一种光辐射对人眼损伤的监测方法及装置与流程

本发明涉及智能监测技术领域，尤其涉及一种光辐射对人眼损伤的监测方法及装置。

背景技术：

近年来，光辐射安全日渐引起广泛重视，日光和人造光源的紫外线辐射以及LED灯源的“蓝光过量”等因素对人类眼部的光化学损伤时有报道。在日常生活中，人们经常接触到紫外和蓝光辐射源包括太阳光、人造紫外灯、节能灯、LED灯以及手机和电脑背景光源等。紫外线和蓝光的能量不一样，对人体眼睛各部位的影响不完全一样。短波长的紫外线能量较高，主要进入眼睛前部组织结构，如角膜、结膜和晶状体等。若长期处于紫外线辐照下，这些组织容易出现光化学损伤。波长小于320nm(峰值位于270nm)的紫外辐射可引起结膜炎和角膜炎，还会诱发白内障。与紫外线相比，蓝光的波长较长，可以进入眼睛后部组织结构，如视网膜。如果光源中的400–500nm蓝光波段亮度过高，光化学反应会产生大量具有细胞毒性的自由基，破坏视网膜细胞正常生长与工作，造成视网膜的光化学损伤。因此，准确探测紫外线和蓝光对人眼的辐射，有助于及时提供预警、采取相应的防护措施，从而避免眼部光化学损伤。

紫外辐射检测方面，目前一般采用的实验室方法是通过紫外传感器测试环境紫外辐射水平，来粗略代表人体眼部的紫外暴露情况，其精准度较差。而蓝光检测方面，市场上仅有专业级的光辐射测量设备。其结构复杂，成本相当高；并且体积较大，不利携带与推广使用。

在实际场景中，人体眼部的有效紫外暴露受到多种因素的影响，如人体的沿视轴基本平行于地面、人体眼睛随机暴露于不同的朝向、以及个体的特定面部结构等，这决定了人体眼部紫外线暴露状态相当不同于一般测得的环境紫外辐射程度。类似的，人造光源带来的有效蓝光辐射也取决于光源和人眼的相对距离和朝向。目前尚无贴近式的装置能够较准确采集紫外线和蓝光对人眼部位的有效辐射信息。

再者，市场上迄今尚未有实时、连续、同时监测紫外线和蓝光对眼睛部位有害辐射的轻巧穿戴式或便携式装置。尚未有装置能够同时采集、分析不同波段的紫外线和蓝光辐射关键信息，并对人体眼睛特定部位受到光化学损伤的可能性进行量化分析，及时进行预警提示，以有助于采取相应有效保护措施。

中国专利申请200510067143.5公开了一种具有辐射检测功能的眼镜，用于紫外线、红外线或者光线辐射的监测。但该装置嵌入在眼镜腿内，其受光面与进入眼睛光线平行，并不能准确监测进入眼睛的紫外线和蓝光，且该专利没有得到有害光辐射对人眼的损伤情况，也无法及时提醒用户有害光危害并采取措施。

技术实现要素：

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种光辐射对人眼损伤的检测方法，通过该方法能够精确监测到紫外线、蓝光对眼部的辐射强度，在辐射强度超过预设阈值时，能够及时提醒用户采取保护措施。

为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种光辐射对人眼损伤的监测方法，包括如下步骤：

S1：通过紫外线传感器实时获取当前紫外线辐射强度并输出第一电流信号，通过蓝光传感器实时获取当前蓝光辐射强度并输出第二电流信号。

S2：通过信号处理模块处理第一电流信号、第二电流信号，得到第一数字信号和第二数字信号。

S3：根据第一数字信号，通过微控制器计算得到当前紫外线辐射关键参数；根据第二数字信号，通过微控制器计算得到当前蓝光辐射关键参数；并通过无线通信模块将当前紫外线辐射关键参数、当前蓝光辐射关键参数发送至移动终端设备；

S4：通过微控制器判断当前紫外线辐射关键参数是否超过紫外线辐射损伤预设阈值；通过微控制器判断当前蓝光辐射关键参数是否超过蓝光辐射损伤预设阈值。

本发明中，紫外线传感器包括但不限于基于氮化镓、硅、碳化硅、磷化铟、氧化锌或者氧化钛等材料的紫外光电传感器；蓝光传感器包括但不限于基于氮化镓、硅或者磷化铟等材料的光电传感器。

