Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitsicht-Brillenglas mit einer brechenden Fläche örtlich unterschiedlicher Brechkraft.
Das menschliche Auge ist ein empfindliches, jedoch optisch relativ einfaches Organ. Es enthält eine Linse für den Empfang von Licht von verschiedenen Objekten im Gesichtsfeld des Auges. Hinter der Linse befindet sich die Netzhaut. Die Linse ist von einer Reihe von Muskeln umgeben, welche die Krümmung der Linse zum scharfen Abbilden von in verschiedenen Entfernungen vom Auge befindlichen Objekten auf der Netzhaut vergrössern oder verkleinern können. Wenn ein normales Auge ein relativ weit entferntes Objekt, d.h. ein Objekt im Weitsichtbereich betrachtet, sind die Augenlinse und die Muskeln entspannt.
In diesem Zustand hat die indeale Augenlinse die richtige Oberflächenkrümmung um das entfernte Objekt auf der Netzhaut scharf ahzubilden. Bei der Betrachtung von relativ nahen Objekten, d.h. von Objekten im Nahsichtbereich wirken die Augenmuskeln auf die Linse, so dass deren Krümmung genügend zunimmt, d.h. die Brennweite der Linse genügend abnimmt, um das Bild der nahen Objekte auf der Netzhaut scharf abzubilden. Die Fähigkeit des Auges zur Einstellung auf verschiedene Objektweiten wird als Akkommodation bezeichnet. Mit zunehmendem Alter nimmt beim Menschen die Akkommodationsbreite infolge Versteifung und Schwächung der Augenmuskeln ab. Zum Beispiel kann ein Kind die Brechkraft seiner Augen in einem Bereich von mindestens 14 Dioptrien ändern.
Bei einer Person mittleren Alters ist der Akkommodationsbereich meist nur noch 3 Dioptrien und im hohen Alter kann die Akkommodationsfähigkeit völlig verloren gehen.
Schon seit langer Zeit suchen Wissenschaftler und Optiker nach Mitteln, um der Abnahme der Akkommodationsbreite des Auges mit zunehmendem Alter zu begegnen. Das bekannteste Mittel zur Verbesserung dieses Zustandes ist die Verwendung von Brillen mit korrigierenden Brillengläsern, die mehrere, verschieden stark gekrümmte sphärische Oberflächen aufweist sen. Solche Brillengläser werden als bifokale oder trifolcale Gläser bezeichnet, je nachdem ob das Brillenglas an seiner einen Fläche zwei oder drei verschieden stark gekrümmte sphärische Teile besitzt. Ein bifokales Glas besitzt zwei Segmente mit verschiedener Brechkraft.
Die Brechkräfte der beiden Segmente sind so gewählt, dass das eine Segment Objekte im Nahsichtbereich und das andere Segment Objekte im Weitsichtbereich scharf auf der Netzhaut abbildet. Bei einem trifokalen Glas ist zwischen den beiden vorstehend genannten Segmenten ein drittes sphärisches Segment vorhanden, das Objekte in einem zwischen dem Weitsichtbereich und dem Nahsichtbereich liegenden Sichtbereich scharf auf der Netzhaut abbilden kann. Die andere Fläche eines solchen multifokalen Brillenglases ist entweder sphärisch oder torisch ausgebildet zur Anpassung des multifokalen Glases an die spezielle Fehlsichtigkeit des Benutzers.
Bekannte multifokale Brillengläser weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Ein erster Nachteil ist, dass zwischen den verschiedenen Segmenten eines bekannten, multifokalen Glases eine scharfe Trennungslinie vorhanden ist, an der beim Übergang des Blicks von einem Segment zum anderen ein Bildsprung auftritt. Für die Benutzer solcher Brillengläser ist der Bildsprung, an den sie sich nur schwer gewöhnen, sehr störend.
Ein zweiter Nachteil ist der, dass Personen mit stark verringerter Akkommodationsbreite Objekte in Entfernungen zwischen denjenigen, an die die einzelnen Segmente der Gläser angepasst sind, nicht scharf sehen können. Ein dritter Nachteil ist der, dass besonders junge Leute mit verringerter Akkommodationsbreite oft schwer zu überzeugen sind, dass sie multifokale Brillengläser benötigen. Dies deswegen, da eine verringerte Akkommodationsbreite mit dem Alter verbunden ist. Das übliche, multifokale Brillenglas hat eine deutlich sichtbare Trennungslinie zwischen den verschiedenen Segmenten, welche von in der Nähe des Brillenträgers befindlichen Leuten gut gesehen werden kann. Bei multifokalen Brillengläsern bestehen somit ausser den optischen auch kosmetische Probleme.
Die naheliegendste Lösung dieser Probleme ist das Anordnen eines Segments für ein Zwischensichtfeld zwischen den Segmenten für das Nahsichtfeld und das Weitsichtfeld, dessen Brechkraft von derjenigen des Segments für das Weitsichtfeld kontinuierlich auf diejenige des Segments für das Nahsichtfeld zunimmt. Durch diese Massnahme wird ein Brillenglas erhalten.
bei dem die optischen und kosmetischen Probleme so weit gelöst sind, dass kein Bildsprung zwischen den einzelnen Segmenten auftritt und keine störenden, sichtbaren Trennungslinien zwischen den verschiedenen Segmenten vorhanden sind.
Zudem sind alle Brechkräfte zwischen der Brechkraft des Weitsichtteils und der Brechkraft des Nahsichtteils des Glases vorhanden, so dass der Brillenglasträger Objekte in einer beliebigen Entfernung innerhalb des Zwischensichtfeldes durch einen Teil des Zwischensegments scharf sehen kann. Ein solches Brillenglas ist als Gleitsicht-Brillenglas bekannt.
Eine ausgezeichnete Abhandlung über die Eigenschaften solcher Brillengläser wurde von A.G. Bennett in der Ausgabe vom Oktober und November 1970 sowie vom Februar und März 1971 der Zeitschrift The Optician veröffentlicht. In dieser Abhandlung sind die verschiedenen Anstrengungen besprochen, die in den letzten 70 Jahren von Wissenschaftlern und Optikern unternommen wurden, um befriedigende Gleitsicht-Brillengläser zu schaffen.
Alle bekannten Gleitsicht-Brillengläser haben jedoch zumindest einen gemeinsamen Fehler, der davon herrüht, dass eine asphärische Fläche, wie sie solche Brillengläser besitzen, unvermeidlicherweise einen Astigmatismus und eine Verzeichnung bestimmter Grösse der brechenden Fläche, insbesondere in den peripheren Teilen der Übergangszone besitzen.
Dieser Verzeichnung erzeugt im Blickfeld des Benutzers eine Zone der Verwirrung, die oft zur Ablehnung eines solchen Glases Anlass gibt. Zudem bewirkt der Astigmatismus eine Abbildungsunschärfe, die ebenfalls nicht erwünscht ist.
Eine Verzeichnung tritt immer auf, wenn die brechende Fläche einen Astigmatismus besitzt. Diese Verzeichnung sowie der Astigmatismus sind einer optischen Fläche mit progressiv sich ändernder Brechkraft innewohnende Eigenschaften. Es wurden viele Anstrenungen unternommen, um den Astigmatismus zu verringern. Diese Anstrengungen konzentrierten sich auf die Art der Ausbildung der asphärischen Krümmung.
Die erfolgreicheren Lösungen dieser Art beruhen auf einer Verteilung des Astigmatismus über einen grossen Teil der brechenden Fläche. Dadurch kann der Brillenglasträger übliche Schriftstücke lesen, ohne den Kopf bewegen zu müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Gleitsicht-Brillenglases, bei dem der Astigmatismus und die Verzeichnung in den peripheren Bereichen des Glases wesentlich verringert sind, das eine grosse Freiheit in der Wahl der Konstruktionsparameter ermöglicht, so dass das Brillenglas an die verschiedenen Erfordernisse angepasst werden kann und das relativ einfach im Aufbau und dadurch für die Massenherstellung geeignet ist.
Erfindungsgemäss ist das Gleitsicht-Brillenglas dadurch gekennzeichnet, dass die brechende Fläche eine erste Sichtzone mit einem glatten, gekrümmten Hauptmeridian aufweist, wobei die Brechkraft am unteren Ende des Hauptmeridians grösser ist als am oberen, und zum Hauptmeridian senkrechte Ebenen mit der brechenden Fläche der genannten Sichtzone Schnittkurven bilden, deren Krümmungen im Schnittpunkt mit dem Hauptmeridian wenigstens angenähert gleich der Krümmung des Hauptmeridians im betreffenden Schnittpunkt sind, dass die erste Sichtzone auf der brechenden Fläche eine von ihrem oberen zu ihrem unteren Rand zunehmende Brechkraft hat, und dass sich an die erste Sichtzone in vertikaler Richtung eine zweite Sichtzone anschliesst, die eine konstante Brechkraft besitzt,
wobei an der Grenzlinie zwischen den beiden Sichtzonen die Brechkraft von oben nach unten sprunghaft um weniger als 0,5 dpt zunimmt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Gleitsicht-Brillenglases,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt des Glases nach der Fig. 1 längs des vertikalen Hauptmeridians,
Fig. 3 eine Vorderansicht eines Gleitsicht-Brillenglases, welche die verschiedenen Sichtzonen des Glases und den zugehörigen Brechkraftverlauf zeigt,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Technik, die zur Erzeugung der brechenden Fläche in Fig. 3 verwendet wird,
Fig. 5 eine Vorderansicht eines Gleitsicht-Brillenglases, dessen Zwischenteil und Nahsichtteil in seitlicher Richtung in mehrere Bereiche aufgeteilt ist, von denen die äussersten Bereiche vollständig bezüglich der Verzeichnung korrigiert sind,
Fig.
6 bis 11 Darstellungen eines durch verschiedene Gleitsicht-Brillengläser gesehenen quadratischen Gitters,
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines symmetrischen Gleitsicht-Brillenglases, welches um 10 aus der Vertikalen gedreht wurde zur Anpassung an den abnehmenden Pupillenabstand beim Betrachten von näheren Objekten,
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines angepassten Brillenglaspaares, welches die benötigte Drehung um 10 kompensiert,
Fig. 14A bis 14C Beispiele von Brechkraftverläufen mit Diskontinuitäten,
Fig. 15 eine Tabelle der Wirkung der Diskontinuitäten von Brechkraftverläufen,
Fig. 16 und 17 Darstellungen eines durch ein multifokales Brillenglas ohne bzw. mit endlichen Brechkraftdiskontinuitäten an den Grenzen einer Zwischenbetrachtungszone gesehenen quadratischen Gitters,
Fig.
18 eine Vorderansicht eines Gleitsicht-Brillenglases, bei dem die endlichen Brechkraftdiskontinuitäten an den Grenzen der Zwischenzone ineinander übergehen und damit nicht sichtbar sind,
Fig. 19 eine Vorderansicht eines multifokalen Brillenglases, dessen Zwischensegment und Nahsichtsegment in seitlicher Richtung in eine Mehrzahl Bereiche unterteilt ist, von denen die äussersten Bereiche nur eine normale Verzeichnung zeigen, welches Brillenglas einem Fabrikationsprozess zum Unsichtbarmachen der Segmenttrennungslinien unterworfen werden kann,
Fig. 20 eine Darstellung eines durch ein multifokales Brillenglas gesehenen quadratischen Gitters, und
Fig. 21 eine Vorderansicht des multifokalen Brillenglases mit dem das in der Fig.
