DD204822A3

DD204822A3 - DEVICE FOR MEASURING AND REGISTERING EYE MOVEMENTS

Info

Publication number: DD204822A3
Application number: DD23217481A
Authority: DD
Inventors: Ludwig Mueller; Wolfgang Beyer; Winfried Roesel
Original assignee: Ludwig Mueller; Wolfgang Beyer; Winfried Roesel
Priority date: 1981-07-29
Filing date: 1981-07-29
Publication date: 1983-12-07
Also published as: JPS5827541A; JPS6223569B2; CS267654B1; DE3226096A1; DE3226096C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur photoelektrischen Messung und zur Registrierung von willkuerlichen und unwillkuerlichen Augenbewegungen durch diffuse Bestrahlung des Auges mit IR-Licht. Sie findet insbesondere Anwendung im medizinischen Bereich zur Untersuchung der Gleichgewichtsorgane und der Augenbeweglichkeit sowie zur Bestimmung der Blickrichtung. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Nystagmographen bei Verwendung der herkoemmlichen Brillenform mit freiem Durchblick und unter Ausschluss von Fremdlichteinfluessen, der einen minimalen optomechanischen Aufwand, ein geringes Gewicht und eine hohe Messgenauigkeit aufweist. Es ist d. Aufgabe zu loesen, eine verbesserte Gesamtanordng. der Messeinrichtg., insbesondere d. Sende- u. Empfangselemente, zu schaffen. Das erfolgt, indem auf einem oder beiden Brillenglaesern die Sende- und Empfangselemente, die als Chips vorliegen, als Kreisring bzw. sternfoermig um die optische Achse des Auges angeordnet sind und ueber aufgebrachte Leiterbahnen und Anschlussleisten mit der Auswerteelektronik in elektrischer Verbindung stehen. Eine Behinderung des freien Durchblickes erfolgt wegen der Anordnung der Chips im Unschaerfebereich nicht.The invention relates to a device for photoelectric measurement and registration of voluntary and involuntary eye movements by diffuse irradiation of the eye with IR light. It finds particular application in the medical field for the study of the organs of balance and the mobility of the eyes and for the determination of the line of vision. The aim of the invention is to provide a nystagmograph when using the conventional spectacle shape with clear view and the exclusion of extraneous light influences, which has a minimal optomechanischen effort, a low weight and high accuracy. It is D. Task to solve, an improved overall arrangement. the Messeinrichtg., in particular d. Send u. Reception elements to create. This is done by the transmit and receive elements, which are present as chips, arranged as a circular ring or sternfoermig to the optical axis of the eye and are on an applied conductor tracks and terminal strips with the transmitter in electrical connection on one or both eyeglass lenses. A hindrance to the free view is not due to the arrangement of the chips in the blur area.

Description

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Title of the invention

Einrichtung zur Messung und Registrierung von AugenbewegungenDevice for measuring and registering eye movements

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur photoelektrischen Messung und zur Registrierung von willkürlichen und unwillkürlichen Augenbewegungen. Sie findet insbesondere Anwendung im medizinischen Bereich zur Untersuchung der Gleichgewichtsorgane und der Augenbeweglichkeit sowie zur Bestimmung der Blickrichtung.The invention relates to a device for photoelectric measurement and registration of voluntary and involuntary eye movements. It finds particular application in the medical field for the study of the organs of balance and the mobility of the eyes and for the determination of the line of vision.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Aussagen über Frequenz, Amplitude, Richtung und Dauer des Nystagmus gewinnen in der modernen Medizin immer größere Bedeutung. Damit werden an Einrichtungen zur Messung und Registrierung der Augenbewegungen solche Forderungen, wie geringes Gewicht ι schnelle und exakte Gewinnung der Meßdaten und universeller Einsatz gestellt. Die Messung erfolgt nach dem Verfahren der diffusen Bestrahlung des Auges mit IR-Licht, Das vom Auge reflektierte Licht gelangt auf einen optoelektronischen Empfänger. Dabei werden die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften von Iris und Sklera ausgenutzt. Characteristics of the known technical solutions Statements about frequency, amplitude, direction and duration of nystagmus are gaining in importance in modern medicine. Thus, such requirements as low weight ι fast and accurate recovery of the measured data and universal use are provided to facilities for the measurement and registration of eye movements. The measurement is carried out by the method of diffuse irradiation of the eye with IR light, The light reflected from the eye reaches an optoelectronic receiver. The different reflection properties of the iris and sclera are exploited.

