DE102009011838B4 - Optische Linse und Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Herstellungsverfahren für eine optische Linse zur Korrektur eines Sehfehlers, umfassend die Schritte: Beschichten eines lichtdurchlässigen Substrats (1) mit einer Schicht (2) aus Photopolymer auf Basis einer Azobenzen-Gruppe und Ausbilden einer diffraktiven Struktur durch ortsselektive Belichtung der Photopolymerschicht (2), wobei die ortsselektive Belichtung in Abstimmung mit dem zu korrigierenden Sehfehler ausgeführt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf individuell anpassbare Linsen zur Korrektur eines Sehfehlers sowie auf ein Herstellungsverfahren für derartige Linsen.
  • Brillen und Kontaktlinsen dienen im allgemeinen der Korrektur von Sehfehlern. Sehfehler, die für die vorliegende Erfindung relevant sind, können (a) auf eine Fehllage des Brennpunktes der Augenlinse bezüglich der Netzhaut (Ametropie), (b) eine Nicht-Punktförmigkeit der optischen Abbildung (Astigmatismus), (c) eine mangelnde Fokussierbarkeit (Altersfehlsichtigkeit, Presbyopie) oder (d) eine Fehlstellung der optischen Achsen der beiden Augen einer Person (Heterophorie, Strabismus) zurückzuführen sein. In den genannten Fällen wird die Abweichung der Fokuslage bzw. des Fokuslagenbereichs der Augenlinse durch das Hinzufügen eines optischen Elements korrigiert, das den Fokuslagen/-bereich derart verschiebt, dass Objekte scharf auf die richtige Position der Netzhaut abgebildet werden. Durch die unterschiedlichen Sehfehler verschiedener Personen sollten Korrekturlinsen möglichst individuell an ihren Träger angepasst werden.
  • Herkömmlicherweise werden Korrekturlinsen als refraktive Glas- oder Kunststofflinsen ausgeführt. Hochwertige Linsen werden individuell und unter großem Aufwand geschliffen. Die kostengünstige Herstellung in der Massenproduktion nimmt dem Hersteller dagegen die Möglichkeit, individuelle Eigenheiten des Brillenträgers und dessen Sehstörung zu berücksichtigen. Daneben ergibt sich insbesondere bei stark ausgeprägten Sehfehlern die Notwendigkeit, dass die verwendeten Linsen hohe Materialstärken und damit hohes Gewicht aufweisen.
  • Aus der DE 198 60 432 A1 ist eine Fernrohr- oder Lupenbrille mit einer konvexen Objektivlinse bekannt, die zusätzlich mit einer diffraktiven Struktur versehen ist, wodurch sich bei einer insgesamt relativ dünnen Linse eine kurze Brennweite und gleichzeitig eine gute Korrektur der chromatischen Aberration erzielen lässt. Die diffraktive Struktur wird dabei als Oberflächenstruktur direkt beim Spritzgießen der Linse erzeugt. Die Herstellung individuell angepasster Linsen ist mit diesem Verfahren ausgeschlossen.
  • Aus der DE 41 10 614 A1 ist zudem die Verwendung diffraktiver Strukturen auf Brillengläsern bekannt, wobei auch hier die diffraktive Struktur durch eine als Phasengitter wirkende Strukturierung der Oberfläche des Grundkörpers aus Glas oder Kunststoff gebildet wird. Die empfindliche Oberflächenstruktur wird durch eine nachträglich aufgebrachte Schutzschicht vor mechanischer Beschädigung und Verschmutzung geschützt. Zur Herstellung derartiger Oberflächenstrukturierungen sind Ätzverfahren mit geeigneten Masken oder die gezielte Materialabtragung mittels Excimerlaser (Laserablation) bekannt. Aufgrund des hohen verfahrenstechnischen Aufwands sind auch diese Verfahren nicht zur kosteneffizienten Herstellung individuell angepasster Linsen geeignet.
