CN111670402B - 有助于阅读的光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学设备(FILT)，该光学设备用于对从呈现图形和/或文字内容的介质接收的光通过偏振进行滤波或机械地滤波，其特征在于，使用光学设备(FILT)以预设频率Fd周期性地实现可见光谱中的视觉空间的打开和关闭的循环，并且其中，连续的打开时段各自具有持续时间(T1)，该持续时间被包括范围为在所实现的循环的持续时间(T)的15％至35％的值区间内。

Description

有助于阅读的光学设备

技术领域

本发明涉及光学设备。更特别地，本发明涉及光学滤波设备，该光学滤波设备有助于有诵读困难倾向的人阅读内容，特别是文本内容。

背景技术

诵读困难通常被限定为儿童时期出现的一系列阅读障碍。它们是特定的学习无能，其原因似乎是复杂的并且已经且仍然是各个领域中众多研究的主题。

一般排除了诵读困难的原因仅为感觉、社会或心理秩序的之后这种考量。

神经科学领域的研究表明，它可能是一种特定的神经性障碍。

医学影像学的进步已经突显了大脑一些区域在阅读和语言技能方面的作用。

提供以治疗诵读困难障碍的方案是以有趣的工作和活动为基础的，这些有趣的工作和活动取决于特定于每个受试者的困难。这种支持的目的是向有障碍的受试者提供阅读自主权。已知的方法是围绕诸如例如心理学、心理测验和矫正术领域中的工作展开的。

最近，已进行了研究，建立了特定于视觉机制的特征与特定诵读困难障碍的存在之间的相关性。出版物“麦克斯韦斑质心在没有诵读困难和有诵读困难的成年人中的左-右不对称性(Left-right asymmetry of the Maxwell spot centroids in adults withoutand with dyslexia(Le Floch A,Ropars G.2017,Proc.R.Soc.B 284:20171380,http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2017.1380))提到了位于人眼中的中央凹在大脑中构造感知图像中的作用，以及下述事实：同一受试者的每只眼睛的相同或基本上相同的特征引起大脑中视觉和音系处理过程中的功能障碍。例如，镜像从一个大脑半球到另一大脑半球的传输基本上破坏了患有表征为诵读困难的障碍的受试者阅读图形元素或文本内容的过程。与固定的不稳定性和/或姿势不稳定性相关的障碍或是与动眼肌有关的双眼收敛缺陷也可能引起视觉混乱，诸如镜面效果。

发明内容

本发明允许通过提出一种光学滤波设备来改善现有技术的至少一些缺点，该光学滤波设备适于有助于阅读所有类型的介质上特别是纸上或屏幕上的内容，诸如阅读图形内容。所提出的设备对至少可见光谱中的观看空间或观看平面的连续打开和关闭时段进行操作。因此，经由观看空间或观看平面接收的光被光学设备实施的遮蔽(偏振滤波器)根据以预定频率运行的连续循环来周期性地传输或抑制(或甚至消除)。观看空间的连续打开时段各自具有持续时间，该持续时间范围为在运行循环的总持续时间的15％至35％的值区间。

根据本发明的光学设备包括控制单元和一个或多个(例如，两个)滤波模块，每个滤波模块适于周期性地(通过关闭观看空间)遮蔽(抑制)可见光谱中的光。光学设备被配置成用于根据以预定频率Fd运行的连续循环，周期性地打开和关闭(或抑制)可见光谱中由光穿过的观看空间。每个循环具有持续时间T，并且包括具有持续时间T1的观看空间打开时段，该观看空间打开时段之后或之前是具有持续时间T2的观看空间关闭时段。将该设备被配置成使得观看空间打开时段的持续时间T1被包括在下述值区间内，该值区间的范围为循环的持续时间T的15％至35％。

根据本发明的实施方式，预定频率Fd由光学滤波设备的用户限定。

这种设备采用例如包括一个或多个滤波器元件的眼镜框架的形式，而不是通常的矫正眼镜的形式，一个或多个滤波器元件包括可用于控制施加到其上的光的偏振的可控液晶。该设备包括例如小型控制单元，该小型控制单元嵌入在框架中并适于控制液晶的定向。在上述控制单元的控制下，该偏振随时间变化。

