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Dokumentenidentifikation DE102005048212A1 12.04.2007
Titel Optisches Beobachtungsgerät und Verfahren zum gesteuerten Einstellen einer Brechkraft eines optischen Elements in einem optischen Beobachtungsgerät
Anmelder Carl Zeiss Vision GmbH, 73430 Aalen, DE
Erfinder Baumann, Oliver, Dr., 73430 Aalen, DE;
Cabeza Guillén, Jesús Miguel, 73430 Aalen, DE;
Claus, Michael, Dr., 73434 Aalen, DE;
Haidl, Markus, Dr., 73431 Aalen, DE;
Kelch, Gerhard, 73431 Aalen, DE;
Kratzer, Timo, 73430 Aalen, DE;
Krug, Herbert, Dr., 73433 Aalen, DE;
Schnitzer, Peter, Dr., 89522 Heidenheim, DE;
Wang, Hexin, Dr., 89551 Königsbronn, DE
Vertreter Witte, Weller & Partner, 70178 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 29.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005048212
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G02C 7/08(2006.01)A, F, I, 20050929, B, H, DE
Zusammenfassung Ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere Brille (10), Lesehilfe oder Fernrohr, weist ein in seiner Brechkraft gesteuert einstellbares optisches Element, insbesondere Brillenglas (16R, 16L), einen Sensor (24), sowie ein Steuergerät (30) zum Einstellen der Brechkraft in Abhängigkeit von Signalen des Sensors (24) auf. Der Sensor (24) ist ein Helligkeitssensor. Bei einem Verfahren zum gesteuerten Einstellen einer Brechkraft eines optischen Elements in einem optischen Beobachtungsgerät wird mittels eines Sensors (24) ein optischer Parameter erfasst und die Brechkraft in Abhängigkeit von einem Signal des Sensors (24) eingestellt. Mittels des Sensors (24) wird die Helligkeit des in das optische Gerät einfallenden Lichts (26) erfasst (Figur 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein optisches Beobachtungsgerät mit einem in seiner Brechkraft gesteuert einstellbaren optischen Element, mit einem Sensor und mit einem Steuergerät zum Einstellen der Brechkraft in Abhängigkeit von Signalen des Sensors.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum gesteuerten Einstellen einer Brechkraft eines optischen Elements in einem optischen Beobachtungsgerät, bei dem mittels eines Sensors ein optischer Parameter erfasst und die Brechkraft in Abhängigkeit von einem Signal des Sensors eingestellt wird.

Ein Beobachtungsgerät sowie ein Verfahren der vorstehend genannten Art sind aus der DE 102 58 729 A1 bekannt.

Zur dynamischen Korrektur von Sehfehlern ist es bekannt, Brillen mit Brillengläsern einzusetzen, die in ihrer Brechkraft elektronisch einstellbar sind. In der oben genannten DE 102 58 729 A1 ist eine selbstfokussierende Brille beschrieben, bei der am Brillengestell ein Sensor angeordnet ist, der die Brechkraft mindestens eines Auges direkt misst. Das Ausgangssignal des Sensors wird einem Steuergerät zu geleitet, das die Brechkraft des dem gemessenen Auge zugehörigen Brillenglases entsprechend nachstellt. Auf diese Weise können auch Personen mit eingeschränkter Akkommodationsfähigkeit über einen weiten Entfernungsbereich hinweg scharf sehen.

Eine ähnliche Anordnung ist auch in der US 6,491,394 B1 beschrieben. Mit der dort offenbarten elektronisch geregelten Brille werden ebenfalls Sehfehler des Brillenträgers dynamisch korrigiert. Dazu zählen Fehler niedrigerer Ordnung (Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit, Astigmatismus), aber auch Sehfehler höherer Ordnung (Aberrationen und weitere Sehfehler höherer Ordnung). Bei dieser bekannten Brille ist auch vorgesehen, die Brillengläser ggf. bereichsweise in ihrer Brechkraft einzustellen.

Bei Sehfehlern höherer Ordnung spielen unterschiedliche Einflussgrößen eine Rolle. So hat man festgestellt, dass die Beleuchtungsstärke, d.h. die Helligkeit des in das optische Beobachtungsgerät und damit in die Augen des Benutzers einfallenden Lichts eine wesentliche Rolle spielt. Die Pupillen des Benutzers adaptieren nämlich in Anhängigkeit von der Beleuchtungsstärke, indem die Pupillen in bekannter Weise im Hellen kleiner und im Dunklen größer sind. Diese Änderung des Pupillendurchmessers wirkt sich merklich auf die Fehlsichtigkeit höherer Ordnung aus.

