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Technisches Gebiet:
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Die
Erfindung betrifft eine asphärische optische Linse, insbesondere
Brillenlinse, mit einer Hauptebene, welche durch eine x-Richtung
und eine hierzu schräg, quer oder senkrecht verlaufende y-Richtung
aufgespannt ist, einer asphärisch gekrümmten Vorderfläche,
deren Krümmung eine x-Komponente, d. h. eine Komponente
in x-Richtung, aufweist, und einer ebenfalls asphärisch
gekrümmten Rückfläche, deren Krümmung
eine y-Komponente, d. h. eine Komponente in y-Richtung, aufweist. Die
Erfindung betrifft ferner eine Brille mit wenigstens einer derartigen
Linse.
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Stand der Technik:
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Gleitsichtgläser,
auch als Multifokalgläser oder Progressivgläser
bezeichnet, sind spezielle Brillengläser, welche im oberen
Bereich eine Zone für Fernsicht, im unteren Teil eine Zone
für Nahsicht und dazwischen eine stufenlose Übergangszone
aufweisen. Anders als bei einer Kugelfläche ist daher die Krümmung
eines Gleitsichtglases nicht örtlich konstant, sondern
nimmt in der Regel von oben nach unten zu. Die Krümmung
des Gleitsichtglases ist also ortsabhängig.
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Bisherige
High End Gleitsichtgläser arbeiten immer noch mit einem
System das durch Flächenastigmatismen einen Progressionskanal
produziert der dadurch einen Anstieg an Brechkraft zum unteren Glas
Rand verursacht. Die Übergangszone und die Nahsichtzone
wird als Progressionskanal bezeichnet, weil sich in diesen Bereichen
die Krümmung progressiv ändert.
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Leider
bringt das System auch Unschärfenbereiche (Flächenastigmatismen)
mit sich. Diese Unschärfenbereiche entstehen an beiden
Seiten des Progressionskanals, was den Träger der Gleitsichtbrille
wiederum beim Lesen einschränkt da er den Kopf verstärkt
mitnehmen muss. Ein wesentlicher Nachteil herkömmlicher
Gleitsichtgläser besteht somit darin, dass die Breite des Progressionskanals
begrenzt ist und links und rechts des Progressionskanals, also links
und rechts im unteren Bereich des Gleitsichtglases, Unschärfezonen
(Flächenastimatismen) vorhanden sind, durch welche hindurch
der Träger der Gleitsichtbrille nicht scharf sehen kann. Die
Breitenbegrenzung des Progressionskanals und die Ausbildung von
Flächenastigmatismen sind bei herkömmlichen Gleitsichtgläsern
aus prinzipiellen Gründen unvermeidlich (vgl.
Lexikon
der Optik, Hrsg. Harry Paul, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg,
1999, Band 2, Stichworte: "Brillengläser" und "Satz
von Minkwitz"), wobei die Größe
der Unschärfezonen mit zunehmender Addition anwächst.
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Im
Stand der Technik sind ferner anamorphe Systeme (auch als anamorphote
oder anamorphotische Systeme bezeichnet) bekannt, welche aus zwei gegeneinander
gekreuzten Zylinderlinsen bestehen und z. B. zur absichtlichen Verzerrung
von Bildern verwendet werden (vgl. a. a. O., Stichwort: "Anamorphotische
Abbildung").
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Technische Aufgabe:
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine optische Linse zu schaffen,
welche einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden kann und welche
ohne großen zusätzlichen Aufwand als Linse ohne
Flächenastimagtismen oder mit zumindest stark reduzierten
Flächenastigmatismen, insbesondere als Gleitsichtglas für
eine Brille, ausgestaltet werden kann. Der Erfindung liegt ferner
die Aufgabe zu Grunde, eine Brille mit wenigstens einer derartigen
optischen Linse zu schaffen.
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[A1]
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch eine asphärische optische Linse, insbesondere Brillenlinse,
mit einer Hauptebene, welche durch eine x-Richtung und eine hierzu
schräg, quer oder senkrecht verlaufende y-Richtung aufgespannt ist,
einer asphärisch gekrümmten Vorderfläche,
deren Krümmung eine x-Komponente, d. h. eine Komponente
in x-Richtung, aufweist, und einer ebenfalls asphärisch
gekrümmten Rückfläche, deren Krümmung
eine y-Komponente, d. h. eine Komponente in y-Richtung, aufweist,
wobei
- – die x-Komponente der Krümmung
zumindest eines Teils der Vorderfläche sich in x-Richtung
stetig bzw. kontinuierlich ändert,
- – die y-Komponente der Krümmung zumindest
eines Teils der Rückfläche sich ebenfalls in x-Richtung
stetig bzw. kontinuierlich ändert,
- – und entweder die Vorderfläche in x-Richtung konkav
gekrümmt ist und zugleich die Rückfläche in
y-Richtung konkav gekrümmt ist, oder die Vorderfläche
in x-Richtung konvex gekrümmt ist und zugleich die Rückfläche
in y-Richtung konvex gekrümmt ist.
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[A2]
Die erfindungemäße Linse kann insbesondere eine
Brillenlinse oder wenigstens Teil einer Brillenlinse oder Teil einer
sonstigen Linse oder Teil eines optischen Systems, z. B. eines Objektivs,
sein.
