способ определения степени зрительного утомления

Формула изобретения

Способ определения степени зрительного утомления путем подачи в поле зрения испытуемого потока мелькающего света постоянной частоты и плавного изменения амплитуды мельканий, отличающийся тем, что первоначально подают поток постоянного света и совмещают его со зрительной осью глаза так, что он воздействует на центральную часть сетчатки глаза, экранируют поле зрения от других световых потоков и делают выдержку продолжительностью 5-7 мин для адаптации зрения, затем подают поток мелькающего света, совмещают его со зрительной осью глаза так, что он воздействует на центральную часть сетчатки глаза, и суммируют с потоком постоянного света, при этом плавное изменение амплитуды мельканий производят от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому, а степень зрительного утомления определяют в соответствии с выражением



где - степень зрительного утомления;

a_M1 - значение амплитуды мельканий, полученное для глаза в его исходном (отдохнувшем) состоянии;

а_M2 - значение амплитуды мельканий, полученное для глаза при его зрительном утомлении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике измерения психофизиологических характеристик и касается способа определения степени зрительного утомления.

Известен способ определения степени зрительного утомления, предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого потока мелькающего света с плавно изменяемой частотой (см., например, Деревянко В.А. и др. "Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде", М., 1976, с. 76). Этот способ имеет недостатки: низкую точность, большой разброс данных и большое количество измерений для оценки степени зрительного утомления. Кроме того, использование этого способа связано с затруднениями при сравнении данных, полученных различными исследователями и для различных испытуемых. Перечисленные недостатки связаны в значительной степени с тем, что в процессе испытаний не предусмотрено ограничений в световых потоках, полях зрения испытуемых, а также ввиду небольших величин сдвига абсолютных значений критической частоты слияния мельканий в зависимости от степени утомления. Вместе с тем известно (см., например, А.В.Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 89-90), что критическая частота слияния мельканий зависит от многих факторов, в частности, от частоты мельканий, яркости светового потока, углового размера поля зрения, глубины модуляции яркости при мельканиях (амплитуды модуляций) и др. Кроме того, световая чувствительность сетчатки глаза в зависимости от удаленности от центра глаза существенно различна (см. , там же, с. 37-53), а ее рабочая зона, как правило, ограничена, особенно у испытуемых, характер профессиональной деятельности которых связан с операторским трудом, например, у операторов военно-технических комплексов, авиаторов и др.

Известен способ определения степени зрительного утомления, предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого потока мелькающего света изменяемой частоты и одновременно подают поток ровного света, сравнивают его с потоком мелькающего света и определяют момент, когда световые потоки будут казаться испытуемому одинаково светящимися. Этот способ позволяет произвести измерения более точно, поскольку предоставляет возможность ориентироваться на эталонный (ровный) поток света. Однако помещение в поле зрения испытуемого одновременно двух источников с разными характеристиками, непрерывное их сравнение и слежение за ними - рассеивают внимание испытуемого и не дают в полной мере обеспечить и точность, и достоверность оценки. Кроме того, яркость второго источника (с ровным потоком света) суммируется с яркостью первого и вызывает дополнительную погрешность (см. там же, с. 85-87, 117-121).

Известен способ определения степени зрительного утомления путем подачи в поле зрения испытуемого потока мелькающего света и измерения критической частоты слияния мельканий, воспринимаемой одним глазом (см., например, авторское свидетельство СССР 673266, кл. А 61 В 5/16, 1977). По этому способу дополнительно измеряют критическую частоту слияния мельканий, воспринимаемую другим глазом, и по разности получаемых величин определяют степень утомления. Этот способ, в отличие от предыдущих, предусматривает определение усталости не только зрительного аппарата, но и всего человека. Это оправдано, поскольку в формировании зрительных образов участвует не только глаз непосредственно, но и мозг (см., например, А.В.Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 52-53), а ограничение поля зрения одним глазом испытуемого увеличивает в общей оценке вес именно рабочей зоны сетчатки, что приближает оценку утомления к реальной. Однако этого приближения не достаточно, поскольку поле зрения одного глаза достаточно велико, например, в горизонтальной плоскости оно составляет около 150^o (см., там же, с. 53-55), и рабочая зона поля зрения, как правило, значительно меньше. Особенно это относится к тем профессиональным работникам, деятельность которых связана с оптическими приборами, и прежде всего с монокулярными приборами (микроскопами, телескопами, различного рода визирами, прицельными устройствами и др.). В этих случаях основную рабочую нагрузку воспринимает на себя центральная часть сетчатки, угловой размер которой составляет единицы градусов. Учитывая угловые размеры подавляющего большинства типовых объектов, находящихся в пространстве предметов, с которыми контактирует зрительный аппарат глаза через оптический прибор, а также вероятности их отклонения от зрительной оси, можно определить угловой размер наиболее нагруженной части сетчатки глаза, который не превышает 3^o. Поэтому применение в этих случаях способа по а.с. 673266 дает завышенный результат, из-за участия в испытании как "уставших", так и "не уставших" частей сетчатки глаза.

