DE1805561A1

DE1805561A1 - Optisches Glas

Info

Publication number: DE1805561A1
Application number: DE19681805561
Authority: DE
Inventors: Tagnon Luc Andre Marcel
Original assignee: LUNETIERS Ste
Current assignee: LUNETIERS Ste
Priority date: 1967-10-30
Filing date: 1968-10-26
Publication date: 1969-05-14
Also published as: DE1805561C3; GB1239620A; DE1805561B2; US3722986A

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Glas,.bei dem wenigstens ein Teil eine Linse mit einer Brennweite bildet, mit mehr als zwei Symmetrieebenen, welches Glas auf wenigstens einer seiner Oberflächen eine für Aberrationen korrigierende Oberfläche aufweist, welche in ihrem durch den Schnittpunkt mit der optischen Achse definierten Pol als berührende Oberfläche eine Hauptoberfläche aufweist, die mit der des nicht korrigierten Glases übereinstimmt. Somit betrifft die Erfindung die Verbesserung von Augengläsern insbesondere hoher Brechkraft.

Wenn das menschliche Auge, vor dem sich eine Linse zur Korrektur von Pehlsichtigkeit befindet, eine Randzone dieses Glases benutzt, treten Aberrationen, Astigmatismus und eine Bildfeldwölbung auf und vermindern die Qualität der Korrektur der Ametropie, d.h. der Fehlsichtigkeit des Auges.

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Dieser Fehler ist praktisch vernachlässigbar bei linsen negativer Brechkraft, sowie geringer positiver Brechkraft, da diese Linsen eine geeignete Krümmung aufweisen. Der beschriebene Fehler begrenzt im Gegenteil die Leistung eines Auges, das mit einer Linse starker positiver Brechkraft bewaffnet ist und vermindert umso mehr die verwendbare Zone des Glases, j-e größer seine Brechkraft ist.

* In diesem Zusammenhang ist die Verwendung assyrischer Oberflächen bekannt, um diese Aberrationen zu vermindern. Im allgemeinen versteht man unter asphärischen Oberflächen durch Drehung entstandene Oberflächen, beispielsweise Paraboloide und Ellipsoide. Diese Flächen werden durch Rotation um die Linsenachse der entsprechenden parabolischen oder elliptischen Kurve erhalten. Derartige Oberflächen sind in der instrumentellen Optik geläufig. Sie gestatten eine gewisse Korrektur der Aberrationen von Augenlinsen, wenn diese für eine einzige Art des Sehens, beispielsweise für Fernsicht, vorgesehen sind.

W Des weiteren vergrößern die Maschinen und die umfangreichen Verfahrenestufen zur Herstellung derartiger Oberflächen deren Preis beträchtlich. Schließlich ist das Auge sehr oft astigmatisch. Dies kann beispielsweise ein Astigmatismus der Hornhaut sein, der nach einer Staroperation als Operationsfolge bleibt. Zur Korrektur müssen beispielsweise astigmatisohe Gläser von +12 Dioptrien sphärisch,^bföwp +3 Dioptrien zylindrisch getragen werden. Es ist ersichtlich, daß die bisher bekannten asphärischen, durch Drehung entstandenen Oberflächen nicht dazu geeignet

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sind, auf zufriedenstellende Weise derartige Linsen zu korrigieren. Sei es, daß ein Meridian "bzw. ein Längenkreis ^; gut korrigiert wird und der andere nicht, oder daß die asphärische, durch Drehung erhaltene Oberfläche "berechnet wurde, um einen mittleren Meridian zu korrigieren und in den Hauptmeridianen Aberrationen zuläßt, die noch zu bedeutend sind.

Will man ein stark weitsichtiges Auge korrigieren, welches darüber hinaus jede Akkumulationsfähigkeit verloren hat, wie es beispielsweise bei einem am Star operierten Auge der Pail ist, verwendet man häufig eine Linse mit mehreren Brennpunkten (multifokal) oder eine Linse erhöhter und progressiver Brechkraft.

Eine progressive Linse ist aus einer Oberfläche zusammengesetzt, die die Progression sicher stellt, wobei diese Oberfläche mit einer weiteren einfachen Oberfläche, die je nach Bedarf sphärisch oder torisch ist, verbunden ist, um der Linse die erwünschte Leistung zu geben. Eine multifokale Linse besteht ebenso aus zwei einfachen Oberflächen, von denen eine das oder die Elemente trägt, welche die zusätzliche Brechkraft herbeiführen.

Ebenso begrenzen bei den Linsen mit einem Brennpunkt (unifokale Linsen), seijien sie sphärisch oder astigmatisch, die Aberrationen beträchtlich die Leistung dieser Linsen. Insbesondere bei

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einer progressiven Linse, bei der bekanntermaßen ©ine Fern-Sichtzone, eine mittlere Zone und eine Zone für das Sehen naher Gegenstände unterschieden werden kann₉ wobei diese Zonen geometrisch auf der Linse verteilt sind» vermindern die Aberrationen beträchtlich die nutzbare Oberfläche dieser Zonen und machen ihre Verwendung praktisch unmöglich.

Beispielsweise kann eine durch Drehung erhaltene,' korrigierende asphärische Oberfläche die Aberrationen einer sphärisehen Zone für Fernsicht bestehen lassen oder sogar die Aberrationen für die Sicht im ZwIschenbereich wie auch im Nahbereich vergrößern.

