DE3202000C2 - Optisches Raster zur Korrektur optischer Fehler von natürlichen und von künstlichen Linsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Raster zur Korrektur optischer Fehler bei besserer Bildwahrnehmungsmöglichkeit und bezieht sich insbesondere auf ein optisches Raster, mit dem optische Fehler sowohl bei natürlichen Linsen, wie dem Auge als auch bei künstlichen Linsen, wie photographischen Linsen und dgl. korrigiert werden können.

Es sind verschiedene Systeme zur Korrektur optischer Fehler bekannt, wie sie sowohl bei natürlichen Linsen, beispielsweise dem menschlichen Auge, als auch bei künstlichen Linsen auftreten, beispielsweise photographischen Linsen und dgl. Allerdings wird bei derartigen Systemen meistens der defekten Linse eine zusätzliche Linse oder eine Reihe von zusätzlichen Linsen überlagert, die entsprechend konstruiert und so berechnet sind, daß mittels der gemeinsamen und komplementären Wirkung der Linsen und der defekten Linse die Fehler der zuletzt genannten korrigiert werden können.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Korrektur der genannten Aberrationen sieht die Schaffung einer verhältnismäßig großen Linse vor, die teilweise von einer Blende bedeckt ist, die einen großen Anteil des Umfangsbereichs der Linse maskiert und als einzigen nützlichen Teil nur eine kleine Fläche in der Mitte der Linse freiläßt, wo die Parallelität der Flächen größer und infolgedessen die Bildung peripherer Prismen zweckmäßig abgedeckt ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Teilkorrektur optischer Fehler bieten die nichtbrechenden Vorrichtungen, z. B. die sogenannten stenopäischen Brillen, die von alters her als Sehhilfe bekannt sind. In dem Handbuch "System of Ophthalmology" von Steward Duke-Elder und David Abrams, London, 1970 Band V, Seite 794 u. f. ist z. B. erwähnt, daß solche stenopäischen Brillen empfohlen und ihr optisches Prinzip von Daza de Vald´s im Jahre 1623 erläutert wurde, und daß sie von den französischen Ophthalmologen Serre im Jahre 1857 und Frans Donders im Jahre 1864 zuerst klinisch angewandt wurden. Allerdings weist das genannte Handbuch auch darauf hin, daß der größte Nachteil eines stenopäischen Lochs darin besteht, daß es ein sehr kleines Gesichtsfeld bietet und, da es sich nicht mit dem Auge bewegt, für den Benutzer beim Herumgehen nur geringen Vorteil hat. Außerdem ist gesagt, daß bei Bedarf für allgemeine Zwecke eine Scheibe, die mehrere derartige, in ein undurchsichtiges Flachmaterial gebohrte Öffnungen aufweist, unter Umständen "besser als nichts" ist, womit gesagt ist, daß die stenopäischen Brillen sich als äußerst unwirksame Gegenstände erwiesen haben. Es ist auch bekannt und in vielen Büchern über Optik erwähnt und beschrieben, daß es der einzige Zweck eines stenopäischen Lochs ist zu verhindern, daß Diffraktionskreise, die im allgemeinen reine Lichtstrahlen begleiten, in das fehlerhafte Auge bzw. die fehlerhafte Linse eintreten. Deshalb müssen die stenopäischen Löcher offenkundig kreisförmig sein. Um wirksam zu sein, erwähnt das genannte Handbuch außerdem, daß die Vielzahl stenopäischer Löcher in Brillen einen Abstand von 4 mm voneinander und eine Größe von ca. 1,5 mm für Fernsicht und 0,3 mm für Nahsicht haben muß.

