DE4110614A1 - Rugged lens e.g. for spectacles - has main body with diffractive focussing features on side covered with protective e.g. polysiloxane coating of lower refractive index - Google Patents
Rugged lens e.g. for spectacles - has main body with diffractive focussing features on side covered with protective e.g. polysiloxane coating of lower refractive indexInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Linse nach dem Oberbe griff des Anspruches 1.The invention relates to a lens according to the Oberbe handle of claim 1.
Diffraktive Optiken, also Linsen, deren optische Wirkung nicht über Brechung, also refraktiv, sondern über Beugung, also diffraktiv erzeugt wird, sind be reits aus Appl. Phys. Lett. 52 (21), 23 May 1988, Sei ten 1771 bis 1773 bekannt. Dort ist der Einsatz einer solchen als Mikrooptik ausgebildeten Optik für Laserlicht, also für monochromatisches Licht, be schrieben.Diffractive optics, ie lenses whose optical Effect not about refraction, so refractive, but About diffraction, that is diffractive, are be already from Appl. Phys. Lett. 52 (21), 23 May 1988, Sci th 1771 to 1773 known. There is the mission such as a micro-optics trained optics for Laser light, ie for monochromatic light, be wrote.
Aus der DE-Zeitschrift "Der Augenoptiker 9/90", Sei ten 16 bis 18 ist der Einsatz von diffraktiven Lin sen als Kontaktlinsen bekannt. Bei diesen müssen im Gegensatz zur Anwendung für Laserlicht die Abbild ungseigenschaften farbneutral im gesamten Bereich des sichtbaren Lichts sein. Eine Anwendung derarti ger diffraktiver Optiken, wie sie mit einem Durch messer von etwa 5 mm als Kontaktlinsen eingesetzt werden, die geschützt am Auge des Trägers angebracht werden, für normale Brillengläser oder sonstige Lin sen in Durchmesserbereichen von 30 bis 80 oder be vorzugt 60 bis 80 mm ist nicht ohne weiteres mög lich.From the German magazine "Der Augenoptiker 9/90", Sei 16 to 18 is the use of diffractive Lin sen known as contact lenses. These must be in Unlike the application for laser light the image non-color properties throughout the range be of visible light. An application suchi ger diffractive optics, as with a through diameter of about 5 mm used as contact lenses be attached to the eye of the wearer protected be, for normal glasses or other lin sen in diameters ranging from 30 to 80 or be preferably 60 to 80 mm is not readily possible Lich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Linsen der gattungsgemäßen Art und insbesondere Brillengläser mit mindestens einer Oberfläche mit einer diffrak tiven Struktur zu schaffen, die für einen robusten Betrieb geeignet sind.The invention is based on the object lenses of generic type and in particular eyeglass lenses with at least one surface with a diffrak create a structure that is robust Operation are suitable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merk male im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch die Schutzschicht werden die empfindlichen diffraktiven Strukturen, nämlich das in die entspre chende Oberfläche geäzte oder mittels eines Lasers geschnittene Phasengitter abgedeckt und damit gegen mechanischen Verschleiß, Verschmutzung und derglei chen geschützt. Die nach außen hin glatte Schutz schicht kann leicht gereinigt werden.This object is achieved by the Merk Male solved in the characterizing part of claim 1. Through the protective layer are the most sensitive diffractive structures, namely in the corre sponding etched surface or by means of a laser covered phase lattice covered and thus against mechanical wear, contamination and the like protected. The smooth outward protection Layer can be easily cleaned.
