DE2132309A1

DE2132309A1 - Vorrichtung zur Messung der Blickrichtung

Info

Publication number: DE2132309A1
Application number: DE19712132309
Authority: DE
Inventors: Dr Roche Ulrich La
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1972-01-05
Also published as: FR2100041A5; CH525496A

Description

ClBA-GEIGY AG, CH-4002 Basel

CiBA-GEIGY

case

29.Juni 1971

η-

Z4

Vorrichtung zur Messung der Blickrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Blickrichtung, mit einer Lichtquelle, einem optischen System zur Beleuchtung des Auges, einem optischen System zum Fokussieren des vom Auge reflektierten Lichtes und einer Auswertungsvorrichtung zur Messung der Abweichung der Richtung des vom Auge reflektierten Lichtes von einer Referenzrichtung.

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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird die Richtung des direkt von der Cornea reflektierten Lichtes gemessen und mit der Richtung des von der Pupille reflektierten Lichtes verglichen. Da die Cornea nur etwa \% des auffallenden Lichtes reflektiert, ist nachteiligerweise die Lichtaüsbeute sehr gering. Als weiterer Nachteil tritt hinzu, dass die Messung sowohl des Corneareflexes als auch der Pupillenlage eine sehr aufwendige und kostspielige Apparatur erfordert.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ist gekennzeichnet durch eine Kontaktlinse für das Auge des Beobachters, welche mit mindestens einem Spiegel zur Reflexion des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes ausgestattet ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert; es zeigen:

Pig. 1 ein AusfUhrungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Darstellung und

Pig» 2 eine schematische Darstellung des menschlichen Auges mit einer Kontaktlinse des Gerätes von Fig. 1 im Schnitt.

Gemäss Fig. 1 erzeugt eine punktförmige Lichtquelle über eine Linse 3 und einen halbdurchlässigen Spiegel H- ein Parallelstrahlenbündel, welches von einem in einer auf dem Auge 7 des Beobachters haftende Kontaktlinse 5 angebrachten

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Spiegel 6 durch den Spiegel 4 und einen Hohlspiegel 8 in der Zwischenbildebene 9 als Punkt abgebildet wird. Der Hohlspiegel 8 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er für einen bestimmten Teil des Spektrums reflektiert, z.B. für das nahe (kurzwellige) Infrarot, und für einen anderen Teil, z.B. für das sichtbare Spektrum durchsichtig ist. Die Zwischenbildebene 9 wird über den Spiegel 4 und ein Linsensystem 10 auf die Empfängerfläche 20 eines die Position des auffallenden Lichtstrahls in einem Koordinatenraster detektierenden Photodetektors 12 abgebildet. Die von der Lichtquelle 1 direkt über den Spiegel 4 in das Linsensystem 10 gelangenden, gestrichelt eingezeichneten Lichtstrahlen werden von einer Blockblende 19 abgeblendet- Ausserdem ist im Strahlengang zwischen Linsensystem 10 und Photodetektor 12 eine Blende 11 zur Strahlbegrenzung angeordnet. Der Ausgang des Photodetektors 12 ist mit einer elektrischen Auswertungsvorrichtung 15 verbunden. Zwischen Lichtquelle 1 und Linse 3 ist ein Zerhacker 2 angeordnet, welcher das von der Lichtquelle ausgesandte Strahlenbündel periodisch mit einer bestimmten Frequenz unterbricht. Dies ist für die Auswertung der Signale in der Auswertungsvorrichtung 13 von Vorteil, da in dieser alle Signale, deren Frequenz von der Frequenz des Zerhackers 2 abweicht, ausgeschieden werden können. Als Photodetektor 12 wird vorzugsweise eine sogenannte PIN-Diode mit zur Messung des lateralen Photoeffekts angeordneten Ausgängen verwendet. Unter dem lateralen Photoeffekt versteht man die Erscheinung,

