DE102018100705A1

DE102018100705A1 - Brillenglas mit einer Beugungsstruktur für Licht

Info

Publication number: DE102018100705A1
Application number: DE102018100705.1A
Authority: DE
Inventors: Toufic Jabbour; Jannik Michael Trapp; Wolfgang Singer
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2018-01-14
Filing date: 2018-01-14
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2038-01-15
Also published as: DE102018100705B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brillenglas (16, 18), das einen Körper (36) hat. Der Körper (36) enthält wenigstens eine Beugungsstruktur (38, 40), die in dem Körper (36) an einer Körperfläche (42, 44) erstreckt ist. Die Beugungsstruktur (38) ist durch eine von dem Ort (54, 56) in der Körperfläche (42, 44) abhängige räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) gebildet. Die räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) in dem Körper (36) ist stetig. Die Beugungsstruktur überführt eine sphärische Lichtwelle, die von einem Punkt (14, 14') auf einer Objektfläche (28) herrührt, in eine Lichtwelle, die den Punkt (14, 14') auf der Objektfläche (28) auf einen in einer zu der Objektfläche (28) optisch konjugierten Bildfläche (28') liegenden Bildpunkt (15, 15') abbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brillenglas mit einem Körper, der eine Beugungsstruktur enthält, die an einer Körperfläche erstreckt ist, und die durch eine von dem Ort in der Körperfläche abhängige räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) gebildet ist. Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf ein Verfahren zum Ermitteln des Designs eines Brillenglases und ein Herstellungsverfahren für ein Brillenglas.
Ein Brillenglas der eingangs genannten Art ist aus der WO 2015/177370 A1 bekannt. Dort ist ein Brillenglas für eine Beobachtungsperson beschrieben, das einen für das Licht transparenten oder wenigstens teilweise transparenten Körper mit einem Phasenobjekt hat, welches das auf die der Beobachtungsperson abgewandte Seite unter einem Einfallswinkel α einfallende Licht in eine von der Wellenlänge λ des Lichts und von dem Einfallswinkel α des Lichts abhängige Richtung lenkt. Das Phasenobjekt weist eine Vielzahl von Beugungsstrukturen auf, die monochromatisches Licht der Wellenlänge 380nm ≤ λ ≤ 800nm mit der Beugungseffizienz η ≥ 70% in ein und dieselbe Beugungsordnung | m | ≥ 1 beugen, wenn das monochromatische Licht unter einem Einfallswinkel α auf die der Beobachtungsperson abgewandten Seite des Brillenglases einfällt, der innerhalb eines 15° breiten, von der Wellenlänge des Lichts abhängigen beugungsstrukturspezifischen Winkelintervall liegt.
In der WO 99/34248 A1 ist ein Brillenglas mit übereinanderliegenden holographischen optischen Elementen (HOE) angegeben, die ein Volumengitter bilden, mittels dessen das auf das Brillenglas unter einem bestimmten Einfallswinkel einfallende Licht gebeugt wird, was zu einer Ablenkung des auf das Brillenglas einfallenden Lichts für diesen Einfallswinkel führt.
Dier WO 2014/064163 A1 beschreibt ein Brillenglas mit einer Vielzahl von das Licht beugenden Zonen, die eine unterschiedliche Brechkraft haben.
Brillengläser in Form von refraktiven Gleitsichtgläsern ermöglichen einer an Fehlsichtigkeit leidenden Beobachtungsperson, dass diese in unterschiedlichen Entfernungen angeordnete Objekte mit einem mehr oder weniger scharfen Seheindruck betrachten kann, auch wenn die Akkommodationsfähigkeit der Augen dieser Beobachtungsperson z. B. altersbedingt nicht mehr gegeben ist oder starke Einschränkungen aufweist.
Für das Design von refraktiven Gleitsichtgläsern werden üblicherweise Sehzonen definiert. Diese Sehzonen beziehen sich auf von der Blickrichtung einer Beobachtungsperson durchsetzte Bereiche der Oberfläche von einem Gleitsichtglas. Blickt die Beobachtungsperson durch unterschiedliche Sehzonen, so kann diese Beobachtungsperson Objekte in verschiedenen Objektdistanzen scharf sehen, ohne dass ein Auge hierfür über das Akkomodationsvermögen hinaus akkommodiert werden muss.
Refraktive Gleitsichtgläser haben in der Regel eine Fernzone, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch dieser Gläser von der Blickrichtung eines Auges einer in die Ferne blickenden Beobachtungsperson durchsetzt wird. Beim Blick durch die Fernzone sollen die für die Beobachtungsperson im Unendlichen angeordnete Objekte scharf auf der Netzhaut abgebildet werden. Darüber hinaus haben refraktive Gleitsichtgläser neben der Fernzone meist auch eine sogenannte Nahzone, die von der Fernzone beabstandet ist und durch die eine Beobachtungsperson beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Gleitsichtglases bei einer maximalen Akkommodation hindurch blickt, um in einer Nahdistanz (z. B. 40 cm) vor den Augen angeordnete Objekte zu beobachten.
Zwischen der Nahzone und der Fernzone haben Gleitsichtgläser häufig einen sogenannten Progressionskanal. Dieser Progressionskanal verbindet die Fernzone mit der Nahzone. In dem Progressionskanal ist die Brechkraft des Gleitsichtglases lokal unterschiedlich. Um einer Beobachtungsperson mit der Gleitsichtbrille ein weites Sehfeld zur Verfügung zu stellen, wird grundsätzlich angestrebt, dass der Progressionskanal möglichst breit ist. Die erzielbare Breite des Progressionskanals ist jedoch aufgrund des differentialgeometrischen Satzes von Minkwitz beschränkt. Aus diesem mathematischen Satz folgt, dass eine Beobachtungsperson mit zunehmender Breite des Progressionskanals nicht korrigierbare astigmatische Abbildungsfehler, d. h. einen durch den Satz von Minkwitz bedingten Astigmatismus in Kauf nehmen muss. Der Abbildungsqualität von refraktiven Gleitsichtgläsern und der möglichen Ausdehnung der Nahbereichs- und Fernbereichszone von refraktiven Gleitsichtgläsern sind deshalb grundsätzliche Grenzen gesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brillenglas für eine Beobachtungsperson bereitzustellen, dessen optische Wirkung für unterschiedliche Blickrichtungen mit einer verbesserten Abbildungsqualität an die Bedürfnisse der Beobachtungsperson angepasst werden kann, und ein Verfahren zum Ermitteln des Designs eines solchen Brillenglases sowie ein Herstellungsverfahren für ein solches Brillenglas anzugeben.
Unter der optischen Wirkung von einem Brillenglas wird dabei vorliegend die Eigenschaft verstanden, Licht abzulenken.
Diese Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 angegebenen Brillenglas dem in Anspruch 26 angegebenen Verfahren zum Ermitteln des Designs eines Brillenglases und das in Anspruch 32 angegebene Herstellungsverfahren gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass einer Beobachtungsperson, die über kein Akkomodationsvermögen oder ein lediglich eingeschränktes Akkomodationsvermögen verfügt, unterschiedliche Entfernungsbereiche scharf visualisiert werden können, wenn die den Objektbereich abbildenden Lichtstrahlen nicht durch Brechung, sondern durch Beugung abgelenkt werden.
Unter der Beugung von Licht wird vorliegend das physikalische Phänomen der durch ein Phasenobjekt hervorgerufenen Veränderung der Phase des Lichts aufgrund von Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie verstanden. Ein Phasenobjekt ist dabei ein vorzugsweise transparentes Objekt, das die Phase des Lichts beeinflusst bzw. verändert. Damit Licht an einem Phasenobjekt gebeugt wird, muss das Phasenobjekt eine Beugungsstruktur aufweisen. Eine solche Beugungsstruktur stellt eine regelmäßige oder auch unregelmäßige räumliche Modulation des komplexen Brechungsindex dar, z. B. in Form eines Gitters, das sich in einer Dimension oder in zwei Dimensionen (ebenes Gitter) oder in drei Dimensionen erstrecken kann (Volumengitter).
