DE102010007922B4

DE102010007922B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln eines Pupillenabstandes

Info

Publication number: DE102010007922B4
Application number: DE102010007922.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ross-Messemer Martin
Original assignee: Carl Zeiss Vision International GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Vision International GmbH
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2024-06-13
Anticipated expiration: 2030-02-13
Also published as: DE102010007922A1

Abstract

Vorrichtung (10) zum Ermitteln eines Pupillenabstandes einer Person (12), mit einer ersten Bildaufnahmeeinrichtung (18) zum Aufnehmen eines ersten Bildes (50, 52) zumindest eines Teilbereichs (16) eines Gesichts (14) der Person (12), einer Fixationseinrichtung (22) und einer Datenverarbeitungseinrichtung (44) zum Ermitteln des Pupillenabstandes, und wobei eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung (19) zum Aufnehmen eines zweiten Bildes (50, 52) bereitgestellt ist, und die Datenverarbeitungseinrichtung (44) den Pupillenabstand aus dem ersten und dem zweiten Bild (18, 19) mittels eines Stereoskopieverfahrens ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung (18, 20) drehbar gelagert sind, und eine Winkelerfassungseinrichtung (21) bereitgestellt ist, die einen Konvergenzwinkel (α) zwischen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung (18, 19) erfasst, wobei die Winkelerfassungseinrichtung (21) bereitgestellt ist, indem die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung (18, 19) jeweils auf einem einen Winkel mittels einer Spektrallinienanalyse erfassenden Drehtisch angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Pupillenabstandes einer Person, mit zumindest einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen zumindest eines ersten Bildes zumindest eines Teilbereichs eines Gesichts der Person, einer Fixationseinrichtung und einer Datenverarbeitungseinrichtung zum Ermitteln des Pupillenabstandes.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines Pupillenabstandes einer Person, mit den Schritten des Darstellens eines für die Person sichtbaren Fixationsmusters, des Aufnehmens zumindest eines ersten Bildes zumindest eines Teilbereichs eines Gesichts der Person mittels zumindest einer Bildaufnahmeeinrichtung, und des Ermittelns des Pupillenabstandes mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung.
Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 2005/069063 A1 bekannt.
Bei der Brillenherstellung ist es üblich, die Brillen sowohl anatomisch als auch optisch an die Person, die die Brille tragen soll, anzupassen. Hierzu werden sowohl die Brillenfassung als auch die Brillengläser bei gewöhnlicher Körperhaltung an die Person angepasst. Die Anpassung erfolgt auf Basis verschiedener Daten und der zur Korrektion der Sehkraft notwendigen Parameter. Die Daten sind zum einen die geometrischen Werte der Fassung (die bei randlosen Brillen natürlich entfallen) als auch die Gläser betreffende Parameter wie etwa Brillenglasdurchmesser, Brillenglasgewicht, minimale Randdicke, minimale Mittendicke usw. Für eine optimale Anpassung und Korrektion sind diese Werte in Zusammenhang mit dem Sitz der Fassung bzw. der Brille an der Person bei natürlicher Körperhaltung zu setzen.
Dazu ist in der Regel vorgesehen, dass die Lage der Pupillen, der Pupillenabstand und die Konturen der Fassung über Bildaufnahmeeinrichtungen erfasst werden.
Des Weiteren können so auch andere von den anatomischen Besonderheiten der Person abhängige Anpassungsparameter wie der Vorneigungswinkel bei natürlicher Kopf- und Körperhaltung oder der Hornhautscheitelabstand, d.h. der Abstand zwischen dem bildseitigen Brillenglasscheitelpunkt und der Cornea, ermittelt werden.
Aus diesen anatomischen Daten werden dann die Zentrierdaten für die Brillengläser bestimmt, so dass die Brillengläser optimal an die Person angepasst werden können.
Um die Brillenanpassung durchzuführen, ist es somit notwendig, die anatomischen Daten der Person beispielsweise in einem Brillenfachgeschäft zu erfassen. Hierzu ist eine Reihe von Brillenanpassgeräten bekannt, wie sie beispielsweise in der eingangs genannten Druckschrift WO 2005/069063 A1 oder der Druckschrift DE 103 04 185 A1 erläutert sind.
Um den Pupillenabstand zu bestimmen, ist es dabei notwendig, dass die Person zum Zeitpunkt einer Messung des Pupillenabstandes geradeaus blickt. Hierfür wurden Fixationseinrichtungen entwickelt, die der Person ein sogenanntes Speckle-Muster darstellen. Ein solches Speckle-Muster hat die Eigenschaft, dass es für die Person unabhängig von ihrer Fehlsichtigkeit immer als scharfes Fixationsmuster erscheint. Ein fehlsichtiges Auge sieht dabei das Speckle-Muster in einer Raumebene, die seiner Fernrefraktionspunktebene entspricht. Es ist auf diese Weise sehr einfach, die Aufmerksamkeit der Testperson auf ein solches Speckle-Muster zu lenken und während der Videoaufnahme die Aufmerksamkeit aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die Augen der Testperson während der Datenermittlung nicht nach innen bewegen, d.h. dass die Fixierlinien der Augen nicht konvergieren.