20 dargestellte Bild erhalten wurde, bei welchem Glas die Oberflächendiskontinuitäten an den Grenzen zwischen den Segmenten ineinander übergehen und damit unsichtbar sind.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Hinweis- zahlen bezeichnet.
In der Fig. 1 ist ein Gleitsicht-Brillenglas 10 dargestellt. Das Glas 10 besteht aus einem optischen Material mit überall gleicher Brechzahl, beispielsweise aus Glas mit optischer Qualität oder einem der bekannten Kunststoffe mit optischer Qualität, zum Beispiel CR-39 (Allyldiglycolcarbonat), Lexan (Polycarbonat) oder Methylmethacrylat. Die sich ändernde Brechkraft des Glases 10 wird durch die asphärische Form einer der beiden Glasflächen erhalten. Im allgemeinen ist die Vorderfläche des Glases die asphärische Fläche, d. h.
diejenige Glasfläche, welche konvex ist. Der Hauptgrund für die Wahl der Vorderfläche ist der, dass die üblichen Schleifund Poliermaschinen zum Erzeugen der zur Korrektur der Fehlsichtigkeit dienenden sphärischen oder torischen Fläche auf der Hinterseite des Brillenglases ausgebildet sind. Aus diesem Grund wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass sich die asphärische Fläche auf der Vorderfläche der Brillengläser befindet.
In der Beschreibung wird vorausgesetzt, dass das Brillenglas eine feste Lage im Raum einnimmt, die angenähert der Position entspricht, in der das Glas getragen wird. Wie die Fig. 1 zeigt. ist das Glas 10 so orientiert, dass die asphärische Fläche eine erste vertikale Ebene 12 im geometrischen Zentrum 14 des Glases 1 tl berührt. Eine zweite, zur ersten Ebene senkrechte, vertikale Ebene 16 schneidet das Brillenglas 10 ebenfalls im Punkt 14 und teilt das Glas 10 in zwei symmetrische Hälften. Die Ebene
16 wird vertikale Hauptmeridianebene genannt. Die vertikale Hauptmeridianebene 16 schneidet die asphärische Fläche des Glases I 10 in einer ebenen Kurve 1 X, welche Hauptmeridian- kurve genannt wird.
Wenn das Brillenglas 10 die gewünschte Wirkung besitzen soll, muss die Hauptmeridianlinie 18 kontinuierlich sein und eine sich kontinuierlich ändernde Neigung besitzen. Die Erfüllung der ersten Bedingung gewährleistet. dass längs der Hauptmeridianlinie keine sichtbare Diskontinuität in der Glasoberfläche vorhanden ist. Die Erfüllung der zweiten Bedingung gewährleistet, dass kein Bildsprung auftritt, wenn sich der Blick des Trägers in vertikaler Richtung längs der Hauptmeridianlinie bewegt. Zur Erzielung einer progressiven Akkommodation durch das Brillenglas nimmt die Krümmung der Hauptmeridiankurve nach unten in positiver Richtung von einem Weitsichtwert in der Nähe des oberen Endes bis zu einem Nahsichtwert in der Nähe des unteren Endes des Glases zu.
Die Grösse der zusätzlichen Brechkraft (allgemein als Zusatzwirkung bezeichnet) zwischen der oberen Grenze und unteren Grenze kann entsprechend der speziellen Konstruktion variieren. Die absolute Grösse der zusätzlichen Brechkraft ist verschieden und hängt von der Grösse der noch vorhandenen Akkommodationsbreite des Brillenglasträgers ab. Die Grösse der Zusatzwirkung längs der Hauptmeridianlinie 18 ist ebenfalls verschieden, d. h.
sie kann über einen relativ kurzen Teil der Hauptmeridianlinie auftreten oder über deren ganze Länge.
Vorzugsweise ist der Astigmatismus längs der Hauptmeridianlinie 18 praktisch Null. Der Astigmatismus wird in Bezug auf einen Punkt auf einer brechenden Fläche und zwei zueinander senkrechten sich schneidenden Ebenen definiert, die durch die Normale der brechenden Fläche im genannten Punkt gehen. Die erste oder sagittale Ebene ist durch den kleinsten und die zweite oder meridionale Ebene durch den maximalen Krümmungsradius der brechenden Fläche im genannten Punkt bestimmt. Die Grösse des Astigmatismus ist die Differenz zwischen der Brechkraft des Brillenglases in der ersten Ebene und der Brechkraft des Brillenglases in der zweiten Ebene. Die Krümmungen der brechenden Fläche in einem Punkt in der sagittalen Ebene und der meridionalen Ebene sind die Hauptkrümmungen in diesem Punkt.
Dieser Astigmatismus kann als Eigenastigmatismus bezeichnet werden zum Unterschied vom Astigmatismus, der sich ergibt, wenn eine sphärische Ober- fläche durch schräg einfallende Lichtstrahlen beleuchtet wird.
Längs der vertikalen Hauptmeridiankurve 18 ist die brechende Fläche ombilisch, d. h. jeder Punkt der Fläche, der auf der Kurve 18 liegt, besitzt nur einen Krümmungsradius.
Wenn r der Krümmungsradius der Hauptmeridianlinie im Punkt Q und n die Brechkraft des Glases ist, dann ist, wenn die Hauptkrümmungen im Punkt Q gleich sind, die Brechkraft PO in diesem Punkt gegeben durch: P0= (n-l)/r Die Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Brillenglases I 10 längs der vertikalen Hauptmeridianebene 16. Die Krümmungsmittelpunkte der Hauptmeridianlinie 18 liegen auf einer kontinuierlichen, ebenen Kurve 22, welche die Evolute der Hauptmeridianlinie genannt wird und ebenfalls in der Hauptmeridianebene liegt. Jedem Punkt Q der Hauptmeridianlinie 18 entspricht ein Punkt q auf der Evolute. Der zwei solche Punkte verbindende Radiusvektor 20 bildet eine durch den Punkt Q gehende Senkrechte zur Hauptmeridianlinie 18 und eine durch den Punkt q gehende Tangente an der Evolute 22.
Eine besonders vorteilhafte Form eines Gleitsicht-Brillenglases ist in der Fig. 3 dargestellt. Das Brillenglas 30 besitzt 3 in vertikaler Richtung aufeinanderfolgende Sichtzonen 32, 36 und 34. Eine vertikale Hauptmeridianlinie 18 teilt hier ebenfalls das Glas 30 in zwei Teile. Die oberste Sichtzone 32 des Glases besitzt eine konstante Brechkraft zum Betrachten von Objekten im Weitsichtbereich, d.h. die Vorderfläche der Zone 32 ist sphärisch. Die unterste Sichtzone 34 besitzt ebenfalls eine konstante Brechkraft zum Betrachten von Objekten im Nahsichtbereich. Zwischen den Zonen 32 und 33 ist die Zwischensichtzone 36 mit progressiver Brechkraft vorgesehen, die einen gleitenden, optischen Übergang zwischen den Zonen 32 und 34 bildet.
Das heisst, die Brechkraft der Zone 36 ändert sich von einer ersten Brechkraft an ihrem oberen Ende kontinuierlich bis zu einer zweiten, höheren Brechkraft an ihrem unteren Ende. Dadurch ist die Forderung erfüllt, dass die Brechkraft eines Gleitsicht-Brillenglases längs der Hauptmeridiankurve von oben nach unten zunehmen muss.
Die Höhe der Zwischensichtzone 36 ist mit h bezeichnet.
Die Kurve auf der rechten Seite der Fig. 3 ist der Brechkraftverlauf des Brillenglases 30. Im vorliegenden Fall besteht die Kurve aus drei linearen Teilen 38, 40 und 42, welche die Brechkräfte längs der Hauptmeridianlinie B in den Zonen 32, 34 bzw.
36 des Glases 30 angeben. Wie die Teile 38 und 40 zeigen, besitzen die Sichtzonen 34 und 32 je eine konstante Brechkraft, wobei die Brechkraft der Zone 34 grösser ist als diejenige der Zone 32. Der geneigte Teil 42 der Brechkraftkurve zeigt, dass sich die Brechkraft in der Zone 36 linear ändert. Die Kurve der
Fig. 3 ist ein typisches Beispiel eines Brechkraftverlaufs, wie es oft bei Gleitsicht-Brillengläsern verwendet wird. Die Höhe h ist verschieden und kann bis zur vollen Höhe des Brillenglases zunehmen.
Der in der Fig. 3 dargestellte Brechkraftverlauf ist in der Gleitsichtzone linear. Der Brechkraftverlauf muss jedoch nicht linear sein, sondern kann eine beliebige an einen speziellen Fall angepasste Form besitzen. Der Brechkraftverlauf sollte jedoch eine kontinuierliche Kurve in der Gleitsichtzone sein, wobei jedoch kleine Diskontinuitäten vorhanden sein können.
Die grundsätzliche Form der Fläche mit progessivem Brechkraftverlauf nach der Fig. 3 ist in der Fig. 4 dargestellt. Die brechende Fläche mit progressiver Brechkraft wird durch einen Kreisbogen C mit veränderlichem Radius und konstanter Neigung erhalten, welcher nacheinander durch alle Punkte Q der Hauptmeridianlinie geht. Die Achse aa' des erzeugenden Kreises liegt in der Hauptmeridianebene und schliesst mit der Vertikalen einen konstanten Winkel ein. Der durch einen gegebenen Punkt Q gehende Radius des erzeugenden Kreises ist durch die Bedingung bestimmt, dass die Achse des Kreises durch den entsprechenden Punkt q der Evolute 22 gehen muss.
Der Radius des erzeugenden Kreises ist gleich der Länge der Linie QR in der Fig. 4.
Es kann gezeigt werden, dass als Folge dieser Konstruktion die Hauptkrümmungen in jedem Punkt der Hauptmeridianlinie gleich sind. Das heisst, die Fläche ist ombilisch (frei von Astigmatismus längs der Hauptmeridianlinien).
Es ist bequem, die Verzeichnungseigenschaften einer brechenden Fläche von der Art der vorliegenden Fläche anhand des durch das Brillenglas gesehenen Bildes eines quadratischen Gitters zu beschreiben. Obgleich dieses Bild den Verzeichnungseigenschaften des Glases nicht ganz genau entspricht, ist es doch eine gute Annäherung an den von einem Brillenglasträger wahrgenommenen optischen Effekt.
Es können zwei Arten von Verzeichnung unterschieden werden, nämlich normale und schiefe Verzeichnung. Die normale Verzeichnung wird durch die ungleiche Bildvergrösserung in den zwei orthogonalen Richtungen parallel zu den Gitterlinien bewirkt. Die schiefe Verzeichnung ist die Abweichung der Gitterlinien des Gitterbildes von der Orthogonalität der Gitterlinien des wirklichen Gitters. Wenn ein einzelnes Quadrat des Gitters durch einen kleinen Bereich eines Brillenglases betrachtet wird und die Hauptachsen des Astigmatismus in diesem Bereich des Glases parallel zu den betrachteten Gitterlinien sind, dann zeigt das empfangene Bild eine rein normale Verzeichnung, d. h. das Bild des Gitterquadrats ist ein Rechteck dessen Seiten zu denen des Gitterquadrats parallel sind.