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2äJUL 1981*9503292JUL 1981 * 950329

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In den Patentschriften US 3473868 und US 3689135 wird eine Lösung vorgestellt, "bei der das zu untersuchende Auge mit modulierter Infrarotstrahlung ausgeleuchtet wird. Der Empfang des reflektierten Signals erfolgt über ein Paar Empfänger, mit denen entweder die horizontale oder die vertikale Auslenkung des Auges registriert werden kann. Der Sender und die beiden Empfänger werden auf dem Brillenglas einer normalen Brille befestigt. Diese Anordnung bewirkt einen stark behinderten Durchblick und eine Justierung auf unterschiedliche Augenabstände ist nur schwer möglich. Störende Interferenzen können nicht ausgeschlossen werden. Weiterhin zeigt sich, daß durch die Verwendung des modulierten IR-Lichtes die Messung des momentanen Augenzustandes nicht möglich ist. Nach der Patentschrift US 4145122 wird ein Brillengesteil mit IR-verspiegelten Brillengläsern verwendet. Eine recht einfache und leichte Anordnung wird erzielt, indem das IR-Licht vom Sender auf das Brillenglas gestrahlt, von dort auf das Auge reflektiert, wieder zurückgestrahlt auf das Brillenglas und nun abermals vom Brillenglas auf das Empfängerelement reflektiert wird. Als entscheidender Nachteil zeigt sich der erheblich störende Einfluß des Außenlichtes. Weiterhin läßt sich keine hohe Linearität zwischen Auslenkung des Auges und Ausgangssignal erreichen. Die Herstellung des Empfängerelementes ist ökonomisch sehr aufwendig.The patent specifications US 3473868 and US 3689135 present a solution "in which the eye to be examined is illuminated with modulated infrared radiation." The reception of the reflected signal takes place via a pair of receivers with which either the horizontal or the vertical deflection of the eye are registered The transmitter and the two receivers are mounted on the spectacle lens of normal spectacles.This arrangement results in a greatly obstructed view and an adjustment to different eye distances is difficult possible.Users interfering interference can not be excluded It is not possible to measure the momentary state of the eye by modulating the IR light A pair of glasses with IR-mirrored lenses is used according to the patent US 4145122. A rather simple and easy arrangement is achieved by blasting the IR light from the transmitter onto the spectacle lens,from there reflected on the eye, again reflected back to the lens and now again from the lens to the receiver element is reflected. The decisive disadvantage is the considerably disturbing influence of the outside light. Furthermore, high linearity between deflection of the eye and output signal can not be achieved. The preparation of the receiver element is economically very expensive.

In der Erfindungsbeschreibung DD 60388 wird eine Einrichtung zum Messen und Registrieren der Augenbewegung unter Ausnutzung der günstigen Brillenform dargestellt. Zwei Beieuchtungsquellen strahlen direkt auf das Auge und der reflektierte Strahl gelangt auf eine Silizium-Zelle. Sender und Empfänger befinden sich in einer Bildwandlereinheit, die die Augenöffnung verschließt. Eine Messung des Nystagmus, unter der Bedingung des freien Durchblickes des zu untersuchenden Auges, ist somit nicht möglich. Weiterhin ergibt sich eine große Wärmebelastung für das Auge. Der Energieverbrauch und das Gewicht des Nystagmographen ist für eine operative Anordnung noch zu groß.In the description of the invention DD 60388 a device for measuring and registering the eye movement using the favorable spectacle shape is shown. Two sources of illumination radiate directly onto the eye and the reflected beam reaches a silicon cell. Transmitter and receiver are located in an imager unit that closes the eye opening. A measurement of the nystagmus, under the condition of the clear view of the eye to be examined, is therefore not possible. Furthermore, there is a large heat load on the eye. The energy consumption and weight of the nystagmograph is still too large for operative placement.