Des Weiteren ist es notwendig, zur Bestimmung von Abständen in den ermittelten Bildern der Person eine Maßverkörperung, beispielsweise an einem Musterbrillengestell, aufzusetzen, um eine Referenz für den Bildaufnahmen entnommene Längen- oder Winkelwerte zu haben.
Des Weiteren zeigt die Druckschrift DE 10 2008 012 268 A1 die Anwendung eines Triangulationsverfahrens zur Bestimmung eines Pupillenabstands. Die Druckschrift WO 2005/071468 A1 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung eines Pupillenorts. Sie gibt jedoch keinen Hinweis auf ein Triangulationsverfahren. Die Druckschrift US 6 447 119 B1 zeigt die Anwendung eines Triangulationsverfahrens zur Abtastung einer Hornhautoberfläche.
Derartige Maßverkörperungen stören die von der Person bei der Messung getragene Brillenfassung und sind oft unhandlich.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, den Pupillenabstand einer Person ohne Maßverkörperungen an der Person zu bestimmen.
Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Datenverarbeitungseinrichtung den Pupillenabstand mittels eines Triangulationsverfahrens ermittelt, mit zumindest einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen zumindest eines ersten Bildes zumindest eines Teilbereichs eines Gesichts der Person, einer Fixationseinrichtung und einer Datenverarbeitungseinrichtung zum Ermitteln des Pupillenabstandes, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung den Pupillenabstand mittels eines Triangulationsverfahrens ermittelt, und wobei eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines zweiten Bildes vorgesehen ist, und die Datenverarbeitungseinrichtung den Pupillenabstand aus dem ersten und dem zweiten Bild mittels eines Stereoskopieverfahrens ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung drehbar gelagert sind, und eine Winkelerfassungseinrichtung vorgesehen ist, die einen Konvergenzwinkel zwischen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung erfasst, wobei die Winkelerfassungseinrichtung bereitgestellt ist, indem die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung jeweils auf einem einen Winkel mittels einer Spektrallinienanalyse erfassenden Drehtisch angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass des Weiteren eine Einrichtung zum Erzeugen eines Vielstreifenmusters in dem Teilbereich vorgesehen ist, und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung den Pupillenabstand mittels eines Streifenprojektionsverfahrens ermittelt, wobei die Fixationseinrichtung eine mit Spiegeln versehene Streuscheibe aufweist.
Ein Triangulationsverfahren ermöglicht es nicht nur, ein dreidimensionales Bild des Gesichts der Person aufzuzeichnen, es ist weiterhin möglich, aufgrund der bekannten Winkelausrichtung und Abstände der an der Messung beteiligten Strahlengänge aus diesem dreidimensionalen Bild des Gesichts der Person ohne Maßverkörperung den Pupillenabstand zu erfassen.
Die grundsätzliche Funktionsweise eines Streifenprojektionsverfahrens ist dem Fachmann bekannt. Dabei wird ein Streifenmuster auf das Gesicht der Person projiziert, beispielsweise indem eine Beleuchtungseinrichtung durch ein Vielstreifengitter hindurch auf das Gesicht der Person gerichtet ist. In dem Vielstreifengitter sollten sich helle und dunkle Streifen abwechseln. Die Breite der Streifen des Vielstreifengitters bestimmt die Genauigkeit bzw. die Auflösung der dreidimensionalen Erfassung des Gesichts der Person.
Aus der Position einer Beleuchtungseinrichtung des Vielstreifengitters und der Position des Vielstreifengitters kann die Lage einer Lichtebene, die von der Beleuchtungseinrichtung aus durch den Streifen des Vielstreifengitters verläuft, berechnet werden. Anhand der Lage eines Bildpunktes in dem Bild der ersten Bildaufnahmeeinrichtung kann wiederum der Vektor eines Lichtstrahls berechnet werden, der diesen Bildpunkt erzeugt hat. Dies wiederum ermöglicht es, den Schnittpunkt dieses Lichtstrahls mit der berechneten Ebene des Vielstreifengitters zu bestimmen. So erhält man die Raumkoordinaten eines bestimmten Bildpunktes auf dem Bild der ersten Bildaufnahmeeinrichtung.