Eine Beugungsstruktur beugt das Licht in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel des Lichtes, unter dem es auf die Beugungsstruktur auftrifft, und in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des Lichts. Wenn Licht an einer Beugungsstruktur gebeugt wird, so kann es aufgrund von konstruktiver Interferenz in eine oder mehrere unterschiedliche, diskrete Richtungen abgelenkt werden. Diese Richtungen werden vorliegend Beugungsordnungen genannt und nach allgemeiner Konvention mit ganzen Zahlen 0, ±1, ±2, ±3, ... bezeichnet, wobei die zentrale Ordnung mit 0 bezeichnet wird, und alle weiteren Ordnungen durchnummeriert werden.
Unter der Beugung des Lichtes in eine Beugungsordnung | m | ≥ 1 wird demnach die Ablenkung des Lichtes in die durch die Beugungsordnung definierte Richtung verstanden, die durch konstruktive Interferenz von phasenverschobenem Licht zustande kommt.
Mit einem erfindungsgemäßen Brillenglas wird es einer Beobachtungsperson insbesondere ermöglicht, auch bei eingeschränkter Akkommodationsfähigkeit der Augen in unterschiedlichen Entfernungsbereichen angeordnete Objekte scharf wahrzunehmen.
Der Winkel, in den ein Lichtstrahl von einer Beugungsstruktur gebeugt wird, und der Winkel, unter dem ein von der Beugungsstruktur gebeugter Lichtstrahl auf die Beugungsstruktur auftreffen kann, nimmt dabei mit wachsendem Betrag der Beugungsordnung zu. Eine positive Beugungsordnung entspricht dabei einem auf die Einfallsrichtung bezogenen Ablenkungswinkel für das Licht, der positiv ist, eine negative Beugungsordnung einem auf die Einfallsrichtung des Lichts bezogenen negativen Ablenkungswinkel.
Das Verhältnis der Intensität I_gebeugt des von einer Beugungsstruktur in eine Beugungsordnung | m | ≥ 1 gebeugten Lichts zu der Intensität I_einfallend des auf eine Grenzfläche der Beugungsstruktur unter einem bestimmten Einfallswinkel α' einfallenden Lichts wird vorliegend als die Beugungseffizienz η der Beugungsstruktur bezeichnet. Die Grenzfläche einer Beugungsstruktur kann mit der Oberfläche des transparenten Körpers des Brillenglases zusammenfallen, sie muss es aber nicht. Die Grenzfläche einer Beugungsstruktur kann sich auch innerhalb des transparenten Körpers befinden.
Die Erfindung nutzt aus, dass die Beugungseffizienz einer Beugungsstruktur in einer auf einem Träger angeordneten Schicht aus optisch transparentem Material abhängig ist von:

- der Wellenlänge des Lichts (λ),
- dem Brechungsindex (n) des Materials, aus dem das diffraktive optische Element aufgebaut ist,
- dem Brechungsindex (n₀ ) des umgebenden Mediums,
- der Dicke (d) der Schicht, in welcher der Brechungsindex moduliert ist,
- der Amplitude (Δn) der Modulation des Brechungsindex (n),
- der Periode P der Modulation des Brechungsindex (n), und
- dem Einfallswinkel (α',α") des Lichts auf eine Grenzfläche der Beugungsstruktur.

Die aufgrund der Abhängigkeit zwischen diesen Größen implizit bestehende Relation bedeutet, dass für eine gegebene Wellenlänge der Einfallswinkel angegeben werden kann, unter dem die Schicht, in welcher der Brechungsindex moduliert ist, das auf sie einfallende Licht effizient beugt, d. h. so, dass die Beugungseffizienz η größer ist als ein bestimmter grundsätzlich wählbarer Schwellwert.
Ein erfindungsgemäßes Brillenglas kann ähnlich einem Gleitsichtglas insbesondere eine für unterschiedliche Blickrichtungen unterschiedliche optische Wirkung haben. D.h. für ein paralleles Lichtstrahlenbündel, das aus dem unendlichen kommend durch die der Objektfläche zugewandte Seite des Brillenglases hindurchtritt, hat das Brillenglas abhängig von dem Bereich, in dem das Lichtstrahlenbündel das Brillenglas durchsetzt, eine unterschiedliche Brechkraft, die allein durch die Beugung des Lichts in dem Phasenobjekt des Brillenglases oder auch durch eine kombinierte Beugung und Brechung des Lichts in dem Brillenglas hervorgerufen werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Brillenglas für eine Beobachtungsperson kann einen für das Licht transparenten oder wenigstens teilweise transparenten Körper mit einem Phasenobjekt aufweisen, welches das auf einer der Beobachtungsperson abgewandten Seite des Brillenglases in Bezug auf die Oberflächennormale unter einem Einfallswinkel α zu einer Oberflächennormale $\vec{n}$
der Brillenglas-Vorderfläche einfallende Licht in eine von der Wellenlänge λ des Lichts und von dem Einfallswinkel α des Lichts abhängige Richtung lenkt. Dabei enthält das Phasenobjekt wenigstens eine Beugungsstruktur, die in dem Körper an einer Körperfläche erstreckt ist, die beim Beobachten einer Objektfläche von einem unterschiedlichen Blickrichtungen eines einen Augendrehpunkt und ein Pupillenzentrum aufweisenden Auges der Beobachtungsperson entsprechenden, durch den Augendrehpunkt und das Pupillenzentrum sowie den Punkt auf der Objektfläche verlaufenden Blickrichtungsstrahl durchsetzt werden kann. Die Beugungsstruktur ist dabei durch eine von dem mit der jeweiligen Blickrichtung durchsetzten Ort in der Fläche abhängige räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) gebildet. Die die wenigstens eine Beugungsstruktur bildende räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) in dem Körper ist stetig. Die Beugungsstruktur überführt eine sphärische Lichtwelle, die von einem von der Beobachtungsperson unter der jeweiligen Blickrichtung beobachtbaren Punkt auf der Objektfläche herrührt, in eine entlang der Blickrichtung verlaufende Lichtwelle, die den Punkt auf der Objektfläche auf einen in einer zu der Objektfläche optisch konjugierten Bildfläche liegenden Bildpunkt in dem Auge der Beobachtungsperson abbildet. Zu bemerken ist, dass auch wenn die Objektfläche konstant ist, die optisch konjugierte Bildfläche unter Einbeziehung der Optik des Auges der Beobachtungsperson veränderlich sein kann. Ein akkomodationsfähiges Auge kann nämlich Veränderungen des Objektabstands bei unterschiedlichen Blickrichtungen ausgleichen. Die optische Wirkung des erfindungsgemäßen Brillenglases ist damit insbesondere durch die optische Wirkung des Phasenobjekts bestimmt. Die optische Wirkung des Brillenglases muss aber nicht zwingend ausschließlich durch die optische Wirkung des Phasenobjekts bestimmt sein. Ein erfindungsgemäßes Brillenglas kann z. B. auch eine durch die Brechung von Licht in seinem für das Licht transparenten oder wenigstens teilweise transparenten Körper bestimmte optische Wirkungskomponente haben.
Unter einem lokalen Wellenvektor $\vec{k_{W}}$
einer Lichtwelle wird vorliegend ein auf der Wellenfront einer Lichtwelle senkrecht stehender Vektor verstanden, für dessen Betrag gilt: $| \vec{k_{W}} | = \frac{2 π}{λ},$
wobei λ die Wellenlänge des Lichts ist.
