DE3750815T2 - Holographische Linsen mit Verwendung in der Ophthalmologie. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Feld der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich auf holographische Linsen zur Korrektur des Visus und eine Methode zur Herstellung solcher Linsen.
2. Beschreibung der Vorzugsart
• Was diese Anwendung betrifft, kann Holographie im allgemeinen als eine linsenlose photographische Methode bezeichnet werden, die Laserlicht benutzt, um dreidimensionale Bilder durch die Spaltung des Laserstrahls in zwei Strahlen und Aufzeichnung auf einer photographischen Fläche der minuziösen Interferenzmuster zu produzieren, die durch die eventuell von einem Spiegel reflektierten Referenzlichtwellen und die modulierten Lichtwellen erzeugt, wenn sie gleichzeitig vom Objekt reflektiert werden. Das virtuelle Bild kann durch die Beleuchtung des entwickelten Films mit Laserlicht, weißem Licht usw. wieder hergestellt werden.
• Eine Methode zur Aufzeichnung und Reproduktion von Wellenfronten wurde von D. Gabor in der Zeitschrift "NATURE" 161 777 (1948) zum Einsatz in der Mikroskopie vorgeschlagen.
• Die darauffolgende Entwicklung der Lasertechnik hat zur Schaffung eines ganzen neuen Bereichs der Optik geführt, das Holographie genannt worden ist. Holographie stützt sich auf der Aufzeichnung der gegenseitigen Interferenz von zwei kohärenten optischen Wellen, die von derselben Laserquelle stammen, auf lichtempfindlichem Material. Zur Interferenz werden zwei Strahlen benötigt; der Referenzstrahl, der normalerweise eine planparallele Welle konstanter Amplitude und Phase, und der Objektstrahl, der vom aufzuzeichneten Objekt gestreutes Licht ist und infolgedessen damit zusammenhängende Amplituden- und Phaseninformation trägt. Diese gegenseitige Interferenz von einem kohärenten Referenzstrahl und einem kohärenten Objektstrahl führt nicht nur zur Aufzeichnung der durchschnittlichen Intensität (wie in der üblichen Photographie), sondern auch der Phase der Wellen. Das Hologramm enthält also alle Informationen betreffend den Objektstrahl und kann ihn auch reproduzieren.
• In bevorzugter Weise wird die Hologrammaufzeichnung durch chemische Mittel wie in der üblichen Photographie entwickelt. Das entwickelte Material wird durch den während der Aufzeichnung benutzten Referenzstrahl beleuchtet, wodurch seine Diffraktion den aufgezeichneten Objektstrahl exakt reproduziert.
• Andere Veröffentlichungen von Herstellungsarten, die mit dieser Erfindung zusammenhängen:
• "HOLOGRAPHIE" von M. Francon, herausgegeben von Masson & Cie (1969);
• "OPTICAL INFORMATION PROCESSING AND HOLOGRAPHY" von W.T. Cathey, herausgegeben von J. Wiley (1974); und
• "OPTICS" von M.B. Klein, herausgegeben von J. Wiley (1970).
Ziele und Zusammenfassung der Erfindung
• Hauptziel dieser Erfindung ist die Herstellung auf Fotofilm von holographischen Linsen jeglicher Dioptrienstärke, die zur Korrektur der Ametropie eingesetzt werden. Ametrophie ist ein allgemeiner Fachausdruck zur Bezeichnung der Fehlsichtigkeit infolge Refraktionsanomalie des Auges, wie Myopie, Hyperopie oder Astigmatismus.
• Dieses und andere Ziele der Erfindung werden erreicht, wie es in der nachfolgenden Zusammenfassung erklärt wird.
• In dieser Erfindung wird ein Hologramm durch die Aufzeichnung der Interferenz von zwei optischen Feldern erzeugt, vom ersten Feld, einem parallelen monochromatischen Me-Ne-Laserstrahl, und vom zweiten Objektfeld- oder Strahl, einem von derselben Quelle ausstrahlenden (d.h. kohärent) Strahl. Dadurch ergibt sich ein konvergierender Strahl, der einen konvergierenden Winkel der Linsen darstellt, deren Hologramm erzeugt wird. Es wird also ersichtlich, daß das Hologramm tatsächlich wie eine Linse wirkt.
• Die holographische Linse dieser Erfindung wird gemäß den optischen Bedürfnissen des Benutzers hergestellt. Infolgedessen wird für jeden Benutzer ein bestimmtes Hologramm auf dem lichtempfindlichen Film hergestellt, so daß die Brennweite diesem Benutzer angepaßt ist.
• Ein wichtiger Vorteil der durch die Methode dieser Erfindung erzeugten holographischen Linsen, der bei den üblichen Augengläsern nicht zu finden ist, ist die extreme Leichtheit und die gleichmäßige Dicke, egal welche Dioptrienstärke durch das Hologramm erzeugt wird. Auch können sie durch einen einfachen photographischen Prozeß erzeugt werden, statt den komplizierten industriellen Prozessen, die zur Formung der Krümmung der üblichen Brillenlinsen eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Abb.1 ist eine schematische Darstellung der vorgezogenen allgemeinen holographischen Methode, worin ein Objektstrahl und ein Referenzstrahl zur Erzeugung eines Hologramms zusammentreffen,
• Abb. 1B zeigt eine Reproduktion des Objektstrahles der Abb. 1A, nachdem ein Film, worauf ein Hologramm aufgezeichnet worden ist, mit dem Referenzstrahl beleuchtet wird,
• Abb. 2 zeigt die schematische Darstellung eines durch einen Referenzstrahl und einen Objektstrahl erzeugten Hologramm, worin der Objektstrahl eine divergierende oder konvergierende sphärische Welle ist (als ob von einer Einzelpunktlichtquelle stammend, die in einem Abstand f vom Aufzeichnungsmaterial steht),
• Abb. 2B zeigt eine schematische Darstellung der Reproduktion des Objektstrahls der Abb. 2A, die erzeugt wird, wenn das lichtempfindliche Material mit dem Referenzstrahl beleuchtet wird,
