CN111973889A - 一种光学像距与屏幕显示内容融合的vr设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学像距与屏幕显示内容融合的VR设备，所述设备包括主控制板、单片机、电机、激光开关、凸透镜、位置传感器、屏幕、滑轨和设备主体；所述主控制板包括被配置为由所述主控制板执行的计算机程序，主控制板执行所述计算机程序时实现如下步骤：获取用户信息；根据用户信息获取相应训练内容；VR运行训练内容的过程中，屏幕内容根据屏幕运动情况进行调节。本发明通过在运行视觉训练内容的过程中，将屏幕内容依据屏幕运动进行调节，使得屏幕内容能够根据光学远近来变大或变小，从而适应大脑的成像习惯，提高视觉训练内容的近视治疗效果。

Description

一种光学像距与屏幕显示内容融合的VR设备

技术领域

本申请涉及虚拟现实技术领域，特别涉及一种光学像距与屏幕显示内容融合的VR设备。

背景技术

近视一般都是由于用眼过度，导致眼部肌肉失去活性，眼部调节性能降低造成的。眼睛长时间看近距离物体时，会造成睫状体长时间压迫晶状体，导致晶状体形状更加弯曲，长时间受此压迫会造成晶状体不可逆的变化。也就是说，眼睛看近看远，主要是通过睫状肌拉伸或压缩晶状体，即改变晶状体屈光度。理论上是可以通过长时间观看远处的东西，让睫状肌拉伸晶状体来恢复视力。而随着虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备的兴起，各种类型的VR眼镜成为消费电子领域的热门产品。这些VR眼镜的结构一般都是“透镜+屏幕”的成像方式，透镜在用户的眼前，屏幕距透镜一定距离，使得用户可以看到屏幕成像出的画面中的虚拟物体。而如何通过VR实现近视治疗是主要问题。

而现有的用于近视治疗的VR设备中，近视治疗方式通过VR设备播放不断放大缩小并沿一定轨迹运动的内容来引导眼球按照内容轨迹进行多方位运动，从而调整睫状肌。或者是通过VR设备播放从大到小，从模糊到清晰，不同位置的黑白动态示标和反色静态示标，并由蓝牙控制器进行示标辨别确认，使得在锻炼睫状肌的同时，强化人脑对图像解析能力和调节能力，实现睫状肌和大脑视觉功能的双重锻炼，从而实现近视治疗效果。

因此现有的VR设备实现近视治疗的方式可概括为两种：通过屏幕运动而产生屏幕内容的远近变化，以及屏幕不动而屏幕内容进行大小变化。上述两种实现方式由于与大脑成像习惯有所区别，因此虽然实际产生了远近变化来实现近视治疗效果，但由于大脑仍然感觉不到远近，因此上述实现方式的近视治疗效果仍存在提升空间。

发明内容

本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种光学像距与屏幕显示内容融合的VR设备，所述设备中的屏幕内容会根据光学远近(像距)来变大或变小，从而适应大脑的成像习惯，进行大脑融合训练，提高视力矫正效果。

本发明的目的能够通过以下技术方案实现：

一种光学像距与屏幕显示内容融合的VR设备，所述设备包括主控制板、单片机、电机、凸透镜、位置传感器、屏幕、滑轨和设备主体；

所述凸透镜安装在所述设备主体上，所述VR设备主体内设置有滑轨，所述滑轨为沿靠近凸透镜的方向向远离凸透镜的方向延伸，所述屏幕通过所述滑轨与所述电机相连接；所述单片机安装在设备主体与滑轨之间；所述主控制板安装在设备主体内与凸透镜相对的一侧，所述位置传感器安装在滑轨的两端位置对应的设备主体内；

