Цифровые очки для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения Российский патент 2023 года по МПК A61F9/08 

Изобретение относится к оптическим устройствам для лечения и реабилитации бинокулярного зрения, отсутствующего вследствие амблиопии и косоглазия, а также эмуляции бинокулярного зрения пациентов с отсутствующим, либо временно недееспособным глазом. Бинокулярное восприятие окружающей среды одним глазом дает возможность расширить возможности человека с одним видящим глазом, а людям с восстановленным бинокулярным зрением в короткие сроки вернуться к полноценной трудовой деятельности.

Известно техническое решение «Способ лечения амблиопии» (патент РФ 2282423, опубл. 27.08.2006, заявка №2002109199, приоритет от 10.04.2002). Устройство, в котором реализован данный способ лечения амблиопии, представляет собой шлем виртуальной реальности, содержащий экраны (визоры), на которые от видеоисточника проецируется изображение, отдельно для правого и левого глаза. В видеошлеме имеются два цветных дисплея на жидких кристаллах, каждый из которых создает контрастное изображение из 789×230 элементов. Оба глаза видят разные изображения, при этом совместно воспринимают глубину и создается стереоэффект. В результате получается поистине стереоскопическое изображение, помещая вас в реальность событий. В конструкцию видеошлема входят стереонаушники высокого качества. Система виртуальной ориентации реагирует на каждое движение головы пользователя. Контролер цифровой обработки сигнала обеспечивает точность ввода и обратную связь. Общее раздражение светом сетчатки оказывает растормаживающее действие на функцию амблиопического глаза и повышает возбудимость коркового отдела соответствующей половины зрительного анализатора. При постепенном уменьшении размеров яркостных фигур виртуальных тест объектов на темном фоне, создаваемых в шлеме, активизируются рецепторы центральной зоны сетчатки и осуществляется световая стимуляция центральной ямки желтого пятна. Все упражнения проводятся монокулярно с окклюзией видящего глаза.

Недостатком данного изобретения является ограниченность применения данного способа лечения пациентов с нецентральной фиксацией вследствие целенаправленного воздействия света только на центральную зону без воздействия на всю сетчатку. Все упражнения проводятся монокулярно, что не позволяет восстанавливать бинокулярное зрение пациента и эффективно использовать бинокулярное зрение для ускорения лечения амблиопии. В представленном изобретении не реализована возможность естественного бинокулярного восприятия и не осуществляется оценка степени восстановления функции амблиопического глаза к бинокулярному зрению.

Известен «Способ лечения амблиопии у детей» (патент РФ 2764834, 21.01.2022, заявка 2021106712, приоритет от 16.03.2021). Устройство, в котором реализован данный способ лечения амблиопии, представляет собой шлем виртуальной реальности, в котором с помощью аппаратной стимуляции сетчатки светом от шлема виртуальной реальности путем воздействия на яркостной, пространственно-частотный и контрастный каналы обработки зрительной информации с применением тест объектов, формируемых в шлеме виртуальной реальности. Проверка остроты зрения с применением технологии виртуальной реальности перед сеансами позволяет отследить динамику повышения остроты зрения, внося корректировки в настройке аппаратного комплекса.

Недостатком данного изобретения является высокая продолжительность и сложность проведения лечебных процедур, вследствие того, что стимуляция проводится монокулярно, только одного больного глаза без взаимодействия со вторым, здоровым глазом. Эффективность заявленной терапии снижается вследствие того, что в представленном изобретении применяются технологии виртуальной реальности без учета естественного бинокулярного восприятия. А также не предусмотрена оценка степени восстановления функции амблиопического глаза к бинокулярному зрению совместно со здоровым глазом.

Известно «Устройство для коррекции и выявления амблиопии» (патент CN104207876, опубл. 17.12.2014, заявка №201410483581.9, приоритет от 19.09.2014). Устройство содержит две жидкокристаллические линзы, основную пластину, два оптических датчика и систему управления, при этом две жидкокристаллические линзы заделаны на каркасе линзы, основная пластина неподвижно установлена на каркасе линзы, два оптических датчика расположены соответственно на внутренних поверхностях двух жидкокристаллических линз, система управления состоит из дистанционного контроллера, который выполнен с беспроводной связью с основной пластиной при этом основная пластина снабжена микропроцессором, беспроводным приемником, модулем карты памяти, часы реального времени и переключателем режима работы, причем беспроводной приемник, модуль карты памяти, часы реального времени и переключатель выбора режима находятся в связи с микропроцессором, соответственно, две жидкокристаллические линзы находятся в управляющем соединении с микропроцессором на основной пластине соответственно, а два оптических датчика находятся в связи с микропроцессором на основной пластине соответственно.

Недостатком данного изобретения является сложность контроля и определения эффективности процедуры восстановления функции амблиопического глаза к бинокулярному зрению совместно со здоровым глазом. Кроме того, данное изобретение не позволяет восстанавливать бинокулярное зрение при косоглазии, вследствие того, что режимы работы нацелены на терапию амблиопии и коррекцию аметропии.

