WO1991014399A1 - Papillometre - Google Patents

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WO1991014399A1
WO1991014399A1 PCT/CH1991/000080 CH9100080W WO9114399A1 WO 1991014399 A1 WO1991014399 A1 WO 1991014399A1 CH 9100080 W CH9100080 W CH 9100080W WO 9114399 A1 WO9114399 A1 WO 9114399A1
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eye
papillometer
source
control device
modulation
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PCT/CH1991/000080
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English (en)
Inventor
Christof Walter Burckhardt
Original Assignee
Ciposa Microtechniques S.A.
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Publication date
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/16—Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state
    • A61B5/161—Flicker fusion testing

Definitions

  • the present invention relates to a papillometer comprising a flashing light source, an optical device for transmitting the light emitted by this source to an eye to be examined, an electronic control device for varying the flashing frequency of this source and means for analyze the flicker of said eye.
  • papillometers are already known, which are devices making it possible to measure the response of the eye to the blinking of a light source.
  • Flickering can be defined as the perception by the eye of the flashing of a light source.
  • the eye By blinking a low frequency light source with 100% modulation, the eye distinctly perceives the light that turns on and off alternately.
  • the source flashing frequency increases to a value of the order of 4-0 Hz, the eye no longer clearly perceives the flashing and the physiological impression of the patient is that the light has a stronger intensity than 'it really is.
  • the papill ⁇ lotion disappears to make way for the impression that light is emitted continuously.
  • CFF Cosmetic Flic ering Frequency
  • the frequency f and the modulation m can vary independently.
  • the variation range of the modulation is from 0 to 100%, since it is impossible to create negative light.
  • This stimulation makes it possible to draw curves giving the melting threshold as a function of the frequency and of the modulation for each eye examined.
  • the general appearance of these curves is shown in fig. 2 for which the logarithm of the frequency in Hertz has been plotted on the abscissa, and the logarithm of the inverse of the modulation in% on the ordinate.
  • the papillometer can become a non-invasive diagnostic instrument whose interest is general and not limited to ophthalmological use.
  • the present invention proposes to overcome the drawbacks men ⁇ mentioned above by providing an efficient and reliable papillometer while remaining compact and light.
  • control device is arranged to generate a digital sinusoidal signal in delta modulation.
  • the flashing light source is a photo-emitting diode.
  • the source of electrical energy, the light-emitting diode, the optical system for focusing the light emitted by the source on the retina of an eye to be examined, and the control device are mounted in the same housing. .
  • the electronic control device comprises a memory in which at least one range of frequencies and at least one range of modulations are recorded.
  • said memory can comprise several registers each corresponding to a range of frequencies, the stored information defining control signals of the light source.
  • fig. 1 represents the curve illustrating the stimulation to which the eye to be examined is subjected
  • fig. 2 shows the response curve of the eye subjected to the stimulation according to FIG. 1, i.e. the DE LANGE curve
  • fig. 3 represents a sectional view illustrating the papillometer according to the invention
  • fig. 4- represents a block diagram of the electronic components of the papillometer according to FIG. 3, and
  • fig. 5 illustrates the principle of the delta modulation providing the signal for supplying the light source.
  • fig. 1 represents the sinusoidal stimulation curve to which the eye to be examined is subjected. This curve responds to the equation:
  • L Lo (l + mcos 2 ⁇ ft) in which the time t is plotted on the abscissa and the value of the stimulation L is plotted on the ordinate, m being the modulation. For a modulation equal to zero L is equal to Lo.
  • Fig. 2 represents in logarithmic coordinates the general shape of a DE LANGE curve when the logarithm of the frequency in Hertz is mentioned on the abscissa and when the logarithm of the inverse of the frequency in% is mentioned on the ordinate.
