CN109363623A - 一种便携式眼位照度记录仪 - Google Patents
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- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
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Abstract
本发明属于光学辐射测量技术领域，具体为一种便携式眼位照度记录仪。包括：环境光传感器、智能控制箱，其中环境光传感器的穿戴结构包括镜夹式和耳带式；环境光传感器置于眼位，包含ADC模数转换电路及自适应增益电路；智能控制箱包括微控制器、外部数据闪存模块、电源模块。所述环境光传感器的输出端与智能控制箱中的微控制器接口相连，外部数据闪存模块与微控制器串口相连接，电源模块为环境光传感器、微控制器、外部数据闪存模块供电。本发明能连续1周测量并记录眼位照度，数据可通过储存卡定期读出用于眼位累积入射光通量计算及入射光通量随时间的分布，光谱灵敏度与明视觉、中间视觉等光谱灵敏度V(λ)相匹配，匹配误差小于5%。
Description
技术领域
本发明属于光学辐射测量技术领域，具体涉及一种便携式眼位照度记录仪。
背景技术
根据国际照明学会（CIE）1983年的定义，明视觉指亮度超过3 cd/m2的环境，此时视觉主要由视锥细胞起作用，最大的视觉响应在光谱蓝绿区间的555nm处；暗视觉指环境亮度低于10-3 cd/m2时的环境，此时视杆细胞是主要作用的感光细胞，光谱光视效率的峰值约在507nm；中间视觉介于明视觉和暗视觉亮度之间，此时人眼的视锥和视杆细胞同时响应，并且随着亮度的变化，两种细胞的活跃程度也发生了变化。在不同的视觉环境下人眼的光谱灵敏度不同。
在视觉工效学及健康照明的研究中，眼位照度值具有越来越重要的研究意义。在视觉工效研究方面，眼位照度值是人体对环境感知关键参数，对于人体对光环境舒适度、安全感、工作效率等均具有重要的影响。随着2002年，美国布朗（Brown）大学的David Berson等人发现了大鼠视网膜上的第三种感光细胞—视网膜神经节感光细胞（Intrinsicallyphotosensitive retinal ganglion cells-IpRGCs）,对于光的非视觉生物效应的研究广泛开展。在节律刺激值（Circadian Stimulus-CS）的计算中，眼位照度值为重要的计算依据。
目前针对眼位照度的测量仪器较少，且不能长时间便携式佩戴使用。如中国专利“穿戴式视觉与非视觉光线记录仪，公开号：CN107870036 A”，对于传感器探头的位置和固定方式没有进行说明，在实际测量过程中，与常规照度计相比优势不明显。因此发明一种解决眼位照度检测位置准确性及数据长期可存储功能的照度计非常重要，同时对研究视觉工效学及健康照明相关问题有重要的推动作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术和产品的不足，适应现实需求，提供一种能够长期使用的便携式眼位照度记录仪。
本发明提供的便携式眼位照度记录仪，包括环境光传感器和智能控制箱；其中，所述环境光传感器以佩戴方式置于眼部位置，传感器探头与眼睛在同一水平面，便于准确采集眼位照度数据；所述智能控制箱内部包括微控制器、外部数据闪存模块与电源模块；所述环境光传感器的输出端通过探头线与智能控制箱中的微控制器接口相连；所述外部数据闪存模块与微控制器串口相连接，所述电源模块为环境光传感器、微控制器、外部数据闪存模块供电。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述佩戴方式可根据用户需求，分为镜夹式和耳带式两种；所述镜夹式光环境传感器固定在眼镜鼻梁架下方，位于双眼的连线的中心点，不影响眼镜佩戴，耳带式光环境传感器由耳托固定，使传感器探头与眼睛在同一水平面。两种佩戴方式均可保证传感器位置的准确性，便于得到准确的眼位数据。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述的环境光传感器的光谱灵敏度与国际照明委员会CIE规定的明视觉、中间视觉、暗视觉下光谱灵敏度V(λ)相匹配，且能够根据外部光环境的不同进行自动优化，整体匹配误差小于5%。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述的环境光传感器集成有红外及紫外屏蔽，且传感器还包含有ADC模数转换电路及自适应增益电路，自适应增益电路可自动选择正确的流明范围优化测试，无需用户干涉增益范围的设置。