視標(biāo)投影儀的設(shè)計(jì)

張志清 張陽春

1 山西省醫(yī)療器械檢測(cè)中心（太原 030012）

2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（哈爾濱 150001）

0.概述

視標(biāo)投影儀是一種集光學(xué)成像、電子控制、精密機(jī)械、微處理器相互結(jié)合的光機(jī)電一體化的產(chǎn)品。主要應(yīng)用于醫(yī)院眼科和眼鏡店的驗(yàn)光配鏡，能夠快速、自動(dòng)、準(zhǔn)確地投射出各種視標(biāo)，是醫(yī)院眼科和眼鏡店進(jìn)行醫(yī)學(xué)驗(yàn)光的必備儀器。

視標(biāo)投影儀主要用于醫(yī)院及眼鏡店，替代傳統(tǒng)的視力表和驗(yàn)光燈箱，檢查各種視力情況、屈光狀況、雙目功能和缺陷（屈光不正、散光、融合力、同時(shí)視、立體視功能、隱斜視、預(yù)近視、周邊融合等）。我們?cè)O(shè)計(jì)的視標(biāo)投影儀視標(biāo)中，不僅包含了常用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)視力表和對(duì)數(shù)視力表的所有視標(biāo)，還增加了如散光視標(biāo)、紅綠測(cè)試視標(biāo)、點(diǎn)組視標(biāo)、Worth 四點(diǎn)測(cè)試視標(biāo)、垂直對(duì)齊測(cè)試視標(biāo)、精確立體視功能測(cè)試視標(biāo)、馬氏桿測(cè)試視標(biāo)、偏振十字固視視標(biāo)、雙目平衡測(cè)試視標(biāo)、十字網(wǎng)線測(cè)試視標(biāo)等多種特種視標(biāo)，綜合了中心視力測(cè)試、弱視測(cè)試、散光測(cè)試、立體同視機(jī)測(cè)試、色覺測(cè)試、斜視測(cè)試、隱斜視測(cè)試等視力方面的多種測(cè)試。

1.視標(biāo)及其原理和功能

視標(biāo)投影儀投影出的視標(biāo)主要包括E 視力表、C 視力表、數(shù)字視力表、字母視力表、兒童視力表和特殊視力表。

E 視力表、C 視力表、數(shù)字視力表、字母視力表、兒童視力表為小數(shù)制視標(biāo)，用于評(píng)估被測(cè)眼戴矯正試片后的屈光矯正情況。其中兒童視力表為動(dòng)物剪影視標(biāo)，特殊視力表主要包括以下幾種：

(1)馬氏桿視標(biāo)

馬氏桿視標(biāo)主要用于檢查患者隱斜視情況。檢查時(shí)被測(cè)者使用紅色馬氏桿鏡片觀察視標(biāo)。通過被測(cè)者看到的●與橫線（豎線）的相對(duì)位置來判斷其隱斜視情況。

(2)交叉網(wǎng)格視標(biāo)

交叉網(wǎng)格視標(biāo)可以精密測(cè)量球鏡度數(shù)。

(3)散光時(shí)鐘視標(biāo)

散光時(shí)鐘視標(biāo)用于檢查患者的散光度及其軸位。當(dāng)所有的黑色線條暗度皆相同時(shí)，表示被測(cè)者無散光或已矯正。通過逐步增減散光度和調(diào)節(jié)軸位使被測(cè)者看到的線條暗度相同。

(4)散光斑點(diǎn)視標(biāo)

散光斑點(diǎn)視標(biāo)用于單眼測(cè)定散光軸位和散光度數(shù)，評(píng)估被測(cè)眼戴矯正試片后是否仍有未矯正的散光。

(5)一致性視標(biāo)

一致性視標(biāo)主要用于檢查雙眼不等視和上、下、內(nèi)、外隱斜視。檢查時(shí)被測(cè)者右眼使用135?偏光鏡，左眼使用45?偏光鏡。通過偏光鏡可以使被測(cè)者兩只眼睛看到不同的圖案，雙眼看到的視標(biāo)大小是否相同來斷定其不等視；雙眼看到視標(biāo)的相對(duì)位置來判斷被測(cè)者的隱斜視情況。

(6)偏振十字隱斜視視標(biāo)

偏振十字隱斜視視標(biāo)主要用于檢查患者是否有隱斜視。檢查時(shí)被測(cè)者右眼使用135?偏光鏡，左眼使用45?偏光鏡。通過偏光鏡可以使被測(cè)者兩只眼睛看到不同的圖案，當(dāng)被測(cè)者兩只眼睛同時(shí)觀察視標(biāo)時(shí)，通過看到的視標(biāo)圖案的錯(cuò)位情況來被測(cè)者眼睛的隱斜視情況；當(dāng)被測(cè)者看到的視標(biāo)沒有錯(cuò)位時(shí)，斷定該被測(cè)者雙眼無隱斜視。

(7)立體視視標(biāo)

立體視視標(biāo)主要用于檢查患者的立體視覺功能。被測(cè)者檢查時(shí)右眼使用135?偏光鏡，左眼使用45?偏光鏡。被測(cè)者通過偏光鏡片可以看到四個(gè)“||”的距離不同，通過這個(gè)特性來判斷被測(cè)者的立體視覺為多少。

