CN108652582A - 一种自助式主觉验光智能穿戴设备及镜片度数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自助式主觉验光智能穿戴设备及镜片度数计算方法，包括镜片模块、计算模块和控制模块；所述镜片模块包括一组以上的双面变焦镜片，每组双面变焦镜片包括两块双面变焦镜片，每块双面变焦镜片包括两个对称的镜像设计的变焦曲面；所述控制模块通过电机驱动两组双面变焦镜片交错运动，实现变焦。

Description

一种自助式主觉验光智能穿戴设备及镜片度数计算方法

技术领域

本发明属于医学验光技术及验光设备领域，尤其涉及一种自助式主觉验光智能穿戴设备及镜片度数计算方法。

背景技术

医学验光分为客观验光和主觉验光两种。传统验光是一个动态的、多程序的临床诊断过程。从光学角度看，验光是让远处平行光线通过被检眼眼前的矫正镜片后恰好落在视网膜黄斑处形成物像共轭关系。标准的主觉验光流程复杂、费时长、配合度高、专业技术要求高等特点，使得一般人群无法简单快捷获取眼屈光度。客观检影验光对检查者自身技术要求高，无法普遍推广。

由于医学验光的高成本以及全国范围内专业的视光诊所和视光中心的饱有率低、专业度不够等，专业的眼视光医疗资源匮乏，导致在人群中相当程度人群无法简单快速得知眼睛的度数。直到视力下降、视物模糊、夜间视力差、交通指示灯分辨不清楚引发交通事故等情况才前往眼科医院或视光中心进行医学验光，而此时眼睛已经出现了近视、散光等屈光不正状态，尤以近视眼更为显著。这也正是我国成为近视大国的重要原因之一。我国近视眼问题正面临低龄化、重度化、恶性化的发展趋势。我国每年在近视矫治领域耗费大量资源和成本，但根本性的近视防控问题仍得不到有效解决。

随着“健康中国2030”和“智慧医疗”的全面深化医疗领域的改革和医疗技术的推进，以及现有医疗资源的两极分化、医疗监督机制不健全等现状。同时，随着互联网、物联网、人联网的技术突破和革新，必将引发一场医疗检测设备和检测工具的科技大革命。传统医学验光目前还无法实现低成本的便携式自主验光。自助式智能验光能为广大近视人群提供便利。

现有技术中，中国专利CN201510469577.1《一种自助式红外偏心摄影验光仪及自助验光方法》和中国专利CN201710492647.4《一种智能便携式手持视力筛查仪及验光方法》都应用了客观验光的方法进行自助式验光。该种方法的缺陷在于：该种客观验光的结果只能提供一个有价值的验光起始参考数据，不能直接用于开镜处方，因为检影的结果并不能表达被检者的主观感受和视觉评价。一个规范的验光必须是客观方法检测后的主观方法验证，有经验的验光医生通常花很短的时间做检影，却花较长的时间做主觉验光和调整。另外，验光的目标是人的视觉状态，而非眼球的屈光状态。客观检影验光只能作为一种参考指标。为主觉验光提供信息基础。

电脑验光仪尽管可以快速检测球镜、柱镜、瞳距等指标。但被检查者需固定座位，固定瞳孔中心位置，调整前后距离使得瞳孔区呈现最佳清晰状态，保持持续睁眼状态。青少年儿童和老年朋友对该种电脑验光配合难度大，人为操作的误差与近感知调节参与引起的验光误差都将直接影响最终验光结果。

发明内容

针对主觉验光流程的复杂性和客观检影验光的专业性等缺陷，本发明公开了一种自助式主觉验光智能穿戴设备，包括镜片模块、计算模块和控制模块；

所述镜片模块包括一组以上的双面变焦镜片，每组双面变焦镜片包括两块双面变焦镜片，每块双面变焦镜片包括两个对称的镜像设计的变焦曲面；

所述控制模块通过电机驱动两组双面变焦镜片交错运动，实现变焦；

所述计算模块在两组双面变焦镜片交错运动过程中，实时计算镜片连续变焦通道的屈光度变化率，并得到镜片连续变焦通道中心位置的度数。

所述变焦曲面为自由曲面，自由曲面包括两个光学顶点，分别为自由曲面的最高点和最低点；

所述每块双面变焦镜片包括的两个对称的镜像设计的变焦曲面的表面结构相同，并且一个自由曲面的最高点与另一个自由曲面的最高点相对于剖面对称，一个自由曲面的最低点与另一个自由曲面的最低点相对于剖面对称。

每组双面变焦镜片包括的两块双面变焦镜片，其中一块双面变焦镜片的变焦曲面的最高点与另一块镜片的变焦曲面的最低点同一方向放置，其中一块双面变焦镜片的变焦曲面的最低点与另一块镜片的变焦曲面的最高点同一方向放置；两块双面变焦镜片关于中间面中点呈中心对称；

每组双面变焦镜片通过控制模块的电机进行驱动，所述电机控制每组双面变焦镜片中的一块镜片和另一块镜片以一个方向同一速度同时运动。

所述两个对称的镜像设计的变焦曲面组成的双面变焦镜片包括P点、C区、N点和A区，其中P点为最大正度数对应的光学中心点，即自由曲面最高点对应位置；N点为最大负度数对应的光学中心点，即自由曲面最低点对应位置；C区为连续变焦通道，从P点最大正度数到N点最大负度数连线的过渡区域，即最高点到最低点之间连线的过渡区域；A区为周边像差区域，即镜片最高点、最低点以及最高点和最低点之间过渡区域之外的区域。

