CN110840721A - 一种基于近眼显示的视力防控、训练方法及近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的视力防控方法，包括：接收用户指令，读取真实物距；根据真实物距以及用户指令，选择相应的虚像距计算方式，确定并调整虚像距。本发明还提供了一种视力训练的方法以及使用该方法的头戴显示设备，采用本发明所述的视力防控、训练方法以及使用该方法的头戴显示设备，通过正离焦实现视力防控，通过交替观看虚拟图像和真实图像，改善视力。

Description

一种基于近眼显示的视力防控、训练方法及近眼显示设备

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是指一种基于近眼显示的视力防控、训练方法及使用该方法的近眼显示设备。

背景技术

随着科技的发展，电子产品的种类日益增多，电视、电脑、平板、手机以及近眼显示设备等占据了人们大部分的工作和生活，人们的用眼时间越来越长，且各种电子产品产生的光线也会对人眼造成损害。视力问题日益普遍。中国是世界上近视人口最多的国家，并且是儿童近视最多的国家。有数据显示，现在的小学生，二三年级戴眼镜的达到三分之一，甚至有愈演愈烈的趋势。

目前，市场上有各种各样的保护视力的方法，但是，能在不影响人们正常工作、生活或者娱乐的情况下，同时可以进行视力防控的方法并不多见。

发明内容

针对上述问题，为了解决人们在近距离作业和进行观看视频等娱乐活动时，对视力的影响，本发明提供了一种基于近眼显示的视力防控、训练方法

包括：接收用户指令，读取真实物距；根据真实物距、预设的离焦量以及用户指令，选择预设的虚像距计算方式，根据计算方式确定并调整虚像距，所述用户指令包括对场景的指定信息。

进一步的，所述确定并调整虚像距为：通过相机标定，获取显示屏距离与虚像距的对应关系，通过改变显示屏距离，确定虚像距。

进一步的，所述选择相应的虚像距计算方式包括：响应于用户选择近距离作业的场景指定，真实物距大于虚像距，近眼显示设备根据近距离场景虚像距计算方式1/M＝1/L-S，获取虚像距，或者响应于用户选择观看虚拟图像的场景指定，虚像距大于真实物距，近眼显示设备根据观看虚拟图像场景虚像距计算方式1/M＝1/L+S，获取虚像距，或者，响应于用户选择视力训练的场景指定，若进一步选择真实物距大于虚像距，则根据第一训练场景虚像距计算方式，确定虚像距，若进一步选择虚像距大于真实物距，则根据第二训练场景虚像距计算方式，确定虚像距。

进一步的，所述确定并调整虚像距之后或者之前，进一步包括：近眼显示设备控制显示屏预定区域为无显示区。

进一步的，所述控制显示屏预定区域为无显示区包括：根据预设的静态注视范围、真实物距以及视场角计算公式，获取所述静态注视范围对应的视场角，然后根据所用显示屏最大视场角与所述静态注视范围对应视场角的比例关系，以及显示屏范围，获取静态注视范围对应的无显示区。

进一步的，所述预设的静态注视范围的直径不大于10cm。

该方法进一步包括：位于眼睛或头部两侧的距离传感器获取两侧的真实物距，确定两侧真实物距的差值超过预设阈值，提示用户。

进一步的，所述传感器为至少一个。

进一步的，所述传感器位于近眼显示设备前侧的中部，或者位于两侧的眼部位置。

该方法进一步包括：以预定的时间间隔交替透视真实物体和显示虚拟图像。

本发明还提供了一种视力防控、训练的近眼显示设备，包括外壳、显示屏、控制台、传感器以及光学模组；所述传感器，位于近眼显示器前部的中间或者眼部两侧，获取前方的真实物距，发送给控制台；控制台，用于接收传感器发送的真实物距，根据用户指令，选择虚像距计算方式，确定并调整虚像距，所述用户指令包括对场景的指定信息。