Wenn die Hauptachsen des Astigmatismus in diesem Bereich des Brillenglases den rechten Winkel zwischen orthogonalen Gitterlinien halbieren, dann zeigt das empfangene Bild des Gitters eine reine schiefe Verzeichnung, d. h. das Bild des Gitterquadrats ist ein gleichseitiges Parallelogramm. Im allgemeinen haben jedoch die Hauptachsen des Astigmatismus eine beliebige Richtung in Bezug auf die Gitterlinien, so dass das von einem Gitterquadrat empfangene Bild eine Mischung aus normaler und schiefer Verzeichnung zeigt, d. h. das Bild ist ein ungleichseitiges Parallelogramm.
Von den beiden vorstehend beschriebenen Arten der Verzeichnung ist die schiefe Verzeichnung bei Brillengläsern die unangenehmere. Die schiefe Verzeichnung eines Brillenglases bewirkt ein verwirrendes Schwanken des gesehenen Bildes, wodurch der Brillenglasträger die Orientierung verlieren und von Schwindel befallen werden kann. Die bekannten Gleitsicht-Brillengläser waren entweder bezüglich der schiefen Verzeichnung nicht korrigiert oder hatten einen zu kleinen Lesebereich.
Der bei einem linearen Brechkraftverlauf in einer brechenden Oberfläche vorhandene Astigmatismus ändert sich in seitlicher Richtung doppelt so stark wie die Zusatzwirkung der Brechkraft längs der Hauptmeridiankurve, so dass ohne Korrektur oder Kompensation die Verzeichnung in den Randbereichen eines Gleitsicht-Brillenglases beträchtlich ist.
Beispielsweise haben bei dem Brillenglas 30 nach der Fig. 3 die Hauptachsen des Astigmatismus in der Zwischenzone 36 einen Winkel von 45" in Bezug auf die horizontalen und vertikalen Linien im Sichtbereich. Dadurch besitzt dieses Brillenglas eine beträchtliche normale und schiefe Verzeichnung in den Randteilen der Zwischenzone 36.
Wie bereits oben erwähnt, kann bei brechenden Flächen mit progressiver Brechkraft die Verzeichnung und der Astigmatismus nicht beseitigt werden. Es wurde jedoch festgestellt, dass eine Brillenglasfläche in den Randbereichen für die schiefe Verzeichnung völlig korrigiert werden kann. Das heisst, es kann erreicht werden, dass die Hauptachsen des Astigmatismus in den Randbereichen der Brillenglasfläche in horizontalen und vertikalen Ebenen bezüglich des Sichtbereichs liegen, so dass diese Randbereiche nur eine normale Verzeichnung aufweisen.
Die normale Verzeichnung ist viel weniger störend als die schiefe Verzeichnung.
Die Bedingung für die Korrektur der schiefen Verzeichnung in den Randbereichen der brechenden Fläche kann mathematisch am einfachsten ausgedrückt werden, wenn die brechende Fläche durch die folgende Funktion dargestellt wird: Z=f(x,y) wobei x die horizontale Richtung, y die vertikale Richtung und Z die Höhe der Fläche bezüglich der xy-Ebene ist. Wenn die Fläche die Bedingung erfüllt, dass die Richtungen der Hauptkrümmungen und die Hauptachsen des Astigmatismus in allen Punkten in Ebenen liegen, welche parallel zur x-Achse und y Achse sind, dann gilt:
62f oXw
Wenn diese Bedingung in allen Punkten eines gegebenen Bereichs erfüllt ist, besitzt dieser Bereich nur eine normale Verzeichnung.
In der Fig. 5 ist ein Gleitsicht-Brillenglas 50 dargestellt. Das Glas 50 wird durch eine vertikale Hauptmeridianlinie 52 halbiert. Das Glas 50 ist wieder in drei übereinander liegende Sichtzonen 54, 58 und 56 unterteilt. Die oberste Sichtzone 54 hat eine brechende Fläche mit konstanter Brechkraft und dient zur Akkommodation an den Weitsichtbereich. Die untere Sichtzone 56 hat in den mittleren Bereichen eine grössere, konstante Brechkraft zur Anpassung an den Nahsichtbereich.
Die Zwischenzone 58 zwischen den Zonen 54 und 56 besitzt eine progressive Brechkraft. Soweit bis jetzt beschrieben unterscheidet sich das Brillenglas 50 nicht sehr von den bekannten Brillengläsern. Die Technik zur Erzeugung des Teils der brechenden Fläche benachbart der Hauptmeridiankurve ist die gleiche wie mit Bezug auf die Fig. 3 beschrieben. Der längs der Hauptmeridiankurve gültige Brechkraftverlauf kann von der in der Fig. 4 dargestellten Form sein.
Die Zwischenzone 58 und die Nahsichtzone 56 des Glases 50 ist in seitlicher Richtung in 5 Bereiche unterteilt. Die Trennungslinien AB, CD, A'B'und C'D'zwischen diesen Bereichen sind entsprechend der gewünschten Form und Lage der fünf Bereiche gewählt. Die Ausführung ist jedoch nicht auf die in der Fig. 5 dargestellt, symmetrische Lage der Trennungslinien in Bezug auf die Hauptmeridiankurve 52 beschränkt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Trennungslinien A'F'B' und C'D' Spiegelbilder der Linien AFB und CD in Bezug auf die Hauptmeridianlinie 52. Der zentrale Bereich A'AFF' hat eine für Gleitsicht-Brillengläser geeignete Form.
Die Randbereiche CDE und C'D'E'der brechenden Fläche sind so ausgebildet, dass sie sich längs der Linien CE und C'E' glatt an die Weitsichtzone 54 anschliessen. Dieser gleitende, optische Übergang wird durch eine glatte, ungebrochene Oberfläche des ganzen Brillenglases erzielt. In jedem Punkt der Bereiche CDE und C'D'E' liegen die Hauptachsen des Astigmatismus entsprechend der oben angegebenen Bedingung in horizontalen und vertikalen Ebenen. Dadurch sind horizontale und vertikale Linien im Gesichtsfeld bei Betrachtung durch diese Randbereiche des Glases mit progressiver Brechkraft keiner schiefen Verzeichnung unterworfen. Zudem bleibt eine vertikale Linie, wenn sie durch die Randbereiche des Glases betrachtet wird, über die ganze Höhe dieser Randbereiche vertikal und ungebrochen.
Mit anderen Worten, eine Linie, die in den Randbereichen der Weitsichtzone 54 als vertikal gesehen wird, wird auch in der Zwischenzone 58 und in der Nahsichtzone 56 vertikal und ungebrochen gesehen.
Die Zwischenbereiche ABDC und A'B'D'C' sind optische Übergangsbereiche zwischen dem zentralen Bereich und den bezüglich schiefer Verzeichnung korrigierten Randbereichen des Glases 50. Diese Zwischenbereiche schaffen einen optisch gleitenden Übergang zwischen den Bereichen mit verschiedenen optischen Eigenschaften. Die Zwischenbereiche bewirken auch einen gleitenden optischen Übergang zur Weitsichtzone 54. Die genaue Form der brechenden Fläche in diesen Übergangsbereichen hängt von einer grossen Anzahl Faktoren ab, wie von der Grösse der Zusatzwirkung des Glases, der Gesamtbreite des Glases und der Höhe der Zwischenzone 58 mit progressiver Brechkraft.
Wie bereits früher erwähnt, liegen im zentralen Bereich des Glases, der die progressive Brechkraft aufweist, die Hauptachsen des Astigmatismus in Ebenen, die einen Winkel von 45 zur Vertikalen aufweisen, wenn der Brechkraftverlauf in diesem Bereich des Glases linear ist. In den Randbereichen CDE und C'D'E' liegen die Hauptachsen des Astigmatismus in vertikalen und horizontalen Ebenen. Mit anderen Worten, die Verzeichnung im zentralen Bereich des Brillenglases 50 ist eine rein schiefe Verzeichnung und die Verzeichnung in den Randbereichen eine rein normale Verzeichnung. Die Übergangsbereiche ABDC und A'B'D'C' haben asphärische Oberflächen, welche die stetige Drehung der Hauptachsen des Astigmatismus von der Lage im zentralen Bereich in die Lage in den Randbereichen bewirken, so dass die brechende Fläche oder das gesehene Bild keine Diskontinuitäten aufweist.
Die Breite der Übergangsbreite ist verschieden und kann im Grenzfall Null sein. Das heisst, es sind auch Fälle möglich, in denen die brechende Fläche nur den zentralen Bereich und die Randbereiche besitzt.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele des vorliegenden Brillenglases beschrieben, wobei die grundsätzlichen Unterschiede der brechenden Flächen dieser Ausführungsbeispiele anhand der Verzeichnung von mit diesen Flächen erhaltenen Bildern eines quadratischen Gitters erläutert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 6 haben die Randbereiche der Zwischenzone und der Nahsichtzone eine asphärische Krümmung mit dem gleichen Radius und dem gleichen Mittelpunkt wie die Weitsichtzone mit konstanter Brechkraft. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das oben genannte Kriterium für die Randbereiche durch eine Fortsetzung der oberen sphärischen Fläche in die unteren Bereiche des Brillenglases mit progressiver Brechkraft erfüllt. Dadurch existiert in diesen Randbereichen des Glases keine von der progressiven Brechkraft herrührende Verzeichnung oder Astigmatismus. Andererseits bewirken die Übergangsbereiche zwischen dem zentralen Bereich mit progressiver Brechkraft und den Randbereichen eine starke Verzeichnung, wenn das Gitter durch diese Bereiche betrachtet wird.
Die das Bild nach der Fig. 7 erzeugende, brechende Fläche ist so geformt, dass die Änderung der vertikalen Vergrösserung in den Randbereichen des Brillenglases gleich der Änderung der vertikalen Vergrösserung längs der Hauptmeridianlinie ist.
Dadurch ist die Verzeichnung einer durch dieses Glas betrachteten horizontalen Linie derart, dass die Höhe der Linie am Rand gleich der Höhe der Linie an der Hauptmeridianlinie ist.
Der in irgendeiner Höhe am Rand des Glases vorhandene Astigmatismus ist gleich der Zusatzwirkung an der Hauptmeridianlinie in der gleichen Höhe. Die durch den gleitenden optischen Übergang zwischen dem zentralen Bereich des Glases und den Randbereichen auftretende Verzeichnung ist bedeutend kleiner als bei dem Brillenglas nach der Fig. 6.
Fig. 8 zeigt ein Bild des quadratischen Gitters, das mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegenden Brillenglases erhalten wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Breite der Übergangsbereiche praktisch Null. Dadurch sind die nach unten gekrümmten Linien der Fläche mit progressiver Brechkraft am Rand des zentralen Bereichs scharf in horizontaler Richtung abgebogen. Durch diese Ausbildung wird der Bereich des
Brillenglases vermindert, in dem eine störende, schiefe Verzeichnung auftritt. Das Brillenglas nach der Fig. 8 hat den weiteren Vorteil, dass die Breite des sphärischen Nahsichtbereichs, der durch die vergrösserten Gitterquadrate dargestellt ist, grösser ist als bei den früher beschriebenen Ausführungsbci- spielen.
Das in der Fig. 9 dargestellte Gitterbild wird mit einem Brillenglas erhalten, dessen brechende Fläche so ausgebildet ist, dass die durch die Zwischenzone mit progressiver Brechkraft gesehenen, horizontalen Gitterlinien glockenförmig erscheinen.
