基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统，包括：分光器、单色光滤波片、光电探测器及模数转换器。当LED和钨丝灯泡等各类光源的光束作为初始入射光时，一方面，利用分光器和单色光滤波片，实现红、绿、蓝光的空间分离；另一方面，利用光电转换技术，实现单色光强度的测量，并通过LCD显示屏显示相关测量结果。基于该装置，本实用新型专利技术还提出一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量方法，通过测量入射光中红绿光比例，并将其与人眼适宜的太阳光中红绿光比例进行对比，鉴别光源的优劣。同时，根据入射光场的强弱，将其与人眼适宜光强进行对比。当入射光强太强或者太弱时，自动给予报警，协助预防近视。

【技术实现步骤摘要】
基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统
本技术涉及光学、分析及测量控制、电器设备及电器工程
，尤其涉及一种全新的基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统。
技术介绍
近视是一个普遍性的世界难题。近年来，近视发生的年龄日趋提前，发生比例逐年提高，近视问题越来越成为人们关注的焦点。2015年3月，著名期刊《Nature》杂志专门发表文章阐述近视的基础研究以及临床研究的重要性。通过镜片和手术可以矫正近视，但不能改变近视对视觉系统的器质性损伤，因此需要通过临床和基础研究阐明近视产生的生化机制，寻求有效的治疗方法和预防措施。研究表明，近视是由于晶状体和眼球本身的发育不同步造成的。除了少数因特殊疾病导致的近视外，绝大多数近视都是因为眼球的前后距离过长，导致光线聚焦不到视网膜上。一个人在生长发育的过程中，眼球一定会逐渐变大变长，但与此同时晶状体也会逐渐拉长变薄，从而把光线的聚焦点逐渐往后移，始终维持在视网膜的位置上。只要这两者的发育保持同步，近视就不会发生。一旦两者的发育过程出现脱节的现象，即眼球仍然在继续变长，但晶状体却停止了生长，其结果就是近视眼。于是，这个问题就变成了寻找眼球和晶状体生长的调控机制。通常情况下，室内光线的红绿光比比室外光线高，于是相关感光细胞被过度刺激，不断发出信号命令眼球继续生长，其结果就是眼球越长越长，最终导致近视。视网膜上的不同细胞对不同颜色的光有喜好作用，昏暗环境会对感知绿色的视网膜细胞起抑制作用，从而导致我们晚上所看到的颜色偏向蓝移，以补充绿色信号在视网膜上的缺失。在550nm(绿色)附近，人的视锥细胞中感光细胞会更加活跃并提供清晰的颜色视觉，从而让人的观察视野会有一个最高的亮度，使得图像能更好的呈现在视网膜上。因此在昏暗的环境中，测量照明光源的波长占比，控制红光绿光在光源中的比值，对预防近视就显得尤其重要。眼睛是光的探测器，因此眼睛的发育过程与光刺激的种类和强度有着密切的关系。一方面，增加户外运动可减少近视的发生率。另一方面，一定强度的明亮光源对近视眼的发展速度有延缓作用。光源亮度不合适，太强或太弱都会引起眼睛的疲劳，造成眼睛近视。因此，增加户外活动和采用最佳的光照强度，都可以降低近视的概率，找到合适的光源对于预防和缓解近视是很重要的。尽管增加户外活动和采用最佳的光照强度，可以有效地预防和缓解近视，但是一味地增加户外活动时间对于学习任务繁重的青少年来说是不现实的，因此当务之急是寻找有利于视力发育的接近太阳光中红绿光占比的光源。到目前为止，虽然医学和生物学对于近视的原因已经有了相应的进展，但是还没有一种仪器能够对光源的红绿光占比和亮度进行定量测量。
技术实现思路
本技术设计并搭建了一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统，对常用的光源，如学生常用的台灯和室内光源等进行测量，找出最接近太阳光红绿光强比值以及合适的光照强度的光源，帮助青少年选择合适的光源，从而有效地协助预防近视。本技术是一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统，协助预防近视。本测量系统使用LED、白炽灯、太阳光等光源作为初始入射信号，采用分光器将光源进行空间分离，结合确定波长的滤波片滤出所需要的波长光场(本技术关注红光和绿光)，采用光电探测器对确定波长的光场强度进行测量，最后采用模数转换器得出红光和绿光的光强占比；协助找出最接近太阳光红绿光比的光源，协助预防近视。本技术提出了一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统，包括：光源(1)，用于入射各种类型的光；第一分光器、第二分光器，其依次沿所述光源的光路设置，用于按比例分离光线；第一滤波片、第二滤波片，其分别设置在沿第二分光器后的两条光路上，用于不同波长光线的选择性透过，第二滤波片用于滤出红光、第一滤波片用于滤出绿光；第一光电探测器，其用于探测所述第一分光器分离光线的光强；第二光电探测器，其用于探测所述第一滤波片滤出光线的光强；第三光电探测器，其用于探测所述第二滤波片滤出光线的光强。