专利名称:带有稳态视觉受激电压激励器和产品探测器的自动验光系统的制作方法
本申请涉及下列转让给本发明的代理人的相互关联的美国专利Sherwin等人的“带有可拆卸监控器和可拆卸电解质注施器的脑电流记录耳机”，其美国系列号为822，725;Sherwin等人的“低噪音脑电流探测器线路系统”，其美国系列号为727，060;Sherwin等人的“窄带脑电流放大器”，其美国系列号为727，056;Bernard等人的“受激电压屈光度自动测量系统”，其美国系列号为727，032;Sherwin等人的“精确图案镜及求同方法”，其美国系列号为893，759。在这里将上述相互关联的美国专利申请综合起来作为参考。
本发明涉及适用于执行多种视力检验的自动验光系统，更详细地说，它涉及能执行对视觉通路功能缺陷的球面和非球面屈光度，反差灵敏度，颜色灵敏度，分辨率，瞬时图象和闪光受激电压检验的受激电压验光系统，它所需费用低，对病人无害，而且提供了一个高度准确的，便于使用的验光系统。
眼科医生诊室中典型的验光系统包括多个各自提供一不同检验的分立检验系统。这些单个检验每个至少要用10分钟，所以在医生诊室里做综合验光至少要花一小时。例如，眼睛屈光度是这样测量的，在病人眼前放置不同屈光度的透镜并要求病人表示出对观察目标的聚焦是否改善了，这一过程能用30分钟。而典型的辩色检验是这样进行的采用有不同颜色的图象的快现卡片要求病人观察。这些验光系统虽然每个都是分立装置，但却有一共同特点它们都要求病人口头合作表明检验的结果。
本发明的一个基本目标是提供一个能用同一机器作屈光度、反差、辩色和其它视力检验，而且不要求病人对检验作口头响应的自动验光系统。
因而，考虑到这一目的，本发明存在于一验光装置中，该装置包括用以在屈光度、散光、反差和辩色检验中选定的一个检验期间，借助在一刺激频率下的检验图象刺激病人的视觉系统的控制器;用以检测在选定检验过程中病人脑中的检验图象产生的受激电压的检测器;以及用以分析在选定检验过程中病人产生的受激电压，并显示特点表现在包括一个控制处理器的所述控制器的选定检验的结果;一个连接在所述控制处理器上并受其控制以产生一个交变刺激图案象的刺激发生器;以及一个位于病人与所述刺激发生器之间，连接在所述控制处理器上并受其控制的透镜列，所述透镜列包括一个用以防止病人眼睛适应变化的刺激的眼睛漂移防护器。
下面将参照下列附图，通过举例对本发明的最佳实施方案进行描述。
图1，包括1A和1B，是与在发明一致的验光系统的系统框图;
图2描绘的是图1中的刺激控制器18的一个实施方案的细节;
图3是图1中刺激发生器20的第一个实施方案，它采用连续白炽或荧光光源104，106和130;
图4A-4C描述的是不同偏振光的对比;
图5描述的是刺激发生器的第二个实施方案，它采用三色发光二极管陈列或荧光灯140和142作为光源。
图6，包括6A和6B，是当采用图5中的激励发生器时，刺激控制器18的电路图;
图7是采用图3的刺激发生器时，系统光路的详细方案。(系统的详细光路图。);
图8是当采用图5的刺激发生器时，涉及本发明的系统的详细光路图;
图9是图1中的产品检测器58的详细示意图;
图10描绘的是球面屈光度检验期间受激电压的幅度;
图11描绘的是非球面屈光度检验期间受激电压的幅度;
图12描绘的是对比阈值检验期间受激电压的幅度;
图13描绘的是一条对比阈值空间频率或对比灵敏度曲线;
图14描绘的是辩色检验期间受激电压的幅度;
图15A-15C描绘的是由图1中的控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转换器14执行的初始化过程;
图16A-16C描绘的是由图1中的控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转器14在球面屈光度检验期间执行的过程;
图17A-17C描绘的是由图1中的控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转换器14在散光轴确定试验期间执行的过程;
图18A-18C描绘的是由图1中的控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转换器14在确定散光折射率的检验期间所执行的过程;
图19A-19C描绘的是由图1中的控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转换器14在分辨率检验期间执行的过程;
图20A-20C描绘的是由图1中的控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转换器14在对比灵敏度检验期间执行的过程;
图21A-21C描绘的是由图1中的控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转换器14在辩色检验期间所执行的过程;
图22A-22C描绘的是由图1中的控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转换器14在闪光或瞬变检验期间执行的过程;以及图23描绘的是一个能确定观察者所注视的目标的系统。