进一步的，控制器，根据用户的近距离作业指令，确定虚像距，控制显示屏的预定区域为无显示区。

进一步的，控制台，用于接收传感器发送的真实物距，根据预设的调节力和虚像距计算方式，确定并调整虚像距，以预定的时间间隔交替显示真实物体和虚拟图像。

采用本发明所述的视力防控、训练的方法及近眼显示设备，将虚拟图像和真实图像分别成像在视网膜上和视网膜前，形成正离焦，调节人眼的屈光度，实现视力防控，并且，人眼近距离作业时，在显示屏中间实现无显示区，在不影响近距离作业的同时，实现视力防控。进一步的，本发明提供的视力防控、训练方法及近眼显示设备，在一定时间间隔内交替观看远近不同的虚拟图像和真实图像，实现眼部睫状肌的调节，改善视力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明视力防控方法流程示意图；

图2为本发明视力防控方法用于近距离作业的流程示意图；

图3为本发明控制显示屏预定位置为无显示区域的流程示意图；

图4、图5为本发明显示屏无显示区域的形状示意图；

图6为本发明视力训练方法流程示意图；

图7为本发明视力训练示例图；

图8(a)、图8(b)为本发明视力防控、训练的近眼显示设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于近眼显示的视力防控方法，具体步骤如图1所示，包括：

步骤101：接收用户下发的指令，获取真实物距；

用户根据自身需要选择不同的场景，例如选择近距离作业，或者观看虚拟视频等；近眼显示设备，本发明中以头戴显示设备为例，接收用户指令后，通过预定位置安装的传感器获取前方真实环境中的物体与人眼的距离，即真实物距。所述虚拟视频为头戴显示设备的视频图像经投射到人眼后，在人眼处看到的好像是从几米远而不是近距离发出的视频图像，所述真实环境即为用户当前所处的环境。所述传感器至少一个，为距离传感器，所述预定位置可以在头戴显示设备的前端的中部，或者靠近两侧的眼部位置。

步骤102：根据真实物距、以及预设的虚像距计算方式，确定虚像距；

头戴显示设备根据真实物距、用户指令，以及预设的离焦量，通过虚像距计算方式，获取虚像距。其中，所述离焦量可以根据需要设置，离焦量因人而异，离焦量越大，对于视力的防控效果越好，优选的，离焦量为+2.5D时，用户的体验较佳。所述虚像距为头戴显示设备形成的虚拟图像至人眼的距离。

用户指令，包括用户对场景进行指定的意图性信息，根据用户指令的不同，对虚像距与真实物距的关系有不同要求，根据用户的不同指令，选择不同的虚像距计算方式。响应于用户选择近距离作业的场景指定时，人眼聚焦在真实物体上，虚像距大于真实物距，头戴显示设备通过近距离场景虚像距计算方式

1/M＝1/L-S

来获取虚像距，其中，M为虚像距，S为离焦量，L为真实物距。响应于用户选择观看虚拟图像的场景指定时，虚像距小于真实物距，头戴显示设备通过观看虚拟图像场景虚像距计算方式：

1/M＝1/L+S

来获取虚像距。头戴显示设备保存所获取的虚像距。

步骤103：调节头戴显示设备的显示屏距离，实现虚像距调节。

根据显示屏距离与虚像距之间的对应关系，调整头戴显示设备中光学模组与显示屏之间的距离(即显示屏距离)，实现虚拟图像成像在预定位置。所述调节可以通过头戴显示设备自动调节，具体为：头戴显示设备获取当前虚像距以及要调整到的目标虚像距，即上文中通过计算确定的虚像距，分别对应的显示屏距离，确定两者之间的差值，即为显示屏要调节的距离，所述当前虚像距是头戴显示设备最新保存的虚像距，可以为初始标定虚像距，或者为视力防控过程中获取的虚像距。所述显示屏距离与虚像距之间的对应关系可通过标定的方式获取，具体的，调节相机的焦距，使其对以预定物距放至的待观察物体清晰成像，将相机放置在人眼位置，调节显示屏和镜片之间的距离，直至相机中显示清晰的虚拟图像。此时，虚像距即为相机的物距，显示屏距离与虚像距为对应关系。改变相机的物距，重复上述步骤，形成显示屏距离与虚像距之间的对应关系曲线。

以用户佩戴头戴显示设备选择观看虚拟图像为例对上述流程进行具体说明。头戴显示设备获取真实环境中，位于人眼前方的墙壁距离人眼的真实物距为400cm，预置的离焦量为1D，头戴显示设备通过观看虚拟图像场景虚像距计算方式，确定虚像距为80cm，根据显示屏距离与虚像距的对应关系调整显示屏距离，使虚像距为80cm。此时，使用者佩戴头戴显示设备，虚像成像在人眼视网膜上，真实环境成像在人眼视网膜前。