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[A3]
Bevorzugt sind die Vorder- und die Rückfläche
so geformt, dass für jeden beliebigen Lichtstrahl, welcher
senkrecht zur Hauptebene auf die Vorderfläche auftrifft
und die Linse von der Vorder- zur Rückfläche durchtritt,
die x-Komponente der Krümmung der Vorderfläche
am Eintrittsort dieses Lichtstrahls und die y-Komponente der Krümmung der
Rückfläche am Austrittsort dieses Lichtstrahls
betragsmäßig um weniger als eine Toleranzabweichung relativ
voneinander abweichen, welche kleiner ist als 50%. Der Eintrittsort
liegt auf der Vorderfläche, der Austrittsort auf der Rückfläche.
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[A4]
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
sind die Vorder- und die Rückfläche so geformt,
dass für jede beliebige senkrecht zur Hauptebene verlaufende
Gerade, welche die Vorderfläche und die Rückfläche
schneidet, die x-Komponente der Krümmung der Vorderfläche
am Schnittpunkt dieser Geraden mit der Vorderfläche und
die y-Komponente der Krümmung der Rückfläche
am Schnittpunkt dieser Geraden mit der Rückfläche
betragsmäßig um weniger als eine Toleranzabweichung
relativ voneinander abweichen, welche kleiner ist als 50%.
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[A5]
Bevorzugt ist die Toleranzabweichung kleiner als 25% oder kleiner
als 10% oder kleiner als 5% oder kleiner als 1%.
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Eine
erfindungsgemäße Linse ist entweder eine Sammellinse,
welche sowohl in x- als auch in y-Richtung lichtsammelnd wirkt,
oder eine Zerstreuungslinse, welche sowohl in x- als auch in y-Richtung zerstreuend
wirkt.
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Vorzugsweise
ist die Linse L1 einstückig ausgebildet. Gemäß einer
anderen Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße
Linse aus einer Mehrzahl von Einzelkomponenten. Beispielsweise kann eine
Komponente durch eine Planfläche und die Vorderfläche
begrenzt sein und eine zweite Komponente der erfindungsgemäßen
Linse durch eine Planfläche und die Rückfläche
begrenzt sein, wobei beide Komponenten so aneinander angeordnet
sind, dass diese Planflächen einander gegenüberliegen,
wobei die Planflächen aneinander anliegen können
oder voneinander beabstandet sein können. Somit unterfallen dem
Begriff ”erfindungsgemäße Linse” bzw.
dem Begriff ”optische Linse” gemäß Anspruch
1 auch mehrteilige Ausführungsformen der Linse.
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Wenn
ein Aufpunkt auf einer gekrümmten Fläche, deren
Krümmung eine x-Komponente aufweist, mit konstanter y-Koordinate über
die Fläche verschoben wird, ändert er seinen Abstand
von der Hauptebene in nichtlinearer Abhängigkeit von der x-Position
und durchläuft somit eine Kurve, deren Projektion auf die
Hauptebene eine in x-Richtung verlaufende Gerade ist. Mit der x-Komponente
der Krümmung der Fläche ist die Krümmung
dieser Kurve gemeint.
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Völlig
analog hierzu ist mit der y-Komponente der Krümmung einer
Fläche die Krümmung derjenigen Kurve gemeint,
welche ein Aufpunkt auf der Fläche, der mit konstanter
x-Koordinate über die Fläche verschoben wird,
durchläuft, wobei die Projektion dieser Kurve auf die Hauptebene
eine in y-Richtung verlaufende Gerade ist.
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Mit
einer in x-Richtung bzw. in y-Richtung gekrümmten Fläche
ist eine solche Fläche gemeint, welche eine nicht verschwindende
x-Komponente bzw. y-Komponente ihrer Krümmung aufweist.
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Eine
zunehmende Krümmung entspricht einer stärker werdenden
Krümmung bzw. einem kleiner werdenden Krümmungsradius.
Ebenso entspricht eine abnehmende Krümmung einer schwächer
werdenden Krümmung bzw. einem größer
werdenden Krümmungsradius.
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Die
x-Komponente der Krümmung zumindest eines Teils der Vorderfläche ändert
sich erfindungsgemäß in x-Richtung stetig, d.
h. die Vorderfläche ist in x-Richtung ungleichförmig
und somit nicht-zylindrisch gekrümmt. Gemäß einer
bevorzugten Variante ändert sich die x-Komponente der Krümmung
der Vorderfläche überall auf der gesamten Vorderfläche
in x-Richtung stetig. Beispielsweise kann die x-Komponente der Krümmung
der Vorderfläche in x-Richtung stetig und monoton zu immer
größeren Krümmungsradien abnehmen.
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Die
y-Komponente zumindest eines Teils der Krümmung der Rückfläche ändert
sich ebenfalls in x-Richtung stetig, so dass auch die Rückfläche
keine zylindrische Gestalt aufweist. Gemäß einer
bevorzugten Variante ändert sich die y-Komponente der Krümmung
der Rückfläche überall auf der gesamten Rückfläche
in x-Richtung stetig. Beispielsweise kann die y-Komponente der Krümmung überall
auf der Rückfläche in x-Richtung ebenfalls stetig
und monoton zu immer größeren Krümmungsradien
abnehmen.
