Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Технические фантазии в реальном воплощении

Рассылка закрыта

При закрытии подписчики были переданы в рассылку "Очевидное-Невероятное" на которую и рекомендуем вам подписаться.

Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.

←   Декабрь 2001   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Автор
BorislavD

Статистика

3.316 подписчиков
-2 за неделю
←   Все выпуски   →

Технические фантазии в реальном воплощении # 31


Служба Рассылок Subscribe.Ru
Оптика, медицина, антропология
Технические фантазии в реальном воплощении

Код tech.tft
Выпуск № 31
Автор и ведущий Cesiy
Оптика, медицина, антропология
Расстояние между оптическими осями глаз
Можно это измерить?
И выполнить самому?

1.
        Представляется так, что это трудно и сложно, и непонятно, как подступиться - потому что это не механика и электроника, а оптика, да ещё собственных органов, важных и главных, - оптических осей глаз.  Помог случай. Оказалось, что "всё это" очень просто, а точность практически любая. Естественно, речь не идет об измерениях с помощью линейки, применяемой "глазниками" при назначении очков. Однако, как окажется в последующем, этот метод известен и широко применяется в оптических дальномерах. Здесь он траспонируется к оптике глаз, в частности, к измерению растояния между оптическими осями.
2.
        Стою перед зеркалом, смотрю на своё лицо, думаю: "надо бриться или не надо?". Сколько так можно стоять? Начал закрывать то один глаз, то другой, чтобы представить хоть какую-то динамику. Хорошо, что не стал делать ещё что-то и чем-то.Так происходило несколько раз, и уже надоело, а на противоположной стене, отраженной в зеркале, была черная точка. Смотрю на неё. Вижу, что она начинает горизонтально "прыгать": закрою правый глаз, она прыгает влево, закрою левый, она - вправо.
3
    Начинаю думать, почему так? О другом, что мысленно хотел, забыл. Не могу понять, почему она прыгает, да ещё на одно и то же расстояние. Проверяю: наклеиваю на зеркало полоску бумаги с делениями. Получается, что "прыжки" действительно одинаковые. Отхожу подальше,- они изменяются, но база остается.
4.
        Рисую схему на бумаге. Изображаю два глаза (А и В), по перпендикуляру к ним - плоскость зеркала (С), сзади провожу линию (7) - это след стены, на линии ставлю чуть выпирающую точку (8). Получается пирамида: точка на стене, две точки глаз и линия основания 2 - это зеркало. Хочу сообразить, почему я вижу точку на экране (на зеркале)? Это потому, что она там отображается, но "сидит" дальше, за зеркалом. Там, где ей и положено по закону оптики, на том же расстоянии, что и реальная точка (8) на стене. Рисую дальше, провожу осевую линию 8-01, на ней два равных растояния ho и ho. Затем соединяю точку глаза А с точкой 01, а точку глаза В тоже с точкой 01. На зеркале С (на делениях) отрезается размер а1 - тот, который виден, когда закрываю то правый, то левый глаз. Действительно, лучи изображения точки, отражаясь от зеркала (угол падения равен углу отражения) попадают и в правый, и в левый глаз. Схема представлена на рис. 1. Размер h1 - это расстояние между линией глаз и зеркалом. Всё это есть в учебниках физики, и элементарно.
5.
        Дальше можно привести простые формулы, связывающие все параметры, отмеченные на рис.1. Здесь и ниже ищем только одно: расстояние между оптическими осями глаз - отрезок АВ, обозначенный как "а". Из соотношения углов и отрезков, показанных на рисунке, получается, что

                                            а = (1+h1/ho)а1    .............................(1),

        Вот и всё! Чтобы измерить растояние между оптическими осями глаз нужно (стоя в положении АВ) измерить отрезок а1. Всё достаточно просто. Например, при  1 + h1/ho = 1,5  и  а1 = 43 мм, получается, что  а = 64,5 мм. Таково будет расстояние между оптическими осями глаз, измеренное лично вами, если отрезок "а" отличается от отрезка "а1" в  1,5 раза.

