DE3821079A1

DE3821079A1 - Brillenglas mit einem sich aendernden brechungsindex

Info

Publication number: DE3821079A1
Application number: DE3821079A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Guilino; Herbert Dr Pfeiffer; Helmut Altheimer
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1989-12-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein (Einstärken-) Brillen glas mit einem sich ändernden Brechungsindex, bei dem die stärker gekrümmte Fläche derart gewählt ist, daß die kri tische Dicke des Brillenglases einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt, und der sich ändernde Brechungsindex zur Korrektur der Abbildungsfehler beiträgt.

Brillengläser mit einem sich ändernden Brechungsindex sind in der Literatur mehrfach diskutiert worden. Hierzu wird beispielsweise auf den Übersichtsartikel "Gradient Index Optics" von W.N. Charman (The Ophthalmic Optician, 1981, S. 73-84) sowie die dort angegebene Literatur oder auf die DE-OS 27 07 601 verwiesen.

Während in dieser Literatur im wesentlichen der Ersatz von asphärischen Flächen durch einen "Indexgradienten" oder die zusätzliche Verbesserung der Abbildungseigenschaften bei Brillengläsern mit asphärischen Flächen durch einen Indexgradienten diskutiert wird, ist in der DE-OS 36 16 888 erstmals vorgeschlagen worden, durch die Verwendung eines sich ändernden Brechungsindizes die kritische Dicke, wesentlich stärker zu verringern, als dies allein durch die Verwendung von asphärischen Flächen möglich ist. (Die kritische Dicke ist die Mittendicke bei Brillengläsern mit positiver Wirkung bzw. die Randdicke bei Brillengläsern mit negativer Wirkung.)

In der DE-OS 36 16 888 sind allgemein sich zur optischen Achse rotationssymmetrisch ändernde Brechungsindizes in Betracht gezogen. Der bei den Ausführungsbeispielen der DE-OS 36 16 888 im besonderen verwendete Gradient mit radialer Abhängigkeit ist jedoch vergleichsweise aufwen dig, beispielsweise durch "Verdrillen" und anschließende Wärmebehandlung einer Reihe von konzentrischen Zylindern bzw. Hohlzylindern mit unterschiedlichem Brechungsindex, herstellbar.

Andererseits können Brechungsindex-Variationen vergleichs weise einfach mittels eines Ionen-Austauscherbades herge stellt werden, in das ein Glas- bzw. Kunststoffblock ge taucht wird. Der Ionen-Austausch in dem Bad führt zum Aufbau eines sogenannten "oberflächennormalen" Gradienten. Brechungsindex-Gradienten mit radialem Verlauf lassen sich damit zwar theoretisch durch "Ionen-Austausch" über die zylindrische Oberfläche eines "unendlich", d.h. sehr lan gen Glaszylinders herstellen, in der Praxis ist dies aber bei Brillengläsern wegen der in der Regel sehr geringen Eindringtiefe der Ionen-Austauschwirkung nur bei wenigen Glassorten möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brillenglas mit einem sich ändernden Brechungsindex derart weiterzu bilden, daß ein vergleichsweise einfach zu realisierender Brechungsindex-Gradient verwenden läßt.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß ein oberflächen normaler Gradient, also der Gradientenverlauf, der sich typischerweise bei Ionenaustausch-Verfahren ergibt, bei den für diese Verfahren charakteristischen Eindringtiefen nur einen geringen Einfluß auf die Korrektur der Abbil dungsfehler hat.

Insbesondere ist es nicht möglich, bei einem Brillenglas, dessen stärker gekrümmte Fläche ohne Rücksicht auf die Korrektur der Abbildungsfehler gewählt worden ist, - wie dies beispielsweise in der DE-OS 36 16 888 vorgeschlagen worden ist - die Abbildungsfehler durch einen Gradienten zu korrigieren, der senkrecht zu der augenseitigen Fläche und/oder der Vorderfläche des Brillenglases verläuft.