Entsprechend ist auch bei dem eingangs genannten Verfahren vorgesehen, dass der Pupillenabstand von der Datenverarbeitungseinrichtung mittels eines Triangulationsverfahrens ermittelt wird, wobei der Pupillenabstand aus dem ersten und dem zweiten Bild von der Datenverarbeitungseinrichtung mittels eines Stereoskopieverfahrens ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Bildaufnahmeeinrichtung jeweils auf einem einen Winkel mittels einer Spektrallinienanalyse erfassenden Drehtisch angeordnet werden, wobei ein Konvergenzwinkel zwischen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung erfasst wird.. Das Verfahren weist somit die gleichen Vorteile wie die Vorrichtung auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, bei dem eingangs genannten Verfahren vorzusehen, dass ein Vielstreifenmuster in dem Teilbereich dargestellt wird, und wobei der Pupillenabstand von der Datenverarbeitungseinrichtung mittels eines Streifenprojektionsverfahrens ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixationsmuster mittels einer Fixationseinrichtung dargestellt wird, die eine mit Spiegeln versehene Streuscheibe aufweist.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
Bei der Anwendung des Stereoskopieverfahrens kann aus einem bekannten Abstand der beiden Bildaufnahmevorrichtungen zueinander und dem eingestellten Konvergenzwinkel ohne äußere Maßverkörperung der Pupillenabstand bestimmt werden. Die hierfür notwendigen Formeln und Algorithmen sind dem Fachmann bekannt und finden beispielsweise in der Geodäsie, der Navigation oder der Luftbildauswertung allgemein Anwendung. Es ist ein allgemein bekannter Grundsatz der Mathematik, dass ein Dreieck bei einer bekannten Seite und zwei weiteren bekannten Seiten oder Winkeln genau konstruiert werden kann. Im vorliegenden Fall sind eine Seite (Abstand der beiden Bildaufnahmeeinrichtungen) und zwei Winkel bekannt, so dass der Ort des Gesichts der Person genau bekannt ist.
Um den Konvergenzwinkel möglichst genau zu erfassen, kann beispielsweise vorgesehen sein, mittels einer Beleuchtungseinrichtung eine vertikal verlaufende Linie zur Erfassung des Konvergenzwinkels in den Teilbereich zu projizieren. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
Somit ist auch der Ort des Gesichts der Person bekannt und die bekannten Algorithmen der Stereoskopie sind anwendbar. Wie bereits voranstehend erwähnt wurde, sind diese Algorithmen allgemein bekannt und werden hier nicht erneut erläutert. Für Grundlagen der Optik sei an dieser Stelle auf das Fachbuch „Gross et al., Handbook of Optical Systems Vol. 1 - 6, 1. Aufl., Verlag Wiley-VCH, 2006“ verwiesen.
Um den Konvergenzwinkel möglichst genau zu bestimmen und das Stereoskopieverfahren mit der notwendigen Genauigkeit durchzuführen, können die erste und die zweite Bildaufnahmevorrichtung auf beispielsweise aus der Brechzahlmessung bekannten Drehtischen angeordnet sein. Derartige Drehtische können mittels Spektrallinienanalyse Winkel von bis zu 0,3 Bogensekunden (etwa 1,5 µrad) auflösen. Damit kann der Abstand der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung zum Auge auf besser als 0,1 mm bestimmt werden. Verwiesen sei hierzu beispielsweise auf die Veröffentlichung „Roß-Meßemer, Wegendt, „Den kleinsten Winkel im Visier“, Innovation 10, Carl Zeiss, 2001". Derartige Winkelmesseinrichtungen werden in den in dieser Veröffentlichung beschriebenen Kollimatoren der Firma Carl Zeiss verwendet und sind dem Fachmann somit bekannt.
Die mittels einer Beleuchtungseinrichtung vertikal verlaufende Linie kann in einem nicht sichtbaren Wellenlängenbereich in den Teilbereich projizierbar sein.
Des Weiteren kann in einer bevorzugten Weiterbildung des Stereoskopieverfahrens vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung eine kabellose Netzwerkverbindung aufweisen, wobei die Netzwerkverbindung ein gleichzeitiges Auslösen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung ermöglicht. Dabei wird unter „gleichzeitig“ insbesondere verstanden, das die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung besser als 1/100 Sekunde (s), vorzugsweise besser als 1/1000 s synchronisiert sind. Das „gleichzeitige“ Auslösen erfolgt somit vorzugsweise innerhalb einer 1/100, vorzugsweise innerhalb 1/1000 Sekunde. Dies dient dazu, Sakkaden des Auges, d.h. spontane Blickbewegungen, zu vermeiden, die die Messung beeinträchtigende Scheinparallaxen hervorrufen können.
Auf diese Weise wird eine gleichzeitige Auslösung der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung besonders einfach bereitgestellt. Selbstverständlich kann alternativ auch eine kabelgebundene Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung vorgesehen sein.