  • the papillometer 10 as shown comprises a box 11 of generally rectangular shape, the rear part of which is equipped with an eye 12 intended to be placed in front of the patient's eye.
  • This eyecup is mounted on a tubular element 13 secured to the housing 11 which contains a light source 14 constituted for example by a photoluminescent diode preferably emitting yellow light, as well as an optical focusing system 15.
  • a light source 14 constituted for example by a photoluminescent diode preferably emitting yellow light, as well as an optical focusing system 15.
  • the housing 11 also contains batteries or an accumulator battery 16 as well as an electronic device 17 which will be described in more detail below and which in particular has the function of controlling the supply of the light source.
  • this box 11 On its front face, this box 11 includes a switch 18 for engagement and disengagement and two function keys (not shown in this view), as well as a display screen 19 f for example of the liquid crystal type.
  • Fig. illustrates the electronic device of the papillometer which comprises function keys 20 and 21 arranged to make it possible to increase or reduce respectively the modulation and the frequency.
  • a microprocessor 22 for example of the 6303 type, which controls the light-emitting diode 14 and which has a second output to a device 23 for controlling the display viewed by the screen 19.
  • electronic device comprises a memory 24 which is advantageously an electrically programmable read-only memory (EPROM).
  • EPROM electrically programmable read-only memory
  • the light source used is preferably a photoluminescent diode emitting yellow light.
  • This diode is directly controlled by a digital sinusoidal signal in delta modulation. This makes it possible to avoid distortions due to the non-linearity of the photo-emitting diodes and to produce weak modulations.
  • the spectrum of the modulated signal contains the fundamental and it is the eye which filters the signal. The modulated signal should therefore not contain harmonics between 0 and 100 Hz.
  • Delta modulation is a digital differential modulation characterized by zero order extrapolarization and one-bit quantization so that the only two characteristic parameters are the sampling frequency and the quantization step.
  • delta modulation makes it possible in particular to simplify the circuit because it does not require a reactive circuit.
  • modulations of the order of one per thousand only the delta modulation gives sufficient stability.
  • a direct delta modu ⁇ lation on the eye which acts as an integrator, the non-linearities and the instabilities influence the average intensity, but not the modulation rate.
  • the analog signal U (t) which, in the present case, is a sinusoid, is compared to the output signal D (t) of the accumulator 16, at a sampling frequency f ..
  • the output of the accumulator must be able to follow the automatic signal.
  • the sign slope ⁇ / t. must be equal to the maximum derivative of U (t).
  • the signal is sinusoidal therefore:
  • the signal is directly demodulated by the eye which acts as a low pass filter.
  • the choice of sampling is carried out as follows: the sinusoid tables are calculated on a microcomputer. Through therefore, choose a number of samples per period, not a sampling frequency. The choice of sampling depends on the following criteria:
  • the number of samples per period is high when generating a sinusoid at low frequency (between 2 and 10Hz we obtain approximately 12000 samples per period) and lower for high frequencies.
  • the sine is not generated by an analog-delta modulation conversion, but is calculated by a microprocessor on the basis of the following general principle:
  • a program on a microcomputer creates a digitized sine table in delta modulation. This table is then transferred to an EPROM type memory. This is placed in the papillometer where a microprocessor reads the sinuses in memory and transmits them to the photoluminescent diode. A sine digitized in memory is required for each modulation level.
  • the modulation variation is not continuous but the available memory, which is for example 64 K multiplay, allows the storage of more than twenty modulation levels, which is more than sufficient. In practice, only the half sine is memorized and the microprocessor reconstructs the missing half period.
  • the memory advantageously comprises several registers in which the frequency ranges are stored.

