本發(fā)明涉及信息顯示技術(shù)領(lǐng)域，是一種采用可調(diào)光路的多用途視銳度檢查裝置。

二、

背景技術(shù)：

視銳度也稱(chēng)立體視、立體視覺(jué)，是視覺(jué)器官對(duì)周?chē)矬w遠(yuǎn)近、深淺、高低三維空間位置的分辨感知能力，是建立在雙眼同時(shí)視和融合功能基礎(chǔ)上的獨(dú)立的高級(jí)雙眼視功能。由于兩眼水平分開(kāi)，物體在左右眼視網(wǎng)膜成像會(huì)形成微小的不對(duì)應(yīng)差別，即雙眼視差，并由此產(chǎn)生立體視覺(jué)(Stereoscopic Vision)。

立體視的獲得以及精細(xì)的立體視銳度依賴于準(zhǔn)確協(xié)調(diào)的眼球運(yùn)動(dòng)及雙眼的黃斑中心凹注視。立體視銳度是分辨雙眼視網(wǎng)膜影像問(wèn)最小的水平視差(零視差)的能力，其單位為秒弧角(”)，正常值為6度～10度。但以目前的檢查手段，正常值通常為40"～60"。一個(gè)人被測(cè)得的立體視銳度越小，其立體視功能就越好。臨床上按立體視銳度大小分為黃斑中心凹立體視(視銳度≤60")、黃斑立體視(80”～200")和周邊立體視(400"～3000")。立體視缺失稱(chēng)為立體視盲。立體視可分為局部立體視(Local Stereopis)和整體立體視(Global Stereopis)。局部立體視是以少量的線條構(gòu)成視差基元，所包含的視差信息量少，先在視網(wǎng)膜由單眼線索或暗示信號(hào)等刺激形成二維圖形，再傳至大腦融合成三維圖像，故局部立體視只是一種粗放低級(jí)的立體視功能。整體立體視是以大量的隱藏有視差信息的點(diǎn)構(gòu)成視差基元，所包含的視差信息量大，直接在大腦皮質(zhì)完成對(duì)視差信息由三維到二維的轉(zhuǎn)變，故整體立體視是一種精細(xì)高級(jí)的立體視功能。

影響立體視覺(jué)的因素有年齡、視力、視野、屈光不正、雙眼不等像等。單眼視力的下降較雙眼視力的對(duì)稱(chēng)性下降更易引起立體視功能的障礙。獨(dú)眼的人也能判斷遠(yuǎn)近距離，那是靠單眼線索：如物體的陰影、物體的重疊、相對(duì)大小、運(yùn)動(dòng)視差及觀察物體的方式等和通過(guò)后天訓(xùn)練獲得的，與雙眼視覺(jué)正常者的立體感存在本質(zhì)的區(qū)別。

國(guó)內(nèi)立體視檢查方法按照檢查的距離分為：遠(yuǎn)距離立體視、中距離立體視和近距離立體視檢查法。遠(yuǎn)距離立體視沒(méi)有集合、調(diào)節(jié)和瞳孔反射參與，是相對(duì)靜態(tài)的立體視；近距離立體視有以上反射參與，是相對(duì)動(dòng)態(tài)的立體視。中距離立體視與近距離立體視相近，但是反射參與強(qiáng)度小于近距離立體視。

