СПОСОБ ПРОФИЛАКТИКИ БЛИЗОРУКОСТИ У ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЭВМ

СПОСОБ ПРОФИЛАКТИКИ БЛИЗОРУКОСТИ У ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЭВМ


RU (11) 2077292 (13) C1

(51) 6 A61F9/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 29.08.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1997.04.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 93049656/14 
(22) Дата подачи заявки: 1993.10.29 
(45) Опубликовано: 1997.04.20 
(56) Аналоги изобретения: 1. Аветисов Э.С. Близорукость. - М.: Медицина, 1986. 2. Астватуров А.В., Демченко П.И. и др. Методические рекомендации по снижению зрительного утомления операторов, работающих с телевизионными индикаторами. - Л.: 1985, с.8 - 20. 3. Алимова Т.Л., Лямин Л.В. и др. Персональный комьютер для офиса. - М.: Радио и связь, 1993, с.35-45. 4. Gobba F.M. et al. Visual fatique in videoterminal operators, objective measure and relation to environmental conditions Llnt. Arch. occup. environ. Hlth, 1988, 60, N2, p.81-87. 
(71) Имя заявителя: Волков Владимир Михайлович; Винокуров Алексей Михайлович 
(72) Имя изобретателя: Волков Владимир Михайлович; Винокуров Алексей Михайлович 
(73) Имя патентообладателя: Волков Владимир Михайлович; Винокуров Алексей Михайлович 

(54) СПОСОБ ПРОФИЛАКТИКИ БЛИЗОРУКОСТИ У ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЭВМ 

Изобретение относится к области медицины и охраны труда, а точнее - к профилактике близорукости у пользователей цветными видеотерминалами, преимущественно, ЭВМ. Изобретение направлено на улучшение условий труда и профилактику близорукости, связанную с применением цветных дисплеев ЭВМ. Способ согласно изобретению включает установленные яркости экрана цветного дисплея в пределах 30oC250 кд/м2, регулировку освещенности рабочего места в пределах 100oC500 лк, ограничение времени непрерывной работы у экрана. Основной особенностью данного способа является периодическое искусственное синтезирование реального цветного изображения, которое осуществляют в рабочем диапазоне с длиной волны 380oC770 нм, путем выявления и периодического исключения части спектра светового излучения в диапазоне волн 380oC510 нм, что соответствует сине-голубым и фиолетовым тонам, с заменой на излучение с иной длиной волн, отсутствующих в реальном изображении. При этом общее время замены и синтеза изображения не менее чем в 3 раза превышает время воспроизведения полного цветного изображения. Возможная частота циклов исключения-восстановления составляет от 0,001 до 25 гц, но не выше частоты кадровой развертки дисплея. Целесообразна замена указанного диапазона излучением с длиной волн в интервале 510-oC710 нм или 580oC610 нм. Периодическое восстановление реального цветного изображения обеспечивает его сохранение и возможность перехода к обычному режиму работу с ЭВМ. Актуальность предложенного способа связана с большим масштабом применения ЭВМ и напряженностью зрения у программистов при длительной работе. 3 з.п. ф-лы. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области медицины и охраны труда, а точнее к профилактике близорукости и других заболеваний глаз у пользователей вычислительных машин (ЭВМ) при длительной работе с цветными дисплеями и может быть использовано при проектировании и создании ЭВМ, а также при разработке способов и средств снижения профессиональных заболеваний, связанных с широким применением вычислительных машин.

Известны особенности, причины возникновения и способы профилактики близорукости (миопии) в процессе зрительного напряженного труда с учетом размеров рассматриваемых объектов, условий работы, временного и других факторов [1]

Известно вредное влияние на человека, в том числе на его зрение, демонстрации изображения с помощью электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), особенно дисплеев электронно-вычислительных машин (ЭВМ) с учетом их широкого распространения, длительности работы с ними, технических характеристик, например, яркости экрана [2]

Известные работы достаточно подробно рассматривают причины возникновения близорукости, условия труда, способствующие этому, предлагают общие методы и способы профилактики, которые значительно связаны с условиями освещенности рабочего места, длительностью и степенью напряженности зрительного восприятия, влиянием интенсивности излучения и световой обстановки в целом. При этом разработаны различные методы тренировки глаз, специальные упражнения для улучшения аккомодации, физические упражнения и другие.