所述电机用于驱动屏幕沿着所述滑轨进行朝向或者远离凸透镜位置的移动；

所述单片机用于控制电机；

所述位置传感器用于将屏幕运动情况传输到主控制板中；

所述主控制板包括被配置为由所述主控制板执行的计算机程序，所述主控制板执行所述计算机程序时实现如下步骤：

获取用户信息；

根据用户信息获取相应训练内容；

运行训练内容的过程中，根据屏幕运动情况对屏幕内容进行调节；其中，所述屏幕运动情况包括所述屏幕在屏幕运动范围内的当前位置及移动方向；其中，所述屏幕运动范围为屏幕在滑轨上的可移动范围。

进一步地，所述主控制板执行所述计算机程序时实现所述训练中屏幕内容根据屏幕运动情况进行调节的步骤中，包括：

获取当前所述屏幕的运动速度以及当前所述屏幕与所述凸透镜的间距；

根据所述间距与当前所述屏幕的运动速率设定屏幕内容的运动轨迹和尺寸。

进一步地，所述主控制板执行所述计算机程序时实现所述训练中屏幕内容根据屏幕运动情况进行调节的步骤中，还包括：

将屏幕运动范围划分为多段子运动范围，并将每段子运动范围中与0点最近的位置设定为每段的起点；其中，所述0点为屏幕运动范围中与凸透镜相距最近的位置；

获取屏幕在每段子运动范围起点时的速率和屏幕与0点之间的距离；

在下一段子运动范围的起点时根据获取的屏幕运动速率和与0点之间的距离设定屏幕内容的运动轨迹和尺寸。

更进一步地，所划分的子运动范围到凸透镜的距离越远，其被划分的长度越小。

进一步地，所述VR设备还包括激光开光和激光二极管，所述激光开关通过单片机进行控制，用于控制激光二极管开闭；所述激光发射组件与所述凸透镜一体设于移动板上，移动板上每个凸透镜下端有两个限位板，激光发射组件中的激光二极管的光心正对凸透镜的光心。

优选地，所述激光二极管采用波长650nm红光。

进一步地，所述VR设备还包括手柄，所述手柄与VR设备通过蓝牙连接，用于输入信息完成视觉训练内容中的视觉训练任务。

进一步地，在屏幕运动过程中，在屏幕到达所述屏幕运动范围的任意一端时，主控制板接收位置传感器发送的信号，以控制电机驱动屏幕换向。

进一步地，所述VR设备还包括防尘机构，所述防尘机构包括防尘盒和防尘橡胶，所述防尘盒设置在VR设备外壳，所述防尘橡胶包裹嵌有凸透镜的镜片圈。

本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：

1.本发明通过在运行视觉训练内容的过程中，将屏幕内容依据屏幕运动进行调节，使得屏幕内容能够根据光学远近(像距)来变大或变小，从而适应大脑的成像习惯，进行了大脑融合训练，提高视觉训练内容的近视治疗效果。

2.本发明通过设定屏幕运动过程的0点与终点，确定屏幕内容依据屏幕运动而变化的定性：远大近小，实现根据屏幕运动控制屏幕内容变化，提升近视治疗效果。

3.通过将屏幕运动范围划分为多段子运动范围，并且子运动范围长度随着远离凸透镜而变小，模拟了视距逐渐变远或变近，使得每段内物距和像距变化更接近于线性关系，提升近视治疗效果。

4.通过采用激光照射能够促进眼部血液供应，提升近视治疗效果。波长为650nm红光促进血液供应效果更好。并且采用凸透镜并使激光二极管的光心正对凸透镜的光心，能够令激光准确地照射在视网膜从而提升近视治疗效果。

5.本发明通过设置视觉训练任务并通过手柄完成视觉训练任务，反馈得到的训练结果有助于观察改变训练内容。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步地说明；

图1为本发明一个实施例中的一种用于睫状肌锻炼的VR设备的结构示意图。

图2为本发明一个实施例中的一种用于睫状肌锻炼的VR设备的局部结构示意图。

图3为本发明一个实施例中的一种用于睫状肌锻炼的VR设备的凸透镜镜片结构示意图。

图4为本发明一个实施例中的一种用于睫状肌锻炼的VR设备中主控制板执行的计算机程序的流程图。

具体实施方式

本部分将详细描述本申请的具体实施例，本申请之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本申请的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本申请保护范围的限制。

