何玲玲，李金玉，周鋼，王勇

（1.深圳技師學(xué)院電氣技術(shù)系,廣東 深圳 518000；2.廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境工程系，廣東 廣州 510300；

3.廣州賽西光電標(biāo)準(zhǔn)檢測研究院有限公司，廣東 廣州 510163；4.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院招生就業(yè)辦公室，廣東 深圳 518172）

LED產(chǎn)品光生物安全等級評估及安全使用距離測量

何玲玲1，李金玉2，周鋼3，王勇4

（1.深圳技師學(xué)院電氣技術(shù)系,廣東 深圳 518000；2.廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境工程系，廣東 廣州 510300；

3.廣州賽西光電標(biāo)準(zhǔn)檢測研究院有限公司，廣東 廣州 510163；4.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院招生就業(yè)辦公室，廣東 深圳 518172）

介紹了光危害類型與評價指標(biāo)，提出了LED產(chǎn)品光生物安全等級評估流程和輻照度及輻亮度測量方法。針對不同等級產(chǎn)品，給出了LED產(chǎn)品安全使用距離的測量方法。

LED；光危害類型；光生物安全；等級分類；測評方法

1 光危害類型及評價指標(biāo)

光對人體危害類型包括：眼睛和皮膚的紫外危害、眼睛近紫外危害、視網(wǎng)膜藍光危害以及無晶狀體視網(wǎng)膜紫外危害，分別用眼睛和皮膚的紫外危害輻照度ES、眼睛近紫外危害輻照度EUVA、視網(wǎng)膜藍光危害輻亮度LB或小光源視網(wǎng)膜藍光危害輻照度EB、無晶狀體視網(wǎng)膜紫外危害輻亮度LA進行評價[1-2]。

2 LED產(chǎn)品光生物安全等級

按危害程度，分為四個等級：RG0（0類，無危險）、RG1（1類，低危險）、RG2（2類，中度危險）和RG3（3類，高危險）[3-4]。

3類LED產(chǎn)品在更短的時間內(nèi)造成危害，超過2類限值的就屬于3類。

表1 皮膚和眼睛紫外危害光生物安全等級Tab.1 Photobiological safety grade of UV hazard for the eye and skin

表2 眼睛近紫外危害光生物安全等級Tab.2 Photobiological safety grade of near-UV hazard for the eye

表3 視網(wǎng)膜藍光危害光生物安全等級Tab.3 Photobiological safety grade of retinal BL hazard

表4 無晶狀體視網(wǎng)膜紫外危害光生物安全等級Tab.4 Photobiological safety grade of aphakic retinal UV hazard

3 等級評估及安全使用距離測量

3.1 評估測量流程

對于無法確定最大輻射方向的LED產(chǎn)品，首先需要采用分布光度計測量被測LED產(chǎn)品的空間光分布,確定其最大輻射方向,被測LED產(chǎn)品定位在該角度下進行光生物安全等級評估測量。

然后，在200mm的測量距離條件下[5]，測量光譜輻照度和輻亮度分布，結(jié)合作用光譜加權(quán)函數(shù)（如圖1所示），計算眼睛和皮膚的紫外危害加權(quán)輻照度ES、眼睛近紫外危害加權(quán)輻照度EUVA、視網(wǎng)膜藍光危害加權(quán)輻亮度LB、小光源視網(wǎng)膜藍光危害加權(quán)輻照度EB以及無晶狀體視網(wǎng)膜紫外危害輻亮度LA。

圖1 作用光譜加權(quán)函數(shù)Fig.1 Weighted function of action spectrum

依據(jù)LED產(chǎn)品光生物安全等級分類標(biāo)準(zhǔn)，評估其光生物安全基本等級[6]。對于光生物安全基本等級在RG0（0類、無危險類）以上的產(chǎn)品，測量給定光生物安全等級以下所有等級的安全使用距離。

3.2 輻照度測量

輻照度測量主要用于眼睛和皮膚的紫外危害、眼睛近紫外危害、小光源視網(wǎng)膜藍光危害的等級評估。按要求調(diào)整測量視場、入射孔徑、接收孔徑，測量光譜輻照度Eλ。