所述C区的屈光度变化率δ计算公式如下：

δ＝2*(D_P-D_N)/L，

其中D_P代表自由曲面单面最高点的屈光度，D_N代表自由曲面单面最低点的屈光度，L代表最高点到最低点的距离。

对于一组双面变焦镜片包括的两块双面变焦镜片，镜片交错运动向一个方向达到最大范围时，一块镜片的变焦曲面的最高点与另一块镜片的变焦曲面的最高点重合，屈光度为+32.00D；

镜片交错运动向另一个方向达到最大范围时，一块镜片的变焦曲面的最低点与另一的变焦曲面的最低点重合，等效屈光度为-52.00D，从而实现{+32.00D～-52.00D}连续变化的屈光度；

本发明设备还包括通信模块和括超声波测距模块，智能穿戴设备通过通信模块与电子设备连接，并将计算模块计算得到的镜片度数数据发送至电子设备；

超声波测距模块用于获取超声波测距值，并将超声波测距值通过通信模块实时反馈至电子设备，当超声波检测数值出现无法接收回传超声波时，电子设备出现报警提示。

进一步地，所述镜片模块包括两组双面变焦镜片，所述两组双面变焦镜片中，一组双面变焦镜片分别记为第一镜片和第二镜片，另一组双面变焦镜片分别记为第三镜片和第四镜片；

所述第一镜片的变焦曲面的最高点与第二镜片的变焦曲面的最低点同一方向放置，所述第一镜片的变焦曲面的最低点与第二镜片的变焦曲面的最高点同一方向放置；所述第三镜片的变焦曲面的最高点与第四镜片的变焦曲面的最低点同一方向放置，所述第三镜片的变焦曲面的最低点与第四镜片的变焦曲面的最高点同一方向放置；第一镜片与第四镜片关于中间面中点呈中心对称，第二镜片与第三镜片关于中间面中点呈中心对称。

所述两组双面变焦镜片通过控制模块的电机进行驱动，所述电机控制第一镜片和第二镜片以一个方向同一速度同时运动，所述电机控制第三镜片和第四镜片以另一方向同一速度同时运动；

两组双面变焦镜片通过电机平行移动，镜片交错运动向一个方向达到最大范围时，第一镜片的变焦曲面的最高点与第二镜片的变焦曲面的最高点重合，第三镜片的变焦曲面的最高点与第四镜片的变焦曲面的最高点重合，等效屈光度为+32.00D；

镜片交错运动向另一个方向达到最大范围时，第一镜片的变焦曲面的最低点与第二镜片的变焦曲面的最低点重合，第三镜片的变焦曲面的最低点与第四镜片的变焦曲面的最低点重合，等效屈光度为-52.00D，从而实现{+32.00D～-52.00D}连续变化的屈光度；

在两组双面变焦镜片交错运动过程中，控制模块通过控制电机的运行步长来控制实际变焦率。

本发明还公开了一种镜片度数计算方法，包括如下步骤：

步骤1，控制模块通过控制电机(9)使得镜片模块的两组双面变焦镜片平行移动；

步骤2，双面变焦镜片连续变焦通道C区的屈光度变化率δ，计算公式如下：

δ＝2*(D_P-D_N)/L，

其中，D_P代表双面变焦镜片自由曲面最高点的屈光度，D_N代表双面变焦镜片自由曲面最低点的屈光度，两倍代表双面自由曲面屈光度，L代表双面变焦镜片自由曲面最高点到最低点的距离，单位为毫米(mm)；

步骤3，在镜片移动过程中，计算模块根据屈光度变化率δ实时计算得到连续变焦通道C区两片镜片叠加后中心位置的度数，计算公式如下：

D＝4*(D_P+D_N)±[4*(D_P-D_N)/L]*S, (1)

当镜片组向最高点重合方向移动时，公式(1)中±号为+号；当镜片组最低点重合方向移动时，公式(1)中±号为-号；

其中D_P代表自由曲面最高点的屈光度，D_N代表自由曲面最低点的屈光度，D_P+D_N代表最高点与最低点之间中点位置的屈光度，L代表自由曲面最高点到最低点的距离；S单组镜片实际移动距离。

本发明还进一步提供了一种自助式主觉验光方法，包括如下步骤：

步骤1，用户通过电子设备上的APP登录个人账户，输入个人信息，选择眼别和屈光状态，然后将电子设备放置于眼前50cm处，电子设备上呈现标准对数视力表和红绿平衡视标，对于近视眼用户，执行步骤2～步骤3；对于远视眼用户，执行步骤4～步骤5；

步骤2，两组双面变焦镜片在程序驱动系统的控制下以0.50D/s速度从+32.00D向-52.00D方向移动，移动过程中，用户需盯住50cm处的电子设备显示屏的E字视标，当刚好看清0.3～0.5处的E视标时，点击APP上的精调键，此时镜片以0.25D/2s速度继续从+32.00D向-52.00D方向运动，同时，电子设备显示屏切换为红绿视标，当用户感知红绿视标同样清晰时，点击停止键；此时，APP将显示用户被检测眼的屈光度F；

