采用可调光路的多用途视锐度检查装置的制作方法

本发明涉及信息显示技术领域，是一种采用可调光路的多用途视锐度检查装置。

二、

背景技术：

视锐度也称立体视、立体视觉，是视觉器官对周围物体远近、深浅、高低三维空间位置的分辨感知能力，是建立在双眼同时视和融合功能基础上的独立的高级双眼视功能。由于两眼水平分开，物体在左右眼视网膜成像会形成微小的不对应差别，即双眼视差，并由此产生立体视觉(Stereoscopic Vision)。

立体视的获得以及精细的立体视锐度依赖于准确协调的眼球运动及双眼的黄斑中心凹注视。立体视锐度是分辨双眼视网膜影像问最小的水平视差(零视差)的能力，其单位为秒弧角(”)，正常值为6度～10度。但以目前的检查手段，正常值通常为40"～60"。一个人被测得的立体视锐度越小，其立体视功能就越好。临床上按立体视锐度大小分为黄斑中心凹立体视(视锐度≤60")、黄斑立体视(80”～200")和周边立体视(400"～3000")。立体视缺失称为立体视盲。立体视可分为局部立体视(Local Stereopis)和整体立体视(Global Stereopis)。局部立体视是以少量的线条构成视差基元，所包含的视差信息量少，先在视网膜由单眼线索或暗示信号等刺激形成二维图形，再传至大脑融合成三维图像，故局部立体视只是一种粗放低级的立体视功能。整体立体视是以大量的隐藏有视差信息的点构成视差基元，所包含的视差信息量大，直接在大脑皮质完成对视差信息由三维到二维的转变，故整体立体视是一种精细高级的立体视功能。

影响立体视觉的因素有年龄、视力、视野、屈光不正、双眼不等像等。单眼视力的下降较双眼视力的对称性下降更易引起立体视功能的障碍。独眼的人也能判断远近距离，那是靠单眼线索：如物体的阴影、物体的重叠、相对大小、运动视差及观察物体的方式等和通过后天训练获得的，与双眼视觉正常者的立体感存在本质的区别。

国内立体视检查方法按照检查的距离分为：远距离立体视、中距离立体视和近距离立体视检查法。远距离立体视没有集合、调节和瞳孔反射参与，是相对静态的立体视；近距离立体视有以上反射参与，是相对动态的立体视。中距离立体视与近距离立体视相近，但是反射参与强度小于近距离立体视。

立体视锐度检查法是在自然状态下定性检查立体视，如双笔尖检查法：检查者手持铅笔尖向下竖直放在被检者眼前33cm处，被检者拿另一根铅笔尖，竖直向上对准检查者所持的笔尖，比较两眼同时看和单眼看时的成绩。还有足立式穿圈法：由检查者手持一根头端绕成直径为1～2mm金属圈放于被检查者眼前，被检者手持一根前端折成钝角的金属丝让其穿过圆圈，若能顺利穿过则可初步判断被检者有黄斑中心窝立体视。此两法均包含单眼线索，临床很少应用。

三、

技术实现要素：

本发明目的是，提供了采用可调光路的多用途视锐度检查装置，克服了现有传统检测设备的不足，具有极好的检测效果。与现有的技术相比，本发明的有益效果为可对多个距离的视锐度进行检查、可进行常规视力检查、单眼线索低、超高清、平面立体兼容等。

本发明通过以下技术方案实现，一种采用可调光路的多用途视锐度检查装置，瞳孔追踪模块、可调光路系统、信号处理单元、可切换(背光光源)发光单元，采用可调光路系统，被测者在近中远三个距离进行视锐度检查时，被测者由瞳孔追踪模块检测获得左右瞳孔位置信息，信号处理单元根据瞳孔追踪模块测得的瞳孔位置信息和观看位置信息，信号处理单元控制并调节可调光路系统，点亮左右视图所对应的发光单元，实现光线在不同的近中远三个距离形成左右视窗至被测者的左右瞳孔，即控制左右视窗分别移动到被测者的左右瞳孔；同时根据显示同步信号，分时点亮左右视图对应的发光单元；视锐度检查装置将相应的左右视图分别送入到被测者的左右瞳孔；由于投射到被测者左右瞳孔的两幅图像具有微小视差，在人脑视觉中枢形成立体图像。

采用可调光路为图像显示屏提供显示同步背光。通过调节光学透镜与高亮发光单元之间的距离，光线在不同位置实现了汇聚并形成左右视窗，通过这种技术手段达到了在近中远三个距离观看立体的目的。从发光单元发出的光线，经过由聚光镜、折光镜、光学透镜组成的光路，在特定的位置形成左右视窗。聚光镜通过光线压缩的方式，有效的增加了光线利用率，提升了显示器的亮度。

