Устройство измерения углов поворота глаза Советский патент 1988 года по МПК A61B3/10 

.14 7, корректировочного рего элемента парного источника Ю, калибровочных реперных источников 1 1-1-1 1-г4, размещенных на экране 9. Электронный блок состоит из последовательно соединенных блока преобразования 13, блока коррекции 14, блока обработки 15 и блока управления 16, Устройство работает следующим образом.Центрально расположенный на экране 9 корректировочный реперный источник 10 через спектроделители 12 и 5, размещенные под углом 45 к оптической оси, проецирует в глаз излучение-в красном видимом диапазоне из бесконечно удаленной точки, ориентируя глаз вдоль оптической оси.ИК-излуче- ние от источника 4 отражается дважды

1

от спектроделителя 5 и через оптическую систему 6 попадает на пози- ционно-чувствительный элемент 7, за- .тем в электронный блок 3, на выходе , которого возникает сигнал, пропорциональный углу поворота глаза. Перед ; началом измерений проводится индивидуальная масштабная калибровка путем поочередного включения от блока управления 16 калибровочных реперных источников 11-1 - 11-4 и записи в блок обработки 15 коэффициентов, ха- рактеризующих индивидуальные особен- ностн глазного яблока пациента, в результате чего повышается точность определения углов поворота глаза при дальнейшей работе устройства. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к меди цинской технике. Целью изобретения является повьппение точности за счет осуществления масштабной калибровки. Устройство содержит датчик 1 , состоящий из источника ИК-излучения 4, спектроделителей 5 и 12, оптической системы 6, позиционно-чувствительно(Л с Й1 00 00 Од со

1

Изобретение относится к медицинской технике, к технике эргономически и психологических исследований зри- тельного восприятия информации.

Цель изобретения - повышение точности за счет применения масштабной калибровки.

На фиг.1 представлена оптическая схема датчика и структурная схема устройства; на фиг.2 - блок-схема электронного блока; на фиг.З - вариант оптической схемы датчика; на фиг.4 и 5 - структурная схема электронного блока.

Устройство измерения углов поворота глаза (УПГ) состоит из датчика 1, размещенного на раме 2 и установленного .на голове оператора, и электронного блока 3. Датчик 1 содержит основной источник 4 света ИК-диапа- зона, спектроделитель 5, оптическую систему (ОС) 6, позиционно-чувстви- тельный элемент (ПЧЭ) 1, блок 8 калибровочных реперных источников, сое тоящий из экрана 9, в центре которог размещен корректировочный реперный источник 10, относительно которого крестообразно в вертикальной и горизонтальной плоскостях расположены четыре калибров.очных реперных источника- 11, и спектроделителя 12, плоскость которого расположена под углом

45 к оптической оси оптической системы. Электронный блок содержит последовательно соединенные блок 13 преобразования, блок 14 коррекции, i блок 15 обработки, блок 16 управления .

Блок 14 коррекции содержит блоки 17 и 18 памяти, соединенные соответственно с блоками 19 и 20 вычитания, к которым подключен блок 21 сигнализации, .а блок ..15 обработки состоит из двух идентичных каналов 22 и 23 масштабной калибровки, каждый из которых содержит последовательно сое- диненые блок 24 деления, блок 25 памяти, блок 26 усреднения, блок 27 памяти и блок 28 уставки, подключен-. ный к блоку 24 деления, а выходы каналов 22 и 23 масштабной калибровки подключены к блоку 29 вычисления УПГ. Блок 16 управления включает анализаторы 30 и 31 скорости изменения УПГ подключенные через элемент И 32 к коммутатору 33,.к которому подсоединены ключевое устройство 34, генератор 35 инфразвуковой частоты, таймер 36, элементы ИЛИ 37 и 38, линии 39-44 задержки, дифференцирующая цепь Л5. Блок 29 вьгчнс.пения УПГ содержит последовательно соединенные блок 46 деления, квадратор 47, делитель 48 на два, блок 49 вычнтяния, блок 50

умножения, блок 51 деления, а также задатчик 52 1.

Блок 8 калибровочных реперных источников может быть вьшолнен по варианту на фиг.З, где относительно корректировочного реперного источника 53, ось которого совмещена с оптической осью ОС 6, расположены крестообразно и равноудаленно под углом от него калибровочные реперные источники 54-57, каждый из которых состоит из оптического узла 58, экрана 59 с отверстием в центре, излучателя 60, корпуса 61.

