Аномалоскоп

 

Аномалоскоп относится к медицинской технике, а именно к аномалоскопам, предназначенным для точной и объективной оценки качества цветового зрения и может быть использован для профессионального отбора и/или тренировки операторов, занимающихся визуальными наблюдениями различных цветовых объектов, а также, для изучения деградации или изменения цветового зрения в процессе профессиональной работы и/или жизнедеятельности. Изобретение направлено на упрощение процесса измерения, повышение точности и достоверности контроля качества цветового зрения, возможности выявления малых и незначительных отклонений цветового зрения и сокращения времени измерения. Это достигается тем, что в аномалоскопе, блок формирования текстового цветового стимула выполнен в виде оптической системы оригинальной конструкции, а блок совмещения цветовых стимулов выполнен с возможностью перемещения стимулов относительно друг друга в поле зрения испытуемого и содержит механизм считывания координат взаимного их расположения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования качества цветового зрения, в частности, к аномалоскопам, предназначенным для точной и объективной оценки качества цветового зрения и может быть использовано для профессионального отбора и/или тренировки операторов, занимающихся визуальными наблюдениями различных цветовых объектов, а также, для изучения деградации или изменения цветового зрения в процессе профессиональной работы и/или жизнедеятельности.

Среди специальных устройств для контроля качества цветового зрения наиболее широко распространен аномалоскоп Нагеля (Кравков С.В. Глаз и его работа. -М. -Л. Изд-во АН СССР, 1950. стр.294.). Аномалоскоп представляет собой спектроскоп прямого видения, содержащий блок формирования эталонного цветового стимула, блок формирования текстового цветового стимула и блок совмещения цветовых стимулов в поле зрения испытуемого, и устроенный так, что поле зрения испытуемого состоит из двух половин верхней и нижней. Блок формирования эталонного цветового стимула состоит из последовательно расположенных коллиматора и щели. На основе этого же коллиматора и, расположенных после него, двух щелей состоит блок формирования текстового цветового стимула. Щель блока формирования эталонного цветового стимула расположена так, чтобы изучение, выходящее из нее, соответствовало, как правило, монохроматическому излучению желтого цвета (589 мм, линия натрия), а щели блока формирования тестового цветового стимула установлены так, чтобы излучения, выходящие из них, соответствовали, как правильно, монохроматическим излучениям красного (671 μм линия лития) и зеленого (536 μм линия таллия) цветов. Интенсивность излучения эталонного цветового стимула меняют путем изменения ширины щели, расположенной в блоке формирования этого стимула. Тестовый цветовой стимул получается при смешивании излучений из двух щелей на призме прямого видения в блоке совмещения цветовых стимулов. Специальным винтом ширина щелей изменяется и притом всегда так, что увеличение одной щели влечет за собой соответствующее уменьшение другой, и наоборот. Положение винта определяется по шкале со 100 делениями. На отрезке шкалы от 75 до 100 винт имеет холостой ход, и открытой остается все время только щель, дающая красные лучи. Промежуточные положения винта дают смесь красных и зеленых лучей в различной пропорции. Блок совмещения цветовых стимулов содержит последовательно расположенные призму прямого видения и бинокулярную призму. Излучения с выходов блоков формирования цветовых стимулов поступает на блок совмещения цветовых стимулов. Он устанавливает в верхнюю половину поля зрения тестовой стимул, а нижнюю эталонный цветовой стимул. Задача, ставящаяся испытуемому на аномалоскопе Нагеля, состоит обычно в том, чтобы достигнуть субъективного равенства цветностей стимулов, т.е. подровнять цвет смеси красного с зеленым к цвету желтого поля, регулируя количественное отношение смеси в верхней половине поля зрения. По значению, считанному со шкалы винта аномалоскопа, рассчитывается коэффициент аномальности цветового зрения пациента. По значению коэффициента аномальности испытуемого относят либо к протаномалам, либо к девтераномалам либо к нормально видящим, и говорят о большей или меньшей степени аномальности в определенном ранее типе.

