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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Vorneigungswinkels
einer von einer Person getragenen Brillenfassung, mit einem an der Brillenfassung
angeordneten Hilfsobjekt, mit Messmitteln zum Bestimmen des Neigungswinkels
des Hilfsobjekts im Raum, und mit einer Lichtquelle zum Beleuchten
des Hilfsobjekts.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen des Vorneigungswinkels
einer von einer Person getragenen Brillenfassung, bei dem ein an
der Brillenfassung angeordnetes Hilfsobjekt mit einer Lichtquelle
beleuchtet und ein Neigungswinkel des Hilfsobjekts im Raum mittels
Messmitteln erfasst wird.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren der vorstehend genannten Art sind
aus der
DE 100 33
983 A1 bekannt.
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Bei
der anatomischen Brillenpassung erhält die Brillenfassung vom Optiker
eine für
den jeweiligen Brillenträger
individuell optimierte Form, die von den anatomischen Gegebenheiten
des Kopfes des Brillenträgers,
aber auch von dessen üblicher
Kopf- und Körperhaltung
abhängt.
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Die
Brillenfassung mit den Brillengläsern
erhält
dabei eine Richtung, die mit der Lotrechten einen bestimmten Winkel,
den sog. Vorneigungswinkel, einschließt. Der Vorneigungswinkel beträgt üblicherweise
etwa 10°.
Auf diesen Winkel sind handelsübliche
Brillengläser
optimiert. Der Vorneigungswinkel wird vom Optiker dadurch eingestellt,
dass der Winkel zwischen den Bügeln
und der Brillenfassung, der sog. Inklinationswinkel, entsprechend
verändert
wird, beispielsweise durch manuelles Biegen.
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Aus
der eingangs genannten
DE
100 33 983 A1 ist eine Einrichtung zum Bestimmen von Brillenglas-Zentrierdaten
bekannt. Bei dieser bekannten Einsichtung wird auf die Brillenfassung
ein Hilfsobjekt aufgesteckt. Das Hilfsobjekt weist einen Stift bekannter
Länge auf,
der sich nach vorne von der Brille weg erstreckt und an seiner Spitze
mit einer optischen Marke verse hen ist, beispielsweise mit einem
kugelförmigen
Korn. In einem Abstand von drei Metern vor dem Brillenträger befinden
sich eine Lichtquelle sowie eine Videokamera, die beide auf den
Brillenträger gerichtet
sind. Wenn nun der Brillenträger
seinen Kopf nach vorne neigt, verändert sich die Höhe der von
der Videokamera erfaßten
Marke. Diese Höhenveränderung
kann unmittelbar an einer Skala abgelesen werden, die an dem Hilfsobjekt
am Fuß des
Stiftes angeordnet ist. Da die Länge
des Stiftes, d.h. der Abstand der Marke von der Skala in Visierrichtung der
Kamera, bekannt ist, kann aus der Ablesung der Vorneigungswinkel
bestimmt werden.
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Die
bekannte Einrichtung hat den Nachteil, dass ein erheblicher manueller
Aufwand erforderlich ist, um die Messung durchzuführen. Dazu
gehört
ein Ablesen des Skalenwertes und dessen Umrechnung in den Vorneigungswinkel.
Die Messung muss daher sehr sorgfältig durchgeführt werden
und es besteht das Risiko von Fehlmessungen infolge von Falschablesungen
und/oder von Falschumrechnungen.
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese Nachteile vermieden
werden. Insbesondere sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Verfügung
gestellt werden, die mit geringem manuellen Aufwand auskommen und
bei denen die Gefahr von Fehlmessungen dadurch. reduziert ist, dass die
Messung im wesentlichen automatisiert abläuft.
