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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Brillenglas mit geringen Abbildungsfehlern höherer Ordnung.
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Bei Einstärkengläsern werden schon seit längerem asphärische oder
atorische Flächen
verwendet. Dabei besteht das Ziel darin, entweder die kosmetischen
Eigenschaften oder die optischen Eigenschaften zu verbessern. Unter
kosmetischen Eigenschaften versteht man Dicke, Gewicht und Durchbiegung
und unter den optischen Eigenschaften versteht man den Astigmatismus
und den Brechwert. Im Allgemeinen sollen bei Einstärkengläsern mit
asphärischen
oder atorischen Flächen
die kosmetischen Eigenschaften verbessert werden, ohne dass die
optischen Eigenschaften verschlechtert werden. Bisher wurden Abbildungsfehler
höherer
Ordnung nicht berücksichtigt.
Jedoch treten bei Einstärkengläsern mit
sphärischen
oder atorischen Flächen
oftmals Verträglichkeitsprobleme
auf. Diese konnten nicht nachvollzogen werden, da die Abbildungsfehler
zweiter Ordnung (Astigmatismus und Brechwert) sehr gut korrigiert
waren. Die Ursache für
diese Probleme lag bei den Abbildungsfehlern höherer Ordnung, welche beim
Stand der Technik nicht berücksichtigt
wurden und welche deutlich höherer
Werte annehmen als bei Einstärkengläsern mit
spährischen
oder torischen Flächen
(meniskenförmige
Linsen).
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Bei Progressivgläsern spielen die Abbildungsfehler
höherer
Ordnung eine ganz wesentliche Rolle, da dort auf Grund der Progression
solche Fehler induziert werden. Dennoch wurden im Stand der Technik
diese Fehler bisher nicht berücksichtigt.
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Somit ist festzustellen, daß bei Brillengläsern aus
dem Stand der Technik bisher keine Abbildungsfehler höherer Ordnung,
in erster Linie sphärische
Aberration und Koma berücksichtigt
wurden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
ein Brillenglas anzugeben, bei dem keine der oben genannten Verträglichkeitsprobleme
auftreten. Die Aufgabe wird gelöst
durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und des Anspruchs
5.
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Es wird ein Einstärkenbrillenglas mit asphärischer
und/oder atorischer Fläche
und ein progressives Brillenglas bereitgestellt, welche dadurch
gekennzeichnet sind, daß sie
geringe Abbildungsfehler höherer
Ordnung aufweisen. Unter Abbildungsfehlern höherer Ordnung versteht man
hierbei eine sphärische
Aberration und/oder eine Koma. Bei Einstärkenbrillengläsern wird
weiter davon ausgegangen, daß die
Abbildungsfehler höherer
Ordnung denen eines Einstärkenbrillenglases
mit sphärischen
bzw. torischen Flächen
entsprechen. Ferner ist sowohl der Astigmatismus und der Brechwert
als auch die Koma und die sphärische
Aberration vergleichbar mit denen einer meniskenförmigen Linse.
Bei den progressiven Brillengläsern
befindet sich der Maximalwert der Koma in einem Rechteck, das vom
Zentrierpunkt, dem Prismenbezugspunkt und dem Nahbezugspunkt aufgespannt
wird. Ferner ist der Quotient aus Koma und Addition begrenzt. Die
Koma nimmt insbesondere in den Bezugspunkten mit der Zunahme des
Pupillendurchmessers nur geringfügig
zu. Weiter weist die Koma in den Bezugspunkten als Funktion des
Pupillendurchmessers eine geringere Steigung als in den Punkten
mit maximaler Koma auf. Sowohl der Maximalwert als auch der Minimalwert
der sphärischen
Aberration befinden sich in einem Rechteck, das vom Zentrierpunkt,
dem Prismenbezugspunkt und dem Nahbezugspunkt aufgespannt wird.
Des weiteren nimmt die sphärische
Aberration, insbesondere in den Bezugspunkten, mit der Zunahme des
Pupillendurchmessers nur geringfügig
zu. Weiter weist die sphärische
Aberration in den Bezugspunkten als Funktion des Pupillendurchmessers
eine geringere Steigung auf als in den Punkten mit Maximal- und
Minimalwerten.
