CN108344505B - 光通量检测装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种光通量检测装置。该装置包括：滤光层，用于透射入射光波，获取多个预定波段或多个预定频谱的透射光波；光电探测组件，用于对所述透射光波进行光电转换，获取第一光通量信号；处理组件，用于对所述第一光通量信号进行信号处理，获取第一检测信号；柔性衬底，由柔性材料制成，用于承载所述滤光层、所述光电探测组件和所述处理组件。根据本公开的实施例，能够通过光电探测器进行不同波段或频谱的光波光通量的检测，并通过处理组件以获取实时的检测信号。该装置能够贴附于眼睛附近的皮肤或眼镜的镜片上进行全天候光通量测量，从而为诸如近视等眼疾治疗提供光通量数据作为参考。

Description

光通量检测装置

技术领域

本公开涉及光学器械领域，尤其涉及一种光通量检测装置。

背景技术

光源在单位时间内发射出的光量称为光源的光通量。目前的光通量检测装置使用滤光片的光电检测器测量固定立体角、固定投光面积的光通量。该装置通常在测光台上使用，不便于测试者随身携带，且仅可检测特定光源发出的光波，无法对测试者的身体部位(例如眼睛)日常接收的光波进行检测，测试结果具有局限性。例如，在患者活动周期内，实时检测患者眼睛所接受到的不同波段的光通量，能够为近视眼的治疗提供重要的参数。在相关技术中，检测眼睛每日光通量的主要手段是利用棱镜及光电探测器，其优点是能够将进入眼睛的不同波长的光强精确测量，其波长分辨率较高。但是，该器件体积较大，不变于随身携带，无法在活动周期内对光通量进行实时监测。而且，由于引入了棱镜，此种仪器对环境稳定性要求较高，无法在剧烈运动的环境中使用，否则会对器件造成不可逆的破坏。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种光通量检测装置。

根据本公开的一方面，提供了一种光通量检测装置，所述装置包括：滤光层、光电探测组件、处理组件和柔性衬底；

所述滤光层用于透射入射光波，获取多个预定波段或多个预定频谱的透射光波；

所述光电探测组件用于对所述透射光波进行光电转换，获取第一光通量信号；

所述处理组件用于对所述第一光通量信号进行信号处理，获取第一检测信号；

所述柔性衬底由柔性材料制成，用于承载所述滤光层、所述光电探测组件和所述处理组件。

在一种可能的实现方式中，所述光电探测组件还用于：直接对所述入射光波进行光电转换，获取第二光通量信号，

所述处理组件还用于：对所述第二光通量信号进行信号处理，获取第二检测信号。

在一种可能的实现方式中，所述光电探测组件包括第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器所接收的光波的第一波段包含所述第二光电探测器所接收的光波的第二波段，

其中，所述处理组件还用于：

获取所述第一光电探测器获取的第三光通量信号与所述第二光电探测器获取的第四光通量信号之间的加权差值，将所述加权差值确定为第三波段的第五光通量信号，其中，所述第三波段是从所述第一波段中去除所述第二波段而得到的。

在一种可能的实现方式中，所述滤光层包括多个滤光膜，其中，所述多个滤光膜透射的光波的波段或频谱不完全相同。

在一种可能的实现方式中，所述光电探测组件包括多个光电探测器，每个光电探测器分别接收经相应的滤光膜透射的透射光波。

在一种可能的实现方式中，所述第一光通量信号和所述第二光通量信号是电流信号，所述第一检测信号和所述第二检测信号是电压信号。

在一种可能的实现方式中，所述光通量检测装置还包括：收发组件，用于将所述第一检测信号和/或所述第二检测信号发送至终端，并接收所述终端的指令。

在一种可能的实现方式中，所述多个预定波段包括紫外波段、可见光波段及红外波段；

所述多个预定频谱包括紫外频谱、可见光频谱及红外频谱。

在一种可能的实现方式中，所述光通量检测装置还包括：柔性封装层，由柔性材料制成，用于封装所述滤光层、所述光电探测组件和所述处理组件，并与所述柔性衬底接合。

在一种可能的实现方式中，所述光通量检测装置还包括：电源组件，用于为所述处理组件供电。

根据本公开的各方面的光通量检测装置能够通过光电探测器进行不同波段或频谱的光波光通量的实时检测，并通过处理组件以获取检测信号。该光通量检测装置能够贴附于眼睛附近的皮肤或眼镜的镜片等位置进行全天候光通量测量，从而为诸如近视等眼疾治疗提供光通量数据作为参考。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种光通量检测装置的示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种光通量检测装置的侧面剖视图；

