视标投影仪的设计

张志清 张阳春

1 山西省医疗器械检测中心（太原 030012）

2 哈尔滨工业大学（哈尔滨 150001）

0.概述

视标投影仪是一种集光学成像、电子控制、精密机械、微处理器相互结合的光机电一体化的产品。主要应用于医院眼科和眼镜店的验光配镜，能够快速、自动、准确地投射出各种视标，是医院眼科和眼镜店进行医学验光的必备仪器。

视标投影仪主要用于医院及眼镜店，替代传统的视力表和验光灯箱，检查各种视力情况、屈光状况、双目功能和缺陷（屈光不正、散光、融合力、同时视、立体视功能、隐斜视、预近视、周边融合等）。我们设计的视标投影仪视标中，不仅包含了常用的国际标准视力表和对数视力表的所有视标，还增加了如散光视标、红绿测试视标、点组视标、Worth 四点测试视标、垂直对齐测试视标、精确立体视功能测试视标、马氏杆测试视标、偏振十字固视视标、双目平衡测试视标、十字网线测试视标等多种特种视标，综合了中心视力测试、弱视测试、散光测试、立体同视机测试、色觉测试、斜视测试、隐斜视测试等视力方面的多种测试。

1.视标及其原理和功能

视标投影仪投影出的视标主要包括E 视力表、C 视力表、数字视力表、字母视力表、儿童视力表和特殊视力表。

E 视力表、C 视力表、数字视力表、字母视力表、儿童视力表为小数制视标，用于评估被测眼戴矫正试片后的屈光矫正情况。其中儿童视力表为动物剪影视标，特殊视力表主要包括以下几种：

(1)马氏杆视标

马氏杆视标主要用于检查患者隐斜视情况。检查时被测者使用红色马氏杆镜片观察视标。通过被测者看到的●与横线（竖线）的相对位置来判断其隐斜视情况。

(2)交叉网格视标

交叉网格视标可以精密测量球镜度数。

(3)散光时钟视标

散光时钟视标用于检查患者的散光度及其轴位。当所有的黑色线条暗度皆相同时，表示被测者无散光或已矫正。通过逐步增减散光度和调节轴位使被测者看到的线条暗度相同。

(4)散光斑点视标

散光斑点视标用于单眼测定散光轴位和散光度数，评估被测眼戴矫正试片后是否仍有未矫正的散光。

(5)一致性视标

一致性视标主要用于检查双眼不等视和上、下、内、外隐斜视。检查时被测者右眼使用135˚偏光镜，左眼使用45˚偏光镜。通过偏光镜可以使被测者两只眼睛看到不同的图案，双眼看到的视标大小是否相同来断定其不等视；双眼看到视标的相对位置来判断被测者的隐斜视情况。

(6)偏振十字隐斜视视标

偏振十字隐斜视视标主要用于检查患者是否有隐斜视。检查时被测者右眼使用135˚偏光镜，左眼使用45˚偏光镜。通过偏光镜可以使被测者两只眼睛看到不同的图案，当被测者两只眼睛同时观察视标时，通过看到的视标图案的错位情况来被测者眼睛的隐斜视情况；当被测者看到的视标没有错位时，断定该被测者双眼无隐斜视。

(7)立体视视标

立体视视标主要用于检查患者的立体视觉功能。被测者检查时右眼使用135˚偏光镜，左眼使用45˚偏光镜。被测者通过偏光镜片可以看到四个“||”的距离不同，通过这个特性来判断被测者的立体视觉为多少。

(8)Worth 四点融像图

Worth 四点融像图主要用于检查患者的融像和抑制。患者检查时右眼使用红色滤光片，左眼使用绿色滤光片。被测者单眼只能看到红色或者绿色，当被测者双眼只能看到红色或者绿色时，断定为有一只眼睛被抑制；当被测者能同时看到5 个点两种颜色时，断定为复视；当患者看到4 个点三种颜色（其中 为粉红色或红绿交替）时，断定为融像，此时被测者融像功能正常。

2.光学系统设计

投影仪光学系统主要由光源、聚光镜、光阑、码盘、投影物镜、光学部件组成。其工作原理如图1 所示。

大功率LED 光源发出的光通过聚光镜会聚投射到分划板视标面，使分划板视标成为物镜光学系统的亮物；分划板视标经过投影物镜在一定距离的投影板上成清晰、放大的实像。操作人员通过遥控器控制电机转动，使光阑和分划板配合来实现投影视标的切换。

图1.视标投影仪光学原理图

光学部件主要用于固定光学系统的镜片和光源，以达到视标投影仪成像要求。因投影距离要求在3～6 米的范围进行调节，聚焦转轮应具有调整焦距功能。通过调整此聚焦转轮，可使视标在不同的投影距离下，均可在投影板上清晰成像。

3.电子系统及软件设计

硬件系统由主控系统和遥控系统两个大系统组成。

3.1 主控系统

主控系统由五大部分组成：CPU 控制器模块、步进电机驱动模块、大功率LED 驱动模块、串并转换模块与电源模块。其中CPU 控制模块由MCS-51 单片机和静态随机存储器SRAM 组成，接收由遥控系统发射出来的信号，产生中断控制分划板和码盘旋转到相应的位置，控制大功率LED 的亮、灭。SRAM 中存储用户自定义的常用的操作模式，用户可随时通过遥控器修改。步进电机的驱动由TD62064AP 来完成的。大功率LED 驱动由SD42509 来完成，SD42509 是降压型、PWM 控制、功率开关内置的LED 恒流驱动芯片，在宽广的输入电压范围内，输出电流可以达到1A，内置温度保护电路，限流电路，为系统的安全、可靠运行提供了保证，并通过SP232 完成串行通信电路的连接。电源模块用一个提供+12 的开关电源给LED 和步进电机供电，主板的电源通过7805 转换提供。其原理框图如图2 所示。

3.2 遥控系统

遥控系统主要由三部分组成：发送遥控代码模块、矩阵键盘模块和电源模块。遥控器中采用的红外遥控芯片是HL50462。当矩阵键盘被按下时，HL50462 根据接收到的不同的键值产生不同的代码并通过红外发射管发送出去。其原理框图如图3 所示。

3.3 电路软件设计

3.4 自检和零位校验程序

图2.主控系统原理框图

图3.遥控系统原理框图

开机或按遥控器上复位键后，自动进入自检和零位自校功能，然后进入等待接收遥控中断状态，初始化流程图如图4 所示。

图4.初始化流程图

图5.遥控接收程序流程图

图6.键码识别程序流程图

CPU 接收到遥控器发出的信号，产生中断，判别是否是无效中断，然后进行键码识别，根据不同键码执行相应的动作。流程图如图5 所示。

键码识别程序详细流程图如图6 所示。

4.结束语

我们设计的视标投影仪采用单片机控制，驱动步进电机的转动，能实现数百种视标的组合，可由检查者任意选择视标投射到投影屏上，保证检查结果的真实性。此外，在用户模式下可由检查人员将两种常用操作模式存入并可随时根据需要进行修改，采用了红外线遥控技术，为视力检查提供方便。