与现有技术相比，本发明公开的监测方法通过采用两个光电传感器对紫外和蓝光辐射分别进行监测，可以实现紧凑式、简单化系统设计，实现低功耗、低成本、小体积，便于做成穿戴式、便携式、或皮肤贴片式设计，有利于装置的普及推广。通过同时对进入人眼的紫外线和蓝光辐射进行监测，并量化分析不同辐射波段对眼睛的光化学损伤影响和集总的危害影响，得到当前紫外线、蓝光有效辐射强度及剂量并实时与预设阈值对比，能够对当前紫外线、蓝光对人眼损伤有直观且精确的认识，便于后续采取保护措施。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S4后进一步包括步骤S5：

S5：若当前紫外线辐射关键参数超过紫外线辐射损伤预设阈值，则微控制器发出第一控制信号；若当前蓝光辐射关键参数超过蓝光辐射损伤预设阈值，则微控制器发出第二控制信号；根据第一控制信号、第二控制信号，通过提醒模块发出提醒信息。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S3包括如下步骤：

S31：通过微控制器，采用光谱分布，根据第一数字信号、紫外线光源光谱，计算得到每一波长的紫外线辐射强度；通过微控制器，采用光谱分布，根据第二数字信号、蓝光光源光谱，计算得到每一波长的蓝光辐射强度。

S32：通过微控制器，根据每一波长的紫外线辐射强度、眼睛紫外线辐射加权函数，计算得到当前有效紫外线辐射强度；通过微控制器，根据每一波长的蓝光辐射强度、视网膜蓝光辐射加权函数，计算得到当前有效蓝光辐射强度。

S33：在预设时间阈值范围内，分别通过微控制器累加当前有效紫外线辐射强度、当前有效蓝光辐射强度，得到当前有效紫外线辐射剂量、当前有效蓝光辐射剂量。

S34：通过无线通信模块将当前有效紫外线辐射强度、当前有效紫外线辐射剂量、当前有效蓝光辐射强度、当前有效蓝光辐射剂量发送至移动终端设备。

根据本发明另一具体实施方式，若用户佩戴眼镜，步骤S4包括如下步骤：

S41：通过移动终端设备获取用户所佩戴眼镜镜片对紫外线辐射透过率、蓝光辐射透过率，并通过无线通信模块将紫外线辐射透过率、蓝光辐射透过率发送至微控制器。

S42：根据紫外线辐射透过率、光安全国家标准，通过微控制器计算得到紫外线辐射损伤预设阈值；根据蓝光辐射透过率、光安全国家标准，通过微控制器计算得到当前蓝光辐射损伤预设阈值。

根据本发明另一具体实施方式，若用户未佩戴眼镜，步骤S4中紫外线辐射损伤预设阈值、蓝光辐射损伤预设阈值分别根据光安全国家标准设定。

根据本发明另一具体实施方式，信号处理模块包括信号放大电路、滤波电路、模数转换电路和温度补偿电路。

本方案中，通过信号放大电路对第一电流、第二电流进行放大，通过滤波电路过滤噪声，然后将经过放大、过滤的第一电流、第二电流对应转换成第一数字信号、第二数字信号。进一步的，本方案中，通过温度补偿电路进行温度补偿，减少了温漂影响，提高了监测精度。

根据本发明另一具体实施方式，提醒模块包括显示模块、声音模块和振动模块。

本方案中，若当前紫外线人眼损伤值、当前蓝光人眼损伤值超过对应的预设阈值范围时，显示模块显示对应的文字提醒信息；声音模块发出对应的声音提醒信息；振动模块发出对应振动信号。

另一方面，本发明还提供了一种光辐射对人眼损伤的监测装置，包括：

光电传感器，其包括紫外线传感器和蓝光传感器；其中，紫外线传感器用于实时获取当前紫外线辐射强度并输出第一电流信号；蓝光传感器用于实时获取当前蓝光辐射强度并输出第二电流信号。

信号处理模块，用于处理第一电流信号、第二电流信号，并输出第一数字信号、第二数字信号。

微控制器，用于计算得到当前紫外线辐射关键参数，当前蓝光辐射关键参数，并对比当前紫外线辐射关键参数是否超过紫外线辐射损伤预设阈值，若是，则发送第一控制信号；对比当前蓝光辐射关键参数是否超过蓝光辐射损伤预设阈值，若是，则发送第二控制信号。