Die seitlichen Übergangsbereiche haben die gleiche Breite und die Oberfläche dieser Bereiche ist so ausgebildet, dass ein sehr wenig störender gleitender optischer Übergang erhalten wird, wenn sich der Blick des Brillenglasträgers vom Zentrum des Glases gegen dessen Rand bewegt.
Das Brillenglas, welches das in der Fig. 10 dargestellte Bild erzeugt, ist demjenigen, welches das Bild nach der Fig. 9 erzeugt sehr ähnlich, ausser dass der Rand des Nahsichtbereichs etwas anders ausgebildet ist, so dass die horizontalen Linien, die nahe der unteren Grenze des Zwischenbereichs des Brillenglases nach der Fig. 9 auftreten, bei dem Glas nach der Fig. 10 wenigel stark gebündelt werden. Mit anderen Worten, bei dem Brillenglas nach der Fig. 10 wird zur Verringerung der Bündelung absichtlich eine bestimmte schiefe Verzeichnung in die unteren Randbereiche der Nahsichtzone eingeführt.
Obgleich dies bei Betrachtung des Gitterbildes nach der Fig. 10 zunächst als nachteilig erscheint, ist darauf hinzuweisen, dass ein typisches Brillenglas eine bestimmte Randform besitzt, so dass das Glas in übliche Brillengestelle passt, wobei bei dem in das Brillengestell eingepassten Glas der grösste Teil der Eckenbereiche des Gitterbildes nach der Fig. 10 nicht vorhanden sind. Aus diesem Grund stört die absichtlich eingeführte, schiefe Verzeichnung praktisch nicht.
Bei jedem der in den Fig. 6 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen besitzen die Übergangsbereiche ABCD und A'B'C'D'vertikale Grenzen. Diese Grenzen müssen jedoch, wie Fig. 5 zeigt, nicht unbedingt vertikal sein, wobei nicht vertikale Grenzen spezielle Vorteile aufweisen. Ein Beispiel eines Gitterbildes, welches mit einem Brillenglas von solcher Form erhalten wird, ist in der Fig. 11 dargestellt. Bei diesem Brillenglas laufen die Grenzen der Übergangsbereiche in der Nähe des unteren Endes des Glases auseinander, wie dies die strichlierten Linien in der Fig. 11 anzeigen.Diese Ausbildung des Glases hat den Vorteil, dass die Verzeichnung in der oberen Hälfte der Zwischenzone minimal gehalten werden kann und trotzdem ein ausreichend grosser Nahsichtbereich mit konstanter Brechkraft erhalten wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wird somit gegenüber den bekannten Gleitsicht-Brillengläsern etwas an Schärfe in den Randbereichen der Nahsichtzone zur Korrektur der schiefen Verzeichnung in den Randbereichen der Zwischenzone geopfert, wobei trotzdem ein Nahsichtbereich mit konstanter Brechkraft von befriedigender Grösse erhalten bleibt.
Für die Produktion sind die oben beschriebenen, um eine vertikale Hauptmeridianlinie symmetrischen Brillengläser, bei denen die vertikale Hauptmeridianlinie tatsächlich vertikal ist und das Glas in zwei genau symmetrische seitliche Teile teilt, ausserordentlich vorteilhaft. Mit richtiger Markierung kann ein symmetrischer Brillenglasrohling sowohl als Glas für das linke als auch für das rechte Auge verwendet werden. Im Hinblick auf die optische Wirkung ist es jedoch besser, Gleitsicht Brillengläser speziell für das linke und das rechte Auge auszubilden. Solche Brillengläser sind asymmetrisch, da der Pupillenabstand der Augen abnimmt, wenn sich der Brennpunkt der Augenlinsen beim aufeinanderfolgenden Betrachten von weit entfernten und nahen Objekten ändert.
Zum Anpassen von symmetrischen Brillengläsern an einen Fehlsichtigen sollte deshalb die Hauptmeridianlinie eine Neigung von angenähert 10 aus der Vertikalen besitzen zur Erzielung einer befriedigenden Wirkung der Nahsichtzone. Diese Drehung der Gläser um 10 um ihren Mittelpunkt gewährleistet, dass sich der Sehstrahl bei allen Entfernungen längs der Hauptmeridianlinie zur klaren Sicht bewegen kann. Wenn jedoch die Brillengläser, wie vorstehend beschrieben, verdreht sind, sind die Hauptachsen des Astigmatismus im Randbereich der oben beschriebenen, für schiefe Verzeichnung korrigierten, symmetrischen Gläser nicht mehr mit den horizontalen und vertikalen Elementen der Umgebung des Brillenglasträgers ausgerichtet, so dass, insbesondere bei Gläsern mit starken Zusatzwirkungen eine schiefe Verzeichnung im Randbereich auftritt.
Diese schiefe Verzeichnung ist jedoch für den Brillenglasträger aus den bereits früher erläuterten Gründen störend.
Gemäss einer Weiterbildung wird dieser Nachteil durch eine Abänderung der oben beschriebenen, symmetrischen Form der Brillengläser behoben. Bei dieser Weiterbildung besitzen die Weitsichtzone und die zentralen Teile der Zwischenzone und der Nahsichtzone weiterhin symmetrische Form. Jedoch sind die Randbereiche der Zwischenzone und der Nahsichtzone so abgeändert, dass, wenn die Hauptmeridianlinie um angenähert
100 zur Vertikalen geneigt ist, die Hauptachsen des Astigmatismus in diesen Randbereichen mit den horizontalen und vertikalen Elementen in der Umgebung des Brillenglasträgers ausgerichtet sind. Die Übergangsbereiche sind wieder so ausgebildet, dass eine gleitende optische Korrektur zwischen den zentralen Teilen und den Randbereichen erhalten wird.
Die Fig. 13 zeigt die Orientierung der Hauptachsen des Astigmatismus eines rechten und eines linken Brillenglases, die zur Kompensation des mit kürzer werdenden Objektweiten abnehmenden Pupillenabstands notwendig ist.
Die beschriebenen Brillengläser können entweder direkt oder indirekt, zum Beispiel durch Giessen, hergestellt werden.
Im ersten Fall wird eine numerisch gesteuerte Schleifmaschine zum Erzeugen des Komplements der brechenden Fläche in einem porösen Keramikblock programmiert. Nach dem Herstellen der komplementären Fläche in Form einer Höhlung im Keramikblock wird auf die Höhlung eine erhitzte, hochpolierte Glasplatte gelegt und auf der Rückseite des Keramikblocks ein Vakuum erzeugt, so dass die Platte in die Höhlung gezogen wird und die gewünschte Oberflächenform erhält. Die Glasplatte kann dann zur direkten Herstellung eines Brillenglasrohlings mit der gewünschten brechenden Fläche poliert werden. Im zweiten Fall wird die nicht mit dem Keramikblock in Berührung stehende Fläche der geformten Glasplatte als Formoberfläche zum Giessen von Brillengläsern aus Kunststoff verwendet.
Das Giessen der beschriebenen Brillengläser hat zahlreiche Vorteile, unter anderem den, dass ein erfindungsgemässes Brillenglas zu einem Preis hergestellt werden kann, der mit dem Preis der bekannten Gläser vergleichbar ist. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass das in den Keramikblock eingesunkene Glas eine bestimmte Dicke aufweist, durch die irgendwelche Diskontinuitäten der Oberfläche der Höhlung im Keramikblock, welche beispielsweise vom Schleifwerkzeug der Schleifmaschine herrühren, ausgeglichen werden, so dass die durch Giessen hergestellten Brillengläser eine glatte brechende Fläche von optischer Qualität besitzen.
Es kann gezeigt werden, dass, wenn der Brechkraftverlauf in der Zwischenzone mit progressiver Brechkraft eines Brillenglases linear ist, d. h. die Zusatzwirkung der Zwischenzone längs der Hauptmeridianlinie von oben nach unten linear zunimmt, wie dies bei dem Brechkraftverlauf für das Brillenglas nach der Fig. 3 der Fall ist, der Astigmatismus mit dem senkrechten Abstand von der Hauptmeridianlinie doppelt so rasch zunimmt als die Zusatzwirkung längs der vertikalen Hauptmeridianlinie.
Wenn daher B die Zusatzwirkung und h die Höhe der Zwischenzone ist, dann ist der Astigmatismus A in der Entfernung lyl von der Meridianlinie gegeben durch:
B
A=2; IYI h
Der Bereich der klaren Sicht ist definiert als der Bereich der Zwischenzone, der rechts und links durch Linien begrenzt ist, in denen der Astigmatismus eine Dioptrie beträgt (es ist bekannt, dass ein Astigmatismus von 1 Dioptrie die Sehschärfe auf angenähert die Hälfte verringert). Wenn zum Beispiel B=2 dpt und h = 10 mm ist, dann ist die Breite W des Bereichs der klaren Sicht 5 mm.
Aus diesem typischen Beispiel ist ersichtlich, dass ein relativ hoher Preis für die progressive Brechkraft in der Zwischenzone gezahlt werden muss, indem die Sehschärfe in der Zwischenzone überall schlecht ist, ausser in einem engen, mittleren Bereich, dessen Breite durch die Höhe der Zwischenzone und die Grösse der Änderung der Zusatzwirkung bestimmt ist.
Der Nachteil eines schmalen Bereichs mit klarer Sicht kann zumindest teilweise durch Kombination der progressiven Brechkraftänderung und der Brechkraftdiskontinuitäten an einer oder an beiden Grenzen, welche die Zwischenzone von der Weitsichtzone und der Nahsichtzone trennen, gemildert werden. Die ausgezogenen Kurven in den Figuren 14A, 14B und 14C zeigen verschiedene progressive Brechkraftverläufe mit solchen Diskontinuitäten. Die Figur 14A zeigt den meridionalen Brechkraftverlauf eines vorliegenden Gleitsicht Brillenglases, welches eine Brechkraftdiskontinuität, d.h. einen Sprung an der oberen Grenze der Zwischensichtzone, jedoch nicht an der unteren Grenze dieser Zone aufweist. Die Figur 14B zeigt den umgekehrten Fall, d. h. es ist nur eine Brechkraftdiskontinuität an der unteren Grenze der Zwischensichtzone vorhanden.
Die Figur 14C zeigt die meridionale Brechkraftprogression in einem Brillenglas mit endlichen Diskontinuitäten an der oberen und unteren Grenze der Zwischensichtzone. Bei jedem dieser Beispiele entspricht die strichliert dargestellte Linie dem Brechkraftverlauf eines Gleitsicht-Brillenglases, welches keine Diskontinuitäten an den Grenzen der Zwischensichtzone aufweist.
Wie aus den Figuren 14A bis 14C sofort zu sehen ist, haben die Diskontinuitäten der Brechkraftverläufe zur Folge, dass die Zunahme der Zusatzwirkung an Brechkraft über die Zwischenschichtzone verringert wird. Dadurch ergibt sich gemäss der oben angegebenen Beziehung ein breiterer Bereich klarer Sicht.
