一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，包括：头戴式图像显示系统，用于显示不同空间频率、不同对比度的视知觉学习训练图像；个性化高阶像差矫正器，用于矫正人眼低阶和高阶光学像差；以及视觉训练系统，用于处理和显示不同视知觉学习任务，并通过图像显示系统显示给被试者，进行人眼视觉训练。本发明结构紧凑，便于携带和使用，通过矫正人眼高阶像差，人眼可以获得传统低阶像差矫正无法获得的最清晰视觉刺激，在此基础上进行单/双眼视觉训练，从而有效提高视觉训练效果和人眼视功能。
【专利说明】一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪
【技术领域】
[0001]本发明提出的一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪属于光学【技术领域】。
【背景技术】
[0002]人类视力的发育有一个逐步完善的过程。人出生时，眼球的发育已大体完成。但是，无论是在解剖上，还是在生理功能上，都还没有完全发育完善，在出生后的相当长的时间内还在继续发育。视力的正常发育要具备两个条件:一为出生后的自然生长、发育过程，另一为外界的视觉刺激。在视力发育关键期的年龄(0-7岁)，如果长时间把眼睛遮盖，由于没有外界物像的正常视觉刺激，视力得不到应有的发育，而只停留在低视力的水平。
[0003]眼球的功能是影响视力的重要因素。眼球的光学特性并非完美，其性能受瞳孔的衍射、角膜和晶状体的像差、房水的散射等多种因素的影响(D.R.ffilliams,,&Hofer, H..Formation and Acquisition of the Retinal Image.1n:J.S.ff.Leo M.Chalupa(Ed.)TheVisual Neurosciences, the MIT Press,Cambridge, Massachusetts, London, England，2003)o
[0004]一般而言,房水的散射可以忽略不计。瞳孔较大时,像差较大,而衍射较小；瞳孔较小时，像差较小，但衍射较大。人眼像差又可以分为低阶像差和高阶像差，其中低阶像差很容易得到矫正，而高阶像差矫正起来则相对困难。
[0005]最近，许多研究者(Geun-YoungYoon and David R.Williams, VisualPerformance after correcting the monochromatic and chromatic aberrations of theeye, J.0pt.Soc.Am.A/Vol.19, N0.2)把自适应光学技术(Adaptive Optics)应用到视觉科学的研究中来，希望借此来探索高阶像差与正常人视力的关系以及空间视力的极限。但是，矫正视觉系统的所有像差(低阶`和高阶)后能否实现超常视力，仍未得出一致结论(Marcos, S., Sawides, L., Gambra, E., &Dorronsoro, C., Influence of adaptive-optics ocularaberration correction on visual acuity at different luminances and contrastpolarities.8:1-12，2008)。
[0006]视觉系统正常功能的发育需要视觉经验的参与(Chiu，C.，&ffeliky, Μ.，The Roleof Neural Activity in the Development of Orientation Selectivity.1n:J.S.ff.LeoM.Chalupa(Ed.) The Visual Neurosciences, The Mit Press, Cambridge, Massachusetts,London, England, 2003) 0精细视力的发育需要视觉神经系统的精细发育，而该发育则依赖于眼球的光学系统在视网膜成像的清楚程度。在人眼高阶像差和衍射的共同作用下，不能在视网膜上产生足够清晰的图像，由于该图像清晰程度的限制，视觉神经系统所能分辨的截止空间频率超不过眼球在视网膜上所能产生的图像的最高空间频率。
[0007]视知觉学习反映成年神经系统经过学习后可大大提高对特定图像识别的能力，反映了神经系统在成年后的可塑性。已有很多心理学实验发现:成人经过学习，可以大大提高完成多种视知觉任务的成功率与速度(Zhou YF, Huang CB, Xu PJ, Tao LM, Qiu ZP1Li XRand Lu ZL, Perceptual Learning Improves Contrast Sensitivity and Visual Acuityin Adults with Anisometropic Amblyopia.Vision 1^681^11,46(5):739-750,2006)0 111是，现有的视知觉学习通常采用镜片矫正人眼低阶像差，在人眼高阶像差和衍射的共同作用下，不能在视网膜上产生足够清楚的图像，由于受到图像清楚程度的限制，单纯的视知觉学习对人眼视功能的改善幅度有限。
