DE102024101088A1

DE102024101088A1 - Optische Anordnung zur Bestimmung der objektiven und subjektiven Refraktion und der Zentrierung der Augen und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102024101088A1
Application number: DE102024101088.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Buehren; Andrea Berner; Doreen Wiedemann; Till-Hendrik Hage; Malte Avenhaus
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2024-01-15
Filing date: 2024-01-15
Publication date: 2025-07-17
Also published as: WO2025153357A1

Abstract

Es wird eine optische Anordnung (1) zur Bestimmung der objektiven und subjektiven Refraktion der Augen einer Person und der Zentrierung einer Brille vor den Augen (11, 12) der Person (2) beschrieben mit den Vorrichtungen: Abschirmungsvorrichtung (3) mit einer gewölbten Oberfläche (4); Anzahl an Kameras (5) zum Erfassen von Bildern des Kopfes der Person (2) aus verschiedenen Richtungen; Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung (6), welche eine Eyebox (9) umfasst, wobei die Eyebox (9) an einer festgelegten Position in Bezug auf die Abschirmungsvorrichtung (3) angeordnet ist; und Mensch-Maschine-Schnittstelle (40), welche zur Kommunikation mit der Person (2) ausgelegt ist. Die Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung (6) umfasst für jedesAuge (11, 12) eine separate Einrichtung (10) zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person (2), sowie zum Projizieren und Reflektieren von Messstrahlen zur objektiven Refraktionsbestimmung, der Person (2); eine Eye-Tracking-Einrichtung (5, 19) zum automatischen Ausrichten und Einstellen der Einrichtungen (10) zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person (2) in Bezug auf die Position der zu vermessenden Augen (11, 12); eine Vorrichtung (21, 22) zum Vermessen der objektiven Refraktion der Augen (11, 12); und einen Projektor (20) zum Projizieren mindestens eines Bildes für jedes Auge, welches von der Eyebox (9) aus als digitaler Bildinhalt (25) visuell wahrnehmbar ist, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Bestimmung der objektiven und subjektiven Refraktion der Augen einer Person und der Zentrierung einer Brille vor den Augen der Person (im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als Nutzer bezeichnet), vorzugsweise innerhalb nur einer einzigen Sitzung, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen optischen Anordnung.
Im Zusammenhang mit der augenoptischen Vermessung der Augen einer Person bzw. eines Nutzers zur Fertigung von Sehhilfen und der Anpassung von Brillen werden üblicherweise die objektive Refraktion, die subjektive Refraktion und die Zentrierung der Augen in separaten Schritten und mittels unterschiedlicher Geräte durch einen Augenoptiker oder Optometristen bestimmt, insbesondere vermessen. Die objektive Refraktion wird zum Beispiel mit Hilfe eines Auto-Refraktors, die subjektive Refraktion mit Hilfe eines Phoropters und Bildtafeln oder Bildtafelprojektionen bestimmt und die Zentrierung der Augen wird zum Beispiel mit Hilfe eines Zentriergerätes (z.B. VISUFIT 1000) bestimmt. Dieses Vorgehen erfordert eine Platzierung der Person vor verschiedene Geräte und Fachpersonal, beispielsweise in der Augenoptik ausgebildetes Personal, welches die entsprechenden Geräte bedienen kann.
Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, welche eine Bestimmung der objektiven und der subjektiven Refraktion kombinieren und mit einem einzigen Gerät vornehmen, z.B. das unter der Bezeichnung Topcon Chronos erhältliche Gerät. Weiterhin sind in dem Dokument US 2012 / 0 287 398 A1 Konzepte für eine kombinierte binokulare Bestimmung der objektiven und der subjektiven Refraktion offenbart. In dem Dokument US 7 357 509 B2 werden Metriken zur Bestimmung des subjektiven Einflusses von Aberrationen der Wellenfront des Auges beschrieben. In dem Dokument WO 2020 / 219 711 A1 werden Lichtfeld-Displays beschrieben.
Mit der Einführung auch im Alltag tragbarer AR-Brillen (AR - Augmented Reality) ergeben sich neue Anforderungen an die Arbeitsabläufe, die Nutzerführung und die diagnostische Ausstattung. Dies betrifft insbesondere AR-Brillen, welche im Falle einer individuellen Sehfehlerkorrektur oder einer individuellen Nutzeranpassung ein Produkt der Unterhaltungselektronik und ein medizinisches Produkt vereinen. Insbesondere ist es erwünscht, den Nutzer zur individualisierten Anpassung einer individualisierten AR-Brille oder MR-Brille (MR - Mixed Reality) oder VR-Brille (VR- Virtual Reality) in nur einer einzigen Sitzung an nur einem Gerät oder Messplatz in Bezug auf die zur Fertigung der Brille, z.B. AR-Brille, erforderlichen Parameter vollständig zu vermessen. Dies könnte zum Beispiel in einem Verkaufsraum eines Augenoptikers oder Anbieters von AR-Brillen oder einem Tech-Store erfolgen. Allerdings verfügen insbesondere Tech-Stores üblicherweise nicht über die erforderliche augenoptische Expertise und entsprechend ausgebildetes Personal.
Ein wesentlicher Nachteil der aktuell gängigen objektiven Messtechniken zur Bestimmung der für ein menschliches Auge individuell erforderlichen Sehhilfe besteht in der unnatürlichen Sehbedingung während der Vermessung, insbesondere der aufeinander folgenden einzelnen monokularen Vermessung jedes Auges kombiniert mit dem Auftreten von Instrumentenmyopie, sowie einer Trennung der Bestimmung der objektiven und subjektiven Refraktion. Zwar gibt es Messtechniken zur Messung der objektiven Refraktion, welche eine offene Sehumgebung nutzen (z.B. die Anbieter Canon oder Wavefront Science), allerdings ermöglichen diese kein Feedback seitens eines Nutzers, insbesondere um die Messergebnisse in irgendeiner Form zu optimieren oder zu verbessern. Zudem ist eine Lösung erwünscht, welche mindestens eine kombinierte Messung der Refraktion und der Zentrierung in einem Gerät mit einem einfachen Arbeitsablauf, welcher durch Personal durchgeführt werden kann, welches nicht augenoptisch ausgebildet ist, zum Beispiel in einem Tech-Store.
Im Anschluss an eine objektive Refraktionsmessung ist augenoptisch ausgebildetes Personal zur Durchführung einer anspruchsvollen subjektiven Refraktionsmessung basierend auf den Ergebnissen der objektiven Refraktionsmessung als Ausgangswerte erforderlich. Dabei werden üblicherweise weitere Aspekte, wie Instrumentenmyopie, binokularer Feinabgleich, Binokularsehen, Nah-Addition und Winkelfehlsichtigkeit berücksichtigt. In einem weiteren separaten Schritt werden die Zentrierungsparameter bestimmt, um die Brille an die individuellen Anforderungen des Nutzers anzupassen und eine korrekte Passform in Bezug auf den Pupillenabstand, die Höhe, die Inklination etc. zu gewährleisten. Dies schließt bisher eine entsprechende Vermessung in einem Tech-Store oder einem anderen beliebigen Verkaufsraum ohne augenoptisch ausgebildetes Personal vor Ort aus.
Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte optische Anordnung zur Bestimmung der objektiven und subjektiven Refraktion der Augen einer Person und der Zentrierung einer Brille, insbesondere einer realen oder virtuellen Brille, vor den Augen der Person zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden optischen Anordnung zur Verfügung zu stellen.
Die genannten Aufgaben werden durch eine optische Anordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Betrieb der optischen Anordnung gemäß Patentanspruch 20 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße optische Anordnung zur Bestimmung, insbesondere zur Vermessung und/oder Berechnung, der objektiven und subjektiven Refraktion der Augen einer Person und der Zentrierung einer Brille, insbesondere einer realen oder virtuellen Brille, vor den Augen der Person, z.B. im Rahmen einer Brillenanpassung, umfasst folgende Vorrichtungen: eine Abschirmungsvorrichtung mit einer gewölbten Oberfläche, eine Anzahl an Kameras zum Erfassen von Bildern des Kopfes der Person aus verschiedenen Richtungen, eine Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI - Human Machine Interface). Die Anzahl an Kameras, also mindestens eine der Kameras, kann zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars, also einer dreidimensionalen virtuellen Abbildung, des Kopfes der Person, ausgelegt sein.
Die gewölbte Oberfläche kann einen Oberflächenbereich der Abschirmungsvorrichtung bilden. Die gewölbte Oberfläche kann bezogen auf die Abschirmungsvorrichtung nach innen gewölbt sein, was ausgehend von der zu vermessenden Person einer Wölbung nach außen entspricht (siehe 1, wo die gewölbte Oberfläche mit der Bezugsziffer 4 gekennzeichnet ist). Unter einer gewölbten Oberfläche wird eine Oberfläche verstanden, welche ein definiertes Volumen zumindest teilweise umschließt. Durch die Wölbung der Abschirmungsvorrichtung wird vorliegend eine Vertiefung oder eine Kavität bzw. ein Hohlraum gebildet. Die gewölbte Oberfläche kann insbesondere als konkave Oberfläche ausgebildet sein.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist zur Kommunikation mit der Person ausgelegt. Die Kommunikation kann beispielsweise audio-visuell und/oder haptisch und/oder mittels Gesten und/oder mittels Augenbewegungen steuerbar ausgelegt sein.
Die Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung umfasst eine Eyebox oder weist eine Eyebox auf oder definiert eine Eyebox, wobei die Eyebox innerhalb eines festgelegten Bereiches in Bezug auf die Abschirmungsvorrichtung angeordnet ist. Unter einer Eyebox wird der Raumbereich verstanden, von welchem aus ein mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung erzeugtes oder eingestrahltes Bild durch die Person als optische Abbildung visuell wahrnehmbar gilt.