  • Der Einsatz von holographischen optischen Elementen bei der Konstruktion optischer Korrekturlinsen ist beispielsweise aus den Druckschriften US 4,642,112 A , US 2001/0050751 A1 und EP 0 486 638 B1 bekannt. In allen Fällen wird in einem geeigneten Substrat eine diffraktive Struktur durch entsprechende Belichtung mit kohärentem Laserlicht ausgebildet. Als Substrat werden herkömmliche Photomaterialien verwendet, wie. z. B. dichromatische Gelatine, Polyvinylalkoholderivate oder Akrylate. In diesen Substraten wird durch eine Belichtung eine Photopolymerisationsreaktion ausgelöst, die zu einer lokalen Veränderung der optischen Eigenschaften führt.
  • Aus dem Artikel „Thermally stable holographic surface relief gratings and switchable optical anisotropy in films of an azobenzene-containing polyelectrolyte” (L. M. Goldenberg et al., Langmuir 21(11), S. 4794–4796, 2005) ist ein interferometrisches Verfahren zur Herstellung von Oberflächengittern in einem Photopolymer bekannt. Die mit diesem Verfahren erzeugbaren Strukturen sind aber stets periodisch und daher für die Verwendung als diffraktive Optik ungeeignet.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostengünstiges Herstellungsverfahren für individuell anpassbare optische Linsen zur Korrektur eines Sehfehlers anzugeben. Ein weiteres Ziel ist es, kostengünstig herstellbare und individuell anpassbare optische Linsen zur Korrektur von Sehfehlern anzugeben.
  • Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der besondere Ansatz der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Photopolymerschicht, in der sich durch ortsselektive Belichtung eine an den zu korrigierenden Sehfehler angepasste diffraktive Struktur ausbilden lässt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für eine optische Linse zur Korrektur eines Sehfehlers zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte Beschichten eines lichtdurchlässigen Substrats mit einer Schicht aus Photopolymer auf Basis einer Azobenzen-Gruppe und Ausbilden einer diffraktiven Struktur durch ortsselektive Belichtung der Photopolymerschicht, wobei die ortsselektive Belichtung in Abstimmung mit dem zu korrigierenden Sehfehler ausgeführt wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Linse zur Korrektur eines Sehfehlers zur Verfügung gestellt. Die optische Linse umfasst ein lichtdurchlässiges Substrat, das mit einer Photopolymerschicht auf Basis einer Azobenzen-Gruppe versehen ist, wobei die Photopolymerschicht eine diffraktive Struktur bildet, die an den zu korrigierenden Sehfehler angepasst ist.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die ortsselektive Belichtung punktweise mittels eines auf die Photopolymerschicht fokussierten Laserstrahls, der relativ zum Substrat verfahren wird. Auf diese Weise können nahezu beliebig ausgestaltete diffraktive Strukturen ausgebildet und somit Linsen mit annähernd beliebigen Abbildungseigenschaften hergestellt werden. In diesem Fall wird der Laserstrahls vorteilhafterweise zusätzlich in Abhängigkeit von einer Krümmung der Substratoberfläche nachfokusiert, um eine gleichbleibende Auflösung beim Schreiben der diffraktiven Struktur zu gewährleisten.
  • Vorteilhafterweise wird während der ortsselektiven Belichtung die Intensität des Laserstrahls oder die Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl relativ zum Substrat verfahren wird, moduliert, um auf diese Weise Randüberhöhungen an der Grenze zwischen belichteten und unbelichteten Bereichen zu vermeiden oder zu kompensieren.
  • In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die ortsselektive Belichtung mittels eines flächigen Lichtmodulators, vorzugsweise eines Flüssigkristallpanels oder einer Mikrospiegelvorrichtung. Die ortsselektive Belichtung kann aber auch interferometrisch oder holografisch erfolgen. Dadurch, dass die gesamte Fläche gleichzeitig und in einem Stück belichtet wird, kann dieser Verfahrensschritt besonders zeiteffizient ausgeführt werden.
