DE102016106953A1

DE102016106953A1 - Kamerasucher

Info

Publication number: DE102016106953A1
Application number: DE102016106953.1A
Authority: DE
Inventors: Julius Muschaweck
Original assignee: Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-19
Also published as: US20170302849A1; US10771682B2

Abstract

Ein Kamerasucher umfasst eine elektronische Anzeigevorrichtung, welche zur Wiedergabe von Bildern, welche von einem Bildsensor einer elektronischen Kamera erfasst werden, ausgelegt ist. Der Kamerasucher umfasst ferner wenigstens zwei Spiegel zum Reflektieren der von der Anzeigevorrichtung wiedergegebenen Bilder, von denen zumindest ein Spiegel ein Freiformflächenspiegel ist, dessen reflektierende Oberfläche als eine Freiformfläche ausgebildet ist, die keine kontinuierliche Translations- oder Rotationssymmetrie aufweist. Wenigstens einer der Freiformflächenspiegel ist verstellbar, um eine Fehlsichtigkeit eines Benutzers zumindest teilweise zu kompensieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kamerasucher mit einer elektronischen Anzeigevorrichtung, welche zur Wiedergabe von Bildern ausgelegt ist, die von einem Bildsensor einer elektronischen Kamera erfasst werden.
Mittels des Kamerasuchers kann der jeweilige von dem Bildsensor der elektronischen Kamera erfasste, d.h. in geeignete elektrische Signale umgesetzte, Bildausschnitt betrachtet werden. Dieser Bildausschnitt kann vollständig oder teilweise von der elektronischen Anzeigevorrichtung wiedergegeben werden und von einem Benutzer der Kamera beispielsweise durch ein vormontiertes Okular betrachtet werden.
Oftmals sind derartige Kamerasucher für Benutzer mit einer Fehlsichtigkeit nur mit Einschränkungen benutzbar, insbesondere dann, wenn der Benutzer Brillenträger ist. Wird der Kamerasucher mit aufgesetzter Brille verwendet, vergrößert sich in der Regel der Abstand zwischen dem Kamerasucher und den Augen. Häufig wird dann nur eine Teilbildfläche der Anzeigevorrichtung wahrgenommen, so dass eine optimale Festlegung des mit der Kamera zu erfassenden Bildausschnitts nicht mehr möglich ist. Wenn der Kamerasucher hingegen ohne Brille benutzt wird, bleibt die Fehlsichtigkeit des Benutzers zumeist unkorrigiert, so dass eine Beurteilung der Bildschärfe nur noch eingeschränkt oder gar nicht möglich ist. Eine besonders häufige Art der Fehlsichtigkeit ist eine Stabsichtigkeit des Auges (Astigmatismus).
Es sind zwar Kamerasucher mit verstellbarem Okular bekannt, welche in gewissen Grenzen eine Kurz- oder Weitsichtigkeit des Benutzers kompensieren können, beispielsweise durch eine Längsverschiebung der Okularlinse. Nachteilig sind bei diesen Kamerasuchern das Gewicht, ein konstruktiv bedingt großer Bauraum, eine aufwändige Korrektur von Farbfehlern und hohe Kosten. Eine Kompensation von Astigmatismus ist nicht vorgesehen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen kostengünstigen, kompakten Kamerasucher anzugeben, welcher es ermöglicht, eine Fehlsichtigkeit des Benutzers zumindest teilweise zu kompensieren.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Kamerasucher mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Kamerasucher umfasst eine elektronische Anzeigevorrichtung, welche zur Wiedergabe von Bildern, welche von einem Bildsensor einer zugeordneten elektronischen Kamera erfasst werden, ausgelegt ist. Der Kamerasucher umfasst ferner wenigstens zwei Spiegel zum Reflektieren der von der Anzeigevorrichtung wiedergegebenen Bilder. Insbesondere wird das jeweilige Bild von den wenigstens zwei Spiegeln entlang des optischen Strahlengangs nacheinander reflektiert, wobei das jeweilige Bild – optional über eine zusätzliche Linsenanordnung – in Richtung des Auges eines Benutzers abgebildet wird. Zumindest einer der Spiegel ist ein Freiformflächenspiegel, dessen reflektierende Oberfläche als eine Freiformfläche ausgebildet ist, die keine kontinuierliche Translations- oder Rotationssymmetrie aufweist. Wenigstens einer der Freiformflächenspiegel, d.h. der einzige Freiformflächenspiegel oder wenigstens einer von mehreren Freiformflächenspiegeln des Kamerasuchers, ist derart verstellbar, dass durch ein Verstellen des jeweiligen Freiformflächenspiegels eine Fehlsichtigkeit des Benutzers zumindest teilweise kompensierbar ist.