Известно техническое решение «Способ подбора призматических очков детям превербального возраста с содружественным косоглазием» (патент RU 2746651, опубл. 19.04.2021, заявка № 2020124326, приоритет от 22.07.2020). Способ реализуется с помощью устройства, представляющего собой набор корректирующих призм, соответствующих величине косоглазия, которые устанавливаются в нужное положение на очковую линзу с последующей оценкой правильности подбора призм и эффективности призматической коррекции. Подбор призм осуществляют после полной очковой коррекции аметропии. В качестве призм используют эластичные призмы Френеля нужной силы, определенной с помощью призматической линейки по отсутствию установочных движений при кавер-анкавер тесте. Призму, соответствующую по силе величине косоглазия, апплицируют на одну или обе очковые линзы основанием, обращенным в сторону, противоположную направлению косоглазия. При амблиопии призму апплицируют на очковую линзу лучше видящего глаза. При этом остроту зрения, рефракцию до и после проведения циклоплегии, правильность подбора призм Френеля оценивают на рефрактометре Plusoptix. Об эффективности призматической коррекции судят по появлению у ребенка бинокулярного и стереозрения с помощью Stereo Fly теста.

Недостатком способа является значительная длительность подбора призматических очков, так как подбор призм и оценка степени восстановления функции бинокулярного зрения осуществляется раздельно, а также отсутствует аппаратная стимуляция процесса восстановления бинокулярного зрения, при которой одновременно проводится подбор призм и оценка функции бинокулярного зрения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство цифровых очков для эмуляции бинокулярного зрения (Патент RU 2661550 C1, опубл. 17.07.2018, заявка № 2017126300, приоритет от 24.07.2017), содержащее затемненную линзу с вмонтированной в нее на уровне зрачка видеокамерой, с углами разворота, соответствующими человеческому глазу, а также линзу с цифровым внутренним экраном, расположенным ближе к переносице, над линзой расположен датчик положения зрачка видящего глаза, камера перемещается синхронно с видящим глазом, линза с перемещаемым монитором перестраивает угол изображения в зависимости от поворота глаза, во внутреннем объеме линзы невидящего глаза вмонтирован микрокомпьютер, отвечающий за синхронизацию всех цифровых устройств и создающий видеопоток в цифровом внутреннем экране линзы видящего глаза

Указанное устройство имеет ряд недостатков, препятствующих получению требуемого результата, в частности бинокулярное или стереоскопическое зрение возникает, когда изображение от одного глаза, например, левого, попадая в соответствующую часть головного мозга, а от правого - в другую часть мозга и обрабатываются совместно. В результате работы мозга в ощущениях человека появляется стереоскопическая картина окружающего пространства. Основными признаками стереоскопического ощущения является видимость глубины пространства и объекта в нем, ощущение впадин и выпуклостей на поверхностях объектов, видимость объема, оценка пространственного размещения по дальностям и направлениям и т.п.

Рассмотрим работу представленного устройства, как оно описано в патенте. Анализаторы изображения мозга в создании бинокулярного восприятия не участвуют, т.к. изображение поступает в один глаз - видящий. В этот глаз поступают световые лучи от двух источников - напрямую от объектов окружающей обстановки и от цифрового экрана. Однако лучи поступают в глаз раздельно под разными углами и фокусируются хрусталиком в разных частях сетчатки, поэтому глазом будут наблюдаться либо раздельные части пространства, либо двоящаяся картина совпадающих частей наблюдаемого объекта. Качество изображения, воспринимаемое различными частями сетчатки, сильно различается, так хорошее качество формируется только в «желтом пятне» сетчатки или макуле. Суммировать изображения из разных частей сетчатки невозможно. Еще одним отрицательным фактором, который не позволяет получить некоторое общее изображение, является различное по дистанции расположение экрана и объектов, наблюдаемых глазом напрямую через линзу, т.е. объекты и экран расположены на различных дистанциях от глаза, и одновременная аккомодация на них глазом невозможна, и они одновременно не могут резко фокусироваться на сетчатке глаза. Кроме того, недостатком технического решения является низкая эффективность эмуляции бинокулярного зрения одним глазом вследствие того, что не передается глубина, объем изображения наблюдаемого объекта. Другим недостатком является двоящаяся картина совпадающих частей наблюдаемого объекта, низкое качество изображения вследствие того, что в техническом решении суммируются изображения из разных частей сетчатки глаза. Кроме того, в данном изобретении не учитывается то обстоятельство, что для каждого невидящего глаза необходим соответствующий вариант очков: левый или правый.

Целью заявляемого изобретения является создание цифровых очков для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения, отсутствующего вследствие амблиопии и косоглазия, а также эмуляции бинокулярного зрения пациентов с отсутствующим, либо временно недееспособным глазом.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является усиление контрастности, увеличение объема, глубины изображения наблюдаемых объектов, а также повышение разрешающей способности глаза наблюдателя.

