張志清 張陽春

1 山西省醫(yī)療器械檢測中心（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、精密機械、微處理器相互結(jié)合的光機電一體化的產(chǎn)品。主要應(yīng)用于醫(yī)院眼科和眼鏡店的驗光配鏡，能夠快速、自動、準(zhǔn)確地投射出各種視標(biāo)，是醫(yī)院眼科和眼鏡店進行醫(yī)學(xué)驗光的必備儀器。

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(yù)近視、周邊融合等）。我們設(shè)計的視標(biāo)投影儀視標(biāo)中，不僅包含了常用的國際標(biāo)準(zhǔn)視力表和對數(shù)視力表的所有視標(biāo)，還增加了如散光視標(biāo)、紅綠測試視標(biāo)、點組視標(biāo)、Worth 四點測試視標(biāo)、垂直對齊測試視標(biāo)、精確立體視功能測試視標(biāo)、馬氏桿測試視標(biāo)、偏振十字固視視標(biāo)、雙目平衡測試視標(biāo)、十字網(wǎng)線測試視標(biāo)等多種特種視標(biāo)，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(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(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。檢查時被測者使用紅色馬氏桿鏡片觀察視標(biāo)。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(wǎng)格視標(biāo)

交叉網(wǎng)格視標(biāo)可以精密測量球鏡度數(shù)。

(3)散光時鐘視標(biāo)

散光時鐘視標(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，表示被測者無散光或已矯正。通過逐步增減散光度和調(diào)節(jié)軸位使被測者看到的線條暗度相同。

(4)散光斑點視標(biāo)

散光斑點視標(biāo)用于單眼測定散光軸位和散光度數(shù)，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(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(biāo)大小是否相同來斷定其不等視；雙眼看到視標(biāo)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(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(dāng)被測者兩只眼睛同時觀察視標(biāo)時，通過看到的視標(biāo)圖案的錯位情況來被測者眼睛的隱斜視情況；當(dāng)被測者看到的視標(biāo)沒有錯位時，斷定該被測者雙眼無隱斜視。

(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(dāng)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(dāng)被測者能同時看到5 個點兩種顏色時，斷定為復(fù)視；當(dāng)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(xué)系統(tǒng)設(shè)計

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、放大的實像。操作人員通過遙控器控制電機轉(zhuǎn)動，使光闌和分劃板配合來實現(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

硬件系統(tǒng)由主控系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)兩個大系統(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、步進電機驅(qū)動模塊、大功率LED 驅(qū)動模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊與電源模塊。其中CPU 控制模塊由MCS-51 單片機和靜態(tài)隨機存儲器SRAM 組成，接收由遙控系統(tǒng)發(fā)射出來的信號，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(qū)動由TD62064AP 來完成的。大功率LED 驅(qū)動由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)動芯片，在寬廣的輸入電壓范圍內(nèi)，輸出電流可以達到1A，內(nèi)置溫度保護電路，限流電路，為系統(tǒng)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(guān)電源給LED 和步進電機供電，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，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

3.4 自檢和零位校驗程序

圖2.主控系統(tǒng)原理框圖

圖3.遙控系統(tǒng)原理框圖

開機或按遙控器上復(fù)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(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.鍵碼識別程序流程圖

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

鍵碼識別程序詳細(xì)流程圖如圖6 所示。

4.結(jié)束語

我們設(shè)計的視標(biāo)投影儀采用單片機控制，驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動，能實現(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(jù)需要進行修改，采用了紅外線遙控技術(shù)，為視力檢查提供方便。