Dagegen erlaubt - wie ebenfalls erfindungsgemäß erkannt worden ist - ein axialer Gradient, d.h. eine Brechungsin dex-Variation, die nur von der Koordinate z in Richtung der optischen Achse abhängt, und der lediglich in dem Teil des Brillenmaterials vorgesehen ist, das sich in Strahl- Richtung "hinter" dem Scheitelpunkt der augenseitigen Fläche befindet, in sehr günstiger Weise die Korrektur der Abbildungsfehler und die Minimierung der kritischen Dicke. Dabei ergeben sich die folgenden Fallunterscheidungen:

1. Die Reduktion der kritischen Dicke erfolgt dadurch, daß die stärker gekrümmte Fläche deutlich abweichend von der Tscherning′schen Regel durchgebogen ist und/ oder als rotationssymmetrische asphärische Fläche (Anspruch 4) mit nach außen "abnehmender Krümmung" ausgebildet wird. Für den Minusbereich ist die asphä rische Fläche die Rückfläche (augenseitige Fläche - Anspruch 6), für den Plusbereich dagegen die Vorder fläche (Anspruch 5).
Die Korrektion der peripheren Abbildungsfehler erfolgt durch die geeignete Profilgebung des Indexgradienten des Materials ab einer Ebene (augenseitig) durch den hinteren Glasscheitel, die auf der optischen Achse senkrecht steht.
2. Die Reduktion der kritischen Dicke erfolgt durch einen Indexgradienten "zwischen den Glasscheiteln". Der Gra dient ist dabei so orientiert, daß auf der Brillen glasseite, die die stärker gekrümmte Fläche aufweist, der Brechungsindex seinen höchsten Wert hat (Anspruch 3).
Die Indexvariation im Glasmaterial augenseitig einer durch den hinteren Glasscheitel gehenden und zur opti schen Achse senkrechten Ebene dient wiederum zur Kor rektur der peripheren Abbildungsfehler. Die Rückfläche bildet dabei die Basiskurve.
Diese Lösungsmöglichkeit bietet sich vorzugsweise für Plusgläser an.
3. Selbstverständlich ist es möglich, daß sowohl die Indexvariation als auch die Gestaltung der stärker ge krümmten Fläche und insbesondere deren asphärische Ausbildung zur Reduktion der kritischen Dicke und/oder zur Korrektion der peripheren Abbildungsfehler bei tragen.
Diese Lösungsmöglichkeit mit einer als asphärische Fläche ausgebildeten Rückfläche ergibt Minusgläser mit wesentlich geringerer Randdicke und sehr viel besserer Korrektur als bei herkömmlichen Minusgläsern.

Ein axialer Gradient läßt sich - wie im Anspruch 11 bean sprucht - leicht dadurch herstellen, daß zunächst eine "planparallele Platte" beispielsweise einem Ionenaustausch (Anspruch 12) unterzogen wird, und erst nach erfolgtem Einbringen der Brechungsindex-Variation die Begrenzungs flächen des Brillenglases aus dem Block herausgearbeitet werden.

Dabei hat ein derartiger axialer Gradient eine Reihe von sehr vorteilhaften Eigenschaften:

Wenn die beiden Flächen eines üblichen Brillenglases so gewählt werden, daß sich eine geringe kritische Dicke ergibt, d.h. das Brillenglas unter kosmetischen Gesichts punkten ansprechend ist, sind im allgemeinen die Abbil dungseigenschaften des Brillenglases nicht akzeptabel. So übersteigen bereits bei geringer Wirkung (Brechwert) des Brillenglases der Refraktionsfehler und der Astigmatismus selbst bei vergleichsweise kleinen Blickwinkeln von ca. 25° Werte von 1 dpt.

Zur Korrektur der sich bei einem derartigen Brillenglas ergebenden Abbildungsfehler (Refraktionsfehler und Astig matismus) von typischerweise bis zu mehreren Dioptrien werden lediglich Brechungsindex-Variationen benötigt, bei denen der Brechungsindex über einen Bereich von wenigen mm um 0,1 bis 0,3 Einheiten variiert, also beispielsweise bei einem Minusglas von 1,5 auf 1,7 zunimmt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Bereich, über den der Bre chungsindex variiert, in etwa gleich der Scheiteltiefe der augenseitigen Fläche ist (Anspruch 6). Selbstverständlich ist es aber auch möglich, daß der Brechungsindex sich über einen kleineren Bereich (in Richtung der optischen Achse) als die Scheiteltiefe ändert, so daß die "Korrekturwir kung" erst in einem bestimmten Abstand von der optischen Achse "einsetzt" oder bei einem bestimmten Abstand "auf hört" so daß die Brechzahl von diesem Abstand an konstant ist.

Diese Variationsbereiche in der Größenordnung von einigen Millimetern ergeben sich typischerweise gerade durch Io nen-Austauschverfahren.

