有减少近距观察对近视发作和/或发展影响的系统的装置的制作方法

1.技术领域

本发明涉及二维电子显示器，并且更具体地，涉及包括硬件和软件的组合的二维电子显示器，所述硬件和软件用于建立更安全的观察距离以减少近点应力的发生率，并且由此减少近视的发作和/或降低由此引起的近视发展的可能性。

2.相关领域的讨论

近视或近视眼为眼睛的光学缺陷或屈光缺陷，其中来自图像的光线在它们到达视网膜之前聚焦成点。一般来讲，由于眼球球体的轴向长度过长或者角膜的前表面过陡便会产生近视。在美国，近视影响了高达百分之三十三(33)的人群，并且在世界某些地方影响了高达百分之七十五的人群。这种屈光错误的原因不是明确已知的；然而，原因很可能在于遗传因素(例如眼球尺寸和角膜曲率)与环境因素(包括适应性环境应力)的组合。可使用负光焦度的球面镜片来矫正近视。负光焦度的镜片将射来的光线发散，从而将图像的焦点转回到黄斑部。如本文所述，这些矫正型镜片治疗近视，却不能预防近视的发展。

近视发展正在助长病症的急剧增加。例如，六十年前，大约有百分之十五(15％)的中国人口是近视的。目前，对于青少年和青壮年来说，百分比接近90％。并且，虽然这在亚洲日渐流行，但欧洲和美国也在增加，在欧美地区大约有一半的青壮年很可能近视。

现已提出并开发了许多用于减慢或延缓(尤其是儿童)近视发展的方法。这些方法包括使用多焦点镜片、使用具有引入其中的一种或多种像差的镜片、使用控制像差的镜片、使用离轴焦度镜片、对角膜矫形、锻炼眼睛以及使用药理或药物疗法。具体地，阿托品，一种非选择性毒蕈碱剂，已在许多研究中被表明有助于近视治疗。

使用多焦点镜片和那些具有像差的镜片已证明存在一些不足，因为这些镜片可能损害佩戴者的远距视觉，并且如许多已公开的研究所表明，相对于年龄相仿的对照组，这些镜片针对眼轴伸长或屈光差值具有约百分之三十(30)到百分之五十(50)的有限的治疗效果。上述的其他方法也存在不足，包括就角膜矫形而言的不适感以及就药理或药物疗法而言的潜在的不良副作用。

上述方案聚焦于直接影响个体眼睛而不解决可影响近视发作和/或近视发展的外部环境问题的装置和/或治疗剂。一种此类环境问题是太靠近地观察由电子显示器产生的图像所致的调节应力。因此，需要一种用于自动建立电子显示器的安全观察距离以避免近点应力的系统。

技术实现要素：

本发明的具有用于减少近距观察对近视发作和/或近视发展的影响的系统的显示器克服了与本领域现有技术相关联的许多缺点。

根据一个方面，本发明涉及用于减少近距观察对近视发作和近视发展中的至少一个的影响的系统。所述系统包括电子显示器、与电子显示器操作地关联并且被配置成确定用户与电子显示器之间的距离的测距仪、与电子显示器操作地关联的显示控制器、以及微处理器，所述微处理器与测距仪和显示控制器通信，并且被配置成协调测距仪和显示控制器的操作，其中所述微处理器被配置成当显示器太靠近用户时经由显示控制器自动中断显示器，并且当所述显示器处于适当的观察距离时自动恢复图像。

根据另一方面，本发明涉及一种用于减少近距观察对近视发作和近视发展中的至少一个的影响的方法。该方法包括以下步骤：计算用户和电子显示器之间的距离，当用户和电子显示器之间的所计算的距离低于预定阈值时，自动中断所述电子显示器上显示的图像，以及当用户与电子显示器之间的所计算的距离等于或高于所述预定阈值时，自动恢复所述电子显示器上显示的图像。