Die Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung umfasst für jedes Auge eine separate Einrichtung, z.B. ein Head-Up-Display, zum Projizieren von digitalen, also virtuellen, Bildinhalten (virtual content) im Gesichtsfeld, insbesondere in Blickrichtung, der Person, sowie zum Projizieren und Reflektieren von Messstrahlen zur objektiven Refraktionsbestimmung, der Person. Weiterhin umfasst die Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung eine Eye-Tracking-Einrichtung, also eine Einrichtung zur Blickverfolgung, zum automatischen oder automatisierten Ausrichten und Einstellen, z.B. Justieren und/oder Kalibrieren, der Einrichtungen zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person in Bezug auf die Position der zu vermessenden Augen. Das Eye-Tracking bzw. die Blickverfolgung kann mittels mindestens einer Kamera oder mittels eines Head-Up-Displays durchgeführt werden.
Die Eye-Tracking-Einrichtung kann auch zur Kommunikation mit der Person ausgelegt sein, also insbesondere im Rahmen der HMI genutzt werden oder die HMI bilden. Dies ermöglicht eine Kommunikation der Person mittels der Augenbewegung. Dabei kann das Eye-Tracking bzw. die Blickverfolgung mittels mindestens einer Kamera oder mittels eines Head-Up-Displays durchgeführt werden. Weiterhin kann die Eye-Tracking-Einrichtung für eine Messung der Vergenz ausgelegt sein.
Die Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung umfasst zudem eine Vorrichtung zum Vermessen der objektiven Refraktion der Augen, z.B. ein Optometer und/oder ein Aberrometer, und einen Projektor zum Projizieren mindestens eines Bildes für jedes Auge, welches von der Eyebox aus als digitaler Bildinhalt visuell wahrnehmbar ist. Der Projektor ist also mit anderen Worten zum Projizieren mindestens eines Bildes für jedes Auge in das Gesichtsfeld der Person ausgelegt, wobei das Bild für die Person als virtuelles Bild (virtual content) visuell wahrnehmbar ist. Es können also zwei getrennte Vorgänge gleichzeitig erfolgen. Bei der objektiven Refraktion können die z.B. Head-up-Displays dazu genutzt werden, einen Messtrahl (in der Regel Infrarot) ins Auge zu senden, die daraus entstehende Wellenfront auf dem Sensor aufzufangen und so den „optischen Fingerabdruck“ der Person zu ermitteln. Der entscheidende Vorteil dabei ist, dies kann getan werden während die Person im „Freifeld“ auf eine virtuelle Sehtafel (beidäugig) schaut. Das Problem, dass bei der objektiven Refraktion keine natürlichen Sehbedingungen herrschen, wird dadurch gelöst.
Die erfindungsgemäße optische Anordnung hat den Vorteil, dass sie eine simultane Vermessung, also gleichzeitige oder weitestgehend gleichzeitige Vermessung, oder unmittelbar nacheinander durchführbare Vermessung der Augen einer Person in Bezug auf die objektive und subjektive Refraktion sowie in Bezug auf die Zentrierung der Augen im Rahmen einer Brillenanpassung ermöglicht. Hierbei ist lediglich eine kombinierte Messanordnung in Form der erfindungsgemäßen optischen Anordnung erforderlich, sodass die Person nicht an verschiedenen Geräten oder verschiedenen Orten oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Hinblick auf einzelne Parameter vermessen werden muss.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die mittels der optischen Anordnung bestimmbaren Daten als Grundlage zur Fertigung bzw. Herstellung eines individualisierten vor den Augen tragbaren Geräts, zum Beispiel einer gewöhnlichen Brille, einer AR-Brille, einer MR-Brille, einer VR-Brille oder eines Head-Mounted-Displays (HMD), verwendbar sind und eine Herstellung des entsprechenden Geräts ohne weitere zusätzliche Anpassungen ermöglicht wird. Damit wird eine weitestgehend automatisierte, kioskartige und an einem beliebigen Ort, z.B. in einem Verkaufsraum oder Tech-Store, aufstellbare und betreibbare Anordnung möglich, welche unter reproduzierbaren und optimierbaren Umgebungsbedingungen eine Bestimmung aller oder nahezu aller für eine Fertigung und Anpassung eines vor den Augen tragbaren optischen Geräts erforderlichen Parameter ermöglicht, insbesondere der objektiven Refraktion, der subjektiven Refraktion und der Zentrierung sowie einer Brillenanpassung.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird zudem die augenoptische Diagnostik verbessert, wobei weitgehend automatisierte Verfahren verwendet werden können, welche kein augenoptisch ausgebildetes Personal vor Ort erfordern, sondern durch für die Anwendung oder den Betrieb der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ausgebildetes Personal vor Ort durchgeführt werden kann. Die ermittelten Ergebnisse können anschließend durch augenoptisch ausgebildetes Personal, z.B. eine/n Augenarzt/Augenärztin und/oder Augenoptiker/in remote überprüft und genehmigt werden. Beispielsweise kann die optische Anordnung zur Vermessung der objektiven und subjektiven Refraktion und der Vermessung der Zentrierung der Augen im Rahmen einer Brillenanpassung ohne augenoptisch ausgebildetes Personal ausgelegt sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die optische Anordnung zur gleichzeitigen, also simultanen, Vermessung der Zentrierung der Augen und der Vermessung der objektiven und/oder subjektiven Refraktion der Augen ausgelegt. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil, dass mittels nur einer Anordnung eine kombinierte Messung aller erforderlicher Parameter an nur einer Messposition möglich ist.
Die Abschirmungsvorrichtung kann als Hemisphäre oder Schirm oder Schild oder Kuppel oder als offener Freiformhohlkörper ausgestaltet sein. Die gewölbte Oberfläche kann sphärisch oder asphärisch oder in der Form eines Hohlkugelausschnitts oder eines Hohlzylinderausschnitts oder eines Hohlkegelstumpfausschnitts oder in einer beliebigen anderen freien Form geformt sein. Zum Beispiel kann die gewölbte Oberfläche auch plane Oberflächenbereiche oder plane Subelemente umfassen. Durch die gewölbte Oberfläche bzw. den gewölbten Oberflächenbereich der Abschirmungsvorrichtung kann ein Hohlkugelausschnitt gebildet werden. Durch die gewölbte Oberfläche bzw. den gewölbten Oberflächenbereich der Abschirmungsvorrichtung kann eine konkave innere Oberfläche bzw. ein konkaver innerer Oberflächenbereich mit mindestens einem Krümmungsradius gebildet werden. Vorzugsweise deckt die gewölbte Oberfläche das Sehfeld oder im Wesentlichen das Sehfeld ab. Die gewölbte Oberfläche sollte möglichst homogen ausgestaltet sein und möglichst keine optischen Kontraste aufweisen.
Die Abschirmungsvorrichtung kann so ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass sie ausgehend von einem Punkt innerhalb der Eyebox jeweils in einer azimutalen, z.B. horizontal verlaufenden, und/oder einer meridionalen, z.B. vertikal verlaufenden, Ebene einen festgelegten Raumwinkelbereich abdeckt. Der festgelegte Raumwinkelbereich kann z.B. das vermessbare Gesichtsfeld definieren oder größer oder auch kleiner sein als das Gesichtsfeld der Person. Die Eyebox kann insbesondere so angeordnet sein, dass sie in Bezug auf mindestens einen Raumwinkel innerhalb der Abschirmungsvorrichtung angeordnet ist. Hierdurch wird einerseits gewährleistet, dass das Gesichtsfeld der Person nicht durch weitere Objekte in der Umgebung gestört wird. Andererseits kann gleichzeitig durch eine entsprechende Anordnung von Kameras gewährleistet werden, dass auch zur Anpassung von Brillenbügeln erforderliche Bereiche hinter den Ohren der Person mittels der Kameras erfassbar sind.
Vorteilhafterweise deckt die Abschirmungsvorrichtung ausgehend von einem Punkt innerhalb der Eyebox in der meridionalen Ebene und/oder in der azimutalen Ebene einen Winkelbereich von mindestens 5 Grad, z.B. mindestens 20 Grad, vorteilhafterweise mindestens 90 Grad, insbesondere mindestens 140 Grad, z.B. mindestens 220 Grad, ab. Dabei kann die Abdeckung in der azimutalen Ebene größer sein als die Abdeckung in der meridionalen Ebene. Vorzugsweise erstreckt sich die Abschirmungsvorrichtung ausgehend von einem Punkt innerhalb der Eyebox in der meridionalen Ebene über einen Winkelbereich von insgesamt mindestens 140 Grad, z.B. insgesamt mindestens 160 Grad, und/oder in der azimutalen Ebene über einen Winkelbereich von insgesamt mindestens 220 Grad.
Die gewölbte Oberfläche der Abschirmungsvorrichtung kann zur Abstrahlung von Licht mit einer steuerbaren Leuchtdichte zur Bereitstellung einer Messumgebung für eine photopische und/oder mesopische und/oder skotopische Refraktionsmessung und/oder eine Kontrastempfindlichkeitsmessung, z.B. in Verbindung mit einem digitalen Target, wie beispielsweise einer eingestrahlten und als digitaler Bildinhalt wahrnehmbaren Buchstabentafel, ausgebildet sein. Insbesondere kann die Abschirmungsvorrichtung Mittel zur Einstellung der Helligkeit innerhalb der gewölbten Oberfläche, z.B. der Hemisphäre, gemäß festgelegter Standards zur Refraktionsmessung umfassen. Hierdurch wird eine qualitativ hochwertige Vermessung der Augen bei verschiedenen Umgebungshelligkeiten ermöglicht und garantiert. Die Abschirmungsvorrichtung ist vorteilhafterweise zur Gewährleistung von kontrollierten Sehbedingungen während der Messungen ausgelegt. Die Oberfläche ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie einen kontrastfrei oder homogen wahrnehmbaren Hintergrund für Projektionen bildet.