  • Vorteilhafterweise wird die durch die ortsselektive Belichtung erzeugte räumliche Intensitätsverteilung während der Belichtung zeitlich variiert, um auf diese Weise Randüberhöhungen an der Grenze zwischen belichteten und unbelichteten Bereichen zu vermeiden oder zu kompensieren.
  • Die ortsselektive Belichtung wird zweckmäßigerweise mit blauem oder ultraviolettem Licht, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 532 nm, 488 nm, 450 nm, 405 nm, oder 355 nm, durchgeführt, um eine hohe räumliche Auflösung für die zu erzeugende diffraktive Struktur zu erzielen. Außerdem können diese Wellenlängen leicht durch einen Nd:Yag-Laser, einen Diodenlaser oder über Frequenzverdopplung bereit gestellt werden.
  • Vorteilhafterweise wird das Photopolymer so ausgewählt, dass durch die ortsselektive Belichtung eine diffraktiven Oberflächenstruktur auf der Photopolymerschicht ausgebildet wird. Die Höhenunterschiede der diffraktiven Oberflächenstruktur können dabei in der Größenordnung 0 bis 5 μm liegen. Auf diese Weise entsteht ein Phasengitter, dessen Beugungseigenschaften unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts sind.
  • Je nach Photopolymer, wird durch die ortsselektive Belichtung eine Doppelbrechung in der Photopolymerschicht mit ortsabhängig variierenden Brechzahlunterschieden für Licht orthogonaler Polarisation ausgebildet wird. Die Brechzahlunterschiede für Licht orthogonaler Polarisation können dabei in der Größenordnung von 0 bis 0,1 liegen. Die räumliche Variation der Brechzahl erzeugt dabei selbst bei unveränderter geometrischer Weglänge einen optischen Gangunterschiede, der in der Art eines Phasengitters zu dem gewünschten Beugungseffekt führt.
  • Vorzugsweise liegt die Schichtdicke des unbelichteten Photopolymers im Bereich von 1 μm und 5 μm. Die Schichtdickenvariation des unbelichteten Photopolymers liegt vorteilhafterweise unter 50 nm. Im Falle größerer Schichtdickenvariationen können diese jedoch mittels einer ortsaufgelösten Vermessung der Dicke der unbelichteten Photopolymerschicht bei der Belichtung berücksichtigt werden, indem die ortsselektive Belichtung in zusätzlicher Abstimmung mit der gemessenen Dicke durchgeführt wird.
  • Je nach Anwendungsbereich oder dem zu korrigierenden Sehfehler kann das Substrat ein beidseitig planer, ein plan-konvexer oder ein konkav-konvexer Glas- oder Kunststoffkörper sein. Insbesondere bei starker Kurz- oder Weitsichtigkeit kann eine refraktive Eigenschaft des Substrats in vorteilhafter Weise mit der diffraktiven Wirkung der Photopolymerschicht kombiniert werden. In diesem Fall wird die ortsselektive Belichtung in zusätzlicher Abstimmung mit der refraktiven Eigenschaft des lichtdurchlässigen Substrats ausgeführt.
  • Vorteilhafterweise wird die Polymerschicht nach der ortsselektiven Belichtung chemisch entwickelt, um eine weitergehende Veränderung ihrer optischen Eigenschaften durch eine nachfolgende Belichtung durch Sonnenlicht zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Schutzschicht auf die belichtete Photopolymerschicht aufgebracht werden, wobei die Schutzschicht einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem der Photopolymerschicht unterscheidet.
