CN101852679B - 太阳镜对人眼防护性能的检测方法 - Google Patents

Abstract

太阳镜对人眼防护性能的检测方法，涉及一种太阳镜。检测装置设有头颅模型、光电传感器、A/D转换电路、数据处理电路和输出电路。在头颅模型正中瞳孔所在部位钻通孔；在通孔后端安放光电传感器；将待检测的太阳镜戴在头颅模型上，检测传感器采集到的光强信号值，得总光通量；保持光源与头颅模型的位置不变，用不透光材料将太阳镜与头颅模型之间的所有缝隙封闭，检测传感器检测到的信号值，得镜片透射光通量；将光接收总量减去镜片透射光通量，得漏光量；将漏光量除以人眼接收到的光接收总量，得待检测太阳镜漏光率；取太阳镜漏光率的倒数，即为太阳镜的配合度。

Description

太阳镜对人眼防护性能的检测方法

技术领域

本发明涉及一种太阳镜，尤其是涉及一种太阳镜对人眼防护性能的检测方法。

背景技术

在现代的日常生活和休闲旅行中，太阳镜作为一种个人眼睛防护用品，在人群中的使用越来越普及。太阳镜既能极大程度地阻隔太阳光中的紫外线、阻止眩光的照射、消除特定频率的光线，又能遮挡强光，便于视物，在炎炎夏日或晴朗的白天，太阳镜几乎是户外的必备用品和装饰品。

作为一种眼睛保护产品，太阳镜的质量优劣会直接影响配戴者的眼部健康。一副劣质的太阳镜则可能给眼睛带来严重的损害，轻者会使眼睛干涩、疲劳、灼热及疼痛、流泪，或者引起头晕、恶心、呕吐等全身不适，重者还有可能对角膜、晶体及视网膜造成不可逆的永久损害，如日光性角膜炎和角膜内皮损伤、日光性白内障甚至失明等。合格的太阳镜可以滤除强光，易于视物，提高视觉分辨能力，还能有效遮挡紫外线，保护眼组织免受强光的损伤。但是，无论太阳镜镜片的功能和效果如何优良，人佩戴上太阳镜时，由于太阳镜不可能与人的面部完全贴合，会留出间隙，就总存在包括紫外线及强光在内的其它外界光线直接从眼镜四周的边缘和间隙进入人眼，对人眼造成不易察觉却又不可忽视的巨大伤害和潜在的视觉干扰。基于人脸与太阳镜之间的缝隙对使用者会构成重大却又不为重视的安全隐患，提出人脸和太阳镜的配合度这一指标，设计了相应检测系统，并实现对该指标的较精确的测量，以便将其作为衡量太阳镜防护功能优劣的一项指标，供大众选择太阳镜时作为参考。

目前在国内外太阳镜市场上，镜片和镜框的材料、抗冲击性、顶焦度、棱镜度等各种标准的检测已经越来越成熟和规范，但对于整幅眼镜，作为一个整体和人头部配合程度的检测(检测标准、规范等)目前仍是一片空白，没有任何标准可以依据。

有关太阳镜镜片的国家标准有GB10810-89、GB10810-1996；有关镜架的国家标准有GB/T14214-1993、GB/T14214-2003；配装时的国家标准有GB/13511-1999。

中国专利03165022公开一种眼镜片光学特性的方法和检镜仪。

有关“眼睛的立体视觉检测”的鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳镜对人眼防护性能检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种较为直观、便捷、有效的太阳镜对人眼防护性能的检测方法。

所述太阳镜对人眼防护性能检测装置设有头颅模型、光电传感器、A/D转换电路、数据处理电路和输出电路，光电传感器设于头颅模型上，A/D转换电路输入端接光电传感器的采集信号输出端，数据处理电路输入端接A/D转换电路输出端，输出电路输入端接数据处理电路输出端。

所述光电传感器与A/D转换电路之间最好设有滤波放大电路，滤波放大电路输入端接光电传感器输出端，滤波放大电路输出端接A/D转换电路输入端。

所述输出电路可设有数值输出显示电路和波形输出电路，数值输出显示电路输入端接数据处理电路输出端，波形输出电路输入端与数据处理电路输出端之间设有D/A转换电路。

所述数据处理电路可采用Atmel单片机(由ATMEL公司出品)等。

所述太阳镜对人眼防护性能的检测方法，使用所述太阳镜对人眼防护性能检测装置，包括以下步骤：

1)在头颅模型正中瞳孔所在部位钻一通孔；

2)在通孔后端安放光电传感器；

3)将待检测的太阳镜戴在头颅模型上，用光源照射，检测光电传感器采集到的光强信号值，即得人眼接收到的总光通量，简称光接收总量；

4)保持光源与头颅模型的位置不变，用不透光材料将太阳镜与头颅模型之间的所有缝隙封闭，阻挡从人脸与眼睛间的间隙进入人眼的光线，使所有的光线只能从太阳镜镜片进入人眼，检测此时光电传感器检测到的信号值，即得镜片透射光通量；