Die gewölbte Oberfläche der Abschirmungsvorrichtung kann einen mittleren Krümmungsradius zwischen 0,1 m (r_min=0,1m), was einem mittleren Durchmesser von 0,2 m (d_min=0,2m) entspricht, und 4 m (r_max=4m), was einem mittleren Durchmesser von 8 m (d_max=8m) entspricht, aufweisen. Im Falle einer elliptischen Ausformung kann es sich bei den genannten Abmessungen in Bezug auf den Krümmungsradius um eine der beiden Halbachsen handeln. Im Falle einer Ausgestaltung der Oberfläche in Form einer Freiformkuppel handelt es sich bei den genannten Abmessungen um auf die gesamte gewölbte Oberfläche bezogene mittlere Werte. Eine entsprechend groß ausgestaltete Abschirmungsvorrichtung reduziert die eingangs beschriebene InstrumentenMyopie während der Messung der objektiven und subjektiven Refraktion.
In einer weiteren Variante ist die optische Anordnung dazu ausgebildet, digitale Bildinhalte in die Eyebox zu projizieren, welche in einer, z.B. variablen, Blickrichtung im Unendlichen wahrnehmbar sind, beispielsweise für Distanz-Refraktionsmessungen, also bei einer Messung der Refraktion in der Ferne. Die Abschirmungsvorrichtung kann ausgehend von der Eyebox in der Blickrichtung einen Bereich, z.B. in einem Raumwinkelbereich von +/-10 Grad, an der gewölbten Oberfläche mit im Vergleich zu dem außerhalb dieses Bereichs befindlichen Bereich der gewölbten Oberfläche weniger oder keine monokularen und/oder binokularen Akkommodationsreize bzw. Akkommodationsanreize aufweisen. Vorteilhafterweise ist in dem genannten Bereich keine Kamera oder eine verdeckte Kamera angeordnet. Zum Beispiel kann in dem zuvor genannten Raumwinkelbereich eine Infrarotkamera (IR-Kamera) hinter einer Abdeckung, beispielsweise hinter einem Stoff, angeordnet sein. Auf diese Weise wird der Blick der Person auf ein ins Unendliche oder in eine große Entfernung projiziertes digitales Testbild, z.B. eine Buchstaben- oder Bildtafel oder ein anderes Target, nicht durch in Blickrichtung befindliche Objekte der optischen Anordnung gestört oder diesen überlagert. Die beschriebene Ausgestaltung reduziert oder minimiert die Instrumenten-Myopie bei Messungen, während derer die Person in der Ferne schaut.
Die Abschirmungsvorrichtung kann Mittel zum Aufnehmen von mindestens einer der Anzahl an Kameras zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars des Kopfes der Person umfassen. Mindestens eine der Anzahl an Kameras kann in und/oder an der Abschirmungsvorrichtung befestigt und/oder in diese integriert sein. Vorzugsweise sind die Kameras so angeordnet, dass sie von der Eyebox aus nicht oder kaum sichtbar sind. Beispielsweise kann eine Mehrzahl an Kameras in Bezug auf die Eyebox entlang eines azimutalen oder horizontalen Raumwinkelbereichs in einer horizontal verlaufenden geraden oder gekrümmten Linie oder einem horizontal verlaufenden Balken oder in einer horizontal verlaufenden Ebene angeordnet sein. Grundsätzlich ist eine beliebige Anordnung der Kameras möglich. Eine ringförmige Anordnung ist vorteilhaft.
Die optische Anordnung kann zwischen 1 und 20 Kameras, z.B. zwischen 5 und 20 Kameras, insbesondere zwischen 10 und 20 Kameras, zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars des Kopfes der Person umfassen. Eine Mehrzahl der Kameras zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars des Kopfes der Person kann entlang eines azimutal verlaufenden Balkens der gewölbten Oberfläche, z.B. der Hemisphäre, angeordnet sein. Einzelne Kameras können auch außerhalb der gewölbten Oberfläche angeordnet sein, z.B. hinter und/oder über und/oder neben der Eyebox, insbesondere außerhalb eines azimutalen oder horizontalen Raumwinkelbereichs von 180 Grad. Mindestens eine Kamera zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars des Kopfes der Person kann in Bezug auf die Eyebox so angeordnet sein, dass die zum Erfassen der Rückseite der Ohren der Person ausgelegt ist. Hierdurch wird eine Erfassung des Bereichs hinter den Ohren der Person verbessert. Eine Ausgestaltung mit mindestens einer im Raum bewegbaren Kamera ist ebenfalls möglich.
Die mindestens eine Kamera oder eine Mehrzahl an Kameras, z.B. in Kombination miteinander, können für eine Bestimmung, z.B. Messung oder Berechnung, der Zentrierung der Brille vor den Augen einer Person ausgelegt sein, insbesondere für eine unmittelbare Bestimmung und/oder eine Bestimmung an einem generierten Avatar. Die mindestens eine Kamera kann eine Tiefenmesstechnik bzw. eine Sensorik zur Tiefenmessung aufweisen. Die mindestens eine Kamera kann als Infrarotkamera und/oder visuelle Kamera und/oder Graustufenkamera und/oder Lichtfeldkamera ausgestaltet sein. Mindestens eine der Kameras, zum Beispiel 5 bis 10 Kameras von insgesamt z.B. 20 Kameras, oder alle Kameras oder alle bis auf eine visuelle Kamera können als Infrarotkameras, insbesondere für eine VF1000 Funktionalität, ausgelegt sein. Die Bestimmung der Zentrierung, z.B. mittels des Avatars, kann eine Pupillendistanzmessung und/oder Sichtlinienmessung und/oder Inklinationsmessung und/oder Durchbiegungsmessung und/oder Hornhautscheitelabstandsmessung einschließen.
Weiterhin kann die mindestens eine Kamera oder können eine Mehrzahl an Kameras, z.B. in Kombination miteinander, zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars für eine virtuelle Anprobefunktion von digitalen Brillengestellen und/oder AR-Brillen und/oder MR-Brillen und/oder VR-Brillen ausgelegt sein.
Der Projektor kann als Lichtfeld-Projektor ausgebildet sein. Mithilfe des Lichtfeld-Projektors können für jeden örtlich lokalisierten Lichtemitter dessen Emissionsrichtungsverteilung eingestellt und variiert werden. Eine Ausgestaltung eines Lichtfeld-Projektors umfasst z.B. eine aus Pixeln zusammengesetzte Lichtquelle mit einem in Abstrahlrichtung davor angeordneten Linsenfeld, welches eine Vielzahl an in einer Ebene angeordneter Einzellinsen umfasst. Das Linsenfeld kann refraktiv und/oder diffraktiv ausgebildet sein. Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit eines Lichtfeld-Projektors umfasst ein Pixel-Array, welches zeitsequentiell aus verschiedenen Winkeln beleuchtet wird und dabei die zeitliche Trägheit des Auges nutzt, um im Integral durch synchrones, schnelles Durchschalten von Belichtungsrichtung und Transmissionsgrad oder Reflexionsgrad des Pixel-Arrays eine für das Auge quasi-statische räumliche variable Leuchtwinkelverteilung pro Pixel zu ermöglichen. Diese zwei Beispiele oder weitere Ausgestaltungen als statische oder quasi-statische, d.h. respektive der wahrnehmbaren Flickerfrequenz des Auges, können angesehen werden, von Lichtfeld-Projektoren können für jeden örtlich lokalisierten Lichtemitter dessen Emissionsverteilung einstellen und variieren.
Die separaten Einrichtungen, insbesondere Head-Up-Displays, zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person können jeweils ein semi-transparentes optisches Element umfassen, welches jeweils dazu ausgebildet ist, einen Messstrahl der Vorrichtung zum Vermessen der objektiven Refraktion der Augen in das jeweilige Auge zu strahlen, vorzugsweise in jedes Auge separat, und eine von dem jeweiligen Auge abgestrahlte Wellenfront zu einem Aberrometer der Vorrichtung zum Vermessen der objektiven Refraktion der Augen zu leiten. Die semi-transparenten optischen Elemente können z.B. als einfacher Strahlteiler-Combiner oder holographischer Combiner oder gekrümmter Combiner oder Wellenleiter-Combiner ausgestaltet sein. Das semi-transparente optisches Element kann jeweils dazu ausgebildet sein, einen Messstrahl des Projektors zum Vermessen der subjektiven Refraktion der Augen in das jeweilige Auge zu strahlen. Das semi-transparente optisches Element kann jeweils dazu ausgebildet sein, ein virtuelles bzw. digitales Fixierungsziel ins Unendliche zu projizieren, z.B. während einer Vermessung der objektiven oder subjektiven Refraktion der Augen, und/oder ein virtuelles bzw. digitales Fixierungsziel in eine der vermessenen objektiven Refraktion entsprechende Entfernung zu projizieren. Während der objektiven Wellenfrontmessung bzw. Bestimmung der objektiven Refraktion kann beispielsweise binokular ein virtuelles bzw. digitales Fixierungsziel für jedes Auge an den Pupillenabstand angepasst ins Unendliche projiziert werden, um eine parallele binokulare Vergenz beider Augenachsen (Sehachsen) sicherzustellen, wobei Akkommodationsanreize minimiert werden.
Die semi-transparenten optischen Elemente können auch als abbildende Kamera ausgelegt sein und entsprechend genutzt werden, zum Beispiel als Eye-Tracking-Einrichtung bzw. zur Blickrichtungserkennung. Sie können zudem auch zum zeitsequentiellen Abtasten einer Wellenfront ausgelegt sein und z.B. im Rahmen der Vermessung der objektiven Refraktion der Augen entsprechend genutzt werden.
Die Vorrichtung zum Vermessen der objektiven Refraktion der Augen kann unterhalb der separaten Einrichtungen und/oder der semi-transparenten optischen Elemente angeordnet sein. Dies ist sowohl zur Minimierung von störenden Akkommodationsreizen im Blickfeld der Person, als auch unter Bauraumaspekten und zur optimalen Nutzung des vorhandenen Raumwinkelbereichs für Messungen von Vorteil.
