照明产品的光生物安全探讨及测试技术新进展

李 倩 黄 艳 蔡春锋 潘建根

(远方光电科学研究院，浙江杭州 310019)

1 概述

照明产品的不当曝辐可能会产生多种光生物危害，根据IEC 62471－2006［1］，一般可分为8类，不同照明产品在不同应用时的光生物危害表现不同。

对于LED产品来说，蓝光危害是其光生物安全评价的重要指标。IEC2012年连续修订 IEC 62031［2］、IEC 60598－1［3］等标准，规定必须考察LED模块及灯具的蓝光危害，并引用同年出台的评价标准 IEC/TR 62778［4］。IEC 62031 以及 IEC 60598－1被全球大多数国家和地区所采用，我国与之相对应的分别为强制性标准GB24819［5］和 GB 7000.1［6］，此次修改意味着蓝光危害的分类标识将可能成为我国强制性要求。

对于荧光灯、HID灯及其灯具，需关注紫外和红外辐射危害，IEC、欧盟ErP等标准针对具体照明产品也提出了相应的光生物危害要求。因涉及安全问题，照明产品的光生物安全备受关注，因此，必须采取有效的测量评价［7，8］手段，正确、合理地评估各类产品的光生物危害等级。

2 各类光源及灯具的光生物安全要求

IEC 62471－2006 等同采用 CIE S009:2002［9］文本，是光生物安全测量和评价的基础标准。国际照明委员会CIE与IEC近期针对该标准组成联合JTC－5“Photobiological Safety of Lampsand Lamp Systems(Revision of CIE S009)”，旨在综合近年来光生物安全的研究成果，对该标准的分级和测量作进一步完善，我国远方公司等也参与其中。

IEC 62471将照明产品的光生物危害分为8类，也可以根据考察波段大致分为紫外危害、蓝光危害及红外危害三大类。但各类照明产品需考察的安全问题因其种类和具体应用不同而各有侧重。例如，IEC 60432－2［10］规定，舞台灯和拍照用闪光灯需要考察其红外危害和蓝光危害;IEC 61195［11］也规定，荧光灯需要考察其紫外危害;而对于LED模块和灯具，均需要进行蓝光危害的考量，必要时需按照标准要求做好标识。

IEC于2012年对各类照明产品的安全标准展开全面修订，增加以上关于蓝光危害等光生物危害的考量要求。欧盟ErP指令 (244/2009)及我国现有产品标准也对灯或灯具的紫外含量 (mW/Klm)、蓝光危害等有相应规定。此外，我国与IEC安全标准相对应的均为强制性标准，随着此次IEC标准修订，照明产品的光生物安全将很可能进入全面的强制性考察阶段。

3 光生物安全测量评价要点及相应解决方案

照明产品的各类危害均可以通过测量 (辐)亮度、(辐)照度及光谱，并结合相应的危害加权函数计算加权辐亮度或加权辐照度进行评价分级。但各类危害的测量重点各有不同，对测试设备的要求也有所区别，以下将根据蓝光危害、紫外危害以及红外危害的相关标准要求作简要介绍。

3.1 蓝光危害测量

3.1.1 蓝光危害测量评价的相关标准

蓝光危害的测量评价标准主要有IEC/TR 62778以及IEC 62471、IEC 62471－2等，利用加权辐亮度或加权辐照度来评价分级。标准IEC 62471及IEC/TR 62471－2主要测量和评价单个光源或灯具的辐射危害。IEC/TR 62778在IEC 62471的基础上，强调了光源的蓝光危害信息向灯具的传递，如图1所示。

IEC/TR 62778主要测量光源，也可直接测量灯具，并重新定义了图1所示的3个安全等级 (RG0 unlimited，RG1 unlimited以及Ethrfor RG2)。“Ethrfor RG2”适用于蓝光危害加权辐亮度有可能超过RG1限值或者辐亮度不可测的情况，Ethr为RG1和RG2边界的照度值，用于确定最小安全使用距离dmin，灯具的安装使用距离一般应大于dmin。