Angesichts der Tatsache, daß es die einzige Aufgabe stenopäischer Löcher ist, den Eintritt von Diffraktionskreisen zu verhüten, weshalb sie offenkundig kreisförmig sein müssen, und daß der Abstand zwischen ihnen in stenopäischen Brillen verhältnismäßig groß sein muß, sind solche stenopäischen Brillen für die allgemeine Verwendung äußerst unpraktische Gegenstände, denn die Mühe des Brillenträgers wird nicht durch den Vorteil der verbesserten Bilderfassung ausgeglichen. Aus diesem Grund haben stenopäische Brillen in so langer Zeit keinen Eingang in die Öffentlichkeit gefunden, obwohl viele Menschen wirklich Bedarf an etwas mehr als Brillen und reinen Kontaktlinsen haben, um ihr Sehvermögen zu verbessern.

In der mexikanischen Patentschrift 132 553 ist ein optisches Raster beschrieben, welches eine Interferenz von Lichtstrahlen bewirkt und zu einem großen Teil die Mängel der die obenerwähnten Methoden anwendenden Vorrichtungen, einschließlich der stenopäischen Brillen überwindet.

Die genannten Raster sind zur Anwendung an Brillen bestimmt und weisen eine unbestimmte Anzahl quadratischer Öffnungen auf. Dabei sind die Raster entweder eben oder konkav, um sie an die Ringe von Brillengestellen mit herkömmlichen Gläsern und/oder als Ersatz derselben anzupassen.

Das optische Raster gemäß dem mexikanischen Patent 132 553 ist zwar äußerst wirksam zur Korrektur optischer Fehler, insbesondere solcher, die durch zu große Helligkeit verursacht werden, da es mittels Lichtinterferenz wirksam wird, die die Vielzahl quadratischer Löcher hervorrufen, die das Raster aufweist. Aber trotzdem ist das genannte Raster für die Korrektur anderer Arten optischer Fehler oder Aberrationen nicht nützlich. Ferner beruht die Wirkung des optischen Rasters hauptsächlich auf einer Verringerung der Lichtintensität mittels der Interferenz und ruft dadurch eine Verdunklung bzw. eine geringere Intensität des wahrgenommenen Lichts bei besserer Wahrnehmung der Bilder hervor. Allerdings ist die beträchtliche Abnahme an Helligkeit, die die Raster gemäß der mexikanischen Patentschrift 132 553 hervorruften, insofern eine Unannehmlichkeit, als die Benutzung solcher Raster insbesondere an dunklen Orten oder im Zwielicht und in der Dunkelheit der Nacht einen Verlust an Sehstärke mit sich bringt, der nicht durch die verbesserte Bildwahrnehmung ausgeglichen wird. Dies kann sogar zum Wahrnehmungsverlust vieler dunkler Objekte führen.

Aus der US-PS 3 967 885 ist es bekannt, daß für stenopäische Brillen der Abstand der runden Löcher 2,0 mm bis 5,5 mm, vorzugsweise 4,0 mm, sein soll. Hinsichtlich der Größe der Löcher wird hier ein Kompromiß zwischen Fern- und Nahsicht angestrebt, wobei die Größe der Löcher 0,375 mm bis 1 mm, vorzugsweise 0,65 mm Durchmesser betragen soll. Diese US-Patentschrift betrifft eine Blendschutzbrille, die Patienten unmittelbar nach einer Augen-Operation tragen sollen, bei der ihnen die Linse aus dem Auge entfernt wurde. Um den Heilungsprozeß des Auges nicht zu behindern, muß die Abdunklung besonders groß sein, weshalb die Lichtdurchlässigkeit der Brillenscheibe nur 0,5% und im Bereich der Löcher nur 1,23% sein soll. Der Bereich, der mit den Löchern versehen ist, soll etwa 40% der Brillenscheibengröße betragen.

Auf diese Weise wird dem rekonvaleszenten Auge ausreichender Lichtschutz und hinreichende Sehschärfe gegeben, um zu verhindern, daß der Patient über übersehene Hindernisse stolpert.

