Brevet FR2457673A1 — publié le 19801226

La presente invention concerne un appareil pour la mesure du mouvement des yeux, avec au moins une source de lumiere émétant un rayonnement de mesure et un arrangement de photodétecteurs. Dans cet appareil la partie frontal de l'oeil est illuminée par le rayonnement de mesure et la partie de ce rayonnement, qui est r~flFchie, sert a projeter, grace a une optique appropriee, l'image de la partie frontale de ltoeil sur un arrangement de photodêtecteurs Le signal de sortie de cet arrangement de photodEtecteurs est dans cet appareil dépendant de la position de l'image de l'oeil sur cet arrangement de photodétecteurs. Dans ce qui suit le mouvement d'un oeil est compris comme étant une rotation horizontale et verticale de l'oeil autour de son centre. La mesure et l'enrzgistrement du du mouvement des yeux a une grande importance dans différents domaines de la médecine et specialement en Neurophysiologie, Ophthal myologie, Otologie, et psychologie. En consdquence differentes méthodes de mesure du mouvement des yeux ont bté dvellopEes. Une méthode qui est tres employee dans la practique est connue sous le nom de êlectro-oculogram. Dans cette méthode on mesure le moment du dipole de l'oeil a l'aide d'electrodes sur. les tempes, au dessus et en dessous de ltoeil. Cette methode est meme avec les yeux fermes facile à employez, mais elle 1 un faible pouvoir de résolution. Il existe un. grand nombre de modele d'appareils connus de mesure du mouvement des yeux dans les quels l'oeil est illuminé avec une lumiere infrarouge et la position de cet oeil est eregistréea l'aide d'une camera de télévision. Le signal de sortie de la camera est analysé a l'aide de circuits appropriés ou encore a l'aide de systemes de traitement électro- nique. de l'information. Ces apparails connus ne gennent pas, il est vrai, la vue que le sujet a avec l'oeil, dont les mouvements doivent etre mesures, mais ils sont compliques et n'ont qu'un faible pouvoir de résolution.La meme chose est vraie pour les techniques utilisant la mesure de la position de la reflection directe d'une source lumineuse intence sur la cornee de l'oeil, la position de cette réflection dependant de la direction de l'axe de l'oeil. L'emplacement de cette reflection est enregistre et ensuite interprété. Cette facon de travailler est trés chere et demande beaucoup de travail. On obtient de meilleurs resultats avec moins de dépences en suivant les mouvements de la limite entre sciera et irirs en illuminant celle-ci en lumiere infrarouge. La mesure est basé sur le fait que l'iris reflete moins que la solea et que a cause de cela l'intensite du rayonnement detecté par un photorecepteur est proportionel a la position de l'oeil. Cette technique doe une bonne résolution, tout au moins pour des mouvements d'yeux #orizonteaux, mais elle ne peut etre utilisée que dans une piece obscure et son étalonage est difficile. Enfin les methodes utilisant une lentille de contact mise sur l'oeil et sur la quelle est fixe un miroir (pour les mesures optiques) ou une bobine dlinduction (pour les mesures électro- magnétiques). Ces methodes sont trés précises, mais elles sont alliées avec-de grands desaventages pour le sujet, parce que la lentille de contact doit etre fixée sur l'oeil a l'aide d'une pompe a vide, ce qui provoque une importante irritation de la cornée et ntest acceptable que pour de courtes durées. Les désaventages cités ci-dessus sont suprimés avec un appa- reil, tel qu'il a été décrit au debut (voir dissertation D. Bouis, Karlsruhe 1977). Dans cet appareil connu, sur lequel l'invention est basée, l'oeil, dont les movements doivent etre mesurés, est illuminé par un rayonnement infrarouge de mesure pour obtenir dans cet appareil un rayonnement homogène, plusieurs diodes luminescentes sont arrangées en matrice. L'image de la partie frontale de l'oeil est projetée a l'aide d'un systeme de lentilles sur une photodiode a barrière Schottky (Schottky-Barrier-Fotodode) ayant une grosse surface, cette projection est faite en utilisant du rayonnement de mesure renvoye par reflex ion ou dispersion.La photodiode a barrière Schottky a cinq sorties, deux sorties x places sy rétrique- ment, deux sorties y, placées symmétriquement, et une sortie au centre, qui est la sortie somme. La répartition des courant entre ces cinq sorties dépend de la répartition de la lumiere sur la photodiode. Cette méthode est fondée sur le principe que la sciera, iris ou pupille reflètent différem ment le rayonnement de mesure. A cause de cela un movement de l'oeil provoque un changement de la répartition de la lumiere sur la photodiode, plus spécialement le barycentre de la répartitiDn de la lumière se déplace, ce qui a pour conséquence un changement du signal aux différentes sorties de la photodiode.La différence entre les signeaux x et les signeaux y donnent respectivement la position en x et y de l'oeil, dont les mouvements sont a mesurer. Avec le signal somme les signeaux i et y peuvent etre normalisés. Pour réduire les perturbations (bruit electrique, eclairage environant) les sources de lumière c'est a dire les diodes luminescentes peuvent.