DE102010039255A1 - Optisches System - Google Patents

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Dr. Knobbe Jens
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Abstract

Ein optisches System umfasst eine optische Nutzeinrichtung 100 mit einem vordefinierten Strahlengang 106 zwischen einem optischen Eingang 102 und einem optischen Ausgang 104 zur optischen Abbildung eines eingangs erfassten Bildes 20 auf ein außerhalb der optischen Nutzeinrichtung 100 befindliches Objekt 30a in Form einer Augenhinterseite einer Bedienperson, und eine optische Abtastrichtung 300 zum Einspeisen einer elektromagnetischen Strahlung 304 in den vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 in Richtung des optischen Ausgangs 104, und zum Erfassen eines von dem Obje06 zurückgeworfenen oder reflektierten Anteils 308 der elektromagnetischen Strahlung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der optischen Systemtechnik und bezieht sich insbesondere auf ein optisches System mit einem in ein visuelles, optisches Instrument (eine optische Nutzeinrichtung) integrierten Retina- bzw. Aderhaut-Scanner.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Steuerung einer mit dem optischen System gekoppelten Vorrichtung, die Verwendung des optischen Systems zur personenbezogenen Steuerung einer Funktion einer mit dem optischen System gekoppelten Vorrichtung, und auf eine Vorrichtung, die mit dem optischen System koppelbar ist, um automatisch eine Funktionalität der Vorrichtung basierend auf einer Personenidentifizierung zu steuern. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein optisches System und deren Verwendung, wobei das optische System eine optische Nutzeinrichtung und eine zugeordnete optische Abtasteinrichtung aufweist, um vor oder bei einer Verwendung der optischen Nutzeinrichtung durch eine Bedienperson mittels einer zugeordneten optischen Abtasteinrichtung biometrische Merkmale in Form der inneren Augenhinterseite (d. h. der Retina oder der Aderhaut bzw. jeweils eines Teils oder Bereichs davon) der Bedienperson zu erfassen, und basierend darauf eine Autorisierung der Bedienperson zur Benutzung der optischen Nutzeinrichtung zu erkennen, d. h. einen berechtigten Benutzer zu identifizieren.
  • In vielen Bereichen der Technik und Wissenschaft und häufig auch im Alltag werden heutzutage visuelle bzw. optische Instrumente eingesetzt, die unter Einbeziehung des menschlichen Auges beispielsweise Bilder oder Messergebnisse liefern. Hierzu zählt z. B. die große Gruppe der Fernrohre mit ihren unterschiedlichen Erscheinungsformen, aber auch Mikroskope, Periskope und Endoskope. Die Gemeinsamkeit dieser Geräte besteht darin, dass ein Nutzer direkt in den Strahlengang dieser Vorrichtungen, sehr häufig durch ein Okular, hineinschaut und dann auf seiner Retina (Netzhaut) das Bild bzw. die Abbildung eines Objektes entsteht, welches entweder mit dem menschlichen Auge ohne Hilfsmittel nicht oder nur begrenzt erfasst werden kann.
  • Dabei sind diese optischen Nutzeinrichtungen nicht selten mit anderen Geräten gekoppelt. Beispielsweise dient ein Zielfernrohr, welches auf einer Schusswaffe montiert ist, der Bedienung der Waffe derart, dass weiter entfernte Ziele anvisiert werden können. Ähnliches gilt für ein Periskop mit dessen Hilfe z. B. in der militärischen Seefahrt Objekte erfasst werden können.
  • Ferner sind Geräte zur Erfassung und Erkennung, ggf. auch zur Vermessung von Eigenschaften der Retina bekannt, die sich dabei in Geräte der Augenheilkunde zur Erfassung krankhafter Veränderungen der Retina und in optische Geräte zur Erkennung biometrischer Merkmale der menschlichen Retina im Bereich der Sicherheitstechnik gliedern. Für beide Gruppen sind sowohl scannende als auch nicht-scannende Verfahren zur Abtastung der Retina bekannt.
  • Beide Gerätegruppen weisen dabei einen prinzipiell ähnlichen optischen Strahlengang auf. Das Licht einer geeigneten Strahlungsquelle, meist eines Lasers, wird derart im Gerät geformt und geführt, dass es beim Blick in eine dafür vorgesehene Schnittstelle, beispielsweise eine okularähnliche Einrichtung, auf der Retina (Netzhaut) fokussiert wird. Das von der Retina reflektierte Licht durchläuft den Strahlengang in umgekehrter Richtung und wird anschließend auf einen geeigneten Detektor zur Erfassung der Strahlung geführt. An einer geeigneten Stelle des Strahlengangs befindet sich eine Einrichtung zur Ablenkung des Lichts, beispielsweise ein Galvanoscanner. Aufgrund einer Abtastbewegung (Scanbewegung) des Spiegels oder auch mehrerer Spiegel wird der Fokuspunkt des Lichts über der (Retina) Netzhaut geführt und ermöglicht so die Erfassung ortsaufgelöster Informationen.
  • So werden im Stand der Technik zum Abtasten (Scannen) eines flächigen Bereichs auf der Retina häufig feinwerktechnische Lösungen aus einem oder mehreren Spiegeln eingesetzt, von denen jeweils einer um eine Achse drehbar ausgeführt ist. Dabei kommen unterschiedliche Aktuationsprinzipien, beispielsweise elektromagnetisch angetriebene Spiegel, zum Einsatz.
  • Auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik sind beispielsweise optische Vorrichtungen und Geräte bekannt, die biometrische Merkmale oder die Beschaffenheit der menschlichen Retina erfassen oder erkennen können. Weiterhin sind auch unterschiedliche Konzepte und Verfahren zur Steuerung oder Sicherung verschiedener Geräte oder ganzer Zutrittsbereiche auf Basis biometrischer Merkmale und insbesondere auch der menschlichen Retina bekannt.
  • Sehr nachteilhaft an diesen Ausführungen ist zum einen der beträchtliche Platzbedarf für diese Abtastfunktionalität, wodurch die Anwendbarkeit bei mobilen Applikationen, wie etwa in Fernrohren, etc. nicht möglich ist, und wobei zum anderen diesen Ausführungsvarianten eine ausreichende Robustheit für den „Alltagsgebrauch” fehlt. Die bisher bekannten Geräte sind somit nicht für einen mobilen robusten Einsatz und insbesondere auch nicht für beanspruchende Umgebungsbedingungen geeignet. Darüber hinaus gestaltet sich aufgrund des vergleichsweise großen Formfaktors zur Realisierung dieser Abtastfunktionalität auch deren Integration in bestehende Geräte, die auch nicht notwendigerweise für mobile Applikationen vorgesehen sein müssen, wie beispielsweise Mikroskope, als äußerst schwierig bzw. ist oft nur mir einem sehr erhöhten Aufwand oder überhaupt nicht durchführbar.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht somit die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein Konzept für ein optisches System zu schaffen, bei dem mit relativ geringem zusätzlichen Aufwand sowohl Platz sparend als auch robust ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal in eine optische Nutzeinrichtung aufgenommen werden kann, um eine bestimmte Funktionalität einer optischen Nutzeinrichtung oder eines damit gekoppelten Geräts nur für eine autorisierte Bedienperson bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein optisches System gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Steuerung einer Funktionalität eines optischen Systems gemäß Anspruch 20, eine Vorrichtung mit einer steuerbaren Funktionalität gemäß Anspruch 23 und durch die Verwendung des optischen Systems gemäß Anspruch 25 gelöst.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass die Integration eines Sicherheitsmerkmals in Form einer Personen-bezogenen Identifizierung oder einer Authentifizierung einer Bedienperson in ein visuelles, optisches Instrument, das im folgenden allgemein als eine optische Nutzeinrichtung bezeichnet wird, äußerst robust und gleichzeitig sehr Platz sparend vorgenommen werden kann, indem nun erfindungsgemäß zumindest ein Teil des Strahlengangs einer solchen optischen Nutzeinrichtung von einer Abtasteinrichtung (zum Abtasten einer inneren Augenhinterseite, wie z. B. der Retina oder einer Oberfläche der Retina bzw. der Aderhaut oder einer Oberfläche der Aderhaut) „mit verwendet” wird, ohne tiefgreifende Änderungen an dem Aufbau der optischen Nutzeinrichtung vornehmen zu müssen, so dass der Strahlengang der optischen Nutzeinrichtung (zumindest teilweise) sowohl für die normale Bildentstehung als auch für die Strahlung zur Abtastung der Augenhinterseite bzw. deren Oberfläche gleichermaßen verwendet wird. Erfindungsgemäß wird einerseits als biometrisches Merkmal die menschliche Augenhinterseite (z. B. Netzhaut oder Aderhaut) oder zumindest ein Teil derselben bzw. charakteristische Merkmale auf oder in der Augenhinterseite (abhängig von der Eindringtiefe der Strahlung in die Augenhinterseite, d. h. in die Retina oder Aderhaut) benutzt, wobei andererseits ausgenutzt wird, dass bei optischen Nutzeinrichtungen (visuellen, optischen Instrumenten) in der Regel ein Objekt oder eine Szenerie scharf auf die Augenhinterseite und z. B. die Retina (Netzhaut) einer Bedienperson abgebildet wird.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Augenhinterseite (oder hintere Augeninnenseite) die Netzhaut (Retina) oder die Aderhaut (Choroidea) des Auges angesehen, wobei ein flächiger Teilbereich, eine Teilschicht, eine Zwischenschicht oder ein Zwischenschichtbereich derselben im folgenden allgemein als „Bereich der Augenhinterseite” bezeichnet wird.
  • Die Netzhaut oder Retina ist eine Schicht von spezialisiertem Nervengewebe an der hinteren Innenseite des Auges. In ihr wird das auftreffende Licht, nachdem es die Hornhaut, die Linse und den Glaskörper des Auges durchquert hat, in Nervenimpulse umgewandelt. Die Netzhaut besteht neben dem lichtempfindlichen Gewebsanteil aus Nervenzellen zur Verarbeitung und Weiterleitung der erzeugten Impulse sowie aus verschiedenen Unterstützungsstrukturen zur Aufrechterhaltung der Funktion der Reiz-erzeugenden und -verarbeitenden Zellen.
  • Die Chorioidea (auch Choroidea) oder Aderhaut ist der größte Abschnitt der mittleren Augenhaut (Tunica media bulbi). Sie bildet die Mittelschicht zwischen weißer Augenhaut (Sclera) und Netzhaut (Retina) in der hinteren Hälfte des Augapfels. Die Aderhaut besteht aus verschiedenen Schichten, wie z. B. Lamina suprachor(i)oidea, Lamina vasculosa, Lamina chor(i)oidocapillaris (Choriocapillaris), und Lamina basalis.
  • Entsprechend der wellenlängenabhängigen Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung in die Augenhinterseite, wird ein Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung von einem Bereich der Augenhinterseite, d. h. der Retina oder der Aderhaut oder Teilbereichen derselben, in den vordefinierten Strahlengang der Nutzeinrichtung zurückgeworfen oder reflektiert.
  • So kann die elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle je nach gewünschter Eindingtiefe in die Augenhinterseite in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen liegen. Ist beispielsweise eine Abtastung der Retina und damit eine relativ geringe oder keine Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung in die Augenhinterseite gewünscht, so kann die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren (z. B. roten) Spektralbereich (z. B. von 650 bis 750 nm) liegen. Ist beispielsweise eine Abtastung tieferer Regionen der Augenhinterseite und damit eine relativ hohe Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung bis in Bereiche der Aderhaut gewünscht, so kann die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung beispielsweise im nahen infraroten Spektralbereich (NIR, mit IR-A = 0,78 bis 1,4 μm und IR-B = 1,4 bis 3,0 μm) liegen.
  • Bei der optischen Nutzeinrichtung findet beispielsweise eine mehrstufige optische Abbildung in deren Strahlengang statt, wobei an mindestens einem Ort im Strahlengang ein reelles Zwischenbild des betrachteten Objekts entsteht. Aufgrund der Umkehrbarkeit des Lichtweges durch den vordefinierten Strahlengang der optischen Nutzeinrichtung erscheint auch ein Bild der Augenhinterseite scharf in der Zwischenbildebene, sofern Licht ausgehend von der Augenhinterseite den vordefinierten Strahlengang in umgekehrter Richtung durchläuft. Dies wird nun erfindungsgemäß so ausgenutzt, dass die optischen Funktionselemente der optischen Abtasteinrichtung so ausgebildet sind, um die Abtaststrahlung in den vordefinierten Strahlengang der optischen Nutzeinrichtung so einzukoppeln, dass die eingekoppelte Abtaststrahlung im Bereich einer optischen Schärfentiefe in eine Zwischen bildebene der optischen Nutzeinrichtung fokussiert oder abgebildet wird.