符合本发明的自动验光系统向病人显示频率为6赫兹的反转方格图象。病人通过某个检验所需的光学组件来观察图象。产生的受激电压由一个脑电波电极接收，然后被放大到可用值。做某些检验时要探测正弦变化的波形的波幅，而在做另一些检验时要探测放大了的受激电压的绝对值。表示受激电压电平的一个随时间变化的数值被按照所执行的检验译释。
任何检验一开始都由一台监控微计算机10(见图1)，如IBMPC/XT型微计算机初始化一个控制处理器12，如COMMODORE64型，和一个可编程序的模-数转换器14，如可从马萨诸塞州的数据翻译公司(Data Translation of Massachusetts)得到的2801D/A转换器。检验控制处理器12通过数值输入/输出元件16，如一个Micro West Electronics公司(西部微电子公司)制造的MW611数字输入/输出电路板将适当的透镜，狭缝和偏振器定位。控制处理器12也产生一个频率为2.4千赫兹的控制信号，用以驱动刺激控制器18。刺激控制器18控制反转或补偿方格刺激发生器20，以产生一个可见的反转方格图象，交变的方格目视刺激通过光学系统到达病人22。光学系统包括可任选并可控制的，用以执行各种视力检验的若干透镜和滤光镜。
在第一个实施方案中，光学系统包括一个反偏振漏光器24和漏光驱动器26，一个可旋转狭缝32和狭缝驱动及选择器34，一个可变焦透镜系统36和变焦驱动器38，一个象平面小孔40，它被用来在变焦透镜系统36改变成象图形的视在尺寸时确定视场，以及一个由远/近选择器43控制的远场透镜42。成象聚焦由一可变焦距的透镜44控制，而透镜44由检验透镜驱动器46控制。因为人眼容易适应偏焦图象，所以用一台电视48通过在无限远处成象的远场透镜50投射一个图象，用图象混合半反射镜52将这个图象与来自刺激发生器的视觉刺激混合并投射到病人22。病人响应刺激，产生一个受激电压，受激电压被装在一头戴耳机中的自备电极，接收，如在对有关申请的互照参考部分中提及的美国申请系列第822，725号中所描述的那样。电极卡在对着病人枕叶位置上。对于成年人，第一个或最低的电极应位于枕点之上，第二个电极应放在一只耳朵之后，第三个电极应放在另一只耳朵之后。
由病人产生的被自备电极接收的受激电压是由最佳屏蔽电缆导线系统传导的，正如在对有关申请的互照参考部分中提到的美国申请系列第727，060号中所描述的那样。大小为1到10微伏的受激电压被传送到一个低噪音高增益的屏蔽放大器54，正如美国申请系列第727，056号中描述的那样。
放大器54产生的受激电压信号被开关56换接到产品检测器58或直通到可编程序的模-数转换器14。产品检测器58即使在有大规模背景噪音和附加脑电流信号时，也能检测病人产生的稳态受激电压的幅度。在一定检验过程中脑部产生的调幅稳态受激电压包括一个频率为刺激的反转速率的很强的基底信号，以及不希望有的谐波、肌肉动作噪音和环境噪音。产品探测器给出无谐波、部分除去噪音的稳态交变受激电压信号的幅值。可编程序的模数转换器短时间内在若干点从来自产品检测器的稳态交变召唤电压中，或召唤电压本身中抽样。监控微计算机10检索来自A/D转换器14的抽样，给出各种各样的检验曲线，联合检验曲线和计算得到的检验结果。
图2所示为采用带连续白炽或荧光光源的刺激发生器时的刺激控制器。控制处理器12中的方波发生器60(它包括在一个COMMODORE中)产生2.4千赫兹的方波信号，这个2.4千赫兹的方波信号又被除法器62除以800转换为3赫兹的信号。3赫兹信号通过倒相器64加到A通路液晶光闸100，并直接加到B通路液晶光闸102。当进行要求6赫兹交变刺激的检验时，3赫兹波形用来开或关光闸100和102，从而产生6赫兹激励转变频率。在其它检验中，如闪光刺激检验中，光闸都直接由控制处理器12控制。在刺激发生器20的第一个实施方案(如图3所示)中，光源104和106为白光光源，如称作ULTRALUM灯泡的Westing house(西屋)荧光灯，它能在光谱中人眼敏感的三个区域内发出相同的亮度(线性相应特性)。发生器20产生补偿或变图象是通过交替打开液晶光闸100和102，使光分别沿同光程的通路A和通路B照射而实现的。最合适的光闸是在Beaverton，Oregon的Tektronix公司生产的液晶彩色光闸。光闸100和102配有一个更新与控制电路，它能更新光闸的即时状态，使之不衰变到其它态。更新速率应该这样调节当光闸处于打开或透射状态时，能得到通过每个光闸的最大透射。光闸100和102使通过其中的光垂直偏振。当通路A开通时，光源104发出的光通过光闸100、无光泽透射滤光器108，黑白不透明度滤光器和另一个无光泽透射滤光器112。这三个滤光器108-112用来使光在光路区均匀漫散，从而使光路所有部分都被均匀照明。滤光器108-112可在大多数光学用品店得到。黑白不透光度滤光器100可以用柯达公司生产的黑白底片厚度滤光器。
横穿光路A的漫散光先被分光镜114的反向侧反射到有不透光区118和120的方格图象镜116，又被其镜面区反射回来。合适的分光镜可在大多数光学用品店得到。方格图象镜116的结构细节在美国申请系列第893，759号中有描述。从镜116反射回的图象通过分光镜114到病人22。当光路A开通时在病人看来，从镜116的镜面区反射回的光呈白色，而非镜面区呈黑色。