近视发展和近视发展的危险因素中的一个是近距工作。由于在这种近距工作期间与调节相关联的调节滞后或负球面像差，眼睛可体验远视模糊，其转而刺激近视发展。远视模糊或散焦被已知为导致在方向和量值两者方面可预测的眼睛生长的变化，与补偿所施加的散焦的眼睛生长相一致。远视模糊导致脉络膜变薄和巩膜生长速率增加，这导致近视屈光误差。此外，调节系统为受光学装置以及工作距离影响的有源适应性光学系统。本发明简单且易于实施对近点眼应力的解决方案，这继而优选地减少近视的发生率和/或进展。

本发明涉及可结合到当前可用的电子装置(如膝上型计算机、手机和平板电脑)中的系统，该系统可帮助用户保持安全用眼的观察距离。为了避免可导致近视发作和/或近视发展加速的近点应力，尤其是对儿童或青少年而言，当装置太靠近观察者时，本发明的系统监测观察距离，并且例如通过模糊或像素化自动地将图像和/或文本显示失真成不可读的格式。另选地，当装置太靠近时，系统可自动关闭显示器，并且当装置处于适当的观察距离时打开显示器。

附图说明

从以下如附图所示的本发明优选实施方案的更具体的描述，本发明的上述及其他特征和优点将显而易见。

图1是根据本发明表示用于减少近点影响的示例性系统的框图。

图2为具有根据本发明的显示器的用户观察电子装置的图解示意图。

图3a和图3b为根据本发明的分别太靠近地使用电子装置和在适当观察距离处使用电子装置的图解示意图。

图4a和图4b是根据本发明分别标测的成人脸部和儿童脸部的图解示意图。

具体实施方式

本发明涉及使得用户能够从最小化慢性近点应力对眼睛肌肉的影响的距离观察二维电子显示器的系统。视疲劳是眼弱或眼疲劳的技术术语，并且其可被归类为由睫状肌引起的调节性视疲劳或由眼外肌的应变引起的肌性视疲劳。两种形式可由太靠近地阅读或集中在二维显示器上呈现的图像引起。最小化近点眼应力的影响是重要的，因为近点眼应力可对眼睛健康有负面影响，尤其是儿童和青壮年。屈光状态受视力发展、对环境应力的适应和遗传因素(如眼球大小和形状)影响。因此，重复的近点眼应力可影响儿童或青壮年的屈光发展，因为他们在发育期间更容易受到环境因素的影响。即使成人的视力更稳定，近点眼应力也可不利地影响成人的屈光发展。换句话讲，重复的或慢性的近点眼应力可致使儿童和/或青壮年近视和/或加速近视的发展，并且在更小程度上可在成人中发现相同的结果。

顾名思义，近点应力仅仅是由于近距工作(例如，阅读)的人类视觉系统上的应力。从人类学角度来说，人类视觉系统被设计用于远距工作，即，搜索和采集。工业革命代表人类发展的转折点，其中个体从远距工作转变为近视力工作，并且我们的解剖结构尚未完全适应这种变化。基本上，近距工作不允许我们的眼睛松弛，并且最终这种应变可导致近视和/或加速近视发展，尤其是对儿童和青壮年而言。