根据变型，光学滤波设备采用滤波平面的形式，该滤波平面适于定位在图形呈现设备的屏幕上或其前面。

有利地，由于那时运行为视觉抗拥塞设备的可调谐系统，因此如此运行的(例如所接收的光的偏振的)循环的频率Fd的范围为在60Hz至90Hz的值区间。该系统利用了皮质神经元中的Hebbian机制。

根据本发明的一个实施方式，观看空间的预定打开和关闭频率是离散地选择的，也就是说，是从以上提及的频率区间中的多个预定频率中选择的。

根据一个实施方式，频率Fd随时间变化，以便在一些情况下进一步有助于消除视觉混乱和双眼稳定性。

根据一个实施方式，频率Fd通过在连续的步长中以被称为增加速率的第一速率进行增加而变化直至最大值，然后通过在连续的步长中以被称为减小速率的第二速率进行减小而变化直至最小值，该增加变化和减小变化随时间迭代地重复。

根据一个实施方式，所述减小速率等于所述增加速率。

根据一个实施方式，所述连续的步长具有相等的持续时间。

根据一个实施方式，所述连续的步长在持续时间方面变化，使得所述频率Fd的值以三角波形、锯齿波形或正弦波形在所述最大值与所述最小值之间改变。

根据本发明的一个实施方式，观看空间的打开时段的持续时间T1随时间变化。

根据本发明的一个实施方式，滤波模块包括偏振元件和液晶类型的元件，偏振元件和液晶类型的元件适于对所接收的通过观看空间传输的光进行偏振。

根据本发明的一个实施方式，在可见光谱中执行的观看空间的关闭是通过在根据本发明的光学设备中的一个或多个表面(或一个或多个平面)中组装的液晶的定向来执行的。

术语“观看空间”在这里应解释为人类受试者的视场的全部或一部分。它可以单独拍摄的一只眼睛的视场，或两只眼睛的视场的组合，或这些变体中的任一个的子集。术语“观看平面”则是指由下述平面先前所限定的观看空间的一部分，所述平面与经由观看空间从所观察的介质传输的光与传输到受试者的眼睛或到两只眼睛的光的平均方向垂直。

因此，“观看空间”可以被限定为在人类受试者的眼睛和由该受试者通过他的一只眼睛或两只眼睛可观看的对象之间的空间的一部分。“观看平面”这里应解释为限定该空间的一部分的平面。

因此，术语“打开观看空间”或“打开观看平面”在这里应解释为通过观看空间传输的可见光的正常传输(没有被设备故意更改或抑制)。相反，术语“关闭观看空间”或“关闭观看平面”这里应解释为在预定持续时间内建立和保持对经由观看空间传输可见光的较多不透明或较少不透明的屏障(滤波器或遮蔽)。同一观看空间的打开和关闭(所接收的光的抑制或衰减)操作的交替因此构成在本说明书的含义内的“滤波”操作。因此，术语“打开观看空间”可以解释为完全不存在滤波，并且术语“打开观看空间”因此可以解释为至少部分存在滤波。

有利地，使用观看空间的打开时段和关闭时段从60Hz开始的频率范围可以通过已知的由人类眼睛可感知的眨眼(或闪烁)效应，来允许免除对于人类来说(不考虑动物类)对为大约60Hz的眼睛眨眼的感知的限制。

有利地，朝向介质定向的可见光谱中的观看空间的打开时段和关闭时段的交替允许看着该介质的受试者的大脑“聚焦”在表示所观察的介质上所表示的内容的图像上，然后，在看着该介质的该受试者的一个大脑半球和另一个大脑半球之间以镜像形式传输该同一图像之前，该同一图像从受试者的视野中消失。大脑在一个半球和另一个半球之间以眼睛感知到的图像的镜像的形式传输该眼睛所感知的图像所需的延迟为约10ms。