立體視銳度檢查法是在自然狀態(tài)下定性檢查立體視，如雙筆尖檢查法：檢查者手持鉛筆尖向下豎直放在被檢者眼前33cm處，被檢者拿另一根鉛筆尖，豎直向上對(duì)準(zhǔn)檢查者所持的筆尖，比較兩眼同時(shí)看和單眼看時(shí)的成績(jī)。還有足立式穿圈法：由檢查者手持一根頭端繞成直徑為1～2mm金屬圈放于被檢查者眼前，被檢者手持一根前端折成鈍角的金屬絲讓其穿過(guò)圓圈，若能順利穿過(guò)則可初步判斷被檢者有黃斑中心窩立體視。此兩法均包含單眼線索，臨床很少應(yīng)用。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是，提供了采用可調(diào)光路的多用途視銳度檢查裝置，克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備的不足，具有極好的檢測(cè)效果。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為可對(duì)多個(gè)距離的視銳度進(jìn)行檢查、可進(jìn)行常規(guī)視力檢查、單眼線索低、超高清、平面立體兼容等。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種采用可調(diào)光路的多用途視銳度檢查裝置，瞳孔追蹤模塊、可調(diào)光路系統(tǒng)、信號(hào)處理單元、可切換(背光光源)發(fā)光單元，采用可調(diào)光路系統(tǒng)，被測(cè)者在近中遠(yuǎn)三個(gè)距離進(jìn)行視銳度檢查時(shí)，被測(cè)者由瞳孔追蹤模塊檢測(cè)獲得左右瞳孔位置信息，信號(hào)處理單元根據(jù)瞳孔追蹤模塊測(cè)得的瞳孔位置信息和觀看位置信息，信號(hào)處理單元控制并調(diào)節(jié)可調(diào)光路系統(tǒng)，點(diǎn)亮左右視圖所對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元，實(shí)現(xiàn)光線在不同的近中遠(yuǎn)三個(gè)距離形成左右視窗至被測(cè)者的左右瞳孔，即控制左右視窗分別移動(dòng)到被測(cè)者的左右瞳孔；同時(shí)根據(jù)顯示同步信號(hào)，分時(shí)點(diǎn)亮左右視圖對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元；視銳度檢查裝置將相應(yīng)的左右視圖分別送入到被測(cè)者的左右瞳孔；由于投射到被測(cè)者左右瞳孔的兩幅圖像具有微小視差，在人腦視覺(jué)中樞形成立體圖像。

采用可調(diào)光路為圖像顯示屏提供顯示同步背光。通過(guò)調(diào)節(jié)光學(xué)透鏡與高亮發(fā)光單元之間的距離，光線在不同位置實(shí)現(xiàn)了匯聚并形成左右視窗，通過(guò)這種技術(shù)手段達(dá)到了在近中遠(yuǎn)三個(gè)距離觀看立體的目的。從發(fā)光單元發(fā)出的光線，經(jīng)過(guò)由聚光鏡、折光鏡、光學(xué)透鏡組成的光路，在特定的位置形成左右視窗。聚光鏡通過(guò)光線壓縮的方式，有效的增加了光線利用率，提升了顯示器的亮度。

采用可調(diào)光路結(jié)構(gòu)為：光學(xué)透鏡和顯示屏通過(guò)三個(gè)高精度絲桿連接，通過(guò)三個(gè)絲桿同時(shí)調(diào)節(jié)保證兩個(gè)平面相互平行。在被測(cè)者位置發(fā)生變化以后，高精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)同時(shí)驅(qū)動(dòng)三個(gè)絲桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平面的相對(duì)移動(dòng)，但是仍能保持良好的平行性。光學(xué)透鏡和顯示屏的相對(duì)距離不同，實(shí)現(xiàn)了光線在不同的位置形成左右視窗，通過(guò)此種方式達(dá)到了近中遠(yuǎn)三個(gè)距離的立體視銳度檢查。

所述的信號(hào)處理單元，根據(jù)被測(cè)者的瞳孔位置信息和顯示同步信息點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元。信號(hào)處理單元在接收到顯示同步信號(hào)以后，會(huì)根據(jù)左右視圖的顯示時(shí)間點(diǎn)亮其相對(duì)應(yīng)的高亮單元，然后在特定的距離實(shí)現(xiàn)左右視窗。于此同時(shí)，信號(hào)處理單元根據(jù)被測(cè)者的瞳孔位置信號(hào)，點(diǎn)亮與左右瞳孔對(duì)應(yīng)的高亮單元。

所述可切換(背光光源)發(fā)光單元，采用一系列的排列緊密的發(fā)光單元；在近中遠(yuǎn)三個(gè)距離進(jìn)行立體視檢查時(shí)，左右視窗的寬度與發(fā)光單元的顆數(shù)成對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，近中遠(yuǎn)三個(gè)距離的比例常數(shù)為λ₁，λ₂，λ₃，分別代表不同的比例系數(shù)，N₁，N₂，N₃分別代表不同距離需要點(diǎn)亮的發(fā)光單元顆數(shù)，單個(gè)發(fā)光單元的寬度為w。