步骤3，重复步骤2三次，取三次屈光度平均值作为该眼的屈光度，检测完一眼后，通过APP切换眼别，重复步骤2三次，取三次屈光度平均值得出另一眼的屈光度；

步骤4，两组双面变焦镜片在程序驱动系统的控制下以0.50D/s速度从-52.00D向+32.00D方向移动，移动过程中，用户需盯住50cm处的电子设备显示屏的E字视标，当刚好看清0.3～0.5处的E视标时，点击APP上的精调键，此时镜片以0.25D/2s速度继续从-52.00D向+32.00D方向运动，同时，电子设备显示屏切换为红绿视标；当用户感知红绿视标同样清晰时，点击停止键；此时，APP将显示用户被检测眼的屈光度F；

步骤5，重复步骤4三次，取三次屈光度平均值作为该眼的屈光度，检测完一眼后，通过APP切换眼别，重复步骤4三次，取三次屈光度平均值得出另一眼的屈光度。

步骤2中，用户被检测眼的屈光度F计算公式为：

F＝F₁-F₂，

F₁＝32.00D-2*s，

F₂＝1/d，

其中，s为单片镜片移动的距离，单位为mm，且镜片起始位置为镜片变焦曲面的最高点重合位，屈光度为+32.00D，d表示镜片平面到电子设备显示屏的距离。

步骤4中，用户被检测眼的屈光度F计算公式为：

F＝F₁-F₂，

F₁＝-52.00D+2*s，

F₂＝1/d，

其中，s为单片镜片移动的距离，单位为mm，且镜片起始位置为镜片变焦曲面的最低点重合位，屈光度为-52.00D，d表示镜片平面到电子设备显示屏的距离。

有益效果：本发明的一种自助式主觉验光智能穿戴设备及自助式验光方法能够自我主觉检测，实现自助式简便验光(仅限球镜度数)；同时，增加超声测距系统将距离变化导致的屈光度误差降到最低；同时，系统能准确将变焦镜片组的实时屈光度与超声波检测的距离变化精确计算分析，得出最终用户的球镜屈光度。自助式主觉验光智能穿戴设备及自助式验光方法的应用能有效为广大青少年儿童定期进行屈光度自助式检测，且不存在客观验光产生的误差，能真实有效的反映该用户的舒适屈光度。该检测工具和方法无需前往医疗机构便能客观准确反映青少年的眼屈光度，为青少年视觉健康的管理起到重要的监管作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为传统验光流程示意图。

图2为自助式主觉验光示意图。

图3a为单镜片时镜片区域分布图。

图3b单镜片时镜片区域分布侧视图。

图4为镜片组连续变焦模式图。

图5为近视眼自动验光流程。

图6为远视眼自动验光流程。

图7自助式验光流程中，初步雾视法。

图8为自助式验光流程中，红绿平衡终点确定。

图9为本发明实施例智能变焦镜片系统俯视图。

图10为本发明实施例智能变焦镜片参数示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本发明公开了一种自助式主觉验光智能穿戴设备，包括镜片模块、计算模块和控制模块；

如图3a和图3b所示，所述镜片模块包括两组双面变焦镜片，每组双面变焦镜片包括两块双面变焦镜片，每块双面变焦镜片包括两个对称的镜像设计的变焦曲面；

如图4所示，所述控制模块通过电机驱动两组双面变焦镜片交错运动，实现屈光度变化率精确到0.25D/步；

所述计算模块在两组双面变焦镜片交错运动过程中，实时计算镜片连续变焦通道的屈光度变化率，并得到镜片连续变焦通道中心位置的度数。

智能穿戴设备还包括通信模块，智能穿戴设备通过通信模块与电子设备连接，并将计算模块计算得到的镜片度数数据发送至电子设备。

智能穿戴设备还包括超声波测距模块，超声波测距模块用于获取超声波测距值，并将超声波测距值通过通信模块实时反馈至电子设备，当超声波检测数值出现无法接收回传超声波时，电子设备出现报警提示。

所述两组双面变焦镜片中，一组双面变焦镜片分别记为第一镜片4和第二镜片6，另一组双面变焦镜片分别记为第三镜片5和第四镜片7；

所述变焦曲面为自由曲面，自由曲面包括两个光学顶点，分别为自由曲面的最高点和最低点。

如图10所示，所述每块双面变焦镜片包括的两个对称的镜像设计的变焦曲面的表面结构相同，并且一个自由曲面1的最高点与另一个自由曲面2的最高点相对于剖面3对称，一个自由曲面1的最低点与另一个自由曲面2的最低点相对于剖面3对称。

如图9所示，所述第一镜片4的变焦曲面的最高点与第二镜片6的变焦曲面的最低点同一方向放置，所述第一镜片4的变焦曲面的最低点与第二镜片6的变焦曲面的最高点同一方向放置；所述第三镜片5的变焦曲面的最高点与第四镜片7的变焦曲面的最低点同一方向放置，所述第三镜片5的变焦曲面的最低点与第四镜片7的变焦曲面的最高点同一方向放置；第一镜片4与第四镜片7关于中间面8中点呈中心对称，第二镜片5与第三镜片6关于中间面8中点呈中心对称。

所述两个对称的镜像设计的变焦曲面组成的双面变焦镜片包括P点、C区、N点和A区，其中P点为最大正度数对应的光学中心点，即自由曲面最高点对应位置；N点为最大负度数对应的光学中心点，即自由曲面最低点对应位置；C区为连续变焦通道，从P点最大正度数到N点最大负度数连线的过渡区域，即最高点到最低点之间连线的过渡区域；A区为周边像差区域，即镜片最高点、最低点以及最高点和最低点之间过渡区域之外的区域。

