一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，包括：頭戴式圖像顯示系統，用于顯示不同空間頻率、不同對比度的視知覺學習訓練圖像；個性化高階像差矯正器，用于矯正人眼低階和高階光學像差；以及視覺訓練系統，用于處理和顯示不同視知覺學習任務，并通過圖像顯示系統顯示給被試者，進行人眼視覺訓練。本發明結構緊湊，便于攜帶和使用，通過矯正人眼高階像差，人眼可以獲得傳統低階像差矯正無法獲得的最清晰視覺刺激，在此基礎上進行單/雙眼視覺訓練，從而有效提高視覺訓練效果和人眼視功能。
【專利說明】一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀
【技術領域】
[0001]本發明提出的一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀屬于光學【技術領域】。
【背景技術】
[0002]人類視力的發育有一個逐步完善的過程。人出生時，眼球的發育已大體完成。但是，無論是在解剖上，還是在生理功能上，都還沒有完全發育完善，在出生后的相當長的時間內還在繼續發育。視力的正常發育要具備兩個條件:一為出生后的自然生長、發育過程，另一為外界的視覺刺激。在視力發育關鍵期的年齡(0-7歲)，如果長時間把眼睛遮蓋，由于沒有外界物像的正常視覺刺激，視力得不到應有的發育，而只停留在低視力的水平。
[0003]眼球的功能是影響視力的重要因素。眼球的光學特性并非完美，其性能受瞳孔的衍射、角膜和晶狀體的像差、房水的散射等多種因素的影響(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計。瞳孔較大時,像差較大,而衍射較小；瞳孔較小時，像差較小，但衍射較大。人眼像差又可以分為低階像差和高階像差，其中低階像差很容易得到矯正，而高階像差矯正起來則相對困難。
[0005]最近，許多研究者(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)把自適應光學技術(Adaptive Optics)應用到視覺科學的研究中來，希望借此來探索高階像差與正常人視力的關系以及空間視力的極限。但是，矯正視覺系統的所有像差(低階`和高階)后能否實現超常視力，仍未得出一致結論(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]視覺系統正常功能的發育需要視覺經驗的參與(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精細視力的發育需要視覺神經系統的精細發育，而該發育則依賴于眼球的光學系統在視網膜成像的清楚程度。在人眼高階像差和衍射的共同作用下，不能在視網膜上產生足夠清晰的圖像，由于該圖像清晰程度的限制，視覺神經系統所能分辨的截止空間頻率超不過眼球在視網膜上所能產生的圖像的最高空間頻率。
[0007]視知覺學習反映成年神經系統經過學習后可大大提高對特定圖像識別的能力，反映了神經系統在成年后的可塑性。已有很多心理學實驗發現:成人經過學習，可以大大提高完成多種視知覺任務的成功率與速度(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，現有的視知覺學習通常采用鏡片矯正人眼低階像差，在人眼高階像差和衍射的共同作用下，不能在視網膜上產生足夠清楚的圖像，由于受到圖像清楚程度的限制，單純的視知覺學習對人眼視功能的改善幅度有限。
[0008]在中國發明專利CN101947157A中，提出了一種基于自適應光學的人眼視知覺學習訓練儀。該訓練儀采用自適應光學技術實時測量并矯正人眼像差，可以為人眼提供清晰的視覺刺激，但是儀器結構復雜、造價昂貴，不便使用。
[0009]美國發明專利US7，486，341B2中，提出了一種頭戴式可調焦的3D顯示系統，采用可調焦的液晶微透鏡陣列調節人眼屈光度的變化，采用液晶面板顯示供人觀察的目標。該系統結構緊湊，但是用于矯正人眼像差的液晶微透鏡陣列較為復雜，并且只能矯正離焦像差，殘留的高階像差影響目標在眼底的成像質量。