Beugungserscheinungen sind normalerweise sehr wel lenlängenabhängig; diese Tatsache spielt bei Anwen dungen im Laserbereich keine Rolle, da hier mit mo nochromatischem Licht gearbeitet wird. Bei Linsen für das gesamte Spektralgebiet und insbesondere bei Brillengläsern werden zur Erzeugung eines Beugungs gitters definierte Gitterstrukturen mit variablem Abstand auf der entsprechenden Oberfläche des Grund körpers aufgebracht. Diese Gitter werden nochmals mit Unterstrukturen verfeinert, durch die sowohl unerwünschtes Streulicht vermieden werden soll als auch die insbesondere bei Brillengläsern notwendige Achromasie, also Farbneutralität, erreicht wird. Die Größe und Form dieser Strukturen bewirken dann die gewünschten optischen Abbildungseigenschaften, so daß also eine Linse mit einer beliebigen Brennweite, aber der Dicke und dem Gewicht eines Plan- oder Nullglases entsteht.Diffraction phenomena are usually very wel lenlängenabhängig; this fact plays with users applications in the laser sector are irrelevant, as mo is worked on a supromatic light. For lenses for the entire spectral region and in particular at Spectacle lenses are used to generate a diffraction grids with variable lattice structures Distance on the corresponding surface of the ground body applied. These grids will be redone refined with substructures through which both unwanted stray light should be avoided as also the necessary especially for eyeglass lenses Achromasie, ie color neutrality, is achieved. The The size and shape of these structures then cause the desired optical imaging properties, so so that a lens with any focal length, but the thickness and weight of a plan or Null glass arises.
Um eine hohe diffraktive Wirkung zu erreichen, ist die Weiterbildung nach Anspruch 2 von großem Vor teil. Die Ansprüche 3 und 4 geben jeweils für Glas bzw. Kunststoff als Material des Grundkörpers bevor zugte Brechzahl-Bereiche an, denen in der Praxis verfügbare Materialien entsprechen.To achieve a high diffractive effect is the development according to claim 2 of large ago part. Claims 3 and 4 each give glass or plastic as material of the body before applied refractive index ranges to those in practice correspond to available materials.
Besonders vorteilhaft ist es, nach Anspruch 5 eine Deckscheibe als Schutzschicht einzusetzen, dessen bevorzugte, möglichst niedrige Brechzahl-Bereiche in Anspruch 6 angegeben sind. Kitte nach Anspruch 7 sind in der Praxis verfügbar.It is particularly advantageous according to claim 5 a Cover disc to use as a protective layer whose preferred, the lowest possible refractive index ranges in Claim 6 are given. Kitte according to claim 7 are available in practice.
Alternativ zu einer Deckscheibe als Schutzschicht kann nach Anspruch 8 ein Kunststoff-Lack verwendet werden, d. h. die Schutzschicht wird durch Lackauf trag auf die mit diffraktiven Strukturen versehene Oberfläche erzeugt. In der Praxis verfügbare Lacke mit vorteilhaften Eigenschaften ergeben sich aus An spruch 9. Wenn es sich um ein Brillenglas handelt, dann ist die Weiterbildung nach Anspruch 10 von be sonderem Vorteil. Alternatively to a cover plate as a protective layer May use a plastic paint according to claim 8 be, d. H. the protective layer is by Lackauf on the provided with diffractive structures Surface generated. Paints available in practice with advantageous properties arise from An award 9. If it is a spectacle lens, then the development according to claim 10 of be special advantage.