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dass beim Auftreffen eines räumlich begrenzten oder über seinen Querschnitt verschiedene Intensität aufweisenden Lichtbündels auf die p-Zone eines p-n-Halbleiters die Ueberschusslöcher an dem der Belichtung angesetzten Teil der p-Zone seitwärts in Richtung auf die η-Zone wandern, um sich mit Ueberschusselektronen aus dieser zu vereinigen. Der bei dieser Wanderung entstehende Strom kann durch zwei an der Halbleiteroberfläche angebrachte Kontakte gemessen werden. Wenn man an der Oberfläche einer PIN-Diode, welche ein Photohalbleiter der oben beschriebenen Art ist, zwei Paare von Kontakten anbringt und diese beispielsweise quadratisch anordnet, dann sind die bei Auftreffen eines punktförmigen Lichtsignals auf die PIN-Diode entstehenden Ausgangssignale der beiden Kontaktpaare ein Mass für die momentane Lage des Lichtsignals in einem rechtwinkeligen Koordinatenraster. Der Photodetektor 12 wird so geeicht, dass dann, wenn die Blickrichtung des Auges mit der optischen Achse 21 des Systems Augendrehpunkt-Hohlspiegel zusammenfällt, das punktförmige Lichtsignal auf den Mittelpunkt des Photodetektors abgebildet wird. In diesem Fall sind die beiden Ausgangssignale des Photodetektors 12 gleich Null. Bei einer Bewegung des Auges 7 des Beobachters und damit der Kontaktlinse 5 und des Kontaktlinsen-Spiegels 6 fällt der Lichtstrahl nicht mehr auf den Mittelpunkt der Empfängerfläche 20 des Photodetektors 12, worauf an dessen Ausgängen zwei entsprechende elektrische Signale liegen, welche in der Auswertungsvorrichtung 13 in ein Signal umgeformt werden. Dieses Signal wird zur

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automatischen Steuerung eines auf ein vom Beobachter mit den Augen verfolgtes Ziel einzustellenden Gerätes verwendet. Ein solches Gerät kann z.B. ein Waffensystem, ein Mikroskop, ein Mikromanipulator, eine Kontrolleinrichtung an einem Fliessband und dergleichen sein. Das ganze Beobachtungsgerät ist mit dem Kopf des Beobachters beispielsweise über einen Helm und über ein Verbindungsstück am Kinn so verbunden, dass es jede Drehung des Kopfes möglichst ohne Spiel mitmacht. Durch den Umstand, dass die Reflexion an der Kontaktlinse 5 der Reflexion an einem Planspiegel äquivalent ist, ist eine Verschiebung des Auges
relativ zum Beooachtungsgerät ohne Einfluss auf die Messung. Der Helm ist seinerseits mit einem Pantographen oder einem
anderen System zur Ermittlung der räumlichen Lage der optischen Achse 21 verbunden. Die absolute Richtung des Auges
ergibt sich dann durch vektorielle Addition der Orientierung des Helmes mit dem Beobachtungsgerät und der Blickrichtung
des Beobachters relativ zu letzterem.

Gemäss Fig. 2 ist die Kontaktlinse 5 eine sklerale
Linse, welche von der Sklera 18 gehalten wird. Eine sklerale Linse ist deswegen von Vorteil, weil nur sie so ausgeführt
werden kann, dass sie jeder Bewegung des Augapfels genau zu
folgen vermag und dennoch volle Verträglichkeit mit dem Auge gewährleistet. Zur Ermöglichung des Tränenflusses über die
Cornea 17 und die Conjunctiva 15 sind entlang des Randes der Linse 5 feine Bohrungen 14 angebracht, durch welche zudem
die kapillare Saugkraft der Linse in hohem Masse kontrollier-

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bar ist. Zur Aufnahme der Tränenflüssigkeit dient der Hohlraum 16. Der Spiegel 6 ist in der Linse 5 eingebettet. Diese Anordnung ist deswegen von Vorteil, weil dadurch infolge der konstanten Krümmung der Linsenaussenflächen keine durch die Tränenflüssigkeit bewirkte Oberflächendeformation der Spiegelflächen stattfinden kann. Die Spiegelfläche 6 ist ebenfalls gekrümmt und zwar ist ihre Krümmung von einer solchen Art und Grosse, dass die durch die Krümmung der Linsenvorderfläche und der Spiegelfläche auftretenden sammelnden und zerstreuenden Brechungen einander aufheben, dass also die Spiegelfläche 6 in Verbindung mit der Linsenvorderfläche wie ein Planspiegel wirkt. Die Spiegelfläche 6 kann im Zentrum der Linse -5" liegen, sie kann aber auch an irgendeiner Stelle exzentrisch angeordnet sein. In diesem Pail ist der Spiegelbelag so ausgebildet, dass er nur bestimmte Teile des Spektrums, z.B. das nahe Infrarot reflektiert und für das Spektrum des sichtbaren Lichtes durchsichtig ist. Auf diese Weise wird das Sehvermögen des Trägers nicht beeinflusst. Bezüglich der Achse der Kontaktlinse 5 kann die Spiegelfläche 6 an jeder beliebigen Stelle im Inneren liegen, sie kann auch unmittelbar an der Hinterseite der Linse angebracht sein, nur darf sie nicht einen Teil der Vorderfläche bilden, weil diese dann keine konstante Krümmung aufweisen würde. Ebenso können zur Erweiterung des Gesichtsfeldes in einer Linse mehrere verschieden orientierte Spiegel 6 angeordnet sein.