  • In dieser Erfindung wird auf optische Linsen zur Korrektur eines Sehfehlers, insbesondere auf Brillenlinsen oder Kontaktlinsen Bezug genommen. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf Brillen oder Kontaktlinsen eingeschränkt, sondern kann auch für individuell angepasste Korrekturlinsen in Schwimm- oder Taucherbrillen, oder für Korrekturlinsen in optischen Systemen, wie z. B. dem Sucher einer Kamera oder einem Fernglas verwendet werden. Darüberhinaus kann die vorliegende Erfindung auf alle optischen Systeme angewendet werden, bei denen speziell angepasste optische Abbildungseigenschaften erforderlich sind oder der Einsatz diffraktiver optischer Elemente anstelle oder in Kombination mit refraktiven optischen Elementen von Vorteil ist.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen:
  • 1 Brillenlinsen gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Querschnitt zeigt,
  • 2 schematisch den Aufbau einer punktweise schreibenden Belichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
  • 3 schematisch den Aufbau einer flächenhaft schreibenden Belichtungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 1 dargestellt, wird eine Linse zur Korrektur eines Sehfehlers erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass auf ein lichtdurchlässiges Substrat (1) mit optischer Qualität eine Schicht (2) aus Photopolymer aufgebracht wird. In einem zweiten Schritt wird in oder auf der Photopolymerschicht eine diffraktive Struktur erzeugt, die der so entstehenden Linse die gewünschten optischen Eigenschaften verleiht.
  • Das Substrat (1), auf das das Photopolymer (2) aufgebracht wird, kann aus Glas oder Kunststoff bestehen. Es kann als bi-konvex, plan-konvex, bi-plan oder konvex-konkav Körper ausgeführt sein. Die Linse kann also als rein diffraktive Linse oder als Hybridlinse mit einer Kombination aus der refraktiven Wirkung des Substrats und der diffraktiven Wirkung der strukturierten Photopolymerschicht ausgeführt werden.
  • Photopolymere, die sich zur Herstellung diffraktiver Strukturen eignen, basieren in der Regel auf Azobenzen-Gruppen. Beispiele dafür sind die Polymere (poly{1-[4-(3-carboxy-4-hydroxyphenylazo)benzenesulfonamido]-1,2-ethanediyl, sodium salt}) und (poly'{(4-nitrophenyl)[4-[[2-(methacryloyloxy)-ethyl]ethylamino]phenyl]diazene}).
  • Durch Belichtung der Photopolymerschicht (2) mit Licht einer kurzen Schreibwellenlänge (vorzugsweise blaues oder ultraviolettes Licht, z. B. 532 nm oder 488 nm oder 450 nm oder 405 nm oder 355 nm) werden Teile der Photopolymere oder die vollständigen Polymere ausgerichtet und transportiert. Die Parameter des Schreiblichtbündels (Intensität, Belichtungszeit und/oder Polarisation) werden bei der Belichtung an verschiedenen Orten unterschiedlich, also ortsabhängig oder ortsselektiv, gewählt. Durch die Belichtung wird aus den Bereichen hoher Bestrahlungsstärke Material abtransportiert. Dort entsteht eine Vertiefung der Schicht, während sich in den unbestrahlten Bereichen Material sammelt. Dies führt zur Ausbildung einer Oberflächenstruktur (Aufwölbung bzw. Absenkung der Grenzfläche des Polymers zum umgebenden Medium) und/oder von Doppelbrechung an belichteten Stellen. Die Schichtdicken des Polymers im unbelichteten Zustand liegen im Bereich von 1 μm bis 5 μm. Homogene Schichtdicken mit Dickenvariationen unter λ/10 sind zu bevorzugen, wobei λ die Wellenlänge ist, für die die optische Linse optimiert wird – bei Sehhilfen also vorzugsweise der Bereich des grünen sichtbaren Lichts. Eine Beschränkung der Dickenvariationen ist aber nicht zwingend nötig, da bei vorheriger Vermessung der Schichtdicken die Belichtungsparameter an die tatsächlichen (inhomogenen) Schichtdicken angepasst werden können. Im Falle der Aufwölbung des Photopolymers liegen die zu erwartenden und zu erzielenden Höhenunterschiede in der Größenordnung von 0 bis 5 μm. Bei Ausbildung einer Doppelbrechung durch die Belichtung ergeben sich Brechzahlunterschiede bis zu 0,1 für Licht orthogonaler Polarisation.
