DE3221690A1 - Brillenglaeser und andere linsen mit variierbarer brennweite und vorrichtung und verfahren zum variieren einer solchen brennweite - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

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BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 800O MÜNCHEN 22 . Wl D EN MAYE RSTRASS E 49

GERBER SCIENTIFICINC.

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRN ER

MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEY

DIPL.-ING. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, den 04. Juni 1982

Brillengläser und andere Linsen mit variierbarer Brennweite und Vorrichtung und Verfahren zum Variieren einer solchen Brennweite

(Priorität: USA, Ser.No. 284,782 vom 20. Juli 1981)

17 Seiten Beschreibung 14 Patentansprüche

1 Seite Zusammenfassung mit Fig. 1

2 Blatt Zeichnungen

MP - 27 813

BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88 KABEL: PROPINDUS · TELEX: 184O57 MÜNCHEN: TELEFON (089) 22B58B KABEL: PROPINDUS - TELEX: 524244

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brillengläser und andere Linsen mit variierbaren Brennweiten und behandelt insbesondere Verbesserungen in der Struktur solcher Linsen und in den Vorrichtungen und Verfahren zum Erreichen von Brennweitenveränderungen bei denselben.

Linsen mit variierbarer Brennweite finden auf zahlreichen Gebieten Verwendung, bei denen eine Veränderung des Lichtstrahlenbrennpunkts erforderlich ist. Auf dem Gebiet der Korrektur von Sehfehlern werden solche Linsen in Brillen und Vergrößerungsgeräten verwendet, und in der Phototechnik werden sie in Kameras verwendet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Linse mit variierbarer Brennweite und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Justieren der Brennweite einer solchen Linse zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung liegt in einem Verfahren und in einem Gerät zum Fokussieren von Lichtstrahlen mittels einer Linse mit einer variierbaren Brennweite. Bei einem Ausführungsbeispiel des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung schließt ein Linsenaufbau mit variierbarer Brennweite eine Linse, einen Linsenhalter und eine Vorrichtung zum Justieren der Brennweite ein. Die Linse hat zwei Linsenoberflächen und einen Umfangsrandabschnitt und besteht zur Gänze aus einem elastisch verformbaren lichtleitenden Material. Die Brennweite der Linse ist variierbar, wenn das Ausmaß des entlang des Randabschnitts der Linse angelegten Drucks verändert wird. Der Linsenhalter umgibt im wesentlichen die Linse und greift

den Randabschnitt an, um den gewünschten Druck an die Linse anzulegen, und ist einstellbar, um diesen Druck zu verändern.

Zur Erfindung gehört auch die entweder manuell oder automatisch gesteuerte Justierung der Brennweite. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine manuelle Steuerung Verwendung findet, kann eine mit dem Linsenhalter zusammenwirkende Schraube od.dgl. durch den Träger zum Variieren der Linsenbrennweite eingestellt werden, bis der Träger das Gefühl hat, daß von einem Gegenstand ausgehende Lichtstrahlen einen gewünschten Brennpunkt erreicht haben. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine automatische Steuerung Verwendung findet, erfühlt ein sich am oder in der Nähe des Linsenaufbaus befindlicher Entfernungsmesser die Entfernung vom Linsenaufbau zu einem in den Brennpunkt zu verbringenden Gegenstand und schickt Kommandosignale auf die Vorrichtung zum Justieren der Brennweite, die die Brennweite in Erwiderung auf solche Kommandosignale justiert.

Die Erfindung umfaßt und liegt des weiteren in dem Gedanken einer Verwendung von Linsen der vorerwähnten Art mit variierbarer Brennweite, die zur Gänze aus einem elastisch verformbaren 1ichtleitenden Material hergestellt sind, bei einer Brille in Verbindung mit einer entweder manuellen oder automatischen Vorrichtung zum Erreichen der Brennweitenjustierung, und sie umfaßt und liegt darüber

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' Wohinaus in dem Gedanken einer Verwendung von Linsen jeder geeigneten Sorte mit variierbarer Brennweite bei einer Brille in Verbindung mit einer Vorrichtung zur automatischen Justierung der Brennweite, die einen Entfernungsmesser hat, der von einem auf den gerade erblickten Gegenstand geworfenen und von diesem aus zurückgeworfenen Signal Gebrauch macht.

Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Brille;

Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Brille; Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Vorderansicht einer Brille einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine Vorderansicht einer Brille einer weiteren · Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Ansicht, die in Form eines Blockschaltbildes den Steuerkreis für die automatische Justierung der Brennweite bei der Brille von Fig. 5 zeigt;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Brille von Fig. 5, die die Arbeitsweise ihrer Entfernungsmeßvorrichtung veranschaulicht;

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Fig. 8 eine Seitenansicht einer die Erfindung verkörpernden Brille, ähnlich derjenigen in Fig. 5 mit der Ausnahme, daß eine andere Art von Entfernungsmeßvorrichtung verwendet wird.

Fig. 1 veranschaulicht eine allgemein mit "10" bezeichnete Brille, die den Linsenaufbau mit variierbarer Brennweite gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Brille 10 gehört insoweit zur herkömmlichen Art, als sie einen Linsenrahmen 12, zwei Linsen 14, 14 und zwei Ohrbügel 18, 18 umfaßt. Der die Linsen 14, 14 haltende Linsenrahmen 12 ist vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff gefertigt und hat zwei durch eine Brücke 26 verbundene Ringe 22, 22. Wenn die Brille 10 getragen wird, ruht die Brücke 26 überspannend auf der Nase des Trägers, und die Linsen 14, 14 liegen in seiner Sehachse. Die Bügel 18, 18 sind an gegenüberliegenden Seiten des Linsenrahmens 12 auf herkömmliche Weise durch Scharniere 28, 28 befestigt, so daß sie zum Zwecke der Aufbewahrung gegen den Rahmen geklappt werden können.

Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, umgibt jeder Ring 22 im wesentlichen seine Linse 14, ist an einem Punkt etwas unterhalb seines zugeordneten Scharniers 28 gespalten und hat auf gegenüberliegenden Seiten des Spalts zwei Flansche 34, 34, die mit einer öffnung versehen sind, um den Schaft einer Schraube 32 aufzunehmen. Eine Flügelmutter 38 steht mit der Schraube in Gewindeeingriff, so daß die Flansche zwischen dem Kopf der Schraube und der Flügelmutter gehalten

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werden, und vorzugsweise hat der durch den oberen Flansch 34 gehende Abschnitt der Schraube neben ihrem Kopf einen unrunden Querschnitt und wird von einer entsprechenden unrunden öffnung im Flansch aufgenommen, so daß die Schraube gegen eine Drehung relativ zum Flansch" gehalten wird. Wie am deutlichsten in Fig. 3 zu sehen ist, hat jeder Ring einen sich nach innen öffnenden Kanal 24, der sich entlang seines Innenrandes zur Aufnahme seiner Linse 14 erstreckt.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist jede Linse ein Körper, der zur Gänze aus einem elastisch verformbaren lichtleitenden Material wie Kunststoff gefertigt und in der Ebene des Linsenrahmens 12 im allgemeinen rund ist. Wie durch die Linse 14 in Fig. 3 veranschaulicht wird, bestimmen die Seiten jeder Linse gekrümmte Oberflächen 16, 16 und treffen sich an einem Umfangsrandabschnitt, der mit dem Kanal 24 des Rings 22 in Eingriff steht. Ein entlang des Randabschnitts angelegter und veränderter Druck veranlaßt die Linse, sich in Übereinstimmung mit Druckveränderungen zu dehnen oder zu verengen, und verändert dadurch ihre Brennweite durch Veränderung der Krümmung der Oberflächen 16, 16. Der Druck kann entweder, wie im dargestellten Fall, nach innen auf die Mitte der Linse zu gerichtet sein; es kann aber auch ein Druck sein, durch den die Linsenoberflächen entlang des Randabschnitts der Linse aufeinander zu geklemmt werden.

In Fig. 3 ist die Linse 14 durch Vollstrichlinien in einem Zustand dargestellt, der einer bestimmten Brennweite entspricht. Wenn die Enden des Spaltringes 22 durch Festziehen

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der Flügelmutter 38 zusammengezogen werden, dehnt sich die Linse 16 bis zu dem durch gestrichelte Linien angedeuteten Zustand aus, und ihre Brennweite wird verändert. Daher braucht der Träger der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Brille 10 nur die beiden Flügelmuttern 38, 38 zu justieren, um irgendeinen Gegenstand in den Blickfokus zu verbringen.

