CN1529831A - 具有用于包括校正各种视觉误差在内的自动清晰度调节的电子摄像机的双目光学装置,尤其是电子眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双目光学装置，尤其是电子眼镜，它具有一个用于包括校正各种视觉误差在内的自动清晰度调节的电子摄像机。用于各种领域的电子眼镜和助视器是已为大家所知道的，尤其是它们也具有微计算机、测距器和自动聚焦。为了能廉价生产双目光学装置，并实现校正各种视觉误差的自动清晰度调节，本发明光学装置具有一个眼镜架，具有至少一个电子摄像机，它被眼镜架承载，具有一个可由电机调节的、安装在前侧的透镜系统，它与电子摄像机相连接，其中视觉误差通过调整透镜的折射率和/或聚焦，自动调节到阅读距离或工作距离上而被校正。本发明属于电子眼镜和助视器领域。

Description

具有用于包括校正各种视觉误差在内的自动清晰 度调节的电子摄像机的双目光学装置，尤其是电子眼镜

本发明首先涉及如权利要求1所述的一种双目光学装置，尤其是电子眼镜。

用于校正视觉误差或用于防光、防尘、防碎片以及其它种类的眼镜或助视器及眼镜玻璃已为人们长期以来所熟知。这种助视器大都具有透镜或棱镜，它们被戴在眼睛前面，用以校正各种视觉误差。应用最为广泛的眼镜形式是由一对玻璃透镜构成，它们被一个金属的或塑料的框架所支撑并放在鼻梁上。框架由在侧面围绕头部或钩在耳后的挂钩(眼镜腿)固定在正确的位置上。具有塑料透镜的眼镜如今是常用的，因为这种材料不那么容易破碎并且重量轻。

人眼是具有透镜装置和组合成一个网膜(视网膜)的许多视觉细胞的摄像眼，并且具有球形结构，它具有约2.5厘米的直径且在前侧上明显凸出。球形眼珠被白色的坚固皮膜(巩膜)包围，在前面巩膜形成为透明的角膜。在巩膜内壁上是有大量脉管的眼络膜，它在巩膜边界上形成环状的运动弓形膜(虹膜)。虹膜使视线穿过视孔(瞳孔)，其中通过虹膜肌的收缩或放松使瞳孔缩小或放大，并使得总是有适量的光进入眼球。眼络膜内部是网膜(视网膜)，它由视觉细胞构成，并且接收、处理光感并通过视神经将光感传给大脑。眼睛内部被透明的玻璃体充满，玻璃体提供了眼压和眼球强度，并将眼络膜和视网膜压到衬底上。在虹膜和瞳孔后面张开着透镜，它可在特殊的平滑肌作用下拱起或变扁(调焦)。通过其它的肌肉，瞳孔可以变宽或变窄。瞳孔周边位于前透镜表面上并且将用室水充满的眼睛的后室与位于透镜、虹膜和角膜之间的前室分开。

如前所述，眼睛的工作方式类似于一个简单的照像机。透镜将外部世界的倒立图像投射到对光敏感的视网膜上，它对应于照像机中的胶片。如前所述，图像的清晰度调整(即聚焦)通过透镜的变扁或变厚来进行，人们称此过程为调焦。对于健康的眼睛，为了识别远处物体不需要调焦；透镜通过其保持带变扁并将该物体的清晰图像投射到视网膜上。然而被注视的物体愈近，平滑肌愈强烈地收缩，保持带松驰，透镜变圆。小孩可以清晰地看到约6厘米距离上的物体，然而随着年龄的增长，透镜的弹性减弱，从而30岁时清晰视觉的边界约为15厘米，50岁时为40厘米。在更大的年纪时，大多数人丧失了将其眼睛调节到阅读距离或工作距离上的能力。

折射误差导致不清晰的视觉图像。这些误差由眼球，角膜或透镜的体质缺陷或由内部眼肌的麻痹形成(散光、透视和近视)。折射误差(折射变异)-即眼睛中具有相应视觉缺陷的相对于正常光折射的偏离-是：近视、远视和散光。

近视也称为近视眼(Myopie)，这是眼睛的一种功能缺陷，由眼轴的变长(轴近视)或透镜过强的折射能力(折射近视)造成；这些原因使得透镜所折射的光线在射到视网膜上之前就已经会聚。在短距离上视力还是可以的，而在正常的或较远的距离上图像就不清晰了。近视大多数是天生的，然而经常在较晚的年龄才发展。补偿方法是采用凹的磨光眼镜玻璃。

远视也称为远视眼(Hypermetropie，Hyperopie)或提前远视，它是由透镜折射能力与眼球长度之间的错误关系引起的一种折射错误。或者是(大多数情况)眼球过短，即轴远视，或者是折射率太小，即折射远视。在这种情况下平行光束的(想像的)汇聚点还在视网膜的后面，因此形成的图像不清晰。远视的补偿由凸的眼镜玻璃完成。远视的老年人表现形式，以及折射远视是老花眼(Presbyopie)，即由于眼睛透视的弹性丧失使调节能力随年龄增长而下降所引起的远视。