Еще более завышается оценка для наводчиков-операторов вооружения, особенно вооружения боевых наземных машин, для которых предъявляются требования стрельбы с ходу, в условиях значительных колебаний и вибраций корпуса и вооружения. Необходимость выполнения функций по слежению прицельной маркой за малоразмерными целями в условиях пыледымовых и световых помех, в условиях постоянно меняющихся яркостей, фона, цели и прицельной марки вызывает повышенную напряженность зрительного аппарата наводчика-оператора, что очень часто приводит к потере цели или прицельной марки, а вместе с этим существенно снижает эффективность стрельбы. Непрерывное слежение за малоразмерной прицельной маркой уменьшает наиболее нагруженную часть сетчатки глаза до нескольких десятых градуса. Использование известных способов в этом случае для оценки зрительных аппаратов наводчиков-операторов практически не дает достоверного результата, так как работает одна незначительная часть зрительного аппарата (0,1-0,3) градуса, а оценивается совсем другая.

Известен также способ определения степени зрительного утомления, принятый в настоящем решении за прототип и предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого потока мелькающего света постоянной частоты (см., например, авторское свидетельство СССР 735241, кл. А 61 В 5/16, 1978).

В этом способе плавно изменяют амплитуду мельканий при постоянной частоте светового потока и определяют ее величину, при которой мелькающий свет станет казаться ровным и по которой судят о степени зрительного утомления. Постоянная частота принимается в диапазоне 10-20 Гц, а амплитуду мельканий плавно уменьшают. При этом первоначально выбирают амплитуду светового потока, изменяющейся на 100%, затем ее величину плавно уменьшают до тех пор, пока испытуемому свет станет казаться ровным.

Степень зрительного утомления определяется по разнице между амплитудами светового потока, воспринимаемым неутомленным и утомленным глазом, и будет тем больше, чем значительнее эта разница. Этот способ позволяет в некоторой степени повысить точность определения степени зрительного утомления, что способствует улучшению условий труда и более рациональному распределению режима труда и отдыха.

Однако этот способ также имеет недостатки. Как и в предыдущих решениях, в нем не предусмотрена предварительная адаптация зрения к подаваемому световому потоку, что не позволяет получить достоверный результат и желаемую комфортность условий при проведении испытаний. Известно (см., например, А.В. Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 48-53), что на световую адаптацию требуется не менее нескольких минут. Это объясняется тем, что при изменении уровня яркости поля зрения автоматически включается целый ряд механизмов, которые и обеспечивают адаптационную перестройку зрения. Поэтому значения характеристик, полученных при неадаптированном зрении, могут в несколько раз отличаться от действительных и между собой (см., например, там же, с. 52-53). Ситуация усугубляется еще и тем, что подача раздражающего фактора (потока мелькающего света) начинается сразу со 100% изменения амплитуды, и только потом она плавно уменьшается. В этом случае в поле зрения неизбежно появление пятен с яркостью, значительно отличающейся от яркости адаптации, вызывающее неприятные ощущения, дискомфорт (см., например, там же, с. 119-121).

Цель изобретения - повышение точности определения степени зрительного утомления и комфортности при испытаниях.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения степени зрительного утомления путем подачи в поле зрения испытуемого потока мелькающего света постоянной частоты и плавного изменения амплитуды мельканий первоначально подают поток постоянного света и совмещают его со зрительной осью глаза, экранируют поле зрения от других световых потоков и делают выдержку продолжительностью 5-7 минут для адаптации зрения, затем подают поток мелькающего света, совмещают его со зрительной осью глаза и суммируют с потоком постоянного света, при этом плавное изменение амплитуды мельканий производят от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому, а степень зрительного утомления определяют в соответствии с выражением

(1)

где - степень зрительного утомления;

a_M1 - значение амплитуды мельканий, полученное для глаза в его исходном (отдохнувшем) состоянии;

a_M2 - значение амплитуды мельканий, полученное для глаза при его зрительном утомлении.

Заметность мельканий зависит от многих факторов (см., например, А.В.Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 89-90), в частности, от частоты мельканий, яркости наблюдаемой картины, углового размера поля зрения, глубины модуляций яркости при мельканиях (амплитуды модуляций) и др. Дать единую формулу, определяющую одну из характеристик в зависимости от остальных факторов в настоящее время пока не представляется возможным. Однако для частных случаев при определенных допусках и ограничениях такие зависимости получены. Например, для критической частоты слияния мельканий получены выражения (см. там же, с. 89-90):

_кр = 12,4lg a_ммL+39,5,



где _кр - критическая частота слияния мельканий; a_мм - амплитуда модуляций мельканий; L₁ и L₂ - максимальная и минимальная яркость при мельканиях. В простейшем случае L₂=0 и a_MM = 1 (100%). Эти зависимости подтверждают возможность достижения слияния мельканий путем изменения их амплитуды. Однако при резком изменении яркости при мельканиях происходит разрыв между характеристиками светового потока и состоянием зрительной системы. Чтобы снизить отрицательное воздействие этого явления, необходимо предоставить возможность зрительной системе адаптироваться и только затем формировать поток мелькающего света.