輻照度的測量系統(tǒng)如圖2所示，且：

（1）在一個圓錐角內(nèi)接受光輻射，圓錐角的中軸線垂直于探測器平面，并處于接收LED產(chǎn)品的最大光輻射位置；

（2）測量視場、接收孔徑符合要求；

（3）在規(guī)定測量視場，探測器具有余弦空間角度響應(yīng)；

（4）測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)符合對應(yīng)的光生物輻射作用光譜加權(quán)函數(shù)；

（5）在該測量視場、接收孔徑范圍，被測LED產(chǎn)品達到最大的光輻射狀態(tài)。

圖2 輻照度測量裝置原理圖Fig.2 Principle of measuring apparatus for irradiance

3.3 輻亮度測量

輻亮度測量主要用于無晶狀體視網(wǎng)膜紫外危害、視網(wǎng)膜藍光危害的等級評估。將被測LED成像至光譜儀的探測面上，該探測面應(yīng)定位在被測LED最大輻射亮度的位置?？梢圆捎贸上駜x等輔助裝置，使探測系統(tǒng)接受到被測LED最大輻射亮度。按要求調(diào)整測量視場、入射孔徑、接收孔徑，測量光譜輻亮度Lλ。

輻亮度的測量系統(tǒng)如圖3所示，且：

（1）LED產(chǎn)品的光輻射通過光學(xué)鏡頭成像到探測面上；

（2）測量視場、測試距離、入射孔徑等參數(shù)符合要求；

（3）在測量視場中，探測器具有均勻的響應(yīng)；

（4）測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)符合對應(yīng)光生物輻射作用光譜加權(quán)函數(shù)；

（5）在該測量視場、接收孔徑范圍，被測LED產(chǎn)品達到最大的光輻射狀態(tài)。

圖3 輻亮度成像測量示意圖Fig.3 Principle of measuring apparatus for radiance

3.4 數(shù)據(jù)處理

1）眼睛和皮膚的紫外危害輻照度

眼睛和皮膚的紫外危害輻照度ES，由式（1）計算得出。

單位：瓦每平方米（W·m-2）。

Eλ—光譜輻照度，單位為瓦每平方米每納米（W×m-2×nm-1）；

Δλ—波長間隔，單位為納米（nm）。

2）眼睛的近紫外危害輻照度

眼睛的近紫外危害輻照度EUVA，由式（2）計算得出。

單位：瓦每平方米（W·m-2）。

3）小光源視網(wǎng)膜藍光危害輻照度

表觀光源對邊角小于0.011rad的LED，視網(wǎng)膜藍光危害可由視網(wǎng)膜藍光危害輻照度EB表示，由式（3）計算得出。

單位：瓦每平方米（W·m-2）。

4）視網(wǎng)膜藍光危害輻亮度

視網(wǎng)膜藍光危害輻亮度LB為光譜輻亮度Lλ與藍光危害作用光譜加權(quán)函數(shù)B(λ)加權(quán)積分所得的值，由式（4）計算得出。

單位：瓦每平方米每球面度（W·m-2·sr-1）。

Lλ—光譜輻亮度，單位為瓦每平方米每球面度每納米（W·m-2·sr-1·nm-1）。

5）無晶狀體視網(wǎng)膜紫外危害輻亮度

無晶狀體視網(wǎng)膜紫外危害輻亮度LA為光譜輻亮度Lλ與無晶狀體紫外危害作用光譜加權(quán)函數(shù)加權(quán)積分所得的值，由式（5）計算得出。

單位：瓦每平方米每球面度（W·m-2·sr-1）。

3.5 安全使用距離的測量

首先，將測量距離定為200mm，通過測量LED產(chǎn)品的 輻照度和輻亮度，評價被測LED產(chǎn)品在該距離下的光生物安全基本等 級；然后，借 助光學(xué)導(dǎo)軌等設(shè)備延長測量距離，測量被測LED產(chǎn)品在對應(yīng)光生物安全等級下的輻照度和輻亮度，直至測量值處于對應(yīng)光生物安全等級的發(fā)射限值以下，從而確定安全使用距離。具體可按以下步驟進行：

（1）選定測量距離為200mm，進行光生物安全基本等級的測量、評估；若光生物安全等級為RG0,則不需要進一步測量。

（2）當(dāng)光生物安全基本等級為RG2時,選擇測量視場角為0.011rad,并分別選定合適的測量距離(如為400mm、800mm、1.6m、3.2m等等),接照3.2或3.3的方法,測量LED產(chǎn)品在這種評估條件下輻照度或輻亮度，直至輻照度或輻亮度小于所對應(yīng)的發(fā)射限值。