Однако, широкое использование цветных дисплеев (телемониторов) персональных ЭВМ и других, которые получили распространение в последнее время, поставило перед медиками и другими специалистами новые задачи, связанные с особенностями длительного воздействия цветного излучения ЭЛТ (электронно-лучевых трубок) на человека, находящегося вблизи экрана, особенно при работе с мелкими текстовыми или изобразительными элементами. Эти особенности еще недостаточно изучены, но негативные факторы влияния цветных дисплеев ЭВМ на человека уже очевидны и вызывают необходимость разработки и применения специальных защитных мероприятий. Так, например, упрощается доступ к регуляторам яркости, контрастности и другим для управления настройкой, дисплеи снабжают специальным шарнирным устройством для изменения угла наклона экрана; устраняют дисплеи с выпуклым экраном; поверхность экрана делают матовой с малым коэффициентом отражения света; повышают различимость объектов изображения; применяют специальные защитные поляризационные фильтры-экраны, снижающие усталость [3]

Тем не менее данная проблема еще далеко не решена, вопросы влияния цветности в процессе длительной работы и мер профилактики глазных заболеваний сохраняют свою актуальность.

С учетом решаемой задачи, в качестве ближайшего аналога (прототипа) предложенного способа профилактики близорукости (нарушений зрения) рассмотрен способ профилактики нарушения зрения и зрительного утомления у пользователей ЭВМ, который включает установление требуемой яркости экрана цветного дисплея (в пределах 150-500 кд/м2), ограничения времени непрерывной работы у экрана и регулировку освещенности рабочего места [4]

Известный способ, включающий также проведение общеоздоровительных мероприятий, тренировок зрения и профессиональный отбор, уменьшает вероятность заболеваний, снижает утомляемость и позволяет создавать более благоприятные условия для работы, но не решает проблему цветности, не учитывает, например, офтальмо-физиологических особенностей зрительного восприятия цветного изображения на видеотерминалах (дисплеях, телевизорах) лиц с близорукостью, дальнозоркостью и нормальным зрением при длительной работе.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение вредного влияния цветности на зрение и профилактика близорукости при работе с цветными видеотерминалами ЭВМ (дисплеями, телевизорами) в условиях длительной работы, а также создание возможностей для автоматической коррекции изображения и повышения работоспособности.

Предложенный способ профилактики близорукости у пользователей ЭВМ и видеотерминалов предполагает установление нормируемой яркости экрана цветного видеотерминала (дисплея), ограничение времени непрерывной работы у экрана и регулировку освещенности рабочего места, что известно из прототипа. Кроме этого, в процессе воспроизведения цветного изображения, которое осуществляют в диапазоне видимого светового излучения с длиной волн 380-770 нм, при освещенности рабочего места в пределах 100-500 лк и яркости свечения экрана видеотерминала в пределах 30-250 кд/м2 определяют присутствие во воспроизводимом спектре светового излучения в диапазоне волн 380-510 нм и при его наличии автоматически периодически с заданными интервалами времени заменяют его на излучение с длиной волн 510-770 нм, затем восстанавливают исходное реальное изображение на заданное время и вновь исключают при повторе цикла, причем общее время замены не менее чем в 3 раза превышает время воспроизведения полного изображения. Образование таких искусственных замен с заданными интервалами (периодами) и с указанными характеристиками и является основной отличительной особенностью данного способа.

Также предполагается, что наиболее оптимальными являются варианты, при которых исключаемый спектральный диапазон заменяют излучением с длиной волн, отсутствующих во воспроизводимом реальном изображении. Предпочтительно производить замену излучением с длиной волны в интервале 580-610 нм. Предполагается также, что исключение и замену части воспроизводимого спектра изображения производят путем постоянного выявления управляющих сигналов, вызывающих излучение экрана в диапазоне 380-510 нм, и снижения интенсивности и яркости управляющего сигнала, соответствующего синему цвету. Предпочтительная высота циклов исключения-восстановления спектра изображения составляет от 0,001 до 25 гц, но не превышает частоты кадровой развертки дисплея, причем рабочий диапазон светового излучения экрана ограничивают длинами волн в диапазоне 510oC710 нм.