так как                                а/а1 = 1 + h1/hо      ..............................(1а)

        Таким образом, измеряя своими глазами положение отметки 8 по шкале на зеркале (параметр чисто геометрический), получаем расстояние между оптическими осями своих глаз (параметр оптический). Измеряя (с определенной погрешностью) расстояние "а1" в миллиметрах, получаем "оптическое" расстояние, расстояние между оптическими осями глаз, выраженное в миллиметрах и в их долях. Если измерение будет случайно ошибочным, это только ваша случайная ошибка при считывании положения метки 8 на шкале зеркала. Шкала может наноситься прямо на зеркало  в виде тонких рисок или приклеиваться  на прозрачном носителе.
        Далее необходимо отметить ещё два момента.
        Первый - это напоминание о том, что в данном случае оптическим измерительным прибором являются ваши живые органы - глаза, и, кроме того, производится самоизмерение оптического параметра этого живого органа, положение его оптических осей.
        Второе - это то, что в данной схеме измерения присутствуют наибольшие погрешности, так как расстояние h1 может быть определено только приблизительно. Однако прибор, построенный по схеме, приведенной на рис.1, отличается самой большой простотой (и может быть дополнен некоторыми усовершенствованиями). Представляется, что почти нечего будет делать (несмотря на то, что эта схема содержит многочисленный ряд линий), - реально нужен только стул со спинкой, повернутой к стене, и напротив зеркало с наклейкой. Легко и быстро набирается статистика. Могут быть определены зависимости от роста, пола, возраста. И очки подберутся точнее. Вы раньше и не знали, как измерить свой оптический параметр.

6.
        С тем, чтобы увеличить точность измерений (без потери простоты изготовления, и с лучшим дизайном) нужно рассмотреть ещё два варианта схем и, соответственно, формул. Однако они основываются на только что указанном, на том же принципе, достаточно известном, но примененном теперь "к себе", к "своей оптике", к оптике своих самых дорогих органов.
        Прежде чем к ним перейти, нужно рассмотреть схему, представленную на рис.2.
рис. 2

        Эта схема содержит все элементы по рис.1 и, кроме того, дополнена устройством поворота 6 зеркала 2, находящегося в положении С. Здесь же показана вертикальная риска 4 на зеркале, ось вращения 3, шкала углов поворота 5 и плоскость стола 9. В случае варианта по рис.2, измерения можно производить более точно. Точность измерений возрастает, поскольку нужно при повороте зеркала (закрыв то один глаз, то другой) следить только за тем, чтобы метка 8 совпала с риской 4.
        Формула определения расстояния между оптическими осями глаз представляется как

                                                   а = 2*h1*tgf    .......................... (2),

где "а" - расстояние между оптическими осями глаз,
f - угол поворота по шкале 5 между определениями правым и левым глазом.
Например, если  h1 = 20 см, а измеренный угол f = 9 градусов и 10 минут, расстояние  а = 64,547 мм.
Производится более точное, простое и спокойное измерение.

7.

        На рис. 3 приведена самая удобная и точная схема измерений, по которой легко строится компактный прибор для оптических измерений. Собственно, по рис.2  уже показана его фронтальная проекция, а на рис.3 он показан горизонтально, в плане. Главное же в том, что по обоим рисункам теперь достаточно хорошо видны не только два положения зеркала, но и их меры углов. Особенность схемы, представленной на рис.3 (и рис.2) состоит в том, что измерения можно производить независимо от положения человека (и его глаз) относительно стола с прибором. Поэтому на точность измерений влияет только точность измеренных угловых перемещений шкалы 5.

                                                                          рис.3.
       
