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user: 2. 原理 2.1. 眼睛的屈光型态 一般眼睛观看远方目标物时，物体在6公尺外晶状体(lens)呈现无调节之状态时，若无法成像于视网膜黄斑部上方，称为非正视眼(ametropia)，光进入眼球经角膜前房后房玻璃体成像于视网膜黄斑部上，称为正视眼(emmetropia)，大致可分为二，落于视网膜后方为远视眼，落于视网膜前方为近视眼，眼镜片由单一凸透镜或单一凹透镜进行矫正。 1) 正视眼，即平行光线在无限远处无调节及可成像于视网膜上，如图1所示。 2) 近视眼，即平行光线在无限远处无调节时，成像落于视网膜前方，如图2所示。 3) 远视眼，即平行光线在无限远处无调节时，成像落于视网膜后方，如图3所示。 屈光度(Diopter)为表示光学镜片屈光力(refractive power)的单位。一个1.00 D的镜片表示可将平行光聚焦于距离镜片一公尺(1 m)的地方，计算屈光力(refractive power)的公式如下 [ 6 ]。 屈 光 力 ( power ) = 1 / f ( m ) (1) 其中f代表焦距，单位为公尺(m)。一个镜片的屈亮度等于其焦距的倒数。 图1. 正视眼示意图 图2. 近视眼 图3. 远视眼 2.2. 眼调节 眼睛注视6公尺远方的物体时，晶状体无须做任何调节，可在视网膜上清晰成像；但是若物体在6公尺以内时，物体的光线呈不同程度扩散状，光线经折射后成像于视网膜后方，所以只能形成一个模糊的影像，透过晶状体调节，使物体成像聚焦于视网膜上形成清晰之影像，40岁之后因调节作用减弱，看近方就会觉得不清楚，这时就要配眼镜来补充调节功能的下降，而40岁前调节能力充足，不管看近或看远都可以看得清楚。调节生理现象包括3个方面，瞳孔调节、辐辏及晶状体调节 [ 7 ] [ 8 ]，简述如下。 1) 瞳孔调节 当看近方物体时，以减少进入眼内的光量，还出现两眼瞳孔的缩小，为了是减少色像差及球面像差。 2) 辐辏 辐辏又称为眼球会聚，即是双眼看近方物体时，两眼球往内收及视轴向鼻侧方靠拢，在视觉上产生单一影像，即物像落于两视网膜的对称点上。 3) 晶状体调节 晶状体调节，增加眼球的屈光能力即晶状体变凸，使物像清晰地聚焦在视网膜上，近点的远近可作为判断晶状体调节能力的强弱，当眼睛能够充分调节时，能看清楚物体最近一点的距离称之为调节近点，晶状体调节力或总屈光能力单位以屈亮度(diopter， D)来表示，屈光力等于该屈光体焦距的倒数。例如正视者阅读距离0.4 m处目标，所以此时所需之调节力为2.5 D (1/0.4 m = 2.5 D)。 晶状体之形状有如双凸的透镜，充满弹性，当睫状体收缩时，悬韧带松弛，靠着晶状体本身的弹性变凸，屈光力改变，焦距变短看近方的物体可以清楚看见，看近时双眼需要内转，为了是要保持双眼单视，睫状体长时间处于紧张的状态，眼睛就会感觉到疲累。 随着年龄的增大，晶状体弹性下降并逐渐变硬，睫状体肌之功能退化时，因调节作用减弱，近点慢慢后退，原来的40 cm位置看近物时就会觉得看不清楚，为了看清楚目标物，只能将目标物放置的更远些，临床上称为老视眼，俗称老花眼，这时因调节功能的不足就需要老视眼镜来帮助近方阅读，以解除近物看不清楚及不舒服的状况。图4为老视眼示意图，老视眼未矫正前成像点落于视网膜后方，老视眼以正镜片矫正之后，使成像点落于视网膜之上。 图4. 老视眼 老视眼与远视眼区别可由调节机制、视觉比对、相同点及定义四个面向来做比较如表1所列。 眼睛的调节(Accommodation)之功能要靠睫状体与晶状体一起完成，为一宽度约为6毫米环状的组织，睫状体乃是位于脉络膜与虹膜根部之间，其纵切面呈三角形，内含睫状肌。