视网膜可容许曝照时间简易测定装置及方法
阅读说明：本技术 视网膜可容许曝照时间简易测定装置及方法 (Simple measuring device and method for permissible exposure time of retina ) 是由 周卓煇 陈景修 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明主要揭示一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置及方法,用以简易量测一光源的一视网膜可容许曝照时间,且主要包括一光接收单元与一核心处理器。其中,该核心处理器之中设有一色温测定单元、一光通量测定单元与一视网膜可容许曝照时间计算单元。在该光接收单元接收该光源的一照明光后,该色温测定单元与该光通量测定单元分别测定该照明光的一色温及一光通量,使得该视网膜可容许曝照时间计算单元能够依据该使用距离、该色温、该光通量而计算出所述视网膜可容许曝照时间。(The invention mainly discloses a simple measuring device and a simple measuring method for retina allowable exposure time, which are used for simply measuring the retina allowable exposure time of a light source and mainly comprise a light receiving unit and a core processor. Wherein the core processor is provided with a color temperature measuring unit, a luminous flux measuring unit and a retina allowable exposure time calculating unit. After the light receiving unit receives illumination light of the light source, the color temperature measuring unit and the luminous flux measuring unit respectively measure a color temperature and a luminous flux of the illumination light, so that the retina allowable exposure time calculating unit can calculate the retina allowable exposure time according to the using distance, the color temperature and the luminous flux.)
技术领域
本发明涉及计算视网膜可容许曝照时间的有关技术领域，尤其涉及一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置及方法。
背景技术
已知，自然光分成可见光与不可见光，其中红外线和紫外线属于不可见光，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫光则属于可见光。视网膜为人眼的一个重要部位，其用以将光信号转化为神经信号。应知道，太阳光为具有连续性光谱且包含整个可见光区段的自然光，图1即显示太阳光的光谱图。白光LED则为目前主流的人造发光元件，已被广泛地应用在各式灯具、背光模块、和自发光显示面板之中。图2即显示一种白光LED的光谱图。通过图1与图2，可以发现太阳光是连续性光谱，而白光LED的光谱则不连续，且仅包含430nm至680nm的可见光区段。由图1的太阳光光谱图可知，太阳光中的绿光强度高于蓝光强度。相反地，图2的白光LED的光谱图显示，白光LED所发出的人造光中所含有蓝光强度远大于绿光强度。
更详细地说明，蓝光为波长范围介于400nm至500nm之间的可见光。适度的蓝光可以提振精神以及给人愉悦感。然而，过多的蓝光却反而会造成光害、干扰生理时钟、伤害眼睛，严重者会引发眼睛黄斑部病变。图2的光谱图已经显示，最为广泛使用的白光LED含有高强度的蓝光，因此，随着人们使用含有白光LED元件的3C电子产品的时间不断增加，眼科医师、眼镜制造商及灯具制造商无不致力于推广蓝光伤眼的热门话题。
光视网膜炎(Photoretinitis)是由照光所引起的一种视网膜病变，特别是蓝光。由于入射光带有高能量，在视网膜上发生了一些化学反应，引致光化学损伤(Photochemical damage)。ANSI Z136.1已经规定如何计算视网膜可容许曝照极限(Maximum permissible exposure,MPE)，进而规范各种光源的使用安全性。前述ANSI为美国国家标准协会(American National Standard,ANSI)的缩写。MPE使用允许暴露时间(以秒为单位)表示特定波长的照度(以瓦特/cm2为单位)。因此，同一种光对于视网膜的MPE值会随着其照度的提升而跟着增加。当然，在同一照度下，短波长光的视网膜可容许曝照极限必然短于长波长光。