如图1至图3所示，本发明优选实施例提供了一种光学像距与屏幕显示内容融合的VR设备，所述设备包括主控制板4、单片机11、电机1、凸透镜3、位置传感器8、屏幕2、滑轨5和设备主体7；

所述凸透镜安装在所述设备主体上，所述VR设备主体内设置有滑轨，所述滑轨为沿靠近凸透镜的方向向远离凸透镜的方向延伸，所述屏幕通过所述滑轨与所述电机相连接；所述单片机安装在设备主体与滑轨之间；所述主控制板安装在设备主体内与凸透镜相对的一侧，所述位置传感器安装在滑轨的两端位置对应的设备主体内；

所述电机用于驱动屏幕沿着所述滑轨进行朝向或者远离凸透镜位置的移动；

所述单片机用于控制电机；

所述位置传感器用于将屏幕运动情况传输到主控制板中；

所述主控制板包括被配置为由所述主控制板执行的计算机程序，请参照图4，所述主控制板执行所述计算机程序时实现如下步骤：

S1、获取用户信息；

S2、根据用户信息获取相应训练内容；

S3、运行训练内容的过程中，根据屏幕运动情况对屏幕内容进行调节；其中，所述屏幕运动情况包括所述屏幕在屏幕运动范围内的当前位置及移动方向；其中，所述屏幕运动范围为屏幕在滑轨上的可移动范围。

具体地，VR设备的主控制板上配置有VR设备对电机进行控制的控制程序，通过将对电机的相关控制封装为单片机串口的变量参数，使得电机能够通过MCU单独控制。在本实施例中，用户通过使用基于安卓系统的移动终端APP与MCU进行通信，并根据APP存储的控制信息直接调用单片机串口的相关指令和变量参数，从而对电机进行控制。本产品相当于利用单片机串口将电机当成外部设备进行控制，使得对于电机和激光开关的控制能够单独进行开发，不需要与VR主系统中其他程序耦合勾连，省去了在系统中与其他程序的联调整合，更好地实现对屏幕运动和激光开关的精准控制，从而提升视觉训练内容的近视治疗效果。

在本实施例中，所述VR设备中有两条滑轨，均为长条状，所述屏幕在电机驱动下沿所述滑轨的延伸方向往复运动。

在本实施例中，所述VR设备包括激光发射组件6，所述激光发射组件包括激光开关和激光二极管，所述激光开关通过单片机进行控制，用于控制激光二极管开闭。所述激光发射组件安装于凸透镜朝向设备主体的一侧，位于设备主体与凸透镜之间，激光发射组件中的激光二极管的光心正对凸透镜镜面的光心。所述激光二极管发出波长650nm红光。采用激光照射应在屏幕运动前进行。采用激光照射能够促进眼部脉络的血液循环，改善视网膜和巩膜的血液供应，提升视觉训练内容的近视治疗效果。此外，波长650nm红光能够使视网膜中多巴胺含量增多，抑制近视导致的眼轴增加。

在本实施例中，所述凸透镜能够调整位置，从而适应用户瞳距，并且所述激光发射组件与凸透镜一体设于移动板上，因此凸透镜被移动时激光发射组件会一起移动，移动板上每个凸透镜下端有两个限位板，通过限位板使，激光发射组件中的激光二极管的光心正对凸透镜的光心，而激光发射组件与凸透镜一体设于移动板上能够使得凸透镜被移动时激光发射组件会一起移动，从而令激光二激管的光心始终对准凸透镜的光心，避免凸透镜移动时无法照射到视网膜。此外，激光发射组件通过连杆与移动板相连接，所述连杆与凸透镜半径长度相同，激光发射组件能够以连杆与移动板相连接的一端为圆心进行转动，使得激光发射组件在不需要使用时可隐藏，在需要使用时能够准确地回调使激光二极管对准凸透镜的光心。所述激光二极管采用波长650nm红光。采用激光照射能够促进眼部脉络的血液循环，改善视网膜和巩膜的血液供应，提升视觉训练内容的近视治疗效果。此外，波长650nm红光能够使视网膜中多巴胺含量增多，抑制近视导致的眼轴增加。