Überraschender Weise hat sich herausgestellt, daß, wenn der zu korrigierende Fehler (Astigmatismus und/oder Re fraktionsfehler) bei einem Brillenglas mit gleicher Flä chengestaltung und konstantem Brechungsindex (Brechzahl) zu große positive Werte hat, der Brechungsindex hinter dem hinteren Flächenscheitel zunehmen muß. Umgekehrt muß der Brechungsindex abnehmen, wenn der Astigmatismus und/oder der Refraktionsfehler bei einem Glas mit gleicher Flächen gestaltung und homogenem Material zu große negative Werte hat (Anspruch 2). Diese erfindungsgemäße Lehre gilt unab hängig davon, ob es sich bei dem Brillenglas um ein Bril lenglas mit Minus- oder Plus-Wirkung handelt.

Dabei können durch die Variation des Brechungsindex "hin ter dem augenseitigen Flächenscheitel" nahezu beliebige Korrekturbedingungen eingehalten werden. Beispielsweise ist es möglich, den Astigmatismus über einen großen Blick winkelbereich praktisch auf Null zu halten. Ferner ist es auch möglich, ein unter physiologischen Gesichtspunkten optimales Verhältnis zwischen der Größe des Astigmatismus und des Refraktionsfehlers einzuhalten. Beispielsweise ergibt sich ein hoher Visus, wenn die Absolutwerte dieser beiden Größen das Verhältnis 1: 2 annehmen.

Da die Berechnung der Variation des Brechungsindex bei vorgegebenen Flächenverlauf bzw. die Auswahl einer augen seitigen Fläche bei einem durch das Herstellverfahren vorgegebenen Verlauf der Indexänderung einen auf dem ein schlägigen Gebiet tätigen Fachmann durch die vorstehende Lehre ohne weiteres möglich ist, soll auf eine genaue Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden.

In jedem Falle ist es von besonderem Vorteil, daß bei den üblicherweise verwendeten "konkaven" augenseitigen Flächen die Dicke der Schicht, in der sich der Brechungsindex ändert, zum Rand hin zunimmt; dies bedeutet, daß auch die durch die Variation des Brechungsindex erzielten Wirkungen zum Rand hin zunehmen, andererseits werden auch die Abbil dungsfehler, die durch den Brechungsindex-Gradienten kor rigiert werden sollen, zum Rand hin größer, so daß sich ein "gleichsinniger Verlauf" der Wirkung des Brechungs indexgradienten und der zu korrigierenden Größen ergibt!

Noch überraschender ist eine weitere Eigenschaft des er findungsgemäß ausgewählten axialen Gradienten:

Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es nicht ver tretbar, für jede spezielle Wirkung ein gesondertes Bril lenglas herstellen zu müssen, bei dem der Brechungsindex mit einem speziell auf diese Wirkung "zugeschnittenem Profil" variiert.

Für eine ökonomische Fertigung ist es vielmehr erforder lich, einen bestimmten Wirkungsbereich mit sog. Basiskur ven abzudecken. Dies bedeutet, daß zunächst halbfertige Brillengläser (Blanks) gefertigt werden, bei denen ledig lich eine Fläche, in der Regel die aufwendiger herzustel lende Fläche, also beispielsweise eine asphärische Fläche, fertig bearbeitet ist. Um einen bestimmten Wirkungsbereich von typischerweise einigen Dioptrien vollständig abzudec ken, wird dann die zweite Fläche entsprechend der verord neten Wirkung gefertigt.

Bei sphärischen Flächen werden typischerweise 6 bis 8 Basiskurven benötigt, um den Wirkungsbereich von +8 dpt bis -8 dpt abzudecken.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene axiale Variation des Brechungsindex hat nun innerhalb eines derartigen Basis kurven-Systems eine Reihe von unerwarteten Vorteilen:

Durch den erfindungsgemäß zur Korrektur der Abbildungsfeh ler in dem Teil des Glasmaterials "hinter" dem augenseiti gen Flächenscheitel variierenden Brechungsindex hängt die Korrektur des Brillenglases praktisch nicht von der zur Erzielung eines bestimmten Rezeptwertes gewählten Vorder fläche ab. Dies bedeutet, daß sich bei einer Variation der Vorderfläche, wie sie typischerweise benötigt wird, um in der gewünschten Abstufung die verschiedenen Rezeptwerte fertigen zu können, die Abbildungsfehler des Brillenglases bei vorgegebener augenseitiger Fläche und festem Indexpro fil in jedem Falle unter einer bestimmten Grenze halten lassen.

Noch überraschender ist jedoch die Tatsache, daß sich zu einem gegebenen Verlauf des axialen Gradienten einer "planparallelen Platte" immer eine Reihe von Flächen und insbesondere von asphärischen Flächen für ein Basiskurven- System finden lassen, für die sowohl die Forderung nach geringer kritischer Dicke als auch die Forderung nach einer guten Korrektur der Abbildungsfehler erfüllbar ist.