[0008]在中国发明专利CN101947157A中，提出了一种基于自适应光学的人眼视知觉学习训练仪。该训练仪采用自适应光学技术实时测量并矫正人眼像差，可以为人眼提供清晰的视觉刺激，但是仪器结构复杂、造价昂贵，不便使用。
[0009]美国发明专利US7，486，341B2中，提出了一种头戴式可调焦的3D显示系统，采用可调焦的液晶微透镜阵列调节人眼屈光度的变化，采用液晶面板显示供人观察的目标。该系统结构紧凑，但是用于矫正人眼像差的液晶微透镜阵列较为复杂，并且只能矫正离焦像差，残留的高阶像差影响目标在眼底的成像质量。
[0010]在中国发明专利CN1971341A中，提出了一种能校正人眼高阶像差的隐形眼镜及其制作方法。该方法通过在镜片内部设置或制备有能校正人眼高阶像差的相位微结构或微结构元件以矫正人眼的高阶像差。
[0011]基于上述的基础，本发明提出一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，通过个性化人眼像差矫正器实现同时矫正人眼低阶和高阶光学像差，人眼可以获得传统低阶像差矫正无法获得的最清晰视觉刺激，在此基础上进行单/双眼视觉训练，可以有效提高视觉训练效果和人眼视功能。并且采用头戴式，结构简单，便于携带和使用。
【发明内容】
[0012]本发明解决的技术问题是:本发明提出了一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，本发明结构紧凑，便于携带和使用，通过个性化人眼像差矫正器同时矫正人眼低阶和高阶光学像差，人眼可以获得清晰的视觉刺激，在此基础上进行单/双眼视觉训练，从而有效提高视觉训练效果和人眼视功能。
·[0013]本发明技术解决方案:一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪,包括:头戴式图像显示系统，包括微型显示器件、透镜系统及控制系统，用于显示类型、不同对比度的视觉训练图像；个性化人眼像差矫正器，用于矫正人眼低阶和高阶光学像差；以及视觉训练系统，包括视频处理电路和控制系统，用于处理和显示不同视觉训练任务，并通过图像显示系统显示给被试者，进行人眼视觉训练。
[0014]优选地，所述微型显示器件可以是液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器。
[0015]优选地，所述的个性化人眼像差矫正器用于同时矫正人眼低阶和高阶光学像差，矫正器可以是空间光调制器、相位型光学器件；矫正器可以是透射式的，也可以是反射式的；矫正器位置可以是非角膜接触式的，也可以是角膜接触式的。
[0016]优选地，所述的人眼视觉训练可以是单眼单独进行，也可以双眼同时进行。
[0017]本发明与现有技术相比，本发明提出一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，采用头戴式，结构简单，便于携带和使用；通过个性化人眼像差矫正器同时矫正人眼低阶和高阶光学像差，人眼可以获得传统低阶像差矫正无法获得的最清晰视觉刺激，在此基础上进行单/双眼视觉训练，从而有效提高视觉训练效果和人眼视功能。【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的组成结构原理框图；
[0019]图2为本发明的一种视知觉学习训练示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图进一步说明本发明。
[0021]如图1所示，本发明提出的一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪由微型显示器件1、透镜系统2、人眼像差矫正器3、控制系统5、视频处理电路6组成。
[0022]控制系统5输出的图像或视频信号经视频处理电路6显示在微型显示器件I上，微型显示器件I上的图像经透镜系统2成像在人眼4眼底视网膜上，在人眼4和透镜系统2之间放置人眼像差矫正器3。人眼像差矫正器3是根据人眼4的像差数据制作的个性化人眼像差矫正器件，可以同时矫正人眼低阶和高阶像差。微型显示器件I上的图像经像差矫正器3后在人眼4的眼底视网膜上清晰成像，从而为人眼4提供清晰的视觉刺激，控制系统5根据训练者的判断改变显示在微型显示器件I的刺激图像，这一过程反复进行从而实现视知觉学习训练或精细目力训练。