所述C区的屈光度变化率δ计算公式如下：

δ＝2*(D_P-D_N)/L，

其中D_P代表自由曲面单面最高点的屈光度，D_N代表自由曲面单面最低点的屈光度，L代表最高点到最低点的距离。

两组双面变焦镜片通过控制模块的电机9进行驱动，所述电机9控制第一镜片4和第二镜片5以一个方向同一速度同时运动，所述电机控制第三镜片6和第四镜片7以另一方向同一速度同时运动；

两组双面变焦镜片通过电机平行移动，镜片交错运动向一个方向达到最大范围时，第一镜片4的变焦曲面的最高点与第二镜片6的变焦曲面的最高点重合，第三镜片5的变焦曲面的最高点与第四镜片7的变焦曲面的最高点重合，等效屈光度为+32.00D；

镜片交错运动向另一个方向达到最大范围时，第一镜片4的变焦曲面的最低点与第二镜片6的变焦曲面的最低点重合，第三镜片5的变焦曲面的最低点与第四镜片7的变焦曲面的最低点重合，等效屈光度为-52.00D，从而实现{+32.00D～-52.00D}连续变化的屈光度；

在两组双面变焦镜片交错运动过程中，控制模块通过控制电机9的运行步长来控制实际变焦率。

所述自由曲面最高点的厚度、自由曲面最低点的厚度、自由曲面最高点与最低点的距离三者的比值范围在10:0.5:50～20:1.8:120之间；

所述自由曲面最高点屈光度范围为+5.00D～+10.00D，所述自由曲面最低点屈光度范围为-10.00D～-20.00D。

所述两个对称的镜像设计的变焦曲面组成的双面变焦镜片屈光度范围为+20.00D～-40.00D线性变焦。

本发明还公开了一种镜片度数计算方法，包括如下步骤：

步骤1，控制模块通过控制电机(9)使得镜片模块的两组双面变焦镜片平行移动；

步骤2，双面变焦镜片连续变焦通道C区的屈光度变化率δ，计算公式如下：

δ＝2*(D_P-D_N)/L，

其中，D_P代表双面变焦镜片自由曲面最高点的屈光度，D_N代表双面变焦镜片自由曲面最低点的屈光度，两倍代表双面自由曲面屈光度，L代表双面变焦镜片自由曲面最高点到最低点的距离，单位为毫米(mm)；

步骤3，在镜片移动过程中，计算模块根据屈光度变化率δ实时计算得到连续变焦通道C区两片镜片叠加后中心位置的度数，计算公式如下：

D＝4*(D_P+D_N)±[4*(D_P-D_N)/L]*S, (1)

当镜片组向最高点重合方向移动时，公式(1)中±号为+号；当镜片组最低点重合方向移动时，公式(1)中±号为-号；

其中D_P代表自由曲面最高点的屈光度，D_N代表自由曲面最低点的屈光度，D_P+D_N代表最高点与最低点之间中点位置的屈光度，L代表自由曲面最高点到最低点的距离；S单组镜片实际移动距离。

本发明还进一步提供了一种自助式主觉验光方法，包括如下步骤：

步骤1，用户通过电子设备上的APP登录个人账户，输入个人信息，选择眼别和屈光状态，然后将电子设备放置于眼前50cm处，电子设备上呈现标准对数视力表和红绿平衡视标，对于近视眼用户，执行步骤2～步骤3；对于远视眼用户，执行步骤4～步骤5；

步骤2，两组双面变焦镜片在程序驱动系统的控制下以0.50D/s速度从+32.00D向-52.00D方向移动，移动过程中，用户需盯住50cm处的电子设备显示屏的E字视标，当刚好看清0.3～0.5处的E视标时，点击APP上的精调键，此时镜片以0.25D/2s速度继续从+32.00D向-52.00D方向运动，同时，电子设备显示屏切换为红绿视标，当用户感知红绿视标同样清晰时，点击停止键；此时，APP将显示用户被检测眼的屈光度F；

步骤3，重复步骤2三次，取三次屈光度平均值作为该眼的屈光度，检测完一眼后，通过APP切换眼别，重复步骤2三次，取三次屈光度平均值得出另一眼的屈光度；

步骤4，两组双面变焦镜片在程序驱动系统的控制下以0.50D/s速度从-52.00D向+32.00D方向移动，移动过程中，用户需盯住50cm处的电子设备显示屏的E字视标，当刚好看清0.3～0.5处的E视标时，点击APP上的精调键，此时镜片以0.25D/2s速度继续从-52.00D向+32.00D方向运动，同时，电子设备显示屏切换为红绿视标；当用户感知红绿视标同样清晰时，点击停止键；此时，APP将显示用户被检测眼的屈光度F；