[0010]在中國發明專利CN1971341A中，提出了一種能校正人眼高階像差的隱形眼鏡及其制作方法。該方法通過在鏡片內部設置或制備有能校正人眼高階像差的相位微結構或微結構元件以矯正人眼的高階像差。
[0011]基于上述的基礎，本發明提出一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，通過個性化人眼像差矯正器實現同時矯正人眼低階和高階光學像差，人眼可以獲得傳統低階像差矯正無法獲得的最清晰視覺刺激，在此基礎上進行單/雙眼視覺訓練，可以有效提高視覺訓練效果和人眼視功能。并且采用頭戴式，結構簡單，便于攜帶和使用。
【發明內容】
[0012]本發明解決的技術問題是:本發明提出了一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，本發明結構緊湊，便于攜帶和使用，通過個性化人眼像差矯正器同時矯正人眼低階和高階光學像差，人眼可以獲得清晰的視覺刺激，在此基礎上進行單/雙眼視覺訓練，從而有效提高視覺訓練效果和人眼視功能。
·[0013]本發明技術解決方案:一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀,包括:頭戴式圖像顯示系統，包括微型顯示器件、透鏡系統及控制系統，用于顯示類型、不同對比度的視覺訓練圖像；個性化人眼像差矯正器，用于矯正人眼低階和高階光學像差；以及視覺訓練系統，包括視頻處理電路和控制系統，用于處理和顯示不同視覺訓練任務，并通過圖像顯示系統顯示給被試者，進行人眼視覺訓練。
[0014]優選地，所述微型顯示器件可以是液晶顯示器、等離子體顯示器、場致發光顯示器、有機發光顯示器。
[0015]優選地，所述的個性化人眼像差矯正器用于同時矯正人眼低階和高階光學像差，矯正器可以是空間光調制器、相位型光學器件；矯正器可以是透射式的，也可以是反射式的；矯正器位置可以是非角膜接觸式的，也可以是角膜接觸式的。
[0016]優選地，所述的人眼視覺訓練可以是單眼單獨進行，也可以雙眼同時進行。
[0017]本發明與現有技術相比，本發明提出一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，采用頭戴式，結構簡單，便于攜帶和使用；通過個性化人眼像差矯正器同時矯正人眼低階和高階光學像差，人眼可以獲得傳統低階像差矯正無法獲得的最清晰視覺刺激，在此基礎上進行單/雙眼視覺訓練，從而有效提高視覺訓練效果和人眼視功能。【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的組成結構原理框圖；
[0019]圖2為本發明的一種視知覺學習訓練示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖進一步說明本發明。
[0021]如圖1所示，本發明提出的一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀由微型顯示器件1、透鏡系統2、人眼像差矯正器3、控制系統5、視頻處理電路6組成。
[0022]控制系統5輸出的圖像或視頻信號經視頻處理電路6顯示在微型顯示器件I上，微型顯示器件I上的圖像經透鏡系統2成像在人眼4眼底視網膜上，在人眼4和透鏡系統2之間放置人眼像差矯正器3。人眼像差矯正器3是根據人眼4的像差數據制作的個性化人眼像差矯正器件，可以同時矯正人眼低階和高階像差。微型顯示器件I上的圖像經像差矯正器3后在人眼4的眼底視網膜上清晰成像，從而為人眼4提供清晰的視覺刺激，控制系統5根據訓練者的判斷改變顯示在微型顯示器件I的刺激圖像，這一過程反復進行從而實現視知覺學習訓練或精細目力訓練。
[0023]微型顯示器件I可以是液晶顯示器、等離子體顯示器、場致發光顯示器、有機發光顯示器。
[0024]個性化人眼像差矯正器3可以是空間光調制器、相位微光學器件；矯正器可以是透射式的，也可以是反 射式的；矯正器位置可以是非角膜接觸式的，也可以是角膜接觸式的。
[0025]視覺訓練任務可以是視知覺學習訓練、精細目力訓練。
[0026]人眼視覺訓練可以是單眼單獨進行，也可以雙眼同時進行。