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Object of the invention

Es soll eine Einrichtung zur Messung und Registrierung von Augenbewegungen bei Verwendung der herkömmlichen Brillenform mit freiem Durchblick und unter Ausschluß von Fremdlichteinflüssen geschaffen werden, die einen minimalen optomechanischen Aufwand, ein geringes Gewicht und eine hohe Meßgenauigkeit aufweist.It is a device for measuring and registration of eye movements when using the conventional spectacle shape with clear view and exclusion of extraneous light to be created, which has a minimal optomechanischen effort, a low weight and high accuracy.

Herstellung des Wesens der Erl*ir.dang Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Gesamtanordnung der Meßeinrichtung, insbesondere der Sende- und Empfangselemente, zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung zur Messung und Registrierung von Augenbewegungen durch diffuse Bestrahlung des Auges mit IR-Licht, bestehend aus einem Brillengestell mit Brillengläsern, einer Auswerteelektronik, einem optoelektronischen Sender und einen optoelektronischen Empfänger, die beide als Chips vorliegen, auf eines der Brillengläser aufgebracht sind und über elektrische Leitungen mit der Auswert eelektronik in Verbindung stehen, dadurch gelöst, daß als optoelektronischer Sender eine Lumineszenzdiodenanordnung vorhanden ist, wobei mindestens zwei Lumineszenzdiodenchips auf einem Kreisrin/?; un; die optische Achse den Auges angeordnet sind und daß der optoelektronische !-inpfanger aus mindestens drei streifenförmigen Fototransistorelementen besteht, die sternförmig um die optische Achse des Auges angeordnet sind Preparation of the nature of Erl * ir.dang The invention has the object to provide an improved overall arrangement of the measuring device, in particular the transmitting and receiving elements. The object is achieved in a device for measuring and recording eye movements by diffuse irradiation of the eye with IR light, consisting of a spectacle frame with spectacle lenses, evaluation, an optoelectronic transmitter and an optoelectronic receiver, both of which are present as chips on one of Eyeglass lenses are applied and are connected via electrical lines with the evaluation electronic in conjunction, achieved in that a luminescence diode arrangement is provided as the optoelectronic transmitter, wherein at least two LED chips on a Kreisrin / ?; U.N; the optical axis are arranged in the eye and that the optoelectronic detector comprises at least three strip-shaped phototransistor elements which are arranged in a star shape around the optical axis of the eye

Dabei können die streifenförmigen Fototransistorelemente mindestens teilweise innerhalb des Kreisringes der Lumineszenzdiodenchips angeordnet sein. Zur gleichzeitigen Bestimmung der horizontalen und vertikalen Augenbewegung mit minimalem elektronischen Aufwand ist es vorteilhaft, vier streifenförmige Fototransistorelemente kreuzartig innerhalb des Kreisringes der Lumineszenzdiodenchips anzuordnen. Die In this case, the strip-shaped phototransistor elements can be arranged at least partially within the circular ring of the luminescence diode chips. For the simultaneous determination of the horizontal and vertical eye movement with minimal electronic effort, it is advantageous to arrange four strip-shaped phototransistor elements in a cruciform manner within the annulus of the LED chips. The

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jeweils gegenüberliegenden Fototransistorelemente werden in Differenz geschaltet. Die elektrischen Leitungen sind als Leiterbahnen auf dem Brillenglas ausgebildet. Am Brillengestell ist eine Anschiußleiste angebracht, die einen elektrischen Kontakt zur Auswerteelektronik herstellt. Ein Teil der Auswerteelektronik ist an einem Brillenbügel des Brillengestelles befestigt.Opposite each phototransistor elements are connected in difference. The electrical lines are formed as conductor tracks on the spectacle lens. On eyeglass frame Anschiußleiste is attached, which establishes an electrical contact to the transmitter. A part of the evaluation is attached to a temple of the spectacle frame.