散光(棍视，由大多数角膜的不规则皱纹引起的眼睛折射误差，大都是遗传和先天的)的补偿用圆柱形的磨光玻璃和隐形眼镜，它们补偿眼睛的不对称性，从而校正散光。最后，眼镜玻璃被打磨成棱镜来补偿聚焦误差。

经常需要将透镜研磨为上述多种形状的组合，以同时校正多种缺陷。整个眼睛系统的焦距此时被增大或减小，使得在眼睛休息时，来自远距离处物体的(平行)光束在视网膜上产生清晰的图像。透镜的厚度(折射率)用焦距(以米为单位)的倒数度量，度量单位被称为焦度(符号：dpt，以前为dptr)。一个1米焦距的透镜因而有1dpt＝1m^-1的折射率。

用+表示会聚透镜，-表示发散透镜；例如一个具有+2dpt的透镜是一个焦距为50厘米的会聚透镜(用于远视)，一个具有-2dpt的透镜是一个焦距为50厘米的发散透镜(用于近视)。

在双焦点玻璃时(具有两个焦距的透镜)，上面的部分用于看远处，下面的部分用于看近处，使得戴眼镜者例如为了能阅读只需向下看，而为了清楚识别远处的对象，则向上看。三焦点透镜是这样一种双焦点透镜，在其中部磨成另一个用于中间距离的透镜。除了放在镜架中以外，镜片还放在夹具中(夹子、钳子)或作为杆状镜片(带长柄的双目镜)或单镜片(单目眼镜)。隐形眼镜(薄镜片)以看不见的方式直接放在眼皮下面的角膜上。

摄像机(普通的每种光学图像拍摄设备)早已被人们熟知。现代摄像机由以下4个基本构件组成：一个外壳，一个快门，一个光圈和一个物镜。胶卷位于带有光圈和快门的不透光外壳中。安装在照像机前方的物镜由多块光学玻璃透镜组成。它使摄影者可以聚焦其目标，使得一个清晰的图像被投射到胶片上。大都可变的光圈和快门共同控制光的入射量。可变光圈由金属的或塑料的薄片构成，它们给出一个可调节的圆形孔。光圈数值对应于不同的光圈大小，这些光圈值在摄像机或物镜上给出。小的光圈值表示光圈孔大，大的光圈值表示光圈孔小。

在摄像机光路中的快门通过打开和关闭来调节光入射的时间长度(曝光时间)。大多数现代摄像机具有一个隙缝快门或一个虹快门，以及一个取景系统，它使摄影者可以精确选取图像片段。所有的单目镜面反射摄像机都装配有这种装置。此外几乎所有的摄像机装配有一个聚焦单元和一个胶卷传送装置。

为了得到更大的光强，现代摄像机具有透镜组，然而应用透镜组合产生成像误差，此误差必须用复杂的透镜系统来校正。主要的成像误差有：彩色偏差、球偏差、慧形象差和失真、散光和像域弯曲。如果光圈安装在物镜前面，失真呈桶状，若光圈安装在物镜后面，失真呈枕状；此成像误差也出现在采用前置透镜时。

通过曝光时间(快门时间)和光圈孔调节光学胶片感光所需的入射光线量。两者相互有比例关系。快门时间愈短，光圈必须愈大，使得可以有相同的光线量抵达胶片上。为了抓拍运动中的目标，选择较短的快门时间(以及较大的光圈孔)。反之，采用小的光圈孔(以及相应较长的快门时间)，则所谓的景深(或深度上的清晰度)变大。景深描述了这样一个空间区域，在此区域内被摄影者抓拍的对象清晰地成像。在具有大景深的照片中不仅近处物体，而且远处物体都能被精确识别。许多摄像机中在物镜上有一个标度，它给出不同光圈调节量时的景深。

现有用于各种目的的多种摄像机类型。按照胶片规格分为大规格摄像机(9×12至24×30厘米)，中等规格摄像机(6×9，6×7，6×6，6×4.5厘米)，小照片摄像机(24×36，18×24毫米)和最小照片摄像机(10×14和13×17毫米)；以及毛玻璃摄像机，取景器摄像机和镜面反射摄像机。测量取景器摄像机装配有一个透明取景器(具有集成的测距器)，摄影者可通过它选择照片内容。然而取景器不严格显示物镜所收集的图像片段，而只是一个近似相同的图像。当物镜收集的图像与取景器中显示的图像不相符时，称之为视差。当目标的距离较大时此偏差几乎不起作用。然而在短距离的情况下视差导致目标内容不完全呈现在完成的照片上。

