专利名称：智能型数字式同视机的制作方法
智能型数字式同视机
技术领域：
本发明涉及检查视觉器官双眼视觉功能的眼科用同视机，特别是涉及 一种完全由计算机控制的智能型数字式同视机。
背景技术：
双眼视觉是人类最高级的视觉功能。双眼视觉功能是指双眼协调、准 确、精确地同时工作，将外界物体光学成像经过视觉通路传达至大脑，在 视觉中枢的分析加工后形成一个有三维空间深度感完整印象的过程。双眼 视觉异常会导致患者不能准确地获得外界物体形状、方位、距离等概念， 不能正确判断并适应自身与客观环境间的位置关系。
双眼视觉异常性疾病是临床上的常见病，发病率高。典型疾病包括斜 视、弱视、视疲劳等等。目前临床上针对双眼视觉异常的常用检查手段包 括角膜映光法、视野弧、三棱镜、同视机、Worth四点法及赫氏屏等。其中 同视机是功能最全面也是最常用的双眼视觉异常性疾病检查手段，可用于 全面检查被检者的三级双眼视觉功能。然而，传统的同视机还停留在手工 操作的方式，其诊断的准确性依赖于医师的临床操作经验。同时，手工操 作的检查过程枯燥而繁瑣，检查耗时长，病人不易耐受，且医师劳动强度 很大。即使是专业医师，也常会因检查者手法的不同或当时的主观意愿等 因素而使检查结果的客观性和准确性受到影响。
为了简化同视机的操作，有人提出了釆用角位移传感器读出并自动记 录同碎见机的各种转动角度的方案(参见CN1593329A号中国专利申请)。该方案的不足在于除了不用人工读取并记录各种转动角度外，其他主要操 作仍需医师手工完成，包括检查流程的设计、各种旋转机构的调节、诱导 图片的更换等，同时被检者眼位的观测也必须由医师靠双眼完成，因此检 查结果的准确性仍然依赖于医师的临床操作经验。
为了提高双眼视觉异常性疾病相关检查的客观准确性，有人提出采用 摄像分析的方法4企查斜视度(参见CN10114767A、 CN1836625A号中国专利 申请)。这些方案的共同特点是在检查过程中采用单一的位置固定摄像机拍 摄被检者眼睛图像，经过计算机图像处理，根据虹膜或瞳孔的平面位移来 计算眼球的转动角度。由于摄像机位置固定，虹膜或瞳孔的平面位移与眼 球的转动角度之间并不成简单的线性关系，而且被检查者角膜大小、眼球 大小、轴长存在较大个体差异，因此导致其检测的精确度较差且测量误差 较大。同时上述方案功能单一，只试图进行斜视度数的检测，而并不具有 同视机的其他功能，如同时视、融合以及立体视功能的检测。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，而提供一种可由计算机自动控制检查过程， 自动更换诱导图像，自动跟踪和检视眼球注视方向，自动诊断斜视类型和 斜视度数，自动检查融合范围和立体视功能等，因而使诊断过程和结果排 除了主观因素的影响，检测效率和精确度高的智能型数字式同教L机。
为实现上述目的，本发明提供一种智能型数字式同视机，它包括基座、 装在基座上的左旋转支架、右旋转支架及分别可转动地装在两个旋转支架 上的左光学镜筒、右光学镜筒，其特征在于，所述左旋转支架、右旋转支 架及左光学镜筒、右光学镜筒分别由多个步进电机驱动在水平和竖直平面 内转动，在左光学镜筒、右光学镜筒内分别设有内置式的第一摄像机、第 二摄像机，第一反射镜、第二反射镜，第一半反半透膜、第二半反半透膜及第一液晶显示屏、第二液晶显示屏，在所述第一摄像机、第二摄像机的 旁侧各设有一个第一红外辅助光源、第二红外辅助光源，所述第一摄像机、 第二摄像机、第一液晶显示屏、第二液晶显示屏及步进电机分别通过显示 驱动控制单元、图像获取与传输单元及电机驱动控制单元与计算机连接， 其中，第一摄像机、第二摄像机用以检视左右眼球的注视方向，第一液晶 显示屏、第二液晶显示屏由计算机控制，为被检者眼睛提供可显示交替注 视、同时视、融合、立体视检查所需的多种画面的诱导图像。