当光路B开通时，来自光源106的光通过光闸102，无光泽滤光器122，黑白不透光度滤光器124和另一无泽滤光器126。这些滤光器与上述滤光器108-112属同一类型。然后，光从分光镜128反射，通过方格图象镜116的非镜面区，再通过分光镜114到达病人22。方格图象镜的镜面覆层阻当来自光路B的光，而镜116的非镜面区是透光的。结果，当光路B开通时，镜面区呈黑色而非镜面区呈白色。
为使来自光路A和B的光具有相同亮度，打开一条光路的光源，用一照度计测量输出到偏振器28的光强。然后开通另一光路，再次测量光强。调节黑白不透光度滤光器110和124直到两通路亮度相同。
当用一3赫兹的方波交替开通两光路，并使它们的位相差180°，观察者看到黑白交替换位的图象，其变换频率为6赫兹。
当所作检验需要高反差交变受激电压刺激时，要采用上述组件。当进行其它检验时，如反差检验，可以加一个能冲掉镜产生的图象的均匀冲刷场。冲刷光源130(图3)发出的光沿光路C传播，通过偏振器132。偏振器132把一水平偏振光加在光路C中传播的光。水平偏振光穿过无泽滤光器134，黑白不透光度滤光器136和冲刷孔138。沿光路C传播的光然后在分光镜114反射，穿过可旋转偏振器到达病人22。冲刷孔138的尺寸及位置是这样选定的，它使得通过冲刷孔138的光正与符合方格图象镜116的象场尺寸吻合。
维持恒定亮度的同时，反差是变化的。恒定亮度的维持是靠利用偏振光效应来控制从方格图象镜116来(通过光路A和B)到病人22的垂直偏振光和从冲刷光路C到病人22的水平偏振光的光量的方法实现的。控制过程是靠转动可旋转偏振器28完成的。
由光通过有平行偏振轴的偏振器而受阻于有垂直偏振轴的偏振器的事实，可以理解发生器20如何产生反差的基本点。当可旋转偏振器28处于偏振轴垂直的位置时，来自方格图象镜116的偏振方向与偏振轴平行的光能通过偏振器28，而来自冲刷光源130的光具有与偏振轴垂直的水平偏振方向，因而被阻挡。相反地，当可旋转偏振器处于偏振轴水平的位置时，来自方格图象镜的光的偏振方向与之垂直，因而被阻挡，而来自冲刷光源130的光的偏振方向与之平行，因而得以通过偏振器28到达病人22。在中间偏振位置，来自各个光源的中间光量的光得以通过，到达病人22。如果方格图象场没冲刷场的平均亮度相等，则在可旋转偏振器28转动时，病人22观察到的亮度是不变的。
产生恒定亮度的反差变化的物理效应由图4A-4D表示出。这种效应的物理基础是从一偏振光源发出的光穿过另一偏振器后的振辐等于偏振源振幅在可旋轴偏振轴上的失量投影。所以，对两垂直相交，振幅相同(A＝B)的偏振源，源A和源B贡献的光振幅为a＝Sinθ和b＝cosθ，亮度等于振幅的平方，或者说a2+b2平均亮度。作代换，我们得到平均亮度等于(Sinθ)2+(Cosθ)2注意到(Sinθ)2+(Cosθ)2＝1，这说明平均亮度是恒定的。上述方程中，θ等于冲刷偏振器132的轴与可旋转偏振器28的轴之间的夹角。上述例子表明不管相对偏振角以及最终的反差变化有多大，平均亮度是不变的。
因为人体视力系统的灵敏度取决于亮度，所以在视力检验全过程提供恒定亮度源是很重要的。要获得精确的检验结果，必须在视力检验的全过程保持恒定的亮度。
要进行辩色视力检验，图3中的刺激发生器必须在其中包括插在光路A和C中的若干适当的彩色滤光器。例如，当作红/绿辩色检验时，在光路A和B中各插入一个红色滤光器，而在光路C中插入一个绿色滤光器。用机械方式插入合适的滤光器及对每一对颜色作辩色检验是烦锁而费时的。作为一种替代方法，可采用德克萨斯仪器公司的带有双色滤光器的彩色光闸。
图3的刺激发生器的另一个采用彩色发光二极管或荧光灯的实施方案在图5中表示。图3中的光源换成这里的三色光源陈列140和142。若用二极管来构成这些三色发光陈列，则采用Hewlet Dackard公司制造的红色和绿色二极管，Seimens公司制造的蓝色二极管进行排列。每个二极管都应该能用如可调电阻调节强度，以使所有二极管产生同样强度的光。这可以用如下方法实现，打开所有二极管，调节各色光的光强直到发生器发出最白的光。这些二极管按类似于彩色电视屏幕上的彩色荧光点组的密束组态排列成均匀的阵列图样。如果使用彩色荧光管，则将它们一个换一个排列。采用三色光源140-142便可去掉液晶光闸100和102。
在刺激发生器20中采用三色光源需要提供不同于图2中描绘的刺激控制器。图6描绘了刺激发生器20的发光二极管阵列实施方案所必需的刺激控制器。控制处理器18对二极管进行脉宽调制，使二极管的导通时间等于脉冲宽度。工作周期256部分，时钟节拍频率为1千赫兹。图6公开的是用以控制光路A和B的电路，它可分成若干子单元。来自控制处理机12的2.4千赫兹的时钟信号被除法器150-156分成3赫兹的信号。这些除法器通过一闪烁控制电路158产生通向两条光路的色彩选择信号。控制电路158由一个来自检验控制处理机12和数值输入/输出转换器16闪烁启动信号控制。闪烁控制电路158包括“与”门160和162，它们启动后可使闪烁时钟信号通过其中，以及“或”门164和166，它们在闪光信号导线在高电平时发出闪光启动信号。