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Abstract

Cet appareil qui permet de mesurer la réponse de l'÷il aux clignotements d'une source lumineuse, comporte un boîtier (11) contenant une source d'énergie électrique (16), une diode photoémettrice (14), un système optique (15) pour focaliser la lumière émise par la source sur la rétine de l'÷il et un dispositif de commande électronique (17). Ce dispositif est agencé pour engendrer un signal sinusoïdal numérique en modulation delta ce qui simplifie le circuit et donne suffisamment de stabilité aux mesures.

Description

PAPILLOMETRE
La présente invention concerne un papillomètre comportant une source lumineuse clignotante, un dispositif optique pour transmettre la lumière émise par cette source vers un oeil à examiner, un dispositif de commande électronique pour faire varier la fréquence de cligno¬ tement de cette source et des moyens pour analyser le papillotement dudit oeil.
On connaît déjà divers types de papillomètres qui sont des appareils permettant de mesurer la réponse de l'oeil aux clignotements d'une source lumineuse. Le papillotement peut être défini comme la perception par l'oeil du clignotement d'une source lumineuse. En faisant clignoter une source lumineuse à basse fréquence avec une modulation de 100%, l'oeil perçoit distinctement la lumière qui s'allume et qui s'éteint alternativement. Lorsque la fréquence de clignotement de la source augmente jusqu'à une valeur de l'ordre de 4-0 Hz, l'oeil ne perçoit plus nettement le clignotement et l'impression physiologique du patient est que la lumière a une intensité plus forte qu'elle ne l'est en réalité. Pour une fréquence encore plus élevée, le papil¬ lotement disparaît pour faire place à l'impression que la lumière est émise en continu. On atteint ce que l'on appelle le seuil de fusion couramment dénommé CFF (Critical Flic ering Frequency) .
En maintenant la fréquence fixe et en diminuant la modulation, le phénomène observé est le même. Ce phénomène a été étudié par DE LANGE qui a proposé de soumettre l'oeil à une stimulation sinusoïdale répondant à la formule mathématique :
L = Lo (1 + mcosπft) illustrée graphiquement par la fig . 1.
La fréquence f et la modulation m peuvent varier indépendamment. La plage de variation de la modulation est de 0 à 100%, étant donné qu'il est impossible de créer une lumière négative. Cette stimulation permet de tracer des courbes donnant le seuil de fusion en fonction de la fréquence et de la modulation pour chaque oeil examiné. L'allure générale de ces courbes est représentée par la fig . 2 pour lesquelles on a porté en abscisse le logarithme de la fréquence en Hertz, et en ordonnée le logarithme de l'inverse de la modulation en %.
Les courbes de DE LANGE ont trois applications principales :
- dans la technique de la télévision et du cinéma et d'une manière générale pour toutes les projections animées sur écran, on doit tenir compte des courbes de DE LANGE pour éviter le phénomène de papil¬ lotement auprès de l'utilisateur;
- en physiologie, une étude détaillée de la courbe de DE LANGE pour un oeil, et notamment l'analyse de tous les détails de cette courbe, et en particulier les petits pics , permet de comprendre des mécanismes de transmissions d'informations à l'intérieur de la rétine et plus particulièrement ce qui concerne la vision des couleurs;
- en médecine, une détermination même grossière de la courbe de DE LANGE pour un oeil permet d'établir un diagnostic de cet oeil et de fournir des informations sur d'autres maladies ou intoxications du patient. De ce fait, le papillomètre peut devenir un instrument de diagnostic non invasif dont l'intérêt est général et non limité à l'utilisation ophtalmologique.
Un premier appareil mécanique utilisant des filtres polarisés , relati¬ vement volumineux et coûteux a été commercialisé par la société METABO en Suisse.
Pour rendre cet appareil autonome, on a essayé d'utiliser une élec¬ tronique analogique et une source lumineuse constituée par des diodes photo-émettrices . Néanmoins, ces essais se sont révélés peu concluants en raison de la faible précision obtenue et de l'absence de stabilité dans le temps de ces sources lumineuses . La présente invention se propose de pallier les inconvénients men¬ tionnés ci-dessus en réalisant un papillometre performant et fiable tout en restant compact et léger.
Ce but est atteint par le papillometre selon l'invention, caractérisé en ce que le dispositif de commande est agencé pour engendrer un signal sinusoïdal numérique en modulation delta.
Selon une forme de réalisation préférée, la source lumineuse cligno¬ tante est une diode photo-émettrice.