因此，相对于传输图像的镜像，大脑偏爱来自所观察的介质的传输图像，并且通过光学滤波设备，受试者中现有的混淆——其两个中央凹的特征具有很强的相似性——在阅读介质上显示的(图形和/或文本)内容，特别是当该内容表示一个或多个文本内容时较少或被显著地减少。

有利地，使用被配置为选择性地获得观看空间的永久打开(没有滤波情况下的“普通”视觉)和如上所述的观看空间的打开(观看空间的打开和关闭时段交替)的切换允许患有诵读困难障碍的用户受试者将他的(对应于普通视觉)通常阅读表现与在根据本发明(观看空间的打开时段和关闭时段交替)对观看空间进行滤波的电子控制下在可选地优化他自身参数后(频率和循环比率参数允许用户获得更好的阅读舒适度)所获得的其自身表现进行比较。

有利地，根据本发明的光学滤波设备在自然光或偏振光下起作用。根据本发明的一个实施方式，对于使用滤波设备的受试者的两只眼睛，滤波设备以相同或相似的方式在观看空间或观看平面同时进行滤波。

本发明还涉及一种光学设备中的光学滤波方法，该设备包括控制单元和光学滤波模块且适于打开和关闭可见光谱中的观看空间，该方法包括通过以预定频率运行的连续循环来周期性地打开和关闭观看空间，每个循环具有持续时间T并且包括具有持续时间T1的观看空间打开时段，在观看空间打开时段之后或之前是具有持续时间T2的观看空间关闭时段，其中，观看空间打开时段的持续时间T1被包括在下述值区间内，该值区间的范围为循环的持续时间T的15％至35％。

附图说明

通过阅读参考所附附图的以下的描述，将更好地理解本发明，并且其他特征和优点将变得明显，附图中：

图1是根据本发明的特定且非限制性实施方式的用于命令(控制)光学滤波模块LIMOD的信号EL的图。

图2是根据本发明的特定且非限制性实施方式的光学设备FILT的架构的结构图示。

具体实施方式

在图2中，所示出的模块是功能单元，功能单元可以对应于或可以不对应于物理上可区分的单元。例如，这些模块或其中一些模块被分组为单个部件。相反，根据其他实施方式，一些模块由单独的物理实体组成。

图1是根据本发明的特定且非限制性实施方式的、用于在光学滤波设备FILT中控制可见光谱中的观看空间或观看平面的打开和关闭的信号EL的时间图示。信号EL根据时间t变化并且周期性地采用两个连续状态。根据优选实施方式，确定出的处于高状态的信号EL通过下述光学设备FILT控制观看空间的打开，所述光学设备能够以大体上不连续的方式传输来自任何介质诸如例如书籍或屏幕的图形和/或文本内容的可见光。

根据类似的推理，当信号EL处于低状态时，该信号控制观看空间的关闭(遮挡或抑制)。信号EL是预定频率Fd的周期性信号，使得Fd＝1/(T1+T2)。T1是可见光谱中的观看空间或观看平面的打开时段，即从携带表示图形和/或文本内容的图案的介质接收的光的传输时段，观看空间朝向图形和/或文本内容定向。T2是被称为观看空间的关闭时段的时段，在该关闭时段期间观看空间被遮挡(关闭)或可见光的传输被中断或抑制，或者换句话说，T2是下述时段：在所述时段期间观看空间定向所朝向的介质上存在的图形和/或文本内容不再能够正常地由眼睛通过执行可视化或阅读来感知。术语“图形内容”在这里应解释为在任何介质上表示的任何内容，特别是纸质形式但不仅限于此，并且由基本元素诸如例如并置的点或像素组成，使得该内容表示各种形式的元素，并且特别是表示由来自一个或多个字母的标志或符号构造的一个或多个文本内容。

因此，这里附着到介质的文本内容对应于下述内容，所述内容能够以一种或多种语言解释、能够由受试者光学滤波设备的用户阅读和解释、被定位成使得受试者可以观看介质(例如书籍或屏幕)来进行阅读或观看操作。这样的光学滤波设备例如是一副眼镜、头盔、面罩、中间屏幕、被配置为设置在呈现屏幕的前面或抵靠该呈现屏幕的滤波平面。该实施例的列表不是详尽的。