Недостатком данного аномалоскопа является то, что использование в боках формирования цветовых стимулов коллиматора и щелей приводит к получению монохроматических излучений, одно из которых предъявляется испытуемому в качестве эталонного цветового стимула, а смесь двух других тестового цветового стимула. Однако известно, что монохроматическое излучение, попадающее в глаз, вызывает быструю утомляемость испытуемого, что приводит к искажению результата контроля. Блоки формирования цветовых стимулов (и эталонного и тестового) не позволяют изменять длины волн монохроматических излучений так, чтобы точка цветности эталонного цветового стимула лежала на отрезке тестового цветового стимула в графике цветности МКО, 1931 г. для всех возможных аномалий цветового зрения испытуемого, поэтому испытуемый, в ряде случаев, не может достигнуть субъективного равенства цветности стимулов, как следствие увеличивается ошибка измерения, причем невозможно выявить критерий учета ошибки измерения без знания конкретных данных по аномальности цветовосприятия испытуемого, а, для того, чтобы получить такой критерий необходимо измерить аномальность цветовосприятия испытуемого с более высокой точностью чем позволяет данный аномалоскоп. Кроме того, для разделения испытуемых внутри каждого типа аномальности получаемого указанным способом коэффициента аномальности недостаточно, и для такого разделения приходится проводить дополнительные измерения либо функции спектральной чувствительности, либо функции цветоразличения и т.п. что усложняет контроль качества цветового зрения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является неспектральный аномалоскоп, сконструированный Демкиной в Государственном Оптическом Институте (Ленинград) (Там же стр.298). Этот прибор содержит два оптических канала с блоками формирования цветовых стимулов и блок совмещения цветовых стимулов в поле зрения испытуемого. Блока формирования эталонного цветового стимула состоит из сменного светофильтра, а блок формирования тестового цветового стимула из рамки, соединяющей четыре светофильтра, при помощи которых можно, при смешивании, воспроизвести различные цвета-образцы. Блок совмещения цветовых стимулов в поле зрения испытуемого состоит из кубика Люммера и окуляра. Излучение от осветителя поступает в оба оптических канала, где оно окрашивается, проходя через блоки формирования цветовых стимулов, затем это излучение падает на грани кубика Люммера, который рассматривается испытуемым через окуляр. Цветность тестового цветового стимула изменяется испытуемым. Для этого рамку в блоке формирования тестового цветового стимула вдвигают так, чтобы часть излучения осветителя закрывалось одним светофильтром, а другая часть другим. Вдвигая рамку больше или меньше, испытуемый меняет количественное отношение цветов, смешение которых и дает для него цвет, одинаковой с эталонным цветовым стимулом. Величина этого отношения, отсчитываемая на специальной шкале аномалоскопа, дает возможность судить о нормальности или ненормальности цветоощущения цветового зрения испытуемого. Необходимо отметить, что светофильтры, формирующие цветовые стимулы, подобраны так, чтобы на графике цветности МКО, 1931, точка цветности эталонного цветового стимула лежала на отрезке, отображающем все возможные цветности тестового цветового стимула, для случая стандартного колориметрического наблюдателя МКО, 1931.

