CN110731750A - 一种智能视力检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能视力检测装置和方法，属于光学系统设计与制造、二元光学成像、几何光学与像差领域。该装置包括壳体、液晶显示屏、凹透镜、混合透镜、电源、驱动芯片、第一按键、第二按键、蓝牙传输模块。所述液晶显示屏、凹透镜、混合透镜依次固定于壳体内；所述第一按键、第二按键固定于壳体外侧，电源、驱动芯片、蓝牙传输模块固定于壳体内侧；所述电源与驱动芯片连接，驱动芯片分别与液晶显示屏、蓝牙传输模块、第一按键、第二按键连接。本发明很大程度上提高了视力测量装置的便携性，具有测量精度高、操作简单且实时性强的特点。

Description

一种智能视力检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于光学系统设计与制造、二元光学成像、几何光学与像差领域，具体地涉及一种智能视力检测装置及检测方法。

背景技术

在中国，大约有4.5亿人佩戴眼镜，小学生的近视率为百分之三十，中学生的近视率则高达百分之八十，而且佩戴眼镜的人数还在逐年上升。青少年学习压力重，眼睛一直处于疲劳状态，容易形成真性近视，因此需要及时地对眼睛度数的变化情况进行检测。目前用来进行视力检测的仍是传统的方法，如视力表和电脑验光仪等，但视力表检测法测量精度较差且不便于携带，电脑验光仪体积较大、使用操作复杂且需要前往专业机构，因此患者无法方便、及时地掌握眼睛度数的变化趋势并进行适度的医疗介入。所以需要一种使用方便且测量精度高的视力检测装置，对患者的视力变化情况进行长期且及时的观测与测量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能视力检测装置及检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种智能视力检测装置，所述装置包括壳体、液晶显示屏、凹透镜、混合透镜、电源、驱动芯片、第一按键、第二按键、蓝牙传输模块。所述液晶显示屏、凹透镜、混合透镜依次固定于壳体内；所述第一按键、第二按键固定于壳体外侧，电源、驱动芯片、蓝牙传输模块固定于壳体内侧；所述电源与驱动芯片的输入端口P2连接，驱动芯片的第一输出端口P100与液晶显示屏连接，驱动芯片的第二输出端口P6与蓝牙传输模块的TX端连接，驱动芯片的第三输出端口P8与第一按键连接，驱动芯片的第四输出端口P21与第二按键连接；所述混合透镜厚度为4mm，垂直于光轴的截面半径为6-10mm。所述混合透镜由折射透镜和二元衍射结构构成，所述折射透镜为平凸透镜，所述平凸透镜的第一表面为曲率半径为60-70mm的凸面，第二表面为平面，所述二元衍射结构为凹陷微结构，凹陷微结构的尺寸为80-100线对/mm。所述凹陷微结构的凹陷度z由下式表示：

其中，k为二次曲线系数，且k＝-e^2，c为顶点曲率，r为入射光在二元光学表面上的高度，α_i为衍射系数因子。

进一步地，所述凹透镜厚度为2mm，所述凹透镜垂直于光轴的截面半径为6mm，所述凹透镜的两个表面的曲率半径相等，均为45-55mm。

进一步地，所述液晶显示屏上显示的物方视标为两个圆，分别为红色和绿色，位于垂直于光轴的固定弧矢面内，两个圆的直径d均为4mm，初始间隔a为2-4mm。

一种所述装置的视力检测方法，具体包括以下步骤：

(1)驱动芯片给予液晶显示屏物方视标信号，物方红绿视标在显示屏上显示。

(2)物方红绿视标的光线穿过凹透镜和混合透镜，经人眼折射后在视网膜上成像。

(3)通过第一按钮和第二按钮调节物方红绿视标的间距a，直到像方红绿视标重合，人眼视野中可以看到黄色重叠的圆。

(4)蓝牙传输模块将变化的红绿视标间距信息传输至手机app端，转换成屈光度信息，便于查看。

进一步地，当人眼屈光度数为D时，需要将物方红绿视标分别沿y轴移动。

进一步地，物方红绿视标的移动距离通过所述蓝牙传输模块传输至手机app端，查阅对比已经标定好的视力表，显示出使用者的屈光度信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.测量精度高。本发明采用由折射透镜和二元衍射结构的混合透镜，折射透镜对红光(长波长)比绿光(短波长)偏折小，这正好和二元衍射透镜的色散特性相反。因此，二者结合即可构成一组消色差透镜。所述混合透镜消除了红绿视标的光线经过光学系统成像时因波长不同导致的轴向焦点位置差异，提高了系统的测量精度。