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Claims

— 1 — Ansprüche

1. Vorrichtung zur Messung der Blickrichtung, mit einer Lichtquelle, einem optischen System zur Beleuchtung des Auges, einem optischen System zum Fokussieren des vom Auge reflektierten Lichtes und einer Auswertungsvorrichtung zur Messung der Abweichung der Richtung des vom Auge reflektierten Lichtes von einer Referenzrichtung, gekennzeichnet durch eine Kontaktlinse (5) für das Auge (7) des Beobachters, welche mit mindestens einem Spiegel (6) zur Reflexion des von der Lichtquelle (l) ausgesandten Lichtes ausgestattet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktlinsen-Spiegel (6) in die Kontaktlinse eingebettet ist, wobei zumindest seine Vorderseite vom Linsenmaterial überdeckt ist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktlinsen-Spiegel (6) auf der hinteren Fläche der Linse (5) aufgebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktlinsen-Spiegel (6) zwischen zwei Flächen einer aus mehreren gekitteten Gliedern bestehenden Kontaktlinse (5) sitzt.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Vorderfläche der Kontaktlinse (5) und diejenige des Kontaktlinsen-Spiegels (6) je eine konstante Krümmung aufweisen, und dass diese beiden Krümmungen so gewählt sind, dass sich die aus ihnen resultierenden sammelnden und zerstreuenden Brechungen aufheben.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktlinsen-Spiegel (6) nur im Spektralbereich des vorzugsweise nahen Infrarot reflektiert und für sichtbares Licht durchlässig ist.

7· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Normale auf den Kontaktlinsen-Spiegel (6) in Richtung der optischen Achse (21) des Systems Augendrehpunkt-Hohlspiegel liegt und dass der Kontaktlinsen-Spiegel die Pupille überdeckt.

8< Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlinse (5) mit mehreren verschieden orientierten Spiegeln. (6) ausgestattet ist.

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9 . Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlinse (5) eine sogenannte Skleral-Linse ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlinse (5) entlang ihres Randes mit mehreren Bohrungen (l4) zur Gewährleistung eines freien Tränenflusses über die Cornea (17) versehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Systeme zur Beleuchtung des Auges (7) und zum Fokussieren des vom Auge reflektierten Lichtes aus einem ersten Linsensystem (3), einem haidurchlässigen Planspiegel (4), einem Hohlspiegel

(8) und einem zweiten Linsensystem (10) bestehen und dass die Referenzrichtung durch die optische Achse (21) des Systems Augendrehpunkt-Hohlspiegel festgelegt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlspiegel (8) nur im Spektralbereich des vorzugsweise nahen Infrarot reflektiert und für sichtbares Licht durchlässig ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der halbdurchlässige Planspiegel (4) nur im Spektralbereich des vorzugsweise nahen Infrarot reflektiert und für sichtbares Licht durchlässig ist.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlspiegel (8) die eine Fläche einer Einblickoptik bildet.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14., dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsvorrichtung zur Messung der Abweichung der Richtung des vom Auge (7) reflektierten Lichtes von der Richtung der optischen Achse (21) des Systems Augendrehpunkt-Hohlspiegel aus einer

mit

PIN-Diode (12) / zur Messung des lateralen Photoeffekts angeordneten Ausgängen und aus einer Vorrichtung (13) zur Auswertung der von der PIN-Diode erzeugten elektrischen Signale besteht.

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