Die Ausrichtung und individuelle Anpassung der separaten Einrichtungen, insbesondere Head-Up-Displays, zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person kann mittels der mindestens einen Eye-Tracking-Einrichtung erzielt und überwacht werden. Die Eye-Tracking-Einrichtung kann z.B. die Position der Augen überwachen und die Position der separaten Einrichtungen zum Projizieren von digitalen Bildinhalten in Abhängigkeit von der Position der Augen einstellen. In einer bevorzugten Ausgestaltung leitet das semitransparente optische Element das Bild des Auges zu einer Kamera nach unten um. Dieses Bild kann zum Verfolgen der Bewegung des Auges verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können die an oder in der Abschirmungsvorrichtung, insbesondere der Hemisphäre, angeordneten Kameras zum Bestimmen der Augenposition während der Messung und damit für die Anpassung der Position der separaten Einrichtungen genutzt werden.
Anstelle einer Verwendung von klassischen Testlinsen in einer Messbrille oder in einem Phoropter als objektive Ausgangswerte für eine subjektive Refraktionsbestimmung können im Rahmen der vorliegenden Erfindung virtuelle Target-Einheiten, z.B. in Form von zwei- oder dreidimensionalen digitalen Bildinhalten, derart in das Gesichtsfeld einer Person projiziert werden, dass sie in die passende bzw. kompensierende Fokusebene der Ergebnisse der Bestimmung der objektiven Refraktion abbilden. Dies kann unmittelbar nach der Messung der objektiven Refraktion und gegebenenfalls einer zusätzlichen bildbasierten objektiven Refraktion mit Hilfe von Netzhautbildmetriken (siehe z.B. US 7 357 509 B2 ), zur Verfeinerung der Ergebnisse erfolgen. Hierbei kann von der Projektion eines Fixierungsziels während der Bestimmung der objektiven Refraktion zur Anzeige von Bildkarten zur Bestimmung der subjektiven Refraktion umgeschaltet werden.
Das Aberrometer und das Optometer können zur Bestimmung der objektiven Refraktion zur Messung von Sphäre, Zylinder, Achse und optional Aberrationen höherer Ordnung ausgelegt sein. Sie können zur Nutzung von Wellenfront-Sensortechnologien ausgelegt sein und mindestens einen der folgenden Sensoren umfassen: Shack-Hartmann Wellenfront-Sensor, Sensor zur Bestimmung der Phasen-Verschiebung gemäß der Schlieren-Technik, Wellenfrontkrümmungs-Sensor, pyramidaler Wellenfront-Sensor, Common-Path-Interferometer, Sensor für einen Foucaultsches Schneidenverfahren, Scherinterferometer, multilaterales Scherinterferometer, Ronchi-Tests, etc. Bei der Verwendung des Optometers können ein Badal-System, drehbare Linsen, Stokes-Zellen, das Scheiner-Prinzip sowie weitere geeignete Technologien, z.B. Verfahren zur raytracing-basierten zeitsequentiellen Wellenfrontbestimmung, zum Einsatz kommen. Die objektive WellenfrontMessung kann für jedes Auge nacheinander oder parallel für beide Augen erfolgen.
Für die Bestimmung der subjektiven Refraktion ist die Projektion von Test-Inhalten, beispielsweise in Form von Buchstaben oder Bildern, wesentlich. Üblicherweise werden hierbei Testlinsen vor den Augen platziert, welche für jedes Auge die Refraktionsfehler kompensieren. Hierzu ist ein Set an Test- oder Versuchs-Linsen erforderlich, welche sphärische und/oder astigmatische Abbildungsfehler kompensieren. Das Testverfahren ist in der Regel zeitintensiv und wird unter Bedingungen mit einer nur begrenzt freien Sicht durchgeführt. Ein automatisierter Workflow ist kaum möglich und es ist geübtes Personal zur Durchführung des Tests erforderlich.
Der Projektor kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung dazu ausgebildet sein, virtuelle oder digitale Fixationsziele oder Bildinhalte, z.B. holographische digitalen Bildinhalte, abzustrahlen, und in die Eyebox zu projizieren, welche eine Korrektur der bestimmten, z.B. vermessenen, Fehlsichtigkeit imitieren, insbesondere gemäß dem Endergebnis aus der bestimmten objektiven und/oder subjektiven Refraktion. Vorzugsweise ist die Korrektur dynamisch anpassbar. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines entsprechend ausgestalteten Lichtfeld-Projektors realisiert werden (siehe z.B. WO 2020 / 219 711 A1 ). Dies hat den Vorteil, dass ein zuvor beschriebenes klassisches Testset nicht mehr benötigt wird und zudem präzisere Ergebnisse als mit dem naturgemäß begrenzten klassischen Testlinsen-Set erzielt werden können. Neben Sphäre und Astigmatismus können vorliegend auch Aberrationen höherer Ordnung basierend auf subjektivem Feedback für eine individuelle Korrektion berücksichtigt werden.
Der Projektor ist vorzugsweise als Lichtfeld-Projektor ausgebildet, wobei der Projektor ein aus Pixeln aufgebautes bzw. zusammengesetztes Display (Anzeige) und ein auf dem Display, also im Strahlengang nach dem Display, angeordnetes Array aus refraktiven und/oder diffraktiven optischen Elementen umfasst. Der Projektor kann zur dynamischen Erzeugung eines Lichtfeldes durch Projektion einer Vielzahl an Bildern von verschiedenen Ansichten eines abzubildenden Objekts mit einer Frequenz, also einer Anzeigefrequenz, von mindestens 20 Hertz ausgelegt sein. Das Array aus refraktiven und/oder diffraktiven optischen Elementen kann Mikrolinsen umfassen. Die Mikrolinsen können als Super-Pixel des darunterliegenden Displays fungieren. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein auf dem Display angeordnetes Array an pixelierten diffraktiven optischen Elementen vorhanden sein. Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit eines Lichtfeld-Projektors umfasst, wie bereits erwähnt, ein Pixel-Array, welches zeitsequentiell aus verschiedenen Winkeln beleuchtet wird und dabei die zeitliche Trägheit des Auges nutzt, um im Integral durch synchrones, schnelles Durchschalten von Belichtungsrichtung und Transmissionsgrad oder Reflexionsgrad des Pixel-Arrays eine für das Auge quasi-statische räumliche variable Leuchtwinkelverteilung pro Pixel zu ermöglichen.
Der Projektor, insbesondere der Lichtfeld-Projektor, kann zur Projektion von digitalen Bildinhalten in einem Abstand von -20 Dioptrien (dpt) bis +20 Dioptrien, z.B. von -15 dpt bis +10 dpt, z.B. von -11 dpt bis +8 dpt, z.B. von - 10 dpt bis +5 dpt, von der Eyebox ausgelegt sein. Es kann für jedes Auge ein separater Projektor zur Testlinsensimulation vorgesehen sein. Die Testlinsensimulation kann auch mittels Hologrammen bzw. holographisch erfolgen. Der Projektor kann in diesem Fall zur Projektion von holographischen digitalen Bildinhalten ausgelegt sein.
Der Projektor kann einen räumlichen Lichtwellen-Modulator zur lokalen Anpassung oder Modulation der Amplitude und der Phase von Lichtwellen, insbesondere von eingestrahlten Lichtwellen zur Simulation, z.B. zur dynamischen Simulation, von Testlinsen, umfassen. Der räumliche Lichtwellen-Modulator kann durch holographische Mittel, z.B. eine Mehrzahl an Hologrammen oder dynamisch veränderbare Hologramme, realisiert werden.
Es ist mittels der beschriebenen Optionen auch eine Simulation von Gleitsichtgläsern möglich. Weiterhin kann der Projektor eine Vorrichtung zur Netzhautprojektion umfassen, welche zur Simulation von Testlinsen ausgelegt ist, also mit anderen Worten dazu ausgebildet ist, das Vorhandensein von Testlinsen im Strahlengang zu simulieren.
Die beschriebene dynamische Anpassung kann die für eine Bestimmung der subjektiven Refraktion erforderliche Zeit erheblich reduzieren. Zudem ist ein automatisiertes Verfahren ohne Fachpersonal möglich. Über die HMI kann die Person, z.B. ein Anwender oder Nutzer, die dynamische Anpassung individuell steuern. Prinzipiell können alle Tests in einer einem geführten Verfahren durchgeführt werden. Die Anleitung und Kommunikation kann dabei audio-visuell oder gestengesteuert oder über haptische Signale oder über die Augenbewegung gesteuert erfolgen. Die Person kann dabei eine Eingabevorrichtung, z.B. mit mindestens einem Push-Button und/oder einem Drehknopf und/oder einem Mikrofon, bedienen, um Eingaben zu machen. Eingaben können z.B. auch über die Augenbewegung mittels einer Eye-Tracking-Einrichtung gemacht werden. Die Person kann zudem Audio-Anweisungen und visuelle Anweisungen über eine geeignete Vorrichtung, z.B. Lautsprecher, Kopfhörer, Display etc., empfangen. Dabei kann geschultes Personal erforderlichenfalls assistieren.
In einer besonders vorteilhaften Variante im Hinblick auf Effizienz und Nutzerkomfort ist die optische Anordnung zur Vermessung der zur Fertigung der Brille erforderlichen Parameter innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 15 Minuten und/oder in nur einer einzigen Sitzung an nur einem Messplatz ausgelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung umfasst folgende Schritte: In einem Schritt S1 wird eine Person in Bezug auf die Eyebox positioniert, sodass die Blickrichtung der Person in Richtung der gewölbten Oberfläche der Abschirmungsvorrichtung für jedes Auge durch die separate Einrichtung, z.B. Head-Up-Display, zum Projizieren von digitalen Bildinhalten verläuft. In einem Schritt S2 werden mittels der Eye-Tracking-Einrichtung die Einrichtungen zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person in Bezug auf die Position der zu vermessenden Augen ausgerichtet und eingestellt, z.B. justiert und/oder kalibriert. Dies erfolgt vorzugsweise automatisiert.