Dies hat zur Folge, daß zur Fertigung benachbarter Basis kurven die gleichen "planparallelen Platten", d.h. in ein und demselben Ionen-Austauscherbad unter gleichen Bedin gungen hergestellten Materialblöcke verwendet werden kön nen.

Damit erlaubt der erfindungsgemäß ausgewählte Verlauf des Brechungsindex eine rationelle Herstellung von Brillenglä sern über einen großen Wirkungsbereich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie ben, in der zeigen:

Fig. 1a einen Querschnitt durch ein Brillenglas mit Plus- Wirkung,

Fig. 1b schematisch den zugehörigen Verlauf des Brechungs index,

Fig. 2a einen Querschnitt durch ein Brillenglas mit Minus- Wirkung,

Fig. 2b schematisch den zugehörigen Verlauf des Brechungs index,

Fig. 3 die Abbildungsfehler eines üblichen Brillenglases mit positiver Wirkung, bei dem der Brechungsindex nicht variiert,

Fig. 4a die Abbildungsfehler eines Brillenglases mit der gleichen Wirkung und der gleichen Flächengestal tung wie bei dem Glas gemäß Fig. 3, bei dem der Brechungsindex erfindungsgemäß variiert wird,

Fig. 4b den zugehörigen Verlauf des Brechungsindex,

Fig. 5 die Abbildungsfehler eines Brillenglases mit kon stantem Brechungsindex und mit einer unter dem Gesichtspunkt der Minimierung der Mittendicke gewählten Vorderfläche,

Fig. 6a die Abbildungsfehler eines Brillenglases mit gleicher Flächengestaltung wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Brillenglas, bei dem jedoch der Brechungsindex in erfindungsgemäßer Weise vari iiert,

Fig. 6b den zugehörigen Verlauf des Brechungsindex,

Fig. 7a die Abbildungsfehler eines Brillenglases, bei dem die Variation des Brechungsindex sowohl zur Kor rektur der Abbildungsfehler als auch zur Reduzie rung der kritischen Dicke dient,

Fig. 7b den zugehörigen Verlauf des Brechungsindex,

Fig. 8 die Abbildungsfehler eines üblichen Brillenglases mit negativer Wirkung, bei dem der Brechungsindex nicht variiert,

Fig. 9 die Abbildungsfehler eines Brillenglases mit kon stantem Brechungsindex und mit einer unter dem Gesichtspunkt der Minimierung der Randdicke gewählten asphärischen augenseitigen Fläche,

Fig. 10a die Abbildungsfehler eines Brillenglases mit gleicher Flächengestaltung wie bei dem in Fig. 9 dargestellten Brillenglas, bei dem jedoch der Brechungsindex in erfindungsgemäßer Weise vari iiert, und

Fig. 10b den zugehörigen Verlauf des Brechungsindex.

Fig. 1a zeigt einen Querschnitt durch ein Brillenglas mit Plus-Wirkung. Dabei ist das im folgenden verwendete Koor dinatensystem x, y, z eingetragen: Die z-Achse des Koordina tensystems liegt in der optischen Achse des Brillenglases, die nicht dargestellte x-Achse steht senkrecht auf der Zeichenebene. Der Nullpunkt 0 des Koordinatensystems liegt im Scheitel S ₂ der augenseitigen Fläche 2.

Der Abstand des Scheitels S ₁ der Vorderfläche 1 vom Schei tel S ₂ der augenseitigen Fläche (Rückfläche) 2 ist die sog. Mittendicke d _m, die bei Gläsern mit positiver Wirkung die kritische Dicke ist.

Ferner sind in Fig. 1a die Randdicke d _r und die sog. Scheiteltiefe d _s eingezeichnet.

Fig. 1b zeigt schematisch den zugehörigen erfindungsge mäßen Verlauf des Brechungsindex n. Der Brechungsindex ist eine Funktion der Koordinate z. Soll durch die Variation des Brechungsindex lediglich eine Korrektion peripherer Abbildungsfehler erfolgen, so ist der Brechungsindex n zwischen den Scheiteln S ₁ und S ₂ des Glases, d.h. für z<0 konstant und hat den Wert n _o. Erfindungsgemäß variiert dann der Brechungsindex lediglich in dem (in Strahlrich tung) hinter der durch den augenseitigen Glasscheitel S ₂ gehenden x/y-Ebene liegenden Material; bei dem schemati schen Beispiel nimmt die Brechzahl n für Werte von z0 von dem Wert n ₀ auf den Wert n(d _s) ab. Dies ist durch eine entsprechende Schraffur angedeutet.

Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch ein Brillenglas mit Minus-Wirkung. Dabei sind gleiche Größen wie in Fig. 1a mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.

Im Gegensatz zu Gläsern mit Plus-Wirkung ist bei Gläsern mit Minus-Wirkung nicht die Mittendicke d _m, sondern die Randdicke d _r die kritische Dicke.

Fig. 2b zeigt schematisch den zugehörigen erfindungsge mäßen Verlauf des Brechungsindex n. Der Brechungsindex ist wiederum lediglich eine Funktion der Koordinate z. Soll durch die Variation des Brechungsindex die Korrektion peripherer Abbildungsfehler erfolgen, so ist der Bre chungsindex n zwischen den Scheiteln S ₁ und S ₂ des Glases, d.h. für z<0 konstant und hat den Wert n ₀. Erfindungsgemäß variiert dann der Brechungsindex lediglich in dem (in Strahlrichtung) "hinter" der durch den augenseitigen Glas scheitel S ₂ gehenden x/y-Ebene liegenden Material; in der Fig. 2b nimmt die Brechzahl n für Werte von z0 von dem Wert n ₀ auf den Wert n(d _s) zu. Dies ist durch eine ent sprechende Schraffur angedeutet.

Im folgenden sollen verschiedene numerische Beispiele für erfindungsgemäße Brillengläser erläutert und mit Brillen gläsern mit konstantem Brechungsindex verglichen werden. Dabei sind in den Fig. 3 bis 7 Gläser mit positiver Wirkung und in den Fig. 8 bis 10 Gläser mit negativer Wirkung dargestellt.

In allen im folgenden besprochenen Figuren bzw. Teilfigu ren a ist der Astigmatismus mit durchgezogenen Linien und der sog. Refraktionsfehler, d.h. die Abweichung des mitt leren Brechwertes in einem Punkt von dem sog. Rezept-Wert mit gestrichelten Linien als Funktion des Blickwinkels σ aufgetragen. Der Astigmatismus Δ S und der Refraktionsfeh ler Δ R sind definiert durch:

Δ S = T - S
Δ R = (T + S)/2 -S′₀;

hierbei sind:

T tangentialer Brechwert,
S sagittaler Brechwert,
S′₀ der Rezept-Wert.

In den Teilfiguren b ist der Brechungsindex (Brechzahl) n als Funktion der in Fig. 1 bzw. 2 definierten Koordinate z aufgetragen.

Sämtliche Gläser mit positiver Wirkung haben die gleiche Gesamtwirkung S′=8,00 dpt, die gleiche Krümmung C ₂=1/R ₂ =5,71 dpt der (sphärischen) augenseitigen Fläche 2 (R: Krümmungsradius im Flächenscheitel) und den gleichen Durchmesser d von 66 mm. Bei den in den Fig. 3, 4 und 7 dargestellten Beispielen ist die Vorderfläche 1 eine sphä rische Fläche, bei den in Fig. 5 und 6 dargestellten Bei spielen dagegen eine asphärische Fläche. Die asphärische rotationssymmetrische Fläche ist ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens eine Kegelschnittfläche.

Die Pfeilhöhe Δ z eines Punktes (= Abstand dieses Punktes vom Flächenscheitel S ₁ in Richtung der optischen Achse z) ist dann gegeben durch:

Δ z = Cr²/(1 + (1 - (K + 1) C ²r ²)⁻^1/2)

mit

r: Abstand des Punktes von der optischen Achse z,
C = 1/R mit R: Krümmungsradius der Fläche im Scheitel S₁,
K: Kegelschnittkoeffizient.

In der folgenden Tabelle 1 sind für die verschiedenen Beispiele die einzelnen Größen numerisch angegeben:

Tabelle 1

Fig. 3 zeigt die Abbildungsfehler in dpt. eines üblichen Brillenglases mit einer Wirkung S′ von 8 dpt. Bei einem derartigen Brillenglas ist die Durchbiegung der Vorderflä che 1 und der Rückfläche 2 ein Kompromiß zwischen der unter dem Gesichtspunkt der Abbildungsqualität optimalen Durchbiegung und der unter kosmetischen Gesichtpunkten erwünschten "flacheren" Flächendurchbiegung. Wie man Fig. 3 entnimmt sind sowohl Astigmatismus als auch der Refrak tionsfehler positiv. Ein positiver Refraktionsfehler ist eigentlich nicht erwünscht, da er nicht durch Akkommodie ren ausgeglichen werden kann.

