CN112099244A - 基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，包括基于镜架集成装接的电光学镜片，利用向列型液晶按照菲涅尔透镜结构分别制成凹透镜和凸透镜，两个透镜并排为镜片组，且镜片组的度数在由正到负的范围内可调；验光单元，面向眼球射入两个以上红外光图像在视网膜上成像，并根据成像的清晰度及位置，获得实时的眼球屈光度；微处理器，基于验光单元所得眼球屈光度信息调整面向电光学镜片施加的电压、得到清晰成像的度数。应用该自适应变焦眼镜设计，采用电光学镜片可实现快速调整镜片度数，相较于其它镜片适应性更强，提升了镜片透射率及眼镜焦距调整的精度；能满足了用户微调眼镜度数的需求，也有利于用户快速切换眼镜状态。

Description

基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜

技术领域

本发明涉及一种弥补非正视的佩戴装置，尤其涉及一种基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，属于光电应用领域。

背景技术

近视是屈光不正的一种生理现象。当眼球在放松状态下，平行光线进入眼内，其聚焦在视网膜之前，这导致视网膜上不能形成清晰像，称为近视眼（myopia）。此时检查验光则会提示近视度数，例如通常称近视50度，记录为“-0.50D”。而根据程度划分又包括≤-3.00D的轻度近视，-3.00D~-6.00D的中度近视和>-6.00D的高度近视。

近年来，人群中近视发生率呈明显上升趋势，已成为影响国民尤其是青少年眼健康的重大公共卫生问题。这类最常见的眼科疾病被列为世界三大疾病之一，而本国发生率超出世界平均水平0.5倍，且仍然呈现上浮的趋势。

关于近视形成的原因，目前还不完全清楚，大多数学者认为近视与多种因素有关，包括遗传因素、环境因素、不良用眼习惯等。然而对于眼部生理变形引发的视力变差，目前治疗手段主要包括角膜去逛手术和人工晶状植入术，尚未发现任何特效药物。而手术治疗的褫夺局限性使其势必无法广泛普及。因此，大多数视力障碍人群选择佩戴眼镜来弥补屈光不正或适配视网膜的聚焦成像。

从普及应用的眼镜而言，用户大多需要先进行验光，测得近视程度后定制配取对应度数的眼镜。然而随着用户视力状况的变化发生近视加深时，需要另行验光、配镜。造成了一定程度上的硬件浪费和花费上的负担。而且，近视眼镜和远视眼镜单独存在，只能满足近视患者或远视患者中的单一性需求，无法同时满足某些老年人既看不清远处、又看不清近处的通用型需求。

近年针对可变焦眼镜的设计制造成为了近年相关行业的发展新方向。一方面是对镜片材质结构改良，使其具备了度数上的可调性，且调节范围覆盖了由负到正的较大范围。另一方面采用了距离传感器和眼动传感器来估计用户实时所需的镜片度数。但这却或多或少地体现了不小的缺陷：即眼镜需要一个辅助的距离传感器来对目标物体估计距离，并依此计算眼镜所需度数。该过程没有考虑物体在视网膜的实际成像是否清晰，而仅仅只是一个大概估计，无法保证物体在视网膜上的成像质量。而且对于移动的目标物体距离估计和眼镜所需度数算法复杂，影响此类眼镜的单次能源使用寿命，造成用户不便。

此外，现有可变焦眼镜过度追求自动调节性能，忽视了手动微调性和模式记忆。单靠实时的度数检测结果适配可能导致眼镜焦距变化频繁，从而易于造成视觉不适、头晕等不良反应。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的旨在提出一种基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜。

本发明实现上述目的的技术解决方案是：基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：包括基于镜架集成装接的：

电光学镜片，利用向列型液晶按照菲涅尔透镜结构制成镜片组，且镜片组的度数在由正到负的范围内可调；

验光单元，面向眼球射入两个以上红外光图像在视网膜上成像，并根据成像的清晰度及位置，获得实时的眼球屈光度；

微处理器，基于验光单元所得眼球屈光度信息调整面向电光学镜片施加的电压、得到清晰成像的度数。

上述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，进一步地，所述自适应变焦眼镜包含左眼镜片和右眼镜片，且验光单元对应任意镜片独立配套，微处理器分路调整面向左眼镜片或右眼镜片施加的电压。

上述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，进一步地，所述电光学镜片和验光单元一体复合成左眼镜片、右眼镜片，且任一镜片包括远离眼球的液晶层，靠近眼球的瞳孔反射光线接收层以及位于中间的红外线发射层。

上述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，更进一步地，所述液晶层为由凹透镜和凸透镜并排构成的镜片组，且两个透镜各自独立连接电源受控调压。

上述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，更进一步地，所述红外线发射层为八个对称状散布于液晶层内侧并朝向眼球的红外线发射器，且所有红外线发射器映射定位于圆周轨迹的八等分点。

上述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，更进一步地，所述瞳孔反射光线接收层为90°转向反射的半透镜，且在反射光线射出向设有信号接入微处理器的红外针孔相机。