单目或双目的镜面反射摄像机装配有镜面，它们引导物镜所收集的目标到取景器。双目镜面反射摄像机有一个取景器，它由一个安装在外壳上部的水平调焦玻璃构成。摄像机前部的两个物镜中下面的一个用于胶片的曝光，上面的一个用于观看外景。这两个物镜相互连结，使得一个物镜的清晰度调节自动跟随另一个物镜的调节。由取景器收集的图像经一个以45度角安装的镜面反射到调焦玻璃上。在聚焦的同时摄影者观察所要的图像片段。由下面物镜收集到的图像被投射到位于外壳后部的胶片上。像取景器摄像机一样，在双目镜面反射摄像机中也存在视差。

在单目镜面反射摄像机(ESR)中物镜不仅用于观察图像片段，而且也用于胶片的曝光。通过一个倾斜放置的镜面反射的目标成像通过一个五角棱镜到达取景器。在操作快门，即打开快门时，此镜面向上翻动，使得入射光线可以不受阻挡地对胶片曝光。在单目镜面反射摄像机中不存在视差。

大多数单目镜面反射摄像机具有一个(电子)狭缝快门。许多摄像机装配有自动曝光装置。在光圈调整中经常存在电子和人工调节的可能性。愈来愈多的摄像机生产厂商生产出具有自动聚焦装置的ESR摄像机，其中目标的距离被自动求出。此外中央处理单元协调许多摄像机的电子功能。大多数自动聚焦摄像机利用红外线或超声波进行距离的确定和清晰度调整(主动的自动聚焦)。其它的则装配被动的自动聚焦系统，其中摄像机的焦距不断变化，直至两个被摄像机接收的图像重合一致。

单目镜面反射摄像机的最大优点在于，在取景器中显现的图像真实地与以后感光在胶片上的图像相同。此外单目镜面反射摄像机操作相对简单。市场上也有大量可互换的镜头和摄像机附件供选择。由于这些原因ESR是职业和业余摄影者都喜欢采用的。以前由于其体积小和操作简单而被旅行摄影者所应用的测量取景器摄像机一直在由单目镜面反射摄像机所取代。这种摄像机由于其光学系统简单而比测量取景摄像机更结实、更轻，且发声更轻。与其它两种摄像机相比，双目镜面反射摄像机的操作较复杂，而且可提供的替换物镜选择种类少。由于有较多的负片规格，摄影者可以形成更高的细节清晰度：阿波罗飞行的美国宇航员用一个双目的Hasselblad镜面反射摄像机拍摄月球。除了这种摄像机，还有业务摄影爱好者特别喜爱的小图像微调摄像机，它的操作不断自动化。

摄像镜头可分为广角镜头、普通镜头和望远镜头。这些名称表示物镜的焦距，单位为毫米。焦距是焦点离物镜的距离。图像片段和照片的景深取决于物镜的焦距。

大规格摄像机、测量取景器摄像机和镜面反射摄像机装配所有三种镜头。在小图像摄像机中大都使用具有20至35毫米焦距的不可互换的标准镜头。其广角物镜提供最大的景深，而且比其它镜头收集更大的图像片段。这样所呈现的远处被聚焦的目标特别小。极端的广角或鱼眼镜头(Fisheye)提供180度和更大的图像角度。这样投射到胶片上的图像圆形失真。具有45至55毫米焦距的物镜被称为普通镜头，因为用它可拍摄出在图像尺寸上和远景都与人眼看到的图像最接近的照片。具有更长的焦距的物镜称为望远镜头。它提供极限的视域和很小的景深，然而以较大的增益显示图像片段。在小图像摄像机中适用85毫米或更长焦距的物镜作为望远镜头。

自动化借助于微芯片和光电元件实现。例如自动聚焦摄像机可以用变焦镜头自动调整距离。变焦镜头是可变物镜(旧称橡胶透镜)，即具有变动焦距的物镜，它可以连续改变图像尺寸而不改变站立地点。在用真正的变焦镜头时，如果改变焦距，不需要调整清晰度。用于小图像摄像机的变焦镜头有10至20个透镜。起初不足的成像效率在此期间已明显提高，然而具有固定焦距的物镜有更强的光，并在极限范围中清晰度更高。变焦镜头特别适合于与单目镜面反射摄像机组合，因为焦距的变化(以及目标的大小)在取景器中可看见。

装在摄像机镜头上的塑料或玻璃滤光器用于改变色调、对比度或亮度。此外，还可实现特殊效果。

如今，经典摄影与其它成像系统之间的分界限开始消失。在单个图像摄影中代替银卤化物感光乳剂，不断采用电子的信息载体。照片的分辨率(493×373和320×240像素)对应通常个人电脑显示器的图像质量；一个1兆字节的存储器足够存8至16张照片。如果要通过互联网寄出照片，必须应用专门的图像邮递卡软件。因此，存在视频单图摄像机，它将图像数据-被拍摄物体反射的不同的光线值-记录在软盘上。完成的图像可以在常规的电视屏慕上观看，并通过打印机打印在纸上。已知的还有小规格的CCD(电荷耦合器件)摄像机或CMOS(互补型金属氧化物半导体)摄像机，用于工业监测、保安技术、图像通信等领域中。例如CCD微型手指摄像机具有55毫米长、18毫米直径的外壳，14毫米的透镜直径，0.5Lux(勒克司)的光灵敏度，3.6毫米的焦距，自动的光圈调节，以及27克的重量；或者CCD微型摄像机模块具有32毫米的长度和宽度，14毫米的深度，2Lux的光灵敏度，4.5毫米的焦距，自动的光圈调节，以及10克的重量。作为比较，已知一种CMOS摄像机模件具有16毫米的长度和宽度，15毫米的深度，4.9毫米的焦距和2.8毫米的光圈。