  • An der Augenhinterseite kann nun ein Teil der einfallenden Abtaststrahlung reflektiert oder zurückgeworfen werden und als reflektierter Anteil das Auge der Bedienperson und den Abschnitt des vordefinierten Strahlengangs der optischen Nutzeinrichtung bis zur Zwischenbildebene in nun umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Der reflektierte Anteil der elektromagnetischen Strahlung wird nach dem Passieren der Zwischenbildebene wieder aus dem vordefinierten Strahlengang der optischen Nutzeinrichtung ausgekoppelt und in den Strahlengang der optischen Abtasteinrichtung eingekoppelt. Dort wird der reflektierte Anteil der elektromagnetischen Strahlung auf einen Strahlungsdetektor geführt, der zumindest einen Teil des reflektierten Anteils der Abtaststrahlung erfasst und somit zumindest einen Teil des reflektierten Anteils der Abtaststrahlung in elektrische Signale umgesetzt, die ortsaufgelöste Informationen der abgetasteten Augenhinterseite aufweisen.
  • Entsprechend dem erfindungsgemäßen optischen System werden somit mittels einer optischen Abtasteinrichtung die Merkmale oder die Beschaffenheit der menschlichen Augenhinterseite oder eines Teils davon abgetastet (erfasst bzw. erkannt), wobei auch beispielsweise eine Vermessung derselben vorgenommen werden kann. Diese Funktionalität kann erfindungsgemäß in weitestgehend standardisierte, visuelle oder teilweise visuelle, optische Instrumente (optische Nutzeinrichtungen), wie beispielsweise Teleskope oder Mikroskope, mit einem relativ geringen Aufwand integriert werden, da zumindest ein Teil des Strahlengangs einer solchen optischen Nutzeinrichtung auch zum Bereitstellen der Funktionalität der Abtastung der menschlichen Augenhinterseite mit verwendet wird. Da die Beschaffenheit der menschlichen Augenhinterseite außerordentlich eindeutig ist und als schwer zu fälschendes biometrisches Merkmal gilt, können die von dem optischen System ermittelten biometrischen Informationen zur Steuerung des optischen Systems selbst oder anderer mit dem optischen System verbundener Geräte genutzt werden. Insbesondere ist es möglich, die selektive Sperrung bzw. Sicherung oder auch Freigabe von Funktionalitäten potentiell gefährdender oder sicherheitsrelevanter Geräte personenbezogen und weitgehend automatisiert durchzuführen.
  • Das erfindungsgemäße Konzept ist also insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die Anzahl der potentiellen Bedienpersonen bzw. Nutzer entweder eines visuellen, optischen Instruments (d. h. einer optischen Nutzeinrichtung) selbst, wie z. B. eines Mikroskops, oder auch eines Geräts, welches zumindest zum Teil mit Hilfe des optischen Instruments gesteuert wird oder bedient wird, begrenzt werden soll. Ein Beispiel dafür ist eine Schusswaffe mit einem Zielfernrohr, oder allgemeiner einer optischen Zieleinrichtung, die von einer autorisierten Person bedient werden soll oder deren Verwendung personenbezogen protokolliert werden soll.
  • Erfindungsgemäß werden durch die Augenhinterseiten-Abtastung (d. h. Retina- oder Aderhaut-Abtastung) eindeutige biometrische Merkmale auf eine einfach zu implementierende und robuste Weise bereitgestellt, anhand derer die jeweilige Bedienperson, z. B. unter Verwendung von Vergleichsdaten, identifiziert und entsprechend autorisiert werden kann. Diese Vergleichsmerkmale können z. B. in einem Speicher oder einer Datenbank elektronisch hinterlegt sein und mit dem Ergebnis einer Messung, d. h. einer Augenhinterseiten-Abtastung und den daraus erhaltenen Abtastdaten, verglichen werden. Dadurch kann ein autorisierter Nutzer identifiziert werden, sofern eine ausreichende Übereinstimmung der Abtastdaten mit den Vergleichsdaten vorliegt. Sofern keine ausreichende Übereinstimmung der Abtastdaten mit einem entsprechenden Vergleichsdatensatz vorliegt, kann eine Bedienperson beispielsweise als nicht registriert, nicht autorisiert und/oder missbräuchlich eingestuft werden. Abhängig von der Zugehörigkeit zu einem vordefinierten autorisierten Personenkreis kann dann die optische Nutzeinrichtung selbst oder ein mit derselben verbundenes Gerät selektiv gesperrt oder freigegeben werden. Ferner ist es möglich, dass unterschiedliche, vorgegebene Funktionalitäten der optischen Nutzeinrichtung oder eines mit demselben verbundenen Geräts abhängig von der Einstufung der als autorisiert erkannten Bedienperson selektiv freigegeben werden können. Dabei ist es ferner möglich, dass umso mehr Funktionalitäten der optischen Nutzeinrichtung (von einer eingeschränkten Bedienbarkeit bis zur vollständigen Funktionsfähigkeit) freigegeben werden können, je höher die Berechtigung bzw. Autorisierung der ermittelten Bedienperson ist.
  • Das erfindungsgemäße Konzept beschränkt sich somit nicht nur auf ein optisches System mit einer optischen Nutzeinrichtung, z. B. in Form eines optischen Instruments, und mit einer Abtastanordnung zur Erfassung von Merkmalen der menschlichen Augenhinterseite und die Integration der Abtastanordnung in die optische Nutzeinrichtung, sondern beinhaltet auch die Möglichkeit zur Steuerung in Form einer selektiven Freigabe oder Sperrung von Funktionalitäten weiterer mit dem optischen System verbundener Geräte, wie beispielsweise Schusswaffen. Dabei wird erfindungsgemäß ein robustes, aber auch für mobile Anwendungen geeignetes optisches System bereitgestellt, bei dem die zusätzliche Abtastfunktionalität mittels einer optischen Abtasteinrichtung, die lediglich einen äußerst moderaten Platzbedarf benötigt, realisiert.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Prinzipdarstellung eines optischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung des optischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung des optischen Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung des optischen Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 5 eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung des optischen Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung des optischen Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung des optischen Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung des optischen Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine schematische Darstellung des optischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 10a–b eine schematische Darstellung eines Mikroscanner-Spiegels zur Verwendung bei dem optischen System gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Funktionalität eines optischen Systems oder einer mit dem optischen System gekoppelten Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 12 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die mit dem erfindungsgemäßen System koppelbar ist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Bevor nachfolgend die vorliegende Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, das identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente in denn Figuren mit den gleichen Bezugszeichen zu sehen sind, so dass die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung diese Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
  • Im Folgenden wird mm anhand 1 ein erstes allgemeines Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches System 10 in Form einer Prinzipdarstellung zur allgemeinen Erläuterung der funktionalen Zusammenhänge beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt ist, umfasst das optische System 10 eine optische Nutzeinrichtung 100 und eine zugeordnete optische Abtasteinrichtung 300. Die optische Nutzeinrichtung 100 weist zwischen einem optischen Eingang (z. B. einem Objektiv) 102 und einem optischen Ausgang (z. B. einem Okular) 104 einen vordefinierten Strahlengang bzw. Lichtweg 106 zur optischen Abbildung eines eingangsseitig erfassten Objekts 20 oder einer Szenerie 20 auf z. B. eine außerhalb der Nutzeinrichtung befindliche (innere) Augenhinterseite (30a) eines menschlichen Auges 30 einer Bedienperson des optischen Systems 10 auf.
  • Die der optischen Nutzeinrichtung 100 zugeordnete optische Abtasteinrichtung 300 ist nun ausgebildet, um eine von einer Strahlungsquelle 302 emittierte elektromagnetische Strahlung 304 über einen, der optischen Abtasteinrichtung 300 zugeordneten, vordefinierten Strahlengang 306 in den vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 (in Richtung des optischen Ausgangs 104) einzukoppeln, und um einen von einem Bereich der Augenhinterseite 30a eines menschlichen Auges 30 der Bedienperson zurück in den optischen Ausgang 104 und den vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 reflektierten Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung mit einer Erfassungseinrichtung 310, die für die elektromagnetische Strahlung 304, 308 empfindlich ist, zu erfassen.
  • Bei der optischen Nutzeinrichtung 100, die z. B. als ein visuelles, optisches Instrument ausgebildet ist, findet beispielsweise eine mehrstufige optische Abbildung in dem vordefinierten Strahlengang 106 statt. Aufgrund der Mehrstufigkeit der Abbildung des eingangsseitig erfassten Objekts 20 im vordefinierten Strahlengang 106 entsteht an mindestens einem Ort im Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung ein sog. (meist reelles) Zwischenbild 20-1 des betrachteten Objekts oder der Szenerie 20. Dieses Zwischenbild 20-1 (bzw. diese Zwischenbilder) wird dabei durch ein erstes optisches Funktionselement, das als der optische Eingang 102 der optischen Nutzeinrichtung 100 wirksam ist, in dem vordefinierten Strahlengang 106 erzeugt, wobei der optische Eingang 102 mit dem ersten optischen Funktionselement häufig auch als Objektiv der optischen Nutzeinrichtung 100 bezeichnet wird. Der optische Ausgang 104 in Form eines weiteren optischen Funktionselements der optischen Nutzeinrichtung 100, das im Allgemeinen auch als Okular der optischen Nutzeinrichtung 100 bezeichnet wird, bildet das Zwischenbild 20-1 in Verbindung mit dem Auge 30 und dessen Pupille 30b einer Bedienperson, die direkt in den optischen Ausgang 104 blickt, auf die Augenhinterseite (z. B. die Netzhaut) 30a ab. Das Zwischenbild 20-1 und die Augenhinterseite 30a (und insbesondere die Retina) sind somit optisch konjugiert zueinander.
  • Aufgrund der Umkehrbarkeit des Lichtweges durch den vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 erscheint nicht nur das Zwischenbild 20-1 in der zugeordneten Zwischenbildebene 20-2 scharf auf der Augenhinterseite 30a, sondern auch ein Bild der Augenhinterseite 30a (oder eines Abschnitts bzw. Bereicchs derselben) scharf im Zwischenbild 20-1 bzw. der Zwischenbildebene 20-2, sofern elektromagnetische Strahlung (z. B. Licht) 308 ausgehend von (einem Bereich) der Augenhinterseite 30a den vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 in umgekehrter Richtung, d. h. von dem optischen Ausgang 104 in Richtung des optischen Eingangs 102, durchläuft.
  • Erfindungsgemäß wird nun der obige Sachverhalt dahingehend ausgenutzt, dass die von der Strahlungsquelle 302 emittierte elektromagnetische Strahlung 304 entlang des vordefinierten Lichtwegs 306 der optischen Abtastrichtung 300 über eine Ablenkeinrichtung 314 zur gezielten Ablenkung (Scanbewegung) der elektromagnetischen Strahlung 304 zu einer optischen Umlenkeinrichtung 312 geführt wird, die die elektromagnetische Strahlung 306 in den vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 einkoppelt. Die elektromagnetische Strahlungsquelle 302 kann beispielsweise als ein Laser, eine Laserdiode oder eine LED (lichtemittierende Diode) ausgebildet sein. Ferner kann der vordefinierte optische Strahlengang 306 optische Funktionselemente (nicht gezeigt in 1), z. B. Linsenelemente, zur Zuführung der elektromagnetischen Strahlung 304 zu der optischen Umlenkeinrichtung 312 aufweisen. Die Ablenkeinrichtung 314 zur gezielten Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung 304 kann beispielsweise als ein Scannerspiegel oder Mikroscannerspiegel zur eindimensionalen (1-D) oder zweidimensionalen (2-D) Ablenkung ausgebildet sein. Die optischen Funktionselemente der optischen Abtasteinrichtung 300, die den vordefinierten Strahlengang 306 definieren, sind nun mit der optischen Ablenkeinrichtung 314 derart ausgebildet, um die elektromagnetische Strahlung 304 so von dem vordefinierten Strahlengang 306 der Abtasteinrichtung in den vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung einzukoppeln, dass die elektromagnetische Strahlung 304 im Bereich einer optischen Schärfentiefe 20-3 in ein Zwischenbild 20-1 bzw. eine Zwischenbildebene 20-2 des vordefinierten Strahlengangs 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 fokussiert oder abgebildet wird.
  • Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Schärfentiefe” die räumliche Ausdehnung des „scharfen” Bereichs (im vordefinierten Strahlengang 106, d. h. im Bild- oder Zwischenbildraum eines abbildenden optischen Systems) bezeichnet. Der Schärfentiefenbereich 20-3 gibt somit denjenigen Bereich an, den das Zwischenbild 20-1 im Bereich der Schärfentiefe 20-3 bezüglich der Zwischenbildebene 20-2 bewegt werden kann, ohne dass sein Bild auf der Augenhinterseite 30a, merklich unscharf wird. Der Schärfentiefebereich 20-3 ist beispielsweise durch die in dem vordefinierten Strahlengang 106 angeordneten optischen Funktionselemente, z. B. Linsen, in gewissen Grenzen vorgebbar bzw. einstellbar.