第一摄像机、第二摄像机及第一液晶显示屏、第二液晶显示屏设于左 光学镜筒、右光学镜筒内远离第一目镜、第二目镜的一端，所述第一半反
半透膜、第二半反半透膜呈45度设置在第一摄像机、第二摄像机前侧，第 一摄像机、第二摄像机通过第一半反半透膜、第二半反半透膜与第一液晶 显示屏、第二液晶显示屏形成共光轴配置，第一反射镜、第二反射镜呈4 5度设于目镜的后侧。
显示驱动控制单元为显卡，图像获取与传输单元为图像采集卡，电机驱 动控制单元为运动控制卡。
左旋转支架、右旋转支架和左光学镜筒、右光学镜筒分别由计算机控 制的多个步进电机带动作水平和竖直平面内的转动，转动角度由计算机根 据检查科目或被检者眼球视线方向自动计算并记录，水平和竖直平面内的 转动均以^皮检者眼球中心为圆心，水平转动角度为-45°~+45°，垂直转动角 度为-30°~+30°。
步进电机包括两个第一步进电机和两个第二步进电机，其中，两个第 一步进电机分别与左旋转支架、右旋转支架可转动连接，两个第二步进电 机分别与左光学镜筒、右光学镜筒可转动连接。
在本发明的另一方案中，该智能型数字式同视机包括基座、装在基座 上的左旋转支架、右旋转支架及分别可转动地装在两个旋转支架上的左光学镜筒、右光学镜筒，其特征在于，所述左旋转支架、右旋转支架及左光 学镜筒、右光学镜筒分别由多个步进电机驱动在水平和竖直平面内转动， 在左光学镜筒、右光学镜筒内分别设有内置式的第一摄像机、第二摄像机， 第一反射镜、第二反射镜及第一液晶显示屏、第二液晶显示屏，所述第一 摄像机、第二摄像机、第一液晶显示屏、第二液晶显示屏及步进电机分别 通过显示驱动控制单元、图像获取与传输单元及电机驱动控制单元与计算 机连接，其中，第一摄像机、第二摄像机用以检视左右眼球的注视方向，
第一液晶显示屏、第二液晶显示屏由计算机控制，为被^r者眼睛提供可显 示交替注视、同时视、融合、立体视检查所需的多种画面的诱导图像。
第一液晶显示屏、第二液晶显示屏设于左光学镜筒、右光学镜筒内远 离第一目镜、第二目镜的一端，第一目镜、第一半反半透膜、第一摄像机 及第二目镜、第二半反半透膜、第二摄像机分别沿左光学镜筒、右光学镜 筒的前后方向依次排列。
显示驱动控制单元为显卡，图像获取与传输单元为图像采集卡，电机 驱动控制单元为运动控制卡。
左旋转支架、右旋转支架由计算机控制的步进电机带动其作水平和竖 直平面内的转动，转动角度由计算机自动计算并记录，水平和竖直平面内 的转动均以被检者眼球中心为圆心，水平转动角度为-45°~+45°,垂直转动 角度为-30°~+30°。
步进电机包括两个第一步进电机和两个第二步进电机，其中，两个第 一步进电机分别与左旋转支架、右旋转支架可转动连接，两个第二步进电 机分别与左光学镜筒、右光学镜筒可转动连接。
本发明的贡献在于，它改变了双眼视觉异常性疾病的检查依赖手工操 作和肉眼观察的传统方式。本发明将光学镜筒的转动、眼睛瞳孔图像的拍 摄、液晶显示屏所显示的诱导图像的切换均由计算机控制，因而能自动更换诱导图像，自动跟踪和检视眼球注视方向，自动诊断斜视类型和斜一见度 数，自动检查同时视功能，自动检查融合范围和立体视功能等，实现了检 查过程的自动化，使得诊断过程和结果排除了主观因素的影响，大大提高 了检测效率和精确度。
图1是本发明的实施例1整体结构框图。
图2是本发明的实施例l整体结构示意图，其中，图2A为正视图，图 2B为图2A的A - A向侧视图，图2C为图2A的左光学镜筒俯视图。
图3是本发明的实施例1另一整体结构框图。
图4是本发明的实施例1旋转支架及光学镜筒连接示意图。
