DE3226096A1 - Device for the measurement and recording of eye movements - Google Patents
Device for the measurement and recording of eye movementsInfo
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Abstract
Description
Einrichtung zur messung und Registrierung von Augenbewe-Device for measuring and registering eye movements
gungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur photoelektrischer Messung und zur Registrierung von willkürlichen und unwillbirlichen 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 is used in particular in the medical field for examining the Organs of equilibrium and eye mobility as well as for determining the direction of gaze.
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, schnelle und exakte Gewinnung der Meßdaten und universeller Einsatz gestellt. Die Messung erfolgt nach dem Verfahren der diffusen Bestrahlung des Auges mit IR-Licht.Statements about the frequency, amplitude, direction and duration of the nystagmus are becoming increasingly important in modern medicine. This will be attached to facilities for measuring and registering eye movements such demands as low Weight, quick and exact acquisition of measurement data and universal use. The measurement is based on the method of diffuse irradiation of the eye with IR light.
Das vom Auge reflektierte Licht gelangt auf einen optoelektronischen Empfänger. Dabei werden die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften von Iris und Sklera ausgenutzt.The light reflected by the eye reaches an optoelectronic Recipient. The different reflective properties of the iris and Exploited sclera.
In den Patentschriften US 3473868 und US 3689135 wird eine Lösung; vorgestellt, bei der das zu untersuchende Auge mit modulierter Infrarot strahlung 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 norealen Brille befestigt. Diese Anordnung bewirkt einen stark behinderten Durchblick und eine Justierung auf unterachiedliche 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.In the patents US 3473868 and US 3689135 a solution is; presented in which the eye to be examined with modulated infrared radiation is illuminated. The reflected signal is received via a pair Receivers with which either the horizontal or the vertical deflection of the Eye can be registered. The transmitter and the two receivers are on the Lens attached to noreal glasses. This arrangement makes you strong obstructed vision and an adjustment to different interpupillary distances difficult to do. Disturbing interference cannot be ruled out. Farther shows that by using the modulated IR light the measurement of the current eye condition is not possible.
Nach der Patentschrift US 4145122 wird ein Brillengestell mit IR-verspiegelten Brilllengläsern 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 Empfang'erelement 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 Empfängerele mentes ist ökonomisch sehr aufwendig.According to the patent US 4145122 a spectacle frame with IR-mirrored Glasses used. A fairly simple and easy arrangement is achieved by shining the IR light from the transmitter onto the lens, from there onto the eye reflected, reflected back onto the lens and now again from the lens is reflected on the receiver element. It turns out to be a decisive disadvantage the considerably disruptive influence of outside light. Furthermore, no high Achieve linearity between the deflection of the eye and the output signal. The production of the recipient element is economically very expensive.
In der Erfindungsbeschreibung DD 60388 wird eine Einrichtung nun Messen und Registrieren der Augenbewegung unter Aumnutsung der günstigen Brillenform dargestellt. Zwei Beleuchtungsquellen 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 is now measuring and registering the eye movement while using the favorable shape of the glasses. Two sources of illumination shine directly on the eye and the reflected beam reaches a silicon cell, transmitter and receiver are located in an image converter unit, which closes the eye opening. A measurement of nystagmus, under the condition the unobstructed view of the eye to be examined is therefore not possible. Farther there is a great heat load on the eye. The energy consumption and that The weight of the nystagmograph is still too great for an operative arrangement.
Es soll eine Einrichtung zur Messung und Registrierung von Augenbewegungen bei Verwendung der herköflmaichen Brillenform mit freiem Durchblick und unter Ausschluß von Fremdlicht einflüssen geschaffen werden, die einen minimalen optomeschanischen Aufwand, ein geringes Gewicht und eine hohe Xeßgenauigkeit aufweist.It is intended to be a device for measuring and registering eye movements when using the traditional shape of glasses with a clear view and under exclusion from external light influences are created that have a minimal optomechanical Has effort, a low weight and a high Xeßgenauigkeit.