简单地说，欲计算一特定光的视网膜可容许曝照极限(MPE limit)，必须先使用光谱仪收集该特定光的光谱数据，之后依据蓝光危害函数(Blue-light hazard function)查表获得一光谱加权值(Spectral weighting value)。最终，在使用美国国家标准学会(ANSI)所提供的数学运算式计算出有效辐射亮度(Effective radiance,LB)和有效照度(Effective irradiance,EB)之后，便可接着计算出该特定光的视网膜可容许曝照极限。
所述视网膜可容许曝照极限(MPE limit)的单位为秒，因此也可以译为视网膜可容许曝照时间。换句话说，视网膜可容许曝照时间指的是视网膜对于一特定光的最大承受时间，例如由LED台灯所发出的光。然而，一般使用者不太可能会自行购买光谱仪以取得前述特定光的光谱数据，从而接着计算出该特定光的视网膜可容许曝照极限。
由上述说明可知，目前仍缺少一种可以供一般使用者用在测定一特定光的视网膜可容许曝照时间。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置及方法，用以简易量测一光源的一视网膜可容许曝照时间，且主要包括一光接收单元与一核心处理器。其中，该核心处理器之中设有一色温测定单元、一光通量测定单元与一视网膜可容许曝照时间计算单元。在该光接收单元接收该光源的一照明光后，该色温测定单元与该光通量测定单元分别测定该照明光的一色温及一光通量，使得该视网膜可容许曝照时间计算单元能够依据该使用距离、该色温、该光通量而计算出所述视网膜可容许曝照时间。
对于一般使用者而言，其皆能自行操作本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置对市售任一种光源进行MPE数值的测量，不需要使用光谱仪收集该光源的光谱数据，也无须查阅任何蓝光危害函数及光谱加权值。
为达成上述目的，本发明提出所述视网膜可容许曝照时间简易测定装置的一实施例，其包括：
一光接收单元用以接收一光源所发出的一特定光，且与该光源相距一使用距离；
一核心处理器，耦接该光接收单元以接收该特定光，且包括：
一光通量测定单元，用以测定该特定光的一色温；
一光通量测定单元，用以测定该特定光的一光通量；及
一视网膜可容许曝照时间计算单元，用以依据该使用距离、该色温、该光通量而计算出该特定光的一视网膜可容许曝照时间。
于前述本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置的实施例中，其更包括：
一距离感测单元，耦接该核心处理器，用以测定该使用距离的一感测数值。
于前述本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置的实施例中，其更包括：
一显示单元，耦接该核心处理器，且受控于该核心处理器而显示该使用距离、该色温、该光通量、及/或该视网膜可容许曝照时间；
一输入单元，耦接该核心处理器，使得一使用者可以通过该输入单元提供该使用距离的该输入数值至该核心处理器；以及
一通讯单元，耦接该核心处理器，用以外界一电子装置的一通讯界面进行沟通。
于前述本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置的实施例中，该视网膜可容许曝照时间计算单元使用一数学运算式完成所述视网膜可容许曝照时间的计算，且该数学运算式为其中：
MPE为所述视网膜可容许曝照时间；
FL为所述光通量；
D为所述使用距离；
T为所述色温；以及
J、K、L、M、与N皆为一经验常数，且任两个所述经验常数彼此不相等。
在可行的实施例中，所述视网膜安全提升指标的量测装置为下列任一者：台式光学量测仪、手持式光学量测仪、智能型手机、具外接式光学量测仪的智能型手机、平板电脑、具外接式光学量测仪的平板电脑、笔记本电脑、具外接式光学量测仪的笔记本电脑、一体式(All-IN-ONE)电脑、具外接式光学量测仪的一体式电脑、或具外接式光学量测仪的台式电脑。
在可行的实施例中，该距离感测单元包括一距离感测器与一数据处理器，且该距离感测器为下列任一者：光学式距离感测器、超音波距离感测器、或雷达距离感测。
为达成上述目的，本发明提出所述视网膜可容许曝照时间简易测定方法的一实施例，其包括以下步骤：
(1)提供一色温测定单元、一光通量测定单元与一视网膜可容许曝照时间计算单元于一核心处理器之中；
(2)令一光接收单元接收一光源所发出的一特定光，其中该光源与该光接收单元相距一使用距离；
(3)使用该色温测定单元与该光通量测定单元分别测定该特定光的一色温及一光通量；以及
(4)使用该视网膜可容许曝照时间计算单元依据该使用距离、该色温、该光通量而计算出该特定光的一视网膜可容许曝照时间。
于前述本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定方法的实施例中，其更包括以下步骤：
