一种便携式视力筛选仪及其光路结构制造技术

本发明专利技术涉及医学检测设备和视力筛选仪领域，尤其涉及一种便携式视力筛选仪及其光路结构。本发明专利技术视力筛选仪由电路系统和光路结构组成，电路系统为双处理器结构，其中包含ARM处理器、FPGA、SDRAM、超声测距电路、温度检测电路、环境光检测电路、无线充电电路等部件；光路结构中包含近红外光源、准直透镜、CCD图像传感器、HS传感器、高通滤光片等部件。本发明专利技术便携式视力筛选仪能够对成人、婴幼儿、特殊疾病患者等各类人群进行快速、准确、全面的视力筛查及分析，可检测球镜度数、柱镜度数、柱镜角度、瞳孔大小、瞳距、屈光异常和固视方向等多种指标，适用于医院、体检中心、学校、眼镜店等各类机构。

A Portable Vision Screening Instrument and Its Optical Path Structure

The invention relates to the field of medical testing equipment and visual screening apparatus, in particular to a portable visual screening apparatus and its optical path structure. The visual acuity filter consists of a circuit system and a light path structure. The circuit system is a dual-processor structure, which includes ARM processor, FPGA, SDRAM, ultrasonic ranging circuit, temperature detection circuit, ambient light detection circuit, wireless charging circuit and other components. The optical path structure includes near-infrared light source, collimating lens, CCD image sensor, HS sensor, high-pass filter and other parts. Pieces. The portable visual acuity screening instrument can quickly, accurately and comprehensively screen and analyze the visual acuity of adults, infants, patients with special diseases, etc. It can detect spherical lens, cylindrical lens, cylindrical lens angle, pupil size, pupil distance, refractive abnormality, fixed vision direction and other indicators, and is suitable for hospitals, physical examination centers, schools, ophthalmologists and other institutions.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式视力筛选仪及其光路结构
本专利技术涉及医学检测设备和视力筛选仪领域，尤其涉及一种便携式视力筛选仪及其光路结构以及其在医学检测中的应用。
技术介绍
