CN113647901A - 一种视野计的投影成像装置及视野计系统 - Google Patents

一种视野计的投影成像装置及视野计系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种视野计的投影成像装置及视野计系统，视野计的投影成像装置包括：投影仪，电性连接计算机。准直透镜，用于准直投影仪投射的光线。以及半球面散射屏，位于准直透镜的出光侧，半球面散射屏对准直透镜出射的光线进行散射成像，且准直透镜的中心轴线与半球面散射屏的中心轴线处于同一直线。本发明提出的视野计的投影成像装置结构简单，具有生产和应用价值。

Description

一种视野计的投影成像装置及视野计系统
技术领域
本发明涉及投影成像领域，特别是涉及一种视野计的投影成像装置及视野计系统。
背景技术
视野检查在诊断青光眼以及其他眼部疾病上具有重要作用，目前使用的视野计利用投影的方式将光标投射到屏幕上，固定被测者的注视位置，通过改变光标在半球屏幕上的投影位置来确定被测者的视野。
但是，上述视野计在使用过程中会产生例如投影光路需要机械扫描与变焦系统的共同作用来控制光标的投影位置、半球形屏幕的半径过大、系统体积增加以及成本过高等问题。因此，有必要提出一种视野计投影装置来解决上述问题。
发明内容
鉴于上述缺陷，本发明提出一种视野计的投影成像装置及视野计系统，为了解决球形屏投射视野计存在的结构复杂、成本高、便携性差等问题，通过设置投影仪、准直透镜以及半球面散射屏等部件，利用目镜放大成像以形成半球形虚像，结构简单紧凑，便携性高。
为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种视野计的投影成像装置，包括：
投影仪，电性连接计算机；
准直透镜，用于准直所述投影仪投射的光线；以及
半球面散射屏，位于所述准直透镜的出光侧，所述半球面散射屏对所述准直透镜出射的光线进行散射成像，且所述准直透镜的中心轴线与所述半球面散射屏的中心轴线处于同一直线。
在本发明的一个实施例中，所述投影仪设置在所述准直透镜的入光侧。
在本发明的一个实施例中，所述投影仪的中心线与所述准直透镜的中心线重合。
在本发明的一个实施例中，所述投影仪与所述准直透镜的距离和所述准直透镜的焦距长度相等。
在本发明的一个实施例中，所述准直透镜的直径为所述半球面散射屏曲率半径的两倍。
在本发明的一个实施例中，所述视野计的投影成像装置还包括目镜，所述目镜设置在所述半球面散射屏远离所述准直透镜的一侧。
在本发明的一个实施例中，所述目镜的中心线和所述半球面散射屏的中心线重合。
在本发明的一个实施例中，所述半球面散射屏与所述目镜之间的距离和所述半球面散射屏的曲率半径相等。
在本发明的一个实施例中，所述目镜将所述半球面散射屏上的图像放大为半球形虚像，所述半球形虚像位于所述准直透镜的入光侧。
本发明提出一种视野计系统，包括上述的投影成像装置。
综上所述，本发明提出一种视野计的投影成像装置及视野计系统，采用虚拟成像的形式，使用半球形虚像替代视野计的半球形屏幕，简化了系统的结构。另外，采用投影仪，如激光扫描投影仪进行投影图像，具有较大的景深，无需光学调焦系统和机械扫描，进一步简化了结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为视野计的投影成像装置在一实施例中的结构示意图；
图2为视野计的投影成像装置在一实施例中的图像校正前的失真原理示意图；
图3为视野计的投影成像装置在一实施例中的激光扫描投影仪组成结构示意图；
图4为视野计的投影成像装置在一实施例中的激光扫描投影仪控制系统组成结构示意图。
标号说明：
1 计算机；
2 投影仪；
21 控制系统；
211 驱动电路；
212 控制部件；
22 激光发射装置；
23 振镜系统；
231 振镜电机；
232 双振镜组；
3 准直透镜；
4 半球面散射屏；
5 目镜；