In einem Schritt S3 werden mittels der Anzahl an Kameras Bilder des Kopfes der Person erfasst. In Schritt S4 wird die Zentrierung einer Brille vor den Augen der Person mittels der erfassten Bilder bestimmt, z.B. vermessen und/oder berechnet. In Schritt S5 wird mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung die objektive Refraktion der Augen bestimmt, z.B. vermessen und/oder berechnet. Dabei können als Ausgangswerte auch Werte, z.B. aus einem Brillenpass der Person, eingegeben oder eingelesen und verwendet werden. Es kann auch eine bisherige Brille der Person zur Bestimmung von Ausgangswerten vermessen werden. Dies kann separat in einer entsprechenden Messeinrichtung erfolgen oder während die Person die Brille trägt erfolgen. Dabei können die mindestens eine Kamera und/oder die Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung genutzt werden.
In Schritt S6 wird mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung die subjektive Refraktion der Augen bestimmt, z.B. vermessen und/oder berechnet. Dabei werden, z.B. mittels der Projektionsvorrichtung, digitale Bildinhalte, welche eine Fehlsichtigkeitskorrektur, vorzugsweise ausgehend von der bestimmten objektiven Refraktion, simulieren, in das Gesichtsfeld der Person projiziert und mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle werden Eingaben der Person empfangen.
Die Schritte S3 bis S6 können auch in einer anderen Reihenfolge oder zumindest teilweise gleichzeitig oder alle gleichzeitig ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung bereits beschriebenen Merkmale und Vorteile.
In vorteilhaften Variante wird mittels der erfassten Bilder ein Avatar des Kopfes der Person generiert und mittels des generierten Avatars die Zentrierung der Brille vor den Augen bestimmt, z.B. vermessen und/oder berechnet.
In einem optionalen Schritt S7 können virtuelle Brillen, z.B. umfassend Brillengestell und/oder Brillenglas, bereitgestellt werden und der Person an dem generierten Avatar in Form eines in das Gesichtsfeld der Person projizierten digitalen, beispielsweise zweidimensionalen oder dreidimensionalen, Bildinhaltes angezeigt werden. Bei den digital angezeigten Brillen kann es sich um gewöhnliche Brillen oder AR-Brillen oder MR-Brillen oder VR-Brillen oder Geleitsicht-Brillen handeln.
Im Rahmen der Bestimmung der objektiven und/oder subjektiven Refraktion der Augen kann die Nahakkommodation der Person bestimmt werden, wobei der Person ein digitaler Bildinhalt monokular angezeigt und der Abstand des digitalen Bildinhaltes von dem Auge reduziert wird, bis die Person das Bild nicht mehr scharf fokussieren kann, also bis das Bild verschwimmt. Der Schritt kann anschließend für das andere Auge wiederholt werden.
Es kann vorteilhafterweise für die Person eine individualisierte oder individuelle Fokusebene für die Projektion digitaler Bildinhalte mittels eines Stereodisplays ermittelt wird. Die ist insbesondere für AR-Brillen oder MR-Brillen oder VR-Brillen von Vorteil. Auf diese Weise kann einerseits ein für die Personen individueller Komfortbereich unter Ausnutzung des Tiefenschärfebereichs optimal genutzt werden. Andererseits können durch die Individualisierung unerwünschte Auswirkungen eines Tragens einer entsprechenden Brille über einen längeren Zeitraum, wie beispielsweise Kopfschmerzen, reduziert oder vermieden werden.
Zur Ermittlung der individualisierten Fokusebene kann die Winkelfehlsichtigkeit der Person für mindestens einen festgelegten Abstand von den Augen ermittelt werden und/oder die Fusionsbreite/Vergenz der Person für mindestens einen festgelegten Abstand von den Augen ermittelt werden, wobei ein Testobjekt als Fusionsstimulus in das Gesichtsfeld der Person projiziert wird. Basierend auf der ermittelten Winkelfehlsichtigkeit und/oder der ermittelten Fusionsbreite/Vergenz kann die Fokusebene festgelegt werden. Dabei kann die Fokusebene so festgelegt werden, dass der Schärfentiefebereich innerhalb der Akkommodationsamplitude vollständig ausgenutzt wird. Es kann also mit anderen Worten die Fokusebene in einem Abstand von den Augen positioniert werden, sodass die Person auch vor und hinter der Fokusebene noch scharf sehen kann.
In einer weiteren Variante kann zur Ermittlung der individualisierten Fokusebene der Phorie-Wert und/oder die Vergenz der Person für die Distanz bzw. Ferne und für die Nähe, z.B. für die Nähe in einem Abstand im Bereich von 10cm bis 40cm, ermittelt werden. Weiterhin kann die minimale relative Vergenz und/oder die maximale relative Vergenz ermittelt und bei der Festlegung der Fokusebene berücksichtigt werden. Optional kann das Verhältnis aus akkommodativer Konvergenz zu Akkommodation berechnet werden, z.B. in einem Schritt mit der Bestimmung der Akkommodationsamplitude, und die Fokusebene kann in Abhängigkeit von dem berechneten Verhältnis festgelegt werden. Hierdurch wird eine verbesserte Individualisierung des Fokusebenenabstands erreicht. Die beschriebenen Varianten erhöhen den Komfort für die Person, sowohl bei der Bestimmung der erforderlichen augenoptischen Parameter als auch bei der späteren Nutzung des optischen Geräts, zum Beispiel der AR-Brille.
Grundsätzlich lassen sich mithilfe der erfindungsgemäßen optischen Anordnung alle zur Fertigung eines vor den Augen tragbaren optischen Geräts, beispielsweise einer Brille oder auch eines Sichtfensters für einen Helm, erforderlichen augenoptischen Parameter ermitteln. Hierbei können aus der Augenoptik bekannte Verfahren und Tests auf eine schnelle und einfache Weise automatisiert angewendet werden. Vorzugsweise wird das gesamte erfindungsgemäße Verfahren innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 15 Minuten, vorzugsweise weniger als 5 Minuten, ausgeführt.
Zusammenfassend ermöglicht die vorliegende Erfindung eine für Nutzer komfortable, schnelle und qualitativ hochwertige Bestimmung, z.B. Vermessung, der zur Fertigung eines vor den Augen tragbaren optischen Geräts erforderlichen augenoptischen und physischen Parameter. Zudem ist eine virtuelle Anprobe einer Vielzahl an individualisierten Brillengestellen möglich, wodurch der Komfort für einen Nutzer weiter verbessert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom einer Fachperson hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die der Fachperson auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, die die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße optische Anordnung in einer perspektivischen Ansicht.
2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße optische Anordnung in Form eines Blockdiagramms.
3-6 zeigen schematisch verschiedene Varianten der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung anhand des Strahlengangs.
7 zeigt schematisch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung in Form eines Flussdiagramms.

Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße optische Anordnung in einer perspektivischen Ansicht. Die gezeigte optische Anordnung 1 zur Bestimmung der objektiven und subjektiven Refraktion und der Zentrierung der Augen einer Person 2 umfasst eine Abschirmungsvorrichtung 3 mit einer gewölbten Oberfläche 4, eine Mehrzahl an Kameras 5, eine Projektion- und Vermessungsvorrichtung 6 und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 40. In der gezeigten Variante ist die Abschirmungsvorrichtung 3 in Form einer Hemisphäre bzw. hohlen Halbkugel oder Kuppel ausgestaltet. Die gewölbte Oberfläche 4 ist in diesem Fall konkav sphärisch gekrümmt und weist beispielsweise einen Krümmungsradius zwischen 0,1 m und 4 m, bzw. einen Durchmesser zwischen 0,2 m und 8 m, auf. Die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 und die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 40 können auch zumindest teilweise oder vollständig innerhalb der Abschirmungsvorrichtung 3 angeordnet sein.
Die Kameras 5, bei denen es sich um zwischen 5 und 20, zum Beispiel 10, Kameras handeln kann, sind an der Oberfläche 4 der Abschirmungsvorrichtung 3 angeordnet oder in die Oberfläche 4 integriert. Vorzugsweise weist die Abschirmungsvorrichtung 3 hierzu entsprechende Aufnahmevorrichtungen oder Befestigungsvorrichtungen auf. Vorteilhafterweise sind die Kameras 5 so angeordnet, dass sie für die Person 2 nicht oder kaum sichtbar sind. Zumindest sollten die Kameras 5 so angeordnet sein, dass sie in Blickrichtung 7, beispielsweise in dem mit der Bezugsziffer 8 gekennzeichneten Raumbereich, keinen Akkommodationsanreiz bzw. Akkommodationsreiz bilden, welcher eine Instrumenten-Myopie bewirken kann. Vorzugsweise sind in Blickrichtung 7 und gegebenenfalls in einem festgelegten Raumwinkelbereich, z.B. +/- 10 Grad, ausgehend von einer festgelegten Blickrichtung 7 keine Kameras 5 angeordnet, sodass der Blick der Person 2 in die Ferne nicht beeinträchtigt wird.
Die Oberfläche 4 ist so ausgestaltet, dass sie einen kontrastfrei oder homogen wahrnehmbaren Hintergrund für Projektionen bildet. Die Oberfläche 4 kann z.B. weiß oder schwarz gefärbt sein. Eine weiße Farbe hat den Vorteil, dass eine Instrumenten-Myopie reduziert wird. Eine schwarze Farbe hat den Vorteil, dass sie große Pupillen der Person 2 während der Messung gewährleistet. Die Abschirmungsvorrichtung 3 ist optional an der Oberfläche 4 zur Abstrahlung von Licht mit einer steuerbaren Leuchtdichte zur Bereitstellung einer Messumgebung für eine photopische und/oder mesopische und/oder skotopische Refraktionsmessung und/oder eine Kontrastempfindlichkeitsmessung ausgebildet. Alternativ zu diesen Varianten kann die Oberfläche auch grau oder gestreift, z.B. schwarz-weiß gestreift, oder gemustert sein. Dabei sollten die Streifen oder Muster so fein, z.B. mit Abmessungen im Mikrometerbereich, ausgestaltet sein, dass sie von der Eyebox 9 aus für eine Person 2 nicht wahrnehmbar sind.