Wenn die Brechkraftdiskontinuitäten die Grössen b1 und b2 besitzen, dann ist nach der oben angegebenen Beziehung der Astigmatismus innerhalb der Zwischensichtzone gegeben durch: (Bbxb2) h
Wenn wieder B=2 dpt, h= 10 mm und b1=b2=0,5 dpt ist, beträgt die Breite W des Bereichs klarer Sicht jetzt 100 mm, d.h. ist doppelt so gross wie im Falle von bl=b2=0. In der Tabelle der Figur 15 gibt die obere Zahl in jedem Quadrat die Breite W des Bereichs klarer Sicht in Abhängigkeit von der Gesamtzusatzwirkung B und der Gesamtgrösse der diskontinuierlichen Brechkraftänderung (bt + b2) an. Die untere Zahl in jedem Quadrat gibt die Zunahme der Breite W gegenüber der Breite bei einem kontinuierlichen Brechkraftverlauf an.
Die Grösse einer individuellen Brechkraftdiskontinuität soll nicht so gross sein, dass die visuelle Kontinuität für den Brillenglasträger zerstört wird. Dieses Kriterium beschränkt solche individuellen Diskontinuitäten auf etwa 0,5 dpt.
Durch Einführung von Brechkraftdiskontinuitäten kann die Verzeichnung durch die Zwischensichtzone verringert werden.
Fig. 16 zeigt das durch ein Gleitsicht-Brillenglas gesehene Bild eines quadratischen Gitters, ähnlich demjenigen, das mit dem Brillenglas nach der Fig. 3 erhalten wird. Die Fig. 17 zeigt die Verzeichnung des gleichen Gitters, wenn dieses durch ein Brillenglas mit einer endlichen Brechkraftdiskontinuität an der oberen und unteren Grenze der Zwischensichtzone mit progressiver Brechkraft betrachtet wird. In beiden Fällen nimmt die Brechkraft in der Zwischensichtzone linear zu und die Gesamtzusatzwirkung ist gleich, jedoch ist die Verzeichnung des Gitters durch die Zwischensichtzone des Glases nach der Fig. 17 wesentlich kleiner als diejenige durch die Zwischensichtzone des Glases nach der Figur 16.
Wenn bei einem Gleitsicht-Brillenglas nach dem Stand der Technik endliche Brechkraftdiskontinuitäten eingeführt werden, tritt eine deutlich ausgeprägte Unterbrechung der Oberflächenkontinuität auf, die sich auf der Höhe der Brech kraftdiskontinuität quer über die Oberfläche des Glases erstreckt. Wenn zum Beispiel die Achse des in der Fig. 4 dargestellten, erzeugenden Kreises vertikal ist, bildet die genannte Unterbrechung eine horizontale Linie quer über das Glas.
Die Höhe L der Unterbrechung nimmt angenähert quadratisch mit dem Abstand IYI von der Meridianlinie gemäss der folgenden Beziehung zu: L b y2
2 n-1
Wenn zum Beispiel b =0,5 dpt und n = 1,5 ist, dann ist bei Jyl=35 mm Obgleich 0,62 mm. Wenn die kosmetischen Vorteile eines Gleitsichtglases erhalten bleiben sollen, muss die Unter brechung in den Sichtzonen, welche von der Unterbrechung voneinander getrennt werden, gleitend gemacht werden. Dies ist bei den Brillengläsern nach dem Stand der Technik ausser ordentlich schwierig.
Bei der oben beschriebenen Herstellung der vorliegenden Gläser durch das in die Höhlung des Keramik blocks eingesunkene Glas wird dieser gleitende Übergang durch die endliche Dicke der zur Erzeugung der Formoberfläche ver wendeten Glasplatte automatisch erhalten. Ein auf diese Weise hergestelltes Brillenglas enthält Übergangsbereiche 60 mit sich stark ändernder Brechkraft, wie in der Fig. 18 dargestellt. Diese
Bereiche sind jedoch nicht störend, da sie den Teilen der
Zwischensichtzone benachbart sind, in denen die Sehschärfe bereits durch den Oberflächenastigmatismus stark verringert ist.
Wie bereits früher erwähnt, besitzen die beschriebenen Brillengläser zwei Vorteile. Der eine, optische Vorteil ist die kontinuierliche Akkommodation über die Höhe des Glases und der andere, kosmetische Vorteil ist die Unsichtbarkeit der Trennungslinien zwischen den Betrachtungszonen des Glases.
Der Vorteil der progressiven Akkommodation längs der vertikalen Hauptmeridianlinie wird durch eine Verschlechterung der Sehschärfe in der Zwischensichtzone, ausser in einem relativ schmalen Bereich klarer Sicht, längs der Hauptmeridianlinie erkauft. Wenn jedoch auf eine völlig kontinulierliche, progressive Akkommodation verzichtet wird, kann durch Einführen von Brechkraftdiskontinuitäten der Bereich klarer Sicht vergrössert werden, wobei der kosmetische Vorteil eines Gleitsicht-Brillenglases erhalten bleibt.
Beispielsweise sind bei einem gewöhnlichen trifokalen Brillenglas, wie es derzeit im Handel erhältlich ist, die Trennungslinien zwischen dem Weitsichtsegment, dem Zwischensichtsegment und dem Nahsichtsegment sehr stark sichtbar.
Dies wird durch das Vorhandensein von Kanten an den Trennungslinien bewirkt, deren Höhe quadratisch mit dem Abstand von der Hauptmeridianlinie zunimmt. Die 1 Kanten höhe in der Hauptmeridianlinie ist zwar Null, beträgt jedoch in einem Abstand von 35 mm von der Hauptmeridianlinie, wo der Unterschied der Brechkräfte zwischen benachbarten Segmenten 1 dpt beträgt, 1,24 mm. Eine Kante von dieser Höhe ist sehr stark sichtbar und kann durch kein Herstellungsverfahren, einschliesslich des oben beschriebenen Verfahrens, bei dem ein Keramikblock verwendet wird, unsichtbar gemacht werden.
Die Schaffung eines multifokalen Brillenglases, bei dem die theoretische Kantenhöhe auf einen Minimalwert verringert ist, so dass die Kante durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren wirksam unsichtbar gemacht werden kann, wird nachstehend beschrieben.
Ein solches multifokales Brillenglas ist in der Fig. 19 dargestellt. Das meridionale Brechkraftgesetz hat die bei einem trifokalen Brillenglas übliche Stufenform und ist auf der rechten Seite der Fig. 19 dargestellt. Wenn bt und b2 die Werte der Brechkraftstufen und B die Gesamtzusatzwirkung ist, gilt: B=b1+b2.
Wenn entweder b1 oder b2 gleich Null ist, ist das Brillenglas ein einfaches bifokales Glas. Das multifokale Brillenglas 100 der Fig. 19 besitzt eine konstante Brechkraft aufweisende Weitsichtzone 104, eine zweite Betrachtungszone 106 unmittelbar unter der ersten Zone 104 und eine dritte Betrachtungszone
108 im untersten Teil für das Betrachten von Objekten im Nahsichtbereich. Die Zwischensichtzone 106 und die Nahsichtzone
108 sind wieder in seitlicher Richtung mindestens in drei, vorzugsweise in fünf Bereiche geteilt. Der mittlere Bereich ABA' ist auf der vertikalen Hauptmeridianlinie 102 zentriert und umfasst zwei Bereiche mit konstanter Brechkraft gemäss dem rechts in der Fig. 19 dargestellten Brechkraftgesetz. Auf den mittleren Bereich folgen die Übergangsbereiche ACDB und A'C'D'B'.
Diese Übergangsbereiche haben die gleiche Funktion wie die Übergangsbereiche bei dem Brillenglas nach der Fig. 5. Die Randbereiche CDE und C'D'E' sind wieder auf die bereits beschriebene Weise für die schiefe Verzeichnung korrigiert. In diesen Randbereichen der Zwischensichtzone und der Nahsichtzone erscheint eine vertikale Linie in der Umgebung, als ungebrochene, vertikale Linie. Mit anderen Worten, längs jeder durch den Randbereich des Glases gezogenen, vertikalen Linie ist die Grösse der horizontalen Prismenwirkung konstant.
Diese Vertikalität der Linien im Randbereich des Glases wird durch die Korrektur der schiefen Verzeichnung erhalten, welche bei üblichen, trifokalen Brillengläsern an den horizontalen Kanten konzentriert ist, welche die Segmente des Glases mit verschiedener Brechkraft voneinander trennen.
Der durch die Korrektur der schiefen Verzeichnung erhaltene Hauptvorteil ist die Verringerung der Höhe der horizontalen Kanten. Die Kanten verschwinden nicht völlig, jedoch kann die verbleibende Kantenhöhe durch den oben beschriebenen Herstellungsprozess kosmetisch unsichtbar gemacht werden. Die Fig. 20 zeigt die Verzerrung eines quadratischen Gitters durch ein multifokales Brillenglas mit einer Verzeichnungskorrektur, bei der die Breite der Übergangsbereiche ABDC und A'B'D'C' Null, d. h. der Übergang sprunghaft ist.
Wenn die Breite des zentralen Bereichs A'ABB' 24 mm, der Unterschied der Brechkräfte an den Grenzen der Zwischenzone 1 dpt und lyl gleich 12 mm ist, dann ist die Kantenhöhe L 0,14 mm. Die Kantenhöhe Lfür lyl grösser als 12 mm bleibt konstant und gleich 0,14 mm. Obgleich eine Kante von solcher Höhe an einem Brillenglas sichtbar ist, kann sie durch das oben beschriebene Verfahren geglättet und kosmetisch unsichtbar gemacht werden. Die auf diese Weise erhaltenen Übergangsbereiche sind in der Fig. 21 mit 110 bezeichnet.
Die vorliegenden multifokalen Brillengläser sind in optischer Hinsicht den bekannten multifokalen Gläsern zumindest gleichwertig und besitzen diesen gegenüber noch den Vorteil, dass die Trennungslinien zwischen den einzelnen Segmenten nicht sichtbar sind.
In der vorstehenden Beschreibung von Brillengläsern sind die verschiedenen Korrekturmassnahmen unabhängig voneinander erläutert, d.h. das Konzept der Einführungvonvertikalen Diskontinuitäten wurde getrennt vom Konzept der horizontalen Aufteilung des Brillenglases in mehrere Bereiche zur getrennten Korrektur der schiefen Verzerrung dieser Bereiche beschrieben. Es ist jedoch möglich, diese Korrekturen zu kombinieren, so dass optimale Gleitsicht-Brillengläser für spezielle Anforderungen erhalten werden.
The present invention relates to a progressive spectacle lens with a refractive surface that has locally different refractive powers.
The human eye is a sensitive, but optically relatively simple organ. It contains a lens for receiving light from various objects in the eye's field of view. Behind the lens is the retina. The lens is surrounded by a series of muscles that can increase or decrease the curvature of the lens on the retina to sharpen objects at various distances from the eye. When a normal eye sees a relatively distant object, i. When looking at an object in the distance range, the eye lens and muscles are relaxed.
In this state, the ideal lens of the eye has the correct surface curvature to sharpen the distant object on the retina. When looking at relatively close objects, i.e. of objects in the near field of vision, the eye muscles act on the lens so that its curvature increases sufficiently, i.e. the focal length of the lens decreases enough to focus the image of nearby objects on the retina. The ability of the eye to adjust to different object widths is known as accommodation. With increasing age, the range of accommodation decreases in humans due to the stiffening and weakening of the eye muscles. For example, a child can change the power of their eyes within a range of at least 14 diopters.
In a middle-aged person, the accommodation range is usually only 3 diopters and in old age the ability to accommodate can be completely lost.
