СПОСОБ ПРОФИЛАКТИКИ БЛИЗОРУКОСТИ У ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЭВМ Российский патент 1997 года по МПК A61F9/00 

Изобретение относится к области медицины и охраны труда, а точнее к профилактике близорукости и других заболеваний глаз у пользователей вычислительных машин (ЭВМ) при длительной работе с цветными дисплеями и может быть использовано при проектировании и создании ЭВМ, а также при разработке способов и средств снижения профессиональных заболеваний, связанных с широким применением вычислительных машин.

Известны особенности, причины возникновения и способы профилактики близорукости (миопии) в процессе зрительного напряженного труда с учетом размеров рассматриваемых объектов, условий работы, временного и других факторов [1]
Известно вредное влияние на человека, в том числе на его зрение, демонстрации изображения с помощью электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), особенно дисплеев электронно-вычислительных машин (ЭВМ) с учетом их широкого распространения, длительности работы с ними, технических характеристик, например, яркости экрана [2]
Известные работы достаточно подробно рассматривают причины возникновения близорукости, условия труда, способствующие этому, предлагают общие методы и способы профилактики, которые значительно связаны с условиями освещенности рабочего места, длительностью и степенью напряженности зрительного восприятия, влиянием интенсивности излучения и световой обстановки в целом. При этом разработаны различные методы тренировки глаз, специальные упражнения для улучшения аккомодации, физические упражнения и другие.

Однако, широкое использование цветных дисплеев (телемониторов) персональных ЭВМ и других, которые получили распространение в последнее время, поставило перед медиками и другими специалистами новые задачи, связанные с особенностями длительного воздействия цветного излучения ЭЛТ (электронно-лучевых трубок) на человека, находящегося вблизи экрана, особенно при работе с мелкими текстовыми или изобразительными элементами. Эти особенности еще недостаточно изучены, но негативные факторы влияния цветных дисплеев ЭВМ на человека уже очевидны и вызывают необходимость разработки и применения специальных защитных мероприятий. Так, например, упрощается доступ к регуляторам яркости, контрастности и другим для управления настройкой, дисплеи снабжают специальным шарнирным устройством для изменения угла наклона экрана; устраняют дисплеи с выпуклым экраном; поверхность экрана делают матовой с малым коэффициентом отражения света; повышают различимость объектов изображения; применяют специальные защитные поляризационные фильтры-экраны, снижающие усталость [3]
Тем не менее данная проблема еще далеко не решена, вопросы влияния цветности в процессе длительной работы и мер профилактики глазных заболеваний сохраняют свою актуальность.

С учетом решаемой задачи, в качестве ближайшего аналога (прототипа) предложенного способа профилактики близорукости (нарушений зрения) рассмотрен способ профилактики нарушения зрения и зрительного утомления у пользователей ЭВМ, который включает установление требуемой яркости экрана цветного дисплея (в пределах 150-500 кд/м²), ограничения времени непрерывной работы у экрана и регулировку освещенности рабочего места [4]
Известный способ, включающий также проведение общеоздоровительных мероприятий, тренировок зрения и профессиональный отбор, уменьшает вероятность заболеваний, снижает утомляемость и позволяет создавать более благоприятные условия для работы, но не решает проблему цветности, не учитывает, например, офтальмо-физиологических особенностей зрительного восприятия цветного изображения на видеотерминалах (дисплеях, телевизорах) лиц с близорукостью, дальнозоркостью и нормальным зрением при длительной работе.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение вредного влияния цветности на зрение и профилактика близорукости при работе с цветными видеотерминалами ЭВМ (дисплеями, телевизорами) в условиях длительной работы, а также создание возможностей для автоматической коррекции изображения и повышения работоспособности.