Obwohl die beiden Linsen 14, 14 der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Brille 10 unabhängig voneinander justierbar sind, sei darauf hingewiesen, daß ein in Übereinstimmung mit den breiten Aspekten dieser Erfindung hergestellter Linsenaufbau nicht notwendigerweise so beschränkt ist. So zeigt beispielsweise Fig. 4 eine Brille 44, bei der beide Linsen 40, 40, von denen jede der Linse 14, 14 in Fig. 1 bis 3 ähnlich ist, durch eine einzige Schraube 39 justiert werden können. Der Linsenrahmen 46 hat einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt 48 bis 50, die im Brückenbereich zwischen den Linsen im senkrechten Abstand voneinander angeordnet sind. Der Schaft der Schraube 39 erstreckt sich senkrecht und lose durch eine öffnung im oberen Abschnitt 48 des Rahmens und steht mit einer mit einem Innengewinde versehenen öffnung im unteren Abschnitt 50 in Gewindeeingriff. Der Kopf 51 der Schraube wird von einem Langloch 53 im oberen Abschnitt des Rahmens aufgenommen und kann vom Träger mit seinen Fingern gedreht werden. Durch Anziehen oder Lockern der Schraube 39 durch Drehen ihres Kopfes werden der obere Abschnitt und der untere Abschnitt des Rahmens 46 zusammen- oder auseinanderbewegt, und durch ein derartiges Verändern des nach innen gerichteten Quetschdrucks, der durch den Rahmen an beide

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Linsen angelegt wird, wird gleichzeitig die Brennweite beider Linsen 40, 40 verändert.

Statt manuell kann die Brennweite der Linsen einer diese Erfindung verkörpernden Brille auch automatisch eingestellt werden. So ist beispielsweise die Brille 68 in Fig. 5 der in Fig. 4 ähnlich mit der Ausnahme, daß sie zusätzlich einen Entfernungsmesser 56 und eine Einrichtung 58 zur automatischen Linsenjustierung einschließt. Der Entfernungsmesser 56 ist in den Rahmen eingebaut und enthält einen Signalgeber 60, der ein Signal auf einen erblickten Gegenstand vor dem Rahmen 48 zu richtet. Der Entfernungsmesser enthält des weiteren einen Signalempfänger 62 zum Empfangen eines Teils des von dem erblickten Gegenstand aus zurückgeworfenen Signals. Ein dem Signalgeber 60 und dem Signalempfänger 62 zugeordneter Detektor bestimmt automatisch die Entfernung zu dem Gegenstand. Die Linsenjustiereinrichtung 58 kann zwar verschiedene Formen annehmen; sie wird jedoch im dargestellten Fall von einem kleinen Umkehrmotor 64 gebildet, der in den Rahmen 48 eingebaut und mit dem Kopf 51 der Schraube auf geeignete Weise antreibend verbunden ist, so daß durch den Betrieb des Motors 64 die Schraube veranlaßt wird, sich in der einen oder der anderen Richtung zum Einstellen der Brennweite der Linsen zu drehen.

Das Steuerschema in Fig. 6 veranschaulicht die Entfernungsmeß- und die Linsenjustieroperation der Brille in Fig. Der Motor 64 wird zwecks Umlaufens in der einen oder der

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anderen Richtung durch Kommandosignale erregt, die, ausgehend vom Detektor 66, auf ihn geschickt werden. Vom Signalgeber 60 aus werden Signale in Richtung des erblickten Gegenstandes geschickt, und der Empfänger empfängt einen Teil der von demselben aus zurückgeworfenen Signale. Der Detektor 66 erfühlt oder bestimmt die Entfernung zu dem erblickten Gegenstand aus der geschickten und empfangenen Signal information und erstellt aus einer solchen Bestimmung die auf den Linsenjustiermotor 64 geschickten Kommandosignale.

Der Entfernungsmesser 56 kann zu der Infrarotsignale verwendenden Art oder zu der Ultraschall signale verwendenden Art gehören und kann in jedem Fall von allgemein herkömmlicher Konstruktion sein und zu dem Typ gehören, der manchmal in Kameras Verwendung findet.

Die Funktion einer Infrarot-Entfernungsmeßvorrichtung ist in Fig. 7 veranschaulicht. Wie aus dieser Figur ersichtlich, wird ein Infrarot-Strahlenbündel mit einer Frequenz innerhalb des Infrarotfrequenzbereichs des elektromagnetischen Energiespektrums, wie durch die Vollstrichlinie 70 angedeutet ist, vom Geber 60 aus in Richtung eines zu erblickenden Gegenstandes 72 gerichtet. Der Empfänger 62 mißt die Spitzenintensität der Reflektion, die durch eine gestrichelte Linie 78 angedeutet ist. Der Detektor übersetzt diese empfangene Intensitätsinformation durch Vergleichen derselben mit der Spitzenintensität des gegebenen Signals automatisch in eine Entfernungsin-

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formation und schickt Kommandosignale auf die Linsenjustiereinrichtung, die die Linsen dementsprechend einstellt.