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Die
x-Komponente der Krümmung der Vorderfläche und
die y-Komponente der Krümmung der Rückfläche ändern
sich also beide in x-Richtung stetig, und zwar vorzugsweise monoton
gleichsinnig, d. h. vorzugsweise beide in x-Richtung monoton zunehmend
oder beide in x-Richtung monoton abnehmend.
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Mit
stetiger Änderung der Krümmung ist gemeint, dass
die Krümmung nicht über die gesamte Ausdehnung
der Linse in x- bzw. y-Richtung konstant, d. h. kreisbogenförmig
ist, sondern zumindest stellenweise von der Kreisbogenform abweicht,
ohne sich jedoch an irgend einem Punkt sprunghaft zu ändern.
Somit weicht erfindungsgemäß jede auf der Vorderfläche
verlaufende Linie, deren Projektion auf die Hauptebene in x-Richtung
verläuft, zumindest stellenweise von der Kreisbogenform
ab. Ebenso weicht erfindungsgemäß jede auf der
Rückfläche verlaufende Linie, deren Projektion
auf die Hauptebene in x-Richtung verläuft, zumindest stellenweise von
der Kreisbogenform ab.
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[A6]
Bevorzugt ist an jedem Punkt der Vorderfläche die y-Komponente
der Krümmung betragsmäßig mindestens
n-mal kleiner ist als die x-Komponente der Krümmung an
diesem Punkt, wobei n eine Zahl größer als 5,
vorzugsweise größer als 10 oder größer
als 20, ist.
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Hiermit
ist gemeint, dass an jedem Punkt der Vorderfläche das Verhältnis
der y-Komponente der Krümmung zur x-Komponente der Krümmung
betragsmäßig kleiner ist als 1/n, wobei n eine
Zahl größer als 5, vorzugsweise größer
als 10 oder größer als 20, ist. Gemäß dieser
Ausführungsform ist somit die Vorderfläche an
jedem Punkt in x-Richtung mindestens n-mal stärker gekrümmt
als in y-Richtung.
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[A7]
Bevorzugt ist die Vorderfläche in y-Richtung nicht gekrümmt,
so dass die y-Komponente der Krümmung auf der gesamten
der Vorderfläche gleich Null ist.
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Die
Vorderfläche ist in y-Richtung also bevorzugt überhaupt
nicht oder im Vergleich zur Krümmung in x-Richtung nur
wenig gekrümmt.
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[A8]
Gemäß einer Ausführungsform ist entweder
die Vorderfläche in y-Richtung konkav gekrümmt
und zugleich die Rückfläche in x-Richtung konkav
gekrümmt, oder es ist die Vorderfläche in y-Richtung
konvex gekrümmt und zugleich die Rückfläche
in x-Richtung konvex gekrümmt, wobei für jeden
beliebigen Lichtstrahl, welcher senkrecht zur Hauptebene auf die
Vorderfläche auftrifft und die Linse von der Vorder- zur
Rückfläche durchtritt, die y-Komponente der Krümmung
der Vorderfläche am Eintrittsort dieses Lichtstrahls und
die x-Komponente der Krümmung der Rückfläche
am Austrittsort dieses Lichtstrahls betragsmäßig
um weniger als einen Toleranzwert relativ voneinander abweichen,
welcher kleiner ist als 50%.
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[A8]
Gemäß einer Ausführungsform ist entweder
die Vorderfläche in y-Richtung konkav gekrümmt
und zugleich die Rückfläche in x-Richtung konkav
gekrümmt, oder es ist die Vorderfläche in y-Richtung
konvex gekrümmt und zugleich die Rückfläche
in x-Richtung konvex gekrümmt, wobei für jede beliebige
senkrecht zur Hauptebene verlaufende Gerade, welche die Vorderfläche
und die Rückfläche schneidet, die y-Komponente
der Krümmung der Vorderfläche am Schnittpunkt
dieser Geraden mit der Vorderfläche und die x-Komponente
der Krümmung der Rückfläche am Schnittpunkt
dieser Geraden mit der Rückfläche betragsmäßig
um weniger als einen Toleranzwert relativ voneinander abweichen,
welcher kleiner ist als 50%.
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[A9]
Bevorzugt ist der Toleranzwert kleiner als 20% oder kleiner als
10% oder kleiner als 2%.
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[A10]
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Rückfläche in x-Richtung konkav gekrümmt,
wobei der Krümmung der Vorderfläche in x-Richtung
eine konvexe Ausgleichskrümmung überlagert ist,
welche den Beitrag, welchen allein die x-Komponente der Krümmung
der Rückfläche zur lichtsammelnden oder zerstreuenden
Wirkung der Linse beiträgt, zumindest teilweise kompensiert.
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[A10]
Gemäß einer alternativen Ausführungsform
ist die Rückfläche in x-Richtung konvex gekrümmt,
wobei der Krümmung der Vorderfläche in x-Richtung
eine konkave Ausgleichskrümmung überlagert ist,
welche den Beitrag, welchen allein die x-Komponente der Krümmung
der Rückfläche zur lichtsammelnden oder zerstreuenden
Wirkung der Linse beiträgt, zumindest teilweise kompensiert.
