DE102013201773A1

DE102013201773A1 - Head-mounted optical instrument, particularly head-mounted display and three-dimensional glasses for stereoscopic perception in entertainment industry, has imaging element which is arranged to form image in eye of user

Info

Publication number: DE102013201773A1
Application number: DE201310201773
Authority: DE
Inventors: Ulrich Sander
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: DE102013201773B4

Abstract

The head-mounted optical instrument (1) has an imaging element (20) which is arranged to form an image in an eye of a user, where a fastening mechanism is provided, with which the imaging element is fastened in front of the eye of the user. An eye parameter measuring element is provided to determine an eye parameter of the eye of the user. An adjusting element is provided to adjust an optical or geometric parameter of the imaging element in response to a determined eye parameter. An independent claim is included for a method of adjusting head-mounted optical instrument.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kopfgetragenes optisches Instrument mit mindestens einem Abbildungselement, wobei das Abbildungselement dazu eingerichtet ist, ein Bild in mindestens einem Auge eines Benutzers zu erzeugen, und mit einem Befestigungsmechanismus, mit welchem jeweils eines der Abbildungselemente vor einem oder beiden Augen des Benutzers befestigbar ist, sowie ein Verfahren zum Justieren eines solchen kopfgetragenen optischen Instruments. The present invention relates to a head-mounted optical instrument having at least one imaging element, wherein the imaging element is adapted to produce an image in at least one eye of a user, and with a fixing mechanism, with each one of the imaging elements in front of one or both eyes of the user attachable and a method for adjusting such a head-mounted optical instrument.

Stand der Technik State of the art

Kopfgetragene Instrumente, sogenannte Head Mounted Displays (HMD) erlangen zunehmend an Bedeutung in einer Vielzahl von technischen Anwendungsgebieten. Beispielsweise gewinnen 3D-Brillen für stereoskopische Wahrnehmung in der Unterhaltungsindustrie immer mehr an Bedeutung. Kopfgetragene optische Instrumente, beispielsweise Lupen oder Operationsmikroskope, bilden mittlerweile einen wichtigen Teil der Medizintechnik. Head-mounted instruments, so-called head-mounted displays (HMD) are becoming increasingly important in a variety of technical applications. For example, 3D glasses for stereoscopic perception are becoming increasingly important in the entertainment industry. Head-worn optical instruments, such as loupes or surgical microscopes, now form an important part of medical technology.

Ein Benutzer montiert das kopfgetragene optische Instrument an seinen Kopf, so dass sich optische Abbildungselemente vor seinen Augen befinden. Der Benutzer muss zunächst die Eigenschaften des kopfgetragenen optischen Instruments auf seine Bedürfnisse und seine individuellen Augenparameter einstellen. A user mounts the head-worn optical instrument to his head so that optical imaging elements are in front of his eyes. The user must first adjust the characteristics of the head-worn optical instrument to his needs and individual eye parameters.

Augenparameter umfassen dabei beispielsweise den Abstand der Pupillen oder die Höhendifferenz oder die Dioptrien der beiden Augen des Benutzers. Jeder Mensch hat dabei unterschiedliche Augenparameter und daher ist für jeden Menschen eine unterschiedliche Einstellung des kopfgetragenen optischen Instruments erforderlich. Eye parameters include, for example, the distance of the pupils or the height difference or the diopter of the two eyes of the user. Each person has different eye parameters and therefore a different setting of the head-worn optical instrument is required for each human.

Der Benutzer muss die Einstellungen zumeist manuell an dem kopfgetragenen optischen Instrument selbst vornehmen. Dabei muss der Benutzer die Einstellelemente für die Abbildungselemente an dem kopfgetragenen optischen Instrument ertasten und die Einstellungen vornehmen, ohne die Einstellelemente dabei sehen zu können. Dies erweist sich oftmals als sehr umständlich, unhandlich und unpraktisch. The user usually has to make the adjustments manually on the head-worn optical instrument itself. In this case, the user must feel the adjustment elements for the imaging elements on the head-worn optical instrument and make the settings without being able to see the adjustment elements thereby. This often proves to be very cumbersome, unwieldy and impractical.

Es ist daher wünschenswert eine Methode bereitzustellen, um die Anpassung eines kopfgetragenen optischen Instruments an die Bedürfnisse und Augenparameter des Benutzers signifikant zu erleichtern. It is therefore desirable to provide a method to significantly facilitate the fitting of a head-mounted optical instrument to the user's needs and eye parameters.

Die DE 10 2007 024 269 B4 zeigt eine Anzeigevorrichtung, welche eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare Trageeinrichtung und eine Bildwiedergabevorrichtung zum Darstellen eines Bildes in Richtung zu einem Auge des Benutzers aufweist. The DE 10 2007 024 269 B4 Fig. 10 shows a display device having a carrying device which can be placed on the head of a user and an image reproduction device for displaying an image in the direction of an eye of the user.

Die WO 96/36271 zeigt eine Bildaufnahmevorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Bildinformationen einer Informationsaufnahme eines optischen Informationen aufnehmenden Sensorsystems. Parallel zu dem Sensorsystem ist ein bildaufnehmendes Kontrollsystem vorgesehen. The WO 96/36271 shows an image pickup device and a method for acquiring image information of an information recording of an optical information receiving sensor system. Parallel to the sensor system an image-receiving control system is provided.