5)将步骤3)的人眼接收到的光接收总量减去步骤4)的镜片透射光通量，得未密封前通过太阳镜边缘间隙进入人眼的光强大小，定义为漏光量；

6)将步骤5)的漏光量除以人眼接收到的光接收总量，得待检测太阳镜漏光率；

7)取步骤6)的太阳镜漏光率的倒数，即为太阳镜的配合度。

在步骤1)中，所述头颅模型可采集人类头部3D数据建模的结果，能够较好地反映人的头部结构。由于人种因素会导致头颅结构较大的差异，因此不同的人种都有不同的头颅模型；所述通孔的孔径可为2～8mm，最好为5mm。

在步骤2)中，所述在通孔后端安放光电传感器，可先切开头颅模型，再将光电传感器放置在通孔后端，并合上头颅模型，做好遮光处理，以模拟正常情况下人眼接收的光的情况。

在步骤3)中，所述光源可为太阳光或其它连续光谱光源。

由于太阳镜和人脸的曲线结构都较为复杂，并且无法用探测设备安放在人眼处测量，因而直接检测太阳镜和人脸的配合效果比较困难。针对不同人种适用的太阳镜，可以选用该人种的标准头颅(该类头颅的各部分参数来自于人种面部五官及其它结构的平均值)，比如欧洲人种或亚洲人种标准头颅的结构尺寸是不同的。通过检测太阳镜的漏光率来间接反映太阳镜的防护性能，漏光率越大说明防护性能越差，漏光率越小说明遮光性能越好。

漏光量＝光接收总量-镜片透射光通量

其中，光接收总量(即人眼接收到的光总量)可以由安装在标准头颅模型人眼视网膜处的光电传感器采集，是戴上太阳镜后检测到的进入人眼的总的光功率。镜片透射光通量是指仅通过镜片材料投射进入人眼的光功率。因此，只要测得人眼接收到的光总量和镜片透射光通量，就可以得到漏光率。

由于漏光率的大小与防护性能负相关，采用配合度即漏光率的倒数来评价太阳镜的防护性能。因此配合度越大，遮光效果越好；配合度越小，配合效果越差。

镜片透射光通量只需保持镜片(大小、形状、材料、位置)不变，将漏光量降为零，此时的人眼接收总光通量即为镜片透射光通量。利用辅助材料与太阳镜配合使用遮挡眼镜与人脸配合处的缝隙，使其与头颅模型无缝隙，即可使漏光通量为零。针对不同的太阳镜，让光线从不同角度入射，还可以得到不同角度的漏光通量，与不漏光时的光通量对比，就可以得出太阳镜在不同角度方向上的配合效果，可以更好地设计并优化太阳镜结构。利用实验室模拟的太阳光线以及自然太阳光源进行实验，测出综合漏光率。通过与查阅人眼保健等医学知识得出的人眼最佳光强接受效果比表，作出最后分析，得出配合效果良好的数值范围。

为了便于理解，可用数学参数模型表述：

设：戴上太阳镜后检测到的光强为接收到的光接收总量Q；将眼镜与人脸配合的周围间隙密封，则检测到的信号反映的是镜片透射光通量P，漏光量为R，漏光率为ξ，配合度为Φ。则有：

漏光量R＝人眼接收到的光接收总量Q-镜片透射光通量P；

漏光率ξ＝(人眼接收到的光接收总量Q-镜片透射光通量P)/人眼接收到的光接收总量Q。

配合度Φ＝1/漏光率ξ。

对人眼防护功能的评价方法，尤其涉及太阳眼镜作为一个整体，其与人脸配合程度对人眼保护的检测方法和相应的评价指标。从人眼保健、人眼医疗、人眼光学系统的角度出发，运用物理光学、应用光学的相关知识，在重点分析目前市场上太阳镜结构、性能、品质的基础上，提出了对太阳镜整体遮光性能检测的必要性，并设计了检测系统和提出了评价指标。本发明对人眼保健、太阳镜设计、消费者选择都起到了便捷、有效的参考作用。

