技术领域
[0001] 本发明涉及视力检测技术领域，特别是一种检测人眼不同距离视力的VR测量系统及方法。
相关背景技术
[0002] 随着人们对视觉质量要求的提高，恢复远、近视力功能是目前屈光手术及白内障手术所追求的目标，在植入晶体后通常要对患者的术后情况进行视力评估，分别进行远、中、近距离视力变化及其变化趋势的探讨。视力或视觉分辨力(即眼睛所能够分辨的外界两个物点间最小距离的能力)通常用视角(即物体两端与眼第一节点所成夹角)来表达，视角越小表明视力越好，常常使用视角的倒数来表达视力。通常制定视标都是以Snellen在1862年设计的字母视力表的设计原理，根据1′视角的最小分辨角设计，以1′视角作为正常视力的标准。近、远视力的测量标准便是按这个标准，利用缪天荣教授设计的5分记录法，分别设计了5m、3m、60cm，40cm的对数视力表来检测人眼的近视力和远视力，远、近视力是视觉功能与屈光功能的重要内容之一。正常情况下，人眼的近视力和远视力一般是相差不大的，但在近视性屈光不正的情况下，常见远视力远不如近视力分辨能力高，导致人眼观察不同距离的物体产生视角差异，视力矫正的优异往往无法单纯靠验光、5m视力表来判断，还需要联立远、近视力等数据来评判。
[0003] 现有测量远、近视力的方法分别有基于5分记录法的标准对数视力表、近视力表，基于VR眼镜的智能视力检测系统，投影视力表等，这些视力表只能对远、近视力的检测做到规定距离(5m、3m、40cm等)上的检测，并不能得到人眼在1′视角下，能看到的最近距离和最远距离，做到距离上的具体检测，从而量化近视力和远视力的具体标准，通过观察近视力和远视力的可视具体距离，通过科学的数据对人工晶体矫正、老视、弱视、视功能异常等视光疾病进行量化分析。
[0004] 现阶段常见的矫正效果分析装置主要以屈光检测的验光、裸眼远视力检测(标准对数视力表，检查距离5m)为主，除此还有近视力检查(标准对数视力表，检查距离33cm)，双眼视功能检查，包括调节检查(调节幅度、调节灵敏度、正负相对调节)、聚散功能检查(远近水平融像性聚散、集合近点)、AC/A检查、眼位检查等。主要是在全方位对眼睛进行检查，查看并分析不同方向的数据有无异常。时间长不说，检测步骤十分繁琐、容易眼疲劳影响检测准确度，还必须需要相关医生进行分析，复查次数多，周期长。
[0005] 现阶段常见的远近视力检测装置大多数使用的都是使用视力表测试装置，进行裸眼远视力检查(标准对数视力表，检查距离5m)，近视力检查(标准对数近视力表，检查距离33cm)，矫正视力后进行远、近视力检查。原理是利用视力表在标准远近距离的地方进行视力检查，从而了解视力变化的情况，分析屈光不正的性质和程度，提高验光的快捷与准确性以得到唯一的最佳配镜处方。然而，现有的视力矫正效果分析检测只能得到5m和33cm的视力，无法获得不同距离上的量化检测，并不能得到人眼在1′视角下，能看到的最近距离和最远距离。视力矫正效果分析仪器采集的数据是不同部位的信息，而对于弱视、假性近视和轻度近视等人群前期治疗效果不佳的情况而言，不同部位微小的改变并无法完全检测出矫正效果，适用性降低。
[0006] 现阶段常见的主观验光大多数使用的都是使用可调节视力测试装置，其原理是佩戴测试装置时可以在装置内添加不同型号的离焦补偿片或散光补偿片，再以人眼观察视力表的清晰情况来判断人眼自适应调节后的屈光度数。市面上常见的视标为视力表箱，可以在检测视力时可通过旋转旋钮转出任意一行字母进行测试。以及使用视标投影仪进行检测，可以在远处投影出各种需要的视标，并通过电机的控制实现视标的切换。在智能检测阶段上，使用的是VR装置进行视力补偿与检测，利用VR技术设计显示图像、调整透镜组合位置或者液体透镜直到被测者看清图像获取屈光数据。以上这些技术都是辅助主观验光、实现验光配镜的装置，可以提高主观验光的准确性。然而，现有的远近视力检测存在以下缺点：
[0007] 1、传统视力表需要自行制作不同距离的视力表，通常有(5m、3m、1m、60cm、40cm、33cm)等距离不等的视力表，距离无法连续测量，也不能得到人眼在1′视角下，判断最近距离和最远距离的视力。