Таким образом, согласно данному способу, при наличии в воспроизводимом реальном изображении излучения с длинами волн в диапазоне 380-510 нм, для лиц расположенных к близорукости предлагается автоматически, независимо от пользователя, информировать его (например, звуковым сигналом) о вредном для него режиме работы и переходит к режиму с периодической искусственной регулировкой цветности воспроизводимого изображения, при котором большую часть времени на экране воспроизводят синтезированное изображение, благоприятное для зрения, а меньшую часть реальное изображение, заданное пользователем или программой ЭВМ. Это осуществляют путем дополнительного контроля управляющих сигналов, вызывающих излучение экрана; выявления сигналов, соответствующих внешнему излучению с диапазоном волн 380-510 нм, которое нежелательно для лиц, склонных к близорукости; периодической заменой или исключением указанного излучения при автоматическом управлении работой блока цветности или видеоадаптера ЭВМ (дисплея ЭВМ) с последующим циклическим восстановлением реального изображения.

Указанное связано с результатами длительных экспериментов, подтверждающих неблагоприятность влияния сине-голубых и фиолетовых тонов в изображениях на экранах дисплеев и телевизоров с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) в плане развития близорукости (миопии), особенно при напряженной работе с текстовой информацией. Эти эксперименты, проведенные одним из авторов, определили необходимость поиска нового решения. Данное техническое решение предполагает получение синтезированного изображения, благоприятного для зрения, и одновременное сохранение реального цветного изображения, которое периодически заменяет синтезированное. Причем синтезированное изображение предполагает исключение излучения в диапазоне 380-510 нм и его замену излучением, отсутствующим в спектре, по-возможности с длиной волн в диапазоне 580-610 нм. При высокой частоте циклов до 25 гц возможный диапазон длин волн может составлять 510-710 нм, что приведет к "миганию" исключаемой части спектра и улучшению восприятия образов. Если рассматриваемый режим работы мешает работе или не показан пользователю, то он может быть исключен, например, нажатием кнопки с переходом к обычному полноцветному воспроизведению изображения.

Реализация данного способа основана на оптико-физиологическом феномене хроматической аберрации глаза, как оптической системы. Он заключается в том, что световые лучи с разной длиной волны обладают неодинаковыми коэффициентами преломления в глазу: преломляющая сила коротковолновых лучей на 1oC1,5 дптр больше, чем для длинноволновых. Вследствие этого, влияние цветов в изображении на терминале ЭВМ, включая обычный телевизор для близорукого или склонного к близорукости человека различно, особенно при работе с текстом и во всем диапазоне волн 380oC770 нм. В силу указанного, например, слабомиопический, или слабогиперметропический по отношению к белому свету глаз может стать эмметропическим для красных и синих лучей. По этой же причине миопическая рефракция для белого цвета усилится в синих лучах и пресбиопия будет сильнее в красных лучах и слабее в синих. Имеются и другие особенности, связанные с общей цветностью фона, освещенностью рабочего места, яркостью свечения экрана дисплея, конкретными показаниями для пользователя, параметрами элементов изображения, степенью напряженности зрения, продолжительностью непрерывной работы, частотой обращения к экрану и субъективными факторами. С учетом работы на ЭВМ и телетерминалах pазличных лиц и применения типизированных программ с разнообразными вариантами цветовых решений, избежать негативных влияний на зрение и найти оптимальное решение для всех случаев весьма затруднено. Также весьма трудно ввести коррекции в различные программы ЭВМ и добиться изменения всей цветовой гаммы. Решение данной задачи применительно к профилактике близорукости можно существенно упростить с использованием предложенного способа с периодическим исключением и определенной заменой части воспроизводимого спектра, согласно указанным выше параметрам, которые, как установлено авторами, являются достаточно общими для разных условий использования. Это позволяет решить задачу аппаратным путем с использованием ЭВМ и управляемых блоков дисплея при периодическом исключении участка спектра в диапазоне волн 380oC510 нм (сине-фиолетовая область) и заменой отсутствующими цветами спектра, например, в диапазоне волн 380oC610 нм (желто-оранжевая область). Предложенное решение позволяет применять данный способ для более широкого круга пользователей, расположенных к близорукости, включая лиц с нормальным зрением; обеспечивать более равномерную четкую фокусировку изображения символов и отдельных элементов на сетчатке глаз, как одной из основных причин близорукости и утомляемости; обеспечивать сохранность и воспроизводимость реального цветового изображения для всех пользователей. Проведенные эксперименты, подтвердили достаточную оптимальность и эффективность решения.