Технический результат и цель достигается тем, что предлагаемые цифровые очки для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения содержат корпус, выполненный с возможностью закрепления на голове человека, видеокамеры с устройствами разворота и фокусировки, отображающие оцифрованное изображение дисплеи, обрабатывающий цифровые данные компьютер, подключенный средствами связи к видеокамерам, дисплеям, отличающиеся тем, что в корпусе цифровых очков на уровне глаз человека дополнительно расположены корректирующие линзы с оптическими характеристиками, соответствующими степени и ввиду аметропии глаза человека, перед корректирующими линзами на оптической оси каждого глаза дополнительно расположены ахроматические блоки призм с возможностью изменения хода оптических лучей в диапазоне от 0 до 30 градусов относительно оптической оси глаза, при этом блоки призм состоят из набора оптических призм, каждая из которых имеет независимую ось вращения, блоки призм оборудованы устройствами разворота призм, кроме того, на ориентированных к корректирующим линзам наружных поверхностях оптических призм в составе блоков призм нанесено светоделительное отражающее покрытие, причем между блоками призм и дисплеями размещены оптические системы, включающие объективы, коллективные линзы и фокусирующие окуляры, которые относительно блоков призм установлены под углом так, чтобы отразить от отражающих поверхностей направление оптической оси оптической системы и совместить ее с оптическими осями корректирующих линз, причем оптические системы позволяют сфокусировать падающее на сетчатку глаз человека изображение дисплея в соответствии с расстоянием от глаз до объекта наблюдения, для регистрации изображения объекта наблюдения на корпусе цифровых очков над корректирующими линзами размещены видеокамеры, соединенные с устройствами их разворота и фокусировки, на корпусе цифровых очков закреплен лазерный указатель для обозначения центра поля зрения на объекте наблюдения, при этом устройствами разворота и фокусировки видеокамер, а также фокусируемыми окулярами управляет обрабатывающий цифровые данные компьютер. Кроме того, лазерный указатель может быть оборудован размещенным на корпусе цифровых очков приемником лазерного сигнала с возможностью определения расстояния от глаза до объекта наблюдения. Кроме того, лазерный указатель может быть закреплен на корпусе в плоскости симметрии между видеокамерами. Кроме того, отображающие оцифрованное изображение дисплеи могут быть размещены на корпусе цифровых очков.

Усиление контрастности, увеличение объема, глубины изображения наблюдаемых объектов, а также повышение разрешающей способности глаза наблюдателя обеспечивается совмещением реального изображения, видимого каждым глазам, с цифровым аналогом этого изображения.

Техническое решение имеет возможность проведения световой стимуляции каждого глаза с целью лечения, которое приведет к восстановлению бинокулярного зрения лицам, у которых бинокулярное зрение отсутствовало от рождения, было утрачено вследствие травмы, амблиопии или косоглазия. При цифровой обработке изображений для каждого глаза обеспечивается условие для эмуляции бинокулярного зрения у лиц, лишенных одного глаза или у которых глаз временно не дееспособен, благодаря рассмотрению здоровым глазом суммарного цифрового изображения, имитирующего реальные объемные объекты, что позволит воспринимать окружающую среды объемно одним глазом, эмулируя таким образом бинокулярное зрение.

Сущность изобретения поясняется чертежами

Фиг. 1 - вид спереди на цифровые очки для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения.

Фиг. 2 - оптическая схема цифровых очков для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения.

Фиг. 3 - оптическая схема блоков призм при компенсации косоглазия (варианты).

Фиг. 4 - вид спереди цифровых очков, оборудованных приемником лазерного сигнала.

Фиг. 5 - схема информационного взаимодействия между составными частями цифровых очков для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения.

Фиг. 6 - оптическая схема составных частей цифровых очков для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения при взаимодействии с глазами человека.

Фиг. 7 - расчетная схема для вычисления дистанции от объектива видеокамеры до объекта наблюдения.

Фиг. 8 - иллюстрация принципа эмуляции бинокулярного зрения в одном глазу человека;

Фиг. 9 - тест-объект для определения восстановления бинокулярного зрения двумя глазами человека.