图6的控制电路可使红色，绿色和蓝色光源发出的光的振幅连续变化，因而可产生任何颜色，且其振幅可任意变化的光。一个标准的8位二进制(8比特)单位计数器168被用来产生为各色二极管分段成合适的“通”和“断”区的参考时间周期。颜色控制电路170和172包括根据期待颜色的光量而增值的颜色计数器。颜色计数器174-184的内容由8比特比较器170-196进行比较。当来自1174-184的颜色计数输入大于标准计数器168的输出时，光路的具有相应色彩的彩色二极管通过激发电路198和200被激发。激发电路198和200包括“与”门202-224，它们在闪烁/闪光控制电路158提供合适的启动信号时，允许来自电路170和172的颜色激发信号通过。产生出的发光二极管控制信号通过“或”门226-236到电流放大器238-248。放大器提供足够的电流以驱动用于光路A和B的色二极管。
在辩色视力检验中，要把一种颜色维持在一恒定强度，而改变其相反的颜色的强度。例如，在红/绿检验过程中，红色二极管有100%的工作循环(在所有时间)，而光路A和B绿色二极管从50%工作循环开始，并沿工作循环的反方向扫描。
在一个反差检验过程中，所有三种颜色的工作循环都变化。例如，颜色信号a和b都可设定在50%，提供一束半功率强度的光和零反差。在完全循环的头一半期间，颜色信号a会加到光路B，在完整循环的另一半期间颜色信号a会加到光路B，而颜色信号b将加到光路A。当颜色信号a和b的工作循环分离时，例如，a移动到25%，b移到75%，反差增加。本发明能允许反差检验在任何光强开始，例如，两个零反差信号的工作循环可设定在75%，一个信号移动到50%，而另一信号移动到100%。利用本发明能对视力部分模糊的人如白内障患者作反差检验。
视力激发信号由刺激发生器20发出后，穿过一个透镜系统，该系统向病人视网膜提供尺寸不变的图象，以使视网膜上激励图形尺寸的变化不引起受激电压值幅度的变化。透镜系统有效地提供连续变焦距透镜，这些透镜有变焦能力，从而能够改变成象尺寸，以检验空间频率或分辩能力。当离开发生器20，即采用宽谱白光源的发生器，如图7所示，光穿过反偏振光漏24，可旋转偏振器28，如果选用了Sten Stenopic狭缝，则还有狭缝32。接着，目象遇到两变焦透镜300和302的头一个，两透镜以镜面对称方式排列，即相对排列。每个变焦透镜都可能是提供焦距范围从35毫米到105毫米的Niron变焦透镜。在屈光检验期间，变焦透镜300和302锁定在一起以提供不变的总焦距。变焦透镜300这样放置，其焦面(胶片一般所在的平面)正如与镜116重合。当方格刺激(象)的方格的尺寸，空间频率或视在尺寸变化时，固定一个透镜而驱动另一透镜。当图象离开第二个变焦透镜302后，它穿过用以保证恒定图象尺寸的象面小孔40，然后穿过远场透镜42，(如自动Nikon50毫米透镜)，在象视在尺寸的任何变化期间，小孔40维持对刺激图象的恒定视场，从而避免因病人视网膜上象尺寸变化而引起的受激电压变化。远场透镜不管象焦点在哪里，都成象在无穷远。
然后，图象穿过可变焦距透镜44，它的屈光度可从负7变到正7。可从加里福尼亚San Leandro的Humphrey仪器公司得到的计算机控制可变焦距透镜44用作检测透镜，它改变焦距，从而改变病人22发出的召唤电压幅度。Humphrey透镜是两件透镜，如果两件沿水平轴向移位，则透镜的球面放大率变化，如果两件沿纵轴移位，则柱面放大率变化。
交变刺激象然后与一电视图象混合，当受测者是儿童时，电视图象可是动画片，当受测者是成人时，电视图象可是眼保护教育影片。电视图象也可由一远场透镜50成象在无穷远，远场透镜50也可是一Nikon50毫米透镜。在每一检验的开始，病人22要调节远场透镜50从而使电视图象清晰，以提供一个参照图象。当电视图象与刺激发生器图象混合时，刺激发生器图象只占整个向病人提供的画面的一小部分，病人主要看的是电视图象。因为电视图象在无穷远处而交变激励只占向病人提供的整个画面的一小部分，所以病人的眼睛不会去试图适应变焦刺激发生器图象，就是说，电视图象是一个避免眼睛适应的参照图象。
图8是供有采用发光二极管阵列或荧光管的发生器20时的图象投影系统。透镜系统的第二种变形加上了柱面透镜304。柱面透镜用来作散光检验，它可从纽约州Rochest的Bausch和Lomb公司得到。
患者22发出的受激电压被装在脑电记录帽内的自备监测器接收。作为一种替代方法，监测器可装在一头戴耳机内，或装在固定在头后部的轻便电极载体中，美国专利申请系列第822，725中对些作了描述。自备监测器就是一个电极，它穿透皮脑的角质(死)层与其下的表皮层接触，但不引起出血。监测器被屏蔽，如果采用携带监测器的帽式方案，则供给一个包住头部的屏蔽罩。对监测器和头部表面的屏蔽减小了环境电磁噪音。如前所述被自备监测器接收的召唤电压传输到一最佳屏蔽电缆系统，该系统有尽可能小的环形捕获区以减小不希望有的噪音。
大小为1到10微伏的低噪受激电压被传输到一个低噪黄增益屏蔽放大器，正如前面所述，并在互照参考部分验明了的那样。放大器是一微分放大器，提供约为106的增益和85dB的共态抑制。放大器2是一个完全屏蔽的放大器，它提供信号削波以防止过大信号带来的损坏。放大器包括带通滤波器以除去不希望有的噪音。
一旦受激电压被放大后通过允许受激电压信号直接通到可编程序的模数转换器14或产品检测器58的开关56，其细节见图9。产品检测器将刺激源的频率(6赫兹)用作执行解调的锁定频率对6赫兹的受激电压信进行反调幅，受激信号电压是通过改变检验透镜焦距的方法被调幅的。