Конкретная реализация способа рассмотрена на примере нескольких вариантов.

Один из основных вариантов реализации предполагает предварительную установки освещенности рабочего места в пределах 100oC150 лк и яркости свечения экрана дисплея (телевизора), связанного с ЭВМ, в пределах 30oC250 кд/м2, что может задаваться непосредственно пользователем и регулироваться по мере необходимости в указанных пределах. Возможна и автоматическая установка данных параметров при наличии телеизмерительной аппаратуры. Далее, в процессе работы с цветным изображением на дисплее, преимущественно аппаратным путем, например, с помощью видеоадаптера и блока цветности видеотерминала по управляющему сигналу, определяющему воспроизводимый спектр, определяют присутствие светового излучения в диапазоне волн 380oC510 нм и выдают сигнал о его наличии или отсутствии, а в ряде случаев и определяют процентную значимость данного сигнала в кадре. Полученный сигнал (или сигналы) подают в специальный блок сравнения, куда одновременно подают управляющие сигналы пользователя о целесообразности включения данного способа с учетом желания пользователя и, возможно, его медицинских показаний, введенных в ЭВМ, а также, при необходимости, данных о допустимой процентной значимости уровня цветности, связанного допустимым с присутствием в кадре указанного излучения. С учетом результатов сравнения ЭВМ дает команду на управление согласно предложенному способу. При этом управляющий сигнал, определяющий текущую длину волны светового излучения экрана, изменяют на заранее заданный и допустимый, определяющий замену светового излучения в диапазоне волн 510oC770 нм или в более узком диапазоне. Для сохранения распределения цветности такую замену можно производить, например, умножением управляющего сигнала (его значения) на заданный коэффициент, а полученное значение сравнивать с имеющимися в кадре для исключения повтора цветности. Технически указанное может быть произведено ЭВМ при наличии дополнительных блоков сравнения. С точки зрения реализации способа важно лишь проведение замены с указанными выше параметрами. В зависимости от выбранного режима работы с помощью специального временного блока задают периодичность процесса, частота которого составляет от 0,001 до 25 Гц, причем общее время замены должно не менее, чем в 3 раза превышать время воспроизведения реального изображения. Конкретные параметры могут быть установлены непосредственно пользователем ЭВМ. Исходя из задания, в процессе реализации способа, ЭВМ управляет терминалом и обеспечивает периодическую замену реального цветного изображения на синтезированное с более узким спектром частот. Процесс замены и восстановления изображения проходит автоматически, но пользователь ЭВМ всегда может остановить на определенное время реализацию способа или изменить параметры цикла. При высокой частоте цикла синтеза, соизмеримой с частотой кадровой развертки, с учетом особенностей восприятия образов, возможно мигание яркости и цвета, что также может способствовать улучшению восприятия изображения и отдельных элементов. Для демонстрации в этом случае реального изображения возможна периодическая приостановка реализации способа или изменение частоты циклов.

Из других вариантов реализации данного способа следует отметить возможность ограничения синтезируемого излучения только диапазоном волн 580oC610 нм (желто-оранжевая область); ограничение всего рабочего диапазона длинами волн 510oC710 нм; управление цветностью только за счет изменения интенсивности и яркости управляющего сигнала, соответствующего синему цвету, аналогично ручной регулировке яркости и цветности в известных видеотерминалах. Аналогичные действия могут быть осуществлены в цветных телевизорах, снабженных микро-ЭВМ, или подключенных к ЭВМ.

