CN114099266A - 一种用于矫正弱视的智能电光眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，包括左眼电光镜片、右眼电光镜片、控制模块和探测器，所述电光镜片的透过率连续可调且在任意透过率状态下的持续时间独立可控；所述探测器用于实时判断两眼汇聚状态；利用本发明公开的智能电光眼镜可以对左眼镜片和右眼镜片选择不同的透过率，设定一个周期内不同的持续时间对患者进行优化训练；并记录患者每天佩戴、使用眼镜时间，能更有效地矫正和治疗弱视。
Description
技术领域
本发明涉及视光学技术领域，特别涉及一种用于弱视矫正的智能电光眼镜。
背景技术
儿童弱视是一个较普遍的视觉异常现象，其临床表现为患者倾向于只用一只眼睛、不用另一只眼睛。产生这一症状的患者有的两眼视力相差较大，有的存在一只眼睛的光轴发生偏转。后者在手术后通常仍然带有残余的弱视现象。中国儿童的发病率约7%(全球约3-5%)。弱视必须在7岁以前矫正好，否则会带入成年，很难再矫正。考虑到巨大的人口数量，这是需要有效解决的国民健康问题，也具有很大的市场。2016年全球市场额约为43亿美元，年增长率为3.8%。在发达国家如英国，要求4-5岁的儿童必须做弱视检查，通常检查出来的视力问题90%与弱视有关。及时有效的矫正弱视极其重要。
传统的解决办法是用简单的布或不透明的材料将患者的好眼睛遮盖起来，强迫患者使用差眼睛。这样做的缺点和问题是：(1)由于不美观，很多孩子在训练过程中不坚持佩戴，导致训练效果差；(2)只使用一只差眼睛的过程中患者没有自然体视效应，人眼与大脑之间的视觉传输功能没有得到训练。为克服第一个问题，有人提出用具有开和关两种状态的液晶眼镜来取代已有的遮眼方法，但已有的基于偏振片的液晶镜片或利用其它液晶材料的镜片消光比不高，在开通的状态下透过率不高，而且该方法没有解决第二个根本问题。
总之，现有的矫正弱视的方法都没有发挥患者的双眼体视效应，都没有在开与关两种状态之间控制习惯用的眼睛的透过率，当然也都没有控制任意透过率状态下的持续时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于弱视矫正的智能电光眼镜，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请公开了一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：包括智能眼镜镜架、电光镜片、控制模块、照明光源和探测器，所述智能眼镜镜架上设有左右两个镜片框，所述镜片框内设有电光镜片，两块电光镜片上分别设有照明光源，所述照明光源分别朝向佩戴者左眼和右眼，所述照明光源的一侧设有探测器，所述探测器用于获取眼角膜与瞳孔反射回来的图像，所述智能眼镜镜架内部设有控制模块，所述电光镜片、照明光源、探测器与控制模块相连接。
作为优选，所述控制模块包括微处理器、电源模块、驱动电路、电压控制模块、视觉处理模块和通讯模块，所述电压控制模块、驱动电路与电光镜片相连接，用于控制调节电光镜片的透过率；所述视觉处理模块与探测器、照明光源相连接，用于判断双眼的汇聚状态；所述通讯模块与外界服务器之间相连接，所述通讯模块用于记录佩戴者每天使用眼镜的时间；所述电源模块为整个控制模块提供电能；所述电压控制模块、视觉处理模块、通讯模块和电源模块均与微处理器相连接。
作为优选，所述电光镜片的透过率连续可调，所述电光镜片的最高与最低透过率之比大于100。
作为优选，两个电光镜片上的照明光源呈对称分布，两个电光镜片上的探测器呈对称分布。
作为优选，所述照明光源位于电光镜片上靠近鼻梁的一侧，所述探测器位于电光镜片上靠近鼻梁的一侧。
作为优选，所述电光镜片包括两层透明基底材料、透明导电薄膜和电光材料，所述透明基底材料的内表面设有透明导电薄膜，两个透明导电薄膜之间设有电光材料，所述电光材料为液晶材料、手性材料以及对光有吸收特性的掺杂材料的混合体。
作为优选，所述电光材料的厚度为3~50微米。
