专利名称：色觉脱盲训练装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于医用康复装置和光学装置技术领域，借助本实用新型的训练装置可以使具有先天性色觉缺陷的人提高辨别颜色的能力。
背景技术：
色盲是人的一种视觉缺陷，在人群中有不少于5％的男子和大约0.4％的女子有这种视觉缺陷，在色盲中又以红绿色盲居多。这部分人中绝大多数是由于遗传基因造成的，有很少的色盲是由于后天外伤或维生素A严重缺乏造成的。人们对色盲遗传规律的研究已经取得了成果，但目前仍然不能有效控制色盲人群的出生。对于有色觉缺陷的儿童，他们在天真玩耍时并不知道自己带有先天不足，甚至到了刻苦学习的少年时期他们也不知道自己将来的命运，他们或许立志成为科学家或许希望自己将来成为新闻记者或是光荣的军人。尽管先天具有某种缺陷的人在智力和毅力上可能会更具有某种天赋，然而他们对未来的怅惘只能是一种梦想。大学有100多个专业不能录取他们，他们在正当就业方面同样会遇到很多麻烦。
对于色盲的治疗现有技术提出了一些方法，主要包括以下两种一种是中医针灸治疗，但是这种治疗是有一定痛苦的，它的确切效果如何还需要进一步验证。
另一种是佩带色盲镜进行矫正，色盲镜在光学工程上被称作滤光片，滤光片可以是有色玻璃或染色塑料，也可以是镀膜的玻璃或镀膜塑料片。佩带这种矫正镜时可以分辨出色觉检查图中的数字和图形，由于这种滤光片将自然光中大部分可见波长的光反射或吸收掉了，只有波长较长的红色光穿透过了滤光片，因此佩带眼镜的色盲人除了由红色点组成的图案以外，其它就看不到了，在佩带眼镜人看来自然界一切都是红的。这种色盲矫正镜只是对色觉检查图识别的一种技术措施，在对辨色力进行检查时是绝对不允许被检验者佩带有色眼镜或有色隐型眼镜的，况且佩带色盲镜使人更不能真实观察自然界。
技术内容本实用新型的主要目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种对色盲者进行训练以提高色盲患者的辨色能力，使色盲患者的辨色力甚至可以接近正常人的色觉脱盲训练装置，并且建立在本实用新型基础上的训练方法也是非常安全的。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种色觉脱盲训练装置，其中该装置由本体、色谱变换装置和光学透镜系统组成，该色谱变换装置和光学透镜系统容置在该本体内，而该色谱变换装置包含有其上设有训练内容的图案模板和光源，该光源发出的光在该图案模板上形成所需要的光谱，通过该光学透镜系统进入色盲患者的视觉系统，来帮助其进行脱盲训练。
其中，所述的图案模板包括多个可由一旋转控制装置有选择地进行转动的图案模板，该多个图案模板均匀分布在一个圆周上，其中一个图案模板为主位模板，该主位模板位于该光学透镜系统的焦面上，而所述的光源分为透射式光源和发射式光源，该透射式光源位于该圆周内侧，而该发射式光源位于该主位模板的外侧。所述的图案模板包含有其上设置有红色或绿色图案层的基板，该基板由无色玻璃或塑料制成，在该基板上未设置有图案层处覆有绿色或红色膜层。
所述的图案模板和光学透镜系统之间还设有防止患者产生乏味感觉的空间滤光器，该空间滤光器以两块平行的透明玻璃为主体，在该两块透明玻璃一端设有红色滤光片，其另一端容置有所述的发射式光源，该红色滤光片旁侧设有为红色滤光片提供光线的光源。
色盲患者借助色觉脱盲训练装置的帮助其辨色能力都会有显著提高。训练的成果是自然条件下所不能取得的。由于色觉脱盲训练装置的使用是经常和渐进的，色觉脱盲训练从人的视觉功能上改变了人的辨色能力因此它与佩带色盲眼睛是截然不同的。
以下结合附图说明和具体实现方式来详细介绍本实用新型。
图1是人的视觉基本过程框图。
图2是光波的波长与颜色的关系示图。
图3是红色盲人群的光谱示意图。
图4是红绿色盲的光谱示意图。
图5是利用反射光获得的色觉脱盲训练用图谱一。
图6是利用透射光获得的色觉脱盲训练用图谱二。
图7是色觉脱盲训练用图谱三。
图8是多数电致发光元件的的光谱曲线图。
