查仪器本文均按照引用资料用名,为视野计。
1.2本课题的意义和研究内容 视野检查及其结果分析是建立在对刺激光标和背景光亮度对比分析基础之上的,此二者的光强对检查结果的影响显而易见。
随着视野仪的长时问使用,由于光源、导光装置的老化,以及在我国很多县市医院特别是不具备良好环境条件的医院中,受到环境因素的影响,均会造成刺激光源系统的时效老化,造成光标以及背景光亮度偏离理想值,影响视野仪检测精度、可靠性、稳定性以及视野仪的使用寿命降低。
严重情况下或者影响患者的治疗,或者影响眼科职业检测的结果,造成不可估计的损失。
现有主流全自动视野仪如瑞士Octopus的开机自检只是针对刺激光源通过光电池检测计算整个强度范围,没有对每个刺激点光强进行完备检测,并不能保证每个刺激点光强的精度【l们。
本文基于CCD器材的感光特性,采集刺激点光强的狄度值,利用高精度屏幕亮度计对灰度值前期标定后,对全自动视野仪的光强实时检测校正,并且利用滤光片对入射光强分档,拓展CCD动态可检测范围,检 北京Tqk人学T‘了:硕Ij学1口论文测校正由计算机系统控制,精度高,检测方便。
本课题以北京工业大学开发的ZSG。
l自动视野仪为对象,研究一套适用性广泛移植性强的刺激光强自校J下系统,本课题的主要研究与工作内容包括以下几个方面: 1),设计视野仪刺激光的检测方案和校正方案。
2),针对视野仪视野屏和刺激点光强的特点,选择合适的传感器和标定设备。
3),刺激点光斑图像处理和灰度值的采集计算。
4),开发分档滤光装置,拓展CCD对灰度值的动态采集范围。
5),刺激光强补偿装置的研究开发。
1.3本章小结 本章介绍视野和视野仪的概念和发展,并针对视野仪光源时效老化的现象提出本课题的研究内容,并阐述课题研究的现实意义。
4 第2章光强柃测n,行方案 第2章光强检测可行方案 传统的光强亮度检测多采用照度计,照度计是专门测量光亮度的仪器,测量精度高。
随着CCD技术的发展,在很多领域如汽车前照灯照度检测、光栅衍射光强检测以及室内日光照度的测量开始利用CCD这一新技术。
2.1照度计对光强检测方法 照度计(1ulllinometer)又称勒克斯计或光强计,是用来测量某一被照射平面上光通量多少的一种光度量仪表。
检测的物理量是光通量,是光度测量中用得最多的仪器之一。
目前主要广泛应用于科研、生产、军工、电子、轻纺、影视、建筑、交通以及医疗保健和卫生防疫等专业领域。
随着人类居住环境和生活水平的提高,“绿色照明工程”越来越被人们所关注,现在照度计正在走入人们的生活。
目前,照度计分为常用指针式和专用的数显式,常用的指针式需手动的进行量程换档,操作麻烦且测量精度不高,专用数显式的测量精度很高,但测量范围有限,功能太多且成本偏高。
随着计算机技术、电子技术和通信技术的迅猛发展,尤其是集成芯片和电路的问世,功能日趋完善,成本不断降低,使得各种智能化仪器应用越来越多,以单片机为核心的照度计,具有智能化、操作方便、硬件电路简单的特点。
当前照度计基本上分为两种方案,一种方案是采用光电传感器元件把光信号转变成电信号、电信号进过放大和A/D转换,最后由LED数码管或LCD显示出测量数据;另一方案就是在A/D转换器后面再加一个单片机来控制整个系统的工作。
同时传感器配制以劝修正滤光片,符合国际照明委员会定的人眼视觉特性,并配有余弦校正器,使传感器对不同角度光的响应值符合余弦法则,对点、线、面光源及各种不同颜色的可见光能准确测量。
照度计的测量原理较简单,整个探测器所接收的光通量除以探测器的面积,即为所测的照度,由于照度与人眼的光谱光视效率有关,因此,照度计的光探头的相对光谱灵敏度必须与人眼的光谱光视效率一致。