Da die Anzahl der notwendigen diffraktiven Struk turen mit zunehmendem Durchmesser und mit zunehmen der dioptrischer Wirkung, d. h. mit abnehmender Brennweite, zunimmt und damit auch die Größe der Strukturen abnimmt, was zu erhöhtem Fertigungsauf wand führen kann, kann es sinnvoll sein, gemäß An spruch 11 einen Teil der dioptrischen Wirkung bzw. Brennweite über Brechung zu erzeugen. In einem sol chen Fall wird ein Hybridsystem geschaffen, d. h. der Grundkörper hat eine konventionelle Linsenform mit konventionellen Brecheigenschaften. Insbesondere bei einem solchen Hybridsystem kann der Einfluß der Dispersion weitgehend neutralisiert werden und damit die Achromasie erreicht werden. Unter Dispersion versteht man die Materialeigenschaft aller transpa renten Materialien, unterschiedliche Brennweiten für Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu haben. Dieser Dispersionseffekt ist bei der Refraktion und bei der Diffraktion jeweils umgekehrt, so daß die Überlagung dieser Effekte zu einer angenäherten gegenseitigen Aufhebung führen kann.As the number of necessary diffractive struk with increasing diameter and with increasing the dioptric effect, d. H. with decreasing Focal length, and thus increases the size of the Structures decreases, resulting in increased Fertigungsauf wall, it may be useful, as per claim 11 a part of the dioptric effect or To produce focal length via refraction. In a sol In this case, a hybrid system will be created; H. the Base body has a conventional lens shape with conventional breaking properties. Especially at In such a hybrid system, the influence of the Dispersion are largely neutralized and thus the Achromasie be achieved. Under dispersion one understands the material property of all transpa pensions materials, different focal lengths for To have light of different wavelengths. This Dispersion effect is in the refraction and in the Diffraction in each case reversed, so that the overlay these effects to an approximate mutual Suspension can result.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Er findung werden nachfolgend anhand einiger Zeichnun gen beschrieben. Es zeigtOther features, details and benefits of He The following will be made with reference to some Zeichnun described. It shows
Fig. 1 ein Prinzipschema einer diffraktiven Abbil dung, Fig. 1 is a schematic diagram of a diffractive Abbil dung,
Fig. 2 einen Teilausschnitt aus einem Phasengitter für nicht monochromatisches Licht, Fig. 2 shows a partial section of a phase grating for non-monochromatic light,
Fig. 3 die Brennpunktveränderungen bei einer Hybrid linse, die mit einer Schutzschicht aus Kunst stoff-Lack versehen ist und Fig. 3 shows the focal point changes in a hybrid lens, which is provided with a protective layer of synthetic material paint and
Fig. 4 eine Hybridlinse mit einer Deckscheibe als Schutzschicht. Fig. 4 is a hybrid lens with a cover plate as a protective layer.
Fig. 1 zeigt einen Grundkörper 1 in Form einer ebe nen Scheibe, einer sogenannten Planscheibe, aus Glas und zwar aus hochbrechendem Glas. Auf der Innenseite 2, also der dem Brennpunkt 3 zugewandten Seite des Grundkörpers 1, sind diffraktive Strukturen 4 in Form von Vertiefungen ausgebildet. Es handelt sich hierbei um ein Phasengitter. Wie aus Fig. 1 ersicht lich ist, nimmt die Breite der diffraktiven Struk turen, d. h. die Breite der einzelnen Vertiefungen mit zunehmendem Abstand von der durch den Brennpunkt 3 gehenden optischen Achse 5 nach außen ab. Fig. 1 shows a base body 1 in the form of a ebe nen disc, a so-called face plate, made of glass and indeed of high refractive index glass. On the inner side 2 , that is, the focal point 3 facing side of the base body 1 , diffractive structures 4 are formed in the form of recesses. It is a phase grating. As is apparent from FIG. 1, the width of the diffractive structures, ie, the width of the individual recesses, decreases with increasing distance from the optical axis 5 passing through the focal point 3 to the outside.
Auf die Außenseite 6 des Grundkörpers 1 trifft aus parallelen Lichtstrahlen 7 bestehendes Licht auf, das an den Kanten 8 der diffraktiven Strukturen 4 derart gebeugt wird, daß es zum Brennpunkt 3 hin fokusiert wird. Die Darstellung in Fig. 1 gilt für monochromatisches Licht.On the outside 6 of the base body 1 is incident on parallel light beams 7 existing light, which is bent at the edges 8 of the diffractive structures 4 such that it is focused to the focal point 3 out. The illustration in FIG. 1 applies to monochromatic light.