Aus der US-PS 38 76 294 ist ein optisches Raster aus einer regelmäßigen Anordnung von kegelstumpfförmigen Löchern in einem lichtundurchlässigen Material bekannt, bei dem das Raster in einer ebenen Fläche angeordnet ist. Aus diesem Dokument ist es auch bekannt, die Innenfläche des Rasters zu mattieren, um störende Reflexe zu verhindern, wobei hier beschrieben ist, das gesamte Raster auf der Vorderseite mit einer dünnen Metallschicht zu überziehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Hilfe zu schaffen, die die Bildwahrnehmungsmöglichkeit bei allen Lichtverhältnissen insgesamt verbessert, und zwar sowohl bei Betrachtung von Objekten durch das Auge als auch durch künstliche Linsen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte optische Raster mit den Merkmalen des Anspruchs 1 versehen.

Damit wird erstmals eine optische Hilfe geschaffen, mit der optische Fehler des menschlichen Auges oder gewissen Aberrationen künstlicher Linsen, beispielsweise photographischer Linsen, korrigiert werden können, und die nach einem Prinzip arbeitet, welches sich absolut von dem des stenopäischen Lochs oder stenopäischer Brillen unterscheidet. Es ist nämlich erstmals eine Vielzahl in dichten Abständen voneinander liegender quadratischer Öffnungen in einem optischen Raster vorgesehen, welches die Wahrnehmung eines normalen Gesichtsfeldes im Vergleich zu dem stark eingeschränkten Gesichtsfeld der stenopäischen Löcher ermöglicht, die, selbst wenn sie in großer Vielzahl wie in stenopäischen Brillen verwendet werden, das Gesichtsfeld nicht vergrößern, da der Träger gezwungen ist, durch ein einziges Loch zu schauen und den Kopf gemeinsam mit der Brille bewegen muß, um das fehlende Gesichtsfeld beobachten zu können. Da die quadratischen Öffnungen des optischen Rasters gemäß der Erfindung pyramidenstumpfförmige, quadratische Gestalt haben, werden alle unerwünschten Streulichtstrahlen, die die Sicht beeinträchtigen, wirklich vollkommen beseitigt, so daß mit dem Raster die meisten optischen Defekte des menschlichen Auges und die meisten Aberrationen künstlicher Linsen korrigiert werden können, ohne daß die wahrgenommene Helligkeit nennenswert verringert wird, die im Gegenteil sogar durch sehr einfache Mittel noch erhöht werden kann, nämlich durch eine Licht reflektierende Beschichtung an der Außenseite des Rasters oder durch ein Paar Fenster neben dem Gesichtsfeld.

Außerdem wird hier erstmals ein optisches Raster geschaffen, welches die chromatische Wahrnehmung von Linsen durch das einfache Mittel einer Beschichtung der Innenseite des Rasters mit einem matten aber Licht reflektierenden Belag erheblich verbessert.

Für den wichtigsten Vorteil der Erfindung wird jedoch die Tatsache gehalten, daß diese optische Hilfe erstmals in Rasterbrillen wirksam verwendet werden kann, die das Gesichtsfeld des einzelnen nicht einschränken, aber die meisten seiner Sehfehler korrigieren, ohne, abgesehen von der Tatsache, daß sich der Träger erst daran gewöhnen muß, ein Raster vor seinem Augen zu haben, nennenswerte unerwünschte Wirkungen hervorzurufen. In Versuchen mit Freiwilligen hat sich gezeigt, daß die Gewöhnung nur wenige Stunden dauert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilansicht eines optischen Rasters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung von vorn;

Fig. 2 den Schnitt 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rasters in einer Brille;

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Aufbau des Rasters und der Brille gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein zweites Anwendungsbeispiel des optischen Rasters gemäß der Erfindung in Kombination mit einem photographischen Meniskus;

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein optisches Raster gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein optisches Raster gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines dritten Anwendungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rasters mit Mitteln zur Verbesserung der Helligkeit.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Rasters 1 zur Korrektur von Aberrationen gezeigt, welches eine Vielzahl von Balken 2 mit dreieckigem Querschnitt, die parallel zueinander angeordnet sind, und eine Vielzahl von Balken 3 aufweist, die gleichfalls einen dreieckigen Querschnitt haben und auch parallel zueinander, aber rechtwinklig zu den Balken 2 so angeordnet sind, daß die beiden Reihen von Balken 2 und 3 ein Raster unter Freilassung quadratischer Öffnungen 4 für den Durchtritt von Licht bilden.

