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TWI731679B - 視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置及方法 - Google Patents

視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置及方法 Download PDF

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TWI731679B
TWI731679B TW109115807A TW109115807A TWI731679B TW I731679 B TWI731679 B TW I731679B TW 109115807 A TW109115807 A TW 109115807A TW 109115807 A TW109115807 A TW 109115807A TW I731679 B TWI731679 B TW I731679B
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周卓煇
陳景修
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國立清華大學
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Abstract

本發明主要揭示一種視網膜安全提升指標的量測裝置，用以簡易量測一光源之一視網膜可容許曝照時間，且主要包括一光接收單元與一核心處理器。其中，該核心處理器之中設有一色溫測定單元、一光通量測定單元與一視網膜可容許曝照時間計算單元。在該光接收單元接收該光源的一照明光後，該色溫測定單元與該光通量測定單元分別測定該照明光的一色溫及一光通量，使得該視網膜可容許曝照時間計算單元能夠依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出所述視網膜可容許曝照時間。

Description

視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置及方法
本發明為計算視網膜可容許曝照時間之有關技術領域，尤指一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置及方法。
已知，自然光分成可見光與不可見光，其中紅外線和紫外線屬於不可見光，紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫光則屬於可見光。視網膜為人眼的一個重要部位，其用以將光信號轉化為神經信號。應知道，太陽光為具有連續性光譜且包含整個可見光區段的自然光，圖1即顯示太陽光的光譜圖。白光LED則為目前主流的人造發光元件，已被廣泛地應用在各式燈具、背光模組、和自發光顯示面板之中。圖2即顯示一種白光LED的光譜圖。透過圖1與圖2，吾人可以發現太陽光是連續性光譜，而白光LED的光譜則不連續，且僅包含430nm至680nm的可見光區段。由圖1的太陽光光譜圖可知，太陽光中的綠光強度係高於藍光強度。相反地，圖2的白光LED的光譜圖顯示，白光LED所發出的人造光中所含有藍光強度遠大於綠光強度。
更詳細地說明，藍光為波長範圍介於400nm至500nm之間的可見光。適度的藍光可以提振精神以及給人愉悅感。然而，過多的藍光卻反而會造成光害、干擾生理時鐘、傷害眼睛，嚴重者會引發眼睛黃斑部病變。圖2的光譜圖已經顯示，最為廣泛使用的白光LED含有高強度的藍光，因此，隨著人們使用含有白光LED元件之3C電子產品的時間不斷增加，眼科醫師、眼鏡製造商及燈具製造商無不致力於推廣藍光傷眼的熱門話題。
光視網膜炎(Photoretinitis)是由照光所引起的一種視網膜病變，特別是藍光。由於入射光帶有高能量，在視網膜上發生了一些化學反應，引致光化學損傷(Photochemical damage)。ANSI Z136.1已經規定如何計算視網膜可容許曝照極限(Maximum permissible exposure, MPE)，進而規範各種光源的使用安全性。前述ANSI為美國國家標準協會(American National Standard, ANSI)的縮寫。MPE使用允許暴露時間(以秒為單位)表示特定波長的照度(以瓦特/cm 2為單位)。因此，同一種光對於視網膜的MPE值會隨著其照度的提升而跟著增加。當然，在同一照度下，短波長光之視網膜可容許曝照極限必然短於長波長光。
簡單地說，欲計算一特定光的視網膜可容許曝照極限(MPE limit)，必須先使用光譜儀收集該特定光的光譜數據，之後依據藍光危害函數(Blue-light hazard function)查表獲得一光譜加權值(Spectral weighting value)。最終，在使用美國國家標準學會(ANSI)所提供的數學運算式計算出有效輻射亮度(Effective radiance, L B)和有效照度(Effective irradiance, E B)之後，便可接著計算出該特定光的視網膜可容許曝照極限。
所述視網膜可容許曝照極限(MPE limit)的單位為秒，因此也可以譯為視網膜可容許曝照時間。換句話說，視網膜可容許曝照時間指的是視網膜對於一特定光的最大承受時間，例如由LED檯燈所發出的光。然而，一般使用者不太可能會自行購買光譜儀以取得前述特定光的光譜數據，從而接著計算出該特定光的視網膜可容許曝照極限。
由上述說明可知，目前仍缺少一種可以供一般使用者用在測定一特定光的視網膜可容許曝照時間。有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成本發明之一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置及方法。
