FR2763707A1 - Centrale de mesure en optique - Google Patents

Abstract

L'invention est une centrale de mesure comprenant plusieurs éléments commandés par un ordinateur. La centrale comprend un scan optique faisant également office de frontofocomètre, constitué d'une caméra et d'un verre dépoli sur lequel la monture à photographier est posée, d'un système pouvant déterminer le fond de drageoire et le ménisque des montures, d'une monture spéciale servant de référence, et d'un logiciel adéquat qui effectue les calculs nécessaires pour piloter directement une meuleuse.

Description

Dans l'état actuel de la technique, le détourage des montures de lunettes en vue du taillage des verres en optique s'effectue avec un appareil appelé scan ou form tracer . II s'agit d'un système électromécanique muni d'un palpeur qui relève chaque point du fond de drageoire d'une monture de lunettes. Ces points sont en général au nombre de 128 et couvrent la circonférence entière de chaque demi-monture.

Un deuxième appareil est également utilisé par les opticiens: le système de centrage et de blocage des verres. L'opticien utilise ce système pour centrer le verre à tailler et y coller des ergots de blocage afin que la meuleuse puisse tailler le verre avec précision.

L'opticien a également besoin d'un troisième appareil appelé frontofocomètre qui détermine le centre optique des verres ainsi que leur puissance.

Enfin, dans les magasins d'optique intervient un quatrième dispositif qui est un logiciel d'aide à la vente. Ce logiciel effectue des simulations à but commercial, mais peut réaliser également des calculs techniques.

L'invention consiste en une combinaison de moyens connus en soi qui aboutit à un système entièrement nouveau sur le marché, réunissant à la fois le scan mécanique, le dispositif de centrage, le frontofocomètre et le logiciel d'aide à la vente commercial et technique. L'appareil réunissant le scan mécanique, le dispositif de centrage ainsi que le frontofocomètre sera appelé dans ce document scan optique .

L'invention se compose donc principalement d'un scan optique, sorte d'appareil réalisant plusieurs opérations différentes, et d'un logiciel adéquat fonctionnant sur PC ou équivalent, permettant de gérer cet appareil, de réaliser des calculs et de piloter une meuleuse.

Le scan optique (figure 1) est composé d'un verre dépoli (1) éclairé par en dessous, sur lequel on pose une monture (2). Au-dessus de ce verre se trouve une caméra à haute définition (3) qui prend la photo de la monture. Un logiciel adapté capture l'image puis effectue divers calculs qui sont expliqués ci-après.

Le verre dépoli (1) qui se trouve en dessous de la monture est éclairé, en principe, par une lumière uniforme créée par des néons ou autre source quelconque. Cependant, il est possible d'utiliser une lumière non uniforme, comme par exemple la lumière du jour.

Pour éviter toute lumière parasite, la caméra fait la photo de ce verre dépoli (1) sans monture, puis l'enregistre sur le disque dur de l'ordinateur. Ultérieurement, la caméra pourra prendre des photos de montures avec le même fond. Pour extraire l'image de la monture, le logiciel n'a qu'à faire une simple soustraction d'images: celle avec monture - celle sans monture (fond nu).

Un système simple de scan optique consiste à mettre la caméra en bas, objectif tourné vers le haut (figure 2). La monture est posée sur un verre transparent (4). La lampe est donc remplacée par la lumière ambiante. Un rabat en verre dépoli (5) plaque la monture contre le verre transparent. Le verre dépoli laisse alors passer la lumière ambiante, principalement celle émanant du plafond.

Cependant, I'intérêt de ce système est faible car l'économie réalisée, celle d'un néon, est négligeable par rapport au prix de la caméra et du logiciel. Dans la suite de ce brevet d'invention, c'est donc le système représenté en figure 1 qui sera étudié.

La monture peut être simplement posée sur le verre dépoli. Dans ce cas, la photo avec ou sans verres peut être réalisée, ce qui présente l'avantage de pouvoir commander des pré-calibrés sans pour autant démonter les verres. La détermination du fond de drageoire est calculée d'après le pourtour auquel on ajoute une valeur qui est la correction du fond de drageoire.