In der Darstellung in Fig. 2 sind aus dem Grundkör per 1 diffraktive Strukturen 4 vergrößert herausge zeichnet, wobei jede einzelne diffraktive Struktur 4 zahlreiche diffraktive Feinstrukturen 9 aufweist, die für eine entsprechende Beugung von nicht mono chromatischem Licht, beispielsweise also von sicht barem Licht, notwendig sind.In the illustration in Fig. 2 are made of the Grundkör per 1 diffractive structures 4 enlarged herausge records, each single diffractive structure 4 has a number of diffractive fine structure 9, which, for a corresponding flexion of the non-single chromatic light, thus for example by visual Barem light necessary.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den Fig. 1 und 2 keine Schutzschicht zeichnerisch dargestellt.For clarity, in Figs. 1 and 2 no protective layer is shown in the drawing.
Fig. 3 zeigt eine sogenannte Hybridlinse, d. h. eine Linse mit einem Grundkörper 1′, der in Form einer klassischen Linse mit Refraktions-Wirkung ausgebil det ist. Es sind auf ihrer Außenseite 6′ auffallende Lichtstrahlen 7 in ihrem Verlauf ausschließlich auf grund der Refraktions-Wirkung des Grundkörpers 1 dargestellt. Hierbei würde also das Licht auf einen Brennpunkt 10 fokusiert. Aufgrund der zusätzlichen diffraktiven Wirkung aufgrund diffraktiver Struktu ren 4 auf der Innenseite 2′ des Grundkörpers 1′ stellt sich ein Brennpunkt 11 ein, dessen Brennweite deutlich geringer ist als die des fiktiven Brenn punktes 10. Die die in Fig. 3 nicht sichtbaren dif fraktiven Strukturen 4 und diffraktiven Feinstruk turen 9 tragende Innenseite 2′ des Grundkörpers 1′ ist mit einer Schutzschicht 12 aus Kunststoff-Lack zum Schutz der diffraktiven Strukturen überzogen. Es handelt sich um einen Kunststoff-Lack bevorzugt auf der Basis von Polysiloxan oder Heteropolysiloxan. Fig. 3 shows a so-called hybrid lens, ie a lens with a base 1 ', which is ausgebil det in the form of a classic lens with refractive effect. There are on its outer side 6 'incident light beams 7 shown in their course exclusively on the basis of the refractive action of the body 1 . Here, therefore, the light would be focused on a focal point 10 . Due to the additional diffractive effect due to diffractive Struktu ren 4 on the inside 2 'of the base body 1 ', a focal point 11 , whose focal length is significantly lower than that of the fictitious focal point 10th The not visible in Fig. 3 dif diffractive structures 4 and diffractive fine structures 9 supporting inner side 2 'of the base body 1 ' is coated with a protective layer 12 of plastic paint to protect the diffractive structures. It is a plastic paint preferably based on polysiloxane or heteropolysiloxane.
In Fig. 4 ist wiederum eine Hybridlinse entsprechend der Darstellung in Fig. 3 dargestellt, bei der auf der Innenseite 2′ des Grundkörpers 1′ in diesem Fall eine Schutzschicht aus einer gewölbten Deckscheibe 13 angebracht ist, das selber optisch neutral ist, also konstante Dicke aufweist, auch wenn es gewölbt ist. Insbesondere soll die Deckscheibe 13 auch eine gleiche Kurvengestaltung wie die zugehörige Oberflä che, also die Innenseite 2′ des Grundkörpers 1′ auf weisen. Die Deckscheibe 13 ist mit einem Kitt 14 auf die Innenseite 2′ des Grundkörpers 1′ aufgeklebt, wobei die auch in Fig. 4 nicht sichtbaren diffrakti ven Strukturen 4 bzw. 9 von dem Kitt 14 vollständig ausgefüllt werden. Der Kitt 14 und die Deckscheibe 13 haben identische Brechzahlen. Zwischen dem Mate rial des Grundkörpers 1′ einerseits und den Mate rialien der Schutzschicht 12 bzw. der Deckschicht 13 mit Kitt 14 soll ein möglichst großer Brechzahl sprung, d. h. eine möglichst große Brechzahldiffe renz, bestehen. Die Außenseite 15 der Schutzschicht 12 und die Außenseite 15′ der Deckscheibe 13 sind völlig glatt.In Fig. 4, in turn, a hybrid lens is shown as shown in Fig. 3, in which on the inside 2 'of the base body 1 ' in this case, a protective layer of a curved cover plate 13 is attached, which is itself optically neutral, ie constant thickness even though it is curved. In particular, the cover plate 13 is also a same curve design as the associated Oberflä surface, so the inside 2 'of the body 1 ' have on. The cover plate 13 is glued with a putty 14 on the inside 2 'of the base body 1 ', wherein the not visible in Fig. 4 diffraction structures 4 and 9 are completely filled by the putty 14 . The putty 14 and the cover plate 13 have identical refractive indices. Between the Mate rial of the base body 1 'on the one hand and the mate rials of the protective layer 12 and the cover layer 13 with putty 14 is the largest possible refractive index jump, ie the largest possible Brechzahldiffe, exist. The outer side 15 of the protective layer 12 and the outer side 15 'of the cover plate 13 are completely smooth.