Die wenigstens eine Beugungsstruktur kann insbesondere ein Hologramm eines Gegenstandspunkts und einer Referenzwelle mit sichtbarem Licht sein. Unter dem Hologramm eines Gegenstandspunkts und einer Referenzwelle wird dabei vorliegend und wie in Bergmann Schäfer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 3, 10. Aufl., Verlag Walter de Gruyter Berlin New York (2004) auf S. 437 und 438 anhand der .104 beschrieben, worauf hiermit Bezug genommen und wobei der Offenbarungsgehalt der Beschreibung dieses Sachverhalts in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung vollumfänglich eingeschlossen wird, ein Interferenzmuster verstanden, das durch Superposition einer von dem Gegenstandspunkt ausgesendeten sphärischen Lichtwelle und der Referenzwelle erzeugt ist.
Die wenigstens eine Beugungsstruktur kann auch ein Hologramm wenigstens einer ersten Referenzwelle W₁₁ und einer zweiten Referenzwelle W₁₂ sein. Indem dabei die erste Referenzwelle W₁₁ eine von dem Augendrehpunkt des Auges der Beobachtungsperson ausgesendete sphärische Lichtwelle ist oder eine von einem Punkt nahe dem Augendrehpunkt des Auges der Beobachtungsperson ausgesendete sphärische Lichtwelle ist, lässt sich erreichen, dass die wenigstens eine Beugungsstruktur das in das Beobachterauge unter einem Winkel zu einem Blickrichtungsstrahl einfallende Licht mit einer hohen Beugungseffizienz beugt.
Das Hologramm ist bevorzugt als ein optisches Gitter ausgebildet ist, das einen lokalen Gitterperiodenvektor $\vec{Λ_{G 38}} : = Λ_{x} \vec{e_{x}} + Λ_{y} \vec{e_{y}} + Λ_{z} \vec{e_{z}}$
und einen lokalen Gittervektor $\vec{k_{G 38}} : = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
mit einem global konstanten Gittervektorbetrag $| \vec{k_{G 38}} | : = | \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}} |$
hat.
An einer jeden von dem Blickrichtungsstrahl durchsetzbaren Stelle auf einer der Beobachtungsperson zugewandten Seite der Beugungsstruktur gilt dabei für den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 11}}$
der ersten Referenzwelle W₁₁ und den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 12}}$
der zweiten Referenzwelle W₁₂ sowie den Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
des Hologramms günstiger Weise: $\vec{k_{W 11}} = \vec{k_{W 12}} - \vec{k_{G 38}}$
Der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
kann für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson eine einen Abbildungsfehler des Bildpunkts in dem Auge der Beobachtungsperson optimierende Richtung haben. Dabei kann der Abbildungsfehler einem Abbildungsfehler oder mehreren Abbildungsfehlern aus der Gruppe Farbfehler, Astigmatismus, Koma etc. entsprechen.
Der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
kann für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson eine einen Durchmesser des Bildpunkts in dem Auge der Beobachtungsperson optimierende Richtung haben. Der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
kann alterativ oder zusätzlich für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson auch eine eine Beugungseffizienz η der wenigstens einen Beugungsstruktur optimierende Richtung haben.
Indem das Hologramm ein Hologramm zweier Paare von Referenzwellen (W₁₁ , W₂₁ ) oder mehrerer Paare von Referenzwellen ist, lässt sich die erreichen, dass auch für Licht, das unter einem Winkel zu einem Blickrichtungsstahl in das Auge der Beobachtungsperson einfällt, mit einer hohen Beugungseffizienz gebeugt werden kann.
Von Vorteil ist es, wenn wenigstens eine weitere Beugungsstruktur vorgesehen ist, die durch die wenigstens eine Beugungsstruktur in eine erste Beugungsordnung O1 gebeugtes Licht in eine Beugungsordnung O2 beugt, für die gilt: |01| = |02| und sign(01) = -sign(02).
Die wenigstens eine weitere Beugungsstruktur kann dabei ebenfalls ein Hologramm wenigstens einer weiteren ersten Referenzwelle W₂₁ und einer weiteren zweiten Referenzwelle W₂₂ sein, wobei die weitere erste Referenzwelle W₂₁ die mittels der wenigstes einen Beugungsstruktur gebeugte erste Referenzwelle W₁₁ oder die mittels der wenigstes einen Beugungsstruktur gebeugte zweite Referenzwelle W₁₂ ist.
Das Hologramm kann als ein optisches Gitter ausgebildet sein, das einen lokalen Gitterperiodenvektor $\vec{Λ_{G 40}} : = Λ_{x} \vec{e_{x}} + Λ_{y} \vec{e_{y}} + Λ_{z} \vec{e_{z}}$
und einen lokalen Gittervektor $\vec{k_{G 40}} : = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
mit einem global konstanten Gitterpervektorbetrag $| \vec{k_{G 40}} | : = | \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}} |$
hat.
Von Vorteil ist es, wenn dabei an einer jeden von dem Blickrichtungsstrahl durchsetzbaren Stelle auf einer der Beobachtungsperson zugewandten Seite der weiteren Beugungsstruktur für den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 21}}$
der weiteren ersten Referenzwelle W₂₁ und den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 22}}$
der weiteren zweiten Referenzwelle W₂₂ sowie den Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
des Hologramms gilt: $\vec{k_{W 21}} = \vec{k_{W 22}} - \vec{k_{G 40}} .$
Der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
kann für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson eine einen Abbildungsfehler des Bildpunkts in dem Auge der Beobachtungsperson optimierende Richtung haben. Der Abbildungsfehler kann auch dabei einem Abbildungsfehler oder mehreren Abbildungsfehlern aus der Gruppe Farbfehler, Astigmatismus, Koma entsprechen.
Alternativ oder zusätzlich kann der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
auch für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson eine einen Durchmesser des Bildpunkts in dem Auge der Beobachtungsperson optimierende Richtung haben.
Zu bemerken ist, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson auch eine eine Beugungseffizienz η der wenigstens einen Beugungsstruktur optimierende Richtung haben kann. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Hologramm ein Hologramm zweier Paare von Referenzwellen (W₁₁ , W₁₂ ; W₁₃ , W₁₄ ) oder mehrerer Paare von Referenzwellen (W₁₁ , W₁₂ ; W₁₃ , W₁₄ , ...) ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für das Ermitteln des Designs eines Brillenglases, wird für das Brillenglas eine Geometrie und eine Objektfläche sowie eine optische Übertragungsfunktion vorgegeben. Für die vorgegebene optische Übertragungsfunktion und die vorgegebene Geometrie wird dann ein Phasenobjekt berechnet, welches das auf einer der Beobachtungsperson abgewandten Seite des Brillenglases unter einem Einfallswinkel α zu einer Oberflächennormale $\vec{n}$
der Brillenglas-Vorderfläche einfallende Licht in eine von der Wellenlänge λ des Lichts und von dem Einfallswinkel α des Lichts abhängige Richtung lenkt. Das Phasenobjekt enthält dabei wenigstens eine Beugungsstruktur, die in dem Körper an einer Körperfläche erstreckt ist, die beim Beobachten einer Objektfläche von einem einer Blickrichtung eines einen Augendrehpunkt und ein Pupillenzentrum aufweisenden Auges der Beobachtungsperson entsprechenden, durch den Augendrehpunkt und das Pupillenzentrum sowie den Punkt auf der Objektfläche verlaufenden Blickrichtungsstrahl durchsetzt werden kann. Die Beugungsstruktur ist durch eine von dem mit der Blickrichtung durchsetzten Ort (x, y) in der Körperfläche abhängige räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) gebildet.