图9是本实用新型实施例一的系统示意图。
图10是本实用新型实施例一的模板示意图。
图11是本实用新型实施例二的系统示意图。
图12是本实用新型实施例三的系统示意图。
图13是本实用新型实施例三的模板结构及模板控制示意图。
具体实现方式在描述本实用新型实施例之前，先介绍一些背景知识，以便于贵审查员了解本实用新型的原理。相关的背景知识如下人通过眼睛对物体上各点辐射(也可能是反射或散射，对光的接收来说统称作辐射)的强弱不同和波长不同的光作出选择性的反应被称作人的色觉，把能引起色觉的辐射称为色刺激。人有约1亿七千万个、直径约为2微米的感光细胞，这些细胞呈两种形状圆柱体细胞和圆锥体细胞，圆柱体细胞占到感光细胞总数的97％，而圆锥体细胞的数量仅占到感光细胞总数的3％。在人眼内有一个被称作中心窝的椭圆区域，在此区域内几乎全是圆锥体细胞，从中心窝向外的相当范围才开始有圆柱体细胞。由于这两种细胞所含的″色素″-视紫红质，是完全不同的，因此它们的作用也是不同的，圆柱体细胞主要是接收和传递亮度信息的，而圆锥体细胞是接收和传递色觉信息和视觉像细节的。视网膜上的圆锥体细胞又分为三种不同的锥体细胞，它们是三种不同的光波感受器，每一种有自己独特的光灵敏度和灵敏度范围。视网膜上的锥体细胞将感受的光信息送到视神经通道，经过加工后再送到大脑视觉中枢。
图1是人的视觉基本过程，颜色的合成和感知有加色法(也称三色机理)和减色法(也称四色机理)的解释，加色法认为红+绿＝黄；红+蓝＝品红；绿+蓝＝青；红+绿+蓝＝白。减色法将白作为基色认为白-红＝绿+蓝＝青；白-绿＝红+蓝＝品红；白-蓝＝红+绿＝黄；白-红-绿-蓝＝黑。自然界中大部分颜色的形成都可以用四色机理解释，如我们看到的绿色植物，正是因为它吸收了太阳光波中大部分可见光的能量而把呈绿色的光波反射了回去，也就是白-红-蓝＝绿；煤矿石把照射到它的太阳光波中的绝大部分能量都吸收了因此它聚集了很多的能量，也就是白-红-绿-蓝＝黑。工程科学和医疗科学的成果显示在视网膜上的锥体感受器是加色法或称作三色机理；在视神经传导通道中的视觉信息是减色法或称作四色机理，用工程技术术语可描述为编码是按三色机理，解码是按四色机理。绝大多数色盲的感光细胞和神经传导系统是健全的，只是功能不够完善，更多的问题出在神经传导通道上。
可见光是电磁波中很小的一部分，正常人能分辨的波长为400nm-760nm。不同的波长段被人们区分为不同的颜色，图2是不同波长所对应颜色的波谱。图3是一般红绿色盲的波谱。
色觉是人对不同光波长辐射的一种主观判断，人们发现三基色原理和四色原理主要是基于人眼对颜色的识别特性，由红、绿、蓝三基色可以调出无穷种不同的颜色来，除色盲外所有人都能准确判别微小差异的色卡吗？当然不是。即使是认为很正常的人群他们的辨色力也是有差别的，这种差别不完全取决于先天，而是和后天的环境和关注度有很大关系。如专业的调色师或专业的彩色印刷师和织染业的技师，他们的辨色力要比其它职业的人强很多，这种职业的辨色力在很大程度上是训练出来的。那么他们是怎样训练出来的呢？刚参加工作的彩色印刷师总是用高倍的放大镜去仔细观察印刷品上的纹路，他对微小的细节非常关注。在这个高度凝视过程中，加速了视网膜上虽然数量较少但相对集中的圆锥体细胞的光化学反应以及视神经通道的电化学反应。而圆锥体细胞正是管影像细节和色觉的，久而久之印刷师的辨色能力就是我们所不能比拟的了。
颜色具有三个属性即色调、饱和度和明度。色调反映的是颜色的主波长概念，红绿色盲就是不能准确区分红色调和绿色调；饱和度也被称作彩度，不同的领域有不同的说法，它指的是颜色的纯洁性，通常也被说成纯度，这是色盲最为迷惑的；明度是指具有颜色的物体之亮度，如发红颜色的10瓦灯泡和发同波长红颜色的20瓦灯泡，它们具有不同的亮度。另外反射光或散射光与自发光也是有区别的。
本实用新型实施例所述的一种色觉脱盲训练装置，该装置由本体、色谱变换装置和光学透镜系统组成，该色谱变换装置和光学透镜系统容置在该本体内，而该色谱变换装置包含有其上设有训练内容的图案模板和光源，该光源发出的光在该图案模板上形成所需要的光谱，通过该光学透镜系统进入色盲患者的视觉系统，来帮助其进行脱盲训练。