提醒模块，用于接收第一控制信息、第二控制信息，并发出提醒信息。

根据本发明另一具体实施方式，无线通信模块用于将当前紫外线辐射关键参数、当前蓝光辐射关键参数发送至移动终端设备。

根据本发明另一具体实施方式，信号处理模块包括信号放大电路、滤波电路、模数转换电路和温度补偿电路；提醒模块包括显示模块、声音模块和振动模块。

本发明的有益效果是：通过采用两个光电传感器对紫外和蓝光辐射分别进行监测，可以实现紧凑式、简单化系统设计，实现低功耗、低成本、小体积，便于做成穿戴式、便携式、或皮肤贴片式设计，有利于装置的普及推广。通过同时对进入人眼的紫外线和蓝光辐射进行监测，并量化分析不同辐射波段对眼睛的光化学损伤影响和集总的危害影响，得到当前紫外线、蓝光有效辐射强度及剂量并实时与预设阈值对比，一旦超过预设阈值，便提醒用户采取保护措施。本发明提供的监测装置能够实时、连续地监测紫外线和蓝光的有害辐射，并提供安全预警。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

图1是实施例1中光辐射对人眼损伤的检测方法的流程图；

图2是图1中步骤S3的流程图；

图3是实施例2中光辐射对人眼损伤的监测装置的结构框图；

图4是实施例2中光辐射对人眼损伤的监测装置的结构示意图；

图5是实施例2中监测装置安装于眼镜的示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1，是本实施例1提供的一种光辐射对人眼损伤的检测方法的流程图。该监测方法包括如下步骤：

S1：通过紫外线传感器实时获取当前紫外线辐射强度并输出第一电流信号；通过蓝光传感器实时获取当前蓝光辐射强度并输出第二电流信号。

该步骤用于获取紫外线辐射强度和蓝光辐射强度。具体的，紫外线传感器包括但不限于基于氮化镓、硅、碳化硅、磷化铟、氧化锌或者氧化钛等材料的紫外线光电传感器，蓝光传感器包括但不限于基于氮化镓、硅或者磷化铟等材料的光电传感器。

优选地，本实施例中，紫外线传感器为具有宽禁带的氮化镓紫外线光电传感器，其具有很好的可见光盲，且只对紫外光有响应；蓝光传感器为氮化镓比例不同于紫外光电传感器的蓝光传感器，其响应峰值位于蓝光区域。

本实施例中，第一电流为使用紫外线传感器实时获取的紫外线辐射光生电流；第二电流为使用蓝光传感器实时获取的蓝光辐射光生电流。

S2：通过信号处理模块处理第一电流信号、第二电流信号，得到第一数字信号和第二数字信号。

该步骤用于处理步骤S1得到的第一电流和第二电流。具体的，信号处理模块包括信号放大电路、滤波电路、模数转换电路和温度补偿电路。

本实施例中，通过信号放大电路对微弱的紫外线辐射光生电流、蓝光辐射光生电流进行放大，通过滤波电路过滤噪声，然后将经过放大、过滤的紫外线辐射光生电流、蓝光辐射光生电流对应转换成第一数字信号、第二数字信号。进一步的，本实施例中，通过温度补偿电路进行温度补偿，减少了温漂影响，提高了监测精度。

S3：根据第一数字信号，通过微控制器计算得到当前紫外线辐射关键参数；根据第二数字信号，通过微控制器计算得到当前蓝光辐射关键参数；并通过无线通信模块将当前紫外线辐射关键参数、当前蓝光辐射关键参数发送至移动终端设备。

该步骤用于得到当前紫外线辐射关键参数、当前蓝光辐射关键参数。具体的，参见图2，该步骤进一步包括如下步骤：

S31：通过微控制器，采用光谱分布，根据第一数字信号、紫外线光源光谱，计算得到每一波长的紫外线辐射强度；通过微控制器，采用光谱分布，根据第二数字信号、蓝光光源光谱，计算得到每一波长的蓝光辐射强度。

具体的，紫外线光源光谱包括但不限于太阳紫外谱、人造UVA、UVB和UVC光源光谱以及节能灯光谱。蓝光光源包括但不限于LED、手机和平板显示器等的背景光源、荧光灯、浴霸等。

S32：通过微控制器，根据每一波长的紫外线辐射强度、眼睛紫外线辐射加权函数，计算得到当前有效紫外线辐射强度；通过微控制器，根据每一波长的蓝光辐射强度、视网膜蓝光辐射加权函数，计算得到当前有效蓝光辐射强度。