        Все измерения аналогичны описанным с той разницей, что они делаются дважды – в точке О и в точке О1. Зеркало после первого измерения в точке О передвигают по направляющей стола 9 в точку О1, где производится повторное измерение. Расстояние "дельта" h делается фиксированным, например, равным 10 см, с тем чтобы не производить измерений положения зеркала на направляющей. При этом не требуется измерений ни величины "дельта" h, ни величины h1 или h2.
Последнее ведет к повышению точности измерений, однако требуется измерять уже две угловые величины: f1 и f2.
        Расчетная формула для определения "а" в этом случае выглядит следующим образом

                                                               2*("дельта" h)*tgf1*tgf2
                                                       а = ------------------------------------  .............................(3),
                                                                      tgf1 - tgf2

где f1 и f2 - в соответствии с рис. 3, углы поворота по шкале 5 между определениями левым и правым глазом в положениях зеркала C и D. На рис. 2 и 3 угол f показан в виде греческого "фи". Голова человека удерживается фиксаторами 1.
Таким образом, по формуле (3) определяется расстояние "а" при фиксированном "дельта" h.

8.
        Чтобы сделать измерительный прибор с использованием формулы (3), нужен стол, стул,  зеркало (на столе) с возможностью поворота вокруг вертикальной оси (со шкалой) и метка 8 на стене сзади. Два измерения вводятся в формулу (с предварительным вычислением их тангенса), в результате получается ваш точный оптический параметр.
        У разных людей, разных рас и национальностей, в том числе у женщин и мужчин, и, вероятно, в зависимости от возраста, на самом деле эти "оптико-биологические" параметры  отличаются друг от друга. Почему? При этом знать "свой" параметр интересно само по себе. Знать их множество - интересно вдвойне. Статистика достаточно быстро и легко набирается - лишь бы был прибор.Теперь есть его описание. Дело за медицинскими фирмами, которые могут наладить его производство. Он легко умещается в небольшой коробке, такой же, как и для  прибора измерения давлений. Его состав - это зеркало с риской, с возможностью поворота относительно основания, измерительная шкала, упоры-ограничители на основании.
        Измерительная шкала может быть выполнена в виде индикатора углов поворота различных модификаций: механической, оптической, электрической - с соответствующими нониусами и указателями, позволяющими фиксировать углы поворота самому испытываемому.
9.
        Прибор позволяет, во-первых, получать результаты измерений - расстояния между оптическими осями глаз - с точностью до десятых и сотых долей миллиметра. При этом глаза человека автоматически ориентируются при измерениях так, что зрительная ось попадает в совмещенное с риской озображение метки на зеркале, что, во-вторых, позволяет применить приведенные формульные зависимости, и по ним вычислить расстояние между оптическими осями глаз.
        Указанные прибор и вычислительные операции дают возможность производить объективный контроль параметров бинокулярного зрения, производить точные измерения, в том числе антропологические, правильно вести настройку базиса бинокуляров при исследованиях в точном приборостроении, существенно упростить процедуру измерений и набор статистических данных. По результатам исследований могут быть получены соответствующие выводы относящиеся к эволюционной теории развития человека.
10.
        Медицинские клиники, использующие данное оборудование, могут применить результаты "оптических" измерений в различных видах своей деятельности, в первую очередь в офтальмотологии. Поскольку количество клиник во всем мире определяется десятками тысяч, потребность в оснащении их простыми приборами "оптических" измерений достаточно высокая.
        Таким образом, вероятно, есть перспектива развития данного направления, в том числе как для  мелкосерийного, так и серийного производства (после конструктивной проработки различных модификаций). Конструкторская документация может быть достаточно простой и отличаться тем, что себестоимость изготовления будет минимальной (при высокой потребности в использовании).


        Предыдущие выпуски содержали:
  • № 28 - "Динамический парашют"  (активное участие парашютиста),
  • № 29 - "Индивидуальный летательный аппарат" (симбиоз получения подъемной силы с помощью активного органа и пассивного аэростата),
  • № 30 - "Пушкин в экспоненте" (приоткрытая тайна написания русских слов, их произношений и звучных сочетаний).

        Cesiy, 20.12.2001.
        e-mail: cesiy@netto.ru

Ведущий и автор Cesiy                                                   
Рассылки Subscribe.Ru
Технические фантазии в реальном воплощении

Архив Рассылки                                                                                         Рассылка 'Технические фантазии в реальном воплощении'

http://subscribe.ru/
E-mail: ask@subscribe.ru 		Отписаться
Убрать рекламу
В избранное