图5是本发明的实施例2整体结构框图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
实施例1
参阅图1、图2，本发明的智能型数字式同视机包括左旋转支架ll、右 旋转支架12,左光学镜筒21、右光学镜筒22,第一摄^fl^几211、第二摄像 机221，第一反射镜212、第二反射镜222,第一半反半透膜213、第二半 反半透膜223，第一液晶显示屏214、第二液晶显示屏224，步进电机30, 显示驱动控制单元40、图像获取与传输单元50、电机驱动控制单元60及 计算机70。
图2A 图2C中，所述左旋转支架ll、右旋转支架12为L形柱状体， 它们左右对称地装在基座80上，两个支架的水平部分的端部分别设有转轴111、 121,两个转轴分别与装在基座内的第一步进电机31、 32相连接，第 一步进电机31、 32则通过电机驱动控制单元60与计算机70相连接。所述 电机驱动控制单元60为运动控制卡，可商购获得，它根据计算机70的指 令控制第一步进电机31、 32的正反转，左旋转支架ll、右旋转支架12可 在第一步进电机31、 32的带动下在水平面内旋转，并带动左光学镜筒21、 右光学镜筒22转动，以调整水平转动角度。
如图2A，在左旋转支架11、右旋转支架12的上端部分别装有一个呈 横向设置的可转动的左光学镜筒21、右光学镜筒22,如图2C,在左旋转支 架11、右旋转支架12的上端设有一段与所述光学镜筒的外形相吻合的左弧 形轨道112、右弧形轨道122,在左光学镜筒21、右光学镜筒22的外壁上 各设有一段与所述左弧形轨道112 、右弧形轨道12 2对应的左弧形齿条216 、 右弧形齿条226,在旋转支架的左弧形轨道112、右弧形轨道122上装有第 二步进电机33、 34，第二步进电机通过电机驱动控制单元60与计算机70 相连接。在第二步进电机33、 34的输出轴上各装有一个驱动齿轮331、 341， 该驱动齿轮331、 341分别与光学镜筒上的左弧形齿条216、右弧形齿条226 相啮合，推动光学镜筒沿旋转支架的左弧形轨道112、右弧形轨道122在竖 直平面内转动，以调整竖直转动角度。
参见图3、图4,在左光学镜筒21、右光学镜筒22内分别设有内置式 的第一摄像机211、第二摄像机221,第一反射镜212、第二反射镜222, 第一半反半透膜213、第二半反半透膜223及第一液晶显示屏214、第二液 晶显示屏224，其中，第一摄像机211、第二摄像机221为微型摄像机，用 以检视左右目艮球的注视方向，它们内置于左光学镜筒21、右光学镜筒22内 远离第一目镜215、第二目镜225的一端后侧，并与显示驱动控制单元40 连接，该显示驱动控制单元40为显卡，它与计算机70连接。在所述第一 摄像机211、第二摄像机221的旁侧各设有一个红外辅助光源91、 92,用 于为内置摄像机提供辅助光源。该红外辅助光源91、 92在眼角膜表面形成的反射像称为普尔钦(Purkinje)斑点，通过比较摄像机所摄瞳孔与普尔钦 斑点之间的位差，可准确判断被检者视线与镜筒光轴之间的偏离度。第一 液晶显示屏H4、第二液晶显示屏2M为小型液晶显示器，它们设于左光学 镜筒21、右光学镜筒22内远离第一目镜215、第二目镜225的一端端部， 并与图像获取与传输单元50连接，该图像获取与传输单元50为图像采集 卡，它与计算机70连接，在计算机内存储有大量图像资料，第一液晶显示 屏214、第二液晶显示屏224由计算机70控制，可根据预选检查程序的需 要，为被检者眼睛提供可显示交替注视、同时视、融合、立体视检查所需 的多种画面的诱导图像。所述第一半反半透膜213、第二半反半透膜223呈 45度设置在第 一摄像机211 、第二摄像机221前侧，第 一半反半透膜213、 第二半反半透膜223为透射可见光和反射红外光的光学膜片，第一摄像机