Предложенный способ профилактики близорукости у пользователей ЭВМ и видеотерминалов предполагает установление нормируемой яркости экрана цветного видеотерминала (дисплея), ограничение времени непрерывной работы у экрана и регулировку освещенности рабочего места, что известно из прототипа. Кроме этого, в процессе воспроизведения цветного изображения, которое осуществляют в диапазоне видимого светового излучения с длиной волн 380-770 нм, при освещенности рабочего места в пределах 100-500 лк и яркости свечения экрана видеотерминала в пределах 30-250 кд/м² определяют присутствие во воспроизводимом спектре светового излучения в диапазоне волн 380-510 нм и при его наличии автоматически периодически с заданными интервалами времени заменяют его на излучение с длиной волн 510-770 нм, затем восстанавливают исходное реальное изображение на заданное время и вновь исключают при повторе цикла, причем общее время замены не менее чем в 3 раза превышает время воспроизведения полного изображения. Образование таких искусственных замен с заданными интервалами (периодами) и с указанными характеристиками и является основной отличительной особенностью данного способа.

Также предполагается, что наиболее оптимальными являются варианты, при которых исключаемый спектральный диапазон заменяют излучением с длиной волн, отсутствующих во воспроизводимом реальном изображении. Предпочтительно производить замену излучением с длиной волны в интервале 580-610 нм. Предполагается также, что исключение и замену части воспроизводимого спектра изображения производят путем постоянного выявления управляющих сигналов, вызывающих излучение экрана в диапазоне 380-510 нм, и снижения интенсивности и яркости управляющего сигнала, соответствующего синему цвету. Предпочтительная высота циклов исключения-восстановления спектра изображения составляет от 0,001 до 25 гц, но не превышает частоты кадровой развертки дисплея, причем рабочий диапазон светового излучения экрана ограничивают длинами волн в диапазоне 510^oC710 нм.

Таким образом, согласно данному способу, при наличии в воспроизводимом реальном изображении излучения с длинами волн в диапазоне 380-510 нм, для лиц расположенных к близорукости предлагается автоматически, независимо от пользователя, информировать его (например, звуковым сигналом) о вредном для него режиме работы и переходит к режиму с периодической искусственной регулировкой цветности воспроизводимого изображения, при котором большую часть времени на экране воспроизводят синтезированное изображение, благоприятное для зрения, а меньшую часть реальное изображение, заданное пользователем или программой ЭВМ. Это осуществляют путем дополнительного контроля управляющих сигналов, вызывающих излучение экрана; выявления сигналов, соответствующих внешнему излучению с диапазоном волн 380-510 нм, которое нежелательно для лиц, склонных к близорукости; периодической заменой или исключением указанного излучения при автоматическом управлении работой блока цветности или видеоадаптера ЭВМ (дисплея ЭВМ) с последующим циклическим восстановлением реального изображения.

Указанное связано с результатами длительных экспериментов, подтверждающих неблагоприятность влияния сине-голубых и фиолетовых тонов в изображениях на экранах дисплеев и телевизоров с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) в плане развития близорукости (миопии), особенно при напряженной работе с текстовой информацией. Эти эксперименты, проведенные одним из авторов, определили необходимость поиска нового решения. Данное техническое решение предполагает получение синтезированного изображения, благоприятного для зрения, и одновременное сохранение реального цветного изображения, которое периодически заменяет синтезированное. Причем синтезированное изображение предполагает исключение излучения в диапазоне 380-510 нм и его замену излучением, отсутствующим в спектре, по-возможности с длиной волн в диапазоне 580-610 нм. При высокой частоте циклов до 25 гц возможный диапазон длин волн может составлять 510-710 нм, что приведет к "миганию" исключаемой части спектра и улучшению восприятия образов. Если рассматриваемый режим работы мешает работе или не показан пользователю, то он может быть исключен, например, нажатием кнопки с переходом к обычному полноцветному воспроизведению изображения.