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[A11]
Vorzugsweise ist an jedem Punkt der Rückfläche
die x-Komponente der Krümmung betragsmäßig
mindestens m-mal kleiner als die y-Komponente der Krümmung
an diesem Punkt, wobei m eine Zahl größer als
2,5 ist. Bevorzugt ist die Zahl m größer als 5
oder größer als 10.
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Hiermit
ist gemeint, dass an jedem Punkt der Rückfläche
das Verhältnis der x-Komponente der Krümmung zur
y-Komponente der Krümmung betragsmäßig
kleiner ist als 1/m, wobei m eine Zahl größer
als 5, vorzugsweise größer als 10 oder größer
als 20, ist. Gemäß dieser Ausführungsform
ist somit die Rückfläche an jedem Punkt in y-Richtung
mindestens m-mal stärker gekrümmt als in x-Richtung.
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Bevorzugt
ist also die Rückfläche in x-Richtung im Vergleich
zur Krümmung in y-Richtung nur wenig gekrümmt.
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[A12]
Bevorzugt nimmt die x-Komponente der Krümmung der Vorderfläche
in x-Richtung linear oder monoton oder progressiv zu oder ab. Der
Krümmungsverlauf der Vorderfläche in x-Richtung
kann insbesondere dem Krümmungsverlauf eines Gleitsichtglases
entsprechen.
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[A13]
Bevorzugt weist die x-Komponente der Krümmung der Vorderfläche
in x-Richtung wenigstens einen Extremwert auf. Der Krümmungsverlauf der
Vorderfläche in x-Richtung kann daher insbesondere dem
Krümmungsverlauf eines solchen Gleitsichtglases entsprechen,
dessen Brechkraft schon in einem bestimmten Abstand vom unteren
Rand ein Maximum erreicht und von dort nach oben und insbesondere
auch nach unten abnimmt. Derartige Gleitsichtgläser weisen
also im unteren Bereich einen zusätzlichen Fernsichtbereich
auf, beispielsweise um dem Brillenträger die Fokussierung
seiner Augen auf den Fußboden oder eine Treppe zu erleichtern.
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Ebenso
kann der Krümmungsverlauf der Vorderfläche in
x-Richtung insbesondere dem Krümmungsverlauf eines solchen
Gleitsichtglases von oben nach unten entsprechen, dessen Brechkraft
in einem bestimmten Abstand vom oberen Rand ein Minimum erreicht
und von dort nach oben wieder zunimmt. Derartige Gleitsichtgläser
weisen also im obersten Bereich einen zusätzlichen Nahsichtbereich auf,
beispielsweise um einem Piloten, der Brillenträger ist,
die Fokussierung seiner Augen auf Overhead-Instrumente im Cockpit
zu erleichtern.
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[A14]
Bevorzugt ist jede auf der Rückfläche verlaufende
Linie, deren Projektion auf die Hauptebene in y-Richtung verläuft,
ein Kreisbogen, wobei die von diesem aufgespannte Ebene senkrecht
zur Hauptebene verläuft. Die Krümmung jeder dieser
Linien ist also bevorzugt jeweils konstant. In allen Zonen der Rückfläche,
in welchen die y-Komponente der Krümmung sich in x-Richtung ändert,
unterscheiden sich zueinander benachbarte derartige auf der Rückfläche
verlaufende Kreisbögen im Krümmungsradius; beispielsweise
kann der Krümmungsradius der Kreisbögen in x-Richtung
kontinuierlich zunehmen.
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[A15]
Bevorzugt weist die Rückfläche die Form eines
Kegelmantelabschnitts auf.
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[A16]
Bevorzugt verläuft hierbei die Projektion der Achse des
Kegels auf die Hauptebene in x-Richtung. [A18] Bevorzugt nimmt die
y-Komponente der Krümmung der Rückfläche
in x-Richtung linear oder monoton oder progressiv zu oder ab.
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[A17]
Gemäß einer Variante der Erfindung ist die Rückfläche
so geformt, dass eine auf der Rückfläche verlaufende
Scheitellinie, welche dadurch definiert ist, dass sie durch den
am weitesten von der Hauptebene Punkt jedes der Kreisbögen
verläuft, eine parallel zur y-Richtung verlaufende Gerade
ist.
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[A19]
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Linse verläuft
die Vorderfläche vollständig auf einer Seite der
Hauptebene und die Rückfläche vollständig
auf der anderen Seite der Hauptebene.
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Bevorzugt
besteht die Linse aus einem homogenen Material, so dass der Berechungsindex
des Linsenmaterials nicht vom Ort abhängt. Gemäß einer anderen
Ausführungsform besteht die Linse aus inhomogenem Material,
wobei der Berechungsindex des Linsenmaterials ortsabhängig
ist. Die Inhomogenität kann insbesondere durch brechzahländernde Beimengungen
mit örtlich veränderlicher Konzentration bedingt
sein.
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[A20]
Die Linse kann z. B. aus Glas oder z. B. aus Kunststoff, z. B. aus
dem Kunststoff CR39 oder aus Polycarbonat, bestehen. Bevorzugt ist
die Linse wenigstens einseitig mit einer Entspiegelungsbeschichtung
oder Vergütung versehen.