• Abb. 2C ist eine schematische Darstellung einer monochromatischen Lichtquelle, die das lichtempfindliche Material in einer bestimmten Wellenlänge belichtet, und
• Abb. 3 ist eine ausführliche schematische Darstellung, wie ein Hologramm auf einer Linse für die spezifischen Bedürfnisse eines Benutzers nach der Methode dieser Erfindung erzeugt wird.
Beschreibung der bevorzugten Verkörperung
• In der durch Abb. 1 dargestellten bevorzugten Methode wird ein Objektstrahl (5) durch ein Diffraktionsgitter zu einer lichtempfindlichen Fläche, wie z.B. einer Filmlinse, geführt. Gleichzeitig wird ein anderer kohärenter lasererzeugter (als Referenzstrahl bezeichneter) Strahl (4) durch ein Diffraktionsgitter zu einer lichtempfindlichen Fläche geführt. Die Interaktion zwischen den beiden kohärenten Strahlen (4 und 5) führt zur Erzeugung eines Hologramms auf der lichtempfindlichen Fläche (1).
• Wenn man eine Wellenlänge (λ) für die zwei kohärenten Strahlen von monochromatischem Licht annimmt, ist die mathematische Formel für die Erzeugung eines Hologramms für zwei Planwellen der folgenden Formen wie folgt:
• mit Wellenvektoren Kr, Ko, wobei sie
• Ko = Kr 2π/λ
• und der Winkel zwischen Kr und Ko = 2 * θ
• das lichtempfindliche Material beleuchten.
• Die Intensität des Interaktionsfelds wird:
• I(r) ist proportional zu (Er + Eo) (Er + Eo) * 1 = Ar ² + Ao ² + Z Ar Ao cos.(K.r)
• wo K = Kr - Ko
• und r = Positionsvektor.
• Die Transmissionsfunktion T des Materials wird proportional sein zu: [I(r)] * * (-γ/2)
• sowie proportional zu jeder von den beiden folgenden Funktionen:
• 2[ Ao ² - γ Ao Ar cos(K.r)] B - y/2 Ao Ar [exp(iK.r)+exp(-iK.r)]
• nach der Entwicklung der Platte.
• Wie in der Abb. 1B dargestellt, wird die lichtempfindliche Filmlinse mit dem darauf abgebildeten Holoigramm durch den Referenzstrahl ER beleuchtet. Die diffraktierten Felder, die zum Auge des Beobachters gesendet werden, stammen von einem zweiten nützlichen Term der vorigen Gleichung der Form.
• Eo' ist proportional zu y/2 Ar ² Ao exp(-iKo.r), was vom Objektstrahl abhängig ist.
• Die Abbildungen 2A-2C zeigen die Erzeugung eines Hologramms, wenn der zur Aufzeichnung eingesetzte Objektstrahl eine divergierende oder konvergierende sphärische Welle ist, die so erscheint, als ob sie von einer Einzelpunktlichtquelle stammt, die im Abstand f vom lichtempfindlichen Material steht. Also, wie in Abb. 2A dargestellt, geht ein Einzelpunktlichtquelle-Objektstrahl (14) (Eo) durch ein Diffraktionsgitter (15) durch, um auf eine lichtempfindliche Fläche (13) zu treffen. Gleichzeitig geht ein zweiter kohärenter lasererzeugter Referenzstrahl (11) (ER) durch das Diffraktionsgitter (12), um auf die lichtempfindliche Fläche (13) zu treffen. Wie in der Abbildung dargestellt, steht die Objektlichtquelle in einem Abstand vom lichtempfindlichen Material entfernt.
• Abb. 2B zeigt die Reproduktion eines Hologramms zur Übertragung zum Auge des Beobachters durch den Einsatz eines kohärenten Referenzlichtstrahls (16), der durch Diffraktionsgitter (17) durchgeht, um auf die lichtempfindliche Fläche mit dem Holograph zu treffen, und einen divergierenden oder konvergierenden Objektstrahl (18), der Objektstrahlen (19) (E' und E") reproduziert, wobei Objektstrahl (19) divergierend und Objektstrahl (20) konvergierend am Punkt (27) (O") ist.
• Abb. 2C ist Abb. 2B ähnlich und gebraucht eine Wellenlänge für ihren Referenzstrahl (21), die zusammen mit dem kohärenten Objektlichtstrahl (22) ein Hologramm auf der photographischen Fläche (22) aufzeichnet, das sowohl divergiert als auch konvergiert, wobei der konvergierende Strahl am Punkt (23) konvergiert (P").
• Die Methode dieser Erfindung wird in Abb. 3 dargestellt, worin ein Helium-Neon Laserstrahl (λ = 0,6328 um) durch die Linsen (28 und 29) photographiert und vergrößert wird. Der Strahl wird dann durch Strahlspalter (30) geteilt und dann durch Diffraktionsgitter (36) geführt, um auf Spiegel (31) (A) zu treffen, wovon er zum Objekt (32) und Strahlspalter (34) geführt wird, um schließlich auf die lichtempfindliche Fläche des Films (35) zu treffen. Gleichzeitig wird der andere Teil des Strahls, der vorhin durch Strahlspalter (34) geteilt worden war, zu der lichtempfindlichen Fläche des Films (35) geführt. So wird auf dem Film (35) ein Hologramm erzeugt, welches bei Beleuchtung durch den Referenzstrahl (37) ein holographisches Bild erzeugen kann, welches zum Auge des Beobachters geführt wird. Wie oben erwähnt, ist ein wesentliches Merkmal dieser Erfindung, daß die Brennweite den optischen Bedürfnissen jeder Person angepaßt wird.
• Außerdem wird die resultierende Linse einen Teil des Lichts positiv, einen Teil negativ brechen und den übrigen Teil ungebrochen durchlassen. Das Auge des Beobachters wird sich auf das ihm zur Verfügung stehende, am meisten kohärente oder sinnvolle Bild fokussieren.
• Einer der Vorteile des Einsatzes einer holographischen Linse als Sehhilfe ist die Tatsache, daß ihr Auflösungsvermögen theoretisch sehr hoch ist und 1000 Linsen/mm unabhängig vom Linsendurchmesser erreichen kann.
• Bei der Herstellung der holographischen Linsen dieser Erfindung wurde eine Belichtung von 20 uJ/cm² eingesetzt. Die resultierenden holographischen Filme wurden in Phasenhologramme transformiert, um die Diffraktion zu erhöhen.
• Obwohl eine bevorzugte Verkörperung dieser Erfindung hierin gezeigt wurde, ist es klar, daß viele Variationen dieser Erfindung im Rahmen der im Anhang dargelegten Ansprüche praktizierbar sind.