Mit derartigen Freiformflächenspiegeln kann der Strahlengang des Kamerasuchers in Abhängigkeit von der Gestalt der Freiformfläche in einer Weise und in einer Kompaktheit beeinflusst werden, die mit ebenen Spiegeln oder rotationssymmetrischen Spiegeln (z.B. Hohlspiegeln) nicht möglich ist. Insbesondere können durch geeignete Wahl der Freiformflächengestalt gezielt Abbildungsfehler auch höherer Ordnung in den Strahlengang eingebracht werden, die inhärente Abbildungsfehler von optischen Elementen einschließlich des Auges des Benutzers kompensieren können.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch ein Verstellen eines solchen Freiformflächenspiegels, also durch ein Verändern der Position und/oder der Ausrichtung, die Größe des durch den Freiformflächenspiegel eingebrachten Abbildungsfehlers veränderbar ist, um eine Fehlsichtigkeit des Benutzers teilweise oder vollständig zu kompensieren. Dadurch eignet sich ein verstellbarer Freiformflächenspiegel in besonderer Weise dazu, um eine Fehlsichtigkeit eines Benutzers, insbesondere Astigmatismus, zu kompensieren. Das Verstellen des oder der Freiformflächenspiegel kann sowohl manuell als auch mittels eines Aktuators erfolgen.
Unter einer Freiformfläche ist im Zusammenhang mit der Erfindung eine Fläche zu verstehen, die keine kontinuierliche Rotations- oder Translationssymmetrie aufweist.
Eine kontinuierliche Rotationssymmetrie liegt vor, wenn die Fläche durch Drehen einer Linie (d.h. einer Kurvenbahn oder einer Geraden) um eine Rotationsachse erzeugt werden kann, wobei das Drehen der Linie entlang eines kontinuierlichen Winkelbereichs erfolgt (d.h. innerhalb des Winkelbereichs um beliebige Winkel), und wobei die Rotationsachse innerhalb oder außerhalb der erzeugten Fläche liegen kann. Beispielsweise kann durch kontinuierliches Drehen einer Viertelkreislinie um 360° bezüglich einer geeignet ausgerichteten Rotationsachse eine Halbkugelfläche erzeugt werden, und durch kontinuierliches Drehen einer Parabel kann ein Paraboloid erzeugt werden. Besondere Bedeutung in der Optik haben sphärische Linsen, bei denen zumindest eine lichtbrechende Fläche durch einen Abschnitt einer Kugelfläche gebildet ist, und asphärische Linsen, bei denen zumindest eine lichtbrechende Fläche durch kontinuierliches Drehen einer Kurvenbahn, die keine exakte Kreisbahn ist, gebildet sein kann. Die Gattung der asphärischen Linsen umfasst insbesondere auch die Ausführungsformen, bei denen die Rotationsachse der Kurvenbahn außerhalb der erzeugten Fläche liegt, d.h. bei denen die Rotationsachse die erzeugte Fläche nicht schneidet (sogenannte "off axis aspheres"). Die lichtbrechende Fläche einer sphärischen Linse oder einer asphärischen Linse besitzt also eine kontinuierliche Rotationssymmetrie und kann somit auf einfache Weise (beispielsweise durch Rotation relativ zu einem Schleifwerkzeug) hergestellt werden; es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine Freiformfläche. Entsprechende Überlegungen gelten natürlich für die lichtreflektierende Fläche von Spiegeln. Als weiteres Beispiel für eine kontinuierliche Rotationssymmetrie kann auch noch ein Flächenabschnitt eines Torus genannt werden.
Eine kontinuierliche Translationssymmetrie liegt vor, wenn die Fläche durch translatorisches (d.h. geradliniges) Versetzen einer Linie (d.h. einer Kurvenbahn oder einer Geraden) erzeugt werden kann, wobei das Versetzen der Linie entlang eines kontinuierlichen Wegebereichs erfolgt (d.h. ohne Unterbrechungen). Beispielsweise kann durch kontinuierliches translatorisches Versetzen eines Halbkreises die Mantelfläche eines Halbzylinders erzeugt werden, die somit eine kontinuierliche Translationssymmetrie aufweist. Durch kontinuierliche Translation einer glatten Kurvenbahn, die keine Kreisbahn ist, entstehen sogenannte Azylinder; diese weichen von Zylindermantelflächen auf vergleichbare Weise ab wie Asphären von Sphären. Beispielsweise sind die Parabolrinnen-Spiegel in thermischen Solarkraftwerken solche Azylinder. Besondere Bedeutung in der Optik haben Zylinderlinsen, bei denen zumindest eine lichtbrechende Fläche durch einen Abschnitt einer Zylindermantelfläche gebildet ist. Auch Azylinder-Linsen werden in der klassischen abbildenden Optik verwendet, etwa in anamorphotischen Objektiven. Die lichtbrechende Fläche einer Zylinderfläche oder eines Azylinders besitzt also eine kontinuierliche Translationssymmetrie und kann auf einfache Weise (beispielsweise durch geradliniges Versetzen eines Fräswerkzeugsrelativ zu der Linse) hergestellt werden; es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine Freiformfläche.