检测器58通有病人22的脑电流信号和控制处理机的2.4千赫兹的时钟信号。稳态脑电流信号被传过滤波器区400，滤波器区400包括一系列由频率与刺激源频率相同的时钟信号调同步的开关电容滤波器402-408。每一开关电容滤波器都可是一个5620型EEGReticon滤波器。滤波器402-408是中心频率为6赫兹，带通过1赫兹的带通滤波器。内探测器时钟信号由时钟410根据来自控制处理机12的2.4千赫兹的时钟信号提供。时钟410包括计数器412-424，它们不仅向滤波器400提供时钟信号，而且向调制器426和解调器428提供时钟信号。受激电压信号被输送到正弦/余弦方波调制器426，在调制器426中，信号被分成两路。一路通过开关放大器430供给余弦方波放大，而另一路放大器供给正弦方波放大。就是说，每个放大器的增益与相应的调制受激电压信号半波同时接通。每个放大器可以是一运算放大器，如RCA制造的3140型，它由一个加里福尼亚的Santa Clara的Siliconix公司制造的DG201型四线双通开关控制。
在调幅期间，调制器426在输入信号和调制波的和频与差频产生副波频率。如果调制波与刺激波频率相同，输入导线上与刺激时钟频率相同的信号将在调制器426的输出中产生一个正比于输入信号中期待频率成分的电平的直流电平漂移。信号随后通过解调器中的开关电容滤波器434和436。开关电容滤波器434和436可以与前述的属同一类型。开关电容滤波器434和436滤去所有频率高于1.5赫兹的信号成分，因而将所关心的信号限制在近似于调制器426的直流(频率不同)成分的范围内。直流成分相当于病人对刺激(聚焦，反差等)响应电平。
这里，在受激电压信号处理过程中，期待信号电平或位相的任何变化都导致信号频率的瞬变。这两种变化发生在召唤电压系统。它们会在单独或作为一简单求和测量输出时使调制器426发出的信号的直流电平发生不希望有的变化。这个问题是利用三角恒等式Sin2+Cos2＝1的效果解决的。就是说，正弦和余弦调制信号的振幅的平方和等于初始信号的振幅。对每条光路中的调制信号求平方是由模乘法器430和438，如4206K型Burr Brown放大器完成的。从乘法器430和438出来的信号被求和放大器442，如RCA制造的741计算放大器混合产生出受激电压的幅度信号。
系统中也可加一个参考乘积检波器，并将其定在5赫兹的频率上。参考乘积检波器对脑电波活动提供一个基线，由此基线可测量6赫兹的召唤电压信号。当采用参考检波器时，6赫兹检测器和参考检波器的输出由一差分放大器混合以产生一绝对受激电压信号。也有可能提供第二个参考检波器，检测高于刺激频率的频率。实际上，参考检波器将背景脑活动从所研究的信号中除去。
检测器58或放大器54发出的振幅信号每隔100微秒由A/D转换器14取一次样，微计算机10，如干面将要详细讨论的那样，对抽样执行低通线性循环滤波器的功能。得到的曲线便用来诊断各种视力功能。
图1中的透镜，偏振器及狭缝的驱动器26，30，34，38和46包括步进电机，如Slosyn of Superior Electric，Bristol，Connecticut的MO3型步进电机，这些步进电极由控制处理机12提供的起伏脉冲驱动，并通过齿轮减速传动和驱动器控制电路与透镜等连接。每个驱动器控制电路包括一个对来自处理机12的脉冲记数的上-下记数器，和一个将记数转变为通过一缓冲记忆装置和若干Darlington功率晶体管加到步进电机的四位信号。透镜驱动器的细节可在美国专利申请系列第727，023号查到。
透镜选择器34和43通过来自控制处理机12的二进制控制信号，用螺线管操作的这个控制信号经一个Dalington功率晶体管放大，被用来开或关一个继电器，这个继电器又驱动带有螺线管驱动电源的标准螺线管。这些选择器(螺线管)为双位置选择器。就是说，各光学装置不是位于激励光路中，就是完全其外面。
本发明的系统可用来执行若干不同的检验。每一检验用5到7秒，所以这是一套验光时间很短的系统。第一个检验是球面屈光度检验，它检验远视，也检验近视。对远视检验，病人观察通过可变焦距透镜44，远场透镜42和变焦透镜系统36的刺激象。远场透镜42和变焦透镜系统36使象成在无穷远。对近视检验，远场透镜被取掉，病人观察通过可变焦距透镜44和变焦透镜系统36的刺激象。每个实验包括通过使检验透镜驱动器46中的步进电机转动对可变焦距透镜44的强度进行连续变化，并同时通过产品检测器58和可编程序模一数转换器14监控响应幅度。透镜44最好从最大正校准值开始，扫描到最大负校准值，转换器14将模值转换成数值，监控微计算机10将数值译释成响应电平。响应在透镜最大折射率或屈光度处出现峰值，如图10所示，它适当地调节病人眼睛的聚焦。当采用参考产品探测器时，得到的脑电波活动性参考曲线被从受激电压曲线中扣去，产生一绝对受激电压曲线。这条曲线由微计算机10显示。
当执行非球面折射率检验时，可旋转狭缝28放在刺激发生器20和病人22之间以给出从交变方格图象中取下的细条象。另一可供选择的方法是提供一个具有柱面校准能力的可旋转的变焦距透镜304。这个检验是这样进行的首先按前述方法确定远场球面校准，然后将可变焦距透镜定在该值上，在监测受激电压值的同时旋转狭缝。测得最大值时的狭缝角度相应于像斑主轴。然后将狭缝定在这个位置和与之垂直的位置上重复远场折射检验。得到的最大值相应于球面校正合适的屈光度值。如果用柱面可调透镜代替可变焦距透镜，测得的校准在透镜的球面节点和柱面节点间分开，使透镜象狭缝那样旋转以定出像斑的轴。这个检验中得到的曲线在图11中给出。