作为优选，所述液晶材料、手性材料和掺杂材料三者的质量比为 ((1 : (0.01-0.12)) : (0.01-0.10)。
本发明的有益效果：
本发明提供一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，通过微处理器、电压控制模块和驱动电路能任意、独立地控制左眼电光镜片和右眼电光镜片的透过率，不需要偏振片，能任意、独立控制左眼电光镜片和右眼电光镜片在每个透过率状态的持续时间，通过微处理器和视觉处理模块能实时判断左眼和右眼的汇聚状态，通过微处理器和通讯模块能准确记录患者每天使用智能眼镜的时间，能更有效地矫正和治疗弱视。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明一种用于矫正弱视的智能电光眼镜的结构示意图；
图2是本发明本发明控制模块的结构连接示意图；
图中：1-智能眼镜镜架、2-左眼电光镜片、3-右眼电光镜片、4-微处理器、5-照明光源、6-探测器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参阅图1和图2，本发明实施例提供一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，本发明的一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，包括智能眼镜镜架1、左眼电光镜片2、右眼电光镜片3、控制模块；所述左眼电光镜片2放置于智能眼镜镜架1的左眼框内；所述右眼电光镜片2放置于智能眼镜镜架1的右眼框内；所述控制模块嵌入智能眼镜镜架1内；所述左眼电光镜片2和右眼电光镜片3上对称分布有两个照明光源5，左侧光源朝向左眼，右侧光源朝向右眼。光源在镜架上的位置不局限，一种选择是靠近鼻梁处；所述两个照明光源5的一侧分别置有探测器6 ，左侧相机用于获取从左眼角膜和瞳孔反射回来的图像，右侧相机用于获取从右眼角膜和瞳孔反射回来的图像。相机在镜架上的位置不局限，一种选择是靠近鼻梁处，所述探测器6用于实时判断两眼汇聚状态；
所述左眼电光镜片2和右眼电光镜片3对自然光完全响应，与偏振无关，且镜片透过率连续可调；所述左眼电光镜片2和右眼电光镜片3的最高与最低透过率之比尽可能高，如大于100；
不需要偏振片、低工作电压、高对比度、不需要控制液晶分子排列的薄膜等特征是高性能、透过率连续可调的电光眼镜镜片要达到的目标；因此提出两种可行的实现方案：（1）利用掺杂材料对光的吸收特性和液晶与手性材料混合体在不同振幅电压下排列发生变化而引起的光的散射特性，电光镜片的透过率随着外加电压的振幅的变化而变化；（2）利用掺杂材料对光的散射和对外加电压的频率有响应的液晶与手性材料混合体在不同电压频率下排列发生变化而引起的光的散射特性，电光镜片的透过率随着外加电压的频率的变化而变化。
左眼电光镜片2和右眼电光镜片3在每个透过率状态的持续时间由微处理器和电压控制模块决定，可编程；
左眼和右眼的实时汇聚状态的判断由人工智能方法实现，具体做法是：在每一时刻，左眼的探测器6探测到从左眼角膜和瞳孔反射回来的图像，照明光源5发出的光从角膜反射回来的信号是一个亮斑，计算出该亮斑中心与左眼瞳孔中心的距离 vl；右眼的探测器6探测到从右眼角膜和瞳孔反射回来的图像，照明光源5发出的光从角膜反射回来的信号是一个亮斑，计算出该亮斑中心与右眼瞳孔中心的距离 vr；用一系列视觉正常的人和两眼汇聚异常的人分别做标定，建立数据对，训练深度学习神经网路；当弱视患者佩戴该智能眼镜时，微处理器可实时算出 vl和vr，将这两个参数与瞳孔间距输入训练好的深度学习神经网络，微处理器即可输出两眼汇聚状态。
所述控制模块上集成有电源模块、驱动电路、电压控制模块、微处理器、视觉处理模块和通讯模块，根据患者的个性化情况，所述驱动电路产生的电压信号分别对左眼电光镜片2和右眼电光镜片3选择不同的透过率和一个周期内不同的持续时间进行优化训练，比如将患者常用的眼睛所对应的电光镜片透过率选较低值（如0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5）；在一定周期内（如1分钟），一段时间（如20秒）透过率为某一个值，另一段时间（如40秒）透过率为另一个值。将患者不常用的眼睛所对应的电光镜片透过率选较高值。利用照明光源5和探测器6识别人眼瞳孔图像，利用视觉处理模块实时判断两眼汇聚状态。所述微处理器记录每天使用智能眼镜时间，评估训练效果，并通过通讯模块上传到服务器，为患者制定个性化方案，有效矫正和治疗弱视。