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述环境光传感器的佩戴方式：所述镜夹式环境光传感器固定在眼镜鼻梁架下方，不影响眼镜佩戴，位于双眼的连线的中心点，传感器输出数据根据镜片透过率进行折算，最终得到精确的眼位照度数据；所述耳带式光环境传感器由耳托固定，传感器支架与耳托相连，传感器探头与眼睛在同一水平面，能够准确采集眼位照度数据。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述外部数据闪存模块读取并储存微控制器输出的测试时间和测试数据。模块上电即可生成数据记录文件并长期储存。数据记录文件可由储存卡读取到上位机设备中用于后续数据处理与分析。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述电源模块能够持续1周及以上为便携式眼位照度记录仪提供所需电能，无需外部供电。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述智能控制箱内部搭载微控制器，外部数据闪存模块，电源模块；外部面板上具有电源开关，侧面有排线孔及储存卡卡槽，轻便易携带。
所述便携式眼位照度记录仪能作为视觉照度计使用。
本发明的有益效果：
1、本发明能够连续1周测量并记录眼位照度，数据可通过储存卡定期读出用于眼位累积入射光通量计算及入射光通量随时间的分布；
2、本发明对于研究眼位入射光通量及其时间分布对于人体警觉程度、睡眠质量、情绪等的影响等其他健康照明研究方向有重要作用；
3、本发明设计为便携式，可固定穿戴结构，使用范围广，使用方法简单，有利于大规模采集相关研究数据使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为镜夹式环境光传感器的结构示意图。
图3为耳带式环境光传感器的结构示意图。
图4为外部数据存储模块结构示意图。
图5为智能控制箱结构示意图。
图中标号：1为环境光传感器，1-1为镜夹式，其中，1-1-1为环境光传感器探头，1-1-2为环境光传感器固定夹；1-2为耳带式，其中，1-2-1为环境光传感器探头，1-2-2为环境传感器支架，1-2-3为耳托；2为微控制器，3为外部数据闪存模块。4电源模块，5为智能控制箱；5-1为智能控制箱上的电源开关，5-2为智能控制箱侧面排线孔，5-3为储存卡卡槽。
具体实施方式
实施例：参见图1-5。
本发明公开了一种便携式眼位照度记录仪，包括环境光传感器1，智能控制箱5，所述环境光传感器1置于眼位，佩戴方式可根据用户需求分为镜夹式1-1和耳带式1-2两种，所述镜夹式1-1光环境传感器固定在眼镜鼻梁架下方，不影响眼镜佩戴，耳带式1-2光环境传感器由耳托固定，传感器探头与眼睛在同一水平面。两种佩戴方式均可保证传感器位置的准确性，进而得到更为准确的眼位数据。所述智能控制箱5内部包括微控制器2、外部数据闪存模块3与电源模块4。所述环境光传感器1的输出端通过探头线与智能控制箱5中的微控制器2接口相连。所述外部数据闪存模块2与微控制器2串口相连接，所述电源模块4为环境光传感器1、微控制器2、外部数据闪存模块3供电。所述记录仪具有上电自动工作的特性，所述环境光传感器1的检测范围为0~200000lx，工作电压为2.7-6V，工作电流ICC=0.7mA，工作温度范围为：-40℃~85℃，传感器采用I2C串行接口进行通信。微控制器2型号可采用STM32F103×8系列，例如：STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103T8等，所述微控制器2具有预留2个I2C接口可与传感器进行通讯，供电电压为2.0V至3.6V，包含-40°C至+85°C温度范围和-40°C~105°C的扩展温度范围，一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。所述外部数据闪存模块采用2线串口，将串口送来的数据透明以文件（FAT32文件系统）形式储存于模块上的SD卡中。模块具有上电自动读取并存储串口数据的功能，可受控根据文件容量自动分割数据保存文件，方便后续数据读取和分析整理。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述的环境光传感器1的光谱灵敏度与国际照明委员会CIE规定的明视觉、中间视觉、暗视觉下光谱灵敏度V(λ)相匹配，测试范围为0~200000lx，且能够根据外部光环境的不同进行自动优化，整体匹配误差小于5%。