Ziel der Erfindung ist ein neuer iüypus eines optischen Glases, bei dem wenigstens eine der Oberflächen zumindest einen Bereich umfaßt, welcher die. Aberrationen korrigiert, wie auch ein derartiges optisches Glas, das es erlaubt, die Aberrationen im höchsten Maße zu korrigieren, wobei es die bestimmenden Charakteristiken einer unifokalen sphärischen oder astigmatischen Linse oder einer multifokalen,, insbesondere progressiven Linse berücksichtigt, tfie auch andererseits die Bedingungen, unter denen derartige Linsen verwendet werden. Die Oberfläche oder der korrigierende Bereich für Aberrationen eines optischen Glases nach der Erfindung, das insbesondere dazu bestimmt ist, ein Paar von Brillengläsern abzugeben, wird im wesentlichen durch Abstände oder Abweichungen,zwischen jedem seiner Punkte und dem entsprechenden Punkt einer Grundkugel bestimmt, wobei

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die Abstände auf den Radien bzw. Fahrstrahlen der Kugel gezählt werden.

Hierzu geht die Erfindung von einem optischen Glase aus, bei dem wenigstens ein Teil eine unifokale Linse bildet, die mehr als zwei Symmetrieebenen aufweist und die auf wenigstens einer ihrer Oberflächen eine Aberrationen korrigierende Oberfläche aufweist, welche in ihrem durch den Schnittpunkt mit der optischen Achse definierten Pol als berührende Oberfläche eine Hauptoberfläche aufweist» die mit der der nicht-korrigierten Linse tibereinstimmt. Eine derartige Linse ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Meridiane oder Längenkreise, die aus dem Schnitt einer um die optische Achse gedrehten Ebene mit der korrigierenden Oberfläche Kurven darstellen, deren Parameter für mindestens zwei von ihnen gleich sind, wobei die Parameter den kleinsten seitlichen Aberrationswerten entsprechen, die längs dieser Meridiane auftreten.

Um optische Gläser mit derartigen Oberflächen bzw. Bereichen, die Aberrationen krrigieren, herzustellen, genügen im allgemeinen nicht mehr die bei der Erstellung optischer Gläser mit durch Drehung gewonnenen Oberflächen verwendeten Techniken. Hierzu kann man beispielsweise Apparaturen verwenden, wie sie in den französischen Patentschriften 1 232 982 und 1 236 031, nämlich bezogen auf Maschinen, mittels derer sphärische oder torische Oberflächen erzeugt werden können» beschrieben sind.

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Die Erfindung ist im folgenden .anhand von Ausftihrungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:

IPig. 1 in schematischer Sicht ein mit einem Korrekturglas bewaffnetes Auge, welches sukzessiv einen funkt im Unendlichen und einen Punkt im Endliehen betrachtet;

Pig. 2 ein Diagramm, welches die Aberrationen bei Fernsicht und bei Verwendung einer sphärischen Linse einer Brechkraft von +12 Dioptrien als Punktion des Winkels zwischen der Sehachse und der Horizontalen darstellt;

Pig. 3 die Berechnung der Abstände zur Erhaltung eines Meridians oder Längenkreises einer Aberrationen korrigierenden Oberfläche flir ein optisches Glas nach der Erfindung;

Pig. 4 ein Diagramm, welches die Aberrationen einer astigmatisehen Linse von +12 Dioptrien (zylindrisch +3 Dioptrien) zeigtt

Pig. 5 eine perspektivische Ansicht einer astigmatischen Linse, die aus einer konvexen, torischen Oberfläche und aus einer konkaven, sphärischen Oberfläche gebildet wird, zusammen mit ihren Hauptparametern;

Pig. 6 die Korrektion der Aberrationen einer sphärischen Oberfläche durch eine Oberfläche vom Typ sphärisch, atorisch nach der Erfindung;

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Tig. 7 den Verlauf einer Aberrationen korrigierenden Oberfläohe des Type sphärisch, atorisch nach der Erfindung;

Mg. 8 eine perspektivische Ansicht einer astigmatischen Linse mit einer konvex-sphärischen sowie einer konkav-torischen Oberfläche;

Fig. 9. die Korrektion von Aberrationen einer torischen Oberfläche Mittels einer Oberfläche vom Typ torisoh, »torisch nach der Erfindung)

Fig. 10 ein Diagramm mit den Ergebnissen der Korrektur einer astigmatischen Linse mittels einer durch Drehung erhaltenen asphärischen Oberfläche;

Fig. 11 ein Diagramm mit den für dieselbe Linse erhaltenen Ergebnissen der Korrektur mittels einer Oberfläche vom Typ sphärisoh-atorisch nach der Erfindung;

Fig. 12

und 13 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Glases;

Fig. 14 ein Diagramm mit der charakteristischen Kurve einer progressiven Linse;

Fig. 15 ein Diagramm mit den Aberrationen einer progressiven Linse einer Brechkraft von +12 bei Fernsicht, wenn das Auge die Meridianebene der Progression bestreicht;

Fig. 16 ein Diagramm mit den Aberrationen einer derartigen Linse, die mittels einer asphärischen, durch Drehung erhaltenen Oberfläche nach der Erfindung korrigiert

werden; . · ,

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Pig. 17 als Beispiel eine Tabelle für die Abstände längs dee· Meridiane der Progression, dargestellt an einem Schnitt In der Ebene dieses Meridiane bei einem optischen Glas von +12 Dioptrien und einer Progression von 3 Dioptrien, wobei der Radius oder Pahrstrahl der Engel 112 mm beträgt\

Pig. 18 für das Glas nach fig. 17 eine tabelle dej? Abstände bezogen auf dieselbe Kugel und dargestellt an einem Schnitt in der Ebene des Abschnitts,- der den Zonen für Fernsicht und !ansicht gemeinsam ietj und

Pig. 19 ein Diagramm mit den Ergebnissen bei Verwendung ©iner korrigierenden Oberfläche für Aberrationen nach den Pig. 17 und 18.