通过上述视力防控方法，真实物体和虚拟图像，一方成像在人眼视网膜上，一方成像在视网膜前，成像在视网膜前的构成为正离焦。此时，眼睛为了适应位于视网膜上和视网膜前的两个成像，会自适应缩短眼轴长度，从而因减轻眼轴拉长而造成的近视，实现本发明方法所述的近视防控。

下面通过具体示例以及图2来说明本发明的基于近眼显示的视力防控方法，应用于近距离作业的流程场景。

步骤201：接收用户下发的近距离作业指令，获取真实物距；

用户佩戴近眼显示设备进行看书、写字等近距离作业时，选择近距离作业选项作为场景指定，然后近眼显示设备上的距离传感器获取眼部与书本或者作业本之间的真实物距L为33cm。所述近眼显示设备以头戴显示设备为例进行说明。

进一步的，距离传感器位于人眼的左右两侧或头部两侧，获取左右两边的真实物距，确定左右两边的真实物距的差值超过预设侧视阈值，或者，左右两边的真实物距中任一的数值小于预设近距阈值，说明用户佩戴的姿势不正确，则发出提示音，或者通过振动等提示用户。所述预设侧视阈值和预设近距阈值可以根据需要设定。

步骤202：根据真实物距、以及虚像距计算方式，确定虚像距；

预设的离焦量为+2.5D，头戴显示设备通过近距离场景虚像距计算方式，获取需要调整的虚像距M为200cm，然后根据显示屏距离与虚像距的对应关系，调整显示屏距离，使虚拟图像成像在200cm处。此时，头戴显示设备的虚像成像在人眼的视网膜前。

近距离作业时，为了更好的作业效果，在步骤202之前或者之后，或者与步骤202同时发生的：

步骤203：头戴显示设备控制显示屏的预定区域为无显示区。

所述无显示区为显示屏上的不显示内容的像素区域。为了不影响近距离作业，在用户佩戴头戴显示设备时，通过设置无显示区，人眼可以直接接收环境光线。优选的，为了保证近距离作业的效果，无显示区以外的区域显示单调图像，例如草地、树木等。

具体的，所述控制显示屏的预定区域为无显示区的步骤如图3所示，包括：

步骤2031：头戴显示设备通过视场角计算公式，获取无显示区域对应的视场角；

所述视场角计算公式为：Φ＝2arctan[W/(2*L)]，其中，Φ为视场角，W为静态注视范围，L为真实物距。其中，所述静态注视范围为预先设定的值。

人眼在近距离作业时，与真实物体之间的真实物距，一般为30～45cm，在真实物距范围内，人眼观看外部环境时，会在一定的范围内形成有效注视区域，所述有效注视区域即为人眼的静态注视范围。为了获取比较准确的静态注视范围，给与不同的受试着不同长度的纸条进行阅读，纸条长度分别为20cm、17.5cm、15cm、12.5cm、10cm以及7.5cm，经过大量的实验结果表明，90％的受试者在阅读长度为7.5cm的纸条时，头部不会转动，阅读10cm的纸条时，头部会轻微转动，所以，经过实验得出，人眼的静态注视范围为视野中心直径不大于10cm的区域，即W不大于10cm。

例如，真实物距为33cm，静态注视范围为10cm时，根据视场角计算公式可得无显示区域对应的视场角为17.2度。

步骤2032：根据所述视场角，获取与静态注视范围对应的无显示区的显示屏范围。

头戴显示设备依据当前使用的显示屏的最大视场角，与静态注视范围对应的视场角的比值，等比例得出与当前使用的显示屏范围对应的，无显示区的显示屏范围，即通过无显示区计算公式：静态注视范围对应的视场角/显示屏最大视场角＝无显示区域像素数/显示屏像素，获取无显示区的显示屏范围。以分辨率为1920*1080的显示屏为例，其最大视场角为70度，根据静态注视范围对应的视场角与显示屏最大视场角的比值，等比例可得，该显示屏对应的无显示区域为直径为640像素数的范围。