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述的环境光传感器集成红外及紫外屏蔽，且传感器包含ADC模数转换电路及自适应增益电路，自适应增益电路可自动选择正确的流明范围优化测试，无需用户干涉增益范围的设置。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述环境光传感器的佩戴方式。所述镜夹式环境光传感器，探头1-1-1与传感器固定夹1-1-2贴合在一起，由固定夹将传感器固定在眼镜鼻梁架下方，传感器方便装卸，且不影响眼镜佩戴，位于双眼的连线的中心点，传感器输出数据根据镜片透过率进行折算，最终得到较为精确的眼位照度数据。所述耳带式光环境传感器，其探头1-2-1由耳托1-2-3固定，传感器支架1-2-2与耳托1-2-3相连，可塑性耳托1-2-3通过调整使得传感器探头与眼睛在同一平面，能够准确采集眼位照度数据。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述外部数据闪存模块3读取并储存微控制器2输出的测试时间和测试数据，波特率为9600，具有快速、低功耗等优势。打开智能控制箱上的开关5-1即可生成数据记录文件并长期储存，且可受控根据文件容量自动分割数据保存文件。数据记录文件可由储存卡读取到上位机设备中用于后续数据处理与分析。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述电源模块能够持续1周及以上为便携式眼位照度记录仪提供所需电能，无需外部供电。在实施案例中使用3节5号电池置于电池盒中作为供电模块4，可供整个系统工作持续工作1周。锂电池等也可进行供电，且可实现更长的供电周期。
所述的便携式眼位照度记录仪中，所述智能控制箱5内部搭载微控制器2，外部数据闪存模块3，电源模块4；外部面板上具有电源开关5-1，侧面有排线孔5-2及储存卡卡槽5-3，数据易读取，机构轻便易携带。
所述便携式眼位照度记录仪能作为视觉照度计使用。
所述便携式眼位照度记录仪使用便捷，仅需将环境光传感器固定妥当后，打开智能控制箱5开关5-1即可进行照度记录，使用完毕后，将外部数据闪存模块3中的SD卡拔出，在计算机上即可读取数据信息。
Claims (8)
1.一种便携式眼位照度记录仪，其特征在于，包括环境光传感器和智能控制箱；其中，所述环境光传感器以佩戴方式置于眼部位置，传感器探头与眼睛在同一水平面；所述智能控制箱内部包括微控制器、外部数据闪存模块与电源模块；所述环境光传感器的输出端通过探头线与智能控制箱中的微控制器接口相连；所述外部数据闪存模块与微控制器串口相连接，所述电源模块为环境光传感器、微控制器、外部数据闪存模块供电。
2.根据权利要求1所述的便携式眼位照度记录仪，其特征在于，所述佩戴方式根据用户需求，分为镜夹式和耳带式两种；所述镜夹式光环境传感器固定在眼镜鼻梁架下方，位于双眼的连线的中心点，耳带式光环境传感器由耳托固定，使传感器探头与眼睛在同一水平面，便于准确采集眼位照度数据。
3.根据权利要求2所述的便携式眼位照度记录仪，其特征在于，对于所述镜夹式佩戴方式，光环境传感器输出数据根据镜片透过率进行折算，最终得到精确的眼位照度数据；对于所述耳带式方式，光环境传感器由耳托固定，传感器支架与耳托相连，传感器探头与眼睛在同一水平面，能够准确采集眼位照度数据。
4.根据权利要求1、2或3所述的便携式眼位照度记录仪，其特征在于，所述的环境光传感器的光谱灵敏度与国际照明委员会CIE规定的明视觉、中间视觉、暗视觉下光谱灵敏度V(λ)相匹配，且能够根据外部光环境的不同进行自动优化，整体匹配误差小于5%。
5.根据权利要求4所述的便携式眼位照度记录仪，其特征在于，所述的环境光传感器集成有红外及紫外屏蔽，并且还包含有ADC模数转换电路及自适应增益电路，自适应增益电路用于自动选择正确的流明范围优化测试，无需用户干涉增益范围的设置。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的便携式眼位照度记录仪，其特征在于，所述外部数据闪存模块读取并储存微控制器输出的测试时间和测试数据；模块上电即可生成数据记录文件并长期储存；数据记录文件由储存卡读取到上位机设备中，用于后续数据处理与分析。
7.根据权利要求6所述的便携式眼位照度记录仪，其特征在于，所述电源模块能够持续1周及以上为便携式眼位照度记录仪提供所需电能。
8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的便携式眼位照度记录仪，其特征在于，所述智能控制箱外部面板上设有电源开关，侧面设有排线孔及储存卡卡槽。
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