步骤5，重复步骤4三次，取三次屈光度平均值作为该眼的屈光度，检测完一眼后，通过APP切换眼别，重复步骤4三次，取三次屈光度平均值得出另一眼的屈光度。

步骤2中，用户被检测眼的屈光度F计算公式为：

F＝F₁-F₂，

F₁＝32.00D-2*s，

F₂＝1/d，

其中，s为单片镜片移动的距离，单位为mm，且镜片起始位置为镜片变焦曲面的最高点重合位，屈光度为+32.00D，d表示镜片平面到电子设备显示屏的距离。

步骤4中，用户被检测眼的屈光度F计算公式为：

F＝F₁-F₂，

F₁＝-52.00D+2*s，

F₂＝1/d，

其中，s为单片镜片移动的距离，单位为mm，且镜片起始位置为镜片变焦曲面的最低点重合位，屈光度为-52.00D，d表示镜片平面到电子设备显示屏的距离。

实施例

通常的验光分为三个主要流程：1初始阶段，视光医生对被检查者进行一般的病史询问、常规眼部检查、全身一般情况询问，然后进行角膜曲率检查，接着进行检影验光、电脑验光或其他客观验光，最后检测被检者眼镜度数。2精确阶段，从初始阶段所获得的预测资料进行检验，然后通过综合验光仪进行详细的主觉验光。3终结阶段，通过试镜架试戴技术得到被检者最后的验光处方。其中，主觉验光的检测流程大致为：初次MPMVA(maximum plusto maximum visual acuity最正之最佳视力)，即找到初步有效的球镜度数，然后通过JCC(Jackson cross-cylinder，交叉柱镜)精确验证柱镜的轴向和度数，通过再次MPMVA，确定最后的球镜度数。详见图1。

本发明涉及一种自助式主觉验光智能穿戴设备，该设备主要依据是主觉验光中MPMVA和红绿测试的终点判断，能快速测出被检测者的大致的球镜度数。

本发明涉及一种自助式主觉验光智能穿戴设备，包括镜片模块、计算模块和控制模块；

所述镜片模块包括两组双面变焦镜片，每组双面变焦镜片包括两块双面变焦镜片，每块双面变焦镜片包括两个对称的镜像设计的变焦曲面；

所述控制模块通过电机驱动两组双面变焦镜片交错运动，实现变焦；实现屈光度变化率精确到0.25D/步。

所述计算模块在两组双面变焦镜片交错运动过程中，实时计算镜片连续变焦通道的屈光度变化率，并得到镜片连续变焦通道中心位置的度数。

智能穿戴设备还包括通信模块，智能穿戴设备通过通信模块与电子设备连接，并将计算模块计算得到的镜片度数数据发送至电子设备。

智能穿戴设备还包括超声波测距模块，超声波测距模块用于获取超声波测距值，并将超声波测距值通过通信模块实时反馈至电子设备，当超声波检测数值出现无法接收回传超声波时，电子设备出现报警提示。

本发明中变焦镜片通过双面变焦镜片组合而成，镜片实现{+16.00D～-26.00D}的连续变焦。镜片存在最高点(P点)，最低点(N点)，连续变焦通道(C区)，周边区域(A区)。详见图3a和图3b。

通过双面镜像设计，一块镜片以{+16.00D～-26.00D}方位放置(即左边为正度数，右边为负度数)，另一块镜片以{-26.00D～+16.00D}方位放置(即左边为负度数，右边为正度数)。在镜片交错运动达到最大范围时，一组镜片的最高点与另一组镜片的最高点重合，等效屈光度为+32.00D，一组镜片的最低点与另一组镜片的最低点重合，等效屈光度为+52.00D。实现{+32.00D～-52.00D}连续变化的屈光度。在整个镜片交错运动过程中，通过控制电机运行步长来控制实际变焦率。详见图4。

本发明中智能变焦眼镜的变焦范围能实现屈光度从+32.00D～到-52.00D连续智能变焦，且屈光度变化率为0.25D/步，该变化率与综合验光仪屈光度增率一致。

本发明程序驱动系统，即通过计算机程序控制，电机驱动两组镜片交错运动，实现+32.00D～到-52.00D范围内的任意屈光度都能快速通过程序控制镜片运动实现任意变焦。

本实施例通过操控电子设备显示屏(手机、平板)上APP(交互应用程序)给眼镜发出指令，在电脑程序控制下，屈光度从+32.00D向-52.00D以为某一指定屈光度变化率运行。用户戴上该智能变焦眼镜后，将电子显示屏(手机、平板、或电脑显示屏)放置于眼前50cm左右处，显示器上呈现标准对数视力表(已根据一分视角等比例换算视标大小)和红绿平衡视标。

所述超声波测距模块获得的超声波测距值可通过眼镜装载的通信模块传输实时反馈至APP程序端，当超声波检测数值有误时，APP出现红色error报警提示。

自助式主觉验光步骤如下，详见图2：

首先，通过登录个人APP账号，输入个人信息(姓名、年龄、联系方式等)，选择眼别，选择屈光状态。

对于近视眼用户，镜片在电机驱动下以0.50D/s速度从+32.00D向-52.00D方向运动。移动过程中，用户需盯住50cm处的电子显示屏的E字视标。当刚好看清0.3～0.5处的E视标时，点击APP上的精调键。此时镜片以0.25D/2s速度继续从+32.00D向-52.00D方向运动。同时，显示屏切换为红绿视标。当用户感知红绿视标同样清晰时，点击停止键。此时，APP将显示用户被检测眼的屈光度F₁。屈光度F₁计算公式为:F₁＝32.00D-2*s(近视计算公式)，其中，s为单片镜片移动的距离，单位为mm。且起始位置为镜片最高点重合位。重复上述操作三次，取三次屈光度平均值。检测完一眼后，通过APP端切换眼别，重复上述操作三次，取三次屈光度平均值得出另一眼的屈光度。详见图5。