Als Bildaufnahmeeinrichtungen sind bevorzugt zwei Digitalkameras, beispielsweise CCD-Kameras, vorgesehen, die einen Videomodus aufweisen, der besser als 1/100 Sekunde (s), vorzugsweise besser als 1/1000 s synchronisiert ist. Vorzugsweise weisen die Kameras oder eine Software zur Steuerung der Kameras die Möglichkeit auf, ein Muster zu erkennen, das beispielsweise zur Kalibration der Bildaufnahmeeinrichtungen verwendet wird. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung des Weiteren so drehbar gelagert, dass sie um ihren vorderen Brennpunkt geschwenkt werden. Dies verringert deutlich den erneuten Kalibrationsaufwand nach dem Verschwenken der ersten und/oder der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung.
Die mittels des Stereoskopieverfahrens durch die vorliegende Erfindung gewonnenen dreidimensionalen Bilder des Gesichts der Person können natürlich auch für andere Zwecke als zur Messung des Pupillenabstandes verwendet werden. Beispielsweise könnte ein „digitaler Brillenpass“ der Person erstellt werden, in dem die stereoskopisch aufgenommenen Bilder abgespeichert werden. Auf diese Weise lassen sich ständig sämtliche anatomischen Daten und Zentrierungsdaten der Person auslesen. Auch die dreidimensionalen Bilder des Gesichts der Person selbst könnten ein Produkt bilden, beispielsweise indem das dreidimensionale Bild als Hologramm abgelegt oder als dreidimensionales Objekt ausgeformt wird.
Das Vielstreifengitter kann grundsätzlich mit einer für die Person sichtbaren Strahlung projiziert werden, wird aber vorzugsweise mit einer für die Person unsichtbaren Strahlung projiziert.
Statt einer Beleuchtungseinrichtung und dem Vielstreifengitter kann auch eine kohärente Lichtquelle, beispielsweise ein Laser, verwendet werden, vor dem ein diffraktives optisches Element (DOE) angeordnet ist, das im Fernfeld ein Vielstreifenmuster erzeugt.
Statt einzelnen Minispiegeln kann auch ein Spiegelring auf der Streuscheibe vorgesehen sein. Grundsätzlich kann die spiegelnde Fläche der Streuscheibe auch im Zentrum der Streuscheibe liegen. Es kommt lediglich darauf an, ein Interferenzbild zu erzeugen, das die Person unabhängig von einem Sehfehler in ihrem Fernfeld wahrnimmt und sich somit eine parallele Ausrichtung der Pupillen einstellt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Streifenprojektionsverfahren ein Graycode-Streifenprojektionsverfahren ist. Grundsätzlich alternieren bei einem Vielstreifenmuster lediglich helle und dunkle Streifen. Somit ist jedoch keine absolute Zuordnung eines beispielsweise hellen Bildpunkts in einem Bild der ersten Bildaufnahmeeinrichtung einem dieser Streifen zuzuordnen. Daher wird ein sogenanntes Graycode-Verfahren benutzt, um eine eindeutige Zuordnung zu ermöglichen. Dabei wird beispielsweise zunächst lediglich ein heller und ein dunkler Streifen auf das Gesicht projiziert, in einem zweiten Schritt wird jeder dieser Streifen wiederum in einen hellen und einen dunklen Streifen unterteilt, so dass insgesamt vier Streifen vorhanden sind, in einem nächsten Schritt erfolgt wiederum eine Unterteilung, so dass acht Streifen vorhanden sind usw. Die Unterteilung erfolgt, bis letztlich die gewünschte Streifenbreite bzw. Auflösung vorhanden ist. Wird nun bei jeder Streifenauflösung ein Bild des Gesichts der Person aufgenommen, kann anhand des Hell/Dunkel-Wechsels jedem Bildpunkt eindeutig ein Streifen des zuletzt dargestellten Streifengitters mit der gewünschten Auflösung zugeordnet werden.
Ein Problem des Streifenprojektionsverfahrens liegt zunächst darin, dass die Auflösung zum einen durch die Streifenbreite und zum anderen durch die Pixelanzahl der Bildaufnahmeeinrichtung, die in der Regel als Digitalkamera ausgebildet ist, begrenzt ist.
Aus diesem Grund ist ein sogenanntes Phasenschiebeverfahren bekannt, das eine Auflösung in einem Subpixelbereich ermöglicht. Dabei wird dem an sich bezüglich seiner Helligkeitswerte rechteckförmigen Streifenmuster ein sinusförmiger Helligkeitsverlauf aufmoduliert. Dann wird eine erste Bildaufnahme gemacht, anschließend wird die Phase der aufmodulierten Welle um π/2 transversal zur Strahlenrichtung verschoben. Es erfolgt eine erneute Aufnahme und eine erneute Verschiebung, bis insgesamt mindestens vier Bilder aufgenommen wurden. Dies entspricht mindestens drei Phasenschiebungen. Es können grundsätzlich auch mehr Phasenschiebungen erfolgen, um durch Redundanzmessung ein besseres Ergebnis zu erhalten. Die vier zur Auswertung notwendigen Aufnahmen sollten in einem Zeitraum von 200 Millisekunden erfolgen.