Die Basen 7 der Balken 2 und 3 weisen zur Innenseite des Rasters, d. h. zu derjenigen Fläche, die der Linse, deren Fehler korrigiert werden sollen, unmittelbar gegenüber zu liegen kommt, während die Scheitel 5 und 6 der Balken 2 und 3 zur Außenseite des Rasters gerichtet sind, d. h. zu der Fläche, in die das Licht einfällt, wie die Pfeile in Fig. 2 zeigen.

Die Öffnungen 4, durch die das Licht durch das Raster hindurchtritt, sind also viereckige Öffnungen, die von den kleineren Grundflächen zwischen den Balken 2 und 3 gebildet sind und eine pyramidenstumpfförmige quadratische Gestalt haben, deren größere Grundfläche zur Außenseite und deren kleinere Grundfläche zur Innenseite des Rasters weist.

Um die unerwünschten Lichtwellen durch Interferenz zweckmäßig zu entfernen und Aberrationen der Linse, der das erfindungsgemäße Raster zugeordnet ist, entsprechend zu korrigieren und gleichzeitig eine bessere Bildwahrnehmung zu ermöglichen, hat sich gezeigt, daß die kleinere Fläche der Öffnungen 4 zu der größeren Fläche dieser Öffnungen in einem Verhältnis von 1:36 bis 1:2,25, vorzugsweise 1:4 stehen muß, denn es ist experimentell festgestellt worden, daß dieser Bereich der Flächenverhältnisse optimale Ergebnisse hervorruft. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die beste Klarheit und Definition der Wahrnehmung beobachteter Gegenstände bei gleichzeitiger absoluter Korrektur sphärischer, astigmatischer und chromatischer Aberrationen, vorausgesetzt daß der Gesamtflächenbereich jeder Öffnung 4 an der kleineren Basis zwischen ca. 0,2 mm und 2 mm pro Seite liegt, d. h. von 0,04 bis 4 mm², und daß die Balken eine Breite von ca. 1 mm haben.

Es ist eine experimentell gestützte Tatsache, daß die Schaffung der Öffnungen von prismenstumpfförmiger Gestalt, deren kleinere Grundflächen zur Innenseite des Rasters und deren größere Grundflächen zur Außenfläche des Rasters gerichtet sind und die so bemessen sind, daß die kleineren Grundflächen derselben im Vergleich zu den größeren Grundflächen in einem Verhältnis von 1:36 bis 1:2,25 stehen, wobei die kleineren Grundflächen ca. 0,04 bis 4 mm² groß sind und die Balken eine Breite von 1 mm haben, überraschend die Korrektur optischer Fehler möglich macht, die mit den bekannten Vorrichtungen einschließlich des Rasters gemäß der mexikanischen Patentschrift 132 553 nicht korrigiert werden konnten. Andererseits ist die Klarheit des wahrgenommenen Bildes um so besser, je niedriger das Verhältnis des kleineren zum größeren Flächenbereich ist.

Fig. 3 und 4 zeigen die Anordnung von konkav aufgebauten Rastern 1 innerhalb der Ringe eines Brillengestells 8 zur Schaffung einer Brille für die Korrektur von Sehfehlern, wie geringer chromatischer Wahrnehmung, Astigmatismus, Weitsichtigkeit und anderer Augenkrankheiten, die von der Kugelgestalt der Hornhaut und Fokussierfehlern der Kristallinse herrühren.