Реализация данного способа основана на оптико-физиологическом феномене хроматической аберрации глаза, как оптической системы. Он заключается в том, что световые лучи с разной длиной волны обладают неодинаковыми коэффициентами преломления в глазу: преломляющая сила коротковолновых лучей на 1^oC1,5 дптр больше, чем для длинноволновых. Вследствие этого, влияние цветов в изображении на терминале ЭВМ, включая обычный телевизор для близорукого или склонного к близорукости человека различно, особенно при работе с текстом и во всем диапазоне волн 380^oC770 нм. В силу указанного, например, слабомиопический, или слабогиперметропический по отношению к белому свету глаз может стать эмметропическим для красных и синих лучей. По этой же причине миопическая рефракция для белого цвета усилится в синих лучах и пресбиопия будет сильнее в красных лучах и слабее в синих. Имеются и другие особенности, связанные с общей цветностью фона, освещенностью рабочего места, яркостью свечения экрана дисплея, конкретными показаниями для пользователя, параметрами элементов изображения, степенью напряженности зрения, продолжительностью непрерывной работы, частотой обращения к экрану и субъективными факторами. С учетом работы на ЭВМ и телетерминалах pазличных лиц и применения типизированных программ с разнообразными вариантами цветовых решений, избежать негативных влияний на зрение и найти оптимальное решение для всех случаев весьма затруднено. Также весьма трудно ввести коррекции в различные программы ЭВМ и добиться изменения всей цветовой гаммы. Решение данной задачи применительно к профилактике близорукости можно существенно упростить с использованием предложенного способа с периодическим исключением и определенной заменой части воспроизводимого спектра, согласно указанным выше параметрам, которые, как установлено авторами, являются достаточно общими для разных условий использования. Это позволяет решить задачу аппаратным путем с использованием ЭВМ и управляемых блоков дисплея при периодическом исключении участка спектра в диапазоне волн 380^oC510 нм (сине-фиолетовая область) и заменой отсутствующими цветами спектра, например, в диапазоне волн 380^oC610 нм (желто-оранжевая область). Предложенное решение позволяет применять данный способ для более широкого круга пользователей, расположенных к близорукости, включая лиц с нормальным зрением; обеспечивать более равномерную четкую фокусировку изображения символов и отдельных элементов на сетчатке глаз, как одной из основных причин близорукости и утомляемости; обеспечивать сохранность и воспроизводимость реального цветового изображения для всех пользователей. Проведенные эксперименты, подтвердили достаточную оптимальность и эффективность решения.

Конкретная реализация способа рассмотрена на примере нескольких вариантов.

Один из основных вариантов реализации предполагает предварительную установки освещенности рабочего места в пределах 100^oC150 лк и яркости свечения экрана дисплея (телевизора), связанного с ЭВМ, в пределах 30^oC250 кд/м², что может задаваться непосредственно пользователем и регулироваться по мере необходимости в указанных пределах. Возможна и автоматическая установка данных параметров при наличии телеизмерительной аппаратуры. Далее, в процессе работы с цветным изображением на дисплее, преимущественно аппаратным путем, например, с помощью видеоадаптера и блока цветности видеотерминала по управляющему сигналу, определяющему воспроизводимый спектр, определяют присутствие светового излучения в диапазоне волн 380^oC510 нм и выдают сигнал о его наличии или отсутствии, а в ряде случаев и определяют процентную значимость данного сигнала в кадре. Полученный сигнал (или сигналы) подают в специальный блок сравнения, куда одновременно подают управляющие сигналы пользователя о целесообразности включения данного способа с учетом желания пользователя и, возможно, его медицинских показаний, введенных в ЭВМ, а также, при необходимости, данных о допустимой процентной значимости уровня цветности, связанного допустимым с присутствием в кадре указанного излучения. С учетом результатов сравнения ЭВМ дает команду на управление согласно предложенному способу. При этом управляющий сигнал, определяющий текущую длину волны светового излучения экрана, изменяют на заранее заданный и допустимый, определяющий замену светового излучения в диапазоне волн 510^oC770 нм или в более узком диапазоне. Для сохранения распределения цветности такую замену можно производить, например, умножением управляющего сигнала (его значения) на заданный коэффициент, а полученное значение сравнивать с имеющимися в кадре для исключения повтора цветности. Технически указанное может быть произведено ЭВМ при наличии дополнительных блоков сравнения. С точки зрения реализации способа важно лишь проведение замены с указанными выше параметрами. В зависимости от выбранного режима работы с помощью специального временного блока задают периодичность процесса, частота которого составляет от 0,001 до 25 Гц, причем общее время замены должно не менее, чем в 3 раза превышать время воспроизведения реального изображения. Конкретные параметры могут быть установлены непосредственно пользователем ЭВМ. Исходя из задания, в процессе реализации способа, ЭВМ управляет терминалом и обеспечивает периодическую замену реального цветного изображения на синтезированное с более узким спектром частот. Процесс замены и восстановления изображения проходит автоматически, но пользователь ЭВМ всегда может остановить на определенное время реализацию способа или изменить параметры цикла. При высокой частоте цикла синтеза, соизмеримой с частотой кадровой развертки, с учетом особенностей восприятия образов, возможно мигание яркости и цвета, что также может способствовать улучшению восприятия изображения и отдельных элементов. Для демонстрации в этом случае реального изображения возможна периодическая приостановка реализации способа или изменение частоты циклов.