在本实施例中，所述VR设备还包括防尘机构，所述防尘机构包括防尘盒和防尘橡胶，所述防尘盒设置在VR设备外壳，所述防尘橡胶包裹嵌有凸透镜的镜片圈。

所述主控制板执行所述计算机程序时实现步骤S1时，具体为：

用户通过移动终端APP输入用户信息，所述移动终端APP与VR设备通过蓝牙连接。在本实施例中，用户采用基于安卓系统的移动终端APP，在首次初始化时，将姓名、性别、身高、生日、近视屈光度、左眼矫正视力和右眼矫正视力输入到所述移动终端APP中，完成用户注册，并将上述用户信息在移动终端中进行保存，此时该用户为已注册用户，能够简化用户信息获取过程。

首次初始化后，用户只需要直接登录基于安卓系统的移动终端APP，即可获取对应的用户信息。其中，当用户需要修改用户信息时，直接在APP中对用户信息进行修改，修改更新后的用户信息会替换修改前保存在移动终端中的用户信息。

所述主控制板执行所述计算机程序时实现步骤S2时，具体为：

APP中存储有视觉训练内容，训练视觉内容包括有激光照射和屏幕运动，即包括了电机和激光开关控制信息。根据用户信息中的近视屈光度的不同，训练内容中屏幕的运动速度、运动时间以及激光照射的时间和功率均不相同。

进一步地，根据用户的近视屈光度，对激光能量进行调节匹配，匹配规则如下：

当近视屈光度小于200度时，能量激光为1级，输出功率为1.5mw；

当近视屈光度大于等于200度或小于400度时，能量激光为2级，输出功率为2mw；

当近视屈光度大于等于400度或小于600度时，能量激光3级，输出功率为2.5mw；

当近视屈光度大于等于600度时，能量激光4级，输出功率为3mw。

在一种可能的实施方式中，所述主控制板执行的步骤S3，包括：

(3-1)将屏幕运动范围中与透镜相距最近的位置设定为0点；

(3-2)获取当前时刻屏幕运动时的速率和屏幕与0点之间的距离；

(3-3)根据获取的当前时刻的屏幕运动速率和与0点之间的距离设定屏幕内容的运动轨迹和尺寸；其中，当屏幕与0点之间的距离越大，屏幕内容尺寸越大，屏幕内容轨迹则为向远处移动。

在一种可能的实施方式中，所述主控制板执行的步骤S3，包括：

(3-A)将屏幕运动范围中与透镜相距最近的位置设定为0点；

(3-B)将屏幕运动范围划分为多段子运动范围，并将每段子运动范围中与0点最近的位置设定为每段的起点；

(3-C)获取屏幕在每段子运动范围起点时的速率和屏幕与0点之间的距离；

(3-D)在下一段子运动范围的起点时根据获取的屏幕运动速率和与0点之间的距离设定屏幕内容的运动轨迹和尺寸；其中，当屏幕与0点之间的距离越大，屏幕内容尺寸越大，屏幕内容轨迹则为向远处移动。

更进一步地，所划分的子运动范围到凸透镜的距离越远，其被划分的长度越小。

对于屏幕运动速度和屏幕运动时间的控制信息，本方案中VR设备屏幕的运动范围是0点至终点，全程范围为20mm，所述0点为屏幕运动过程中与透镜距离最近的位置，所述终点为屏幕运动过程中与透镜距离最远的位置，将全程范围划分为多段子运动范围，充分模拟视距逐渐变化的过程，提升近视治疗效果。在本实施例中，将屏幕运动全程范围划分为6段，分别为：第一段子运动范围为0至6mm，第二段子运动范围为6mm至12mm，第三段子运动范围为12mm至16mm，第四段子运动范围为16mm至18mm，第五段子运动范围为18mm至19mm，第六段子运动范围为19mm至20mm。上述为经过实践证明的模拟视距逐渐变化效果最好的方式。