  • Die notwendige Zusammenführung des von der optischen Abtasteinrichtung 300 ausgehenden, vordefinierten Strahlengang 306 mit dem vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 kann beispielsweise mit der optischen Umlenkeinrichtung 312 in Form eines Strahlteilers erfolgen. Nach dem Zwischenbild 20-1 bzw. der Zwischenbildebene 20-2 durchläuft die elektromagnetische Strahlung 304 zusammen mit dem vom Objekt oder der Szenerie 20 ausgehenden Licht (oder der elektromagnetischen Strahlung) in einem nun gemeinsamen Teil des Strahlengangs 106 die weiteren Komponenten und die optischen Funktionselemente der optischen Nutzeinrichtung 100 und trifft wiederum fokussiert auf die Augenhinterseite 30a in Form der Retina und (optional) auch der Aderhaut. An der Augenhinterseite 30a kann nun abhängig von der Struktur der Netzhaut oder Aderhaut ein Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung 304 zurückgeworfen oder reflektiert werden und als reflektierter Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 das Auge 30 der Bedienperson und den Abschnitt des vordefinierten Strahlengangs 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 bis zur Zwischenbildebene 20-3 in nun umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Der reflektierte Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 wird nach dem Passieren der Zwischenbildebene 20-3 mittels der Umlenkeinrichtung 312 wieder aus dem vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 ausgekoppelt und in den vordefinierten Strahlengang 306 der optischen Abtasteinrichtung 300 eingekoppelt bzw. derselben zugeführt. Dort wird der reflektierte Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 wieder über die optische Ablenkeinrichtung 314, die beispielsweise einen Scannerspiegel und (optional) einen weiteren Strahlteiler aufweist, auf die Erfassungseinrichtung 310 in Form eines Strahlungsdetektors geführt, der zumindest einen Teil des reflektierten Anteils 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 erfasst. In der Erfassungseinrichtung 310 wird somit zumindest ein Teil des reflektierten Anteils 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 in elektrische Signale umgesetzt, die dann beispielsweise einer zugeordneten Verarbeitungseinrichtung 316 zur Weiterverarbeitung bzw. Auswertung oder einer Schnittstelle 318 für eine externe Kommunikation oder einer (optionalen) Speichereinrichtung 320 für eine Zwischenspeicherung zur Verfügung gestellt werden können.
  • Die Ablenkeinrichtung 314 im vordefinierten Strahlengang 306 der optischen Abtasteinrichtung 300 ist nun ausgebildet, um die von der Strahlungsquelle 302 emittierte elektromagnetische Strahlung 304 in dem Strahlengang 306 der optischen Abtasteinrichtung 300 gezielt abzulenken, um unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften der noch zu durchlaufenden optischen Funktionselemente in den noch zu durchlaufenden Abschnitten der vordefinierten Strahlengänge 306 und 106 eine gezielte Ablenkung (Scanbewegung) der elektromagnetischen Strahlung 304 über die Augenhinterseite 30a auszuführen. In dem reflektierten Anteil 308 der von der Augenhinterseite 30a reflektierten elektromagnetischen Strahlung 304 sind dann ortsaufgelöste Informationen von der abgetasteten Augenhinterseite vorhanden. Wird nun der reflektierte Anteil 308 in ausreichendem Umfang der Erfassungseinrichtung 310 zugeführt, können die ortsaufgelösten Informationen aus dem reflektierten Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 wieder gewonnen werden.
  • Wird beispielsweise ein Scannerspiegel oder ein Mikroscannerspiegel als Ablenkeinrichtung 314 verwendet, ermöglicht eine Scanbewegung des Scannerspiegels ein Abrastern bzw. Abtasten der Augenhinterseite 30a mit der aus der Strahlungsquelle stammenden, fokussierten elektromagnetischen Strahlung 304 und somit die Gewinnung ortsaufgelöster Informationen oder Merkmale der Augenhinterseite 30a. Dabei entsteht nun im Bereich der optischen Schärfentiefe 20-3 in der Zwischenbildebene 20-2 neben dem normalen Zwischenbild 20-1 in Richtung zum Auge in dem vordefinierten Strahlengang 106 das flächige Beleuchtungs- oder Bestrahlungsmuster und in der entgegen gesetzten Richtung ein „Bild” der Augenhinterseite bzw. eines entsprechenden Abschnitts oder Teilbereichs der Augenhinterseite 30a. Der Fokuspunkt der elektromagnetischen Strahlung 304 überstreicht bei dem Scanvorgang (Abtast- oder Abraster-Vorgang) zumindest einen Teilbereich der Augenhinterseite 30a. Da sich nun die Reflektivität der Augenhinterseite im Allgemeinen von Punkt zu Punkt (d. h. von Abtastpunkt zu Abtastpunkt bzw. Abtastbereich zu Abtastbereich) unterscheidet, beispielsweise durch Blutgefäße oder sonstige anatomische Merkmale, entsteht ein ortsabhängiger Kontrast, der mittels der Scanbewegung der elektromagnetischen Strahlung 304 über der Augenhinterseite 30a als ein zeitabhängiges elektrisches Signal in der Erfassungseinrichtung 310 (dem Detektor) aus dem reflektierten Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 messbar ist.
  • Die elektromagnetische Strahlung 304 der Strahlungsquelle 302 kann beispielsweise im nahen infraroten Spektralbereich (NIR) liegen. Da optische Nutzeinrichtungen 100 in der Regel für den sichtbaren Spektralbereich (VIS) ausgelegt sind, weisen die in dem vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 vorgesehenen optischen Funktionselemente beispielsweise Vergütungsschichten auf, die an den sichtbaren Spektralbereich angepasst sind. Eine Oberflächenvergütung an optischen Linsenelementen, z. B. einer realen Linse, soll den Effekt minimieren, dass ein Teil der elektromagnetischen Strahlung 304 bei Auftreffen an der Oberfläche eines solchen optischen Funktionselements reflektiert wird. Eine Oberflächenvergütung an optischen Spiegelelementen soll den Effekt minimieren, dass ein Teil der elektromagnetischen Strahlung 304 bei Auftreffen an der Oberfläche eines solchen optischen Funktionselements nicht reflektiert wird.
  • Wird nun beispielsweise für die elektromagnetische Strahlung 304 Strahlung im nahen Infrarotspektralbereich verwendet, sind etwaige Oberflächenvergütungen von optischen Funktionselementen im vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100, d. h. im gemeinsamen Teil des Strahlengangs 106 entsprechend anzupassen, z. B. breitbandiger auszulegen. Darüber hinaus kann bei Verwendung von elektromagnetischer Strahlung im nahen infraroten Spektralbereich zum Abtasten der Augenhinterseite 30a die zur Einkopplung in den vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 benötigte Umlenkeinrichtung 312, z. B. in Form eines Strahlteilers, wellenlängenselektiv ausgeführt sein.
  • Zur Vermeidung von Randabschattungen (Vignettierungen) in den vordefinierten Strahlengängen 106, 306 kann gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Ablenkvorrichtung 314 so angeordnet sein, dass sich deren wirksame Oberfläche, z. B. die Oberfläche eines Scannerspiegels, im Bereich einer optischen Schärfentiefe in einer zu einer Pupillenebene 30-1 der optischen Nutzeinrichtung 100 konjugierten Ebene befindet.
  • Die von der Erfassungseinrichtung 310 ermittelten Messsignale, die auf dem reflektierten Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 basieren, können beispielsweise nach einer Signalaufbereitung zur Steuerung einer Funktionalität der optischen Nutzeinrichtung 100 selbst oder einer weiteren Vorrichtung (nicht gezeigt in 1) verwendet werden, wobei die weitere Vorrichtung beispielsweise mittelbar oder unmittelbar mechanisch und/oder elektrisch mit dem optischen System 10, z. B. über eine drahtgebundene oder nicht-drahtgebundene Schnittstelle, verbunden bzw. gekoppelt ist. Optional kann das optische System 10 eine Verarbeitungseinrichtung (Ansteuereinrichtung, Auswerteeinrichtung und/oder Aufbereitungseinrichtung) 316 in Form beispielsweise einer elektronischen Schaltung aufweisen, um einzelne Bestandteile oder Funktionalitäten des optischen Systems 10, z. B. die Strahlungsquelle 302, die Erfassungseinrichtung 310, die optische Ablenkeinrichtung 314 usw. anzusteuern und etwaige Ausgangssignale zu verarbeiten. Insbesondere kann diese Verarbeitungseinrichtung 316 ausgeführt sein, um eine Signalverarbeitung oder Signalaufbereitung des von der Erfassungseinrichtung 310 bereitgestellten Messsignals durchzuführen und um die verarbeiteten (bzw. vorverarbeiteten) und/oder aufbereiteten Signale oder Daten (d. h. die Abtastdaten mit ortsaufgelösten Informationen der abgetasteten Augenhinterseite (30a), über die optionale Schnittstelle 318 für eine Kommunikation mit anderen externen Geräten bereitzustellen.
  • Die Verarbeitungseinrichtung 316 kann nun ausgebildet sein, um die Strahlungsquelle 302 so anzusteuern, dass die elektromagnetische Strahlung 304 von der Strahlungsquelle 302 zeitlich selektiv (d. h. zu vorgegebenen Abstrahlzeitpunkten) und/oder wellenlängenselektiv (d. h. mit einer vorgegebenen Abstrahlwellenlänge) bereitgestellt wird. Die Verarbeitungseinrichtung 316 kann ferner ausgebildet sein, um den von der Erfassungseinrichtung 310 durchzuführenden Erfassungsvorgang der reflektierten Strahlung 308 z. B. zeitlich zu steuern, und um die erhaltenen Messergebnisse abzurufen und auszuwerten. Ferner kann die Verarbeitungseinrichtung 316 ausgebildet sein, um die beispielsweise in Form eines Scannerspiegels ausgebildete Ablenkeinrichtung 314 bezüglich der Abtast- bzw. Bewegungsfrequenz, der Ablenkrichtung und/oder auch der Ablenkamplitude der vorzunehmenden Ablenkung des Scannerspiegels anzusteuern.
  • In 1 sind die Verbindungen der Verarbeitungseinrichtung 316 zu weiteren Elementen als Doppelpfeile dargestellt. Diese Verbindungen sollen angeben, dass eine bidirektionale Verbindung zwischen der Verarbeitungseinrichtung 316 und dem zugeordneten Element zum Datenaustausch vorliegen kann. Natürlich können jeweils auch unidirektionale Verbindungen zur Datenübermittlung vorliegen bzw. ausreichend sein.
  • Weiterhin kann die Verarbeitungseinrichtung 316 mit der optionalen Speichereinrichtung 320 verbunden sein bzw. über die Schnittstelle 318 mit einer externen Speichereinrichtung (nicht gezeigt) verbunden sein, um nach einem Abtastvorgang der Augenhinterseite 30a aus den aktuellen Messdaten abgeleitete Abtastdaten mit in dem Speicherelement 320 (oder der externen Speichereinrichtung) abgelegten Vergleichsdaten bzw. Datensätzen zu vergleichen. Da die Merkmale der menschlichen Augenhinterseite als ein eindeutiges biometrisches Merkmal gelten, kann z. B. eine Datenbank in dem Speicherelement 320 oder der externen Speichereinrichtung hinterlegt sein, deren Vergleichsdatensätze eindeutig mit Augenhinterseiten-Merkmalen einzelner Bedienpersonen verglichen bzw. denselben zugeordnet werden können. Falls das optische System 10 beispielsweise keine Speichereinrichtung 320 aufweist oder deren Speichermöglichkeit begrenzt ist, ist es ferner möglich, die Vergleichsdatensätze über die Schnittstelleneinrichtung 318 mittels einer externen Kommunikation von einer externen Datenbank in der externen Speichereinrichtung abzurufen und der Verarbeitungseinrichtung 316 bereitzustellen. Durch eine solche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 kann die Anzahl der potentiellen Bedienpersonen entweder der optischen Nutzeinrichtung 100 des optischen Systems 10 selbst oder auch eines weiteren Gerätes, welches zumindest zum Teil mit Hilfe der optischen Nutzeinrichtung 100 gesteuert oder bedient wird, erfasst oder auch auf einen autorisierten, vorgegebenen Personenkreis benutzerbezogen begrenzt werden.