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Bei sphärischen Einstärkengläsern wird
beispielsweise die Durchbiegung so gewählt, daß die Abbildungsfehler zweiter
Ordnung, der Astigmatismus schiefer Bündel und Refraktionsfehler
bestmöglich
korrigiert werden. Aus diesem Grund werden Einstärkengläser mit sphärischen Flächen als meniskenförmige Linsen ausgeführt. Dabei
wird die Durchbiegung so gewählt,
daß der
Astigmatismus schiefer Bündel
und der Refraktioinsfehler möglichst
gering sind. Um jedoch den Öffnungsfehler
(sphärische
Aberration) zu korrigieren, sollte man keine meniskenförmigen Linsen,
sondern Bi-Linsen (Radienverhältnis
ca. 1:6) verwenden. In der Regel treten aber bei meniskenförmigen Linsen
keine Ver träglichkeitsprobleme
auf. Die Ursache liegt anscheinend darin, daß die Aperturblende des Auges
relativ klein ist und daß zusätzlich durch
den Stiles-Crawford Effekt eine kleinere sensorische Blende der
körperlichen
Blende überlagert
ist. Aus diesem Grund kann davon ausgegangen werden, daß Koma und
sphärische
Aberration in der Größenordnung
wie sie bei meniskenförmigen Linsen
auftreten, keine Verträglichkeitsprobleme
hervorrufen.
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Die Abbildungsfehler höherer Ordnung
kann man beispielsweise mit der folgenden Methode berechnen:
- 1. Es wird eine Blickrichtung, ein Objektpunkt,
ein Punkt auf der Vorderfläche
oder ein Punkt auf der Rückfläche des
Brillenglases vorgegeben. Durch eine dieser vier Vorgaben ist zusammen
mit dem Augendrehpunkt der Strahlengang eindeutig definiert und
mittels Strahldurchrechnung kann man den Hauptstrahl berechnen.
- 2. Die Lage der Aperturblende wird berechnet, indem man die
Eintrittspupille des Auges je nach Blickrichtung um den Augendrehpunkt
rotieren läßt. Die
Mitte der Aperturblende liegt dann auf dem Hauptstrahl. Somit ergibt
sich für
jede Blickrichtung eine neue Lage der Aperturblende.
- 3. Der Öffnungsstrahlengang
wird berechnet, indem von einem gegebenen, auf dem Hauptstrahl liegenden Objektpunkt
Strahlen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln
berechnet werden.
- 4. Aus diesen Strahlen und den optischen Weglängen wird
dann die Wellenfront in der Eintrittspupille berechnet.
- 5. Diese Wellenfront stellt man dann mittels „Zernikefunktionen" dar.
- 6. Aus dem Koeffizienten der Zernikefunktion kann man nun die
Abbildungsfehler berechnen. So erhält man für jede Blickrichtung unter
anderem Astigmatismus, Brechwert, Koma und sphärische Aberration.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne
Beschränkung
des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf
die im Übrigen
hinsichtlich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten
erfindungsgemäßen Einzelheiten
ausdrücklich
verwiesen wird. Es zeigen:
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1 die
Veränderung
des Brechwertes als Funktion des Abstandes r vom Scheitel;
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2 den
Astigmatismus als Funktion des Abstandes r vom Scheitel;
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3 die
sphärische
Aberration als Funktion des Abstandes r vom Scheitel;
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4 die
Koma als Funktion des Abstandes r vom Scheitel;
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5 als
Tabelle die Pfeilhöhe
einer asphärischen
Fläche
nach der Erfindung als Funktion des Abstandes r vom Scheitel;
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6 bis 8 den Brechwert, den Astigmatismus
und die Pfeilhöhen
eines Progressivglases nach der Erfindung;
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9 die
sphärische
Aberration;
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10 die
Veränderung
der sphärischen
Aberration als Funktion des Pupillendurchmessers;
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11 die
Veränderung
der sphärischen
Aberration als Funktion des Pupillendurchmessers;
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12 die
Veränderungen
der Koma als Funktion des Pupillendurchmessers;
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13 und 14 den Brechwert und den
Astigmatismus eines Progressivglases nach dem Stand der Technik;
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15 und 16 die Koma und die sphärische Aberration
dieses Progressivglases;
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17 bis 20 ein weiteres Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung.
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In 1 stellt
die nach unten verlaufende strichpunktierte Linie den Verlauf bei
einer Bi-Linse dar. Die darüber
verlaufende punktierte Linie stellt den Verlauf bei einer meniskenförmigen Linse
dar. Die durchgezogene Linie stellt den Verlauf bei einem asphärischen
Glas nach der Erfindung dar. Und schließlich stellt die vierte gestrichelte
Linie den Verlauf bei einem asphärischen
Glas nach dem Stand der Technik dar. Man erkennt, daß die meniskenförmige Linse
und die beiden asphärischen
Gläser
sehr gute Eigenschaften aufweisen und mindestens bis ca. 20 mm geringe
Abweichungen vom verordneten Wert zeigen. Dagegen weist die Bi-Linse
sehr schlechte Eigenschaften auf.