数字或电子装置(例如，平板电脑和电子阅读器)的世界范围的使用在过去十年中已经显著增加。膝上型电脑、平板电脑、电子阅读器、电话以及具有二维显示器的其他手持式电子装置和桌上型装置的使用已经影响了成人的生活，并且更显著地影响了儿童和青壮年的生活，因为它渗透到其生活的几乎每一个方面，例如，通过游戏和社交媒体的娱乐用途以及如阅读等的教育活动。由于明显的是这些装置现在是常态而非例外，因此它们应当以适当的方式被使用，即，通过在适当或安全的观察距离处使用它们来避免和/或最小化近点眼应力。一般接受或正确的阅读或观察距离在距眼睛的十四(14)和十六(16)英寸之间，以避免近点应力。因此，本发明涉及被结合到包括二维显示器的任何电子手持式或桌上型装置中的系统，当该装置保持靠近过用户的眼睛时，该装置以某种方式使显示器失真，并且当装置或用户处于适当的观察距离时，该装置恢复图像。换句话讲，只要装置保持在相距用户的眼睛的适当距离处，图像就清晰可见，并且当装置太靠近时，图像就失真，由此迫使或促进用户调节距离。显示器上的图像可以任何数量的合适方式失真。合适的方式包括使图像或文本不可理解或不可识别但不以任何方式对用户的眼睛产生有害影响的任何手段。重要的是，失真的水平为使得，无论他们在其当前观察距离或更靠近的观察距离处做什么，没有个体使图像可观察。例如，图像可以某种方式被模糊或像素化。由于随后阐述的原因，像素化是优选的。用于使图像失真的手段在电子显示器领域中是众所周知的。在另外的示例性实施方案中，当装置太靠近用户的眼睛时，显示器可简单地被关闭，并且当装置在处于针对该个体的适当观察距离时，被重新打开。在该示例性实施方案中，对于装置或用户应当移动的事实将是毫无疑问的。装置将会被自动地打开和关闭，除了维持适当的观察距离外无需用户的任何动作。

为了确定电子装置是否处于特定用户的适当或安全到达观察距离，系统优选地具有用于确定用户的眼睛和电子装置的显示器之间的距离的装置。许多当前可用的手持式和桌上型电子装置具有嵌入式测距仪，例如红外测距仪。出于自动对焦目的，独立数字相机和/或集成到其他装置(诸如电话)中的数字相机具有测距仪，以准确地确定到目标的距离。适当的观察距离是眼睛健康的关键，并且有许多技术可用于确定装置和用户之间的距离，然而，为了减少由于个体(例如，儿童或成人)的大小、和/或显示器相对于用户的眼睛的角度或取向的距离计算的误差，可优选地利用面部标测或面部识别系统，使得可计算用户的眼睛和显示器之间的精确距离而不是用户解剖结构的一些部分与显示器之间的距离。尽管可根据本发明利用不同的面部标测或识别策略，但一种简单的方法可以是识别用户的眼睛，确定眼睛之间的位置、眼间距离，以及平均眼睛中的每一个和电子装置的显示器之间的距离，如随后更详细讨论的。

面部识别技术是生物计量学领域的一部分，其涉及通过硬件和软件的组合来测量生物数据。面部识别技术使用软件通过标测面部特征、特性和尺寸以及将收集的信息与面部数据库中存储的信息进行比较来识别或验证个人。面部识别系统使用多种测量和技术来扫描面部，包括热成像，三维面部标测，对独特特征进行编目，即，界标，分析面部特征的几何比例，标测关键面部特征与皮肤表面纹理分析之间的距离。面部标测和面部识别技术广泛用于从政府和商业安全系统到个人电子装置的所有事物中，并且可容易地适于本发明的目的。

通过应用面部标测/面部识别技术并将其与用于确定距离的传感器组合，管理和监测从用户的眼睛到电子装置的显示器或屏幕的严格安全距离是可能的。重要的是应注意，除了面部标测/识别之外，还存在用于准确地确定安全或最佳观察距离的多种方法，并且它们在本文中被描述为示例性实施方案。另选的装置包括接近传感器、加速度计以及用于测量距离和角度的任何其他合适的装置。当系统检测到从用户的眼睛到显示器的距离太靠近时，自动发送信号以上述任何合适的方式搅乱图像，从而使其不可用。只要距离被修正，就自动发送信号以恢复图像。用户只需移动并维持最小的安全操作距离。