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Bei
einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Messmittel als Farbkamera ausgebildet sind, dass die Lichtquelle
Licht unterschiedlicher Wellenlänge
aussendet, dass das Hilfsobjekt das Licht mit einem von der Wellenlänge abhängigen Winkel
reflektiert, und dass die Farbkamera und die Lichtquelle in einer
vorbestimmten räumlichen
Anordnung und Ausrichtung zueinander positioniert sind.
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Bei
einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Hilfsobjekt mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge beleuchtet
wird, dass das Hilfsobjekt das Licht mit einem von der Wellenlänge abhängigen Winkel
reflektiert, und dass der Vorneigungswinkel aus der von den Messmitteln
erfassten Farbe, sowie einer vorbestimmten räumlichen Anordnung und Ausrichtung
der Messmittel und der Lichtquelle zueinander bestimmt wird.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen
gelöst.
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Die
Erfindung macht sich nämlich
die Tatsache zunutze, dass eine Winkelbestimmung über eine wellenlängenabhängige Beeinflussung
eines Reflektionswinkels stattfinden kann, so dass bei bekannter räumlicher
Zuordnung der beteiligten Baugruppen ein Winkel durch Bestimmen
bzw. Zuordnen zu einer Farbe gemessen werden kann. Dies kann jedoch vollkommen
automatisiert geschehen, so dass Fehlerquellen weitgehend ausgeschaltet
sind.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist das Hilfsobjekt an einem Fassungsteil der Brillenfassung
angeordnet. Alternativ kann es jedoch auch an einem Bügel der
Brillenfassung angeordnet sein.
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Diese
Maßnahmen
haben den Vorteil, dass für
jeden Einzelfall, insbesondere angesichts der nahezu unüberschaubaren
Vielfalt von Brillenfassungen, jeweils ein optimaler Punkt für das Anbringen des
Hilfsobjektes gefunden werden kann.
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Besonders
bevorzugt ist ferner, wenn das Hilfsobjekt in einer vorbestimmten
Ausrichtung zu einer Fassungsebene der Brillengläser der Brillenfassung angeordnet
ist.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass der echte Vorneigungswinkel der Brillenfassung
aus der vorgenommenen Messung durch Addition oder Subtraktion des
der Ausrichtung entsprechenden Winkels ermittelt werden kann Dies
gilt insbesondere dann, wenn das Hilfsobjekt flächig ausgebildet und mit seiner
Fläche
parallel zur Fassungsebene angeordnet ist, weil dann der Vorneigungswinkel
bereits bei der Messung bestimmt wird.
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Das
Hilfsobjekt enthält
vorzugsweise einen Retroreflektor, wobei der Retroreflektor mindestens teilweise
von einem Beugungsgitter überdeckt
ist.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass die gewünschte
wellenlängenabhängige Beeinflussung des
Reflektionswinkels besonders einfach gelingt, wenn das von dem Retroreflektor
reflektierte Licht ganz oder teilweise gebeugt und dann auf die
Farbkamera gerichtet wird.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass dir 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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1:
eine schematisierte Seitenansicht eines Brille, in einer ersten
Stellung, zur Veranschaulichung des Vorneigungswinkels;
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2:
eine Darstellung ähnlich 1,
jedoch für
eine zweite Stellung der Brille;
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3:
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Brille,
wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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4:
eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung:
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5:
eine Draufsicht auf die Anordnung von 4;
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6:
in vergrößertem Maßstab eine
Seitenansicht, im Schnitt, eines Hilfsobjektes, wie es im Rahmen
der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
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7:
eine Variante des Hilfsobjektes von 6.
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In 1 und 2 ist
mit 10 eine Brillenfassung als ganzes bezeichnet. Die Brillenfassung 10 weist
in herkömmlicher
Weise seitliche Bügel 12 sowie
ein vorderes Fassungsteil 14 auf. Das Fassungsteil 14 nimmt
Brillengläser 16 auf
und definiert damit eine Fassungsebene 17. Die Fassungsebene 17 schließt mit den
Bügeln 12 den
sog. Inklinationswinkel γ oder
Bügelneigung
ein.