Die Kameras 5 sind zum Erfassen von Bildern des Kopfes der Person 2 ausgelegt bzw. entsprechend geometrisch angeordnet, sodass die erfassten Bilder das Generieren eines Avatars des Kopfes der Person ermöglichen. Mindestens ein Teil der Kameras, also alle Kameras oder alle Kameras bis auf mindestens eine Kamera, zum Beispiel zwischen 5 und 10 Kameras, können dabei als Infrarot-Kameras ausgelegt sein. Mindestens eine, vorzugsweise zwei, der Kameras 5 können dabei so angeordnet sein, dass sie auch Bereiche hinter den Ohren der Personen 2 erfassen können. Dazu kann auch mindestens eine Kamera außerhalb der Abschirmungsvorrichtung 3 angeordnet sein.
In der gezeigten Variante sind die Kameras 5 entlang einer azimutal oder horizontal verlaufenden Linie oder innerhalb eines azimutal oder horizontal verlaufenden Bereichs, z.B. einem entsprechenden balkenförmigen Bereich, an der Oberfläche 4 angeordnet. Weiterhin ist es möglich, dass die Kameras in einer meridionalen Richtung oder vertikal zueinander versetzt angeordnet sind. Hierbei ist eine beliebige Anordnung, z.B. auch eine kreisförmige oder elliptische Anordnung möglich.
Die HMI 40 ist zur Kommunikation mit der Person 2 ausgelegt, zum Beispiel zu einer audio-visuellen Kommunikation und/oder einer gestengesteuerten Kommunikation und/oder einer haptischen Kommunikation. Hierzu kann eine Eingabevorrichtung mit mindestens einem Button und/oder einem Drehknopf und/oder einem Fußpedal und/oder einen Schieberegler und/oder ein TouchPad und/oder einen Drucksensor und/oder einen Temperaturfühler und/oder einer Eye-Tracking-Einrichtung und/oder einem Mikrofon vorgesehen sein.
Die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 umfasst eine Eyebox 9. In der gezeigten Variante befindet sich die Eyebox 9 im Bereich des Kopfes der Person 2. Die Eyebox 9 ist an einer festgelegten Position in Bezug auf die Abschirmungsvorrichtung 3 angeordnet. Dabei kann die Position bei der Installation der optischen Anordnung individuell festgelegt werden, wobei bei der Festlegung unter anderem Raumvorgaben oder Raumbedingungen berücksichtigt werden können. Die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 umfasst für jedes Auge eine separate Einrichtung 10 zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person 2, insbesondere in Blickrichtung 7 oder im Raumbereich 8. Bei den separaten Einrichtungen 10 kann es sich zum Beispiel um Head-Up-Displays handeln.
Die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 umfasst zudem optional eine in der 1 nicht explizit gezeigte Einrichtung zur Blickverfolgung (Eye-Tracking-Einrichtung) zum automatisierten Ausrichten und Einstellen der Einrichtungen 10 zum Projizieren von digitalen Bildinhalten in Bezug auf den Bereich der zu vermessenden Augen der Person 2. Darüber hinaus umfasst die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 eine Vorrichtung zum Vermessen der objektiven Refraktion der Augen der Person 2. Die Vorrichtung zum Vermessen umfasst vorzugsweise ein Optometer und einen Wellenfront-Sensor. Weiterhin umfasst die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 einen Projektor zum Projizieren mindestens eines Bildes für jedes Auge, welches von der Eyebox 9 aus als visuell wahrnehmbar ist. Es kann für jedes Auge bzw. jede separate Einrichtung zum Projizieren von digitalen Bildinhalten ein separater Projektor vorhanden sein. Es ist aber auch möglich, dass lediglich ein Projektor in Kombination mit einer entsprechend ausgelegten Strahlteiler-Vorrichtung vorhanden ist.
Die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 ist zur Bestimmung einer Mehrzahl an augenoptischen Parametern, welche für eine Fertigung eines individualisierten vor den Augen tragbaren optischen Geräts, z.B. einer Brille, erforderlich sind, ausgelegt. Bei dem vor den Augen tragbaren optischen Gerät kann es sich insbesondere auch um Kontaktlinsen oder ein Sichtfenster für einen Helm handeln. Die Brille kann als gewöhnliche Brille zur Korrektur von Fehlsichtigkeit, als Gleitsichtbrille, als AR-Brille, MR-Brille oder VR-Brille ausgestaltet sein.
Bei den zu bestimmenden augenoptischen Parametern handelt es sich um die objektive Refraktion, die subjektive Refraktion und die Zentrierung der Augen. Die Zentrierung der Augen wird beispielsweise mittels eines generierten Avatars ermittelt. Optional können ein oder mehrere der im folgenden genannten Parameter mittels der Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 ermittelt werden: Winkelfehlsichtigkeit (Phorie), Akkommodationsamplitude, akkommodative Konvergenz und Netzhautbildmetrik basierte Refraktion. Parameter, welche einen Vergenz-Akkommodation-Konflikt kennzeichnen und gegebenenfalls physische Beschwerden (z.B. Digital Eye Strain) bewirken, lassen sich ebenfalls optional bestimmen. Grundsätzlich lassen sich die Augen im Hinblick auf Sphäre, Zylinder und Achse und optional Aberrationen höherer Ordnung mittels der Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 sowohl objektiv vermessen als auch subjektiv berücksichtigen.
Die 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße optische Anordnung 1 in Form eines Blockdiagramms. Mittels der Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 lassen sich virtuelle bzw. digitale Bilder als Targets für die Messungen in verschiedenen Abständen von der Eyebox 9 bzw. den Augen 11 und 12 der Person 2 projizieren. Eine erste beispielhafte virtuelle Bildebene ist mit der Bezugsziffer 16 gekennzeichnet und befindet sich außerhalb der Abschirmungsvorrichtung 3. Eine zweite beispielhafte virtuelle Bildebene ist mit der Bezugsziffer 17 gekennzeichnet und befindet sich innerhalb der Abschirmungsvorrichtung 3. Die mögliche Variation der Position der Bildebene in Blickrichtung 7 ist durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 18 gekennzeichnet.
Der projizierte digitale Bildinhalt oder virtuelle Target kann monokular oder binokular angezeigt bzw. projiziert werden. Hierzu lassen sich die separaten Einrichtungen 10 monokular oder binokular einstellen. Wie in der 2 durch Pfeile 15 gekennzeichnet lassen sich die separaten Einrichtungen 10 in Form von Displays zueinander und in Bezug auf die Blickrichtung 7 verkippen. Dies ermöglicht eine Bestimmung der Winkelfehlsichtigkeit und eine Messung des Verhältnisses aus akkommodativer Konvergenz zu Akkommodation.
Die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 umfasst eine Anzahl an Steuereinrichtungen und Messeinrichtungen. Dabei ist in der gezeigten Variante für jedes Auge separat eine Eye-Tracking-Einrichtung 19, eine Projektionseinheit 20, zum Beispiel in Form eines Lichtfeld-Projektors, mit mindestens einem Projektor zum Projizieren eines digitalen Bildinhaltes, eine Optometer-Einheit 21, eine Wellenfrontsensor-Einheit 22 sowie optional eine Audio-Einheit 23 vorgesehen. Die Audio-Einheit 23 kann Bestandteil der HMI sein. Mittels einer Steuereinheit 13, bei welcher es sich beispielsweise um einen Tablet-Computer handeln kann, lässt sich die Projektions- und Vermessungsvorrichtung 6 objektiv oder automatisiert steuern. Mittels einer weiteren Steuereinheit 14, welche zum Beispiel Bestandteil der HMI 40 oder mit dieser zur Signalübertragung gekoppelt sein kann, kann eine subjektive, also individuelle, Steuerung realisiert werden, zum Beispiel durch die jeweilige Person, deren Augen vermessen werden sollen, oder Assistenzpersonal.
Die 3 bis 6 zeigen verschiedene Varianten der Funktionsweise und Realisierung einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung anhand des Strahlengangs.
In der 3 ist unterhalb einer als gekrümmtes reflektives HUD ausgestalteten Einrichtung 10 eine Optik mit mindestens einer Relais-Linse 30 angeordnet. Diese dient zur Übertragung des Strahlenganges 33 eines zu projizierenden digitalen Bildinhaltes von dem Projektor 20 und des Strahlenganges 34 einer Eye-Tracking-Einrichtung 19 zu der Eyebox 9 bzw. dem jeweiligen Auge 11 bzw. 12, sowie zur Weiterleitung von von dem Auge 11 bzw. 12 abgestrahltem Licht zu dem Optometer 21 und dem im Strahlengang diesem nachgeordnet angeordneten Wellenfrontsensor 22.
Im Strahlengang zwischen der mindestens einen Relais-Linse 30 und dem Optometer 21 ist ein erster beschichteter Spiegel 31 angeordnet, welcher für sichtbares Licht transmissiv und für infrarotes Licht reflektiv ausgestaltet ist, angeordnet. Alternativ dazu kann der Spiegel 31 auch für sichtbares Licht reflektiv und für infrarotes Licht transmissiv ausgestaltet sein. Die Eye-Tracking-Einrichtung 19 ist in der gezeigten Variante so angeordnet, dass sie infrarotes Licht auf den ersten Spiegel 31 strahlt, welches mittels des ersten Spiegels 31 zu der Eyebox 9 bzw. dem Auge 11 bzw. 12 weitergeleitet wird und von dem Auge reflektiertes infrarotes Licht detektiert. Alternativ zu der Eye-Tracking-Einrichtung 19 kann mindestens eine der Kameras 5 zum Verfolgen des Blicks des Auges 11 bzw. 12 verwendet werden. Mittels der Ergebnisse der jeweils verwendeten Option zur Blickverfolgung kann die Position der separaten Einrichtungen 10 für jedes Auge gemäß der aktuellen Blickrichtung eingestellt werden. Dies ist durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 26 gekennzeichnet.