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[A21]
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung sind die Vorderfläche und die Rückfläche
so geformt, dass die Linse als Brillen-Gleitsichtglas ohne Zylinderabweichung
zu fungieren imstande ist.
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[A22]
Gemäß einer anderen besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung sind die Vorderfläche und die Rückfläche
so geformt, dass die Linse als Brillen-Gleitsichtglas mit Zylinderabweichung
zu fungieren imstande ist. Eine solche Linsenform kommt dadurch
zustande, dass einer erfindungsgemäßen Linsenform
ohne Zylinderabweichung ein Zylinderabschnitt überlagert
wird.
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[A23]
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung sind dass die Vorderfläche und die Rückfläche
so geformt sind, dass die Linse als Brillen-Gleitsichtglas mit Prismenkeil
zu fungieren imstande ist. Eine solche Linsenform kommt dadurch
zustande, dass einer erfindungsgemäßen Linsenform
ohne Prismenkeil ein Prismenkeil überlagert wird.
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[A24]
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung sind die Vorderfläche und die Rückfläche
so geformt, dass die Linse als Brillen-Gleitsichtglas Astigmatismus-Korrektur
zu fungieren imstande ist. Eine solche Linsenform kommt dadurch
zustande, dass einer erfindungsgemäßen Linsenform
ohne Astigmatismus-Korrektur ein Torusabschnitt überlagert
wird.
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[A25]
Die Aufgabe wird des weiteren gelöst durch eine Brille
mit zwei Brillengläsern, wobei wenigstens eines der beiden
Brillengläser eine erfindungsgemäße Linse
nach einem der Ansprüche 1 bis 24 ist.
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Die
Wirkung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Linse beruht darauf, dass die
Brechkraft der Vorderfläche in x-Richtung stärker
ausgeprägt ist als in y-Richtung, während umgekehrt
die Brechkraft der Rückfläche in y-Richtung stärker
ausgeprägt ist als in x-Richtung, wobei die x-Komponente
der Brechtkraft der Vorderfläche und die y-Komponente der
Brechkraft der Rückfläche beide in x-Richtung
ortsabhängig sind. Vorzugsweise sind die y-Komponente der
Brechkraft der Vorderfläche und die x-Komponente der Brechkraft
der Rückfläche jeweils nicht oder nur wenig ortsabhängig.
Dieses Prinzip erlaubt die Herstellung von Gleitsichtlinsen ohne
Flächenastimagtismen oder mit zumindest stark reduzierten
Flächenastigmatismen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung, in welcher schematisch anhand bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen optischen Sammellinse,
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2 eine
perspektivische Ansicht des Vorderteils der optischen Sammellinse
von 1,
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3 eine
perspektivische Ansicht des Rückteils der optischen Sammellinse
von 1,
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4 eine
perspektivische Ansicht des Rückteils einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen optischen Sammellinse,
deren Vorderteil mit dem Vorderteil von 2 identisch
ist,
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5 eine
perspektivische Ansicht des Vorderteils einer dritten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen optischen Sammellinse,
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6 eine
perspektivische Ansicht des Rückteils der dritten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen optischen Sammellinse,
deren Vorderteil in 5 dargestellt ist,
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7 eine
perspektivische Ansicht des Rückteils einer erfindungsgemäßen
optischen Zerstreuungslinse, und
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8 eine
perspektivische Ansicht des Vorderteils der erfindungsgemäßen
optischen Zerstreuungslinse, deren Rückteil in 7 dargestellt
ist.
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Zunächst
wird eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
optischen Linse L1, welche in diesem Beispiel eine Sammellinse ist,
anhand der 1 bis 3 erläutert. 1 zeigt
eine Gesamtansicht der Linse L1, welche sich in einen Vorderteil
VT1 und einen Rückteil RT1 gliedert. Die Linse L1 ist im
vorliegenden Beispiel eine Gleitsicht-Brillenlinse.
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Die
Linse L1 weist eine Hauptebene H1 sowie zwei asphärisch
gekrümmte optische Flächen auf, nämlich
eine Vorderfläche V1 und eine dieser gegenüberliegende
Rückfläche R1.
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Die
Hauptebene H1 ist durch eine x-Richtung und eine hierzu senkrecht
verlaufende y-Richtung aufgespannt und grenzt den Vorderteil VT1
vom Rückteil RT1 ab. Die Vorderfläche V1 bildet
die von der Hauptebene H1 abgewandte Grenzfläche des Vorderteils
VT1. Ebenso bildet die Rückfläche R1 die von der
Hauptebene H1 abgewandte Grenzfläche des Rückteils
VT1.
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Das
Lot auf die Hauptebene H1 verläuft in z-Richtung. Die Gestalt
der Linse L1 ist in z-Richtung stark überhöht
dargestellt.
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In 2 ist
der Vorderteil VT1 allein gezeigt, wobei er gegenüber seiner
Orientierung in 1 um 180° nach oben
gedreht dargestellt ist, so dass die gesamte Vorderfläche
V1 ungestört vom Linsenkörper zu sehen ist. In 3 ist
der Rückteil R1 allein gezeigt und in derselben Orientierung
dargestellt wie in 1. Aus Gründen der
besseren Anschaulichkeit der Linsengestalt sind die Vorder- und
die Rückfläche V1, R1 in den Figuren jeweils mit
einem Liniennetz überzogen.