Данный аномалоскоп не обеспечивает достаточную точность измерения и, соответственно, контроля качества цветового зрения, поскольку ориентирован на случай стандартного колориметрического наблюдателя МКО, 1931, и не охватывает те случаи отклонения в цветовом зрении, когда точка эталонного цветового стимула в графике цветности МКО, 1931, не лежат на отрезке, отображающем все возможные цветности тестового цветового стимула. Конструктивно это связано с тем, что в блоках формирования цветовых стимулов используется ограниченный набор светофильтров, который не позволяет получить настолько широкий выбор цветностей цветовых стимулов, чтобы охватить все возможные аномалии в цветовом зрении испытуемых. Не достаточная точность аномалоскопа приводит к невозможности определения достаточно малых отклонений от нормы в цветовосприятии. А такие данные нужны, например, для профессионального отбора и тестирования операторов, занимающихся визуальными наблюдениями (космонавты, операторы АС и др.), ошибка которых в некоторых случаях может привести к чрезвычайной ситуации. Недостаточна и достоверность измерений на данном аномалоскопе, обусловленная длительностью измерения, из-за необходимости одновременного осуществления испытуемым сравнения в поле зрения цветностей эталонного и тестового цветовых стимулов и механических действий по изменению цветности тестового цветового стимула, в частности, при изменении цветности тестового цветового стимула испытуемому надо помнить цветность этого стимула до изменения и производить мысленную корреляцию этой цветности с цветностью после изменения для определения факта приближения или удаления от положения субъективного равенства цветности цветовых стимулов. Однако известно, что не все люди в достаточной мере обладают такой кратковременной цветовой памятью. Необходимо отметить, что при проведении таких мысленных и механических операций расходуется некоторое время, длительность которого (для некоторых испытуемых) может приблизиться к времени цветовой астенопии, что приведет к тому, что результаты измерения будут неверны и даже не будут иметь никакого смысла. Данному аномалоскопу присуща также сложность процесса измерения, обусловленная тем, что во-первых: перед проведением обследования каждого испытуемого необходимо обучать правильности выполнения операции уравнивания и популярно объяснять, что будет происходить с цветностью тестового цветового стимула при регулировке в ту или иную сторону; во-вторых во время проведения измерения испытуемый должен выполнять операцию уравнивания с привлечением механизма мысленной корреляции изменяющейся цветности тестового стимула и, одновременно, должен помнить о правилах выполнения операции уравнивания.

Изобретение направлено на упрощение процесса измерения, повышение точности и достоверности контроля качества цветового зрения, возможности выявления малых и незначительных отклонений цветового зрения и сокращения времени измерения.

Это достигается тем, что в аномалоскопе, содержащем оптический канал с блоком формирования эталонного цветового стимула, оптический канал с блоком формирования тестового цветового стимула и блок совмещения цветовых стимулов в поле зрения испытуемого, блок формирования тестового цветового стимула выполнен в виде оптической системы из двух поляризаторов, между которыми установлены одна или несколько фазовых пластинок, по крайней мере, одна из которых, выполнена с неоднородно распределенным по ее площади фазовым сдвигом, а блок совмещения цветовых стимулов выполнен с возможностью перемещения стимулов относительно друг друга в поле зрения испытуемого и содержит механизм считывания координат взаимного их расположения. С целью упрощения процесса изготовления аномалоскопа, повышения качества тестового цветового стимула, и соответственно, повышения точности контроля качества цветового зрения, а также с целью увеличения цветового охвата аномалоскопа, и соответственно, повышения достоверности контроля качества цветового зрения, блок формирования тестового стимула содержит один или несколько дополнительных поляризаторов. С целью получения равномерного распределения цветностей в тестовом цветовом стимуле фазовые пластинки выполнены так, чтобы величина фазового в каждой точке пластинки не превышала 2500 градусов для любой длины волны спектрального диапазона стимула.

На фиг. 1 приведена схема макетного образца аномалоскопа, где 1 - осветитель, 2 линза или система линз, 3 поляризатор, 4 фазовая пластинка, 5 светофильтр эталонного цветового стимула, 6 поворотное зеркало, 7 поворотное зеркало замещения части поля тестового цветового стимула эталонным, 8 устройство взаимного перемещения с механизмом считывания координат, 9 окуляр, 10 орган зрения испытуемого (глаза); на фиг. 2 цветовой охват пространственно неоднородного по цветности стимула (тестовый цветовой стимул) на графике цветности в системе МКО, 1931, где: заштрихованная область отражает цветность тестового цветового стимула, а точки 1,2,3,4,5,6,7,8, цветности соответствующих эталонных цветовых стимулов; на фиг. 3 пример предъявляемый в поле зрения испытуемого эталонного и тестового цветовых стимулов с нанесенной сеткой координат графика цветности МКО, 1931, где область 1 пространственно неоднородный по цветности стимул (тестовый), а область 2 одноцветный стимул (эталонный); на фиг. 4 приведен спектр эталонного цветового стимула No.2 и спектр той точки поля тестового цветового стимула где достигается равенство их цветностей для испытуемого No.6.

