專利名稱：頭戴式視覺增強系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可用于眼肌的鍛煉、視覺校正和保健的頭戴式視覺增強系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全球有60%的人具有不同程度的近視、弱視和其它眼疾。隨著電腦的普及和使用 時間的增加，這個人數(shù)還在上升。在中國，青少年近視、弱視人群已過億。治療和改善近視、 弱視的基本方法是佩戴眼鏡和激光手術(shù)，前者給佩戴者帶來終身不便，后者則存在較大的 手術(shù)風(fēng)險。近年來還有一些眼保健產(chǎn)品，例如眼部按摩器、舒目鏡等，這些方法療效甚微。在名稱為“立體視覺訓(xùn)練系統(tǒng)及方法”的中國專利申請(公開號CN101185603)中， 公開了一種立體視覺訓(xùn)練系統(tǒng)，用于眼肌的鍛煉和保健，包括電腦、投影機、投影幕、若干副 目鏡、和用于提高視力的立體圖像片，其中立體播放軟件加載入計算機中，電腦信號輸入投 影機后透射在投影幕上，所述用于提高視力的立體圖像片中用以使受訓(xùn)者注視的虛擬目標(biāo) 物使受訓(xùn)者在注視之時雙眼視線的相交點在眼前點和眼后點之間循環(huán)，以達(dá)到最大限度的 增加和散開集合，從而帶動眼睛做大幅度的晶狀體操，所述眼前點是眼前的任意一點，而所 述眼后點是雙眼視線的反向延長線相交于雙眼后的任意一點。該實用新型通過計算機虛擬 現(xiàn)實技術(shù)，依據(jù)人眼的視覺生理特點產(chǎn)生動態(tài)立體場景，通過觀看該場景達(dá)到健眼護眼的 目的。不過，這種訓(xùn)練系統(tǒng)仍存在一些不足由于需要電腦、投影機等設(shè)備，所以只能在 固定場所進行訓(xùn)練，無法實現(xiàn)個性化訓(xùn)練；而且設(shè)備投入成本過高，不利于推廣和普及。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決現(xiàn)有視覺訓(xùn)練系統(tǒng)使用不便、成本過高的問題，提供一種非常 方便使用的頭戴式視覺增強系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的頭戴式視覺增強系統(tǒng)中，包括一個眼鏡式支 架，所述支架上裝有左右兩個微顯示器芯片，對所述左右兩個微顯示器芯片發(fā)出的圖像光 線作曲面反射處理再傳送到人眼的左右大視場角光學(xué)棱鏡，以及向所述兩個微顯示器芯片 傳送視頻信號的控制電路；其中，所述控制電路是一個立體圖像控制電路，用于將立體視頻 信號進行處理并分解左右兩路視頻信號再傳送到所述左右兩個微顯示器芯片，以顯示出可 引導(dǎo)頭戴者的注意力使其視覺中心做遠(yuǎn)近、左右、上下、圓周等組合運動的立體圖像。本實用新型的頭戴式視覺增強系統(tǒng)中，可在所述支架上裝設(shè)用于接收外部立體視 頻信號并傳送到所述立體圖像控制電路的視頻輸入接口。本實用新型的頭戴式視覺增強系統(tǒng)中，也可在所述支架上裝設(shè)用于存儲立體視頻 數(shù)據(jù)的存儲器，以及用于對所述存儲器中的立體視頻數(shù)據(jù)進行播放并傳送到所述立體圖像 控制電路的微型播放器。本實用新型的頭戴式視覺增強系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(1)頭戴式結(jié)構(gòu)，可在任何場所進行訓(xùn)練，可針對不同的人實現(xiàn)個性化訓(xùn)練；(2)與電腦、投影機等設(shè)備組成的系統(tǒng)相 比，成本大大降低；(3)圖像數(shù)據(jù)的更新和技術(shù)提升可通過網(wǎng)絡(luò)下載實現(xiàn)；(4)使近視、弱視 和其它眼疾的物理和心理治療的大面積推廣和普及成為可能。

圖1是本實用新型一個實施例中頭戴式視覺增強系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示頭戴式視覺增強系統(tǒng)中微顯示芯片與光學(xué)棱鏡之間的光線走向示 意圖；圖3是圖1所示頭戴式視覺增強系統(tǒng)的電路原理框圖；圖4是一個實施例中用于左和右眼的320X480彩色圖像數(shù)據(jù)示意圖；圖5是左右兩個微顯示器芯片的640X480點陣彩色圖像數(shù)據(jù)示意圖；圖6是左右兩個微顯示器芯片的800X640點陣彩色圖像數(shù)據(jù)示意圖；圖7是通過改變兩個攝像機來獲取立體圖像的示意圖。
具體實施方式