2.装调方便。本发明只要将凹透镜和混合透镜的光轴调节至共轴即可，避免了使用波长带通凸透镜时光轴难以调节、装调困难的问题。

3.实时性高。本发明利用凹透镜减小了光学系统的尺寸，增加了光学系统的有效焦距，使得系统更为便携，能够在多种场景下使用，方便使用者及时地掌握眼睛屈光度数的变化。

4.操作简单。本发明只需一个简携的测量装置和一款手机app即可使用，使用者不需学习复杂的专业知识即可自助进行视力检测。

附图说明

图1为装置的使用示意图；

图2为液晶显示屏上的视标示意图；

图3为初始时的光路示意图；

图4为a变化时的光路示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种智能视力检测装置，所述装置包括壳体1、液晶显示屏2、凹透镜3、混合透镜4、电源、驱动芯片、第一按键5、第二按键6、蓝牙传输模块。本领域技术人员仅需将所述液晶显示屏、凹透镜、混合透镜依次固定于壳体内，液晶显示屏用于提供物方圆形红绿视标，凹透镜用于缩小物方视标以获得更大的物方视场，混合透镜用于消除红绿视标的光线经过光学系统成像时因波长不同导致的轴向焦点位置差异。所述第一按键5、第二按键6固定于壳体1外侧，用于调节物方圆形红绿视标的间距。本领域技术人员仅需简单将电源、驱动芯片、蓝牙传输模块固定于壳体1内侧；本发明采用的驱动芯片为LPC2214型号，蓝牙信号传输模块是TELESKY HC-06型号；所述电源与驱动芯片的输入端口P2连接，驱动芯片的第一输出端口P100与液晶显示屏2连接，驱动芯片的第二输出端口P6与HC-06蓝牙传输模块的TX端连接，驱动芯片的第三输出端口P8与第一按键5连接，驱动芯片的第四输出端口P21与第二按键6连接。

如图2所示为液晶显示屏上的视标示意图，驱动芯片发出物方视标信号，在液晶显示屏上显示的物方视标为两个圆，分别为红色7和绿色8，位于垂直于光轴的固定弧矢面内，两个圆的直径d均为4mm，初始间隔a为2-4mm。

本领域技术人员仅需选择冕牌玻璃或树脂材料的凹透镜3，所述凹透镜3厚度为2mm，所述凹透镜3垂直于光轴的截面半径为6mm，所述凹透镜3的两个表面的曲率半径相等，为45-55mm。

本领域技术人员仅需选择冕牌玻璃作为混合透镜4，其厚度为4mm，垂直于光轴的截面半径为6-10mm。所述混合透镜4由折射透镜和二元衍射结构构成，所述折射透镜为平凸透镜，所述平凸透镜的第一表面为曲率半径为60-70mm的凸面，第二表面为平面，二元衍射结构通过在折射透镜第二表面上光刻加工并注塑成型；所述二元衍射结构为凹陷微结构，凹陷微结构的尺寸为80-100线对/mm。所述凹陷微结构的凹陷度z由下式表示：

其中，k为二次曲线系数，且k＝-e^2，c为顶点曲率，r为入射光在二元光学表面上的高度，α_i为衍射系数因子。

将上述装置用于视力检测，方法具体为：

(1)驱动芯片给予液晶显示屏2物方视标信号，物方红绿视标在显示屏上显示。

(2)物方红绿视标的光线穿过凹透镜3，所述凹透镜3用以缩小物方视标的大小，获得更大的物方视场，从而减小光学系统的尺寸；随后光线穿过混合透镜4，以消除物方红绿视标的光线经过光学系统成像时因波长不同导致的轴向焦点位置差异，提高检测精度，最后光线经人眼9折射后在视网膜10上成像。人眼调节能力用能清晰调焦的极限距离表示，即远点距离l_r和近点距离l_p。调节能力