Устройство работает следующим образом.

Работа устройства состоит из этапов формирования блика на роговице глаз от основного источника 4, автоматического определения посредством блока 13 преобразования координат изображения блика на ПЧЭ 7, формируемого ОС 6,автоматической индивидуальной масштабной калибровки перемещений - 25 Затем по команде с блока 16 управлеизображения блика на ПЧЭ 7 посредством калибровочных реперных источников (РИ) 11 (54-57),блоков обработки 15 и управления 16, полуавтоматической коррекции нуля при смещениях датчика на голове с помощью корректировочных РИ 10 (53), блоков коррекции 14 и управления 16 и непрерьшной выдачи значений УПГ в процессе зрительной деятельности оператора.

Глаз оператора облучается пучком от источника 4 света ИК-диапазона, отряженным от спектроделителя 5, пропускающего большую часть видимого света и отражающего большую часть ИК-составляющей потока. Поток, отраженный от роговицы, вновь отражается спектроделителем 5 и воспринимается ОС 6, которая формирует на ПЧЭ 7 изображение роговичного блика, перемещающегося по чувствительной по- верхности ПЧЭ 7 при поворотах глаза вследствие эксцентричности роговицы относительно глазного яблока. Блок 1 преобразования непрерывно преобразует значения координат изображения блика на ПЧЭ 7 в пропорциональные электрические сигналы X и Y, связанные функциональной, например линейной, Зависимостью с величинами УПГ ср и 0 .

Определение значений УПГ требует предварительного проведения индивидуальной масштабной калибровки ввиду

0

5

различий геометрических характеристик глаз у разных людей. Калибровка осуществляется при поочередном включении корректировочного РИ 10 (53) и калибровочных РИ 11 (54-57), воспринимаемых оператором под определенным эталонным углом (f относительно оси ОС 6 (оси корректировочного РИ 10 (53). При калибровке по команде с блока 16 управления включается корректировочный РИ 10 (53).

Оператор фиксирует на нем взгяд, а блок преобразования 13 выдает соответствующие нулевые координаты блика на ПЧЭ 4:хд и УО. Блок 16 управления, содержащий анализаторы 30 и 31 скорости изменения УПГ, дает команду на запись величин х, и Уо в блоки 17 и 18 памяти блока 14 коррекции в момент фиксации оператором РИ 10 (53),т.е. когда скорость изменения УПГ становится меньше некоторой величины, например 0,5 град./с.

ния поочередно включаются горизонтальные и вертикальные калибровочные РИ 11-1...П-4 (54-57) i При поочередной фиксации на них взгляда оператора блоки 30 19 и 20 вычитания выдают соответствующие сигналы приращений:

4х, X,

- X,

U. X X

м-г

- X

&У, UYi

У -5М-4

S-0

Уо;

Уо

В момент фиксации взгляда на каждом калибровочном РИ анализаторы 30 и 31 скорости изменения УПГ блока 16 управления выдают последовательно две команды: Разрешение деления блоку 24 деления соответствующего канала 22 или 23 калибровки ,при этом выполняется деление с определением частных коэффициентов масштаба

0

К,

К,

5 -- -

их,

4 о

AlL

0

к ;

к

ЛХ1 ,

ч-о

Л21

Чо

где с, - сигнал, соответствующий

фиксированному калибровочному углу на вькоде блока 28 уставки.

и Запись в один из двух элементен блоков 25 памяти соответствующего канала 22 или 23 масштабной калибров ки, при этом происходит запись величии К , к, К, Kj в зависимости от того, какой из РИ П-1...11-4 (54- 57) включен в данньй момент. После того, как имело место последовательное включение горизонтальных или вер тикальных пар корректировочных РИ и фиксация на них взгляда, блок 16 управления выдает последовательно две команды: Разрешение усреднения, при этом в блоках 26 усреднения соответствующих каналов 22 (23) масштабной калибровки определяются индивидуальные масштабные коэффициенты

,1г

к; к :

и к

K.

И Запись (после Сброса) значений К;, и К в выходные блоки 27 памяти соответствующего канала 22(23) масштабной калибровк.