De préférence, la source d'énergie électrique, la diode photo-émet¬ trice, le système optique pour focaliser la lumière émise par la source sur la rétine d'un oeil à examiner, et le dispositif de commande sont montés dans un même boîtier.
De préférence, le dispositif de commande électronique comporte une mémoire dans laquelle sont enregistrées au moins une gamme de fréquences et au moins une gamme de modulations .
Selon une forme de réalisation préférée, ladite mémoire peut comporter plusieurs registres correspondant chacun à une gamme de fréquences , les informations mémorisées définissant des signaux de commande de la source lumineuse.
La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation préféré et du dessin annexé dans lequel :
la fig. 1 représente la courbe illustrant la stimulation à laquelle est soumise l'oeil à examiner,
la fig. 2 représente la courbe de réponse de l'oeil soumis à la stimu¬ lation selon la fig. 1 , c'est à-dire la courbe de DE LANGE, la fig. 3 représente une vue en coupe illustrant le papillometre selon l'invention,
la fig. 4- représente un schéma-bloc des composantes électroniques du papillometre selon la fig. 3, et
la fig. 5 illustre le principe de la modulation delta fournissant le signal d'alimentation de la source lumineuse.
Comme mentionné précédemment, la fig. 1 représente la courbe sinusoïdale de stimulation à laquelle est soumise l'oeil à examiner. Cette courbe répond à l'équation :
L = Lo(l + mcos 2πft) dans laquelle le temps t est porté en abscisse et la valeur de la stimulation L est portée en ordonnée, m étant la modulation. Pour une modulation égale à zéro L est égal à Lo.
La fig. 2 représente en coordonnées logarithmiques l'allure générale d'une courbe de DE LANGE lorsque le logarithme de la fréquence en Hertz est mentionné en abscisse et lorsque le logarithme de l'inverse de la fréquence en % est mentionné en ordonnée.
En référence à la fig. 3, le papillometre 10 tel que représenté comporte un boîtier 11 de forme générale rectangulaire dont la partie arrière est équipée d'une oeillère 12 destinée à être placée devant l'oeil du patient. Cette oeillère est montée sur un élément tubulaire 13 solidaire du boîtier 11 qui contient une source de lumière 14 constituée par exemple par une diode photoluminescente émettant de préférence une lumière jaune, ainsi qu'un système optique de focali¬ sation 15.
Par ailleurs , le boîtier 11 contient également des piles ou une batterie d'accumulateurs 16 ainsi qu'un dispositif électronique 17 qui sera décrit plus en détail par la suite et qui a notamment pour fonction de commander l'alimentation de la source lumineuse. Sur sa face frontale, ce boîtier 11 comporte un interrupteur 18 d'enclenchement-déclen- chement et deux touches de fonction (non représentées sur cette vue) , ainsi qu'un écran d'affichage 19f par exemple du type à cristaux liquides.
La fig. illustre le dispositif électronique du papillometre qui comporte des touches de fonctions 20 et 21 agencées pour permettre d'augmenter ou de réduire respectivement la modulation et la fréquence.
Ces touches de fonction sont connectées à un microprocesseur 22 par exemple du type 6303 qui commande la diode photo-émettrice 14 et qui comporte une seconde sortie vers un dispositif de commande 23 de l'affichage visualisé par l'écran 19- En outre, le dispositif électro¬ nique comporte une mémoire 24 qui est avantageusement une mémoire morte programmable électriquement (EPROM) .
Comme mentionné précédemment, la source de lumière utilisée est de préférence une diode photoluminescente émettant une lumière jaune. Cette diode est directement commandée par un signal sinusoïdal numé¬ rique en modulation delta. Ceci permet d'éviter les distorsions dues à la non-linéarité des diodes photo-émettrices et de réaliser des modu¬ lations faibles. Le spectre du signal modulé contient la fondamentale et c'est l'oeil qui filtre le signal. Le signal modulé ne doit par consé¬ quent pas contenir d'harmoniques entre 0 et 100 Hz.
Le principe général de la modulation delta est connu en soi et a fait notamment l'objet d'une publication en 1975 par "PENTAL PRESS- ILIFE London.- Delta Modulation Systems de R. STEELE" .
La modulation delta est une modulation numérique différentielle carac¬ térisée par une extrapolarisation d'ordre zéro et une quantification à un seul bit de sorte que les deux seuls paramètres caractéristiques sont la fréquence d'échantillonnage et le pas de quantification.