S33：在预设时间阈值范围内，分别通过微控制器累加当前有效紫外线辐射强度、当前有效蓝光辐射强度，得到当前有效紫外线辐射剂量、当前有效蓝光辐射剂量。

具体的，预设时间阈值范围可根据实际情况设定，在此不做具体限制。

S34：通过无线通信模块将当前有效紫外线辐射强度、当前有效紫外线辐射剂量、当前有效蓝光辐射强度、当前有效蓝光辐射剂量发送至移动终端设备。

具体的，无线通信模块包括WIFI模块和/或蓝牙模块。

S4：通过微控制器判断当前紫外线辐射关键参数是否超过紫外线辐射损伤预设阈值；通过微控制器判断当前蓝光辐射关键参数是否超过蓝光辐射损伤预设阈值。

该步骤用于判断当前紫外线、蓝光辐射关键参数是否超过损伤预设阈值范围。具体的，若用户佩戴眼镜，步骤S4包括如下步骤：

S41：通过移动终端设备获取用户所佩戴眼镜镜片对紫外线辐射透过率、蓝光辐射透过率，并通过无线通信模块将紫外线辐射透过率、蓝光辐射透过率发送至微控制器。

S42：根据紫外线辐射透过率、光安全国家标准，通过微控制器计算得到紫外线辐射损伤预设阈值；根据蓝光辐射透过率、光安全国家标准，通过微控制器计算得到蓝光辐射损伤预设阈值。

具体的，若用户佩戴眼镜，则眼镜镜片的紫外线、蓝光辐射透过率会影响到最终入射人眼的紫外线、蓝光有效辐射强度及有效辐射剂量。为了使监测结果更加精确，通过用户眼镜镜片透过率，光安全国家标准分别设定紫外线、蓝光辐射损伤预设阈值。本实施例中，将光安全国家标准制定的紫外线、蓝光损伤临界值除以用户眼镜镜片的紫外线、蓝光辐射透过率即得到紫外线、蓝光辐射损伤预设阈值。

若用户未佩戴眼镜，步骤S4中紫外线辐射损伤预设阈值、蓝光辐射损伤预设阈值分别根据光安全国家标准设定。

本实施例中，用户未佩戴眼镜时，紫外线辐射损伤预设阈值、蓝光辐射损伤预设阈值分别为光安全国家标准规定的紫外线损伤临界值和蓝光损伤临界值。

S5：若当前紫外线辐射关键参数超过紫外线辐射损伤预设阈值，则微控制器发出第一控制信号；若当前蓝光辐射关键参数超过蓝光辐射损伤预设阈值，则微控制器发出第二控制信号；根据第一控制信号、第二控制信号，通过提醒模块发出提醒信息。

该步骤用于当紫外线、蓝光超过损伤预设阈值时，发出提醒信息提醒用户采取保护措施。

具体的，提醒模块包括显示模块、声音模块和振动模块。本实施例中，若当前紫外线辐射关键参数超过紫外线辐射损伤预设阈值，或者当前蓝光辐射关键参数超过蓝光辐射损伤预设阈值，则显示模块显示对应的文字提醒信息；声音模块发出对应的声音提醒信息；振动模块发出对应振动信号。

本实施例中，若当前紫外线辐射关键参数未超过紫外线辐射损伤预设阈值，和/或当前蓝光辐射关键参数未超过蓝光辐射损伤预设阈值，则继续步骤S1，进行当前紫外线辐射强度和/或当前蓝光辐射强度的采集。

本实施例中，紫外线辐射强度的监测与蓝光辐射强度的检测同时进行，彼此独立。

本实施例提供的监测方法，通过采用两个光电传感器对紫外和蓝光辐射分别进行监测，可以实现紧凑式、简单化系统设计，实现低功耗、低成本、小体积，便于做成穿戴式、便携式、或皮肤贴片式设计，有利于装置的普及推广。通过同时对进入人眼的紫外线和蓝光辐射进行监测，并量化分析不同辐射波段对眼睛的光化学损伤影响和集总的危害影响，得到当前紫外线、蓝光有效辐射强度及剂量并实时与预设阈值对比，一旦超过预设阈值，便提醒用户采取保护措施。使用本实施例提供的监测方法能够实时、连续地监测紫外线和蓝光的有害辐射，并提供安全预警。

实施例2

参见图3，是本实施例提供的一种光辐射对人眼损伤的监测装置的结构框图，参见图4，是本实施例提供的一种光辐射对人眼损伤的监测装置的结构示意图。该监测装置包括：

光电传感器1，其包括紫外线传感器11和蓝光传感器12；其中，紫外线传感器11用于实时获取当前紫外线辐射强度并输出第一电流信号；蓝光传感器12用于实时获取当前蓝光辐射强度并输出第二电流信号。