For a long time, scientists and opticians have been looking for a means to counter the decrease in the range of accommodation of the eye with increasing age. The best-known means of improving this condition is the use of glasses with corrective lenses, which have several differently curved spherical surfaces. Such lenses are referred to as bifocal or trifolcale lenses, depending on whether the lens has two or three differently curved spherical parts on one surface. A bifocal lens has two segments with different refractive powers.
The refractive powers of the two segments are selected so that one segment images objects in the near-vision area and the other segment images objects in the far-vision area sharply on the retina. In the case of a trifocal lens, there is a third spherical segment between the two aforementioned segments, which can sharply image objects in a field of vision lying between the far-vision area and the near-vision area on the retina. The other surface of such a multifocal spectacle lens is either spherical or toroidal in order to adapt the multifocal lens to the specific ametropia of the user.
Known multifocal spectacle lenses, however, have several disadvantages. A first disadvantage is that there is a sharp dividing line between the various segments of a known multifocal lens, at which an image jump occurs when the gaze passes from one segment to the other. For the users of such glasses, the jump in the image, to which they are difficult to get used to, is very annoying.
A second disadvantage is that people with a greatly reduced range of accommodation cannot see clearly objects at distances between those to which the individual segments of the glasses are adapted. A third disadvantage is that especially young people with a reduced range of accommodation are often difficult to convince that they need multifocal spectacle lenses. This is because a reduced range of accommodation is associated with age. The usual, multifocal spectacle lens has a clearly visible dividing line between the various segments, which can be easily seen by people in the vicinity of the spectacle wearer. In the case of multifocal spectacle lenses there are thus cosmetic problems as well as optical problems.
The most obvious solution to these problems is to arrange a segment for an intermediate field of view between the segments for the near field of view and the far field of view whose refractive power increases continuously from that of the segment for the far field of view to that of the segment for the near field of view. A spectacle lens is obtained by this measure.
in which the optical and cosmetic problems are solved to such an extent that no image jump occurs between the individual segments and there are no disturbing, visible dividing lines between the various segments.
In addition, all refractive powers are present between the refractive power of the far vision part and the refractive power of the near vision part of the lens, so that the spectacle lens wearer can see objects sharply at any distance within the intermediate field of view through part of the intermediate segment. Such a spectacle lens is known as a progressive lens.
An excellent treatise on the properties of such lenses was given by A.G. Bennett in the October and November 1970 and February and March 1971 issues of The Optician. This paper discusses the various efforts that scientists and opticians have made over the past 70 years to create satisfactory progressive lenses.
However, all known varifocal lenses have at least one common flaw, which stems from the fact that an aspherical surface such as the one such lenses inevitably have an astigmatism and a distortion of a certain size of the refractive surface, especially in the peripheral parts of the transition zone.
This distortion creates a zone of confusion in the user's field of vision, which often gives rise to rejection of such a lens. In addition, the astigmatism causes an image blurring, which is also undesirable.
Distortion always occurs when the refractive surface has astigmatism. This distortion and astigmatism are properties inherent in an optical surface with progressively changing refractive power. Much effort has been made to reduce astigmatism. These efforts focused on the manner in which the aspherical curvature was formed.
The more successful solutions of this type are based on a distribution of the astigmatism over a large part of the refractive area. As a result, the spectacle wearer can read normal documents without having to move his head.
The object of the present invention is to create a progressive spectacle lens in which the astigmatism and the distortion in the peripheral areas of the lens are substantially reduced, which allows great freedom in the choice of construction parameters, so that the spectacle lens can be adapted to the various requirements can and that is relatively simple in construction and therefore suitable for mass production.
According to the invention, the varifocal spectacle lens is characterized in that the refractive surface has a first viewing zone with a smooth, curved main meridian, the refractive power at the lower end of the main meridian being greater than at the upper and planes perpendicular to the main meridian with the refracting surface of the named viewing zone Form intersection curves whose curvatures at the point of intersection with the main meridian are at least approximately equal to the curvature of the main meridian in the relevant point of intersection, that the first viewing zone on the refractive surface has a refractive power increasing from its upper to its lower edge, and that the first viewing zone in a second viewing zone, which has a constant refractive power, connects in the vertical direction,
where at the borderline between the two viewing zones the refractive power increases suddenly from top to bottom by less than 0.5 D.
The invention is described below, for example, with reference to the accompanying drawings. In the drawings shows:
1 shows an isometric view of a varifocal spectacle lens,
FIG. 2 shows a vertical section of the glass according to FIG. 1 along the main vertical meridian,
3 shows a front view of a varifocal spectacle lens, which shows the various viewing zones of the lens and the associated refractive power curve,
Fig. 4 is a schematic representation of the technique used to create the refractive surface in Fig. 3;
5 shows a front view of a progressive spectacle lens, the intermediate part and near-vision part of which is divided in the lateral direction into several areas, of which the outermost areas are completely corrected for distortion,
Fig.
6 to 11 representations of a square grating seen through various varifocal spectacle lenses,
12 shows a schematic representation of a symmetrical varifocal spectacle lens which has been rotated by 10 from the vertical to adapt to the decreasing interpupillary distance when viewing closer objects,
13 shows a schematic representation of an adapted pair of spectacle lenses which compensates for the required rotation by 10,
14A to 14C examples of refractive power curves with discontinuities,
15 shows a table of the effect of the discontinuities of the refractive power curves,
16 and 17 representations of a square grating seen through a multifocal spectacle lens without or with finite refractive power discontinuities at the boundaries of an intermediate viewing zone,
Fig.
18 a front view of a varifocal spectacle lens in which the finite refractive power discontinuities merge into one another at the boundaries of the intermediate zone and are therefore not visible,
19 shows a front view of a multifocal spectacle lens, the intermediate segment and near-vision segment of which is divided in the lateral direction into a plurality of regions, of which the outermost regions only show normal distortion, which spectacle lens can be subjected to a manufacturing process for making the segment separation lines invisible,
20 shows a representation of a square grating seen through a multifocal spectacle lens, and FIG
21 shows a front view of the multifocal spectacle lens with which the one shown in FIG.
20 was obtained, in which glass the surface discontinuities at the boundaries between the segments merge and are therefore invisible.
In the figures, the same parts are labeled with the same reference numbers.
A progressive lens 10 is shown in FIG. 1. The glass 10 consists of an optical material with the same refractive index everywhere, for example glass with optical quality or one of the known plastics with optical quality, for example CR-39 (allyl diglycol carbonate), Lexan (polycarbonate) or methyl methacrylate. The changing refractive power of the glass 10 is obtained by the aspherical shape of one of the two glass surfaces. In general, the front surface of the lens is the aspherical surface; H.
that glass surface which is convex. The main reason for choosing the front surface is that the usual grinding and polishing machines are designed to produce the spherical or toric surface used to correct the ametropia on the back of the spectacle lens. For this reason, it is assumed in the following description that the aspherical surface is on the front surface of the spectacle lenses.
In the description, it is assumed that the spectacle lens occupies a fixed position in space which approximately corresponds to the position in which the lens is worn. As Fig. 1 shows. the glass 10 is oriented so that the aspherical surface touches a first vertical plane 12 in the geometric center 14 of the glass 1 tl. A second vertical plane 16, which is perpendicular to the first plane, also intersects the spectacle lens 10 at point 14 and divides the lens 10 into two symmetrical halves. The level
16 is called the main vertical meridian plane. The vertical main meridian plane 16 intersects the aspherical surface of the glass I 10 in a flat curve 1 X, which is called the main meridian curve.
If the spectacle lens 10 is to have the desired effect, the main meridian line 18 must be continuous and have a continuously changing inclination. Compliance with the first condition is guaranteed. that there is no visible discontinuity in the glass surface along the main meridian line. The fulfillment of the second condition ensures that no image jump occurs when the gaze of the wearer moves in the vertical direction along the main meridian line. To achieve progressive accommodation through the spectacle lens, the curvature of the main meridian curve increases downwards in the positive direction from a far vision value in the vicinity of the upper end to a near vision value in the vicinity of the lower end of the lens.
The amount of additional refractive power (commonly referred to as additional power) between the upper limit and lower limit can vary according to the particular design. The absolute size of the additional refractive power is different and depends on the size of the remaining accommodation width of the glasses wearer. The size of the additional effect along the main meridian line 18 is also different; H.
it can occur over a relatively short part of the main meridian line or over its entire length.
The astigmatism along the main meridian line 18 is preferably practically zero. Astigmatism is defined in relation to a point on a refractive surface and two mutually perpendicular intersecting planes which pass through the normal of the refractive surface at the point mentioned. The first or sagittal plane is determined by the smallest and the second or meridional plane by the maximum radius of curvature of the refracting surface at the point mentioned. The size of the astigmatism is the difference between the refractive power of the spectacle lens in the first plane and the refractive power of the spectacle lens in the second plane. The curvatures of the refractive surface at a point in the sagittal plane and the meridional plane are the main curvatures at that point.
This astigmatism can be referred to as self-astigmatism, in contrast to the astigmatism that results when a spherical surface is illuminated by light rays incident at an angle.
Along the main vertical meridian curve 18, the refractive surface is ombilic, i.e. H. each point on the surface which lies on curve 18 has only one radius of curvature.
If r is the radius of curvature of the main meridian line at point Q and n is the refractive power of the lens, then if the main curvatures at point Q are the same, the refractive power PO at this point is given by: P0 = (nl) / r Sectional view of the spectacle lens I 10 along the vertical main meridian plane 16. The centers of curvature of the main meridian line 18 lie on a continuous, flat curve 22, which is called the evolute of the main meridian line and also lies in the main meridian plane. Each point Q of the main meridian line 18 corresponds to a point q on the evolute. The radius vector 20 connecting two such points forms a perpendicular to the main meridian line 18 passing through the point Q and a tangent on the evolute 22 passing through the point q.
A particularly advantageous form of a varifocal spectacle lens is shown in FIG. 3. The spectacle lens 30 has 3 viewing zones 32, 36 and 34 which follow one another in the vertical direction. A vertical main meridian line 18 here likewise divides the lens 30 into two parts. The uppermost viewing zone 32 of the lens has a constant refractive power for viewing objects in the far vision range, i. the front surface of zone 32 is spherical. The lowermost viewing zone 34 also has a constant refractive power for viewing objects in the near-vision range. The intermediate viewing zone 36 with progressive refractive power is provided between the zones 32 and 33 and forms a sliding, optical transition between the zones 32 and 34.
This means that the refractive power of the zone 36 changes continuously from a first refractive power at its upper end to a second, higher refractive power at its lower end. This fulfills the requirement that the refractive power of a varifocal spectacle lens must increase from top to bottom along the main meridian curve.
The height of the intermediate viewing zone 36 is denoted by h.
The curve on the right-hand side of FIG. 3 is the course of the refractive power of the spectacle lens 30. In the present case, the curve consists of three linear parts 38, 40 and 42, which the refractive powers along the main meridian line B in the zones 32, 34 and
36 of the glass 30 specify. As the parts 38 and 40 show, the viewing zones 34 and 32 each have a constant refractive power, the refractive power of the zone 34 being greater than that of the zone 32. The inclined part 42 of the refractive power curve shows that the refractive power in the zone 36 is linear changes. The curve of the
FIG. 3 is a typical example of a refractive power curve, as it is often used in varifocal spectacle lenses. The height h is different and can increase up to the full height of the spectacle lens.