На этом процесс калибровки заканчивается. Измерение величин УПГ данного оператора в процессе его зрительной деятельности осуществляется посредством блока 29 вычисления УПГ по величинам ранее определенных ин- дивидуальных масштабных коэффициентов К и KU и текущих значений приращений координат изображения блика на ПЧЭ 7, например, как

to ЛХ и 0 UZчл и D „

К,(1- -|-) П

их

(или, иногда,вида с; -;;

и 0 ).

Электронный блок ос}га1ествляет также периодическую коррекцию ошибки измерения, обусловленной смещениями датчика на голове оператора, посредством корректировочного РИ 10 (53), блока 16 управления и блока 14 кор-; рекции. Таймер 36 блока 16 управления периодически, например с интервалом 3 мин, включает корректировочные РИ 10 (53) . Оператор фиксирует на нем взгляд,и блок 13 преобразования выдает новые нулевые значения координат х и у,,, которые фиксируются в блоках 17 и 18 памяти по команде от анализатора 30 или 31 скорости изменения УПГ блока

386916

16 управления. Все дальнейшие измерения приращений координат блика для определения УПГ осуществляются отно- сительно этих значений х и у в блоках 19 и 20:вычитания. Блок 21 сигнализации дает сигнал о необходимости механической подстройки датчика 1 при значительных смещениях его 10 на голове.

Отличие одного варианта блока 8 корректировочных источников от другого связано лишь с построением ре- перных источников. В обоих вариантах

15 реперные источники, задаваемые под фиксированными эталонными углами, формируются как мнимые увеличенные изображения излучателей, удаленные от глаза оператора на расстояние наи20 лучшей аккомодации. В первом варианте мнимые изображения РИ обеспечиваются посредством той же ОС 6, кроме того, основной функции формирования изображения блока на ПЧЭ 7 при25 дана дополнительная функция формирования изображений РИ. Для этого плоскость экрана 9 с отверстиями, за которыми расположены излучатели 11- 1...П-4, удалена от задней главной

30 плоскости ОС 6 на расстояние, меньшее, чем фокусное этой ОС 6, и составляющееI

35

a .-f

а )

а + f

где а - расстояние от задней главной плоскости ОС 6 до мнимого изображения плоскости экрана;

f - фокусное расстояние ОС 6.

Конструктивно это обеспечено с помощью спектроделителя 12, пропускающего ИК-составляющую,: отражающего видимую часть спектра и расположенного в основном оптическом .тракте датчика между ОС 6 и ПЧЭ 7. При этом благодаря спектроделителю 12 ось корректировочного РИ 10 опт1-гчески совмещена с осью ОС 6, а периферические

отверстия в экране удалены от центрального каждое на расстояние

b iUislltgc;, a /f 1

где Н - расстояние от роговицы глаза до передней главной плоскости ОС 6 (обычно 120 мм);

7 (--фиксированный эталонный

6 отдельными конструктивными узла- ю и блок сигнализации, при этом датчик

состоит из основного источника света ИК-диапазона, спектроделителя, оптической систеьсы, позиционно-чувст- вительного элемента, подключенного

угол масштабной калибровки.

Целесообрлзно tfg выбирать в пределах 7-9, а величина (Н+а ) должна быть не менее 250 мм для наилучгаей аккомодации глаза.

Во втором варианте калибровочные РИ 54-57 выполнены независимыми от ОС

ми, каждый из которых формирует мни-. мое изображение излучателя посредством своего собственного оптического узла. Для того, чтобы оператор при калибровке мог видеть каждый калибровочный РИ 54-57 под заданным эталонным углом срд , оси .этих РИ образуют угол cpjj с осью корректировочного РИ 53 и осью ОС 6, причем оси калибровочных РИ пересекаются с осью ОС 6 и осью корректировочного РИ 53 в тачке, оптически сопряженной ОС 6 с центром ПЧЭ 7. Для задания необходимого калибровочного угла реперные источники во втором варианте располагаются так, что расстояние от центра - оптического узла каждого калибровочного РИ 54-57 до оси корректировочного РИ 53 определяется как

h P.sinCf,,

где Р - расстояние от оптического узла РИ до точки, сопряженной с центром ПЧЭ 7 через ось 6. Экраны РИ удалены от соответствующих оптических узлов на расстояние

- . f

закрепленный на раме, и электронный блок, включающий в себя блок управления с коммутатором, подключенный к последовательно соединенным блоку преобразования и блоку коррекции, содержащему два блока памяти с ключевыми устройствами, соединенные соответственно с двумя блоками вычитания.