  • Wie bereits im Vorhergehenden angesprochen wurde, können zur Ausbildung der Ablenkeinrichtung 314 zur gezielten Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung 304 Scannerspiegel bzw. Mikroscannerspiegel eingesetzt werden, die beispielsweise in einer Mikrotechnologie, einer Siliziummikrotechnologie, einer Kunststofftechnologie, dem LIGA-Verfahren (LIGA = Akronym für die Verfahrensschritte: Lithographie, Galvanik und Abformung) oder einer (günstigen) feinwerktechnischen Lösung hergestellt sind, wobei im Nachfolgenden in diesem Zusammenhang einfach allgemein auf Scannerspiegel Bezug genommen wird. Dabei kann sich die Größe der beispielsweise rund oder elliptisch ausgeformten Spiegelplatte im Bereich einiger 100 Mikrometer bis einiger Millimeter (z. B. 0,5 mm × 0,5 mm bis 3 mm × 3 mm) befinden. Die verwendeten Scannerspiegel können dabei mit unterschiedlichen Antriebsmechanismen, wie beispielsweise elektrostatischen, elektromagnetischen, piezoelektrischen oder magneto-striktiven Antrieben ausgestattet sein und quasi-statisch oder resonant mit Frequenzen von einigen 10 Hz bis einigen 10 kHz (z. B. 150 Hz bis 32 kHz) betrieben werden. Weiterhin können die Scannerspiegel unterschiedliche, auf den jeweils verwendeten Spektralbereich oder die Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung 304 angepasste optische Vergütungen zur Steigerung der Reflektivität aufweisen. Beispielsweise kann die Reflektivität des Scannerspiegels durch eine dünne Aluminiumschicht verbessert werden, wodurch die Reflektivität bei einer Wellenlänge von z. B. 633 nm der elektromagnetischen Strahlung 304 auf annähernd 90% erhöht werden kann. Da bei Mikroscannerspiegeln der Akuator-Chip beispielweise in einer CMOS-kompatiblen MEMS-Technologie, d. h. alle mechanischen Teile aus einem einkristallinen Silizium, hergestellt sind, weisen solche Scannerspiegel eine sehr hohe Robustheit und Langzeitstabilität auf. Werden beispielsweise für die optische Ablenkeinrichtung 314 unter Verwendung feinwerktechnischer Herstellungsverfahren gefertigte Scannerspiegel eingesetzt, kann ein resultierendes optisches System 10 auf solche Applikationen eingeschränkt sein, die keinen starken Stoß- bzw. Schockbelastungen ausgesetzt sind.
  • Wie in der Prinzipdarstellung von 1 (und auch in den Figuren der weiteren Ausführungsbeispiele) gezeigt ist, weist die optische Abtasteinrichtung 300 des optischen Systems 10 zumindest eine elektromagnetische Strahlungsquelle 302 auf. Bei dieser Strahlungsquelle 302 kann es sich beispielsweise um einen Laser bzw. Diodenlaser oder eine lichtemittierende Diode (LED) handeln. Entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipen sind prinzipiell auch andere elektromagnetische Strahlungsquellen einsetzbar, wie beispielsweise organische lichtemittierende Dioden (OLEDs) oder thermische Strahlungsquellen.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erfolgt die Abtastung der Augenhinterseite 30a zur Erkennung eines biometrischen Merkmals beispielsweise in einem für eine Bedienperson nicht-sichtbaren Spektralbereich, wie z. B. im nahen infraroten Spektralbereich (NIR), wobei die erfindungsgemäße Vorgehensweise nicht auf diesen Spektralbereich begrenzt ist. Ein möglicher Vorteil einer Verwendung von elektromagnetischer Strahlung 304 im nahen infraroten Spektralbereich liegt darin, dass die für eine Bedienperson unsichtbare elektromagnetische Strahlung 304 keine von der Bedienperson als unangenehm empfundenen optischen Wahrnehmungen hervorruft.
  • Darüber hinaus kann die elektromagnetische Strahlung 304 in modulierter oder gepulster Form vorliegen. Dadurch kann beispielsweise die Strahlungsbelastung der Augenhinterseite einer Bedienperson während eines Abtastvorgangs reduziert werden.
  • Die in 1 dargestellte Erfassungseinrichtung 310 zur Erfassung des reflektierten Anteils 308 der elektromagnetischen Strahlung 304 kann unter Verwendung unterschiedlicher Detektoren bzw. Detektortypen ausgebildet sein. So können als Detektortypen Fotodioden oder Lawinen-Fotodioden (Avalanche-Fotodioden) eingesetzt werden, gleichermaßen können prinzipiell auch Fotowiderstände und Fototransistoren eingesetzt werden. Der Strahlungsdetektor 310 kann beispielsweise unter Verwendung von optischen Filterelementen spektral auf die elektromagnetische Strahlung 304 der Strahlungsquelle 302 angepasst sein, um eine störende Fremdstrahlung zu minimieren. Darüber hinaus sind auch Detektoren mit mehreren Elementen, z. B. segmentierte Fotodioden, verwendbar.
  • Bei der in 1 dargestellten optischen Nutzeinrichtung kann es sich gemäß Ausführungsbeispielen, um ein visuelles, optisches Instrument handeln, bei dem unter Einbeziehung des menschlichen Auges ein Bild eines Objekts oder einer Szenerie entsteht bzw. ein Objekt oder eine Szenerie betrachtet wird oder eine Messung vorgenommen wird. Somit zählen beispielsweise Fernrohre jeglicher Art, Endoskope, Periskope, Entfernungsmesser (zumindest teilweise), Mikroskope, Fotoapparate und Kameras und auch Messgeräte, wie beispielsweise Theodolite oder laserbasierte Geschwindigkeitsmessgeräte, und Brillen zu den optischen Nutzeinrichtungen. Diese optischen Nutzeinrichtungen können beispielsweise an weitere Geräte (nicht gezeigt) gekoppelt werden. Im Fall eines Geschwindigkeitsmessgeräts kann beispielsweise ein Fotoapparat angesteuert werden, um das Erstellen eines „Beweisfotos” auszulösen.
  • In diesem Zusammenhang unterteilen sich beispielsweise Fernrohre in mehrere Untergruppen. Dazu zählen astronomische Fernrohre, terrestrische Fernrohre, beide auch als Teleskop bezeichnet, normale Ferngläser, die als Spektiv bezeichneten Fernrohre und insbesondere auch Zielfernrohre, die ihrer Aufgabe nach entsprechend auch zur Gruppe der Messgeräte gezählt werden können.
  • Das optische System 10 bzw. die optische Nutzeinrichtung 100 des optischen Systems 10 kann grundsätzlich mit einer weiteren Vorrichtung oder einem weiteren Gerät gekoppelt sein, d. h., direkt oder indirekt mechanisch und/oder elektronisch verbunden sein, wobei eine elektronische Kopplung auch die Möglichkeit einer drahtlosen Verbindung (z. B. BlueTooth, WLAN, GSM etc) zur Datenübertragung einschließt.
  • Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Konzept zur Erfassung oder Erkennung von Merkmalen einer Augenhinterseite einer Bedienperson ist zu berücksichtigen, dass für einen Augenhinterseite-Abtastvorgang (Retina-Scan oder Aderhaut-Scan) mit ausreichender Auflösung, d. h. um aussagekräftige Abtastdaten zu erhalten, die durch eine mögliche Augenbewegung verursachte Bewegungsunschärfe des Bildes der Augenhinterseite (d. h. des Retina-Bildes oder Aderhaut-Bildes) möglichst vermieden werden sollte, um eine damit verbundene Ungenauigkeit der Abtastdaten gering zu halten. So können bei optischen Nutzeinrichtungen am Ort eines reellen Zwischenbildes (d. h. in der Zwischenbildebene) optisch erkennbare Strukturen oder Strichplatten, wie beispielsweise Okularmikrometer bei einem Mikroskop oder Absehen (Markierung im Fernrohrbild) bei Zielfernrohren platziert werden. Die auf diesen Platten aufgebrachten Strukturen können als Unterstützung zur kurzzeitigen Fixierung der Blickrichtung einer Bedienperson während eines Augenhinterseiten-Abtastvorgangs dienen. So könnte beispielsweise bei einem Zielfernrohr als optische Nutzeinrichtung 100 die Mitte des Fadenkreuzes als Blickpunkt für die Dauer einer Augenhinterseiten-Abtastung herangezogen werden. Während der Dauer der Augenhinterseiten-Abtastung kann beispielsweise eine farbige (z. B. rote) für das Auge der Bedienperson sichtbare Anzeige in der optischen Nutzeinrichtung 100 erfolgen, während nach erfolgreichem Abschluss des Augenhinterseiten-Scans eine andersfarbige (z. B. grüne) für das Auge der Bedienperson sichtbare Anzeige erfolgen kann. Die Erzeugung dieser für die Bedienperson sichtbaren Anzeige kann beispielsweise von der Strahlungsquelle 302 oder einer zusätzlichen Strahlungsquelle unter Steuerung der Verarbeitungseinrichtung vorgenommen werden.
  • Darüber hinaus kann das optische System noch mit weiteren optischen und nicht-optischen Sensoren, wie beispielsweise Inertialsensoren (Trägheitssensoren), GPS (Global Position System) oder RTC (Real Time Clock) ausgestattet oder schnittstellenmäßig verbunden sein, so dass sich weitere Daten, wie beispielsweise Zeitinformationen, Ortsinformationen, Blickrichtung erfassen und einer Aktion zuordnen lassen. Bei Verwendung des optischen Systems 10 für eine Schusswaffe, können beispielsweise auch Daten über die jeweilige Schussrichtung oder die Anzahl abgegebener Schüsse (aus dem jeweiligen Rückstoß oder auch akustisch) erfasst und der jeweiligen Bedienperson zugeordnet werden. Solche Daten können dann für ein späteres Auslesen über die (optionale) Schnittstelle 318 bereitgestellt oder in dem (optionalen) Speicherelement 320 abgelegt werden. Weiterhin kann die Schusswaffe beispielweise noch mit Bildaufnahmesystemen gekoppelt sein, die für Dokumentationszwecke oder eine Protokollierung Bilder in Schussrichtung zu vorgegebenen Zeitpunkten vor, während und/oder nach einer Schussabgabe aufnehmen können.
  • Im Folgenden werden nun anhand der weiteren 2 bis 9 weitere Ausführungsbeispiele und spezielle Realisierungen des optischen Systems 10 und der Komponenten des optischen Systems 10 in Form der optischen Nutzeinrichtung 100 und der optischen Abtasteinrichtung 300 näher erläutert. Bezüglich der weiteren Beschreibung wird darauf hingewiesen, dass Elemente des optischen Systems 10, die (im Wesentlichen) der optischen Nutzeinrichtung zuzuordnen sind, weiterhin mit Bezugszeichen im Bereich von 100 bis 199 versehen sind, während Elemente des optischen Systems 10, die (im Wesentlichen) der optischen Abtasteinrichtung 300 zuzuordnen sind, weiterhin mit Bezugszeichen im Bereich von 300 bis 399 versehen sind.
  • 2 zeigt nun eine schematische Darstellung einer optionalen Ausführungsform für die optische Abtasteinrichtung 300 des optischen Systems 10 mit dem zugehörigen Strahlengang 306 bis zu der Zwischenbildebene 20-2 der optischen Nutzeinrichtung 100. Die optische Nutzeinrichtung 100 ist in 2 selbst nicht gezeigt.
  • Die Strahlungsquelle 302 emittiert die elektromagnetische Strahlung 304, beispielsweise in einem infraroten Spektralbereich. Die elektromagnetische Strahlung 304 breitet sich entlang einer optischen Achse 322 in dem vordefinierten Strahlengang 306 aus. Ein erstes optisches Funktionselement 324, die aus einem oder mehreren Elementen bzw. Linsen bestehen kann, ist wirksam, um die emittierte, elektromagnetische Strahlung 304 in die Zwischenbildebene 20-2 zu fokussieren. Die elektromagnetische Strahlung 304 trifft nach dem ersten optischen Funktionselement 324 auf eine Umlenkeinrichtung 325, z. B. in Form eines Strahlteilers, der als Platte oder Würfel ausgeführt sein kann, und wird nachfolgend von einem optischen Spiegelelement 326, das beispielsweise als ein Faltspiegel oder Umlenkspiegel ausgebildet ist, auf die Ablenkeinrichtung 314, die beispielsweise als ein Scannerspiegel ausgebildet ist, gelenkt.
  • Wie in 2 dargestellt ist, ist die beispielsweise als Scannerspiegel ausgebildete Ablenkeinrichtung 314 in einen ausgelenkten Zustand 314a auslenkbar, wobei der Scannerspiegel beispielsweise um zwei orthogonale Achsen 314b (z-Achse) und 314c (x-Achse) drehbar ausgebildet ist. In 2 ist ein Koordinatensystem mit den orthogonalen Achsen x, y z dargestellt. Allgemein verlaufen die zwei Raumachsen 314b, 314c entlang linear unabhängiger Ortsvektoren und beispielsweise zweier zueinander orthogonaler Ortsvektoren.
  • Die aus der Strahlungsquelle 302 stammende Strahlung 304 bildet (als vordefinierten Strahlengang 306) einen Kegel 306-1, der im Bereich einer optischen Schärfentiefe 20-3 einen Fokus in der Zwischenbildebene 20-2 aufweist. Weiterhin ist der zu dem ausgelenkten Zustand 314a des Scannerspiegels gehörige Strahlungskegel 306-2 in 2 angegeben. Die Auslenkung des vordefinierten Strahlengangs 306 bzw. der darin verlaufenden elektromagnetischen Strahlung 304 wird gemäß Ausführungsbeispielen für einen Abtastvorgang der Augenhinterseite 30a (Retina oder Aderhaut) eingesetzt.