在采用发生器20的一个实施方案的反差灵敏度检验过程中，由方格图象镜116产生的交变制激图象通过旋转偏振器28到允许来自光路C的光通向病人而阻挡来自光路A和B的光的位置，以及在第二实施方案中通过改变三色光源140和142的强度的方法被冲刷。反差阈值检验是这样进行的首先在前面的定的校准屈光度的基础上，通过变焦透镜系统36，远场透镜42和可变焦距透镜44，使一远场象成象在病人视网膜上。成象以一第一空间频率出现。转动偏振器28(或改变三色源140和142的强度)从零反差位置到最大反差位置，同时监控召唤电压。就是说，将偏振器28从与冲刷源144的偏振方向一致的位置转到与镜源140和142的偏振方向一致的位置。来自产品监测器，经低通滤波的受监控的受激电压产生的曲线上将有一条基线，之后在记录电平上有一迅速升高，如图12所示。对曲线上升区的线性回归拟合将产生一个在即时观察到的空间，频率下对刺激的有效反差灵敏度在X轴上的截距。在若干不同空间频率下重复这个检验，以画出一条反差灵敏度曲线，如图13所示。通过调节变焦透镜系统36中的变焦透镜300或302可改变图象的空间频率。
如果采用发生器20的第一个实施方案，辩色检验是这样利用图3的刺激发生器进行的用红/绿或蓝/绿偏振光闸代替常规的黑/白光闸104和106，并用类似的红/绿或蓝绿偏振器代替可旋转偏振器28。如果采用图5的刺激发生器C第二实施方案，则通过控制发光二极管阵列140-144中二极管的发光强度来产生颜色变化。对第一种实施方案，这个检验执行的方式与作反差灵敏度检验的方式相同，只有二点差别这里偏振器28只转动45度，以及各色光的强度发生变化而不是反差有变化。在某一强度上，一种颜色的欠缺会由振幅曲线中一个深谷表示出来，如图14所示。
分辩力检验是这样进行的，使通过可变焦距透镜44和远场透镜42清晰聚焦的交变图象具有能为病人观察到的尺寸。采用变焦透镜系统39＊，靠调节变焦透镜之一的焦距给出具有固定视场，可变空间频率，固定亮度的刺激图象，以进而向病人提供逐渐变小的刺激图象，直到病人看不见图象。也就是说，减小图象，直至受激电压消失。正如反差灵敏度的情况一样曲线上升区的线性回归轴截距代表分辩率极限。
在瞬时图象受激电压检验过程中，病人注视一反转图象，放大器54发出的召唤电压信号通过开关56直接加到可编程序模数转换器14。在检验期间控制处理机12控制光闸和三色光源以向病人发出单次反转闪光，而不是不断的闪烁图象。镜光源是变化的，例如从光路A到光路B的一次变化。监控微计算机起信号平均器的作用，以探测由病人视觉系统产生的潜在影响。
闪光受激电压检验可通过使冲刷源闪光或同时使两个三色光源闪光的方式进行。这个检验也使病人视力系统的潜在影响能被观察到。
图15-22图解说明在上面讨论的检验期间，监控微计算机10，控制处理器12和可编程序的模数转换器14所执行的程序，以及这些灵活的装置所执行的程序是如何相互关连的。
图15A-15C图解说明预置和监控的例行程序，这些程序使病人资料登记可以输入，控制处理器12和A-D转换器14的初始化，以及有关检验的选择。这样的常规程序一般要检索病人资料，启动时钟，重设输入和输出，然后转移到所选定的检验。在起始时，医生或检验技师插入病人记录盘502，然后送入病人名字503。如果病人是一新病人，则送入病人背景506并将其存储在磁盘上。如果是个老病人，则显示512该老病人的历史。如果要进行检验516，则微计算机10送预置指令给控制处理机12和模-数转换器14。控制处理器12重设520刺激控制线，并通过驱动步进电机4使检验透镜至少运动522到在透镜的运动范围内的正极限。例如，若透镜可在500步内从正极限运动到负极限，则控制处理器12的预置例行程序至少驱动透镜500步，以保证使透镜在正极限。一旦透镜在正极限，在向监控计算机10送一完全的预置指示或命令后，启动524刺激时钟。当检验控制处理器12和可编程序的模-数转换器14确认预置已完成时，一份菜单被显示出来，使操作者能在各种检验中作出选择。随后，程序跳跃530到有关检验或例行程序。
图16A-16C图解说明的是当进行球面屈光度检验时，控制处理器12，监控微计算机10和可编程序的模-数转换器所执行的程序。概括地说，这一检验使检验透镜44C从其一个范围极限扫描到另一范围极限，并作图表示稳态受激电压的幅度。首先，监控微计算机10送出534一个开始屈光度检验的指令给控制处理器12。控制处理器准备好时，它就向送一确认信号给监控微计算机10，然后监控微计算机送一将检验电压数字化的指令给模-数转换器14。检验电压数字化后，它被显示544成条线图，然后监控微计算机10等待546直到它从控制处理器12接到一个表明检验已开始的起动信号。检验一开始，监控微处理机送548一个采集数据点的指令给模-数转换器14。所有数据点选定550后，监控微计算机10对数据执行552一个低通滤波器的功能，并随即显示554数据曲线。低通滤波器功能的细节可从美国专利申请系列第727，032号查到。
然后，技师或医生可研究曲线以确定所执行的是不是好的视力检验，并选定是否558储存所得数据或放弃这条曲线。如果数据要储存起来用于以后的求平均，它被储存562在磁盘上，一个试探记数器被增值，574接着检验被重复。如果数据要被求平均，则平均572被显示574，最大值被定出576。最大值被发现后被转变578成屈光度值，随即屈光度值被打印580。相应于最大值的透镜44的位置可通过使用一转换图表转换成屈光度值。然后监控计算机10显示582一份菜单，该菜单能使平均被储存起来，使旧的平均被提出，并使检验重复。如果要储存平均，它被存588在一磁盘上，然后再次显示菜单。如果要提取旧平均，它被从磁盘检索，新，旧数据都被显示594。