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 einem optoelektronischen Empfänger, die beide als Chips vorliegen, auf eines der Brillenglaser aufgebracht sind und über elektrische Leitungen mit der Auawerteelektronik in Verbindung stehen, dadurch gelöst, daß als optoelektronischer Sender eine Lumineszenzdiodenanordnung vorhanden ist, wobei mindestens zwei Lumineszenzdiodenchips auf einem Kreisring um die optische Achse des Auges angeordnet sind und daß der optoelektronische Empfänger aus mindestens drei streifenförmigen Fototransistorelementen besteht, die sternförmig um die optische Achse des Auges angeordnet sind.The invention is based on the object of an improved overall arrangement the measuring device, in particular the transmitting and receiving elements. the The object is according to the invention with a device for measurement and registration of eye movements consisting of diffuse irradiation of the eye with IR light from a spectacle frame with spectacle lenses, an evaluation electronics, an optoelectronic Transmitter and an optoelectronic receiver, both of which are in the form of chips one of the lenses are applied and electrical lines with the Auawerteelektronik are connected, solved in that as an optoelectronic Transmitter a luminescence diode arrangement is present, with at least two luminescence diode chips are arranged on a circular ring around the optical axis of the eye and that the optoelectronic receiver made up of at least three strip-shaped phototransistor elements consists, 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 Luinineszenzdiodenchips 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.The strip-shaped phototransistor elements can at least be arranged partially within the circular ring of the luininescence diode chips. For the simultaneous determination of the horizontal and vertical eye movement with It is advantageous to use four strip-shaped phototransistor elements with minimal electronic expenditure to be arranged cross-like within the circular ring of the luminescence diode chips.
Die jeweils gegen überliegenden Fototransistorelemente werden in Differenz geshaltet. Die elektrischen Leitungen sind als Leiterbahnen auf dem Brillenglas ausgebildet. Am Brillengestell ist eine Anschlußleiste angebracht, die einen elektrischen Kontakt zur Auswerteelektronik herstellt. Ein Teil der Auswerteelektronik ist an einem Brillenbügel des Brillengestelles befestigt.The respective opposite phototransistor elements are in difference held. The electrical lines are in the form of conductor tracks on the lens educated. A connection strip is attached to the glasses frame, which has an electrical Establishes contact with the evaluation electronics. Part of the evaluation electronics is on attached to a temple of the glasses frame.
Bei allen Ausführungsmöglichkeiten ist es zweckmßig, wenn am BrillengestelL ein Lichtsohutz fest angebracht ist. Zur gleichzeitigen Untersuchung beider Augen weisen beide Brillengläser einen analogen Aufbau von optoelektronischem Sender und optoelektronischem Empfänger auf.In all possible embodiments, it is expedient if on the spectacle frame L a light protection is firmly attached. For examining both eyes at the same time Both lenses have an analog structure of optoelectronic transmitter and optoelectronic receiver.
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 Nystaginus kann bei freiem Durch blick getrennt und gleichzeitig für beide Augen erfolgen.The advantage of the invention is that by the invention Arrangement of the optoelectronic transmitter and the optoelectronic receiver das The weight of the device is significantly reduced and it can be used universally. A measurement of the nystaginus can be carried out separately and simultaneously with a clear view for both eyes.
Dabei ist eine strenge Linearität zwischen Augenbewegung und Ausgangssignal und eine hohe Auflösung kennzeichnend.There is a strict linearity between eye movement and output signal and featuring high resolution.
Fremdlichteinflüsse können völlig ausgeschlossen werden.External light influences can be completely excluded.
Durch die Anwendung von Streifenempfängerelementen wird der Einfluß der Lidform wesentlich herabgesetzt.By using strip receiver elements, the influence the shape of the lid is significantly reduced.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfiihrungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is to be described in more detail below using an exemplary embodiment explained.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt: Fig. 1: die räumliche Darstellung einer Einrichtung der Messung und Registrierung von Augenbewegungen Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung zur Messung und Registrierung von Augenbewegungen besteht aus einem Brillengestell 1 mit Brillengläsern 2, einer Auswerteelektronik 3, einem optoelektronischen Sender 4 und einem optoelektronischen Empfänger 5. Der optoelektronische Sender 4 und der optoelektronische Empfänger 5 liegen als Chips vor und sind auf einem Brillenglaa 2 befestigt. Der optoelektronische Sender 4 stellt einen Kreisring von Dwmineszenzdiodenchips dar, die um die optische Achse des Auges angeordnet ist. Dabei müssen mindestens zwei Lumineszenzdiodenchips auf dem Kreisring sich befinden. Je mehr Lumineszenzdiodenchips den Kreisring bilden, desto gleichmäßiger ist die diffuse Bestrahlung des Auges mit IR-Licht.The accompanying drawing shows: FIG. 1: the three-dimensional representation a device for measuring and registering eye movements the Device shown in the drawing for measuring and registering eye movements consists of a spectacle frame 1 with spectacle lenses 2, evaluation electronics 3, an optoelectronic transmitter 4 and an optoelectronic receiver 5. The Optoelectronic transmitter 4 and the optoelectronic receiver 5 are located as chips in front and are attached to a glasses lens 2. The optoelectronic transmitter 4 provides a circular ring of dwminescence diode chips, which around the optical axis of the eye is arranged. There must be at least two luminescence diode chips on the circular ring to find oneself. The more luminescence diode chips that form the circular ring, the more uniform is the diffuse irradiation of the eye with IR light.
Der optoelektronische Empfänger 5 besteht aus mindestens drei streifenförmigen Fototransistorelementen. Sie sind sternförmig und mindestens teilweise innerhalb des Kreisringes der Lumineszenzdiodenchips angeordnet. Zur gleichzeitigen Bestimmung der horizontalen und vertikalen Augenbewegung mit minimalem elektronischen Aufwand bietet sich die kreuzweise Anordnung von vier streifenförmigen Fototransistorelementen innerhalb des Ereisringes der Lumineszenzdiodenchips an. Die jeweils gegenüberliegenden Fototransistorelemente werden dann in Differenz geschaltet. Da das Brillenglas 2 im Unschärfebereich des Auges liegt, wirken der optoelektronische Sender 4 und der optoelektronische Empfänger 5 nicht sichtbehindernd. Ein freier Durchblick ist somit garantiert. Über elektrische Leitungen 6 besteht eine Verbindung vom optoelektronischen Sender 4 und optoelektronischen EmpSanger 5 zur Auswerteelektronik 3. Die elektrischen Leitungen 6 können als auf dem Brillenglas 2 aufgebrachte Leiterbahnen ausgeführt werden. Am 3rillengestell befindet sich dann eine Anschlußleiste 7, die den elektrischen Kontakt zur Auswerteelektronik 3 gewährleistet. Es ist vorteilhaft, einen Teil der Auswerteelektronik 3 am Bril- lenbügel des Brillengestelles 1 gu befestigen. Die Signalverluste können somit minimiert werden. Mittels einer Modulation in der Auswerteelektronik 3 können die empfangenen Signale z. B. zur Speicherung über gröbere 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 Fremdlichteinflüssen. Um den Nystagmus gleichzeitig 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.The optoelectronic receiver 5 consists of at least three strip-shaped Phototransistor elements. They are star-shaped and at least partially within of the circular ring of the luminescence diode chips arranged. For simultaneous determination the horizontal and vertical eye movement with minimal electronic effort The cross-wise arrangement of four strip-shaped phototransistor elements offers itself within the ring of the luminescence diode chips. The opposite Phototransistor elements are then switched in differential. Since the lens 2 is in the out of focus area of the eye, the optoelectronic transmitter 4 and the act optoelectronic receiver 5 not obstructing the view. A clear perspective is thus guaranteed. There is a connection from the optoelectronic via electrical lines 6 Transmitter 4 and optoelectronic EmpSanger 5 for evaluation electronics 3. The electrical Lines 6 can be implemented as conductor tracks applied to the spectacle lens 2 will. On the 3-groove frame is then a terminal strip 7, which the electrical Contact to the evaluation electronics 3 guaranteed. It is beneficial to be part of the Evaluation electronics 3 on the glasses lenbügel of the glasses frame 1 gu attach. The signal losses can thus be minimized. By means of a modulation in the evaluation electronics 3, the received signals z. B. for storage can be transmitted over greater distances. The modulation carrier is then used Operating voltage so that only one feed line to the evaluation electronics 3 is required will. Attaching a light protection 9 to the glasses frame 1 guarantees a complete Exclusion of extraneous light influences. To the nystagmus simultaneously and separately for To determine both eyes, both lenses 2 must have an analogous arrangement of the optoelectronic transmitter 4, the optoelectronic receiver 5 and the conductor tracks have and the terminal strip 7 and the evaluation electronics 3 are each left and carried out on the right on the temple arm of the glasses frame 1.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Brillengestell 2 Brillenglas 3 Auswerteelektronik 4 optoelektronischer Sender 5 optoelektronischer Empfänger 6 elektrische Leitungen 7 Anschlußleiste 8 Brillenbügel 9 Lichtsohutz LeerseiteList of the reference symbols used 1 spectacle frame 2 spectacle lens 3 evaluation electronics 4 optoelectronic transmitter 5 optoelectronic receiver 6 electrical lines 7 connection strip 8 eyeglass temple 9 light protection Blank page
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