視標投影儀的設計

張志清 張陽春

1 山西省醫療器械檢測中心（太原 030012）

2 哈爾濱工業大學（哈爾濱 150001）

0.概述

視標投影儀是一種集光學成像、電子控制、精密機械、微處理器相互結合的光機電一體化的產品。主要應用于醫院眼科和眼鏡店的驗光配鏡，能夠快速、自動、準確地投射出各種視標，是醫院眼科和眼鏡店進行醫學驗光的必備儀器。

視標投影儀主要用于醫院及眼鏡店，替代傳統的視力表和驗光燈箱，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、同時視、立體視功能、隱斜視、預近視、周邊融合等）。我們設計的視標投影儀視標中，不僅包含了常用的國際標準視力表和對數視力表的所有視標，還增加了如散光視標、紅綠測試視標、點組視標、Worth 四點測試視標、垂直對齊測試視標、精確立體視功能測試視標、馬氏桿測試視標、偏振十字固視視標、雙目平衡測試視標、十字網線測試視標等多種特種視標，綜合了中心視力測試、弱視測試、散光測試、立體同視機測試、色覺測試、斜視測試、隱斜視測試等視力方面的多種測試。

1.視標及其原理和功能

視標投影儀投影出的視標主要包括E 視力表、C 視力表、數字視力表、字母視力表、兒童視力表和特殊視力表。

E 視力表、C 視力表、數字視力表、字母視力表、兒童視力表為小數制視標，用于評估被測眼戴矯正試片后的屈光矯正情況。其中兒童視力表為動物剪影視標，特殊視力表主要包括以下幾種：

(1)馬氏桿視標

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

(2)交叉網格視標

交叉網格視標可以精密測量球鏡度數。

(3)散光時鐘視標

散光時鐘視標用于檢查患者的散光度及其軸位。當所有的黑色線條暗度皆相同時，表示被測者無散光或已矯正。通過逐步增減散光度和調節軸位使被測者看到的線條暗度相同。

(4)散光斑點視標

散光斑點視標用于單眼測定散光軸位和散光度數，評估被測眼戴矯正試片后是否仍有未矯正的散光。

(5)一致性視標

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

(6)偏振十字隱斜視視標

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

(7)立體視視標

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

(8)Worth 四點融像圖

Worth 四點融像圖主要用于檢查患者的融像和抑制?；颊邫z查時右眼使用紅色濾光片，左眼使用綠色濾光片。被測者單眼只能看到紅色或者綠色，當被測者雙眼只能看到紅色或者綠色時，斷定為有一只眼睛被抑制；當被測者能同時看到5 個點兩種顏色時，斷定為復視；當患者看到4 個點三種顏色（其中 為粉紅色或紅綠交替）時，斷定為融像，此時被測者融像功能正常。

2.光學系統設計

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

大功率LED 光源發出的光通過聚光鏡會聚投射到分劃板視標面，使分劃板視標成為物鏡光學系統的亮物；分劃板視標經過投影物鏡在一定距離的投影板上成清晰、放大的實像。操作人員通過遙控器控制電機轉動，使光闌和分劃板配合來實現投影視標的切換。

圖1.視標投影儀光學原理圖

光學部件主要用于固定光學系統的鏡片和光源，以達到視標投影儀成像要求。因投影距離要求在3～6 米的范圍進行調節，聚焦轉輪應具有調整焦距功能。通過調整此聚焦轉輪，可使視標在不同的投影距離下，均可在投影板上清晰成像。

3.電子系統及軟件設計

硬件系統由主控系統和遙控系統兩個大系統組成。

3.1 主控系統

主控系統由五大部分組成：CPU 控制器模塊、步進電機驅動模塊、大功率LED 驅動模塊、串并轉換模塊與電源模塊。其中CPU 控制模塊由MCS-51 單片機和靜態隨機存儲器SRAM 組成，接收由遙控系統發射出來的信號，產生中斷控制分劃板和碼盤旋轉到相應的位置，控制大功率LED 的亮、滅。SRAM 中存儲用戶自定義的常用的操作模式，用戶可隨時通過遙控器修改。步進電機的驅動由TD62064AP 來完成的。大功率LED 驅動由SD42509 來完成，SD42509 是降壓型、PWM 控制、功率開關內置的LED 恒流驅動芯片，在寬廣的輸入電壓范圍內，輸出電流可以達到1A，內置溫度保護電路，限流電路，為系統的安全、可靠運行提供了保證，并通過SP232 完成串行通信電路的連接。電源模塊用一個提供+12 的開關電源給LED 和步進電機供電，主板的電源通過7805 轉換提供。其原理框圖如圖2 所示。

3.2 遙控系統

遙控系統主要由三部分組成：發送遙控代碼模塊、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。當矩陣鍵盤被按下時，HL50462 根據接收到的不同的鍵值產生不同的代碼并通過紅外發射管發送出去。其原理框圖如圖3 所示。

3.3 電路軟件設計

3.4 自檢和零位校驗程序

圖2.主控系統原理框圖

圖3.遙控系統原理框圖

開機或按遙控器上復位鍵后，自動進入自檢和零位自校功能，然后進入等待接收遙控中斷狀態，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.鍵碼識別程序流程圖

CPU 接收到遙控器發出的信號，產生中斷，判別是否是無效中斷，然后進行鍵碼識別，根據不同鍵碼執行相應的動作。流程圖如圖5 所示。

鍵碼識別程序詳細流程圖如圖6 所示。

4.結束語

我們設計的視標投影儀采用單片機控制，驅動步進電機的轉動，能實現數百種視標的組合，可由檢查者任意選擇視標投射到投影屏上，保證檢查結果的真實性。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根據需要進行修改，采用了紅外線遙控技術，為視力檢查提供方便。