CN111522149A - 一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜及方法 - Google Patents

Abstract

一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜及方法，通过光强和波长分析模组实现暴露于光源时间的自动计时，记录孩子的用眼情况，实现对孩子用眼的监测，控制孩子使用电子产品和督促孩子进行户外活动，不仅可以监督孩子合理有度地使用电子产品，帮助他们控制时间，也可为家长提供详细的日常用眼数据，更能为医生诊治时提供孩子日常用眼的量化数据，这对鼓励引导孩子放下电子产品、积极走出户外,减少视力受损、实施近视防控以及云端大数据分析有重要意义。

Description

一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜及方法

技术领域

本发明涉及光线感应记录电子技术领域，具体涉及一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜及方法。

背景技术

近视是发达国家成人和儿童可矫正视力损害的最常见原因，也是预防近视的主要原因。这在世界范围内是一个巨大的负担，特别是在较贫穷的国家，视觉矫正的需求还未得到满足。近视眼在生命早期开始，在儿童期和青春期到成年期的频率和严重程度增加。东亚高达20%的中学生患有高度近视，并伴有不可逆转的威胁视力的疾病。中国是世界上人口最多的国家，可能是全世界儿童视力下降负担最重的国家。据《中国学生体质与健康状况全国调查》估计，到2020年，中国7至18岁视力下降的儿童和青少年人数预计将达到1.5亿左右，到2030年达到18亿。调查显示，从1990年到2015年，眼病患病率稳步增长，并将持续增长到2020年。从1990年到2015年，0-14岁人群由于眼病而导致的视力下降的有所减少，而15岁及以上人群的眼病视力下降上升，50岁及以上人群的眼病视力下降最为明显。在与20国集团的其他成员比较眼疾导致的视力下降时，中国排在第10位。除中国外，所有19个国家因眼疾导致视力下降的年龄标准化YLD比率均有所下降。1990年和2015年，眼病导致的视力下降负担在所有健康损害原因中分别排在第12位和第11位。

目前由于智能科技的迅速发展，云办公、云课堂、云视频等云端网络给生活带来极大便利，人们的户外活动减少而且重度依赖电子屏端生活，造成用眼负担堪忧。2019年10月8日，首份《世界视力报告》由世界卫生组织发布，报告指出全球近视人数约为26亿，19岁以下近视者为3.12亿，尤其是儿童、青少年，近视率不断上升。据统计，我国青少年近视眼患病率高达38.37%，青少年的近视率在全球主要国家中最高，预计2020年将达到40%，7~22岁视力不良的学生中有65.5%为重度视力不良且存在随年龄增长加重的趋势。根据近年来的监测数据，青少年近视率呈加速上升趋势。并且从1985年到2010年，中国的城市和农村地区青少年的视敏度距离减少都出现了增长趋势。虽然单独的视敏度距离减少并不等于视力损害，但这些汇总数据有助于中国制定眼科保健和卫生服务的战略，这也可能对经济快速增长的其他发展中国家的公共卫生产生影响。由于青少年时期的近视问题，50岁以上人群出现白内障、青光眼和黄斑变性的比例大幅提升。因此，青少年视力保健己成为备受家长、学校、社会共同关注的公共卫生问题。在世界主要经济体中，中国在过去20年内经历了因视力问题导致的随年龄增长的视力丧失负担。未来，由于人口增长和老龄化，中国可能会面临越来越大的视力丧失负担，对国民健康和经济发展造成影响。正确认识保护视力的重要性，对于指导未来的策略、干预措施和对眼科护理的临床管理至关重要。

研究表明，视力不良与近距离用眼密切相关，光照强度和时间是影响儿童青少年近视进展的重要因素，充足的户外光照能显著减缓近视发生和进展。一方面，不同波长的环境光对视网膜及近视进展也有不同的影响，如波长为415nm-455nm的蓝光为有害蓝光，有害蓝光刺激使视网膜内一些酶的活性改变，影响视网膜正常代谢过程，导致视网膜损害，进而引起多种眼疾患。而波长492nm-577nm的绿光则为有利光线，由于其波长较短，成像在视网膜之前，促使眼睛调节放松，睫状肌舒张，减轻眼疲劳，防止近视的发生、发展。同时，对全学段学生而言，每天体育锻炼2h可以起到近视防控作用，户外活动时的强光线可以促进视网膜释放多巴胺，有效抑制眼轴增长，也可以防止近视的发生、发展。另一方面，不同强度的环境光对近视进展也有不同程度的影响，户外光照暴露目前认为是儿童青少年近视的保护因素，因此，获取儿童青少年光照情况对后期医生的诊疗也有很大的帮助。一般情况下，室内刚能辨别人脸的轮廓的照度为20lx,在光亮的办公室一般为1000lx,因此定义室内光光强度范围为20-1000lx.而夏季正午的光强度为100000lx,因此定义1000-100000lx为室外光，大于100000lx为超强光。