Fig. 5 zeigt ein optisches Raster im Zusammenhang mit einem photographischen Meniskus 9, wie sie üblicherweise in billigen photographischen Kameras verwendet werden. Wenn das Raster in Kombination mit derartigen Linsen verwendet wird, verbessert es die Linsen beträchtlich, und zwar nicht nur hinsichtlich der sphärischen Aberration, die bei dieser Art von Meniskus 9 üblich ist, sondern auch hinsichtlich der chromatischen Aberration, die insbesondere am Umfang der Linse hervorgerufen wird. Dies ermöglicht es den Herstellern von Linsen, eine größere Öffnung der Linse zu nutzen, was einen bedeutenden Fortschritt in der Technik darstellt, da es bei dieser Art von Meniskuslinsen, die, wie schon gesagt, im allgemeinen für billige photographische Kameras verwendet werden, gemäß dem Stand der Technik unerläßlich ist, als einziges Mittel zur Verringerung der Aberration den größeren Teil der Nutzfläche der Linse mittels einer Blende abzudecken und nur die Mitte der Linse zu benutzen. Angesichts seiner Korrigierfähigkeit gegenüber den genannten Aberrationen und seiner verbesserten Bildwahrnehmungsmöglichkeit ermöglicht das optische Raster gemäß der Erfindung die Herstellung von Meniskuslinsen mit viel größeren Öffnungen, ohne dabei jedoch die bekannten Aberrationen hervorzurufen, die im allgemeinen bei dieser Art von Meniskus gegeben sind.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines optischen Rasters, bei dem die Außenfläche des Rasters mit einer Beschichtung 10 überzogen ist, die in Fig. 6 übertrieben dargestellt ist und eine Schicht aus einem Licht reflektierenden Material, z. B. eine metallisierte Schicht oder eine spiegelartige Schicht aufweist, welche die Helligkeit des Rasters im Vergleich zu einem Raster ohne derartige Beschichtung 10 beträchtlich erhöht. Die Anordnung dieses spiegelartigen, reflektierenden Belags auf der Außenfläche des Rasters bringt überraschenderweise, insbesondere bei Benutzung des Rasters an Brillen, eine beträchtliche Verbesserung der Helligkeitswahrnehmung seitens des Trägers der Brille mit den daraus folgenden Vorteilen, die eine solche bessere Lichtwahrnehmung ermöglicht. Es kann also nicht nur eine Brille mit einem optischen Raster gemäß der Erfindung benutzt werden, sondern das Raster gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel kann auch im Zusammenhang mit photographischen Linsen an Orten benutzt werden, die dunkler sind als Orte, an denen das bekannte Raster benutzbar ist.

Der Grund, weshalb die an der Außenseite des gemäß Fig. 6 aufgebauten optischen Rasters angebrachte reflektierende Beschichtung 10 die Lichtwahrnehmung verbessert, ist nicht ganz klar, denn die reflektierende Schicht ist für die Linse, der das optische Raster zugeordnet ist, nicht "sichtbar". Jedoch ist experimentell festgestellt worden, daß es tatsächlich zu dieser erhöhten Helligkeit kommt, insbesondere wenn das optische Raster in einer Brille für die Korrektur von Sehfehlern eines Menschen vorgesehen ist.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Rasters ähnlich dem in Fig. 6 gezeigten. Nur ist hier die Innenseite des Rasters mit einere Beschichtung 11 aus einem Licht reflektierenden Material versehen, welches nicht glänzend sondern eher matt ist, um Streureflexion zu der Linse, der das optische Raster zugeordnet ist, zu vermeiden. Diese Beschichtung verursacht eine bemerkenswerte Verbesserung der Farbwahrnehmung von Bildern. Vorzugsweise ist die Beschichtung 11 ein matter metallischer Überzug, insbesondere ein matter Silberbelag, z. B. Al-Paste. Die Anordnung einer matten Beschichtung 11, die Licht reflektiert, an der Innenseite des optischen Rasters ruft eine bedeutende Verbesserung der chromatischen Wahrnehmung der Linse hervor, der das erfindungsgemäße Raster zugeordnet ist.