图1 蓝光危害评价流程 (引自IEC/TR 62778)Fig.1 Blue light hazard evaluation

3.1.2 蓝光危害的测量要点

蓝光危害是诸类光生物危害量中测量难度最大的一项。根据IEC 62471以及IEC/TR 62778，蓝光危害应根据发光面最大亮度区域在最大辐射强度方向上的曝辐值 (加权辐照度以及加权辐亮度)进行安全等级分类。但实际应用中，光源发光面的亮度及空间各方向的光强一般并不均匀，尤其是LED。如图3所示LED阵列，芯片上的亮度较高，芯片之间的间隙亮度较低，其发光面上的最大亮度区域的确定十分关键。如果定位不准，将对亮度及辐亮度的测量以及危害的分级带来极大的影响。但受LED本身特性的影响，其发光面上的最大亮度区域以及最大辐射强度方向的准确定位都具有一定的难度。此外，蓝光危害的曝辐限值是时间平均量，不同危害级别允许的最大曝辐时间不同，根据人眼的运动特性，其亮度的测量视场角在不同危害级别下也不同，进一步增加了蓝光危害的测量难度。

3.1.3 蓝光危害的亮度及辐亮度测量方案

普通的瞄点式亮度计受制于其本身特性，一般难以准确定位照明产品上的最大发光区域。因此，对于视网膜蓝光危害的亮度和辐亮度测量来说，成像亮度计是比较理想的测量设备，如图2所示，且成像亮度计具有其独特优势:

1)通过一次测量将被测对象的表观光源成像至CCD上，其自带的专业软件可自动、准确判断成像区域内最大亮度的位置;

2)测量视场角 (红色圆圈的范围)可利用软件方便设置，如图3所示，软件自动计算视场角内的平均 (辐)亮度，并按照标准要求对蓝光危害进行分级。

相比于一般普通成像亮度计，图2所示设备采用高精度TE－cooling半导体致冷CCD作为探测器，可将CCD的工作温度恒温至5℃，大幅减小测量的暗噪声，提高了亮度/辐亮度的测量准确度，尤其适用于精度要求较高的蓝光危害测量。

图2 高精度成像亮度计原理及典型测量设备 (远方CX－2K)Fig.2 Luminance meter

图3 单颗LED封装及LED阵列的测试界面Fig.3 Single LED package and LED array

根据IEC/TR 62778，对于安装小光源或者加权辐亮度评价为RG2光源的LED灯具，还应当测量其光谱，获得蓝光危害效能系数KB，V和Ethr，以进行分级:

Φλ可以换作 Eλ或 Lλ，KB，V单位:W/lm。

KB，V可以实现亮度L和加权辐亮度LB、以及照度E和加权辐照度EB的转换。获得该参数，即可根据LED的光度值推估其蓝光危害级别或安全使用距离。

3.2 紫外危害的测量

荧光灯等光源的紫外危害曝辐量值也应在光源或灯具最大亮度区域的最大辐射强度方向上测量，通过测量其紫外波段的 (200－400)nm的光谱，结合相应的危害加权函数计算得到。对于紫外含量(mW/Klm)的测量，还应覆盖可见光波段，以获得光度量。由于光源的紫外危害曝辐剂量一般较小，其测量极易受到杂散光等因素的影响，对光谱测量设备的杂散光和波长准确度要求极高，一般利用杂散光低、精度较高的双单色仪实现测量。双单色仪通过双光栅的机械转动，实现测量光束的两次分光，可大幅降低杂散光。

图4为一典型高精度双单色仪光谱分析系统，该光谱分析系统采用独特的同轴对称双单色仪技术，双光栅实现天然同步，避免了机械扫描过程所带来的同步误差，且具有极高的波长精度，可实现10－8的极低杂散光，能够完全满足紫外危害的高精度测量要求。