[0027]如圖2所示，在每一次訓練過程中，屏幕上會順次出現兩次十字線，十字線出現的同時伴隨聲音提示。緊接著每個十字線出現的有可能是空白圖形，有可能是待檢測的目標(一個邊緣經模糊處理的正弦光柵)。當光柵出現在第一個十字線之后，要求被試者按下無線鼠標的左鍵報告。當光柵出現在第二個十字線之后，要求按下無線鼠標的右鍵報告。按鍵之后會激活下一個訓練任務。重復上述過程，直至所有訓練任務結束，即完成一天的視知覺學習訓練任務。
[0028]視知覺學習訓練可以采用傳統的“測試一訓練一再測試”方法，分別測試視知覺學習訓練前、后人眼的對比度敏感度曲線，共測試8種空間頻率(0.6、1、2、4、8、16、24、36周期/度)，不同空間頻率的光柵隨機出現。測試結束后，8種空間頻率都將收斂到被試者的人眼對比度閾值。根據被試者在不同空間頻率下人眼對比度閾值變化的情況，選擇一個合適的空間頻率進行訓練(例如，可以根據已知的對比度敏感度曲線，推算出某一被試者的人眼對比度閾值為0.5時所對應的空間頻率)。視知覺學習訓練要求被試者在選定的空間頻率下，每天在同一時間完成一定數量的訓練任務。訓練中，采用和對比度閾值測量類似的調節法進行訓練，自動選取頭一天被試者訓練后最終的對比度閾值作為下一天的初始值，光柵的頻率保持不變。
[0029]綜上，本發明提出一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，采用頭戴式，結構簡單，便于攜帶和使用；通過個性化人眼像差矯正器同時矯正人眼低階和高階光學像差，人眼可以獲得傳統低階像差矯正無法獲得的最清晰視覺刺激，在此基礎上進行單/雙眼視覺訓練，從而有效提高視覺訓練效果和人眼視功能。
[0030]至此已經結合優選實施例對本發明進行了描述。應該理解，本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其它的改變、替換和添加。因此，本發明的范圍不局限于上述特定實施例，而應`由所附權利要求所限定。
【權利要求】
1.一種頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，其特征在:于包括頭戴式圖像顯示系統，包括微型顯示器件、透鏡系統及控制系統，用于顯示類型、不同對比度的視覺訓練圖像；個性化人眼像差矯正器，用于矯正人眼低階和高階光學像差；以及視覺訓練系統，包括視頻處理電路和控制系統，用于處理和顯示不同視覺訓練任務，并通過圖像顯示系統顯示給佩戴者，進行人眼視覺訓練； 控制系統輸出的圖像或視頻信號經視頻處理電路顯示在微型顯示器件上，微型顯示器件上的圖像經透鏡系統成像在眼底視網膜上，在人眼和透鏡系統之間放置個性化人眼像差矯正器；人眼像差矯正器是根據人眼的像差數據制作的個性化人眼像差矯正器件，能夠同時矯正人眼低階和高階像差；微型顯示器件上的圖像經像差矯正器后在眼底視網膜上清晰成像，從而為人眼提供清晰的視覺刺激；控制系統根據佩戴者的判斷改變顯示在微型顯示器件上的刺激圖像的難易程度，這一過程反復進行從而實現視知覺學習訓練或精細目力訓練。
2.根據權利要求1所述的頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，其特征在于:所述的視覺訓練儀可以是頭戴式的、頭盔式的結構。
3.根據權利要求1所述的頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，其特征在于:所述的微型顯示器件可以是液晶顯示器、等離子體顯示器、場致發光顯示器、有機發光顯示器。
4.根據權利要求1所述的頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，其特征在于:所述個性化像差矯正器用于矯正人眼低階和高階光學像差，可以是空間光調制器、相位型光學器件；矯正片可以是透射式的，也可以是反射式的；矯正片位置可以是角膜接觸式的，也可以是非角膜接觸式的。
5.根據權利要求1所述的頭戴式個性化人眼像差矯正視覺訓練儀，其特征在于:所述的人眼視覺訓練可以單眼單獨進行`，也可以雙眼同時進行。
【文檔編號】A61H5/00GK103784298SQ201310594950
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】張雨東, 戴云, 趙豪欣, 邱傳凱, 趙麗娜, 趙軍磊, 康健, 肖飛 申請人:中國科學院光電技術研究所