The refractive power curve shown in FIG. 3 is linear in the varifocal zone. However, the course of the refractive power does not have to be linear, but can have any shape adapted to a special case. The refractive power curve should, however, be a continuous curve in the varifocal zone, although small discontinuities may be present.
The basic shape of the surface with a progressive refractive power curve according to FIG. 3 is shown in FIG. The refractive surface with progressive refractive power is obtained by a circular arc C with a variable radius and constant inclination, which successively passes through all points Q of the main meridian line. The axis aa 'of the generating circle lies in the main meridian plane and forms a constant angle with the vertical. The radius of the generating circle passing through a given point Q is determined by the condition that the axis of the circle must pass through the corresponding point q of the evolute 22.
The radius of the generating circle is equal to the length of the line QR in FIG. 4.
It can be shown that as a result of this construction the main curvatures are the same at every point of the main meridian line. This means that the surface is ombilian (free of astigmatism along the main meridian lines).
It is convenient to describe the distortion characteristics of a refractive surface of the type of the surface present in terms of the image of a square grating seen through the lens. Although this image does not exactly correspond to the distortion properties of the glass, it is a good approximation of the optical effect perceived by a spectacle wearer.
Two types of distortion can be distinguished, namely normal and skewed distortion. The normal distortion is caused by the unequal image magnification in the two orthogonal directions parallel to the grid lines. The skewed distortion is the deviation of the grid lines of the grid image from the orthogonality of the grid lines of the real grid. If a single square of the grating is viewed through a small area of a spectacle lens and the major axes of astigmatism in that area of the lens are parallel to the grating lines being viewed, then the received image shows purely normal distortion, i.e. H. the image of the grid square is a rectangle whose sides are parallel to those of the grid square.
If the main axes of the astigmatism in this area of the spectacle lens bisect the right angle between orthogonal grid lines, then the received image of the grid shows a pure oblique distortion, i.e. H. the image of the grid square is an equilateral parallelogram. In general, however, the major axes of astigmatism are in any direction with respect to the grid lines, so that the image received from a grid square shows a mixture of normal and skewed distortion; H. the image is an unequal parallelogram.
Of the two types of distortion described above, oblique distortion in spectacle lenses is the more unpleasant. The skewed distortion of a spectacle lens causes a confusing fluctuation of the image seen, as a result of which the spectacle wearer can lose their orientation and become dizzy. The known varifocals were either not corrected with regard to the skewed distortion or had a reading range that was too small.
The astigmatism present with a linear refractive power curve in a refractive surface changes in the lateral direction twice as much as the additional effect of the refractive power along the main meridian curve, so that without correction or compensation, the distortion in the edge areas of a progressive lens is considerable.
For example, in the spectacle lens 30 according to FIG. 3, the main axes of the astigmatism in the intermediate zone 36 have an angle of 45 "with respect to the horizontal and vertical lines in the field of vision. As a result, this spectacle lens has considerable normal and oblique distortion in the edge parts of the intermediate zone 36.
As already mentioned above, the distortion and astigmatism cannot be eliminated in refractive surfaces with progressive refractive power. However, it has been found that a spectacle lens surface can be completely corrected for the oblique distortion in the edge areas. This means that the main axes of the astigmatism in the edge regions of the spectacle lens surface lie in horizontal and vertical planes with respect to the field of vision, so that these edge regions only have normal distortion.
The normal distortion is much less annoying than the skewed distortion.
The condition for correcting the skewed distortion in the edge areas of the refractive surface can be expressed most easily mathematically if the refractive surface is represented by the following function: Z = f (x, y) where x is the horizontal direction, y the vertical direction and Z is the height of the surface with respect to the xy plane. If the surface fulfills the condition that the directions of the main curvatures and the main axes of the astigmatism lie in all points in planes which are parallel to the x-axis and y-axis, then:
62f oXw
If this condition is met in all points of a given area, this area has only normal distortion.
In FIG. 5, a progressive lens 50 is shown. The glass 50 is bisected by a main vertical meridian line 52. The glass 50 is again divided into three viewing zones 54, 58 and 56 lying one above the other. The uppermost viewing zone 54 has a refractive surface with constant refractive power and is used for accommodation in the far-vision area. The lower viewing zone 56 has a larger, constant refractive power in the middle areas for adaptation to the near-vision area.
The intermediate zone 58 between zones 54 and 56 has a progressive refractive power. As far as described up to now, the spectacle lens 50 does not differ very much from the known spectacle lenses. The technique for generating the portion of the refractive surface adjacent to the main meridian curve is the same as that described with reference to FIG. The course of the refractive power valid along the main meridian curve can be of the form shown in FIG. 4.
The intermediate zone 58 and the near vision zone 56 of the lens 50 are divided into 5 areas in the lateral direction. The dividing lines AB, CD, A'B 'and C'D' between these areas are selected according to the desired shape and position of the five areas. However, the embodiment is not limited to the symmetrical position of the dividing lines with respect to the main meridian curve 52 shown in FIG. In the exemplary embodiment described, the dividing lines A'F'B 'and C'D' are mirror images of the lines AFB and CD in relation to the main meridian line 52. The central area A'AFF 'has a shape suitable for varifocal spectacle lenses.
The edge regions CDE and C'D'E 'of the refractive surface are designed in such a way that they adjoin the far-vision zone 54 smoothly along the lines CE and C'E'. This smooth, optical transition is achieved through a smooth, unbroken surface of the entire lens. In each point of the areas CDE and C'D'E ', the main axes of the astigmatism lie in horizontal and vertical planes according to the condition given above. As a result, horizontal and vertical lines in the field of view are not subject to any oblique distortion when viewed through these edge areas of the glass with progressive refractive power. In addition, a vertical line, when viewed through the edge areas of the glass, remains vertical and unbroken over the entire height of these edge areas.
In other words, a line which is seen as vertical in the edge regions of the far-vision zone 54 is also seen vertically and unbroken in the intermediate zone 58 and in the near-vision zone 56.
The intermediate areas ABDC and A'B'D'C 'are optical transition areas between the central area and the edge areas of the glass 50 corrected for skewed distortion. These intermediate areas create an optically smooth transition between the areas with different optical properties. The intermediate areas also cause a sliding optical transition to the far-sight zone 54. The exact shape of the refractive surface in these transition areas depends on a large number of factors, such as the size of the additional effect of the lens, the overall width of the lens and the height of the intermediate zone 58 with progressive Refractive power.
As mentioned earlier, in the central area of the lens, which has the progressive refractive power, the main axes of the astigmatism lie in planes which have an angle of 45 to the vertical if the refractive power curve is linear in this area of the lens. In the edge areas CDE and C'D'E ', the main axes of astigmatism lie in vertical and horizontal planes. In other words, the distortion in the central region of the spectacle lens 50 is a purely oblique distortion and the distortion in the edge regions is a purely normal distortion. The transition areas ABDC and A'B'D'C 'have aspherical surfaces which cause the constant rotation of the main axes of the astigmatism from the position in the central area to the position in the edge areas, so that the refractive surface or the image seen does not have any discontinuities .
The width of the transition width is different and can be zero in the limit. This means that cases are also possible in which the refractive surface only has the central area and the edge areas.
Further exemplary embodiments of the present spectacle lens are described below, the fundamental differences between the refractive surfaces of these exemplary embodiments being explained on the basis of the distortion of images of a square grid obtained with these surfaces.
In the embodiment according to FIG. 6, the edge regions of the intermediate zone and the near vision zone have an aspherical curvature with the same radius and the same center point as the far vision zone with constant refractive power. In this exemplary embodiment, the above-mentioned criterion for the edge regions is met by a continuation of the upper spherical surface into the lower regions of the spectacle lens with progressive refractive power. As a result, there is no distortion or astigmatism resulting from the progressive refractive power in these edge areas of the glass. On the other hand, the transition areas between the central area with progressive refractive power and the edge areas cause severe distortion when the grating is viewed through these areas.
The refractive surface generating the image according to FIG. 7 is shaped so that the change in the vertical magnification in the edge regions of the spectacle lens is equal to the change in the vertical magnification along the main meridian line.
As a result, the distortion of a horizontal line viewed through this glass is such that the height of the line at the edge is equal to the height of the line on the main meridian line.
The astigmatism present at any height on the edge of the lens is equal to the additional effect on the main meridian line at the same height. The distortion that occurs due to the sliding optical transition between the central area of the lens and the edge areas is significantly smaller than in the case of the spectacle lens according to FIG. 6.
FIG. 8 shows an image of the square grating which is obtained with a further exemplary embodiment of the present spectacle lens. In this embodiment, the width of the transition areas is practically zero. As a result, the downwardly curved lines of the surface with progressive refractive power at the edge of the central area are sharply bent in the horizontal direction. Through this training, the field of
Reduced spectacle lenses in which a disturbing, skewed distortion occurs. The spectacle lens according to FIG. 8 has the further advantage that the width of the spherical near vision area, which is represented by the enlarged grid squares, is greater than in the embodiments described earlier.
The grating image shown in FIG. 9 is obtained with a spectacle lens whose refractive surface is designed in such a way that the horizontal grating lines seen through the intermediate zone with progressive refractive power appear bell-shaped.
The lateral transition areas have the same width and the surface of these areas is designed in such a way that a very little disruptive sliding optical transition is obtained when the gaze of the spectacle lens wearer moves from the center of the lens towards its edge.
The spectacle lens that generates the image shown in FIG. 10 is very similar to the one that generates the image according to FIG. 9, except that the edge of the near-vision area is slightly different, so that the horizontal lines that close to the lower Boundary of the intermediate region of the spectacle lens according to FIG. 9 occur, in which the lens according to FIG. 10 is bundled a little bit. In other words, in the spectacle lens according to FIG. 10, a certain oblique distortion is deliberately introduced into the lower edge regions of the near vision zone in order to reduce the bundling.
Although this initially appears to be disadvantageous when considering the grid image according to FIG. 10, it should be pointed out that a typical spectacle lens has a certain edge shape so that the lens fits into conventional spectacle frames, with the majority of the glasses fitted into the spectacle frame Corner areas of the grid image according to FIG. 10 are not present. For this reason, the intentionally introduced, skewed distortion is practically not a problem.
In each of the exemplary embodiments shown in FIGS. 6 to 10, the transition regions ABCD and A'B'C'D 'have vertical boundaries. However, as shown in FIG. 5, these boundaries need not necessarily be vertical, and vertical boundaries do not have particular advantages. An example of a grating image obtained with a spectacle lens of such a shape is shown in FIG. In this spectacle lens, the boundaries of the transition areas diverge in the vicinity of the lower end of the lens, as indicated by the dashed lines in FIG. 11. This design of the lens has the advantage that the distortion in the upper half of the intermediate zone is kept to a minimum can and still a sufficiently large near vision area with constant refractive power is obtained.
In the examples described above, compared to the known varifocal spectacle lenses, a little sharpness in the edge areas of the near vision zone is sacrificed to correct the oblique distortion in the edge areas of the intermediate zone, whereby a near vision area with constant refractive power of satisfactory size is still retained.
The above-described spectacle lenses which are symmetrical about a main vertical meridian line, in which the main vertical meridian line is actually vertical and divides the lens into two precisely symmetrical lateral parts, are extremely advantageous for production. With the right marking, a symmetrical lens blank can be used as a lens for both the left and right eye. With regard to the optical effect, however, it is better to design varifocal spectacle lenses specifically for the left and right eyes. Such spectacle lenses are asymmetrical because the interpupillary distance of the eyes decreases when the focal point of the eye lenses changes when viewing distant and close objects one after the other.