Mittels bekannter Formeln kann anhand der vier Helligkeitswerte eines Bildpunktes in den vier Aufnahmen auf seine Phasenlage innerhalb des aufmodulierten Signals geschlossen werden. Damit wird die genaue Lage des Bildpunktes innerhalb eines Streifens bestimmbar und somit eine Auflösung im Subpixelbereich, so dass die Auflösung auch nicht durch die Pixelanzahl einer Digitalkamera begrenzt ist.
Um die notwendige Phasenverschiebung zu erzeugen, kann das Vielstreifengitter auf einem Festkörpergelenk so montiert sein, dass eine Transversalverschiebung nur in einer Raumrichtung erfolgen kann. Wird zur Erzeugung des Vielstreifengitters eine kohärente Lichtquelle und ein DOE verwendet, müsste statt einer Verschiebung des Gitters eine entsprechende Verdrehung von Beleuchtungseinrichtung und DOE erfolgen.
In jedem Fall muss gewährleistet sein, dass die Phasenverschiebung sehr genau erfolgt. Dabei kommt es grundsätzlich nicht darauf an, wie groß der tatsächliche Phasenhub ist, d.h. ob dieser tatsächlich π/2 ist, sondern dass die Phasendifferenzen möglichst exakt gleich groß sind. Die Gitterkonstante der Streifen sollte größer als die doppelte Bestrahlungswellenlänge sein, um Messfehler durch Beugungseffekte zu vermeiden. Die Phasenschiebung kann beispielsweise mittels piezoelektrischer Folien, die symmetrisch angebracht sind, erfolgen.
Wird eine Beleuchtungseinrichtung und ein Vielstreifengitter verwendet, kann die Beleuchtung des Vielstreifengitters grundsätzlich auch inkohärent erfolgen. Dies stellt eine grundsätzliche Alternative zu der kohärenten Lichtquelle und dem DOE dar.
Als Beispiel für eine inkohärente Beleuchtungseinrichtung eignet sich etwa ein LED-Wabenkondensor.
Ein Wabenkondensor dient zur möglichst homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche, d.h. des Vielstreifengitters.
Somit kann in vorzugsweiser Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinrichtung den Pupillenabstand mittels eines mit einem Phasenschiebeverfahren kombinierten Streifenprojektionsverfahrens ermittelt.
Dabei kann die Vorrichtung das Bild der Fixationseinrichtung und das Vielstreifenmuster gleichzeitig darstellen.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein Bild der Fixationseinrichtung und das Vielstreifenmuster aufeinanderfolgend darstellt.
Die gleichzeitige Projektion kann beispielsweise durchgeführt werden, indem ein Laser sowohl als Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung des Fixationsmusters als auch mittels eines DOE zur Erzeugung eines Vielstreifengitters verwendet wird. Entsprechend ist in dem Strahlengang des Lasers ein Teilerspiegel vorzusehen. Die Strahlenteile können dann zum einen zur Erzeugung des Fixationsmusters und zum anderen zur Erzeugung des Streifenmusters durch die voranstehend beschriebenen optischen Elemente und hochreflektierende Spiegel zur Beeinflussung des Strahlengangs verwendet werden.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass das Bild der Fixationseinrichtung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich und das Vielstreifenmuster in einem unsichtbaren Wellenlängenbereich dargestellt werden.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung bzw. das Verfahren dazu ausgebildet, das Streifenmuster telezentrisch auf das Gesicht der Person zu projizieren.
Entsprechend der voranstehend ausgeführten technischen Lehre kann auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine vorzugsweise Weiterbildung vorgesehen sein, bei der mittels einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung ein zweites Bild aufgenommen wird, wobei ein Konvergenzwinkel zwischen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung erfasst wird und der Pupillenabstand aus dem ersten und dem zweiten Bild von der Datenverarbeitungseinrichtung mittels eines Stereoskopieverfahrens ermittelt wird.
Alternativ kann natürlich auch bei dem Verfahren ein Vielstreifenmuster in dem Teilbereich dargestellt werden, wobei der Pupillenabstand von der Datenverarbeitungseinrichtung mittels eines Streifenprojektionsverfahrens ermittelt wird.
In einer Weiterbildung ist es weiterhin vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung den Pupillenabstand sowohl mittels des Stereoskopieverfahrens als auch mittels des Streifenprojektionsverfahrens ermittelt. Bei dem Verfahren ist entsprechend vorgesehen, dass der Pupillenabstand von der Datenverarbeitungseinrichtung sowohl mittels des Stereoskopieverfahrens als auch mittels des Streifenprojektionsverfahrens ermittelt wird.