本實用新型一個實施例如圖1所示，這種頭戴式視覺增強系統(tǒng)中，包括一個眼鏡 式的支架4，圖中未畫出眼鏡腿部分，具體實施時可以在圖1中標(biāo)號4所指的位置裝上沿該 處箭頭方向伸出的眼鏡腿，即可形成眼鏡式支架，當(dāng)然也可進一步設(shè)置相應(yīng)的殼體結(jié)構(gòu)將 相應(yīng)的部件均裝在內(nèi)部，構(gòu)成一個眼鏡式的結(jié)構(gòu)。在這個眼鏡式的支架中，裝有左右兩個微顯示器芯片1、左右兩個大視場角光學(xué)棱 鏡2、以及一個立體圖像控制電路3。其中的微顯示器芯片1是主動發(fā)光，大視場角光學(xué)棱鏡 2則對微顯示器芯片1發(fā)出的光進行曲面反射處理再沿圖1中右側(cè)箭頭方向傳送到人眼。圖2示出了微顯示芯片與光學(xué)棱鏡之間的光線走向，由微顯示器芯片1發(fā)出的主 光線進入光學(xué)棱鏡2后，需經(jīng)過兩次反射才進入人眼5。其中的大視場角光學(xué)棱鏡2具有三 個面，第一面21為傳送面，它與微顯示器芯片1面對；大視場角光學(xué)棱鏡2的第二面22會 反射經(jīng)第一面21導(dǎo)入的光線，形成第一次反射并射向第三面23 ；第三面23是一個鍍膜的 鏡面，光線在此再形成第二次反射，又回到第二面22，并射出傳送到人眼5的視網(wǎng)膜。具體實施時，大視場角光學(xué)棱鏡2的三個面最好都是曲面，微顯示器芯片1的發(fā)光 表面與大視場角光學(xué)棱鏡2的第一面21之間的設(shè)計距離可以是2-3毫米，兩者之間的傾角 在28-36度之間；大視場角光學(xué)棱鏡2所用材料的折射率Nd在1-1. 6之間。其中，大視場角光學(xué)棱鏡2中第二面22的曲率半徑R2比第三面23的曲率半 徑R3要大，例如可取R2為140 180mm，R3為60 80mm。兩曲面相交點的切線夾角為 24° -45°，調(diào)整該夾角可以調(diào)整棱鏡厚度和物景大小。調(diào)整R3/R2的比值，可粗調(diào)圖像的 放大率，產(chǎn)生更大屏幕的視覺效果。最好使用兩片相同的微顯示器芯片1，兩個完全相同的光學(xué)棱鏡2。相應(yīng)的電路原 理框圖如圖3所示，其中包括立體圖像控制電路、以及左右兩個微顯示器芯片。在微顯示器 芯片內(nèi)部有行、列寄存器和行、列驅(qū)動器，用于驅(qū)動RGB點陣列；微顯示器芯片內(nèi)部集成了 RGB貯存器、RGB時序控制電路和控制邏輯電路。立體圖像控制電路中包括MCU圖像控制電 路、VGA/AV接口等。立體圖像控制電路為微顯示器芯片提供各種需要的邏輯控制信號，例如，幀同步、行同步、像素有效、亮度控制、中斷信號、使能信號、色飽和控制以及掃描方式、 圖像位置、3D立體幀選通信號等等。立體圖像控制電路中還可增設(shè)聲音輸入接口，并通過小 型揚聲器播放聲音。具體實施時，除使用上述VGA/AV視頻輸入接口外，還可在支架上裝設(shè)用于存儲立 體視頻數(shù)據(jù)的存儲器，以及用于對存儲器中的立體視頻數(shù)據(jù)進行播放并傳送到立體圖像控 制電路的微型播放器。利用上述頭戴式視覺增強系統(tǒng)，可對人眼進行鍛煉，相關(guān)方法包括以下步驟(Si)播放立體視頻數(shù)據(jù)并將立體視頻信號傳送到控制電路；(S2)立體圖像控制電路對立體視頻信號進行處理并分解左右兩路視頻信號再傳 送到左右兩個微顯示器芯片；(S3)左右兩個微顯示器芯片分別顯示左右兩路視頻信號構(gòu)成立體圖像，以顯示出 可引導(dǎo)頭戴者的注意力使其視覺中心做遠(yuǎn)近、左右、上下、圓周等組合運動的立體圖像。本實用新型的一個實施例中，如圖4所示，步驟(Si)中的立體視頻數(shù)據(jù)是左眼 320X480彩色圖像數(shù)據(jù)、右眼320X480彩色圖像數(shù)據(jù)；在步驟(S2)中，由立體圖像控制電 路通過插值變換處理生成左眼640X480彩色圖像數(shù)據(jù)、右眼640X480彩色圖像數(shù)據(jù)的左 右兩路視頻信號。再如圖3所示，并分別送至左右兩個微顯示器芯片，微顯示器芯片上的微 小圖像分別被左右兩個大視場角光學(xué)棱鏡放大，并在虛擬聚焦平面上成像，使頭戴視覺增 強系統(tǒng)者可通過棱鏡看到立體圖像。其中，步驟(Si)中的立體視頻數(shù)據(jù)可由兩臺真實或虛擬攝像機對同一真實或虛 擬圖像進行攝制生成的，其中既通過改變兩臺真實或虛擬攝像機的間距和夾角來調(diào)整立體 圖像的分離度，又通過夾角的連續(xù)變化來實現(xiàn)立體圖像的縱向遠(yuǎn)近的連續(xù)變化，兩臺真實 或虛擬攝像機通過同步地左右、上下、圓周等組合運動實現(xiàn)視覺中心的變化。