Es ist experimentell festgestellt worden, daß diese Verbesserung der chromatischen Wahrnehmung der Linsen tatsächlich stattfindet. Deshalb ist dies das bevorzugte Ausführungsbeispiel des optischen Rasters gemäß der Erfindung beispielsweise für Farbphotographie oder zum Anschauen von Farbfernsehprogrammen durch entsprechende Rasterbrillen.

Fig. 8 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel eines optischen Rasters, welches besonders gut geeignet ist für die Verwendung in Brillen, da in diesem Fall die Helligkeit des Rasters deutlich erhöht ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in jedem der in die Ringe eines entsprechenden Brillengestells eingesetzten Raster 1 zwei rechteckige Seitenfenster 12 und 13 ausgebildet. Es ist experimentell festgestellt worden, daß die Seitenfenster 12 und 13 die Helligkeit des optischen Rasters im Vergleich zu einem Raster ohne diese Seitenfenster beträchtlich erhöhen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise beide Flächen des Rasters schwarz oder zumindest in sehr dunkler Farbe gehalten, um Reflexionen zu den Augen zu vermeiden, deren Fehler korrigiert werden sollen. Die beiden genannten Fenster sind insbesondere an den beiden Seiten jedes in der Brille für jedes Auge des Trägers vorgesehenen Rasters und außerhalb des Präzisionssehfeldes des Brillenträgers vorgesehen, so daß dieser immer durch den Zwischenbereich zwischen den beiden Seitenfenstern 12 und 13 sieht. Infolgedessen sieht er immer durch das optische Raster, so daß seine optischen Fehler voll korrigiert werden und dabei gleichzeitig durch die beiden Seitenfenster die scheinbare Helligkeit deutlich verbessert wird.

Claims (7)

1. Optisches Raster zur Korrektur optischer Fehler von natürlichen und von künstlichen Linsen mit einer ersten Gruppe von parallel zueinander in gleichbleibendem Abstand angeordneten Balken und einer zweiten Gruppe von parallel zueinander im selben gleichbleibenden Abstand angeordneten Balken, wobei die Balken der ersten Gruppe senkrecht zu den Balken der zweiten Gruppe angeordnet sind und die Scheitel der dreieckigen Querschnitt aufweisenden Balken zur Lichteintrittsseite gerichtet sind, so daß die Balkenanordnung ein Raster mit pyramidenstumpfförmigen Zwischenräumen bildet, deren jeweils größere quadratische Grundfläche zur Lichteintrittsseite und deren jeweils kleinere quadratische Grundfläche zur Lichtaustrittsseite des Rasters zeigt, wobei jeweils

• - der Flächeninhalt der größeren Grundfläche in einem Verhältnis von 36:1 bis 2,25:1 zum Flächeninhalt der kleineren Grundfläche steht,
• - der Flächeninhalt der kleineren Grundfläche 0,04 bis 4 mm² beträgt und
• - die Balkenbreite 1 mm beträgt.

2. Optisches Raster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Lichteintrittsseite zeigenden Balkenflächen vollständig mit einer Licht reflektierenden Beschichtung, insbesondere einer metallischen oder spiegelnden Beschichtung überzogen sind.

3. Optisches Raster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Lichtaustrittsseite zeigenden Balkenflächen mit einer matten Licht reflektierenden Beschichtung, vorzugsweise mit einem matten Silberbelag überzogen sind.

4. Optisches Raster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eben ist.

5. Optisches Raster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es konkav zu der zu korrigierenden Linse ist.

6. Optisches Raster nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sein Außenumfang so gestaltet ist, daß das Raster in die Fassungen eines Brillengestells einsetzbar ist.

7. Optisches Raster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster zwei ausgedehnte rechteckige Öffnungen aufweist, die außerhalb des Präzisionssehfeldes des Trägers des Brillengestells liegen.