由于一般的光接收器的相对光谱灵敏度与人眼的光谱光视效率相差甚远,所以光探头要用V扭)滤光器进行匹配。
另外,光投射在光探头上的响应,要符合余弦法则,因此,光探头还要有余弦修正器。
一个照度计是由带一圈滤光器的光电传感器及电子放大和读数系统所组成。
过去广泛采用硒光电池为探测器,这是因为它的光谱灵敏度比其他探测器更接近人眼的光谱光视效率的缘故。
但由于硅光电元件的灵敏度、稳定性和寿命均较硒光电池为高,故近年来多采用硅光电池或硅光电二极管代替硒光电池作照度计的探测器件【l 31。
5 北京-Eqk人学T学硕f‘学化论文2.2照度计检测特点 由于光电传感器所产生的光电流正比于所接收的光通量,测量时须将照度计的光敏表面与被测照度的表面重合,并尽量垂直于光的照射方向。
读数系统可直接指示出所测的照度值。
2.3电荷耦合器件CCD检测技术 CCD,Charged Coupled Device,电荷耦合器件器件,是美国贝尔实验Ij{『后发明的一种半导体器件,经过几十年的研究与发展,目前已经得到广泛应用。
它的突出特点是以电荷作为信号,而不同于其他大以电流或电压为信号,从而实现电荷的存储和电荷的转移。
因此,过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、转移和检Ntl4】。
(1)电荷的存储 构成CCD的基本单元MOS(金属一氧化物一半导体)结构如图2.1(a)所示,在栅极G施加正偏压U0之前,P型半导体中空穴(多数载流子)分布是均匀的。
当栅极施加正偏压UG(此时UG小于P型半导体的阂值电压Uth)后,空穴被排斥,产生耗尽区,如图2.1(b)所示。
偏压继续增加,耗尽区将进一步向半导体内延伸。
当UG>Uth时,半导体与绝缘体截面上的电势(常称为表面势)变得如此之高,以至于将半导体内的电子(少数载流子)吸引到表面,形成一层极薄的(约102um)但电荷浓度很高的反型层,如图2.1(c),反型层电荷的存在表明了MOS结构存储电荷的功能。
广一扣气 r叫噱1 (t)栅极电压为零 寓璺 (b)栅援电压小予阈使电箍 (c)搬掇电匿大干闺值咆蹑 图2.1单个CCD栅极电压变化对耗尽区的影响 Fig.2一l The influence ofthe change ofsingle CCD grid voltage on exhaust area 当一束光投射到MOS电容器上时,光子透过金属电极和氧化层,进入Si衬底,衬底每吸收一个光子,就会产生一个电子一空穴对,其中的电子被吸引到 6 第2帚光强柃测口J行方案电荷反型区存储。
这也正证实了CCD存储电荷的功能。
(2)电荷的转移 为了便于理解在CCD中势阱及电荷如何从一个位置移到另一个位置,可取 牲巡辑CCD中四个彼此靠得很近的电极来观察,见图2—2。
田回暨 回四回 哪回四 列l喃劣雳 钾1曲加10冒刀 两l钾l啊嚣 国!!.●蠢斟珊吲 珂,o=:杂:品暑 上上工工世】匿嚣 奢妒1:舀罱 监 .。
J■上上 袖 ‘.) ∞ 图2.2三相CCD中电荷的转移过程 Fig.2—2 The transfer process of electicity in Threepahse CCD (a)初始状态;(b)电荷由①电极向②电极转移;(c)电荷在①②电极下均匀分布 (d)电荷继续由①电极向②电极转移(e)电荷完全转移到②电极;(f)三项交叠脉冲 .
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