根据本发明的一个实施方式，分别为持续时间T1和T2的观看空间打开时段和观看空间关闭(或抑制)时段之间的循环比率T1/(T1+T2)具有被包括在循环的15％至35％之间的值，并且信号EL的变化频率Fd被包括在60Hz至90Hz之间。

优选地，分别为持续时间T1和T2的观看空间打开时段和观看空间关闭(或抑制)时段之间的循环比率T1/(T1+T2)具有被包括在循环的22％至32％之间的值，并且信号EL的变化频率Fd被包括在70Hz至85Hz之间。

更优选地，信号频率等于70Hz或84Hz，并且循环比率T1/(T1+T2)等于20％。

有利地，可以容易地使控制信号EL持续地强制处于与光束激活相关联的状态，这对应于脱离了在根据本发明的设备FILT中实现的光学滤波方法。因此，对于非诵读困难的受试者，由于打开观看空间的不连续性而出现视觉不适，且随后不必在观看空间中连续移除/附上设备的情况下，可以不在根据本发明的滤波设备中实施光学滤波方法。

有利地，可以在所描述的值的区间中完善对频率Fd的调整，以使时段T在所指示的频率范围内适应光学滤波设备FILT的用户的敏感性。实际上，每个个体在视觉方面都有自己的敏感性，并且感知光束频率的较多或较少的变化。因此，可以通过调整物理上或经由任何用户接口实现的按钮、光标(例如，控制屏幕或远程控制设备上菜单的图形元素)使用户可以进行精细调整。

图2是根据本发明的特定且非限制性实施方式的光学滤波器设备FILT的结构图示。该图示出了光学设备FILT的总体架构，通常也称为“眼镜”或“头盔”。光学设备FILT包括两个主要模块，该两个主要模块为控制单元CTRLU和滤波模块LIMOD。控制单元CTRLU就控制而言是系统的核心，并且包括适于生成信号EL的常规的双稳态(或斩波)电路。控制单元CTRLU的双稳态斩波电路传送以频率Fd及其循环比率T1/(T1+T2)进行表征的信号EL。显然，控制单元CTRLU包括以这种架构实现的所有常用元件，诸如，例如一个或多个运算放大器、电阻器和电容器、一个或多个二极管、电源(可能在一个电池/多个电池上)、复位电路、电源监管电路、电源接口、电流放大器，这些元件的列表不是详尽的。由于控制单元CTRLU的架构细节对于理解本发明没有帮助，因此不再对其进一步描述。根据本发明的实施方式，模块CTRLU包括围绕运算放大器构建的双稳态电路，该双稳态电路耦合至电流放大电路。光学滤波模块LIMOD是包括一个或多个表面的模块，该一个或多个表面包括偏振液晶，该偏振液晶的偏振由电信号电命令。然后，模块LIMOD适于对可见光谱中传输的或基本上更宽的光进行滤波。有利地，可以较多或较少地对观看空间进行滤波，然后将其配置成用于最佳地阅读较大或较小的大表面。这种聚焦可以通过使用附加的光学元件(透镜)或机械元件(例如膜片)或同时使用两者来实现。因此，滤波模块例如以包括一个或多个半透明表面的眼镜框架的形式实现，而不是以矫正眼镜的矫正镜片来实现，所述矫正眼镜的表面承载可以通过偏振进行定向的液晶类型的元件。例如，支撑表面可以被配置成包括玻璃件，在玻璃件之间以固定在聚合物中的滴状物的形式将向列液晶夹在覆盖有薄金属层的两个玻璃表面之间以构成电容器。这样产生的滤波模块例如从通电时的略微不透明的状态切换到不通电时的半透明状态。

液晶由于其可变的化学结构，在电场的作用下可以表现得像能够沿着场线定向的偶极子。

结果，光学滤波模块LIMOD可以通过产生来自被受试者观看的介质的光线的指向性现象来引起传输到观看空间中的光的指向性的变化。因为液晶滤波器元件(偏振元件)的实施细节是本领域技术人员公知的并且对于理解本发明没有帮助，所以在这里不再对其进一步描述。

