DE60313707T2

DE60313707T2 - Licht- und Geschossschutzbrille

Info

Publication number: DE60313707T2
Application number: DE60313707T
Authority: DE
Inventors: Scott M. CLARKS SUMMIT Hartley; Brad L. EXETER Sutter; Robert A. Dalton Sallavanti
Original assignee: Gentex Corp
Current assignee: Gentex Corp
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: ATE361732T1; EP1388332A1; US6637877B1; EP1388332B1; DE60313707D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linsensystem zum Schutz vor Licht und ballistischen Teilen (Geschossen), das erste und zweite Linsen mit jeweils einer konvexen und einer konkaven Oberfläche umfasst, wobei an der ersten Linse ein Hologramm und an der zweiten Linse ein dielektrischer Stapel (dielektrischer Stack oder dielektrische Beschichtung) haftet.
Ein derartiges Linsensystem ist aus der EP-A-0331469 bekannt. Bei diesem Linsensystem ist das Hologramm an der konkaven Oberfläche der einen Linse gehalten, während der dielektrische Stapel an der konkaven Oberfläche der anderen Linse haftet. Der dielektrische Stapel ist unter Verwendung einer dritten Linse, die an diesem haftet, abgedeckt.
Die vorliegende Erfindung dient zur Verbesserung dieses bekannten Linsensystems und ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass sich das Hologramm an der konvexen Oberfläche der ersten Linse befindet und dass sich der dielektrische Stapel an der konkaven Oberfläche der zweiten Linse befindet, wobei ein Indexanpassungsklebemittel zum Anschluss der konvexen Oberfläche mit dem Hologramm der Linse an die konkave Oberfläche mit dem dielektrischen Stapel der Linse vorgesehen ist und die beiden Linsen eine Sandwich-Konstruktion bilden, in deren Innerem das Hologramm und der dielektrische Stapel geschützt sind.
Aufgrund der Anordnung zwischen der ersten und zweiten Linse werden das Hologramm und der dielektrische Stapel vor einer Beschädigung oder anderen nachteiligen Einwirkungen geschützt.
Systeme zum Schutz der Augen sind für eine Vielzahl von Anwendungsfällen vorgesehen. Augenschutzsysteme können als Ausrüstungen für den Sport, zum Beispiel in Form von Skibrillen, für den Schutz bei der Arbeit, als Schutz im militärischen Bereich oder in zahlreichen anderen Anwendungsfällen eingesetzt werden. Typische Augenschutzsysteme umfassen ein ebenes Brillenglas mit null Leistung, das zum Schutz vor Wind, Staub und Fremdkörpern dient, wobei Augenschutzsysteme im militärischen Bereich typischerweise einen zusätzlichen Schutz gegenüber Gefährdungen wie zum Beispiel durch Geschosse mit hoher Geschwindigkeit oder ultraviolettes Licht erfordern. Wenngleich diese Linsen entfernt werden können, sind zu diesem Zweck oftmals Werkzeuge und die Demontage einer Vielzahl von Einzelteilen erforderlich. Es wäre daher von Vorteil, eine Linse bereitzustellen, die ohne die Benutzung von Werkzeugen auf einfache Weise von einem oder mehreren Haltegestellen, wie zum Beispiel einer Schutzbrille oder einer Brille (Sehbrille) entfernt werden kann.
Augenschutz kann auf einer Vielzahl von unterschiedlichen Plattformen bereitgestellt werden. Zum Beispiel schützen Schutzbrillen vor Staub und Wind, während andere Brillen bevorzugt für den Schutz vor Sonnenlicht vorgesehen sind. Jede dieser Plattformen ist durch unterschiedlichen Anforderungen und unterschiedliche physikalische Eigenschaften bestimmt. Zum Beispiel sind Schutzbrillen weiter vom Gesicht des Benutzers entfernt als Sehbrillen. Weitere Unterschiede zwischen diesen Plattformen betreffen den pantoskopischen Neigungswinkel der Linsen im Verhältnis zum Gesicht des Benutzers und die Gesamtgröße der Linse, um die Augen des Benutzers richtig abzudecken.
Die Herstellung von Mitteln für den Augenschutz im militärischen Bereich ist material- und zeitaufwändig. Insbesondere sind für den Linsenaufbau, der den Schutz gegenüber einer Vielzahl von Gefährdungen einschließt, üblicherweise viele Bearbeitungsschritte erforderlich, die die Produktivität und damit die Kosten beeinflussen. Es ist daher von Vorteil, ein Linsensystem zur Verfügung zu stellen, das zwischen verschiedenen Halteplattformen austauschbar ist, und das auf die Schwierigkeiten bei der Benutzung der gleichen Linse für eine Vielzahl von Plattformen gerichtet ist. Ein derartiges Linsensystem würde die Kosten reduzieren, wenn es die Anwendung ein und derselben Linse bei verschiedenen Plattformen erlaubt.
Linsen für militärische Zwecke umfassen typischerweise auf diesen ausgebildete Beläge oder Schichten. Trotz der Bereitstellung eines ballistischen Schutzes haben diese Linsen in vielen Fällen keine adäquate Kratzfestigkeit, und Lichtschutzschichten sind im Hinblick auf Kratzer gefährdet, und einmal erzeugte Kratzer können die Effektivität des Lichtschutzes beeinträchtigen. Wenn beispielweise ein Schutz vor Laserlicht oder anderem Licht erforderlich ist, können Kratzer in der Schutzbeschichtung die Linse für Lichtschutzanwendungen nutzlos machen. Die Linsen müssen in diesem Fall ausgetauscht werden. Es ist daher vorteilhaft, die Kratzfestigkeit von solchen Linsen zu erhöhen, die zum Schutz vor Licht und insbesondere vor Laserlicht ausgebildet sind.
Es besteht daher ein Bedarf an Halteplattformen für Linsen, die einen einfachen und schnellen Lösemechanismus für das Entfernen einer Linse und das Anordnen von Linsen unterschiedlicher Dicke ermöglichen und die das Austauschen der Linsen zwischen den Plattformen gestatten. Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit zur Bereitstellung eines Linsensystems, das vor vielfältigen Gefährdungen schützt und eine Struktur zur Verfügung stellt, die optische Elemente vor Kratzern oder anderen Schäden bewahrt.
Die US-5 173 811 zeigt ein optisches Schutzschild aus einer Materialstruktur mit Schichten, in der kolloidale Kieselerdepartikel (Silica) in einem transparenten Polymer-Bindemittel verteilt sind, dessen Brechungsindex in der Nähe des Brechungsindex der Silica-Partikel liegt. Die US-5 173 811 bildet den technischen Hintergrund für die vorliegende Erfindung.
Die US-4 810 080 beschreibt einen Augenschutz mit entfernbarem Nasenteil und einer Sehhilfe-Brille. Er umfasst eine innere Brille zum Halten der Korrekturlinsen, die an einer äußeren schützenden Brille oder Schutzbrille abnehmbar angebracht sind. Die US-4 810 080 bildet ebenfalls den technischen Hintergrund zu der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Augenschutzsystem zur Verfügung. Das Augenschutzsystem umfasst eine Linse, die in – und austauschbar zwischen – einer Mehrzahl von unterschiedlichen Linsenmontageplattformen montiert werden kann. Diese Plattformen können Brillen oder Schutzbrillen mit einem Freigabemechanismus umfassen, der das Abnehmen der Linse erlaubt, während ein vollständiger ballistischer Schutz zur Verfügung steht, wenn sie in der Plattform montiert ist. Die Linse gemäß der vorliegenden Erfindung schützt vor einer Vielzahl von Gefährdungen einschließlich einem breiten Lichtspektrum, wie zum Beispiel Sonnenlicht, ultraviolettem Licht oder Laserlicht, Wind, Staub, Projektilen und dergleichen. Die Linse kann eine L-Schichtstruktur umfassen, die empfindliche Technologien davor schützt, den Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel Chemikalien, Wetter und dergleichen, ausgesetzt zu werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Augenschutzsystem, das eine Linse zum Schutz beider Augen eines Benutzers aufweist. Die Linse ist zwischen mehreren Plattformen austauschbar angeordnet. Die Plattformen umfassen mindestens eine Schutzbrillen-Einheit oder eine Brillen-Einheit, die die Linse abnehmbar aufnimmt und die Linse durch Befestigung an ihrem Umfang in einer Position am Gesicht des Benutzers hält.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Augenschutzsystem einem Rahmen mit einer darin ausgebildeten Ausnehmung, sowie einen elastomeren Hilfsrahmen, der an dem Rahmen befestigt ist, und Auskleidungsflächen der Ausnehmung. Die Ausnehmung ist zur Aufnahme einer Linse gestaltet, und zwar derart, dass die installierte Linse in Kontakt mit dem Hilfsrahmen bleibt. An einem Umfangsrand der Ausnehmung sind an einer ersten Seite des Rahmens Tabs angeordnet, um einen Spalt zwischen dem Hilfsrahmen und dem Tab zu schaffen, der es erlaubt, die Lin se in den Spalt einzupassen. An einem Umfangsrand der Ausnehmung ist an einer gegenüber der ersten Seite des Rahmens liegenden zweiten Seite ein Freigabemechanismus angeordnet. Der Freigabemechanismus sichert die Linse, wenn sie in einer ersten Position angeordnet ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Augenschutzsystem eine Linseneinheit (eine einheitliche Linse), die zwei Flügel und einen mittig angeordneten, an die Nase eines Benutzers angepassten Bogen aufweist. Ein Augenbrauenbalken hat sich von diesem erstreckende, gegenüberliegende Verlängerungen, wobei die Verlängerungen einen Teil der Linse erfassen, der dem Augenbrauenbalken gegenüberliegt. Zum Erfassen der Linse ist ein Halteteil vorgesehen und das Halteteil ist lösbar mit dem Bogen der Linse verbunden und erstreckt sich über den Augenbrauenbalken, um die Linse an dem Augenbrauenbalken zu befestigen. Zum Halten der Linse an einem Benutzer sind Arme mit den Augenbrauenbalken drehbar verbunden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Linsensystem zum Schutz vor Licht und ballistischen Teilen (Geschossen), das eine erste linse, die eine konvexe Oberfläche aufweist, einschließt. An der konvexen Oberfläche ist ein Hologramm angebracht. Eine zweite Linse umfasst eine konkave Oberfläche. Auf der konkaven Oberfläche ist eine dielektrische Beschichtung (Stapel, Stack) ausgebildet. Zur Verbindung der das Hologramm aufweisenden konvexen Oberfläche und der den dielektrischen Stapel aufweisenden konkaven Oberfläche ist ein indexangepasstes Klebemittel vorgesehen.