  • Ein Teil der elektromagnetischen Strahlung 304 (in den Strahlungskegeln 306-1 und 306-2 und allen Zwischenpositionen) wird von einer Augenhinterseite (30a – nicht dargestellt in 2) zurückgeworfen oder reflektiert, wodurch der reflektierte Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung erhalten wird. Dieser reflektierte Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung durchläuft den vordefinierten Strahlengang 306 der optischen Abtasteinrichtung 300 in umgekehrter Richtung zu der abgestrahlten, elektromagnetischen Strahlung 304. Der reflektierte Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung läuft über den Scannerspiegel 314 (Ablenkeinrichtung) und den Faltspiegel 326 (optisches Reflexionselement) zurück zu dem Strahlteiler 325 (Umlenkeinrichtung). Von dem Strahlteiler 325 wird ein Teil des reflektierten Anteils 308 der elektromagnetischen Strahlung auf ein weiteres optisches Funktionselement 328, z. B. eine zusätzliche Linse, die wiederum aus einem oder mehreren optischen Funktionselementen bzw. Linsen bestehen kann, gelenkt, und trifft anschließend auf die Erfassungseinrichtung 310 (Detektor) für den reflektierten Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung.
  • In der Erfassungseinrichtung 310 wird zumindest ein Teil der reflektierten elektromagnetischen Strahlung 308 in elektrische (analoge oder digitale) Messsignale umgewandelt, die von einer elektronischen Schaltung (316 – nicht gezeigt in 2) weiterverarbeitet bzw. aufbereitet werden können. Aufgrund der Scanbewegung des Scannerspiegels 314 in zwei Richtungen (2D-Scannerspiegel) wird der fokussierte Strahl 306-1 der elektromagnetischen Strahlung über die Zwischenbildebene 20-2 der optischen Nutzeinrichtung (100 – nicht gezeigt in 2) geführt, wobei die Scanbewegung des Mikroscannerspiegels 314, für den sich auf dem Rückweg befindlichen reflektierten Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung, der von der Augenhinterseite 30a reflektiert wurde, wieder aufgehoben bzw. umgekehrt wird, bevor der reflektierte Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung auf den Detektor 310 trifft. Auf diese Art kann eine ortsaufgelöste Information bezüglich der Augenhinterseite 30a sequentiell erfasst werden, d. h. die von dem Detektor 310 bereitgestellten Ausgangssignale können aufbereitet werden, um (analoge oder digitale) Abtastdaten für einen Abtastdatensatz (von der Bedienperson) mit ortsaufgelösten Informationen von der abgetasteten Augenhinterseite zu erhalten.
  • Im Folgenden wird nun Bezugnehmend auf 3 eine weitere optionale Realisierung der optischen Abtasteinrichtung 300 für das optische System 100 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Wie nun aus der 3 gegenüber der in 2 dargestellten Anordnung der optischen Abtasteinrichtung 300 ersichtlich ist, ist bei der vorliegenden Anordnung der optischen Abtasteinrichtung anstelle des in 2 dargestellten optischen Spiegelelements 326 ein weiteres zusätzliches bewegliches Spiegelelement 314-2 angeordnet, wobei das erste bewegliche Spiegelelement 314-1, das um die Achse 314b und das zweite bewegliche Spiegelelement 314-2, das um die Achse 314c bewegbar ist, angeordnet sind. Die beiden drehbar ausgeführten optischen Spiegelelemente 314-1, 314-2, die gemeinsam die Ablenkeinrichtung 314 bilden, sind beispielsweise jeweils von der Verarbeitungseinrichtung (316 – nicht gezeigt in 3) ansteuerbar, um die Funktionalität der resultierenden Ablenkeinrichtung 314 mit einer 2D-Abtastbewegung der emittierten elektromagnetischen Strahlung 304 über die Augenhinterseite (30a – nicht gezeigt in 3) zu erhalten. Der in 3 dargestellte Strahlengang der optischen Abtasteinrichtung 300 verläuft dabei wieder bis zu der Zwischenbildebene 20-2 der optischen Nutzeinrichtung 100 (nicht gezeigt in 3). Gegenüber dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der optischen Abtasteinrichtung 300 weist bei dem im Vorliegen der in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der optischen Abtasteinrichtung 300 diese zwei Scannerspiegel 314-1 und 314-2 auf, die jeweils um die Achsen 314b, 314c drehbar ausgeführt sind, um das Zwischenbild 20-1 in der Zwischenbildebene 20-2 bzw. die dazu optisch konjugierte Augenhinterseite (30a – nicht gezeigt in 3) abzuscannen. Die Scannerachsen 314b, 314c können beispielsweise orthogonal zueinander ausgerichtet sein. Das Funktionsprinzip der in 3 dargestellten optischen Abtasteinrichtung 300 unterscheidet sich ansonsten nicht von der in 2 beschriebenen optischen Abtasteinrichtung 300.
  • Anhand von 4 wird nun eine weitere optionale Realisierung der optischen Abtasteinrichtung 300 für das optische System 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Im Folgenden wird insbesondere auf die Unterschiede zu der in 2 dargestellten Anordnung eingegangen, wobei ansonsten die Beschreibung des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der optischen Abtasteinrichtung 300 mit dem zugehörigen Strahlengang 306 bis zu der Zwischenbildebene 20-2 der optischen Nutzeinrichtung (100 – nicht gezeigt in 4) auch hier angewendet werden kann.
  • Wie bei der in 4 dargestellten optionalen Ausführungsform der optischen Abtasteinrichtung 300 dargestellt ist, wird die elektromagnetische Strahlung 304 aus der Strahlungsquelle 302 mit Hilfe des ersten optischen Funktionselements 324 nicht direkt in die Zwischenbildebene 20-2 (bzw. das Zwischenbild 20-1) der optischen Nutzeinrichtung (100 – nicht gezeigt in 4) fokussiert, sondern mittels des ersten optischen Funktionselements 324 kollimiert (parallel gerichtet). Danach durchläuft die elektromagnetische Strahlung 304 im Prinzip den gleichen Strahlengang 306 (wie in 2), wobei die elektromagnetische Strahlung 304 jedoch nach der Ablenkeinrichtung 314 in Form eines Scannerspiegels, auf ein weiteres optisches Funktionselement 330 trifft, das wiederum ein oder mehrere optische Funktionselemente bzw. Linsen aufweisen kann, wobei dieses weitere optische Funktionselement 330 vorgesehen ist, um die elektromagnetische Strahlung 304 in die Zwischenbildebene 20-2 der optischen Nutzeinrichtung 100, d. h. in einen Bereich einer optischen Schärfentiefe der Zwischenbildebene 20-2, zu fokussieren. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Abtastung der Augenhinterseite und die Signalgewinnung in der Erfassungseinrichtung 310 (nicht gezeigt in 4) entsprechend zu den vorherigen Ausführungsbeispielen erfolgen.
  • Bezüglich des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels für die optische Abtasteinrichtung 300 wird darauf hingewiesen, dass mit der dort dargestellten Anordnung, d. h., mit dem optischen Funktionselement 330 in Verbindung mit dem ersten optischen Funktionselement 324, das beispielsweise als Kollimator ausgebildet ist, ein geebnetes Bildfeld der optischen Abtasteinrichtung 300 erzeugt bzw. realisiert werden kann, welches mit dem Zwischenbild 20-1 bzw. der Zwischenbildebene 20-2 im vordefinierten Strahlengang der optischen Nutzeinrichtung zusammenfällt. Im Gegensatz dazu bewegt sich bei den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen der Fokuspunkt grundsätzlich auf einer gekrümmten Fläche, bzw. einer Kugelschalenfläche.
  • Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann somit aufgrund des geebneten Bildfeldes der Abtasteinrichtung 300 prinzipiell bei einem vordefinierten Schärfentiefebereich 20-3 der optischen Nutzeinrichtung 100 ein größeres Bildfeld abgescannt werden als mit dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • Im Folgenden wird nun Bezugnehmend auf 5 eine weitere mögliche Realisierung der optischen Abtasteinrichtung 300 mit dem zugehörigen Strahlengang 306 bis zu einem Zwischenbild 20-1 bzw. einer Zwischenbildebene 20-2 in dem vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 (nicht gezeigt in 5) erläutert.
  • Wie aus 5 ersichtlich ist, wird (entsprechend zu der Anordnung von 2) die aus der Strahlungsquelle 302 stammende elektromagnetische Strahlung 304 von dem ersten optischen Funktionselement 324, das ein oder mehrere optische Funktionselemente bzw. Linsen aufweisen kann, fokussiert und über die Umlenkeinrichtung 325, z. B. in Form eines Strahlteilers, über das weitere optische Reflexionselemente 326, z. B. in Form eines Faltspiegels, und über die Ablenkeinrichtung 314, z. B. in Form eines Scannerspiegels, geführt. Der Scannerspiegel 314 ist um zwei orthogonale Achsen 314b und 314c drehbar ausgeführt und zusätzlich in einem ausgelenkten Zustand 314a dargestellt. Weiterhin sind der zu dem Grundzustand und dem ausgelenkten Zustand 314a zugehörige Strahlungskegel 306-1 und 306-2 eingezeichnet. Die elektromagnetische Strahlung 304 kann dann von zwei weiteren optischen Funktionselementen 332, 334, die beispielsweise als in einer Teleskopkonfiguration befindliche Linsen angeordnet sind und die jeweils ein oder mehrere optische Funktionselemente aufweisen können, in das Zwischenbild 20-1 bzw. die Zwischenbildebene 20-2 in dem vordefinierten Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 (nicht gezeigt) fokussiert.
  • Basierend auf der in 5 dargestellten Anordnung und Konfiguration entsteht zunächst eine zwischen den beiden optischen Funktionselementen 332 und 334 gelegene erste Fokusebene 336, und weiterhin ein hinter dem zweiten optischen Funktionselement 334 gelegenes Bild 338 des Scannerspiegels 314, bzw. seiner Spiegelplatte.
  • Die Lage dieses reellen Bildes 338 der Spiegelplatte kann nun derart gewählt werden, dass diese im Bereich einer optischen Schärfentiefe mit einer Pupillenebene 30-1 der optischen Nutzeinrichtung (nicht gezeigt) zusammenfällt oder optisch konjugiert zu einer solchen Pupillenebene 30-1 ist. In diesem Zusammenhang spricht man von einer Pupillenanpassung zwischen zwei optischen Systemen. Dadurch wird eine optimale Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung 304 über alle Scanwinkel (Abtastwinkel) in den vordefinierten Strahlengang 306 der optischen Nutzeinrichtung gewährleistet und ein Verlust an Strahlung für außeraxiale Bildpunkte (Vignettierung = Randabschattung) vermieden. Der sonstige Abtastvorgang der Augenhinterseite 30a (nicht gezeigt) und die Signalgewinnung bzw. Aufbereitung kann entsprechend zu den weiteren hier dargestellten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden.
  • Bezugnehmend auf 6 wird mm eine weitere mögliche Realisierung der optischen Abtasteinrichtung 300 gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem zugehörigen Strahlengang 306 bis zu einem Zwischenbild 20-1 bzw. einer Zwischenbildebene 20-2 in dem vordefinierten Strahlengang der optischen Nutzeinrichtung dargestellt.
  • Prinzipiell ist der in 6 dargestellte Strahlengang 306 und die grundlegende Funktionsweise entsprechend zu der in 2 beschriebenen Anordnung der optischen Abtasteinrichtung 300 ausgebildet. Bei der in 6 dargestellten Anordnung ist nun zusätzlich eine weitere Strahlungsquelle 340 für eine weitere elektromagnetische Strahlung 342 dargestellt. Die von der weiteren Strahlungsquelle 340 emittierte weitere elektromagnetische Strahlung 342 liegt z. B. im sichtbaren Spektralbereich und wird mit einem weiteren optischen Funktionselement 344, das ein oder mehrere optische Funktionselemente bzw. eine oder mehrere Linsen aufweisen kann, in die Zwischenbildebene 20-2 fokussiert. Über eine weitere Umlenkeinrichtung 346, die beispielsweise als ein weiterer Strahlteiler ausgebildet ist und die sich bezüglich des vordefinierten Strahlengangs 306 vor der (ersten) Umlenkeinrichtung 325 befinden kann, wird die weitere elektromagnetische Strahlung 342 in den gemeinsamen Strahlengang 306 mit der optischen Achse 322 eingekoppelt. Natürlich ist es auch möglich, dass sich die weitere Umlenkeinrichtung 346 bezüglich des vordefinierten Strahlengangs 306 nach der (ersten) Umlenkeinrichtung 325 befindet.