In diesem Zusammenhang ist eine "kontinuierliche" Symmetrie als Unterschied zu einer diskreten Symmetrie zu verstehen ist, bei der die Erzeugende nicht kontinuierlich, sondern in diskreten Abständen versetzt wird. Eine diskrete Rotations- oder Translationssymmetrie einer Fläche schließt nicht aus, dass es sich um eine Freiformfläche handelt. Beispielsweise kann eine Freiformfläche bezogen auf vier Quadranten eine diskrete Rotationssymmetrie aufweisen.
Auch eine Ebenensymmetrie einer Fläche schließt nicht aus, dass es sich um eine Freiformfläche handelt. Beispielsweise kann eine Freiformfläche spiegelsymmetrisch sein (Links-Rechts-Symmetrie).
Somit kann eine Freiformfläche eine nahezu beliebige Form aufweisen, wodurch neue Möglichkeiten der Auslegung der optischen Abbildungseigenschaften bestehen. Jedoch müssen hierfür die herkömmlichen Herstellungsverfahren für Linsen und Spiegel mit einer kontinuierlichen Rotations- oder Translationssymmetrie aufgegeben werden.
Die Form der Freiformfläche des Freiformflächenspiegels kann beispielsweise durch sogenannte Zernike-Polynome modelliert werden, welche es ermöglichen, die gewünschten Abbildungseigenschaften der Freiformfläche mathematisch zu definieren.
Der Kamerasucher kann insbesondere ausschließlich Spiegel aufweisen, welche neben einer Umlenkfunktion zumindest teilweise auch eine abbildende Funktion aufweisen können. Es ist jedoch auch möglich, eine Kombination von Spiegeln und Linsen einzusetzen. Bei der Positionierung und Ausrichtung der Spiegel zueinander ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, wobei im Vergleich zu einem herkömmlichen Kamerasucher, welcher ausschließlich Linsen als optisch aktive Elemente umfasst und daher eine rein lineare Anordnung aller Komponenten erfordert, eine Reduzierung des notwendigen Bauraums und damit eine kompaktere Anordnung erreichen lässt. Durch die Verwendung von Spiegeln lässt sich der Abbildungsstrahlengang mehrfach falten, wobei insbesondere die Ebene der Anzeigevorrichtung nicht notwendigerweise parallel zur Ebene der Austrittspupille verlaufen muss, so dass die Anzeigevorrichtung besonders platzsparend angeordnet werden kann. Der Kamerasucher kann insbesondere drei, vier oder fünf Spiegel umfassen, wobei tendenziell mit höherer Spiegelanzahl eine Verbesserung der Abbildungsleistung erzielbar ist.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Spiegeln und insbesondere von Freiformflächenspiegeln anstelle von Linsen besteht in der Wellenlängenunabhängigkeit der Abbildungseigenschaften, so dass Farbfehler vermieden werden. Weiterhin reduziert sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Geisterbildern, wie dies bei Linsen aufgrund einer unerwünschten Reflexion an Grenzflächen der Linsen der Fall sein kann. Zudem lassen sich Freiformflächenspiegel kostengünstig und gleichwohl mit der erforderlichen Genauigkeit herstellen, beispielsweise durch Spritzgießen oder Blankpressen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der wenigstens eine verstellbare Freiformflächenspiegel um wenigstens eine Achse verkippbar und/oder in zumindest einer Raumrichtung translatorisch beweglich sein. Eine translatorische Bewegung in nur einer Raumrichtung bedeutet, dass der betreffende Freiformflächenspiegel entlang dieser Raumrichtung lediglich geradlinig bewegt wird. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird ein Verkippen um eine Achse als ein möglicher Freiheitsgrad des Verstellens eines Freiformflächenspiegels angesehen, ein Verkippen um eine andere Achse als weiterer möglicher Freiheitsgrad, ein translatorisches Bewegen in einer Raumrichtung als weiterer möglicher Freiheitsgrad, und ein translatorisches Bewegen in einer anderen Raumrichtung als noch weiterer möglicher Freiheitsgrad. Somit sind bei einem völlig frei verkippbaren und translatorisch beweglichen Freiformflächenspiegel generell sechs Freiheitsgrade vorhanden (drei Freiheitsgrade des Verkippens und drei Freiheitsgrade der translatorischen Beweglichkeit).
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der wenigstens eine verstellbare Freiformflächenspiegel um zumindest zwei verschiedene Freiheitsgrade verstellbar sein. Hierdurch lässt sich eine vielseitige Kompensation von Fehlsichtigkeiten erzielen.
Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform sind ein oder mehrere Freiformflächenspiegel vorgesehen, wobei jedoch nur ein einziger Freiformflächenspiegel verstellbar ist, und zwar um zwei Freiheitsgrade. Hierdurch lässt sich eine vielseitige Fehlsichtigkeitskompensierbarkeit mit relativ geringem konstruktiven Aufwand verwirklichen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist der Kamerasucher wenigstens zwei verstellbare Freiformflächenspiegel auf, welche in unterschiedlichen Freiheitsgraden verstellbar sind. Hierdurch kann sich die Betätigung zum Verstellen in mehreren verschiedenen Freiheitsgraden vereinfachen. Beispielsweise können die beiden Freiformflächenspiegel um orthogonal zueinander stehende Achsen verkippbar sein. Vorzugsweise ist jeder der zwei Freiformflächenspiegel nur um einen Freiheitsgrad verstellbar. Hierdurch können die jeweilige Lagerung und die notwendigen Aktuatoren besonders einfach realisiert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass wenigstens einer der zwei Freiformflächenspiegel um zwei oder mehr Freiheitsgrade verstellbar ist.
In jedem der Fälle, in denen eine Verstellbarkeit eines oder mehrerer Freiformflächenspiegel um wenigstens zwei Freiheitsgrade gegeben ist, sind der oder die Freiformflächenspiegel in den genannten Freiheitsgraden vorzugsweise unabhängig voneinander verstellbar, d.h. ein Verstellen in dem einen Freiheitsgrad kann ohne ein Verstellen in dem anderen Freiheitsgrad erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Freiformfläche des verstellbaren Freiformflächenspiegels derart ausgebildet, dass ein Verstellen dieses Freiformflächenspiegels Astigmatismus als einzigen oder im Wesentlichen einzigen Abbildungsfehler erzeugt. Ein derartiger Freiformflächenspiegel kann gezielt zur Korrektur einer Stabsichtigkeit (Astigmatismus) des Benutzers eingesetzt werden, indem der durch diesen Freiformflächenspiegel erzeugte Astigmatismus dem Astigmatismus des Benutzerauges entgegengerichtet ist, so dass sich beide – zumindest teilweise – gegenseitig aufheben. Da bei dieser Ausgestaltung Astigmatismus als nahezu einziger Abbildungsfehler erzeugt wird, wird zumindest im Wesentlichen vermieden, dass ein Verstellen dieses Freiformflächenspiegels andere Abbildungsfehler, wie etwa sphärische Aberration, Koma, Verzeichnung oder Bildfeldwölbung, erzeugt, die wiederum korrigiert werden müssten. Bei dem durch den genannten Freiformflächenspiegel erzeugten Astigmatismus handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten feldkonstanten Astigmatismus, d.h. Astigmatismus, welcher über das gesamte Bildfeld des Kamerasuchers zumindest im Wesentlichen konstant ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der wenigstens eine verstellbare Freiformflächenspiegel aus Kunststoff gebildet ist und eine reflektierende Metallbeschichtung aufweist. Ein derartiger Freiformflächenspiegel lässt sich bei hoher Abbildungsqualität kostengünstig fertigen.
Vorteilhafterweise ist der wenigstens eine verstellbare Freiformflächenspiegel starr, d.h. nicht verformbar. Dadurch wird gewährleistet, dass auf den Freiformflächenspiegel einwirkende mechanische Kräfte – insbesondere beim Verstellen – dessen Abbildungseigenschaften nicht verändern.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Strahlengang des Kamerasuchers eine Linsenanordnung mit variabler Brennweite zur Korrektur einer refraktiven Fehlsichtigkeit des Benutzers vorgesehen. Unter einer refraktiven Fehlsichtigkeit wird eine Fehlsichtigkeit verstanden, bei welcher die Brechkraft des Auges von einer idealen Brechkraft abweicht, was im Sprachgebrauch auch als Weit- bzw. Kurzsichtigkeit bezeichnet wird. Die Linsenanordnung kann eine oder mehrere optische Linsen umfassen und ist insbesondere an dem benutzerseitigen Ende des Strahlengangs, d.h. im Bereich der Austrittspupille des Kamerasuchers, vorgesehen. In dem Fall kann sich die Kompensation der Fehlsichtigkeit durch ein Verstellen des Freiformflächenspiegels auf einen gegebenenfalls vorhandenen Astigmatismus beschränken.
Beispielsweise kann die Linsenanordnung ein Paar von gegeneinander verschieblichen Alvarez-Linsen umfassen. Derartige Alvarez-Linsenpaare sind aus einem brechenden Material gefertigt, wobei eine Oberfläche als Freiformfläche ausgebildet wird, wobei sich die Dicke z der Linse an einem Ort x, y beispielsweise durch die Gleichung z = axy² + (a/3)x³ + bx beschreiben lässt. Die beiden Linsenelemente neutralisieren sich bei genauer Überdeckung zu einer Nullwirkung. Bei gegenseitiger Verschiebung in x-Richtung variiert die Brechkraft, wobei nach der einen Seite positive und nach der anderen Seite negative optische Wirkungen entstehen.