对于远视眼用户，镜片在电机驱动下以0.50D/s速度从-52.00D向+32.00D方向运动。移动过程中，用户需盯住50cm处的电子显示屏的E字视标。当刚好看清0.3～0.5处的E视标时，点击APP上的精调键。此时镜片以0.25D/2s速度继续从-52.00D向+32.00D方向运动。同时，显示屏切换为红绿视标。当用户感知红绿视标同样清晰时，点击停止键。此时，APP将显示用户被检测眼的屈光度F₁。屈光度F₁计算公式为F₁＝-52.00D+2*s(远视计算公式)，其中，s为单片镜片移动的距离，单位为mm，且起始位置为镜片最低点重合位。重复上述操作三次，取三次屈光度平均值。检测完一眼后，通过APP端切换眼别，重复上述操作三次，取三次屈光度平均值得出另一眼的屈光度。详见图6。

每次检测的屈光度D由两个部分组成：

第一部分，通过程序记录镜片运动的位移，根据F₁＝32.00D-2*s或F₁＝-52.00D+2*s公式记录实际屈光度。

第二部分为用户实时检测距离d(眼镜平面到显示屏的距离)所付出的调节量(该调节量等于用眼距离d的倒数)。当用户点击停止键时，程序自动将距离信息计算为屈光度信息，距离(米为单位)的倒数即为所付出的调节量F₂＝1/d。

用户该眼的屈光度F＝F₁-F₂。

本发明应用红绿视标判断验光终点的理论依据在于：人眼屈光系统对不同波长的折射率不同，同一介质对不同频率的光具有不同的折射率。在可见光范围内，折射率随波长减少而增大，即红光的折射率最小，而紫光的折射率最大。为何选用红绿左右判断标准，是因为红光波长较长，折射率较低；绿光波长相对较短，折射率相对较高。两者的屈光度差异大约在0.50D，方便验光终点的判断。

在验光终点判断中，如果出现红色比绿色更清晰，说明红色聚焦点更靠近视网膜黄斑区，此时绿光聚焦点出现在红光聚焦点之前，远离视网膜。如果出现绿色比红色清晰，说明绿色聚焦点更靠近视网膜黄斑区，此时红光聚焦点出现在绿光聚焦点之后，远离视网膜。如果红绿同样清晰，说明红绿聚焦点和视网膜距离相当，红色聚焦点在视网膜后0.25D位置，而绿光在视网膜前0.25D位置。而如果选用红光和紫光来判断验光终点时，当出现红色和紫色一样清晰时，两则离视网膜的位置较大，屈光度检验误差较大。详见图5。

传统主觉验光将红绿测试作为验光终点判断的指标。在本发明的自助式主觉验光智能穿戴设备将红绿测试直接作为动态变焦下的验光终点判断标志。

两组双面变焦镜片通过电机平行移动，镜片交错运动向一个方向达到最大范围时，第一镜片4的变焦曲面的最高点与第二镜片6的变焦曲面的最高点重合，第三镜片5的变焦曲面的最高点与第四镜片7的变焦曲面的最高点重合，等效屈光度为+32.00D；

如图2所示，本实施例还提供了一种自助式主觉验光方法，包括如下步骤：

步骤1，用户通过电子设备上的APP登录个人账户，输入个人信息，选择眼别和屈光状态，然后将电子设备放置于眼前50cm处，如图7和图8所示，电子设备上呈现标准对数视力表和红绿平衡视标，对于近视眼用户，执行步骤2～步骤3；对于远视眼用户，执行步骤4～步骤5；

步骤2，两组双面变焦镜片在程序驱动系统的控制下以0.50D/s速度从+32.00D向-52.00D方向移动，移动过程中，用户需盯住50cm处的电子设备显示屏的E字视标，当刚好看清0.3～0.5处的E视标时，点击APP上的精调键，此时镜片以0.25D/2s速度继续从+32.00D向-52.00D方向运动，同时，电子设备显示屏切换为红绿视标，当用户感知红绿视标同样清晰时，点击停止键；此时，APP将显示用户被检测眼的屈光度F；

步骤3，重复步骤2三次，取三次屈光度平均值作为该眼的屈光度，检测完一眼后，通过APP切换眼别，重复步骤2三次，取三次屈光度平均值得出另一眼的屈光度；

步骤4，两组双面变焦镜片在程序驱动系统的控制下以0.50D/s速度从-52.00D向+32.00D方向移动，移动过程中，用户需盯住50cm处的电子设备显示屏的E字视标，当刚好看清0.3～0.5处的E视标时，点击APP上的精调键，此时镜片以0.25D/2s速度继续从-52.00D向+32.00D方向运动。同时，电子设备显示屏切换为红绿视标；当用户感知红绿视标同样清晰时，点击停止键；此时，APP将显示用户被检测眼的屈光度F；

