Optical Design Lab

Im Kompetenzzentrum Optical Design Lab (ODL) werden die Korrektionsmöglichkeiten von Fehlsichtigkeiten durch refraktive, reflektive, diffraktive oder Gradienten-variable optische Elemente (Sehhilfen) untersucht. Dazu werden sowohl eigene Brillenglas-Designs mit ein oder zwei Freiformflächen entwickelt als auch Brillengläser von namhaften Herstellern untersucht und bewertet. Darüber hinaus können Brillengläser hochgenau vermessen und beispielsweise patentrechtliche Untersuchungen oder objektive Designvergleiche durchgeführt werden.

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Besonders geringe Abbildungsfehler eines im Optical Design Lab entwickelten Gleitsichtglases für den Sport (SPH +2.00 ADD 2.00)

Mission

Besondere Schwerpunkte der Entwicklung im Optical Design Lab liegen darin,

    • Sehhilfen für das bessere Sehen zu entwerfen, zu berechnen, zu testen und zu vermessen.
    • Geräte und Verfahren für die optimale Beurteilung von Sehhilfen und ihre Anpassung zu entwickeln und zu verbessern.
    • Wechselbeziehungen zwischen dem natürlichen Sehen und dem Sehen durch Sehhilfen erfassen und zu charakterisieren.
    • Sehanforderungen im Alltag sowie Fragestellungen bezüglich Korrektionsleistung und Lebensqualität zu analysieren.

Die Arbeitsgruppe Optical Design Group fühlt sich hierbei der Forschung, der Lehre und der Versorgung fehlsichtiger Menschen gleichermaßen verpflichtet.

Aufbau

Das Optical Design Lab ist ca. 80m2 groß und so aufgebaut, dass blickwinkel-abhängige Sehtests in einem Abstand von 6m bis zu ±35Grad durchgeführt werden können. In der Vorlesungszeit wird das Lab auch für Praktikumsversuche zur Zentrierung benutzt. Außerdem bietet es bis zu drei BachelorandInnen oder MasterandInnen einen Arbeitsplatz.

Hardware

Im Optical Design Lab werden unterschiedliche Geräte und Untersuchungsverfahren eingesetzt, um Messungen an Brillengläsern und anderen Sehhilfen subjektiv und objektiv mit der höchstmöglichen Genauigkeit vornehmen zu können.

Für die präzise Messung von Kopf- und Körperbewegungen beim Sehen durch Brillengläser wird ein Motion-Capture-System der Firma NaturalPoint benutzt. Dieses System besteht aus Infrarot-Kameras, retro-reflektierenden Markern, Kalibriermaßstäben und der Software Motive zur Messung und Zuordnung der Markerpositionen.

Für die Projektion blickwinkel-abhängiger Sehtests werden drei HDMI-Projektoren zu einem Panoramabild mit 5400 x 1900 Pixel durch spezielle Edge-Blending-Software von der Firma Vioso überblendet.

Für die Messung der Aberrationen höherer Ordnung des menschlichen Auges werden ein Zywave-Aberrometer von Bausch + Lomb und der iProfiler von Carl Zeiss Vision benutzt.

Für die Zentrierung und Anpassung stehen Video-Infral von Carl Zeiss Vision, Visioffice 1 von Essilor und der Impressionist von Rodenstock zur Verfügung sowie verschiedene Pupillometer und einfache Mess-Schablonen.

Für die schnelle Messung von Brillengläsern wird ein Visionix VM2500 Power Mapper verwendet, der nach dem Hartmann-Shack-Verfahren im parallelen Durchlicht misst.

Optische Gebrauchsstellungsdaten können mit dem sog. Autokollimationsscheitel nach Diepes gemessen werden. Die Messung erfolgt subjektiv über die Scharfstellung einer Testmarke Punkt für Punkt im Brillenglas und dauert je nach Messpunktraster etwa 2 Stunden.

Für hochgenaue Messungen wird die Koordinaten-Messmaschine Zeiss UPMC 550 Carat des ZOT (Zentrum für optische Technologien der Hochschule Aalen, Prof. Börret) eingesetzt. Es können Vorder- und Rückfläche von Brillengläsern getrennt gemessen werden. Die gemessenen Flächendaten werden dann mit einer von Prof. Baumbach entwickelten Software eingelesen, durch Splines interpoliert und zu einer Linse mit der richtigen Geometrie zusammengesetzt. So können beliebige Gebrauchsstellungsdaten von gemessenen Brillengläsern im Computer simuliert werden.

Lab Software

Im Optical Design Lab wird neben der psychophysikalischen Methodik auch die Software für Messungen und Auswertungen entwickelt. Wir arbeiten in C++ und benutzen Qt (lies [kjuːt]) von Trolltech / Nokia als plattform-übergreifende grafische Benutzeroberfläche.

Für blickwinkel-abhängige Sehtests steht die im Rahmen einer Bachelorarbeit entwickelte Software AVATAR (Aalener Visual Acuity Test Around Residuum) zur Verfügung, mit der ähnlich wie bei einer perimetrischen Untersuchung die optische Leistung beim Blick durch Brillengläser subjektiv getestet werden kann. Vorlage für diese Programmentwicklung war der Freiburger Visustest FrACT  (=> Link http://www.michaelbach.de/fract/index.html) von Michael Bach, dem an dieser Stelle herzlich für seine Unterstützung gedankt sei.

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AVATAR Einstellungen. Die Kreuze im Hintergrund definieren die blickwinkel-abhängigen Messpositionen, an denen während der Messung Landoltringe oder andere Sehzeichen randomisiert gezeigt werden.

Das Optical Design Lab verfügt über eine selbst entwickelte transportable Messeinheit für die Erfassung der spezifischen Kopf- und Körperhaltung von Probanden, beispielsweise bei der Computerarbeit. Für die spezifische Auswertung der Kopf- und Körperbewegungsdaten wurde die Software MotiveClient entwickelt, die Messdaten aus dem Motion-Capture-System über eine Netzwerkverbindung ausliest und exklusiv für die Brillenbewertung weiterverarbeitet.

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MotiveClient Hauptfenster mit Kopfbewegungsdaten (oben: Kopfdrehung, mitte: Kopfneigung, unten: Kopfrollung)

Die Software BlurTest dient der subjektiven Feststellung von Unschärfegrenzen beim Blick durch Brillengläser, beispielsweise beim Lesen. Dazu werden den Probanden unterschiedliche Texte gezeigt, auf denen sie die Grenzen für die wahrgenommene Unschärfe markieren können. Anschließend werden die Daten in Blickwinkel umgerechnet und gespeichert.

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BlurTest Messfenster. Der Proband verschiebt die farbigen vertikalen Linien, bis für ihn die Grenze der tolerierten Unschärfe erreicht ist. Anschließend werden die Daten in Blickwinkel umgerechnet und gespeichert.

Firmen, mit denen wir zusammenarbeiten

  • Carl Zeiss Vision GmbH,
  • Rodenstock GmbH,
  • Schneider GmbH & Co.KG,
  • Optiswiss AG,
  • Rupp+Hubrach Optik GmbH