  • Zur Erzielung der gewünschten Abbildungseigenschaften werden die diffraktiven Strukturen im Wesentlichen in Form konzentrischer Kreise angelegt, wobei die Abstände aufeinander folgender Kreise in radialer Richtung systematisch variiert, insbesondere nach außen enger werden, um beispielsweise eine Sammellinse mit definierter Brennweite zu realisieren. Die diffraktiven Strukturen können an unterschiedlichen Orten der Linse auch unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen, so dass beispielsweise eine Gleitsichtbrille realisierbar ist. Sowohl sphärische als auch asphärische Linsen sind denkbar.
  • Bei der Belichtung mit einer statischen Maske kann unter Umständen eine erhebliche Randüberhöhung an den Grenzen zwischen belichteten und unbelichteten Zonen auftreten, da sich das Material, das aus den belichteten Bereichen abtransportiert wird, dort sammelt. Vorzugsweise wird die Belichtung daher mit einer „dynamischen Maske” durchgeführt, so dass das Intensitätsmuster zeitlich verändert wird, beispielsweise indem der abgeschattete Bereich während der Belichtung verändert wird. Beispielsweise kann der Rand der Bereiche, aus denen an und für sich kein Material abtransportiert werden soll, anfänglich mitbelichtet werden, um so Platz zu schaffen für das aus den benachbarten Bereichen zu verlagernde Material. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eine mehrstufige Belichtung mit unterschiedlichen Masken erfolgen, wobei in einem zweiten Belichtungsschritt vorzugsweise die Randbereiche belichtet werden, um die Randüberhöhung wieder auszugleichen.
  • Anstelle der Verwendung zeitlich veränderlicher Masken oder der sequentiellen Verwendung unterschiedlicher Masken kann aber auch ein scannendes Belichtungsverfahren eingesetzt werden, bei dem die unterschiedlichen Bereiche mit einer graduell abgestuften Intensität und/oder Belichtungsdauer belichtet werden. Das gleiche Ergebnis kann auch mit mehreren Scan-Durchgängen erzielt werden, wobei sich die in den einzelnen Durchgängen belichteten Bereiche unterscheiden.
  • Zur Durchführung der ortsselektiven (und optional zeitlich veränderlichen) Belichtung können unterschiedliche Ansätze gewählt werden.
  • 2 zeigt den schematischen Aufbau eines Belichters für punktweises Schreiben mit einem durch einen nichtgezeigten Laser erzeugten Laserstrahl (3), einer vertikal beweglichen Fokussierlinse (4) zur Fokussierung des Laserstrahls (3) in die Photopolymerschicht (2), einem Strahlteiler (5) und einer Fokuskontrolleinheit (6). Vorzugsweise koppelt der Strahlteiler nur einen geringen Bruchteil (beispielsweise etwa 10%) aus dem Laserstrahl aus und führt ihn der Fokuskontrolleinheit (6) zu, die mittels an sich bekannter Verfahren (beispielsweise mittels Vier-Quadrantendiode oder Kamera) und einer Rückkopplungsschleife den (nicht gezeigten) Antrieb für die Fokussierlinse (4) steuert, so dass der Laserstrahl (3) an jeder Stelle der gekrümmten Oberfläche der Photopolymerschicht (2) fokussiert bleibt. Zusätzlich kann eine (nicht gezeigte) Scanner-Einheit vorgesehen werden, die die Verschiebung des Laserfokus bewerkstelligt. Alternativ kann eine Zwei- oder Mehr-Achsen-Verfahreinheit, z. B. Linearmotoren oder x-y-Tisch vorgesehen sein, die entweder den Laserstrahl (3) oder das Substrat (1) verschiebt.
  • Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform eines derartigen Belichters erfolgt die ortsselektive Belichtung punktweise, wobei ein Laserstrahl (3) auf das Photopolymermaterial fokussiert und relativ zum beschichteten Substrat (1, 2) verfahren/gescannt wird. Durch Änderung der Beleuchtungsintensität und/oder der Polarisation können die optischen Eigenschaften und/oder die Dicke der Polymerschicht Punkt für Punkt geändert werden. Da der Strahl mittels einer Autofokusvorrichtung (4, 5, 6) nachfokussiert werden kann, bietet sich diese Lösung vor allem auch für Brillenlinsen mit starker Krümmung an, z. B. Sportbrillen, Skibrillen. Typische Punktgrößen des Laserfokus liegen im Bereich von etwa 1 μm bis 5 μm. Damit können Brillenstärken bis etwa +/–10 Dioptrien hergestellt werden. Dieser Bereich kann durch die Verwendung von gekrümmten Gläsern als Substrat noch erhöht werden. In diesem Fall addieren sich die Brechkräfte des Substrats und der diffraktiven Struktur.
  • Zur Vermeidung der oben erwähnten Randüberhöhung zwischen belichteten und unbelichteten Bereichen können unterschiedliche Bereiche unterschiedlich stark belichtet werden, indem beispielsweise die Strahlintensität oder die Scangeschwindigkeit moduliert wird, oder eine Mehrfachabtastung durchgeführt wird, wobei in den einzelnen Durchgängen unterschiedliche Bereiche belichtet werden.
  • Alternativ kann die Strukturierung des Photopolymers flächenhaft erfolgen. 3 zeigt dazu den schematischen Aufbau eines Belichters für eine flächige Belichtung des mit dem Photopolymer (2) beschichteten Substrats (1). Dieser Belichter umfasst einen flächigen Lichtmodulator (7), einen (optionalen) Strahlteiler (8) zur Beleuchtung des Lichtmodulators (7), eine (optionale) Abbildungsoptik (9) und einen (optionalen) Spiegel zur Erzeugung einer (optionalen) Referenzwelle, falls die Belichtung mittels eines Interferenzmusters erfolgen soll.
  • Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform eines derartigen Belichters ist ein flächiger Lichtmodulators (7) (SLM, spatial light modulator), z. B. in Form eines Flüssigkristallpanels (LCD, liquid crystal display) oder einer Mikrospiegelvorrichtung (MMD, micro mirror device), vorgesehen. Der Lichtmodulator wird mit einer Lichtquelle (z. B. Diode oder Laser) entweder direkt oder über den Strahlteiler (8) beleuchtet und mittels der Abbildungsoptik (9) auf die Photopolymerschicht (2) abgebildet.
  • Alternativ dazu kann die Belichtung auch interferometrisch/holografisch erfolgen. Dazu wird der vom Lichtmodulator beeinflusste (dann notwendigerweise kohärenten) Lichtstrahl mit einer Referenzlichtwelle überlagert, so dass das entstehende Interferenzbild die ortsselektive Belichtung des Polymers und somit die Änderung der optischen Eigenschaften im Photopolymer bewerkstelligt. Die Referenzlichtwelle kann z. B. durch den Strahlteiler (8) und den Spiegel (10) generiert werden. Bei dieser Art der Belichtung ist nicht zwingend eine Abbildung des Lichtmodulators in die Photopolymerschicht nötig, so dass die Abbildungsoptik (9) eine Abbildung an einen anderen Ort als das Polymer vornehmen oder ganz entfallen kann.
  • Die erzielbaren diffraktiven Strukturen unterscheiden sich nicht von denen, die mit dem punktweisen Schreiben erzielt werden können, allerdings kann der Belichtungsschritt wesentlich schneller ausgeführt werden.
  • Bei der flächenhaften Belichtung kann zur Vermeidung der oben erwähnten Randüberhöhung die belichtete Fläche während der Belichtung gezielt zeitlich variiert werden. Beispielsweise können durch eine geeignete Ansteuerung des Lichtmodulators (7) unterschiedliche Bereiche unterschiedlich lang belichtet werden. Es kann aber auch eine Mehrfachbelichtung durchgeführt werden, wobei in den einzelnen Durchgängen unterschiedliche, sich aber möglicherweise überlappende Bereiche belichtet werden.