上式中，W表示左右視窗的寬度，w表示發(fā)光單元的寬度，N表示發(fā)光單元的個(gè)數(shù)，T表示兩個(gè)觀看窗口之間的距離，t表示兩個(gè)發(fā)光單元組合之間的距離。

所述的檢查裝置進(jìn)行多用途視銳度檢查的方法，其特征是采用可調(diào)光路，從發(fā)光單元發(fā)出的光線，經(jīng)過(guò)聚光鏡和反射鏡后，照射到光學(xué)透鏡上，實(shí)現(xiàn)在某個(gè)距離形成左右視窗；同時(shí)根據(jù)顯示同步信號(hào)，分時(shí)點(diǎn)亮左右視圖對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元。信號(hào)處理單元根據(jù)被測(cè)者的瞳孔位置信號(hào)，點(diǎn)亮與左右瞳孔對(duì)應(yīng)的高亮單元。將相應(yīng)的左右視圖分別送入到被測(cè)者的左右瞳孔；由于投射到被測(cè)者左右瞳孔的兩幅圖像具有微小視差，在人腦視覺(jué)中樞形成立體圖像。通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)改變發(fā)光單元和光學(xué)透鏡的距離，改變左右視窗與顯示屏之間的距離；被測(cè)者在不同的位置進(jìn)行視力相關(guān)檢測(cè)，解決了傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備只能在單一距離進(jìn)行檢測(cè)的弊端，實(shí)現(xiàn)了近中遠(yuǎn)三個(gè)距離的立體視銳度檢查。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

1、采用可調(diào)光路結(jié)構(gòu)，被測(cè)者可以在近中遠(yuǎn)三個(gè)距離進(jìn)行立體視力檢測(cè)；

2、采用聚光鏡實(shí)現(xiàn)光線的收集和壓縮，提高了光線利用率；

3、采用被測(cè)者瞳孔追蹤模塊。該模塊可實(shí)現(xiàn)被測(cè)者瞳孔的精準(zhǔn)定位。信號(hào)處理單元在接收到瞳孔位置信息后，控制相應(yīng)結(jié)構(gòu)形成左右視窗。

4、根據(jù)顯示內(nèi)容不同實(shí)現(xiàn)自由切換。裝置不僅可以進(jìn)行立體視檢測(cè)，也可以進(jìn)行普通視力檢測(cè)，實(shí)用性強(qiáng)。

5、根據(jù)顯示同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)左右視圖分時(shí)顯示背光。通過(guò)此種方式精確控制左右視圖的顯示背光。單眼線索可控，立體效果好。分時(shí)顯示可以實(shí)現(xiàn)左右圖分辨率等于顯示器的物理分辨率，可進(jìn)行超高清顯示。

6、可實(shí)現(xiàn)小型化，結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)用性強(qiáng)；

綜上，本發(fā)明光線經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)以后，在被測(cè)者瞳孔位置實(shí)現(xiàn)匯聚并形成左右視窗，以此達(dá)到了自由立體的目的。信號(hào)處理單元同時(shí)接收顯示同步信號(hào)，在顯示左視圖的同時(shí)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元，在顯示右視圖的同時(shí)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元。這種分時(shí)顯示方式能有效地降低串影，減少單眼線索。同時(shí)，由于被測(cè)者在某一個(gè)時(shí)刻只能看到立體左右圖中的一個(gè)視圖，左右視圖分辨率可以等于顯示器的物理分辨率，有效的提升了觀看效果。該裝置同時(shí)具有平面立體兼容的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以進(jìn)行立體視銳度的檢查，同時(shí)可以進(jìn)行近視、弱視、色盲等常規(guī)視力檢查。

四、附圖說(shuō)明

圖1、一個(gè)實(shí)施實(shí)例的整體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖2、左右視窗跟隨瞳孔位置原理圖