Einerseits ändert sich mit der Pupillengröße die Fehlsichtigkeit zweiter Ordnung (Defokus und Astigmatismus). Die Hornhaut besitzt nämlich keine sphärische, sondern nur eine näherungsweise torische Oberfläche. Für unterschiedliche Pupillendurchmesser ist daher die benutzte Hornhautoberfläche anders. Das ergibt für irreguläre Hornhautoberflächen eine Änderung der effektiven Hauptkrümmung der Hornhaut. Dies ändert die totale Brechkraft des Auges. Bei manchen Menschen ist demzufolge die Brechkraft ihrer Augen nachts höher.

Andererseits ändert sich mit der Pupillengröße auch die Fehlsichtigkeit höherer Ordnung. Auch wenn die Hornhaut eine ideale sphärische Oberfläche besäße, würde eine Änderung des Pupillendurchmessers eine Änderung der sphärischen Aberration des Auges bedingen. Ferner spielt auch hier die irreguläre Hornhautoberfläche eine Rolle. Für verschiedene Pupillendurchmesser ist auch die Wirkung der Unregelmäßigkeiten anders. Dies ergibt eine Änderung der Aberrationen höherer Ordnung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere Brille, sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll es erfindungsgemäß möglich werden, die Korrektur von Sehfehlern zweiter und höherer Ordnung dadurch zu vervollkommnen, dass zusätzliche Einflussgrößen berücksichtigt werden.

Bei einem optischen Beobachtungsgerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sensor ein Helligkeitssensor ist.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels des Sensor die Helligkeit des in das optische Gerät einfallenden Lichts erfasst wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Dadurch, dass die Beleuchtungsstärke berücksichtigt wird, können die eingangs bereits erläuterten Effekte hinsichtlich der Fehlsichtigkeit zweiter und höherer Ordnung, nämlich der Einfluss des sich ändernden Pupillendurchmessers in Verbindung mit der nicht-sphärischen Form der Hornhaut merklich kompensiert werden.

Aus der EP 0 341 519 A2 sowie der FR 2 530 039 A1 sind zwar Brillen mit integriertem Helligkeitssensor bekannt, diese Sensoren steuern jedoch die Durchlässigkeit der Brillengläser, um auf diese Weise eine elektronische Sonnebrille bzw. Arbeits-Schutzbrille zu realisieren.

Nach einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Beobachtungsgeräts wird die Helligkeit direkt erfaßt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf einfache und bewährte Helligkeitssensoren, beispielsweise Photodioden, zurückgegriffen werden kann.

Bei einer zweiten Variante hingegen wird die Helligkeit indirekt erfaßt, vorzugsweise dadurch, dass der Durchmesser einer Pupille eines Auges eines Benutzers des Beobachtungsgeräts gemessen wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass zusätzlich das Verhalten der Iris bei sich ändernder Umgebungshelligkeit berücksichtigt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das optische Element bereichsweise in seiner Brechkraft einstellbar.

Diese Maßnahme hat zum einen den Vorteil, dass die Korrektur von Sehfehlern höherer Ordnung besonders effektiv möglich ist, weil durch unterschiedliche Einstellung der verschiedenen Bereiche z.B. eines Brillenglases nahezu beliebige asphärische Formen erzeugt werden können. Andererseits kann man auch eine Anpassung an die Gebrauchsbedingungen vornehmen, indem beispielsweise der untere Bereich eines Brillenglases für den Nahbereich und der obere Bereich für einen Fernbereich optimiert, oder die Blickrichtung des Benutzers berücksichtigt wird.

Im einfachsten Fall kann das optische Beobachtungsgerät ausschließlich von dem Helligkeitssensor gesteuert werden, indem beispielsweise nur die Sphäre in Abhängigkeit des Zustandes Hell/Dunkel adaptiert wird.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind jedoch Mittel zum Messen der Brechkraft mindestens eines Auges eines Benutzers des optischen Beobachtungsgeräts vorgesehen, wobei Ausgangssignale der Mittel dem Steuergerät zugeleitet und die Signale des Sensors den Ausgangssignalen der Mittel überlagert werden.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Einstellung der Brechkraft des optischen Elements, beispielsweise des Brillenglases, als überlagerte Steuerung ausgestaltet ist, bei der die Grundsteuerung über eine Messung der Brechkraft mindestens eines Auges des Benutzers stattfindet und die Beleuchtungsstärke als Korrekturgröße dient.