应用本发明自适应变焦眼镜的技术解决方案，具备突出的实质性特点和显著的进步性：

1、避免了使用距离传感器对所需眼镜度数进行不精准的估测，通过模拟验光客观判断成像清晰与否。提升了眼镜焦距调整的精度。

2、采用电光学镜片可实现快速调整镜片度数，相较于机械光学镜片适应性更强。

3、采用菲涅尔透镜结构，加大了镜片透射率。

4、加入手动微调和记忆眼镜状态的功能，更好地满足了用户微调眼镜度数的需求，也有利于用户快速获得之前清晰、舒适的眼镜状态。

附图说明

图1是向列型液晶的分子结构示意图。

图2是菲涅尔透镜的结构示意图。

图3是本发明自适应变焦眼镜中电光学镜片的侧剖结构示意图。

图4是本发明自适应变焦眼镜中红外线发射层的正视结构示意图。

图5是本发明自适应变焦眼镜中瞳孔反射光线接收层的侧剖结构示意图。

图6是本发明自适应变焦眼镜中验光单元的原理示意图。

具体实施方式

有鉴于现有可变焦眼镜研发及生产中体现的诸多缺陷，本申请设计者结合多年光学应用装置研究设计之经验，创新提出了一种基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，以使其广泛适用于不同程度近视、远视或综合视力障碍的患者。

以下便结合实施例图示对本发明的具体实施方式做进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

不同于传统玻璃材质的机械镜片，在可变焦眼镜的设计中首先需要的是寻找替代材料。而经过多年的探索研究，已有采用液体或可拉伸材料制成凹凸镜片，通过物理调控形变而实现眼镜度数变化。而本发明该自适应变焦眼镜正是以此为基础进一步优化设计，利用向列型液晶制成电光学镜片，形成功能更完善的成品眼镜。如图1所示，其中向列型液晶是由长径比很大的棒状分子所组成，分子质心没有长程有序性。具有类似于普通液体的流动性,分子不排列成层，它能上下、左右、前后滑动,只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行。当给这种液晶加上电流后，它们将依据所加电压的大小反向扭曲相应的角度，且这种液晶对于电流的反应很精确。

该自适应变焦眼镜的各功能部件均基于镜架集成装接，概述的特征包括：一、电光学镜片，利用向列型液晶按照菲涅尔透镜结构分别制成凹透镜和凸透镜，两个透镜并排为镜片组，且镜片组的度数在由正到负的范围内可调；二、验光单元，面向眼球射入两个以上红外光图像在视网膜上成像，并根据成像的清晰度及位置，获得实时的眼球屈光度；三、微处理器，基于验光单元所得眼球屈光度信息调整面向电光学镜片施加的电压、得到清晰成像的度数。

为直观理解本设计的实施和功能实现，进一步详述说明如下。菲涅尔透镜的结构特征如图2所示，本申请采用向列型液晶分别按照菲涅尔透镜结构单独制成凹透镜和凸透镜并组合，由此透镜组的实际的屈光率可简化为两单独镜片的屈光率之和。因此，镜片组的度数可在由正到负的范围内可调，对液晶镜片施加不同的电压可高精度调制获得不同的眼镜度数。

以下结合图3至图5的全方位细节展示，更深入、具体地详述结构及自适应变焦的原理。电光学镜片和验光单元一体复合成左眼镜片、右眼镜片，且任一镜片包括远离眼球的液晶层1，靠近眼球的瞳孔反射光线接收层3以及位于中间的红外线发射层2；每一层的细节特征如下。

如图3所示，由于资料显示由可变液晶材料做成的凸透镜的焦距一定大于0，为了达到焦距由正到负的变化范围，需要采用凹凸透镜相组合的方式。故而如图3所示将两个透镜并排一体复合成液晶层1，而且凹透镜11连接电源21受控调压，凸透镜12连接电源22受控调压，从而实现透镜组的焦距在正负范围内高精度地线性可调。

如图4所示，本实施例中红外线发射层2为八个对称状散布于液晶层内侧并朝向眼球的红外线发射器21，且所有红外线发射器映射定位于圆周轨迹的八等分点。实际应用中该红外线发射器数量限制较小，只要能够满足对称向地向瞳孔射入至少两个图像，满足验光所需，方便利用Scheiner双孔原理。

如图5所示，瞳孔反射光线接收层3为90°转向反射的半透镜，且在反射光线射出向设有信号接入微处理器的红外针孔相机5。图示可见，将眼球4之视网膜反射光线经过斜放的半透镜反射后，传入红外针孔相机4采集在视网膜上所成像，并转入微处理器中供度数调整。

与此同时，借鉴如图6所示的验光原理，将红外光打入到眼球并观察反射光线，以实时观测视网膜上的成像是否清晰，如果红外线发射器同时发射，在正常视力的眼球的视网膜上，这八个圆形光源将重合成一个。如果没有合成一个，那么根据实际所成的图像，可以判断出近视、远视、散光等信息。根据这些信息，眼镜实时计算出液晶层的调节参数，而对应上述电光学镜片，只需调整所施加的电压，即可实现眼镜度数的实时调整。调节后再检查视网膜上的红外图像，直到这八个圆重合成一个，则认为液晶层的变焦已满足该眼球的矫正需求。

