Устройство для регистрации движения глаз

(191 (11) 1 ВЗОО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТЕ(21) (22) (46) (72) (71) биоло тики егег гог гаЕ 1 п, -П, Р 2,тво 19ьГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 3296517/28-1328.05.8107.04.83. Бюл. 9 13М.И. Шиф и Е.В. ЕФимовОсобое конструкторское бюгической и медицинской ки(56) 11. Негсйап ОсиповЬапйэ-оййф рапй 1 пу апйБрасе Аегойачг 1 сэ. 196р, 92-95.2. Авторское свидетельсМ 891063, кл. А 61 В 3/00, (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ, содержащее оптически .связанные осветитель, оптический блок, передающую телевизионную труб,ку, сигнальный выход которой соединен через узел Фиксации видеоимпул сов рефлекса и узел Формирования. поисковой развертки с первым входом элемента И, а также генератор опорной частоты, подключенный к первым входам первого и второго координатных счетчиков, соединенных соответственно через первый и второй преобразователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной ;трубки, первый 85 -триггер, триггер знака, первый и второй выходы которого соединены с вторыми и третьими входами первого и второго координатных счетчиков, первый и.второй регистры, счетчик узла синхронизации, соединенный через дешифратор нулевого состояния с входом триггера коор. динат первый и второй выходы ко рого соединены с четвертыии вхо первого и второго координатных с чиков соответственно, кроме. того, . первый выход триггера координат через дифференцирующую цепь соединен с первыми входами первого и второго ;регистров, а четвертый выход первого координатного счетчика через элемент И соединен с пятым входом второго координатного счетчика, О тл и-. ч а ю щ е е с я тем, что, с целью :повышения точности измерения направления взгляда оператора при смещениях его головы относительно оптического приемного блока, оно содержит узел Фиксации видеоимпульса зрачка инвертор, второй и третий К 5 -триггеры, первый и второй реверсивные счетчики, а счетчик узла синхрониза-ции также выполнен реверсивным, причем вход узла Фиксации видеоимпульса зрачка соединен с входом ,узла фиксации видеоимпульсов рефлексов, а первый выход - с входом 5 второго триггера и через . Ф йнвертор - с входом Н первого триг,гера, первый выход которого подключе к суммирующему входу счетчика узла синхронизации и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, суммирующие эходы которых подключены к выходу второго триггера, а выходы - к первому и второму регистрам соответственно, входы син" хронизации обоих реверсивнь(х счетчи ков и счетчика узла синхронизацииподключены к выходу генератора опорной частоты, выход дешифратора нулевого состояния соединенс выходом третьего триггера, выход которого. подключен к вычитающему входу счетчика.узла.синхронизации, второй выход первого ЙЬ -триггера соединен с 5 -входами третьего триггера и триггера знака.Устройство относится к медицинской технике и может быть использовано для исследования зрительнойдеятельности оператора.Известно устройство для исследования движений глаз, содержащее ос.ветитель и оптический приемный блокдля формирования изображений роговичного рефлекса и зрачка глаза,передающую телевизионную трубку иэлектронный блок, осуществляющийизмерение отрезка между центрами.рефлекса и зрачка 11,Однако известное устройство необеспечивает выхода информации вцифровой форме и имеет невысокуюточность, что свойственно аналоговымустройствам.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для регистрации движенийглаз 21, которое измеряет координаты иэображения роговичного рефлексаи содержит осветитель, оптическийприемный блок, передающую телевизионную трубу с отклоняющей системой,генератор опорной частоты, цифроаналоговый блок развертки с двумяреверсивными координатными счетчика"ми и преобразователями код-ток, блокпамяти, видеоблок с узлом фиксациивидеоимпульсов роговичного рефлексаи блок управления сканированием сузлом формирования поисковой развертки в виде реле времени и с узломформирования следящей развертки, содержащим первый ВЬ -триггер, триггерзнака, триггер координат и узелсинхронизации в виде счетчика с дешифратором,Известное устройство обеспечиваетпоиск прогрессивным растром и слежение крестообраэнь 1 м микрорастромэа положением изображения роговичного реФлекса с запойинанием обеихкоординат его центра.