因为色盲患者是不能在一般环境下训练脱盲的，色觉脱盲训练可以借助本实用新型所述的装置，这种装置具有一定的封闭性，即其本体是封闭的，它能吸引使用者的高度注意力。色觉脱盲训练装置给予使用者的视觉细胞和视神经通道以适当的色光刺激，在特定的条件下，这种刺激可以帮助色盲区分不同的色调。在色光的纯度和亮度逐渐改变的情况下，借助本实用新型实施例训练的人仍然能够区分红绿色调。色觉脱盲训练装置在本实施例的图案模板上按本实用新型的原理制作相应的光波长谱线图案。
该光波长谱线图案首先包括图4的色谱，图4是利用反射光获得的谱线，在透射光情况下图5的谱线比较容易获得，这两者是等效的。经过适当的光刺激要使接受训练的人能够准确地分辨出这是两种不同颜色的光，进而分辨出是明显不同的两种光。
其次还包括如图6所示的波谱，通过逐渐改变谱线的高度，使受训练的人在光波发生明度变化时，仍然能够分辨出它们色调的区别。
另外还包括如图7所示的波谱，使受训练的人在接收不同饱和度光波时，还能够分辨出它们色调的区别。
值得提醒的是在色觉脱盲训练装置中会用到不同光波谱线，这些谱线可以用反射光获得也可以用透射光获得。当装置中用到电致发光器件时需要注意到它们的谱线形状，图8是目前多数电致发光器件的光波谱线，色觉脱盲训练不能一开始就使用这样的光波谱线。本实用新型也可以包括任意改变图谱的色饱和度或色亮度功能，这种改变应该是循序渐进的。所有后一种的改变都是在现阶段取得成果后才转入的，这和学生上课一样要一课一课的上。
总之，本实用新型实施例的色觉脱盲训练装置的技术要点在于1.装置必须是一个封闭的系统，也就是说，当人眼在接受训练时只能注意到装置提供的图景；2.色觉脱盲训练装置内设置有模板，模板上有背景和图案，它们的色调是红和绿的；3.模板上图案是由反射光或透射光构成的，反射光或透射光的波谱是有要求的；4.不同的训练阶段使用不同的图案波谱。图案上的波谱色饱和度和亮度是变化的；5.模板上图案必须包括一些细微的线条或微细的符号；6.具有一个聚焦的光学镜，它的视觉倍率在3-15倍。接受训练的色盲把眼睛置于光学镜的入瞳处，通过光学镜注视本实施例内的模板图案。
实施例一本实用新型的色觉脱盲训练装置以光学系统和图案模板为核心，它们分别起到光刺激和色谱变换的作用。图9是本实用新型的辨色训练显微镜的系统示意图，这个系统有光源31和32，32是透射式照明光源，它发出的光均匀的散射向图案模板2a、2b、2c、2d。主体模板2a的右面有训练用图案，这个图案主要是由红色和绿色构成的，图案模板2a的图案面位于透镜系统的焦面位置，而图案模板2a、2b、2c、2d是相互不同的图案，它们都可以在一旋转控制装置的驱动下分别进入主位取代图案模板2a，不同的图案模板具有不同的光谱特性承担不同阶段的训练内容，在图9中示意了4个活动的图案模板，在结构形式允许的情况下可以适当多设一些不同图案的模板，一般三、四个模板也够了。31是反射式或散射式光源，它发出的光同样均匀的散射向图案模板2a，光源31和32都是均匀的白光，它们都很接近自然白光。它们仅需要很小的功率，如2-5瓦。
图案模板2a、2b、2c、2d主要由基板和图案组成。如图10所示，基板21由无色玻璃或塑料制成，在它没有图案的部分表面处覆有绿色膜层，图案22是由红色膜层构成的图案，基板和图案的色调也可以互相颠倒。照相复制工艺是制作模板的最经济、最快捷的方法之一。图案尽可能包括一些细线条(如线条宽度0.1mm或更细)，以吸引观察者的注意力，这是调动视网膜上圆锥体细胞活力增加光化学反应所必需的。特别是对应人眼在5度的视野范围内必须有很锐利而细腻的红色细节图划，因为人眼在这个视野内聚集了大量的圆锥体细胞。初期训练主要使用光源31。
12和13组成聚焦光学透镜系统，该光学透镜系统应具有良好的设计质量，本实用新型的实施例是两组三片形式构成。该色觉脱盲训练显微镜的光学系统有良好的像差校正，特别是色差的存在会影响训练装置的质量。光学透镜系统还应有对焦调节功能，以适应不同视力的人群。色觉脱盲训练显微镜的聚焦镜能对使用者产生有效的色视觉刺激。