Im zuletzt genannten Fall können die Mittel zum Messen der Brechkraft des mindestens einen Auges zugleich derart ausgelegt sein, dass sie im oben beschriebenen Sinn den Durchmesser der Pupille dieses Auges messen.

Die Einstellung der Brechkraft kann alternativ nur in kleinen Bereichen erfolgen, wie dies für eine bestimmte Person ausreichend ist. Darüber hinaus ist aber auch eine Einstellbarkeit über einen weiten Bereich möglich, damit das optische Beobachtungsgerät auch von mehreren Personen benutzt werden kann.

Das optische Beobachtungsgerät kann bevorzugt als eine Brille mit mindestens einer in ihrer Brechkraft gesteuert einstellbaren Linse, als Leselupe mit in ihrer Brechkraft gesteuert einstellbaren Linse, oder als Fernglas mit mindestens einer in ihrer Brechkraft gesteuert einstellbaren Linse ausgebildet sein.

Bei einer ersten Gruppe von Ausführungsbeispielen dazu kann die Linse elektrisch einstellbar sein, beispielsweise mittels elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer Wechselfelder oder mittels elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer quasi-statischer Felder.

Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsbeispielen hingegen kann die Linse mittels mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Krafteinwirkung einstellbar sein.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1: eine äußerst schematisierte perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Beobachtungsgeräts in Gestalt einer Brille; und

2: ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Wirkungsweise der Brille gemäß 1.

In 1 bezeichnet 10 als Ganzes eine Brille, die hier beispielhaft für ein optisches Beobachtungsgerät steht, das auch eine Sehhilfe, eine Lupe, ein Fernglas, ein Fernrohr usw. sein kann, d.h. ein gerät, das von einer Person benutzt wird, die mit ihren Augen und mittels optischer Hilfsmittel ein Objekt betrachtet.

Die Brille 10 ist mit seitlichen Bügeln 12R und 12L versehen, die von einer vorderen Fassung 14 zusammengehalten werden. Die Fassung 14 hält Brillengläser oder Linsen 16R und 16L. Mindestens eines der Brillengläser 16R und 16L ist in seiner Brechkraft gesteuert einstellbar und zwar entweder gesamthaft oder bereichsweise, wie dies an sich bekannt ist.

Die Brillengläser 16R und 16L können zu diesem Zweck mit Kristallflüssigkeiten aufgebaut sein, beispielsweise als als pixeliertes SLM (Spatial Light Modulator) oder als eine durch ein Feld kontrollierte fokussierbare Linse. Das Feld kann elektrisch, magnetisch oder elektromagnetisch sein. Es kann sich dabei um ein Wechselfeld oder um ein quasi-statisches Feld handeln. Die Steuerung kann aber auch mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgelegt sein.

Auf der Rückseite der Fassung 14, d.h. zu den (nicht dargestellten) Augen des Benutzers der Brille 10 hin gerichtet, sind oberhalb der Brillengläser 16R und 16L Sende- und Empfangsmodule 20R und 20L angeordnet. Diese dienen zum vorzugsweise direkten Messen der Brechkraft der Augen des Benutzers, wie dies im Einzelnen z.B. in der DE 102 58 729 A1 beschrieben ist. Die entsprechenden Lichtstrahlen, also das in die Augen eingestrahlte Messlicht sowie das von den Augen reflektierte Licht, sind bei 22R und 22L angedeutet.

Auf der Vorderseite des Rahmens 14, vorzugsweise in dessen Mitte, ist ein Helligkeitssensor 24 angeordnet. Der Helligkeitssensor 24 misst die Beleuchtungsstärke des in die Augen des Benutzers einfallenden Umgebungslichts, das mit einem Pfeil 26 angedeutet ist. Es versteht sich dabei, dass auch mehrere Helligkeitssensoren vorgesehen sein können, beispielsweise einer für jedes Auge.

Alternativ zu dieser direkten Messung kann die Helligkeit auch indirekt gemessen werden, beispielsweise dadurch dass der Durchmesser der Pupille mindestens eines Auges des Benutzers gemessen wird. Diese Funktion kann in die Sende- und Empfangsmodule 20R, 20L integriert sein.