控制处理器12是这样开始工作的设定594闪烁记数器，并通过将变焦控制驱动电路的一条下数线增值其范围的一半的方法使变焦透镜运动到中间，然后控制处理机12准备好596一启动按纽，等待其激发598。按下启动纽时，控制处理机12发出600一表明检验开始的能发信号给计算机10。控制处理机接着步进602透镜44直到到达604范围的端头。然后，透镜44回转606到起始点，之后控制处理器12等待608一个重复检验的信号。
散光检验分为两部分一部分是非柱面放大率的确定(图17A-17C)，另一部是柱面放大率的确定(图18A-18C)。散光检验的执行方式与刚讨论的球面屈光度检验的方式基本上相同，它们之间反有的差别将在下面讨论。一般情况下，柱面透镜及狭缝在图16A-16C的球面检验中诊断出的球面折射率下旋轴以确定视力主轴与辅功轴。一旦确定了这些轴，便可进行两个视力检验，其中检验透镜为每根轴在其范围内作扫描。在此检验中，七秒钟内可取360个数据点，最大和最小折射曲线都可发现656，最大和最小值转换658成一角度，打印660出来的是这个角度而不是一屈光度。在编排期间，控制处理想12设定666变焦透镜36到一中间值，检验透镜到诊断得的屈光度。在此检验中，柱面透镜304步进674，直到达到范围的端区676(一个180°度的自旋)。
检验的第一部分确定散光轴，而不定出柱面放大率，图18A-18C所示的柱面放大率检验在其后进行。这一检验按与屈光度检验基本上同样的方式进行，只有一点例外，柱面透镜304或狭缝32的角度首先设定748在最大角度以得到与主轴相关的折射率。也就是说，在第一次通路期间，柱面透镜304或狭缝32设定在最大角。检验透镜44被设定在其正限750，检验透镜44在其范围内步进758以确定主轴上的屈光度。然后，插入一屈光度为负1的透镜柱面透镜304或狭缝32被设定768在其最小角度。随后检验透镜44再在其范围内步进以确定在辅助轴上的屈光度。用这种方法得到两条折射曲线，一条曲线对应散光眼的一花轴。
在图19A-19C所示的分辨率检验中，监控计算机10执行一个线性回归拟合814以发现屈光度曲线与基线的交点，这个交点随后被显示816。交点被转化820成分辩率值，分辨率值随后被显示822。在这个检验中，控制处理器使变焦透镜300和302之一而不是检验透镜或柱面透镜步进846。也就是说，图象尺寸随变焦透镜步进而变化。
图20A-20C图解说明反差灵敏度检验的程序。在此检验中，要作一线性回归900以确定并显示902交点，交点被转换906成打印出来的反差阈值。然后，系统画出阈值/空间频率曲线。在此检验期间，刺激控制处理机12设定932变焦透镜300或302到一期望值，同时通过步进光路A/B和C的颜色计数器改变940相对颜色的强度。在每个检测结束时，选择928一个新的空间频率，也就是说，选择一新的透镜值并再次执行反差扫描。得到若干阈值后，便可画出空间频率-阈值图。
图21A-21C图解表示辩色检验程序。下面只对本检验中那些不同于前面检验的部分作详细讨论。在本检验中显示出的是平均曲线，直到红与绿或蓝与绿强度变化时出现一辩色谷。控制处理器12设定1004变焦透镜300或302到一中间值，并沿相反方向步进1012红和绿或蓝和绿的颜色控制线，以便各种颜色在其范围内扫描，从而探测如图14所示的受激电压信号中的深谷。
闪光检验与瞬时图象检验按同样的方法进行;然而闪光信号线在闪光检验中用来使冲刷源或三色源闪光，在瞬时图象检验中用来触发图象反转。在检验期间，放大器54直接连到A/D转换器14，转换器14抽取1032一千个数据点，监控机10显示1044结果曲线。控制处理器12通过设定1056一闪光输出线激发闪光或图象反转。
这里讨论的组件可联合起来构成一个能探测到观察者2000注意的是若干不同显示中的哪一个的系统。图23图解说明这样一个监控注视点的系统，联合显示和刺激发生器2000-2002产生的显示按计算机2004的控制时钟确定的方式在不同频率闪现，或各自有一在不同频率闪现的小区域。也就是说，显示2000和那里的小区域在某第一频率闪现，显示2004在最好相隔0.1到0.5赫兹以上的一个不同频率闪现。闪现频率应高于闪烁汇合频率，使在闪烁汇合频率下观察者2004能有意识地探察闪现。闪烁汇合频率约为15赫兹，观察者的脑能响应的高达180赫兹的闪现频率，即使这样的闪现不能被有意识探察到。每个显示2000-2002可以是一专门设计的阴极射线管(CRT)或一个能在不同频率下闪现的失量扫描阴极射线管，这些显示也可以混合到某一单个显示上，只要观察者所注视的单个图象在不同频率闪现。
观察者2006产生的受激电压被窄带放大器2008-2010放大。也可以用一个宽谱放大器代替放大器2008-2010;然而这样就得牺牲一些信号质量。产品检测器2012-2014利用驱动发生器2000-2002的计算机的同样的时钟信号来探测在各个不同的闪现频率下的放大了的召唤电压。当观察者2006注视某一显示时，注视后一秒钟内由相应产品探测器产生的信号被聚焦，而且它比来自其它产品探测器的信号强许多。A/D转换器2016-2018转换振幅信号，这些信号接着被召唤电压信号处理计算机2004作比较以确定显示2000-2002中哪一个得到最大注意。