在所描述的观看空间——该观看空间被定向在所观察或阅读的介质与受试者的眼睛之间——中传输的光的术语“关闭”、“遮挡”或“抑制”在这里应解释为对应于所传输的光的幅度的部分衰减或全部衰减，部分衰减或全部衰减归因于由于光学滤波模块LIMOD所执行的偏振、受试者感知的光的指向性的诱导机制所引起的光学滤波。

有利地，光学滤波设备FILT对从被观看或阅读的介质传输的所接收的光进行竖向或基本上竖向的偏振。因此，当该介质是本身相对于竖向以+45°、0°或-45°偏振的屏幕或(显示类型的)任何呈现设备时——对于视觉内容的呈现装备(例如TV、计算机、智能手机)常常是这种情况——始终可以在可视化介质和观察该介质的受试者的眼睛之间传输光。相反，并且根据类似的推理，如果光学滤波设备FILT包括以+45°偏振轴对所接收的光进行偏振的模块LIMOD并用于阅读以-45°偏振轴对所发射的光进行偏振的呈现设备(屏幕、显示器)上的内容，则即使在设备FILT的打开位置，也会存在在观看空间中传输的光的全部或几乎全部遮挡。

它是在单元CTRLU的双稳态模块的控制下，连续打开和关闭可视化阅读介质——该介质呈现一个或多个图形和/或文本内容——与进行阅读的受试者之间的观看空间的能力，当经由根据本发明的光学滤波设备FILT观察介质时，有利地允许受试者的大脑偏爱从介质感知的图像而不是其镜像。有利地，这因此允许在患有诵读困难障碍的受试者中帮助阅读和辨认文本内容。

有利地，控制单元CTRLU包括连接在光学滤波模块LIMOD的输入端处的用于打开(或关闭/遮挡/抑制)观看空间的信号EL作为输出端。

换句话说，由包括双稳态电路的控制单元CTRLU以预定频率Fd运行的光学滤波设备LIMOD的控制信号EL的变化允许对从承载图形内容的介质接收的光的滤波进行动作。因此，根据以预定频率Fd运行的总长度T的连续循环，该图形内容随后对观察该图形内容的受试者连续地较少(或不再)可见，这使得对于患有诵读困难障碍的受试者来说增加观察内容的可读性。根据本发明，观看空间的连续打开时段T1分别具有下述持续时间，所述持续时间被包括在循环的持续时间T的15％至35％的值的区间内。

循环的频率Fd(每个包括观看空间的打开时段和观看空间的关闭时段)被包括在60Hz至90Hz之间。

根据一个实施方式，频率Fd是固定的。

根据另一实施方式，频率Fd随时间变化。

根据特定实施方式，频率Fd通过在连续的步长中以被称为增加速率的第一速率进行增加而变化直至最大值，然后通过在连续的步长中以被称为减小速率的第二速率进行减小而变化直至最小值，该增加变化和减小变化随时间迭代地重复。

根据特定实施方式，减小速率等于增加速率。

根据特定实施方式，连续的步长具有相等的持续时间。

根据另一特定实施方式，连续的步长在持续时间方面变化，使得所述频率Fd的值以三角波形、锯齿波形或正弦波形在所述最大值与所述最小值之间改变。

有利地，激活时段的持续时间T1随时间变化，在循环的持续时间T的15％至35％范围内的极限值之间持续地或不持续地演变。这里，“持续地”是指以具有相等的持续时间的连续的步长的增量进行演变。

如此产生并施加到预定频率Fd(频率Fd的变化)的摆动现象允许扫描60Hz至90Hz之间的大量频率，其中一些频率将对阅读辅助更为有效。这些更有效的频率根据诵读困难受试者而变化。通过扫描60Hz至90Hz之间的所有频率，本发明的设备不需要提前调整，并且对于大量用户而言是有效的。