步骤5，重复步骤4三次，取三次屈光度平均值作为该眼的屈光度，检测完一眼后，通过APP切换眼别，重复步骤4三次，取三次屈光度平均值得出另一眼的屈光度。

步骤2中，用户被检测眼的屈光度F计算公式为：

F＝F₁-F₂，

F₁＝32.00D-2*s，

F₂＝1/d，

其中，s为单片镜片移动的距离，单位为mm，且镜片起始位置为镜片变焦曲面的最高点重合位，屈光度为+32.00D,d表示镜片平面到电子设备显示屏的距离。

步骤4中，用户被检测眼的屈光度F计算公式为：

F＝F₁-F₂，

F₁＝-52.00D+2*s，

F₂＝1/d，

其中，s为单片镜片移动的距离，单位为mm，且镜片起始位置为镜片变焦曲面的最低点重合位，屈光度为-52.00D,d表示镜片平面到电子设备显示屏的距离。

通过双面镜像设计，一块镜片以{+16.00D～-26.00D}方位放置(即左边为正度数，右边为负度数)，另一块镜片以{-26.00D～+16.00D}方位放置(即左边为负度数，右边为正度数)。在镜片交错运动达到最大范围时，一组镜片的最高点与另一组镜片的最高点重合，等效屈光度为+32.00D，一组镜片的最低点与另一组镜片的最低点重合，等效屈光度为-52.00D。实现{+32.00D～-52.00D}连续变化的屈光度。在整个镜片交错运动过程中，通过控制电机运行步长来控制实际变焦率。详见图4.

本发明中智能变焦眼镜的变焦范围能实现屈光度从+32.00D～到-52.00D连续智能变焦，且屈光度变化率为0.25D/步，该变化率与综合验光仪屈光度增率一致。

本发明集成控制系统，包括眼镜自身蓝牙模块与APP控制端连接，通过操控电子设备显示屏(手机、平板)上APP(交互应用程序)给眼镜发出指令，在电脑程序控制下，屈光度从+32.00D向-52.00D以为某一指定屈光度变化率运行。用户戴上该智能变焦眼镜后，将电子显示屏(手机、平板、或电脑显示屏)放置于眼前50cm左右处，显示器上呈现标准对数视力表(已根据一分视角等比例换算视标大小)和红绿平衡视标。

本发明超声测距系统，包括眼镜自身装载的超声波测距模块，该超声波测距值可通过眼镜装载的中央处理器通过蓝牙数据传输实时反馈至APP程序端，当超声波检测数值有误时，APP出现红色error报警提示。

本发明应用红绿视标判断验光终点的理论依据在于：人眼屈光系统对不同波长的折射率不同，同一介质对不同频率的光具有不同的折射率。在可见光范围内，折射率随波长减少而增大，即红光的折射率最小，而紫光的折射率最大。为何选用红绿左右判断标准，是因为红光波长较长，折射率较低；绿光波长相对较短，折射率相对较高。两者的屈光度差异大约在0.50D，方便验光终点的判断。详见图7、图8。

在验光终点判断中，如果出现红色比绿色更清晰，说明红色聚焦点更靠近视网膜黄斑区，此时绿光聚焦点出现在红光聚焦点之前，远离视网膜。如果出现绿色比红色清晰，说明绿色聚焦点更靠近视网膜黄斑区，此时红光聚焦点出现在绿光聚焦点之后，远离视网膜。如果红绿同样清晰，说明红绿聚焦点和视网膜距离相当，红色聚焦点在视网膜后0.25D位置，而绿光在视网膜前0.25D位置。而如果选用红光和紫光来判断验光终点时，当出现红色和紫色一样清晰时，两则离视网膜的位置较大，屈光度检验误差较大。详见图7、图8。

传统主觉验光将红绿测试作为验光终点判断的指标。在本发明的自助式主觉验光智能穿戴设备将红绿测试直接作为动态变焦下的验光终点判断标志。

本发明的一种自助式主觉验光智能穿戴设备及自助式验光方法能够自我主觉检测，实现自助式简便验光(仅限球镜度数)；同时，增加超声测距系统将距离变化导致的屈光度误差降到最低；同时，系统能准确将变焦镜片组的实时屈光度与超声波检测的距离变化精确计算分析，得出最终用户的球镜屈光度。自助式主觉验光智能穿戴设备及自助式验光方法的应用能有效为广大青少年儿童定期进行屈光度自助式检测，且不存在客观验光产生的误差，能真实有效的反映该用户的舒适屈光度。该检测工具和方法无需前往医疗机构便能客观准确反映青少年的眼屈光度，为青少年视觉健康的管理起到重要的监管作用。

本发明提供了一种自助式主觉验光智能穿戴设备及镜片度数计算方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，包括镜片模块、计算模块和控制模块；

所述镜片模块包括一组以上的双面变焦镜片，每组双面变焦镜片包括两块双面变焦镜片，每块双面变焦镜片包括两个对称的镜像设计的变焦曲面；

所述控制模块通过电机驱动两组双面变焦镜片交错运动，实现变焦；

所述计算模块在两组双面变焦镜片交错运动过程中，实时计算镜片连续变焦通道的屈光度变化率，并得到镜片连续变焦通道中心位置的度数。

2.根据权利要求1所述的一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，所述变焦曲面为自由曲面，自由曲面包括两个光学顶点，分别为自由曲面的最高点和最低点；

所述每块双面变焦镜片包括的两个对称的镜像设计的变焦曲面的表面结构相同，并且一个自由曲面的最高点与另一个自由曲面的最高点相对于剖面(3)对称，一个自由曲面的最低点与另一个自由曲面的最低点相对于剖面(3)对称。