本發明之主要目的在於提供一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置及方法，用以簡易量測一光源之一視網膜可容許曝照時間，且主要包括一光接收單元與一核心處理器。其中，該核心處理器之中設有一色溫測定單元、一光通量測定單元與一視網膜可容許曝照時間計算單元。在該光接收單元接收該光源的一照明光後，該色溫測定單元與該光通量測定單元分別測定該照明光的一色溫及一光通量，使得該視網膜可容許曝照時間計算單元能夠依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出所述視網膜可容許曝照時間。
對於一般使用者而言，其皆能自行操作本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置對市售任一種光源進行MPE數值之測量，不需要使用光譜儀收集該光源的光譜數據，也無須查閱任何藍光危害函數及光譜加權值。
為達成上述目的，本發明提出所述視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置之一實施例，其包括： 一光接收單元用以接收一光源所發出的一特定光，且與該光源相距一使用距離； 一核心處理器，耦接該光接收單元以接收該特定光，且包括： 一光通量測定單元，用以測定該特定光的一色溫； 一光通量測定單元，用以測定該特定光的一光通量；及 一視網膜可容許曝照時間計算單元，用以依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出該特定光的一視網膜可容許曝照時間。
於前述本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的實施例中，其更包括： 一距離感測單元，耦接該核心處理器，用以測定該使用距離之一感測數值。
於前述本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的實施例中，其更包括： 一顯示單元，耦接該核心處理器，且受控於該核心處理器而顯示該使用距離、該色溫、該光通量、及/或該視網膜可容許曝照時間； 一輸入單元，耦接該核心處理器，使得一使用者可以透過該輸入單元提供該使用距離的該輸入數值至該核心處理器；以及 一通訊單元，耦接該核心處理器，用以外界一電子裝置的一通訊界面進行溝通。
於前述本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的實施例中，該視網膜可容許曝照時間計算單元使用一數學運算式完成所述視網膜可容許曝照時間之計算，且該數學運算式為 MPE*(
Figure 02_image001
)=J+K*
Figure 02_image003
+M*
Figure 02_image005
；其中： MPE為所述視網膜可容許曝照時間； F L為所述光通量； D為所述使用距離； T為所述色溫；以及 J、K、L、M、與N皆為一經驗常數，且任兩個所述經驗常數彼此不相等。
在可行的實施例中，所述視網膜安全提升指標的量測裝置為下列任一者：桌上型光學量測儀、手持式光學量測儀、智慧型手機、具外接式光學量測儀的智慧型手機、平板電腦、具外接式光學量測儀的平板電腦、筆記型電腦、具外接式光學量測儀的筆記型電腦、一體式(All-IN-ONE)電腦、具外接式光學量測儀的一體式電腦、或具外接式光學量測儀的桌上型電腦。
在可行的實施例中，該距離感測單元包括一距離感測器與一資料處理器，且該距離感測器為下列任一者：光學式距離感測器、超音波距離感測器、或雷達距離感測。
為達成上述目的，本發明提出所述視網膜可容許曝照時間簡易測定方法之一實施例，其包括以下步驟： (1)提供一色溫測定單元、一光通量測定單元與一視網膜可容許曝照時間計算單元於一核心處理器之中； (2)令一光接收單元接收一光源所發出的一特定光，其中該光源與該光接收單元相距一使用距離； (3)使用該色溫測定單元與該光通量測定單元分別測定該特定光的一色溫及一光通量；以及 (4)使用該視網膜可容許曝照時間計算單元依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出該特定光的一視網膜可容許曝照時間。
於前述本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法的實施例中，其更包括以下步驟： (5)該核心處理器控制一顯示單元顯示該使用距離、該色溫、該光通量、及/或該視網膜可容許曝照時間。
在可行的實施例中，所述視網膜安全提升指標的量測方法係應用於一電子裝置之中。
在可行的實施例中，該使用距離係透過一輸入單元輸入該核心處理器。
在可行的實施例中，該使用距離係利用一距離感測單元測得，且該距離感測單元包括一距離感測器與一資料處理器；其中，該距離感測器為下列任一者：光學式距離感測器、超音波距離感測器、或雷達距離感測。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置及方法，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第一實施例
請參閱圖3，其顯示本發明之一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第一實施例的示意性立體圖。並且，圖4顯示本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第一實施例的方塊圖。如圖3與圖4所示，本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置1主要包括：一光接收單元11、一核心處理器12、一顯示單元15、以及一輸入單元16。其中，該光接收單元11與一光源2相距一使用距離，且用以接收該光源2所發出的一特定光，例如一LED燈具所發出的一照明光。