Известное устройство характеризуется высокими точностью и быстродействием, но чувствительно к смеще"ниям головы наблюдателя относительнооптического датчика, что приводитк большой величине ошибки, вносимойй результат измерения сдвигами головью и составляющей около 10 градусовна.миллиметр сдвига. Для снижения,величины этой ошибки фиксацируют голову относительнО датчика, например,посредством индивидуального зубногослепка, нарушая этим естественныеусловия функционирования оператора.Это свойства известного устройствасвязано с существом метода рогдвичного рефлекса, лежащим в его основе,при котором измеряются именно абсолютные значения координат рефлексана глазе относительно датчика. Ввидуэтого устройство не в состоянии различить смещение рефлекса при поворотах глаза, составляющие, к. : известно, О, 1 мм/град., от смещенийрефлекса при сдвигах головы оператора.Цель изобретения - повышение точности измерения направления взглядаоператора при смещениях его головыотносительно сптического приемногоблока.Цель достигается тем, что в уст О ройство для регистрации движенийглаз, содержащее оптически связанныеосветитель, оптический блок, передающую телевизионную трубку, сигналь. ный выход которого соединен через 15 узел фиксации видеоимпульсов, рефлексов и узел Формирования поисковойРазвертки - с первым входом элемента И, а также генератор опорной частоты, подключенный к первым входам р первого и второго координатных счетчиков, соединенных соответственночерез.первый и второй преобразователи код-ток с отклоняющей системойпередающей телевизионной трубки, пер вый КЬ -триггер, триггер знака, первый и второй выходы которого соединены со вторыми и третьими входамипервого и второго координатных счетчиков, первый и второй регистры,счетчик узла синхронизации, соединенный через дешифратор нулевогосостояния с входом триггера координат, первый и второй выходы которого.соединены с четвертыми входами первого и второго координатных счетчиков соответственно, кроме того, первый выход триггера координат черездифференцирующую цепь соединен с первыми входами первого и второго регястров, а четвертый выход первого 40 координатного счетчика через элементИ соединен с пятым входом второгокоординатного счетчика, дополнительно введены узел фиксации видеоимпульса зрачка, инвертор, второй и третий 45 15-триггеры, первый и второй реверсивные счетчики, а счетчик узласинхронизации также выполнен реверсивным, причем вход узла Фиксациивидеоимпульса зрачка соединен со 5 О входом узла фиксации видеоимпульсоврефлексов, а первый выход - с входом б второго триггера и через инвертор - с входом К первого триггера,первый выход которого подключен ксуммирующему входу счетчика узаасинхронизации и вычитающим входампервого и второго реверсивных счетчиков, суммирующие входы которыхподключены к выходу второго триггера,а выходы - к первому и второму регист О рам соответственно, входы синхронизации обоих реверсивных счетчиков исчетчика узла синхронизации подключены к выходу генератора опорнойчастоты, выход дешифратора нулевого 65 состояния соединен с выходом Я третьУзел 20 Фиксации. видеоимпульсазрачка (например, пороговая схема) Формирует прямоугольный импульс, имеющий ширину видеоимпульса зрачка на заданном пороговом уровне (интервал 1, 1 з на фиг.3). Передний Фронт видеоимпульса зрачка устанавливает к 5-триггер 22 в единичное состояние.При этом на входах разрешения пря,мого счета Р + обоих счетчиков 24 и 25 арифметического блока устанаВ- ливается единичный сигнал. Ка входеразрешения счета Р, .единичный сигнал 60 имеет место только у счетчика 24координаты Х. Поэтому в счетчике 24 в процессе развертки накапливается число я , пропорционавьиое отрезку аЬот одного края зрачка до центра 65 рефлекса,его триггера, выход которого подключен к вычитающему входу счетчика узла синхронизации, второй выход первого Й 5 -триггера соединен с-входами третьего триггера и триггера знака.На фиг. 1 дана структурная схема устройства; на фнг.2 - траектория движения сканирующей опертуры; на Фиг.3 - видеосигналы зрачка и рефлекса на выходе передающей трубки..