本发明能够检测太阳镜的对人眼防护性能，衡量眼镜与人脸的配合程度，分析不同款式太阳镜对人眼防护性能、保护效果等。在太阳镜设计之初，可以应用这种检测方法对所设计的太阳镜进行优劣性的评价和分析，为设计提供参考性的指导；消费者在购买眼镜时也可以据此指标选择太阳镜。

本发明建立在全面了解太阳镜结构和性能的基础上，充分考虑了影响太阳镜遮光效果的各种因素，联系太阳辐射光谱、应用光学、物理光学、人眼保健、人眼光学系统等知识，设计出检测太阳镜整体防护效果的检测系统。本发明直观、便捷、有效地反映了太阳镜整体的防护效果。

附图说明

图1为本发明实施例的太阳镜对人眼防护性能检测装置组成框图。

图2为太阳镜对人眼防护性能检测的头颅模型侧视图。

图3为太阳镜对人眼防护性能检测的头颅模型切割与钻孔处理示意图。

图4为太阳镜对人眼防护性能检测的实施方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例是检测某公司生产的太阳镜的遮光性能，分辨出所提供的两款不同太阳镜的遮光性能差异，提供二者对人眼保护效果的优劣指标。

参见图1～4，所述太阳镜对人眼防护性能检测装置实施例设有头颅模型A、光电传感器1、滤波放大电路2、A/D转换电路3、数据处理电路4、数值输出显示电路5、D/A转换电路6和波形输出电路7。光电传感器1设于头颅模型A上，滤波放大电路2输入端接光电传感器1输出端，滤波放大电路2输出端接A/D转换电路3输入端，数据处理电路4输入端接A/D转换电路3输出端。

数值输出显示电路5输入端接数据处理电路4输出端，D/A转换电路6设于波形输出电路7输入端与数据处理电路4输出端之间。

所述数据处理电路可采用Atmel单片机(由ATMEL公司出品)等。

图2给出太阳镜对人眼防护性能检测的头颅模型侧视图。图中清晰地反映了佩戴太阳镜时，人眼接收总光通量由两部分组成，一是从太阳镜镜片M透射光通量，二是从佩戴时边缘缝隙处漏过的光通量，简称漏光量R。其中漏光量R不易直接检测，可由“漏光量R＝光接收总量Q-镜片透射光通量P”这一关系得到。在图2中，标记21为头颅。

图3给出太阳镜对人眼防护性能检测的头颅模型切割与钻孔处理示意图。为了便于安装光电传感器1，需要用手锯沿头颅切割线A将头颅21后部22锯开，之后，以头颅眼部中心位置为圆心，钻一直径约为6mm的通孔B，从内部将已经连接好线路的光电传感器1固定，一般头颅21外表面可采用黄褐色，内部会有一部分的透射光，因此还需用黑色胶带将外表面全部贴一层黑色胶带，以防在实验中干扰。

图4给出太阳镜对人眼防护性能检测的实施方法示意图。液晶显示器5只是作为参考视数，观察示波器7，并用可移动U盘连接示波器7自带的USB端口，保存每次的实验数据，供以后人工处理使用。在图4中，标记4为数据处理电路，21为头颅。

太阳镜漏光率检测数据(太阳光下)参见表1。对太阳镜检测，选择晴朗天气下，光照最强的午后。分别针对两款不同的太阳镜，做密封前后的实验检测，每次记录5组实验数据。

表1

以下给出本发明所述太阳镜对人眼防护性能的检测方法具体实施例，使用图1的检测装置，包括以下步骤：

1)将标准头颅模型在正中瞳孔所在部位钻一通孔，所述通孔的孔径可为2～8mm，以模拟处在柔和光线时人眼瞳孔的大小；

2)在通孔后端安放光电传感器，并合上标准头颅模型，做好遮光处理，以模拟正常情况下人眼接收的光的情况；

3)将待检测的太阳镜戴在标准头颅模型上，用光源照射，所述光源可为太阳光或其它光谱较连续的光源，通过外接电路检测光电传感器采集到的光强信号值，即得人眼接收到的总光通量，简称光接收总量；

4)保持光源和标准头颅模型的位置不变，用不透光材料将太阳镜与标准头颅模型之间的所有缝隙封闭，阻挡从人脸与眼睛间的间隙进入人眼的光线，使所有的光线只能从太阳镜镜片进入人眼，检测此时光电传感器检测到的信号值，即得镜片透射光通量；