211、 第二摄像机221通过第一半反半透膜213、第二半反半透膜223与第 一液晶显示屏214、第二液晶显示屏224形成共光轴配置，即左光学镜筒 21、右光学镜筒22的光轴与显示屏垂直，正对屏幕中心。所述第一反射镜
212、 第二反射镜222呈4 5度设于第一目镜215、第二目镜225的后侧， 其用于将眼睛瞳孔图像经90度折反反射到第一半反半透膜213、第二半反 半透膜223及第一摄像机211、第二摄像机221。所述第一目镜215、第二 目镜225设于左光学镜筒21、右光学镜筒22的端部，并朝向被检者眼睛。
上述左旋转支架ll、右旋转支架12和左光学镜筒21、右光学镜筒22 分别由计算机70控制的第一步进电机31、 32、第二步进电机33、 34带动 作水平和竖直平面内的转动，转动角度由计算机根据检查科目或被检者眼 ^^见线方向自动计算并记录，水平和竖直平面内的转动均以被检者眼球中 心为圆心，水平转动角度为-45°~+45°，垂直转动角度为-30°~+30°。
本发明的智能型数字式同视机工作原理及使用方法如图1、图2所示。 在进行斜视度数检测时(以水平斜视为例)，首先将左光学镜筒21、右光学 镜筒22的水平和竖直转动角度自动归零，由左侧的第一液晶显示屏214显示定标画面，吸引左眼固视，而此时右侧的第二液晶显示屏224黑屏，则 右眼停留在其生理眼位上。右侧的第二摄像机221检测并计算右眼瞳孔位 置与普尔钦斑点之间的位差，若此时位差为零，则斜视度数为零；若位差 不为零，则根据位差数据自动驱动右侧的第一步进电机32带动右旋转支架 12作相应转动，直至位差为零，此时右旋转支架12的转动角度即为斜视角 度。
同时视检测时，在斜视度检测结果位置上令第一液晶显示屏214、第二 液晶显示屏224分别显示同时视画面，并使右旋转支架12作小范围左右摆 动并最终停在斜视位上，此过程中通过第 一摄像机211 、第二摄像机2 21监 视被检者双眼运动，则可判断被检者之同时视功能是否正常若此时第一 摄像机211、第二摄像机221检测到被检者双眼稳定注视，则可判断其同时 视功能正常；若检测到被检者双眼总是不能稳定注视，则可判断其同时视 功能不正常。
融合检测时，在斜视度检测结果位置上令第一液晶显示屏214、第二液 晶显示屏224分别显示所需的融合画面，在第一步进电机31、 32的带动下， 左旋转支架11、右旋转支架12同步作开散或内聚转动，令被检者双眼努力 注视融合画面。若被检者有融合功能，则双眼会追随画面做同步的开散或 内聚移动，此时第一摄像机211、第二摄像机221检测到瞳孔与普尔钦斑点 之间位差很小；当转动角度达到融合极限，被检者双眼放弃融合，第一摄 像机211、第二掘/f象机221检测到瞳孔与普尔钦斑点之间的位差突然增大， 则此时左旋转支架11、右旋转支架12的旋转角度即为被检者的融合度。若 被检者双眼不追随画面做同步的开散或内聚移动，则可判断被检者融合功 能异常。
立体3见检测时，立体一见检测程序在第一液晶显示屏214、第二液晶显示 屏224上自动显示各组立体视画面，并配以自动语音提示，根据被检者的 响应(通过键盘或其它信息通道)即可自动判断和记录其立体视功能。实施例2
参阅图5,本实施例中，该智能型数字式同视机的基本结构同实施例1， 所不同的是，将第一反射镜212、第二反射镜222改为半反半透膜，并将第 一摄像机211 、第二摄像机2 21直接设置在第 一半反半透膜213、第二半反 半透膜223之后，使得第一目镜215、第二目镜225,第一半反半透膜213、 第二半反半透膜223，第一摄像机211、第二摄像机221沿左光学镜筒21、 右光学镜筒22的目镜一侧的前后方向依次排列。第一半反半透膜213、第 二半反半透膜223为透射红外光和反射可见光的光学镜片。实施例2可省 去第一反射镜212、第二反射镜222，使第一摄像机211、第二摄像机221 无须反射即可直接拍摄到眼睛瞳孔图像，因而使结构更加紧凑。