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Der
Vorderteil VT1 und der Rückteil RT1 sind gemäß der
unter Bezug auf die 1 bis 3 veranschaulichten
Ausführungsform der Erfindung Teile ein- und desselben
Linsenkörpers, d. h. die Linse L1 ist einstückig
bzw. monolithisch ausgebildet, so dass die Hauptebene H1 in diesem
Fall keine optische Grenzfläche darstellt. Der Vorderteil
VT1 und der Rückteil RT1 sind lediglich aus Gründen
der Anschaulichkeit in den 2 und 3 getrennt
dargestellt.
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Gemäß einer
anderen, nicht gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Linse sind der Vorderteil VT1 und der Rückteil RT1 separate
Körper, welche ohne Zwischenraum aneinander anliegen. Gemäß einer
nochmals anderen, nicht gezeigten Ausführungsform der erfindungemäßen
Linse sind der Vorderteil VT1 und der Rückteil RT1 separate Körper,
zwischen welchen sich ein Medium oder ein Zwischenraum, insbesondere
ein Luftspalt, befindet. Auch derartige mehrteilige Anordnungen
sind Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen
Linse.
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Die
Schmalseiten der Linse L1 sind durch vier Planflächen P1,
P2, P3, P4 gebildet. Die Planflächen P1, P2, P3, P4 sind
in 1 senkrecht schraffiert dargestellt; in den 2 und 3 ist
diese Schraffur weggelassen.
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Die
Vorderfläche V1 ist in x-Richtung konvex gekrümmt,
d. h. die Krümmung der Vorderfläche V1 weist eine
x-Komponente auf, wobei sich diese erfindungsgemäß in
x-Richtung stetig ändert, so dass die Vorderfläche
V1 in x-Richtung ungleichmäßig gekrümmt
ist. Die Krümmung der Vorderfläche V1 nimmt im
vorliegenden Beispiel entgegen der x-Richtung stetig bzw. kontinuierlich,
z. B. linear, zu. Die Form der Vorderfläche V1 ist somit
asphärisch und weist keine zylindrische Form auf.
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Da
die Vorderfläche V1 in x-Richtung gekrümmt ist,
bzw., was dasselbe ist, da eine x-Komponente der Krümmung
der Vorderfläche V1 vorhanden ist, ändert ein
Aufpunkt auf der Vorderfläche V1, welcher mit konstanter
y-Koordinate über die Vorderfläche V1 verschoben
wird (z. B. entlang der Linie VLx in 2), seinen
Abstand von der Hauptebene H1 in nichtlinearer Abhängigkeit
von seiner x-Koordinate und durchläuft somit eine Kurve,
deren Projektion auf die Hauptebene H1 eine in x-Richtung verlaufende Gerade
ist. Mit der x-Komponente der Krümmung der Vorderfläche
V1 ist die Krümmung dieser Kurve gemeint. Diese Kurve ist
kein Kreisbogen, weil die Krümmung der Vorderfläche
V1 in x-Richtung ungleichmäßig ist. Die in x-Richtung
geradlinig verlaufende Projektion der als Beispiel angeführten
Linie VLx ist eine Gerade und als Linie PLx in 2 eingezeichnet.
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Gemäß einer
Variante ist an jedem Punkt der Vorderfläche die y-Komponente
der Krümmung betragsmäßig mindestens
n-mal kleiner als die x-Komponente der Krümmung an diesem
Punkt, wobei n eine Zahl größer als 5, vorzugsweise
größer als 10, ist.
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Im
vorliegenden Beispiel ist die Vorderfläche V1 der Linse
L1 in y-Richtung überhaupt nicht gekrümmt, so
dass keine y-Komponente der Krümmung der Vorderfläche
V1 vorhanden ist. Die Vorderfläche V1 ist so geformt, dass
ein Aufpunkt auf der Vorderfläche V1, welcher mit konstanter
x-Koordinate über die Vorderfläche V1 verschoben
wird (z. B. entlang der Linie VLy in 2), seinen
Abstand von der Hauptebene H1 nicht ändert und somit eine
in y-Richtung verlaufende Gerade durchläuft. Die Projektion
der Geraden VLy auf die Hauptebene H1 ist als Linie PLy in 2 eingezeichnet.
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Die
Rückfläche R1 ist in y-Richtung konvex gekrümmt,
wobei sich die y-Komponente der Krümmung der Rückfläche
R1 sich ebenfalls in x-Richtung stetig ändert. Die Form
der Rückfläche R1 ist somit ebenfalls asphärisch
und weist auch keine zylindrische Gestalt auf.
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Bevorzugt
ist an jedem Punkt der Rückfläche R1 die x-Komponente
der Krümmung betragsmäßig mindestens
m-mal kleiner ist als die y-Komponente der Krümmung an
diesem Punkt, wobei m eine Zahl größer als 2,5
ist.