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Ein
Auge 18 befindet sich im Abstand von den Brillengläsern 16.
Die in 1 horizontale Hauptblickrichtung 20 verläuft von
einem Drehpunkt Z des Auges 18 zu dem sog. Nulldurchblickpunkt
OB im Brillenglas 16. Der Abstand
der Hornhaut des Auges 18 von dem Nulldurchblickpunkt OB wird als Hornhaut-Scheitel-Abstand HSA
bezeichnet.
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Vom
Drehpunkt Z verläuft
im rechten Winkel zu der Fassungsebene 17 die Zentrierrichtung 22,
die das Brillenglas 16 im sog. Zentrierpunkt P schneidet.
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Der
im Rahmen der vorliegenden Erfindung interessierende Vorneigungswinkel α ist der
Schnittwinkel der Fassungsebene mit einer Lotrechten 24. Der
Vorneigungswinkel α beträgt in der
Praxis 8 bis 12°,
im allgemeinen etwa 10°.
Auf diesen Winkel sind die üblichen
Brillengläser
optimiert, so dass bei α = 10° die besten
Abbildungsverhältnisse
erzielt werden.
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Wenn
der Brillenträger
normalerweise so, wie in 1 dargestellt, also mit den
Bügeln 12 in streng
horizontaler Richtung, blickt, dann beträgt der Inklinationswinkel γ gerade 90°-γ bzw. 80° für den bevorzugten
Wert von α =
10°.
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Die
normale oder habituelle Haltung eines Brillenträgers, die sich aus seiner üblichen
Körper- und
Kopfhaltung ergibt, ist jedoch im allgemeinen nicht so wie in 1 dargestellt.
Vielmehr ist die habituelle Haltung in der Regel eine leicht nach
vorne geneigte Haltung, wie in 2 mit einem
Neigungswinkel β von
beispielsweise etwa 5° dargestellt.
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Damit
auch bei dieser habituelle Haltung der Vorneigungswinkel α = 10° beträgt, muß der Inklinationswinkel γ geändert werden,
und zwar auf den Wert γ' = 90°- α + β, im dargestellten
Beispiel also von γ =
80° auf γ' = 85°. In der
Praxis geschieht dies dadurch, dass der Optiker die Bügel 12 relativ
zum Fassungsteil 14 manuell entsprechend abbiegt.
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Würde der
Brillenträger
die Brille aus 1 habituell, also um 5° nach vorne
geneigt tragen, dann verliefe die Fassungsebene 17 unter
einem Winkel von α + β = 15° zur Lotrechten
geneigt. Diesen Winkel würde
man auch messen, wenn man mittels einer Messeinrichtung den Winkel
zwischen der Fassungsebene 17 und der Lotrechten bestimmt.
Wenn daher der Optiker dem Brillenträger die noch nicht optimierte
Brille aufsetzt, ihn bittet, eine habituelle Haltung einzunehmen
und dann den Neigungswinkel misst, kann er aus dem Messwert 15° die Anweisung
ableiten, dass er die Bügel
noch um 5° abbiegen
muss, um zu dem Optimalwert des Vorneigungswinkels von 10° zu kommen.
Dies setzt jedoch, wie gesagt, voraus, dass bei der Messung des
Neigungswinkels von der Neigung der Fassungsebene 17 ausgegangen wird.
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Die 3 und 4 zeigen
die Brillenfassung 10, an dem ein Hilfsobjekt 30 angebracht
ist, um den Neigungswinkel zu messen. Das Hilfsobjekt ist flächig und
kann entweder am Fassungsteil 14 oder an einem Bügel 12 oder
an einem Scharnier zwischen Fassungsteil 14 und Bügel 12 angeordnet,
vorzugsweise angesteckt oder angeklemmt werden.