承上述說明，該核心處理器12耦接該光接收單元11以接收該特定光。特別地，本發明在該核心處理器12設有一色溫測定單元121、一光通量測定單元122和一視網膜可容許曝照時間計算單元123。其中，該色溫測定單元121與該光通量測定單元122分別用以測定該特定光的一色溫和一光通量。並且，該視網膜可容許曝照時間計算單元123，用以依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出該特定光的一視網膜可容許曝照時間。在可行的實施例中，該色溫測定單元121、該光通量測定單元122與該視網膜可容許曝照時間計算單元123係透過函式庫、變數或運算元之形式而被編輯為至少一應用程式，進而被建立在該核心處理器12之中。
換句話說，將該核心處理器12應用至一電子裝置(如圖3所示之手持式光學量測儀)之後，該電子裝置成為本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置。因此，在可行的實施例中，前述之電子裝置可為下列任一者：桌上型光學量測儀、手持式光學量測儀、智慧型手機、具外接式光學量測儀的智慧型手機、平板電腦、具外接式光學量測儀的平板電腦、筆記型電腦、具外接式光學量測儀的筆記型電腦、一體式(All-IN-ONE)電腦、具外接式光學量測儀的一體式電腦、或具外接式光學量測儀的桌上型電腦。
更詳細地說明，前述之視網膜可容許曝照時間計算單元123使用一數學運算式完成所述視網膜可容許曝照時間之計算，且該數學運算式為 MPE*(
Figure 02_image001
)=J+K*
Figure 02_image003
+M*
Figure 02_image005
。其中，MPE為所述視網膜可容許曝照時間(Maximum permissible exposure time)，F L為所述光通量，D為所述使用距離， 且T為所述色溫。值得說明的是， J、K、L、M、與N皆為一經驗常數，且任兩個所述經驗常數彼此不相等。前述五個經驗常數的示範性數值整理於下表(1)之中。 表(1)
經驗常數 示範性數值
J 1.85×10 3
K 1.29×10 8
L 2.81×10 2
M 2.29×10 4
N 3.49×10 2
請重複參閱圖3與圖4。於本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置1之中，該顯示單元15耦接該核心處理器12，且受控於該核心處理器12而顯示該使用距離、該色溫、該光通量、及/或該視網膜可容許曝照時間。並且，該輸入單元16，耦接該核心處理器12，使得一使用者可以透過該輸入單元16提供該使用距離的該輸入數值至該核心處理器12。在可行的實施例中，該顯示單元15為一觸控顯示器，且該輸入單元16包含複數個按鍵。此外，圖3與圖4還繪示本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置1進一步包括一通訊單元17，其耦接該核心處理器12且包含一有線傳輸介面及/或一無線傳輸介面，用以一外部電子裝置的一通訊界面進行溝通。例如，所述外部電子裝置為桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、一體式電腦、平板電腦、雲端伺服器、智慧型手機、智慧型手錶等具有網路連線功能之電子產品。
進一步地，本發明同時提出一種視網膜可容許曝照時間簡易測定方法。透過圖3和圖4可知，本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法主要是以軟體或韌體的方式整合在所述核心處理器12。圖5顯示本發明之一種視網膜可容許曝照時間簡易測定方法的流程圖。如圖4和圖5所示，方法流程首先執行步驟S1：提供一色溫測定單元121、一光通量測定單元122與一視網膜可容許曝照時間計算單元123於一核心處理器12之中。接著，執行步驟S2：令一光接收單元11接收一光源2所發出的一特定光，其中該光源2與該光接收單元11相距一使用距離。繼續地，執行步驟S3：使用該色溫測定單元121與該光通量測定單元122分別測定該特定光的一色溫及一光通量。最終，執行步驟S4及S5：使用該視網膜可容許曝照時間計算單元123依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出該特定光的一視網膜可容許曝照時間，而後該核心處理器12控制一顯示單元15顯示該使用距離、該色溫、該光通量、及/或該視網膜可容許曝照時間。
實驗例
請參閱圖6，其顯示光通量相對於照度的散佈圖(Scatter plot)。如圖6所示，使用距離30公分、40公分、50公分、60公分已經標示在散佈圖內。圖6的量測資料顯示，在固定使用距離的情況下，一光源2所發出的一特定光的光通量係隨著其照度的增強而增加。並且，在固定光通量的情況下，所測得之該特定光的照度係隨著使用距離的拉長而減弱。
請參閱圖7，其顯示色溫相對於視網膜可容許曝照時間的散佈圖(Scatter plot)。為了完成圖7的散佈圖，發明人係取來四種OLED發光元件、四種螢光燈(Compact fluorescent lamp, CFL)以及三種LED發光元件，整理如下表(2)。量測資料顯示，各所述光源2所發出的該特定光的視網膜可容許曝照時間係隨著色溫的增加而縮短。 表(2)
光源 色溫 (K) MPE (秒)
OLED-1 1742 1159400
OLED-2 2480 259920
OLED-3 3108 70380
OLED-4 4058 44235