防控近视是如今的热门话题，现在市场上也有许多相关的智能眼镜用于防控近视。这些产品大多针对阅读距离、环境光线和阅读时间这三方面来控制近视的发展。我们在此设计理念上，增加了云端数据监测系统，可以精确化、个性化地帮助每位小朋友养成良好的用眼习惯，监测最佳的用眼光线。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术缺陷，本发明提供了一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜及方法，通过实时监测用眼时的光线环境，上传云端大数据，合理分析后回馈当前用眼建议，做到精确化、个性化的用眼健康保障。有效控制青少年的近视进展，并且对云端数据进行统计分析，观察不同光照可能对视力发育的影响。

本发明采用的技术解决方案是：一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，包括感光装置、计时器、提醒模组、传输模块、时间模块以及处理器和存储器，所述的感光装置包括光敏光电传感器模块和色敏光电传感器模块，所述的处理器包括波长分析模组和光强分析模组，所述的计时器包括波长计时器和光强计时器，所述的波长计时器与波长分析模组相连，所述的光强计时器与光强分析模组相连，所述的提醒模组包括波长提醒模组和光强提醒模组；

光敏光电传感器模块：测量照射的光照强度，并传输至光强分析模组获得不同光强的照射情况；

色敏光电传感器模块：识别环境光线中的光线波长，并传输至波长分析模组获得不同波长的光线情况；

光强分析模组：根据光敏光电传感器模块分析获得不同光强的照射情况并传输给光强计时器和存储器；

波长分析模组：根据色敏光电传感器模块分析获得不同波长的照射情况并传输给波长计时器和存储器；

时间模块：与本地时间同步，将实时时间匹配计时器上记录的数据；

存储器：存储光强分析模组获得的不同光强的照射情况和长分析模组获得的不同波长的光线情况；

波长计时器：记录波长分析模组获得不同波长的光线情况的照射时间；

光强计时器：记录光强分析模组获得不同光强的照射情况的照射时间；

波长提醒模组：根据波长计时器记录的不同波长的光线情况的照射时间分情况进行提醒；

光强提醒模组：根据光强计时器记录的不同光强的光线情况的照射时间分情况进行提醒；

传输模块：将存储器存储的数据传输至其他电子终端。

所述的波长计时器包括第一计时器、第二计时器、第三计时器以及第四计时器，所述的第一计时器、第二计时器、第三计时器以及第四计时器分别记录有害蓝光、有利绿光、室内灯光以及户外太阳光的照射时间。

所述的有害蓝光的波长为15nm-455nm，所述的有利绿光的波长为492-577nm，所述的室内灯光的波长为400nm-750nm，所述的户外太阳光的波长为10nm-400nm。

所述的光强计时器包括第五计时器、第六计时器以及第七计时器，所述的第五计时器、第六计时器以及第七计时器分别记录室内光、室外光以及超强光的照射时间。

所述的室内光的光强为20lx-500lx，所述的室外光的光强为500lx-100000lx，所述的超强光的光强为超过100000lx。

所述的提醒模组包括声音模组、震动模组或光提醒模组。

所述的波长提醒模组包括第一提醒模组和第二提醒模组，所述的第一提醒模组根据第一计时器提醒过量照射有害蓝光，所述的第二提醒模组根据第四计时器提醒不足照射户外太阳光。

所述的光强提醒模组根据第七计时器提醒过量照射超强光。

所述的传输模块为蓝牙模块、无线传输模块或有线传输模块。

一种监测和记录环境以及提醒光谱和光照强度的方法：包括以下步骤：

（1）通过色敏光电传感器模块识别环境光线中的光线波长，并传输至波长分析模组获得不同波长的光线情况，波长分析模组识别并获得15nm-455nm有害蓝光，492-577nm有利绿光， 400nm-750nm室内灯光， 10nm-400nm户外太阳光情况下的照射时间；

