[发明专利]一种可人眼透射率修正的多功能照度传感器及设计方法

说明书

本发明公开了一种可人眼透射率修正的多功能照度传感器及设计方法，方法包括拟合四种人眼响应函数表达式；根据目标函数及光电探测器响应值选择合适滤光片或其组合，并拟合滤光片透射率表达式；计算光电探测器响应值与滤光片透射率乘积，并归一化；计算归一化乘积及目标函数的中心波长、半峰宽、380‑780nm积分面积，比较判断误差大小；选择与人眼透射率一致或相近滤光片；将滤光片组与光电探测器组装成传感器。装置包括：Si光电二极管、同轴设置的可旋转年龄修正滤光片和多功能照度滤光片。本发明能测量16种年龄修正的照度，可丰富完善光生物安全领域的探测传感器。

技术领域

本发明涉及照明与光生物安全领域，尤其涉及可根据不同年龄段人眼透射率进行照度修正的，能够同时测量蓝光危害、节律效应、暗视觉及明视觉照度的传感器设计方法及装置。

背景技术

随着人工照明技术的快速发展以及生活水平的提高，人们对光源的要求不再仅仅关注于发光效率与显色质量，光生物安全已成为当前光源技术的研究焦点。光生物安全主要包括蓝光危害与节律效应。蓝光危害是指人眼在400-500nm波段蓝光的照射下，因光化学作用对视网膜的损伤；节律效应也称为非视觉效应，是指可见光中的蓝光成分通过抑制松果体分泌褪黑色素、刺激肾上腺分泌皮质醇，进而改变人体生理节律，调节警觉度和生物钟。目前研究已公认人眼视网膜有三种感光细胞，即：特化感光神经节细胞(ipRGC)、杆状细胞、锥状细胞，分别对应节律效应、暗视觉、明视觉。

世界卫生组织爱眼协会报告：全球每年超过3万人因蓝光辐射导致失明。中华医学会眼科学分会数据显示：4.2亿中国网民，63.5％因蓝光辐射有视力下降、白内障、失明等不同程度的眼疾。CIE S 009/E:200,IDT和IEC/TR 62778分别给出了蓝光危害加权因子数据及蓝光危害因子计算公式(CIE：国际照明委员会、IEC：国际电工技术委员会)。2001年Brainard G C等人测定出了第一条非视觉生物光谱响应曲线。2002年，Berson等发现视网膜上与视觉无关的特化感光神经节细胞(ipRGC)。CIE TN 003:2015、ISO/TC274N 201、2016年美国医学会等均呼吁关注人造光源的节律效应(ISO/TC274：国际标准化组织/光与照明技术委员会)。2017年生物钟的相关研究荣获诺贝尔奖，掀起了节律效应的研究高潮。目前，尚未见到直接探测评估光源蓝光危害、节律效应的照度计，有必要开发相关传感器。

CIE分别在1924年与1951年给出了明视觉和暗视觉光谱光效率函数。暗视觉光谱光效率函数V’(λ)由视网膜上能够感知光强弱的杆状细胞决定，峰值在507nm处，对应于0.001cd/m²以下亮度。明视觉光谱光效率函数V(λ)由视网膜上能够分辨颜色的锥状细胞决定，峰值位于555nm，对应于1cd/m²以上亮度。利用光电探测器及滤光片拟合明视觉和暗视觉光谱光效率函数，制备对应传感器，已有成熟产品，例如美国的PMA2131暗视觉传感器、日本S7686硅光电二极管明视觉传感器。

CIE 203-2012A给出了不同年龄人眼透射率曲线图，以及人眼透射率随年龄变化的计算公式。随着年龄的增长，人眼透射率下降明显，同一光源透过不同年龄人眼，在视网膜上的光谱分布及强度区别较大。光源的相应波段光线必须透过人眼角膜、晶状体、玻璃体照射至视网膜，才能引起相应细胞感光及光化学损伤。可见，在探测相关照度时有必要根据不同年龄人眼透射率进行修正。然而，当前所有照度计均未进行人眼透射率修正。

因此，有必要提出一种可进行人眼透射率修正的、能够同时测量蓝光危害照度、节律效应照度、暗视觉照度、明视觉照度的多功能照度传感器设计方法，同时给出相关传感器装置的设计。以便精确测量、全面评估各种照明显示设备光线品质，促进相关行业健康发展。

发明内容