如图4所示的，头戴显示设备控制显示屏中心直径为640像素数的圆所在区域不显示任何内容，或者如图5所示的，控制直径为640像素数的半圆和与所述半圆拼接的矩形所在区域不显示任何内容，其中，图5所示为左眼对应的显示屏的无显示区域，右眼图像与所述拼接图像镜像对称。

采用这种方法佩戴头戴显示装置进行近距离作业，可以通过无显示区域直接看到外部真实环境，并让真实环境直接成像在人眼视网膜上，无显示区域以外的区域显示虚拟图像，成像在人眼视网膜前，形成正离焦，达到视力防控的目的。

本发明还提供了一种基于近眼显示的视力训练方法，在本方法中的近眼显示设备均以头戴显示设备为例进行说明。如图6所示：步骤601：头戴显示设备接收用户指令，获取用户与周围真实环境中的真实物距；

响应于用户选择视力训练的场景指定的用户指令时，头戴显示设备上的传感器读取环境中的真实物体距离用户眼睛之间的距离，即真实物距。所述传感器为至少一个的距离传感器，可以位于双眼的中间位置或者分别位于眼睛两侧。

步骤602：根据真实物距和确定的虚像距计算方式，获取要调整的虚像距；

用户选择虚像成像与真实物体的位置关系，若选择虚像成像的位置到人眼的距离，也就是虚像距，小于真实物距，即虚拟图像成像在真实物体之前，头戴显示设备使用第一训练场景虚像距计算方式获取虚像距：

1/M-X＝1/L

其中，X为调节力，是人眼屈光度的可调节范围，一般为+1D～17D，优选的为+1D～3D之间。

若选择虚像距大于真实物距，也就是虚拟图像成像在真实物体之后，头戴显示设备使用第二训练场景虚像距计算方式：

1/L-X＝1/M

来获取虚像距。

步骤603：调节显示屏距离，将虚像距调节至所需的位置。

头戴显示设备根据显示屏距离与虚像距之间的对应关系，调整显示屏距离，进而实现虚像距调节，所述调节的方法在前文中已有叙述，在此不再赘述。

步骤604：以预定的时间间隔交替透视真实物体和显示虚拟图像。

头戴显示设备观看虚拟图像，确定达到预定的时间，关闭虚拟图像，人眼通过头戴显示设备透视真实环境，再次确定达到预定时间，开启虚拟图像。这样，本方案所述的视力训练方法，与视力防控方法采用相同的原理，通过相同的虚像距计算方式确定虚像距，区别在于，用户在预定时间间隔交替观看远近不同的虚拟图像和真实图像，实现人眼睫状肌的调节，达到近视训练的目的。所述预定时间可以根据需要设置。

采用本发明所述的方法，在通过交替观看不同距离的真实物体和虚拟图像实现视力训练的同时，可以针对不同的用户需求，调节虚像距，适用的范围更广。

具体的，下面通过如图7所示的示例来对视力训练进行详细说明，本示例中的近视训练方法与视力防控方法采用相同的原理，通过相同的虚像距计算方式确定虚像距。

用户佩戴自身的屈光不正矫正镜，头戴显示设备通过预设的距离传感器获取前方真实环境中真实物体与人眼的距离L为40cm，用户选择虚拟图像的成像位置在真实物体之后，预设调节力为2.2D，根据第二训练场景虚像距计算方式，得到虚像距为300cm，读取显示屏距离与虚像距的对应关系，确定显示屏距离，即可实现虚拟成像在人眼前的300cm处。人眼注视300cm处的虚拟图像，一定时间后，头戴显示设备关闭虚拟图像，人眼注视40cm处的真实物体，这样实现交替注视，可实现眼睛在+33D～2D之间进行调节。同样的，若人眼前的真实物体位于33cm处，根据上述计算可得，虚像距为500cm，此时，人眼在一定时间间隔内，交替注视真实物体和虚拟图像，可以实现眼睛在+0.2D～+3D之间调节。

本发明还提供了一种视力防控的近眼显示设备，以典型的头戴显示设备为例进行说明，如图8(a)、图8(b)所示，该装置包括：控制台801、传感器802；显示模组803、显示屏804以及容纳显示模组和显示屏的外壳805；其中，