[0008] 2、传统视力表进行远近视力检测存在使用场景受限，需要在标准远近距离下进行检测，占有空间大。
[0009] 3、传统视力表进行远近视力检测都存在着不同患者瞳孔大小的差异会影响人眼对视力表的成像相似性的问题，检测过程中视标会产生一定的差异性，降低不同人群的适用性。
[0010] 4、基于VR装置的视力智能检测只能做主观配镜，且视力表无法进行不同距离的视力检测，做不了视力范围的量化检测。
具体实施方式
[0065] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
[0066] 实施例1
[0067] 如图1、图2所示，本实施例示例性地展示了一种检测人眼不同距离视力的VR测量系统，包括VR光学系统和Badal光学系统；
[0068] VR光学系统沿光轴从像面到物面包括第三透镜7和第四透镜8，第四透镜8的物面侧设有可在水平方向移动的OLED屏幕，具体地，本实施例中OLED屏幕可以安装在X轴直线滑台上进行移动，OLED屏幕连接有计算机主机，OLED屏幕用于显示E字视力表，且每次切换显示一个视标朝向随机的E字视标；第三透镜7为双胶合透镜，第三透镜7的物面侧为凹面、像面侧为凸面，光束经过第三透镜7后聚焦，所述第四透镜8为平凹透镜，第四透镜8的物面侧为平面、像面侧为凹面；所述第三透镜7于所述第四透镜8之间的中心间隔0.5mm，第三透镜7于所述第四透镜8可以使视标在标准距离成虚像，达到检测的要求。
[0069] VR系统光学原理图如图5所示，系统采用第三透镜7于所述第四透镜8实现小体积的虚拟成像，通过微小视标放入1倍焦距内，近距离放大成虚像，不再需要实际光学屏幕进行承接，大大缩短了整体光路的长度和仪器设计的体积，避免了现实场景空间、环境受限的影响，更方便后续主观验光装置与其他眼部检测仪器的结合与联动。
[0070] 本实施例中，E字视力表的设计参数按照国际惯例，遵循1分视角成像原理，按照GB11533‑89进行设计。视力表中视标的视角以100.1为增率进行递增，取此增率的对数作为不同视角大小的视标对应视力，视标采用三划等长的正方形E字形视标，视标每一笔空隙都是正方形边长的1/5。本模块中将E字视标拆分成五份，三个相等的大矩形块和两个相等的小矩形块，提取出一个小矩形块，根据视角和PPD计算得到其宽和高，如图6所示：
[0071]
[0072] 其中PPD为VR系统每个视场角度所占的像素点数，α为人眼的分辨视角。本系统的视力检查每次只显示一个E字视标让用户判断，消除了“拥挤现象”引起的视力检查结果误差，使视力检查的结果只与视标的视角有关系，视标朝向随机产生，以防用户凭记忆辨认方向。
[0073] Badal光学系统沿光轴从像面到物面依次包括第一透镜1、第一直角反射棱镜2、第二直角反射棱镜5、第二透镜6，第一直角反射棱镜2和第二直角反射棱镜5对称布置，第一直角反射棱镜2和第二直角反射棱镜5正上方设有可在竖直方向同步移动的第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4，具体地，本实施例中可以将第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4安装在X轴直线滑台上，第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4对称布置，第一透镜1和所述第二透镜6相同，第一直角反射棱镜2、第二直角反射棱镜5、第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4相同；第一透镜1和第二透镜6均为双胶合透镜，第一透镜1的物面侧为凸面、像面侧为凹面；第二透镜6的物面侧为凹面、像面侧为凸面；第一透镜1和第二透镜6初始位置下共同组合成可传递信息的望远系统，第一直角反射棱镜2、第二直角反射棱镜5、第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4是在原来望远系统上，通过增加光程改变屈光度，从而补偿人眼屈光不正，起到矫正视力的作用。