本方案的关键在于，左眼电光镜片2和右眼电光镜片3的透过率及在每个透过率状态的持续时间可调，由微处理器、电压控制模块及驱动电路控制；两眼实时汇聚状态由眼睛跟踪仪（左眼和右眼LED光源、左眼和右眼探测器、微处理器）通过人工智能算法做出判断；用户每天使用眼镜的时间由微处理器和通讯模块记录；电光镜片具有偏振无关（不需要偏振片）、结构简单（不需要液晶分子初始排列控制层）、低振幅电压、响应快、对比度大等特征，镜片有两层透明基底材料，其内表面镀有透明导电薄膜，电光材料夹在两层导电薄膜之间，电光材料厚度为3-50微米；电光材料可以是液晶材料、手性材料以及对光有吸收特性的掺杂材料的混合体，三者质量比可以为 ((1 : (0.01-0.12)) : (0.01-0.10)，电光镜片的透过率随着外加电压的振幅或频率的变化而变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：包括智能眼镜镜架、电光镜片、控制模块、照明光源和探测器，所述智能眼镜镜架上设有左右两个镜片框，所述镜片框内设有电光镜片，两块电光镜片上分别设有照明光源，所述照明光源分别朝向佩戴者左眼和右眼，所述照明光源的一侧设有探测器，所述探测器用于获取眼角膜与瞳孔反射回来的图像，所述智能眼镜镜架内部设有控制模块，所述电光镜片、照明光源、探测器与控制模块相连接。
2.如权利要求1所述的一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：所述控制模块包括微处理器、电源模块、驱动电路、电压控制模块、视觉处理模块和通讯模块，所述电压控制模块、驱动电路与电光镜片相连接，用于控制调节电光镜片的透过率；所述视觉处理模块与探测器、照明光源相连接，用于判断双眼的汇聚状态；所述通讯模块与外界服务器之间相连接，所述通讯模块用于记录佩戴者每天使用眼镜的时间；所述电源模块为整个控制模块提供电能；所述电压控制模块、视觉处理模块、通讯模块和电源模块均与微处理器相连接。
3.如权利要求2所述的一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：所述电光镜片的透过率连续可调，所述电光镜片的最高与最低透过率之比大于100。
4.如权利要求2所述的一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：两个电光镜片上的照明光源呈对称分布，两个电光镜片上的探测器呈对称分布。
5.如权利要求4所述的一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：所述照明光源位于电光镜片上靠近鼻梁的一侧，所述探测器位于电光镜片上靠近鼻梁的一侧。
6.如权利要求1所述的一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：所述电光镜片包括两层透明基底材料、透明导电薄膜和电光材料，所述透明基底材料的内表面设有透明导电薄膜，两个透明导电薄膜之间设有电光材料，所述电光材料为液晶材料、手性材料以及对光有吸收特性的掺杂材料的混合体。
7.如权利要求6所述的一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：所述电光材料的厚度为3~50微米。
8.如权利要求6所述的一种用于矫正弱视的智能电光眼镜，其特征在于：所述液晶材料、手性材料和掺杂材料三者的质量比为 ((1 : (0.01-0.12)) : (0.01-0.10)。
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