Bei allen Ausführungsmöglichkeiten ist es zweckmäßig, wenn am Brillengestell ein Lichtschutz fest angebracht ist. Zur gleichzeitigen Untersuchung beider Augen weisen beide Brillengläser einen analogen Aufbau von optoelektronischem Sender und optoelektronischem Empfänger auf. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung des optoelektronischen Senders und. des optoelektronischen Empfängers das Gewicht der Einrichtung wesentlich sinkt und einen universellen Einsatz gestattet. Eine Messung des Nystagmus kann bei freiem Durchblick getrennt und gleichzeitig für beide Augen erfolgen. Dabei ist eine strenge Linearität zwischen Augenbewegung und Ausgangssignal und eine hohe Auflösung kennzeichnend. Fremdlichteinflusse können völlig ausgeschlossen werden. Durch die Anwendung von Streifenempfängerelementen wird der Einfluß der Lidform wesentlich herabgesetzt.In all embodiments, it is expedient if a light protection is firmly attached to the glasses frame. For the simultaneous examination of both eyes, both lenses have an analogue structure of optoelectronic transmitter and optoelectronic receiver. The advantage of the invention is that by the inventive arrangement of the optoelectronic transmitter and. the optoelectronic receiver significantly reduces the weight of the device and allows universal use. A measurement of the nystagmus can be separated in clear view and simultaneously for both eyes. This is characterized by a strict linearity between eye movement and output signal and a high resolution. External light influences can be completely excluded. The use of strip receiver elements substantially reduces the influence of the lid shape.

Example of execution

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt:In the accompanying drawing shows:

Pig. 1: die räumliche Darstellung einer Einrichtung zur Messung und Registrierung von Augenb ewegungenPig. 1: the spatial representation of a device for measuring and registering eye movements

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Die in der Zeichnung dargestellte Hinrichtung zur Messung und Registrierung von Augenbewegungen besteht aus einem Brillengestell 1 mit Brillengläsern 2, einer Auswerteelektronik 3, einem optoelektronischen Bender 4 und einem 5 optoelektronischen Empfänger s. Jer optoelektronische Sender 4 und der optoelektronisch i'inpfänger 5 liegen als Chips vor und sind auf einem Brillenglas 2 befestigt. Der optoelektronische Sender 4 stellt einen Krei3ring von Lumineszenzdiodenchips dar, der um die optische Achse des Auges angeordnet ist. Dabei müssen mindestens zwei Lumineszenzdiodenchips auf dem Kreisring sich befinden. Je mehr Lumineszenzdiodenschips den Kreisring bilden, desto gleichmäßiger ist die diffuse Bestrahlung des Auges mit IR-Licht. Der optoelektronische Empfänger 5 besteht aus mindestens drei streifenförmigen Pototransiatorelementen. Sie sind sternförmig und mindestens teilweise innerhalb des Kreisringes der Lumineszenzdiodenchips angeordnet. Zur gleichzeitigen Bestimmung der horizontalen und vertikalen Augen- _x bewegung mit minimalem elektronischen Aufwand bietet sich die kreuzweise Anordnung von vier streifenförmigen Fo totransistorelementen innerhalb des Kreisringes der Lumineszenzdiodenchips an. Die jeweils gegenüberliegenden Fototransistorelemente werden dann in Differenz geschaltet. Da das Brillenglas 2 im Unscharfebereich des Auges liegt, wirken der optoelektronische Sender 4 und der optoelektronische Empfänger 5 nicht sichtbehindernd. Ein freier Durchblick ist damit garantiert. Über elektrische Leitungen 6 besteht eine Verbindung vom optoelektronischen Sender 4 und optoelektronischen Empfänger 5 zur Auswerteelektronik 3. Die elektrischen Leitungen 6 können als auf dem Brillenglas 2 aufgebrachte Leiterbahnen ausgeführt werden. Am Brillengestell befindet sich dann eine Anschlußleiste 7, die den elektrischen Kontakt zur Auswerteelektronik 3 gewährleistet; Es ist vorteilhaft, einen Teil der Auswerteelektronik 3 am Bril-The execution shown in the drawing for the measurement and registration of eye movements consists of a spectacle frame 1 with spectacle lenses 2, a transmitter 3, an optoelectronic Bender 4 and a 5 optoelectronic receiver s. Jer optoelectronic transmitter 4 and the optoelectronic i'inpfänger 5 are present as chips and are mounted on a spectacle lens 2. The optoelectronic transmitter 4 represents a circle of LED chips, which is arranged around the optical axis of the eye. At least two luminescence diode chips must be located on the circular ring. The more Lumineszenzdiodenschips form the annulus, the more uniform is the diffuse irradiation of the eye with IR light. The optoelectronic receiver 5 consists of at least three strip-shaped Pototransiatorelementen. They are star-shaped and arranged at least partially within the annulus of the LED chips. For the simultaneous determination of horizontal and vertical eye movement _x with minimal electronic complexity, the crosswise arrangement of four strip-shaped Fo provides totransistorelementen within the annulus of the LED chips on. The respective opposite phototransistor elements are then switched in difference. Since the spectacle lens 2 is in the unsharp range of the eye, the optoelectronic transmitter 4 and the optoelectronic receiver 5 do not obstruct the view. A clear view is guaranteed. Via electrical lines 6 there is a connection from the optoelectronic transmitter 4 and optoelectronic receiver 5 to the evaluation electronics 3. The electrical lines 6 can be designed as applied to the spectacle lens 2 printed conductors. The eyeglass frame is then a terminal block 7, which ensures the electrical contact to the transmitter 3; It is advantageous to use part of the evaluation electronics 3 at the