  • Die weitere Umlenkeinrichtung 346 kann dabei einen als Platte oder Würfel ausgebildeten Strahlteiler aufweisen und spektral selektiv ausgeführt sein. Der restliche Teil des Strahlengangs 306 einschließlich des Strahlengangs der optischen Nutzeinrichtung durchläuft die weitere, elektromagnetische (sichtbare) Strahlung 342 gemeinsam mit der elektromagnetischen Strahlung 304 für den Abtastvorgang der Augenhinterseite 30a (nicht gezeigt). Folglich erscheint auch der Fokus der weiteren, elektromagnetischen (sichtbaren) Strahlung 342 auf der Augenhinterseite 30a als scharf ausgebildet. Mit der in 6 dargestellten Anordnung der optischen Abtasteinrichtung 300 ist es möglich in Verbindung mit einer geeigneten bzw. definierten Modulation der weiteren Strahlungsquelle 340 Informationen, Bilder oder sonstige Zeichen gleichzeitig oder zeitversetzt zur Erkennung der Merkmale der Augenhinterseite 30a zusätzlich auf die Augenhinterseite 30a zu projizieren. Es können somit beispielsweise Informationen über den Zustand des optischen Systems 10 oder mit demselben verbundener Geräte angezeigt werden. Ferner können der Bedienperson Eingabeaufforderungen oder sonstige Anweisungen, Bedienungshilfen usw. angezeigt werden.
  • Die Verarbeitungseinrichtung 316 kann nun ausgebildet sein, um auch die weitere Strahlungsquelle 340 so anzusteuern, dass die weitere elektromagnetische Strahlung 342 von der weiteren Strahlungsquelle 340 zeitlich selektiv (d. h. zu vorgegebenen Abstrahlzeitpunkte) und/oder wellenlängenselektiv (d. h. mit einer vorgegebenen Abstrahlwellenlänge) bereitgestellt wird.
  • Bezugnehmend auf 7 wird nun eine weitere mögliche Realisierung der optischen Abtasteinrichtung 300 für das optische System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Als Modifikation gegenüber der in 2 dargestellten Anordnung ist die Umlenkeinrichtung 325, z. B. in Form eines Strahlteilers, der einen Teil des reflektierten Anteils 308 der von der Augenhinterseite 30a (nicht gezeigt) zurückgeworfenen elektromagnetischen Strahlung 304 über das weitere optische Funktionselement 328, z. B. in Form einer Linse, auf die Erfassungseinrichtung 310 (den Detektor) lenkt, zwischen der Ablenkeinrichtung 314, z. B. in Form eines Scannerspiegels und der Zwischenbildebene 20-2 angeordnet.
  • Somit befindet sich die Umlenkeinrichtung 325 im Strahlengang 306 in Richtung der Zwischenbildebene 20-2 nach der Ablenkeinrichtung 314 und nicht wie in 2 vor dem optischen Spiegelelement 326. Basierend auf dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist es nicht erforderlich, dass der reflektierte Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung über die Ablenkeinrichtung 314, z. B. in Form eines Scannerspiegels, zurückgeführt wird, da beispielsweise Scannerspiegel eine begrenzte Apertur aufweisen. Damit kann beispielsweise eine (unter Umständen) größere numerische Apertur der optischen Nutzeinrichtung für die Erfassung der elektromagnetischen Strahlung bzw. des reflektierten Anteils 308 der elektromagnetischen Strahlung genutzt werden. Dabei ist zu beachten, dass es lediglich erforderlich sei, die aktive Fläche der Erfassungseinrichtung 310 (des Detektors) im Vergleich zu der in 2 dargestellten Ausführungsvariante evtl. etwas größer zu wählen, da sich der durch die mit dem Funktionselement 328 vorgenommenen Fokussierung der Strahlung 308 auf die Erfassungseinrichtung 310 entstehende Fokuspunkt aufgrund der Scannbewegung auf der aktiven Fläche der Erfassungseinrichtung 310 im Gegensatz zu der in 2 dargestellten Ausführungsvariante ebenfalls bewegt.
  • Bezugnehmend auf 8 wird nun eine weitere optionale Realisierung der optischen Abtasteinrichtung 300 für das optische System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt.
  • Dabei stellt die in 8 gezeigte Anordnung eine Modifikation gegenüber der in 4 dargestellten Anordnung dar, mit dem Unterschied, dass der Strahlteiler 325, der einen Teil des reflektierten Anteils 308 der von der Augenhinterseite 30a zurückgeworfenen, reflektierten elektromagnetischen Strahlung auf die Erfassungseinrichtung 310 (Detektor) lenkt, sich zwischen der Ablenkeinrichtung 314, z. B. in Form eines Scannerspiegels, und dem weiteren optischen Funktionselement 330, z. B. in Form einer Linse, und nicht wie in 4 vor dem optischen Spiegelelement 326 befindet. Die in 8 dargestellte Anordnung erlaubt somit, dass der reflektierte Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung nicht über die optische Ablenkeinrichtung 314, z. B. in Form eines Scannerspiegels, der im Allgemeinen eine begrenzte Apertur aufweist, zurückgeführt werden kann, und somit (unter Umständen), die größere numerische Apertur der optischen Nutzeinrichtung 100 für die Detektion des reflektierten Anteils 308 der elektromagnetischen Strahlung genutzt werden kann. Dabei kann es lediglich erforderlich sein, die aktive Fläche der Erfassungseinrichtung 302 im Vergleich zu der in 4 dargestellten Anordnung evtl. etwas größer auszugestalten, da der Strahlquerschnitt der Strahlung 308 größer ist als derjenige im Ausführungsbeispiel der 4.
  • Bezugnehmend auf 9 wird nun eine mögliche Realisierung des optischen Systems 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel erläutert. Dabei ist die optische Nutzeinrichtung 100 des optischen Systems 10 zu Erläuterungszwecken beispielhaft als ein Zielfernrohr (für eine Waffe) ausgebildet.
  • Die optische Nutzeinrichtung 100, z. B. in Form eines Zielfernrohrs, besitzt eine optische Achse 108, die gleichzeitig eine Symmetrieachse für die optischen Komponenten bzw. Funktionselemente ist, und entlang derer ein in die optische Nutzeinrichtung eintretendes axiales Lichtbündel 110 entlang des vordefinierten Strahlengangs 106 geführt wird. Der optische Eingang 102 weist beispielsweise eine Objektivlinse auf, die eine oder mehrere optische Funktionselemente bzw. Linsen aufweisen kann, und erzeugt ein erstes reelles Zwischenbild 112 in dem vordefinierten Strahlengang 106. Dieses erste reelle Zwischenbild 112 wird mit Hilfe weiterer optischer Funktionselemente 114, 116, die beispielsweise jeweils ein oder mehrere optische Funktionselemente bzw. Linsen aufweisen können, auf ein zweites reelles Zwischenbild 20-1 in der Zwischenbildebene 20-2 abgebildet. Dadurch entsteht für eine Bedienperson, die in das Fernrohr 100 durch den optischen Ausgang 104, z. B. in Form eines Okulars, schaut ein aufrechtes Bild. Das Zwischenbild 20-1 wird von einer Bedienperson durch das Okular 104, das ein oder mehrere optische Funktionselemente bzw. Linsen aufweisen kann, betrachtet. Das Auge 30 der Bedienperson ist ebenfalls vereinfacht mit den Bestandteilen Augenlinse 30b, Glaskörper 30c und Augenhinterseite 30a (Netzhaut oder Aderhaut) dargestellt. Das von dem Zwischenbild 20-1 ausgehende Lichtbündel 118 (und das damit auch zu jedem anderen Bildpunkt gehörige Lichtbündel) wird von dem Okular 104 kollimiert und anschließend von der Augenlinse 30b auf die Augenhinterseite 30a abgebildet. Dort entsteht das von der Bedienperson wahrgenommene Bild 120 einer betrachteten Szenerie. Das Okular 104 bildet dabei das Zwischenbild 20-1 derart ab, dass die Austrittspupille 30-1 der optischen Nutzeinrichtung (des Fernrohrs) am Ort der Augenpupille 30b liegt.
  • Über die Umlenkeinrichtung 312, z. B. in Form eines Strahlteilers, die sich im Strahlengang 106 der optischen Nutzeinrichtung 100 bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 110 vor dem Ort des zweiten Zwischenbildes 20-1 befindet, wird die optische Abtasteinrichtung 300, wie sie beispielsweise anhand von 2 erläutert wurde, mit der Ablenkeinrichtung 314, der Strahlungsquelle 302 und der Erfassungseinrichtung 310 (als Hauptelemente) optisch angekoppelt bzw. integriert. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass gleichermaßen die weiteren beschriebenen optischen Abtasteinrichtungen 300 der 3 bis 8 optisch angekoppelt bzw. integriert werden können.
  • Die elektromagnetische Strahlung 304 aus der Strahlungsquelle 302 wird über die Ablenkeinrichtung 314, z. B. in Form eines Scannerspiegels, geführt und in eine Ebene bzw. eine Kugelschale in der Zwischenbildebene 20-2 fokussiert, die in einem Bereich einer optischen Schärfentiefe in der Ebene des zweiten Zwischenbildes 20-1 liegt. Die Umlenkeinrichtung 312 kann beispielsweise einen als Platte oder als Würfel ausgebildeten Strahlteiler aufweisen und auch spektral selektiv ausgeführt sein.
  • Da die Fokalebene der elektromagnetischen Strahlung zur Abtastung der Augenhinterseite 30a mit einer Zwischenbildebene 20-2 der optischen Nutzeinrichtung 100, d. h. z. B. in Form des Fernrohrs, zusammenfällt, wird die elektromagnetische Strahlung 304 gemeinsam mit dem Strahlenbündel 110 der Fernrohrbetrachtung von dem Okular 104 auf die Augenhinterseite 30a abgebildet. Die optische Ablenkeinrichtung 314 zur gezielten Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung 304 ist dabei vorzugsweise so dimensioniert und angeordnet, dass die Spiegelplatte des Scannerspiegels 314 und die Austrittspupille 30-1 des Fernrohrs zueinander optisch konjugierte Ebenen sind, wobei in diesem Zusammenhang von einer Pupillenanpassung gesprochen wird. Ein Teil der auf die Augenhinterseite 30a auftreffenden Strahlung 304 wird dort beispielsweise zurückreflektiert, und bildet den reflektierten Anteil 308 der elektromagnetischen Strahlung. Wiederum ein Teil des reflektierten Anteils der elektromagnetischen Strahlung durchläuft die in 9 dargestellte Anordnung in umgekehrter Richtung und wird an der Umlenkeinrichtung 312, z. B. in Form eines Strahlteilers, wieder aus dem vordefinierten Strahlengang 106 des Fernrohrs 100 ausgekoppelt. Die weitere Funktionsweise der optischen Abtasteinrichtung 300, die mit der optischen Nutzeinrichtung 100 gekoppelt ist, entspricht bezüglich der in 9 dargestellten Anordnung der bereits anhand von 2 dargestellten und beschriebenen Anordnung.
  • In diesem Zusammenhang wird nochmals darauf hingewiesen, dass gleichermaßen die anhand der 3 bis 8 dargestellten Anordnungen für die optische Abtasteinrichtung 300 gleichermaßen zur Ankopplung an die optische Nutzeinrichtung 100 von 9 eingesetzt werden können.
  • Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass die in 9 gezeigte Anordnung lediglich schematisch dargestellt ist. So können sich verschiedene Typen von optischen Nutzeinrichtungen 100, z. B. in Form von Zielfernrohren, deutlich in der Anzahl und in der Ausführung der optischen Funktionselemente, z. B. der Linsen oder Linsengruppen, unterscheiden. In diesem Zusammenhang wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch optische Nutzeinrichtung 100 in Form von Zielfernrohren mit einem variablen Bildwinkel (Zoom) umfassen können. Ferner wird nochmals darauf hingewiesen, dass nicht nur das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel für die optische Abtasteinrichtung 300, sondern auch die Ausführungsbeispiele aus den 3 bis 8 bei der in 9 gezeigten Anordnung Verwendung finden können.
  • 10a zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsvariante eines in einer Silizium-Technologie hergestellten Scannerspiegels 250 für die optische Ablenkeinrichtung 314, der in der Einrichtung 314 zur gezielten Ablenkung für die elektromagnetische Strahlung 304 Anwendung finden kann. Der Scannerspiegel 250 wird in einem SOI-Substrat (SOI = Silicon on Insulator) 252 mittels typischer Prozesse aus der Halbleiterfertigung hergestellt. Die Spiegelplatte 254 ist über einen Rahmen 256 kardanisch aufgehängt und somit in zwei orthogonale Richtungen auslenkbar. Da die Spiegelplatte 254 mit ihren Aufhängungen beispielsweise aus Monosilizium besteht, weist der Scannerspiegel 250 insgesamt eine hohe Stabilität auf und ist aufgrund seiner Schockfestigkeit insbesondere für die im Vorhergehenden beschriebenen Applikationen geeignet.