Аномалоскоп содержит осветитель 1, два оптических канала и блока совмещения цветовых стимулов. Один из оптических каналов состоит из системы линз 2, поворотного зеркала 6 и блока формирования эталонного цветового стимула, представляющего из себя светофильтр 5. Другой оптический канал состоит из системы линз 2, поворотного зеркала 6 и блока формирования тестового цветового стимула. Блок формирования тестового цветового стимула состоит из последовательно расположенных двух поляризаторов 3 и установленной между ними с фазовой пластинки 4. Блок совмещения цветовых стимулов состоит из поворотного зеркала 7, устройства взаимного перемещения 8, содержащего механизм считывания координат, и окуляра 9.

Аномалоскоп работает следующим образом. Излучение от осветителя поступает одновременно в два оптических канала, в одном из которых установлен блок формирования эталонного цветового стимула, а в другом блок формирования тестового цветового стимула. Затем излучения из обоих оптических каналов поступают на блок совмещения цветовых стимулов, откуда попадает в поле зрения испытуемого. При этом размеры тестового цветового стимула больше размеров эталонного цветового стимула. Испытуемый, используя возможность перемещения цветовых стимулов относительно друг друга, производит изменение взаимного их расположения до совмещения поля эталонного цветового стимула с той частью поля тестового цветового стимула, где достигается, по его представлению, равенство цветности стимулов. После достижения такого равенства с помощью механизма считывания производится регистрация координат взаимного расположения цветовых стимулов, по которым судят о качестве цветового зрения.

Благодаря тому, что в аномалоскопе блок формирования тестового цветового стимула выполнен в виде оптической системы из двух поляризаторов, между которыми установлены одна или несколько фазовых пластинок, по крайне мере, одна из которых, выполнена с неоднородно распределенным по ее площади фазовым сдвигом, а блок совмещения цветовых стимулов выполнен с возможностью перемещения стимула относительно друг друга и содержит механизм считывания координат взаимного их расположения, появляется возможность предъявить в поле зрения испытуемого тестовый цветовой стимул в виде пространственного поля, цветность каждой точки которого является функцией от ее координат. Иными словами, данный стимул состоит из большого набора цветов и их оттенков, распределенных в поле зрения испытуемого, что приводит к тому, что испытуемый сразу видит то место в поле зрения, где цветность, по его представлению, совпадает с цветностью эталонного цветового стимула и операция уравнивания сводится к тому, чтобы совместить поле эталонного цветового стимула с этим местом. Необходимо отметить, что выполнение такой операции естественной формой поведения человека и подобного типа операции выполняются им без напряжения на уровне подсознания и, следовательно, нет необходимости обучать испытуемых, что, в свою очередь, приводит к упрощению процесса измерения и сокращению времени измерения. Простота выполнения операции уравнивания позволяет расширить круг испытуемых, например, можно проводить обследование детей в игровой форме. Одновременное предъявление большого набора цветов и их оттенков освобождает испытуемого от необходимости проводить мысленную корреляцию с привлечением механизма кратковременной цветовой памяти, которая необходима при изменениях на известном аномалоскопе. Кроме того, сформированный таким образом тестовый цветовой стимул представляет из себя на графике цветности системы МКО, 1931, некоторую область, а цветности эталонных цветовых стимулов лежат внутри этой области. Так как спектры эталонных цветовых стимулов подобны таким образом, чтобы для любых возможных отклонений в цветовом зрении испытуемого, при видоизменении области цветового охвата и изменении координат цветности эталонных стимулов, точки цветности эталонных цветовых стимулов лежали внутри этой, теперь новой, области. Поэтому, для любых возможных отклонений в цветовом зрении испытуемого, он может достигнуть субъективного равенства цветностей предъявленных стимулов. Регистрируя полученные координаты взаимного расположения цветовых стимулов и, определяя отклонение их от стандартных, удается выявить очень небольшие отклонения параметров цветового зрения от нормы, что, в свою очередь, приводит к повышению точности и достоверности контроля качества цветового зрения, возможности выявления малых и незначительных отклонений цветового зрения от нормы. Благодаря тому, что у аномалоскопа блок формирования тестового цветового стимула содержит один или несколько дополнительных поляризаторов, упрощается технологичность изготовления элементов цветосинтезирующей системы и повышается качество тестового цветового стимула, и одновременно, увеличивается цветовой охват аномалоскопа. Благодаря тому, что величина фазового сдвига в каждой точке фазовой пластинки не превышает 2500 градусов для любой длины волны спектрального диапазона стимула, удается получить равномерное распределение цветностей по полю тестового цветового стимула.