Die Ausgestaltung der Linse und insbesondere des Brillenglases mit diffraktiven Strukturen führt zu einer erheblichen Dickenreduktion und damit einer erheblichen Gewichtsreduktion des Grundkörpers 1, 1′, was besonders bei Brillengläsern von Bedeutung ist. In der nachfolgenden Tabelle 1 ist die Gewichtser sparnis und in Tabelle 2 die entsprechende Dicken reduktion am Beispiel von Brillengläsern darge stellt. Ahnliche Gewichts- und Dickeneinsparungen können auch für jede andere Linsenform erzielt wer den. Für die miteinander verglichenen Gläser gilt folgendes:The design of the lens and in particular of the spectacle lens with diffractive structures leads to a significant reduction in thickness and thus a significant weight reduction of the base body 1 , 1 ', which is particularly important for spectacle lenses. Table 1 below shows the weight savings and Table 2 shows the corresponding thickness reduction using the example of spectacle lenses. Similar weight and thickness savings can be achieved for any other lens shape who the. For the glasses compared, the following applies:
Bei einem Vergleich von Glas 2 mit Glas 1 ergeben sich noch höhere Gewichts- und Dickenreduktionen. In a comparison of glass 2 with glass 1 result even higher weight and thickness reductions.
Bei sphärischen Linsen sind die diffraktiven Struk turen in Form von konzentrisch zur optischen Achse verlaufenden Ringen ausgebildet. Bei torischen Lin sen verlaufen die diffraktiven Strukturen in Form von Ellipsen. Bei torischen Linsen entfallen auch die bei refraktiv wirkenden Linsen unterschiedlichen Randdicken.For spherical lenses, the diffractive struk in the form of concentric with the optical axis formed running rings. At Toric Lin The diffractive structures are in shape of ellipses. Toric lenses are also eliminated the different when refractive lenses Edge thickness.
Die in den Fig. 1 und 2 für einen planparallelen Grundkörper 1 dargestellten diffraktiven Strukturen lassen sich auch auf in der Brillenoptik üblichen durchgebogenen Scheiben anbringen, die keine refrak tive Wirkung haben.The diffractive structures shown in FIGS . 1 and 2 for a plane-parallel base body 1 can also be applied to conventional bent-through lenses in spectacle optics which have no refractory effect.
Zum Herstellen der diffraktiven Strukturen dienen die üblichen Ätzverfahren mittels Maske. Gleicher maßen können die diffraktiven Strukturen aber auch mittels eines Lasers, insbesondere eines Excimerla sers, in die entsprechende Oberfläche geschrieben werden. Bei einem Excimerlaser handelt es sich um einen UV-Laser, der mit geringer Wellenlänge arbei tet, also sehr feine Strukturen schreiben kann.Serve for producing the diffractive structures the usual etching methods using a mask. the same However, the diffractive structures can also be measured by means of a laser, in particular an excimer sers, written in the appropriate surface become. An excimer laser is a UV laser operating at low wavelength tet, so can write very fine structures.
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