Kurzfassung der Erfindung Summary of the invention

Erfindungsgemäß werden ein kopfgetragenes optisches Instrument sowie ein Verfahren zum Justieren von kopfgetragenen optischen Instrumenten mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a head-mounted optical instrument and a method for adjusting head-worn optical instruments with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Ein erfindungsgemäßes kopfgetragenes optisches Instrument weist mindestens ein Abbildungselement und einen Befestigungsmechanismus auf. Das Abbildungselement ist dazu eingerichtet, ein Bild in mindestens einem Auge eines Benutzers zu erzeugen. Mittels des Befestigungsmechanismus ist jeweils ein Abbildungselement vor einem oder beiden Augen des Benutzers befestigbar. Ein Augenparametermesselement ist dazu eingerichtet, zumindest einen Augenparameter zumindest eines der Augen des Benutzers zu bestimmen, und ein Einstellelement ist dazu eingerichtet, zumindest einen optischen und/oder geometrischen Parameter eines jeden Abbildungselements in Abhängigkeit des zumindest einen bestimmten Augenparameters einzustellen. An inventive head-mounted optical instrument has at least one imaging element and a fastening mechanism. The imaging element is configured to generate an image in at least one eye of a user. By means of the attachment mechanism, an imaging element can be fastened in front of one or both eyes of the user. An eye parameter measurement element is configured to determine at least one eye parameter of at least one of the user's eyes, and an adjustment element is configured to set at least one optical and / or geometric parameter of each imaging element in dependence on the at least one determined eye parameter.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Justieren von kopfgetragenen optischen Instrumenten mit mindestens einem Abbildungselement, das dazu eingerichtet ist, ein Bild in mindestens einem Auge eines Benutzers zu erzeugen. The invention further provides a method for adjusting head-worn optical instruments having at least one imaging element that is configured to generate an image in at least one eye of a user.

Dabei wird zumindest ein Augenparameter zumindest eines der Augen des Benutzers bestimmt. Jedes Abbildungselement wird derart automatisch verstellt, dass zumindest ein optischer und/oder geometrischer Parameter eines jeden Abbildungselements in Abhängigkeit des zumindest einen bestimmten Augenparameters eingestellt wird. In this case, at least one eye parameter of at least one of the eyes of the user is determined. Each imaging element is automatically adjusted in such a way that at least one optical and / or geometric parameter of each imaging element is set as a function of the at least one specific eye parameter.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Das Abbildungselement kann beispielsweise dazu dienen, ein zu untersuchendes Objekt vergrößert darzustellen. Das Abbildungselement ist dann dazu eingerichtet, in einem Auge des Benutzers ein vergrößertes Bild zu erzeugen. Mittels des Befestigungsmechanismus kann das Abbildungselement vor dem entsprechenden Auge befestigt werden. Das Augenparametermesselement kann insbesondere Augenparameter dieses Auges bestimmen, vor welchem das Abbildungselement befestigt ist. Insbesondere können dabei das Augenparametermesselement und das Abbildungselement als ein gemeinsames Element ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die Augenparameter des anderen Auges bestimmt werden, vor welchem das Abbildungselement nicht befestigt ist, wobei dann zweckmäßigerweise von gleichen Augenparametern für beide Augen ausgegangen wird. Für einige Augenparameter hingegen kann es zweckmäßig sein, beide Augen zu untersuchen, beispielsweise für eine Pupillendistanz, also der Abstand der Pupillen beider Augen zueinander. The imaging element can serve, for example, to enlarge an object to be examined. The imaging element is then configured to generate an enlarged image in an eye of the user. By means of the attachment mechanism, the imaging element be fastened in front of the corresponding eye. The eye parameter measurement element can in particular determine eye parameters of this eye, in front of which the imaging element is attached. In particular, the eye parameter measuring element and the imaging element can be designed as a common element. It is also conceivable that the eye parameters of the other eye are determined, in front of which the imaging element is not fastened, in which case expediently the same eye parameters are assumed for both eyes. For some eye parameters, however, it may be useful to examine both eyes, for example, for a pupil distance, ie the distance of the pupils of both eyes to each other.

Mittels des Befestigungsmechanismus kann das Abbildungselement auch von einem Auge zum anderen Auge verschoben werden, wenn der Benutzer das Auge wechseln möchte, mit welchem er das Abbildungselement nutzt. Dabei bietet es sich insbesondere an, dass das Augenparametermesselement die Parameter des Auges bestimmt, vor welchem das Abbildungselement befestigt ist. Somit kann das Abbildungselement stets bezüglich der Augenparameter des Auges eingestellt werden, vor welchem das Abbildungselement gerade befestigt ist. By means of the fastening mechanism, the imaging element can also be moved from one eye to the other eye if the user wishes to change the eye with which he uses the imaging element. In this case, it is particularly appropriate for the eye parameter measurement element to determine the parameters of the eye in front of which the imaging element is attached. Thus, the imaging element can always be adjusted with respect to the eye parameters of the eye, in front of which the imaging element is just attached.

Das Abbildungselement kann auch dazu eingerichtet sein, in beiden Augen des Benutzers ein Bild zu erzeugen. In diesem Fall kann das Augenparametermesselement die Augenparameter von einem der Augen oder von beiden Augen bestimmen. The imaging element may also be configured to produce an image in both eyes of the user. In this case, the eye parameter measurement element may determine the eye parameters of one or both eyes.