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Da
die Rückfläche R1 in y-Richtung gekrümmt
ist, durchläuft ein Aufpunkt auf der Vorderfläche
V1, welcher mit konstanter x-Koordinate über die Rückfläche
R1 verschoben wird, eine Kurve, deren Projektion auf die Hauptebene
H1 eine in y-Richtung verlaufende Gerade ist. Ein Beispiel für
eine derartige Kurve ist in 3 als Kurve
RL1y eingezeichnet. Die Projektion dieser Kurve auf die Hauptebene
H1 ist eine in y-Richtung verlaufende, Gerade PL1y. Ein weiteres
Beispiel für eine derartige Kurve ist in 3 als
Kurve RL2y eingezeichnet. Die Projektion dieser Kurve auf die Hauptebene
H1 ist eine in y-Richtung verlaufende Gerade PL2y.
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Erfindungsgemäß sind
die Vorder- und die Rückfläche V1, R1 so geformt,
dass für jeden beliebigen Lichtstrahl LS, welcher senkrecht
zur Hauptebene H1 auf die Vorderfläche V1 auftrifft und
die Linse L1 von der Vorderfläche V1 zur Rückfläche
R1 durchtritt, die x-Komponente der Krümmung der Vorderfläche
V1 am Eintrittsort E dieses Lichtstrahls LS und die y-Komponente
der Krümmung der Rückfläche R1 am Austrittsort
A dieses Lichtstrahls LS sich relativ zueinander betragsmäßig
um weniger als eine Toleranzabweichung unterscheiden, welche kleiner
ist als 25%. Bevorzugt ist die Toleranzabweichung kleiner als 1%.
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Im
vorliegenden Beispiel ist die Rückfläche R1 so
geformt, dass die Kurven RL1y und RL2y Kreisbögen sind
und dass auch jede andere auf der Rückfläche R1
verlaufende Kurve, deren Projektion auf die Hauptebene H1 eine in
y-Richtung verlaufende Gerade ist, ein Kreisbogen ist, wobei der
Krümmungsradius dieser Kreisbögen (d. h. die y-Komponente
der Krümmung der Rückfläche R1) in x-Richtung
sich stetig bzw. kontinuierlich ändert, nämlich immer
größer wird. In x-Richtung voneinander beabstandete
derartige auf der Rückfläche verlaufende Kreisbögen
unterscheiden sich somit im Krümmungsradius. Der Radius
des Kreisbogens RL2y ist somit größer als derjenige
des Kreisbogens RL1y.
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Im
vorliegenden Beispiel weist die Rückfläche R1
die Form eines Kegelmantelabschnitts auf, wobei die Projektion der
Achse des Kegels auf die Hauptebene in x-Richtung verläuft
(in den Figuren nicht dargestellt). Eine auf der Rückfläche
R1 verlaufende Scheitellinie SL, welche dadurch definiert ist, dass
sie durch den am weitesten von der Hauptebene H1 Punkt jedes der
Kreisbögen verläuft, ist eine Gerade SL, deren
Projektion PSL auf die Hauptebene H1 in y-Richtung verläuft.
Die Scheitellinie SL selbst verläuft schräg zur
Hauptebene H1.
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Die
Linse L1 kann insbesondere Bestandteil einer Gleitsichtbrille sein.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Rückteils RT1' einer weiteren
erfindungsgemäßen optischen Sammellinse, deren
Vorderteil mit dem Vorderteil VT1 von 2 identisch
ist und sich von der Linse L1 von 1 nur dadurch
unterscheidet, dass der Rückteil RT1' gegenüber
dem Rückteil RT1 von 3 modifiziert
ist. Der Rückteil RT1' weist eine Oberfläche R1'
auf, deren Form sich nicht von der Form der Rückfläche
R1 des Rückteils RT1 von 3 unterscheidet.
Auf der Rückfläche R1' verläuft eine
Scheitellinie SL', deren Lage in Bezug auf die Rückfläche
R1' dieselbe ist wie die Lage der Scheitellinie SL in Bezug auf
die Rückfläche R1.