作为助视设备的组合也已被公开。例如DE 3418319C1公开了一种助视器，它具有一个视频监示器、一个视频摄像机、一个可置于摄像机视域中的用于放置读物的支座、以及一个用于产生摄像机物镜与支座间相对运动的装置。个别地，在摄像机物镜的射线路径中安装一个扫描镜，借助一个可绕两个相互垂直放置的轴旋转的关节。对于每个旋转轴，一个驱动电机与镜子耦合。此外存在一个可用手或脚操纵的操作装置，其调节信号通过电子控制装置接到驱动电机上。

此外，DE84379921U1公开了一种助视设备，尤其是助读设备，它具有一个承载支座，用于两个相邻间隔放置的光学透镜。该支座具有一个对中的、对着使用者鼻梁上支架的支撑件，至少一个与此中心支撑件相连接的。用于放置两个透镜的支撑装置，以及两个可旋转地固定在支座开放端上对着耳翼-支架上支架的弓形夹。个别的，两个光学透镜是可分离的，并且由助视设备的使用者可交换地固定其中一个或两个到承载支座的一个或两个支撑装置上，同时一个或两个支撑装置固定地连接于中心的支撑件。

DE 29804368 U1公开了一种具有手动调节聚焦装置的眼镜。聚焦装置包括一个具有两个透镜框架的附加支座和可旋转地安装在其中的两个环形轮。此外还有一个柔性的连接两个轮子的旋转装置和两个配合到两个环形轮中的透镜。一个啮合板固定地安装在附加支座内侧的一个中间件上并且附有一个凸起部。一个主支座具有两个挂钩，它们被推到使用者的耳朵上，主支座还具有两个透镜框架，两个透镜被放到其中。主支座在其内侧具有一个坑，它被设计成能容纳啮合板上的凸起部。

类似地，DE 3720190A1提出了一种用于患有基本弱视症的人的光学装置。此光学装置具有一个常规的眼镜架，它装配有中性的或光学的透镜，并且在这些透镜前安装有一个望远镜棱镜系统，此系统在一个共同的焦点上被聚焦在离眼镜架一个规定的距离处。个别的，在眼镜架上活动地安装另一个支架，在此支架上安装一个或两个棱柱形透镜。此外一个用于自身运动的杠杆在此望远镜系统前或在每一个望远镜系统之前，从而以这种方式，整个系统的焦距被改变到一个可变的焦距上。此外杠杆还用于使上述透镜从此位置离开光路。

DE 19959379A1公开了一种可变化折射率的眼镜。此眼镜具有透镜系，它们的折射率以及光轴的位置和方向是可变的。此外存在一个调节装置，用于同时调整折射率，各个透镜光轴的位置和方向。

类似地DE29911082U1设计了一种眼镜，其中为了放大视力，采用11个小孔，它们可通过可旋转的移动调整到各个所要的视力。

此外DE 4004248C1公开了一种双目助视器，它具有一个可戴在使用者头上的框架，两个由框架承载的光学系统：每个光学系统的光轴通过使用者配有此光学系统的眼睛的接收旋转点，从而使用者可同时用两只眼睛通过相应眼睛所具有的光学系统观看。此外还有一个角度调节装置，以分别对至少两个不同的工作距离中的一个在包含光轴的平面内调整两个光学系统的主轴方向。角度调节装置具有导向装置，在每个光学系统在其导向装置中运动时，相应的光学轴围着使用者相应眼睛的接收旋转点旋转。此外存在一个校正装置，它使得清晰调节光学系统到相应视距上成为可能。

具有光强度调节的眼镜也已问世了。例如DE 9313834U1公开了一种眼镜，它具有第一对玻璃安装槽和第二对玻璃安装槽在眼镜支座的两个框架中。第一对玻璃和第二对玻璃被分别放在第一对或第二对玻璃安装槽中，并且第一对和第二对玻璃被设计为极化滤波器。第二对玻璃围绕着边缘具有齿。在支座中央安装两个驱动齿轮，它们与第二对玻璃的齿啮合。引外具有一个驱动装置，用以使驱动齿轮旋转，从而使第二对玻璃相对于第一对玻璃旋转。