Setzt der Benutzer das erfindungsgemäße kopfgetragene optische Instrument auf seinen Kopf auf, werden das Abbildungselement bzw. die Abbildungselemente automatisch auf die individuellen Bedürfnisse des Benutzers eingestellt. Mittels des Augenparametermesselements werden die wichtigsten Parameter, welche ein Auge charakterisieren, bestimmt. Die optischen Augenparameter unterscheiden sich von Benutzer zu Benutzer, je nachdem ob ein Benutzer beispielsweise eine Brille trägt, ob er kurzsichtig ist oder ob er weitsichtig ist. Die Augen eines jeden Benutzers weisen folglich charakteristische Augenparameter auf. Erfindungsgemäß werden das Abbildungselement bzw. die Abbildungselemente präzise auf die Augenparameter des Benutzers eingestellt und justiert. Trägt der Benutzer eine Brille, muss er die Brille nicht aufbehalten, wenn er das kopfgetragene optische Instrument benutzt. Das Abbildungselement wird automatisch auf die Dioptrien des Benutzers eingestellt. When the user places the head-worn optical instrument according to the invention on his head, the imaging element (s) are automatically adjusted to the individual needs of the user. The most important parameters characterizing an eye are determined by means of the eye parameter measurement element. The optical eye parameters differ from user to user, depending on whether a user wears glasses, is short-sighted, or is farsighted. The eyes of each user thus have characteristic eye parameters. According to the invention, the imaging element or imaging elements are precisely adjusted and adjusted to the user's eye parameters. If the user wears glasses, he does not need to keep the glasses while using the head-worn optical instrument. The imaging element is automatically adjusted to the diopter of the user.

Nach Aufsetzen des kopfgetragenen optischen Instruments nimmt der Benutzer lediglich eine grobe Vorjustierung per Hand vor. Der Benutzer bringt dabei nur das Augenparametermesselement derart vor sein Auge, dass das Augenparametermesselement die Augenparameter des Auges bestimmen kann. Die Feinjustierung erfolgt vollkommen automatisch. Das Einstellelement justiert das Abbildungselement und stellt es für den Benutzer individuell ein. After placing the head-mounted optical instrument, the user only makes a rough pre-adjustment by hand. The user brings only the eye parameter measurement element in front of his eye in such a way that the eye parameter measurement element can determine the eye parameters of the eye. The fine adjustment is completely automatic. The adjustment adjusts the imaging element and adjusts it individually for the user.

Somit muss der Benutzer die sensible Feinjustierung nicht mehr per Hand vornehmen. Manuelle Feinjustierungen nehmen oft viel Zeit in Anspruch und sind aufwendig und umständlich gestaltet. Oftmals wird in diesen Fällen auch erst während der Nutzung bemerkt, dass das kopfgetragene optische Instrument noch nicht korrekt feinjustiert ist. Die manuelle Feinjustierung muss dann während der Nutzung des kopfgetragenen optischen Instruments nochmals wiederholt werden. All diese Nachteile werden mit einem erfindungsgemäßen kopfgetragenen optischen Instrument behoben. Thus, the user no longer has to make the sensitive fine adjustment by hand. Manual fine adjustments often take a long time and are elaborate and cumbersome. Often, in these cases, it is also noticed during use that the head-worn optical instrument is not yet correctly fine-tuned. The manual fine adjustment must then be repeated again while using the head-mounted optical instrument. All these disadvantages are remedied with a head-worn optical instrument according to the invention.

Der Vorgang der Bestimmung des Augenparameters bzw. der Augenparameter sowie der Einstellung des Einstellelements können beispielsweise nur durchgeführt werden, sobald der Benutzer das kopfgetragene optische Instrument aufsetzt. Der Vorgang kann auch während des Betriebs des kopfgetragenen optischen Instruments wiederholt werden, beispielsweise in fest vorgegebenen Zeitabständen. The process of determining the eye parameter or the eye parameters as well as the setting of the adjusting element can be carried out, for example, only as soon as the user touches the head-worn optical instrument. The process may also be repeated during operation of the head-mounted optical instrument, for example at fixed predetermined time intervals.

Die unterschiedlichen Augenparameter und Einstellungen für unterschiedliche Benutzer können in Form von Benutzerprofilen abgespeichert werden. Für jeden Benutzer werden dann die Bestimmung des Augenparameters bzw. der Augenparameter und die Einstellung des Einstellelements ein Mal durchgeführt und in dem Benutzerprofil gespeichert. Setzt der Benutzer das kopfgetragene optische Instrument zu einem späteren Zeitpunkt wieder auf, wählt er sein individuelles Benutzerprofil aus und das kopfgetragene optische Instrument wird automatisch korrekt eingestellt, ohne dass Augenparameter erneut bestimmt werden müssen. The different eye parameters and settings for different users can be stored in the form of user profiles. For each user, the determination of the eye parameter (s) and the setting of the adjustment element are then performed once and stored in the user profile. When the user resumes the head-worn optical instrument at a later time, he selects his individual user profile and the head-worn optical instrument is automatically adjusted correctly without having to redetermine eye parameters.

Das Einstellelement kann dabei Einfluss auf optische und/oder geometrische Parameter des Abbildungselements bzw. der Abbildungselemente haben. Beispielsweise kann das Einstellelement die geometrische Position des Abbildungselements von dem oder den Augen des Benutzers verändern. Dazu kann das Einstellelement beispielsweise Einfluss auf das Befestigungselement nehmen. Das Einstellelement kann auch die optischen Parameter des Abbildungselements verändern, z.B. um eine Fehlsichtigkeit des Benutzers zu kompensieren. The adjustment element can have an influence on optical and / or geometric parameters of the imaging element or the imaging elements. For example, the adjustment element can change the geometric position of the imaging element of the user's eye or eyes. For this purpose, the adjustment, for example, influence the fastener take. The adjustment element may also alter the optical parameters of the imaging element, e.g. to compensate for a refractive error of the user.