相同的优点从观看空间的打开时段的持续时间T1的变化产生。

因此，这种摆动现象允许(并且在一些情况下)甚至较多地减少了与诵读困障碍有关的麻烦。

本发明不限于以上描述的唯一实施方式，而是适用于任何用于滤波所接收的光的光学设备，该光学设备适于观察任何介质(例如，屏幕或书籍)上的图形和/或文本内容，周期性地实现了根据以60Hz至90Hz之间的预定频率Fd运行的连续循环来打开观看空间和关闭该相同观看空间的连续操作，使得连续的打开时段T1各自包括在下述值区间内，该值区间的范围为运行循环的持续时间T的15％至35％。例如并且根据一种变型，可以通过实现根据所描述的方法(频率Fd和循环比率T1)控制的一个或多个机械元件来执行观看空间或观看平面的打开和关闭。

Claims (13)

1.一种有助于诵读困难受试者阅读任何介质上的图形和/或文本内容的光学设备(FILT)，所述设备包括控制单元(CTRLU)和滤波模块(LIMOD)，且适于打开和关闭可见光谱中的观看空间，所述光学设备(FILT)被配置为根据以频率Fd运行的连续循环来周期性地打开和关闭所述观看空间，每个循环具有持续时间T并包括具有持续时间T1的观看空间打开时段，在所述观看空间打开时段之后或之前是具有持续时间T2的观看空间关闭时段，

其特征在于，所述频率Fd的范围为在60Hz至90Hz的值区间内，并且所述观看空间打开时段的所述持续时间T1被包括在下述值区间内，所述值区间的范围为所述循环的所述持续时间T的15％至35％，并且

其中，所述频率Fd通过在连续的步长中以被称为增加速率的第一速率进行增加而变化直至最大值，然后通过在连续的步长中以被称为减小速率的第二速率进行减小而变化直至最小值，增加变化和减小变化随时间迭代地重复。

2.根据权利要求1所述的光学设备(FILT)，其特征在于，所述频率Fd被包括在范围为从70Hz至85Hz的值区间内。

3.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述频率Fd随时间变化。

4.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述减小速率等于所述增加速率。

5.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述连续的步长具有相等的持续时间。

6.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述连续的步长在持续时间方面变化，使得所述频率Fd的值以三角波形、锯齿波形或正弦波形在所述最大值与所述最小值之间改变。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学设备，其特征在于，所述观看空间的所述打开时段的持续时间T1随时间变化。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的光学设备(FILT)，其特征在于，所述滤波模块(LIMOD)包括偏振元件和液晶类型的元件，所述偏振元件和液晶类型的元件适于对所接收的通过所述观看空间传输的光进行偏振。

9.根据权利要求8所述的光学设备(FILT)，其特征在于，所接收的通过所述观看空间的光的所述偏振是竖向偏振。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的光学设备(FILT)，其特征在于，所述设备为以下列表中所包括的类型：一幅眼镜、头盔、面罩、中间屏幕、或者被配置为设置在呈现屏幕前面或抵靠呈现屏幕的滤波平面。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的光学设备(FILT)，其特征在于，预定的所述频率由所述设备的用户限定。

12.一种有助于诵读困难受试者阅读任何介质上的图形和/或文本内容的光学滤波方法，所述方法在光学设备(FILT)中实施，所述光学设备包括控制单元(CTRLU)和滤波模块(LIMOD)，且所述光学设备适于打开和关闭可见光谱中的观看空间，所述方法包括：通过以预定频率Fd运行的连续循环来周期性地打开和关闭观看空间，每个循环具有持续时间T并包括具有持续时间T1的观看空间打开时段，在所述观看空间打开时段之后或之前是具有持续时间T2的观看空间关闭时段，

其特征在于，所述频率Fd的范围为在60Hz至90Hz的值区间内，并且其中，所述观看空间打开时段的所述持续时间T1被包括在下述值区间内，所述值区间的范围为所述循环的所述持续时间T的15％至35％，并且

其中，所述频率Fd通过在连续的步长中以被称为增加速率的第一速率进行增加而变化直至最大值，然后通过在连续的步长中以被称为减小速率的第二速率进行减小而变化直至最小值，增加变化和减小变化随时间迭代地重复。

13.根据权利要求12所述的光学滤波方法，根据所述光学滤波方法，所述频率Fd的范围为在70Hz至85Hz的值区间内。

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