Устройство для регистрации движений глаз содержит оптически связанные осветитель 1, оптический блок 2, передающую телевизионную трубку 3,. сигнальный выход которой послецовательно соединен со входом узла 4 фиксации видеоимпульсов рефлекса, узлом 5 формирования поисковой развертки и первым входом элемента И б, а также, :генератор 7 опорной частоты, подключенный к первым входам первого 8 и второго 9 координатных счетчиков, соединенных соответственно через первый 10 и второй 11 преобразователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной труб.ки 3, первый Р 5 -триггер 12, триггер 13 знака, первый и второй выходы которого соединены со вторыми и третьими входами первого 8 и второго .9 координатных счетчиков,. первый 14 и второй 15 регистры, счетчик 16 узла синхронизации, соединенный через дешифратор 17 нулевого состояния с входом триггера 18 координат, первый и второй выходы которого соедииены с четвертыми входами первого 8 и: второго 9 координатных счетчиков соответственно, кроме того, первый выход триггера 18 координат через дифференцирующую цепь 19 соединен с первыми входами первого 14 и вто.рого 15 регистров, а четвертый выход первого координатного счетчика 8 через элемент И 6 соединен с пятым входом второго координатного счетчика Эа также 1 узел фиксации видео- импульса зрачка 20, инвертор 21, второй 22 и третий 23 ЙЬ -триггеры,первый 24 и второй 25 реверсивныесчетчики, а счетчик узласинхрониза" ции 16 также выполнен реверсивным, причем вход узла 20 Фиксации видеЬ- импульса зрачка соединен с входомузла 4 Фиксации видеоимпульсов рефлексев, а первый выход - с входомЬ второго триггера 22 и через инвертор. 21 - с входом К первого триггера12, первый выход которого подключен к суммирующему входу счетчика узласинхронизации 16 и вычитающим входам первого 24 и второго 25 реверсивных счетчиков, суькирующие входы которыхподкарчены к выходу второго триггера 22, а выходы - к первому 14 и. второ"му 15 регистрам соответственно,входы синхронизации обоих реверсивных счетчиков 24, 25 и счетчика 16 узласинхронизации подключены к выходугенератора 7 опорной частоты, выходдешифратора 17 нулевого состояниясоединен с входом к третьего трнгге ра 23, вы.,од которого подключен квычитающему входу счетчика 16 узласинхронизации, .второй выход первогоВЬ-триггера соединен с б -входамитретьего триггера 23 и триггера 13 10 знака.Устройство работает следующимобразом.Поток лучистой энергии осветителя 1 (фиг.1), отраженный от роговицыи от етчатки глаза, фокусируетсяоптическим блоком 2 на входном торце трубки 3 в виде яркого кружка(изображение светящегося зрачка)и световой тбчки на его Фоне иэображение,роговичного реФлекса). Таккак после включения системысканирующая апертура находится в некотором случайном положении, то наиболеевероятно, что видеосигнал от рефлекса отсутствует. Тогда через определенное время срабатывает реле времениузла 5 формирования поисковой развертки, связывая через элемент б обакоординатных счетчика 8 и 9 последовательно и, одновременно, передним Э 0 фронтом сбрасывая в нулевое состоя"ние все триггеры, счетчики 24, 25и регистры 14, 15 (линии сброса насхеме не показаны). При этом обасчетчика обеспечивают через преобра" 35 зователь код-ток 10 и 11, разверткуквадратным поисковым растром всегорабочего поля трубки 3 (фиг.2), гдебольшой круг изображает зрачок гааза,а маленький - роговичный рефлекс, 40 спроектированные на фотоприемник.При измерении рефлекс всегда долженнаходиться внутри эрачкового круга,что ограничивает диапазон измеряемых углов поворота глаз в пределах 45. 20-45 в зависимости от диаметразрачка.1После того, как в процессе поисковой развертки сканирующая аперту"ра придет на уровень, пересекающийодновременно иэображения зрачка иреФлекса, на выходе трубки Э Формируется видеосигнал, показанный наФиг.Э. Узел фиксации видеоимпульсарефлекса 4 Формирует короткий импульс, совпадающий по времени с вершиной видеоимпульса рефлекса (мо:мент (1 на Фиг.3), кфторый устанавливает в исходное состояние узел 5формирования поисковой развертки,разъединяя координатные счетчики ипрекращая режим поиска.