目前医院眼科及眼镜行业所使用的视力筛选仪(验光仪)主要是台式验光设备，验光对象主要是成人或达到一定年龄、可以主动配合的儿童，需要将头放在支架上，眼睛配合医生主动去观察。台式验光设备按照其验光原理不同可分为主观式验光仪和客观式验光仪，主观式验光仪需要被测者反馈自己的感受，从而使得测试结果更为准确；而客观式验光仪则不需要被测者的反馈，避免了人为误差。但无论主观式验光还是客观式验光都需要被测者的行为配合，如果被测者年龄较小或存在某些疾患，则可能无法进行测试，另外，由于台式验光仪通常体积较大，不易移动，无法进行家庭访视。因此，台式验光仪并不适用于婴幼儿及一些特殊的病患者。为了克服上述台式验光仪的不足，技术人员开发出了便携式视力筛选仪(便携式验光仪)，旨在解决台式验光仪笨重、不易携带、筛查效率低等问题，并在婴幼儿视力筛查中得到了较广泛的应用。目前便携式视力筛选仪采用的技术有两种，一种是采用Hartmann-Shark技术，利用Zernike多项式进行像差分析后得出测量结果，其可以准确的分析出人眼的低阶像差和高阶像差，即分析人眼的近视、远视、散光和柱镜轴位；另一种是通过摄像-验光法的原理进行测量，是将近红外光源透射到被测者眼底视网膜上，视网膜上的光反射到瞳孔区域，在不同的屈光状态下呈现不同的图案，摄像机记录图案并通过计算得出屈光度、屈光参差和斜视等相关数据。但上述两种便携式视力筛选仪也各有其优缺点：采用Hartmann-Shark技术的便携式验光仪，一般被称为单目视力筛选仪，其优点是测量准确，但测量项目相对较少，只能测球镜(近视、远视)、柱镜(散光)和轴位(散光角度)，而且只能单眼测量；采用摄像技术的便携式视力筛选仪，一般被称为双目视力筛选仪，其可同时测得两个眼睛的球镜(近视、远视)、柱镜(散光)和轴位(散光角度)等数据，还可以通过图像处理分析出瞳孔的大小、瞳距、固视角度等结果，并同时拍摄眼睛的图像，相对Hartmann-Shark技术，其分析内容丰富许多，但其最大的问题在于测试结果准确性低，重复性较差，而且不能分析高阶像差。如何克服上述两种便携式视力筛选仪在使用过程中存在的缺陷，开发出适用于婴幼儿视力筛查的能够进行快速、准确、全面的视力筛查及分析的新型便携式视力筛选仪已成为技术人员关注的课题。然而，由于上述两种便携式视力筛选仪其检测原理具有很大差异，将其结合使用技术难度较大，因此，目前为止尚未见到结合使用上述技术制成的便携式视力筛查设备面世。
技术实现思路
为了克服现有便携式视力筛选仪在使用过程中存在的缺陷，本专利技术在反复调试的基础上，开发出了一种全新的便携式视力筛选仪。人眼测量技术根据是否需要被测者的响应分为主观测量法和客观测量法。主观测量法包括主观阴影像差仪、干涉度量法和主观光路追迹法等，这些都需要依据被测者的反馈进行结果判定；客观测量法主要包括基于哈特曼-夏克(Hartmann-Shark，HS)波前传感器测量法、客观阴影像差法、摄影验光法、双光程法和同步像差法等，客观测量法不需要被测者的反馈，可尽量减少人为误差，而且适用范围更广。在各种客观测量方法中，采用Hartmann-Shark技术的检测设备应用最为广泛。当将Hartmann-Shark技术应用于验光仪领域时，主要是利用其进行波前像差的测量，并在此基础上分析Zernike多项式的低阶像差，即分析人眼的近视、远视、散光和柱镜轴位。人眼的复杂像差可以分解为多个Zernike多项式：W＝C00Z00+C1-1Z1-1+C11Z11+C2-2Z2-2+C22Z22+C20Z20+C3-3Z3-3+C3-1Z3-1+……+其余高级多项式；而人眼的一些像差就可以用Zernike多项式的系数计算出来：例如，用于表述人眼近视/远视的球镜度(S)可表述为：用于描述人眼散光的柱镜度(C)可表述为：用于描述人眼散光角度的轴位角(θ)可表述为：由此可见，采用Hartmann-Shark传感器通过Zernike多项式可以很精确的测量出人眼的各种低价像差。传统的Hartmann-Shark测试光路结构如附图1所示，其中：(1)近红外光源、(2)准直透镜L1、(3)光阑S1、(4)反射镜M1、(5)CCD图像传感器1、(6)HS传感器、(7)高通滤光片F1、(8)透镜L3、(9)透镜L2、(10)分光片M2、(11)窗口片M3、(12)瞳孔。在这个光路中，近红外光源多采用近红外发光二极管(LED)或近红外激光二级管(LD)，L1将光源发出的近红外光准直，光阑S1限制准直光的出射孔径，一般形成直径1～2mm的光束；M1是全反射镜，使得光束呈90°偏转；M2是分光片，使得出射光束部分透射，部分反射；M3是窗口片，主要起保护和密封作用；经M2反射后的准直光束经过窗口片M3后进入人眼，经瞳孔汇聚后，光斑呈现在眼底视网膜处，漫反射后通过瞳孔出射，经瞳孔出射的光线再经过窗口片M3，然后经过分光片M2透射，经透镜L2、L3整形后经过高通滤光片F1，再经过HS传感器，然后成像在CCD图像传感器上，CCD和瞳孔呈共轭关系。