如圖7所示， 通過改變兩個攝像機51、52的夾角θ可進而改變攝像焦距L，從而改變虛擬視覺中心位置 53;通過改變兩個攝像機的間距S，可滿足和適應(yīng)瞳距不同的受訓(xùn)人的需要；同時，S和θ 改變也會改變立體圖像的分離度。本實用新型中，對于步驟(Si)的立體視頻數(shù)據(jù)，還可通過背景圖像中運動物體的 運動來實現(xiàn)視覺中心的變化。本實用新型的另一個實施例中，如圖5所示，步驟(Si)中的立體視頻數(shù)據(jù)是左眼 640X480彩色圖像數(shù)據(jù)、右眼640X480彩色圖像數(shù)據(jù)；在驟(S2)中，由立體圖像控制電路 通過分量方式處理生成左眼640X480彩色圖像數(shù)據(jù)、右眼640X480彩色圖像數(shù)據(jù)的左右 兩路視頻信號。
本實用新型的另一個實施例中，如圖6所示，步驟(Si)中的立體視頻數(shù)據(jù)是左眼 800X640彩色圖像數(shù)據(jù)、右眼800X640彩色圖像數(shù)據(jù)；在步驟(S2)中，由立體圖像控制電 路通過分量方式處理生成左眼800X640彩色圖像數(shù)據(jù)、右眼800X640彩色圖像數(shù)據(jù)的左 右兩路視頻信號。上述立體圖像數(shù)據(jù)可引導(dǎo)頭戴者的注意力，使其視覺中心做遠(yuǎn)近、左右、上下、圓 周等組合運動，達(dá)到眼肌的鍛煉、視覺校正和保健的作用。除了上述對人眼進行鍛煉的功能外，本實用新型的頭戴式視覺增強系統(tǒng)還可用 于(1)近視、弱視和其它眼疾的物理和心理治療；(2)個人普通立體影視播放；(3)醫(yī)療微創(chuàng)手術(shù)的頭戴式顯示器；(4)虛擬現(xiàn)實的頭戴式顯示器.
權(quán)利要求一種頭戴式視覺增強系統(tǒng)，其特征在于，包括一個眼鏡式支架，所述支架上裝有左右兩個微顯示器芯片，對所述左右兩個微顯示器芯片發(fā)出的圖像光線作曲面反射處理再傳送到人眼的左右大視場角光學(xué)棱鏡，以及向所述兩個微顯示器芯片傳送視頻信號的控制電路；其中，所述控制電路是一個立體圖像控制電路，用于將立體視頻信號進行處理并分解左右兩路視頻信號再傳送到所述左右兩個微顯示器芯片，以顯示出可引導(dǎo)頭戴者的注意力使其視覺中心做遠(yuǎn)近、左右、上下、圓周等組合運動的立體圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺增強系統(tǒng)，其特征在于，所述支架上還裝有用于 接收外部立體視頻信號并傳送到所述立體圖像控制電路的視頻輸入接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺增強系統(tǒng)，其特征在于，所述支架上還裝有用于 存儲立體視頻數(shù)據(jù)的存儲器，以及用于對所述存儲器中的立體視頻數(shù)據(jù)進行播放并傳送到 所述立體圖像控制電路的微型播放器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頭戴式視覺增強系統(tǒng)，其特征在于，所述支架上還裝有用于 存儲立體視頻數(shù)據(jù)的存儲器，以及用于對所述存儲器中的立體視頻數(shù)據(jù)進行播放并傳送到 所述立體圖像控制電路的微型播放器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的頭戴式視覺增強系統(tǒng)，其特征在于，所述大視場 角光學(xué)棱鏡具有三個面，其第一面與所述微顯示器芯片面對，第二面用于反射經(jīng)所述第一 面導(dǎo)入的光線，形成第一次反射并射向第三面，光線在所述第三面形成第二次反射，又回到 所述第二面，并射出傳送到人眼。
專利摘要本實用新型公開一種頭戴式視覺增強系統(tǒng)，可用于眼肌的鍛煉、視覺校正和保健，其中包括一個眼鏡式支架，支架上裝有左右兩個微顯示器芯片，對所述左右兩個微顯示器芯片發(fā)出的圖像光線作曲面反射處理再傳送到人眼的左右大視場角光學(xué)棱鏡，以及向所述兩個微顯示器芯片傳送視頻信號的控制電路；其中，所述控制電路是一個立體圖像控制電路，用于將立體視頻信號進行處理并分解左右兩路視頻信號再傳送到所述左右兩個微顯示器芯片，以顯示出可引導(dǎo)頭戴者的注意力使其視覺中心做遠(yuǎn)近、左右、上下、圓周等組合運動的立體圖像。
文檔編號A61F9/00GK201768134SQ20102029757
公開日2011年3月23日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者李天行, 李西君, 李西峙 申請人:浙江博望科技發(fā)展有限公司