控制台801，用于接收真实物距，根据用户指令，选择虚像距计算方式，确定并调整虚像距；所述确定虚像距包括：根据用户指令，确定虚像距与真实物距的位置关系，选定虚像距计算方式，确定虚像距，虚像距与真实物体分别成像在人眼视网膜上和视网膜前，所述用户指令包括对场景的指定信息。

传感器802，位于头戴显示设备前部的中央，或者位于眼部两侧，获取前方真实环境中物体与人眼的真实物距，发送给控制台801。

进一步的，控制台801，根据显示屏距离与虚像距之间的对应关系，对显示屏804与光学模组803之间的距离进行调整，实现虚拟图像成像在预定位置。

进一步的，控制台801，响应于用户选择的近距离作业的场景指定，确定虚像距，并控制显示屏804的预定区域为无显示区。具体的，根据静态注视范围、真实物距以及视场角计算公式，获取无显示区域对应的视场角，进一步根据当前使用的显示屏信息，以及无显示区计算公式获取无显示范围。所述当前使用的显示屏信息包括显示屏分辨率以及显示屏最大视场角，所述静态注视范围为预置的范围。

本发明所述的近眼显示设备，响应于用户选择视力训练的场景指定，还可以用于视力训练，近眼显示设备用于视力训练时，同视力防控方法采用相同的原理，通过同样的虚像距计算方式，确定虚像距。具体的：

传感器802，用于读取前方真实环境中的真实物距，发送给控制台801；

控制台801，用于根据用户选择的虚拟成像与真实物体的位置关系、预设的调节力，确定虚像距计算方式，获取要调整的虚像距，调节显示屏距离，将虚像距调节至所需的位置，以预定的时间间隔交替透视真实物体和显示虚拟图像。所述确定虚像距计算方式的方法前文已有描述，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于近眼显示的视力防控、训练方法，其特征在于，所述方法包括：

接收用户指令，读取真实物距；

根据真实物距以及用户指令，选择预设的虚像距计算方式，根据计算方式确定并调整虚像距；

所述用户指令包括对场景的指定信息。

2.根据权利要求1所示的方法，其特征在于，所述调整虚像距为：通过相机标定，获取显示屏距离与虚像距的对应关系，通过改变显示屏距离，确定虚像距。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选择预设的虚像距计算方式包括：

响应于用户选择近距离作业的场景指定，虚像距大于真实物距，近眼显示设备根据近距离场景虚像距计算方式，确定虚像距；

或者，响应于用户选择观看虚拟图像的场景指定，真实物距大于虚像距，近眼显示设备根据观看虚拟图像场景虚像距计算方式，确定虚像距；

或者，响应于用户选择视力训练的场景指定，若进一步选择真实物距大于虚像距，则根据第一训练场景虚像距计算方式，确定虚像距，若进一步选择虚像距大于真实物距，则根据第二训练场景虚像距计算方式，确定虚像距。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，上述用户选择近距离作业的场景指定时，所述确定并调整虚像距之后或者之前，进一步包括：近眼显示设备控制显示屏预定区域为无显示区。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制显示屏预定区域为无显示区包括：根据预设的静态注视范围、真实物距以及视场角计算公式，获取所述静态注视范围对应的视场角，然后根据显示屏最大视场角与所述静态注视范围对应视场角的比例关系，获取与所述静态注视范围对应的无显示区。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：所述预设的静态注视范围的直径不大于10cm。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

以预定的时间间隔交替透视真实物体和显示虚拟图像。

8.一种视力防控、训练的近眼显示设备，包括外壳、显示屏、控制台、传感器以及光学模组；其特征在于，

所述传感器，位于近眼显示器前部的中间或者眼部两侧，获取前方的真实物距，发送给控制台；

控制台，用于接收传感器发送的真实物距，根据用户指令，选择预设的虚像距计算方式，确定并调整虚像距；

所述用户指令包括对场景的指定信息。

9.根据权利要求8所述的近眼显示设备，其特征在于，

控制台，根据用户的近距离作业的场景指定，确定虚像距，控制显示屏的预定区域为无显示区。

10.根据权利要求8所述的近眼显示设备；其特征在于，

控制台，用于接收传感器发送的真实物距，根据预设的调节力和虚像距计算方式，确定并调整虚像距，以预定的时间间隔交替显示真实物体和虚拟图像。

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