In Verbindung mit der vorliegenden Verbindung sind auch andere Linsenhalteplattformen und Linsenstrukturen denkbar. Die illustrativen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sollten nicht als Einschränkung der in den Ansprüchen wiedergegebenen Erfindung ausgelegt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Vorteile, das Wesen und die zusätzlichen Merkmale der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen, in denen übereinstimmende Bezugszeichen gleichartige Komponenten bezeichnen, zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Augenschutzsystems gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechend einer Ausführungsform als Schutzbrille;
2a und 2B schematische Schnittansichten, die das montieren einer Linse entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wiedergeben;
3A und 3B eine Ansicht eines Freigabemechanismus jeweils in geschlossenem und in offenem Zustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A und 4B jeweils eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer mehrfach gefährdeten Linse für das Augenschutzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
4C eine Schnittansicht der Linse nach 4A und einen verschreibungspflichtigen Linsenträger entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Schnittansicht einer Beschichtungs-Linseneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
6A eine perspektivische Ansicht eines Augenschutzsystems entsprechend einer anderen Ausführungsvariante einer Brille gemäß der vorliegenden Erfindung;
6B und 6C vergrößerte schematische Schnittansichten, die das Anbringen einer Linse in der Brille nach 6A gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei eine Torsionsvorspannung aufgebracht wird;
7 eine perspektivische Darstellung eines anderen Brillen-Augenschutzsystems mit einer entfernten Halterung, und zwar entsprechend einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um zu zeigen, wie eine Linse an dem Rahmen der Brille befestigt ist;
8A und 8B schematische Ansichten, die Befestigungssysteme für den verschreibungspflichtigen (verordneten) Linsenträger nach 9 zeigen, und zwar für das Augenschutzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Ansicht eines verschreibungspflichtigen Linsenträgers gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10 eine schematische perspektivische Ansicht eines Linsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das zwischen Schutzbrillen und Sehhilfebrillen austauschbar ist.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Die vorliegende Erfindung stellt ein Augenschutzsystem, und zwar vorzugsweise ein Augenschutzsystem für militärische Zwecke zur Verfügung, das über eine Linse verfügt, die zwischen Linsen-Halteplattformen austauschbar ist. Beispielsweise kann eine Linse in Verbindung mit einem Schutzbrillensystem angewendet werden, dann von dem Schutzbrillensystem entfernt werden und in eine (normale) Brille eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung bietet anwendungsspezifisch (kundenspezifisch) ausgeführte Schnelllösemechanismen für jede Linsenhalteplattform an, die ohne Benutzung von Werkzeugen für ein leichtes Entfernen und Anbringen der Linse sorgen. Die Linsenhalteplattformen gemäß der vorliegenden Erfindung gewährleisten individuelle anthropometrische Einstellungen für den jeweiligen Benutzer. Die Linsensysteme gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein einfaches Austauschen der Linsen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme erforderten zum Austauschen der Linse Zeit (zum Beispiel etwa 10 Minuten), Werk zeuge (zum Beispiel Schraubendreher) sowie manuelle Fertigkeiten. Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, die Linsen auf einfache Art zu entfernen und auszutauschen. Außerdem sind die Linsen gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen unterschiedlichen Linsenmontageplattformen austauschbar. Trotz der Entfernbarkeit und Austauschbarkeit der Linsen gemäß der vorliegenden Erfindung gewährleistet jede Linse einen vollständigen ballistischen Schutz, wenn diese auf den verschiedenen Plattformen richtig angebracht sind.
Im Folgenden wird auf spezielle Einzelheiten in den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche Komponenten bezeichnen, eingegangen, und zwar zunächst mit Bezug auf 1, in der eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Augenschutzsystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Das System 10 umfasst einen elastischen steifen Rahmen 12, der vorzugsweise unter Verwendung eines polymeren Materials wie einem elastischen Kunststoff, beispielsweise Polykarbonat, Polyamid und dergleichen, ausgebildet ist. Der Rahmen 12 trägt einen elastomeren Hilfsrahmen 14. Der Hilfsrahmen 14 hat viele vorteilhafte Wirkungen für das System 10. Diese vorteilhaften Merkmale umfassen unter anderem die Ausbildung einer Dichtung am Gesicht eines Benutzers (im Bereich 14a), die Ausbildung einer komfortablen Berührungsfläche für den Benutzer (im Bereich 14a), die Bereitstellung einer Dichtung für eine Linse (im Bereich 14b) und die Möglichkeit der Gesichtsbewegung (anthropometrische Einstellung), ohne dass sich die Linse im Verhältnis zu den Augen des Benutzers bewegt (Bereich 14c).
Der Rahmen 12 nimmt vorzugsweise Teile des Hilfsrahmens 14 an oder in der Nähe von Befestigungspunkten für ein einstellbares Band 16 auf. Auf diese Weise ist in dem System 10 eine Flexibilität gewährleistet, wobei sich der Rahmen 12 und der Hilfsrahmen 14 mit minimaler Druckverlagerung der Peripherie der Linse 20 im Verhältnis zum Rahmen 12 und zum Hilfsrahmen 14 verbiegen kann. Der Hilfsrahmen 14 umfasst einen Abschnitt 18, der sich über einen (nicht dargestellten) Abschnitt des Rahmens 12 erstreckt. Eine Lippe 22 geht von dem Abschnitt 18 aus, um einen Dichtungsring zu schaffen, der an der installierten Linse 20 eine Dichtung bildet. Der Hilfsrahmen 14 weist Riffelungen 24 auf, die dem Hilfsrahmen 14 eine zusätzliche Fähigkeit zur Auffederung verleihen, während der Rahmen 12 und die Linse 20 an Ort und Stelle gehalten werden. Der Rahmen 12 verfügt über Belüftungslöcher 26, so dass beim Tragen des Systems 10 Frischluft eintreten kann und Feuchtigkeit aus einem zwischen dem Benutzer und der Linse geschaffenen Raum entweichen kann. Der Hilfsrahmen 14 hat Belüftungslöcher 28, die mit den Löchern 26 in Verbindung stehen, um einen Luftweg zwischen dem Raum zwischen Benutzer und Linse 20 und der Umgebung zu schaffen. Die Belüftungslöcher 26 und 28 können an anderen Stellen des Systems 10 angeordnet sein, und zwar zusätzlich zu den hier gezeigten oder anstelle der hier gezeigten Stellen. Über den Belüftungslöchern 28 oder den Belüftungslöchern 26 kann ein Filter oder ein Schirm vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Partikel, Staub und dergleichen in dem Raum zwischen dem Benutzer und der Linse 20 eindringen. In einer Ausführungsform ist ein Schirm (nicht dargestellt) durch ein Klebemittel mit dem elastomeren Material des Hilfsrahmens 14 verbunden. In einer anderen Ausführungsform sind die Schirme an dem Hilfsrahmen 14 derart angebracht, dass die Schirme auf einem Polymerrahmen angeordnet sind und dieser Rahmen dann an dem Hilfsrahmen 14 befestigt wird.
Das System 10 umfasst einen Freigabemechanismus 32 (Lösemechanismus), der vorzugsweise in einem unteren Abschnitt des Systems 10 angeordnet ist. Der Freigabemechanismus 32 funktioniert in Verbindung mit Laschen 34, die am Rahmen 12 ausgebildet sind, und zwar an einer Stelle, die einer Linsenausnehmung 36 relativ zum Freigabemechanismus gegenüberliegt. Außerdem kann ein einstellbares Kopf- oder Helmband 45 vorgesehen sein. Das Band 16 umfasst zusätzliche Mittel zum Einstellen des Umfangs des Bandes 16, die zur Anpassung an unterschiedliche Kopfgrößen, Helmgrößen und Helmformen benötigt werden. Der Streifen 16 kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Erfordernissen über oder unter den verschiedenen Helmsystemen getragen werden. Eine andere Funktion des vertikalen Bandes 45 umfasst das Halten des Bandes an Ort und Stelle, wenn es auf dem Helm angeordnet ist, und kann dann zum Gesicht des Benutzers hin verschoben werden, um das Band 16 in seiner Position zu fixieren.
Um den Rahmen 12 zusätzlich zu halten, ist eine Abstützung 35 vorgesehen. Außerdem trägt die Abstützung 35 zur strukturellen Unversehrtheit des Systems 10 bei. Die Abstützung 35 kann unter Verwendung von Befestigungsmitteln, wie zum Beispiel Schrauben oder Niete, an Teilen des Rahmens befestigt werden.
Das Anbringen einer Linse 20 ist in einer Schnittansicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in den 2A und 2B schematisch dargestellt. Die Linse 20 (die hier der Einfachheit halber gerade und nicht gewölbt dargestellt ist) ist in einer Ausnehmung 36 montiert, und zwar durch Einführen einer Oberkante 40 der Linse 20 in einem Winkel in die Ausnehmung 36. Die Oberkante 40 wird an der Vorderseite an den Laschen 34 und an der Rückseite am Hilfsrahmen 14 gehalten. Während der Freigabemechanismus 32 zurückgezogen ist, wird ein Bodenteil 42 der Linse 20 in Richtung des Pfeils „A" in eine Ausnehmung 36 eingeführt. Der Freigabemechanismus 32 wird nun in Richtung des Pfeils „B" verstellt, um die Linse 20 an Ort und Stelle zu fixieren und eine Vorspannung auf die Linse 20 aufzubringen und somit eine Abdichtung an dem Hilfsrahmen 14 zu bewirken, an dem die Ausnehmung 36 anliegt. Die Laschen 34 und der Freigabemechanismus 32 sind in vorteilhafter Weise am Rand der Linse 20 vorgesehen. Auf diese Art kann der Bereich der Sichteinschränkung verringert werden.