[0074] 黄斑是视觉细胞最密集的地方，人眼能看到的图像成像在此处，其与人眼像方节点的连线为视轴。为了防止检测时眼球的转动或者人眼瞳孔的差异导致瞳孔与光轴夹角发生变化，我们使用透镜1与人眼共同组成物方远心系统如图3，将人眼瞳孔位于透镜1的前焦点处，则视轴与光轴的夹角α由公式可得：
[0075]
[0076] 即视轴与光轴的夹角只取决于透镜L1的口径和焦距，即确定无论视标怎么移动、人眼瞳孔的差异，光线经过透镜L1聚焦后都一定经过瞳孔的中心。
[0077] 由于使用相同焦距的第一透镜1和第二透镜6，而将视标位于无限远时，则会有系统的垂轴放大率始终为‑1以及角放大率都不会发生改变，从而保证了不同人眼下看到远处视标都是一样的，避免了视标成像差异化，提高了使用者的适用性。
[0078] 本实施例中，Badal光学系统的工作原理如下：系统中第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4会上下移动位置改变第一透镜1到第二透镜6之间的距离，若第一透镜1到第二透镜6之间的距离大于第一透镜1的前焦距，则光束经过第一透镜1的时候光束会聚焦；若第一透镜1到第二透镜6之间的距离小于第一透镜1的前焦距，则光束经过第一透镜1的时候光束会发散。
[0079] Badal光学系统中第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4组合上下移动距离与屈光度数的线性关系计算过程如下：
[0080] 如图4所示，蓝色的光线表示正常人眼0D的眼底成像在r处，红色的光线表示屈光度为D眼底成像在r’处，D<0 0表示近视，D>0表示远视。
[0081] 系统中人眼像距le′与人眼屈光度D之间的关系为：
[0082]
[0083] 对于第二透镜6的物距l为：
[0084]
[0085] 把l带入高斯公式 中得第二透镜6的像距l’：
[0086]
[0087] 可得ΔL为：
[0088]
[0089] 则第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4组合移动距离为：
[0090]
[0091] 其中：L<0表示第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4下移，L>0表示第三直角反射棱镜3和第四直角反射棱镜4上移。
[0092] 人眼的晶状体类似于一个正透镜，但是其光学折射率是呈梯度变化的。晶状体的这种结构能够在一定程度上降低角膜的球差，提高眼的成像质量。晶状体的一个重要功能就是调节，即面对不同距离物体成像时起到调焦的作用，保证所视不同距离目标能准确成像在视网膜上。晶状体的调节通过睫状肌的伸缩牵拉附于其上的悬韧带以及自身的弹性实现。所以在通过Badal系统进行屈光刺激下，受到晶状体和肌肉调节会形成的一个弹性范围，现代的大部分主客观验光装置都无法检测这一段晶状体调节的最大距离。据参考文献论文数据表明，屈光刺激下近视人眼与非近视人眼的晶体调节范围差异具有统计学意义，可以作为医生诊断近视趋势的参考数据并进行合理预防和治疗。
[0093] 通过Badal系统的屈光刺激和线性关系特性，可以实现屈光调节范围及屈光度数，利用焦距相同的望远系统和本身Badal系统特性实现视标与人眼处于物像共轭、视角相同，提高检测装置数据对不同患者有相同的适用性和标准性。
[0094] OLED屏幕作为光源发出光束，光束大部分穿过第三透镜7和第四透镜8进入Badal光学系统，穿过第二透镜6，依次经过第二直角反射棱镜5、第四直角反射棱镜4、第三直角反射棱镜3、第一直角反射棱镜2的反射后穿过第一透镜1进入到人眼内。
[0095] 本发明可以实现近视力与远视力距离的测量，可以对视力距离上的量化，利用badal光学系统的角放大倍率不变的特性，结合VR实现人眼可以观看不同距离的E字标虚像，使得远视力和近视力的检测不仅仅限于标准距离，而是在5m～33cm都能观察到角分辨率为1′的E字视标，从而在远视力的角度判断最远的观察距离和在近视力的角度判断最近的观察距离，如图7所示，这对视力的焦点位置有了更科学的数据计量方式。具体地，实现以下功能：
[0096] 1.实现多距离同视角分辨检测