ètre co;;mmandées par un signal hach, et ceci. de telle fagon que les rayonnements de mesure soient une suite d'impulsions, et que les signeaux de sortie de l'arrangement de photodétecteurs puissent etre traités par un amplificateur a courant alternatif a bende étroite appropriee. En plus on peut utiliser comme arrangement pbotodétecteur #ala place d'un photodiode a grande surface, plusieurs photodiodes avec un arrangement géometrique approprié. Les principeaux aventages de cet appareil connu sont: une trés bonne résolution, un grand domaine de linéarité, la possibilité de faire des mesures sans contact, une utilisation simple et une bonne robustesse de l'appareil ainsi que son insensibilite a lteclairage environnant. Dans cet appareil connu les sources de lumiere sont, sous forme d'une matrice de diodes luminescentes infrarouges, si-+uéec au dessus de l'oeil dont les mouvements doivent ètre mesurés et arrangement photodetecteur se trouve en dessous de l'oeil. Ceci est fait de telle facon que les directions de l'illumination et de l'optique de mesure sont inclinées par rapport a l'axe optique de l'oeil, dont les mouvements doivent etre mesures. Avec et appareil connu on peut obtenir d'excellents résultats. En-considération des applications practiques il a quand-meme certains désaventages. Pour pouvoir positionner d'une facon precise, les axes de lteclairage et de optique de mesure, il est nécessaire, de faire une construction rela- tivement compliquée. De cela résulte un de ploiement de boitiers d'appareil et de bâtis, qui réduisent fortement 1' accessibilité de l'oeil, dont les mouvementesont a mesurer. Il en resulte spécialement une reduction du champ de vision que l'on cherche tout particulierement a éviter. Le mouvement des yeux est en général mesure comme etant la reaction a une certaine éxitation visuelle, qui est pressente d l'oeil. pour obtenir des résultats que l'on puisse inter preter, il est nécessaire, que les conditions de mesure ressemblent les plus possible au conditions de vision habituelles. Cela veut dire en paruiculler, que le réduction du champ de vision due a l'appareil doit etre autant que possible évitez. L'invention a pour but d'ètre un appareil le la sorte de celui expliqué précédemment, mais avec une construction simple et robuste, une bonne accessibilité de l'oeil dont les m.ouve- ments sont a mesurer, et un grand champ de vision libre. Ce but est obtenu d'aprés l'invention en ayant l'axe optique de l'appareil confondu avec l'axe de l'oeil et en mettant entre l'oeil, dont les mouvement doivent etre mesurés et l'optique de mesure un miroir, qui est transparent pour la lumiere visible et réfléchissant pour le rayonnement de mesure. D'après l'invention l'arrangement co-axial de l'optique de mesure et de l'oeil se révère dans le cadre de l'invention a la position de repos de l'oeil, dont les mouvements doivent etre mesurés. Il est bien entendu que les mouvements des yeux a mesurer -provoque#des écartements correspondants de la co-ax.ia- lité. Cet arrangement co-axial, oui conduit a une construction speciallement simple et robuste, est rendu possible par l'utilisation du miroir décrit plus haut. Il en résulte une bonne accessibilité de l'oeil et en comparaison avec le systeme connu un champ de vision trés amélioré ainsi que agrandit dans toutes les directions.Un miroir, qui reflete les rayons infrarouges, qui sont de préférence à utiliser pour le rayonnement de mesure, et qui est transparent pour la lumiere visible, est a# la diapo ait ion de chaque spécialiste et rend possible la mesure du mouvement d'un oeil comme expliqué plus haut, sans réduction de l'accessibilité et du champ de vision de cet oeil. En plus l'appareil suivant l'invention apporte une amélioration et une homogénisation de la sensibilité et de la précision de mesure pour n'importe quelle direction du mouvement des yeux. D'autres aspects importants de l'appareil suivant l'invention ont rapports a la disposition des sources de lumière émétat le rayonnement de mesure.D'un cote il existe la possibilité de construire les sources de lumiere et l'optique de