Auf diese Weise kann die Genauigkeit der dreidimensionalen Aufzeichnung des Gesichts der Person und damit der Messung des Pupillenabstands noch weiter erhöht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
2a eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform,
2b eine Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung der in 2a dargestellten Ausführungsform,
2c durch die in 2b dargestellte Beleuchtungseinrichtung erzeugte Bilder,
3 Beispiele der durch eine Bildaufnahmeeinrichtung in der in 2 dargestellte Vorrichtung aufgenommenen Bilder,
4 eine Ausführungsform einer Streuscheibe, und
5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine Vorrichtung 10, die dazu vorgesehen ist, einen Pupillenabstand einer Person 12 zu bestimmen. Hierzu ist vorgesehen, dass von einem Gesicht 14 der Person 12 ein dreidimensionales Bild zumindest eines Teilbereichs 16 des Gesichts 14 der Person 12 erstellt wird. Der Teilbereich 16 weist dazu selbstverständlich die Augen der Person 12 auf.
Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung 10 wird dieses dreidimensionale Bild mittels eines Triangulationsverfahrens ermittelt, das Triangulationsverfahren ist dabei in der in 1 dargestellten Ausführungsform ein Stereoskopieverfahren. Hierfür sind eine erste Bildaufnahmeeinrichtung 18 und eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung 19 vorgesehen. Der Abstand zwischen der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 18 und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 19 ist bekannt. Die erste Bildaufnahmeeinrichtung 18 und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung 19 sind drehbar gelagert und in etwa auf die Mitte des Gesichts 14 zwischen den Augen der Person 12 ausgerichtet. Die Ausrichtungen der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 18 und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 19, insbesondere ihrer Objektive, schließen zwischen sich einen Konvergenzwinkel α ein. Um den Konvergenzwinkel α möglichst genau zu bestimmen, kann vorgesehen sein, dass über einen gewissen Zeitraum ein vertikaler Strich auf die Mitte 20 projiziert wird.
Um den Konvergenzwinkel α möglichst genau zu bestimmen und somit die Genauigkeit des dreidimensionalen Bildes des Gesichts 14 zu erhöhen, ist eine Winkelerfassungseinrichtung 21 vorgesehen, die die Ausrichtungen der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 18 und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 19 erfasst.
Damit die Pupillen der Person 12 parallel ausgerichtet sind, ist eine Fixationseinrichtung 22 vorgesehen. Die Fixationseinrichtung 22 umfasst einen Motor 24, der eine Drehscheibe 26 antreibt. Auf die Drehscheibe 26 ist ein Laser 28 gerichtet, der einen Laserstrahl 29 auf die Drehscheibe 26 strahlt. Auf der Drehscheibe 26 wird der Laserstrahl 29 so reflektiert, dass ein von Interferenzen durchsetztes Muster, beispielsweise ein Kreuz, in einem Fernfeld der Person 12 erzeugt wird, das die Person 12 dann fixiert. Da sich das Muster in dem Fernfeld der Person 12 befindet, sind folglich die Pupillen der Person parallel ausgerichtet. Aufgrund der Interferenzen wird das Muster dabei von der Person 12 unabhängig von ihrem Sehfehler als scharf wahrgenommen, so dass die Ausrichtung der Pupillen erhalten bleibt und die Pupillen nicht während des Messvorgangs konvergieren.
Vor dem Laser 28 kann ein diffraktives optisches Element (DOE) 30 vorgesehen sein, um den Laserstrahl 29 in einem gewünschten Diffraktionsmuster auf die Drehscheibe 26 zu werfen.
Der Laserstrahl 19 wird dann von einem Spiegel 32, einer Fresnel-Linse 34 und einem Strahlteiler 36 umgelenkt, so dass die Person 12 das Fixationsmuster wahrnehmen kann.
Der Strahlteiler 36 reflektiert dabei den Laserstrahl 29. Die erste Bildaufnahmeeinrichtung 18 und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung 19 können jedoch durch den Strahlteiler 36 tretende Lichtstrahlen aus dem Teilbereich 16 des Gesichts 14 der Person 12 aufzeichnen.
Des Weiteren ist ein Blitz 38 vorgesehen, der durch einen Lichtleiter 40 zu dem Gesicht 14 hingeführt ist. Des Weiteren ist ein Schutzschirm 42 vorgesehen, der den Innenraum der Vorrichtung 10 beispielsweise vor einem Eindringen von Fremdkörpern in die Vorrichtung 10 schützt. Selbstverständlich ist dieser Schutzschirm 42 lichtdurchlässig.
Des Weiteren weist die Vorrichtung 10 eine Datenverarbeitungseinrichtung 44 auf, die mit der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 18 und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 19 sowie der Winkelerfassungseinrichtung 21 verbunden ist. Die Verbindung kann dabei kabellos oder aber auch kabelgebunden ausgeführt sein.