进一步地，所述VR设备还包括手柄，所述手柄与VR设备通过蓝牙连接，用于输入信息完成视觉训练内容中的视觉训练任务。

进一步地，在屏幕运动过程中，所述位置传感器在检测到屏幕到达距离凸透镜最近的子运动范围的靠近凸透镜的一端或距离凸透镜最远的子运动范围的远离凸透镜的一端时，发送信号给单片机以控制电机驱动屏幕换向。

在一种可能的实现方式中，电机转动时带动屏幕运动，主控制板实时接收位置传感器实时检测屏幕位置及屏幕运动速率。此外，当屏幕运动到远离凸透镜的一端，位置传感器产生一个信号给单片机，单片机发送一个信号给电机，驱动电机转动换向，带动屏幕反向，向靠近凸透镜的一端运动，当屏幕运动到靠近凸透镜的一端，位置传感器产生一个信号给单片机，单片机发送一个信号给电机，驱动电机转动换向，带动屏幕反向，又向远离凸透镜的一端运动，如此周期反复，让屏幕上的图像物理真实的远近移动变化。

在另一种可能的实现方式中，电机转动时带动屏幕运动，根据屏幕运动范围划分的每段子运动范围，主控制板实时接收位置传感器检测的屏幕在每段子运动范围起点时的速率和屏幕与0点之间的距离。此外，当屏幕运动到远离凸透镜的一端，位置传感器产生一个信号给单片机，单片机发送一个信号给电机，驱动电机转动换向，带动屏幕反向，向靠近凸透镜的一端运动，当屏幕运动到靠近凸透镜的一端，位置传感器产生一个信号给单片机，单片机发送一个信号给电机，驱动电机转动换向，带动屏幕反向，又向远离凸透镜的一端运动，如此周期反复，让屏幕上的图像物理真实的远近移动变化。

在本实施例中，训练内容通过虚拟现实游戏的形式，结合了一定的视觉任务。具体以《识数字》视觉训练内容为例：

用户的屈光度是300度近视，因此采用能量激光为2级，输出功率为2mw，波长为650nm红光照射，红光照射后休息10分钟，接着运行视觉训练内容。

运行视觉训练内容过程中，屏幕也在按照6段式运动，用户屈光度为300，因此，第一段运行时间为2s，第二段运行时间为4s，第三段运行时间为4s，第四段运行时间为4s，第五段运行时间为4s，第六段运行时间为2s，完成从0点到终点的移动共20秒。如此反复，视觉训练内容为12分钟里跑18个来回。

在一种可能的实现方式中，本实施例步骤S2的《识数字》视觉训练内容中，屏幕内容为篮球。篮球的数字动画所在的屏幕由近到远运行20秒(0点到终点)，在此过程中，精确的计算当前时刻屏幕运动时的速率和屏幕与0点之间的距离，篮球的数字动画不断向远处移动，并且不断变大，其中篮球的数字动画移动速率及变小速率与屏幕运动速率相同。

在另一种可能的实现方式中，本实施例步骤S2的《识数字》视觉训练内容中，屏幕内容为篮球。篮球的数字动画所在的屏幕由近到远运行20秒(0点到终点)，在此过程中，将每段子运动范围中与0点最近的位置设定为每段的起点；获取屏幕在每段子运动范围起点时的运动速率和屏幕与0点之间的距离，篮球的数字动画在下一段子运动范围的起点时向远处移动，并且变大，其中篮球的数字动画在下一段子运动范围的起点时向远处移动的速率与变大速率与获取的屏幕运动速率有关。

所述《识数字》视觉训练内容依据双眼调节训练原理：通过改变视觉距离的远近交替调节，锻炼眼睛的集合及调节能力，帮助缓解眼球胀痛、视力模糊等现象。

此外，视觉训练内容中具有视觉训练任务，以《识数字》视觉训练内容为例，屏幕内容为篮球，篮球上有数字，用户双眼注视屏幕，看清楚篮球上面的数字后通过手柄选择与之相同的数字，选择正确则有正确的反馈和增加相对于的积分奖励，选择错误则有错误的反馈。记录用户训练的具体操作情况，比如说哪个视觉任务判断正确，哪些视觉任务判断失败，并给予一定的得分提示，训练结束后通过VR屏幕将训练结果及时地反馈给客户。