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Die
Modifikation des Rückteils RT1' von 4 gegenüber
dem Rückteil RT1 von 3 besteht
darin, dass die der Rückteil RT1' zwischen seiner Oberfläche
R1' und der Hauptebene H1 zusätzlich einen Prismenkeil
PK aufweist, welcher so geformt ist, dass die Scheitellinie SL'
der Rückfläche R1' eine parallel zur Hauptebene
H1 und zur y-Richtung verlaufende Gerade SL' ist. Die Projektion
PSL' der Scheitellinie SL' auf die Hauptebene H1 verläuft ebenfalls
in y-Richtung.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Vorderteils VT2 einer dritten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen optischen Sammellinse
und 6 eine perspektivische Ansicht des Rückteils RT2
dieser Sammellinse. Eine erfindungsgemäße Sammellinse
ergibt sich aus dem Vorderteil VT2 und dem Rückteil RT2,
indem der Rückteil RT2 aus seiner in 6 gezeigten
Stellung um 180° nach oben gedreht an den Vorderteil VT2
angelegt wird. Die so entstehende erfindungsgemäße
Sammellinse ist durch eine in x-Richtung konvex gekrümmte
Vorderfläche V2, eine in y-Richtung konvex gekrümmte
Rückfläche R2 sowie durch vier Planflächen
begrenzt, wobei der Vorderteil VT2 und der Rückteil RT2
durch eine Hauptebene H2 voneinander getrennt sind. Auch diese Sammellinse
kann einstückig ausgebildet sein, d. h. der Vorderteil
VT2 und der Rückteil RT2 brauchen keine separaten Bauteile
zu sein.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Rückteils RT3 einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen optischen Zerstreuungslinse
und 8 eine perspektivische Ansicht des Vorderteils VT3
dieser Zerstreuungslinse. Eine erfindungsgemäße
Zerstreuungslinse ergibt sich aus dem Vorderteil VT3 und dem Rückteil
RT3, indem der Vorderteil VT3 aus seiner in 8 gezeigten
Stellung um 180° nach oben gedreht an den Rückteil
RT3 angelegt wird. Die so entstehende erfindungsgemäße
Zerstreuungslinse ist durch eine in x-Richtung konkav gekrümmte Vorderfläche
V3, durch eine in y-Richtung konkav gekrümmte Rückfläche
R3 sowie durch vier Planflächen begrenzt, wobei der Vorderteil
VT3 und der Rückteil RT3 durch eine Hauptebene H3 voneinander
getrennt sind, welche jede der vier Planflächen schneidet.
Auch diese Sammellinse kann einstückig ausgebildet sein,
d. h. der Vorderteil VT3 und der Rückteil RT3 brauchen
keine separaten Bauteile zu sein.
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Im
vorliegenden Beispiel ist die Vorderfläche V3 in y-Richtung
nicht gekrümmt. Gemäß einer Variante
ist an jedem Punkt der Vorderfläche der erfindungsgemäßen
Zerstreuungslinse die y-Komponente der Krümmung betragsmäßig
mindestens n-mal kleiner als die x-Komponente der Krümmung
an diesem Punkt, wobei n eine Zahl größer als
5, vorzugsweise größer als 10, ist.
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Ferner
ist bevorzugt ist an jedem Punkt der Rückfläche
R3 die x-Komponente der Krümmung betragsmäßig
mindestens m-mal kleiner ist als die y-Komponente der Krümmung
an diesem Punkt, wobei m eine Zahl größer als
2,5 ist.
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Gemäß einer
Variante beruht die Erfindung auf dem System die Vorderfläche
beispielsweise mit einem minus Zylinder Achse 90° zu bestücken,
wobei es kein reiner Zylinder sein wird da er zum unteren Glasrand
einen größeren Radius besitzen wird, was dazu
beitragen wird das im unteren Glasbereich ein kontinuierlicher Anstieg
der Addition gegeben sein wird. (Fall Kurzsichtigkeit) Auf der Rückfläche
des Glases wird gemäß dieser Variante der Erfindung wieder
ein Zylinder hinzugefügt in dem Fall jetzt minus Zylinder
Achse 0°, der kleinere Radius zum unteren Ende des Glases
wird auch auf der Rückfläche gegeben sein. Das
besondere bei diesem Glas ist die exakte Einstellung der Vorderfläche
auf die Rückfläche. Die bedeutet das z. B. bei
bei Minuswerten der Radius zum unteren Glasrand hin auf Vorder-
wie Rückfläche ab derselben Höhe flacher
werden muss um den gewünschten wert bis hin zur angegebenen Addition
zu erzielen, ohne dabei Flächenastigmatismen hervorzubringen.
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Natürlich
sind bei diesem System auch durchaus andere Achslagen wie im Beispiel
die 90° und 0° möglich. Variabel ist
auch die Länge der Progression um Beispielsweise das Glas
in extrem schmale Fassungen einzusetzen. Also mit einem sehr schnellen Übergang
von Ferne zur Nähe.
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Gewerbliche Anwendbarkeit:
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Die
Erfindung ist gewerblich anwendbar insbesondere im Bereich der Augenoptik.
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- A
- Austrittspunkt
von LS
- E
- Eintrittspunkt
von LS
- H1,
H2, H3
- Hauptebenen
- L1
- Linse
- LS
- Lichtstrahl
- P1,
P2, P3, P4
- Planflächen
- PK
- Prismenkeil
- PLx,
PLy
- Projektionen
von VLx, VLy auf die Ebene H1
- PL1y,
PL2y
- Projektionen
von RL1y, RL2y auf die Ebene H1
- PSL
- Projektion
der Scheitellinie SL auf die Ebene H1
- PSL'
- Projektion
der Scheitellinie SL' auf die Ebene H1
- R1,
R1', R2, R3
- Rückflächen
- RL1y,
RL2y
- Linien
auf R1
- RT1,
RT1', RT2, RT3
- Rückteile
- SL
- Scheitellinie
auf R1
- SL'
- Scheitellinie
auf R1'
- V1,
V2, V3
- Vorderflächen
- VLx,
VLy
- Linien
auf V1
- VT1,
VT2, VT3
- Vorderteile
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Lexikon der
Optik, Hrsg. Harry Paul, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg,
1999, Band 2, Stichworte: ”Brillengläser” und ”Satz
von Minkwitz” [0004]
- - a. a. O., Stichwort: ”Anamorphotische Abbildung” [0005]