Die die wenigstens eine Beugungsstruktur bildende räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) ist in dem von einer Blickrichtung durchsetzbaren Bereich des Körpers stetig. Die Beugungsstruktur überführt eine sphärische Lichtwelle, die von einem Punkt auf der Objektfläche herrührt, der von der Blickrichtung durchsetzt ist, in eine entlang der Blickrichtung verlaufende Lichtwelle, die den Punkt auf der Objektfläche auf einen in einer zu der Objektfläche optisch konjugierten Bildfläche liegenden Bildpunkt in dem Auge der Beobachtungsperson abbildet.
Die wenigstens eine Beugungsstruktur ist ein Hologramm wenigstens einer ersten Referenzwelle W₁₁ und einer zweiten Referenzwelle W₁₂ , wobei das Hologramm als ein optisches Gitter ausgebildet ist, das einen lokalen Gitterperiodenvektor $\vec{Λ_{G 40}} : = Λ_{x} \vec{e_{x}} + Λ_{y} \vec{e_{y}} + Λ_{z} \vec{e_{z}}$
und einen lokalen Gittervektor $\vec{k_{G 40}} : = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
mit einem global konstanten Gittervektorbetrag $| \vec{k_{G 40}} | : = | \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}} |$
hat.
Die Richtung des Gittervektors $\vec{k_{G 40}}$
wird bevorzugt für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson optimiert, um damit einen Abbildungsfehler des Bildpunkts in dem Auge der Beobachtungsperson zu optimieren. Der Abbildungsfehler kann dabei einem Abbildungsfehler oder mehreren Abbildungsfehlern aus der Gruppe Farbfehler, Astigmatismus, Koma oder Defokus entsprechen.
Der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
kann alternativ oder zusätzlich auch für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson optimiert werden, um einen Durchmesser des Bildpunkts in dem Auge der Beobachtungsperson zu minieren.
Zu bemerken ist, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
auch für wenigstens eine Blickrichtung der Beobachtungsperson optimiert werden kann, um eine Beugungseffizienz η der wenigstens einen Beugungsstruktur zu maximieren.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Brillenglases, wird ein Phasenobjekt erzeugt, das wenigstens ein Hologramm einer mittels eines Lichtmodulators erzeugten ersten Referenzwelle W₁₁ und einer mittels eines Lichtmodulators erzeugen zweiten Referenzwelle W₁₂ enthält oder das ein computergeneriertes Hologramm enthält.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Brille mit einem linken und einem rechten Brillenglas, die ein Phasenobjekt aufweisen;
2 eine Beobachtungsperson mit der Brille;
3 ein Schnitt des rechten Brillenglases der in der 1 gezeigten Brille mit dem rechten Auge der Beobachtungsperson und mit einer Objektfläche;
4 die Modulation des Brechungsindex in einer Beugungsstruktur des Phasenobjekts in dem Brillenglas;
5 einen Teilschnitt des linken Brillenglases;
6 die optische Wirkung und Eigenschaften einer ersten Beugungsstruktur und einer weiteren Beugungsstruktur des Phasenobjekts in dem Brillenglas;
7 die Beugungseffizienz η einer Beugungsstruktur für Licht in einem Brillenglas; und
8 die Beugungseffizienz η einer als ein Multiplexing-Volumengitter ausgebildeten Beugungsstruktur in einem Brillenglas.

Die in der 1 gezeigte Brille 10 hat ein Brillengestell 12, in dem ein linkes und ein rechtes Brillenglas 16, 18 aufgenommen ist. Die Brille 10 kann aber auch als ein Monokel mit lediglich einem Brillenglas ausgeführt sein. Die Brillengläser 16, 18 haben jeweils einen für das sichtbare Licht transparenten Körper. Die Bauform des Brillenglases 16 entspricht im Grundsatz der Bauform des Brillenglases 18. Der für das sichtbare Licht transparente Körper der Brillengläser 16, 18 ist aus einem für das sichtbare Licht durchlässigen Kunststoff hergestellt. In dem transparenten Körper des Brillenglases 16 und des Brillenglases 18 gibt es jeweils Phasenobjekte 20, 22. Diese Phasenobjekte 20, 22 enthalten Beugungsstrukturen.
Die 2 zeigt eine Beobachtungsperson 24 mit der Brille 10 beim Beobachten einer Objektfläche 28. Der transparente Körper des linken Brillenglases 16 wird dabei von der Blickrichtung 30 des linken Auges 32 der Beobachtungsperson 24 durchsetzt. Entsprechendes gilt für den transparenten Körper des rechten Brillenglases 18. Die Objektfläche 28 in 2 ist eine in zwei zueinander senkrechten Richtungen gekrümmte Fläche. Bei dem Betrachten unterschiedlicher Stellen der Objektfläche 28 durchsetzt die Blickrichtung 30 des linken Auges 32 das Brillenglas 16 und die Blickrichtung des rechten Auges das Brillenglas 18 in unterschiedlichen Bereichen. Mittels des linken und rechten Brillenglases 16, 18 wird dabei eine Fehlsichtigkeit des linken Auges 32 und des rechten Auges der Beobachtungsperson 24 derart kompensiert, dass die Beobachtungsperson 24 die Objektfläche 28 an den unterschiedlichen Stellen scharf sieht.
Die Brillengläser 16, 18 haben hierfür eine auf das linke 32 und das rechte Auge der Beobachtungsperson 24 und den Verlauf der Objektfläche 28 und die Anordnung der Objektfläche 28 in Bezug auf die Beobachtungsperson 24 abgestimmte optische Wirkung. Diese optische Wirkung kann für die Beobachtungsperson 24 insbesondere individualisiert sein. Zu bemerken ist, dass die Objektfläche 28 eine Freiformfläche sein kann. D. h., die Objektfläche 28 kann eine grundsätzlich beliebige Form haben, z. B. kann die Objektfläche 28 gekrümmt oder genickt oder auch eine Ebene sein.
Die 3 ist ein Schnitt des Brillenglases 18 aus 1 mit dem rechten Auge 34 der Beobachtungsperson 24 und der Objektfläche 28 bei unterschiedlichen Blickrichtungen 30, 30'. Der Körper 36 des Brillenglases 16 enthält einen Träger aus einem optischen Kunststoff. Grundsätzlich kann der Träger in dem Körper 36 aber auch z. B. aus einem Mineralglas bestehen. Das Phasenobjekt 20 in dem Körper 36 des Brillenglases 16 hat eine optische Wirkung.
Das Phasenobjekt 20 weist hierfür eine erste Beugungsstruktur 38 in Form eines ersten als ein Volumengitter ausgebildeten Gitters und eine weitere Beugungsstruktur 40 in Form eines als ein Volumengitter ausgebildeten Gitters auf. Die erste Beugungsstruktur 38 ist in dem Körper an einer ersten Körperfläche 42 erstreckt, die beim Beobachten der Objektfläche 28 von einem Blickrichtungsstrahl 31, 31' durchsetzt ist. Der Blickrichtungsstrahl 31, 31' durchsetzt hier die Körperfläche 42 an dem Punkt 54 bzw. 54'. Der Verlauf des Blickrichtungsstrahls 31, 31' hängt von der Blickrichtung 30, 30' ab. Der Blickrichtungsstrahl 31, 31' ist ein Hauptstrahl der optischen Abbildung in die zu der Objektfläche 28 optisch konjugierte Bildfläche 28' auf dem Augenhintergrund eines von der Beobachtungsperson 24 unter der Blickrichtung 30, 30' beobachteten Punkts 14, 14' auf der Objektfläche 28. Der Blickrichtungsstrahl 31, 31' verläuft dabei durch den Augendrehpunkt 50 und das Pupillenzentrum 51, 51'.