图3是根据一示例性实施例示出的柔性眼疾辅助治疗装置的示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的柔性眼疾辅助治疗装置的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1是根据一示例性实施例示出的一种光通量检测装置的示意图。如图1所示，根据本公开实施例的光通量检测装置包括滤光层11、光电探测组件12、处理组件13和柔性衬底14。

滤光层11用于透射入射光波，获取多个预定波段或多个预定频谱的透射光波；

光电探测组件12用于对所述透射光波进行光电转换，获取第一光通量信号；

处理组件13用于对所述第一光通量信号进行信号处理，获取第一检测信号；

柔性衬底14由柔性材料制成，用于承载滤光层11、光电探测组件12和处理组件13。

根据本公开实施例的光通量检测装置，能够通过光电探测器进行不同波段或频谱的光波光通量的实时检测，并通过处理组件以获取检测信号；能够贴附于眼睛附近的皮肤或眼镜的镜片等位置进行全天候光通量测量，从而为诸如近视等眼疾治疗提供光通量数据作为参考。

在一种可能的实现方式中，多个预定波段包括紫外波段、可见光波段及红外波段；所述多个预定频谱包括紫外频谱、可见光频谱及红外频谱。在示例中，上述紫外波段、可见光波段及红外波段还可细分，例如可见光波段可细分为蓝光波段、率光波段和红光波段等。所述多个预定波段均可被相应的光电探测组件检测到。滤光层11可包括多个滤光膜，其中，多个滤光膜透射的光波的波段或频谱不完全相同。光电探测组件12可包括多个光电探测器，每个光电探测器分别接收经相应的滤光膜透射的透射光波，每个光电探测器均可采用柔性导线与处理组件13连接，以将光通量信号传输至处理组件13。

图2是根据一示例性实施例示出的一种光通量检测装置的侧面剖视图。如图2所示，光电探测组件12和处理组件13设置在柔性衬底14上，滤光层11覆盖在光电探测组件12上。在一个示例中，滤光层11可与光电探测组件12分离，滤光层11设置在光电探测组件12上，以对入射光波进行滤光，光电探测组件12接收经滤光层11滤光后的透射光波。在另一示例中，滤光层11可贴附在光电探测组件12上，与光电探测组件12形成一个整体，可接收预定波段的光波，并获取该预定波段的光通量信号。柔性封装层15将滤光层11、光电探测组件12和处理组件13封装，并与柔性衬底14接合。

在示例中，在检测可见光的光通量时，可分别使用可透射蓝光附近波段(波长范围为400nm-500nm)的滤光膜、可透射绿光附近波段(波长范围为500nm-600nm)的滤光膜以及可透射红光附近波段(波长范围为600nm–780nm)的滤光膜来分别透射蓝光波段的光通量、绿光波段的光通量和红光波段的光通量，同时使用三个光电探测器来分别接收上述三个滤光膜透射的光波，经过光电转换处理后，即可分别获取上述三个波段的光通量信号。在检测可见光的光通量时，用于检测蓝光附近波段、绿光附近波段和红光附近波段的光电探测器可以是同一种探测器，该种光电探测器分别与可透射蓝光附近波段的滤光膜、可透射绿光附近波段的滤光膜以及可透射红光附近波段的滤光膜组合，即可分别检测蓝光波段的光通量、绿光波段的光通量和红光波段的光通量，在示例中，上述三个光通量探测器均可使用响应波段为400nm–1100nm的硅基光电探测器。

在另一个示例中，在检测红外波段的光通量时，可使用可透射近红外波段(波长范围为780nm–3000nm)的滤光膜以及响应波段为780nm–3000nm的光电探测器来检测红外波段的光通量信号。

根据本公开的实施例，光电探测组件12还可用于直接对所述入射光波进行光电转换，获取第二光通量信号，即光电探测组件12可不经过滤光层11，直接接收入射光波。在这种情况下，处理组件13用于对第二光通量信号进行信号处理，获取第二检测信号。

在示例中，在检测紫外波段的光通量时，可使用基于GaN材料的无机光电探测器直接接收入射光，由于GaN材料的无机光电探测器的响应波段可以覆盖200nm-400nm，因此，该光电探测器无需经过滤光膜，直接接收入射光，即获取入射光中200nm-400nm波段的紫外线的光通量信号，并由处理组件根据该光通量信号获取检测信号。

在一种可能的实现方式中，检测各个波段的光电探测器可分别将获取的光通量信号传输至处理组件，处理组件将光通量信号进行信号处理后，可获取检测信号。在本公开的实施例中，光电探测器获取的光通量信号是电流信号，处理组件可将电流信号转换为电压信号(即检测信号)，以进行电压信号的存储和传输。