Из других вариантов реализации данного способа следует отметить возможность ограничения синтезируемого излучения только диапазоном волн 580^oC610 нм (желто-оранжевая область); ограничение всего рабочего диапазона длинами волн 510^oC710 нм; управление цветностью только за счет изменения интенсивности и яркости управляющего сигнала, соответствующего синему цвету, аналогично ручной регулировке яркости и цветности в известных видеотерминалах. Аналогичные действия могут быть осуществлены в цветных телевизорах, снабженных микро-ЭВМ, или подключенных к ЭВМ.

В целом, наличие управляющих ЭВМ дает возможность и более точного подбора цветных, контрастных, тональных и яркостных характеристик цветного изображения на дисплее для коррекции оптико-хроматических недостатков зрения близоруких. Но основным является именно указанный выше диапазон характеристик, рекомендуемый всем лицам, склонным к близорукости. Эти параметрические характеристики спектрального состава, видности, яркости и контраста цветного изображения позволяют стабилизировать, приостановить процесс развития близорукости, а в отдельных случаях и улучшить зрение. Они разработаны на основе данных по оптико-физиологическим особенностям близорукого глаза, характеристик основных цветообразующих лучей видеотерминала, и особенно синего (управляющего) цвета, а также эффектов субъективного восприятия хроматических лучей разной длины волны, различий и сопрягаемости контрастных и дополнительных цветов, степеней поглощения хроматических лучей сетчаткой глаза человека. В частности, установлено, что крайне нежелателен сине-голубой фон для черных текстовых символов и для белых. Его целесообразно заменять на желтый, зеленоватый, оранжевый. При этом из хроматического изображения текста или рисунка будут исключены те коротковолновые участки спектра, которые в близоруких глазах не обеспечивают четкой фокусировки изображения символов на сетчатке глаза, и заменены тонами, обеспечивающими лучшую четкость и фокусировку.

Данный способ предполагает активное участие пользователя ЭВМ в процессе регулировки, но при постоянном наличии рекомендаций, связанных с конкретной степенью миопии (желательно до 3 дптр), отсутствии явных симптомов пребиобии ("старческой дальнозоркости"). Собственные экспериментальные данные, полученные на 19 испытуемых, показали, например, что точный рассчитанный сдвиг цвета воспринимаемого символа в оранжево-желтую часть спектра с доминирующей длиной волны в 590 нм (экспериментальный режим) улучшает зрительную работоспособность по показателям продуктивности зрительной работы (по Вестону) и ахроматической адиспарометрии в сравнении с обычными условиями. Развитие близорукости в среднем у профессиональных программистов практически приостанавливается, имеют место случаи и улучшения зрения. Однако в целом можно говорить именно о профилактике, а не о лечении близорукости. Условием этого и является применение данного способа в значительные периоды времени работы, составляющие более 50-75% от общего времени работы на дисплеи. Особенность рабочего места и яркость свечения также взаимно связаны, что известно из указанной литературы. Однако применительно к профилактике близорукости и учету фактора цветности эти параметры должны быть также регламентированы и уточнены.