在本专利技术中，专利技术人改进了传统的Hartmann-Shark测试光路结构，得到了一种适用于便携式视力筛选仪的新光路结构，如附图2所示，改进后的新光路结构由下述部件组成：(1)近红外光源、(2)准直透镜L1、(3)光阑S1、(4)反射镜M1、(5)CCD图像传感器1、(6)HS传感器、(7)高通滤光片F1、(8)准直透镜L3、(9)准直透镜L2、(10)分光片M2、(11)窗口片M3、(13)CCD图像传感器2、(14)透镜L4、(15)透镜L5、(16)分光片M4；其中：由近红外光源发出的光束经准直透镜L1准直后射入直径2mm的光阑S1，使得准直光形成直径2mm的准直光束；反射镜M1使得准直光束呈90°偏转；CCD图像传感器1、HS传感器、高通滤光片F1、准直透镜L3、准直透镜L2、分光片M2和窗口片M3组成本光路结构的第一测试通道；分光片M2为50％分光片，使得准直光束50％透射，50％反射；窗口片M3起保护和密封作用；经分光片M2反射后的准直光束经过窗口片M3后进入人眼，经瞳孔汇聚后，光斑呈现在眼底视网膜处，经视网膜再次反射后通过瞳孔出射，经瞳孔出射的光线再次经过窗口片M3，然后依次经过分光片M2透射，准直透镜L2和准直透镜L3整形，高通滤光片F1滤光，HS传感器处理后成像在CCD图像传感器1上，CCD图像传感器1和人眼瞳孔成共轭关系；CCD图像传感器2、透镜L4、透镜L5和分光片M4组成本光路结构的第二测试通道；分光片M4为50％分光片；透镜L5和透镜L4构成一个望远系统；经瞳孔出射的光线再次经过窗口片M3后，其中50％经过分光片M2反射至分光片M4上，反射光经分光片M4再次反射后进入透镜L5和透镜L4构成的望远系统中，最后成像在CCD图像传感器2上。在本专利技术光路结构中，CCD图像传感器1主要用于处理人眼的像差，其作用是分析、测量人眼的球镜、柱镜及柱镜角度；CCD图像传感器2主要用于获取人眼的整体图像，该通道即为摄像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式视力筛选仪，其特征在于所述便携式视力筛选仪中包含电路系统和光路结构，其中：所述电路系统为双处理器结构，其中包含下述部件：1#ARM处理器、2#ARM处理器、FPGA、1#SDRAM、2#SDRAM、超声测距电路、温度检测电路、存储电路、环境光检测电路、接口电路、电源电路、锂电池、无线充电电路、激光功率电路和显示屏接口；其中所述1#ARM处理器和2#ARM处理器的外部均设有CCD接口和SDRAM接口；所述光路结构由下述部件组成：近红外光源(1)、准直透镜L1(2)、光阑S1(3)、反射镜M1(4)、CCD图像传感器1(5)、HS传感器(6)、高通滤光片F1(7)、准直透镜L3(8)、准直透镜L2(9)、分光片M2(10)、窗口片M3(11)、CCD图像传感器2(13)、透镜L4(14)、透镜L5(15)和分光片M4(16)；其中：由近红外光源(1)发出的光束经准直透镜L1(2)准直后射入直径2mm的光阑S1(3)，使得准直光形成直径2mm的准直光束；反射镜M1(4)使得准直光束呈90°偏转；CCD图像传感器1(5)、HS传感器(6)、高通滤光片F1(7)、准直透镜L3(8)、准直透镜L2(9)、分光片M2(10)和窗口片M3(11)组成本光路结构的第一测试通道；分光片M2(10)为50％分光片，使得准直光束50％透射，50％反射；窗口片M3(11)起保护和密封作用；经分光片M2(10)反射后的准直光束经过窗口片M3(11)后进入人眼，经瞳孔(12)汇聚后，光斑呈现在眼底视网膜处，经视网膜再次反射后通过瞳孔(12)出射，经瞳孔(12)出射的光线再次经过窗口片M3(11)，然后依次经过分光片M2(10)透射，准直透镜L2(9)和准直透镜L3(8)整形，高通滤光片F1(7)滤光，HS传感器(6)处理后成像在CCD图像传感器1(5)上，CCD图像传感器1(5)和人眼瞳孔(12)成共轭关系；CCD图像传感器2(13)、透镜L4(14)、透镜L5(15)和分光片M4(16)组成本光路结构的第二测试通道；分光片M4(16)为50％分光片；透镜L5(15)和透镜L4(14)构成一个望远系统；经瞳孔(12)出射的光线再次经过窗口片M3(11)后，其中50％经过分光片M2(10)反射至分光片M4(16)上，反射光经分光片M4(16)再次反射后进入透镜L5(15)和透镜L4(14)构成的望远系统中，最后成像在CCD图像传感器2(13)上。...