(5)该核心处理器控制一显示单元显示该使用距离、该色温、该光通量、及/或该视网膜可容许曝照时间。
在可行的实施例中，所述视网膜安全提升指标的量测方法应用于一电子装置之中。
在可行的实施例中，该使用距离通过一输入单元输入该核心处理器。
在可行的实施例中，该使用距离利用一距离感测单元测得，且该距离感测单元包括一距离感测器与一数据处理器；其中，该距离感测器为下列任一者：光学式距离感测器、超音波距离感测器、或雷达距离感测。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1显示太阳光的光谱图；
图2显示一种白光LED的光谱图；
图3显示本发明的一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第一实施例的示意性立体图；
图4显示本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第一实施例的方框图；
图5显示本发明的一种视网膜可容许曝照时间简易测定方法的流程图；
图6显示光通量相对于照度的散布图；
图7显示色温相对于视网膜可容许曝照时间的散布图；
图8显示本发明的一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第二实施例的示意性立体图；以及
图9显示本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第二实施例的方框图。
其中，附图标记
1:视网膜可容许曝照时间简易测定装置
11:光接收单元
12:核心处理器
121:色温测定单元
122:光通量测定单元
123:视网膜可容许曝照时间计算单元
14:距离感测单元
15:显示单元
16:输入单元
17:通讯单元
2:光源
S1-S5:步骤
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置及方法，以下将配合附图，详尽说明本发明的较佳实施例。
视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第一实施例
请参阅图3，其显示本发明的一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第一实施例的示意性立体图。并且，图4显示本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第一实施例的方框图。如图3与图4所示，本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置1主要包括：一光接收单元11、一核心处理器12、一显示单元15、以及一输入单元16。其中，该光接收单元11与一光源2相距一使用距离，且用以接收该光源2所发出的一特定光，例如一LED灯具所发出的一照明光。
承上述说明，该核心处理器12耦接该光接收单元11以接收该特定光。特别地，本发明在该核心处理器12设有一色温测定单元121、一光通量测定单元122和一视网膜可容许曝照时间计算单元123。其中，该色温测定单元121与该光通量测定单元122分别用以测定该特定光的一色温和一光通量。并且，该视网膜可容许曝照时间计算单元123，用以依据该使用距离、该色温、该光通量而计算出该特定光的一视网膜可容许曝照时间。在可行的实施例中，该色温测定单元121、该光通量测定单元122与该视网膜可容许曝照时间计算单元123通过函式库、变数或运算元的形式而被编辑为至少一应用程序，进而被建立在该核心处理器12之中。
换句话说，将该核心处理器12应用至一电子装置(如图3所示的手持式光学量测仪)之后，该电子装置成为本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置。因此，在可行的实施例中，前述的电子装置可为下列任一者：台式光学量测仪、手持式光学量测仪、智能型手机、具外接式光学量测仪的智能型手机、平板电脑、具外接式光学量测仪的平板电脑、笔记本电脑、具外接式光学量测仪的笔记本电脑、一体式(All-IN-ONE)电脑、具外接式光学量测仪的一体式电脑、或具外接式光学量测仪的台式电脑。
更详细地说明，前述的视网膜可容许曝照时间计算单元123使用一数学运算式完成所述视网膜可容许曝照时间的计算，且该数学运算式为其中，MPE为所述视网膜可容许曝照时间(Maximumpermissible exposure time)，FL为所述光通量，D为所述使用距离，且T为所述色温。值得说明的是，J、K、L、M、与N皆为一经验常数，且任两个所述经验常数彼此不相等。前述五个经验常数的示范性数值整理于下表(1)之中。
表(1)
经验常数
示范性数值
J
1.85×10<sup>3</sup>
K
1.29×10<sup>8</sup>
L
2.81×10<sup>2</sup>
M
2.29×10<sup>4</sup>
N
3.49×10<sup>2</sup>