Das kopfgetragene optische Instrument kann aus Sicherheitsgründen auch über eine Notabschaltung verfügen, die das Augenparametermesselement und/oder das Einstellelement deaktiviert. Die Feinjustierung des kopfgetragenen optischen Instruments kann im Falle einer Notabschaltung manuell durch den Benutzer erfolgen. For safety reasons, the head-worn optical instrument may also have an emergency shutdown which disables the eye parameter measurement element and / or the adjustment element. The fine adjustment of the head-worn optical instrument can be done manually by the user in case of emergency shutdown.

Es sei angemerkt, dass auch eine Recheneinheit oder Datenverarbeitungseinheit vorhanden sein kann, welche die bestimmten Augenparameter von dem Augenparametermesselement empfängt und daraus ein Ansteuersignal für das Einstellelement bestimmt. It should be noted that a computing unit or data processing unit may also be present which receives the determined eye parameters from the eye parameter measurement element and determines therefrom a control signal for the adjustment element.

Vorteilhafterweise weist das Einstellelement zumindest einen Motor auf. Mittels eines Motors können beispielsweise die optischen und/oder geometrischen Parameter des Abbildungselements verändert werden. Beispielsweise kann für jedes Abbildungselement oder auch für jeden optischen und/oder geometrischen Parameter jeweils ein Motor vorhanden sein. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise auch elektroaktive Polymere und/oder piezoelektrische Elemente für die Verstellung eines Abbildungselements vorgesehen sein. Advantageously, the adjusting element has at least one motor. By means of a motor, for example, the optical and / or geometric parameters of the imaging element can be changed. For example, one motor may be present for each imaging element or also for each optical and / or geometric parameter. Alternatively or additionally, for example, electroactive polymers and / or piezoelectric elements may be provided for the adjustment of an imaging element.

Vorzugsweise ist das Einstellelement dazu eingerichtet, das Abbildungselement translatorisch und/oder rotatorisch zu verstellen. Beispielsweise kann diese translatorische und/oder rotatorische Verstellung mittels des bzw. der Motoren erfolgen. Dabei könnte insbesondere sowohl für die translatorische als auch für die rotatorische Änderung des Abbildungselements jeweils ein Motor vorgesehen sein. Eine translatorische Verstellung kann insbesondere eine Anpassung an den Pupillenabstand, eine rotatorische an den Konvergenzwinkel der Augen eines Benutzers vornehmen. The adjustment element is preferably set up to translate the imaging element in a translatory and / or rotational manner. For example, this translational and / or rotational adjustment can take place by means of the motor (s). It could be provided in particular for both the translational and for the rotational change of the imaging element in each case a motor. In particular, a translational adjustment can make an adjustment to the pupillary distance, a rotational one to the angle of convergence of the eyes of a user.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das kopfgetragene optische Instrument jeweils ein linkes Abbildungselement für ein linkes Auge und ein rechtes Abbildungselement für ein rechtes Auge des Benutzers auf. Das Einstellelement ist dazu eingerichtet, beide Abbildungselemente unabhängig voneinander zu verstellen. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the head-worn optical instrument in each case a left imaging element for a left eye and a right imaging element for a right eye of the user. The adjustment is adapted to adjust both imaging elements independently.

Insbesondere werden dabei die Augenparameter für jedes Auge separat bestimmt. Jedes Abbildungselement wird individuell in Abhängigkeit der Augenparameter des Auges, vor welchem das Abbildungselement befestigt ist, verstellt. In particular, the eye parameters are determined separately for each eye. Each imaging element is adjusted individually depending on the eye parameters of the eye, in front of which the imaging element is attached.

Dabei bietet es sich an, dass für jedes Auge ein separates, unabhängiges Augenparametermesselement vorgesehen ist. Beispielsweise können für jedes Auge das jeweilige Augenparametermesselement und das jeweilige Abbildungselement als ein integrales Element ausgebildet sein. It is advisable that a separate, independent eye parameter measuring element is provided for each eye. For example, the respective eye parameter measuring element and the respective imaging element can be designed as an integral element for each eye.

Es sei angemerkt, dass das Einstellelement auch dazu eingerichtet sein kann, die beiden Abbildungselemente gemeinsam zu verstellen. Dabei kann es auch zweckmäßig sein, nur Augenparameter eines der Augen zu bestimmen und beide Abbildungselemente in Abhängigkeit dieser Augenparameter zu verstellen. It should be noted that the adjusting element can also be adapted to adjust the two imaging elements together. It may also be expedient to determine only eye parameters of one of the eyes and to adjust both imaging elements as a function of these eye parameters.

Vorzugsweise ist das Augenparametermesselement dazu eingerichtet, einen oder mehrere der folgenden Parameter des linken und/oder des rechten Auges des Benutzers als Augenparameter zu bestimmen: einen Pupillenabstand, einen Konvergenzwinkel, eine Dioptrie, Lagen der Pupillenzentren, Lagen der Augendrehzentren, einen Verlauf der optischen Augenachse, Ausrichtungen und/oder eine Höhendifferenz. The eye parameter measuring element is preferably set up to determine one or more of the following parameters of the user's left and / or right eye as eye parameters: a pupillary distance, a convergence angle, a diopter, positions of the pupil centers, positions of the eye rotation centers, a course of the optical axis of the eye , Alignments and / or a height difference.

