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BLICKBEWEGUNGSMESEINRICHTUNG DURCH INFRAROTDURCHLEUCHTUNG DES
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BULBUS MIT RILFE DES TYNDALLEFFEKTES B e s c h r e i b u n g : Die
Erfindung Blickbewegungsmeßeinrichtung durch Infrarotdurchleuchtung des Bulbus mit
Hilfe des Tyndalleffektes betrifft ein Oculometer, eine Versuchsanordnung, mit der
man die Blickbewegung einer Versuchsperson (VP) bestimmen kann.
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Bisher sind Aufnahme und Auswerteteil des Oculometers immer als geschlossene
Apparatur dargest und beschrieben worden, da in der Praxis ein Meßsystem nur soviel
wert ist, wie sein Auswerteteil. Durch die Erfindung des Photoelektrische Monitors
(YOUNG 1970) ist seit 1970 bei mehreren Meßprinzipien eine Auswertung wesentlich
erleichtert worden. D@ die Sensoren der verschiedenen Systeme nur durch ein Interface
compatibel wären - es besteht die Möglichkeit dazu - läßt sich die Trennung zwischen
Aufnahme und Auswerteteil rechtfertigen.
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(GRONER 1978). Zum zweiten sind die meisten Forschungsstätten mit
Rechenanlagen ausgeruestet. Nach YOUNG & SHEEA 1975 gab es bis 1974 rund 4 mal
mehr Aufnahme- Wie Auswertesystems. Schließlich soll sich der Einsatz von Technik
nach Möglichkeit stets nach dem gestellten Meßproblem richten, da eine Uberdimensionierung
gerade bei der Blickbevegungsmessung erfahrungsgemäß zu Leitraubend sei. Auch damit
kann eine hier zu beschreibende Meßeinrichtung begründet werden.
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Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, anhand der Elliptitizät der
projizierten Pupille, Blickbewegungen messen zu können. Auf Vorteile diese Prinzips
soll später eingegangen werden.
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Zum Stand der Technik: Hier seien nur die Meßprinzipien erwähnt, die
auf einer Beleuchtung des Auges beruhen - das gesemte Gebiet der Elektrookulographie
bleibt hier unerwähnt. Die einfachste Technik der Blickbewgungeregistrierung geht
auf MACkWORTH & MACKWORTH 1958 zurück Mit einem empfindlichen Filmmaterial wird
das Spiegelbild der Cornea abgefilmt, wobei das Pupillenzentrum als Bezugspunkt
bei der Auswertung dient. Die Reizvorlage besteht hier, wie auch bei der nächstbeschriebenen
Methode in einer Yückprojizierten Vorlage (Dia etc.) Die MACKWORTH-Methode wurde
weiter ausgestaltet durch Mitprojektion
eines Ortungsgitters.
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SALAPATEK & KESSEN 1966,und BAITH (1969), bedienen sich stationär
nicht gerichteter Lichtquellen als Meßbezugspunkte, aus deren Lage zueinander die
Blickrichtung bestimmt werden kann.
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Ein Meßprinzip, das ebenfalls im Zusammenhang mit dem MACKWORTHschen
Erwähnung findet, ist bei MERCHANT & MORISETTE beschrieben (1974.) Rier wird
ein Auge mit einer Liohtquell. in der Optischen Achse belouchtet, sodaß dieser Lichtpunkt
bei der Primärstellung als Spiegolbildchen mit dem Pupillenzentrum zur Deckung kommt.
Aus den radialen Abständen zum Pupillenrand kann die Blickrichtung weitgehend unabhängig
von der horizontalen Stellung des Kopfes auf der Kinnetütze gemessen werden ROCRBERG
verwendet die Spiegelbilder von zwei Bezugslichtquellen aus deren Abstand die Augenstellung
berechnet werden kann, Das Meßprinzip nach CORNSWEET & CRANE 1977, basiert,
stark vereinfacht dargestellt, auf den Lagevergleich der PURKINIE - Spiegelbildchen
I und IV in Anhängigkeit von der Brechkraft der Linse. Das System wure drei mal
strbessert, (CRANE & STEEL 1970) und ist das heute am genauesten messende System,
welches beide Augen zum Messen benutzt.
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Ein sehr einfaches Prinzip, welches an die Meßgenauigkeit des letstgenannten
ungefähr herankommt, aber andere hier weniger interessierende Nachteile besitzt,
besteht in der Anbringung eines kleinen Spiegels an einer individuell anzufertigenden
Sclerallinse, die , aus Gründen der Stabilität mit einem Unterdruck von 20 mm Eg
angepaßt wird.
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(CORNSWEET & CORNSWEET 1958, DITCHBURN & GINSBORG 1953, RIGGS,
RATCLIFF 1953, YARBUS 1967, WEST 1968.) Ebenfalls mit einer Sclerallinse, wie oben
beschrieben, jedoch nicht unter Verwendung eines Spiegels arbeitet das Prinzip von
NYRAK, MILBLED, PARQUET,LECLERQUE & DHEDIN (1969), wobei an 6telle des Spiegels
luminiszierende Substanzen unter UV - Licht als "tracking point" dienen.