Wie die 3A und 3B zeigen, umfasst der Freigabemechanismus eine Vielzahl nützlicher Merkmale. Der Freigabemechanismus 32 weist einen Hebelarm 44 auf, der schwenkbar am Rahmen 14 gehalten ist. Ein Stift 46 (dargestellt in strichlierten Linien) ist vorzugsweise integral am Rahmen 14 angebracht. Der Hebelarm 44 weist eine in diesem ausgebildete Bohrung auf, die den Stift 46 aufnimmt. Ein Abdeckteil 48 passt über den Hebelarm 44 und greift in den Stift 46 ein, um zu verhindern, dass sich der Hebelarm 44 vom Stift 46 lösen kann. Der Hebelarm 44 schließt an einem ersten Endabschnitt einen integral angeformten Griff 49 und an einem zweiten Endabschnitt ein Eingriffsteil 50 ein. Wenn der Hebelarm 44 in eine erste Position verschwenkt wird, wird das Eingriffsteil 50 in das Abdeckteil 48 zurückgezogen, um den unteren Rand der Linse 20, wie in 2A dargestellt, freizulegen und dadurch zu erlauben, dass die Linse 20 an dieser Stelle aus der Ausnehmung 36 heraus geschwenkt werden kann. Wenn der Hebelarm 44 in eine zweite Position verschwenkt wird, wird das Eingriffsteil 50 hinter das Abdeckteil 48 über ein Teil der Linse 20 verstellt, um dadurch zu bewirken, dass die Linse 20 an dieser Stelle in der Ausnehmung 36 fixiert und vorgespannt wird. Wenn sich der Hebelarm 44 in seiner zweiten Position befindet (um die Linse 20 in der Ausnehmung 36 zu halten), greift ein am Hebelarm 44 ausgebildeter Vorsprung (nicht dargestellt) in ein im Rahmen 12 ausgebildetes Loch 54. Auf diese Weise ist der Hebelarm 44 gesichert, um diesen an einer Rotationsbewegung zu hindern und dadurch ein Lösen der Linse 20 aus ihrer gesicherten Position zu verhindern. Außerdem ist ein Griff 52 vorgesehen, so dass ein Benutzer den Hebelarm 44 zwischen den Positionen ohne Benutzung von Werkzeugen bewegen kann und die Linse 20 von der Schutzbrille/Brille entfernen kann, während Handschuhe getragen werden. Vorteilhafterweise kann die Linse 20 gewechselt werden, ohne die Schutzbrille ablegen und danach wieder anlegen zu müssen.
Die Ausnehmung 36 und der Hilfsrahmen 14 des Systems 10 sorgen für einen ausreichenden Toleranzbereich zum Halten von Linsen in einem großen Dickenbereich. In einer Ausführungsform umfasst das elastomere Material des Hilfsrahmens 14 in der Ausnehmung 36 eine Federkonstante (elastischer Modul oder Young Modul), die ausreichend ist, um einen Bereich der Dicke unterzubringen, beispielsweise zwischen 0,5 mm und 6 mm. Der Hebelarm 44 des Freigabemechanismus 32 sorgt für eine ausreichende Steifigkeit, um die aus der Durchbiegung (Auslenkung) des Hilfsrahmens resultierenden Druckkräfte aufzunehmen. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung verbessert im Wesentlichen die Leistungsfähigkeit und die Austauschbarkeit der Linsen in dem System 10. Die in dem System 10 zur Verfügung stehende Methode zum Fixieren und Freigeben der Linse 20 erlaubt ein einfaches Montieren und Demontieren der Linse 20 ohne die Benutzung von Werkzeugen. Das hat eine leichte Austauschbarkeit der Linse 20 zur Folge, um das System an eine neue Gefährdung anzupassen oder einfach die Linse 20 gegen eine neue Linse auszutauschen. Es ist selbstverständlich, dass gemäß der vorliegenden Erfindung auch andere Typen und Arten von Freigabemechanismen angewendet werden können. Das können unter anderem vorgespannte Hebelarme, Schnappelemente, Befestigungsmittel oder andere Fixiervorrichtungen sein, die am Rand der Linse 20 angeordnet sind, um die Linse richtig an ihrer Plattform zu halten.
Entsprechend den 4A, 4B und 5 gewährleistet die Linse 20 gemäß der vorliegenden Erfindung auch einen ballistischen Schutz für einen Benutzer. Beispielsweise umfasst die Linse 20 ein transparentes oder halb-transparentes, nachgiebiges (elastisches) Material. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Polykarbonat verwendet. Die Linse 20 hat vorzugsweise eine Dicke „t" von etwa 0,5 bis etwa 6 mm. Die Linse 20 schließt eine Vielzahl unterschiedlicher Linsentypen ein, wobei jeder Typ auf eine unterschiedliche Gefährdung oder auch auf eine Vielzahl von Gefährdungen gerichtet ist. Zum Beispiel kann ein Linsentyp ein durchsichtiges Polykarbonat umfassen, das für einen ballistischen Schutz ausgebildet ist, während ein anderer Typ zum Lichtschutz zusätzlich eingefärbt sein kann oder zusätzliche Schichten einschließen kann.
Färbemittel können in oder auf dem Polykarbonatmaterial sein, und zwar zum Schutz vor ultravioletter Strahlung, Sonnenlicht, sichtbarem Licht, Infrarotstrahlung und dergleichen. Die Linse 20 kann dielektrische Schichten oder Stapel einschließen, um einen Schutz gegenüber bestimmten Wellenlängen oder Lichtspektren zu schaffen. Außerdem können Hologramme oder andere optische Merkmale vorgesehen sein. Außerdem kann man die oben erwähnten Merkmale für die Linse 20 auch miteinander kombinieren.
Die Linse 20 weist eine zusammengesetzte Krümmung auf, die zur Bereitstellung einer Nullleistungs-Planlinse mit minimaler Distortion angepasst ist. Die Linse 20 kann auch mit einer sphärischen Krümmung sowohl auf der Innenfläche als auch der Außenfläche ausgeführt sein. Die Linse 20 kann des Weiteren torische und/oder asphärische Krümmungen aufweisen.
Die Auswahl der richtigen Linsenkrümmung war, wie 4C zeigt, ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung. Um die durch die Erfordernisse des Sehens und den Wunsch zur Erzielung einer Kompatibilität zwischen einer Schutzbrille und einer Sehbrille vorgegebenen Einschränkungen richtig angehen zu können, stellt die vorliegende Erfindung ein nützliches Linsendesign zur Verfügung, das zwischen Plattformen austauschbar ist und gegenüber vielfältigen Gefährdungen schützt, ohne in den Bereich des Sehens des Benutzers einzugreifen. Schutzbrillen haben in der Regel eher flachere Linsenkrümmungen, das heißt, der Radius der Krümmungen ist größer. Der Grund dafür liegt darin, dass die Schutzbrille an das Gesicht angepasst ist. Schutzbrillen berühren das Gesicht normalerweise oberhalb der Augenbrauen und um die Wangenknochen herum, um sich den anthropometrischen Merkmalen des Menschen anzupassen. Deshalb wird für Schutzbrillen eine flachere Linse benötigt. Sonnenschutzgläser haben einen geringeren Radius, um den bei dem Design von Sonnenbrillen beliebten Umschlingungseffekt zu erzielen. Sonnenbrillen oder Sehbrillen brauchen für ihre Anwendung einen Krümmungsradius, der so klein wie möglich sein soll, während die erforderliche Form, Anpassung und Funktion aufrechterhalten werden soll. Die unwahrscheinliche Kombination dieser Merkmale wurde vorteilhaft gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann dieselbe Linse, die für eine Sehbrille benutzt wird, nun bei einer Schutzbrille eingesetzt werden, und zwar ohne die Wirkung der Schutzbrille zu verringern. Um die vorliegende Erfindung am besten zu verwirklichen, wurden der Gesichtformwinkel und der Bereich der Sehparameter sorgfältig geprüft und ausgewählt. Diese Parameter (das heißt, der Gesichtformwinkel und der Sehbereich, das Gesichtsfeld) wurden für jedes System allein und für jedes System beim Tragen mit einem verordneten Linsenträger 300 (resultiert in vermindertem Sehfeld) betrachtet. Die Anforderungen an das Sehfeld für das Linsensystem gemäß der vorliegenden Erfindung schlossen Messungen an jedem der Hauptmeridiane der Linse ein: übergeordnete, geringerwertige, zeitliche und nasale Richtungen gemessen in 45°-Zunahmen). Das Sehfeld ist das Ergebnis der Zuschneidegröße der Linse, der Größe des Augenreliefs (von der Pupille zur Innenfläche der Plastiklinse) und der Linsenkrümmung. Andere Anforderungen an den verordneten Linsenträger 300 schlossen den Gesichtsformwinkel ein, und zwar gemessen von der Mitte der Linse zu dem Punkt, bei dem der Linsenträger an die innere Oberfläche der Plastiklinse anstößt. 4C zeigt Abmessungen bei einer bevorzugten Ausführungsform und ist zur beispielhaften Erläuterung vorgesehen. Auch andere Abmessungen können gemäß der Erfindung angewendet werden.
Die Linse 20 überschreitet einen Winkel von insgesamt 20° nicht, das heißt 10° auf jeder Seite für den Gesichtsformwinkel. Ein Grund für die Bedeutung des Gesichtsformwinkels besteht darin, dass bei großen Korrekturen in dem verschreibungspflichtigen Linsenträger aufgrund des Gesichtsformwinkels zusätzliche Kräfte in den verordneten Linsen 303 erzeugt werden würden. Mit anderen Worten sind die verschriebenen Linsen, die die Fläche der Linse 20 kontaktieren, in einem Winkel im Verhältnis zum Gesicht des Benutzers angeordnet. Diese Wirkung könnte durch Zuschneiden einer unterschiedlichen Linsenkorrektur, die für den Winkel richtig modifiziert ist, korrigiert werden. Das Resultat wäre eine richtige Ausbildung der Anordnung. Alternativ kann eine Linsenkrümmung geschaffen werden, um den Anforderungen an den Gesichtsformwinkel zu genügen. In einer Lausführungsform ist eine Linsenkrümmung von 123,19 mm vorgesehen, die bei einem Augenrelief von 21,6 mm einen Gesichtsformwinkel von 10° zulässt, während noch die optischen Erfordernisse und die Erfordernisse bezüglich des Sehfeldes gemäß der Festlegung und den kommerziellen Vorschriften nach ANSI Z87.1 eingehalten wer den. 4C zeigt die Parameter einer Ausführungsform der Linse 20. Andere Linsenkrümmungen können vorzugsweise im Bereich 123 mm +/– 5 mm angewendet werden. Ein beispielhafter Pupillenabstand (IPD) liegt beispielsweise bei 64 mm. Die pantaskopische Neigung (der Neigungswinkel relativ zum Gesicht des Benutzers) ist in 4C illustrativ mit Null angegeben.