6 半球形虚像。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例提出一种视野计的投影成像装置，通过设置投影仪、准直透镜以及半球面散射屏等部件，利用目镜放大成像以形成半球形虚像，结构简单紧凑，便携性高。
请参阅图1，在本实施例中，视野计的投影成像装置可以包括计算机1，所述计算机1对所要进行投影的图像进行校正。所述计算机1电性连接所述投影仪2。请参阅图2，在使用所述计算机1对图像进行校正前，入射光束在所述半球面散射屏4上形成倾角为θ的投影斜面。其中H为入射光束相对于投影中心线的高度，d为入射光束的宽度。入射光束在所述半球面散射屏4上形成倾角θ，倾角θ可以满足以下表达式：θ＝sin-1(H/r)，其中，r为所述半球面散射屏4的曲率半径，斜面的长度为d/cosθ。在所述半球面散射屏4的中心轴处，倾角θ最小，当投影光束与中心轴之间的距离增加时，倾角θ也随之增加。倾角θ的增加导致投影图像被拉伸，产生成像上的失真。所述计算机1对所要投影的图像进行校正，首先将要投影的图像分解成n个等宽度d的环形区域，根据反向补偿因子cos[sin-1(nd/r)]分别对各个环形区域进行图像失真校正，第n个环形区域的宽度应根据反向补偿因子cos[sin-1(nd/r)]进行反向收缩校正，将校正后的图像输出给所述投影仪2。图1为视野计的投影成像装置在一实施例中的结构示意图。图2为视野计的投影成像装置在一实施例中的图像校正前的失真原理示意图。
请参阅图1，在本实施例中，所述视野计的投影成像装置还可以包括投影仪2，在本实施例中，所述投影仪2可以为激光扫描投影仪。通过高速振镜偏转激光束扫描出图像，避免了透镜的使用，具有较大的景深。所述投影仪2将光线射入所述准直透镜3，以实现光线的平行投影。所述投影仪2的投影张角为2α，所述投影仪2与所述准直透镜3的距离可以设置为L。所述准直透镜3的直径为D，其中所述准直透镜3的焦距与所述投影仪2和所述准直透镜3之间的距离相等。为了进一步提高投影光线的利用率，所述准直透镜3直径D、所述投影仪2和所述准直透镜3之间的距离L可以设置成满足关系式：D＝2L tanα。本实施例中，所述投影仪2例如为激光扫描式投影仪，具有较大的景深。
请参阅图1和图3，在本实施例中，所述投影仪2可以为激光扫描投影仪，激光扫描投影仪向所述准直透镜投射例如圆锥体的激光束。在本发明的其他实施例中，所述激光束也可以看成是圆台，此时，所述准直透镜3仍将来自所述投影仪2的激光束转换为平行光线出射。激光扫描投影仪可以包括控制系统21、激光发射装置22以及振镜系统23。所述激光发射装置22产生激光，同时向外发射激光束。所述振镜系统23可以包括振镜电机231和双振镜组232，所述振镜电机231可以作为执行机构，带有反射镜片的振镜则可以固定在所述振镜电机231的轴体上。所述双振镜组232可以包括固定在所述振镜电机231轴体上的反射镜片，所述振镜电机231的轴体分别为X、Y轴，且X轴和Y轴上的镜片分别进行扫描。图3为视野计的投影成像装置在一实施例中的激光扫描投影仪组成结构示意图。
请参阅图4，在本实施例中，所述控制系统21可以包括驱动电路211和控制部件212，通过所述驱动电路211接收所述计算机1对所述振镜电机231的控制命令并进行相应的指令操作，所述控制部件212用来控制振镜的偏转角度，最终将图像以2α的投影张角投射到所述准直透镜3上。图4为视野计的投影成像装置在一实施例中的激光扫描投影仪控制系统组成结构示意图。
请参阅图1，在本实施例中，所述投影仪2设置在所述准直透镜3的入光侧，且所述投影仪2的中心线与所述准直透镜3的中心线重合。激光扫描投影仪可以通过2α的张角向所述准直透镜3投射光线。激光扫描投影仪对被投影的图像进行投影曲线的选取，并且创建分组。通过激光扫描投影仪与所述计算机1的连接，激光扫描投影仪发射激光束，并将所要投射的图像与所述计算机1校正后的图像进行比对，进一步减少投射图像的失真。