Цифровые очки для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения содержат корпус 1 (Фиг. 1), который имеет возможность закрепления на голове человека. В корпусе 1 расположены корректирующие линзы 2 (Фиг. 2), оптические характеристики которых соответствуют показаниям каждого глаза для коррекции имеющейся аметропии (близорукости, дальнозоркости, астигматизма и т.п.). За счет фиксации корпуса цифровых очков обеспечивается постоянное расположение линз 2 на нужном расстоянии и центрировании относительно глаз 10. Перед корректирующими линзами 2 расположен блок призм, состоящий из оптических призм 3 и 4, который образуют суммарный угол компенсации при прохождении через них лучей (Фиг. 2, Фиг. 3). Каждая оптическая призма может вращаться раздельно, причем оптическая призма 4 вращается в плоскости А (Фиг. 3а), т.е. ось вращения оптической призмы перпендикулярна плоскости (поверхности) А. Оптическая призма 3 вращается в плоскости Б, которая параллельна зазору между оптическими призмами, при этом суммарный угол блока призм при их относительном вращении изменяется от минимума равному 0° (Фиг. 3а) до максимума, равному 30° (Фиг. 3б). Оптическая призма 3 сменная, с различными углами при вершине призмы. Минимум угла отражения равный 0° обеспечивается, если углы призм при вершине будут одинаковы. При достижении угла преломления луча через блок приз, соответствующего углу косоглазия, весь блок призм необходимо развернуть эквивалентным основанием блока призм в сторону, противоположную косоглазию. Эквивалентное основание - это основание, которое имела бы одиночная призма с углом преломления равным преломлению суммарного блока. Блок призм фиксируется в выбранном положении. Блок призм может применяться для всех видов косоглазия. На оправах оптических призм нанесены угловые шкалы с делениями. На поверхности А оптической призмы 4, расположенной в направлении к корректирующей линзе 2, нанесено светоделительное отражающее покрытие. Оптические призмы 3 и 4 наклонены к оптическим осям корректирующих линз 2 таким образом, чтобы при отражении оптической оси корректирующей линзы 2 от светоделительного покрытия оптической призмы 4 оптическая ось совмещалась с оптической осью оптической системы, состоящей из окуляра 5, коллективной линзы 6 и объектива 7, (Фиг. 2). Изображение объекта наблюдения на дисплее 8 с помощью объектива 7, коллективной линзы 6, окуляра 5 и линзы 2 строится на сетчатке глаза 10. Каждому глазу 10 соответствует дисплей 8 и оптическая система, включающая объектив 7, коллективную линзу 6, фокусируемый окуляр 5. Объектив 7 имеет фокусировку вдоль оптической оси оптической системы для изменения и выравнивая увеличения изображения для каждого глаза, поступающего от дисплеев 8. Коллективные линзы 6 расположены в плоскости промежуточного изображения, не влияют на изображение, но предназначены для уменьшения диаметра линз окуляра и совмещения зрачков оптической системы со зрачками соответствующих глаз 10. Для совмещения изображения наблюдаемых объектов, видимых глазами 10 через блоки призм, с изображением, поступающим от дисплеев 8, у окуляров 5 осуществляется фокусировка вдоль оптической оси оптической системы, которая осуществляется устройством фокусировки окуляра (Фиг. 5). Вращение оптических призм 3 и 4 осуществляется раздельно устройствами разворота призм 11 (Фиг. 1), расположенными на корпусе 1 возле каждого блока призм. Над каждой корректирующей линзой расположены видеокамеры 13, которые через устройства разворота и фокусировки 12 установлены на корпусе 1. Устройства разворота и фокусировки 12 обеспечивают разворот оптических осей видеокамер 13 на угол конвергенции соответствующий углу конвергенции глаз 10 при наблюдении объектов с близкого расстояния. Кроме того, с помощью устройства фокусировки осуществляется наведение объективов видеокамер на дистанцию, соответствующую дистанции аккомодации глаз 10.

На корпусе цифровых очков закреплен лазерный указатель 9 для обозначения центра поля зрения на объекте наблюдения, - указатель 9 ярким пятном указывает на центр поля зрения при рассматривании глазами 10 и видеокамерами 13. Лазерный указатель 9 может быть закреплен на корпусе между видеокамерами 13 в плоскости симметрии.

Для повышения точности наведения видеокамер 13 и снижения объема вычислений цифровые очки для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения могут быть оборудованы приемником лазерного сигнала 14 (Фиг. 4), который имеет возможность определения расстояния до объекта наблюдения. Световой пучок лазерного указателя 9 может служить помимо указателя для отметки центра поля зрения для глаз 10 и для видеокамер 13, также источником лазерного сигнала, при отражении которого от объекта и попадания в приемник 14 определяется дальность до объекта.

Схема информационного взаимодействия между составными частями цифровых очков для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения (Фиг. 5, показано для одного глаза), входящими в состав цифровых очков, содержит компьютер 15, который связан с дисплеем 8, видеокамерой 13, устройством разворота и фокусировки видеокамер, устройствами фокусировки окуляров. Отображающие оцифрованное изображение дисплеи 8 могут размещаться на корпусе цифровых очков. Компьютер осуществляет цифровую обработку изображений от видеокамер 13 и передает их на дисплеи 8. Кроме того компьютер формирует сигналы управления, которые передаются на устройства разворота и фокусировки видеокамер 12 для наведения видеокамеры синхронно с наведением глаз 10 и на устройства фокусировки окуляра 5.

Также возможен вариант реализации устройства, в котором цифровые очки для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения дополнительно оборудованы блоком управления, который преобразует цифровые данные в сигналы управления фокусируемыми окулярами, а также устройствами разворота и фокусировки видеокамер.

С целью оценки степени восстановления бинокулярного зрения совместно с цифровыми очками применяется тест-объект (Фиг. 9), состоящий из основания в виде платы 16, на которой нанесены контрастные периодические графические элементы с различными периодами, на плате установлены объемные фигуры 17 разной высоты с остроконечными вершинами, над которыми компьютером с помощью дисплея формируется виртуальный указатель 18, изображение которого перемещается над объемными фигурами 17, при этом тест-объект устанавливается на расстоянии наилучшего видения от корректирующих линз. Периодические графические элементы служат для определения разрешающей способности глаз, по наименьшему периоду графических элементов, разрешаемому глазами. Объемные фигуры 17 служат для оценки объемного восприятия глазами пациента в процессе лечения, за счет точности в миллиметрах совмещения виртуального указателя с выбранной остроконечной фигурой.

Устройство может работать в нескольких режимах, в зависимости от назначения.