以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

Claims (9)

1.一种光学像距与屏幕显示内容融合的VR设备，其特征在于，所述设备包括主控制板、单片机、电机、凸透镜、位置传感器、屏幕、滑轨和设备主体；

所述凸透镜安装在所述设备主体上，所述VR设备主体内设置有滑轨，所述滑轨为沿靠近凸透镜的方向向远离凸透镜的方向延伸，所述屏幕通过所述滑轨与所述电机相连接；所述单片机安装在设备主体与滑轨之间；所述主控制板安装在设备主体内与凸透镜相对的一侧，所述位置传感器安装在滑轨的两端位置对应的设备主体内；

所述电机用于驱动屏幕沿着所述滑轨进行朝向或者远离凸透镜位置的移动；

所述单片机用于控制电机；

所述位置传感器用于将屏幕运动情况传输到主控制板中；

所述主控制板包括被配置为由所述主控制板执行的计算机程序，所述主控制板执行所述计算机程序时实现如下步骤：

获取用户信息；

根据用户信息获取相应训练内容；

运行训练内容的过程中，根据屏幕运动情况对屏幕内容进行调节；其中，所述屏幕运动情况包括所述屏幕在屏幕运动范围内的当前位置及移动方向；其中，所述屏幕运动范围为屏幕在滑轨上的可移动范围。

2.根据权利要求1所述的VR设备，其特征在于，所述主控制板执行所述计算机程序时实现所述训练中屏幕内容根据屏幕运动情况进行调节的步骤中，包括：

获取当前所述屏幕的运动速度以及当前所述屏幕与所述凸透镜的间距；

根据所述间距与当前所述屏幕的运动速率设定屏幕内容的运动轨迹和尺寸。

3.根据权利要求1所述的VR设备，其特征在于，所述主控制板执行所述计算机程序时实现所述训练中屏幕内容根据屏幕运动情况进行调节的步骤中，还包括：

将屏幕运动范围划分为多段子运动范围，并将每段子运动范围中与0点最近的位置设定为每段的起点；其中，所述0点为屏幕运动范围中与凸透镜相距最近的位置；

获取屏幕在每段子运动范围起点时的速率和屏幕与0点之间的距离；

在下一段子运动范围的起点时根据获取的屏幕运动速率和与0点之间的距离设定屏幕内容的运动轨迹和尺寸。

4.根据权利要求3所述的VR设备，其特征在于，所划分的子运动范围到凸透镜的距离越远，其被划分的长度越小。

5.根据权利要求1所述的VR设备，其特征在于，所述VR设备还包括激光开光和激光二极管，所述激光开关通过单片机进行控制，用于控制激光二极管开闭；所述激光发射组件与所述凸透镜一体设于移动板上，移动板上每个凸透镜下端有两个限位板，激光发射组件中的激光二极管的光心正对凸透镜的光心。

6.根据权利要求5所述的VR设备，其特征在于，所述激光二极管采用波长650nm红光。

7.根据权利要求1所述的VR设备，其特征在于，所述VR设备还包括手柄，所述手柄与VR设备通过蓝牙连接，用于输入信息完成视觉训练内容中的视觉训练任务。

8.根据权利要求1所述的VR设备，其特征在于，在屏幕运动过程中，在屏幕到达所述屏幕运动范围的任意一端时，主控制板接收位置传感器发送的信号，以控制电机驱动屏幕换向。

9.根据权利要求1所述的VR设备，其特征在于，所述VR设备还包括防尘机构，所述防尘机构包括防尘盒和防尘橡胶，所述防尘盒设置在VR设备外壳，所述防尘橡胶包裹嵌有凸透镜的镜片圈。

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