In der Darstellung der Pig. 1 betrachtet ©in Auge 1 einen Punkt im Unendlichen durch sein Korrekturglas 2 mit der Ache® 3? die durch sein Rotationszentrum 0 geht; wobei die Blickrichtung mit der optischen Achse 3 einen Winkel V bildet. Wenn man annimmt j daß für T = O die Korrektion der Ametropie vollkommen ist, gibt ein Punkt im Unendlichen ein Bild R_q9 welches durch die Optik des Auges ein Bild Z auf der Retina abgibt. Wenn sich nun das Auge um 0 dreht, ohne seine Akkommodation zu ändern, wird ein Punkt im Unendlichen deutlich gesehen, und zwar unabhängig von Y, wenn das Bild R dieses Punktes eine Kugel 5 mit dem Mittelpunkt 0 und dem Radius 0R_Q beschreibt.

Besitzt das Glas in der Praxis beispielsweise eine sphärische Oberfläche, so ergibt für alle Werte von Y, die von O verschieden sind, das vom im Unendlichen befindlichen Objekt ausgehende Strahlenbündel einen .»»gUttaleo; Brennpunkt S und einen tängentialen Brennpunkt T und der Kreis der kleinsten Diffusion liegt bei I. Die Eeldkrümmung IR und der Astigamtismus IS sind die Hauptaberrationen, die die Korrektur der Ametropia des Auges stören.

In Pig, 2 sind die Aberrationen einer sphärischen Linse einer Brechkraft von +12 Dioptrien in Abhängigkeit vom Winkel V für eine Beobachtung des Unendlichen aufgetragen. Diese ]?unktionen stellen nicht die Veränderung der Positionen der verschiedenen Bilder dar, sondern die Variation der Kehrwerte der Abstände dieser Bilder zu ein und demselben Referenzpunkt.

Um die folgenden Rechnungen zu vereinfachen, wird üblicherweise der Referenzpunkt ausgewählt, der im Schnittpunkt des betrachteten Strahls für eine Beobachtung des Unendlichen und des Kreises mit dem Mittelpunkt in 0 und dem Radius OH gewählt, dessen Wert praktisch 27 bis 28 mm beträgt (Pig. I). Dieser Punkt ist der Punkt K für eine Betrachtung des Unendlichen und der Punkt G, wenn das Auge den Punkt M betrachtet. Die Kehrwerte sind also«

*! - EP · ^ps ^Ä h ' ¹I * KT · ™* ^{1 β} H

Für eine Betrachtung des Unendlichen akkommodiert das Auge nicht und F_E ist eine konstante Brechkraft.

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Pig. 2 zeigt, daß eine sphärische Linse mit +12 Dioptrien einen Winkel Y = 30° darstellt, eine Peldbeugung ο ■ BO » P₁ P_a = 0,65 D und einen Astigmatismus a ■ ID = P₂, - Pg ■ 1,50 D.

Unter Bezugnahme auf Pig. 3 wird beschrieben, wie ein Meridian bzw. ein Längenkreis einer eine Aberration krrigierenden Oberfläche nach der Erfindung bestimmt wird, und zwar beispielsweisejzur Korrektur der Aberrationen (Pig. 2) äir oben angeführten sphärischen Linse.

Ausgehend vom Zentrum der Linse bestimmt man in Abhängigkeit vom Winkel V beispielsweise den konkaven Meridian. Hierzu bestimmt man nach und nach den Beugungsstrahl r. des Meridians mittels einer klassischen Berechnung, Wohl bemerkt in Abhängigkeit von den Refraktionswinkeln ijji i¹^, i₂, i'₂ u¹¹^ ^der Dicke des vom Strahl durchquerten Glases, äo dai3 der üstigmatismüs Null wird. Ein zufriedenstellendes Ergebnis wird nur nach einigen Iterationen erhalten¹, weil die Änderung von r₊ eine geringe Änderung r_ nach sich zieht, da die Oberfläche durch Drehung erhalten würde. Ist der Meridian auf diese Weise definiert, so ist es leicht so viele seiher Punkte zu bestimmen, wie man für seihe praktische D»ärsteilung benötigt, wobei eine Tabelle der Abstände £ mit der Kugel Q des Radius R_Q aufgestellt wird, die auf den entsprechenden ,Radien dieser Kugel Q gezählt werden. Bei Kenntnis dieser Tabelle der Abstände ist es leicht, die benötigte Zeichnung zu vervollständigen, welche

BAD ORIGINAL

es gestattet, die gesamte Oberflächengestalt für die Korrektur der Aberrationen festzulegen, da diese Oberfläche durch Rotation des Meridians erhalten wird. Diese Oberfläche kann geformt, geschliffen und poliert werden, wie es insbesondere in den französischen Patentschriften 1 236 031 und 1 232 982 beschrieben ist.

Anstatt die sphärische, konkave Oberfläche nach der Aufstellung der Abstände β abzuändern, kann man auch ebenso sphärische konvexe Oberfläche nach einer neuen Tabelle der Abstände abändern, die sich von der ersten fabeile unterscheidet, aber durch ähnliche Rechenoperationen erhalten wird.

Derartige asphärische Oberflächen gestatten eine große Präzision in der Korrektur der Aberrationen, Die Herstellung ist sehr gut für eine industrielle Produktion geeignet, und

ι entweder
zwar^-dlrekt durch Verarbeiten des abgekühlten Blocks oder indirekt beispielsweise in einem Gußverfahren, in dem die Linsen aus polymerisierbarem Material, wie es Stand der Seohnik ist, hergestellt werden.