mesure plus ou moins en position de réflection directe en sens inverse, de telle faon que la partie de la lumière parasite reflechie, qui est ind#pen dante du mouvement de l'oeil soit considérablement diminuée. Un tel arrangement est dans l'appareil connu practiquement impossible a réaliser en considération de la liberté necessaire du champ de vision. D'un autre cote la possibilité est donnée par l'invention de reduire a un minimum la charge due au rayonnement de mesure que Oeil, dont les mouvements sont a mesurer, doit supporter. Pour cela l'invention prévoie dans une réalisation particuliere- ment aventageuse que le rayonnement Se mesure, qui est émis par les sources de lumiere se trouve sur un manteau co-axial avec l'axe de l'appareil et que ce rayonnement soit en particulier reparti de fanon homogène sur un plan perpendiculaire î cet axe de l'appar--il. Cela donne la possibilité d'obtenir une haute ser, sibilite de mesure en rédiusant a un n-inimum la charge de la partie occipitable de l'oeil, due au rayonnement de mesure. D'un coté la répartition des sources de lumiere sur un manteau d'illunination apporte une reduction de la charge de la partie'occipitale de l'oeil, due au rayonnement, d'autre part ce rayonnement arrive sur la périphérie de la partie occipitale de l'oeil qui est moins sensible. En plus de cela cet arrangement des sources lumineuses stest montré aventageux pour la precision et la stabilite des mesures et ceci, parce que les mesures sont moins dependantes de la réfleJtion de la cornée et est plus dépendante de la réemitlon de l'iris. Dans une réalisation aventageuse les sources de lumiere peuvent etre entre l'oeil dont les mouvements sont a mesurer et le miroir, grace a cela, malgré decdimensions restreintes, l'angle d'ouverture du cercle d'illumination peut e & re gros. Une autre possibilité qui est souvent preferable consistera refléter a 1' aide du miroir le rayonnement de mesure emis par les sources lumineuses, et ceci en direction de l'oeil, dont les mouvements sont à mesurer. Cet arrangement permet une grande stabilité avec une réduction minimale du champ de vision Une realisation qui épargne specialement de la place est obtenue en dirigeant la partie du rayonnement de .mesure, qui a sa source prés du miroir directement vers l'oeil et en reftetant dans le miroir la partie du rayonnement de mesure, qui a sa source loin de celui-ci. En faisant cela, il faut faire attention que les chemin optiques soient les memes pour toutes les sources de lumiere. L'ajustement de l'appareil d'axés i'irvention peut etre fait en deplacant verticalement ou horizontalement l'appareil, soutien en utilisant un oeilleton et/ou un arrangement de photodetecteurs qui peuvent etre déplacéssuivant deux axes perpendiculaires entre eux et perpendiculaires a l'axe optique. Pour cela il est suffi- sant que l'oeilleton et l'arrangement photodétecteur puisse etre Vouges chacun dans seulement une de ces directions.Un position ment stable de- l'oeil- par rapport a l'appareil est nécessaire pour des mesures de haute-precision, il peut ètre obtenu en utilisant une fixation, grace a un moule dentaire (bite-board), ou une fixation grace a une bande autour de la tette du sujet, oubien encore grace a un appui du front et du menton. Si il est necessaire pour la-documentation de ne pas seulement enregistrer le mouvement des yeux, mais aussi les scenes, que 1' oeil, dont on mesure les mouvements, voit pendant ce temps, il existe la possibilité d'utiliser les signaux de sortie, x et y, pour les mélanger a l'image de la scène pris à l'aide d'une camera de telévision. Ci-dessous suit une explication de l'invention a l'aide d'un sohe ma qui ne represente qu'un exemple de realisation. La seule figure de ce texte represente dans une coupe longitudinale l'arrangement optique d'un appareil pour la mesure des mouvement de l'oeil 1 d'un sujet. L'appareil comporte principalement: plusieurs sources lumineuses sous forme de diodes luminescentes 2, qui emmettent un rayonnement de mesure 10; une optique de mesure 3 qui est representée echematiquement a l'aide d'-une lentille con vergente; un arrangement photodetecteur 4 qui peut etre par exem.