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Zu den wichtigsten Versuchsanordnungen durch Beleuchtung des Auges
gehört schließlich noch die als Eyemarker bezeichnete Anordnung - ebenso ein Abkömmling
der MACKWORTH kamera, die mit Hilfe einer Fiberoptik das Corneaspiegelbild auf eine
Videokamera oder Filmkamera leitet.
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Auf die Mängel bisheriger Beleuohtungstechniken kann nicht allge -mein
eingegangen werden, da die einzelnm m Meßanordnungen für zu unterschiedlich. Aufgaben
eingesetzt werden. Alle diese Techniken haben inen Fehler gemeinsam : Bei der Aufnahme
von Spiegelbildern durch Sensoren, besonders bei der Beleuchtung mit Infrarotlicht,
wird die Tränensekretion, bedingt durch die Reizung der Schleimhäute, angeregt.
Die Vpn verspuhren bei länger andauerndem Versuch ein Brennen in den Augen. Die
so verursachte Tränensekretion erzeugt zusätzlich zu den Spiegelbildern auf der
Cornea Lichtreflexe, die von den Sensoren miterfaßt werden und als Fehler in die
Messung eingehen, falls der Vl nicht sofort nachpegelt oder den Versuch abbricht.
(STARK, VOSSIUS & YOUNG 1962, Findlay 1974, STARK & SANDBERG 1961) Besonders
anfällig sind hier die Meßsysteme, welche durch elektronische Konturierung des Videosignal
durch einen "oorneal reflection disoriminator"und durch einen"pupil reflection discriminatior"
Corneaglanzlicht und Pupillenform zu einander in Beziehung setzen und die Blickrichtung
daraus errechnen (US. PAT 3,522,863 und 3,533,864) Nicht nur aus diesem Grunde soll
eine neue technische Lösung angeboten werden. Die Erfindung löst gleichzeitig ein
theoretisches Problem, das von HALL, J. R. & CUSACK, B.L. (1972) angesprochen
wurde, und unter dem Begriff "elliptioity of pupil" diskutiert wurde. GRONER 1978
hat dieses Prinzip im "BERNER SYSTEM ZUR ANALYSE VON BLICKRICHTUNG UND PU-PILLENCRöSSE
" mit Hilfe eines Halbautomaten angewandt. Die Voraussetzung zu einer vollautomatischen
Auswertung ist neben der Beseitigung oben genannter Meßfehler der zweite entscheidende
Vorteil der Erfindung. Wir sind erst jetzt in der Lage, Langzeituntereuohungenmachen
Zu können,ohne eine Fehlerquelle, die durch indirekten Einfluß der Meßapparatur
zustande kommt.
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Die erfindungemäßige Lösung des Problems liegt in einer Anordnung,
welche nur die Pupille "sichtbar" macht. Dies geschieht durch Zuhilfename des Tyndalleffekts.
Bedingt durch die kleinen Abmessungen der Infrarotdioden ist es möglich, die Lichtquelle
mit geringem Druck ans untere Augenlid in einer geeigneten Richtung zum Bulbus zu
Applizieren. Der Tyndalleffekt besteht in der Streuung des Lichtes innerhalb eines
Kolloides in jeder Rsumrichtung (Glaskörper) - auch in Richtung des Augenhintergrundes.
Ein Teil des Lichtes tritt aus der Pupille aus. Um den Sehvorgang nicht zu beeinträchtigen
wurde eine Infrarotdiode im nicht sichtbaren Bereich gewählt. Mit einer Infrarotempfindhohen
Videokemera
am angeschlossenen Videosystem läßt der Monitor die von innen beleuchtete Iris zunächst
eindrucksvoll erkennen.
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Die Pupille erscheint weiß, da das Infrarotlicht aus der Pupille austritt.
Der für die Auswertung geforderte Effekt der Rontrastaufhebung, d. h. der Isolierung
der Pupille auf dem Bildträger gelingt erstens durch Einstellung eines hohen Kontrastes
am Monitor, und zweitens durch die Wahl einer mittleren Helligkeit. Beide Kriterien
müssen so gewählt werden, daß der Pupillenradius nicht verkleinert wird. Ist die
Richtung der IR-Diode geeignet gewählt, 50 wird die Pupille auf dem Sohirm bei Primärstellung
als Kreis, bei Nicht-Primärstellung als Ellipse sichtbar. Eine auswertung nach dem
oben erwähnten Prinzip kann nun vorgenommen werden (Beispielsweise mit photoelektrischem
Monitor, YOUNG) Dies kann durch eine direkte Auswertung des Videosignals geschehen
ohne Konturierung.
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Der oben beschriebene Sensor wird an das Gestell einer Binocularstirnlupe
mit Hilfe einer Stellschraube geeignet befestigt. Ein Beißbrott ist unerläßlich.
Die Versuchsanordnung ist so einfach, daß eine Zeichnung nicht notwendig ist.
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Da im Gegensatz zur Elektrookulographie aus dem Bereich der Medizin
die hier beschriebene Versuchsanordnung der Okulometrie angehört, sollte das Patent
der Wahrnehmungspsychologie zugeordnet werden.
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Ich widme dieses Patent meinen Eltern.
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