Auch die weitere Beugungsstruktur 40 ist in dem Körper des Brillenglases 16 an einer weiteren Körperfläche 44 erstreckt, die beim Beobachten der Objektfläche 28 von dem der Blickrichtung 30, 30' des Auges 34 der Beobachtungsperson 24 entsprechenden Blickrichtungsstrahl 31, 31' an den Punkten 56, 56' durchsetzt wird. Der Blickrichtungsstrahl 31, 31' wird, wie in der 3 gezeigt, beim Durchsetzen des Brillenglases im Allgemeinen gebrochen und er wird in dem Phasenobjekt 20 durch die Beugungsstrukturen 38, 40 gebeugt.
Zu bemerken ist, dass die Körperflächen 42, 44 Schnittflächen des Brillenglases 16, 18 sind, die insbesondere gekrümmt sein können. Zu bemerken ist auch, dass die Körperflächen 42, 44, entlang der die Beugungsstrukturen 38, 40 des Phasenobjekts 20 in einem Brillenglas 16, 18 erstreckt sind, auch zusammenfallen können. In diesem Fall liegen die Beugungsstrukturen 38, 40 des Phasenobjekts 20 in einem Brillenglas 16, 18 aneinander und die Beugungsstrukturen 38, 40 sind dann nicht voneinander beabstandet.
Das Phasenobjekt 20 lenkt das auf einer der Beobachtungsperson 24 abgewandten Brillenglas-Vorderfläche 46 des Brillenglases 16 auf einem Blickrichtungsstrahl 31, 31' unter einem Einfallswinkel α zu der lokalen Oberflächennormalen 48 einfallende Licht in eine von der Wellenlänge λ des Lichts und von dem Einfallswinkel α des Lichts abhängige Richtung.
Die erste Beugungsstruktur 38 und die weitere Beugungsstruktur 40 sind hierzu jeweils durch eine von dem mit der Blickrichtung durchsetzten Orten 54, 54', 56, 56' in den Körperflächen 42, 44 abhängige räumliche Modulation des Brechungsindex n(x, y) := n₀ + Δn sin(f(x,y)) gebildet.
Die die erste Beugungsstruktur 38 und die weitere Beugungsstruktur 40 bildende räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) in dem beim Tragen der in der 1 gezeigten Brille 10 von unterschiedlichen Blickrichtungen durchsetzbaren Körper 36 eines Brillenglases 16, 18 ist in den Körperflächen 42, 44 in dem Brillenglas 18 jeweils eine stetige Funktion des Orts. Die Beugungsstrukturen 38, 40 in dem Phasenobjekt 20 des Brillenglases 18 überführen eine sphärische Lichtwelle, die von einem von der Beobachtungsperson 24 unter der jeweiligen Blickrichtung 30, 30' beobachtbaren Punkt 14, 14' auf der Objektfläche 28 herrührt, in eine entlang der Blickrichtungsstrahlen 31, 31' verlaufende Lichtwelle, die den Punkt 14, 14' auf der Objektfläche 28 auf einen in der zu der Objektfläche 28 optisch konjugierten Bildfläche 28' liegenden Bildpunkt 15, 15' in dem Auge 34 der Beobachtungsperson abbildet.
Zu bemerken ist, dass das linke Brillenglas 16 in einer dem rechten Brillenglas 18 entsprechenden Weise eine optische Abbildung von Punkten 14, 14' auf der beobachteten Objektfläche 28 auf den Augenhintergrund bewirkt, die auf der Blickrichtung des dann rechten Auges der Beobachtungsperson 24 entsprechenden Blickrichtungsstrahlen liegen.
Die 4 zeigt die stetige Modulation 47 des Brechungsindex n entlang einer in der Körperfläche 42 aus 3 verlaufenden Kurve mit der Amplitude 49 in einem Abschnitt der Beugungsstruktur 38. Die 5 ist ein Abschnitt des an der Körperfläche 42 erstreckten Beugungsstruktur 38 in dem Brillenglas 18. Die Beugungsstruktur 38 ist ein Volumengitter, das eine konstante Dicke d hat und dessen Gittervektor $\vec{k_{G 38}} : = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
eine grundsätzlich ortsabhängige abhängige Richtung hat, wobei Λ_x , Λ_y , Λ_z die lokalen Gitterkonstanten des Volumengitters der Beugungsstruktur 38 in den drei unterschiedlichen Raumrichtungen sind.
In der Beugungsstruktur 38 sind dabei die Gitterkonstanten Λ_x und Λ_y durch die folgende Relation verknüpft: $Λ_{x} = \frac{1}{\frac{\partial f (x, y)}{\partial x}}$
und $Λ_{y} = \frac{1}{\frac{\partial f (x, y)}{\partial y}}$
wobei f(x,y) eine auf die geforderte optische Übertragungsfunktion der Beugungsstruktur optimierte stetig differenzierbare Furchenanzahlfunktion nach den Ortsvariablen x und y ist und wobei $\frac{\partial f (x, y)}{\partial x} und \frac{\partial f (x, y)}{\partial y}$
die physikalische Bedeutung der Furchendichte des Gitters in der x- und y-Richtung hat.
Der Betrag des Gittervektors $| \vec{k_{G 38}} | : = | \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}} |$
ist in der Beugungsstruktur 38 konstant. Für die Gitterkonstante $Λ_{G 38} : = \frac{2 π}{| \vec{k_{G 38}} |}$
gilt vorliegend: $Λ_{G} = 2,4 μ m$
Zu bemerken ist, dass vorliegend als ein Wert für die Gitterkonstante Λ_G grundsätzlich auch andere Werte gewählt werden können.
Die Beugungsstruktur 40 in einem Brillenglas 16, 18 ist ebenfalls ein Volumengitter, das eine konstante Dicke d hat und dessen Gittervektor $\vec{k_{G 40}} = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
wiederum einen konstanten Betrag, jedoch eine ortsabhängig Richtung hat.
Die 6 erläutert die optische Wirkung und Eigenschaften der ersten Beugungsstruktur 38 und der weiteren Beugungsstruktur 40 des Phasenobjekts 20 in dem Brillenglas 16.
Das Volumengitter der erste Beugungsstruktur 38 hat der dem Auge 34 der Beobachtungsperson 24 zugewandten Seite eine Furchendichte $F_{x} (x,y) = \frac{\partial f (x, y)}{\partial x}$
$F_{y} (x,y) = \frac{\partial f (x, y)}{\partial y}$
die sicherstellt, dass ein auf dem Blickrichtungsstrahl 31 liegender Punkt 14 auf der Objektfläche 28 als ein Bildpunkt 15 auf den Hintergrund des Auges 34 der Beobachtungsperson 24 gebeugt wird.
Diese Eigenschaft der Beugungsstruktur 38 bedingt, dass die Richtung des Gittervektors $\vec{k_{G 38}} : = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
in dem Volumengitter der Beugungsstruktur auf einen jeden möglichen Blickrichtungsstrahl 31 durch das Brillenglas 16, 18 angepasst sein muss, da der Betrag $| \vec{k_{G 38}} |$
des Gittervektors in der Beugungsstruktur 38 konstant ist.
Indem diese Anpassung dadurch vorgenommen wird, dass die erste Beugungsstruktur 38 ein Hologramm einer ersten Referenzwelle W₁₁ und einer zweiten Referenzwelle W₁₂ ist, wobei die erste Referenzwelle W₁₁ eine sphärische Welle einer in dem Auge 34 der Beobachtungsperson 24 auf oder in der Nähe des Augendrehpunkts 50 angeordneten Punktlichtquelle ist, lässt sich erreichen, dass die Beugungsstruktur 38 das von einem auf einem Blickrichtungsstrahl 31 liegenden Punkt 14 auf der Objektfläche 28 ausgesendete Licht, das durch die Pupille 52 des Auges 34 der Beobachtungsperson gelangt, mit einer maximalen Beugungseffizienz η in einen Bildpunkt 15 auf der zu der Objektfläche 28 konjugierten Bildfläche 28' gebeugt wird.