(8)Worth 四點(diǎn)融像圖

Worth 四點(diǎn)融像圖主要用于檢查患者的融像和抑制?；颊邫z查時(shí)右眼使用紅色濾光片，左眼使用綠色濾光片。被測(cè)者單眼只能看到紅色或者綠色，當(dāng)被測(cè)者雙眼只能看到紅色或者綠色時(shí)，斷定為有一只眼睛被抑制；當(dāng)被測(cè)者能同時(shí)看到5 個(gè)點(diǎn)兩種顏色時(shí)，斷定為復(fù)視；當(dāng)患者看到4 個(gè)點(diǎn)三種顏色（其中 為粉紅色或紅綠交替）時(shí)，斷定為融像，此時(shí)被測(cè)者融像功能正常。

2.光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

投影儀光學(xué)系統(tǒng)主要由光源、聚光鏡、光闌、碼盤、投影物鏡、光學(xué)部件組成。其工作原理如圖1 所示。

大功率LED 光源發(fā)出的光通過聚光鏡會(huì)聚投射到分劃板視標(biāo)面，使分劃板視標(biāo)成為物鏡光學(xué)系統(tǒng)的亮物；分劃板視標(biāo)經(jīng)過投影物鏡在一定距離的投影板上成清晰、放大的實(shí)像。操作人員通過遙控器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使光闌和分劃板配合來實(shí)現(xiàn)投影視標(biāo)的切換。

圖1.視標(biāo)投影儀光學(xué)原理圖

光學(xué)部件主要用于固定光學(xué)系統(tǒng)的鏡片和光源，以達(dá)到視標(biāo)投影儀成像要求。因投影距離要求在3～6 米的范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，聚焦轉(zhuǎn)輪應(yīng)具有調(diào)整焦距功能。通過調(diào)整此聚焦轉(zhuǎn)輪，可使視標(biāo)在不同的投影距離下，均可在投影板上清晰成像。

3.電子系統(tǒng)及軟件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)由主控系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)兩個(gè)大系統(tǒng)組成。

3.1 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)由五大部分組成：CPU 控制器模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、大功率LED 驅(qū)動(dòng)模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊與電源模塊。其中CPU 控制模塊由MCS-51 單片機(jī)和靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM 組成，接收由遙控系統(tǒng)發(fā)射出來的信號(hào)，產(chǎn)生中斷控制分劃板和碼盤旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，控制大功率LED 的亮、滅。SRAM 中存儲(chǔ)用戶自定義的常用的操作模式，用戶可隨時(shí)通過遙控器修改。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)由TD62064AP 來完成的。大功率LED 驅(qū)動(dòng)由SD42509 來完成，SD42509 是降壓型、PWM 控制、功率開關(guān)內(nèi)置的LED 恒流驅(qū)動(dòng)芯片，在寬廣的輸入電壓范圍內(nèi)，輸出電流可以達(dá)到1A，內(nèi)置溫度保護(hù)電路，限流電路，為系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行提供了保證，并通過SP232 完成串行通信電路的連接。電源模塊用一個(gè)提供+12 的開關(guān)電源給LED 和步進(jìn)電機(jī)供電，主板的電源通過7805 轉(zhuǎn)換提供。其原理框圖如圖2 所示。

3.2 遙控系統(tǒng)

遙控系統(tǒng)主要由三部分組成：發(fā)送遙控代碼模塊、矩陣鍵盤模塊和電源模塊。遙控器中采用的紅外遙控芯片是HL50462。當(dāng)矩陣鍵盤被按下時(shí)，HL50462 根據(jù)接收到的不同的鍵值產(chǎn)生不同的代碼并通過紅外發(fā)射管發(fā)送出去。其原理框圖如圖3 所示。

3.3 電路軟件設(shè)計(jì)

3.4 自檢和零位校驗(yàn)程序

圖2.主控系統(tǒng)原理框圖

圖3.遙控系統(tǒng)原理框圖

開機(jī)或按遙控器上復(fù)位鍵后，自動(dòng)進(jìn)入自檢和零位自校功能，然后進(jìn)入等待接收遙控中斷狀態(tài)，初始化流程圖如圖4 所示。

圖4.初始化流程圖

圖5.遙控接收程序流程圖

圖6.鍵碼識(shí)別程序流程圖

CPU 接收到遙控器發(fā)出的信號(hào)，產(chǎn)生中斷，判別是否是無效中斷，然后進(jìn)行鍵碼識(shí)別，根據(jù)不同鍵碼執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。流程圖如圖5 所示。

鍵碼識(shí)別程序詳細(xì)流程圖如圖6 所示。

4.結(jié)束語

我們?cè)O(shè)計(jì)的視標(biāo)投影儀采用單片機(jī)控制，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)百種視標(biāo)的組合，可由檢查者任意選擇視標(biāo)投射到投影屏上，保證檢查結(jié)果的真實(shí)性。此外，在用戶模式下可由檢查人員將兩種常用操作模式存入并可隨時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行修改，采用了紅外線遙控技術(shù)，為視力檢查提供方便。