采用可调光路结构为：光学透镜和显示屏通过三个高精度丝杆连接，通过三个丝杆同时调节保证两个平面相互平行。在被测者位置发生变化以后，高精密传动机构会同时驱动三个丝杆进行旋转，实现两个平面的相对移动，但是仍能保持良好的平行性。光学透镜和显示屏的相对距离不同，实现了光线在不同的位置形成左右视窗，通过此种方式达到了近中远三个距离的立体视锐度检查。

所述的信号处理单元，根据被测者的瞳孔位置信息和显示同步信息点亮对应的发光单元。信号处理单元在接收到显示同步信号以后，会根据左右视图的显示时间点亮其相对应的高亮单元，然后在特定的距离实现左右视窗。于此同时，信号处理单元根据被测者的瞳孔位置信号，点亮与左右瞳孔对应的高亮单元。

所述可切换(背光光源)发光单元，采用一系列的排列紧密的发光单元；在近中远三个距离进行立体视检查时，左右视窗的宽度与发光单元的颗数成对应的比例关系，近中远三个距离的比例常数为λ₁，λ₂，λ₃，分别代表不同的比例系数，N₁，N₂，N₃分别代表不同距离需要点亮的发光单元颗数，单个发光单元的宽度为w。

上式中，W表示左右视窗的宽度，w表示发光单元的宽度，N表示发光单元的个数，T表示两个观看窗口之间的距离，t表示两个发光单元组合之间的距离。

所述的检查装置进行多用途视锐度检查的方法，其特征是采用可调光路，从发光单元发出的光线，经过聚光镜和反射镜后，照射到光学透镜上，实现在某个距离形成左右视窗；同时根据显示同步信号，分时点亮左右视图对应的发光单元。信号处理单元根据被测者的瞳孔位置信号，点亮与左右瞳孔对应的高亮单元。将相应的左右视图分别送入到被测者的左右瞳孔；由于投射到被测者左右瞳孔的两幅图像具有微小视差，在人脑视觉中枢形成立体图像。通过机械结构改变发光单元和光学透镜的距离，改变左右视窗与显示屏之间的距离；被测者在不同的位置进行视力相关检测，解决了传统检测设备只能在单一距离进行检测的弊端，实现了近中远三个距离的立体视锐度检查。

本发明的有益效果：与现有技术相比，其显著优点是：

1、采用可调光路结构，被测者可以在近中远三个距离进行立体视力检测；

2、采用聚光镜实现光线的收集和压缩，提高了光线利用率；

3、采用被测者瞳孔追踪模块。该模块可实现被测者瞳孔的精准定位。信号处理单元在接收到瞳孔位置信息后，控制相应结构形成左右视窗。

4、根据显示内容不同实现自由切换。装置不仅可以进行立体视检测，也可以进行普通视力检测，实用性强。

5、根据显示同步信号实现左右视图分时显示背光。通过此种方式精确控制左右视图的显示背光。单眼线索可控，立体效果好。分时显示可以实现左右图分辨率等于显示器的物理分辨率，可进行超高清显示。

6、可实现小型化，结构紧凑，实用性强；

综上，本发明光线经过光学系统以后，在被测者瞳孔位置实现汇聚并形成左右视窗，以此达到了自由立体的目的。信号处理单元同时接收显示同步信号，在显示左视图的同时点亮对应的发光单元，在显示右视图的同时点亮对应的发光单元。这种分时显示方式能有效地降低串影，减少单眼线索。同时，由于被测者在某一个时刻只能看到立体左右图中的一个视图，左右视图分辨率可以等于显示器的物理分辨率，有效的提升了观看效果。该装置同时具有平面立体兼容的优点，不仅可以进行立体视锐度的检查，同时可以进行近视、弱视、色盲等常规视力检查。

四、附图说明

图1、一个实施实例的整体结构侧视图；

图2、左右视窗跟随瞳孔位置原理图

图3、多距离观看原理图；

图4、聚光镜原理图。

五、具体实施方式

图1中，高亮度发光单元1、聚光镜2、反射镜3、反射镜4、光学透镜5、高精度传动机构6、显示屏7。单个发光单元宽度w、发光单元阵列中心距离t、观看窗口宽度W、观看窗口之间距离T、被测者位置A、被测者位置B、发光单元到等效平面的距离U、最佳观看距离V(A)、最佳观看距离V(B)。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，本发明的基本思想是采用指向性光学实现立体左右视图分时显示，同时根据被测者的瞳孔位置信息精确控制左右视窗的位置，实现了立体图像中的左右视图分别进入到被测者的左右瞳孔，人脑视觉神经中枢根据左右视图的视差融合形成立体图像。有必要在此指出的是，以下实施实例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术成熟人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