Dans le cas d'une monture seule, sans verres, il est préférable, pour obtenir une précision très grande, de maintenir la monture à l'aide d'ergots de fixation (6 à 9), figure 3. Ces ergots peuvent être solidaires ou non du verre dépoli, commandés ou non par des moteurs, munis ou non de capteurs de position. Certains ergots peuvent être commandés par un double moteur, I'un en x ou y, L'autre en z. II en est de même pour les capteurs éventuels. De cette façon, I'ordinateur pour à la fois positionner les ergots automatiquement (moteurs en x ou y) pour le maintien de la monture et, par un système d'asservissement, positionner la monture dans un plan parfaitement horizontal afin de compenser du ménisque (moteurs en z).

Dans la pratique, la configuration suivante pourra être utilisée. L'ergot (6) est fixé au verre dépoli. L'ergot (9) est commandé par un moteur (10) qui assure sa mise en place et son retrait du fond de drageoire de la monture. Les ergots (7) et (8) sont solidaires l'un de l'autre et sont commandés par deux moteurs, I'un en (11) ayant même fonction que le moteur (10), et l'autre en (12) qui fonctionne dans l'axe des z. Ce dernier moteur (12) positionne la monture dans le plan horizontal. Chaque ergot est muni de ressort de façon à ce que leur pointe aille en fond de drageoire. II est à noter que cette configuration représentée en figure 3 peut être modifiée à volonté ; par exemple, on peut très bien imaginer un système à trois ergots seulement.

Un système plus simple, sans moteurs, peut être envisagé (figure 4). De multiples ergots (13) maintiennent la monture en place pour la photo. Certains ergots sont dans le plan horizontal, tandis que d'autres sont variables dans l'axe z. En effet, une monture pourra avoir un fort ménisque; dans ce cas, il est évident que tous les ergots ne pourront pas être dans le même plan horizontal. C'est la raison pour laquelle, dans cette configuration, seulement certains ergots seulement sont dans le plan horizontal.

Le rôle des autres ergots est de calculer le ménisque. La figure 5 montre le détail en gros plan de ce type d'ergots.

Une portion de monture est représentée en figure 5. Le pointillé (14) indique le fond de drageoire. L'ergot est muni d'une pointe (15) qui plonge dans le drageoire. Dans le triangle ABC, L'angle BAC a une valeur de 58". Avec un tel angle, la base BC du triangle est équivalent à sa hauteur AH. II en résulte que la mesure optique (ce qui devient possible avec l'appareil décrit ici) de la base BC donnera, par déduction, la distance du fond de drageoire.

Cet ergot en forme de pointe pourra fort bien être remplacé par un ergot ayant une géométrie différente (figure 6), le principe restant le même. Par exemple, la pointe peut être remplacée par un disque (16) et c'est la mesure de l'arc BC qui donne la flèche
AH, donc la profondeur du drageoire. Un tel disque est intéressant car il peut tourner sur lui-même. Un système de palpage optique par disque peut alors être réalisé sur toute la circonférence de la monture. De nombreuses photos peuvent être prises si bien que l'on a la profondeur du drageoire en un grand nombre de points de la demimonture.

Pour la mesure de la cote en z, le bras qui maintient le disque devra pouvoir se déplacer dans les trois dimensions. La caméra prend en photo le bras et le disque selon le plan x-y. II faut donc un système qui transforme la cote z en une cote x ou y de façon que, par déduction, le logiciel puisse calculer la hauteur z, donc le ménisque. Le procédé suivant peut être utilisé, mais c'est le principe même qui doit être retenu, celui qui transforme une cote z en cote x-y afin que, sur la photo prise par une caméra, on puisse déduire ladite cote z.

Le bras (17) est muni d'une lame en ressort (18). Un cône (19) se trouve entre le bras et la lame. Le cône se trouve en z, la pointe (20) étant dirigée vers le lecteur. Ainsi, toute variation en z du bras se traduit par une variation en x-y de la lame en ressort.