更进一步细化的实施方案来看，通常人们的左右视力存在一定的差异性，因此常规配眼镜时的验光操作都是分左右眼进行的。由此，该自适应变焦眼镜自然包含左眼镜片和右眼镜片，且验光单元对应任意镜片独立配套，分别反馈左眼的视力信息和右眼的视力信息至微处理器，而微处理器也籍此信息分路调整面向左眼镜片或右眼镜片施加的电压。

考虑该变焦眼镜自动调节和手动调节相结合，该微处理器内集成有存储单元，允许用户进行手动微调并存储此时的眼镜状态，实际存储为此时的电压分布信息。由此，一个以上调定度数的眼镜状态可被记录于存储单元之中，用户在下一次使用时可以直接调取相应的眼镜状态，实现眼镜度数的快速适配，减少因度数突变带来的不适感。而该手动调节和操作的实施具有多样性，举例说明如下。

实施方式一，该镜架设有信号接入微处理器、调取存储单元中眼镜状态的触控模组，且触控模组至少具有手动微调度数的旋钮、线性滑钮开关或线性触屏开关。参照有线耳机的音量调节开关可以集成于镜架一侧的镜脚之中，当用户手指朝一侧滑动或按动时，调节眼镜度数增大，反之减小。而当眼镜度数调节至图像在视网膜上清晰成像后，可以通过按下中键或同时按下双向调节键触发记录眼镜状态。通常情况下，自适应变焦调节能够获得较为理想的眼镜度数，但本设计该变焦眼镜提供了根据用户喜好微调度数的可操作性。

实施方式二，上述微处理器中还可以集成设有声控识别模组，且眼镜状态随音频标签记录于存储单元中，在眼镜唤醒状态下识别语音、调取眼镜状态。 即当完成自适应变焦调整后，用户可以声控添加语音标签并触发记录眼镜状态；而当下次使用眼镜时只需发出语音指令，微处理器辨识后自动调取眼镜状态，快速适配眼镜度数。

综上关于本发明自适应变焦眼镜结构及功能的实施例详述可见，本设计具备实质性特点和显著优点，逐条说明为：

1、不再需要使用距离传感器等对所需眼镜度数进行精准度较低的估测，通过模拟验光客观判断成像清晰与否，提升了眼镜焦距调整的精度。

2、采用电光学镜片可实现快速调整镜片度数，相较于机械光学镜片适应性更强、也更节能。

3、采用菲涅尔透镜结构，加大了镜片透射率。

4、加入手动微调和记忆眼镜状态的功能，更好地满足了用户微调眼镜度数的需求，也有利于用户快速获得之前清晰、舒适的眼镜状态，使用更便捷。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：包括基于镜架集成装接的：

电光学镜片，利用向列型液晶按照菲涅尔透镜结构制成镜片组，且镜片组的度数在由正到负的范围内可调；

验光单元，面向眼球射入两个以上红外光图像在视网膜上成像，并根据成像的清晰度及位置，获得实时的眼球屈光度；

微处理器，基于验光单元所得眼球屈光度信息调整面向电光学镜片施加的电压、得到清晰成像的度数。

2.根据权利要求1所述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：所述自适应变焦眼镜包含左眼镜片和右眼镜片，且验光单元对应任意镜片独立配套，微处理器分路调整面向左眼镜片或右眼镜片施加的电压。

3.根据权利要求1所述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：所述电光学镜片和验光单元一体复合成左眼镜片、右眼镜片，且任一镜片包括远离眼球的液晶层，靠近眼球的瞳孔反射光线接收层以及位于中间的红外线发射层。

4.根据权利要求3所述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：所述液晶层为由凹透镜和凸透镜并排构成的镜片组，且两个透镜各自独立连接电源受控调压。

5.根据权利要求3所述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：所述红外线发射层为八个对称状散布于液晶层内侧并朝向眼球的红外线发射器，且所有红外线发射器映射定位于圆周轨迹的八等分点。

6.根据权利要求3所述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：所述瞳孔反射光线接收层为90°转向反射的半透镜，且在反射光线射出向设有信号接入微处理器的红外针孔相机。

7.根据权利要求1所述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：所述微处理器内集成有存储单元，一个以上调定度数的眼镜状态记录于存储单元之中。

8.根据权利要求7所述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：镜架设有信号接入微处理器、调取存储单元中眼镜状态的触控模组，且触控模组至少具有手动微调度数的旋钮、线性滑钮开关或线性触屏开关。

9.根据权利要求7所述基于视网膜成像检测的自适应变焦眼镜，其特征在于：所述微处理器中集成设有声控识别模组，且眼镜状态随音频标签记录于存储单元中，在眼镜唤醒状态下识别语音、调取眼镜状态。

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