[0023]微型显示器件I可以是液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器。
[0024]个性化人眼像差矫正器3可以是空间光调制器、相位微光学器件；矫正器可以是透射式的，也可以是反 射式的；矫正器位置可以是非角膜接触式的，也可以是角膜接触式的。
[0025]视觉训练任务可以是视知觉学习训练、精细目力训练。
[0026]人眼视觉训练可以是单眼单独进行，也可以双眼同时进行。
[0027]如图2所示，在每一次训练过程中，屏幕上会顺次出现两次十字线，十字线出现的同时伴随声音提示。紧接着每个十字线出现的有可能是空白图形，有可能是待检测的目标(一个边缘经模糊处理的正弦光栅)。当光栅出现在第一个十字线之后，要求被试者按下无线鼠标的左键报告。当光栅出现在第二个十字线之后，要求按下无线鼠标的右键报告。按键之后会激活下一个训练任务。重复上述过程，直至所有训练任务结束，即完成一天的视知觉学习训练任务。
[0028]视知觉学习训练可以采用传统的“测试一训练一再测试”方法，分别测试视知觉学习训练前、后人眼的对比度敏感度曲线，共测试8种空间频率(0.6、1、2、4、8、16、24、36周期/度)，不同空间频率的光栅随机出现。测试结束后，8种空间频率都将收敛到被试者的人眼对比度阈值。根据被试者在不同空间频率下人眼对比度阈值变化的情况，选择一个合适的空间频率进行训练(例如，可以根据已知的对比度敏感度曲线，推算出某一被试者的人眼对比度阈值为0.5时所对应的空间频率)。视知觉学习训练要求被试者在选定的空间频率下，每天在同一时间完成一定数量的训练任务。训练中，采用和对比度阈值测量类似的调节法进行训练，自动选取头一天被试者训练后最终的对比度阈值作为下一天的初始值，光栅的频率保持不变。
[0029]综上，本发明提出一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，采用头戴式，结构简单，便于携带和使用；通过个性化人眼像差矫正器同时矫正人眼低阶和高阶光学像差，人眼可以获得传统低阶像差矫正无法获得的最清晰视觉刺激，在此基础上进行单/双眼视觉训练，从而有效提高视觉训练效果和人眼视功能。
[0030]至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应`由所附权利要求所限定。
【权利要求】
1.一种头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，其特征在:于包括头戴式图像显示系统，包括微型显示器件、透镜系统及控制系统，用于显示类型、不同对比度的视觉训练图像；个性化人眼像差矫正器，用于矫正人眼低阶和高阶光学像差；以及视觉训练系统，包括视频处理电路和控制系统，用于处理和显示不同视觉训练任务，并通过图像显示系统显示给佩戴者，进行人眼视觉训练； 控制系统输出的图像或视频信号经视频处理电路显示在微型显示器件上，微型显示器件上的图像经透镜系统成像在眼底视网膜上，在人眼和透镜系统之间放置个性化人眼像差矫正器；人眼像差矫正器是根据人眼的像差数据制作的个性化人眼像差矫正器件，能够同时矫正人眼低阶和高阶像差；微型显示器件上的图像经像差矫正器后在眼底视网膜上清晰成像，从而为人眼提供清晰的视觉刺激；控制系统根据佩戴者的判断改变显示在微型显示器件上的刺激图像的难易程度，这一过程反复进行从而实现视知觉学习训练或精细目力训练。
2.根据权利要求1所述的头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，其特征在于:所述的视觉训练仪可以是头戴式的、头盔式的结构。
3.根据权利要求1所述的头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，其特征在于:所述的微型显示器件可以是液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器。
4.根据权利要求1所述的头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，其特征在于:所述个性化像差矫正器用于矫正人眼低阶和高阶光学像差，可以是空间光调制器、相位型光学器件；矫正片可以是透射式的，也可以是反射式的；矫正片位置可以是角膜接触式的，也可以是非角膜接触式的。
5.根据权利要求1所述的头戴式个性化人眼像差矫正视觉训练仪，其特征在于:所述的人眼视觉训练可以单眼单独进行`，也可以双眼同时进行。
【文档编号】A61H5/00GK103784298SQ201310594950
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】张雨东, 戴云, 赵豪欣, 邱传凯, 赵丽娜, 赵军磊, 康健, 肖飞 申请人:中国科学院光电技术研究所