现在已知的还有电子眼镜。例如DE19724139C1公开了一种具有一个眼镜支座的电子眼镜，支座承载有至少一个电子摄像机和两个显示器，两个显示器可分别通过一个观看透镜系被使用者的双目观看。此外存在一个图像处理电路，它处理由电子摄像机接收到的图像，并提供一个输出信号来控制显示器。特别是两个观看透镜系中至少一个具有一个填隙玻璃，它被两个对立平面所限定，两个平面包围一个角度，并且填隙玻璃可绕着一个轴旋转地被安装，此轴近似垂直于两个平面，且平行于观看透镜系的光轴。

DE19959379A1公开了一种可变折射率的眼镜，为了支持眼睛的调节，其折射率是可调节的。此眼镜具有两个观看透镜系，它们分别有一个可变折射率的透镜和一个具有可变角度的棱镜。引外具有一个用于调节可变折射率透镜的折射率的第一调节装置，一个用于调节具有可变角度的棱镜的棱镜折射率的第二调节装置以及一个连接装置。第一调节装置改变相应透镜前表面的弯度，以改变其折射率。第二个调节装置改变相应的具有可变角度的棱镜的前表面的倾角，以改变其棱镜折射率。最后，连接装置用于调节第一和第二调节装置，以使两个调节相互配合。这样当眼镜长时间配戴时也可有一个舒适的双目视觉，并且在适应和感觉之间的平衡不被破坏。特别是具有可变的折射率的透镜具有韧性外皮，它被透明液体充满。

尤其是相应的具有可变角度的棱镜由两个固定的透明小板和一个韧性膜片组成，此膜片密封固定透明小板之间的空间。内部空间用透明液体填充。可变折射率相应棱镜的前表面是倾斜的，以根据透明液体的体积来改变配载者太阳穴侧外面棱角。第一个泵用于调节透明液体被压入可变折射率透镜中的体积。第一个泵和推动第一个泵的活塞的电磁铁构成用于调节透镜的折射率的第一调节装置。第二个泵用于调节透明液体被压入具有可变角度的棱镜中的体积。第二个泵和推动第二个泵的活塞的电磁铁构成用于调节棱镜的棱镜折射率的第二个装置。以类似方法第三个泵(它与可变折射率透相连接)和一个电磁铁构成第一个调节装置。第四个泵(它与可变角度的棱镜相连接)和一个电磁铁构成第二个调节装置。

DE19959379A1公开的可变折射率眼镜还具有一个用于测量对象距离的距离传感器，一个用于控制4个电磁铁的处理器和一个存储器，在存储器中存储着对象距离与所需的电磁铁驱动尺寸之间的关系。处理器从存储器读出对应于距离传感器的对象距离信号的电磁铁驱动尺寸之间的关系。处理器从存储器读出对应于距离传感器的对象距离信号的电磁铁驱动尺寸，并接着控制电磁铁来调节可变折射率透镜的折射率。同时处理器从存储器读出对应于对象距离信号的相应附加折射率的电磁铁的驱动尺寸，并且控制电磁铁来调节具有可变角度的棱镜的棱镜折射率。同时处理器具有连接装置的功能，以配置由第一调节装置进行的调节给由第二调节装置进行的调节，从而连接一个调节与另一个调节。以这种结构，在对象距离变化时不仅折射率而且棱镜的折射率都在变化，从而在调节和舒适性之间保持平衡。

JP 08-043775A公开了一种类似具有微处理器、距离测量仪和自动聚焦的电子眼镜。其中具有一个+18D的透镜和一个-20D的透镜，从而提供5米至30厘米之间的调节范围。距离测量仪设置在中央的眼镜鼻架中。

DE 3342126A1公开了一种视频拍摄装置。在拍摄时使用者的所视景物用一个微型电视摄像机拍摄下来，此摄像机安装在眼镜鼻架上(或者用如果拍摄用于立体观看的话，采两个摄像机)。一台或两台微型摄像机可以安置在眼镜支座上，使得使用者可正常观看景物，并通过一个取景器进行检查，取景器显示提供给电视摄像机的景物部分。这得使用者可以用空出的手拍照，并几乎实时地拍摄景物，因为摄像机和取景器在方向上对准所要的景物部分。因为不同人的眼睛有不同眼距，视域应如此调整，使得其适合于使用者。通常合理的是当摄像机中一个接收下调节时取景器的位置在眼镜上被调节。取景器可在侧面向上和向下运动，并且此运动可通过眼镜的鼻架调节。如果需要变聚装置，则可以通过电子方式实现，其中每一个摄像机具有一个CCD芯片(电荷耦合器件芯片)，它可拾取光线并依据由光学电荷位移元件接收的图像产生一个电子信号。此芯片被安装在单个透镜单元(典型的是一个16毫米F2远角透镜)和一个镜面的后面。摄像机不需要焦距调节，如果应用一个短焦距的光学透镜的话。焦距调节可根据需要采用，而且一个简单的焦距螺纹用于调节透镜。如果想屏蔽焦距螺纹的调节，一个小的滑动杆安装在支座的后侧面上。也可以有一个焦距指示器，例如用彩色码，并且沿着CCD如此安装，使得只有使用者才看得见。也可以采用电子的或用其它方法的自动聚焦：