1) При применении для людей с временно травмированным или отсутствующим глазом для психологической реабилитации и частичного восстановления трудоспособности за счет возможности одним видящим глазом воспринимать окружающую обстановку в объеме близком к бинокулярному зрению двумя глазами.

2) При применении людьми, страдающими косоглазием для восстановления бинокулярного зрения и нехирургического лечения косоглазия.

3) При применении для восстановления бинокулярного зрения, потерянного из-за синдрома «ленивого» глаза или амблиопии.

Раскроем применение устройства для пациента с одним видящим глазом устройство (Фиг. 6). Перед видящим глазом 10 в устройство устанавливается корректирующая линза 2, параметры которой соответствуют показаниям для коррекции имеющейся аметропии глаза (близорукости, дальнозоркости, астигматизма и т.п.). Рассмотрим случай применения для правого видящего глаза человека. Оптические призмы 3 и 4, расположенные перед правым глазом, разворачиваются относительно друг друга и выставляются так, чтобы суммарный угол блока призм был равен 0 (Фиг. 3а), при этом подбираются оптические призмы, имеющие одинаковые углы при вершине. Корпус цифровых очков закрепляется на голове человека, цифровые очки подключаются к источнику питания, включаются все устройства, входящие в цифровые очки (Фиг. 5). Устройство может быть укомплектовано либо лазерным указателем 9, либо лазерным указателем 9 и приемником лазерного сигнала 14. Для обработки данных используется соответствующе программное обеспечение, установленное на компьютере. После включения цифровых очков (Фиг.6) лазерный указатель 9 высвечивает световое пятно в центре объекта наблюдения А (Фиг.7). Центр объекта наблюдения находится на оптической оси видящего глаза, выбирается наклоном или поворотом головы. За счет конвергенции на угол α (Фиг. 6) и аккомодации глаза пятно будет изображаться в центре сетчатки. Изображение пятна лазерного указателя будет проектироваться на приемные матрицы видеокамер 13. Оцифрованное изображение поступает в компьютер от видеокамер, оптические оси которых первоначально установлены параллельно, программой обработки изображений от каждой видеокамеры вычисляются координаты изображения пятна указателя и определяются расстояния l₁ и l₂ до центра приемной матрицы в каждой видеокамере (Фиг. 7). Компьютер с помощью установленного программного обеспечения вычисляет управляющие сигналы и подает команды в устройство разворота и фокусировки видеокамер 12, а также устройство фокусировки окуляра 5 (Фиг. 5). Обработка данных и управление устройством 12, управление устройством фокусировки окуляра 5 происходит в режиме реального времени. При этом видеокамеры 13 устройства разворота и фокусировки устанавливаются таким образом, чтобы пятно указателя находилось в центре приемной матрицы каждой видеокамеры, при этом объективы видеокамеры фокусируются на резкое изображение объекта наблюдения, а окуляр 5 фокусируется таким образом, что плоскость изображения дисплея в глазу совпадала с плоскостью фокусировки видеокамер и плоскостью аккомодации глаза на объекте наблюдения. Управляющие сигналы для фокусировки объектива видеокамеры и окуляра могут вырабатываться двумя способами, в зависимости от комплектации цифровых очков. При комплектации устройства только лазерным указателем 9 поворот видеокамер 13 на угол конвергенции α (Фиг. 6, Фиг. 7) устройством 12 осуществляется по вычисленному компьютером углу конвергенции α по расстояниям l₁ и l₂ изображения пятна указателя от центра каждой матрицы видеокамеры, а фокусировка объективов видеокамер 13 и окуляра 5 осуществляется на дистанцию d между объектом наблюдения и объективом видеокамер 13 (Фиг. 7). При этом дистанция d определяется по формуле (1):

где

d - дистанция между объектом наблюдения и объективами видеокамер 13;

b - расстояние между осями разворота видеокамер 13;

α - угол конвергенции видеокамер 13 на центр объекта наблюдения А

(Фиг. 7).