Был изготовлен макетный образец аномалоскопа, схема которого изображена на фиг.1. Источником изучения служит осветитель 1, спектр излучения которого близок к спектру изучения стандартного источника А. Каждый оптический канал содержит систему линз 2, которая переносит излучение осветителя 1 в окуляр 9, и поворотное зеркало 6 для изменения направления хода лучей. Блок формирования эталонного цветового стимула состоит из сменного светофильтра 5. Светофильтр 5 служит для формирования сложного вида спектра. Цветовые характеристики получаемого спектра известны (см. табл. 1). Блок формирования тестового цветового стимула представляет из себя цветосинтезирующую систему, состоящую из последовательно расположенных двух поляризаторов 3 и установленный между ними одной или нескольких фазовых пластинок 4, по крайне мере, одна из которых, выполнена с неоднородно распределенным по ее площади фазовым сдвигом (в виде пластинки сложного профиля), благодаря чему каждая точка цветосинтезирующей системы, и соответственно, блока формирования тестового цветового стимула, имеет свою спектральную характеристику пропускания, причем она отлична от спектральной характеристики в любой другой точке системы и отличается от спектральной характеристики эталонного цветового стимула. Излучение от осветителя 1, пройдя через каждую точку системы поляризатор - одна или несколько фазовых пластинок поляризатор, окрашивается соответственно спектральной характеристике пропускания в этой точке и на выходе этой системы получаем пространственное неоднородное по цветности поле, цветность каждой точки которого функционально связана с координатами этой точки на фазовой пластинке. Соответственно, в поле зрения испытуемого тестовый цветовой стимул будет представлен как пространственно неоднородное по цветности поле. На графике цветности МКО, 1931, такой цветовой стимул будет занимать некоторую область в диаграмме цветности, называемую цветовым охватом. На фиг. 2 приведен цветовой охват пространственно неоднородного по цветности тестового цветового стимула на графике цветности в системе МКО, 1931, и соответствующие точки с цветностями сменных светофильтров 5 из табл.1. Далее излучение из обоих оптических каналов поступает на блок совмещения цветовых стимулов. Блок совмещения цветовых стимулов состоит из поворотного зеркала 7 и устройство перемещения 8. Поворотное зеркало 7 служит для замещения части поля тестового цветового стимула на эталонный. Устройство перемещения 8 служит для перемещения поворотного зеркала 7 по двум осям координат и содержит механизм считывания для регистрации этих координат. Таким образом в поле зрения испытуемого 10 формируется пространственно неоднородное по цветности поля (тестовый цветовой стимул), часть которого замещается на эталонный цветовой стимул, который может перемещаться по полю тестового цветового стимула. На фиг. 3 приведен пример предъявляемых в поле зрения испытуемого эталонного и тестового цветовых стимулов. Во всем поле зрения испытуемого (область 1) расположен пространственно неоднородный по цветности стимул (тестовый), и часть тестового стимула (область 2) замещена эталонным стимулом (одноцветным). Для наглядности по тестовому стимулу нанесена стенка координат графика цветности МКО, 1931.