请重复参阅图3与图4。于本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置1之中，该显示单元15耦接该核心处理器12，且受控于该核心处理器12而显示该使用距离、该色温、该光通量、及/或该视网膜可容许曝照时间。并且，该输入单元16，耦接该核心处理器12，使得一使用者可以通过该输入单元16提供该使用距离的该输入数值至该核心处理器12。在可行的实施例中，该显示单元15为一触控显示器，且该输入单元16包含多个按键。此外，图3与图4还绘示本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置1进一步包括一通讯单元17，其耦接该核心处理器12且包含一有线传输接口及/或一无线传输接口，用以一外部电子装置的一通讯界面进行沟通。例如，所述外部电子装置为台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、一体式电脑、平板电脑、云端伺服器、智能型手机、智能型手表等具有网络连线功能的电子产品。
进一步地，本发明同时提出一种视网膜可容许曝照时间简易测定方法。通过图3和图4可知，本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定方法主要是以软件或固件的方式整合在所述核心处理器12。图5显示本发明的一种视网膜可容许曝照时间简易测定方法的流程图。如图4和图5所示，方法流程首先执行步骤S1：提供一色温测定单元121、一光通量测定单元122与一视网膜可容许曝照时间计算单元123于一核心处理器12之中。接着，执行步骤S2：令一光接收单元11接收一光源2所发出的一特定光，其中该光源2与该光接收单元11相距一使用距离。继续地，执行步骤S3：使用该色温测定单元121与该光通量测定单元122分别测定该特定光的一色温及一光通量。最终，执行步骤S4及S5：使用该视网膜可容许曝照时间计算单元123依据该使用距离、该色温、该光通量而计算出该特定光的一视网膜可容许曝照时间，而后该核心处理器12控制一显示单元15显示该使用距离、该色温、该光通量、及/或该视网膜可容许曝照时间。
实验例
请参阅图6，其显示光通量相对于照度的散布图(Scatter plot)。如图6所示，使用距离30厘米、40厘米、50厘米、60厘米已经标示在散布图内。图6的量测数据显示，在固定使用距离的情况下，一光源2所发出的一特定光的光通量是随着其照度的增强而增加。并且，在固定光通量的情况下，所测得的该特定光的照度是随着使用距离的拉长而减弱。
请参阅图7，其显示色温相对于视网膜可容许曝照时间的散布图(Scatter plot)。为了完成图7的散布图，发明人取来四种OLED发光元件、四种荧光灯(Compact fluorescentlamp,CFL)以及三种LED发光元件，整理如下表(2)。量测数据显示，各所述光源2所发出的该特定光的视网膜可容许曝照时间是随着色温的增加而缩短。
表(2)
视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第二实施例
请参阅图8，其显示本发明的一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第二实施例的示意性立体图。并且，图9显示本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置的第二实施例的方框图。比较图9与图4可知，本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置1的第二实施例进一步包括一距离感测单元14，其耦接该核心处理器12，用以测定该使用距离的一感测数值。简单地说，依据第一实施例的设计，使用者可通过该输入单元16手动提供该使用距离的一输入数值至该核心处理器12。不同地，依据第二实施例的设计，所述距离感测单元14可自动完成该使用距离的感测，从而提供该使用距离的一感测数值至该核心处理器12，不需要使用者手动键入。在可行的实施例中，该距离感测单元14包括一距离感测器与一数据处理器，且该距离感测器为下列任一者：光学式距离感测器、超音波距离感测器、或雷达距离感测。
如此，上述已完整且清楚地说明本发明所揭示的一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置及方法。并且，经由上述，可以得知本发明具有下列的优点：
(1)本发明主要是以一光接收单元11与一核心处理器12组成一种视网膜可容许曝照时间简易测定装置，其用以简易量测一光源2的一视网膜可容许曝照时间。其中，该核心处理器12之中设有一色温测定单元121、一光通量测定单元122与一视网膜可容许曝照时间计算单元123。在该光接收单元11接收该光源2的一照明光后，该色温测定单元121与该光通量测定单元122分别测定该照明光的一色温及一光通量，使得该视网膜可容许曝照时间计算单元123能够依据该使用距离、该色温、该光通量而计算出所述视网膜可容许曝照时间。
(2)对于一般使用者而言，其皆能自行操作本发明的视网膜可容许曝照时间简易测定装置1对市售任一种光源2进行MPE的数值量测，不需要使用光谱仪收集该光源2的光谱数据，也无须查阅任何蓝光危害函数及光谱加权值。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。