Wie oben angegeben, werden starke positive Ametropien oft durch einen Astigmatismus kompliziert, der durch eine astigma-tische Linse starker Brechkraft korrigiert werden muß. Hierbei stellen sich Jedoch, wie beschrieben, Aberrationen entgegen, die die optischen Gläser nach der Erfindung mittels komplexer Oberflächen bzw. Bereiche beträchtlich verringern können, wobei

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ι - ■

diese Oberflächen oder Bereiche Alberrationen korrigieren, für die. eine Eerminologie vorgeschlagen wird,^;

Eine astigmatiache Linse ist im allgemeinen aus einer torischen konvexen oder konkaven Oberfläche zusammengesetzt, die mit einer sphärischen konkaven oder konvexen.Oberfläche zusammenwirkt. In einer ersten 'Überlegung eei eine solche Linse in Hg, 5 dargestellt, die auf einer torischen konvexen Oberfläche mit Hauptstrahlen r_i und T₉ sowie aus einer'sphärischen"konkaven ^m Oberfläche mit dem Radius r_Q besteht» In lig. 4 sind die sagittalen and tangentialen Brechkräfte einer derartigen, für Aberrationen nicht korrigierten Linse dargestellt, deren erster Meridian eine nomonale Brechkraft von 15 Dioptrien .und deren zweiter eine Brechkraft von 12 Dioptrien aufweist.

In Punkt A₁ ist beispielsweise für einen- Winkel ¥ nahe JO⁰ die tangentiale Brechkraft Fm durch den Punkt.A^ dargestellt, während die sagittale Brechkraft durch den Punkt A₁₂ bescnrie™ _t * ben ist. A^ und A^₂ erscheinen in der graphischen Darstellung als Kurven mit verschiedenem Ursprung, da die Linse für. einen örundastigmatismus berechnet ist. Entsprechend erhält man beim zweiten Meridian am Punkt A₂ für einen Winkel Y nähe 30° charakteristische Punkte Ag₁ und A₂₂> die ebenso erklärt werden. Um eine derartige Linse unter dem Gesichtspunkt der Aberrationen zu. korrigieren,betrachtet man sukzessive, jeden der beiden Hauptmeridiane KL und Mg.

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"!Jach dem ersten Meridian KL mit einer Brechkraft von 15 Dioptrien bestimmt man das Profil des konkaven Meridians in., derart, daß ein möglichst konstanter Astigmatismus erzielt wird, was sich in den Kurven F« und 5™ widerspiegelt, die nahezu Parallelen sind.

Das Profil dieses konkaven Meridians m^ ist durch eine Punktion £ ₁ = S₁ (V) bestimmt, die für jeden Punkt dieses Meridians einen entsprechenden Wert auf der G-rundkugel Q ergibt, welcher Wert auf dem entsprechenden Radius dieser Kugel Q gezählt wird.

Entsprechend wird bei dem vorgegebenen Beispiel die zweite Ebene des Hauptmeridians M„ der Brechkraft 12 Dioptrien bestimmt. Man erhält einen zweiten Meridian m«, der durch eine Tabelle der Abstände £ g = Eg (T) bestimmt ist.

Diese beiden Meridiane E₁ (T) und Eg (T) sind Abschnitte der Hauptebenen der Linse der gesuchten korrigierenden Oberfläche, um diese Oberfläche vollständig zu definieren, kann man auf { verschiedene Weise fortfahren, indem beispielsweise ein schiefer Zwischenmeridian m^ (Mg. 6) betrachtet wird, der einer Zuordnung von Abständen ε ^ = E₁ (T) entspricht. Indem man auf diese Weise mit mehreren dazwischen angeordneten Meridianen fortfährt, die wie oben beschrieben bestimmt werden und die dazwischenliegenden Werte interpoliert werden, kann.man sämtliche Werte erstellen, die es gestatten, die Umrißform der gewünschten korrigierenden Oberfläche herzustellen, so daß diese wie oben angedeutet,hergestellt werden kann. ,

§098 2 0/0921

■ Die oTben Tbesdarielene 'Methode zur leEtliraiaag ültat zu Meridianen, bezüglich deren form Meter noch !seise these aufgestellt worden ist« 3Die Brfüteung soigts daß' bei

- Gläsern starker Brechkraft die erhaltenen'lafela für die Abstände zu Kurven !bzw, Funktionen führen, die eich einer elliptischen Form annähern. Man kann auf diese Weise ein Beispiel darstellen,, welches "besser die Gestalt einerderartigen Korrekturoberfläche fassen läßt, wie sie äarge- » stellt ist (vgl. Fig» 7). Da es sich um eine konkave Korrekturober-flache handelt, drehen sich dieae Ellipsen oder Ellipsenteile um ihre kleine Achse, so daß der Radius r der sphärischen konkaven Oberfläche der Linse als Hadius des Kreises dem Pol P der Korrekturoberfläche berührt.

Daher ist beim ersten Hauptmeridian M₁ die Ellipse E₁ durch

a² die Parameter a.. und b^ bestimmt, wobei J\ s r . Ebenso

ist beim zweiten Hauptmeridian MU die Ellipse E« durch a« und _k b_o durch die Gleichung ^a2 = r_ bestimmt. Diese beiden Ellipsen sind durch bekannte Rechenoperationen bestimmt. Ein beliebiger Meridian ie^ der asphärischen Oberfläche ist

also eine Ellipse, die durch a., und b.» bestimmt ist, wobei 2 ix

einerseits ~Ί β r_Q und andererseits a^^ = A (wjjb^ s B (w) ist,

b_t
wobei w den Winkel darstellt, den der betrachtete Meridian beispielsweise mit der ersten Meridianhauptebene einschließt.

Die korrigierende Oberfläche für die Aberrationen erscheint daher als Einhüllende einer Ellipse E-, die um ihre kleine

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τϊ! »p .■■

-.15 -

Achse gedreht let und sich zwischen zwei extremen Ellipsen E₁ und E« verforat, wobei immer an ihrer Spitze P derselbe Kreis berührt wird (Berührung höher als erster Ordnung).