Schutzbrillen haben in der Regel Neigungen von nahe Null, jedoch haben Sehbrillenlinsen üblicherweise viel größere pantaskopische Neigungen. Übliche Sportsonnenbrillen haben pantaskopische Neigungen von bis zu 15°. Die größten Unterschiede zwischen diesen beiden Vorrichtungen beziehen sich darauf, wie sie auf den Kopf passen, wobei es wünschenswerter ist, höhere pantaskopische Neigungen bei Sehbrillen zu haben als bei Schutzbrillen. Das führt jedoch bei dem Versuch, sowohl für die Sehbrille als auch für die Schutzbrille eine gemeinsame Linse zu verwenden, wegen der Belange des optischen und Laser-Augenschutzes zu Problemen. Ein Variieren der pantaskopischen Neigung um mehr als 5°, und zwar entweder positiv oder negativ, bereitet Schwierigkeiten beim Erreichen der kritischen optischen und ANSI-Z87.1-Parameter, wie zum Beispiel Prisma und Leistung. Bestimmte Technologien, die beim Laseraugenschutz angewendet werden, sind hinsichtlich der Größe der pantaskopischen Neigung begrenzt, die untergebracht werden kann, während noch gleiche Schutzwirkungen erhalten bleiben.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine pantaskopische Neigung der Linse 20 bei einer nominalen Neigung von drei Grad. Das „wie getragen"-Design der Schutzbrille ist auf Null Grad eingestellt, während die Sehbrille in dieser beispielhaften Ausführungsform auf sechs Grad eingestellt ist. Vorteilhafterweise ist dieses Design für ein einzelnes Linsendesign zugelassen, das zwischen einer Schutzbrille und einer Sehbrille benutzt wird, während die optischen und Laserschutzerfordernisse eingehalten werden. Tabelle 1 zeigt Sehfelder (FOV – fields of view) mit und ohne verordneten Linsenträger (PLC – prescription lens carrier) bei mehreren Augenorten (45°-Intervalle).

Tabelle 1: Sehfeld-Anforderungen

Ort (45°-Zunahmen) ohne PLC (in Grad) mit PLC (in Grad)
nasal	27			27
höherwertig nasal	32			32
höherwertig	32			32
höherwertig temporal	54		38
temporal		86			55
geringwertig temporal	67			59
geringwertig	37			37
geringwertig nasal	31			31

Am schwierigsten sind die Gesichtsfelderfordernisse in den temporalen und höherwertig temporalen Bereichen zu erfüllen. Die Benutzer neigen dazu, entweder die Schutzbrille oder die Sehbrille näher an ihren Augen zu tragen als der Design-Augenort. Daraus ergibt sich eine erhöhte Größe für das Gesichtsfeld.
Vorteilhafterweise umfasst die Linse 20 ein einheitliches Design. In der Linse sind keine Löcher oder Schlitze ausgebildet. Auf diese Weise werden Spannungserhöhungen und Diskontinuitäten, die die ballistische Effizienz gefährden können, ausgeschaltet.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Linse 20 einen Verbund aus Materialschichten umfassen, um einen Schutz gegenüber unterschiedlichen Gefährdungen (zum Beispiel Wellenlängen von Licht) zu bewirken und/oder strukturelle Eigenschaften (zum Beispiel Festigkeit, ballistischer Widerstand) an der Linse 20 auszubilden. In einer Ausführungsform ist eine einzelne ballistische Basislinse vorgesehen, die die ballistischen Anforderungen als einzelne eigenständige Einheit erfüllt.
Die Linse 21 dient als Basis für die Anbringung anderer Technologien. Beispielsweise ist ein dielektrischer (DE) Stapel 23 auf einer Abdecklinse 25 als anorganisches Metalloxid ausgebildet. Zum Beispiel können dielektrische Stoffe wie Titanoxid, Siliziumoxid und dergleichen verwendet werden. Die Abdecklinse 25 umfasst einen auf dieser ausgebildeten dielektrischen Stapel 23 (dielektrische Schichten).
Der dielektrische Stapel 23 schließt eine Mehrzahl von Schichten ein, die einen unterschiedlichen Brechungsindex haben und eine gewünschte Dicke aufweisen, um eine Interferenz von bestimmten Wellenlängen des Lichts zu bewirken. Der dielektrische Stapel 23 kann durch Spannung oder durch Biegung beschädigt werden.
Das ist von besonderem Interesse, wenn der DE-Stapel 23 an hoch-flexiblen Polymeren, wie zum Beispiel Polycarbonat, angebracht ist. Durch Anbringen der Abdecklinse 23 an einer ballistischen Linse 21 wird ein höherer Grad der Abstützung erreicht, um dadurch die Gefahr einer Beschädigung des DE-Stapels 23 zu verringern, wenn dieser auf Polymerwerkstoffen, wie zum Beispiel Polycarbonat ausgebildet ist. Die Linse 21 und die Abdecklinse 25 sind vorzugsweise aus Polycarbonatwerkstoffen gefertigt. Die Linse 15 kann auch aus Glas hergestellt sein, und zwar mit ballistischem Schutz, der durch die innere Linse 21 bewirkt wird. Die Linse 21 umfasst auch ein Hologramm 27 oder eine andere Schicht, um einen Laserlichtschutz zur Verfügung zu stellen, zum Beispiel einen organischen dielektrischen Stapel oder eine nichtlineare optische Vorrichtung. Das Hologramm 27 kann auf der Linse 21 mittels bekannter Verfahren aufgespannt werden. Die Linse 20 umfasst mindestens einen dielektrischen Stapel 23 und ein Hologramm 27 Die Linse 20 kann eine Linse 21 oder irgendeine Kombination der hier beschriebenen Mittel umfassen.
Das Hinzufügen einer Kappe sollte nicht den Befestigungsmechanismus für die Linsen der Schutzbrille (System 10) und der Sehbrille (System 100 und 200, wie unten beschrieben) beeinträchtigen. Sowohl die Schutzbrille als auch die Sehbrille verwenden unterschiedliche Mittel zur Befestigung der Linsen; daher sollten sich diese Befestigungsbereich nicht mit der Sichtlinie des Benutzers überschneiden. Die Abdecklinse (Kappe) 25 kann optional eine Antireflexionsbeschichtung 33 (ARC – anti-reflection coating) einschließen. Die Antireflexionsbeschichtung (ARC 33) kann an irgendeiner Linsen-Oberfläche, wie hier beschrieben, vorgesehen sein.
Wie 6A zeigt, ist die Linse 20 an ihrem Umfang gesichert. Die Linse 20 ist auf einer Mehrzahl von Plattformen austauschbar. Eine derartige Plattform umfasst, beispielsweise, ein Brillensystem 100. Das Brillensystem 100 schließt einen Rahmen 102 ein. Mit dem Rahmen 102 sind Arme 104 drehbar verbunden. Der Rahmen 102 hat Ansatzstücke 106, die so gestaltet und dimensioniert sind, um die Linse 20 dazwischen aufzunehmen. Die Ansatzstücke 106 bilden auf einer inneren Kante eine Rille 108, und zwar derart, dass die Linse 20 in der Rille 108 aufgenommen ist, wenn die Linse 20 montiert ist. Es ist eine Abstützung 110 vorgesehen, die an dem Rahmen 102 montierbar ist. Die Abstützung 110 ist an dem Rahmen 102 in einer Art befestigt, die eine Auslenkung der Abstützung 110 zulässt.
Wie die 6B und 6C mit Bezug auf die 6A zeigen, kann sich die Abstützung 110 nach vorn durchbiegen, um die Linse 20 aufzunehmen. Wenn die Linse 20 einmal montiert ist, werden Clips 112 auf dem Nasenteil 114 gegen die Linse 20 verriegelt und die Clips werden gegen die Linse 20 vorgespannt, um die Linse im Ergebnis der Auslenkung der Abstützung 110 in dem Brillenrahmen zu befestigen. Der Rahmen 102 umfasst einen Brauenbalken 116, der so ausgebildet ist, dass zur Befestigung der Linse 20 mit den Clips 112 eine Vorspannung erzeugt wird. Der Brauenbalken 116 ist ein flexibles Teil mit ausreichender Festigkeit und Flexibilität, um den ballistischen Anforderungen an das System 100 gerecht zu werden. Zum Beispiel werden die Sehbrillen gemäß der vorliegenden Erfindung einer ballistischen Prüfung entsprechend MIL-STD-662E unter Benutzung eines T37-Projektils vom Kaliber 0.15 mit 5,8 Grain, das bei 195–201 m/s (640–660 Fuß pro Sekunde (fps)) verschossen wird, unterzogen. Sowohl die Schutzbrillen als auch die Sehbrillen wurden bei bis zu mindestens 213 m/s (700 fps) getestet und die Linse 20 wurde bei Geschwindigkeiten von 259 m/s (850 fps) überprüft. Die Prüfung verlangte, dass das Projektil die Vorrichtung (zum Beispiel die Linse 20) zu keiner Zeit durchdringen kann und eine an der Innenseite sowohl der Schutzbrille als auch der Sehbrille angebrachte Beweisplatte brechen kann. Außerdem sollen sich von einer der beiden Vorrichtungen ablösende Bestandteile auch nicht in diese Platte eindringen können. Die hier beschriebenen Konstruktionen wurden ausgeführt, um mindestens diesen ballistischen Test zu bestehen.
In einer Ausführungsvariante wird in der Abstützung 110 durch die Ausbildung von integral mit dem Brauenbalken 116 geformten Laschen 118 eine Torsinn erzeugt. Die Laschen 118 sind im Verhältnis zur Ausrichtung der Abstützung 110 abgeschrägt, um in einem unbelasteten Zustand (zum Beispiel keine Linse in 6B) eine winklige Anordnung der Abstützung 110 zu gewährleisten. Die Laschen 118 sind so ausgebildet, dass sie in Löcher 120 eingreifen, und zwar derart, dass die Abstützung 110 beim Einführen der Linse in die Sehbrille 100 (6C) und beim Sichern der Linse 20 in dem Brauenbalken 116 eine Torsinn erzeugt. Diese Torsinn wird benutzt, um die Linse 20 einzuspannen. Die Laschen 118 sind so geformt, dass ein Winkel natürlich ausgebildet wird, der eine Torsionsverbiegung schafft, wenn die Abstützung zur Aufnahme der Linse 20 gedreht wird.