  • Die 10b zeigt nun beispielsweise eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips des 2D-Mikroscannerspiegels. Die runde bzw. elliptische Spiegelplatte 254 ist an zwei Torsionsfedern aufgehängt. Im Fall des 2D-Scanners wird beispielsweise eine kardanische Aufhängung der Spiegelplatte genutzt, wobei die Spiegelplatte bezüglich der dargestellten, senkrecht zueinander ausgerichteten Achsen auslenkbar ist.
  • Im Nachfolgenden wird bezugnehmend auf 11 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Funktionalität eines optischen Systems 10 oder einer mit dem optischen System gekoppelten Vorrichtung beschrieben. Dabei werden zunächst Merkmale der Augenhinterseite der Bedienperson mittels Abtasteinrichtung 300 erfasst, um zugehörige Abtastinformationen zu erhalten. Daraufhin werden die ermittelten Abtastinformationen mit bereitgestellten Vergleichsinformationen, die beispielsweise aus der zugeordneten Speichereinrichtung 320 oder auch einer externen Speichereinrichtung über die Schnittstelle 318 abgerufen werden, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten. Das Vergleichsergebnis gibt nun an, ob eine ausreichende Übereinstimmung der Abtastdaten mit einem entsprechenden Vergleichsdatensatz vorliegt, wodurch eine momentane Bedienperson als registriert, autorisiert und/oder zugriffsberechtigt eingestuft wird. Abhängig von der ermittelten Zugehörigkeit zu einem vordefinierten Personenkreis (autorisiert oder nicht-autorisiert) kann dann (zumindest) eine Funktionalität der optischen Nutzeinrichtung selbst oder (zumindest) eine Funktionalität eines mit derselben verbundenen Geräts selektiv gesperrt oder freigegeben werden, indem die optische Nutzeinrichtung oder die damit gekoppelte Vorrichtung basierend auf dem Vergleichsergebnis angesteuert wird. Das Vergleichsergebnis gibt also an, ob die momentane Bedienperson des optischen Systems eine „berechtigte” Bedienperson der optischen Nutzeinrichtung oder der damit gekoppelten Vorrichtung ist.
  • Falls nun die optische Nutzeinrichtung oder die damit gekoppelte Vorrichtung unterschiedliche, selektiv aktivierbare Funktionalitäten aufweist, ist es nun ferner möglich, unterschiedliche Autorisierungen von Bedienpersonen vorzugeben, wobei abhängig von der ermittelten Bedienperson und der zugeordneten Autorisierung dann selektiv bestimmte vorgegebene Funktionalitäten der optischen Nutzeinrichtung oder der damit verbundenen Vorrichtung freigegeben werden können. So können beispielsweise umso mehr (sicherheitsrelevante) Funktionalitäten freigegeben werden, je höher die Berechtigung der ermittelten Bedienperson ist.
  • Im Folgenden wird nun Bezug genommen auf 12, die schematisch das erfindungsgemäße optische System 10, das zumindest eine Funktionalität 12 aufweist, und eine mit dem optischen System 10 gekoppelte Vorrichtung 500, die beispielsweise wiederum (optional) zumindest eine vorgegebene Funktionalität 502 aufweist, dargestellt. Die Kopplung 504 zwischen dem optischen System 10 und der Vorrichtung 500 kann beispielsweise direkt oder indirekt, mechanisch und/oder elektronisch vorliegen, wobei eine elektronische Kopplung auch die Möglichkeit einer drahtlosen Verbindung zwischen dem optischen System 10 und der Vorrichtung 500 zur Datenübertragung einschließt.
  • Wie bereits im Vorhergehenden beschrieben wurde, kann das optische System 10 der vorliegenden Erfindung zum Beispiel in Verbindung mit einem Zielfernrohr 100 einer Waffe 500 Verwendung finden bzw. in ein solches integriert werden. Das Zielfernrohr 100 mit der integrierten Abtasteinrichtung 300 bilden das optische System 10.
  • Die nachfolgenden Ausführungen gehen nun bezugnehmend auf die in den Figuren dargestellten Funktionselemente insbesondere auf die optionale Realisierung des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 in Verbindung mit einer Waffe 500 ein. Darüber hinaus werden noch weitere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 dargestellt.
  • So kann das Zielfernrohr 100 des optischen Systems 10 an der Schusswaffe 500, z. B. einer Handfeuerwaffe, montiert sein. Die Schusswaffe 500 kann ferner mit einem Mechanismus 502 zu einer automatischen Sicherung ausgestattet sein. Die in das Zielfernrohr 100 integrierte optische Abtasteinrichtung 300 verfügt nun (vgl. 1) neben der Abtasteinrichtung 300 zum Scannen der Augenhinterseite und einer entsprechenden elektronischen Schaltung zur Steuerung derselben auch über einen Datenspeicher 320, in den die Merkmale (Vergleichsdaten) der Augenhinterseite als Vergleichsdatensätze abgelegt und jeweils einem einzelnen Nutzer eindeutig zugeordnet werden können.
  • In einem Anfangszustand befindet sich die Waffe 500 in einem gesicherten Zustand. Die Sicherung kann nun erfindungsgemäß aufgehoben bzw. die Waffe 500 kann entsichert oder freigeschaltet werden, nachdem die Bedienperson aufgrund seiner Augenhinterseitenmerkmale nach einer Erkennung in Form eines Abtastvorgangs 410 und einem anschließenden Vergleichsvorgang 420 mit den gespeicherten Datensätzen eindeutig identifiziert und in einer in der Speichereinrichtung 320 hinterlegten Datenbank als autorisiert hinterlegt wurde. Ist dies nicht der Fall, bleibt die Waffe 500 andernfalls gesichert.
  • Verfügt nun die Waffe selbst über keinen Mechanismus zur automatischen Sicherung, der mit dem optischen System 10 gekoppelt ist, aber die Anordnung aus optischem System 10 und Waffe 500 verfügt über einen automatischen bzw. durch das Zielfernrohr 100 steuerbaren Sicherheitsmechanismus 12, kann auch nur das Zielfernrohr 100 bzw. der darin vordefinierte Strahlengang 106 freigeschaltet oder blockiert werden. In diesem Fall kann die Schusswaffe 500 beispielsweise zwar verwendet werden, ist jedoch je nach Typ durch die fehlende Funktion des Zielfernrohrs 100 in deren Funktionalität stark eingeschränkt.
  • Alternativ kann der Augenhinterseiten-Scan auch nur zur Erfassung von Nutzern ohne Sicherheitsmechanismus und (optional) zu einer Protokollierung der Verwendung der Vorrichtung 500 eingesetzt werden. So kann es beispielsweise bei Waffen 500, die von mehreren autorisierten Personen verwendet werden können, wie dies beispielsweise in Schützenvereinen der Fall ist, diese durch Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Systems ausgebildet sein, die jeweilige Nutzung durch unterschiedliche Bedienpersonen zweifelsfrei und eindeutig zu protokollieren. Dazu können z. B. die Anzahl der von einem identifizierten Nutzer zu einem bestimmten Zeitpunkt abgegebenen Schüsse erfasst werden. Die dafür zusätzlich notwendige Sensorik, z. B. Beschleunigungssensoren zur Erfassung des Rückschlags der Waffe 500, können dabei ebenfalls in das optische System 10 oder auch die Waffe 500 integriert sein.
  • Darüber hinaus kann das optische System 10 oder die Vorrichtung 500 über die dem optischen System zugeordnete Schnittstelle 318 oder einer der Vorrichtung 500 zugeordneten Schnittstelle (nicht gezeigt) zur drahtgebundenen oder drahtlosen Datenübertragung verfügen, so dass Abtastdaten, die bei der Erkennung oder Erfassung von Merkmalen der Augenhinterseite ermittelt wurden, und/oder auch Nutzer- bzw. Nutzungs-bezogene Daten während der Verwendung der Waffe 500 zu anderen, externen Geräte, z. B. in ein Netzwerk, übertragen und dort weiterverarbeitet oder abgespeichert werden können. Basierend auf den zu einem externen Gerät übertragenen Daten können beispielsweise Steuerdaten zu dem optischen System 10 oder der Vorrichtung 500 zurückübertragen werden, um mittels dieser Steuerdaten die dem optischen System 10 zugeordnete zusätzliche Funktionalität 12 oder die der Vorrichtung 500 zugeordnete zusätzliche Funktionalität 502 selektiv freizugeben oder zu sperren.
  • Darüber hinaus können die durch die Augenhinterseitenabtastung erhaltenen Abtastdaten verwendet werden, um beispielsweise einen Alarm an dem optischen System 10 oder der Vorrichtung 500 auszulösen, wenn eine Bedienperson der Vorrichtung 500 bzw. des optischen Systems 10 als nicht-autorisiert eingestuft wurde. Dieser Alarm kann dann beispielsweise auch an die externen Geräte zur automatischen Alarmierung einer Behörde oder eines Dienstes (Polizei, etc.) beispielsweise unter Angabe der genauen Position der Vorrichtung 500 oder des optischen Systems 10 weitergeleitet werden. Die Position kann beispielsweise mittels GPS-Daten oder einer sonstigen Ortung z. B. mittels Mobilfunk erfolgen.
  • Diese oben genannten, erfindungsgemäßen Anwendungsmöglichkeiten sind natürlich nicht nur auf den Einsatz bei Zielfernrohren für Waffen beschränkt, sondern sind vielmehr auch auf alle im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung beschriebenen optischen Nutzeinrichtungen bzw. visuellen, optischen Instrumente anwendbar.
  • So kann das erfindungsgemäße optische System beispielsweise in Verbindung mit einem Teleskop 100 angewendet werden, wozu die erfindungemäße Abtasteinrichtung 300 in ein solches Teleskop 100 integriert wird, um das optische System 10 zu erhalten. Die sich ergebende Realisierung des optischen Systems 10 kann auch hier entsprechend der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Zielfernrohrs erfolgen. So können die erhaltenen Daten des Augenhinterseiten-Scans in Form der Abtastdaten bzw. Abtastdatensätze wiederum zur Sperrung oder Freischaltung der optischen Eigenschaften des Teleskops 100 oder von Funktionalitäten von mit dem Teleskop 100 verbundener Geräte 500 herangezogen werden.
  • Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 kann z. B. in Verbindung mit einem Mikroskop 100 Verwendung finden, wobei die Abtasteinrichtung 300 in ein Mikroskop integriert wird. Die Anwendung gestaltet sich auch hier entsprechend zu der des im Vorhergehenden beschriebenen Zielfernrohrs. So kann es beispielsweise bei dem Einsatz eines Mikroskops in sensiblen Bereichen, z. B. in einem Forschungsumfeld, erwünscht sein, dass die Anzahl autorisierter Personen, die ein Mikroskop in einem Labor verwenden können, auf einen autorisierten Personenkreis begrenzt ist. Alternativ ermöglicht das erfindungsgemäße optische System 10 dass zumindest zweifelsfrei protokolliert werden kann, welche Bedienperson das Mikroskop zu welchem Zeitpunkt jeweils verwendet hat.
  • Aus den obigen Ausführungen sollte ferner deutlich werden, dass die erhaltenen Abtastdaten bei dem Augenhinterseiten-Scan nicht nur zur Freischaltung, Sperrung oder Protokollierung des optischen Systems 10 oder der damit gekoppelten Vorrichtung 500 verwendet werden können, sondern auch zur Steuerung oder Ansteuerung beliebiger mit dem optischen System 10 oder der Vorrichtung 500 direkt oder indirekt verbundener, weiterer externer Geräte bzw. deren Funktionalitäten eingesetzt werden können.
  • Aus den obigen Ausführungen sollte deutlich werden, dass die erfindungsgemäße optische Abtasteinrichtung 300 ohne großen technischen Aufwand in bestehende optische, visuelle Anordnungen oder Instrumente 100 integrierbar ist, und aufgrund der kompakten und robusten Realisierungsmöglichkeiten insbesondere auch für mobile Anwendungen beispielsweise auch unter harten Umgebungsbedingungen einsetzbar ist.
  • Da bei der erfindungsgemäßen Realisierung des optischen Systems 10 beispielsweise Mikroscannerspiegel und Faltspiegelelemente in dem optischen Strahlengang 306 der zusätzlichen Abtasteinrichtung 300 vorgesehen werden können, ergeben sich für das optische System 10 und beispielsweise für eine Kombination des optischen Systems 10 mit einer Vorrichtung 500 (z. B. einer Schusswaffe) äußerst vorteilhafte Eigenschaften aufgrund der relativ einfachen Realisierbarkeit und der hohen mechanischen Robustheit des erfindungsgemäßen optischen Systems 10. So kann das optische System zum Scannen der Augenhinterseite eine Ablenkeinrichtung zur gezielten Ablenkung elektromagnetischer Strahlung auf Basis von Mikroscannerspiegeln enthalten, die in einer Siliziummikrotechnologie gefertigt sein können. Solche Mikroscannerspiegel können beispielsweise relativ hohen Schockbelastungen, beispielsweise durch Schlag und Stoß verursacht, widerstehen. Diese Eigenschaften von Scannerspiegeln, wie sie beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen optischen System eingesetzt werden können, ermöglichen insbesondere den Einsatz des optischen Systems mit der Retina- oder Aderhaut-Scannerfunktionalität in den mobilen Anwendungen, wie z. B. die Integration in ein Zielfernrohr einer Waffe.