Кроме того, видеоимпульс рефлексас выхода узла фиксации 4 сбрасывает)5-триггер 22 и взводит Й -триггер12, Тем самым, во-первых, в реверсивном счетчике 24 начинается обрат"ный счет числа Й с одновременнымвычитанием его из ранее зафиксированного числа Й а во-вторых, начинается прямой счет в счетчике 16числа Яшагов развертки междуцентром рефлекса и другим краемзрачка (отрезок вс). В момент окон-,чания видеоимпульса зрачка его задним Фронтом (через инвертор 21)сбрасывается триггер 12, прекраЩаясчет в арифметическом блоке, а такжеустанавливаются в единичное состояние Й 5 -триггер 23 и триггер 13знака, запирая узлы 4 и 20 по выходу.При этом одновременно начинаютсяобратное движение сканирующей апертуры и обратный счет в счетчике 16.Когда число в счетчике 16 уьиньшитсядо О, что соответствует возвратуапертуры до совпадения ее центрас центром. рефлекса (точка в на Фиг.2)сигнал с выхода деширратора 17 нуле,вого состояния переключает триггеркОординат 18. Теперь возвратное ,движение апертуры осуществляется по координате У до тех пор, пока на вт" ром выходе (незапертом) узла 20 Фин, сации видеоимпульса зрачка не сФормируется спадающий фронт видеоимпульса, который возвращает триггер 13знака в исходное состояние (точка Ф на фиг.2) открывая узлы 4 и 20. В результате вновь начинается движение сканирующей апертуры в положительном направлении развертки, но по координате У (по сб в на фиг.2), т.к; счетчик 8 блока развертки за". пе 2,сигналом триггера 18 координат, а счетчик 9 открыт При этом вновь Формируется видеоимпульс зрачка, который опять передним фронтом взводит триггер 22, разрешая этим прямой счет числа И в счетчике 25. При прохождении апертурой (по координате У) изображения рефлекса его видео- импульс с выхода узла 4 сбрасывает триггер 22 и взводит триггер 12. Вследствие этого . в счетчике 25 начинается вычитание числа Ч иэ ранее накопленного числа Н р, крометого, начинается прямой счет числаМ импульсов развертки в счетчике16, В момент окончания видеоимттульса зрачка (точка к на фиг.2) егозадним Фронтом (через инвертор 21)сбрасывается триггер 12, прекращаясчет в счетчике 25, а также устанавливается в единичное состояние триг гер 23 и триггер 13, запирая узлы4 и 20. При этом вновь начинаетсяобратный счет в счетчике 16 и обратное дзижение сканирующей апертурыпо координате У (по кв фиг.2). Как35 и в предыдущем полуцикле, когдачисло в счетчике 16 уменьшится до О,.сигнал с выхода дешифратора 17 переключает триггер 18 координат, чемсоздается сигнал на выходе дифферен О цирующей цепи 19 для перезаписи чисел из счетчиков 24 и 25 в регистры14 и 15 памяти. Далее обратное дви-жение апертуры уже продолжается покоординате Х .(по ва на фиг.2) (счет" 25 чик 8 заперт, счетчик 9 открыт) дотех пор, пока на втором (незапертом)выходе узла 20 Фиксации видеоимпульса зрачка не сформируется спадающийфронт видеоимпульса, возвращающий О триггер 13 знака в исходное состояние (точка а на фиг.2). Этим заканчивается один цикл слежения и измерения, в результате которого врегистрах 14 и 15 зафиксированыкоды, пропорциональные углам З 5 поворота глаза по обеим коорди"натам, Далее процесс непрерывноповторяется,В отличие от базового объекта 40 данное устройство позволяет повыситьточность измерения направления вэгля" да оператора при сдвигах его головы относительно оптического приемного блока и, тем самым, обеспечить 45 воэможность работы операторабез жесткой фиксации его головы, т,е. без нарушения естест,венных условий Функционирования .оператора.Испытания макета предлагаемогоустройства показали, что оно обеспе"чивает допустимые сдвиги головыоператора относительно датчика на+10 мм, При этом величина угловойошибки не превьзаает 0,05 градуса на1 мм сдвига головы, т.е. в 200 раэменьше, чем в известном устройстве.В известном устройстве подвижностьголовы относительно датчика ограни О чивается зубным слепком до 50-100ьекрон. Следовательно, диапазон смещений головы оператора в предлагаемом устройстве расширился в 100200 раэ беэ потери точности иэмере ния направления взгляда. диапазон.смевений головы ограничивается оптической системой и принципиально моает быть расширен Частота обновления инФормации составляет 800-100 Гц. Угловая среднеквадратичная оьибка преобразования не превышает 4 угл.ьщн.1009418 жраФюи ,дафУукч Составитель Б. Фигурин йфиц Техред М.Гергель Корректор Ю. Макаренко ч/5 ППП ф Патентф ф, г. Уагород, ул,Фили тная ТирааВНИИПИ ГосУДаРцо елам и113035, Москва,1венногоретени5, Рау Подписнокомитета СССРи открытийская наб., д. 4а