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Flächengeometrien

Die Lösung - Ästhetik und gleichzeitig gute Optik - brachten die Asphäre und der Atorus. Im Jahre 1986 führte Carl Zeiss als erster und bis heute einziger Hersteller ein Einstärkenglas mit atorischer Außenfläche ein: Das Hypal Brillenglas.

Dieses moderne Flächendesign ermöglicht einwandfreie Abbildungsgüte in einem großen Blickfeld und gleichzeitig ästhetisch flache Brillengläser.

Gleitsichtglas-Design

Bei der Entwicklung neuer Funktionsflächen für Gleitsichtgläser verfolgte Carl Zeiss in den letzten Jahren in erster Linie zwei Ziele.

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1. Abbildungsfehler

Abbildungsfehler von Brillengläsern beeinflussen in erster Linie die Abbildungsgüte und werden vom Brillenträger als Unschärfen wahrgenommen.

Die sphärische Abweichung

Die sphärische Abweichung

Die sphärische Abweichung

Bei sphärischen Pluslinsen werden die Randstrahlen stärker gebrochen als die Strahlen nahe der optischen Achse. Die Randstrahlen treffen daher den Brennpunkt nicht. Dieser Abbildungsfehler wird in der Strahlenoptik als sphärische Aberration bezeichnet.


Wird die Pluslinsenfläche in den Randbereichen "aufgebogen", so dass die Flächengestaltung von der Kugelform abweicht ( asphärische Fläche), treffen sich alle aus der Ferne kommenden Strahlen wieder in einem Brennpunkt. Der Abbildungsfehler ist korrigiert.


Die in der Strahlenoptik beschriebene sphärische Aberration bewirkt in den Randbereichen von Brillengläsern im Zusammenspiel mit dem blickenden Auge eine Abweichung von der dioptrischen Soll-Wirkung (sphärische Abweichung). Die sphärische Abweichung wird vom Brillenträger als Unschärfe wahrgenommen.

Die astigmatische Abweichung

Die astigmatische Abweichung

Die astigmatische Abweichung

Wird ein Objektpunkt, der außerhalb der optischen Achse liegt, durch eine Linse mit sphärischer Wirkung abgebildet, tritt ein Astigmatismus als Folge des schiefen Lichtbündels auf. Ein Punkt wird nicht mehr als Punkt, sondern in Form zweier Bildlinien abgebildet.


Dieser Abbildungsfehler, in der Strahlenoptik Astigmatismus schiefer Bündel genannt, beeinflusst im Wesentlichen die Abbildungsgüte von Brillengläsern. Bei schrägem Blick durch das Brillenglas ergibt sich eine Abweichung von der dioptrischen Soll-Wirkung (astigmatische Abweichung), die vom Brillenträger als Unschärfe wahrgenommen wird. Die Abweichung ist umso größer, je höher die dioptrische Wirkung des Brillenglases ist.


Der Astigmatismus schiefer Bündel kann bei der Flächenkonzeption von Asphäre und Atorus durch gezieltes Abweichen von der Kugelform auf ein Minimum reduziert werden.

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2. Von bikonvexen zu flacheren Gläsern

Von bikonvex zu punktuell abbildenden Brillengläsern

Punktuell abbildendes Brillenglas

Von bikonvex zu punktuell abbildenden Brillengläsern

Um 1804 entdeckte der englische Arzt Wollaston, dass die Sehschärfe beim seitlichen Blick durch die (alten) bikonvexen Brillengläser abnimmt und dass im Vergleich dazu meniskenförmige Brillengläser ein schärferes Bild liefern. Nach Entdeckung der Vorzüge meniskenförmiger Brillengläser wurde stetig an einer Verbesserung der Abbildungseigenschaften gearbeitet. Die ersten Versuche, meniskenförmige Brillengläser mit reduzierten peripheren Unschärfen zu berechnen, machten die Augenärzte Ostwald und Tscherning. Die Ergebnisse hatten jedoch keine Bedeutung für die Praxis, da sie nur für sehr kleine Blickwinkel und nur für Brillengläser mit einer theoretischen Mittendicke von Null berechnet waren.

1908 beauftragte das Unternehmen Carl Zeiss den wissenschaftlichen Mitarbeiter Moritz von Rohr mit der exakten Berechnung von Brillengläsern. Es gelang ihm, ein punktuell abbildendes Brillenglas zu berechnen, bei dem die Unschärfen, die beim Blick durch die Randbereiche auftreten, minimiert sind. Die Berechnungen von Moritz von Rohr legten den Grundstein für die heutigen Punktal Brillengläser von ZEISS.

Der Weg zu flacheren Brillengläsern

Ein periskopisches Brillenglas

Der Weg zu flacheren Brillengläsern

Mit den ersten punktuell abbildenden Gläsern konnten zwar optimale Abbildungseigenschaften erreicht werden, von Nachteil war jedoch die starke kosmetisch unvorteilhafte Durchwölbung der Brillengläser, besonders bei höheren Fehlsichtigkeiten im Plusbereich.


Um dem Brillenglas mehr Ästhetik zu verleihen, wurden sogenannte periskopische Brillengläser angeboten, bei denen eine Fläche fast plan war. Dadurch wurde das gesamte Brillenglas zwar flacher, beim Blick durch die Randbereiche störte jedoch die mit erheblichen Abbildungsfehlern behaftete Optik. Die Abbildungsfehler führten insbesondere bei stärkeren dioptrischen Wirkungen zu Unschärfen beim Sehen.