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Vor
dem Brillenträger
befindet sich in einem – nicht
maßstäblich dargestellten – Abstand
von vorzugsweise einigen Metern eine Lichtquelle 32. Die Lichtquelle 32 strahlt
Licht unterschiedlicher Wellenlänge
aus. Ein ausgesandter Lichtstrahl 34 trifft auf das Hilfsobjekt,
wird dort reflektiert und gelangt als reflektierter Lichtstrahl 36 in
eine Farbkamera 38 mit vorzugsweise kleinem Öffnungswinkel
des Objektivs. Allgemein gesprochen kann hier ein Gerät verwendet werden,
das in der Lage ist, einfallendes Licht nach seiner Farbe differenziert
zu bearbeiten und auszuwerten. Im einfachsten Fall kann das auch
eine Filteranordnung mit mehreren Filtern sein.
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Die
Lichtquelle 32 und die Farbkamera 38 nehmen im
Raum und zueinander eine vorbestimmte Position x1,
y1, z1 bzw. x2, y2, z2 sowie
eine vorbestimmte Ausrichtung φ1, ρ1 bzw. φ2, ρ2 ein. Die in den 4 und 5 dargestellte
Anordnung mit z. B. φ1 = φ2 ist insoweit nur als Beispiel zu verstehen.
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Das
Hilfsobjekt 32 ist so ausgebildet, dass das einfallende
Licht 34 unter einem Winkel δ(λ) reflektiert wird, der von
der Wellenlänge λ abhängt. Dies
ist in 5 höchst
schematisch angedeutet. Wenn also das reflektierte Licht 36 mit
einer bestimmten Farbe in das Objektiv der Farbkamera 38 einfällt, kann
aus der dieser Farbe entsprechenden Wellenlänge λ der Reflektionswinkel δ(λ) bestimmt werden
und damit die Neigung des Hilfselements 32 zur Vertikalen,
aber auch zur Horizontalen.
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Diese
Bestimmung ist dann besonders einfach, wenn das Hilfsobjekt 30 in
der Fassungsebene 17 angeordnet ist, wie in 4 gezeigt
und oben erläutert.
Wenn aus technischen Gründen
das Hilfsobjekt 30 zur Fassungsebene 17 geneigt
ist, muss der Messwert des Neigungswinkels noch korrigiert werden.
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Die 6 und 7 zeigen
zwei Ausführungsbeispiele
für das
Hilfsobjekt 30a bzw. 30b.
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In
beiden Fällen
weist das Hilfsobjekt 30a bzw. 30b ein einseitig
offenes Gehäuse 40 auf,
in das von rechts Licht eingestrahlt werden kann.
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Bei
der Variante 30a von 6 ist eine
Innenoberfläche 42a mit
einem Retroreflektor 44a versehen. Der Retroreflektor 44a ist
insgesamt mit einem Beugungsgitter 46a überdeckt. Das einfallende Licht 34a durchläuft das
Beugungsgitter 46a, wird vom Retroreflektor 44a in
die Einfallsrichtung reflektiert und läuft ein weiteres mal durch
das Beugungsgitter 46a. Dabei wird es in Abhängigkeit
von der Wellenlänge λ abgelenkt.
Insgesamt reflektiert das Hilfsobjekt 30a somit das einfallende
Licht 34 unter einem von der Wellenlänge λ abhängenden Winkel δ(λ).
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Wenn
das Licht 34a' unter
einem schrägen Winkel
einfällt,
wird es wegen der bekannten Eigenschaft des Retroreflektors 44a trotzdem
in seine Einfallsrichtung reflektiert, wie bei 36a' angedeutet.
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Entsprechendes
gilt für
die Variante 30b des Hilfsobjektes in 7.
Dort überdeckt
das Beugungsgitter 46b nur die halbe Öffnung des Gehäuses 40b.
Das einfallende Licht 34b wird an einem Reflektorelement 44b nach
unten umgelenkt, so dass das Licht das Beugungsgitter 46b nur
ein mal durchläuft.