（2）通过第一计时器、第二计时器、第三计时器以及第四计时器分别记录有害蓝光、有利绿光、室内灯光以及户外太阳光的照射时间，若有害蓝光照射时长超过设置的阈值或者累积时长则通过第一提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒警告，若户外太阳光照射时长小于设置的阈值通过第二提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒；

（3）通过光敏光电传感器模块测量照射的光照强度，并传输至光强分析模组获得不同光强的照射情况，光强分析模组识别并获得20lx-500lx室内光， 500lx-100000lx室外光，超过100000lx超强光的照射时间；

（4）通过第五计时器、第六计时器以及第七计时器分别记录室内光、室外光以及超强光的照射时间，若超强光照射时长超过设置的阈值或者累积时长则通过光强提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒警告。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜及方法，通过光强和波长分析模组实现暴露于光源时间的自动计时，记录孩子的用眼情况，实现对孩子用眼的监督，控制孩子使用电子产品和督促孩子进行户外活动，不仅可以监督孩子合理有度地使用电子产品，帮助他们控制时间，也可为家长提供详细的日常用眼数据。这对鼓励引导孩子放下电子产品、积极走出户外,减少视力受损、实施近视防控以及云端大数据分析有重要意义。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明结构示意图。

图3为本发明结构示意图。

图4为本发明电路图。

图5为本发明电路软件设计的流程图。

图6为本发明户外光线记录的流程图。

图7为本发明波长分析模组运作的模式图。

图8为本发明光强分析模组运作的模式图。

图9为本发明计时器复位的流程图。

其中，1-感光装置，2-右侧镜腿，3-声音模组，4-电路板，5-蓝牙发射器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

现结合图1、图2、图3、图4、图5、图6对本发明进行进一步说明，此发明包括色敏光电传感器、光照度传感器、波长分析模组、光强分析模组、声音模组、储存器、蓝牙发射器、印制电路板、感光装置、右侧镜腿。

进一步方案为，所述感光装置，将光信号分为光照强度和光线波长信号输入。

进一步方案为，光照强度内设计一定阈值，分为室内光、室外光和过强光三部分，光线室内外两部分信号启动计时器，过强光开启提示语音。

进一步方案为，光线信号根据其波长大小启动相应计时器。内设置相应累积时长阈值，超过该阈值，其信号输入提醒器，声音模组开启提示语音。

进一步方案为，所有感应到的光线信号，通过无线蓝牙装置，实时同步在手机APP端，进行数据显示与储存。

进一步的方案为，所述的色敏光电传感器，将光波长信号转变为电信号输入波长分析模组。

进一步的方案为，所述的波长分析模组，通过对光波长的分析进行有害蓝光和有利绿光和其他波段的判断，从而启动相应的计时器；通过的计时器数值与设定值的大小对比分析，从而判断是否触动声音模组1或者2.

进一步的方案为，所述的光照度传感器，将光强度信号转变为电信号输入光强分析模组。

进一步的方案为，所述光强分析模组，光照度传感器将光信号转变为电信号输入，通过对光强度的分析进行超强光、室外光、室内光的判断，从而启动相应的计时器或者触动声音模组3.

进一步地方案为，所述的声音模组包括声音模组1、声音模组2和声音模组3，声音模组1在青少年有害蓝光接触时间过长时提示“今天的电子设备使用时间太长啦，请让你的眼睛休息一下”；声音模组2在青少年户外活动时间太短未达标时提示“今天的户外活动不够哟，请出门多运动运动”；声音模组3在青少年接触超强光时提示“现在的光照太强了，请避免直视光线”

进一步地方案为，所述的储存器，将计时器中的时长储存在储存器中，以便通过蓝牙发射器传输到家长移动端。

进一步地方案为，所述蓝牙发射器为蓝牙无线传输装置。蓝牙无线传输装置可将有害光计时和有益光计时数据传输至移动终端。移动终端可为手机、平板电脑等，方便随时查看，实现手机端与产品的智能交互。

更进一步地方案为，所述的印制电路板采用玻璃纸和环氧树脂制作而成，利用其对电路中的线路和元件进行集成。从而实现传感器对光线条件的记录，同时进行时间的记录，最终通过蓝牙传输移动终端上显示数据。