Für den Fall zweier Abbildungselemente kann mittels des Pupillenabstands insbesondere der Abstand der Abbildungselemente zueinander eingestellt werden. Mittels des Konvergenzwinkels kann insbesondere eine Ausrichtung eines jeden Abbildungselements eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ zu dem Konvergenzwinkel kann auch die Lage oder der Verlauf der optischen Augenachse bestimmt werden. In the case of two imaging elements, in particular the distance between the imaging elements relative to one another can be adjusted by means of the pupil spacing. In particular, an alignment of each imaging element can be set by means of the convergence angle. In addition or as an alternative to the convergence angle, the position or the course of the optical eye axis can also be determined.

Wird die Dioptrie eines Auges des Benutzers bestimmt, kann das Abbildungselement das Bild scharf im Auge des Benutzers erzeugen. Es sei angemerkt, dass unter dem Begriff Dioptrie in der Beschreibung und den Ansprüchen die Brechkraft bzw. die Refraktion des Auges zu verstehen ist. Das kopfgetragene optische Instrument erkennt automatisch die Sehkraft des Benutzers und erkennt somit beispielsweise eine Kurzsichtigkeit oder eine Weitsichtigkeit des Benutzers. Der Benutzer muss seine Brille nicht aufbehalten während der Nutzung des kopfgetragenen optischen Instruments und kann trotzdem ein klares, scharfes Bild wahrnehmen. If the diopter of an eye of the user is determined, the imaging element can generate the image sharply in the user's eye. It should be noted that the term diopter in the description and the claims is understood to mean the refractive power or the refraction of the eye. The head-worn optical instrument automatically detects the eyesight of the user and thus recognizes, for example, myopia or farsightedness of the user. The user does not have to keep his glasses while using the head-worn optical instrument and still can perceive a clear, sharp image.

Vorteilhafterweise ist das Abbildungselement als eine Lupe, ein Mikroskop, ein Operationsmikroskop oder ein stereoskopisches Mikroskop ausgebildet. Das Abbildungselement kann auch als ein beliebiges, zweckmäßiges Head-Mounted-Display ausgebildet sein. Advantageously, the imaging element is designed as a magnifying glass, a microscope, a surgical microscope or a stereoscopic microscope. The imaging element can also be designed as any desired, head-mounted display.

In einer anderen Ausführungsform sind das Einstellelement und das Augenparametermesselement getrennt voneinander realisiert. Das Einstellelement steht über eine Funkverbindung mit dem Augenparametermesselement in Verbindung. Das Augenparametermesselement kann dabei auch getrennt von dem kopfgetragenen optischen Instrument realisiert sein. Beispielseise kann das Augenparametermesselement in diesem Fall eine hochauflösende Kamera sein, welche die Augen des Benutzers überwacht und die Augenparameter bestimmt. Die bestimmten Augenparameter werden über Funkverbindung an das Einstellelement übertragen. In another embodiment, the adjustment element and the eye parameter measurement element are realized separately from one another. The adjustment element is in communication with the eye parameter measurement element via a radio link. The eye parameter measuring element can also be realized separately from the head-worn optical instrument. For example, in this case, the eye parameter measurement element may be a high-resolution camera that monitors the user's eyes and determines the eye parameters. The specific eye parameters are transmitted to the setting element via radio link.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung überwacht das Augenparametermesselement zumindest einen Augenparameter während des Betriebs des kopfgetragenen optischen Instruments. Das Einstellelement führt das Abbildungselement nach, sobald sich zumindest einer der überwachten Augenparameter ändert. Bestimmte Augenparameter können somit in Echtzeit überwacht werden. Dadurch wird gewährleistet, dass das kopfgetragene, optische Instrument jederzeit optimal an die Augen des Benutzers angepasst ist und präzise eingestellt ist. Der Benutzer muss keine manuelle Nachjustierung während des Betriebs des kopfgetragenen, optischen Instruments vornehmen. Insbesondere kann dadurch eine Augenbewegung bzw. die Ausrichtung des Auges oder der Augen überwacht werden. Ändert der Benutzer die Ausrichtung der Augen und ändert somit seine Blickrichtung, wird das Abbildungselement in Abhängigkeit der neuen Ausrichtung eingestellt, insbesondere wenn die neue Ausrichtung über einen vorgegebenen Zeitraum beibehalten wird. Diese automatische Nachführung kann von dem Benutzer auch deaktiviert werden. In a preferred embodiment of the invention, the eye parameter measuring element monitors at least one eye parameter during the operation of the head-worn optical instrument. The adjustment element tracks the imaging element as soon as at least one of the monitored eye parameters changes. Certain eye parameters can thus be monitored in real time. This ensures that the head-worn optical instrument is always optimally adapted to the user's eyes and precisely adjusted. The user does not need to perform manual readjustment during operation of the head-mounted optical instrument. In particular, this can be used to monitor eye movement or the alignment of the eye or the eyes. If the user changes the orientation of the eyes and thus changes his line of vision, the imaging element is adjusted in response to the new orientation, especially if the new orientation is maintained for a given period of time. This automatic tracking can also be deactivated by the user.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Justieren eines oben ausführlich geschilderten erfindungsgemäßen kopfgetragenen optischen Instruments. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem kopfgetragenen optischen Instrument und seinen Ausgestaltungen gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren, ohne dass es hierzu gesonderter Erläuterungen bedarf. Im Folgenden soll die Beschreibung des Verfahrens und dessen Ausgestaltungen sich deshalb auf die hierzu notwendigen Verfahrensschritte beschränken. The invention further relates to a method for adjusting an above detailed invention head-worn optical instrument. All statements in connection with the head-worn optical instrument and its embodiments apply in the same way for the inventive method, without the need for separate explanations. In the following, the description of the method and its embodiments should therefore be limited to the process steps necessary for this purpose.

