成形されます。レンズはチャックを受け入れる準備をする必要がありますが、エッジのみがカットされているため、はるかに穏やかなシステムが使用されます。完成したレンズの幾何学的中心となる場所に小さなチャックレシーバーを配置し、レンズを180軸に向けます。通常、レシーバーをレンズに固定するために必要なのは粘着パッドだけです。レンズはエッジャーにチャックされ、レンズの反対側を押す圧力パッドによって所定の位置に保持されます（親指と人差し指の中央で非常に大きなコインを保持するように）。
レンズを作る：パート4
ステップ10から12
ステップ10：フレームの形のパターンがエッジャーに挿入されます。パターンは通常プラスチック製で、フレームの製造元から提供されるか、ラボで作成されます。
新しいエッジャーはパターンを使用しません。代わりに、形状はフレームを測定し、情報をコンピューターに保存するプローブによって決定されます。コンピューターは、エッジング操作を制御します。動作中、ゆっくりと回転するレンズは、ガイドがレンズに合わせて回転しているパターンに接触するまで、砥石またはスチールブレードのいずれかである高速回転の切断面に運ばれます。フレームにレンズを囲む完全なリムがある場合、フレームの溝に収まるレンズのエッジに沿って斜角または隆起がカットされます。それ以外の場合、エッジはフラットのままになります。
ステップ11：フレームに合うようにカットされたレンズは、フレームに挿入する準備ができています。
- レンズに色を付ける場合は、この時点で染色が行われます。特殊な染料は加熱された容器に保管され、レンズは浸漬されます。色合いの密度は、レンズが染料に残っている時間によって決まります。レンズは、部分的にのみ着色（フェード）するか、上下で異なる色に着色するか、異なる色を組み合わせてカスタムカラーに着色することができます。また、特殊な紫外線遮断染料を同じ方法で塗布することもできます。
- フレームに縁がない場合は、レンズをフレームに固定する紐を受け入れるために、レンズのエッジに沿って溝がカットされます。鋭いエッジはトリミングされて滑らかになり、必要に応じて、バフホイールでエッジが研磨されます。
ステップ12：レンズをフレームに挿入します。はめあいと向きを再確認し、摩耗したネジやヒンジを必要に応じて交換し、フレームを正方形にします。完成した眼鏡は、患者に届けるために徹底的に洗浄され、包装されます。
ガラスレンズは、ダイヤモンドの切断面が使用されていることを除いて、プラスチックとほぼ同じ方法で研磨および研磨されており、細部が異なる場合があります。ブランクは比較的柔らかいガラスでできており、フレームに挿入する前に、化学薬品または熱のいずれかで強化して強化する必要があります。
自動化の進歩により、レンズの製造方法が急速に変化しています。たとえば、現在、ラボの大多数はコンピューターを使用して曲線パラメーターとレンズの選択を決定しており、いくつかのステップを組み合わせたり、操作全体を自動的に実行したりする機器が利用可能です。
矯正レンズと関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
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著者について
Bob Brotenは、オレゴン州ポートランドにあるLenscrafters Inc.の米国光学委員会認定の眼鏡技師であり、認定された検査技師です。彼は生物学の学士号を取得し、学位を取得しながら魚の視覚に関する広範な研究を行いました。
著者のメモ：ABO認定の眼鏡技師でLenscrafters＃671のゼネラルマネージャーであるErik Schoppと、Robert D. Forbes＆Associates博士のODであるDawne R. Griffith博士には、この記事のレビューに貴重な支援をしてくれたことに感謝します。光学と検眼は、この記事の範囲を超えた複雑な主題です。これら2つの分野の基本原則を提示するにあたり、簡潔にするために少し単純化しすぎました。このため、私はお詫び申し上げます。実際または理論上の誤りは完全に私のものです。この記事は簡単な概要であり、診断のガイドとして意図されていないため、興味のある読者には専門家のアドバイスを求めることをお勧めします。また、ポートランドのLenscraftersストア＃671と、この記事で使用した写真の撮影に協力してくれたレンズ技術者のJoshuaBoydにも感謝します。