Этим не исчерпывается особенность данного метода. Известно, что любая длительная работа с большим напряжением глаз на расстоянии чтения приводит к феномену так называемой "ложной близорукости" ("псевдомиопии") из-за спазма аккомодации. В частности установлено, что работа с видеотерминалами вызывает к концу рабочего дня временную миопизацию у 42% операторов ЭВМ [4] Предлагаемый способ может быть применен, в этой связи, и в отношении пользователей ЭВМ с нормальным зрением, но после длительного, более 2-5 часов напряженного труда.

Таким образом, предлагаемый способ будет способствовать улучшению зрительной работоспособности и профилактике близорукости у широкого круга лиц, использующих персональную и другие ЭВМ, то есть в массовом масштабе. Его применение позволит снизить число оперативных ошибок, вызванных зрительным утомлением, уменьшить степень напряженности аккомодации и, главное, препятствовать развитию прогрессирующей близорукости.

Изобретение относится к области медицины и охраны труда, а точнее - к профилактике близорукости у пользователей цветными видеотерминалами, преимущественно, ЭВМ. Изобретение направлено на улучшение условий труда и профилактику близорукости, связанную с применением цветных дисплеев ЭВМ. Способ согласно изобретению включает установленные яркости экрана цветного дисплея в пределах 30^oC250 кд/м², регулировку освещенности рабочего места в пределах 100^oC500 лк, ограничение времени непрерывной работы у экрана. Основной особенностью данного способа является периодическое искусственное синтезирование реального цветного изображения, которое осуществляют в рабочем диапазоне с длиной волны 380^oC770 нм, путем выявления и периодического исключения части спектра светового излучения в диапазоне волн 380^oC510 нм, что соответствует сине-голубым и фиолетовым тонам, с заменой на излучение с иной длиной волн, отсутствующих в реальном изображении. При этом общее время замены и синтеза изображения не менее чем в 3 раза превышает время воспроизведения полного цветного изображения. Возможная частота циклов исключения-восстановления составляет от 0,001 до 25 гц, но не выше частоты кадровой развертки дисплея. Целесообразна замена указанного диапазона излучением с длиной волн в интервале 510-^oC710 нм или 580^oC610 нм. Периодическое восстановление реального цветного изображения обеспечивает его сохранение и возможность перехода к обычному режиму работу с ЭВМ. Актуальность предложенного способа связана с большим масштабом применения ЭВМ и напряженностью зрения у программистов при длительной работе. 3 з.п. ф-лы.

1 1. Способ профилактики близорукости у пользователей ЭВМ, включающий установление яркости экрана цветного дисплея ЭВМ, ограничение времени непрерывной работы у экрана и регулировку освещенности рабочего места, отличающийся тем, что в процессе воспроизведения цветного изображения, которое осуществляют в диапазоне видимого светового излучения с длиной волны 380 770 нм, при освещенности рабочего места в пределах 100 500 лк и яркости свечения экрана дисплея в пределах 30 250 кд/м<M^>2<D>, периодически с заданным интервалом времени определяют присутствие светового излучения в диапазоне волн 380 510 нм и при наличии во воспроизводимом спектре указанного светового излучения автоматически заменяют его на излучение с иными длинами волн, затем восстанавливают исходное реальное цветовое изображение на заданное время и вновь исключают при повторе цикла, причем общее время замены не менее, чем в 3 раза превышает время воспроизведения полного цветового спектра изображения.2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исключаемый спектральный диапазон заменяют излучением с длиной волн в интервале 580 610 нм.2 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исключение и замену части воспроизведимого спектра изображения производят путем постоянного выявления управляющих сигналов, вызывающих излучение экрана в диапазоне 380 510 нм и снижения интенсивности и яркости управляющего сигнала, соответствующего синему цвету.2 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту циклов исключения восстановления спектра изображения устанавливают в диапазоне 0,001 25 Гц, но не выше частоты кадровой развертки дисплея, а рабочий диапазон светового излучения ограничивают длинами волн в диапазоне 510 710 нм.