权利要求
1、一种智能型数字式同视机，包括基座(80)、装在基座上的左旋转支架(11)、右旋转支架(12)及分别可转动地装在两个旋转支架上的左光学镜筒(21)、右光学镜筒(22)，其特征在于，所述左旋转支架(11)、右旋转支架(12)及左光学镜筒(21)、右光学镜筒(22)分别由多个步进电机(30)驱动在水平和竖直平面内转动，在左光学镜筒(21)、右光学镜筒(22)内分别设有内置式的第一摄像机(211)、第二摄像机(221)，第一反射镜(212)、第二反射镜(222)，第一半反半透膜(213)、第二半反半透膜(223)及第一液晶显示屏(214)、第二液晶显示屏(224)，在所述第一摄像机(211)、第二摄像机(221)的旁侧各设有一个第一红外辅助光源(91)、第二红外辅助光源(92)，所述第一摄像机(211)、第二摄像机(221)、第一液晶显示屏(214)、第二液晶显示屏(224)及步进电机(30)分别通过显示驱动控制单元(40)、图像获取与传输单元(50)及电机驱动控制单元(60)与计算机(70)连接，其中，第一摄像机(211)、第二摄像机(221)用以检视左右眼球的注视方向，第一液晶显示屏(214)、第二液晶显示屏(224)由计算机(70)控制，为被检者眼睛提供可显示交替注视、同时视、融合、立体视检查所需的多种画面的诱导图像。
2、 如权利要求l所述的智能型数字式同视机，其特征在于，所述第一 摄像机(211 )、第二摄^泉机(221)及第一液晶显示屏(214 )、第二液晶显 示屏(224 )设于左光学镜筒(21 )、右光学镜筒(22 )内远离第一 目镜(215 )、 第二目镜(225 )的一端，所述第一半反半透膜(213 )、第二半反半透膜(223 ) 呈45度设置在第一摄像机(211)、第二摄像机(221)前侧，第一摄像机(211)、第二摄像机(221)通过第一半反半透膜(213)、第二半反半透膜 (223 )与第一液晶显示屏(214)、第二液晶显示屏(224 )形成共光轴配 置，第一反射镜(212 )、笫二反射镜(222 )呈4 5度设于目镜的后侧。
3、如权利要求1所述的智能型数字式同视机，其特征在于，所述显示 驱动控制单元(40)为显卡，图像获取与传输单元(50)为图像采集卡， 电机驱动控制单元(60)为运动控制卡。
4、 如权利要求2所述的智能型数字式同视机，其特征在于，所述左旋 转支架(11)、右旋转支架(l2)和左光学镜筒(21)、右光学镜筒(22) 分别由计算机(70)控制的多个步进电机(30)带动作水平和竖直平面内 的转动，转动角度由计算机根据检查科目或被检者眼球视线方向自动计算 并记录，水平和竖直平面内的转动均以被检者眼球中心为圆心，水平转动 角度为-45。~+45。,垂直转动角度为-30°~+30°。
5、 如权利要求4所述的智能型数字式同视机，其特征在于，所述步进 电机(30)包括两个第一步进电机(31、 32)和两个第二步进电机(33、 34)，其中，两个第一步进电机(31、 32)分别与左旋转支架(11)、右旋 转支架(12)可转动连接，两个第二步进电机(33、 34)分别与左光学镜 筒(21)、右光学镜筒(22)可转动连接。