To adapt symmetrical spectacle lenses to a person with ametropia, the main meridian line should therefore have an inclination of approximately 10 from the vertical in order to achieve a satisfactory effect in the near vision zone. This rotation of the lenses by 10 around their center ensures that the line of sight can move along the main meridian line for a clear view at all distances. If, however, the lenses are twisted as described above, the main axes of the astigmatism in the edge area of the symmetrical lenses corrected for skewed distortion are no longer aligned with the horizontal and vertical elements of the surroundings of the lens wearer, so that, especially with lenses with strong additional effects, an oblique distortion occurs in the edge area.
However, this oblique distortion is disruptive for the spectacle lens wearer for the reasons explained earlier.
According to a further development, this disadvantage is eliminated by modifying the symmetrical shape of the spectacle lenses described above. In this development, the far-vision zone and the central parts of the intermediate zone and the near-vision zone continue to have a symmetrical shape. However, the edge areas of the intermediate zone and the near vision zone are modified so that when the main meridian line is approximated by
100 is inclined to the vertical, the main axes of the astigmatism in these edge areas are aligned with the horizontal and vertical elements in the vicinity of the glasses wearer. The transition areas are again designed so that a sliding optical correction is obtained between the central parts and the edge areas.
13 shows the orientation of the main axes of the astigmatism of a right and a left spectacle lens, which is necessary to compensate for the interpupillary distance that decreases as the object width becomes shorter.
The spectacle lenses described can be produced either directly or indirectly, for example by casting.
In the first case, a numerically controlled grinding machine is programmed to create the complement of the refractive surface in a porous ceramic block. After producing the complementary surface in the form of a cavity in the ceramic block, a heated, highly polished glass plate is placed on the cavity and a vacuum is created on the back of the ceramic block so that the plate is pulled into the cavity and given the desired surface shape. The glass plate can then be polished for the direct production of a spectacle lens blank with the desired refractive surface. In the second case, the surface of the molded glass plate that is not in contact with the ceramic block is used as a molding surface for casting plastic spectacle lenses.
The casting of the spectacle lenses described has numerous advantages, including the fact that a spectacle lens according to the invention can be manufactured at a price which is comparable to the price of the known glasses. Further advantages result from the fact that the glass sunk into the ceramic block has a certain thickness, through which any discontinuities in the surface of the cavity in the ceramic block, which originate for example from the grinding tool of the grinding machine, are compensated, so that the spectacle lenses produced by casting have a smooth, refractive one Have an area of optical quality.
It can be shown that if the refractive power curve in the intermediate zone with progressive refractive power of a spectacle lens is linear, i. H. the additional effect of the intermediate zone along the main meridian line increases linearly from top to bottom, as is the case with the refractive power curve for the spectacle lens according to FIG. 3, the astigmatism increases twice as quickly with the perpendicular distance from the main meridian line than the additional effect along the vertical one Main meridian line.
So if B is the additional effect and h is the height of the intermediate zone, then the astigmatism A at the distance lyl from the meridian line is given by:
B.
A = 2; IYI h
The area of clear vision is defined as the area of the intermediate zone bounded on the right and left by lines where astigmatism is one diopter (it is known that an astigmatism of 1 diopter reduces visual acuity to approximately half). For example, if B = 2 D and h = 10 mm, then the width W of the clear view area is 5 mm.
From this typical example it can be seen that a relatively high price has to be paid for the progressive refractive power in the intermediate zone, in that the visual acuity in the intermediate zone is poor everywhere except in a narrow, central area, the width of which is determined by the height of the intermediate zone and the The size of the change in the additional effect is determined.
The disadvantage of having a narrow area with clear vision can be at least partially mitigated by combining the progressive power change and the power discontinuities at one or both of the boundaries separating the intermediate zone from the far-vision zone and the near-vision zone. The solid curves in FIGS. 14A, 14B and 14C show different progressive refractive power courses with such discontinuities. FIG. 14A shows the meridional refractive power curve of a present varifocal spectacle lens which has a refractive power discontinuity, i. has a jump at the upper limit of the intermediate viewing zone, but not at the lower limit of this zone. Figure 14B shows the opposite case, i.e. H. there is only one power discontinuity at the lower limit of the intervision zone.
FIG. 14C shows the progression of the meridional refractive power in a spectacle lens with finite discontinuities at the upper and lower limits of the intermediate viewing zone. In each of these examples, the dashed line corresponds to the refractive power curve of a progressive spectacle lens which has no discontinuities at the boundaries of the intermediate vision zone.
As can be seen immediately from FIGS. 14A to 14C, the discontinuities of the refractive power curves have the consequence that the increase in the additional effect of refractive power over the intermediate layer zone is reduced. This results in a wider area of clear vision according to the relationship given above.
If the refractive power discontinuities have the sizes b1 and b2, then according to the relationship given above, the astigmatism within the intermediate visual zone is given by: (Bbxb2) h
If again B = 2 D, h = 10 mm and b1 = b2 = 0.5 D, the width W of the clear view area is now 100 mm, i.e. is twice as large as in the case of bl = b2 = 0. In the table in FIG. 15, the upper number in each square indicates the width W of the area of clear vision as a function of the total additional effect B and the total size of the discontinuous change in refractive power (bt + b2). The lower number in each square indicates the increase in the width W compared to the width with a continuous refractive power curve.
The size of an individual refractive power discontinuity should not be so great that the visual continuity for the spectacle lens wearer is destroyed. This criterion limits such individual discontinuities to about 0.5 D.
The introduction of refractive power discontinuities can reduce the distortion caused by the intermediate viewing zone.
FIG. 16 shows the image of a square grating, similar to that obtained with the spectacle lens according to FIG. 3, as seen through a progressive spectacle lens. 17 shows the distortion of the same grating when it is viewed through a spectacle lens with a finite power discontinuity at the upper and lower limits of the intermediate vision zone with progressive power. In both cases, the refractive power in the intermediate viewing zone increases linearly and the overall additional effect is the same, but the distortion of the grating due to the intermediate viewing zone of the glass according to FIG. 17 is significantly smaller than that due to the intermediate viewing zone of the glass according to FIG. 16.
When finite power discontinuities are introduced in a progressive spectacle lens according to the prior art, a marked interruption in the surface continuity occurs which extends across the surface of the lens at the level of the refractive power discontinuity. For example, if the axis of the generating circle shown in Figure 4 is vertical, said interruption will form a horizontal line across the glass.
The height L of the interruption increases approximately quadratically with the distance IYI from the meridian line according to the following relationship: L b y2
2 n-1
For example, if b = 0.5 D and n = 1.5, then Jyl = 35 mm, although 0.62 mm. If the cosmetic advantages of a progressive lens are to be retained, the interruption in the viewing zones, which are separated from one another by the interruption, must be made sliding. This is extremely difficult with the prior art spectacle lenses.
In the above-described production of the present glasses through the glass sunk into the cavity of the ceramic block, this sliding transition is automatically obtained by the finite thickness of the glass plate used to produce the mold surface. A spectacle lens produced in this way contains transition regions 60 with greatly changing refractive power, as shown in FIG. This
However, areas are not annoying as they represent parts of the
Intervisible zones are adjacent, in which the visual acuity is already greatly reduced by the surface astigmatism.
As mentioned earlier, the spectacle lenses described have two advantages. One optical advantage is the continuous accommodation across the height of the glass and the other, cosmetic advantage is the invisibility of the dividing lines between the viewing zones of the glass.
The advantage of progressive accommodation along the main vertical meridian line is bought at the cost of a deterioration in visual acuity in the intermediate vision zone, except in a relatively narrow area of clear vision along the main meridian line. If, however, a completely continuous, progressive accommodation is dispensed with, the area of clear vision can be enlarged by introducing refractive power discontinuities, with the cosmetic advantage of varifocals being retained.
For example, in an ordinary trifocal spectacle lens, as it is currently commercially available, the dividing lines between the far-vision segment, the intermediate-vision segment and the near-vision segment are very clearly visible.
This is caused by the presence of edges on the dividing lines, the height of which increases quadratically with the distance from the main meridian line. The 1 edge height in the main meridian line is zero, but at a distance of 35 mm from the main meridian line, where the difference in refractive power between adjacent segments is 1 D, is 1.24 mm. An edge of this height is very visible and cannot be made invisible by any manufacturing process, including the process described above which uses a ceramic block.
The creation of a multifocal spectacle lens in which the theoretical edge height is reduced to a minimum value so that the edge can be effectively made invisible by the manufacturing method described above will be described below.
Such a multifocal spectacle lens is shown in FIG. The meridional law of refractive power has the step shape customary in a trifocal spectacle lens and is shown on the right-hand side of FIG. If bt and b2 are the values of the refractive power levels and B is the total additional effect, the following applies: B = b1 + b2.
If either b1 or b2 is zero, the lens is a simple bifocal lens. The multifocal spectacle lens 100 of FIG. 19 has a far-vision zone 104 having constant refractive power, a second viewing zone 106 immediately below the first zone 104 and a third viewing zone
108 in the lowest part for viewing objects in the near vision range. The intermediate vision zone 106 and the near vision zone
108 are again divided into at least three, preferably five areas in the lateral direction. The middle area ABA 'is centered on the vertical main meridian line 102 and comprises two areas with constant refractive power according to the law of refractive power shown on the right in FIG. The transition areas ACDB and A'C'D'B 'follow the middle area.
These transition areas have the same function as the transition areas in the spectacle lens according to FIG. 5. The edge areas CDE and C'D'E 'are again corrected for the skewed distortion in the manner already described. In these edge areas of the intermediate vision zone and the near vision zone, a vertical line appears in the area as an unbroken, vertical line. In other words, along each vertical line drawn through the edge area of the glass, the magnitude of the horizontal prism effect is constant.
This verticality of the lines in the edge area of the lens is obtained by correcting the oblique distortion, which in conventional trifocal lenses is concentrated on the horizontal edges that separate the segments of the lens with different refractive powers.
The main benefit obtained by correcting the skew distortion is the reduction in the height of the horizontal edges. The edges do not completely disappear, but the remaining edge height can be made cosmetically invisible through the manufacturing process described above. 20 shows the distortion of a square grating by a multifocal spectacle lens with a distortion correction in which the width of the transition areas ABDC and A'B'D'C 'is zero, i.e. H. the transition is volatile.
If the width of the central area A'ABB 'is 24 mm, the difference in the refractive powers at the borders of the intermediate zone is 1 dpt and lyl is 12 mm, then the edge height L is 0.14 mm. The edge height L for lyl greater than 12 mm remains constant and equal to 0.14 mm. Although an edge of such a height is visible on a spectacle lens, it can be smoothed and made cosmetically invisible by the method described above. The transition regions obtained in this way are designated by 110 in FIG.
The present multifocal spectacle lenses are optically at least equivalent to the known multifocal lenses and have the advantage over them that the dividing lines between the individual segments are not visible.
In the above description of spectacle lenses, the various corrective measures are explained independently of one another, i.e. the concept of introducing vertical discontinuities has been described separately from the concept of dividing the lens horizontally into multiple areas to correct the skewed distortion of these areas separately. However, it is possible to combine these corrections so that optimal varifocal spectacle lenses for special requirements are obtained.