Для проведения исследования в поле зрения испытуемого подают поток постоянного (ровного) света и совмещают его со зрительной осью глаза испытуемого. Дают возможность в течение некоторого времени зрительному аппарату испытуемого адаптироваться к поданному потоку. В зависимости от яркости света временной диапазон для адаптации изменяется в пределах нескольких минут. Исследования показывают, что "... минут через пять световая чувствительность человеческого зрения приходит в полное соответствие с окружающей яркостью, что и обеспечивает нормальную работу глаза в новых условиях..." (см., например, А.В.Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 48-53).

С учетом различия характеристик зрительных аппаратов разных испытуемых временной диапазон для адаптации целесообразно принять равным 5-7 минут. Поэтому выдержка для адаптации зрения к поданному потоку постоянного света принимается в пределах 5-7 минут, в зависимости от особенностей зрительного аппарата испытуемого. При этом поле зрения экранируют от других световых потоков. У наводчиков-операторов это легко достигается перекрытием входного окна соответствующего прибора (прицела, прибора наблюдения и др.). По истечении времени адаптации подают поток мелькающего света, плавно изменяя амплитуду мельканий от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому. Эта процедура неоднократно повторяется как для неутомленной, так и для утомленной зрительной системы. Такое суммирование позволяет модулировать поток постоянного света. Первоначально значение амплитуды потока мелькающего света близко к нулю и несоизмеримо меньше значения уровня потока постоянного света. Поэтому испытуемый не замечает мельканий, адаптация глаза не нарушается и комфортность условий проведения испытаний сохраняется. Затем амплитуду мельканий изменяют плавно с такой скоростью, чтобы не создавать глазу испытуемого неприятных ощущений. При достижении амплитудой мельканий величины, при которой мелькание света становится заметным испытуемому, изменение амплитуды мельканий прекращают, а ее значение фиксируют. Эта процедура неоднократно повторяется как для неутомленной, так и для утомленной зрительной системы. Степень зрительного утомления определяют с использованием выражения (1), позволяющего выразить степень зрительного утомления в процентах к исходному (неутомленному).

Применение предлагаемого способа определения степени зрительного утомления позволяет повысить точность и достоверность определяемых характеристик. Подача в поле зрения испытуемого первоначально потока постоянного света и выдержка продолжительностью 5-7 минут позволяет адаптироваться зрительной cистеме к условиям испытания и исключить неприятные ощущения. Подача потоков постоянного, а затем и мелькающего света, совмещенными со зрительной осью, приводит к их воздействию на самую нагруженную часть сетчатки глаза, на ее центральную часть. То есть, на ту часть сетчатки, которая в наибольшей степени устает в повседневной деятельности и которая определяет результат этой деятельности. Опрос большой группы специалистов (более 30 человек) показал, что в вечернее время (после рабочего дня) эффективность их зрительного аппарата (центральной его части) существенно уменьшается, а мелькающий поток света легче воспринимается боковым зрением, чем центральным. Поэтому участие бокового зрения в процессе определения зрительной усталости "размывает" результат, делает его менее достоверным. А исключение бокового зрения из процесса определения зрительной усталости повышает достоверность результата. Повышению достоверности результатов способствует и экранирование поля зрения глаза от других световых потоков, поскольку, с одной стороны, экранируется боковое зрение, а с другой - исключаются изменения и флуктуации характеристик потока мелькающего света (см., например, Луизов А.В. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 83-87, 117-124), обусловленных способностью зрения суммировать во времени воздействие входящих в глаз нескольких световых потоков и вместе с этим ограниченностью этой способности. Использование для определения степени зрительного утомления математического выражения (1), позволяет устранить недостатки из-за небольших величин сдвига абсолютных значений критической частоты слияния мельканий в зависимости от степени утомления и перейти к более удобным единицам измерения (%), позволяющим к тому же проводить сравнительную оценку испытуемых между собой.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более точно (более, чем на 20%) и достоверно оценивать степень зрительного утомления испытуемых и прогнозировать изменение их производственных (профессиональных) показателей, особенно, если испытуемые выполняют операторские функции с использованием монокулярных оптических приборов. Кроме того, процедура исследования в этом способе обеспечивает более щадящий режим для зрительной системы. Раннее и более точное прогнозирование утомления зрительного аппарата в конечном итоге позволяет своевременно предупреждать нежелательные действия испытуемых, их ошибки, вызванные зрительным утомлением, а также избегать травмирования зрительного аппарата, сохранять его характеристики и долголетие.