15

20

а

к блоку преобразования и корректи- . ровочного реперного источника, соединенного с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет осуществ- . ления масштабной калибровки, оно снабжено блоком обработки и блоком калибровочных реперных источников, содержащим четыре источника света, экран и второй спектроделитель, уста25 новленный между оптической системой и позиционно-чувствительным элементом, его плоскость параллельна плоскости первого спектроделителя, причем корректировочный реперный источ30 Ник расположен на оптической оси второго спектроделителя, а четыре источника света размещены на плоском экране крестообразно и равноудаленно относительно корректировочного репер25 кого источника и подключены к блоку управления, который соединен с блоком обработки.

Во втором варианте для правильной аккомодации глаза также соблюдено условие (а -I- Р) 250 мм.

Устройство позволяет повысить точность измерения углов поворота глаза за счет того, что оно обладает новой функцией - осуществляет масштабную калибровку. Формула и

зобретения

- ю и блок сигнализации, при этом датчик

4386918

закрепленный на раме, и электронный блок, включающий в себя блок управления с коммутатором, подключенный к последовательно соединенным блоку преобразования и блоку коррекции, содержащему два блока памяти с ключевыми устройствами, соединенные соответственно с двумя блоками вычитания.

к блоку преобразования и корректи- . ровочного реперного источника, соединенного с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет осуществ- . ления масштабной калибровки, оно снабжено блоком обработки и блоком калибровочных реперных источников, содержащим четыре источника света, экран и второй спектроделитель, установленный между оптической системой и позиционно-чувствительным элементом, его плоскость параллельна плоскости первого спектроделителя, причем корректировочный реперный источНик расположен на оптической оси второго спектроделителя, а четыре источника света размещены на плоском экране крестообразно и равноудаленно относительно корректировочного реперкого источника и подключены к блоку управления, который соединен с блоком обработки.

группы коммутатора с корректировоч ным реперным источником, а первый и второй входы подключены соответственно к генератору инфранизкой частоты, входу третьей группы коммутатора и к таймеру, при этом второй выход третьей группы коммутатора соединен с корректировочным реперным источником, а третий - шестой выходы соединены соответственно с первым - четвертым калибровочными реперными источниками, а выходы блока Сброс, / Запись соединены с соответствующими входами блока обработки.

unn ист

32/

/J

л

г

w

Розреа е «feftf- Л5 / 1канал

%

IWsfyu/eMff вале .2Ч Л канал

- Л Л«иА7Л/Л1

/лвиви iAenfitt Г у1катл Ра реишл тнвл yfpednwi/

С Врос Запись

соединенных с блоком вычисления угла поворота глаза, причем каждый из каналов масштабной калибровки состоит из последовательно соединенных блока деления, третьего блока памяти, блока усреднения, четвертого блка памяти,

4, Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок калировочных реперных источников выполнен в виде четырех калибровочных реперных источников, расположенных крестообразно и равноудаленно от оптической оси и размещенных под углом к ней, причем каждый из калибровочных реперных источников состоит из излучателя, экрана с отверстием, оптического узла.

HmSHyinm т-элгмент

PBspeuieim i$ чреднения отБУ

П

Кх

lyQHOA

1бШШ

2S

So№Xbm

23

Окапал

spaaewe т sy

S9 SI .

От SAOM /3 преобразование

У

Зопш8$лок те

С5рос Smol J7JB

Paspeu/eHia делена Аоку 2 канала 22

Запись 8 племен/а блока 25 канала 22

Запись 8о 2 й элемент лока г$ канала 22

Разрешение i/cpefffteHUff блока 2В канала 22

Разрешение деление блока 2ft канала 23

Запись в 1 U зле мент бАока 25 канала 23

Запись So 2-й племена 5мка 25 канала 23

Разрешение усреднения блока 26 канала 23

Of рос $локо§ 2Sii 27 каналов 22,23

Запись 5 5локи 27 каналов 22.23

д от Sma mwmffHtyt

29

f-15

lC.

Аж