Die korrigierende Oberfläche für die Aberration, die soeben in einem besonderen Beispiel beschrieben wurde, erscheint als Kugelob er fläohe in ihrem Zentrum, die sich zu ihrer Peripherie, hin deformiert, wobei sie als Symmetrieebenen die Sbenen der Hauptmeridiane der astigmatischen korrigierten Linse zuläßt und so einen torischen Charakter in dieser Randzone annimmt. Aus diesem Grunde werden die korrigierenden Oberflächen für die Aberrationen nach der Erfindung, die also der obigen Beschreibung entsprachen "sphärisch atorisoh^N.bezeichnet.

Bei einem zweiten Beispiel besteht eine astigmatische, nicht korrigierte Linse, deren Aberrationen in der fig. 4 dargestellt sind, aus einer konvexen sphärischen Oberfläche und einer konkaven torischen Oberfläche, wie in Pig. 8 gezeigt.

■ . i

Die beim ersten Beispiel gegebenen Erklärungen können leicht auf dieses Beispiel Übertragen werden. Darauf ergibt sich, daß man leicht eine konkave Oberfläche bestimmen kann, welche die Aberrationen korrigiert (Mg, 9)· Nimmt man als Meridian Ellipsen an, so erhält man den Hauptmeridian M^, eine Ellipse , die durch die Parameter a-j und b-j sowie durch die Gleichung

1
Ellipse Ε«» die durch die Parameter a„ und bp und die Gleichung

^a1 = r* bestimmt ist, sowie im Hauptmeridian Mg eine

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a² ' ■

- 22—„ ^{s r}2 definiert ist«, In einer beliebigen, Iferidianebene

M^ iat eine Ellipse E^ durch die Parameter a^-un'd b^ sowie

- durch, die Gleichung ^ai « r* definiert}, wobei τ* durch

die elliptische Bestimmung der torischen Oberfläche in seinem Gipfelpunkt P festgelegt ist» a^ und b* stellen zwei Punktionen von ¥ dar, welcher Wert zwischen a* und a« b25W. zwischen b^ und bg Tariiert# In dem- Beispiel werden diese !Funktionen mittels klassischer Berechnungen ausge- W wählt, um die Aberrationen in jedem Punkt der Linse zu einem Minimum zu machen.

- Es ist ersichtlich., daß'die korrigierende Oberfläche für die Aberrationen mit der anfänglichen torisehen Oberfläche in der Nähe des Mittelspunkte der linse verbunden ist und sich · zu den Rändern hinw weiter entwickelt, wobei sie Ihren torischen Charakter und'insbesondere ale Symmetrieebenen die Hauptebenen der linse beibehält. Aus diesem Grund wird diese korrigierende Oberfläche für die Aberrationen "torisch atorisch" genannt.

Es sei festgehalten, daß die optischen Gläser, insbesondere Augengläser nach der Erfindung, die beispielsweise aus einer sphärisch konkaven und torisch-könvexen Grundlinse abgeleitet sind, dadurch erhalten werden können, indem die Aberrationen dieser Grundlinse, sei es durch Yerformung Ihrer sphärischen Oberfläche in eine "sphärisch-atorische Oberfläche"

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sei es durch Verformung ihrer torischen Oberfläche in einer .. "torisch-atorischen Oberfläche¹¹ erhalten werden können. Die auf diese Weise erzielten Korrekturen sind einander gleichwertig. Bs sind Gesichtspunkte bei der industriellen Herstellung dieser linsen, die eine Auswahl der Oberflächen erlauben.

Die Erfindung gestattet die Korrektur astigmatisator Linsen hoher Brechkraft. Die Oberflächen optischer Gläser nach der Erfindung, die wie oben angegeben bestimmt sind, können leicht hergestellt werden, und zwar insbesondere durch die Verfahren und Vorrichtungen, die vorstehend zur Erzielung asphärischer Drehoberflächen nach der Erfindung verwendet werden. Diese Varfahren gestatten es in der lat, mit Präzision und ohne eine Beschränkung einen beliebigen Oberfläehentyp herzustellen.

Die folgende Tabelle gibt beispielsweise Abstände £ in Mikrqn einer korrigierenden Oberfläche für Aberrationen vom ϊνρ "sphärisch atorisch" wieder. Das sind Abstände längs der beiden Hauptmeridiane m> und m« der asphärischen Oberfläche bezüglich der berührenden Kugel, wobei diese Abstände auf den Radien bzw, Pahrstrahlen der Kugel für verschiedene Werte des Winkels V für eine Linse +12 (Zylinder +3) gemessen sind.

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-■18

τ	£ (Mikron)	" ^m2	0.
(Grad)		■ 1
O⁰	0	. MO "
1°20	0	43
2°40 -	4	132.
4° ■	21 -	303
5° 20	-.. ' 65	591
.β°40	150 '	1.028
8°	290-
9°20	501

Es kann festgestellt werden^ daß die Abstände "bei m„ fühlbar. sind, was die Notwendigkeit einer besonderen Korrektur für jeden Meridian unterstreicht, insbesondere da bei den bekannten' astigmatischen- Gläsern die die Aberrationen korrigierende asphärisch^ Oberfläche, die eine, durch"Drehung erhaltene Oberfläche darstellt, es nicht gestattet, fühlbar die Aberrationen außer für einen einzigen Meridian zu korrigieren»

Pig. 4 zeigt Aberrationen einer derartigen nicht-korrigierten Linse. Aus lig. 10 geht der geringe Effekt der Korrektur der Aberrationen mittels einer durch Drehung erhaltenen aaphärischen Oberfläche hervor, Fig. 11 zeigt die ResuÄte, die mittels einer die Aberrationen korrigierenden Oberfläche nach der Erfindung erzielt werden. Biese !Figur entspricht der obigen Tabelle der Abstände und ä·** zeigt den beträchtlichen

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, ■- 19 -

nach der Erfindung erzielten Gewinn.