- ple, corme il a ete décrit au debut, une diode a bariere Schottky de grande surface. Les diodes luminescentes 2 illuminent la partie frontale de l'oeil 1 avec un rayonnement de mesure, qui est par exemple infrarouge.Avec la partie refléchie-du rayonnement de mesure on construit a l'aide de optique 3 l'image de la partie frontale de l'oeil sur l'arrangement-photofietecteur 4. Tout mouvements de l'oeil 1 provoque un déplacement correspond#nt du barycentre de la répartition de la lumière a: la surface de 1' arrangement photodetecteur 4, ce qui provoque a son tour un changement des signaux de sortie de l'arrangement photodétecteur 4 a ses connections 5. L'oeil 1 (en position de repos), dont les mouvements sont a mesurer, et l'optique de mesure 3 ont un axe 6 commun. Le chemin op- tique 7 qui s'étend le long de l'axe 5 de l'optique de mesure 3 est devié par le miroir 8. Le miroir 8 est un miroir d'un type connu qui reflète les rayons infrarouges, mais qui est transparent pour la lumiere visible. Les diodes luminescentes 2 sont réparties de fac on continue sur un manteau co-axial avec- l'axe optique 6,eDes sont orientées de telle façon que la partie frontale de l'oeil 1 a une illumination homogène, et que les chemins optiques entre les différentes diodes luminescentes et l'oeil soient les memes. La disposition des diodes luminescentes, comme cela est représenté en trait continu sur la figure, faite de telle facon que le rayonnement de mesure 10, qu'elles emetrent soit reflechi vers l'oeil par le miroir 8. Une autre possibilité est represenùee sur la figure en traits tirettes dans cette diposition-les diodes luminescentes 2' sont situees entre l'oeil 1 et le miroir 8. Dans ce cas le rayonne ment de mesure, que les diodes luminescentes 2 er.ettent, atteint l'oeil 1 directement sans etre devié.Dans la figure est aussi représente en traits tiretés comment les diodes luminescentes 2" sont à peu prés arrangées, comme dans le cas precedent, sauf que les diodes qui sont eloigées du miroir 8 n'eclairent pas directe ment l'oeil mais le font aprés une reflexion sur le miroir 8. Les diodes luminescentes 2 sont situées de talle façon que leur chemin optique ait la meme longueur que celui des diodes lumines- centes 2'. pour l'ajustement de l'oeil 1 d'un sujet, un oeilleton -11 est reglabie en position dans la direction de la fleche 12. En plus l'arrangement photodetecteur 4 est réglable en position dans une direction perpendiculaire (pas representée) au plan du dessin. Les details du traitement des signaux de sortie de l'arrangement photodetecteur 4 ne sont pas représentes. La possibilité de repre- senter ces signaux sur un moniteur et de les mélanger avec les images d'un film des scenesque l'oeil observe# pendant la mesure, n'est pas non plus representée. L'appareil decrit peut aussi bien etre utilisé comme appareil non portable, que comme appareil portatif fixé a la t'este du sujet grace a un moule dentaire (biteboard) et/ou une bande. REVENDICATIONS Appareil pour la mesure du mouvement des yeux, avec au moins une source lumineuse émettant un rayonnement de mesure, et avec un arrangement photodétecteur, dans lequel la partie frontale de l'oeil est illuminee par le rayonnement de me sure, ou le rayonnement de mesure renvoyé est utilisé pour construire, grace a une optique, l'image de la partie frontale de l'oeil sur larrangement photodetecteur et ou cet arrangement photodetecteur fournit des signaux de sortie qui dépendent de la position de l'image de l'oeil à sa surface, c a r a c t e r i s é par le fait que l'axe (6) de son optique de mesure(3) est principalement co-axial avec l'axe optique(6) de I'oeil(l) dont les mouvements sont a mesurer, et que entre cet oeil(l) et l'optique de mesure(3) est aisposé un miroir reflétant le rayonnement de mesure qui est transparent pour la lumière visible. Appareil selon la revendication N 1, caracterisé par le fait que le rayonnement de mesure, émis par les sources de lumière(2) se trouve principalement sur un manteau d'illumination(9) co-axial avec l'axe de l'appareil(6). 3. Appareil selon la revendication 2 caracterisé par le fait que les sources de lumiere(2) ont une repartition constante sur le manteau d'illumination(9). 4. Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que vu de la position de l'oeil(l) l'angle d'ouverture(~) du manteau d'illumination(9) est plus grand que celui (s) de l'optique de mesure. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 - 4, caracterisé par le fait que les sources -de lumière(2) sont montées entre l'oeil(1), dont les mouvements sont a mesurer, et le miroir(8). 6. Appareil selon l'une des revendications 1 - 5, caracterise par le fait que le rayonnement de meaure(lO) emis par les sources de lumière(2) est reflété dans l'oeil(l) par le miroir(8). 7. Appareil selon l'unDdes revendications 1 - 6, caracterisé par le fait que l'oeilleton(ll) pour l'oeil, dont les mouvements sont a mesurer(l), et/ou l'arrangement photodétecteur(4) peuvent ètre déplacés suivant deux directions(12) perpendiculaires entre elles et perpendiculaires a l'aie optique(6).