В целом, наличие управляющих ЭВМ дает возможность и более точного подбора цветных, контрастных, тональных и яркостных характеристик цветного изображения на дисплее для коррекции оптико-хроматических недостатков зрения близоруких. Но основным является именно указанный выше диапазон характеристик, рекомендуемый всем лицам, склонным к близорукости. Эти параметрические характеристики спектрального состава, видности, яркости и контраста цветного изображения позволяют стабилизировать, приостановить процесс развития близорукости, а в отдельных случаях и улучшить зрение. Они разработаны на основе данных по оптико-физиологическим особенностям близорукого глаза, характеристик основных цветообразующих лучей видеотерминала, и особенно синего (управляющего) цвета, а также эффектов субъективного восприятия хроматических лучей разной длины волны, различий и сопрягаемости контрастных и дополнительных цветов, степеней поглощения хроматических лучей сетчаткой глаза человека. В частности, установлено, что крайне нежелателен сине-голубой фон для черных текстовых символов и для белых. Его целесообразно заменять на желтый, зеленоватый, оранжевый. При этом из хроматического изображения текста или рисунка будут исключены те коротковолновые участки спектра, которые в близоруких глазах не обеспечивают четкой фокусировки изображения символов на сетчатке глаза, и заменены тонами, обеспечивающими лучшую четкость и фокусировку.

Данный способ предполагает активное участие пользователя ЭВМ в процессе регулировки, но при постоянном наличии рекомендаций, связанных с конкретной степенью миопии (желательно до 3 дптр), отсутствии явных симптомов пребиобии ("старческой дальнозоркости"). Собственные экспериментальные данные, полученные на 19 испытуемых, показали, например, что точный рассчитанный сдвиг цвета воспринимаемого символа в оранжево-желтую часть спектра с доминирующей длиной волны в 590 нм (экспериментальный режим) улучшает зрительную работоспособность по показателям продуктивности зрительной работы (по Вестону) и ахроматической адиспарометрии в сравнении с обычными условиями. Развитие близорукости в среднем у профессиональных программистов практически приостанавливается, имеют место случаи и улучшения зрения. Однако в целом можно говорить именно о профилактике, а не о лечении близорукости. Условием этого и является применение данного способа в значительные периоды времени работы, составляющие более 50-75% от общего времени работы на дисплеи. Особенность рабочего места и яркость свечения также взаимно связаны, что известно из указанной литературы. Однако применительно к профилактике близорукости и учету фактора цветности эти параметры должны быть также регламентированы и уточнены.

Этим не исчерпывается особенность данного метода. Известно, что любая длительная работа с большим напряжением глаз на расстоянии чтения приводит к феномену так называемой "ложной близорукости" ("псевдомиопии") из-за спазма аккомодации. В частности установлено, что работа с видеотерминалами вызывает к концу рабочего дня временную миопизацию у 42% операторов ЭВМ [4] Предлагаемый способ может быть применен, в этой связи, и в отношении пользователей ЭВМ с нормальным зрением, но после длительного, более 2-5 часов напряженного труда.

Таким образом, предлагаемый способ будет способствовать улучшению зрительной работоспособности и профилактике близорукости у широкого круга лиц, использующих персональную и другие ЭВМ, то есть в массовом масштабе. Его применение позволит снизить число оперативных ошибок, вызванных зрительным утомлением, уменьшить степень напряженности аккомодации и, главное, препятствовать развитию прогрессирующей близорукости. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1 1. Способ профилактики близорукости у пользователей ЭВМ, включающий установление яркости экрана цветного дисплея ЭВМ, ограничение времени непрерывной работы у экрана и регулировку освещенности рабочего места, отличающийся тем, что в процессе воспроизведения цветного изображения, которое осуществляют в диапазоне видимого светового излучения с длиной волны 380 770 нм, при освещенности рабочего места в пределах 100 500 лк и яркости свечения экрана дисплея в пределах 30 250 кд/м2, периодически с заданным интервалом времени определяют присутствие светового излучения в диапазоне волн 380 510 нм и при наличии во воспроизводимом спектре указанного светового излучения автоматически заменяют его на излучение с иными длинами волн, затем восстанавливают исходное реальное цветовое изображение на заданное время и вновь исключают при повторе цикла, причем общее время замены не менее, чем в 3 раза превышает время воспроизведения полного цветового спектра изображения.2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исключаемый спектральный диапазон заменяют излучением с длиной волн в интервале 580 610 нм.2 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исключение и замену части воспроизведимого спектра изображения производят путем постоянного выявления управляющих сигналов, вызывающих излучение экрана в диапазоне 380 510 нм и снижения интенсивности и яркости управляющего сигнала, соответствующего синему цвету.2 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту циклов исключения восстановления спектра изображения устанавливают в диапазоне 0,001 25 Гц, но не выше частоты кадровой развертки дисплея, а рабочий диапазон светового излучения ограничивают длинами волн в диапазоне 510 710 нм.