Dem Torstehenden wurde die Beobachtung eines im Unendlichen angeordneten Objekts vorausgesetzt. Da andererseits das Auge zur Akkommodation fähig ist, können derartige sphärische oder astigmatische Linsen für eine Betrachtung naher Gegenstände herangezogen werden. Damit erhält man unterschiedliche Aberrationen, welche gelegentlich ungenügend durch eine Deformation für die Betrachtung eines im Unendlichen angeordneten Gegenstandes korrigiert werden.

ist leicht nach den in Fig« 1 dargestellten Grundlagen eine Linse zu erstellen, die für die Betrachtung einer endlichen Gegenstandsweite d =MN korrigiert 1st. Hierzu muß man lediglich die oben angegebenen Terfahrensschritte beachten.

Ebenso kann man erfindungsgemäß optische Gläser herstellen, die auf zumindest einer Oberfläche für Aberrationen korrigierende Ebenen oder Bereiche aufweisen, die jeweils derart bestimmt sind, daß sie die Aberrationen korrigieren, die mehreren Gegenstandsweiten entsprechen. Der einfachste, in Pig. 12 dargestellte Fall ist eine unifokale Linse, deren obere Hälfte für-Fernsicht TL und deren untere Halfte für Wahsicht VP korrigiert ist. Die Trennlinie dieser beiden Oberflächen ist beispielsweise diskontinuierlich, wie bei einem optischen Glas mit zwei Brennpunkten.

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Bei einem anderen,, komplizierteren.-Beispiel kann man eine derartige linse dadurch erhalten, indem das in Fig. 13 -dargestellte Gesetz (5 m, 1 m, 0,5 m .».) angewandt wird ' * . und wobei die Gestalt des Meridians direkt "bestimmt wird.

Diese spezifische Korrektur der Aberrationen macht eine ■ Ausrichtung der Linee entsprechend ihrer Verwendung notwendig, ein lachteil, der auch bei der Verwendung multifokaler und progressiver Linsen auftritt.

Die erfindungsgemäßen linsen bewirken also für die Eompensierung der Ametropie eines akkoamodierfäJaigen Auges oder eines Auges ohne Akkommodierfähigkeit im Fall einer einzigen Gegenstendsweite, beispielsweise bei Fernsicht, beträchtliche Vorteile.

Will man in allen vorkommenden Fällen die Ametropie oder Fehlsichtigkeit eines Auges kompensieren, ia# seine Accommodationsfähigkeit ganz oder teilweise"verloren hat, muß-man -auf eine

multifokale Linse oder besser auf eine linse0 derön Brechkraft progressiv fortschreitet, zurückgreifen» Jedoch haben die damit verbundenen bedeutenden Aberrationen bis heute die Benutzung dieser Linsen beispielsweise bei Menschen verhindert, die am Star operiert sind,,

Um die Bildqualität sowohl bei Fernsicht (YL), bei Betrachtung von in einem Zwischenbereich angeordneten Gegenständen

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(YI),wie auch, hei Nahsieht (VP)Ldie Aberration annulliert oder zumindest reduziert werden, und zwar durch einen neuen 33yp einer progressiven Oberfläche.

Aus den einfachen oben dargestellten Fällen ist ersichtlich, daß mit einem erfindungsgemäßen optischen Glas die Aberrationen einer unifokalen Linse korrigiert werden können, bevor diese unter bestimmten Bedingungen gebraucht wird. Will das Auge ein nahes Objekt betrachten (!ig. 1), beispielsweise einen Punkt M in einer Entfernung d » 33 cm beispielsweise, so muß die Linse, falls das Auge nicht akkommodieren " kann, eine zusätzliche Brechkraft liefern, welche das Bild ^EM von M auf der Kugel 5 abbildet. Biese Steigerung der Leistung kann insbesondere durch eine Linse erreicht werden, die eine konkave oder konvexe Oberfläche progressiver Leistung aufweist. Da das Akkommodationsvermögen Null ist, genügt im allgemeinen eine Oberfläche mit einer zusätzlichen Brechkraft von 3 Dioptrien, deren Eigenschaften in 3?ig. 14 wiedergegeben sind. In !ig. 15 sind die Aberrationen einer derartigen Linse dargestellt, die bei Fernsicht eine Breeh- ( kraft von 12 Dioptrien sphärisch aufweist, !ig. 16 zeigt die Aberrationen einer gleichen Linse, die durch eine durch Drehung erzeugte asphärische Oberfläche korrigiert ist. Die Verbesserung ist für !ernsicht sehr fühlbar, während sie für den Zwischenbereich praktisch Null ist, wie auch für den !all der Nahsicht.
*) optimal zu gestalten, müssen in jeder dieser drei Zonen

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Man erhält eine progressive linse» deren Aberrationen: noch besser korrigiert sind,-wenn diese mit einer einfachen.- ." Oberfläche, beispielsweise einer konvexen Engel, zusammen- "-gesetzt wird und mit-einer korrigierenden Oberfläche, für die Aberrationen nach der Erfindung, die aus einer .Tabelle der Entfernungen bezüglich-einer"gleichen Referenzkugel Q bestimmt iet und die ausgehend von dieser Tabelle wie oben beschrieben dargestellt wird. Diese Tabelle wird folgendermaßen erhalten!