如上所述，光圈可以手动控制或通过简单的电子方法(例如一个直接安装在摄像机透镜后面的液晶装置)进行控制。此外可选用一个具有足够光接收频段的CCD，使得光圈功能可通过拍摄装置中的一个自动增益调节电路实现。视频拍摄装置，尤其是按照DE 3342126A1电子透镜和取景器在玻璃眼镜、防护镜或其它眼镜的应用领域中具有广泛的应用。流行的视频录像带或电子的静止图像记录可用很少的费用，并且不影响手地实现。摄像机可在航船、车辆、飞机等处使用。其它的应用是在自我训练视频录像带的工作中，在工业领域中，在培训电影的工作中，以及形成一个立即可交付的照片，作为残疾人的摄像机，以及在安全和军事部门中，在那里保守秘密有时是需要的。

DE 19624184 A1公开了一种太阳镜或收音眼镜，它具有对信息，尤其是广播的接收装置。在1眼镜钩的上部内建接收机的区域中，在不同的槽中安装有音量调节器、组合开关和选台器。在耳部后面另一个槽中有一个具有管状弓形夹的耳机，它安装在一个位移装置上用于调节。位移装置由一个在一个栅格中具有位移轴承的、可固定在不同锁定位置中的位移件。在传声器孔的后面有一个传声器，它通过组合开关可选择地被接通。此外在一个结构空间中安放一个蓄电池，此空间具有一个盖。在两个挂钩中的各个设备单元通过位于桥中的连接导线而相互连接。为此目的，在关节上可配置滑环触点，或者过桥接线。通过组合开关可开通或关断接收机，并且在另一个开关位置上开通传声器。在鼻架下面有一个插孔，用于连接一台盒式录音机。

在上述的现有技术中，已经有了双目光学装置、电子眼镜和助视器，它们用于不同领域中。上述光学装置的主要缺点在于光学系统在相应工作距离上的清晰度调节需要很大的机械开销和不断进行手动操作，并且通常重量很大。具有微计算机、测距器和自动聚焦的电子眼镜能够在整体上满足各种要求，但是它对应于需求提出了价格昂贵的解决方案。相应地，电子眼镜不能广泛应用，并且在一般是在做了相应的眼睛测试之后为各个使用者生产出适配的眼镜或助视器。尤为有意义的是，光学领域内工业被视为特别进步的、有发展前景的工业，它有非常快的改进和简化。

相对于现有的双目光学装置，本发明目的在于廉价地实现这种装置，并可实现包括各种视觉误差的校正在内的自动清晰度调整。

按照权利要求1，上述任务由一个双目光学装置，尤其是电子眼镜完成，它具有：

·一个眼镜架，

·至少一个电子摄像机，它被眼镜架承载，以及

·一个可由电机调节的，安装在前侧的透镜系统，它与电子摄像机相连接，

其中视觉误差通过调整透镜的折射率和/或聚焦(包括自动调节到阅读距离或工作距离上)而被校正。

本发明的光学装置具有以下优点：以极其简单的方式和方法可以实现针对个人的视觉误差的持续校正。按本发明改进的电子摄像机(最好是一个其透镜向前方观看的视频摄像机)的附加重量相对于光学装置的总重量来说很轻，因为通过舍弃了用于清晰度调节的手工调节装置而降低了重量。本发明基于摄像机功能和用于满足不同配戴者要求的眼镜功能的组合，从而第一次通过电子控制给出了一种进一步全自动化的适合需求的眼镜，它可以高精度地实现各种要求，而无需为此付出更高的费用。其应用领域广阔，从具有严重视力障碍的人到用于外科手术或工业中安装微型机械等领域中的助视器。框架的结构深度最好在28毫米至50毫米之间，并且放大范围最好在2.5倍至10倍之间。实践表明，最大总重量约为70克。由于去除了手动调节-例如在DE29804368U1公开的具有可手动调节的聚焦装置的眼镜中具有手动调节-眼镜在使用时是舒适的，并且使有严重视力障碍的人可以安全地运动。

在本发明如权利要求2所述的有优点的方案中，设置了一个与透系统和摄像机相连接的电子控制装置，它具有一个用于存储两个眼镜的手动预调值的存储器，此预调值作为用于与眼距和视力误差的校正相适配的额定值。