In 2a ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10' dargestellt. Bei der in 2a dargestellten Vorrichtung 10' wird ebenfalls ein dreidimensionale Bild mittels eines Triangulationsverfahrens ermittelt, das Triangulationsverfahren ist dabei in der in 2a dargestellten Ausführungsform ein Streifenprojektionsverfahren.
Diese Ausführungsform weist lediglich eine Bildaufnahmeeinrichtung 18 auf. Des Weiteren ist eine Beleuchtungseinrichtung 46 der Vorrichtung 10' gegenüber der Ausführungsform der Vorrichtung 10 abgeändert. Die übrigen Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und entsprechen denen der in 1 dargestellten Vorrichtung 10.
Die in 2b im Detail dargestellte Beleuchtungseinrichtung 46 ist dazu vorgesehen, aufeinanderfolgend bzw. abwechselnd verschiedene Muster zu erzeugen. Hierzu ist vorgesehen, dass vor dem Laser 28 das DOE 30 zwei verschiedene Positionen aufweisen kann.
In einer ersten Position (Pos. 1) wird das DOE 30 wie üblich zur Fixation verwendet. Das DOE 30 ist transversal zu dem Laserstrahl 29 verschiebbar, so dass ein zur Erzeugung eines Streifengitters vorgesehenes weiteres DOE 48 in den Gang des Laserstrahls 29 bringbar ist.
Das weitere DOE 48 befindet sich in einer zweiten Position (Pos. 2) in dem Strahlengang des Laserstrahls 29.
In der ersten Position kann darüber hinaus ein Linsenelement 49 in den Gang des Laserstrahls 29 bringbar sein, um den Laserstrahl 29 auf die Drehscheibe 26 zu bündeln.
Auf diese Weise ist wahlweise ein Fixationsmuster 50 oder ein Streifenbild 52 erzeugbar, die in 2c dargestellt sind. Es ist vorgesehen, dass üblicherweise zunächst das Fixationsmuster 50 projiziert wird. Dann wird kurzzeitig das Streifenmuster 52 dargestellt, während die entsprechenden Bildaufnahmen mittels der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 18 gemacht werden. Da die Aufnahmezeit in etwa in dem Bereich von 200 Millisekunden liegt, treten keine signifikanten Veränderungen der Pupillenpositionen ein.
3 zeigt beispielhaft das Gesicht 14 einer Person 12, wie es der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 18 erscheint.
In der ersten Position ist das Gesicht 14 von keinem erkennbaren Muster bedeckt. In der zweiten Position ist ein entsprechendes Streifenbild 52 auf das Gesicht 14 projiziert.
4 zeigt die Streuscheibe 26 einer schematischen Darstellung. Auf der Streuscheibe 26 sind mehrere Minispiegel 54 kreisförmig angeordnet, die entsprechend bei der Darstellung des Fixationsmusters rotieren.
5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 56.
Das Verfahren kann zunächst mit dem Aufbau der Vorrichtung 10 und der Kalibration der Vorrichtung 10 in einem Schritt 58 beginnen. Wurde dieser Schritt bereits durchgeführt, ist er selbstverständlich nicht erneut notwendig.
In einem Schritt 60 wird dann das Fixationsmuster projiziert, so dass die Pupillen der Person 12 parallel ausgerichtet sind. Anschließend oder alternativ auch gleichzeitig kann dann abhängig von dem Aufnahmeverfahren ein Streifenmuster in einem Schritt 62 auf das Gesicht 14 der Person 12 projiziert werden. Die Projektion dieses Musters und damit der Schritt 62 ist jedoch nur dann notwendig, wenn der Pupillenabstand mittels eines Streifenbildverfahrens bestimmt werden soll. Im Falle eines Stereoskopieverfahrens zum Ermitteln des Pupillenabstands ist der Schritt 62 nicht notwendig.
In einem Schritt 64 werden anschließend Bildaufnahmen des Gesichts 14 der Person 12 gemacht. Anschließend wird mittels der Datenverarbeitungseinheit 44 ein dreidimensionales Bild des Gesichts 14 der Person 12 bestimmt. Hieraus lässt sich dann der Pupillenabstand ermitteln.