  • Photopolymere lassen sich ähnlich klassischem Filmmaterial nach der Belichtung entwickeln, um Beeinträchtigungen der Funktion durch nachfolgende Belichtungen (z. B. Sonnenlicht) zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich kann auf die strukturierte Photopolymerschicht eine zweite Schicht aus einem Material mit einer anderen Brechzahl aufgebracht werden. Die aufgebrachte Schicht dient als Schutz und zur Stabilisierung der Photopolymerschicht. Ihr Einfluss auf die Abbildungseigenschaften können bei der Dimensionierung der diffraktiven Struktur berücksichtigt und dadurch kompensiert werden.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, die Herstellung von individuell angepassten Korrekturlinsen erheblich kostengünstiger anzubieten. Der teurere und langwierige Linsenschleifprozess zur Herstellung von Glaslinsen wird ersetzt durch die Lasermaterialbearbeitung des Photopolymers. Daneben wird insbesondere bei Brillen, die starke Fehlsichtigkeit korrigieren, das Gewicht der Brillen drastisch reduziert und damit der Tragekomfort erhöht. Die Funktion von Glaslinsen einer Dicke von einigen mm wird durch eine wenige μm dicke Polymerschicht erfüllt. Sowohl die Herstellungskosten als auch die Qualität von Gleitsichtbrillen kann durch den Einsatz von diffraktiven Photopolymerstrukturen verbessert werden. Diese werden bisher mit aufwändigen Schleifprozessen gefertigt, die zudem nur einen engen gut korrigierten Bereich im Sichtfeld gewährleisten. Eine Erweiterung des Sichtfeldes ist mit dem beschriebenen Verfahren möglich.
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden kostengünstig herstellbare und individuell anpassbare optische Linsen zur Korrektur von Sehfehlern sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren angegeben. Erfindungsgemäß wird dazu auf einem lichtdurchlässigen Substrat eine dünne Schicht aus Photopolymer aufgetragen, in der sich mittels ortsselektiver Belichtung eine an den zu korrigierenden Sehfehler angepasste diffraktive Struktur ausbilden lässt. Durch geeignete Gestaltung der diffraktiven Struktur können nahezu beliebige Abbildungseigenschaften, wie sie z. B. für Gleitsichtbrillen erforderlich sind, realisiert werden.

Claims (30)

  1. Herstellungsverfahren für eine optische Linse zur Korrektur eines Sehfehlers, umfassend die Schritte: Beschichten eines lichtdurchlässigen Substrats (1) mit einer Schicht (2) aus Photopolymer auf Basis einer Azobenzen-Gruppe und Ausbilden einer diffraktiven Struktur durch ortsselektive Belichtung der Photopolymerschicht (2), wobei die ortsselektive Belichtung in Abstimmung mit dem zu korrigierenden Sehfehler ausgeführt wird.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die ortsselektive Belichtung punktweise mittels eines auf die Photopolymerschicht (2) fokussierten Laserstrahls (3) erfolgt, der relativ zum Substrat (1) verfahren wird.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend den Schritt der Nachfokussierung des Laserstrahls (3) in Abhängigkeit von einer Krümmung der Substratoberfläche.
  4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei während der ortsselektiven Belichtung die Intensität des Laserstrahls (3) oder die Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl (3) relativ zum Substrat (1) verfahren wird, moduliert wird.
  5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die ortsselektive Belichtung mittels eines flächigen Lichtmodulators (7) erfolgt.
  6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, wobei die ortsselektive Belichtung mittels eines Flüssigkristallpanels oder einer Mikrospiegelvorrichtung erfolgt.
  7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die ortsselektive Belichtung interferometrisch oder holografisch erfolgt.
  8. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine durch die ortsselektive Belichtung erzeugte räumliche Intensitätsverteilung während der Belichtung zeitlich variiert wird.
  9. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Belichtung durch blaues oder ultraviolettes Licht erfolgt.