Fig. 4a zeigt den Verlauf des Astigmatismus und des Re fraktionsfehlers als Funktion des Blickwinkels für ein Brillenglas mit gleicher Flächengestaltung wie bei dem Brillenglas gemäß Fig. 3. Bei dem in Fig. 4a dargestellten Brillenglas variiert jedoch der Brechungsindex n als Funk tion von z in der in Fig. 4b dargestellten Weise. Der Brechungsindex ist dabei "zwischen" den Flächenscheiteln S ₁ und S ₂ konstant und hat den Wert 1,525 und nimmt "hin ter" der x/y-Ebene in der in Fig. 4b dargestellten Weise zur Korrektur der Bildfehler zu. Die Zunahme ist eine Folge der Tatsache, daß der in erster Linie zu korrigie rende Bildfehler (Astigmatismus) über den Blickwinkelbe reich zu große postive Werte hat.

Dabei ist bei der Auswahl der Brechzahl-Variation bewußt kein Wert auf die Verringerung der kritischen Dicke, d.h. der Mittendicke bei Plusgläsern gelegt worden, sondern lediglich eine weitergehende Korrektur der Abbildungsfeh ler angestrebt worden. Wie man sieht, läßt sich der Astig matismus bis zu einem Wert des Blickwinkels σ von 40° praktisch auf 0 dpt. halten. Der Refraktionsfehler nimmt zwar zu größeren Blickwinkeln auf den vergleichsweise geringen Wert von ca. -0,7 dpt. zu, der negative Refrak tionsfehler kann aber - zumindest bei nicht Voll-Presbyo pen - durch Akkommodieren ausgeglichen werden. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß sich - obwohl lediglich eine Größe zur Korrektur zweier Bildfehler zur Verfügung steht - ein physiologisch günstiger Verlauf des nicht in erster Linie korrigierten Bildfehlers (Refraktionsfehlers) er gibt.

Fig. 5 zeigt den Verlauf der Abbildungsfehler für ein Brillenglas, bei dem die Vorderfläche asphärisch gestaltet ist. Die Vorderfläche ist dabei ein Kegelschnitt, dessen charakteristische Größen in Tabelle 1 angegeben sind. Der Verlauf der asphärischen Flächengestaltung ist dabei nur unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Mittendicke d _m, nicht jedoch unter dem Gesichtspunkt der Korrektion gewählt. Wie man unschwer Fig. 5 entnimmt, ergeben sich bei "konstantem Brechungsindex" bereits bei vergleichswei se geringen Blickwinkel σ von 30° nichtakzeptable Bildfeh ler: So sind der Refraktionsfehler (gestrichelte Linie) und der Astigmatismus (durchgezogene Linie) jeweils größer als ca. -3,0 dpt.

Fig. 6a zeigt den Verlauf der Bildfehler für ein Brillen glas mit gleicher Flächengestaltung wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Brillenglas, der Brechnungsindex variiert jedoch in der in Fig. 6b dargestellten Weise. Die Abnahme der Brechzahl ist eine Folge der Tatsache, daß die zu korrigierenden Bildfehler (Refraktionsfehler und Astigma tismus) wesentlich zu große negative Werte haben.

Wie man sieht, können durch die Variation des Brechungsin dex beide Bildfehler so korrigiert werden, daß der Astigma tismus über den gesamten Blickwinkelbereich praktisch 0 dpt. beträgt, während der Refraktionsfehler selbst bei einem Blickwinkel σ von 40° kleiner als -1,0 dpt. ist. Dabei ist wiederum zu beachten, daß negative Werte des Refraktionsfehlers leicht durch Akkommodieren ausgeglichen werden können.

Fig. 7a zeigt den Verlauf der Bildfehler für ein Brillen glas, dessen Begrenzungsflächen sphärische Flächen sind. Zur Verringerung der Mittendicke d _m ist sowohl die Durch biegung der Flächen "stärker abweichend" von der Tscher ning′schen Regel als bei dem in Fig. 3 dargestellten Bril lenglas gewählt, als auch zusätzlich eine Variation des Brechungsindex "zwischen den Glasscheiteln S ₁ und S ₂" eingeführt. Der Brechnungsindex variiert - wie in Fig. 7b dargestellt - also nicht nur "hinter der augenseitigen Fläche", sondern auch derart, daß er im Bereich der stär ker zum Brechwert beitragenden Fläche, d.h. im Bereich der Vorderfläche bei einem Glas mit Plus-Wirkung einen größe ren Wert als im Grundmaterial hat.