圖3、多距離觀看原理圖；

圖4、聚光鏡原理圖。

五、具體實(shí)施方式

圖1中，高亮度發(fā)光單元1、聚光鏡2、反射鏡3、反射鏡4、光學(xué)透鏡5、高精度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6、顯示屏7。單個(gè)發(fā)光單元寬度w、發(fā)光單元陣列中心距離t、觀看窗口寬度W、觀看窗口之間距離T、被測(cè)者位置A、被測(cè)者位置B、發(fā)光單元到等效平面的距離U、最佳觀看距離V(A)、最佳觀看距離V(B)。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的基本思想是采用指向性光學(xué)實(shí)現(xiàn)立體左右視圖分時(shí)顯示，同時(shí)根據(jù)被測(cè)者的瞳孔位置信息精確控制左右視窗的位置，實(shí)現(xiàn)了立體圖像中的左右視圖分別進(jìn)入到被測(cè)者的左右瞳孔，人腦視覺(jué)神經(jīng)中樞根據(jù)左右視圖的視差融合形成立體圖像。有必要在此指出的是，以下實(shí)施實(shí)例只用于本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)成熟人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

裝置采用高精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。發(fā)光單元與光學(xué)透鏡之間距離變化可以實(shí)現(xiàn)在不同位置形成左右視窗。根據(jù)三點(diǎn)確定一個(gè)平面，裝置采用三個(gè)同時(shí)旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)裝置保證兩個(gè)平面相對(duì)平行。三個(gè)傳動(dòng)裝置同時(shí)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，移動(dòng)距離相同，平面由三個(gè)同時(shí)移動(dòng)的裝置固定并移動(dòng)。為保證兩個(gè)平面移動(dòng)時(shí)相互平行，三個(gè)傳動(dòng)裝置通過(guò)傳動(dòng)皮帶連接，實(shí)現(xiàn)了距離移動(dòng)的一致性。

裝置采用高亮度發(fā)光單元。信號(hào)處理單元根據(jù)被測(cè)者瞳孔位置點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元。與此同時(shí)，信號(hào)處理單元根據(jù)顯示同步信號(hào)，分時(shí)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元，實(shí)現(xiàn)了圖像的分時(shí)顯示。在顯示立體圖像左視圖時(shí)，需要在被測(cè)者的左眼形成左視窗，此時(shí)相應(yīng)的發(fā)光單元被點(diǎn)亮，光線經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)為顯示屏提供背光，并在左視窗實(shí)現(xiàn)匯聚。在顯示立體圖像右視圖時(shí)，需要在被測(cè)者的右眼形成右視窗，此時(shí)相應(yīng)的發(fā)光單元被點(diǎn)亮，光線經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)為顯示屏提供背光，并在右視窗實(shí)現(xiàn)匯聚。被測(cè)者與顯示屏有一定的距離，被測(cè)者在平行于顯示屏的平面內(nèi)移動(dòng)位置時(shí)，信號(hào)處理單元會(huì)根據(jù)位置變化點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元，并在移動(dòng)后的位置形成左右視窗?；诖耍瑢?shí)現(xiàn)了在隨意位置進(jìn)行立體視力檢測(cè)的目的。

裝置采用可調(diào)光路對(duì)顯示屏提供背光。信號(hào)處理單元可以根據(jù)顯示內(nèi)容的不同為顯示屏提供不同的背光。立體圖播放模式下，采用分時(shí)點(diǎn)亮的方式分別為左右視圖提供背光，在特定的位置形成左右視窗。在平面模式下，可以進(jìn)行普通的視力檢查，如近視檢查、色盲檢查、色弱檢查等。此時(shí)，信號(hào)處理單元為顯示屏提供普通的漫射光光源，通過(guò)此種方式實(shí)現(xiàn)了平面立體兼容，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)方式靈活化、檢測(cè)手段多樣化，大大增加了設(shè)備的實(shí)用性。

該裝置采用可調(diào)光路結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝置由光學(xué)系統(tǒng)、被測(cè)者瞳孔位置追蹤模塊、顯示同步信號(hào)提取模塊、信號(hào)處理單元和圖像顯示屏組成。在此實(shí)施實(shí)例中，圖像顯示屏采用了120HZ的液晶顯示屏，分時(shí)顯示后，左右視圖的刷新率仍能夠保持60HZ，滿足了實(shí)時(shí)顯示的性能要求。