  10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei die Belichtung mit einer Wellenlänge von 532 nm, 488 nm, 450 nm, 405 nm, oder 355 nm erfolgt.
  11. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei durch die ortsselektive Belichtung eine diffraktiven Oberflächenstruktur auf der Photopolymerschicht (2) ausgebildet wird.
  12. Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, wobei die Höhenunterschiede der diffraktiven Oberflächenstruktur in der Größenordnung 0 bis 5 μm liegen.
  13. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei durch die ortsselektive Belichtung eine Doppelbrechung in der Photopolymerschicht (2) mit ortsabhängig variierenden Brechzahlunterschieden für Licht orthogonaler Polarisation ausgebildet wird.
  14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Brechzahlunterschiede für Licht orthogonaler Polarisation in der Größenordnung von 0 bis 0,1 liegen.
  15. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdicke des unbelichteten Photopolymers im Bereich von 1 μm und 5 μm liegt.
  16. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdickenvariation des unbelichteten Photopolymers 50 nm nicht übersteigt.
  17. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren umfassend den Schritt der ortsaufgelösten Vermessung der Dicke der unbelichteten Photopolymerschicht (2), wobei die ortsselektive Belichtung in zusätzlicher Abstimmung mit der gemessenen Dicke durchgeführt wird.
  18. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das lichtdurchlässige Substrat (1) ein beidseitig planer, ein plan-konvexer oder ein konkav-konvexer Glas- oder Kunststoffkörper ist.
  19. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ortsselektive Belichtung in zusätzlicher Abstimmung mit einer refraktiven Eigenschaft des lichtdurchlässigen Substrats (1) ausgeführt wird.
  20. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren umfassend den Schritt des Entwickelns der belichteten Photopolymerschicht (2), um eine weitergehende Veränderung ihrer optischen Eigenschaften durch eine nachfolgende Belichtung durch Sonnenlicht zu verhindern.
  21. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, desweiteren umfassend den Schritt des Aufbringens einer Schutzschicht auf die belichtete Photopolymerschicht (2), wobei die Schutzschicht einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem der Photopolymerschicht (2) unterscheidet.
  22. Herstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der optischen Linse um eine Brillenlinse oder um eine Kontaktlinse handelt.
  23. Optische Linse zur Korrektur eines Sehfehlers mit einem lichtdurchlässigen Substrat (1), das mit einer Photopolymerschicht (2) auf Basis einer Azobenzen-Gruppe versehen ist, wobei die Photopolymerschicht (2) eine diffraktive Struktur bildet, die an den zu korrigierenden Sehfehler angepasst ist.
  24. Optische Linse nach Anspruch 23, wobei die diffraktive Struktur eine diffraktive Oberflächenstruktur auf der Photopolymerschicht (2) umfasst.
  25. Optische Linse nach Anspruch 24, wobei die Höhenunterschiede der diffraktiven Oberflächenstruktur in der Größenordnung 0 bis 5 μm liegen.
  26. Optische Linse nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die diffraktive Struktur eine doppelbrechende Struktur in der Photopolymerschicht (2) mit ortsabhängig variierenden Brechzahlunterschieden für Licht orthogonaler Polarisation umfasst.
  27. Optische Linse nach Anspruch 26, wobei die Brechzahlunterschiede für Licht orthogonaler Polarisation in der Größenordnung von 0 bis 0,1 liegen.
  28. Optische Linse nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei das lichtdurchlässige Substrat (1) ein beidseitig planer, ein plan-konvexer oder ein konkav-konvexer Glas- oder Kunststoffkörper ist.
  29. Optische Linse nach einem der Ansprüche 23 bis 28, des Weiteren umfassend eine auf die Photopolymerschicht (2) aufgetragene Schutzschicht, wobei die Schutzschicht einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem der Photopolymerschicht (2) unterscheidet.
  30. Optische Linse nach einem der Ansprüche 23 bis 29, die als Brillenlinse oder als Kontaktlinse ausgebildet ist.
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