Ein kopfgetragenes optisches Instrument für ein erfindungsgemäßes Verfahren weist mindestens ein Abbildungselement auf. In einem ersten Verfahrensschritt wird zumindest ein Augenparameter zumindest eines der Augen des Benutzers bestimmt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird jedes Abbildungselement derart automatisch verstellt, dass zumindest ein optischer und/oder geometrischer Parameter des Abbildungselements in Abhängigkeit des zumindest einen bestimmten Augenparameters eingestellt wird. Sobald der Benutzer das kopfgetragene optische Instrument aufgesetzt hat, kann das Verfahren zum Justieren durchgeführt werden. A head-mounted optical instrument for a method according to the invention has at least one imaging element. In a first method step, at least one eye parameter of at least one of the eyes of the user is determined. In a second method step, each imaging element is automatically adjusted in such a way that at least one optical and / or geometric parameter of the imaging element is adjusted as a function of the at least one specific eye parameter. Once the user has placed the head-worn optical instrument, the adjustment procedure can be performed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das kopfgetragene optische Instrument ein linkes Abbildungselement für das linke Auge und ein rechtes Abbildungselement für das rechte Auge des Benutzers auf. In dem ersten Verfahrensschritt werden der Pupillenabstand und/oder der Konvergenzwinkel und/oder die Dioptrie des linken und des rechten Auges als Augenparameter bestimmt. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the head-worn optical instrument has a left imaging element for the left eye and a right imaging element for the right eye of the user. In the first method step, the pupillary distance and / or the convergence angle and / or the diopter of the left and the right eye are determined as eye parameters.

In dem zweiten Verfahrensschritt wird als ein erster geometrischer Parameter ein Abstand der Abbildungselemente zueinander in Abhängigkeit des Pupillenabstands translatorisch eingestellt. Alternativ oder zusätzlich wird als ein zweiter geometrischer Parameter eine Ausrichtung der Abbildungselemente in Abhängigkeit des Konvergenzwinkels rotatorisch eingestellt. Alternativ oder zusätzlich wird als ein optischer Parameter der Fokus eines jeden Abbildungselements in Abhängigkeit der Dioptrien eingestellt. In the second method step, a distance of the imaging elements from one another as a function of the pupil distance is set in a translatory manner as a first geometric parameter. Alternatively or additionally, an orientation of the imaging elements as a function of the convergence angle is set to be rotational as a second geometric parameter. Alternatively or additionally, as an optical parameter, the focus of each imaging element is adjusted as a function of the diopter.

Um die Ausrichtung der Abbildungselemente einzustellen, können alternativ oder zusätzlich die optischen Augenachsen des linken und des rechten Auges des Benutzers als Augenparameter bestimmt werden. Das linke und das rechte Abbildungselement werden derart translatorisch und/oder rotatorisch verstellt, dass die optische Achse des linken Abbildungselementes mit der optischen Augenachse des linken Auges zusammenfällt und dass die optische Achse des rechten Abbildungselementes mit der optischen Augenachse des rechten Auges zusammenfällt. To adjust the orientation of the imaging elements, alternatively or additionally, the optical eye axes of the user's left and right eyes may be determined as eye parameters. The left and right imaging elements are translationally and / or rotationally adjusted such that the optical axis of the left imaging element coincides with the optical eye axis of the left eye and that the optical axis of the right imaging element coincides with the optical eye axis of the right eye.

Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf den Bereich der Medizintechnik beschränkt sein soll. Es ist beispielsweise auch denkbar, die Erfindung für 3D-Brillen oder andere Brillen zur Wahrnehmung für virtuelle Realitäten z.B. in der Unterhaltungsindustrie oder für Head-up Displays für den Betrieb von z.B. Fahrzeugen oder Flugzeugen zu nutzen. It should be noted that the present invention should not be limited only to the field of medical technology. It is also conceivable, for example, to invent the invention for 3D glasses or other spectacles for the perception of virtual realities, e.g. in the entertainment industry or for head-up displays for the operation of e.g. To use vehicles or aircraft.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibung figure description

1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kopfgetragenen optischen Instruments in perspektivischer Draufsicht. 1 schematically shows a preferred embodiment of a head-worn optical instrument according to the invention in a perspective plan view.

2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Kopfes eines Benutzers mit einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kopfgetragenen optischen Instruments in seitlichem Querschnitt. 2 schematically shows a side view of a head of a user with a preferred embodiment of a head-worn optical instrument according to the invention in a lateral cross-section.

Einander entsprechende Elemente sind mit identischen Bezugszeichen angegeben. Sie werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Corresponding elements are indicated by identical reference numerals. They are not explained repeatedly for the sake of clarity.

In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kopfgetragenen optischen Instruments 1 schematisch dargestellt. In 1 is a preferred embodiment of a head-worn optical instrument according to the invention 1 shown schematically.

Das kopfgetragene optische Instrument 1 weist ein Stirnband 2 auf, mit welchem das kopfgetragene optische Instrument 1 an einem Kopf 3 eines Benutzers befestigt werden kann. An der Vorderseite des kopfgetragenen optischen Instruments 1 ist eine Führungsschiene 31 angebracht. Die Führungsschiene 31 ist dabei Teil eines Befestigungsmechanismus 30. An der Führungsschiene 31 können bis zu zwei Instrumente 10 befestigt werden. The head-worn optical instrument 1 has a headband 2 on, with which the head-worn optical instrument 1 on a head 3 a user can be attached. At the front of the head-mounted optical instrument 1 is a guide rail 31 appropriate. The guide rail 31 is part of a fastening mechanism 30 , At the guide rail 31 can have up to two instruments 10 be attached.