表示为：

(3)通过第一按键5和第二按键6调节物方红绿视标的间距a，改变物方线视场的大小，直到像方红绿视标重合，人眼视野中可以看到黄色重叠的圆。当人眼屈光度数为D时，需要将物方红绿视标分别沿y轴移动，才能使视网膜上红绿光线的焦点重合；

(4)蓝牙传输模块将变化的红绿视标间距信息传输至手机app端，查阅对比已经标定好的视力表，转换成屈光度信息，便于查看。app可将使用者每次测得的屈光度信息进行记录和比较，方便装置使用者了解自身视力变化趋势。

实施例1

该智能视力检测装置，该装置采用的凹透镜3为冕牌玻璃，其厚度为2mm，垂直于光轴的截面半径为6mm，所述凹透镜3的两个表面的曲率半径相等，为45mm；该装置采用的混合透镜4厚度为4mm，垂直于光轴的截面半径为6mm，所述混合透镜4由折射透镜和二元衍射结构构成，所述折射透镜为平凸透镜，所述平凸透镜的第一表面为曲率半径为60mm的凸面，第二表面为平面，二元衍射结构通过在折射透镜第二表面上光刻加工并注塑成型；所述二元衍射结构为凹陷微结构，凹陷微结构的尺寸为80线对/mm。该装置包括壳体1、液晶显示屏2、凹透镜3、混合透镜4、电源、驱动芯片、第一按键5、第二按键6、蓝牙传输模块。所述液晶显示屏2、凹透镜3、混合透镜4依次固定于壳体1内；所述第一按键5、第二按键6固定于壳体1外侧，电源、驱动芯片、蓝牙传输模块固定于壳体1内侧；所述电源与驱动芯片的输入端口P2连接，驱动芯片的第一输出端口P100与液晶显示屏连接，驱动芯片的第二输出端口P6与蓝牙传输模块的TX端连接，驱动芯片的第三输出端口P8与第一按键5连接，驱动芯片的第四输出端口P21与第二按键6连接。

将该装置用于视力检测，通过驱动芯片给予液晶显示屏物方视标信号，物方红绿视标在显示屏上显示，液晶显示屏上显示的物方视标为两个圆，分别为红色和绿色，位于垂直于光轴的固定弧矢面内，两个圆的直径d均为4mm，初始间隔a为2mm。物方红绿视标的光线穿过凹透镜3和混合透镜4，经人眼折射后在视网膜上成像。通过第一按键5和第二按键6调节物方红绿视标的间距a，直到像方红绿视标重合，人眼视野中可以看到黄色重叠的圆。蓝牙传输模块将变化的红绿视标间距信息传输至手机app端，转换成屈光度信息，便于查看。经测试，使用该装置与使用专业的大型电脑验光仪所测得的屈光度差异小于0.25D。

实施例2

该智能视力检测装置，该装置采用的凹透镜为树脂材料，其厚度为2mm，垂直于光轴的截面半径为6mm，所述凹透镜的两个表面的曲率半径相等，为55mm；该装置采用的混合透镜厚度为4mm，垂直于光轴的截面半径为10mm，所述混合透镜由折射透镜和二元衍射结构构成，所述折射透镜为平凸透镜，所述平凸透镜的第一表面为曲率半径为70mm的凸面，第二表面为平面，二元衍射结构通过在折射透镜第二表面上光刻加工并注塑成型；所述二元衍射结构为凹陷微结构，凹陷微结构的尺寸为100线对/mm。该装置包括壳体1、液晶显示屏2、凹透镜3、混合透镜4、电源、驱动芯片、第一按键5、第二按键6、蓝牙传输模块。所述液晶显示屏2、凹透镜3、混合透镜4依次固定于壳体1内；所述第一按键5、第二按键6固定于壳体1外侧，电源、驱动芯片、蓝牙传输模块固定于壳体1内侧；所述电源与驱动芯片的输入端口P2连接，驱动芯片的第一输出端口P100与液晶显示屏连接，驱动芯片的第二输出端口P6与蓝牙传输模块的TX端连接，驱动芯片的第三输出端口P8与第一按键5连接，驱动芯片的第四输出端口P21与第二按键6连接。