Für die Zone der Fernsicht., die in der oberen Halbpartie der Linse angeordnet ist, welche Linse einen Teil einer unifokalen Linse darstellt, bestimmt man die Tabelle der Entfernungen der äquivalenten asphärischen Oberfläche, wie oben beschrieben.

Für die Nahsichtzone, die in der mittleren unteren Partie der Linse angeordnet ist, betrachtet man getrennt die tangentiale und die sagittale Brennweite für jeden Punkt des Meridians.

Zuerst bestimmt man, wie die Brechkraft F™ für das tangentiale Bild eines sich nähernden Objekts variieren muß, welches sich auf der Retina des nicht akkommodierenden Auges abbildet. Fm muß regulär wachsen ausgehend von seinem Wert im Mittelpunkt des Bereichs für die Fernsicht bis zu seinem Wert im Mittelpunkt des Bereichs für Nahsicht. Wie oben angegeben,

909820/0921 " :

erhält man so das Gesetz der Abhängigkeit des Fahrstrahls der Eangentialkurve r. = C₁ (Y), welche rollständig das Profil dos Meridiane bestimmt.

.Anschließend "bestimmt man Fg für jeden Punkt des Meridians und für den Abstand d für die entsprechende Betrachtung des sagittalen Bildes, das sich auf der Retina abbildet. Die betrachteten Brechwinkel berücksichtigen das neue Profil des vorstehend bestimmten Meridians. Fg steigt regelmäßig nach derselben Funktion wie F₁₁₁. Auf diese Weise erhält man

für jeden Punkt des Meridiane den Fahrstrahl bzw· Radius der sagittalen Krümmung, welche durch r_s « Gg (V) bestimmt ist.

Da es sich um Linsen starker Sreohkraft handelt, führt die totale Eompensierung des Astigmatismus und der Krümmung des Feldes, welche bei diesem Beispiel gesucht wurde und die dadurch erzielt wird, daß die tangential en und sagittalen Brennpunkte in derselben Weise steigen, dazu, daß die

Funktionen der Veränderung r, =0, (Y) und r_ = C« (Y) (

verschieden sind. In der Nachbarschaft des Meridians stellt die Oberfläche mit den progressiven BreohkSäften also nicht mehr einen Mittelpunkt bzw. eine Mittelpunktsfläche dar,wie es bekannt ist.

Es ist anzumerken, daß im Gegensatz zu den einfachen Linsen, deren Korrektur oben beschrieben wurde, die besondere Struktur

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der progressiven Oberflächen es erlaubt, r, und r„ unabhängig zu machen, wodurch es ermöglicht wird, daß längs des Meridians gleichzeitig der Astigmatismus und die Feldkrümmung •insbesondere annulliert wird.

Um vollständig die korrigierende Oberfläche der Aberrationen, die sich aus den vorstehenden Überlegungen ergibt, zu bestimmen, muß die Gleichung dieser Abschnitte durch die Sagittalebene in jedem Punkt des Meridians der Progression angegeben Werden. Unter den zahlreichen möglichen lösungen, die es gestatten, daß r_ ein Radius bzw. Fahrstrahl des berührenden Kreises

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ist, erhält man vorzugsweise die Familie der Kurven, zu denen der Meridian der durch Drehung erzielten asphärischen Oberfläche in dem gewählten Beispiel entspricht, welche für die Korrektur der Fernsicht bestimmt ist. Diese Kurven können Ellipsen sein, deren Parameter durch a und b bestimmt sind. Auf diese Weise erhält man Werte (Halbwerte) für die Abstände bezüglich der Kugel Q, welche in der Nähe der den Abständen für die Fernsichtzone entsprechenden Sea#» Werten angeordnet eine Oberfläche ohne Diskontinuitäten ergibt, da die Ränder (Randbedingungen) identisch sind.

Die Tabelle bzw. das Bild der Fig. 17 gibt als ein Beispiel für die Erfindung längs des Meridians die Abstände Zwischen der korrigierenden Oberfläche für die Aberrationen wieder, die auf diese Weise bestimmt wurden, sowie die Kugel Q, die sich an diese Werte im optischen Zentrum anschmiegt. Diese, in mm

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dargestellten Werte sind negativ, da, wie in Mg, 17 .dargestellt, diese Oberfläche oberhalb von Q verläuft, wobei r. in der Eat eine KreuzSinktion von V ist.

Die Darstellung der Pig. 18 gibt die .Anstände bezüglich derselben Kugel Q wieder, wobei der Meridian für die Zonen der Fernsicht, und Nahsicht gemeinsam ist. Die positiven Abstände zeigen an, daß die gesuchte Kurve Pahrstrahlen besitzt, deren Krümmung unterhalb der der Kugel verläuft, d.h. es wird eine Verringerung des Pahrstrahls der Kugve als Punktion von 7 übersetzt, da die Korrektur in der konkaven Oberfläche für den Pail der Pernsicht durchgeführt wird. Dieses Resultat ist oben bereits einmal erzielt worden.

Die Verwendung einer derartigen, Aberrationen korrigierenden Oberfläche nach der Erfindung gestattet es, die Korrektur zu erhalten, welche in Pig. 19 dargestellt ist. Pur ein positives V erhält man das Ergebnis einer asphärischen Korrektur nach der Erfindung bei einer unifokalen Linse. Bei negativem V und Nahsicht liegen die Kurven P„, P™ und Pj vollständig übereinander, so daß das Sehen längs des Meridians ohne Astigmatismus oder Peldwölbung verläuft. Es wird somit ein sehr bequemes Sehen erzielt.