Dabei kann bei einer Gesamtwirkung des Brillenglases von 8,0 dpt. und einem Ausgangs-Brechungsindex von 1,525 die Mittendicke gegenüber üblichen Brillengläsern gemäß Fig. 3 um 25% verringert werden. Trotzdem ist es möglich, be stimmte Korrektionsbedingungen einzuhalten; bei dem ge zeigten Ausführungsbeispiel ist als Korrektionsbedingung verwendet worden, daß der Astigmatismus über den gesamten Blickwinkelbereich praktisch gleich Null ist.

Im folgenden sollen Gläser mit Minuswirkung als weitere Ausführungsbeispiele erläutert werden.

Sämtliche Gläser mit Minus-Wirkung haben die gleiche Ge samtwirkung S′= -10,00 dpt, die gleiche Krümmung C ₁=1/R ₁= 3,81 dpt der (sphärischen) Vorderfläche 1 und den gleichen Durchmesser d von 66 mm. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Beispiel ist die Rückfläche 1 eine sphärische Fläche, bei den in Fig. 9 und 10 dargestellten Beispielen dagegen eine asphärische Fläche. Die asphärische rotationssymmetrische Fläche ist ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens eine Kegelschnittfläche, deren Pfeilhöhe Δ z wiede rum durch die vorstehend angegebene Kegelschnittgleichung gegeben ist. Dabei beziehen sich die Kegelschnittgrößen C=1/R ₂ und K natürlich auf die augenseitige Fläche 2; R ₂ ist der Krümmungsradius der Rückfläche im Scheitel S ₂.

In der folgenden Tabelle 2 sind für die verschiedenen Beispiele die einzelnen Größen numerisch angegeben:

Tabelle 2

Fig. 8 zeigt ein übliches Brillenglas mit konstantem Brechungsindex, bei dem die Durchbiegung der Vorderfläche 1 und der augenseitigen Fläche 2 als Kompromiß zwischen der unter dem Gesichtspunkt der Abbildungsfehler optimalen Durchbiegung und der aus kosmetischen erwünschten flache ren Durchbiegung gewählt ist. Wie man sieht, sind zwar die Bildfehler vergleichsweise klein, die Randdicke d _R ist jedoch mit 13,95 mm sehr groß, so daß das Glas kaum in modische Brillenfassungen eingeschliffen werden kann und darüberhinaus sehr schwer ist.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel für ein Glas mit Minus-Wirkung, bei dem zur Verringerung der Randdicke die augenseitige Fläche 2 als asphärische Fläche ausgebildet ist. Die au genseitige Fläche 2 ist ohne Beschränkung der Allgemein heit eine Kegelschnittfläche, deren charakteristische Größen ist Tabelle 2 angegeben sind. Durch die Verwendung dieser asphärischen Fläche läßt Sich zwar die Randdicke d _r beträchtlich auf 6,98 mm verringern, die Bildfehler, der Refraktionsfehler und der Astigmatismus erreichen jedoch bereits bei Bildwinkeln von weniger als 20° nicht akzep table Werte von 2,5 dpt und größer.

Fig. 10a zeigt die Wirkung einer Brechungsindex-Variation "hinter dem augenseitigen Flächenscheitel S ₂" auf die Abbildungsfehler. Die Flächengestaltung des Glases und damit auch die Mitten- und Randdicke entsprechen dem in Fig. 9 dargestellten Glas. Insbesondere sind die einzel nen Größe der Kegelschnittfläche der Tabelle 2 zu entneh men.

Durch die Variation des Brechungsindex lassen sich die in Fig. 9 dargestellten, durch die Flächengestaltung hervor gerufenen Abbildungsfehler auf sehr kleine Werte korrigie ren. Insbesondere ist bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum die Korrekturbedingung "Astigmatismus über den Blickwinkelbereich praktisch = 0" eingehalten worden.

Da im "homogenen Fall" sowohl der Refraktionsfehler als auch der Astigmatismus positive Werte angenommen haben, ist - wie Fig. 10b zeigt - ein Ansteigen der Brechzahl hinter dem augenseitigen Flächenscheitel (z=0) erforder lich. Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungs beispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens beschrieben worden.