3.根据权利要求2所述的一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，每组双面变焦镜片包括的两块双面变焦镜片，其中一块双面变焦镜片的变焦曲面的最高点与另一块镜片的变焦曲面的最低点同一方向放置，其中一块双面变焦镜片的变焦曲面的最低点与另一块镜片的变焦曲面的最高点同一方向放置；两块双面变焦镜片关于中间面(8)中点呈中心对称；

每组双面变焦镜片通过控制模块的电机(9)进行驱动，所述电机(9)控制每组双面变焦镜片中的一块镜片和另一块镜片以一个方向同一速度同时运动。

4.根据权利要求3所述的一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，所述两个对称的镜像设计的变焦曲面组成的双面变焦镜片包括P点、C区、N点和A区，其中P点为最大正度数对应的光学中心点，即自由曲面最高点对应位置；N点为最大负度数对应的光学中心点，即自由曲面最低点对应位置；C区为连续变焦通道，从P点最大正度数到N点最大负度数连线的过渡区域，即最高点到最低点之间连线的过渡区域；A区为周边像差区域，即镜片最高点、最低点以及最高点和最低点之间过渡区域之外的区域。

5.根据权利要求4所述的一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，所述C区的屈光度变化率δ计算公式如下：

δ＝2*(D_P-D_N)/L，

其中D_P代表镜片单面最高点的屈光度，D_N代表镜片单面最低点的屈光度，L代表最高点到最低点的距离，单位为毫米mm。

6.根据权利要求5所述的一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，对于一组双面变焦镜片包括的两块双面变焦镜片，镜片交错运动向一个方向达到最大范围时，一块镜片的变焦曲面的最高点与另一块镜片的变焦曲面的最高点重合，屈光度为+32.00D；

镜片交错运动向另一个方向达到最大范围时，一块镜片的变焦曲面的最低点与另一的变焦曲面的最低点重合，屈光度为-52.00D，从而实现{+32.00D～-52.00D}连续变化的屈光度。

7.根据权利要求6所述的一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，还包括通信模块和超声波测距模块，智能穿戴设备通过通信模块与电子设备连接，并将计算模块计算得到的镜片度数数据发送至电子设备；

超声波测距模块用于获取超声波测距值，并将超声波测距值通过通信模块实时反馈至电子设备，当超声波检测数值出现无法接收回传超声波时，电子设备出现报警提示。

8.根据权利要求7所述的一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，所述镜片模块包括两组双面变焦镜片，所述两组双面变焦镜片中，一组双面变焦镜片分别记为第一镜片(4)和第二镜片(6)，另一组双面变焦镜片分别记为第三镜片(5)和第四镜片(7)；

所述第一镜片(4)的变焦曲面的最高点与第二镜片(6)的变焦曲面的最低点同一方向放置，所述第一镜片(4)的变焦曲面的最低点与第二镜片(6)的变焦曲面的最高点同一方向放置；所述第三镜片(5)的变焦曲面的最高点与第四镜片(7)的变焦曲面的最低点同一方向放置，所述第三镜片(5)的变焦曲面的最低点与第四镜片(7)的变焦曲面的最高点同一方向放置；第一镜片(4)与第四镜片(7)关于中间面(8)中点呈中心对称，第二镜片(5)与第三镜片(6)关于中间面(8)中点呈中心对称。

9.根据权利要求8所述的一种自助式主觉验光智能穿戴设备，其特征在于，所述两组双面变焦镜片通过控制模块的电机(9)进行驱动，所述电机(9)控制第一镜片(4)和第二镜片(5)以一个方向同一速度同时运动，所述电机控制第三镜片(6)和第四镜片(7)以另一方向同一速度同时运动；

两组双面变焦镜片通过电机平行移动，镜片交错运动向一个方向达到最大范围时，第一镜片(4)的变焦曲面的最高点与第二镜片(6)的变焦曲面的最高点重合，第三镜片(5)的变焦曲面的最高点与第四镜片(7)的变焦曲面的最高点重合，等效屈光度为+32.00D；

镜片交错运动向另一个方向达到最大范围时，第一镜片(4)的变焦曲面的最低点与第二镜片(6)的变焦曲面的最低点重合，第三镜片(5)的变焦曲面的最低点与第四镜片(7)的变焦曲面的最低点重合，屈光度为-52.00D，从而实现{+32.00D～-52.00D}连续变化的屈光度；

在两组双面变焦镜片交错运动过程中，控制模块通过控制电机(9)的运行步长来控制实际变焦率。

10.一种镜片度数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，控制模块通过控制电机(9)使得镜片模块的两组双面变焦镜片平行移动；

步骤2，双面变焦镜片连续变焦通道C区的屈光度变化率δ，计算公式如下：

δ＝2*(D_P-D_N)/L，

其中，D_P代表双面变焦镜片自由曲面最高点的屈光度，D_N代表双面变焦镜片自由曲面最低点的屈光度，L代表双面变焦镜片自由曲面最高点到最低点的距离，单位为毫米mm；

步骤3，在镜片移动过程中，计算模块实时计算得到连续变焦通道C区两片镜片叠加后中心位置的度数D，计算公式如下：

D＝4*(D_P+D_N)±[4*(D_P-D_N)/L]*S,(1)

当镜片组向最高点重合方向移动时，公式(1)中±号为+号；当镜片组最低点重合方向移动时，公式(1)中±号为-号；

其中，D_P+D_N代表最高点与最低点之间中点位置的屈光度，S表示单组镜片实际移动距离。