面部标测/识别技术优选地足够稳健以适应各种突发情况。例如，面部标测/识别技术应包含硬件和软件的组合来通过眼镜和/或有色眼镜确定眼间距离。无论是被实施在硬件、软件、还是其组合中，简单的滤波技术均可用于实现此。此外，面部标测/识别技术应当优选地能够进行必要的测量，即使用户的面部被部分地遮盖，例如，如果用户的嘴部和鼻部被覆盖。将会优选的是，如果用户在使用装置时简单地将他或她的手放在其面部的前面，显示器不失真或关闭。换句话讲，面部标测/识别技术和测距仪技术的组合应优选地足够稳健以避免“假警报”。应当再一次指出的是，有许多替代方案用于实现该特征。

参考图1，示出了用于减少近距观察对近视发作和/或近视发展的影响的示例性系统100的高级框图示意图。系统100包括微处理器102、显示控制器104、面部识别模块106和测距仪模块108。重要的是应当注意到，微处理器102、显示控制器104、面部识别模块106和测距仪模块108可已经与如显示器110的电子装置一体，并且软件和/或硬件被更新来实施根据本发明的系统100的功能。在另选的实施方案中，可将这些元件和/或软件包中的每一个添加到电子装置以提供期望的功能。在另外的示例性实施方案中，定时器的添加可用于监测观察的总持续时间，并且如果是预先建立的值/持续时间值被超过，图像可被像素化或要不然失真以单独地或结合监测适当观察距离来限制时间。此定时用途功能还可以通过像素化的闪烁或听得见的警报来提供警告。可被设定为特定持续时间的警告可用于警告用户或用户的父母(如果用户低于某个年龄)显示器将失真或要不然被关闭一段时间，以便用户放松他或她的眼睛。这将是可被编程到系统中的自愿功能。即使用户可在适当的观察距离处利用该装置，但持续的近距工作也可关于近视的发作和发展具有有害的影响。该警告将允许用户从近距工作中休息一会儿，允许他们参与远距视力工作或游戏、或简单地外出并暴露于自然光。定时器功能可以多种方式来实现，包括本领域技术人员已知的那些。例如，一旦装置打开并且以其预期的方式被操作，内部处理器就可运行定时子例程，该定时子例程在期望的或预先编程的时间处生成警报。面部标测/识别软件可用于确定用户是儿童还是成人，如随后更详细地解释的。另选地，作为初始设置的一部分，可将用户的年龄预先编程到装置中。

微处理器102控制系统100的整体功能。面部识别模块108和测距仪模块102在微处理器106的控制下周期性地(尽管具有高频)发出信号，以确定电子装置的用户是否位于正确或最佳的距离处来观察电子装置上的显示器。如果电子装置太靠近用户，则微处理器102通过来自面部识别模块106和测距仪模块108的信号来通知，并且响应于该信号向显示控制器104输出信号以像素化或要不然使所显示的图像失真。如上所述，一定水平的像素化是使图像失真的优选方式。像素化的图像提供了装置太靠近用户的显著且清楚的指示，而模糊的图像不可被用户检测到，或者可能不被用户注意到，这取决于用户的视敏度。再一次，像素化是用于使图像失真的一种示例性方法。只要图像或文本不可读并且不受观察危害，任何合适的手段就可以被利用。这具有促进用户将装置移动回到更安全的距离或将他或他自己移动到更安全的距离直至装置的位置被固定的效果。一旦最佳或安全的观察距离被重新建立，面部识别模块106和测距仪模块108就会向微处理器102发出信号，以使显示控制器104将图像返回到显示器10上的明显且正常的呈现模式。只要保持最佳或安全距离被维持，系统100就不采取任何动作。在用户正在观察如视频的动态图像到的情况下，如果发送指示电子装置太靠近用户的信号，则视频可被暂停、像素化或要不然同时失真。一旦装置的位置被修正，视频/图像就被恢复。