Insbesondere läßt sich der im Anspruch 1 niedergelegte allgemeine Erfindungsgedanke auf Gläser aus beliebigen Materialien und mit beliebiger Flächengestaltung anwenden. So ist es nicht erforderlich, daß die "Ausgangs"-Brechzahl den Wert 1,525 hat. Je nach Ausgangsmaterial kann die Brechzahl selbstverständlich niedriger - beispielsweise 1,5 bei Kunststoffmaterialien - oder höher sein und bei spielsweise Werte von 1,6 oder 1,7 (typische Werte von hochbrechenden Gläsern) haben. Auch ist es nicht erforder lich, daß als asphärische Fläche eine Kegelschnittfläche verwendet wird. Selbstverständlich können auch komplizier tere asphärische Flächen verwendet werden, die insbesonde re auch bereits durch die Flächengestaltung zur Korrektur der Bildfehler beitragen. Ferner können auch beide Flächen als asphärische Flächen ausgebildet sein und/oder die Vorderfläche eine Zylinderwirkung aufweisen.

Ferner ist es selbstverständlich nicht erforderlich, daß immer die Korrekturbedingung "Astigmatismus über den Blickwinkelbereich angenähert = 0" eingehalten wird. Je nach Anwendungsfall oder Vorgabe können auch andere Kor rekturbedingungen, beispielsweise die Bedingung "Absolut wert des Refraktionsfehlers/Absolutwert Astigmatismus = 2 : 1" eingehalten werden.

In jedem Fall gilt aber die erfindungsgemäße Lehre, daß die Brechzahl zunehmen muß, wenn der zu korrigierende Fehler zu große positive Werte hat, bzw. abnehmen muß, wenn der zu korrigierende Fehler (Astigmatismus oder Re fraktionsfehler) "zu große" negative Werte aufweist.

Claims

1. Brillenglas mit einem sich ändernden Brechungsindex, bei dem die stärker gekrümmte Fläche derart gewählt ist, daß die kritische Dicke des Brillenglases einen vorgegebe nen Wert nicht übersteigt, und der sich ändernde Bre chungsindex zur Korrektur der Abbildungsfehler beiträgt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- der Brechungsindex n ist lediglich eine Funktion der in Richtung der optischen Achse verlaufenden Koordinate z,
- zur Korrektur der Abbildungsfehler dient die Änderung des Brechungsindex für z0, wobei z=0 der Scheitel (S ₂) der augenseitigen Fläche (2) ist.

2. Brillenglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des Astigmatis mus und/oder des Refraktionsfehlers der Brechungsindex für z0 zunimmt, wenn die Astigmatismus- bzw. Refraktionsfeh lerwerte bei gleicher Flächengestaltung und konstantem Brechungsindex positiv sind, und abnimmt, wenn die Astig matismus- bzw. Refraktionsfehlerwerte negativ sind.

3. Brillenglas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur Reduzierung der kri tischen Dicke des Brillenglases der Brechungsindex zwi schen dem Scheitel S ₁ (z= -d _m) der Vorderfläche und dem Scheitel S ₂ (z=0) der augenseitigen Fläche derart ändert, daß er auf der Seite der stärker gekrümmten Fläche seinen größten Wert hat.

4. Brillenglas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Fläche eine asphärische Fläche ist.

5. Brillenglas mit Plus-Wirkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die asphärische Fläche die Vorderfläche ist.

6. Brillenglas mit Minus-Wirkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die asphärische Fläche die augenseitige Fläche ist.

7. Brillenglas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Brechungsindex zur Korrektur der Abbildungsfehler über einen Bereich ändert, der in etwa gleich der Scheiteltiefe der augenseitigen Fläche ist.

8. Brillenglas nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Brechungsindex in diesem Bereich bei Gläsern mit Pluswirkung um etwa 0,1-0,2 Einheiten und bei Gläsern mit Minuswirkung um etwa 0,2-0,5 Einheiten ändert.

9. Brillenglas-Serie, bei der eine Fläche zur Überdeckung eines bestimmten Wirkungsbereichs in einer gewissen Zahl von sog. Basiskurven mit abgestuftem Flächenbrechwert verfügbar ist, und die zweite Fläche zur Erzielung der sog. Rezeptwirkung in einem bestimmten Flächenbrechwert- Bereich gewählt wird, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungsindexfunktion n(z) über einen bestimmten Wirkungsbereich unabhängig von dem Flächenbrechwert der zweiten Fläche ist.

10. Brillenglas-Serie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungsindexfunktion n(z) wenigstens für einige der Basiskurven gleich ist.

11. Verfahren zur Herstellung von Brillengläsern nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine planparallele Platte hergestellt wird, daß senkrecht zu wenigstens einer der beiden Begrenzungs flächen der Platte eine Variation des Brechungsindex er zeugt wird, und daß anschließend die gekrümmten Begren zungsflächen des Brillenglases hergestellt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation des Brechungsin dex durch Eintauchen der planparallelen Platte in ein Ionen-Austauscherbad erzeugt wird.