具体的，紫外线传感器11包括但不限于基于氮化镓、硅、碳化硅、磷化铟、氧化锌或者氧化钛等材料的紫外线光电传感器，蓝光传感器12包括但不限于基于氮化镓、硅或者磷化铟等材料的蓝光光电传感器。

本实施例中，优选地，紫外线传感器11为硅基紫外增强型光电传感器，通过在传感器受光面前设计过滤可见光和近红外光的滤波片，只对紫外光有响应，实现可见光盲。蓝光传感器12为硅基可见光传感器，通过在传感器受光面前设计滤波片，只对蓝光有响应。

本实施例中，采用滤波片改变紫外线传感器的光谱分布，使其与眼睛紫外线辐射加权函数近似，计算日光对人体眼睛的有效紫外线辐射强度(每单位面积入射到目标表面的辐射功率)。采用滤波片改变蓝光传感器的光谱分布，使其与眼睛蓝光辐射加权函数近似，计算日光对人体眼睛的有效蓝光辐射强度(每单位面积入射到目标表面的辐射功率)。

信号处理模块2，用于处理第一电流信号、第二电流信号，并输出第一数字信号、第二数字信号。

具体的，信号处理模块2包括信号放大电路、滤波电路、模数转换电路和温度补偿电路。

本实施例中，通过信号放大电路对微弱的紫外线辐射光生电流、蓝光辐射光生电流进行放大，通过滤波电路过滤噪声，然后将经过放大、过滤的紫外线辐射光生电流、蓝光辐射光生电流对应转换成第一数字信号、第二数字信号。进一步的，本实施例中，通过温度补偿电路进行温度补偿，减少了温漂影响，提高了监测精度。

微控制器3，用于计算得到当前紫外线辐射关键参数，当前蓝光辐射关键参数，并对比当前紫外线辐射关键参数是否超过紫外线辐射损伤预设阈值。若是，则发送第一控制信号；对比当前蓝光辐射关键参数是否超过蓝光辐射损伤预设阈值，若是，则发送第二控制信号。

提醒模块4，用于接收第一控制信息、第二控制信息，并发出提醒信息。

具体的，提醒模块4包括显示模块、声音模块和振动模块。本实施例中，若当前紫外线辐射关键参数超过紫外线辐射损伤预设阈值，或者当前蓝光辐射关键参数超过蓝光辐射损伤预设阈值，则显示模块显示对应的文字提醒信息；声音模块发出对应的声音提醒信息；振动模块发出对应振动信号。

无线通信模块5，用于将当前紫外线辐射关键参数、当前蓝光辐射关键参数发送至移动终端设备。

具体的，移动终端包括但不限于电脑、平板电脑，手机。

本实施中，移动终端设备能够显示紫外线和蓝光对眼睛前部结构和视网膜的有害光辐射关键参数信息，即当前紫外线辐射关键参数、当前蓝光辐射关键参数；其还能显示安全剩余裕量、并建议相应的保护措施。

本实施例中，该监测装置可以置于眼镜架旁边或置于靠近眼睛的穿戴物、装饰物、或皮肤贴片中，也可以仅将光电传感器1这部分置于眼镜架旁边或置于靠近眼睛的穿戴物、装饰物、或皮肤贴片中，光电传感器1接收到的光辐射强度与剂量与进入眼睛的光辐射强度与剂量近似相同，从而能较精确地追踪、分析眼部有害光辐射的实时情况。

参见图5，是本实施例中监测装置安装于眼镜的示意图。监测装置8侧壁设置一个夹具6，用于将监测装置8固定在眼镜镜架7上。其中，监测装置8中的紫外线传感器11(未示出)、蓝光传感器12(未示出)的受光面与眼睛平行。

本实施例通过采用两个光电传感器对紫外和蓝光辐射分别进行监测，可以实现紧凑式、简单化系统设计，实现低功耗、低成本、小体积，便于做成穿戴式、便携式、或皮肤贴片式设计，有利于装置的普及推广。通过采用贴近眼部的载体(眼镜)，使光电传感器采集到的光辐射信号非常接近实际进入人眼的光辐射信号，提高光辐射分析的准确度。通过同时对进入人眼的紫外线和蓝光辐射进行监测，并量化分析不同辐射波段对眼睛的光化学损伤影响和集总的危害影响，得到当前紫外线、蓝光有效辐射强度及剂量并实时与预设阈值对比，一旦超过预设阈值，便提醒用户采取保护措施。本实施例提供的监测装置能够实时、连续地监测紫外线和蓝光的有害辐射，并提供安全预警。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。