По расчетному значению величины дистанции программой компьютера определяется управляющий сигнал для фокусировки объективов видеокамер 13 и окуляра 5 и подается на устройство разворота и фокусировки видеокамеры 12 и устройство фокусировки окуляра 5. При комплектации устройства лазерным указателем 9 и приемником лазерного сигнала 14 (Фиг. 4), величина дистанция d поступает в компьютер от приемника лазерного сигнала 14, данные обрабатываются компьютером и рассчитывается сигнал для фокусировки объективов видеокамер 13 и окуляров 5. Угол конвергенции (разворота) видеокамер 13 определяется компьютером по расстояниям l₁ и l₂ и сигнал в устройство разворота и фокусировки 12. После конвергенции и фокусировки изображения объектов на приемные матрицы видеокамер эти объекты будут видны глазами человека, который их рассматривает, и одновременно будут видны изображения дисплеев, наложенные на объект (Фиг. 8). В левом глазу здорового человека будет видно изображение объекта, показанное на Фиг. 8а), а в правом глазу здорового человека будет видно изображение объекта, показанное на Фиг. 8б). Мозгом человека эти изображения формируются в бинокулярное изображение. Однако в нашем случае человек будет наблюдать картину, которую видит только правый видящий глаз (Фиг. 8б)). Видеосигналы от видеокамер 13 поступают в компьютер, где программой обработки изображений из двух изображений формируется суммарное изображение, которое содержит информацию от каждого изображении, а также к нему добавляются элементы фоновой засветки, дополнительные тени, резкие границы перехода поверхностей, повышенный контраст и т.п., которые формируют рельефное и псевдо объемное изображение объекта наблюдения на плоскости. Сигнал суммарного изображения подается на дисплей 8, который расположен против видящего глаза. Изображение на дисплее с помощью объектива 7, коллективной линзы 6, окуляра 5, отражаясь от светоделительного отражающего покрытия, нанесенного на поверхность оптической призмы 4, и проходя корректирующую линзу 2 переносится в здоровый глаз человека. На реально видимое глазом изображение объекта наблюдения накладывается цифровое изображение, поступающее через оптическую систему от дисплея, и человек видит суммарное изображение как единую картину (Фиг. 8в)). Для полного совпадения этих изображений производится первоначальная настройка объектива 7 относительно дисплея 8, чтобы линейные размеры реально видимых объектов совпадали с изображением на дисплее. Настройка изображения производится подвижка объектива 7 вдоль оптической оси, при которой изменяется увеличение, даваемое объективом. Подвижкой окуляра 5 совмещается плоскость, на которой строится изображение на дисплее с плоскостью предмета (плоскостью аккомодации глаза). Коллективная линза 6 формирует выходной зрачок оптической системы, изображающей дисплей 8, на зрачке глаза наблюдателя. Таким образом в видящий глаз поступает суммарное изображение, но человек видит его как рельефное, протяженное вдоль оси визирования и подобное бинокулярному изображению (Фиг. 8в)). Эффект бинокулярного зрения усиливается при покачивании головы с очками и воспринимается как полная эмуляция бинокулярного зрения. Аналогично осуществляется работа устройства для левого видящего глаза.

Раскроем применение устройства для восстановления бинокулярного зрения, потерянного из-за синдрома «ленивого» глаза или амблиопии, устройство работает следующим образом (Фиг. 6). Перед применением в устройство устанавливаются корректирующие линзы 2, параметры которых соответствуют показаниям глаз для коррекции имеющихся отклонений зрения (близорукости, дальнозоркости, астигматизма и т.п.). В том случае, если у пациента отсутствует косоглазие, оптические призмы 3 и 4, расположенные перед корректирующими линзами 2, разворачиваются и выставляются так, чтобы суммарный угол в блоке призм был равен 0. Корпус цифровых очков закрепляется на голове человека и очки подключаются к источнику питания. Устройство может быть укомплектовано либо лазерным указателем 9, либо указателем с приемником лазерного сигнала 14. В соответствии с комплектацией используется соответствующий вариант программного обеспечения. Однако от варианта комплектации не зависит взаимодействие и работа устройств, входящих в состав цифровых очков.

После включения цифровых очков (Фиг. 5) лазерный указатель 9 высвечивает световое пятно в центре объекта наблюдения А (Фиг. 7). Центр объекта наблюдения выбирается наклоном или поворотом головы, туда должны быть направлены глаза человека. За счет конвергенции на угол α и аккомодации глаз пятно будет изображаться в центре сетчатки каждого глаза. Изображение пятна лазерного указателя 9 будет проектироваться на приемные матрицы каждой видеокамеры 13. Видеосигнал от видеокамер поступает в компьютер, где программой обработки изображений от каждой видеокамеры определяются координаты изображения пятна указателя и определяются расстояния l₁ и l₂ до центра приемной матрицы в каждой видеокамере (Фиг. 7). По этим расстояниям программой компьютера вычисляются управляющие сигналы для устройства разворота и фокусировки видеокамер 12 и устройства фокусировки окуляра 5 (Фиг. 1). Компьютер, устройство разворота и фокусировки 12, устройство фокусировки окуляра 5 работают в режиме реального времени. Видеокамеры 13 устанавливаются таким образом, что пятно маркера располагается в центре приемной матрицы каждой видеокамеры, а также производится фокусировка объективов видеокамеры на резкое изображение объекта наблюдения, а изображение дисплея совмещается с объектом. Управляющие сигналы для фокусировки объектива видеокамеры могут вырабатываться двумя способами, в зависимости от комплектации цифровых очков. При комплектации устройства только лазерным указателем 9 поворот видеокамер 13 на угол конвергенции α (Фиг. 6, Фиг. 7) устройством 12 осуществляется совмещение изображения пятна лазерного указателя с центром каждой матрицы видеокамеры, а фокусировка объективов видеокамер 13 осуществляется на дистанцию d между объектом наблюдения и объективом видеокамер 13 (Фиг. 7). Дистанция d вычисляется компьютером по формуле (1).

По расчетному значению величины дистанции компьютером при помощи программного обеспечения определяется управляющий сигнал для фокусировки объективов видеокамер 13 и окуляра 5, который подается в устройство разворота и фокусировки видеокамер 12 и устройство фокусировки окуляра 5.

При комплектации устройства лазерным указателем 9 и приемником лазерного сигнала 14 (Фиг. 4), величина дистанция d поступает в компьютер от приемника 14, где вырабатывается сигнал для фокусировки объективов видеокамер 13 и окуляра 5.