本发明的这个方案具有以下优点：由于一次性和针对个人的预调，用于全自动调节的费用可以保持很低。通过不断控制对比度的自动聚焦连续地获得清晰的图像。

在权利要求3所述本发明的进一步设计中，一个控制装置用于电机控制和为了提高调节速度，在电机的从动轴一侧上设置了一个传动装置。

本发明的这个改进设计具有以下优点：借助于直接的电机控制和传动装置，25厘米直至无穷的聚焦在约0.2秒至最大1秒的时间内完成。

有优点的是如权利要求4所述的，透镜系统由塑料构成，并且具有一个导向装置，用于通过各个透镜的扭曲和/或旋转进行调节。

用于旋转单个透镜的导向装置实现高度精确的定位，并保证很小的摩擦损耗和很小磨损的工作方式。透镜系统也可像DE9016891U1的棱镜系统那样具有多个可切换焦距，尤其是构造成双折射晶体，或者如DE19905779A1的装置单独所描述的那样，透镜通过绕着垂直于光轴放置的轴倾斜而可调节。透镜系统也可具有一个具有至少四个光学作用面的多面体透镜，其中相应两个面成对地借助于一个用于调整透镜系统所要焦距的旋转装置被放入透镜系统的射线路径中，例如DE19603191C2所述的透镜系统那样，它用于照相机，视频摄像机，望远镜等。也可以-采取相应的适配-利用在照相机中所采用的变焦镜头，这些变焦镜头例如用于DE4104548C2所述的具有电机驱动的变焦镜头筒的照相机，或者用于DE4312489A1所述具有电机驱动的可变物镜的照相机，或者用于DE 10009 684A1所述的一个手动并借助电机操纵的物镜筒。

在权利要求5所述的本发明的改进型中，传动装置是一个齿轮装置或牵引装置(皮带装置)或螺杆或连接装置或曲线传动装置，并且不仅诸如齿轮和轴等硬传动件，而且如皮带、链和导向装置等可成形件都由塑料构成。

这样的传动装置可实现非常精密的分级(即单级的大降速传动)和传输高转矩，而无需为此付出很高的费用。与本发明的控制电路相结合，一方面可以实现非常精确的透镜定位，另一方面可以达到非常高的过程速度。此外还有以下优点：传动装置的所有组成元件和本发明的光学装置由相同材料构成，例如塑料，并且在批量生产中可通过压铸来制造，上述结合具有相当小的运行噪声，它对于加工和安装误差是不敏感的，并且它非常轻(一个塑料透镜约重2克，而玻璃透镜约重8克)。

有优点的是如权利要求6所述那样，将一个蓄电池安装在眼镜架中用于供给能量，并且在眼镜架边上有一个指示器用于指示蓄电池的充电状态。

通过充电状态指示，最好是LCD指示(液晶显示器指示)，使用者可以在故障情况下排除故障原因，为此蓄电池快没电时将产生一个告警指示(例如闪烁和/或作为不同音量的告警声或相应语音输出的声响指示)。

在权利要求7所述本发明的一个优选实施例中，眼镜被用作医用眼镜或休假眼镜，并且具有一个与摄像机相连的接口电路，用于连接摄像设备。

上述本发明实施例的优点在于，首先测试被记录下来，并且可作出相应的医学评估。在休假时，例如在体育活动中或在山中漫游时可以形成记录资料，以后可以重放此资料。

有优点的是如权利要求8所述那样，在挂钩范围内安装一个广播接收机和/或电话接收机，它们与指示器相连接。

上述结构不仅让使用者可以交谈并提升了光学装置的休假价值，而且保证了使用者的可联络性。

在权利要求9所述本发明的另一设计中，框架被设计为密封的防尘盒，挂钩铰接在它之上，并且此盒具有通风缝隙。

上述本发明设计的优点在于，可以实现盒的通风，从而可靠地避免了在潮湿处或者在冷热交替时，例如进入室内时，透镜被湿气覆盖。

在权利要求10所述本发明的一个优选实施例中，框架上设置了一块可取下的遮光板作为其前置物。

上述实施例的优点是使透镜保持干净，并可以可靠地避免了刺眼效应。

下面借助附图说明本发明具有优点的实施方式，由此说明可得知本发明的其它优点和特性。附图中：

图1示出本发明光学装置的前视图，以及

图2示出该装置的透视侧视图。

图1和图2示出本发明光学装置的一个优选实施方式，此装置被设计为一个全自动的眼镜系统。本发明的原理概念适合于许多应用场合，例如作为头盔的配有瞄准器的助视器。

本发明的双目光学装置具有一个眼镜支架B，它具有至少一个电子摄像机K，最好是一个视频摄像机。此外具有一个最好可借助于电机M调整的、安装在前侧的透镜系统L。透镜系统L与电子摄像机K如此连接，使得视觉误差通过调节透镜的折射率和/或聚焦(包括自动调节到阅读距离或工作距离上)而被校正。

此外设置了一个与透镜系统L和摄像机K相连接的电子控制装置ST，它具有一个存储器，用于存储两个眼睛的手动预调值，此预调值作为在运行时与眼距和视觉误差的自动校正相适配的额定值。

为了进行电机控制和提高调节速度，控制装置ST最好在电机M的驱动侧上设置一个传动装置。齿轮装置或牵引装置(皮带装置)或螺杆或连杆装置或曲线传动装置可作为传动装置。不仅诸如齿轮和轴等硬传动件，而且如皮带、链和引导装置等可成形件都由塑料(例如由Makralon)构成，必要时用玻璃纤维加强。