Die Clips 112 des Nasenteils 114 können durch Niederdrücken der Clips 112 zueinander (in Richtung der Pfeile „C" und „D") montiert werden, um hinter ein Nasenbogenteil der Linse 20 zu kommen. Die Clips 112 werden dann nach außen freigegeben, um die Linse 20 innerhalb der Sehbrille 100 zu fixieren. Das Nasenteil 114 kann zur Schaffung eines hohen Benutzungskomforts ein weiches oder elastomeres Dämpfungsteil 122 einschließen. Auch die Arme 104 können Dampfungsteile 124 umfassen, um für den Benutzer den erforderlichen Komfort zu schaffen. Während der von den Erfindern durchgeführten ballistischen Prüfung trat das Brillensystem 100 bei einem Schlag in Schwingungen. Derartige Schwingungen müssen gedämpft werden, um daraus resultierende Schäden für den Benutzer zu verhindern. Um die Fähigkeit des Brillensystems 100 zur Dämpfung zu verbessern, benutzt die vorliegende Erfindung flexible Zonen 126 zwischen Kontaktpunkten (Abstützung 110 und Arm 104). Diese flexiblen Zonen 126 tragen signifikant zur Dämpfung der Schwingungen durch das Brillensystem 100 bei. Der Rahmen 102 des Brillensystems 100 wird unter Verwendung flexibler Werkstoffe ausgebildet, und zwar zum Beispiel Polykarbonat, Polyamid (Nylon) oder Polyester. Die Verwendung von Gemischen aus diesen und anderen Materialien kann ebenfalls in Erwägung gezogen werden. Flexible Bereiche 126 können im Brauenbalken 116 durch Ausbildung von in diesem vorgesehenen Schlitzen oder durch Verringerung der Querschnittsfläche des Brauenbalkens 116 geschaffen werden. Vorteilhafterweise kann das Schwingungsverhalten des Brillensystems 100 bestimmt werden und der Brauenbalken 116 kann so konstruiert sein, dass die Dämpfungswirkungen maximiert werden.
Das Verhältnis zwischen der Geometrie des Brauenbalkens 116 und dem Schwingungsverhalten kann unter Anwendung der Hochgeschwindigkeitsphotographie bestimmt werden. Wenn die Linse 20 von einem Projektil getroffen wird, ergeben sich daraus sehr starke Schwingungen. Überraschenderweise verbessert eine Verringerung der Steifigkeit des Rahmens 102 das Schwingungsverhalten gegenüber einem ballistischen Projektil, und zwar trotz der Steifigkeit, die in der Struktur durch die Linse 20 erzeugt wird. Falls die Linse zu eng gehalten wird, kann das Material gegebenenfalls brechen. Durch ein weniger enges Befestigen der Linse kann diese leichter schwingen, so dass geringere Kräfte unmittelbar auf den Rahmen übertragen werden. Das für den Rahmen eingesetzte Material besteht beispielsweise aus Nylon und Polykarbonat. Nylon als ein flexibles Material verhält sich nicht so gut beim Auftreten von Stößen wie Polykarbonat, das größere duktile Materialeigen schaften hat, so dass der Polycarbonat-Linsenrahmen Schlagkräfte effizienter absorbieren kann. Eine Verringerung der Querschnittsfläche in den Zonen 126 von etwa 5% bis etwa 80% kann in Abhängigkeit von dem geforderten ballistischen Schutz vorgenommen werden. Diese Verringerung wird von den Endabschnitten der Bereiche 126 bis zu dem mittleren Abschnitt der Bereiche 126 gemessen. Die Änderung in der Querschnittsfläche ist, um die Spannungen zu verringern, vorzugsweise allmählich. Vorzugsweise haben die Bereiche 126 gut gerundete und harmonisierte Verjüngungen, um die Spannungsspitzen in diesen Bereichen zu reduzieren.
Gemäß 7 umfasst eine alternative Ausführungsform eines Brillensystems ein Brillensystem 200. Das Brillensystem 200 weist einen Brauenbalken 202 auf, der steifer als der Brauenbalken 116 des Systems 100 ist. Eine Abstützung 204 umfasst Clips 206 für den Eingriff im Brauenbalken 202 und Clips 208 zum Eingriff an der Linse 20. Die Abstützung 204 umfasst ein Nasenteil 207 mit gegenüberliegenden Endabschnitten 210, die nach innen zueinander gedrückt werden können, so dass die Linse 20 während der Montage über das Nasenteil 207 reicht. Nach dem Freigeben der zusammengedrückten Endabschnitte 210 sichern die Clips 208 die Linse 20, während gleichzeitig die Linse 20 mittels Clips 206 am Brauenbalken 202 gehalten wird, um die Linse 20 in dem System 200 zu befestigen.
Wie die 8A, 8B und 9 zeigen, kann die Abstützung 35, die Abstützung 110 und/oder die Abstützung 204 zur Aufnahme eines verordneten Linsenträgers 300 ausgebildet sein. Der Linsenträger 300 weist vorzugsweise Einschnappmittel 304 auf, um den Linsenträger 300 lösbar an der Abstützung 35, 110 oder 203 befestigen zu können. Vorteilhafterweise ist der Linsenträger 300 an dem System 10 (oder dem System 100 oder dem System 200) an oder über der Nase des Benutzers angebracht. Auf diese Art wird ein stabiler Befestigungspunkt geschaffen, so dass Gesichts- oder Körperbewegungen die Lage des Linsenträgers 300 nicht beeinflussen. Das ist insbesondere für ein System 10 nützlich, bei dem Schutzbrillen auf dem Kopf oder einem Helm gehalten sind und eine Gesichtsbewegung eine Bewegung der Schutzbrillen bewirkt. Wenn man einen Befestigungspunkt in der Nähe der Nase des Benutzers hat, haben Bewegungen des Benutzers eine geringe Auswirkung auf die Ausrichtung des Linsenträgers 300 zu den Augen des Benutzers.
Der Linsenträger 300 ist zur Aufnahme der den jeweiligen Benutzern verordneten Linsen 303 ausgebildet. Der Linsenträger 300 umfasst vorzugsweise zwei Vorsprünge 304 oder andere mechanische Mittel. Die Vorsprünge 304 sind in einem seitlichen Abstand d voneinander getrennt, um eine Stabilität für den Linsenträger im Verhältnis zu der Plattform, an der der Linsenträger 300 montiert ist, zu schaffen.
In einer Ausführungsvariante zum Beispiel für das System 10 haben die Vorsprünge 304 jeweils einen balligen (wulstartigen) Abschnitt 306. Die Vorsprünge 304 sind nachgiebig, so dass sie sich biegen können. Auf diese Weise trennen die Vorsprünge 304 durch eine Kurvenbewegung der Abschnitte 306 gegenüber Nuten, die während der Montage Abschnitte 308 in der Abstützung 35 aufnehmen. (Die Abschnitte 306 sind in 8A in strichlierten Linien dargestellt). Wenn sich die Vorsprünge 304 entsprechend der Tiefenlage der Abstützung 35 in ihre ursprüngliche Lage zurückbiegen, wird dadurch der Linsenträger 300 an Ort und Stelle verriegelt. Der Linsenträger 300 kann durch Wegziehen des Linsenträgers 300 von der Abstützung 35 gelöst werden, wobei während des Entfernens des Linsenträgers 300 dieselbe Kurvenbewegung initiiert wird.
In einer anderen Ausführungsform für die Systeme 100 und 200 sind in der Abstützung 110 oder 204 Schlitze 309 vorgesehen, wobei ballige Abschnitte 306 von Vorsprüngen 304 in Löcher 310 eingesetzt werden und dann entlang Schlitzen 312 gleiten, um den Linsenträger zu befestigen. (Die Abschnitte 306 sind in 8B in strichlierten Linien dargestellt).
Aufgrund der Verwendung eines separaten Linsenträgers muss die Linse 20 keine Sehkorrekturmerkmale aufweisen. Außerdem muss das System 10, 100 und 200 nicht die typischen Rahmen aufnehmen, die in Verbindung mit Korrekturlinsen verwendet werden.
Der Linsenträger 300 kann in einem mittleren Abschnitt flexible Zonen 320 aufweisen, die eine Verbiegung und Flexibilität innerhalb des Linsenträgers 300 zulassen. Während der Linsenträger 300 entsprechend einer spezifischen Ausführungsform beschrieben wurde, sind gemäß der Erfindung auch andere Strukturen und Methoden zum Lösen und Befestigen denkbar. Vorzugsweise umfassen diese Strukturen und Verfahren mehrere seitlich versetzte Befestigungsstrukturen zur Sicherstellung der Stabilität des Linsenträgers und sorgen für einen Befestigungspunkt an einem stabilen Teil des Systems, an dem der Linsenträger befestigt ist, um Gesichts- und Körperbewegungen des Benutzers zuzulassen, und zwar ohne die Ausrichtung zwischen den verordneten Linsen und den Augen des Benutzers zu beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung sorgt für eine Austauschbarkeit der Linse 20 zwischen Linsenmontageplattformen. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass Schutzbrillen und Sehbrillen hinsichtlich ihrer konstruktiven Ausbildung unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf die in diesen angebrachten Linsen unterliegen. Schutzbrillen weisen typischerweise einen größeren Abstandswert (das heißt, einen Abstand von den Augen des Benutzers) als Sehbrillen auf. Daher haben Schutzbrillen eine mehr ebene Form als Sehbrillen. Außerdem bieten Sehbrillen eher einen Ringsherum-Schutz. Das heißt, Sehbrillen haben üblicherweise eine mehr gerundete oder sphärische Form. Da diesen Ausbildungen unterschiedliche Anforderungen und Formen entsprechen, ist der Fachmann nicht zur Anwendung einer Linse angehalten, die für ein Schutzbrillendesign mit einer Sehbrille oder umgekehrt ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt Systeme und Linsenkonstruktionen zur Verfügung, die für eine Austauschbarkeit zwischen Schutzbrillen und Sehbrillen sorgen und für beide Plattformen einen ballistischen Schutz und eine geringe Verzerrung des Lichts durch die Linsen gewährleisten. Die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete vollständige Linsenanordnung passt sowohl in eine Schutzbrille als auch in eine Sehbrille. Linsen in jeder Ausbildung, zum Beispiel klare Linsen, Sonnenschutzlinsen, Laserschutzlinsen oder andere Linsen passen in beide Plattformen und sind untereinander austauschbar. Das wurde insbesondere in Frage gestellt, wenn Schutzbrillen und Sehbrillen bevorzugt für militärische Anwendungen vorgesehen sind. Die Schutzbrillen (zum Beispiel System 10) sind bevorzugt in einer einzigen, für alle passenden Größe ausgebildet. Das Gesichtsfeld, die Linsenneigung und der Augenspielraum müssen für die richtige Augenausrichtung in den verschiedenen Plattformen berücksichtigt und aufrechterhalten werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Sandwich- oder Kompositlinse mit den vorgesehenen vielfältigen Merkmalen zur Verfügung gestellt. Die Linsengestaltung weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen viele Vortei le auf. Hologramme und dielektrische Stapel sorgen für eine begrenzte Kratzfestigkeit, und wenn Kratzer vorhanden sind, geht in diesem Bereich der Laserlichtschutz vollständig verloren und führt zur Nutzlosigkeit des Objekts. Ein bestimmter Laser mit einer bestimmten Stärke kann bei einer Einwirkung von etwa einer Picosekunde die Retina des menschlichen Auges vollständig zerstören. Die Hologramme sind insbesondere dann gefährdet, wenn sie Wasserdampf oder dem Wetter ausgesetzt sind. Hologramme und dielektrische Stapel werden zerstört, wenn sie im Krieg verwendeten Chemikalien oder anderen Stoffen (wie zum Beispiel Insektenschutzmitteln, hydraulischen Flüssigkeiten, verschiedenen Kraftstoffen oder hoch konzentrierten Chlorinen) ausgesetzt werden. Die in 5 gezeigte Sandwichkonstruktion für eine Linse umfasst zwei Linsen mit innerhalb von diesen geschützt angeordneten Hologrammen und dielektrischen Stapeln. Die gesamte Anordnung passt sowohl in eine Schutzbrille als auch in eine Sehbrille, und zwar, wie oben beschrieben, für jeden Linsentyp (z.B. klar, Sonnenschutz, Laser).