An einer jeden von dem Blickrichtungsstrahl 31, 31' durchsetzbaren Stelle auf einer der Beobachtungsperson 24 zugewandten Seite der Beugungsstruktur 38 sind hierfür der Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 11}}$
der ersten Referenzwelle W₁₁ und der Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 12}}$
der zweiten Referenzwelle W₂₁ sowie der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
des Hologramms wie folgt verknüpft: $\vec{k_{W 11}} = \vec{k_{W 12}} - \vec{k_{G 38}} .$
Die 7 zeigt die Beugungseffizienz η der Beugungsstruktur 38 für Licht, das unter einem Winkel Δθ zu einem Blickrichtungsstrahl 31 wie in der 3 gezeigt durch die Pupille 52 in das Auge 34 der Beobachtungsperson 24 gebeugt wird. Wie aus der 7 hervorgeht, gewährleistet die Beugungsstruktur 38, die ein Hologramm einer ersten Referenzwelle W₁₁ und einer zweiten Referenzwelle W₁₂ ist, wobei die erste Referenzwelle W₁₁ eine sphärische Welle einer in dem Auge 34 der Beobachtungsperson 24 auf oder in der Nähe des Augendrehpunkts 50 angeordneten Punktlichtquelle ist, dass nicht nur das Licht auf einem Blickrichtungsstrahl 31 sondern auch das Licht, das unter dem Winkel -2,5° ≤ Δθ ≤2,5° in das Auge 34 der Beobachtungsperson gelangt, mittels der Beugungsstruktur 38 gebeugt wird.
Zu bemerken ist, dass indem das Hologramm der Beugungsstruktur 38 ein Hologramm zweier Paare von Referenzwellen P1 = (W₁₁, W₁₂); P2 = (W₂₁, W₂₂) oder mehrerer Paare von Referenzwellen P_i(W_i1, W_i2), i= 1, 2, 3 .... ist, gewährleistet werden kann, dass die Beugungsstruktur 38 als ein Multiplexing-Volumengitter wirkt und damit das Beugen von Licht mit der in der 8 gezeigten Beugungseffizienz η ermöglicht, das unter dem Winkel Δθ zu einem Blickrichtungsstahl 31 in das Auge 34 der Beobachtungsperson 24 einfällt. Für unter dem Winkel -2,5° ≤ Δθ ≤2,5° zu einem Blickrichtungsstrahl einfallendes Licht beträgt die Beugungseffizienz η hier mehr als 95%.
Die in der 3 und 6 gezeigte weitere Beugungsstruktur 40 in dem Brillenglas 16, 18 hat die Funktion, einen durch die Dispersion in der Beugungsstruktur 38 hervorgerufenen Farbfehler zu minimieren und nach Möglichkeit zu kompensieren.
Auch die Beugungsstruktur 40 ist hierfür ein Hologramm einer weiteren ersten Referenzwelle W₂₁ und einer weiteren zweiten Referenzwelle W₂₂ . Hier gilt an einer jeden von dem Blickrichtungsstrahl 31, 31' durchsetzbaren Stelle auf einer der Beobachtungsperson 24 zugewandten Seite der weiteren Beugungsstruktur 38 für den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 21}}$
der weiteren ersten Referenzwelle W₁₂ und den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 22}}$
der weiteren zweiten Referenzwelle W₂₂ sowie den Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
des Hologramms: $\vec{k_{W 21}} = \vec{k_{W 22}} - \vec{k_{G 40}},$
wobei die weitere erste Referenzwelle W₂₁ die mittels der wenigstes einen Beugungsstruktur gebeugte erste Referenzwelle W₁₁ oder die mittels der wenigstes einen Beugungsstruktur gebeugte zweite Referenzwelle W₁₂ zu dem Hologramm der ersten Beugungsstruktur 38 ist.
Die Beugungsstruktur 40 in dem Phasenobjekt 20 des Brillenglases 18 beugt das Licht, das mittels der Beugungsstruktur 38 in eine erste Beugungsordnung O1 gebeugt wird, in eine dieser Beugungsordnung entgegengesetzte Beugungsordnung O2, wobei gilt: $| O 1 | = | O 2 |$
und $s i g n (O1) = - s i g n (O2) .$
Zu bemerken ist, dass das Hologramm der Beugungsstruktur 40 ebenfalls ein Hologramm zweier Paare von Referenzwellen P1 = (W₁₁ , W₁₂ ); P2 = (W₂₁ , W₂₂ ) oder mehrerer Paare von Referenzwellen P_i(W_i1, W_i2), i= 1, 2, 3 .... sein kann. Eine solche Beugungsstruktur wirkt als ein Multiplexing-Volumengitter und ermöglicht das Beugen von Licht mit einer hohen Beugungseffizienz η, das mit innerhalb eines Winkelbereichs α ± Δα zu einer Oberflächennormale 48 liegendem Einfallswinkel α auf die Brillenglas-Vorderfläche 46 einfällt.
Der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
und der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
in der Beugungsstruktur 38 und der Beugungsstruktur 40 des Phasenobjekts 20 hat eine vom Ort in dem Brillenglas 16, 18 grundsätzlich abhängige Richtung, die gewährleistet, dass der Abbildungsfehler des Bildpunkts in dem Auge 32, 34 der Beobachtungsperson 24 minimal ist.
Die Richtung des Gittervektors $\vec{k_{G 38}}$
und des Gittervektors $\vec{k_{G 40}}$
in der Beugungsstruktur 38 und der Beugungsstruktur 40 wird hierfür in einem Optimierungsverfahren für einen möglichst kleinen Abbildungsfehler optimiert. Der Abbildungsfehler kann z. B. einem Abbildungsfehler oder mehreren Abbildungsfehlern aus der Gruppe Farbfehler, Astigmatismus, Koma entsprechen.
Die Richtung des Gittervektors $\vec{k_{G 38}}$
und des Gittervektors $\vec{k_{G 40}}$
in der Beugungsstruktur 38 und der Beugungsstruktur 40 kann alternativ oder zusätzlich auch so optimiert werden, dass für die möglichen unterschiedlichen Blickrichtungen 30, 30' der Beobachtungsperson 24 durch das Brillenglas 16, 18 ein Durchmesser des Bildpunkts in dem Auge 32, 34 der Beobachtungsperson 24 minimal ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Optimieren des Gittervektors $\vec{k_{G 38}}$
und des Gittervektors $\vec{k_{G 40}}$
in der Beugungsstruktur 38 und der Beugungsstruktur 40 auch so erfolgen, dass die Beugungseffizienz η für das in unterschiedlichen möglichen Blickrichtungen entsprechenden Richtungen auf das Brillenglas 16, 18 einfallende Licht möglichst groß ist.
Dieses Optimieren kann z. B. anhand einer Kostenfunktion erfolgen, die Abbildungsfehler und/oder Farbfehler und/oder die Beugungseffizienz η der Beugungsstrukturen 38, 40 in dem Brillenglas 16, 18 bewertet.
Zu bemerken ist, dass ein Brillenglas mit einem vorstehend beschriebenen Phasenobjekt 20 hergestellt werden kann, indem das Phasenobjekt 20 dadurch erzeugt wird, dass wenigstens ein Hologramm einer mittels eines Lichtmodulators erzeugten ersten Referenzwelle W₁₁ und einer mittels eines Lichtmodulators erzeugen zweiten Referenzwelle W₂₁ erzeugt wird, oder dadurch, dass das Hologramm mittels eines Computers generiert wird.