重要的是注意，构成系统的所有部件可以硬件、软件或硬件和软件的组合方式来实现。例如，测距仪模块108可包括硬件(例如红外和/或超声换能器发射器/检测器对)和软件的组合，以结合显示控制器104和微处理器102来控制其操作。软件可包括可简单地计算到目标的距离的算法。面部识别模块106可包括硬件(例如相机或ccd阵列)和软件，以结合显示控制器104和微处理器102来控制其操作。在示例性实施方案中，该软件可包括用于计算面部特征之间的距离并将面部特征与已知参数集进行比较的算法。显示控制器104还可包括硬件和软件的组合以实现其功能。

根据另一示例性实施方案，系统可包括所需的硬件、软件和/其组合，以允许用户突出、放大或缩小、和/或移动显示器上的文本或图像，使得用户不必调整他或她的相距显示器的距离。当前可用的简单触摸屏技术可被结合到系统中。

图2是用户202观察电子装置200上的显示器的图解性示意图。如图所示，面部识别模块106和测距仪模块108的组合定位并确定从用户200的眼睛204到电子装置202的距离。考虑到利用了面部识别和测距，可能的是，形成跨过用户200的平面，使得不管电子装置和/或用户的头部的取向如何，针对用户的眼睛204的距离，z，始终被维持。

如上所述，近视发作和/或发展可受观察习惯影响。本发明包括内容显示系统，该内容显示系统利用现有的显示器和电子器件、相机/测距仪用于如平板电脑、电话和膝上型计算机的电子装置，并且基于观察距离来调节图像，使得当显示器太靠近观察者时，内容(例如，文本、视频和/或音频)失真，并且当观察距离处于适当或安全的量时，内容被恢复。在一个示例性实施方案中，该系统利用headtrackr。headtrackr是用于实时面部跟踪和头部跟踪的java脚本库，经由网络相机和webrtx/getusermedia标准来跟踪用户的头部相对于如计算机屏幕的装置的位置。再一次，headtrackr仅仅是根据本发明的可被利用的示例性包。可利用执行类似功能的任何合适的软件包。

参考图3a和图3b可更容易地理解headtrackr的操作。利用headtrackr，从用户的眼睛302到具有相机或距离传感器306的电子装置的显示屏304的距离z。基于数据点z，本发明的系统能够对如本文讨论的内容进行背景改变。如可容易看到的，如果用户的眼睛302相距装置604大于40cm(在16和304英寸之间)，则图像308是清晰的。另一方面，如果用户的眼睛302相距装置604小于40cm，则图像失真。

根据一个示例性实施方案，所测量的值可被映射到本领域中熟知的css滤波器上。css滤波器可提供如模糊或色移的视觉效果，以使图像次优。针对距离z的阈值值可被建立为使得当显示器太靠近时，系统将高分辨率文本或视频切换到低或像素化的显示/分辨率，然后当装置高于阈值距离时返回到正常。相同的系统可用于使用本文阐述的相同概念的声音。此外，如上所述，另外的坐标或尺寸x和y可被获得，以相对于装置确定用户的确切位置，如在下文中更详细地解释的。

图4a和图4b是根据本发明分别标测的成人脸部和儿童脸部的图解示意图。两个面部是并排的，以突出成人的面部形貌相对于儿童面部拓扑的尺寸/距离标测差异。年龄差异可被本发明的系统考虑，以调节适当的观察距离以及适当的观察时间。基本上，成人的平均瞳孔距离在54mm和68mm之间，其中可接受的测量偏差一般落在48mm和73mm之间，而对于儿童，瞳孔距离在41mm和55mm之间。根据本发明可利用其他特征，然而，瞳孔距离可被容易地测量。d成人和d儿童分别显示各自的瞳孔距离。

虽然所示出和描述的据信是最为实用和优选的实施方案，但显而易见的是对于本领域中的技术人员可以对所描述和所示出的具体设计和方法作出变更，而且在不脱离本发明的实质和范围的情况下可使用这些变更形式。本发明并不局限于所述和所示的具体构造，而是应当构造为与可落入所附权利要求书的范围内的全部修改相符。