該裝置采用可調(diào)光路結(jié)構(gòu)。光線從發(fā)亮發(fā)光單元發(fā)出以后，經(jīng)過(guò)聚光鏡的光線壓縮后在反射鏡(3)進(jìn)行反射，然后在反射鏡(4)進(jìn)行反射。經(jīng)過(guò)聚光鏡(5)以后為顯示屏提供背光，最后在左右視窗位置實(shí)現(xiàn)光學(xué)匯聚。三個(gè)絲桿固定在光學(xué)透鏡和液晶屏之間，保證兩個(gè)平面的平行。三個(gè)絲桿同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)平面之間雖然發(fā)生距離變化，但是可以保證其相互平行。在被測(cè)者與顯示屏的距離發(fā)生變化以后，高精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)通過(guò)三個(gè)絲桿同時(shí)旋轉(zhuǎn)，保證距離移動(dòng)的過(guò)程中光學(xué)透鏡和顯示屏之間相互平行。通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)了近中遠(yuǎn)三個(gè)距離的立體視檢查，如圖3。當(dāng)被測(cè)者處于某一距離進(jìn)行立體視銳度檢查時(shí)，發(fā)光單元會(huì)分時(shí)點(diǎn)亮并在被測(cè)者左右瞳孔位置形成觀看窗口。在左視圖顯示的同時(shí)，信號(hào)處理單元會(huì)根據(jù)被測(cè)者的左瞳孔位置，點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光單元，光線經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)為顯示器提供背光，最后在左瞳孔形成觀看窗口。在右視圖顯示的同時(shí)，信號(hào)處理單元會(huì)根據(jù)被測(cè)者的右瞳孔位置，點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光單元，光線經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)為顯示器提供背光，最后在右瞳孔形成觀看窗口，如圖2。信號(hào)處理單元在接收到顯示同步信號(hào)以后，分時(shí)點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光單元，在左視圖顯示的同時(shí)，點(diǎn)亮左視圖對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元，在右視圖顯示的同時(shí)，點(diǎn)亮右視圖對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元。同時(shí)，信號(hào)處理單元還根據(jù)顯示內(nèi)容的不同切換可調(diào)光路。在顯示立體左右圖的時(shí)候，信號(hào)處理單元根據(jù)顯示同步信號(hào)分時(shí)控制左右圖對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元。在顯示平面內(nèi)容的時(shí)候，信號(hào)處理單元控制可調(diào)背光產(chǎn)生平面顯示所需要的漫射光。

在本實(shí)施實(shí)例中，高亮發(fā)光單元是高亮且發(fā)散角小的LED燈珠，信號(hào)處理單元可以控制其驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)任意LED，任何時(shí)刻的亮滅。從LED發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)聚光鏡實(shí)現(xiàn)光線壓縮，如圖4。被經(jīng)過(guò)壓縮后的光線經(jīng)過(guò)反光鏡(3)和反光鏡(4)的折射以后，經(jīng)由光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)匯聚。

在本實(shí)施實(shí)例中，光學(xué)透鏡選擇為具有光線匯聚作用的菲涅爾透鏡，類(lèi)似于傳統(tǒng)的凸面鏡。在菲涅爾透鏡一倍焦距內(nèi)點(diǎn)亮LED，光線以球面方式向前傳播，經(jīng)過(guò)菲涅爾透鏡之后，在特定距離實(shí)現(xiàn)了光學(xué)匯聚。通過(guò)這種光學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)了光線在被測(cè)者左右瞳孔的匯聚并形成左右觀看窗口。

在本實(shí)施實(shí)例中，被測(cè)者位置探測(cè)模塊由軟件和硬件構(gòu)成。其中硬件包括三個(gè)攝像頭和計(jì)算機(jī)，軟件包括距離探測(cè)算法和被測(cè)者瞳孔追蹤算法。單個(gè)攝像頭可以用于被測(cè)者的瞳孔位置追蹤，其中兩個(gè)攝像頭專(zhuān)門(mén)用于檢測(cè)被測(cè)者與顯示器之間的距離。信號(hào)處理中心會(huì)根據(jù)距離的不同調(diào)整可調(diào)光路，實(shí)現(xiàn)光線在不同位置實(shí)現(xiàn)匯聚并形成左右視窗。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。