Zusammenfassend sind zu der Erfindung insbesondere die folgenden bevorzugten Merkmale festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Brillenglas 16, 18, das einen Körper 36 hat. Der Körper 36 enthält wenigstens eine Beugungsstruktur 38, 40, die in dem Körper 36 an einer Körperfläche 42, 44 erstreckt ist. Die Beugungsstruktur 38 ist durch eine von dem Ort 54, 56 in der Körperfläche 42, 44 abhängige räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) gebildet. Die räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) in dem Körper 36 ist stetig. Die Beugungsstruktur überführt eine sphärische Lichtwelle, die von einem Punkt 14, 14' auf einer Objektfläche 28 herrührt, in eine Lichtwelle, die den Punkt 14, 14' auf der Objektfläche 28 auf einen in einer zu der Objektfläche 28 optisch konjugierten Bildfläche 28' liegenden Bildpunkt 15, 15' abbildet.
Bezugszeichenliste

10: Brille
12: Brillengestell
14, 14': Punkt auf der Objektfläche 28
15, 15': Bildpunkt
16: linkes Brillenglas
18: rechtes Brillenglas
20: Phasenobjekt
22: Phasenobjekt
24: Beobachtungsperson
28: Objektfläche
28': konjugierte Bildfläche
30, 30': Blickrichtung
31, 31': Blickrichtungsstrahl
32: linkes Auge
34: rechtes Auge
36: Körper des Brillenglases 16
38: erste Beugungsstruktur
40: weitere Beugungsstruktur
42: erste Körperfläche
44: weitere Körperfläche
46: Brillenglas-Vorderfläche
47: Modulation
48: Oberflächennormale
49: Amplitude
50: Augendrehpunkt
51, 51': Pupillenzentrum
52: Pupille
54, 54', 56, 56': Ort
α: Einfallswinkel
λ: Wellenlänge
Λ_G: Gitterkonstante
η: Beugungseffizienz
Λ_x, Λ_y Λ_z, Λ_G: Gitterkonstanten
Δθ: Winkel zu einem Blickrichtungsstrahl
n(x,y): Brechungsindex
d: Dicke
n: Brechungsindex
O1: erste Beugungsordnung
O2: weitere Beugungsordnung
W₁₁: erste Referenzwelle
W₁₂: weitere erste Referenzwelle
W₂₁: zweite Referenzwelle
W₂₂: weitere zweite Referenzwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/177370 A1 [0002]
WO 9934248 A1 [0003]
WO 2014/064163 A1 [0004]

Claims

Brillenglas (16, 18) mit einem Körper (36), der eine Beugungsstruktur (38) enthält, die an einer Körperfläche (42, 44) erstreckt ist, und die durch eine von dem Ort (54, 56) in der Körperfläche (42, 44) abhängige räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) in dem Körper (36) stetig ist und die Beugungsstruktur eine sphärische Lichtwelle, die von einem Punkt (14, 14') auf einer Objektfläche (28) herrührt, in eine Lichtwelle überführt, die den Punkt (14, 14') auf der Objektfläche (28) auf einen in einer zu der Objektfläche (28) optisch konjugierten Bildfläche (28') liegenden Bildpunkt (15, 15') abbildet.
Brillenglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beugungsstruktur (38) ein Hologramm wenigstens einer ersten Referenzwelle W₁₁ und einer zweiten Referenzwelle W₁₂ ist.
Brillenglas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm der Beugungsstruktur (38) ein Hologramm zweier Paare von Referenzwellen (W₁₁, W₁₂; W₂₁, W₂₂) oder mehrerer Paare von Referenzwellen P_i(W_i1, W_i2), i= 1, 2, 3 ... ist.
Brillenglas nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm als ein optisches Gitter ausgebildet ist, das einen lokalen Gitterperiodenvektor $\vec{Λ_{G 38}} : = Λ_{x} \vec{e_{x}} + Λ_{y} \vec{e_{y}} + Λ_{z} \vec{e_{z}}$
und einen lokalen Gittervektor $\vec{k_{G 38}} : = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
mit einem global konstanten Gittervektorbetrag $| \vec{k_{G 38}} | : = | \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}} |$
hat.
Brillenglas nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen für das Licht transparenten oder wenigstens teilweise transparenten Körper (36), wobei die Beugungsstruktur (38) in dem Körper (36) an einer Körperfläche (42) erstreckt ist, die beim Beobachten der Objektfläche (28) von einem unterschiedlichen Blickrichtungen (30) eines einen Augendrehpunkt (50) und ein Pupillenzentrum (51) aufweisenden Auges (32, 34) einer Beobachtungsperson (24) entsprechenden, durch den Augendrehpunkt (50) und das Pupillenzentrum (51) sowie den Punkt (14, 14') auf der Objektfläche (28) verlaufenden Blickrichtungsstrahl (31, 31') durchsetzt werden kann.
Brillengas nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine für unterschiedliche Blickrichtungen (30, 30') unterschiedliche optische Wirkung.
Brillenglas nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Referenzwelle W₁₁ eine von dem Augendrehpunkt (50) des Auges (34) der Beobachtungsperson (24) ausgesendete sphärische Lichtwelle ist.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einer jeden von dem Blickrichtungsstrahl (31, 31') durchsetzbaren Stelle auf einer der Beobachtungsperson (24) zugewandten Seite der Beugungsstruktur (38) für den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 11}}$
der ersten Referenzwelle W₁₁ und den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 12}}$
der zweiten Referenzwelle W₁₂ sowie den Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
des Hologramms gilt: $\vec{k_{W 11}} = \vec{k_{W 12}} - \vec{k_{G 38}}$
Brillenglas nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) eine einen Abbildungsfehler des Bildpunkts (15, 15') optimierende Richtung hat.
Brillenglas nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsfehler einem Abbildungsfehler oder mehreren Abbildungsfehlern aus der Gruppe Farbfehler, Astigmatismus, Koma und Defokus entspricht.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) eine einen Durchmesser des Bildpunkts (15, 15') optimierende Richtung hat.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) eine eine Beugungseffizienz η der wenigstens einen Beugungsstruktur (38) optimierende Richtung hat.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens eine weitere Beugungsstruktur (40), die durch die wenigstens eine Beugungsstruktur (38) in eine erste Beugungsordnung O1 gebeugtes Licht in eine Beugungsordnung O2 beugt, für die gilt: |01| = |02| und sign(01) = -sign(02).
Brillenglas nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Beugungsstruktur (40) ein Hologramm wenigstens einer weiteren ersten Referenzwelle W₂₁ und einer weiteren zweiten Referenzwelle W₂₂ ist, wobei die weitere erste Referenzwelle W₂₁ die mittels der wenigstes einen Beugungsstruktur (38) gebeugte erste Referenzwelle W₁₁ oder die mittels der wenigstes einen Beugungsstruktur (38) gebeugte zweite Referenzwelle W₁₂ ist.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch wenigstens eine weitere Beugungsstruktur (40), die durch die wenigstens eine Beugungsstruktur (38) in eine erste Beugungsordnung O1 gebeugtes Licht in eine Beugungsordnung O2 beugt, für die gilt: |01| = |02| und sign(01) = -sign(02).
Brillenglas nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Beugungsstruktur (40) ein Hologramm wenigstens einer weiteren ersten Referenzwelle W₂₁ und einer weiteren zweiten Referenzwelle W₂₂ ist, wobei die weitere erste Referenzwelle W₂₁ die mittels der wenigstes einen Beugungsstruktur (38) gebeugte erste Referenzwelle W₁₁ oder die mittels der wenigstes einen Beugungsstruktur (38) gebeugte zweite Referenzwelle W₁₂ ist.