Cette variation peut alors aisément être lue sur un cadran (21). Il en résulte que le logiciel sera donc capable de déterminer d'après photo des variations en z du ménisque.

D'autres systèmes transformant une cote en z en cotes en x-y peuvent être envisagés, comme par exemple un simple système de bras de renvois mécaniques. Des systèmes purement optiques peuvent également être utilisés. Par exemple, si le bras comprend une loupe et que le verre dépoli est gradué, la lecture des graduations au travers de la loupe indique la distance du bras au verre dépoli, donc de la cote en z nécessaire pour déterminer le ménisque. Un autre système simple consiste à fixer une diode laser émettant un faisceau incliné à 45" (ou autre) qui vient sur un verre dépoli fixé sur le bras. Toute variation de cote z déplacera le point d'impact du faisceau laser sur le bras et pourra donc être interprété par le logiciel. Enfin, le système optique suivant est également très simple à mettre en oeuvre (figure 7). Un miroir à 45" (22) renvoie la lumière issue du verre dépoli (23) vers un autre miroir, orienté lui aussi à 45" (24), qui renvoie cette lumière vers la caméra. Entre les deux miroirs, la lumière suit une trajectoire en x-y. De ce fait, si le bras qui supporte le disque (25) coupe cette trajectoire, son ombre pourra être lue par la caméra et le logiciel déterminera facilement les variations de la cote en z.

D'autres systèmes peuvent être envisagés et il convient de noter que cette partie de l'invention repose sur le principe d'une prise de photo de façon à ce que l'on puisse déterminer, par déduction sur la photo, la profondeur du drageoire et la cote z (ou les variations de la cote z) nécessaire(s) pour calculer le ménisque.

Dans le système ainsi décrit, il y a un défaut de parallaxe. Pour éviter ce défaut, la caméra peut se déplacer en x-y et est asservie par deux moteurs. Ainsi, la caméra peut se positionner verticalement au-dessus d'un point quelconque de la monture et prendre une photo très précise. A titre d'exemple, la procédure suivante peut être réalisée.

La caméra commence par prendre la monture entière, avec son zoom très ouvert. Le logiciel calcule une dizaine de points stratégiques de la demi-monture. La caméra est alors placée par logiciel sur ces points stratégiques et des photos sont prises, le zoom ayant un angle plus fermé. Cela fait donc une vingtaine de photos (une dizaine par demi-monture). Une dernière photo du pont termine la séquence.

Avec un nombre aussi important de photos, le logiciel est capable de calculer avec une grande précision le pourtour de la monture en fond de drageoire ainsi que son ménisque.

Le verre dépoli qui se trouve en dessous de la monture comprend des repères de couleur. Ces repères sont en fait des figures géométriques (grilles quadrillées, cercles concentriques etc...). En fait, ces graduations seront lues par le logiciel qui examinera la photo et serviront de référence pour les différentes cotes. La coloration a pour but d'en éliminer leur présence sur la photo lorsqu'un filtre coloré de même couleur s'insère entre la monture et l'objectif. Ce filtre comprend de multiples couleurs de façon à éliminer les grilles voulues qui seront gravées, elles aussi, en plusieurs couleurs. Par exemple, une grille pourra être utile en frontofocomètre tandis qu'une autre le sera pour déterminer le pourtour de la monture et son ménisque. Le positionnement de ce filtre est commandé par un moteur lui-même piloté par l'ordinateur.

La fonction frontofocomètre est conçue de la manière suivante. Le verre dépoli comprend des inscriptions et des graphiques en couleur. Comme indiqué précédemment, un filtre vient automatiquement se placer entre la monture et la caméra noir et blanc de façon à sélectionner la couleur voulue, donc la grille voulue.

Ces grilles peuvent être les mêmes que celles qui servent de référence à la fonction de scan étudiée précédemment.