如图9所示，11是人眼的理想位置，透镜13由折射率nd＝1.613，阿贝数υ＝60.6的光学玻璃制成，它的凸面曲率半径是R15.5mm，凹面的曲率半径是R37.5mm，沿轴的中心厚度是5mm。胶合透镜12的胶合面的曲率半径是R12mm，双凸透镜的另一个面的曲率半径是R21.5mm，两面的沿轴中心厚度是6mm，双凸透镜由折射率nd＝1.5399，阿贝数υ＝59.7的光学玻璃制成。负弯月透镜凸面曲率半径是R55mm，此透镜由折射率nd＝1.6128，阿贝数υ＝36.9的光学玻璃制成，两面间的沿轴中心厚度是1.5mm。12和13的中心距离是9mm。
由于色盲患者对反射色光和对透射(或自发)色光的感受是有差别的，本实施例既有反射光又有透射光，接受训练者可以从多个角度感受色光的刺激。其中的图案模板与两个光源相配合就能产生图4至图8所示曲线的光波。
实施例二上述实施例一中基板上的图案在正常人看来是非常醒目的，但红绿色盲只有在接受较长时间(如每天10次，每次3分钟，需要100天)训练后才能看到图案，这期间接受训练的人会感到乏味。本实施例二同样是根据本实用新型原理设计的色觉脱盲训练装置，在所述的图案模板和光学透镜系统之间还设有防止患者产生乏味感觉的空间滤光器，该空间滤光器以两块平行的透明玻璃为主体，在该两块透明玻璃一端设有红色滤光片，其另一端容置有所述的发射式光源，该红色滤光片旁侧设有为红色滤光片提供光线的光源。
如图11所示，21和22是两块透明玻璃，23是红色滤光片，24是接近自然光的照明光源它所辐射的白光在穿过红色滤光片23后成为红色光(其它光被吸收)，这样21和22之间的空间就形成了一个空间滤光器。
白色光源41是为获得图案模板31上的反射光而设的，42是图案模板31的透射光源，图案模板31也可以象上述实施例一那样提供可切换的多个图案模板。例2与实施例一的不同之处在于它附加了空间滤光器，当色盲患者最初通过聚焦镜12观看图案模板时可以打开光源24，这样色盲可以很容易看到图案模板31上的图案。通过控制器25来调节光源24的亮度，在训练的过程中逐渐降低光源24的亮度，最终把光源24的亮度降为零。红色滤光片23是矫正光源24的，若光源24能够提供所需的光谱曲线的话，该红色滤光片23可以不设。在本实施例中控制器25要有很好的微调功能。
实施例三图12是根据本实用新型原理设计的另一种色觉脱盲训练装置的原理示意图。图12中承载发光器件的电路板23，所有发光器件22的管脚或导电极都连接在它上面，图12中的22是发光二极管LED阵列，这个阵列的每一个发光器件22都受控制器CONT 3的控制，它发出的光穿过透明覆盖片21，再经过聚焦透镜12，从眼瞳位置11进入人的眼睛。聚焦透镜12可以是正光焦度的，也可以是负光焦度的，它取决于发光二极管LED阵列排列的密度，发光二极管LED阵列中的发光元要尽可能小，目前1mm的贴片元件就可以满足要求。聚焦透镜12的倍率为3-10倍比较适宜。当选用发光元件体积较大而排列密度小时，透镜最好选择负光焦度的。
如图13，在电路板23上排列着由发绿色光的LED 22a和发红、绿双基色光的LED 22b组成的发光器件阵列22。22b在电路板23上组成图案，如图中的汉字″色″。由于图案是由红、绿双基色发光器件组成，图案的色纯度和亮度受控制器3b的控制，可以发出黄色、橙色等多种色光，并且可以改变亮度。通过控制器3a可以调节绿色背景22a的亮度，所有这些改变需要非常缓慢的过渡，并且用数字的形式显示出来，以精确地显示和记录色盲者脱盲训练的进程。本实施例三中采用的LED发光器件阵列也可以都是双基色的，甚至可以是LCD液晶屏，这并不背离本实用新型的宗旨。根据本实用新型原理色觉脱盲训练装置应该是尽量简单的，只要使模板能产生所需要的光谱曲线特性就可以。