Alternativ kann die Linsenanordnung zumindest eine Linse mit variablem Krümmungsradius umfassen. Bei einer solchen Linse kann es sich beispielsweise um eine Polymerlinse handeln, deren Kontur durch Anlegen eines elektrischen Stroms verändert werden kann. Dadurch lässt sich die Brechkraft innerhalb von Millisekunden einstellen. Ein Beispiel für eine solche Linse ist unter der Bezeichnung "optotune EL-16-40-TC-VIS-20D" kommerziell erhältlich. Die Brechkraft lässt sich im Bereich +/–10 Dioptrien verändern, die Aperturweite beträgt 16 mm.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Kamerasucher zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator, welcher dazu ausgelegt ist, den wenigstens einen verstellbaren Freiformflächenspiegel zu verstellen, insbesondere zu verkippen oder translatorisch zu bewegen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Kamerasucher ferner eine Lichtquelle und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Lichtquelle zum Erzeugen eines punktförmigen Lichtflecks auf der Netzhaut des Auges des Benutzers anzusteuern bzw. zu aktivieren. Ferner umfasst der Kamerasucher bei dieser Ausführungsform eine mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung verbundene optoelektronische Empfangsvorrichtung zum Empfangen von aus dem Auge zurückgestreuten Licht. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, auf der Grundlage des empfangenen Lichts das Maß einer Fehlsichtigkeit des Benutzers zu ermitteln. Insbesondere kann die genannte optoelektronische Empfangsvorrichtung als Wellenfrontsensor ausgestaltet und einen Bildsensor mit einer Linsenmatrix umfassen, wobei die Linsenmatrix Abbilder des Lichtflecks auf dem Bildsensor erzeugt. Das Maß der Fehlsichtigkeit kann auf der Grundlage von Abweichungen der Positionen der Lichtfleckabbilder von Idealpositionen, welche sich bei einem abbildungsfehlerfreien Strahlengang bzw. bei einem Auge ohne Fehlsichtigkeit ergeben, ermittelt werden. Ein beispielhafter Wellenfrontsensor wird auch als Shack-Hartmann-Sensor oder Hartmann-Shack-Sensor bezeichnet.
Es ist beispielsweise möglich, dass die genannte Lichtquelle (zum Erzeugen eines punktförmigen Lichtflecks auf der Netzhaut des Auges des Benutzers) eine Laserlichtquelle umfasst, die einen dünnen (z.B. wenige Zehntel mm) und augensicher schwachen Laserstrahl erzeugt.
Vorteilhafterweise kann die elektronische Anzeigevorrichtung jedoch eine zweidimensionale Matrix von lichtemittierenden Anzeigeelementen aufweisen, wobei die Lichtquelle (zum Erzeugen eines punktförmigen Lichtflecks auf der Netzhaut des Auges des Benutzers) zumindest ein Anzeigeelement der Anzeigevorrichtung umfasst. Beispielsweise kann es sich bei der Anzeigevorrichtung um ein sogenanntes OLED-Display (von englisch "organic light emitting diode") handeln, dessen Anzeigeelemente aus organischem Material hergestellte Leuchtdioden umfassen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung steuert demnach die Anzeigevorrichtung an, so dass gezielt ein oder mehrere benachbarte Anzeigeelemente aktiviert werden.
Dadurch kann auf eine separate Lichtquelle (z.B. Laserlichtquelle) in dem Sucher verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Kamerasucher zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator auf (insbesondere den bereits genannten Aktuator), welcher dazu ausgelegt ist, den wenigstens einen verstellbaren Freiformflächenspiegel zu verstellen, und wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage des ermittelten Maßes der Fehlsichtigkeit des Benutzers einen Steuerbefehl an den Aktuator zu übermitteln, um den wenigstens einen verstellbaren Freiformflächenspiegel derart zu verstellen, dass die ermittelte Fehlsichtigkeit zumindest teilweise kompensiert wird. Dadurch kann die Fehlsichtigkeit des Benutzers automatisch ohne weitergehende Bedienhandlungen des Benutzers korrigiert werden. Es ist allenfalls eine Benutzereingabe erforderlich, um die Messung und Korrektur der gemessenen Fehlsichtigkeit einzuleiten.
Vorteilhafterweise kann der Kamerasucher eine mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung verbundene Speichereinrichtung aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, benutzerspezifische Datensätze zu speichern, welche das Maß der Fehlsichtigkeit eines jeweiligen Benutzers und/oder welche zur Kompensation der Fehlsichtigkeit eines jeweiligen Benutzers erforderliche Steuerbefehle an den Aktuator repräsentieren. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann bei dieser Ausführungsform dazu ausgelegt sein, auf der Grundlage eines von der Speichereinrichtung übermittelten Datensatzes den Aktuator anzusteuern. Dadurch lässt sich der Kamerasucher auf einfache Weise an unterschiedliche Fehlsichtigkeiten bei wechselnden Benutzern anpassen, ohne dass bei jedem Benutzerwechsel der vorstehend beschriebene Messvorgang durchgeführt werden muss. Der Kamerasucher kann eine Bedieneinrichtung zum Abspeichern und/oder Abrufen eines gewünschten benutzerspezifischen Datensatzes umfassen.