Ces graphiques ont un double intérêt: d'abord ils servent d'étalonnage, et ensuite ils servent de référence pour une utilisation en frontofocomètre. Lorsqu'un verre est posé dans l'appareil à la place de la monture, le logiciel capture les déformations des figures géométriques et peut ainsi, après un calcul adéquat, déterminer le ou les centre(s) optique(s) ainsi que les puissances des verres, sphère, cylindre, orientation, additions, effets prismatiques etc.... Ce logiciel n'est pas décrit dans le présent brevet d'invention car il relève de l'art de l'ingénieur. II s'agit d'un logiciel de traitement d'image qui sera apte à effectuer le calcul des foyers optiques. Seul le principe qui consiste à utiliser en frontofocomètre, une caméra prévue pour un scan de monture doit être retenu.

Grâce au détourage, (vu précédemment), le logiciel doit être capable de calculer le boxing, et, à l'aide du ou des foyers issus éventuellement du frontofocométre, la hauteur.

Le logiciel sera conçu autour de bases de données comprenant toutes les caractéristiques de tous les verres du marché. Ce logiciel permettra également de simuler des verres percés. En effet, une base de données proposera au client diverses formes de verres percés. Le contour des verres sera dessiné à l'écran et sorti sur imprimante (rhodoïd par exemple, pour les simulations et le calcul de la hauteur). Par la suite, ce contour viendra se substituer au scan traditionnel de la monture.

Ce logiciel sera d'ailleurs partie intégrante d'un logiciel plus complet d'aide à la vente.

Ainsi qu'on le sait, les logiciels d'aide à la vente permettent de prendre la photo du visage à l'aide d'une caméra. Si cette photo est suffisamment précise, L'opticien pourra cliquer avec sa souris les points stratégiques du visage qui permettent le montage du verre, à savoir principalement le centre de chaque pupille. La monture, une fois scannée, sera placée en glisser-déplacer (drag and drop) sur le visage et toutes les cotes pourront donc être calculées automatiquement par l'ordinateur.

Le calcul de l'écart pupillaire et de la hauteur à partir d'une photo du visage n'est pas précise car le client ne se tient pratiquement jamais dans le plan vertical exact. Aussi, il est prévu la fabrication d'une monture spéciale (figure 8) comprenant les particularités suivantes.

Cette monture se fixe sur une monture ordinaire à l'aide de clips. Cette monture spéciale n'a donc pas besoin de branches. Elle comprend de nombreux repères (26 à 39) servant principalement de références sur la photo prise par la caméra du système d'aide à la vente (différente de la caméra de la figure 1). Ces repères seront, par exemple, des traits rouge sur un fond blanc. La largeur de chaque demi-monture est calculée d'après (26)-(27) et (28)-(29). De même, la hauteur de chaque demi-monture est déterminée par (30)-(31) et (32)-(33). La largeur de la demi-monture pourra être par exemple de 8cm, ce qui sert de repère au logiciel pour le calcul de l'écart pupillaire.

Pour améliorer la précision, des traits verticaux (39) seront gravés à 32mm de part et d'autre de l'axe du pont de la monture. De la sorte, si l'écran n'est pas exactement étalonné, la précision sera maximale car ces points de référence à 32mm correspondent au demi-écart pupillaire. Celui-ci sera calculé d'après ces repères.

L'opérateur, à l'aide de la souris, pointe sur l'écran chaque pupille. Ces cotes (39) et les autres, (26) à (35), servent donc à déterminer avec exactitude l'écart pupillaire.

De chaque coté de la monture se trouvent deux repères supplémentaires, (34) et (35), légèrement en retrait par rapport au plan de la monture. Chaque segment est orienté de 45" (ou autre) par rapport au plan de la monture (angles 36 et 37).

Ainsi, si le client oriente légèrement sa tête de droite à gauche ou vice-versa pendant la prise de la photo de l'écart pupillaire, la longueur des segments (34) et (35) ne sera pas identique sur la photo. Rappelons que cette longueur est déterminée par la distance entre les repères (29) et (35), et (26) et (34). En fait, seule une position de face permet d'avoir sur une photo deux segments parfaitement identiques.