透镜系统L(最好由4个透镜构成)由塑料制成，并且还具有导向装置，用于通过单个透镜或光轴的扭曲和/或旋转调整到目标点上。在作为医用眼镜使用时尺寸放大4倍，在作为休假眼镜使用时尺寸放大2.5倍，这是经广泛的试验之后作为经验数据提出的(同时从重量和价格考虑，10倍放大也在本发明保护范围内)。眼镜架B的结构深度在2.5倍放大的休假眼镜中约为28毫米至35毫米，在4倍放大的医用眼镜中约为35毫米至50毫米。休假眼镜的聚焦范围开始于约1米至3米，医用眼镜聚焦范围开始于25厘米(阅读距离)。

在眼镜架B中安装有一个蓄电池A，用于给摄像机K、控制电路ST和电机M供应能量。此外在眼镜架上还有一个用于指示蓄电池充电状态的指示器AZ。

在挂钩B的区域内可安装一个广播接收机R和/或一个电话接收机，它们与指示器AZ相连接。此外可以具有一个与摄像机K相连接的接口电路，用于连接记录装置。

框架被设计为防尘密封的盒G，挂钩B铰接在盒上。机械装置及透镜L、折光调节装置、聚焦装置及用于聚焦的控制装置，以及一个用于与功能相适应地支撑所有元件的框架被安放在盒G中，盒G可以具有通风缝隙BE。

此外框架上有一个可取下的遮光板BL作为其前置物，并且一个传声器M1可安装在框架前侧。遮光板可由抗断裂的乙酸纤维素制成，并且是可替换的。

与已知的现有技术相比较，本发明的光学装置不需要不断地人工调节放大倍数，并且可以以极低的费用进一步消除视觉误差，因为对比度控制的自动聚焦持续进行调整。

所有已给出并说明的可能实施例，以及所有在说明和/或附图中指出的新特点及它们的组合只是本发明的实质内容。例如由于操纵单元(导向设备)的旋转，聚焦透镜组可以为了聚焦的目的而沿光轴移位，或者可以具有一个变阻器透镜组及一个补偿透镜组，它们由于操纵单元的轴向移位而可以为了改变聚焦的目的而沿着光轴相对移位，框架和眼镜架可由Makralon(必要时用玻璃纤维加强)构成，摄像机除物镜外也可具有一个CCD传感器，并且除了其余电子元件以外，这些元件也被安装在一块电路板上，可具有一个附加插孔用于连接外部电池，调整(尤其是预调节)也可借助于遥控和附加的遥控接收机进行等等。

Claims (10)

1.双目光学装置，尤其是电子眼镜，

·具有一个眼镜架(B)

·具有至少一个电子摄像机(k)，它被眼镜架(B)承载，并且

·具有一个可由电机(M)调节的、设置在前侧的透镜系统(L)，它与电子摄像机(K)相连接，

·其中视觉误差通过调整透镜的折射率和/或聚焦，包括自动调节到阅读距离或工作距离上，而被校正。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，设置了一个与透镜系统(L)和摄像机(k)相连接的电子控制装置(ST)，它具有一个用于存储为两眼所预设的手动预调值的存储器，此预调值作为在运行时用于与眼距和视觉误差的校正相适配的额定值。

3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，控制装置(ST)为了进行电机控制，并提高调节速度，在电机(M)的从动轴一侧上设置了一个传动装置。

4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，透镜系统(L)由塑料制成，并且设置了一个导向装置，用于通过各个透镜的扭曲和/或旋转进行调节。

5.如权利要求3或4所述的光学装置，其特征在于，传动装置是一个齿轮装置或牵引装置(皮带装置)或螺杆或连杆装置或曲线传动装置，并且不仅诸如齿轮和轴等硬传动件，而且如皮带、链和导向装置等可成形件都由塑料构成。

6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，一个蓄电池(A)被设置在眼镜架(B)中用于供给能量，并且在眼镜架(B)边上设置有一个指示器(AZ)，用于指示蓄电池(A)的充电状态。

7.如权利要求1至6中任一项或多项所述的光学装置，其特征在于，在作为具有相互不同的放大倍数的医用眼镜或休假眼镜的应用中，具有一个与摄像机(K)相连接的接口电路(S)，用于连接记录设备。

8.如权利要求6或7所述的光学装置，其特征在于，在挂钩(B)范围内设置一个广播接收机(R)和/或一个电话接收机，它们与指示器(AZ)相连接。

9.如权利要求1至8中任一项或多项所述的光学装置，其特征在于，框架被设计为防尘密封盒(G)，挂钩(B)铰接在它之上，并且此盒具有通风缝隙(BE)。

10.如权利要求1至9中任一项或多项所述的光学装置，其特征在于，框架上设置了一块可取下的遮光板(BL)作为其前置物。

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