这种系统对在广告调查中测量人对不同显示或一个显示的不同区域(控制眼睛的运动)的注意力是有用的。在识别控制武器成为现实时，它对武器发射控制系统也会是有用的。这个系统对确定正在进行一危险步骤的操作者是否知道并注意一专门警报的警报系统更为有用，它能调高警报强度直到操作者注意警报。
权利要求
1.一个验光装置，包括在屈光度，散光，反差和辩色视力检验中选定的一个检验期间，用一个在一刺激频率下的检验图象刺激病人(22)的视觉系统的控制器(10-52)。用以探测在选定检验期间，由检验图象在病人脑中产生的一定刺激频率的受激电压的探测器(14和54-58)；以及用以分析在选定检验期间分析病人(22)的受激电压，显示特点表现在所述控制器(10-52)的选定检验的结果的分析器(10)，所述控制器(10-52)包括一个控制处理机(12)；一个与所述控制处理器(12)连接并受其控制以产生一交变刺激图象的刺激发生器(20)；以及，一个位于病人(22)与所述刺激发生器(20)之间，连接在所述控制处理器(12)上并受其控制的透镜列(24-52和304)，所述透镜列(24-52和304)包括用以防止病人眼睛适应变化的刺激图象的漂移防护器(48-52)。
2.一个如权利要求
1所列的装置，其特点在于被偏振的所述图象和所述透镜列，所述透镜列包括一个检验图象通过其中的可旋转的偏振器(28);一个检验图象通过其中的可选狭缝(32);一个检验图象通过其中的变焦透镜(36);以及一个检验透镜通过其中的可变焦距检验透镜(44)。
3.一个如权利要求
1所列的装置，其特点在于包括一个检验图象通过其中的可变焦柱面透镜(304)的所述透镜列。
4.一个如权利要求
1所列的装置，其特点在于所述漂移防护器，所述漂移防护器包括能附在病人头部(22)，用以探测受激电压的自备电极;以及一个有效地连接在所述电极和所述分析器(10)，用以探测刺激频率下的召唤电压的幅度的产品探测器(58)。
5.一个如权利要求
4所列的装置，其特点在于包括了一个探测在不同于刺激频率的频率下的脑电波活动的参考产品探测器，所述分析器10用所述参考产品探测器探得的脑电波活动调节产品探测器(58)探测到的幅度。
6.一个如权利要求
1所列的装置，其特点在于所述分析器包括一个能对受激电压滤波，产生结果曲线，并在结果曲线的基础出产生结果值的计算机(10)。
7.如权利要求
1所列的刺激发生器，其特点在于包括了第一和第二光源(104和106，或140和142);以及，一个图案镜(116)，第一光源(106或142)发出通过图案镜到病人的光，第二光源(104或140)发出从图案镜反射到病人的光。
8.如权利要求
7所列的刺激发生器，其特点表现在所述第一和第二光源(104和106或140和142)各自包括一个含有红，绿，蓝光源的三色光源。
9.如权利要求
8所列的刺激发生器，其特点在于包括用以改变红，绿，蓝光源的开动时间的光控装置。
10.如权利要求
9所列的刺激发生器，其特点在于包括了用以均匀漫射来自色光源，照在镜面上的光的漫射器(110，112，124和126)。
11.如权利要求
7所列的刺激发生器，其特点在于包括了第三个光源(130)，用以冲刷来自镜(116)的光，所述第一到第三光源(104，106和130)发出连续光;第一偏振装置(100和102)，用以使来自第一和第二光源(104和106)的光在第一方向上偏振。第二偏振装置(132)，用以使来自第三光源130的光在垂直于第一方向的第二方向上偏振。一个可旋转偏振器(28)，来自镜(116)和第三光源的光通过其中。
12.如权利要求
5所列的产品检测器，其特点在于包括了窄带滤波器(400)，用以在一预设频率除去来自病人发出的受激电压的噪音;调制器(426)，用以在预设频率探测召唤电压;以及解调器(428)，用以在预设频率产生受激电压的幅度。
13.如权利要求
12所列的产品探测器，其特点在于包括了发出放大和解调时钟控制信号的时钟(410)。
14.如权利要求
12所列的产品探测器，其特点在于所述窄带滤波器(400)包括串联的若干窄带通滤波器(402-408)。
15.如权利要求
12所列的产品探测器，其特点在于所述调制器包括一个连接在所述窄带滤波器(400)和所述解调器之间的可编程序的增益控制放大器(430和432)。
16.如权利要求
13所列的产品探测器，其特点在于所述解调器(428)，所述解调器(428)包括与调制器(426)有效连接的一对信号乘法器电路(438和440);以及与所述一对信号乘法器电路(438和440)相连的求和电路(442)。
专利摘要
公开的是一种自动验光系统，该系统通过一放大刺激图象的光学系统向病人显示一交变稳态视觉刺激。图象变化时，病人发出一变化的受激电压。产品检测器检测受激电压并产生受激电压幅度。控制处理器控制一刺激发生器以产生图象，光学系统将图象传到病人。监控计算机给出从受激电压信号得到的病人响应曲线；诊断病人的视力缺陷并指示校正方法。
文档编号A61B5/0476GK87105377SQ87105377
公开日1988年3月23日 申请日期1987年8月5日
发明者加里·威廉姆·含温, 阿尔伯特·劳伦斯·施米特, 路斯·弗朗克林·汉斯 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan