CN112754418A - 便携式双目视功能训练仪 - Google Patents

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CN112754418A CN202110021279.1A CN202110021279A CN112754418A CN 112754418 A CN112754418 A CN 112754418A CN 202110021279 A CN202110021279 A CN 202110021279A CN 112754418 A CN112754418 A CN 112754418A
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Abstract

本公开提出了一种便携式双目视功能训练仪，包括：仪器外壳；被测者头部连接固定装置，其与仪器外壳连接，使用状态下固定于被测者头部；操作提示屏，其显示测量和/或测试信息，向操作者提供操作指示；被测目定位机构，其为手动操作机构；控制装置，其接收检测信息，计算以及提供操作参数和/或操作指示；左目光学构造和右目光学构造，各包括：瞳孔照明装置；瞳孔成像装置；像差测量装置；像差矫正装置，其包括可相对移动的调焦透镜组和可相对旋转的柱面透镜组；以及，视功能训练***，其包括视标成像物镜和视标显示装置。本公开的训练仪，在简化结构的前提下实现了多种视功能测量与双眼视功能训练，携带方便操作简单，可满足多种应用场景。

Description

便携式双目视功能训练仪
技术领域
本公开涉及眼视光学应用，更特别地，涉及一种双目视功能训练仪。
背景技术
屈光不正是一个全球性的公共卫生问题。2017年世界卫生组织的研究报告显示，中国近视患者人数多达6亿，我国青少年近视率高居世界第一，并且还在以每年20％的速度急剧增长。对于青少年视功能下降，单纯的屈光不正患者可以通过验配正确的矫正眼镜获得良好的矫正视力，同时纠正不良用眼习惯控制屈光不正的进一步发展；而对于非屈光不正的眼病引起的视功能下降，矫正屈光不正后人眼并不能获得良好的主观视功能，则需要进一步检查确认发病原因，进行针对性的单眼/双眼视功能的训练与恢复。
在进行视觉训练前一般需要有效矫正人眼像差，训练过程中刺激目标才能在人眼视网膜上产生足够清楚的图像，用以最大程度地提高训练效率。中国发明专利CN101947157A中采用自适应光学技术测量并矫正人眼低阶和高阶像差，为人眼提供清晰的视觉刺激，但仪器成本高昂结构复杂，不能实现便携方式的应用，因而难以普遍推广。
中国发明专利CN103784298A提出一种头戴式人眼像差矫正视觉训练仪，该专利采用特殊结构矫正人眼低阶像差和高阶像差，其高阶像差的矫正目的在矫正设计上需要个性化设置。该专利提出了预先提供针对一个状态的矫正设置。所谓“个性化”是指不同患者的人眼像差不同，以及，即使是相同的患者，在不同的时间不同的状态，例如跑步后与静息状态，以及不同的心情下，该个人的人眼视差也会发生变化。因此，该专利技术方案中提供固定的像差矫正装置，例如矫正眼镜，虽然单个个性化装置的价格可以接受，但是应对人眼像差的动态变化性，不可能提供应对随时变化人眼状况的各种固定像差矫正装置，由此会进一步加大使用难度，因而实际应用中难以具备实用价值和理想的效果。
所引用公开文献的内容皆以引用方式并入本公开。
发明内容
[要解决的技术问题]
针对上述现有技术现状，以及考察到我国未来近视防控任务艰巨，本领域需要一种便携的、适合多种使用场景、价格可接受的视功能测量与训练装置或***来满足需求。
本公开旨在通过对设备部件的合理布置，提高设备性价比。在提供包括像差测量功能、像差矫正功能、视功能训练功能一体化设备的前提下，降低设备成本，提升便携性能，使该训练仪容易在更多场景应用，例如学校的医务室，或者被测者家庭等等。
[技术方案]
为解决上述技术问题并实现本公开的目的，本公开提供了如下的技术方案。
本公开的第一方面提供了一种便携式双目视功能训练仪，包括：仪器外壳；被测者头部连接固定装置，其与所述仪器外壳连接，在使用状态下固定于所述被测者头部；操作提示屏，其显示测量和/或测试信息，用于向操作者提供操作指示；被测目定位机构，其为手动操作机构；控制装置，其接收检测信息，计算并提供操作参数和/或操作指示，以及还包括，左目光学构造和右目光学构造，其各包括：瞳孔照明装置，其为红外光源，波长为900-1100nm；瞳孔成像装置，其包括成像相机、相机成像透镜；像差测量装置；像差矫正装置，其包括可相对移动的调焦透镜组和可相对旋转的柱面透镜组；以及，该训练仪还包括视功能训练***，其包括视标成像物镜和视标显示装置。
优选地，上述训练仪中的可相对移动的调焦透镜组和可相对旋转的柱面透镜组，采用手动机构调整，操作者可按照控制***操作提示屏的操作提示，按照刻度调整调焦透镜组的相对移动，以及调整可相对旋转的柱面透镜组的相对角度。
优选地，便携式视双目功能训练仪经由被测者头部连接固定装置，被测者本身可以独立保持所述双目视功能训练仪。由此，进一步省去单独设置训练仪支撑保持机构。
被测者头部固定装置选自可调长度束带。例如松紧束带、带尼龙粘扣的束带，或者弹性夹具或卡扣装置。
优选地，操作提示屏固定于仪器外壳，藉此提升训练仪的装配紧凑性。
本公开的便携式双目视功能训练仪的信标光源为近红外光源，波长为780-900nm。该近红外光源可从LD、LED、SLD中选择。
该便携式双目视功能训练仪中的柱面透镜组可以从光焦度值相同或不同的正柱面透镜/正柱面透镜、正柱面透镜/负柱面透镜、负柱面透镜/负柱面透镜中选择，其中的调焦透镜组可以从光焦度值相同或不同的球面透镜、非球面透镜中选择，其中的视标显示装置可以从液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器中选择。
本技术提出的双目便携式视功能训练仪，该仪器对单/双目进行像差测量后和矫正后，可进行多种视功能测量，然后根据测量结果进行单/双眼视功能训练。
本公开提出的便携式双目视功能训练仪，优选是一种双目头戴式视功能训练仪，由对称结构排布的双目光学结构和操作提示屏、控制***和仪器外壳组成，仪器外壳上配备头部固定装置。双目光学结构中每一目光路均包含瞳孔成像、像差测量、像差矫正和视功能训练***，仪器工作时，首先进行瞳孔成像，通过观察操作提示屏上瞳孔图像，手动调节平移旋钮进行瞳孔中心对准；然后启动像差测量，快速得到人眼屈光信息，并将所需调节的离焦和散光值显示在操作提示屏上；手动调焦和补偿散光实现像差矫正后，启动视功能训练***完成视功能训练。左右目测量分别完成后可以通过分别或同时调节平移旋钮实现双目对准，然后进行单/双眼视功能测量与训练，包括视知觉学习、双眼融像、立体视等。本发明仪器在简化结构的前提下最大程度的实现了多种视功能测量与双眼视功能训练，仪器携带方便操作简单，可满足多种需快速测量的应用场景。
[发明的有益效果]
综上所述，本公开技术与现有技术相比，具有如下方面的优点：
1.在对人眼像差进行测量和矫正的基础上进行主观视功能测量，消除了人眼屈光不正的影响，保证了视功能测量的准确性。
2.不仅可以进行单目视功能测量与训练，而且可以进行双目复杂视功能测量与训练，包括双眼融像、立体视等。
3.优选的头戴式结构保证了测量时的稳定性，携带方便操作简单，可满足多种应用场景。
附图说明
参照附图阅读本披露的多种实施方式之后，本领域技术人员更容易理解本披露的组件、实施步骤的目的和特征，附图说明如下：
图1为本公开便携式双目视功能训练仪一实施例的布置框图；
图2为本公开便携式双目视功能训练仪一实施例的瞳孔照明布置示意图；
图3本公开便携式双目视功能训练仪的一实施例的使用状态示意图；
图4为本公开实施例1的便携式双目视功能训练仪的光路结构示意图；
图5为本公开提供的实施例2的便携式双目视功能训练仪的光路结构示意图；以及
图6为本公开控制***的布置示意框图。
附图标记说明：
Figure BDA0002888667360000041
Figure BDA0002888667360000051
Figure BDA0002888667360000061
具体实施方式
下面参照附图来描述本公开的实施方式和实施例。需要强调的是，这些描述只是示例性的，而不是为了限制本公开的范围及应用。此外，在以下说明中省略了对一些公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
实施例1
如图1和图3所示，本公开的便携式双目视功能训练仪包括如下配置：对称结构排布的左目***140、右目***150、左目平移旋钮141、右目平移旋钮151，还包括操作提示屏(显示屏)120、控制***(计算机)130和仪器外壳110。本实施例中，操作提示屏120安装于仪器外壳110上。如图3所示，仪器外壳110上还设置有头部固定装置160，另外，本公开的便携式双目视功能训练仪还配备有线式或遥控式学习训练用的应答器170。
1使用前的准备
在使用本公开的便携式双目视功能训练仪时，先将该训练仪适配于被测者的头部并稳定贴合。图中未详细示出细节，可以采用多种方式设置头部固定装置160，例如在外壳110上配备可调节固定装置满足不同头径的人群需求。这种可调节固定装置例如可调式皮带，其具有多个扣眼与固定钩相配合使用，或松紧旋钮与螺栓杆组合，或者松紧带式束带，系绳拉紧方式，尼龙粘扣式等等，提供稳定调节，以保证双目的初步定位。
2瞳孔对准
为描述方便，现对如图4所示的光路，关于人眼1(左目1a)工作过程加以描述。本训练仪启动后，首先进入瞳孔对准环节。如图2所示，便携式双目视功能训练仪的外壳110面对被测者一侧设置有左目通光孔11a和右目通光孔11b，左目通光孔11a和右目通光孔11b四周均匀分布有多个红外发光二极管2，用于瞳孔照明。如图4和图6所示，用红外发光二极管2照明被测者左目1a的瞳孔，瞳孔成像物镜4对左目1a成像并由瞳孔相机5采集成像信息，成像信息传送至控制***130，控制***130提取左瞳孔图像并标记左瞳孔中心点，控制***130将相关信息显示于操作提示屏160(显示屏)，操作者面对操作提示屏160，可以根据操作提示屏160显示的左瞳孔图像以及标记的左瞳孔中心点，调节左目平移旋钮141使左目***140的左目光路中心与瞳孔中心上下对齐，然后调整外壳110上的头部固定装置160，通过上下调节使左目光路中心与瞳孔中心重合，这样就完成了左目瞳孔对准。
3像差测量
实施例1的像差测量装置中包括信标光源(第一信标光源)20、波前分割元件14和光电探测器21。优选信标光源为近红外光源，波长为780-900nm。左目瞳孔定位完成后，打开信标光源20，信标光源20经信标光准直透镜12后准直为平行光，然后经第三分光镜11、第二分光镜10、柱面透镜组(第二柱面透镜9、第一柱面透镜8)、调焦透镜组(第二调焦透镜7、第一调焦透镜6)和第一分光镜3后，进入待测左目1a。继而，左目1a眼底(图中未示出)的后向反射光透过第一分光镜3、第一调焦透镜6、第二调焦透镜7、第一柱面透镜8、第二柱面透镜9、第二分光镜10，经过孔径分割元件14后进入光电探测器21。由此，基于波前探测技术获取测试值，测试值输入到控制***130。
4.像差矫正
利用预设程序，控制***130能够快速计算得到被测眼的离焦和散光值，并解析出如图4所示虚线框内组件(虚线框表示出装置部件集合)的整体移动量，典型地，计算出需要前后移动的调节量，以及计算出第一柱面透镜8、第二柱面透镜9分别的旋转量，调焦透镜组(第一调焦透镜6、第二调焦透镜7)的相对移动量，操作者按照本仪器的外壳110上设置的刻画线，利用机械调整机构，由操作者完成手动调节，实现像差矫正。
5.视功能测量与训练
像差矫正完成后，控制***130控制视标显示装置22产生相应视标，对被测者执行视功能测量与训练流程。通常地，被测试者通过语音交互装置或者按钮与仪器交互，本实施例中提供了应答器170进行人机交互完成视功能测试与训练任务。最终控制***130可输出测量与训练结果。
6双目测量与训练
右目测量与训练与左目操作相同。左目光学构造和右目光学构造对称设置，因此省略具体说明。
进一步，在实施例中，左目和右目测量分别完成后，可以通过同时调节平移旋钮(左目平移旋钮141，右目平移旋钮151)实现双目对准，然后进行双眼视功能测量与训练，包括双眼同时视、双眼融像、立体视等。
本实施例中，提供了一种便携、头部固定、组件尽量固定于仪器本体，特别地，可以由头部独立支持和保持实施例1的便携式双目视功能训练仪，采用现有简单的机械调整结构，手动调节双目定位，手动操作视力矫正调整，由此省略了伺服马达等自动调整机构，因此，虽然不能如已有一些提供自适应训练仪那样进行自动调整，但是显著降低了仪器成本、重量以及体积。实施例1的便携式双目视功能训练仪，提供了测试、矫正、训练三功能一体化，此外，还提供双目测试，可以实现双目视融合。
实施例2
实施例2与实施例1区别在于光路布置不同，更具体地，采用如图5所示的光路***，其测试装置仅提供精确的低阶像差测量。
参见图5，根据本公开实施例2，提供了另外一种便携式双目视功能训练仪，其具有精确屈光补偿功能。该训练仪包括：第二信标光源401、第二信标光准直透镜402、信标光栏403、信标光成像透镜409、第四分光镜404、第五分光镜405、柱面透镜组406、内调焦装置407、第二成像相机(CCD)201、相机成像透镜202、第二视标显示装置301、视标显示成像透镜302、反射镜303。图5中还示出了被测者人眼1(左目1a，右目1b)以及视网膜Er。
根据本发明本公开实施例2的视知觉学习训练仪工作过程，其步骤1使用前的准备，步骤2瞳孔最准，参见上与实施例1说明。
其后包括三个阶段：(1)人眼屈光不正的测量，(2)人眼屈光不正补偿，和(3)视知觉学习训练。
像差测量装置与实施例1不同。信标光源(第二信标光源)是相似的设置，也优选信标光源为近红外光源，波长为780-900nm。
在人眼屈光不正的测量阶段中，首先打开第二信标光源401，信标光第二信标光准直透镜402准直为平行光，该平行光通过信标光栏403后形成环形目标，然后依次通过信标光成像透镜409、第四分光镜404、第五分光镜405、第二柱面透镜组406、第二内调焦装置407后，成像在人眼1的视网膜Er上。
如果被测眼1是正视眼，环形目标成像在视网膜Er上，从眼底反射的光通过瞳孔后，经过内调焦装置407、柱面透镜组406、第五分光镜405，由相机成像透镜202在第二成像相机201上形成清晰的标准环形像。如果人眼1存在屈光不正，则在第二成像相机201上形成的环形像大小及形状发生变化，通过与标准环形像的对比，计算获得屈光不正的离焦值及散光值。
所测得信息输入控制***130，控制***130计算屈光不正的补偿操作。参见附图3，在人眼1屈光不正补偿阶段中，控制***130根据屈光不正测量结果给出内调焦装置407的调整数值，用以补偿人眼离焦像差，给出柱面透镜组406中两个柱面透镜的旋转数值，用以指示转动相应角度补偿人眼散光像差。如图3所示，控制***还给出此时虚线框部分(部件组合)整体沿X轴方向移动量。上述三种调整，皆采用简单机械结构操控。操作者按照本仪器的外壳110上设置的刻画线，利用机械调整机构，由操作者完成手动调节，实现像差矫正。
在屈光不正补偿阶段完成后，进入视知觉学习训练阶段。第二视标显示装置301上可产生对比度和空间频率可变的图像，经由视标显示成像透镜302、反射镜303、第四分光镜404、第五分光镜405、柱面透镜组406、内调焦装置407后进入人眼1。由于第二柱面透镜组406和第二内调焦装置407精确补偿了人眼屈光不正，第二视标显示装置301上的图像清晰成像于视网膜Er上，用心理物理学的方法控制视标显示装置上的刺激图形完成视功能测试和视知觉学习训练任务。在训练前后分别测试被试的视锐度来评价训练效果。
关于用心理物理学的方法，例如，视功能测试可以是对比敏感度测试，通过测量所选空间频率上的对比度阈值然后取倒数即可得到。对比度阈值的测量可以采用心理物理学方法中的“三进一退”调节法。被试者能够连续三次回答正确时将随后显示的视标对比度降低10％；而当被试者回答错误时，将随后显示的视标对比度升高10％。经过多次寻找迭代，最终收敛值即为被试者的对比度阈值。
本公开中，视知觉训练可以采用如下模式。根据被试者测得的对比敏感度曲线，选择对比度阈值为0.5时所对应的空间频率为训练频率进行视觉训练。训练方法可采用强制被试判断目标窗口里有无光栅图案的方式。在一个训练周期内，训练的空间频率保持不变。一个训练周期结束后可根据对比敏感度测量结果选择在不同的空间频率下继续训练。
本公开至少包括如下概念：
概念1一种便携式双目视功能训练仪，包括：
仪器外壳；
被测者头部连接固定装置，其与所述仪器外壳连接，在使用状态下固定于所述被测者头部；
操作提示屏，其显示测量和/或测试信息，向操作者提供操作指示；
被测目定位机构，其为手动操作机构；
控制装置，其接收检测信息，计算以及提供操作参数和/或操作指示；