Im Strahlengang 33 ist zwischen dem ersten Spiegel 31 und dem Optometer 21 ein zweiter beschichteter Spiegel 32 angeordnet, welcher für sichtbares Licht reflektiv ausgebildet ist und für einen festgelegten Anteil, z.B. einen festgelegten Wellenlängen- bzw. Frequenzbereich, des Lichts transmissiv, nämlich für Licht, welches zu dem Optometer 21 und dem Wellenfrontsensor 22 geleitet werden soll. Mittels des Projektors 20 wird Licht auf den zweiten Spiegel 32 gestrahlt und das von diesem reflektierte Licht zu der Eyebox 9 bzw. dem Auge 11 bzw. 12 weitergeleitet.
Anstelle der beschichteten Spiegel 31 und 32 kann auch eine andere eine entsprechende Strahlteilung bewirkende Ausgestaltung verwendet werden.
Der Projektor 20 ist als Lichtfeld-Projektor ausgestaltet. Er umfasst zum Beispiel eine LED-Matrix 27, ein Lichtfeld-Display 29, zum Beispiel in Form eines LCoS-Displays (LCoS - Liquid Crystal on Silicon), und mindestens eine zwischen der LED-Matrix 27 und dem Lichtfeld-Display 29 angeordnete Linse 28. Mittels des Lichtfeld-Projektors 20 lässt sich das zu projizierende Licht und damit das erzeugte, beispielsweise dreidimensionale, digitale Bild 25 dynamisch verändern. Auf diese Weise kann eine Korrektur von verschiedenen fehlsichtigkeitsbedingten Abbildungsfehlern dynamisch simuliert werden und damit eine präzise subjektive Refraktionsbestimmung vorgenommen werden. Alternativ zu dem gezeigten Projektor 20 ist eine quasi-statische Realisierung des Lichtfeldes mit einem Array an Mikrolinsen vor dem Display oder mittels eines Arrays an pixelförmigen diffraktiven Elementen möglich.
Die in der 4 gezeigte Variante unterscheidet sich von der in der 3 gezeigten Variante in der Ausgestaltung des Projektor 20, welcher zusätzlich zu der in der 3 gezeigten Ausgestaltung zur Verbesserung der Abbildungsqualität mittels winkelspezifischer Filtereffekte weitere optische Elemente in Form von weiteren Linsen 35 und 36 sowie einer zusätzlichen Lochblende 37 umfasst. Die Ebene, in welcher ein Zwischenbild erzeugt wird, ist mit der Bezugsziffer 38 gekennzeichnet.
Die in der 5 gezeigte Variante unterscheidet sich von der in der 4 gezeigten Variante zum einen dadurch, dass anstelle eines gekrümmten HUD 10 ein ebenes reflektives HUD 10 verwendet wird, und zum anderen dadurch, dass im Strahlengang nach der Zwischenbildebene 38 weitere optische Elemente, z.B. eine Relaislinse 39 angeordnet sind. Dadurch, dass das HUD 10 jetzt keine optische Wirkung mehr aufweist (es ist nicht mehr gekrümmt, sondern eben), wird die optische Wirkung durch die zusätzliche Relaislinse 39 erzeugt. In dem Fall wird das Licht nach unendlich projiziert.
Die in der 6 gezeigte Variante unterscheidet sich von der in der 5 gezeigten Variante dadurch, dass das HUD 10 einen Lichtwellenleiter zur Weiterleitung von Licht mittels innerer Totalreflexion und/oder zur Vergrößerung der Austrittspupille aufweist. Der Lichtwellenleiter kann mit oder ohne Pupillenexpansion (auch Pupillenreplikation genannt) ausgeführt sein.
Die 7 zeigt schematisch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer anhand der 1 bis 6 beschriebenen erfindungsgemäßen optischen Anordnung in Form eines Flussdiagramms.
In Schritt S1 wird eine Person 2 in Bezug auf die Eyebox 9 positioniert, sodass die Blickrichtung 7 der Person 2 in Richtung der gewölbten Oberfläche 4 der Abschirmungsvorrichtung 3 für jedes Auge 11 bzw. 12 durch die separate Einrichtung 10, z.B. Head-Up-Display, zum Projizieren von digitalen Bildinhalten verläuft.
In Schritt S2 werden mittels der Eye-Tracking-Einrichtung 19 die Einrichtungen 10 zum Projizieren von digitalen Bildinhalten 25 im Gesichtsfeld der Person 2 in Bezug auf die Position der zu vermessenden Augen 11 bzw. 12 ausgerichtet und eingestellt, z.B. justiert und/oder kalibriert. Dies erfolgt vorzugsweise automatisiert.
In Schritt S3 werden mittels der Anzahl an Kameras 5 Bilder des Kopfes der Person 2 erfasst. In Schritt S4 wird die Zentrierung der Augen 11 bzw. 12 mittels der erfassten Bilder bestimmt, z.B. vermessen und/oder berechnet. Vorteilhafterweise wird mittels der erfassten Bilder ein Avatar des Kopfes der Person 2 generiert und mittels des generierten Avatars die Zentrierung der Augen bestimmt, z.B. vermessen und/oder berechnet.
In Schritt S5 wird mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung 6 die objektive Refraktion der Augen 11 bzw. 12 bestimmt, z.B. vermessen und/oder berechnet. In Schritt S6 wird mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung 6 die subjektive Refraktion der Augen 11 bzw. 12 bestimmt, z.B. vermessen und/oder berechnet. Dabei werden, z.B. mittels der Projektionsvorrichtung 20, digitale Bildinhalte 25, welche eine Fehlsichtigkeitskorrektur, vorzugsweise ausgehend von der bestimmten objektiven Refraktion, simulieren, in das Gesichtsfeld der Person 2 projiziert und mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle 40 werden Eingaben der Person 2, insbesondere zur Verbesserung der simulierten Fehlsichtigkeitskorrektur, empfangen.
Die Schritte S3 bis S6 können auch in einer anderen Reihenfolge oder zumindest teilweise gleichzeitig oder alle gleichzeitig ausgeführt werden.
In einem optionalen Schritt S7 können virtuelle Brillen, z.B. umfassend ein Brillengestell und/oder ein Brillenglas, bereitgestellt werden und der Person 2 an dem generierten Avatar in Form eines in das Gesichtsfeld der Person 2 projizierten digitalen, beispielsweise zweidimensionalen oder dreidimensionalen, Bildes, welches von der Person 2 visuell wahrnehmbar ist, angezeigt werden. Bei den digital angezeigten Brillen kann es sich um gewöhnliche Brillen oder AR-Brillen oder MR-Brillen oder VR-Brillen oder Geleitsicht-Brillen handeln.
Bezugszeichenliste:

1: Optische Anordnung
2: Person
3: Abschirmungsvorrichtung
4: Oberfläche
5: Kamera
6: Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung
7: Blickrichtung
8: Blickrichtungsbereich
9: Eyebox
10: Head-Up-Display
11: Auge
12: Auge
13: Steuereinrichtung
14: Steuereinrichtung
15: Einstellung der HUDs
16: virtuelle Projektionsebene
17: virtuelle Projektionsebene
18: Variation der Position der virtuellen Projektionsebene
19: Eye-Tracking-Einrichtung
20: Projektor
21: Optometer
22: Wellenfrontsensor
23: HMI
25: digitaler Bildinhalt (virtual content)
26: Einstellung der HUDs
27: LED-Matrix
28: Linse oder Beleuchtungslinse
29: Lichtfeld-Display
30: Relais-Linse
31: beschichteter Spiegel
32: beschichteter Spiegel
33: Strahlengang
34: Strahlengang
35: Lochblendenlinse
36: Relaislinse
37: Lochblende
38: Zwischenbild
39: Relaislinse
40: Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI)
S1: Positionieren einer Person in Bezug auf die Eyebox
S2: mittels der Eye-Tracking-Einrichtung Ausrichten und Einstellen der HUDs
S3: mittels der Anzahl an Kameras Erfassen von Bildern des Kopfes der Person
S4: Bestimmen der Zentrierung der Augen mittels der erfassten Bilder
S5: mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung Bestimmen der objektiven Refraktion der Augen
S6: mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung Bestimmen der subjektiven Refraktion der Augen
S7: virtuelle Anprobe an Avatar

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012 / 0 287 398 A1 [0003]
US 7 357 509 B2 [0003, 0035]
WO 2020 / 219 711 A1 [0003, 0038]

Claims

Optische Anordnung (1) zur Bestimmung der objektiven und subjektiven Refraktion der Augen einer Person und der Zentrierung einer Brille vor den Augen (11, 12) der Person (2), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (1) folgende Vorrichtungen umfasst: - eine Abschirmungsvorrichtung (3) mit einer gewölbten Oberfläche (4), - eine Anzahl an Kameras (5) zum Erfassen von Bildern des Kopfes der Person (2) aus verschiedenen Richtungen, - eine Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung (6), welche eine Eyebox (9) umfasst, wobei die Eyebox (9) an einer festgelegten Position in Bezug auf die Abschirmungsvorrichtung (3) angeordnet ist, und - eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, welche zur Kommunikation mit der Person (2) ausgelegt ist, wobei die Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung (6) - für jedes Auge (11, 12) eine separate Einrichtung (10) zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person (2), sowie zum Projizieren und Reflektieren von Messstrahlen zur objektiven Refraktionsbestimmung, der Person (2), - eine Eye-Tracking-Einrichtung (5, 19) zum automatischen Ausrichten und Einstellen der Einrichtungen (10) zum Projizieren von digitalen Bildinhalten im Gesichtsfeld der Person (2) in Bezug auf die Position der zu vermessenden Augen (11, 12), - eine Vorrichtung (21, 22) zum Vermessen der objektiven Refraktion der Augen (11, 12) und - einen Projektor (20) zum Projizieren mindestens eines Bildes, welches von der Eyebox (9) aus als digitaler Bildinhalt (25) visuell wahrnehmbar ist, umfasst.