5)将步骤3)的人眼接收到的总光通量减去步骤4)的镜片透射光通量，得未密封前通过太阳镜边缘间隙进入人眼的光强大小，定义为漏光量；

6)将步骤5)的漏光量除以人眼接收到的总光通量，得待检测太阳镜漏光率；

7)取步骤6)的太阳镜漏光率的倒数，即为太阳镜的配合度。

太阳镜1的漏光率ξ2＝25.05％，配合度Φ1＝3.99；

太阳镜2的漏光率ξ1＝14.00％，配合度Φ2＝7.14。

太阳镜2与太阳镜1的遮光性能比：b＝Φ2/Φ1＝1.8

即由计算数据可知，太阳镜2的遮光性能是太阳镜1的1.8倍，即比其好80％。

对于不同的人种，亚洲人，欧洲人和非洲人等不同人种分别进行太阳眼镜设计，可以改变使用的头颅来进行。漏光率体现了在戴上太阳镜之后，人眼接收到的所有光线中，没有经过镜片过滤而直接进入人眼的光线所占的比例高低。这部分未经镜片过滤的光线中，可能含有大量的紫外线等对人眼有害的强光。显而易见，配合度越高，表明人眼接收到的未经过滤的光线所占的比例越少，对人眼的危害就越小；配合度越低，表明人眼接收到的未经过滤的光线所占的比例越多，对人眼的危害就越大。

Claims (9)

1.太阳镜对人眼防护性能检测装置，其特征在于设有头颅模型、光电传感器、A/D转换电路、数据处理电路和输出电路，光电传感器设于头颅模型人眼视网膜处，A/D转换电路输入端接光电传感器的采集信号输出端，数据处理电路输入端接A/D转换电路输出端，输出电路输入端接数据处理电路输出端。

2.如权利要求1所述的太阳镜对人眼防护性能检测装置，其特征在于所述光电传感器与A/D转换电路之间设有滤波放大电路，滤波放大电路输入端接光电传感器输出端，滤波放大电路输出端接A/D转换电路输入端。

3.如权利要求1所述的太阳镜对人眼防护性能检测装置，其特征在于所述输出电路设有数值输出显示电路和波形输出电路，数值输出显示电路输入端接数据处理电路输出端，波形输出电路输入端与数据处理电路输出端之间设有D/A转换电路。

4.如权利要求1所述的太阳镜对人眼防护性能检测装置，其特征在于所述数据处理电路为Atmel单片机。

5.太阳镜对人眼防护性能的检测方法，其特征在于使用如权利要求1所述太阳镜对人眼防护性能检测装置，检测方法包括以下步骤：

1)在头颅模型正中瞳孔所在部位钻一通孔；

2)在通孔后端安放光电传感器；

3)将待检测的太阳镜戴在头颅模型上，用光源照射，检测光电传感器采集到的光强信号值，即得人眼接收到的总光通量，简称光接收总量；

4)保持光源与头颅模型的位置不变，用不透光材料将太阳镜与头颅模型之间的所有缝隙封闭，阻挡从人脸与眼睛间的间隙进入人眼的光线，使所有的光线只能从太阳镜镜片进入人眼，检测此时光电传感器检测到的信号值，即得镜片透射光通量；

5)将步骤3)的人眼接收到的光接收总量减去步骤4)的镜片透射光通量，得未密封前通过太阳镜边缘间隙进入人眼的光强大小，定义为漏光量；

6)将步骤5)的漏光量除以人眼接收到的光接收总量，得待检测太阳镜漏光率；

7)取步骤6)的太阳镜漏光率的倒数，即为太阳镜的配合度。

6.如权利要求5所述的太阳镜对人眼防护性能的检测方法，其特征在于在步骤1)所述通孔的孔径为2～8mm。

7.如权利要求6所述的太阳镜对人眼防护性能的检测方法，其特征在于所述通孔的孔径为5mm。

8.如权利要求5所述的太阳镜对人眼防护性能的检测方法，其特征在于在步骤2)中，所述在通孔后端安放光电传感器，是先切开头颅模型，再将光电传感器放置在通孔后端，并合上头颅模型，做好遮光处理。

9.如权利要求5所述的太阳镜对人眼防护性能的检测方法，其特征在于在步骤3)中，所述光源为太阳光或连续光谱光源。

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