晶状体产生调节作用主要，其存在二个最重要的影响因素为：周边睫状肌收缩能力和晶状体的可塑性，若晶状体发生硬化，例如失去弹性的晶状体，这样无法使其形状改变，即使是睫状肌收缩时有力量也不能使晶状体调节作用产生显着的改变，另一方面为晶状体乃是理想的凝胶体，假如果睫状肌被麻痹或者调节的力量变弱，也无法使其发挥正常的调节功能，人类眼球的发展随着年纪的变化，四十岁时候开始有老视眼发生，此时晶状体尚余调节力，但随着年纪越大晶状体硬化程度更加剧烈ADD (Addition)近方加入度数也随之增高，六十五岁之后可能慢慢会有白内障的产生。晶状体逐渐硬化，可塑性逐年下降是一个正常的老化过程，老视眼是一个生理现象，应了解受检者调节能力后，配戴合适的近方眼镜矫正。晶状体调节公式如下： 调 节 力 = 15 − 年 龄 × 0.25 (2) 例如45岁的调节力： 15 − 45 × 0.25 = 3.75 D ，随着年龄越大调节力越低。 Table 1 The difference of presbyopia eye and hyperopia ey 项目 远视眼 老视眼 定义 远视属于屈光不正，是眼睛一种异常的状态，用正透镜矫正。 老花是一种正常表现，不属于异常状态，看近需要戴正透镜眼镜，只是作为看近的补偿。 相同点 缺少对光线的会聚力，所以都可以用正透镜进行补偿。 缺少对光线的会聚力，所以都可以用正透镜进行补偿。 人眼调节机制 远视眼是看远时，在人眼放松的状态下，眼内会聚力不够，焦点落在视网膜后。远视眼动用调节，看远清晰。 老花眼的原因是由于晶状体的老化，由于年龄因素，晶状体变硬，弹性下降，调节功能变差。从而看近吃力。 视觉比对 一般的远视眼看远看近都清晰，看近时也能在正常的阅读距离下看清。但容易疲劳，因为远视眼无时无刻都在用力。 老花眼看远是没有问题的，但因为调节功能差，看近不能付出足够调节力，从而看近不清晰。 表1. 老视眼与远视眼区别 2.3. 单极点脑波撷取器 本研究使用单极脑波撷取器系采用非侵入式来侦测脑波信号，并依照国际标准脑波系统图，将单极脑波撷取器撷取点贴在人脸前额部位FP1点，以撷取脑波信息，而参考电位则是使用耳垂的A1点当作基准电位。根据单极点脑波撷取器每秒512次将探得的脑波各波段频率数据RAW EEG分析后，便会送出一笔Long data，该Long data数据串内纪录了各个频段例如δ波、θ波、α波、β波和γ波等，以及由α 波分析出的放松度(Meditatiom)与使用β波分析出专注度(Attention)。因此专注与放松分别以Attention及Meditation数值衡量，这些数值可以帮助辨别被测者此刻的精神状态。量化数值范围1~100，1~20为严重降低水平，20~40为降低水平，40~60为中性，60~80略有升高，80~100是强烈升高。依据这个准则，脑波数值量化后对照于人生理状态反应如表2所列 [ 9 ]。 Table 2 Brain wave quantization index corresponding to physiological stat 量化数值 专注(Attention) 放松(Meditation) 1~20 缺乏专注力或焦虑 分心及徘徊的想法 21~40 分心注意力低 情绪激动或异常 41~60 注意力中性 放松度中性 61~80 高于中性注意力 高于中性放松度 81~100 注意力高 放松度高 表2. 脑波量化指数相对应生理状态 单极点脑波撷取器数据的输出是采用UART RS-232串行传输方式，其传输通讯协议如表3所列。 传输数据Raw data及Long data封包内容包含标头码(Packet Header)、数据长度(Data Payload)及检查码(Payload Check sum)。Packet Header数据的起始码，主要作为数据辨识使用，当读取到的标头码正确时，后面跟随的数据才会无误。Data Payload则是表示后面跟随的数据笔数，最后的Payload Check sum则是所有数据的核对码，用以核对所传送的数据是否正确无误。Raw data与Long data详细的封包内容输出，如表4与表5所列 [ 10 ] [ 11 ]。 