Vorteilhafterweise kann auf der Anzeigevorrichtung eine Feldlinse angeordnet sein, um gegebenenfalls eine Bildfeldwölbung und/oder Telezentriefehler zu korrigieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektronische Kamera mit einem Kamerasucher gemäß einer der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen und/oder vorteilhaften Ausführungsformen. Eine derartige elektronische Kamera umfasst ferner einen elektronischen Bildsensor und eine zugeordnete elektronische Ausleseschaltung. Mittels der Ausleseschaltung können die von dem Bildsensor belichtungsabhängig erzeugten Signale ausgelesen und an eine Speichereinrichtung der Kamera oder an eine Ausgabeschnittstelle weitergeleitet werden. Die von dem Bildsensor erzeugten Signale können der elektronischen Anzeigevorrichtung des Kamerasuchers zugeführt werden, insbesondere über die Ausleseschaltung. Eine derartige elektronische Kamera ist beispielsweise aus der US 2015/0070559A1 bekannt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kamerasuchers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kamerasuchers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kamerasuchers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kamerasucher 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Kamerasucher 10 umfasst eine elektronische Anzeigevorrichtung 12 mit einer zweidimensionalen Matrix von Anzeigeelementen, beispielsweise ein sogenanntes OLED-Display. Das von der Anzeigevorrichtung 12 abgestrahlte Licht, also das von der Anzeigevorrichtung 12 wiedergegebene Bild, trifft zunächst auf einen ersten Spiegel 20 und wird von diesem in Richtung eines zweiten Spiegels 22 umgelenkt. Das von dem zweiten Spiegel 22 umgelenkte Licht tritt durch eine Austrittspupille 14 hindurch aus dem Kamerasucher 10 aus und kann dort in das Auge eines Benutzers (nicht dargestellt) gelangen. Beide Spiegel 20, 22 weisen abbildende Eigenschaften auf, wobei einer der Spiegel, vorzugsweise beide Spiegel 20, 22, als Freiformflächenspiegel ausgebildet sind. Die reflektierende Oberfläche der Spiegel 20, 22 kann beispielsweise durch Zernike-Polynome beschrieben werden.
Jeder Spiegel 20, 22 ist mit einem Aktuator 30 bzw. 32 gekoppelt. Der erste Spiegel 20 kann mit Hilfe des Aktuators 30 um eine erste Achse und der zweite Spiegel 22 mittels des Aktuators 32 um eine zweite Achse verkippt werden, wobei die beiden Achsen vorzugsweise orthogonal zueinander verlaufen. Anstelle der Aktuatoren 30, 32 können auch manuelle Verstellvorrichtungen vorgesehen sein.
Durch ein Verkippen der Spiegel 20, 22 ändert sich der Astigmatismus in einer durch die jeweilige Kippachse vorgegebenen Richtung. Durch eine geeignete Wahl der jeweiligen Kippwinkel kann dem Strahlengang des Kamerasuchers 10 ein Maß von Astigmatismus hinzugefügt werden, das geeignet ist, einen dem Auge des Benutzers innewohnenden Astigmatismus vollständig oder zumindest zu einem großen Teil zu kompensieren.
2 zeigt einen Kamerasucher 110 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Kamerasucher 110 entspricht in wesentlichen Merkmalen des Kamerasuchers 10 (1), so dass gleiche oder gleichartige Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Zusätzlich zu einem ersten und einem zweiten Spiegel 20, 22 ist ein dritter Spiegel 24 vorgesehen, der ebenfalls abbildende Eigenschaften aufweist und insbesondere als Freiformflächenspiegel ausgebildet sein kann. Der dritte Spiegel 24 ist im Strahlengang zwischen dem zweiten Spiegel 22 und der Austrittspupille 14 vorgesehen.
Gemäß einer Abwandlung können auch weitere Spiegel, beispielsweise insgesamt vier oder fünf Spiegel vorgesehen sein. Nicht alle dieser Spiegel müssen zwingend als Freiformflächenspiegel ausgebildet sein, so können beispielsweise auch sphärische oder ebene Spiegel zur Strahlformung und/oder Strahlumlenkung eingesetzt werden, um eine optimale Abbildungsqualität zu gewährleisten und/oder zu einer möglichst kompakten Bauform des Kamerasuchers zu gelangen.
Gemäß einer weiteren Abwandlung können auch Aktuatoren 30, 32 zum Einsatz gelangen, die bei Verwendung einer geeigneten Freiformfläche eine Änderung des Astigmatismus mittels einer Verschiebung des jeweiligen Spiegels 20, 22 bewirken. Insbesondere kann eine solche Verschiebung eines oder mehrerer Spiegel 20, 22 auch eingesetzt werden, um eine Fokussierung bzw. Defokussierung zu bewirken.