CFL-1 2636 110475
CFL-2 2875 77355
CFL-3 6097 265275
CFL-4 6505 26370
LED-1 2758 84780
LED-2 3000 70852
LED-3 6193 28980
視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第二實施例
請參閱圖8，其顯示本發明之一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第二實施例的示意性立體圖。並且，圖9顯示本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第二實施例的方塊圖。比較圖9與圖4可知，本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置1的第二實施例進一步包括一距離感測單元14，其耦接該核心處理器12，用以測定該使用距離之一感測數值。簡單地說，依據第一實施例之設計，使用者可透過該輸入單元16手動提供該使用距離的一輸入數值至該核心處理器12。不同地，依據第二實施例之設計，所述距離感測單元14可自動完成該使用距離之感測，從而提供該使用距離的一感測數值至該核心處理器12，不需要使用者手動鍵入。在可行的實施例中，該距離感測單元14包括一距離感測器與一資料處理器，且該距離感測器為下列任一者：光學式距離感測器、超音波距離感測器、或雷達距離感測。
如此，上述係已完整且清楚地說明本發明所揭示的一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置及方法。並且，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之優點：
(1)本發明主要是以一光接收單元11與一核心處理器12組成一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，其用以簡易量測一光源2之一視網膜可容許曝照時間。其中，該核心處理器12之中設有一色溫測定單元121、一光通量測定單元122與一視網膜可容許曝照時間計算單元123。在該光接收單元11接收該光源2的一照明光後，該色溫測定單元121與該光通量測定單元122分別測定該照明光的一色溫及一光通量，使得該視網膜可容許曝照時間計算單元123能夠依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出所述視網膜可容許曝照時間。
(2)對於一般使用者而言，其皆能自行操作本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置1對市售任一種光源2進行MPE之數值量測，不需要使用光譜儀收集該光源2的光譜數據，也無須查閱任何藍光危害函數及光譜加權值。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
＜本發明＞ 1:視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置 11:光接收單元 12:核心處理器 121:色溫測定單元 122:光通量測定單元 123:視網膜可容許曝照時間計算單元 14:距離感測單元 15:顯示單元 16:輸入單元 17:通訊單元 2:光源 S1-S5:步驟
圖1顯示太陽光的光譜圖； 圖2顯示一種白光LED的光譜圖； 圖3顯示本發明之一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第一實施例的示意性立體圖； 圖4顯示本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第一實施例的方塊圖； 圖5顯示本發明之一種視網膜可容許曝照時間簡易測定方法的流程圖； 圖6顯示光通量相對於照度的散佈圖； 圖7顯示色溫相對於視網膜可容許曝照時間的散佈圖； 圖8顯示本發明之一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第二實施例的示意性立體圖；以及 圖9顯示本發明之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置的第二實施例的方塊圖。
1:視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置
11:光接收單元
12:核心處理器
121:色溫測定單元
122:光通量測定單元
123:視網膜可容許曝照時間計算單元
15:顯示單元
16:輸入單元
17:通訊單元
2:光源

Claims (18)

  1. 一種視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，包括：一光接收單元用以接收一光源所發出的一特定光，且與該光源相距一使用距離；以及一核心處理器，耦接該光接收單元以接收該特定光，且包括：一色溫測定單元，用以測定該特定光的一色溫；一光通量測定單元，用以測定該特定光的一光通量；及一視網膜可容許曝照時間計算單元，用以依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出該特定光的一視網膜可容許曝照時間。
  2. 如請求項1所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，其中，該視網膜可容許曝照時間計算單元使用一數學運算式完成所述視網膜可容許曝照時間之計算，且該數學運算式為
    Figure 109115807-A0305-02-0016-1