Optische Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (1) zur gleichzeitigen Vermessung der Zentrierung der Augen (11, 12) und der Vermessung der objektiven und/oder subjektiven Refraktion der Augen (11, 12) ausgelegt ist.
Optische Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungsvorrichtung (3) als Hemisphäre oder Schirm oder Schild oder Kuppel oder als offener Freiformhohlkörper ausgestaltet ist und/oder die gewölbte Oberfläche sphärisch oder asphärisch oder in der Form eines Hohlkugelausschnitts oder eines Hohlzylinderausschnitts oder eines Hohlkegelstumpfausschnitts geformt ist und/oder plane Oberflächenbereiche umfasst.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungsvorrichtung (3) so ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass sie ausgehend von einem Punkt innerhalb der Eyebox (9) jeweils in einer azimutalen und/oder einer meridionalen Ebene einen festgelegten Raumwinkelbereich abdeckt.
Optische Anordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungsvorrichtung (3) ausgehend von einem Punkt innerhalb der Eyebox (9) in der meridionalen Ebene einen Winkelbereich von mindestens 5 Grad abdeckt und/oder in der azimutalen Ebene einen Winkelbereich von mindestens 5 Grad abdeckt.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Oberfläche (4) der Abschirmungsvorrichtung (3) zur Abstrahlung von Licht mit einer steuerbaren Leuchtdichte zur Bereitstellung einer Messumgebung für eine photopische und/oder mesopische und/oder skotopische Refraktionsmessung und/oder eine Kontrastempfindlichkeitsmessung ausgebildet ist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Oberfläche (4) der Abschirmungsvorrichtung (3) einen mittleren Krümmungsradius zwischen 0,1 m und 4 m aufweist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (1) dazu ausgebildet ist, digitale Bildinhalte (25) in die Eyebox (9) zu projizieren, welche in einem Blickrichtungsbereich (7, 8) im Unendlichen für Distanz-Refraktionsmessungen wahrnehmbar sind, wobei die Abschirmungsvorrichtung (3) ausgehend von der Eyebox (9) in dem festgelegten Blickrichtungsbereich (7, 8) einen Bereich an der gewölbte Oberfläche (4) mit im Vergleich zu dem außerhalb dieses Bereichs befindlichen Bereich der gewölbte Oberfläche (4) weniger oder keine monokularen und/oder binokularen Akkommodationsanreize aufweist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungsvorrichtung (3) Mittel zum Aufnehmen von mindestens einer der Anzahl an Kameras (5) zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars des Kopfes der Person (2) umfasst und/oder mindestens eine der Anzahl an Kameras (5) in und/oder an der Abschirmungsvorrichtung (3) befestigt und/oder in diese integriert sind.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (1) zwischen 1 und 20 Kameras (5) zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars des Kopfes der Person (2) umfasst und/oder eine Mehrzahl an Kameras (5) zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars des Kopfes der Person (2) entlang eines azimutalen oder horizontalen Raumwinkelbereichs in einer horizontal verlaufenden geraden oder gekrümmten Linie oder einem horizontal verlaufenden Balken oder in einer horizontal verlaufenden Ebene angeordnet sind.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kamera (5) zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars des Kopfes der Person (2) in Bezug auf die Eyebox (9) so angeordnet ist, dass sie zum Erfassen der Rückseite der Ohren der Person (2) ausgelegt ist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera (5) oder eine Mehrzahl an Kameras (5) für eine Bestimmung der Zentrierung der Augen (11, 12) einer Person (2) ausgelegt ist/sind, und/oder die mindestens eine Kamera (5) oder eine Mehrzahl an Kameras (5) zum Erfassen von Bildern zum Generieren eines Avatars für eine virtuelle Anprobefunktion von digitalen Brillengestellen und/oder AR- und/oder MR-Brillen und/oder VR-Brillen ausgelegt ist/sind.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektor (20) als Lichtfeld-Projektor ausgebildet ist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die separaten Einrichtungen (10) zum Projizieren von digitalen Bildinhalten (25) im Gesichtsfeld (8) der Person (2) jeweils ein semi-transparentes optisches Element umfassen, welches jeweils dazu ausgebildet ist, einen Messstrahl der Vorrichtung zum Vermessen der objektiven Refraktion (21, 22) der Augen (11, 12) in das jeweilige Auge (11, 12) zu strahlen und eine von dem jeweiligen Auge (11, 12) abgestrahlte Wellenfront zu einem Wellenfrontsensor (22) der der Vorrichtung zum Vermessen der objektiven Refraktion (21, 22) der Augen (11, 12) zu leiten, und/oder welches jeweils dazu ausgebildet ist, einen Messstrahl des Projektors (20) zum Vermessen der subjektiven Refraktion der Augen (11, 12) in das jeweilige Auge (11, 12) zu strahlen, und/oder welches jeweils dazu ausgebildet ist, ein digitales Bild (25) als virtuelles Fixierungsziel ins Unendliche zu projizieren und/oder ein digitales Bild (25) als virtuelles Fixierungsziel in eine der vermessenen objektiven Refraktion entsprechende Entfernung zu projizieren.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektor (20) dazu ausgebildet ist, digitale Bildinhalte (25) abzustrahlen, welche eine Korrektur der vermessenen Fehlsichtigkeit imitieren.
Optische Anordnung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektor (20) als Lichtfeld-Projektor ausgebildet ist, wobei der Projektor (20) ein aus Pixeln aufgebautes Display (27) und ein auf dem Display (27) angeordnetes Array (28) aus refraktiven und/oder diffraktiven optischen Elementen umfasst, und/oder wobei der Projektor (20) zur dynamischen Erzeugung eines Lichtfeldes durch Projektion einer Vielzahl an Bildern von verschiedenen Ansichten eines abzubildenden Objekts mit einer Frequenz von mindestens 20 Hz ausgelegt ist, und/oder der Projektor (20) einen räumlichen Lichtwellen-Modulator zur lokalen Anpassung der Amplitude und der Phase von Lichtwellen umfasst, und/oder der Projektor (20) eine Vorrichtung zur Netzhautprojektion umfasst, welche zur Simulation von Testlinsen ausgebildet ist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung (6) ein Head-up-Display (10) umfasst, welches einen Lichtwellenleiter mit oder ohne Pupillenreplikation umfasst.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (1) zur Vermessung der zur Fertigung einer Brille erforderlichen Parameter innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 15 Minuten und/oder in nur einer einzigen Sitzung an nur einem Messplatz ausgelegt ist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Eye-Tracking-Einrichtung zur Kommunikation mit der Person (2) und/oder zur Messung der Vergenz ausgelegt ist.
Verfahren zum Betrieb einer optischen Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Positionieren einer Person (2) in Bezug auf die Eyebox (9), sodass die Blickrichtung (7) der Person (2) in Richtung der gewölbten Oberfläche (4) der Abschirmungsvorrichtung (3) für jedes Auge (11, 12) durch die separate Einrichtung (10) zum Projizieren von digitalen Bildinhalten (25) verläuft (S1), - mittels der Eye-Tracking-Einrichtung (5, 19) Ausrichten und Einstellen der Einrichtungen (10) zum Projizieren von digitalen Bildinhalten (25) im Gesichtsfeld der Person (2) in Bezug auf die Position der zu vermessenden Augen (11, 12) (S2), - mittels der Anzahl an Kameras (5) Erfassen von Bildern des Kopfes der Person (2) (S3), - Bestimmen der Zentrierung einer Brille vor den Augen (11, 12) der Person (2) mittels der erfassten Bilder (S4), - mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung (6) Bestimmen der objektiven Refraktion der Augen (11, 12), - mittels der Projektions- und Vermessungs-Vorrichtung (6) Bestimmen der subjektiven Refraktion der Augen (11, 12), wobei digitale Bildinhalte (25), welche eine Fehlsichtigkeitskorrektur simulieren, in das Gesichtsfeld der Person (2) projiziert werden und mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle (40) Eingaben der Person (2) empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der erfassten Bilder ein Avatar des Kopfes der Person (2) generiert wird und mittels des generierten Avatars die Zentrierung der Brille vor den Augen (11, 12) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass virtuelle Brillen bereitgestellt werden und der Person (2) an dem generierten Avatar in Form eines in das Gesichtsfeld der Person (2) projizierten digitalen Bildinhaltes angezeigt werden (S7).
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Bestimmung der objektiven und/oder subjektiven Refraktion der Augen (11, 12) die Nahakkommodation der Person (2) bestimmt wird, wobei der Person (2) ein digitaler Bildinhalt (25) monokular angezeigt und der Abstand des digitalen Bildinhaltes (25) von dem Auge (11, 12) reduziert wird bis die Person (2) das Bild nicht mehr scharf fokussieren kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für die Person (2) eine individualisierte Fokusebene für die Projektion digitaler Bildinhalte mittels eines Stereodisplays ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der individualisierten Fokusebene die Winkelfehlsichtigkeit der Person (2) für mindestens einen festgelegten Abstand von den Augen (11, 12) ermittelt wird und/oder die Vergenz der Person (2) für mindestens einen festgelegten Abstand von den Augen (11, 12) ermittelt wird, wobei ein Testobjekt als Fusionsstimulus in das Gesichtsfeld der Person (2) projiziert wird, und basierend auf der ermittelten Winkelfehlsichtigkeit und/oder der ermittelten Vergenz die Fokusebene festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus akkommodativer Konvergenz zu Akkommodation berechnet wird und die Fokusebene in Abhängigkeit von dem berechneten Verhältnis festgelegt wird.