Gemäß noch einer weiteren Abwandlung kann anstelle von zwei Spiegeln 20, 22, die jeweils in einem Freiheitsgrad verstellbar sind, auch ein einziger als Freiformflächenspiegel ausgebildeter Spiegel mit einem Aktuator verbunden sein, der diesen Spiegel mit zwei Freiheitsgraden verstellen kann. Beispielsweise können diese beiden Freiheitsgrade einem Verkippen des Spiegels um zwei zueinander orthogonale Achsen entsprechen.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass die Anordnungen der zwei Spiegel 20, 22 (1) bzw. der drei Spiegel 20, 22, 24 (2) rein beispielhaft sind. So können insbesondere die Winkel und Abstände zwischen der Anzeigevorrichtung 12, den Spiegeln 20, 22, 24 und der Austrittspupille 14 sowie die abbildenden Eigenschaften der Spiegel 20, 22, 24 beliebig variiert werden. Auch die Abfolge von verstellbaren und feststehenden Spiegeln und von konventionellen Spiegeln und Freiformflächenspiegeln innerhalb der Anordnung kann bei den dargestellten Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen variieren. Durch Auswahl einer geeigneten Konfiguration lassen sich unerwünschte Abbildungsfehler, wie Verzeichnungen oder Koma, minimieren sowie unerwünschtes Streulicht vermeiden.
Ein in 3 dargestellter Kamerasucher 210 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Kamerasucher 110 von 2. Der Kamerasucher 210 umfasst zusätzlich eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 44, welche mit der Anzeigevorrichtung 12, den Aktuatoren 30, 32 und einer optoelektronischen Empfangsvorrichtung 42 verbunden ist, um mit diesen zu kommunizieren und insbesondere Steuerbefehle zu übermitteln.
Die Empfangsvorrichtung 42 ist zur Ermittlung von Abbildungsfehlern ausgelegt und wird insbesondere zur Bestimmung einer Fehlsichtigkeit des Benutzers verwendet. Die Empfangsvorrichtung 42 kann beispielsweise als Wellenfrontsensor, insbesondere als ein sogenannter Shack-Hartmann-Sensor, ausgebildet sein und einen Bildsensor mit einer vorgeschalteten Linsenmatrix umfassen, wobei die Linsenmatrix Abbilder des Lichtflecks auf dem Bildsensor erzeugt. Vorhandene Abbildungsfehler können auf der Grundlage von Abweichungen der Positionen der Lichtfleckabbilder von Idealpositionen, die für einen Strahlengang ohne Abbildungsfehler gelten, ermittelt werden.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 44 kann die Anzeigevorrichtung 12 derart ansteuern, dass ein oder mehrere zueinander benachbarte Anzeigeelemente der Anzeigevorrichtung 12 aktiviert werden, während die hierzu in der Umgebung angeordneten Anzeigeelemente zumindest im Wesentlichen dunkel bleiben, so dass das oder die aktiverte(n) Anzeigeelement(e) eine Punktlichtquelle bilden. Hierdurch kann – ohne die Notwendigkeit einer separaten Lichtquelle – ein punktförmiger Lichtfleck auf der Netzhaut des Auges eines in den Kamerasucher 210 blickenden Benutzers erzeugt werden. Vom Auge zurückgestreutes Licht wird mittels eines zwischen der Austrittspupille 14 und dem dritten Spiegel 24 angeordneten teildurchlässigen Spiegels 40, welcher sich temporär für die Durchführung der Fehlsichtigkeitsbestimmung oder dauerhaft im Strahlengang befinden kann, auf die Empfangsvorrichtung 42 gelenkt. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 44 ist dazu ausgelegt, auf der Grundlage des empfangenen Lichts und insbesondere auf Grundlage der detektierten Form der zurückgestreuten Wellenfront das Maß einer Fehlsichtigkeit des Benutzers, insbesondere einen Astigmatismus, zu ermitteln.
Auf der Grundlage des ermittelten Maßes der Fehlsichtigkeit erzeugt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 44 entsprechende Steuerbefehle für die Aktuatoren 30, 32, welche bewirken, dass die festgestellte Fehlsichtigkeit durch ein entsprechendes Verstellen der mit den Aktuatoren 30, 32 gekoppelten Spiegel 20, 22 zumindest zu einem Großteil kompensiert wird. Das für einen bestimmten Benutzer ermittelte Maß der Fehlsichtigkeit bzw. die entsprechenden Steuerbefehle für die Aktuatoren 30, 32 können optional in einem nicht-flüchtigen Speicher der Steuer- und Auswerteeinrichtung 44 (nicht gezeigt) gespeichert werden und hierdurch für ein späteres Aufrufen schnell zur Verfügung stehen.