在一种可能的实现方式中，处理组件13可以是单片机、CPU、MPU、FPGA等任何能进行信号处理的处理器件，处理组件13可以通过专用硬件电路实现，也可以通过通用处理部件结合可执行逻辑指令实现，以执行处理组件13的处理过程。

本公开对光电探测器与滤光膜的数量不做限制，能够探测的光波分段可以更细化。在本公开的实施例中，可以按照100nm波段来划分探测器与滤光膜组合的探测范围，例如，在探测可见光的光通量时，可使用四组光电探测器与滤光膜的组合来分别探测400nm-500nm波段、500nm-600nm波段、600nm-700nm波段以及700nm-780nm波段的光波的光通量信号，在探测紫外波段时，可使用两个光电探测器来分别测量200nm-300nm波段与300nm-400nm波段的光波的光通量信号。在本公开的另一个实施例中，可以按照50nm波段来划分探测器与滤光膜的探测范围，例如，在探测可见光的光通量时，可使用八组光电探测器与滤光膜的组合来分别探测400nm-450nm波段、450nm-500nm波段、500nm-550nm波段、550nm-600nm波段、600nm-650nm波段、650nm-700nm波段、700nm-750nm波段以及750nm-780nm波段的光波的光通量信号，在探测紫外波段时，可使用四个光电探测器来分别测量200nm-250nm波段、250nm-300nm波段、300nm-350nm波段以及350nm-400nm波段的光波的光通量信号。

根据本公开的实施例，在第一光电探测器接收的光波的第一波段包含第二光电探测器接收的光波的第二波段时，处理组件可获取第一光电探测器获取的光通量信号与第二光电探测器获取的光通量信号的加权差值，该加权差值为第一波段中去除第二波段得到的第三波段的光通量信号，即包含于第一波段中且不包含于第二波段中的波段的光通量信号。

例如，第一光电探测器与滤光膜的组合可探测600nm-1700nm波段的光波的光通量信号，第二光电探测器与滤光膜的组合可探测780nm-1700nm波段的光波的光通量信号，并且第一光电探测器与第二光电探测器的光电转换效率相等，则600nm-1700nm波段的光波的光通量信号与760nm-1700nm波段的光波的光通量信号的差值即为600nm-780nm波段的光波的光通量信号。在另一示例中，第一光电探测器与滤光膜的组合可探测600nm-1700nm波段的光波的光通量信号，第二组光电探测器与滤光膜的组合可探测780nm-1700nm波段的光波的光通量信号，其中，第一光电探测器的光电转换效率(转换比)是第二光电探测器的n倍，在计算600nm-780nm波段的光波的光通量时，第二光电探测器探测到的光通量信号的权值是第一光电探测器探测到的光通量信号的权值的n倍，例如，第一光电探测器的光电转换效率是第二光电探测器的2倍，则第一光电探测器探测到的光通量信号权值可以是1，第二光电探测器探测到的光通量信号的权值可以是2，因此，600nm-1700nm波段的光波的光通量信号与760nm-1700nm波段的光波的光通量信号的2倍的差值即为600nm-780nm波段的光波的光通量信号。

第一组光电探测器与滤光膜的组合可探测600nm-1700nm波段的光波的光通量信号，第二组光电探测器与滤光膜的组合可探测780nm-1000nm波段的光波的光通量信号，第三组光电探测器与滤光膜的组合可探测1000nm-1700nm波段的光波的光通量信号，则600nm-1700nm波段的光波的光通量信号减去780nm-1000nm波段的光波的光通量信号以及1000nm-1700nm波段的光波的光通量信号所获得的差值即为600nm-780nm波段的光波的光通量信号。

根据本公开的实施例，所述光通量检测装置还包括电源组件，电源组件可为处理组件提供电力，如果光电探测组件需要供电，电源组件还可为光电探测组件提供电力。

在一种可能的实现方式中，光通量检测装置还可包括收发装置，该收发装置可以采用蓝牙、红外、无线保真(WIFI)等方式与终端(例如智能手机等)建立通信连接，从而实现光通量检测装置与终端之间的通信。

收发装置可将检测信号发送至终端，以供终端进行记录、处理和分析。同时，收发装置还可接收终端的指令，使处理组件13执行所述指令，例如，在终端仅需要分析可见光波段的光通量时，处理组件13执行仅接收可见光波段(波长范围为400nm-780nm)的光通量信号的命令。

在本公开的实施例中，所述光通量检测装置还可包括存储组件，可用于存储检测信号，并在需要时批量导出检测信号的存储记录。此外，电源组件、收发组件和存储组件可通过柔性导线与处理组件13连接，也可集成在处理组件13中。