Aspheric, atoric lens

Ein asphärisches/atrorisches Brillenglas

Die Lösung – Ästhetik und gleichzeitig gute Optik – brachten die Asphäre und der Atorus. Im Jahre 1986 führte Carl Zeiss als erster und bis heute einziger Hersteller ein Einstärkenglas mit atorischer Außenfläche ein: Das Hypal Brillenglas. Dieses moderne Flächendesign ermöglichte einwandfreie Abbildungsgüte in einem großen Blickfeld und gleichzeitig ästhetisch flache Brillengläser.

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3. Asphäre und Atorus

Die Asphäre – der klassische Schlankmacher

Asphärische Fläche mit gleichmäßiger Aufbiegung

Die Asphäre – der klassische Schlankmacher

Prinzipiell wird jede rotationssymmetrische Fläche, die von der Kugelform (Sphäre) abweicht, als asphärische Fläche, kurz: Asphäre, bezeichnet. Der Krümmungsradius einer solchen Fläche ändert sich vom Scheitelpunkt zur Peripherie hin kontinuierlich.


Bei ZEISS Einstärkengläser wird die Asphäre auf der Brillenglasvorderfläche verwirklicht. Der Computer errechnet für jede dioptrische Wirkung das ideale Design der Außenfläche.


Asphere - astigmatic error

Astigmatische Abweichung bei Brillengläsern mit astigmatischer Wirkung und asphärischer Vorderfläche. Zum Rand des Brillenglases hin nimmt der Fehler kontinuierlich zu.
Rechts: Beste Abbildungseigenschaften durch atorische Vorderfläche bei Hypal Brillengläsern.

Die Asphäre findet bei Brillengläsern mit sphärischer und astigmatischer Wirkung Anwendung. Bei Brillengläsern mit sphärischer Wirkung werden die in den Randbereichen auftretenden Unschärfen mit einer Asphäre optimal korrigiert. Bei Brillengläsern mit astigmatischer Wirkung kann die Asphäre allerdings immer nur für einen Hauptschnitt optimiert werden.


Wird die rotationssymmetrische Asphäre für den stärkeren Hauptschnitt eines Brillenglases mit astigmatischer Wirkung optimiert, verbleibt im anderen Hauptschnitt eine astigmatische Abweichung. Diese ist bei Brillengläsern mit geringer astigmatischer Wirkung vernachlässigbar klein, bei Plusgläsern mit höherem Zylinder macht sie sich jedoch so stark bemerkbar, dass eine gezielte Korrektur für beide Hauptschnitte wünschenswert ist. Dieses Problem löste Carl Zeiss mit der Entwicklung des Atorus.

Der Atorus – der intelligente Schlankmacher

Atorische Gestaltung der Außenfläche

Der Atorus – der intelligente Schlankmacher

Eine nicht rotationssymmetrische Fläche mit ungleichen Krümmungen in senkrecht zueinander stehenden Hauptschnitten, von denen mindestens eine Krümmung nicht kreisförmig ist, heißt atorische Fläche, kurz: Atorus.


Wie die Asphäre wird auch der Atorus bei Einstärkengläsern auf der Brillenglas- vorderfläche verwirklicht. Der Atorus findet Anwendung bei Brillengläsern mit astigmatischer Wirkung. Die Frontfläche des Brillenglases weicht dabei in jedem Meridian unterschiedlich stark von der Kugelform ab.


Die Flächenkonzeption des Atorus wird jeder dioptrischen Wirkung gezielt angepasst, so dass immer die bestmögliche Korrektur für beide Hauptschnitte erreicht wird. Das nur bei Carl Zeiss angewendete atorische Flächendesign erlaubt somit eine erstklassige Korrektur der Abbildungsfehler für Einstärken- gläser mit astigmatischer Wirkung.

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4. Details

Herkömmliche Gleitsichtgläser

Herkömmliche Gleitsichtgläser

Herkömmliche Gleitsichtgläser

Schon immer sind Gleitsichtgläser von ZEISS Hightech vom Feinsten. Durch eine asphärische Gestaltung des Fernbereiches der Gleitsichtfläche ist die Korrektur der Abbildungsfehler direkt im Gleitsichtglas-Design enthalten. Die Vorderfläche eines ZEISS Gleitsichtglases ist sowohl Gleitsichtglasfläche (unsymmetrische Freiformfläche) als auch korrigierende Asphäre. Diese Konzeption findet Anwendung bei den Gleitsichtgläsern Gradal HS und Gradal Top E.


Bei Einstärkengläsern mit astigmatischer Wirkung kann die Korrektur der Abbildungsfehler durch den auf der Vorderfläche befindlichen Atorus verwirklicht werden. Bei Gleitsichtgläsern aber war hierzu die Entwicklung einer atorischen Rezeptfläche (Rückfläche) notwendig.

 

Früher:

Kein asphärisches Gleitsichtglas-Design

  • starke Durchbiegung zur Korrektur der Abbildungsfehler
  • Schwächen in der Ästhetik

Moderne Gleitsichtgläser

Hightech-Flächendesign bei ZEISS Gleitsichtgläsern

Moderne Gleitsichtgläser

Der Aufwand zur Berechnung und Fertigung einer atorischen Rezeptfläche ist extrem hoch. Durch ein speziell von ZEISS entwickeltes Fertigungsverfahren ist die Umsetzung gelungen. Jede atorische Rezeptfläche wird unter Berücksichtigung von Sphäre, Zylinder, Achslage und Addition genau berechnet. Somit werden auch für ein Gleitsichtglas mit astigmatischer Wirkung hervorragende Abbildungseigenschaften erreicht.


Mit einer asphärischen Gleitsichtglasfläche und einer atorischen Rezeptfläche lässt sich sowohl der Abbildungsgüte als auch der Ästhetik in hohem Maße Rechnung tragen.


Heute:
Asphärisches Gleitsichtglas-Design und atorische Rezeptfläche

  • hervorragende Abbildung und ästhetisch flaches Glas-Design
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