In 2 ist ein Instrument 10 in einer Seitenansicht detailliert schematisch dargestellt. Ein Instrument 10 weist jeweils ein Abbildungselement 20, ein Augenparametermesselement 40, ein Einstellelement 50 und eine als Mikrochip 60 ausgebildete Recheneinheit auf. Das Abbildungselement 20 ist in diesem speziellen Beispiel der Übersichtlichkeit halber als eine Linse einer Lupe ausgebildet. In 2 is an instrument 10 shown schematically in detail in a side view. An instrument 10 each has an imaging element 20 , an eye parameter measurement element 40 , an adjustment 50 and one as a microchip 60 trained computing unit on. The picture element 20 In this particular example, for the sake of clarity, it is designed as a lens of a magnifying glass.

Setzt der Benutzer das kopfgetragene optische Instrument 1 auf seinen Kopf 3 auf, verschiebt er zunächst manuell jedes der Instrumente 10 entlang der Führungsschiene 31, bis sich jedes der Instrumente 10 jeweils vor einem Auge 4 befindet. Anschließend führen die Mikrochips 60 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Justieren des kopfgetragenen optischen Instruments 1 durch. The user sets the head-worn optical instrument 1 on his head 3 He first shifts each of the instruments manually 10 along the guide rail 31 until each of the instruments 10 each in front of an eye 4 located. Subsequently, the microchips lead 60 a preferred embodiment of a method according to the invention for adjusting the head-worn optical instrument 1 by.

Die Augenparametermesselemente 40 bestimmen zunächst einen Pupillenabstand und einen Konvergenzwinkel der Augen 4. Jedes der Augenparametermesselemente 40 sendet dabei Licht, insbesondere Infrarotlicht, zu einem dichroitischen Spiegel 41 aus. Das Infrarotlicht wird von dem dichroitischen Spiegel 41 in das Auge 4 des Benutzers reflektiert. Das von dem Auge 4 zurückgeworfene Licht wird von dem dichroitischen Spiegel 41 wieder zurück in das Augenparametermesselement 40 reflektiert. The eye parameter measurement elements 40 first determine a pupillary distance and a convergence angle of the eyes 4 , Each of the eye parameter measurement elements 40 sends light, especially infrared light, to a dichroic mirror 41 out. The infrared light is from the dichroic mirror 41 in the eye 4 reflected by the user. That of the eye 4 reflected light is from the dichroic mirror 41 back to the eye parameter measurement element 40 reflected.

In den beiden Augenparametermesselementen 40 läuft jeweils insbesondere ein Computerprogramm ab, welches aus den empfangenen, von den Augen 4 zurückgeworfenen Lichtstrahlen Lagen der Pupillenzentren der Augen 4 ermitteln. Die Computerprogramme der Augenparametermesselemente 40 können miteinander kommunizieren und können aus den ermittelten Lagen der Pupillenzentren den Pupillenabstand der Augen 4 bestimmen. Des Weiteren bestimmen die Computerprogramme der Augenparametermesselemente 40 aus den ermittelten optischen Augenachsen den Konvergenzwinkel der Augen 4. In the two eye parameter measurement elements 40 In particular, runs in each case a computer program, which from the received, from the eyes 4 thrown back light Layers of the pupil centers of the eyes 4 determine. The computer programs of the eye parameter measurement elements 40 can communicate with each other and can determine the pupillary distance of the eyes from the determined positions of the pupil centers 4 determine. Furthermore, the computer programs determine the eye parameter measurement elements 40 from the determined optical eye axes the convergence angle of the eyes 4 ,

Die dichroitischen Spiegel 41 sind derart ausgebildet, dass sie eine sehr hohe Reflexionsrate für infrarotes Licht besitzen und eine sehr geringe Reflexionsrate für sichtbares Licht. Sichtbares Licht kann die dichroitischen Spiegel 41 also ungehindert durchdringen. Das Abbildungselement 20 kann demgemäß ungehindert ein Abbild eines zu untersuchenden Objekts in den Augen 4 des Benutzers erzeugen. Durch die dichroitischen Spiegel 41 und durch die Augenparametermesselemente 40 müssen keine Intensitätsverluste, Farbverfälschungen oder andere Störquellen hingenommen werden. The dichroic mirrors 41 are designed so that they have a very high reflection rate for infrared light and a very low reflection rate for visible light. Visible light can be the dichroic mirror 41 so penetrate unhindered. The picture element 20 can thus freely an image of an object to be examined in the eyes 4 of the user. Through the dichroic mirror 41 and through the eye parameter measurement elements 40 No intensity losses, color distortions or other sources of interference must be accepted.

Die beiden Augenparametermesselemente 40 stehen mit dem jeweiligen Mikrochip 60 in Verbindung und übermitteln den Mikrochips 60 als Augenparameter die bestimmten Lagen der Pupillenzentren, den Pupillenabstand, die optischen Augenachsen und den Konvergenzwinkel. Die Mikrochips 60 steuern daraufhin die Einstellelemente 50 an, um die Abbildungselemente 20 in Abhängigkeit der bestimmten Augenparameter einzustellen. The two eye parameter measurement elements 40 stand with the respective microchip 60 and transmit the microchips 60 as eye parameters the specific positions of the pupil centers, the pupillary distance, the optical eye axes and the convergence angle. The microchips 60 then control the adjustment 50 on to the imaging elements 20 depending on the particular eye parameters.