更进一步的方案为，右侧镜腿，树脂镜腿内芯灌注与左侧镜腿内侧装置同等重量的金属，从而达到左右两侧镜腿重量的平衡。

本发明感光装置中的光照强度测量，是利用光强分析模组，将光线强度信号转化为电压信号，再通过A/D转换器变成数字信号。当处于室内光（20<光强<500lx）、室外光（500<光强<100000lx）和超强光(光强>100000lx)将启动计时器并记录，通过蓝牙无线传输，显示在手机APP屏幕端。同时当光强（>100000lx）会启动声音模组避免过强光照伤害眼睛。

本发明感光装置中的光波长测量，是利用光波长分析模组，识别环境光线中的光线波长，根据不同波长输出信号判断电子屏端光线（415-455nm）、有利绿光（492-577nm）、户外太阳光（10-400nm）、室内灯光（400-750nm）.

本发明的系统通过综合光照强度和光波长分析，判断所处环境为室内还是户外，并启动相应的计时装置。

本发明的计时器，连接上述处理器，累积计时，并且连接蓝牙装置，可以在手机端查看累计时间。

本发明的声音模组，连接上述光波长和光照强度测量装置，超过设置的阈值或者累积时长则会开始提示，一方面通过智能眼镜的声音提示，另一方面通过蓝牙传输至手机APP上，发出震动并弹出当下用眼情况数据分析，给出合理用眼建议。

本发明时钟，与手机端的中国时间同步，记录不同时间下，使用者所处的光线环境。

本发明的感光装置采用充电电池，并通过蓝牙将电信号显示与手机端，可以查看电量多少，当电量低于一定阈值，眼镜会发出红光闪烁显示。充电状态时显示绿光。当充电完毕灯光提示消失。

本发明的感光装置所有数据都将通过蓝牙无线系统传输入手机端，并建立个人数据库，在云端实时统计分析。

本发明智能眼镜的所有个人云端数据库，视光医生可以在云端进行统计观察，分析不同光线下对使用者视力发育的影响，使用者每次复诊时，视光医生将根据其云端数据给青少年做出分析解释，以提供精确化、个性化防控近视进展方案。

一种监测和记录环境以及提醒光谱和光照强度的方法：包括以下步骤：

（1）通过色敏光电传感器模块识别环境光线中的光线波长，并传输至波长分析模组获得不同波长的光线情况，波长分析模组识别并获得15nm-455nm有害蓝光，492-577nm有利绿光， 400nm-750nm室内灯光， 10nm-400nm户外太阳光情况下的照射时间；

（2）通过第一计时器、第二计时器、第三计时器以及第四计时器分别记录有害蓝光、有利绿光、室内灯光以及户外太阳光的照射时间，若有害蓝光照射时长超过设置的阈值或者累积时长则通过第一提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒警告，若户外太阳光照射时长小于设置的阈值通过第二提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒；

（3）通过光敏光电传感器模块测量照射的光照强度，并传输至光强分析模组获得不同光强的照射情况，光强分析模组识别并获得20lx-500lx室内光， 500lx-100000lx室外光，超过100000lx超强光的照射时间；

（4）通过第五计时器、第六计时器以及第七计时器分别记录室内光、室外光以及超强光的照射时间，若超强光照射时长超过设置的阈值或者累积时长则通过光强提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒警告。

使用方法：

1.配戴好本发明后，感光装置内色敏光电传感器将会自动开始测量相应波长段的光线射入时间，并进行分析记录。

1）当传感器检测到青少年使用电子设备时间过长导致射入眼睛有害蓝光的总时长大于设定值时，会启动声音模组1，提示孩子“今天的电子设备使用时间太长啦，请让你的眼睛休息一下”。

2）当传感器在当天16:00时检测到青少年户外太阳光射入总时长小于设定值时，会启动声音模组2，提示孩子“今天的户外活动不够哟，请出门多运动运动”。

3）当传感器检测到光强大于100000lx，会提示“现在的光照太强了，请避免直视光线”。

2.家长或者青少年在一天配戴结束后，通过移动终端可以获得孩子一天眼睛射入有害蓝光和有利绿光的时长记录，以便家长第二天时对孩子的近视防控进行引导，同时复诊时为医生提供治疗数据，来帮助医生进行下一步治疗，减缓近视进展。