【技术特征摘要】
1.一种便携式视力筛选仪，其特征在于所述便携式视力筛选仪中包含电路系统和光路结构，其中：所述电路系统为双处理器结构，其中包含下述部件：1#ARM处理器、2#ARM处理器、FPGA、1#SDRAM、2#SDRAM、超声测距电路、温度检测电路、存储电路、环境光检测电路、接口电路、电源电路、锂电池、无线充电电路、激光功率电路和显示屏接口；其中所述1#ARM处理器和2#ARM处理器的外部均设有CCD接口和SDRAM接口；所述光路结构由下述部件组成：近红外光源(1)、准直透镜L1(2)、光阑S1(3)、反射镜M1(4)、CCD图像传感器1(5)、HS传感器(6)、高通滤光片F1(7)、准直透镜L3(8)、准直透镜L2(9)、分光片M2(10)、窗口片M3(11)、CCD图像传感器2(13)、透镜L4(14)、透镜L5(15)和分光片M4(16)；其中：由近红外光源(1)发出的光束经准直透镜L1(2)准直后射入直径2mm的光阑S1(3)，使得准直光形成直径2mm的准直光束；反射镜M1(4)使得准直光束呈90°偏转；CCD图像传感器1(5)、HS传感器(6)、高通滤光片F1(7)、准直透镜L3(8)、准直透镜L2(9)、分光片M2(10)和窗口片M3(11)组成本光路结构的第一测试通道；分光片M2(10)为50％分光片，使得准直光束50％透射，50％反射；窗口片M3(11)起保护和密封作用；经分光片M2(10)反射后的准直光束经过窗口片M3(11)后进入人眼，经瞳孔(12)汇聚后，光斑呈现在眼底视网膜处，经视网膜再次反射后通过瞳孔(12)出射，经瞳孔(12)出射的光线再次经过窗口片M3(11)，然后依次经过分光片M2(10)透射，准直透镜L2(9)和准直透镜L3(8)整形，高通滤光片F1(7)滤光，HS传感器(6)处理后成像在CCD图像传感器1(5)上，CCD图像传感器1(5)和人眼瞳孔(12)成共轭关系；CCD图像传感器2(13)、透镜L4(14)、透镜L5(15)和分光片M4(16)组成本光路结构的第二测试通道；分光片M4(16)为50％分光片；透镜L5(15)和透镜L4(14)构成一个望远系统；经瞳孔(12)出射的光线再次经过窗口片M3(11)后，其中50％经过分光片M2(10)反射至分光片M4(16)上，反射光经分光片M4(16)再次反射后进入透镜L5(15)和透镜L4(14)构成的望远系统中，最后成像在CCD图像传感器2(13)上。2.如权利要求1所述的便携式视力筛选仪，所述光路结构中还包含下述部件：反射镜M5(17)、反射镜M6(18)、反射镜M7(19)和反射镜M8(20)；所述反射镜M5(17)、反射镜M6(18)、反射镜M7(19)和反射镜M8(20)依次设置于准直透镜L2(9)和准直透镜L3(8)之间，并成“几”字形排列。3.如权利要求1所述的便携式视力筛选仪，其中：所述近红外光源(1)为波长850nm的激光二极管；所述高通滤光片F1(7)的前截止波长为810nm，光密度D值大于3，其作用是滤除可见光。4.如权利要求1所述的便携式视力筛选仪，其中：所述超声测距电路为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：田海波，洪川，
申请(专利权)人：上海贝高医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31