Unter Bezugnahme auf 5 umfasst die Linse 20 eine Abdecklinse 25 (Kappe) und eine Basislinse 21, die auf ihren Oberflächen mit Färbemitteln behandelt sind oder innerhalb der festen Matrix oder dem Substrat der Linsen 21 und/oder 25 Färbemittel aufweisen. Ein Färbemittel (Chromophor, Absorber, Colorant) kann eine Substanz einschließen, die dem Substrat (zum Beispiel Kunststoff oder Glas für die Linse 20), zu dem das Färbemittel hinzugefügt wird, eine Farbe verleiht. Das Färbemittel kann hinzugegeben werden, um Licht im sichtbaren Bereich oder einem anderen Bereich des elektromagnetischen Strahlungsspektrums zu absorbieren und somit farbiges Licht durch/von dem Substrat, in dem sich das Färbemittel befindet, zu übertragen und/oder zu reflektieren. Ganz allgemein ausgedrückt ist eine Färbemittel irgendeine Substanz, die das Licht in einem im Interesse des Beobachters liegenden Spektrum absorbiert. Daher kann eine spezifisches Färbemittel eingebracht werden, um gemäß der vorliegenden Erfindung das Licht in einem spezifischen Frequenzbereich oder in spezifischen Frequenzbereichen in dem elektromagnetischen Spektrum (zum Beispiel UV, VIS, NIR, IR, Mikrowelle und dergleichen) zu absorbieren.
In bevorzugten Ausführungsformen kann ein Färbemittel oder eine andere Komponente in die Linse 20 eingebracht werden, um Licht im sichtbaren Bereich, nahe dem infraroten und/oder dem ultravioletten Bereich des Spektrums zu absorbieren.
Die Anwesenheit des Färbemittels in dem Substrat kann für das menschliche Auge feststellbar oder auch nicht feststellbar sein. Die gemäß der vorliegenden Erfindung angewendeten Färbemittel können organische Bestandteile umfassen, die in Polymeren lösbar sind und die den Lichtdurchgang modulieren. Derartige Färbemittel können Stoffe aus der Familie der Metall-Porphyrine, der Metall-Phtalocyanine, der AZA-Varianten von diesen, andere (annellated) Varianten von diesen, Squarylium, Croconium, Aminium, Diimonium, Cyanin usw. einschließen. Die Färbemittel können ausgewählt werden und der Linse 20 hinzugefügt werden, um spezifische Laserlichtwellenlängen, UV-Strahlen, NIR, IR oder sichtbares Licht (zum Beispiel Sonnenlicht) zu absorbieren. Die Färbemittel können in der Linse in einer Kombination angewendet werden, um vielfache Wellenlängen oder Bandbreiten von Wellenlängen zu filtern, die anderweitig durch die Linse 20 hindurchgehen könnten.
Die dielektrischen Stapel 23 können in die Linse 20 eingeschlossen sein, um ferner Wellenlängen des Licht durch zerstörende Interferenz auszusondern. Wenn eine Wellenfront auf eine Folge von Schikanen/Baffles (die jeweils molekulare/atomische/ionische Spezies in einer Ebene sind) auftrifft, kann die Wellenfront mit einer Anzahl von Moden gestört werden, aber die meisten Moden sind destruktiv (von der Frontfläche reflektierte Wellen sind exakt außerhalb der Phase mit den Wellen, die von der hinteren Fläche reflektiert werden, um negierte Wellen zu erzeugen).
Falls die vordere und die hintere Fläche räumlich durch eine ungerade ganze Zahl von Viertel-Wellenlängen der ankommenden Welle in der Richtung der ankommenden Welle getrennt sind, kann Interferenz erwartet werden. Wenn das Licht angelegt ist, und die „Baffles" eine Folge von Material mit ausgewählter Dicke sind, aber sich wiederholend in einem hohen Brechungsindex und einem niedrigen Brechungsindex wechseln, dann verhält sich die Grenzfläche zwischen zwei Schlichten wie ein Spiegel. Falls die Dicke jeder Schlicht konsequent eine ungerade ganze Zahl von Viertelwellenlängen des ankommenden Lichts ist, dann wird das Licht störend beeinflusst werden. Wenn etwas von dem Licht durch den „Spiegel" übertragen wird (es ist kein perfekter Spiegel), wird ein Mehrfaches dieser wechselnden Schichtung benötigt, um Licht der vorgegebenen Wellenlänge auszusondern. Da das Licht auf den dielektrischen Stapel 23 in vielen unterschiedlichen Winkeln auftreffen kann, um so mit jedem Einfallswinkel einen unterschiedlichen Weg des Lichts innerhalb der Schicht zu erfahren, müssen die Schichtdicken in aufeinander folgenden Schichten in geeigneter Weise gewählt werden, um nicht-orthogonale winklige Zusammenstöße umzuändern, die auf ähnliche Art störend wirken.
Sofern es mehr als eine störend wirkende Wellenlänge gibt, dann werden für jede zu beachtende Wellenlänge zusätzliche Schichten hinzugefügt. Das Ergebnis ist eine große Zahl von Schichten oder dielektrischen Stapeln, um Winkelstörungen bis zu einem maximalen Winkel, verschiedene Wellenlängen des Lichts und aufeinander folgende Schichten aufeinander anzupassen und den Lichtdurchgang von einer Schichtung zur nächsten zu begründen.
Zur Ausbildung des dielektrischen Stapels 23 wird ein Material mit hohem Brechungsindex wie SiO₂ und ein Material mit niedrigem Brechungsindex wie TiO₂ eingesetzt, um alle Wellenlängen des Lichts in dem Bereich vom Ende des sichtbaren Spektrums bis zwischen 680 nm und 1100 nm für alle Einfallswinkel innerhalb 50 Grad des normalen Einfalls auszusondern, wobei dann der erhaltene dielektrische Stapel Hunderte Schichten dick sein wird und als Einheit wahrscheinlich eine Dicke zwischen 15 und 20 Mikrometer haben wird.
Als Referenz können optisch harte Beschichtungen auf Linsen zur Erzielung einer Kratzfestigkeit etwa 3 bis 5 Mikrometer dick sein und aus einer anorganischen/organischen – Polysiloxan genannten – Polymermischung zusammengesetzt sein. Das Anbringen an einer organischen Linsenoberfläche, wie zum Beispliel einem Polykarbonat, erfordert eine Grundierung und eine sorgfältige chemische Bearbeitung, um den Übergang von der Chemie des organischen Substrats zu der organisch/anorganischen Beschichtung zu erleichtern. Um einen dielektrischen Stapel, der vollständig anorganisch sein kann, an einem vollständig organischen Polymersubstrat anzubringen, wird somit eine ähnliche Übergangsgrundierung oder eine Unterschicht benutzt, die wiederum eine Mischung aus organischen und anorganischen chemischen Teilen ist, um den scharfen Übergang zwischen den unterschiedlichen Chemikalien zu überbrücken. Unterschiede in der Feuchtigkeitsaufnahme, dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten usw. sind oftmals Gründe dafür, dass die anorganischen dielektrischen Stapel unter den äußeren Bedingen eines Temperaturwechsels, von Feuchtigkeit und dergleichen durch Delamination von dem organischen Substrat versagen.
Obgleich derartige dielektrische Stapel theoretisch angeordnet werden können (was zumeist am besten über Hochvakuum-Aufsprühverfahren gemacht wird), um auf das Licht einer beliebigen Wellen einwirken zu können, wurden die besten Ergebnisse in den roten und den infrarotnahen Bereichen des Spektrums und der dadurch geringen Auswirkung auf den sichtbaren Bereich des Spektrums erreicht, wobei die gewünschte Übertragung der nützlichen Wellenlängen des Lichts nicht beeinträchtigt wird. Der dielektrische Stapel 23 kann eine Rugatebeschichtung umfassen. Falls in einem Sprühauftragsverfahren für einen dielektrischen Stapel nacheinander Spezies mit hohem und niedrigem Brechungsindex auf ein Substrat aufgebracht werden, werden beide Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex simultan abgelegt, aber variieren sinusförmig in Bezug auf ihre gegenseitige jeweilige Konzentration, um so eine Rugatestruktur auszubilden. Eine Rugatestruktur hat eine einzige Dicke aus vermischten Spezies (gewöhnlich Metalloxide) mit hohem und niedrigem Brechungsindex, wobei die Konzentration des einen Oxids in dem anderen Oxid in einer äußerst kontrollierten Art als eine Funktion der Tiefe in der Schichtung sinusförmig variiert. Wenn die Variation eine Echt-Schritt-Welle (tooth comb) war, wird die Rugate ein geschichteter dielektrischer Stapel sein. Rugates arbeiten auf der Grundlage einer störenden Beeinflussung mit Licht nach dem bereits oben beschriebenen gleichen Prinzip, wonach die Periodizität der Konzentrationsvariation die geforderte Wellenlängen/Winkel-Aussonderung liefert. Die Rugates können an irgendeiner Stelle im Spektrum ausgebildet werden, aber die besten Ergebnisse sind an dem blauen Ende (geringe Wellenlänge) des sichtbaren Spektrums erzielt worden.