3.本发明并通过蓝牙将电信号显示与手机端，可以查看电量多少，当电量低于一定阈值，眼镜会发出红光闪烁显示。充电状态时显示绿光。当充电完毕灯光提示消失。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，包括检测装置，其特征在于，所述的检测装置包括感光装置、计时器、提醒模组以及处理器和存储器，所述的感光装置包括光敏光电传感器模块和色敏光电传感器模块，所述的处理器包括波长分析模组和光强分析模组，所述的计时器包括波长计时器和光强计时器，所述的波长计时器与波长分析模组相连，所述的光强计时器与光强分析模组相连，所述的提醒模组包括波长提醒模组和光强提醒模组；

光敏光电传感器模块：测量照射的光照强度，并传输至光强分析模组获得不同光强的照射情况；

色敏光电传感器模块：识别环境光线中的光线波长，并传输至波长分析模组获得不同波长的光线情况；

光强分析模组：根据光敏光电传感器模块分析获得不同光强的照射情况并传输给光强计时器和存储器；

波长分析模组：根据色敏光电传感器模块分析获得不同波长的照射情况并传输给波长计时器和存储器；

存储器：存储光强分析模组获得的不同光强的照射情况和长分析模组获得的不同波长的光线情况；

波长计时器：记录波长分析模组获得不同波长的光线情况的照射时间；

光强计时器：记录光强分析模组获得不同光强的照射情况的照射时间；

波长提醒模组：根据波长计时器记录的不同波长的光线情况的照射时间分情况进行提醒；

光强提醒模组：根据光强计时器记录的不同光强的光线情况的照射时间分情况进行提醒。

2.根据权利要求1所述的一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，其特征在于，所述的波长计时器包括第一计时器、第二计时器、第三计时器以及第四计时器，所述的第一计时器、第二计时器、第三计时器以及第四计时器分别记录有害蓝光、有利绿光、室内灯光以及户外太阳光的照射时间。

3.根据权利要求1所述的一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，其特征在于，所述的检测装置还包括时间模块，所述的时间模块与本地时间同步，将实时时间匹配计时器上记录的数据。

4.根据权利要求1所述的一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，其特征在于，所述的光强计时器包括第五计时器、第六计时器以及第七计时器，所述的第五计时器、第六计时器以及第七计时器分别记录室内光、室外光以及超强光的照射时间。

5.根据权利要求1所述的一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，其特征在于，所述的检测装置还包括传输模块，所述的传输模块将存储器存储的数据传输至其他电子终端。

6.根据权利要求1所述的一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，其特征在于，所述的提醒模组包括声音模组、震动模组或光提醒模组。

7.根据权利要求2所述的一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，其特征在于，所述的波长提醒模组包括第一提醒模组和第二提醒模组，所述的第一提醒模组根据第一计时器提醒过量照射有害蓝光，所述的第二提醒模组根据第四计时器提醒不足照射户外太阳光。

8.根据权利要求5所述的一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，其特征在于，所述的光强提醒模组根据第七计时器提醒过量照射超强光。

9.根据权利要求1所述的一种能监测和记录环境光谱和光照强度的智能眼镜，所述的传输模块为蓝牙模块、无线传输模块或有线传输模块。

10.一种监测和记录环境以及提醒光谱和光照强度的方法：其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过色敏光电传感器模块识别环境光线中的光线波长，并传输至波长分析模组获得不同波长的光线情况，波长分析模组识别并获得15nm-455nm有害蓝光，492-577nm有利绿光， 400nm-750nm室内灯光， 10nm-400nm户外太阳光情况下的照射时间；

（2）通过第一计时器、第二计时器、第三计时器以及第四计时器分别记录有害蓝光、有利绿光、室内灯光以及户外太阳光的照射时间，若有害蓝光照射时长超过设置的阈值或者累积时长则通过第一提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒警告，若户外太阳光照射时长小于设置的阈值通过第二提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒；

（3）通过光敏光电传感器模块测量照射的光照强度，并传输至光强分析模组获得不同光强的照射情况，光强分析模组识别并获得20lx-500lx室内光， 500lx-100000lx室外光，超过100000lx超强光的照射时间；

（4）通过第五计时器、第六计时器以及第七计时器分别记录室内光、室外光以及超强光的照射时间，若超强光照射时长超过设置的阈值或者累积时长则通过光强提醒模组采用声音、震动或光提醒来提醒警告。

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