装置采用高精密传动机构。发光单元与光学透镜之间距离变化可以实现在不同位置形成左右视窗。根据三点确定一个平面，装置采用三个同时旋转的传动装置保证两个平面相对平行。三个传动装置同时旋转的同时，移动距离相同，平面由三个同时移动的装置固定并移动。为保证两个平面移动时相互平行，三个传动装置通过传动皮带连接，实现了距离移动的一致性。

装置采用高亮度发光单元。信号处理单元根据被测者瞳孔位置点亮对应的发光单元。与此同时，信号处理单元根据显示同步信号，分时点亮对应的发光单元，实现了图像的分时显示。在显示立体图像左视图时，需要在被测者的左眼形成左视窗，此时相应的发光单元被点亮，光线经过光学系统为显示屏提供背光，并在左视窗实现汇聚。在显示立体图像右视图时，需要在被测者的右眼形成右视窗，此时相应的发光单元被点亮，光线经过光学系统为显示屏提供背光，并在右视窗实现汇聚。被测者与显示屏有一定的距离，被测者在平行于显示屏的平面内移动位置时，信号处理单元会根据位置变化点亮对应的发光单元，并在移动后的位置形成左右视窗。基于此，实现了在随意位置进行立体视力检测的目的。

装置采用可调光路对显示屏提供背光。信号处理单元可以根据显示内容的不同为显示屏提供不同的背光。立体图播放模式下，采用分时点亮的方式分别为左右视图提供背光，在特定的位置形成左右视窗。在平面模式下，可以进行普通的视力检查，如近视检查、色盲检查、色弱检查等。此时，信号处理单元为显示屏提供普通的漫射光光源，通过此种方式实现了平面立体兼容，实现了检测方式灵活化、检测手段多样化，大大增加了设备的实用性。

该装置采用可调光路结构，整个装置由光学系统、被测者瞳孔位置追踪模块、显示同步信号提取模块、信号处理单元和图像显示屏组成。在此实施实例中，图像显示屏采用了120HZ的液晶显示屏，分时显示后，左右视图的刷新率仍能够保持60HZ，满足了实时显示的性能要求。

该装置采用可调光路结构。光线从发亮发光单元发出以后，经过聚光镜的光线压缩后在反射镜(3)进行反射，然后在反射镜(4)进行反射。经过聚光镜(5)以后为显示屏提供背光，最后在左右视窗位置实现光学汇聚。三个丝杆固定在光学透镜和液晶屏之间，保证两个平面的平行。三个丝杆同时转动时，两个平面之间虽然发生距离变化，但是可以保证其相互平行。在被测者与显示屏的距离发生变化以后，高精密传动机构会通过三个丝杆同时旋转，保证距离移动的过程中光学透镜和显示屏之间相互平行。通过这种方式，实现了近中远三个距离的立体视检查，如图3。当被测者处于某一距离进行立体视锐度检查时，发光单元会分时点亮并在被测者左右瞳孔位置形成观看窗口。在左视图显示的同时，信号处理单元会根据被测者的左瞳孔位置，点亮相应的发光单元，光线经过光学系统为显示器提供背光，最后在左瞳孔形成观看窗口。在右视图显示的同时，信号处理单元会根据被测者的右瞳孔位置，点亮相应的发光单元，光线经过光学系统为显示器提供背光，最后在右瞳孔形成观看窗口，如图2。信号处理单元在接收到显示同步信号以后，分时点亮相应的发光单元，在左视图显示的同时，点亮左视图对应的发光单元，在右视图显示的同时，点亮右视图对应的发光单元。同时，信号处理单元还根据显示内容的不同切换可调光路。在显示立体左右图的时候，信号处理单元根据显示同步信号分时控制左右图对应的发光单元。在显示平面内容的时候，信号处理单元控制可调背光产生平面显示所需要的漫射光。

在本实施实例中，高亮发光单元是高亮且发散角小的LED灯珠，信号处理单元可以控制其驱动电路实现任意LED，任何时刻的亮灭。从LED发出的光线经过聚光镜实现光线压缩，如图4。被经过压缩后的光线经过反光镜(3)和反光镜(4)的折射以后，经由光学透镜实现汇聚。

在本实施实例中，光学透镜选择为具有光线汇聚作用的菲涅尔透镜，类似于传统的凸面镜。在菲涅尔透镜一倍焦距内点亮LED，光线以球面方式向前传播，经过菲涅尔透镜之后，在特定距离实现了光学汇聚。通过这种光学方式，实现了光线在被测者左右瞳孔的汇聚并形成左右观看窗口。

在本实施实例中，被测者位置探测模块由软件和硬件构成。其中硬件包括三个摄像头和计算机，软件包括距离探测算法和被测者瞳孔追踪算法。单个摄像头可以用于被测者的瞳孔位置追踪，其中两个摄像头专门用于检测被测者与显示器之间的距离。信号处理中心会根据距离的不同调整可调光路，实现光线在不同位置实现汇聚并形成左右视窗。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。