Der dielektrische Stapel 23 (dielektrische Schicht, dielektrischer Stack) kann auch einen organischen dielektrischen Stapel umfassen. Organische dielektrische Stapel sind analog zu anorganischen dielektrischen Stapel ausgebildet, aber verwenden Polymere mit weit voneinander abweichenden Brechungsindizes, um die Metalloxide der anorganischen dielektrischen Schichten zu ersetzen. Die Polymerfilme umfassen viele Schlichten, die mit unterschiedlichen Mitteln auf die Substrate aufgeschichtet werden. Polymethylmetakrylat kann zum Beispiel als Material mit hohem Brechungsindex und Polyethylenaphtenat kann als Material mit niedrigem Brechungsindex in einem organischen dielektrischen Stapel angewendet werden, um zum Beispiel an die Stelle des SiO₂ bzw. des TiO₂ eines anorganischen dielektrischen Stapels zu treten.
Die Linse 20 kann eine oder mehrere Glaskomponente(n) umfassen. Glas ist ein anorganisches Polymer, das anorganische Färbemittel einschließen kann, um das Spektrum des Eintritts und des übertragenen Lichts zu modifizieren, so wie organische Polymere organische Färbemoleküle einschließen können. Die Färbemittel für organische Polymere können Metallionen (wie zum Beispiel Fe⁺³, Cu⁺², Nd⁺³ usw.) zusammen mit ihren anionischen Gegenionen (Oxide(O^–2) sind die häufigsten) umfassen. Diese Färbemittel absorbieren das Licht analog zu organischen Färbemitteln vollständig, aber weichen in zweierlei Beziehung voneinander ab: (1) die meisten Metallionen-Färbemittel absorbieren ziemlich breit in den Spektralbereich, und zwar im Gegensatz zu einigen organischen Färbemitteln, die schmalbandige Absorber sind; (2) die Absorption der Metallionen-Färbemittel erstreckt sich weiter in die Nähe des infraroten Bereichs, und zwar mit geringerem Einfluss auf den sichtbaren Bereich als das organische Gegenstück.
Die Linse 20 kann Färbemittel einschließen, die ein nichtlineares optisches System erzeugen. Nichtlineare optische Systeme unterscheiden sich von linearen optischen Systemen. Beispielsweise absorbiert ein Absorbierungsmittel (Färbemittel) in einem linearen optischen System die einfallende (störende) elektromagnetische Strahlung, die mit einer Energieanregung von ihrem Grundzustand bis zu ihrem niedrigsten angeregten Zustand übereinstimmt; diese absorbierte Energie wird dann schnell zurück emittiert, und zwar als Licht oder über Vibrationskaskaden als Wärme oder beides.
Die Anregungen und Entspannungen zwischen elektronischen Zuständen der gleichen Drehsymmetrie sind allein zulässig (das heißt, die eine von Null abweichende Wahrscheinlichkeit des Auftretens haben). Die Übertragung wird von Einzelzuständen zu anderen Einzelzuständen und von Dreierzuständen zu anderen Dreierzuständen stattfinden. Drehzustandsüberkreuzung (Spincrossing) ist von derart geringer Wahrscheinlichkeit, dass diese Übertragungen kaum mehr als Geräusche auf niedriger Stufe in einem Spektrum verursachen. In einem nichtlinearen optischen System absorbiert ein Absorptionsmittel einfallende elektromagnetische Strahlung in einen drehausgerichteten Anregungszustand. Jedoch ist die Lebensdauer des Anregungszustands von solcher Dauer, dass der Anregungszustand in einen Anregungszustand mit nicht ausgerichtetem Spin gestuft werden kann. Von diesem Anregungszustand kann der Zustand dann weiterführen zur Strahlungsabsorption, um aus diesem Anregungszustand zu spinausgerichteten Zuständen anzuregen, die zu dem anfänglichen Grundzustand spinentgegengerichtet sind. Diese Anregungen aufgrund von Lichtabsorptionen in angeregten Zuständen erzeugen ein Spektrum, das sich vollständig von dem Spektrum unterscheidet, das erzeugt werden würde, wenn das Zwischensystem-Spincrossing nicht stattgefunden hätte. Es ist nichtlinear in dem Teil der ursprünglich absorbierten Energieantwort an den Grundzustand und dem weitergehenden Teil in einer vollständig separaten spektralen Lebenslinie. Färbemittel, die die nichtlineare Antwort erzeugen, können zum Beispiel Fulleren und Derivate von dieser Stofffamilie sein. Die Linse 20 umfasst ein Hologramm 27 oder Hologramme. Hologramme sind photographische Bilder, die in das Innere eines Films oder einer Beschichtung eingeschlossen sein können und auf eine Linse laminiert werden können. Das Bild ist kein klassisches Bild, sondern ein Bild eines Spektralbereichs, in dem Licht nicht übertragen, sondern reflektiert wird – ein spektral ausgewählter Partialspiegel. Das wird durch den Film (eine dichromatische Gelatine oder ein Photopolymer) erreicht, und zwar durch Umwandeln seiner inneren örtlichen Brechungsindizes durch das Laserlicht, dem es zur Erzeugung des gewünschten Aussonderungsspiegels ausgesetzt ist. Das Phänomen ist ein Interferenz-Reflexions-Phänomen. Hologramme sind am wirksamsten im Bereich geringer Wellenlängen des sichtbaren Bereichs des Spektrums. Hologramme sind insbesondere bei der Aussonderung von Laserlicht von bestimmten Wellenlängen im sichtbaren Bereich wirksam.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung waren in Weiterführung der ANSI Z87.1 optische Anforderungen an militärische Augenschutzsysteme zu erfüllen. Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich vieler unterschiedlicher Anforderungen wie Leistung, Prisma, Astigmatismus, Trübung, Verkrümmung (Zerrbild) und Sehschärfe untersucht. Sowohl die nicht beschichteten Linsen (Klarsicht und Sonnenschutz) als auch die beschichteten Linsen genügten diesen Erfordernissen.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 5 besteht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Nullleistungslinse für den ballistischen Schutz. Um die beschichtete (Komposit-) Linse 20 flach (als Fensterglas) auszubilden, musste die Schutzabdeckung eine in diese induzierte Leistung haben, um aus dieser Anordnung eine plane Optik zu schaffen, weil die Linse 21 auch als eigenständige Linse mit einer ebenen Optik ausgeführt ist. Die Abdeckung 25 ist in 5 mit einem (nahe der Oberseite der Schnittansicht) entfernten Abschnitt dargestellt, um die Beschichtungsstruktur herauszustellen. Die Leistung wird durch sorgfältige Auswahl der Linsenkrümmung in die Linse induziert, um die richtige Leistungsgröße in der Linsenanordnung zu erzeugen. Da die beiden Linsen zusammen laminiert worden sind, ist die Berührungsfläche dieser beiden Linsen ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung. Zur Verringerung der durch die Klebeschicht bewirkten Brechung wird ein an den Brechungsindex angepasstes Material 29 verwendet. Die Oberflächen sollten eng index-angepasst sein, da Luftspalte zwischen den Linsenoberflächen eine Leistung erzeugen können und die gesamte Übertragung aufgrund der Reflexion verringern können. Nicht angepasste Oberflächen verringern auch die Festigkeit der Beschichtung, da dann weniger Kontaktflächen für den Kleber vorhanden sind. Die um die Linse 20 herum verlaufenden Kanten 41 sind, falls erforderlich, zum Schutz mit einem index-angepassten Material 29, wie zum Beispiel Urethan, abgedichtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Krümmung der Abdeckung 25 im Verhältnis zur Linse 21 daher beibehalten, um Leistung derart zu erzeugen, dass die gesamte Linsenanordnung 20 im Wesentlichen Null Leistung hat, und um die optische Dichte (Übertragung) durch die Linsenanordnung 20 aufrechtzuerhalten. Durch die Bereitstellung von Leistung in der Abdeckung 25 werden die Brechungsindexunterschiede durch die Linse 20 entfallen, um innere Reflexionen zu reduzieren, die die Übertragung des sichtbaren Lichts durch die Linse 20 verringern.
Darüber hinaus sorgt die Krümmung der gesamten Linsenanordnung 20 als Ganzes – wie in 10 dargestellt – für eine Austauschbarkeit zwischen Schutzbrillen (System 10) und Sehbrillen (Systeme 100 und 200). Um das zu erreichen, schafft die Linse 20 eine ausreichende Umschlingung oder einen Seitenschutz für die Sehbrillen, wobei sie flach genug sind, um in Schutzbrillen verwendet zu werden. Außerdem behält die Linse 20 eine optische Dichte bei und minimiert Verzerrung, Trübung und andere nachteilige optische Wirkungen.
Das Licht geht durch Festkörper langsamer als durch Luft. Das bewirkt in Verbindung mit einer gekrümmten Linse eine Ablenkung des Lichts, um eine durch eine Linse induzierte Leistung zu erzeugen. Eine flache (plane) Linse hat eine sehr geringe optische Leistung (Nullleistung für einen Zylinder oder eine sphärische Linse), die in die Linse induziert wird. Das bedeutet für das menschliche Auge, dass es einen kleinen Unterschied zwischen dem Sehen durch die Linse (mit der Ausnahme von reflektiertem oder absorbiertem Licht, das die am Auge ankommende Übertragung verringert) und dem freien Auge gibt. Mit einer sphärischen Linse wird durch Variieren der optischen Mitten einer Linsenoberfläche und durch Variieren des Radius der Linsen von diesen Mitteln eine Nullleistung geschaffen.
Wenn ein zweites Linsenelement zu einer ebenen Optik hinzugefügt wird – falls die beiden Linsen vor der Laminierung eben (plan, flach) waren – würde die resultierende Beschichtung aufgrund der Laminatstruktur eine darauf induzierte Leistung haben. Das heißt mit anderen Worten, dass die Änderung der Gesamtdicke der Beschichtungsstruktur oder des Materials (das heißt, die Dichte) oder die Änderung des Krümmungsradius von jeder Linse in einer Leistung resultiert, die in die Beschichtungslinsenstruktur induziert wird.