本技术中，所述光源是用于鉴别红绿光强比值的自然光和/或室内光源，包括：太阳光、LED灯光和钨丝灯光。本技术中，所述第一分光器、第二分光器是分光比为1:1的普通精度分光器。本技术中，所述第一分光器分离出的两束光一束用于探测光强，其强度作为入射光强度，另一束光通过所述第二分光器后再次分束。本技术中，第二光电探测器和第三光电探测器测量的结果通过LCD显示屏显示，其用于显示用户信息及测量结果。基于以上系统，本技术还提出了一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量方法，包括以下步骤：步骤一：将第一分光器、第二分光器调整至正确位置，使入射光能被完好地分成三束光线；步骤二：将第一滤波片、第二滤波片分别布置在第二分光器分离出的两束光路上，使其能对光路上的光线产生过滤作用；步骤三：将入射光调整为近平行光，调整光路使入射到系统内的光全部打到第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器上；步骤四：将光源入射到系统内；步骤五：光源输入系统后最终打在第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器上，使用模数转换方法，读取出打在第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器上的光强度；步骤六：打在第一光电探测器上的光包含各种波长的光，其光强为入射光总光强的1/2；打在第二光电探测器上的光为波长492nm-577nm的绿光，其电压值代表入射光中绿光光强；打在第三光电探测器上的光为波长622nm-760nm的红光，其电压值代表入射光中红光光强；通过模数转换得到红光与绿光强度的比值，比较这个比值与太阳光中的红光与绿光的占比值，来判断光源的优劣。本技术中，原始的光功率数据通过FDS1010传感器转换为电流值，再通过将负载电阻接入电路，得到模拟的电压值数据，最后通过STM32F103控制芯片的ADC功能对模拟电压值数据进行周期性的采样，得到数字电压值数据。本技术中，所述LCD屏幕的用户交互界面分为3行，第1行为红光光强对应的电压值，第2行为绿光光强对应的电压值，第3行为红光与绿光电压的比值，通过比较这个比值与太阳光中的红光与绿光的占比值，来判断光源的优劣。本技术中，在控制芯片中根据人眼对于光照强度的舒适度，设置了光强的上阈值和下阈值，当光强在上下阈值之间时，表示现在的光强是让人眼感到舒适的光强；当光强在阈值范围外时，位于显示屏上的LED灯会发光报警，同时蜂鸣器会响起警报，提示用户调整台灯亮度。在本技术系统中，为了方便用户获取信息，将光强的信号转变为电压值，分别进行红光和绿光光强的探测，最后通过模数转换器直接显示比率值。另一方面，通过光强的测量和模数转换，与人眼适宜的光强范围进行比较，如果光强过高或过低，会给出智能报警。因此，本技术提出一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统，该测量系统一方面利用分光器和单色光滤波片，实现混合光的分离；另一方面，利用光电转换技术，实现单色光强度的测量，并参照太阳光的红绿光比例，鉴别光源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统，其特征在于，包括：/n光源(1)，用于入射各种类型的光；/n第一分光器(2)、第二分光器(3)，其依次沿所述光源(1)的光路设置，用于按比例分离光线；/n第一滤波片(4)、第二滤波片(5)，其分别设置在沿第二分光器(3)后的两条光路上，用于不同波长光线的选择性透过，第二滤波片(5)用于滤出红光、第一滤波片(4)用于滤出绿光；/n第一光电探测器(6)，其用于探测所述第一分光器(2)分离光线的光强；/n第二光电探测器(7)，其用于探测所述第一滤波片(4)滤出光线的光强；/n第三光电探测器(8)，其用于探测所述第二滤波片(5)滤出光线的光强。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统，其特征在于，包括：
光源(1)，用于入射各种类型的光；
第一分光器(2)、第二分光器(3)，其依次沿所述光源(1)的光路设置，用于按比例分离光线；
第一滤波片(4)、第二滤波片(5)，其分别设置在沿第二分光器(3)后的两条光路上，用于不同波长光线的选择性透过，第二滤波片(5)用于滤出红光、第一滤波片(4)用于滤出绿光；
第一光电探测器(6)，其用于探测所述第一分光器(2)分离光线的光强；
第二光电探测器(7)，其用于探测所述第一滤波片(4)滤出光线的光强；
第三光电探测器(8)，其用于探测所述第二滤波片(5)滤出光线的光强。


2.如权利要求1所述的基于波长分光探测的防近视智能光学测量系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宇轩，刘雪婷，
申请(专利权)人：华东师范大学第二附属中学附属初级中学，
类型：新型
国别省市：上海;31