Claims (6)

1. Eine Methode, um glatte holographische Linsen für Augenbrillen herzustellen, die zur Korrigierung der Ametropie des Benutzers dienen sollen, und die aus den folgenden Schritten zusammengesetzt wird;

-das Bestimmen einer passenden Brennweite für die oben genannte Korrigierung der Ametropie;

-danach gleichzeitig das Richten eines ersten kohärenten Strahls als einen objektiven Strahl auf einen glatten photographischen Film und einem zweiten kohärenten Strahl auf dem oben genannten Film, wobei ein Hologramm auf die oben genannte passende Brennweite hergestellt wird.

2. Die Methode nach Anspruch 1, wobei die oben genannten erste und zweite kohärente Strahlen von einem einzigen Laser erzeugt werden, einen Ausgang haben, der auf einen Strahlenspalter gerichtet wird, wovon die oben genannte erste und zweite kohärente Strahlen ausfließen.

3. Die Methode nach Anspruch 1, wobei die oben genannten ersten koharente Strahlen eine konvergierende sphärische Welle ist.

4. Die Methode nach Anspruch 1, wobei die oben genannte kohärente Strahlen eine divergierende sphärische Welle ist, solche, daß sie eine einzige Punktlichtquelle in eine konkrete Entfernung vom Film zu sein erscheint.

5. Die Methode nach Anspruch 1, den Schritt des Scheinens der oben genannten zweiten kohärenten Strahlen auf den oben genannten entwickelten Film weiter zusammenzustellen, wobei ein fokussiertes Bild vom Hologramm ins Auge des Benutzers hergestellt wird.

6. Eine glatte holographische Brillenlinse, die mit der Methode nach Anspruch 1 hergestellt wird.