Eine Ultraschal1-Entfernungsmeßvorrichtung , die als Entfernungsmesser 56 in Fig. 5 verwendet werden kann, ist in Fig. 8 dargestellt. Der Geber 60' schickt intermittierende Impulse von Ultraschal1 signalen , die von der Vielzahl von linkskonkaven Wellenfronten 80, 80 bildlich dargestellt werden, in Richtung des erblickten Gegenstandes 88. Der Empfänger 62' erfühlt die zurückgeworfenen Echos, die von der Vielzahl von rechtskonkaven Wellenfronten 86, 86 bildlich dargestellt werden, und der Detektor 66 bestimmt die Entfernung zu dem erblickten Gegenstand auf der Basis der Zeit, die die Echos zum Zurückkehren brauchen. Der Detektor übersetzt dann auch diese Entfernungsinformation in Kommandosignale, die auf den Motor 64 geschickt und zum entsprechenden Einstellen der Linse verwendet werden.

Da die vorstehende Beschreibung nur beispielsweise und nicht einschränkend verstanden werden soll, versteht es sich von selbst, daß zahlreiche Abänderungen an dem Linsen- und Sehgeräi vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So sind z.B. Brillen mit einer Entfernungsmeßvorrichtung, die ihre Linsenbrennweite in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung automatisch einstellt, nicht notwendigerweise auf gänzlich aus elastisch verformbarem Material hergestellte Linsen begrenzt. Stattdessen könnte für jede Linse eine dehnbare Umhüllung verwendet werden, die zwei gegenüberliegende flexible Wände einschließt und .

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zwischen den Wänden ein Fluid enthält. In diesem Fall sind sowohl die Wände als auch das Fluid der Umhüllung lichtleitend, und die Wände haben gekrümmte Oberflächen, die die Umhüllung mit Linseneigenschaften versehen. Die Wände können aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden und nehmen unterschiedliche Krümmungen an, während der Druck des Fluids verändert wird, so daß bei einer Druckveränderung des Fluids gleichzeitig eine sich verändernde Brennweite erhalten wird. Die Linsenjustiereinrichtung würde in diesem Fall eine Einrichtung zum Verändern des Drucks des Fluids innerhalb der Umhüllung in Erwiderung auf Kommandosignale aus dem Detektor 66 einschließen.

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Claims (14)

Patentansprüche

1. Linsenaufbau mit variierbarer Brennweite, gekennzeichnet durch:

eine Linse (14; 40) mit zwei Linsenoberflächen (16,16) und einem Umfangsrandabschnitt, wobei die Linse aus einem Einheitskörper aus elastisch verformbarem lichtleitenden Material besteht, so daß die Krümmung der beiden Linsenoberflächen durch Variieren eines an die Linse entlang des Randabschnitts angelegten Drucks verändert werden kann; einen Halter (12; 46), der die Linse im wesentlichen umgibt und den Randabschnitt derselben angreift, um einen solchen Druck an die Linse anzulegen; und

Einrichtungen zum Justieren des Halters, um den Druck, den er an die Linse anlegt, zu verändern.

2. Linsenaufbau nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Halter Einrichtungen (32,34,38; 39,51) zum Drücken des Randabschnitts auf die Mitte der Linse (14;40) zu enthält.

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3. Linsenaufbau nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen am Linsenhalter befestigten Entfernungsmesser (56), der einen Signalgeber (60) zum Projizieren eines Entfernungsfühlsignals allgemein entlang einer Achse in Richtung auf einen in den Brennpunkt zu verbringenden Gegenstand (72);

einen Signalempfänger (62) zum Empfangen eines Teils des produzierten, von dem Gegenstand aus zurückgeworfenen Si gnals ;

einen dem Signalgeber und dem Signalempfänger zugeordneten Detektor (66) zum Hervorrufen eines auf die Entfernung zwischen ihnen und dem Gegenstand bezogenen Entfernungssignals und

Einrichtungen (64) zum Justieren des Halters enthält, um den Druck, den er an die Linse (40) anlegt, in Erwiderung auf das Entfernungssignal zu verändern.

4. Linsenaufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (60) ein Geber von elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs ist und daß der Signalempfänger (62) ein Sensor von einfallender elektromagnetischer Strahlung innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs ist.

5. Linsenaufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (60) ein Infrarot-Strahlungsgeber ist und daß der Signalempfänger (62) ein Sensor von einfallender Infrarot-Strahlung ist.

6. Linsenaufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (60) ein UltraschalIwellengeber ist und daß der Signalempfänger (62) ein Sensor von einfallenden Ultraschallwellen ist.

7. Sehgerät, gekennzeichnet durch einen von einem Benutzer zu tragenden Rahmen (12; 46);

durch eine von dem Rahmen gehaltene Linse (14; 40), so daß die Linse in der Sehachse des Benutzers liegt, wobei die Linse zwei Linsenoberflächen (16,16) und einen Umfangsrandabschnitt hat und aus einem Einheitskörper aus elastisch verformbarem lichtleitenden Material besteht, so daß die Krümmung der beiden Linsenoberflächen durch Variieren eines an die Linse entlang des Randabschnitts angelegten Drucks verändert werden kann, und durch

eine Vorrichtung (12 ,34,38 ;39 ,51) zum Justieren der Brennweite mit Einrichtungen zum Anlegen und Verändern des Ausmaßes eines solchen Drucks entlang des Randabschnitts.

8. Sehgerät nach Anspruch 7, d a d u r c h ge kennzeichnet, daß die Einrichtungen (1 2,34,38;39 ,51) zum Anlegen und Verändern des Ausmaßes des Drucks Mittel zum mechanischen Drücken des Randabschnitts auf die Mitte der Linse (14;40) zu enthalten.

9. Sehgerät, gekennzeichnet durch

einen von einem Benutzer zu tragenden Rahmen (12; 46);

eine von dem Rahmen gehaltene Linse (14 ; 4 0") » so daß

die Linse in der Sehachse des Benutzers liegt, wobei die Linse eine variierbare Brennweite hat;

einen von dem Rahmen getragenen Geber (60) von Entfernungsfühlsignalen zum Projizieren eines Entfernungsfühlsignals allgemein entlang der Sehachse in Richtung auf einen vom Benutzer erblickten Gegenstand (70);

einen vom Rahmen getragenen Signalempfänger (62) zum
Empfangen eines Teils des projezierten, von dem erblickten Gegenstand aus zurückgeworfenen Signals;

einen dem Signalgeber und dem Signalempfänger zugeordneten Detektor (66) zum Hervorrufen eines auf die Entfernung zwischen dem Rahmen und dem erblickten Gegenstand, von dem aus das Signal zurückgeworfen wird, bezogenen Entfernungssignals; und

eine auf das Entfernungssignal ansprechende Vorrichtung (64) zum Justieren der Brennweite der Linse.

10. Sehgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (60) ein Geber von elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs ist und daß der
Signalempfänger (62) ein Sensor von einfallender elektromagnetischer Strahlung innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs ist.

11. Sehgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (60) ein Ultraschallwellengeber ist und daß der Signalempfänger (62) ein Sensor von einfallenden Ultraschallwellen ist.

12. Sehgerät nach Anspruch 10 oder 11,dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß- die Linse zwei Linsenoberflächen und einen Umfangsrandabschnitt hat, wobei die Linse aus einem Einheitskörper aus elastisch verformbarem lichtleitenden Material besteht, so daß die Krümmung der beiden Linsenoberflächen durch Variieren eines entlang des Randabschnitts angelegten Drucks verändert werden kann, und daß die Vorrichtung zum Justieren der Brennweite Einrichtungen zum Anlegen und Variieren eines solchen Drucks enthält.

13. Verfahren zum Variieren der Brennweite einer Linse, gekennzeichnet durch Vorsehen einer Linse, die zur Gänze aus einem Körper aus lichtleitendem elastisch verformbaren Kunststoff mit zwei Linsenoberflächen und einem Umfangsrandabschnitt hergestellt ist;

Anlegen eines im allgemeinen nach innen gerichteten Drucks entlang des Umfangsrandabschnitts; und

Verändern des Ausmaßes eines solchen Drucks entlang des Randabschnitts.

14. Verfahren zum automatischen Einstellen einer Brille auf die Entfernung zwischen ihr und einem gerade erblickten Gegenstand, gekennzeichnet durch

Vorsehen einer Brille mit Linsen von variierbarer Brennweite und einer Justiervorrichtung zum Justieren der Brennweite;

Schicken von Signalen in Richtung auf einen zu erblickenden Gegenstand;

Empfangen eines Teils der von dem Gegenstand aus zurückgeworfenen Signale;

Erzeugen eines Entfernungssignals aus den geschickten und empfangenen Signalen, das die Entfernung zwischen der Brille und dem erblickten Gegenstand darstellt; und

Verwenden des Entfernungssignals zum Steuern der Justierung der Justiervorrichtung.

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