  • Die Verwendung von Mikroscannerspiegeln ermöglicht neben der mechanischen Robustheit des resultierenden optischen Systems 10 auch einen sehr geringen erforderlichen Bauraum zur Realisierung der Integration der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung 300 in das optische Instrument 100. Auch diese Tatsache ist für den Einsatz bei mobilen Applikationen äußerst vorteilhaft. Der Vorteil eines kleinen Formfaktors ist jedoch nicht nur auf mobile Anwendungen begrenzt. So kann z. B. auch in einem Mikroskop der für den Zweck der Augenhinterseitenabtastung zur Verfügung stehende Bauraum durchaus begrenzt sein.
  • Wie bereits oben beschrieben wurde, ist die Anwendung eines Augenhinterseitenscanners gemäß dem erfindungsgemäßen optischen System 10 bei visuellen, optischen Instrumenten und beispielsweise im Bereich der Waffensicherheit neben der Sperrung oder Freischaltung einer Waffe abhängig von einer Erkennung der Augenhinterseite und darüber hinausgehend noch die optionale Speicherung nutzerbezogener Daten bei der Verwendung der Waffe, z. B. die Anzahl der abgegebenen Schüsse, realisierbar. Dabei ist insbesondere auch eine Einbeziehung der Funktionalität des Zielfernrohrs und eine mögliche Sperrung desselben ausführbar.
  • Bezüglich der vorliegenden Erfindung wird darauf hingewiesen, dass es relativ einfach möglich ist, die zum Vergleich mit den erhaltenen Abtastdaten erforderlichen Vergleichsdaten in einen von außen nicht zugreifbaren Speicherbereich 320 in dem optischen System zu implementieren, und diesen Speicherbereich auch nicht-manipulierbar auszugestalten. So kann insbesondere einer nicht-autorisierten Person die Möglichkeit genommen werden, sich durch eine Manipulation der abgelegten Vergleichsdaten unberechtigt Zugriff auf Funktionalitäten des Zwischensystems 10 bzw. einer damit gekoppelten Vorrichtung 500 zu verschaffen. Diese Sicherheitsfunktionalität ist natürlich gleichermaßen über einen (beispielsweise verschlüsselten und gesicherten) Zugriff auf eine externe Datenbank in einer extern angeordneten Speichereinrichtung realisierbar.
  • In diesem Zusammenhang wird ferner darauf hingewiesen, dass gegenüber anderen erfassbaren biometrischen Merkmalen, wie beispielsweise Fingerabdruck oder Iris, die Retina bzw. die Retinaoberfläche oder die Aderhaut bzw. Aderhautoberfläche nur im durchbluteten Zustand, also bei lebenden Personen, als Merkmal tauglich ist, so dass eine missbräuchliche Nachbildung dieser biometrischen Merkmale kaum möglich ist.
  • Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele oder Funktionselemente, wie z. B. die Verarbeitungseinrichtung 316, die Schnittselle 318 und auch andere elektronische Elemente, der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
  • Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
  • Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
  • Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.

Claims (27)

  1. Optisches System mit folgenden Merkmalen: einer optischen Nutzeinrichtung (100) mit einem vordefinierten Strahlengang (106) zwischen einem optischen Eingang (102) und einem optischen Ausgang (104) zur optischen Abbildung eines eingangsseitig erfassten Objekts (20) oder einer Szenerie (20) auf eine außerhalb der optischen Nutzeinrichtung (100) befindliche Augenhinterseite (30a) eines menschlichen Auges (30) einer Bedienperson; und einer optischen Abtasteinrichtung (300) zur Einkopplung einer elektromagnetischen Strahlung (304) in den vordefinierten Strahlengang (106) der optischen Nutzeinrichtung (100) in Richtung des optischen Ausgangs (104), und zum Erfassen eines von einem Bereich der Augenhinterseite (30a) in den vordefinierten Strahlengang (106) zurückgeworfenen oder reflektierten Anteils (308) der elektromagnetischen Strahlung.
  2. Optisches System nach Anspruch 1, wobei die optische Nutzeinrichtung (100) eine Mehrzahl optischer Funktionselemente zur mehrstufigen optischen Abbildung des eingangsseitig erfassten Objekts 20 oder der Szenerie (20) in dem vordefinierten Strahlengang (106) und zum Abbilden eines Zwischenbilds (20-1) des eingangsseitig erfassten Objekts 20 oder der Szenerie (20) in eine Zwischenbildebene (20-2) in dem vordefinierten Strahlengang (106) aufweist.
  3. Optisches System nach Anspruch 2, wobei die optische Abtasteinrichtung (300) ausgebildet ist, um die elektromagnetische Strahlung (304) in den vordefinierten Strahlengang (106) der optischen Nutzeinrichtung einzukoppeln und in einem optischen Schärfentiefebereich (20-3) der Zwischenbildebene (20-2) zu fokussieren.
  4. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtasteinrichtung (300) ausgebildet ist, um zumindest einen Teil der elektromagnetischen Strahlung (304) gezielt abzulenken, um eine ortsaufgelöste Bewegung der elektromagnetischen Strahlung (304) über zumindest einen Teil der Augenhinterseite (30a) der Bedienperson zu erhalten, wobei der zurückgeworfene oder reflektierte Anteil (308) der elektromagnetischen Strahlung ortsaufgelöste Informationen von der abgetasteten Augenhinterseite (30a) aufweist.
  5. Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Abtasteinrichtung (300) ausgebildet ist, um den zurückgeworfenen oder reflektierten Anteil (308) der elektromagnetischen Strahlung nach Passieren des optischen Schärfentiefenbereichs (20-3) der Zwischenbildebene (20-2) zumindest teilweise aus dem Strahlengang (106) der optischen Nutzeinrichtung (100) auszukoppeln, und in den Strahlengang (306) der Abtasteinrichtung (300) einzukoppeln.
  6. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Abtasteinrichtung (300) folgende Merkmale aufweist: eine Strahlungsquelle (302) zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung (304), eine Ablenkeinrichtung (314) zum gezielten Ablenken der elektromagnetischen Strahlung (304), und eine Erfassungseinrichtung (310) zum Erfassen zumindest eines Teils des zurückgeworfenen oder reflektierten Anteils (308) der elektromagnetischen Strahlung.
  7. Optisches System nach Anspruch 6, wobei die Ablenkeinrichtung (314) ein optisches Funktionselement mit einer Reflexionsfläche aufweist, wobei die Reflexionsfläche in einem optischen Schärfentiefenbereich einer zu einer Pupillenebene (30-1) der optischen Nutzeinrichtung (100) konjugierten Ebene liegt.
  8. Optisches System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Strahlungsquelle (302) einen Laser, eine Laserdiode oder eine lichtemittierte Diode (LED) aufweist.
  9. Optisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Erfassungseinrichtung (310) eine Fotodiode oder eine Lawinen-Fotodiode aufweist.
  10. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtasteinrichtung (300) eine weitere Strahlungsquelle (340) zum Erzeugen einer weiteren elektromagnetischen Strahlung (342) im sichtbaren Spektralbereich aufweist, wobei die Abtasteinrichtung (300) ausgebildet ist, um die weitere elektromagnetische Strahlung (342) in den vordefinierten Strahlengang (106) der optischen Nutzeinrichtung (100) einzukoppeln, und um erkennbare Informationen für die Bedienperson auf die Augenhinterseite (30a) zu projizieren.
  11. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Verarbeitungseinrichtung (316) aufweist, die ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung (310), das auf dem zurückgeworfenen oder reflektierten Anteil (308) der elektromagnetischen Strahlung basiert, auszuwerten, um Abtastdaten mit ortsaufgelösten Informationen von der abgetasteten Augenhinterseite (30a) bereitzustellen.
  12. Optisches System nach Anspruch 11, wobei die Verarbeitungseinrichtung (316) ferner ausgebildet ist, um die Abtastdaten mit bereitgestellten Vergleichsdaten zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten.
  13. Optisches System nach Anspruch 12, wobei die Verarbeitungseinrichtung (316) ferner ausgebildet ist, um basierend auf dem Vergleichsergebnis eine Funktionalität der optischen Nutzeinrichtung (100) freizugeben oder zu sperren oder um eine Verwendung der optischen Nutzeinrichtung (100) durch eine Bedienperson zu protokollieren.
  14. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Nutzeinrichtung (100) ein Fernrohr, ein Zielfernrohr, ein Periskop, ein Endoskop, ein Mikroskop, einen Fotoapparat, eine Kamera oder ein Messgerät ist.
  15. Optisches System nach Anspruch 14, wobei das Messgerät ein Theodolit, ein Entfernungsmessgerät oder ein Laser-basiertes Geschwindigkeitsmessgerät ist.
  16. Optisches System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Verarbeitungseinrichtung (316) ausgebildet ist, die Ablenkeinrichtung (314) gezielt anzusteuern, um die Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung (304) über der Augenhinterseite (30a) zu steuern.
  17. Optisches System nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Verarbeitungseinrichtung (316) ausgebildet ist, die Strahlungsquelle (302) gezielt anzusteuern, um die Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung (304) zeitlich und/oder wellenlängenselektiv zu steuern.
  18. Optisches System nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die optische Nutzeinrichtung (100) eine steuerbare Funktionalität aufweist, und wobei die Verarbeitungseinrichtung (316) ausgebildet ist, die steuerbare Funktionalität der optischen Nutzeinrichtung (100) bei Vorliegen eines vorgegebenen Vergleichsergebnisses zu aktivieren oder zu sperren.
  19. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Ablenkeinrichtung (314) einen in Silizium-Technologie hergestellten Mikroscannerspiegel aufweist.
  20. Verfahren (400) zur Steuerung einer Funktionalität eines optischen Systems (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche oder einer mit dem optischen System (10) gekoppelten Vorrichtung, mit folgenden Schritten: Erfassen (410) von Merkmalen der Augenhinterseite der Bedienperson im optischen System, um Abtastinformationen zu erhalten, Vergleichen (420) der ermittelten Abtastinformationen mit bereitgestellten Vergleichsinformationen, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, und Ansteuern (430) der optischen Nutzeinrichtung oder der damit gekoppelten Vorrichtung basierend auf dem Vergleichsergebnis.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Vergleichsergebnis angibt, ob die momentane Bedienperson des optischen Systems eine registrierte oder autorisierte Bedienperson der optischen Nutzeinrichtung oder der damit gekoppelten Vorrichtung ist, ferner mit folgenden Schritten: falls die Bedienperson ein autorisierter oder registrierter Nutzer ist, Freigeben der Funktionalität der optischen Nutzeinrichtung oder der damit gekoppelten Vorrichtung; und falls die Bedienperson kein autorisierter oder registrierter Nutzer ist, Deaktivieren oder Sperren der Funktionalität der optischen Nutzeinrichtung oder der damit gekoppelten Vorrichtung.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Vergleichsinformation in einem Speicherelement in dem optischen System abgelegt ist.
  23. Vorrichtung mit einer steuerbaren Funktionalität, wobei die Vorrichtung mit dem optischen System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 koppelbar ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die steuerbare Funktionalität basierend auf dem von dem optischen System ermittelten Vergleichsergebnis freizugeben oder zu sperren.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Vorrichtung eine Schusswaffe ist und die optische Nutzeinrichtung ein Zielfernrohr oder eine optische Zieleinrichtung der Schusswaffe ist.
  25. Verwendung des optischen Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 zur personenbezogenen Steuerung einer steuerbaren Funktionalität des optischen Systems oder einer mit dem optischen System gekoppelten Vorrichtung.
  26. Verwendung des optischen Systems gemäß Anspruch 25, wobei die Vorrichtung eine Schusswaffe ist und die optische Nutzeinrichtung ein Zielfernrohr oder eine optische Zieleinrichtung der Schusswaffe ist.
  27. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19 oder 20, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3339900A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-27 Safran Vectronix AG Beobachtungsvorrichtung mit einem augengesteuerten laserbereichsfinder
EP3555548A4 (de) * 2016-12-13 2020-01-01 Gentex Corporation Biometrisches identifikationssystem für eine pistole
DE102022113237A1 (de) 2022-05-25 2023-11-30 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Scananordnung und Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils mit einer solchen Scananordnung

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3555548A4 (de) * 2016-12-13 2020-01-01 Gentex Corporation Biometrisches identifikationssystem für eine pistole
EP3339900A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-27 Safran Vectronix AG Beobachtungsvorrichtung mit einem augengesteuerten laserbereichsfinder
US10816664B2 (en) 2016-12-22 2020-10-27 Safran Vectronix Ag Observation device having an eye-controlled laser rangefinder
DE102022113237A1 (de) 2022-05-25 2023-11-30 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Scananordnung und Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils mit einer solchen Scananordnung

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