左目光学构造和右目光学构造，各包括：瞳孔照明装置，其为红外光源，波长为900-1100nm；瞳孔成像装置，其包括成像相机、相机成像透镜；像差测量装置；像差矫正装置，其包括可相对移动的调焦透镜组和可相对旋转的柱面透镜组；以及
视功能训练***，其包括视标成像物镜和视标显示装置。
概念2.根据概念1所述的便携式视双目功能训练仪，其中，经由所述被测者头部连接固定装置，被测者本身可以独立保持所述双目视功能训练仪。
概念3.根据概念1所述的便携式双目视功能训练仪，所述被测者头部固定装置是可调长度束带。
概念4.根据概念1或2所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述操作提示屏固定于所述仪器外壳。
概念5.根据概念1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述的信标光源为近红外光源，波长为780-900nm。
概念6根据概念1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述柱面透镜组可以从光焦度值相同或不同的正柱面透镜/正柱面透镜、正柱面透镜/负柱面透镜、负柱面透镜/负柱面透镜中选择。
概念7.根据概念1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述的调焦透镜组可以从光焦度值相同或不同的球面透镜、非球面透镜中选择。
概念8.根据概念1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述的视标显示装置可以从液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器中选择。
至此已经结合优选实施例对本公开进行了描述。本领域技术人员在不脱离本发明的构思的前提下，可以进行其它的改变、替换和添加，而这些改变、替换和添加都应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种便携式双目视功能训练仪，包括：
仪器外壳；
被测者头部连接固定装置，其与所述仪器外壳连接，在使用状态下固定于所述被测者头部；
操作提示屏，其显示测量和/或测试信息，向操作者提供操作指示；
被测目定位机构，其为手动操作机构；
控制装置，其接收检测信息，计算以及提供操作参数和/或操作指示；
左目光学构造和右目光学构造，各包括：瞳孔照明装置，其为红外光源，波长为900-1100nm；瞳孔成像装置，其包括成像相机、相机成像透镜；像差测量装置；像差矫正装置，其包括可相对移动的调焦透镜组和可相对旋转的柱面透镜组；以及
视功能训练***，其包括视标成像物镜和视标显示装置。
2.根据权利要求1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，经由所述被测者头部连接固定装置，被测者本身可以独立保持所述双目视功能训练仪。
3.根据权利要求1所述的便携式双目视功能训练仪，所述被测者头部固定装置是可调长度束带。
4.根据权利要求1或2所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述操作提示屏固定于所述仪器外壳。
5.根据权利要求1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述像差测量装置包括的信标光源为近红外光源，波长为780-900nm。
6.根据权利要求1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述柱面透镜组可以从光焦度值相同或不同的正柱面透镜/正柱面透镜、正柱面透镜/负柱面透镜、负柱面透镜/负柱面透镜中选择。
7.根据权利要求1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述的调焦透镜组可以从光焦度值相同或不同的球面透镜、非球面透镜中选择。
8.根据权利要求1所述的便携式双目视功能训练仪，其中，所述的视标显示装置可以从液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器中选择。
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