（3）接下來，在最后兩次的評估距離之間(如為1.6m與3.2m)，按照二分法選擇相應(yīng)的測量距離(如為2.4m)，測量輻照度或輻亮度；若輻照度或輻亮度小于所對應(yīng)的發(fā)射限值，選擇前一距離(如為1.6m)與該距離之間再進行測量；若輻照度或輻亮度大于所對應(yīng)的發(fā)射限值，選擇后一距離(如為3.2m)與該距離之間再進行測量；以此類推，當(dāng)二分的距離小于當(dāng)前測量距離的1/10時，確定該測量距離為RG1的安全距離。

（4）當(dāng)光生物安全基本等級為RG1時,選擇測量視場角為0.11rad,類似于上述⑵、⑶的方法,確定RG0的安全距離。

4 結(jié)語

LED產(chǎn)品可能對人眼和皮膚產(chǎn)生危害：眼睛和皮膚的紫外危害、眼睛近紫外危害、視網(wǎng)膜藍光危害以及無晶狀體視網(wǎng)膜紫外危害。按危害程度，LED產(chǎn)品的光生物安全等級分為：0類（RG0，無危險）、1類（RG1，低危險）、2類（RG2，中度危險）和3類（RG3，高危險）四個等級。先在200mm測量距離條件下，測量評估LED產(chǎn)品的光生物安全基本等級，再對光生物安全基本等級在RG0以上的產(chǎn)品，測量給定光生物安全等級以下所有等級的安全使用距離。

（

）

[1]趙英,周鋼,牟同升.LED光輻射安全標(biāo)準(zhǔn)解讀[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2014,56(11):20-23.ZHAO Ying,ZHOU Gang,MOU Tongsheng.Interpretation of Optical Radiation Safety Standards of LED[J].Information Technology &Standardization,2014,56(11):20-23 (in Chinese)

[2]周鋼,劉秀娟,趙英.LED汽車前照燈的光色性能和光輻射安全研究[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2014,56(11):30-31,42.ZHOU Gang,LIU Xiujuan.ZHAO Ying. Research on Light and Color Property and Optical Radiation Safety of LED Car Headlamps[J].Information Technology &Standardization,2014,56(11):30-31,42 (in Chinese)

[3]IEC/TR 62778-2012.Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires[S].International Electrotechnical Commission,2012.

[4]Optical and Photobiological Safety of LED,CFLs and Other High Efficiency General Lighting Sources (White Paper)[R].Global Lighting Association,2012.

[5]IEC 62471 -2:Photobiological safety of lamps and lamp systems-Part2:Guidance on manufacturing requirements relating to non-laser optical radiation safety[S].Geneva:International Electrotechnical Commission,2009.

[6]GB/T 20145-2006,CIE S 009/E:2002.燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性[S].北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會/中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,2006.GB/T 20145-2006 Photobiological safety of lamps and lamp systems[S].Beijing:Standardization Administration of the People's Republic of China &General Administration of Quality Supervision,Inspection and Quarantine of the People's Republic of China(AQSIQ),2006 (in Chinese)

Estimation of LED products' photobiological safety and measuring methods of distance for correct use

HE Lingling1,LI Jinyu2,ZHOU Gang3,WANG Yong4
（1.Department of Electrical Technology,Shenzhen Institute of Technology,Shenzhen 518000,P.R.China;2.Guangdong Industry Technical College,Department of Environmental Engineering,Guangzhou 510300,P.R.China;3.CESI Opto-electronics Standards &Testing Institute,Guangzhou 510163,P.R.China;4.Shenzhen Institute of Information Technology ,Division of Enrollment and Employment,Shenzhen 518172,P.R.China;）

The types and estimation index of light hazard of LED are introduced.Procedure and measurement methods of LED products' photobiological safety are presented.LED products with different grade of photobiological safety have their own safe distance for proper appliance.

LED;light hazard types;photobiological safety;classification;measuring methods

TM923

A

1672-6332（2015）01-0047-04

【責(zé)任編輯：楊立衡】

2015-03-10

深圳市基礎(chǔ)研究計劃-重點項目（JCYJ20120615100830389）

何玲玲（1978-），女（漢），浙江義烏人，講師，碩士，主要研究方向：控制技術(shù)。E-mail:38554946@qq.com