После конвергенции и фокусировки изображения объекта наблюдения на приемные матрицы видеокамер эти изображения будут идентичны изображениям, которые видны глазам человека, который их рассматривает. Видеосигналы от видеокамер поступают в компьютер, где программой обработки изображений изображение от каждой камеры обрабатывается. В изображении для «ленивого» глаза добавляются эффекты аппаратной световой стимуляция: усиливается контраст, яркость, производится смена цветов. В изображении здорового глаза подчеркиваются границы перехода плоскостей, теневые эффекты, фоновые засветки. Цифровое изображение объекта наблюдения подается на дисплеи 8. Изображение от дисплеев, при помощи оптической системы, состоящей из объективов 7, коллективных линз 6, окуляров 5 через светоделительные отражающие покрытия, нанесенные на поверхность оптической призмы 4, через корректирующие линзы 2 попадает на сетчатку глаза человека. Видимые глазами изображения накладываются на изображения дисплеев 8 и человек видит суммарное изображение. Для полного совпадения этих изображений производится первоначальная настройка оптической системы, состоящей из объектива 7, коллективной линзы 6, окуляров 5 аналогично тому, как для настройки для работы с одним видящим глазом так, чтобы линейные размеры реально видимых объектов совпадали с изображением на дисплее. Таким образом, человек видит суммарное изображение двумя глазами, объемность, выпуклость и разделение по глубине которого усиливается наложенным изображением от дисплеев, и мозг будет более эффективно формировать бинокулярное зрение. Индивидуальной настройкой яркости и контраста в каждом дисплее добиваются получения устойчивого бинокулярного восприятия. Бинокулярное зрение позволяет более эффективно восстановить зрительные функции больного глаза, заставляя мозг выравнивать зрительные ощущения. В период восстановления бинокулярного зрения в течении сеансов используются объекты с различными характеристиками по контрастности, пространственному расположению, цвету, габаритам и т.п. Для восстановления бинокулярного зрения могут использоваться материальные тест-объекты (Фиг. 9). Эти объекты состоит из объемных фигур 17, над которыми компьютерной программой создается виртуальный подвижный указатель 18. С помощью компьютерной «мыши» пациент перемещает виртуальный указатель до совмещения с определенным точками над реальными объектами, которые он видит своими глазами, например, с вершинами конусов, координаты которых определены в компьютере. Точность совмещения вычисляется компьютером и характеризует степень восстановления объемного восприятия. Кроме того, по тест-объекту проверяется разрешающая способность бинокулярного зрения по плате 16, на котором нанесены контрастные периодические графические элементы с различными периодами, при этом регистрируется динамика изменения разрешения в процессе восстановления бинокулярного зрения, за счет различения элементов с более мелкими периодами. Проведение ряда сеансов позволит восстановить функции «ленивого» глаза, добиться остроты зрения и контрастной чувствительности, такой как у здорового глаза. Восстановится полноценное бинокулярное зрение и улучшится общая острота зрения обеих глаз.

Помимо материальных тест-объектов в цифровых очках могут быть использованы виртуальные объемные тест-объекты, которые создаются компьютерными программами для восстановления бинокулярного зрения, видеоизображение которых передается на дисплеи 8 для каждого глаза. Программы могут содержать элементы световой стимуляции для больного глаза. Применение цифровых очков может оказаться эффективным для детей от 2 до 7 лет, т.к. в этом возрасте зрительные отделы коры головного мозга сохраняют пластичность и продолжают развиваться. При этом лечение амблиопии может проводиться одновременно с наличием косоглазия у пациента.

Рассмотрим применение устройства для восстановления бинокулярного зрения людей, страдающих косоглазием. При восстановлении бинокулярного зрения и нехирургического лечения косоглазия устройство работает следующим образом (Фиг. 6). Перед применением в устройство устанавливаются корректирующие линзы 2, параметры которых соответствуют показаниям глаз для коррекции имеющихся отклонений зрения (близорукости, дальнозоркости, астигматизма и т.п.). Оптические призмы 3 и 4 блока призм, расположенные перед корректирующими линзами 2, разворачиваются относительно друг друга и выставляются так, чтобы суммарный угол призм был равен углам, соответствующих углам косоглазия каждого глаза, т.к. косоглазие может быть в одном глазу, либо в обоих глазах. Вращение каждой оптической призмы 3 и 4 осуществляется раздельно устройствами 11, расположенными на корпусе 1 возле каждого блока призм. При достижении угла преломления луча через блок приз, соответствующего углу косоглазия, весь блок призм необходимо развернуть эквивалентным основанием блока призм в сторону, противоположную косоглазию. Корпус цифровых очков закрепляется на голове человека, цифровые очки подключаются к источнику питания. Остальные действия аналогичны действиям при использовании для лечения синдрома «ленивого» глаза. Объекты для наблюдения в процессе лечебных процедур для восстановления бинокулярного зрения аналогичны тем, которые используются для случая «ленивого» глаза (Фиг. 9), в том числе и виртуальные тест-объекты. При проведении сеансов по восстановлению бинокулярного зрения после устойчивого восприятия зрительной системой ощущений полного бинокулярного эффекта постепенно необходимо уменьшать суммарные углы блоков призм. Изменение суммарных углов блоков призм проводится непосредственно во время сеансов и контролируется по ощущениям, что значительно сокращает время на выбор необходимых значений углов призм. Система зрительного анализа мозга человека при некоторых тренировках будет дополнительно помогать восстановлению бинокулярного зрения и сможет помочь компенсировать углы косоглазия даже без использования цифровых очков, и, возможно, в дальнейшем хирургического вмешательства для исправления близорукости не потребуется.