Le logiciel sera donc capable de calculer l'orientation latérale de la monture par le simple calcul de la longueur de chaque segment. Par la suite, un ajustement de l'écart pupillaire sera réalisé.

La monture réelle que le client choisit disparaît derrière la monture décrite dans l'invention. Cependant, une partie de la monture du client reste visible (38). De la sorte,
L'opticien pourra cliquer avec la souris le bas de la monture-client en bord de drageoire de façon à obtenir la hauteur.

Grâce aux différents repères, le logiciel est capable de déterminer si la monture est inclinée de haut en bas. Pour cela, I'écran de l'ordinateur est d'abord étalonné pour que les pixels verticaux correspondent aux cotes verticales de cette monture spéciale.

Par la suite, un simple calcul trigonométrique donne l'inclinaison. Par exemple, si une cote doit faire 5cm et qu'elle n'en fait que 4, L'angle est cos 415. La mesure de la hauteur sera donc très précise puisqu'elle tient compte de l'inclinaison de la tête.

Les calculs d'étalonnage, d'inclinaisons verticales et horizontales, de détermination automatique de l'écart pupillaire et de la hauteur etc... ne sont pas décrits dans le présent brevet. II convient de se limiter au principe de base qui consiste donc à avoir une monture d'étalonnage qui se fixe sur une monture traditionnelle par des clips ou autres, et dont la géométrie et les gravures sont telles que le système informatique puisse calculer automatiquement toutes les cotes intéressantes. II est également possible de réaliser une telle monture avec les branches complètes, ce qui simplifie les manipulations ; par contre, dans ce cas, la mesure de la hauteur sur la monture définitive choisie par le client sera impossible à réaliser.

En fait, malgré sa complexité apparente, ce système ne nécessite qu'un seul clic de souris, sur le bas de la monture, car toutes les autres opérations sont automatiques (le positionnement sur la pupille a fait l'objet d'un autre brevet d'invention du même auteur).

Une fois la pupille détectée, un suivi en temps réel de l'image de la pupille pourra être réalisé et c'est la valeur moyenne de l'écart pupillaire qui sera affichée, et non la valeur isolée d'une seule mesure.

Connaissant la distance approximative de la caméra au sujet (par le biais des repères sur la monture spéciale), une correction par trigonométrie sera réalisée de façon à calculer la vision de loin à partir de la vision intermédiaire ainsi prise.

De plus, il existera des montures ayant un verre polarisé sur chaque demi-monture, les deux verres étant polarisés à 90" l'un par rapport à l'autre.

L'écran de l'ordinateur affiche différentes figures. Sur l'écran, on pourra placer un ou deux disques polarisés de façon à différentier les valeurs lues par un oeil et par l'autre.

Ainsi, différentes mesures pourront être prises.

L'une des mesures les plus intéressantes est celle de l'astigmatisme. Le logiciel affiche différentes figures dynamiques et, lorsque la vision atteint son point culminant,
I'opérateur fige l'écran et lit ainsi avec une grande précision l'angle d'astigmatisme. Du fait que les deux yeux sont polarisés à 90 , une mesure de chaque oeil sera possible.

L'ensemble complet proposé dans l'invention constitue donc une sorte de centrale de mesure, contrôlée par un ordinateur. Les différentes informations obtenues par la caméra (dimensions et détourage de la monture, boxing), par la fonction de photofocomètre, par les bases de données et par les clics de souris sur la photo du visage permettent au logiciel de réaliser des calculs extrêmement précis sur le centrage du verre et d'envoyer les résultats vers une meuleuse de façon à ce que le processus soit entièrement automatique. Les manipulations de l'opticien s'en trouvent donc extrêmement réduites : introduction des paramètres ophtalmiques, prise de la photo de son client et scan de la monture. La synthèse de toutes ces informations étant automatique, il en résulte non seulement un gain de temps appréciable mais également un risque d'erreur pratiquement nul ainsi qu'une précision accrue des mesures.

La relation qui existe entre ces différents modules et la séquence des opérations est décrite succinctement ci-dessous.