Um diese Wirkung zu kompensieren, werden gemäß der Erfindung eine oder beide Linse(n) mit Leistung ausgeführt, um das Licht derart zu reflektieren, dass die resultierende Linsenbeschichtung noch plan bleibt (d.h. im wesentlichen Null Leistung). Das ist komplexer als die Bereitstellung einer eigenständigen planen Einheit, da die kumulative Wirkung in Betracht gezogen werden muss.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 und in Abhängigkeit von der besonderen Konfiguration kann die Linse 25 gemäß der vorliegenden Erfindung als Abdecklinse verwendet werden und kann für die Linsenanordnung 20 nicht notwendig sein (zum Beispiel, wenn nur ein ballistischer Schutz erforderlich ist). In diesem Fall ist die Linse 21 eine ballistische Linse und hat vorzugsweise Null Leistung. In anderen Fällen können beide Linsen 21 und 25 zusammen benutzt werden.
Vorteilhafterweise ist die Kombination oder die Sandwichanordnung der Linsen erwünscht, um eine Nullleistung zu haben. Mit anderen Worten ist die Linse 21 eine Nullleistung allein und die Linsenanordnung 20 ist als Ganzes auch eine Nullleis tung. Das kann durch Ausbildung der Linse 25 mit einer Nullleistung erfolgen, um irgendwelche Leistungswirkungen zu kompensieren, die durch die Verwendung der Beschichtungsstruktur der Linsenanordnung 20 induziert werden. In alternativen Ausführungsformen kann der Aufbau der Linse 25 eine Kombination aus Linsen umfassen. Eine der Linsen in der Kombination kann ein Duplikat der Linse 21 und eine zusätzliche Linse (nicht dargestellt) einschließen, um eine Linse 25 auszubilden. Die zusätzliche Linse würde somit einen Krümmungsradius, eine Dicke und/oder ein Material aufweisen, um die Nullleistung über die gesamte Linsenanordnung 20 auszugleichen.
Somit hat die Anordnung 20, wenn sie fertiggestellt ist, bei der Anwendung durch einen Benutzer im Wesentlichen eine Nullleistung. Auf diese Weise sorgt die Linsenanordnung für den Schutz des Benutzers vor einer oder mehreren Gefahr(en), indem sichergestellt wird, dass ein geringer Unterschied zwischen dem Sehen durch die Linsenanordnung (mit Ausnahme von reflektiertem oder absorbiertem Licht, das die vom Auge empfangene Übertragung reduziert) und dem Sehen mit dem freien Auge besteht.
Nullleistungslinsenstrukturen sind insbesondere in Anwendungsfällen nützlich, in denen eine detaillierte Sicht gewährleistet sein muss. Beispielsweise bei militärischen Operationen, bei denen ein Benutzer eine Waffe mit den Augen ausrichten muss oder eine Position mit den Augen erkennen muss, ist Genauigkeit von besonderer Bedeutung.
Obwohl die Erzeugung besonderer Krümmungen für die individuellen Basislinsen schwierig ist, ermöglicht die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehene Linse einen hohen Grad an Flexibilität. Die ballistische Linse 25 kann klar sein, eingefärbt sein und kann eine dielektrische Beschichtung mit Null Leistung haben, oder die Linsenanordnung 20, die die Linse 25 einschließt, kann mit Nullleistung benutzt werden und über einen Laserschutz verfügen und/oder – wie oben beschrieben – andere optische Merkmale umfassen. Andere Merkmalskombinationen und Linsen können ebenfalls in Betracht gezogen werden. Die Trübung kann bei Hologrammen Schwierigkeiten bereiten, so dass durch die Erfinder besondere Sorgfalt bei der Entwicklung der Gießformoberflächen, der Krümmungen und Linsenbeschichtungen aufgewendet werden musste, um die Trübung in den Basis-Polykarbonatlinsen ge ring zu halten. Durch besondere Sorgfalt im Produktionsprozess waren die Erfinder in der Lage, die Trübung der Linse auf weniger als 0,4% zu reduzieren. Eine andere Schwierigkeit bei den sichtbar reflektierenden Hologrammen ist das sogenannte Narzissen-Problem, wonach der Benutzer die Reflexion seiner Augen auf der Oberfläche der Linse sieht. Das beruht darauf, dass die Hologramme bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Spektrums reflektieren. Dieses Problem kann durch die Verwendung einer geringen Menge eines organischen Absorptions-Färbemittels gelöst werden, das zur Bereitstellung des Schutzes eine vorbestimmte optische Dichte erzeugt. Absorptionsfärbemittel können Metallporphyrine, Metallphtalocyanine, AZA-Varianten von diesen, andere (annelated) Varianten von diesen, Squarylim, Croconium, Aminium, Diimonium, Cyanin und dergleichen (L-1 Färbemittel) sein. Es können aber auch andere geeignete Färbemittel eingesetzt werden. In einer Ausführungsform reflektiert das Färbemittel und verringert den beobachteten Narzisseneffekt auf ein akzeptables Niveau. Darüber hinaus hilft es, einen Schutz gegen in einem großen Winkel einfallendes Laserlicht zu schaffen, da Hologramme nur einen bestimmten Konus des Schutzes liefern, und daher auf den erzielbaren Winkelschutz beschränkt sind. Färbemittel können aber auch aus anderen Gründen hinzugefügt werden. Zum Beispiel kann ein Färbemittel in die Linse 20 eingebracht werden, um eine Basis für eine dielektrische Beschichtung (Stapel, Stack) zu schaffen. Die Verwendung von solchen Färbemitteln verbessert das Anhaften eines dielektrischen Stapels oder anderer Komponenten, die auf der Linse 20 ausgebildet sind. Daher umfasst die vorliegende Erfindung Linsen und Augenschutzsysteme, die kritische Verfahrensmerkmale gegenüber Wettereinflüssen oder chemischen und mechanischen Einflüssen schützen, während sie gleichzeitig eine stabile und robuste Plattform für die Anbringung vielfältiger Laserschutzmerkmale (dielektrische Stapel, Hologramme, organische Absorptionsfärbemittel und Polykarbonate (Rugates, nichtlineare Optiken und spezielle Linsenglaswerkstoffe können ebenfalls in diesem Aufbau benutzt werden)) bilden. Die Linse kann auch zwischen einer Schutzbrille und einer Sehbrille ausgetauscht und getragen werden und umfasst auch optische, ballistische und Gesichtsfeld-Merkmale. Einer der schwierigsten Aspekte der vorliegenden Erfindung war die Maximierung der Sichtübermittlung der Vorrichtung, während sie gleichzeitig noch das erforderliche Niveau des Schutzes gewährleistet. Je mehr das sichtbare Licht abgeschwächt wird, desto fehlerhafter ist die Übertragung zum Benutzer. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Laserlinse (zum Beispiel eine Linse 20) vorgesehen, die sowohl gegen einstellbare als auch gegen bewegliche Lasersysteme schützt, und zwar sowohl im sichtbaren als auch im infrarotnahen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Diese Linse ist eine sorgfältige Kombination aus verschiedenen, bereits oben beschriebenen Laserschutztechnologien. Die schon beschriebene beispielhafte Ausführungsform sorgt für einen Schutz gegenüber mehr als 400 nm der spezifischen Wellenlängen in diesen Bereichen. Das photopische Sehen mit dieser Vorrichtung überschreitet 35% und übersteigt 45% bei anderen bevorzugten Ausführungsformen. Es ist festzuhalten, dass eine normale Sonnenschutzlinse, die in herkömmlichen Sonnenbrillen eingesetzt wird, eine photopisch leuchtende Übertragung von nur 12 bis 18% gewährleistet. Überraschenderweise sorgt die geschaffene Laserlinse für einen Filterschutz, der drei Größenordnungen größer als eine Sonnenschutzlinse bei den notwendigen spezifischen Wellenlängen ist und eine zweifache photopische Übertragung aufweist und noch der ANSI Z87.1 und den beschriebenen ballistischen und anderen Anforderungen genügt.

Claims

Linsensystem (20) zum Schutz vor Licht und Geschossen, das erste und zweite Linsen (21, 25) mit jeweils einer konvexen und einer konkaven Oberfläche umfasst, wobei an der ersten Linse (21) ein Hologramm und an der zweiten Linse (25) ein dielektrischer Stack (23) haftet, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm an der konvexen Oberfläche der ersten Linse (21) und der dielektrische Stack (23) an der konkaven Oberfläche der zweiten Linse (25) haftet, wobei ein Indexanpassungs-Haftmittel (29) zur Verbindung der konvexen Oberfläche der ersten Linse (21) mit dem Hologramm (27) mit der konkaven Oberfläche der zweiten Linse (25) mit dem dielektrischen Stack (23) vorgesehen ist, so dass die beiden Linsen (21, 25) eine Sandwich-Konstruktion bilden, in deren Innerem das Hologramm (27) und der dielektrische Stack (23) geschützt sind.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (21) eine optische Null-Leistung und die zweite Linse eine optische Nichtnull-Leistung hat.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (21) und die zweite Linse (25) aus Polykarbonat bestehen.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (21) zum Schutz vor Geschossen vorgesehen ist.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine von den ersten und zweiten Linsen (21, 25) zur Kompensation innerer Reflexionen eine Nichtnull-Leistung einschließt, um im Wesentlichen für eine Null-Leistung über das Linsensystem (20) zu sorgen.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem (20) für einen ballistischen Schutz entsprechend MIL-STD-662E sorgt.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Indexanpassungs-Haftmittel (29) die Ränder der ersten Linse (21) und der zweiten Linse (25) abdichtet, um den dielektrischen Stack (23) und das Hologramm (27) zu schützen.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem eine solche Krümmung aufweist, dass das Linsensystem (20) auswechselbar ist und sowohl in einer Brillenanordnung (100) als auch in einer Schutzbrillenanordnung (10) angeordnet sein kann.
Linsensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung einen Radius von etwa 123 mm auf einer konkaven Oberfläche aufweist.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem zwei Lappen zum Abdecken der Augen eines Benutzers und einen Bogen, der in dem Linsensystem zwischen den beiden Lappen korrespondierend mit einem Nasensteg (114) ausgebildet ist, aufweist, wobei das Linsensystem ohne Löcher und Schlitze zusammenhängend ausgebildet ist.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem (20) einen Farbstoff zum Verhindern von Reflexionen einschließt.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem entweder zum Schutz vor Sonnenlicht oder zum Schutz vor ultravioletter Strahlung ausgebildet ist.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem ein Farbmittel zur Schaffung eines nichtlinearen optischen Transmissionsspektrums aufweist.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Stack organische Dielektrika umfasst.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Stack eine Rugate-Struktur aufweist.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von den ersten und zweiten Linsen ein anorganisches Polymer aufweist.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photopische Transmission der Linse 35% überschreitet.
Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm einen Schutz vor Laserlicht gewährleistet.