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lenbügel des Brillengestelles 1 zu befestigen. Die Signalverluste können somit minimiert werden. Mittels einer Modulation in der Auswerteelektronik 3 können die empfangenen Signale z. B. zur Speicherung über größere Entfernungen übertragen werden. Als Modulationsträger dient dann die Betriebsspannung, so daß nur eine Zuführungsleitung zur Auswerteelektronik 3 benötigt wird. Das Anbringen eines Lichtschutzes 9 am Brillengestell 1 garantiert einen völligen ^: Ausschluß von Fremdlichteinflussen. Um den Nystagmus g^eichzeitig und getrennt für beide Augen zu bestimmen, müssen beide Brillengläser 2 eine analoge Anordnung der optoelektronischen Sender 4, der optoelektronischen Empfänger 5 und der Leiterbahnen aufweisen und die Anschlußleiste 7 und die-Auswerteelektronik 3 sind jeweils links und rechts am Brillenbügel des Brillengestells 1 ausgeführt.To attach the lenbügel of the spectacle frame 1. The signal losses can thus be minimized. By means of a modulation in the transmitter 3, the received signals z. B. are transmitted for storage over long distances. The operating voltage then serves as the modulation carrier, so that only one supply line to the evaluation electronics 3 is required. Attaching a sunscreen 9 to the spectacle frame 1 guarantees ^complete: absence of extraneous light influences. In order to determine the nystagmus at the same time and separately for both eyes, both eyeglass lenses 2 must have an analogous arrangement of the optoelectronic transmitters 4, the optoelectronic receivers 5 and the conductor tracks, and the terminal block 7 and the evaluation electronics 3 are respectively left and right on the eyeglass temple of the spectacle frame 1 executed.

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Claims

invention claim

1. A device for measuring and registering eye movements by diffuse irradiation of the eye with IR light, consisting of a spectacle frame with spectacle lenses, an evaluation, an optoelectronic transmitter and an optoelectronic receiver, both of which are present as chips, applied to one of the lenses; are and are connected via electrical lines to the transmitter, characterized in that a luminescence diode arrangement is provided as the optoelectronic transmitter, wherein at least two LED chips are arranged on a circular ring about the optical axis of the eye, and that the optoelectronic receiver of at least three strip-shaped phototransistor elements exists, which are arranged in a star shape around the optical axis of the eye.

2. Device according to item 1, characterized in that -daß the strip-shaped phototransistor elements are arranged at least partially within the annulus of the LED chips.

3. Device according to item 1 and 2, characterized in that for the simultaneous determination of the horizontal and vertical eye movement with minimal electronic effort four strip-shaped phototransistor elements are arranged crosswise within the annulus of the LED chips and a differential circuit is provided for the opposite phototransistor elements.

4. Device according to item 1 to 3, characterized in that the electrical lines are formed as conductor tracks on the spectacle lens and an electrical contact to the transmitter is provided via a mounted on the spectacle frame terminal block.

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5. Device according to item 1 to 4, characterized in that a part of the evaluation electronics on a spectacle r
is arranged bracket of the spectacle frame.

6. Device according to item 1 to 5, characterized in that the eyeglass frame firmly attached to a sunscreen
is

7. Device according to item 1 to b, characterized in that for the simultaneous examination of both eyes both lenses have an analogous structure of optoelectronic transmitter and opto-electronic receiver.

For this a page drawing

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