请参阅图1，在本实施例中，所述准直透镜3用于将由所述激光扫描投影仪射出的激光束转换为平行光，所述投影仪2设置在所述准直透镜3的入光侧。激光扫描投影仪发射出高功率的激光光束，该激光光束照射在所述准直透镜3上。所述准直透镜3将该激光光束取直成相平行的激光光束，取直后的激光光束照射在所述半球面散射屏4上。所述投影仪2与所述准直透镜3的距离和所述准直透镜3的焦距的长度可以相等。在本实施例中，所述准直透镜3可以采用单片透镜，如平凸或双凸透镜。所述准直透镜3的直径为D，其中所述准直透镜3的焦距与所述投影仪2和所述准直透镜3之间的距离相等。为了进一步提高投影光线的利用率，所述准直透镜3直径D、所述投影仪2和所述准直透镜3之间的距离L可以设置成满足关系式：D＝2L tanα。在本发明的其他实施例中，所述准直透镜3也可以采用消色差的双胶合透镜，与此同时，相对孔径也适当缩小，以满足成像要求。
请参阅图1，在本实施例中，所述视野计的投影成像装置还可以包括半球面散射屏4，在本发明的一个实施例中，所述半球面散射屏4可以设置为半球状。在本发明的其他实施例中，所述半球面散射屏4也可以根据成像的需要设置成其他形状，如四分之一球面等。当目镜不含曲波像差时，所述半球面散射屏4与所述目镜之间的距离为s1。为了使半球面散射屏4所成虚像仍为半球形状，s1需要等于所述半球面散射屏4曲率半径。所述半球面散射屏4用来对经过所述准直透镜3准直后的平行光束进行散射成像。经由所述投影仪2所述准直透镜3校正后的图像投射在所述半球面散射屏4上，实现对光线的均匀无畸变的成像。为了使投影光线完全投射在半球面上，所述准直透镜3的直径为D，所述半球面散射屏4与所述目镜距离s1可以设置成满足以下关系式：D＝2s1。即所述准直透镜3的直径为所述半球面散射屏4曲率半径的两倍。
请参阅图1，在本申请的其他实施例中，当目镜包含场曲波像差W(ρi)时，散射屏4可以设置成其他形状。此时，为了形成半球形虚像，散射屏4的形状坐标可以为
Figure BDA0003231200370000061
其中ρ0为散射屏4上某点的物高，z0为该点的物距，ρi为该点对应像点的像高，zi为该像点的像距，f为目镜焦距。并且有
Figure BDA0003231200370000062
其中s2为半球形虚像6的曲率半径。
请参阅图1，在本实施例中，所述视野计的投影成像装置还包括目镜5，所述目镜5设置在所述半球面散射屏4远离所述准直透镜3的一侧。所述目镜5的中心线和所述半球面散射屏4的中心线重合。所述半球面散射屏4与所述目镜5之间的距离和所述半球面散射屏4的曲率半径相等。所述目镜5将所述半球面散射屏4上的图像放大为半球形虚像6，所述半球形虚像6位于所述准直透镜3的入光侧。
请参阅图1，在本实施例中，所述目镜6可以为折射式透镜，所述目镜5的焦距为f，用于将所述半球面散射屏4上的图像显示为放大后的半球形虚像6。所述半球形虚像6与所述目镜5之间的距离s2满足以下公式：s2＝fs1/(f-s1)，其中s1为所述半球面散射屏4与所述目镜6之间的距离，f为所述目镜5的焦距。所述半球形虚像6与所述目镜5之间的距离等于其曲率半径。所述目镜5焦距为f，则s1<f。所述半球面散射屏4经所述目镜5成一虚像，为半球形虚像6。所述半球形虚像6与所述目镜5之间的距离满足以下公式：s2＝fs1/(f-s1)，同时所述半球形虚像6的曲率半径为s2。s2的范围例如为30～50cm。工作时，所述计算机1将校正后的图像输送给所述投影仪2进行投影，所述投影仪2将图像投向所述准直透镜3，所述准直透镜3以准直光线的形式将图像无失真地投射在所述半球面散射屏4上。所述半球面散射屏4上的图像经所述目镜5成所述半球形虚像6。所述半球形虚像6可以实现视野计的半球形屏幕成像，结构简单紧凑，节省了设备的使用空间。