Были проведены эксперименты по контролю качества цветового зрения испытуемых на данном аномалоскопе. Испытуемому No.6 предъявлялись эталонный и тестовый цветовые стимулы. Для формирования тестового цветового стимула во второй канал аномалоскопа устанавливалась цветосинтезирующая система поляризатор фазовая пластинка поляризатор. Эта система создавала в поле зрения испытуемого пространственно неоднородное по цветности поля, цветность каждой точки которого являлась функцией от ее координат. Для формирования эталонного цветового стимула оператор вводил в первый канал аномалоскопа требуемый по программе обследования сменный светофильтр. Цветность эталонного цветового стимула легко определялась по спектральным характеристикам установленного светофильтра. В табл. 1 приведен набор используемых в эксперименте светофильтров. В первой колонке приведены номера стимулов. Во второй и третьей колонках указаны марки цветного стекла и их толщина, соответственно, для каждого эталонного стимула. В четвертой и пятой колонке приведены координаты X и Y эталонного стимула на графике цветности МКО, 1931. В шестой и седьмой колонке приведены координаты X_ст и Y_ст взаимного расположения тестового и эталонного стимулов в поле зрения испытуемого для случая стандартного колориметрического наблюдателя МКО, 1931. Эталонный цветовой стимул замещает часть поля тестового цветового стимула и, вследствие этого, в поле зрения испытуемого предъявлялся и тестовый и эталонный цветовые стимулы одновременно. Испытуемый при помощи ручек управления устройства перемещения изменял взаимное расположение цветовых стимулов в поле зрения до совмещения поля эталонного цветового стимула с той частью поля тестового цветового стимула, где достигалось, по представлению испытуемого, равенство цветностей стимулов. На фиг. 4 приведены спектр эталонного цветового стимула No.2 и спектр той точки поля тестового цветового стимула где достигается равенство их цветностей для испытуемого No.6. Из графического изображения видно, что спектры существенно различаются, однако для испытуемого No. 6 цветности излучений с такими спектрами являлись одноцветными. Затем оператор записывал с лимбов механизма перемещения полученные данные в виде двух чисел (эти числа являлись координатами X_и и Y_и взаимного расположения эталонного и тестового цветовых стимулов в поле зрения испытуемого). Далее оператор заменял сменный светофильтр и для него проводились вышеуказанные действия и записывались координаты X_и и Y_и. В табл.2 приведены результаты обследования испытуемого No.6. В первой колонке указаны номера предъявляемых эталонных стимулов. Во второй и третьей колонке указаны координаты X_и и Y_и взаимного расположения стимулов после операции уравнивания испытуемым No.6 для соответствующего эталонного стимула. В четвертой и пятой колонке указаны стандартные координаты взаимного и пятой колонке указаны стандартные координаты взаимного расположения X_ст и Y_ст стимулов. В шестой и седьмой колонке приведены отклонения ΔX и ΔY координат X_и и Y_и от X_ст и Y_ст. Из табл.2 видно, что координаты X_и и Y_и незначительно отличаются от стандартных X_ст и Y_ст (отличие в пределах точности способа), отсюда был сделан вывод о том, что качество цветового зрения испытуемого No.6 нормальное.

Испытуемый No. 2 был обследован аналогично испытуемому No.6. В табл.3 приведены результаты обследования для испытуемого No.2. Из табл.3 видно, что полученные координаты X_и и Y_и существенно отличаются от стандартных X_ст и Y_ст, причем величина отклонения ΔX и ΔY больше предела точности способа, отсюда был сделан вывод о том, что у испытуемого No.2 цветовое зрение аномально. В то же время испытуемый No.2 тестировался при помощи таблиц Рабкина и на неспектральном аномалоскопе Демкиной и аномалий цветового зрения у него, при этом, не было обнаружено.

Таким образом, проведенные эксперименты подтверждают достижение заявляемым аномалоскопом указанного выше технического результата: упрощение процесса измерения, повышение точности и достоверности контроля качества цветового зрения, возможности выявления малых и незначительных отклонений цветового зрения и сокращения времени измерения.

Формула изобретения

1. Аномалоскоп, содержащий оптический канал с блоком формирования эталонного цветового стимула, оптический канал с блоком формирования тестового цветового стимула и блок совмещения цветовых стимулов в поле зрения испытуемого, отличающийся тем, что блок формирования тестового цветового стимула выполнен в виде оптической системы из двух поляризаторов, между которыми установлены одна или несколько фазовых пластинок, по крайней мере одна из которых выполнена с неоднородно распределенным по ее площади фазовым сдвигом, а блок совмещения цветовых стимулов выполнен с возможностью перемещения стимулов относительно друг друга в поле зрения испытуемого и содержит механизм считывания координат взаимного их расположения.

2. Аномалоскоп по п.1, отличающийся тем, что блок формирования тестового цветового стимула содержит один или несколько дополнительных поляризаторов.

3. Аномалоскоп по пп.1 и 2, отличающийся тем, что фазовые пластики выполнены так, чтобы величина фазового сдвига в каждой ее точке не превышала 2500^o для любой длины волны спектрального диапазона стимула.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5