Изобретение относится к медицине. Цифровые очки для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения содержат корпус, выполненный с возможностью закрепления на голове человека, видеокамеры с устройствами разворота и фокусировки, отображающие оцифрованное изображение дисплеи, обрабатывающий цифровые данные компьютер, подключенный средствами связи к видеокамерам и дисплеям. В корпусе цифровых очков на уровне глаз человека дополнительно расположены корректирующие линзы с оптическими характеристиками, соответствующими степени и виду аметропии глаза человека. Перед корректирующими линзами на оптической оси каждого глаза дополнительно расположены ахроматические блоки призм с возможностью изменения хода оптических лучей в диапазоне от 0 до 30 градусов относительно оптической оси глаза. При этом блоки призм состоят из набора оптических призм, каждая из которых имеет независимую ось вращения. Блоки призм оборудованы устройствами разворота призм. Кроме того, на ориентированных к корректирующим линзам наружных поверхностях оптических призм в составе блоков призм нанесено светоделительное отражающее покрытие, причем между блоками призм и дисплеями размещены оптические системы, включающие объективы, коллективные линзы и фокусирующие окуляры, которые относительно блоков призм установлены под углом так, чтобы отразить от отражающих поверхностей призм направление оптической оси оптической системы и совместить ее с оптическими осями корректирующих линз. Причем оптические системы позволяют сфокусировать падающее на сетчатку глаз человека изображение дисплея в соответствии с расстоянием от глаз до объекта наблюдения. Для регистрации изображения объекта наблюдения на корпусе цифровых очков над корректирующими линзами размещены видеокамеры, соединенные с устройствами их разворота и фокусировки. На корпусе цифровых очков закреплен лазерный указатель для обозначения центра поля зрения на объекте наблюдения. При этом устройствами разворота и фокусировки видеокамер, а также фокусируемыми окулярами управляет обрабатывающий цифровые данные компьютер. Техническим результатом предлагаемого изобретения является усиление контрастности, увеличение объема, глубины изображения наблюдаемых объектов, а также повышение разрешающей способности глаза наблюдателя. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Цифровые очки для восстановления и эмуляции бинокулярного зрения, содержащие корпус, выполненный с возможностью закрепления на голове человека, видеокамеры с устройствами разворота и фокусировки, отображающие оцифрованное изображение дисплеи, обрабатывающий цифровые данные компьютер, подключенный средствами связи к видеокамерам и дисплеям, отличающиеся тем, что в корпусе цифровых очков на уровне глаз человека дополнительно расположены корректирующие линзы с оптическими характеристиками, соответствующими степени и виду аметропии глаза человека, перед корректирующими линзами на оптической оси каждого глаза дополнительно расположены ахроматические блоки призм с возможностью изменения хода оптических лучей в диапазоне от 0 до 30 градусов относительно оптической оси глаза, при этом блоки призм состоят из набора оптических призм, каждая из которых имеет независимую ось вращения, блоки призм оборудованы устройствами разворота призм, кроме того, на ориентированных к корректирующим линзам наружных поверхностях оптических призм в составе блоков призм нанесено светоделительное отражающее покрытие, причем между блоками призм и дисплеями размещены оптические системы, включающие объективы, коллективные линзы и фокусирующие окуляры, которые относительно блоков призм установлены под углом так, чтобы отразить от отражающих поверхностей призм направление оптической оси оптической системы и совместить ее с оптическими осями корректирующих линз, причем оптические системы позволяют сфокусировать падающее на сетчатку глаз человека изображение дисплея в соответствии с расстоянием от глаз до объекта наблюдения, для регистрации изображения объекта наблюдения на корпусе цифровых очков над корректирующими линзами размещены видеокамеры, соединенные с устройствами их разворота и фокусировки, на корпусе цифровых очков закреплен лазерный указатель для обозначения центра поля зрения на объекте наблюдения, при этом устройствами разворота и фокусировки видеокамер, а также фокусируемыми окулярами управляет обрабатывающий цифровые данные компьютер.

2. Цифровые очки по п. 1, отличающиеся тем, что лазерный указатель оборудован размещенным на корпусе цифровых очков приемником лазерного сигнала с возможностью определения расстояния от глаза до объекта наблюдения.

3. Цифровые очки по п. 1, отличающиеся тем, что лазерный указатель закреплен на корпусе в плоскости симметрии между видеокамерами.

4. Цифровые очки по п. 1, отличающиеся тем, что отображающие оцифрованное изображение дисплеи размещены на корпусе цифровых очков.

5. Цифровые очки по п. 1, отличающиеся тем, что компьютер через блок управления преобразует цифровые данные в сигналы управления фокусируемыми окулярами, а также устройствами разворота и фокусировки видеокамер.