请参阅图1-图3，在本实施例中，所述计算机1用来对投影图像进行校正并输出给所述投影仪2，所述投影仪2配合所述准直透镜3将校正后的图像以准直光线的形式投射出去。所述半球面散射屏4用来对投影光线进行散射成像。所述目镜5用来对所述半球面散射屏4上的图像放大为所述半球形虚像6，以替代传统视野计的半球形屏幕。所述目镜5的中心轴线与所述准直透镜3以及所述半球面散射屏4的中心轴线处于同一直线，且所述半球形虚像6和所述半球面散射屏4的曲率中心相同。本实施例提出的视野计投影成像装置可以实现虚拟视野成像，结构简单、紧凑，成本低，便携性高。在本发明的其他一个实施例中，还可以根据需要在不同的场合以提高成像质量，以简化成像设备，提高工作效率。
请参阅图1-图4，本实施例提出一种视野计系统，所述视野计系统包括计算机1、投影仪2、准直透镜3、半球面散射屏4以及目镜5。所述计算机1电性连接所述投影仪2，所述计算机1对所要进行投影的图像进行校正。经过校正后的图像传输给所述投影仪2，所述投影仪2可以为激光扫描投影仪。激光扫描投影仪可以包括控制系统21、激光发射装置22以及振镜系统23。所述控制系统21可以包括驱动电路211和控制部件212，通过所述驱动电路211接收所述计算机1对所述振镜电机231的控制命令并进行相应的指令操作，所述控制部件212用来控制振镜的偏转角度，最终将图像以2α的投影张角投射到所述准直透镜3上。所述激光发射装置22产生激光，同时向外发射激光束。所述振镜系统23可以包括振镜电机231和双振镜组232。所述振镜电机231可以作为执行机构，所述双振镜组232分别进行图像扫描。所述准直透镜3用于将由所述激光扫描投影仪射出的激光束转换为平行光，经过准直后的平行光射向所述半球面散射屏4。所述半球面散射屏4对经过所述准直透镜3准直后的平行光束进行散射成像，所述目镜5将所述半球面散射屏4上的图像放大为半球形虚像6，实现视野计系统的虚拟放大成像。
综上所述，本实施例公开了一种视野计的投影成像装置及视野计系统，使用计算机对投影图像进行校正并将校正后的图像输出给投影仪。投影仪将校正图像投射到准直透镜上。光线经过准直透镜出射，在半球面散射屏上散射成像。目镜将半球面散射屏上的图像放大为半球形虚像，来替代传统视野计的半球形屏幕。本发明可应用于虚拟视野计，避免了大尺寸半球形屏幕的使用，结构简单紧凑，便携性高。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种视野计的投影成像装置，其特征在于，包括：
投影仪，电性连接计算机；
准直透镜，用于准直所述投影仪投射的光线；以及
半球面散射屏，位于所述准直透镜的出光侧，所述半球面散射屏对所述准直透镜出射的光线进行散射成像，且所述准直透镜的中心轴线与所述半球面散射屏的中心轴线处于同一直线。
2.根据权利要求1所述的视野计的投影成像装置，其特征在于：所述投影仪设置在所述准直透镜的入光侧。
3.根据权利要求2所述的视野计的投影成像装置，其特征在于：所述投影仪的中心线与所述准直透镜的中心线重合。
4.根据权利要求1所述的视野计的投影成像装置，其特征在于：所述投影仪与所述准直透镜的距离和所述准直透镜的焦距长度相等。
5.根据权利要求1所述的视野计的投影成像装置，其特征在于：所述准直透镜的直径为所述半球面散射屏曲率半径的两倍。
6.根据权利要求1所述的视野计的投影成像装置，其特征在于：所述视野计的投影成像装置还包括目镜，所述目镜设置在所述半球面散射屏远离所述准直透镜的一侧。
7.根据权利要求6所述的视野计的投影成像装置，其特征在于：所述目镜的中心线和所述半球面散射屏的中心线重合。
8.根据权利要求6所述的视野计的投影成像装置，其特征在于：所述半球面散射屏与所述目镜之间的距离和所述半球面散射屏的曲率半径相等。
9.根据权利要求8所述的视野计的投影成像装置，其特征在于：所述目镜将所述半球面散射屏上的图像放大为半球形虚像，且所述半球形虚像位于所述准直透镜的入光侧。
10.一种视野计系统，其特征在于，包括：根据权利要求1所述的投影成像装置。
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