Bezugszeichenliste

10, 110, 210: Kamerasucher
12: Anzeigevorrichtung
14: Austrittspupille
20, 22, 24: Spiegel
30, 32: Aktuator
40: teildurchlässiger Spiegel
42: Empfangsvorrichtung
44: Steuer- und Auswerteeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0070559 A1 [0038]

Claims

Kamerasucher (10) mit einer elektronischen Anzeigevorrichtung (12), welche zur Wiedergabe von Bildern, welche von einem Bildsensor einer elektronischen Kamera erfasst werden, ausgelegt ist, und wenigstens zwei Spiegeln (20, 22, 24) zum Reflektieren der von der Anzeigevorrichtung (12) wiedergegebenen Bilder, von denen zumindest ein Spiegel ein Freiformflächenspiegel (20, 22, 24) ist, dessen reflektierende Oberfläche als eine Freiformfläche ausgebildet ist, die keine kontinuierliche Translations- oder Rotationssymmetrie aufweist, wobei wenigstens einer der Freiformflächenspiegel (20, 22, 24) verstellbar ist, um eine Fehlsichtigkeit eines Benutzers zumindest teilweise zu kompensieren.
Kamerasucher (10) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine verstellbare Freiformflächenspiegel (20, 22, 24) um wenigstens eine Achse verkippbar und/oder in zumindest einer Raumrichtung translatorisch beweglich ist.
Kamerasucher (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine verstellbare Freiformflächenspiegel (20, 22, 24) um zumindest zwei verschiedene Freiheitsgrade verstellbar ist.
Kamerasucher (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kamerasucher (10) wenigstens zwei verstellbare Freiformflächenspiegel aufweist, welche in unterschiedlichen Freiheitsgraden verstellbar sind.
Kamerasucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Freiformfläche des verstellbaren Freiformflächenspiegels (20, 22, 24) derart ausgebildet ist, dass ein Verstellen dieses Freiformflächenspiegels (20, 22, 24) Astigmatismus als zumindest im Wesentlichen einzigen Abbildungsfehler erzeugt.
Kamerasucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine verstellbare Freiformflächenspiegel (20, 22, 24) aus Kunststoff gebildet ist und eine reflektierende Metallbeschichtung aufweist.
Kamerasucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Strahlengang des Kamerasuchers (10) eine Linsenanordnung mit variabler Brennweite zur Korrektur einer refraktiven Fehlsichtigkeit des Benutzers vorgesehen ist.
Kamerasucher (10) nach Anspruch 7, wobei die Linsenanordnung ein Paar von gegeneinander verschieblichen Alvarez-Linsen umfasst.
Kamerasucher (10) nach Anspruch 7, wobei die Linsenanordnung zumindest eine Linse mit variablem Krümmungsradius umfasst.
Kamerasucher (10) einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit zumindest einem elektrisch ansteuerbaren Aktuator (30, 32), welcher dazu ausgelegt ist, den wenigstens einen verstellbaren Freiformflächenspiegel (20, 22, 24) zu verstellen.
Kamerasucher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit einer Lichtquelle; einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (44), welche dazu ausgelegt ist, die Lichtquelle zu aktivieren, um einen punktförmigen Lichtfleck auf der Netzhaut des Auges des Benutzers zu erzeugen; und einer mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung (44) verbundenen optoelektronischen Empfangsvorrichtung (42) zum Empfangen von aus dem Auge zurückgestreutem Licht, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage des empfangenen Lichts ein Maß einer Fehlsichtigkeit des Benutzers zu ermitteln.
Kamerasucher (10) nach Anspruch 11, wobei die elektronische Anzeigevorrichtung (12) eine zweidimensionale Matrix von lichtemittierenden Anzeigeelementen aufweist, und wobei die Lichtquelle zumindest ein Anzeigeelement der Anzeigevorrichtung (12) umfasst.
Kamerasucher (10) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Kamerasucher (10) zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator (30, 32) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, den wenigstens einen verstellbaren Freiformflächenspiegel (20, 22, 24) zu verstellen, und wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage des ermittelten Maßes der Fehlsichtigkeit des Benutzers einen Steuerbefehl an den Aktuator (30, 32) zu übermitteln, um den wenigstens einen verstellbaren Freiformflächenspiegel (20, 22, 24) derart zu verstellen, dass die ermittelte Fehlsichtigkeit zumindest teilweise kompensiert wird.
Kamerasucher (10) nach Anspruch 13, wobei der Kamerasucher (10) eine mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung (44) verbundene Speichereinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, benutzerspezifische Datensätze zu speichern, welche das Maß der Fehlsichtigkeit eines jeweiligen Benutzers und/oder welche zur Kompensation der Fehlsichtigkeit eines jeweiligen Benutzers erforderliche Steuerbefehle an den Aktuator (30, 32) repräsentieren, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung (44) dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage eines von der Speichereinrichtung übermittelten Datensatzes den Aktuator (30, 32) anzusteuern.
Elektronische Kamera mit einem Kamerasucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.