将该装置用于视力检测，通过驱动芯片给予液晶显示屏物方视标信号，物方红绿视标在显示屏上显示，液晶显示屏上显示的物方视标为两个圆，分别为红色和绿色，位于垂直于光轴的固定弧矢面内，两个圆的直径d均为4mm，初始间隔a为4mm。物方红绿视标的光线穿过凹透镜3和混合透镜4，经人眼折射后在视网膜上成像。通过第一按键5和第二按键6调节物方红绿视标的间距a，直到像方红绿视标重合，人眼视野中可以看到黄色重叠的圆。蓝牙传输模块将变化的红绿视标间距信息传输至手机app端，转换成屈光度信息，便于查看。经测试，使用该装置与使用专业的大型电脑验光仪所测得的屈光度差异小于0.25D。

Claims (6)

1.一种智能视力检测装置，其特征在于，所述装置包括壳体(1)、液晶显示屏(2)、凹透镜(3)、混合透镜(4)、电源、驱动芯片、第一按键(5)、第二按键(6)、蓝牙传输模块。所述液晶显示屏(2)、凹透镜(3)、混合透镜(4)依次固定于壳体(1)内；所述第一按键(5)、第二按键(6)固定于壳体(1)外侧，电源、驱动芯片、蓝牙传输模块固定于壳体(1)内侧；所述电源与驱动芯片的输入端口P2连接，驱动芯片的第一输出端口P100与液晶显示屏连接，驱动芯片的第二输出端口P6与蓝牙传输模块的TX端连接，驱动芯片的第三输出端口P8与第一按键(5)连接，驱动芯片的第四输出端口P21与第二按键(6)连接；所述混合透镜(4)厚度为4mm，垂直于光轴的截面半径为6-10mm。所述混合透镜(4)由折射透镜和二元衍射结构构成，所述折射透镜为平凸透镜，所述平凸透镜的第一表面为曲率半径为60-70mm的凸面，第二表面为平面，所述二元衍射结构为凹陷微结构，凹陷微结构的尺寸为80-100线对/mm。所述凹陷微结构的凹陷度z由下式表示：

其中，k为二次曲线系数，且k＝-e^2，c为顶点曲率，r为入射光在二元光学表面上的高度，α_i为衍射系数因子。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述凹透镜(3)厚度为2mm，所述凹透镜(3)垂直于光轴的截面半径为6mm，所述凹透镜(3)的两个表面的曲率半径相等，均为45-55mm。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述液晶显示屏上显示的物方视标为两个圆，分别为红色和绿色，位于垂直于光轴的固定弧矢面内，两个圆的直径d均为4mm，初始间隔a为2-4mm。

4.一种权利要求1所述装置的视力检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)驱动芯片给予液晶显示屏(2)物方视标信号，物方红绿视标在显示屏上显示。

(2)物方红绿视标的光线穿过凹透镜(3)和混合透镜(4)，经人眼折射后在视网膜上成像。

(3)通过第一按键(5)和第二按键(6)调节物方红绿视标的间距a，直到像方红绿视标重合，人眼视野中可以看到黄色重叠的圆。

(4)蓝牙传输模块将变化的红绿视标间距信息传输至手机app端，转换成屈光度信息，便于查看。

5.根据权利要求4所述视力检测方法，其特征在于，当人眼屈光度数为D时，需要将物方红绿视标分别沿y轴移动。

6.根据权利要求4所述视力检测方法，其特征在于，物方红绿视标的移动距离通过所述蓝牙传输模块传输至手机app端，查阅对比已经标定好的视力表，显示出使用者的屈光度信息。

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