[0097] VR系统可依靠X轴直线滑台使OLED屏幕前后精准移动。由于物像共轭的原理，物的移动可以使得检测距离进行变化。利用Badal成像倍率、成像视角不变特性，避免单一VR系统不同物像位置的成像视角不一致的影响，从而实现不同距离下，检测过程中不受VR的成像距离影响人眼分辨角，也避免了以往传统视力表下不同距离检测时可能产生不同成像大小导致降低检测精度，提高人眼屈光检测的精确度和适用性。
[0098] 2.补充视力范围的检测数据
[0099] VR系统可通过X轴直线滑台移动OLED屏幕实现不同距离如(5m～25cm等)的视力检测，在Badal未调节情况下检测被测者最远能看清的距离以及最近处能看清的距离，和在Badal调节后即视力矫正情况下检测被测者最近处能看清的距离以及最远处能看清的距离。可以检测被测者能看清的视力范围，从而降低普通群众自主分析矫正效果的难度，提高在家中，在欠发达地区和未有专业人员陪同情况下的适用性，也为市面上开始流行的视力矫正仪器提供了一种检测效果的手段，检测出未矫正前的视力范围和矫正后的视力范围，使结果更有说服力。
[0100] 3.补充远近视力检测的数据
[0101] VR系统可通过X轴直线滑台移动OLED屏幕实现不同距离如(5m～25cm等)的视力检测，在Badal未调节情况下检测被测者在标准远视力距离下的视力值以及标准近视力距离下的视力值，和在Badal调节后即视力矫正情况下检测被测者标准远视力距离下的视力值以及标准近视力距离下的视力值。可以弥补现在大部分验光机构都只以远视力作为验光评判标准，大大提高验光配镜的准确性。不仅如此，还可以作为幼儿童弱视、老年人群老视、青少年双视力功能的评判指标，实现早期预防及调控治疗。
[0102] 4.提高视标随机性和检测精确性
[0103] OLED屏幕可实现无延迟的任意切换视标，避免被患者记忆影响主观判断，根据不同的检测需求更换视标图像，精准检测患者的主观屈光状态。
[0104] 实施例2
[0105] 如图8所示，本实施例示例性地利用上述检测人眼不同距离视力的VR测量系统进行基础验光测量测量，具体步骤如下：
[0106] S1、获取E字视标的视角值开始测量；
[0107] S2、获取当前E字视标的视角值，根据视角值随机产生E朝向的E字视标，并显示在OLED屏幕中心；
[0108] S3、用户将人眼贴近第一透镜的前焦点处，观察E字视标的朝向；若当前E字视标的朝向判断正确次数达到两次则获取下一视角值返回步骤S2；若当前E字视标的朝向判断错误次数小于两次则返回步骤S2；若当前E字视标的朝向判断错误次数达到两次则执行步骤S4；
[0109] S4、将前一组视角值写入计算机主机，作为人眼的主观视力；
[0110] S5、更替E字视标为1′的视角值，移动Badal光学系统直至用户判断清晰，并记录位置s1；
[0111] S6、继续移动Badal光学系统直至用户模糊，再次记录位置s2；
[0112] S7、判断当前位置信息个数是否为4个，若不为4个，则逆方向移动Badal光学系统返回步骤S5记录位置；若为4个，则执行步骤S8；
[0113] S8、检测结束，将四个位置信息写入计算机主机，四个位置的平均值作为主观配镜度数的计算参数，前后位置的差值作为晶体调节力；
[0114] 实施例3
[0115] 如图9所示，本实施例示例性地利用上述检测人眼不同距离视力的VR测量系统进行视力范围测量，具体步骤如下：
[0116] 7)获取1′视角值的E字视标开始测量；
[0117] 8)缓慢移动OLED屏幕，直至用户判断清晰位置，并记录位置；
[0118] 9)用户在该位置继续前后移动OLED屏幕，直至用户判断E字标清晰到模糊的具体位置，并记录位置x1作为用户的最远可视距离；
[0119] 10)继续移动OLED屏幕，直至用户判断模糊位置，并记录位置；
[0120] 11)用户在该位置继续前后移动OLED屏幕，直至用户判断E字标清晰到模糊的具体位置，并记录位置x2作为用户的最近可视距离；
[0121] 12)检查结束，将位置x1和位置x2写入计算机主机，获得视力范围。
[0122] 本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