    ；其中：MPE為所述視網膜可容許曝照時間；FL為所述光通量；D為所述使用距離；T為所述色溫；以及J、K、L、M、與N皆為一經驗常數，且任兩個所述經驗常數彼此不相等。
  3. 如請求項1所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，更包括一距離感測單元，其耦接該核心處理器，用以測定該使用距離之一感測數值。
  4. 如請求項1所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，其中，該色溫測定單元、該光通量測定單元與該視網膜可容許曝照時間計算單元係透過函式庫、變數或運算元之形式而被編輯為至少一應用程式，進而被建立在該核心處理器之中。
  5. 如請求項1所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，更包括：一顯示單元，耦接該核心處理器，且受控於該核心處理器而顯示該使用距離、該色溫、該光通量、及/或該視網膜可容許曝照時間；一輸入單元，耦接該核心處理器，使得一使用者可以透過該輸入單元提供該使用距離的該輸入數值至該核心處理器；以及一通訊單元，耦接該核心處理器，用以一外部電子裝置的一通訊界面進行溝通。
  6. 如請求項1所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，其中，所述視網膜安全提升指標的量測裝置為下列任一者：桌上型光學量測儀、手持式光學量測儀、智慧型手機、具外接式光學量測儀的智慧型手機、平板電腦、具外接式光學量測儀的平板電腦、筆記型電 腦、具外接式光學量測儀的筆記型電腦、一體式電腦、具外接式光學量測儀的一體式電腦、或具外接式光學量測儀的桌上型電腦。
  7. 如請求項3所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，其中，該距離感測單元包括一距離感測器與一資料處理器，且該距離感測器為下列任一者：光學式距離感測器、超音波距離感測器、或雷達距離感測。
  8. 如請求項5所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，其中，該顯示單元為一觸控顯示器，且該輸入單元包含複數個按鍵。
  9. 如請求項5所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定裝置，其中，該通訊單元包含一有線傳輸介面及/或一無線傳輸介面。
  10. 一種視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，包括以下步驟：(1)提供一色溫測定單元、一光通量測定單元與一視網膜可容許曝照時間計算單元於一核心處理器之中；(2)令一光接收單元接收一光源所發出的一特定光，其中該光源與該光接收單元相距一使用距離；(3)使用該色溫測定單元與該光通量測定單元分別測定該特定光的一色溫及一光通量；以及 (4)使用該視網膜可容許曝照時間計算單元依據該使用距離、該色溫、該光通量而計算出該特定光的一視網膜可容許曝照時間。
  11. 如請求項10所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，更包括以下步驟：(5)該核心處理器控制一顯示單元顯示該使用距離、該色溫、該光通量、及/或該視網膜可容許曝照時間。
  12. 如請求項10所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，其中，該色溫測定單元、該光通量測定單元與該視網膜可容許曝照時間計算單元係透過函式庫、變數或運算元之形式而被編輯為至少一應用程式，進而被建立在該核心處理器之中。
  13. 如請求項10所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，其中，該視網膜可容許曝照時間計算單元使用一數學運算式完成所述視網膜可容許曝照時間之計算，且該數學運算式為
    Figure 109115807-A0305-02-0019-2
    ；其中：MPE為所述視網膜可容許曝照時間；FL為所述光通量；D為所述使用距離；T為所述色溫；以及J、K、L、M、與N皆為一經驗常數，且任兩個所述經驗常數彼此不相等。
  14. 如請求項10所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，其中，所述視網膜安全提升指標的量測方法係應用於一電子裝置之中，且該電子裝置為下列任一者：桌上型光學量測儀、手持式光學量測儀、智慧型手機、具外接式光學量測儀的智慧型手機、平板電腦、具外接式光學量測儀的平板電腦、筆記型電腦、具外接式光學量測儀的筆記型電腦、一體式電腦、具外接式光學量測儀的一體式電腦、或具外接式光學量測儀的桌上型電腦。
  15. 如請求項10所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，其中，該使用距離係透過一輸入單元輸入該核心處理器。
  16. 如請求項10所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，其中，該使用距離係利用耦接該核心處理器的一距離感測單元測得，且該距離感測單元包括一距離感測器與一資料處理器。
  17. 如請求項11所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，其中，該顯示單元為一觸控顯示器。
  18. 如請求項16所述之視網膜可容許曝照時間簡易測定方法，其中，該距離感測器為下列任一者：光學式距離感測器、超音波距離感測器、或雷達距離感測。
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