Die Einstellelemente 50 weisen jeweils zwei Motoren 51 und 52 auf. Der erste Motor 51 ist dabei jeweils mit einem Zahnrad 32 verbunden. Die Zahnräder 32 greifen formschlüssig in die Führungsschiene 31 und bilden ebenfalls einen Teil des Befestigungsmechanismus 30. Wird der erste Motor 51 betrieben, so dreht sich das Zahnrad 32 und das entsprechende Instrument 10 bewegt sich entlang der Richtung der Führungsschiene 31. Das Instrument 10 wird translatorisch variiert. Wird der zweite Motor 52 betrieben, so wird das Moment des Motors 52 über eine Übersetzung 53 in eine rotatorische Bewegung des Abbildungselements 20 übersetzt. Mittels der ersten Motoren 51 werden die Abbildungselemente 20 an den Pupillenabstand bzw. die Lage der Pupillen der Augen 4 des Benutzers angepasst und mittels der zweiten Motoren 52 werden die Abbildungselemente 20 an den Konvergenzwinkel der Augen 4 des Benutzers angepasst. The adjustment elements 50 each have two motors 51 and 52 on. The first engine 51 is in each case with a gear 32 connected. The gears 32 engage positively in the guide rail 31 and also form part of the attachment mechanism 30 , Will be the first engine 51 operated, so the gear rotates 32 and the corresponding instrument 10 moves along the direction of the guide rail 31 , The instrument 10 is varied translationally. Will be the second engine 52 operated, so will the moment of the engine 52 about a translation 53 in a rotational movement of the imaging element 20 translated. By means of the first engines 51 become the picture elements 20 to the pupillary distance or the position of the pupils of the eyes 4 adjusted by the user and by means of the second motors 52 become the picture elements 20 to the convergence angle of the eyes 4 customized by the user.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: kopfgetragenes optisches Instrument head-worn optical instrument
2 2: Stirnband headband
3 3: Kopf head
4 4: Auge eye
10 10: Instrument instrument
20 20: Abbildungselement imaging element
30 30: Befestigungsmechanismus fastening mechanism
31 31: Führungsschiene guide rail
32 32: Zahnrad gear
40 40: Augenparametermesselement Eye parameters measuring element
4141: dichroitischer Spiegel dichroic mirror
50 50: Einstellelement adjustment
51 51: Motor engine
52 52: Motor engine
53 53: Übersetzung translation
60 60: Mikrochip microchip

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007024269 B4 [0007]
WO 96/36271 [0008]

Claims

Head-worn optical instrument ( 1 ) with - at least one imaging element ( 20 ), wherein the imaging element ( 20 ) is adapted to image in at least one eye ( 4 ) of a user, and with - a fastening mechanism ( 30 ), with which in each case one of the imaging elements ( 20 ) in front of one or both eyes ( 4 ) of the user, characterized in that - an eye parameter measuring element ( 40 ) is adapted to at least one eye parameter of at least one of the eyes ( 4 ) of the user, and that - a setting element ( 50 ) is adapted to at least one optical and / or geometric parameter of each imaging element ( 20 ) as a function of the at least one specific eye parameter.

Head-worn optical instrument ( 1 ) according to claim 1, wherein the adjusting element ( 50 ) at least one engine ( 51 . 52 ) having.

Head-worn optical instrument ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the adjusting element ( 50 ) is adapted to the imaging element ( 20 ) translational and / or rotational adjustment.

Head-worn optical instrument ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the head-worn optical instrument ( 1 ) each have a left imaging element ( 20 ) for a left eye ( 4 ) and a right imaging element ( 20 ) for a right eye ( 4 ) of the user and wherein the adjusting element ( 50 ) is adapted to adjust both imaging elements independently.

Head-worn optical instrument ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the eye parameter measuring element ( 40 ), - a pupil distance, - a convergence angle, - a diopter, - positions of the pupil centers, - positions of the eye rotation centers, - a course of the optical axis of the eye, - alignments and / or - a height difference of the left and / or the right eye ( 4 ) of the user as eye parameters.

Head-worn optical instrument ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the imaging element ( 20 ) as - a magnifying glass, - a microscope, - a surgical microscope or - a stereoscopic microscope is formed.

Head-worn optical instrument ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the adjusting element ( 50 ) and the eye parameter measurement element ( 40 ) are realized separately from each other and the adjusting element ( 50 ) via a radio link with the eye parameter measuring element ( 40 ).

Head-worn optical instrument ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the eye parameter measuring element ( 40 ) at least one eye parameter during operation of the head-mounted optical instrument ( 1 ) and wherein the adjusting element ( 50 ) the imaging element ( 20 ) as soon as at least one of the monitored eye parameters changes.

Method for adjusting head-worn optical instruments ( 1 ) with at least one imaging element ( 20 ), which is adapted to display an image in at least one eye ( 4 ) of a user, characterized in that - at least one eye parameter of at least one of the eyes ( 4 ) of the user, and that - each imaging element ( 20 ) is adjusted automatically such that at least one optical and / or geometric parameter of each imaging element ( 20 ) is set as a function of the at least one specific eye parameter.

A method according to claim 9, wherein - the head-worn optical instrument has a left-hand imaging element ( 20 ) for the left eye ( 4 ) and a right imaging element ( 20 ) for the right eye ( 4 ), the pupil distance, the convergence angle and / or the diopter of the left and the right eye ( 4 ) are determined as eye parameters and - as a first geometric parameter a distance of the imaging elements ( 20 ) is set in translation relative to one another as a function of the pupil distance and / or - as a second geometrical parameter an alignment of the imaging elements ( 20 ) is rotationally adjusted as a function of the convergence angle and / or - as an optical parameter, the focus of each imaging element ( 20 ) is adjusted depending on the diopter.