Table 3 Transmission communication protoco 项次 规格 鲍率(Baud rate) 57，600 bps 起始位(Start bit) 1 bit 数据位(Data bit) 8 bit 停止位Stop bit 1 bit 奇偶位检查(Parity check) none 表3. 传输通讯协议 由表5可知专注(Attention)与放松(Meditation)数值是封包在Long data中，必须透过串行通讯的方式才可以抓取到专注及放松数值。因此我们将该TGAM1芯片上的Pin1(GND)与Pin4(TXD)用电线拉出，这样就可以接收到由TGAM1传送出的数据。 Table 4 Raw data packet conten 项次 HEX值 封包意义 起始码 AA + AAH 封包起始码 封包长度码 04 H 封包长度4 Bytes 辨识码 80 H 数据辨识码 数据长度码 02 H 数据长度 RAW data 00H~FFH 高8 bit资料 RAW data 00H~FFH 低8 bit资料 检查码 00H~FFH 判断数据正确性 表4. Raw data封包内容 Table 5 Long data packet conten 项次 HEX值 封包意义 起始码 AA + AAH 封包起始码 封包长度码 20 H 封包长度32 Bytes 讯号质量 02 H 讯号质量 讯号质量数据 00~80 H 讯号质量数据 辨识码 83 H LONG EEG数据辨识码 数据长度码 18 H LONG EEG数据长度 Delta资料 00~FFH 三组分别为高中低字节 Theta资料 00~FFH 三组分别为高中低字节 Low Alpha资料 00~FFH 三组分别为高中低字节 High Alpha资料 00~FFH 三组分别为高中低字节 Low Beta资料 00~FFH 三组分别为高中低字节 High Beta资料 00~FFH 三组分别为高中低字节 Low Gamma资料 00~FFH 三组分别为高中低字节 Mid Gamma资料 00~FFH 三组分别为高中低字节 Attention 04 H Attention辨识码 Attention 00~FFH Attention资料 Meditation 05 H Meditation辨识码 Meditation 00~FFH Meditation资料 检查码 00~FFH 判断数据正确性 表5. Long data封包内容 脑波撷取器主要输出有下列五项 [ 12 ]： 1) 专注 专注的量测表示使用者的“聚焦”或“注意力”的强度水平。该值的范围为0到100。当用户专注一个思想或外部对象时，注意力水平会提高，当受到干扰时，注意力会下降。 2) 眨眼检测与心跳 每当用户使用时，传感器检测算法发出闪烁指示，数值越大，表示“强”闪烁，而较小的数值显示“轻”或“弱”闪烁。 3) 信号质量 显示撷取脑电波信号的质量好坏。基于此，用户可以决定脑波信号是否可以使用与否。 4) 放松 放松大小显示用户的“安静”或“放松”的精神水平。数据范围从0到100，放松的水平随着使用者放松了主意，并降低他或她担心的焦虑或压力。 5) 传感器接触好坏 这个传感器确定耳机是否在使用中，传感器是否检测及提供一个导电表面感测头，如在皮肤或头皮。传感器主要输出信号是专注信号。另外，其它信号也可用于诸如放松信号、α-信号、原始信号及测试总时间信号。 专注信号和放松信号的值在0~100的区间，α波信号的值具有整数，0到65，535的数据类型。然后原始信号值具长的数据类型，因此它需要做数据归一化的处理，以减少计算量大的计算。数据转换成0.1至1.0范围内归一化的公式如下： X ′ = [ 0.8 ( X − b ) / ( a − b ) ] + 0.1 (3) 其中 X ′ 归一化结果的数据、X原始信号值、a原始信号最大值及b原始信号最小值。