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In 2 stellt
die strich-punktierte Linie den Verlauf bei einer Bi-Linse dar.
Die punktierte Linie stellt den Verlauf bei einer meniskenförmigen Linse
dar. Die durchgezogene Linie stellt den Verlauf bei einem asphärischen
Glas nach der Erfindung dar und die gestrichelte Linie stellt den
Verlauf bei einem asphärischen Glas
nach dem Stand der Technik dar. Es ist zu erkennen, daß die meniskenförmige Linse
und das asphärische
Glas nach der Erfindung sehr gute Eigenschaften aufweisen. Der Stand
der Technik weist geringfügig schlechtere
Eigenschaften auf. Die Bi-Linse hingegen weist sehr schlechte Eigenschaften
auf.
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In 3 stellt
die strich-punktierte Linie den Verlauf bei einer Bi-Linse dar.
Die punktierte Linie stellt den Verlauf bei einer meniskenförmigen Linse
dar, die durch gezogene Linie stellt den Verlauf bei einem asphärischen
Glas nach der Erfindung dar und die gestrichelte Linie stellt den
Verlauf bei einem asphärischen
Glas nach dem Stand der Technik dar. Bei den Abbildungseigenschaften
höherer
Ordnung zeigt sich nun ein ganz anderes Bild. Die Bi-Linse weist
erwartungsgemäß eine sehr
geringe sphärische
Aberration auf. Hingegen weist der Stand der Technik eine sehr hohe
sphärische
Aberration auf. Das asphärische
Brillenglas nach der Erfindung weist eine geringe Aberration in
der Größenordnung
der meniskenförmigen
Linse auf.
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In 4 stellt
die strich-punktierte Linie den Verlauf bei einer Bi-Linse dar.
Die punktierte Linse stellt den Verlauf bei einer meniskenförmigen Linse
dar. Die durchgezogenen Linie stellt den Verlauf bei einem asphärischen
Glas nach der Erfindung dar und die gestrichelte Linie stellt den
Verlauf bei einem asphärischen Glas
nach dem Stand der Technik dar. Wie zu erkennen ist, weist auch
hier die Bi-Linse eine sehr geringe Aberration auf. Hingegen weist
der Stand der Technik eine sehr hohe Aberration auf. Das asphärische Brillenglas nach
der Erfindung weist eine geringe Aberration in der Größenordnung
der meniskenförmigen
Linse auf.
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Bei den 6 bis 8 hat
das Brillenglas die Werte sph –1,0
Add 2,0 n = 1,596. In 8 ist
die Koma für
jede Blickrichtung in kartesischen Koordinaten dargestellt. Bei
einem Brillenglas nach der Erfindung befindet sich der Maximalwert
in einem Rechteck, das vertikal vom Zentrierpunkt (oben) und den
Nahbezugspunkt (unten) und horizontal von der vertikalen Geraden,
die durch den Zentrierpunkt und Fernbezugspunkt geht und auf der
anderen Seite durch die vertikal Gerade begrenzt wird, die durch
den Nahbezugspunkt geht. Da bei einem Progressivglas durch die Progression
Koma induziert wird, lag das Ziel darin, ein Progressivglas zu konstruieren,
bei dem der maximale Wert derjenige ist, der durch die Brechwertzunahme
selbst induziert wird, ansonsten sollte der Wert überall kleiner
sein. Somit soll also nur die Koma zugelassen werden, die aufgrund
der progressiven Wirkung notwendig ist, sonst soll sie überall reduziert
werden.
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Wie aus 15 zu erkennen ist, ist genau dies beim
Stand der Technik nicht der Fall; dort sind die Maximalwerte außerhalb
der Progressionszone und auch viel höher als bei der Erfindung.
Es wird bei ca. x = 10 und y = –10
ein Maximalwert von 0,16 erreicht, während der größte Wert
im Progressionskanal nur 0,13 beträgt und dort dem eines Glases
nach der Erfindung entspricht. Auch sind in den äußeren Bereichen nasal und temporal
sowie in der Nähe
die Werte deutlich höher
als bei der Erfindung. Ziel der Erfindung ist es daher, Progressvigläser zu berechnen,
bei denen die Koma deutlich reduziert ist. Insbesondere ist es von
Vorteil, wenn, wie bereits erwähnt,
der Maximalwert der Koma in der Progressionszone, genauer in einem
Rechteck befindet, das vom Zentrierpunkt, dem Prismenbezugspunkt
und dem Nahbezugspunkt aufgespannt wird.