Brillenglas nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm als ein optisches Gitter ausgebildet ist, das einen lokalen Gitterperiodenvektor $\vec{Λ_{G 40}} : = Λ_{x} \vec{e_{x}} + Λ_{y} \vec{e_{y}} + Λ_{z} \vec{e_{z}}$
und einen lokalen Gittervektor $\vec{k_{G 40}} : = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
mit einem global konstanten Gittervektorbetrag $| \vec{k_{G 40}} | : = | \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}} |$
hat.
Brillenglas nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an einer jeden von dem Blickrichtungsstrahl (31, 31') durchsetzbaren Stelle auf einer der Beobachtungsperson (24) zugewandten Seite der weiteren Beugungsstruktur (40) für den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 21}}$
der weiteren ersten Referenzwelle W₂₁ und den Wellenfrontvektor $\vec{k_{W 22}}$
der weiteren zweiten Referenzwelle W₂₂ sowie den Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
des Hologramms gilt: $\vec{k_{W 12}} = \vec{k_{W 22}} - \vec{k_{G 40}} .$
Brillenglas nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) eine einen Abbildungsfehler des Bildpunkts in dem Auge (32, 34) der Beobachtungsperson (24) optimierende Richtung hat.
Brillenglas nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsfehler einem Abbildungsfehler oder mehreren Abbildungsfehlern aus der Gruppe Farbfehler, Astigmatismus, Koma und Defokus entspricht.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) eine einen Durchmesser des Bildpunkts in dem Auge (32, 34) der Beobachtungsperson (24) optimierende Richtung hat.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 40}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) eine eine Beugungseffizienz η der wenigstens einen Beugungsstruktur (40) optimierende Richtung hat.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 14 oder 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm der wenigstens einen weiteren Beugungsstruktur (40) ein Hologramm zweier Paare von Referenzwellen (W₁₁, W₁₂; W₂₁, W₂₂) oder mehrerer Paare von Referenzwellen P_i(W_i1, W_i2), i= 1, 2, 3 ... ist.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Phasenobjekt (20, 22), das die wenigstens eine Beugungsstruktur (38) enthält, wobei das Phasenobjekt (20, 22) das auf einer der Beobachtungsperson (24) abgewandten Seite des Brillenglases (16, 18) in Bezug auf die Oberflächennormale (48) unter einem Einfallswinkel α zu einer Oberflächennormale (48) der Brillenglas-Vorderfläche (46) von einem Punkt (14, 14') auf einer Objektfläche (28) einfallende Licht in eine von der Wellenlänge λ des Lichts und von dem Einfallswinkel α des Lichts abhängige Richtung lenkt.
Brillenglas nach einem der Ansprüche 13 bis 24, gekennzeichnet durch ein Phasenobjekt (20, 22), das die wenigstens eine Beugungsstruktur (38) und die wenigstens eine weitere Beugungsstruktur (40) enthält, wobei das Phasenobjekt (20, 22) das auf einer der Beobachtungsperson (24) abgewandten Seite des Brillenglases (16, 18) in Bezug auf die Oberflächennormale (48) unter einem Einfallswinkel α zu einer Oberflächennormale (48) der Brillenglas-Vorderfläche (46) von einem Punkt (14, 14') auf einer Objektfläche (28) einfallende Licht in eine von der Wellenlänge λ des Lichts und von dem Einfallswinkel α des Lichts abhängige Richtung lenkt.
Verfahren für das Ermitteln des Designs eines Brillenglases (16, 18), bei dem für das Brillenglas (16, 18) eine Geometrie und eine Objektfläche (28) sowie eine optische Übertragungsfunktion vorgegeben wird, wobei für die vorgegebene optische Übertragungsfunktion und die vorgegebene Geometrie ein Phasenobjekt (20, 22) berechnet wird, welches das auf einer der Beobachtungsperson (24) abgewandten Seite des Brillenglases (16, 18) unter einem Einfallswinkel α zu einer Oberflächennormale n der Brillenglas-Vorderfläche (46) einfallende Licht in eine von der Wellenlänge λ des Lichts und von dem Einfallswinkel α des Lichts abhängige Richtung lenkt, wobei das Phasenobjekt (20, 22) wenigstens eine Beugungsstruktur (38, 40) enthält, die in dem Körper (36) an einer Körperfläche (42, 44) erstreckt ist, die beim Beobachten einer Objektfläche (28) von einem einer Blickrichtung (30) eines einen Augendrehpunkt (50) und ein Pupillenzentrum (51) aufweisenden Auges (32, 34) der Beobachtungsperson (24) entsprechenden, durch den Augendrehpunkt (50) und das Pupillenzentrum (51) sowie den Punkt (14, 14') auf der Objektfläche (28) verlaufenden Blickrichtungsstrahl (31, 31') durchsetzt werden kann, die durch eine von dem mit der Blickrichtung (30) durchsetzten Ort (x, y) in der Körperfläche (42, 44) abhängige räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die die wenigstens eine Beugungsstruktur (38, 40) bildende räumliche Modulation des Brechungsindex n(x,y) in dem von einer Blickrichtung durchsetzbaren Bereich des Körpers (36) stetig ist und die Beugungsstruktur (38, 40) eine sphärische Lichtwelle, die von einem Punkt auf der Objektfläche (28) herrührt, der von der Blickrichtung durchsetzt ist, in eine entlang der Blickrichtung (30, 30') verlaufende Lichtwelle überführt, die den Punkt auf der Objektfläche (28) auf einen in einer zu der Objektfläche (28) optisch konjugierten Bildfläche (28') liegenden Bildpunkt in dem Auge (32, 34) der Beobachtungsperson (24) abbildet.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beugungsstruktur (38) ein Hologramm wenigstens einer ersten Referenzwelle W₁₁ und einer zweiten Referenzwelle W₂₁ ist, wobei das Hologramm als ein optisches Gitter ausgebildet ist, das einen lokalen Gittervektor $\vec{Λ_{G 38}} : = Λ_{x} \vec{e_{x}} + Λ_{y} \vec{e_{y}} + Λ_{z} \vec{e_{z}}$
und einen lokalen Gittevektor $\vec{k_{G 38}} = \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}}$
mit einem global konstanten Gittervektorbetrag $| \vec{k_{G 38}} | : = | \frac{2 π}{Λ_{x}} \vec{e_{x}} + \frac{2 π}{Λ_{y}} \vec{e_{y}} + \frac{2 π}{Λ_{z}} \vec{e_{z}} |$
hat.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Gittervektors $\vec{k_{G 38}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) optimiert wird, um einen Abbildungsfehler des Bildpunkts in dem Auge (32, 34) der Beobachtungsperson (24) zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsfehler einem Abbildungsfehler oder mehreren Abbildungsfehlern aus der Gruppe Farbfehler, Astigmatismus, Koma entspricht.
Verfahren einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) optimiert wird, um einen Durchmesser des Bildpunkts in dem Auge (32, 34) der Beobachtungsperson (24) zu minieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittervektor $\vec{k_{G 38}}$
für wenigstens eine Blickrichtung (30, 30') der Beobachtungsperson (24) optimiert wird, um eine Beugungseffizienz η der wenigstens einen Beugungsstruktur zu maximieren.
Verfahren zum Herstellen eines Brillenglases, insbesondere eines Brillenglases, das gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Phasenobjekt (20) erzeugt wird, das wenigstens ein Hologramm einer mittels eines Lichtmodulators erzeugten ersten Referenzwelle W₁₁ und einer mittels eines Lichtmodulators erzeugen zweiten Referenzwelle W₂₁ enthält oder das ein computergeneriertes Hologramm enthält.