利用本实用新型提高色盲辨色能力的训练方法是建立在色觉脱盲训练装置上的，需要本实用新型的训练装置支持，训练装置可以对人眼的视网膜圆锥体细胞和视神经通道产生刺激作用。色觉脱盲训练装置可以是单目的也可以是双目的，由于训练和刺激的是人的明视觉感光细胞和视觉神经通道，刺激的效果是经过大脑合成的，因此对接受训练人的视力情况没有苛求。
然而，以上的实施说明及图式所示，是本实用新型较佳实施例之一，并非以此局限本实用新型，因此，凡一切与本实用新型构造、装置、特征等近似、雷同的，均应属本实用新型的创设目的及申请专利的保护范围之内。
权利要求1.一种色觉脱盲训练装置，其特征在于该装置由本体、色谱变换装置和光学透镜系统组成，该色谱变换装置和光学透镜系统容置在该本体内，而该色谱变换装置包含有其上设有训练内容的图案模板和光源，该光源发出的光在该图案模板上形成所需要的光谱，通过该光学透镜系统进入色盲患者的视觉系统，来帮助其进行脱盲训练。
2.如权利要求1所述的一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的图案模板包括多个可由一旋转控制装置有选择地进行转动的图案模板，该多个图案模板均匀分布在一个圆周上，其中一个图案模板为主位模板，该主位模板位于该光学透镜系统的焦面上，而所述的光源分为透射式光源和发射式光源，该透射式光源位于该圆周内侧，而该发射式光源位于该主位模板的外侧。
3.如权利要求2所述的一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的图案模板包含有其上设置有红色或绿色图案层的基板，该基板由无色玻璃或塑料制成，在该基板上未设置有图案层处覆有绿色或红色膜层。
4.如权利要求2所述的一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的图案模板和光学透镜系统之间还设有防止患者产生乏味感觉的空间滤光器，该空间滤光器以两块平行的透明玻璃为主体，在该两块透明玻璃一端设有红色滤光片，其另一端容置有所述的发射式光源，该红色滤光片旁侧设有为红色滤光片提供光线的光源。
5.如权利要求4所述的一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的为红色滤光片提供光线的光源和一光源控制器相连。
6.如权利要求3至5所述的任一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的图案模板中图案层上设置有以吸引患者注意力的细线条。
7.如权利要求2所述的一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的图案模板为承载有发光器件的电路板，所述的光源为该发光器件。
8.如权利要求7所述的一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的电路板和光学透镜系统之间还设有透明覆盖片。
9.如权利要求7或8所述的一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的发光器件和一光源控制器相连。
10.如权利要求7或8所述的一种色觉脱盲训练装置，其中，所述的发光器件为由发红色、绿色双基色的发光器件。
专利摘要本实用新型公开了一种色觉脱盲训练装置，其中该装置由本体、色谱变换装置和光学透镜系统组成，该色谱变换装置和光学透镜系统容置在该本体内，而该色谱变换装置包含有其上设有训练内容的图案模板和光源，该光源发出的光在该图案模板上形成所需要的光谱，通过该光学透镜系统进入色盲患者的视觉系统，来帮助其进行脱盲训练。色盲患者借助色觉脱盲训练装置的帮助其辨色能力都会有显著提高。训练的成果是自然条件下所不能取得的。由于色觉脱盲训练装置的使用是经常和渐进的，色觉脱盲训练从人的视觉功能上改变了人的辨色能力因此它与佩带色盲眼睛是截然不同的。
文档编号A61H5/00GK2610896SQ0324233
公开日2004年4月14日 申请日期2003年3月24日 优先权日2003年3月24日
发明者梁来顺 申请人:梁来顺