根据本公开的实施例，用于承载滤光层11、光电探测组件12和处理组件13的柔性衬底14由柔性材料制成，柔性材料具有生物兼容性，可贴附于皮肤上。在本公开的实施例中，所述光通量检测装置还可包括柔性封装层15，柔性封装层15由柔性材料制成，用于封装滤光层11、光电探测组件12和处理组件13，并与柔性衬底14接合。

图3是根据一示例性实施例示出的柔性眼疾辅助治疗装置31的示意图。由于柔性衬底和柔性封装层均采用柔性材料(例如医用敷料等)制成，因此，所述光通量检测装置可贴附于眼睛周围，作为柔性眼疾辅助治疗装置31，检测射入眼睛各个波段的入射光的光通量，为眼疾治疗提供依据。根据本公开的实施例，为了在长时间使用中不会对使用者造成过多干扰，并使探测到的光通量尽可能接近射入眼睛的入射光的光通量，柔性眼疾辅助治疗装置的形状布局可与眼睛周围的轮廓相对应，且位置靠近眼睛。此外，由于眼睛的入射光通常包含日光灯或白炽灯的灯光，日光灯或白炽灯闪烁频率通常为50Hz，因此，处理组件13的采样率及光电探测器12的探测频率至少大于50Hz，从而能够采集闪烁频率为50Hz的灯光。处理组件13的采样率与光电探测组件12的探测频率响应越高，柔性眼疾辅助治疗装置31对光通量变化的频率响应越好。

图4是根据另一示例性实施例示出的柔性眼疾辅助治疗装置41的示意图。对于佩戴眼镜的人群，柔性眼疾辅助治疗装置41还可贴附于眼镜的镜片上，检测射入眼睛各个波段的入射光的光通量，为眼疾治疗提供依据。根据本公开的实施例，柔性眼疾辅助治疗装置41可贴附在镜片的接近眼镜的一侧，以使柔性眼疾辅助治疗装置41探测到的光通量尽可能接近射入眼睛的入射光的光通量。

通过采用本公开的实施例，能够通过光电探测器进行不同波段或频谱的光波光通量的检测，并通过处理组件以获取实时的检测信号。该光通量检测装置能够贴附于眼睛附近的皮肤或眼镜的镜片上进行全天候光通量测量，从而为诸如近视等眼疾治疗提供光通量数据作为参考。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种光通量检测装置，其特征在于，包括：滤光层、光电探测组件、处理组件和柔性衬底；

所述滤光层用于透射入射光波，获取多个预定波段或多个预定频谱的透射光波；

所述光电探测组件用于对所述透射光波进行光电转换，获取第一光通量信号；

所述处理组件用于对所述第一光通量信号进行信号处理，获取第一检测信号；

所述柔性衬底由柔性材料制成，用于承载所述滤光层、所述光电探测组件和所述处理组件，

其中，所述光电探测组件还用于：直接对所述入射光波进行光电转换，获取第二光通量信号，

所述处理组件还用于：对所述第二光通量信号进行信号处理，获取第二检测信号。

2.根据权利要求1所述的光通量检测装置，其特征在于，所述光电探测组件包括第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器所接收的光波的第一波段包含所述第二光电探测器所接收的光波的第二波段，

其中，所述处理组件还用于：

获取所述第一光电探测器获取的第三光通量信号与所述第二光电探测器获取的第四光通量信号之间的加权差值，将所述加权差值确定为第三波段的第五光通量信号，其中，所述第三波段是从所述第一波段中去除所述第二波段而得到的。

3.根据权利要求1所述的光通量检测装置，其特征在于，所述滤光层包括多个滤光膜，其中，所述多个滤光膜透射的光波的波段或频谱不完全相同。

4.根据权利要求3所述的光通量检测装置，其特征在于，所述光电探测组件包括多个光电探测器，每个光电探测器分别接收经相应的滤光膜透射的透射光波。

5.根据权利要求1所述的光通量检测装置，其特征在于，所述第一光通量信号和所述第二光通量信号是电流信号，所述第一检测信号和所述第二检测信号是电压信号。

6.根据权利要求1所述的光通量检测装置，其特征在于，还包括：收发组件，用于将所述第一检测信号和/或所述第二检测信号发送至终端，并接收所述终端的指令。

7.根据权利要求1所述的光通量检测装置，其特征在于，所述多个预定波段包括紫外波段、可见光波段及红外波段；

所述多个预定频谱包括紫外频谱、可见光频谱及红外频谱。

8.根据权利要求1所述的光通量检测装置，其特征在于，还包括：柔性封装层，由柔性材料制成，用于封装所述滤光层、所述光电探测组件和所述处理组件，并与所述柔性衬底接合。

9.根据权利要求1所述的光通量检测装置，其特征在于，还包括：电源组件，用于为所述处理组件供电。