Die Sende- und Empfangsmodule 20R, 20L sowie der Helligkeitssensor 24 sind an ein Steuergerät 30 angeschlossen, das in dargestellten Beispiel in den linken Bügel 12L integriert ist.

2 zeigt als Blockschaltbild die Verschaltung der vorstehend genannten Elemente. Die Sende- und Empfangsmodule 20R, 20L sind an Eingänge 30a und 30b des Steuergeräts 30 angeschlossen. Das Steuergerät 30 bildet aus den Signalen der Sende- und Empfangsmodule 20L und 20R Steuersignale zum Einstellen der Brechkraft der Brillengläser 16R und 16L. Dieser Steuerung wird vorzugsweise das Signal des Helligkeitssensors 24 überlagert,

Die Brille 10 kann in einer einfacheren Ausführungsform auch nur mit dem Helligkeitssensor 24 versehen sein, also ohne Elemente zum Bestimmen der Brechkraft der Augen des Benutzers. Dann würde die Brechkraft der Brillengläser nur in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen Hell/Dunkel verstellt, ohne Rücksicht auf einen individuellen Sehfehler des Benutzers.

In diesem Falle kann der Einstellbereich mit weiten Grenzen vorgesehen werden, damit die Brille, oder ein entsprechendes anderes optisches Beobachtungsgerät, von mehreren Personen benutzt werden kann (Familienbrille).


Anspruch[de]
Optisches Beobachtungsgerät mit einem in seiner Brechkraft gesteuert einstellbaren optischen Element, mit einem Sensor (24) und mit einem Steuergerät (30) zum Einstellen der Brechkraft in Abhängigkeit von Signalen des Sensors (24), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) ein Helligkeitssensor ist. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitssensor die Helligkeit direkt erfasst. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitssensor die Helligkeit indirekt erfasst. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitssensor die Helligkeit über eine Messung des Durchmessers einer Pupille mindestens eines Auges eines Benutzers des optischen Beobachtungsgeräts (10) erfasst. Optisches Beobachtungsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element bereichsweise in seiner Brechkraft einstellbar ist. Optisches Beobachtungsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (20R, 20L, 22R, 22L) zum Messen der Brechkraft mindestens eines Auges eines Benutzers des optischen Beobachtungsgeräts vorgesehen sind, dass Ausgangssignale der Mittel (20R, 20L, 22R, 22L) dem Steuergerät (30) zugeleitet werden und dass die Signale des Sensors (24) den Ausgangssignalen der Mittel (20R, 20L, 22R, 22L) überlagert werden. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Brechkraft zugleich den Durchmesser der mindestens einen Pupille erfassen. Optisches Beobachtungsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es als Brille (10) mit mindestens einer in ihrer Brechkraft gesteuert einstellbaren Linse (16R, 16L) ausgebildet ist. Optisches Beobachtungsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es als Leselupe mit in ihrer Brechkraft gesteuert einstellbaren Linse ausgebildet ist. Optisches Beobachtungsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es als Fernglas mit mindestens einer in ihrer Brechkraft gesteuert einstellbaren Linse ausgebildet ist. Optisches Beobachtungsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (16R, 16L) elektrisch einstellbar ist. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse mittels elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer Wechselfelder einstellbar ist. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse mittels elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer quasi-statischer Felder einstellbar ist. Optisches Beobachtungsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse mittels mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Krafteinwirkung einstellbar ist. Verfahren zum gesteuerten Einstellen einer Brechkraft eines optischen Elements in einem optischen Beobachtungsgerät, bei dem mittels eines Sensors (24) ein optischer Parameter erfasst und die Brechkraft in Abhängigkeit von einem Signal des Sensors (24) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sensors (24) die Helligkeit des in das optische Gerät einfallenden Lichts (26) erfasst wird. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit direkt erfasst wird. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit indirekt erfasst. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit über eine Messung des Durchmessers mindestens einer Pupille eines Auges eines Benutzers des optischen Beobachtungsgeräts (10) erfasst wird. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechkraft mindestens eines Auges eines Benutzers des optischen Beobachtungsgeräts gemessen und daraus ein Ausgangssignal zum Einstellen der Brechkraft des optischen Elements abgeleitet wird, und dass dem Ausgangssignal das Signal des Sensors (24) überlagert wird.






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