Die vorstehenden Erläuterungen gründen sich, wie dargestellt, auf der Korrektur einer progressiver Linse, die aus einer progressiven Oberfläche und einer mit ihr zusammenwirkenden sphärischen konvexen Oberfläche zusammengesetzt ist. Wie im

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früheren Pall können sie leicht auf die Korrektur einer Linse übertragen werden, deren sphärische Oberfläche konkav ist oder deren konkave oder konvexe Oberfläche durch eine torische Oberfläche ersetzt wurde.

Zur Vereinfachung der Erläuterung des ersten Teils wurde die Beschreibung vor allem auf der Grundlage der Bestimmung der die Aberration korrigierenden Oberflächen derart gegeben, daß die Korrektur des Astigmatismus durchgeführt wurde. Bs liegt jedoch im Bereich der Erfindung, wenn die Korrektur auf der Peldwölbung, der Verzerrung oder einem Kompromiss dieser verschiedenen Abweichungen gegründet wird.

Ebenso kann man erfindungsgemäß in der gleichen Linse zwei Aberrationen korrigierende Oberflächen miteinander verbinden, um eine bessere Korrektur des Astigmatismus und der Feldwölbung zu erzielen oder um die Korrektur einer anderen Aberration zugute kommen zu lassen.

Die optischen Gläser nach der Erfindung können entweder direkt durch Zurichten, beispielsweise Schleifen eines Blocks abgekühlten Materials, wie oben dargestellt, erhalten werden oder indirekt beispielsweise mittels einer Gußform, die es gestattet, wenigstens die Außenseite eines optischen Glases, welches die Aberrationen korrigierende Oberfläche aufweist, zu gießen, und zwar vorzugsweise durch Gießen oder Spritzgießen eines polymerisierbaren Stoffes.

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Claims

Patentansprüche

1. Optisches Glas, bei dem wenigstens ein Teil eine unifokale Linse bildet, mit mehr als zwei Symmetrieebenen, welches Glas auf wenigstens einer seiner Oberflächen eine Aberrationen korrigierende Oberfläche aufweist, welche in ihrem durch den Schnitt- λ punkt mit der optischen Achse definierten Pol als berührende Oberfläche eine Hauptoberfläche aufweist, die mit der des nicht korrigierten Glases übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Schnitt einer um die optische Achse gedrehten Ebene mit der korrigierenden Oberfläche entstehende Meridian Kurven mit mindestens für zwei von ihnen gleichen Parametern sind, wobei die Parameter den kleinsten seitlichen Aberrationswerten entsprechen, die längs dieser Meridiane auftreten.

2. Optisches Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter während der Rotation der Ebene zwischen zwei Extremwerten variieren, welche Extremwerte die der Parameter der Meridiankurven sind, welche sich in den Hauptmeridianebenen befinden, nämlich die Symmetrieebenen für die korrigierende Oberfläche der Aberrationen, die den Charakter der Hauptoberfläche in der Umgebung des Pols bewahrt, wobei ihre Randteile torisch, nämlich bezüglich der Hauptmeridianebenen symmetrisch aus-

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gebildet sind«,

3. Optisches Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Extremwerte der den Hauptmeridiankreisen entsprechenden Parameter diejenigen Extremwerte sind, die die seitlichen Abweichungen längs der Hauptmeridiankreise zu einem Minimum machen.

4. Optisches Glas nach Anspruch 1, das in seiner Gesamtheit eine unifokale linse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierende Oberfläche für Aberrationen dieser linse zwei einander benachbarte Bereiche zur Korrektur von Aberrationen aufweist, von denen ein Bereich entfernte und der andere Bereich nahe Objekte korrigiert.

5ο Optisches Glas nach Anspruch 1, das in seiner Gesamtheit eine unifokale linse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß diese linse eine korrigierende Oberfläche für Aberrationen für Objekte enthält, deren Gegenstandsweite sich ändert, wenn der Blick sich senkt ο

Optisches Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich einen zv;eiten Bereich

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aufweist, der dem Bereich benachbart ist, welcher einen.ersten Teil der linse mit einem Brennpunkt bildet, wobei dieser zweite Bereich von wenigstens einem anderen Teil der Linse mit einem Brennpunkt gebildet wird und einen vom Teil des ersten Bereiches verschiedene Brennweite aufweist, daß der zweite Bereich wenigstens auf einer seiner Flächen eine korrigierende Oberfläche für Aberrationen aufweist, welche der das ersten Bereiches ähnlich ist, deren zu korrigierende Aberrationen jedoch diejenigen sind, die sich auf Objekte beziehen, für die der zweite Bereich vorgesehen ist.

Optisches Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein zweiter Bereich vorgesehen ist, der dem Bereich benachbart ist, der einen Teil der unifokalen Linse bildet und für Fernsicht bestimmt ist, daß der zweite Bereich eine Meridianzone

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sowohl mit in tangentialer als auch in sagittaler Sichtung fortschreitender Brechkraft aufweisen, die sich beide mit derselben Progression ändern.

8ο Optisches Glas nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Meridianzone beiderseits ihres Meridians von einer Oberfläche begrenzt ist, welche die Einhüllende ebener Kurven ist, die einerseits an jedem Punkt des Meridians den sagittalen Fahr-

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strahl als Fahrstrahl eines Kreises berühren lassen und andererseits wie der Schnitt der entsprechenden Oberfläche des Bereiches der unifokalen linse.mit ihrer senkrechten, diametralen Ebene in der Meridianebene der Meridianzone mit den sich progressiv ändernden Brechkräften geartet sind, wobei die Meridianzone längs ihres Meridians keine Mittelpunktoberfläche darstellt und die Änderungen des sagittalen und des tangentialen Fahrstrahls unterschiedlich sind.

9. Optisches Glas nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierende Oberfläche für die Aberrationen des Teils, der eine unifokale Linse bildet, ein Teil einer durch eine Drehung erhaltenen Oberfläche ist.

Patentanw.

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