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Da die Koma bei der Erfindung durch
die Progression (Addition) erzeugt wird, ist es sinnvoll, daß der Quotient
aus Koma und Addition begrenzt ist.
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Die Koma nimmt mit der Zunahme des
Pupillendurchmessers zu. Jedoch ist es bevorzugt, wenn dies begrenzt
ist, insbesondere bei Progressivgläsern mit kurzer Progression.
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In 12 ist
die Veränderung
der Koma als Funktion des Pupillendurchmessers dargestellt. Die
gestrichelte Linie mit Kreuzen stellt die Veränderung des Maximalwertes dar.
Die durchgezogenen Linie mit Quadraten stellt die Veränderung
im Fernbezugspunkt dar. Die punktierte Linie mit Dreiecken stellt
die Veränderung
im Nahbezugspunkt dar. Es ist zu erkennen, daß die Steigung (vom Betrag)
in den Bezugspunkten viel geringer als im Maximalwert ist. Insbesondere
ist die Koma in den Bezugspunkten sehr gering und steigt mit der
Zunahme der Pupillenöffnung
kaum an.
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In 9 ist
die sphärische
Aberration dargestellt. Auch hier liegt wiederum das Ziel darin,
nur soviel sphärische
Aberration zuzulassen, wie vom Progressivglas selbst induziert wird.
Dies bedeutet, daß sich
sowohl der Maximalals auch der Minimalwert in der Progressionszone,
also in dem oben beschriebenen Rechteck befindet. Weiter kann man
in 9 erkennen, daß der Fernbereich
praktisch keine sphärische
Aberration aufweist. Entlang der Hauptblicklinie hat man zuerst
(zu Beginn der Progressionszone) auf grund der Zunahme des Brechwertes
eine positive sphärische
Aberration und dann eine negative Aberration zum Ende der Progressionszone.
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Beim Stand der Technik in 16 befindet sich sowohl
der maximale Wert als auch der minimale Wert außerhalb dieses Rechtecks, nämlich die
minimalen Werte nasal und temporal bei Y = 0 und die maximalen Werte
bei Y = –8.
Diese Werte sind auch deutlich größer als bei der Erfindung.
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Da auch die sphärische Aberration bei der Erfindung
nur durch die Progression erzeugt wird, ist es sinnvoll, daß der Quotient
aus sphärischer
Aberration und Addition begrenzt ist.
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Die sphärische Aberration nimmt auch
mit der Zunahme des Pupillendurchmessers zu. Jedoch ist es, insbesondere
bei Progressivgläseren
mit kurzer Progression bevorzugt, wenn dies begrenzt ist.
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In 10 ist
die Veränderung
der sphärischen
Aberration als Funktion des Pupillendurchmessers dargestellt. Die
gestrichelte Linie mit Kreuzen stellt die Veränderung des Maximalwertes dar.
Die strich-punktierte Linie mit Kreu zen stellt die Veränderung
des Minimalwertes dar. Die durchgezogenen Linie mit Quadraten stellt die
Veränderung
im Fernbezugspunkt dar und die punktierte Linie mit Dreiecken stellt
die Veränderung
im Nahbezugspunkt dar. Es ist zu erkennen, daß die Steigung (vom Betrag)
in den Bezugspunkten geringer ist als in den Maximalwerten.
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Bei den 13 und 14 sind
der Brechwert und der Astigmatismus (jeweils in Gebrauchsstellung)
eines Progressivglases nach dem Stand der Technik dargestellt. Das
Brillenglas weist die Werte sph –1,0 Add 2,0 n = 1,596. Dabei
handelt es sich um Progressiv life 2 von Rodenstock.
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In den 15 und 16 sind die Koma und die
sphärische
Aberration dieses Progressivglases dargestellt.
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In den 17 bis 20 ist eine weiteres Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung dargestellt. Auch dieses Brillenglas weist die
Werte sph –1,0
Add 2,0 n = 1,596 auf, aber hierbei ist nun die Progressionslänge deutlich kürzer. Dadurch
steigt natürlich
der maximale Wert der Koma und der Maximal- und Minimalwert der
sphärischen
Aberration. Dennoch ist auch hier sichergestellt, daß die Extremwerte
im Progressisonskanal und somit im oben beschriebenen Rechteck liegen.
Somit wird also auch hier kein zusätzlicher Fehler eingeführt.