Claims

Vorrichtung (10) zum Ermitteln eines Pupillenabstandes einer Person (12), mit einer ersten Bildaufnahmeeinrichtung (18) zum Aufnehmen eines ersten Bildes (50, 52) zumindest eines Teilbereichs (16) eines Gesichts (14) der Person (12), einer Fixationseinrichtung (22) und einer Datenverarbeitungseinrichtung (44) zum Ermitteln des Pupillenabstandes, und wobei eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung (19) zum Aufnehmen eines zweiten Bildes (50, 52) bereitgestellt ist, und die Datenverarbeitungseinrichtung (44) den Pupillenabstand aus dem ersten und dem zweiten Bild (18, 19) mittels eines Stereoskopieverfahrens ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung (18, 20) drehbar gelagert sind, und eine Winkelerfassungseinrichtung (21) bereitgestellt ist, die einen Konvergenzwinkel (α) zwischen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung (18, 19) erfasst, wobei die Winkelerfassungseinrichtung (21) bereitgestellt ist, indem die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung (18, 19) jeweils auf einem einen Winkel mittels einer Spektrallinienanalyse erfassenden Drehtisch angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung (18, 19) eine kabellose Netzwerkverbindung aufweisen, wobei die Netzwerkverbindung ein gleichzeitiges Auslösen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung (18) ermöglicht, vorzugsweise innerhalb 1/100 Sekunde, vorzugsweise innerhalb 1/1000 Sekunde.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Beleuchtungseinrichtung (28) eine vertikal verlaufende Linie in einem nicht sichtbaren Wellenlängenbereich zur Erfassung des Konvergenzwinkels (α) in den Teilbereich (16) projizierbar ist.
Vorrichtung (10) zum Ermitteln eines Pupillenabstandes einer Person (12), mit zumindest einer Bildaufnahmeeinrichtung (18) zum Aufnehmen zumindest eines ersten Bildes (50, 52) zumindest eines Teilbereichs (16) eines Gesichts (14) der Person (12), einer Fixationseinrichtung (22) und einer Datenverarbeitungseinrichtung (44) zum Ermitteln des Pupillenabstandes, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (44) den Pupillenabstand mittels eines Triangulationsverfahrens ermittelt, und wobei des Weiteren eine Einrichtung (28) zum Erzeugen eines Vielstreifenmusters (52) in dem Teilbereich (16) bereitgestellt ist, und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (44) den Pupillenabstand mittels eines Streifenprojektionsverfahrens ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixationseinrichtung (22) eine mit Spiegeln (54) versehene Streuscheibe (26) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (44) den Pupillenabstand mittels eines mit einem Phasenschiebeverfahren kombinierten Streifenprojektionsverfahrens ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ein Bild der Fixationseinrichtung (22) und das Vielstreifenmuster (52) gleichzeitig darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ein Bild (50) der Fixationseinrichtung (22) und das Vielstreifenmuster (52) aufeinanderfolgend darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, das Bild (50) der Fixationseinrichtung (22) in einem sichtbaren Wellenlängenbereich und das Vielstreifenmuster (52) in einem unsichtbaren Wellenlängenbereich darzustellen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (44) den Pupillenabstand sowohl mittels des Stereoskopieverfahrens als auch mittels des Streifenprojektionsverfahrens ermittelt.
Verfahren (56) zum Ermitteln eines Pupillenabstandes einer Person (12), mit den folgenden Schritten: Darstellen (60) eines für die Person (12) sichtbaren Fixationsmusters, Aufnehmen (64) eines ersten und eines zweiten Bildes (50, 52) zumindest eines Teilbereichs (16) eines Gesichts (14) der Person (12) mittels einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung (18, 19), Ermitteln (66) des Pupillenabstandes mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (44), wobei der Pupillenabstand von der Datenverarbeitungseinrichtung (44) mittels eines Triangulationsverfahrens ermittelt wird, wobei der Pupillenabstand aus dem ersten und dem zweiten Bild (50) von der Datenverarbeitungseinrichtung (44) mittels eines Stereoskopieverfahrens ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Bildaufnahmeeinrichtung (18, 20) jeweils auf einem einen Winkel mittels einer Spektrallinienanalyse erfassenden Drehtisch angeordnet werden, wobei ein Konvergenzwinkel (α) zwischen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung (18, 19) erfasst wird.
Verfahren (56) zum Ermitteln eines Pupillenabstandes einer Person (12), mit den folgenden Schritten: Darstellen (60) eines für die Person (12) sichtbaren Fixationsmusters, Aufnehmen (64) zumindest eines ersten Bildes (50, 52) zumindest eines Teilbereichs (16) eines Gesichts (14) der Person (12) mittels zumindest einer Bildaufnahmeeinrichtung (18), Ermitteln (66) des Pupillenabstandes mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (44), wobei der Pupillenabstand von der Datenverarbeitungseinrichtung (44) mittels eines Triangulationsverfahrens ermittelt wird, wobei ein Vielstreifenmuster (52) in dem Teilbereich (16) dargestellt wird, und wobei der Pupillenabstand von der Datenverarbeitungseinrichtung (44) mittels eines Streifenprojektionsverfahrens ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixationsmuster mittels einer Fixationseinrichtung (22) dargestellt wird, die eine mit Spiegeln (54) versehene Streuscheibe (26) aufweist.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pupillenabstand von der Datenverarbeitungseinrichtung (44) sowohl mittels des Stereoskopieverfahrens als auch mittels des Streifenprojektionsverfahrens ermittelt wird.