1. Introduction des paramètres ophtalmiques (sphère, cylindre...).

2. Scan de la monture par photo et logiciel.

3. Le logiciel détermine le boxing à partir des informations du scan optique.

4. Prise de la photo du client.

5. Mesure de l'écart pupillaire, corrections d'inclinaison horizontale du visage.

6. Mesure de la hauteur, corrections d'inclinaison verticale du visage.

6. L'opticien choisit un verre parmi ceux proposés par la base de données.

7. Centrage automatique du verre d'après les paramètres calculés.

8. Le logiciel détermine le diamètre optimal à commander.

9. Les mesures sont mémorisées sur le disque dur pour une utilisation ultérieure.

10. Lors de la réception du verre : détermination du pourtour exact de la monture et meulage.

Claims (2)

REVENDICATIONS

1/ Procédé, pour la mise en oeuvre d'une centrale de mesure automatisée en optique, caractérisé par le fait qu'il utilise un scan optique piloté par ordinateur, faisant office de frontofocomètre et constitué par un verre dépoli éclairé par l'arrière et comprenant un marquage de précision, par un système de fixation de montures au-dessus de ce verre dépoli, par une caméra montée sur rails, par une monture servant de référence, et par un logiciel adéquat effectuant les calculs nécessaires pour piloter directement une meuleuse.

2/ Procédé, selon la revendication 1, caractérisé par la combinaison d'un verre dépoli sur lequel est posée la monture, et d'une caméra se déplaçant sur des rails x-y dont le rôle est de prendre une ou plusieurs photos de la monture afin d'en déterminer les caractéristiques 3/ Procédé, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'une caméra ayant son objectif orienté vers le haut, prend la photo d'une monture plaquée sur un verre transparent à l'aide d'un autre verre dépoli laissant filtrer la lumière ambiante.

41 Procédé, selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la monture est maintenue par des pièces dont la géométrie permet de déduire, à partir de la photo, la cote de fond de drageoire.

5/ Procédé, selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que des pièces de maintien de la monture commandées par des moteurs en x, y et z, placent la monture dans un plan horizontal de façon à en éliminer le ménisque.

61 Procédé, selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'un système transforme la cote z de chaque pièce de maintien de la monture en cote x, y de façon à ce que le logiciel puisse calculer, d'après la photo de caméra, les variations de cote z de chaque pièce de maintien.

7/ Procédé, selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le verre utilisé en fond d'image comprend des figures géométriques de couleurs servant de références, et qu'un filtre coloré se positionne devant la caméra, de façon à sélectionner telle ou telle figure géométrique de référence selon les besoins.

L'ensemble faisant office de frontofocomètre.

81 Procédé, selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la caméra, peut prendre des photos de l'une des grilles de révérence au travers du verre à analyser de façon à permettre à un logiciel d'en déduire les caractéristiques optiques dudit verre,

91 Procédé, selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'une monture spéciale comprenant de multiples repères, des branches inclinées d'un certain angle, une ouverture vers le bas, et un ensemble de fixations sur une monture traditionnelle, peut être utilisée pour réaliser automatiquement des mesures de façon à déceler les inclinaisons horizontales et verticales du visage.

10/ Procédé, selon l'une des revendications 1 à 9, constitué par un système qui suit en temps réel les mouvements de la pupille et effectue des mesures de l'écart pupillaire et une correction de la vision de loin/vision de près en fonction de la distance, de façon à fournir une statistique précise de toutes ces mesures dynamiques de l'écart pupillaire.

11/ Procédé, selon l'une des revendications 1 à 9, constitué par le fait que les deux yeux peuvent être dissociés et des mesures adéquates réalisées grâce à un système de verres polarisés se fixant sur la monture spéciale.

12/ Procédé, selon l'une des revendications 1 à 11, constitué par un catalogue de formes géométriques de verres percés proposés au client, et servant de base à tous les calculs, le contour des simulations de verre percé se substituant au contour du scan de la monture réalisé par la caméra.