6、 一种智能型数字式同视机，包括基座(80)、装在基座上的左旋转 支架(11 )、右旋转支架(12 )及分别可转动地装在两个旋转支架上的左光 学镜筒(21)、右光学镜筒(22),其特征在于，所述左旋转支架(11)、右 旋转支架(12)及左光学镜筒(21)、右光学镜筒(22)分别由多个步进电 机(30)驱动在水平和竖直平面内转动，在左光学镜筒(21)、右光学镜筒(22)内分别设有内置式的第一摄像机(211)、第二摄像机(221)，第一 半反半透膜(213)、第二半反半透膜(223 )及第一液晶显示屏(214)、第 二液晶显示屏(224 )，在所述第一摄像机(211)、第二摄像机(221)的旁 侧各设有一个第一红外辅助光源、第二红外辅助光源，所述第一摄像机(211)、第二摄像机(221)、第一液晶显示屏(214)、第二液晶显示屏(224 ) 及步进电机(30)分别通过显示驱动控制单元(40)、图像获取与传输单元(50)及电机驱动控制单元(60)与计算机00)连接，其中，第一摄像机(ni)、第二摄像机(221)用以检视左右眼球的注视方向，第一液晶显示屏(2")、第二液晶显示屏(224 )由计算机(70)控制，为#:检者眼睛提供可显示交替注视、同时视、融合、立体视检查所需的多种画面的诱导 图像。
7、 如权利要求6所述的智能型数字式同视机，其特征在于，所述第一 液晶显示屏(H4)、第二液晶显示屏(224 )设于左光学镜筒(21)、右光 学镜筒(22)内远离第一目镜(215)、第二目镜(225 )的一端，第一目镜(215)、第一半反半透膜(213)、第一摄像机(211)及第二目镜(225 )、 第二半反半透膜(223 )、第二摄像机(221)分别沿左光学镜筒(21)、右 光学镜筒(22)的前后方向依次排列。
8、 如权利要求6所述的智能型数字式同视机，其特征在于，所述显示 驱动控制单元(40)为显卡，图像获取与传输单元(50)为图像釆集卡， 电机驱动控制单元(60)为运动控制卡。
9、 如权利要求6所述的智能型数字式同视机，其特征在于，所述左旋 转支架(11)、右旋转支架(12)由计算机(70)控制的步进电机(30)带 动其作水平和竖直平面内的转动，转动角度由计算机根据检查科目或被检 者眼球j见线方向自动计算并记录，水平和竖直平面内的转动均以^皮检者眼 球中心为圓心，水平转动角度为-45°~+45°，垂直转动角度为-30°~+30°。
10、 如权利要求6所述的智能型数字式同视机，其特征在于，所述步 进电机(30 )包括两个第一步进电机(31、 32 )和两个第二步进电机(33、 34),其中，两个第一步进电机(31、 32)分别与左旋转支架(11)、右旋 转支架(12)可转动连接，两个第二步进电机(33、 34)分别与左光学镜 筒(21)、右光学镜筒(22)可转动连接。
全文摘要
一种智能型数字式同视机，它包括基座、左旋转支架、右旋转支架及左光学镜筒、右光学镜筒，左旋转支架、右旋转支架及左光学镜筒、右光学镜筒分别由多个步进电机驱动在水平和竖直平面内转动，在左光学镜筒、右光学镜筒内分别设有内置式的第一摄像机、第二摄像机，第一反射镜、第二反射镜，第一半反半透膜、第二半反半透膜及第一液晶显示屏、第二液晶显示屏及第一红外辅助光源、第二红外辅助光源，第一摄像机、第二摄像机、第一液晶显示屏、第二液晶显示屏及步进电机分别通过显示驱动控制单元、图像获取与传输单元及电机驱动控制单元与计算机连接。该机的检查过程完全由计算机控制，使得诊断过程和结果排除了主观因素的影响，大大提高了检测效率和精确度。
文档编号A61B3/02GK101433456SQ200810218160
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年12月12日
发明者平 梁, 锋 潘, 顾其威 申请人:深圳大学