L'utilisation de la modulation delta permet en particulier de simplifier le circuit parce qu'il n'exige pas' de circuit réactif . En outre, pour des modulations de l'ordre de un pour mille, seule la modulation delta donne suffisamment de stabilité. Enfin, par l'application d'une modu¬ lation delta directe sur l'oeil qui agit comme un intégrateur, les non- linéarités et les instabilités influencent l'intensité moyenne, mais non le taux de modulation.
Le signal analogique U (t) qui, dans le présent cas , est une sinusoïde, est comparé au signal de sortie D (t) de l'accumulateur 16, à une fréquence d'échantillonnage f..
Après un temps t., si le signal analogique est supérieur à celui de l' accumulateur , on ajoute à ce dernier une valeur de signe delta ( Δ ) appelée "pas de quantification" ce qui donne :
U (t) ^ D (t) _→- D (to + t.) = D (t) + Δ et dans ce cas , le signal transmis , c'est-à-dire l'unité d'information binaire, est égal à 1 (fig. 5) .
Inversement, si le signal U (t) est inférieur à D (t) on soustrait la valeur delta ( Δ ) à D (t) , ce qui donne :
U (t) s£ D (t) — D (t + t.) = D (t) - Λ et dans ce cas , le signal transmis , c'est-à-dire l'unité d'information binaire, est égal à 0 (fig . 5) .
Pour éviter des distorsions importantes , il faut que la sortie de l'accumulateur puisse suivre le signal automatique. La pente de signe Δ/t. doit être égale à la dérivée maximale de U (t) .
Pour l'application décrite, le signal est sinusoïdal donc :
\dU/dtl max = 1 -** D/t. = 1 => Δ = t.
Le signal est directement démodulé par l'oeil qui agit comme un filtre passe-bas .
Le choix de l'échantillonnage s'effectue de la façon suivante : les tables de sinusoïdes sont calculées sur un micro-ordinateur. Par conséquent, il faut choisir un nombre d'échantillons par période et non une fréquence d'échantillonnage. Le choix de l'échantillonnage dépend des critères suivants :
- plus le nombre d'échantillons est grand, plus le rapport signal/bruit est élevé;
- la fréquence maximale de lecture et de transmission des unités d'informations binaires est limitée par le microprocesseur;
- aucune harmonique ne doit apparaître entre 0 et 100 Hz.
Pour obtenir une courbe sinusoïdale présentant peu de distorsion et ayant un bon rapport signal/bruit, le nombre d'échantillons par période est élevé lorsque l'on génère une sinusoïde en basse fréquence (entre 2 et 10Hz on obtient environ 12000 échantillons par période) et plus faible pour les hautes fréquences .
Le sinus n'est pas généré par une conversion analogique-modulation delta, mais est calculé par un microprocesseur sur base du principe général suivant :
- un programme sur un micro-ordinateur crée une table de sinus numérisée en modulation delta. Cette table est ensuite transférée sur une mémoire du type EPROM. Celle-ci est placée dans le papillometre où un microprocesseur lit les sinus en mémoire et les transmet vers la diode photoluminescente. Il faut un sinus numérisé en mémoire pour chaque niveau de modulation. La variation de modulation n'est pas continue mais la mémoire disponible, qui est par exemple de 64 K multiplay, permet le stockage de plus de vingt niveaux de modu¬ lations, ce qui est largement suffisant. Dans la pratique, seul le demi-sinus est mémorisé et le microprocesseur reconstitue la demi- période manquante. La mémoire comporte avantageusement plusieurs registres dans lesquels sont stockées les gammes de fréquences .

Claims

REVENDICATIONS
1. Papillometre comportant une source lumineuse clignotante, un dispositif optique pour transmettre la lumière émise par cette source vers un oeil à examiner, un dispositif de commande électronique pour faire varier la fréquence de clignotement de cette source et des moyens pour analyser le papillotement dudit oeil, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande est agencé pour engendrer un signal sinusoïdal numérique en modulation delta.
2. Papillometre selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la source lumineuse clignotante est une diode photo-émettrice.
3. Papillometre selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la source d'énergie électrique (16) , la diode photo-émettrice (14) , le système optique (15) pour focaliser la lumière émise par la source sur la rétine d'un oeil à examiner, et le dispositif de commande (17) sont montés dans un même boîtier (11) .
4. Papillometre selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le dispositif de commande électronique comporte une mémoire dans laquelle sont enregistrées au moins une gamme de fréquences et au moins une gamme de modulations .
5- Papillometre selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite mémoire comporte plusieurs registres correspondant chacun à une gamme de fréquences , les informations mémorisées définissant des signaux de commande de la source lumineuse.
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