图4 典型双单色仪光谱分析系统 (远方，PMS－2000)Fig.4 Typical spectrum analysis system

3.3 红外危害的测量

红外危害主要包括眼睛红外危害和皮肤热危害等。根据标准IEC 62471，眼睛红外及皮肤热危害的曝辐值均为相应辐射波段的光谱辐照度积分值，一般利用辐照度计即可实现测量，且辐照度计在线性等方面的性能要优于光谱辐射计，最新的JTC－5草案也提出，利用辐照度计测量红外辐射是比较好的解决方法。

3.4 光生物安全测量评价的综合解决方案

图5所示为光源和灯具的光生物安全综合测试系统，系统集成了高精度成像亮度计、高精度光谱辐射计、五维位置调节系统以及精密光学导轨，可准确实现危害加权辐亮度、亮度、危害加权辐照度、照度、光谱、KB，V与Ethr等参数的测量，适用于各类光源的紫外、蓝光及红外危害的测量评价。

1)最大曝辐位置的寻找

系统利用高精度成像亮度计准确寻找光源或灯具发光面上的最大亮度区域，其独具的五维位置调节系统，可进行上下、左右、前后移动，并可以绕其垂直轴和水平轴转动。在高精度成像亮度计固定的情况下，能够方便地定位LED产品发光面上最大亮度区域的最大辐射强度方向，准确度高，可靠性好。

图5 典型的蓝光危害测量系统及其五维位置调节系统(远方OST－300)Fig.5 Blue light hazard measuring system

2)辐射危害的测量

被测光源或灯具安装在五维位置调节系统上，在确定最大曝辐位置后，系统将光源依次对准高精度成像亮度计以及光谱分析仪，测试获得光源的亮度、辐亮度和光谱等数据。其配套软件可根据IEC 62471和IEC/TR 62778的要求计算加权辐亮度LB、KB，V以及Ethr等值，并按照相应标准的要求对光源及灯具进行危害分级。同时，灯具厂商还可以在该系统中实现灯具最小安全使用距离dmin的测量。

此外，该系统可以自由组合，可根据具体照明产品的测试需要选配测量仪表或者配置全套测量设备，以实现不同的测量目的;系统软件智能化程度高，可方便实现各类危害的高精度测量，并对危害进行自动分级。该系统尤其适用于测量样品种类较多，测量精度要求较高的场合，如认证实验室等，目前已在SGS，Intek，BACL，BEST，和CEPREI等众多实验室得到普及应用。

4 总结

IEC正在逐步将光生物危害纳入各类照明产品的安全考量范围，并规定不同种类的照明产品应考察不同的危害类型，如荧光灯和HID灯的紫外危害，以及LED的蓝光危害等，这些标准将来也可能转化为我国的强制性标准。

照明产品的光生物安全评价以IEC 62471标准为基础。随着近几年光生物安全的研究深入及相关测试技术的发展，CIE和IEC组成JTC－5，正进一步修订完善该标准，远方也参与其中。就目前而言，我国关于光生物安全测量的相关技术及设备已相对成熟，能够满足相关标准的测量要求。照明厂商应根据最新的标准发展形势，合理关注产品的危害，采取正确的测量评价措施，客观评价照明产品的安全等级。

［1］IEC 62471－2006，Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems.

［2］IEC 62031－2012，LED modules for general lighting－Safety specifications.

［3］IEC 60598－2012，Luminaires－Part 1:General requirements and tests.

［4］IEC/TR 62778－2012，Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires.

［5］GB 24819－2009，普通照明用LED模块安全要求.

［6］GB 7000.1－2007，灯具一般安全要求与试验.

［7］Dong，H.，Hu，H.，Li，Q.，Pan，J.A MEASUREMENT SYSTEM FOR WEIGHTED RADIANCE RELATED TO PHOTOBIOLOGICAL SAFETY EVALUATION、27th Session of the CIE(2011).

［8］Li，Q.，Feng，L.，Xu，J.Zhang，W.Pan，J.AN OPTIMIZATIONOFRETINALTHERMALHAZARD MEASUREMENT.CIE 2012"Lighting Quality and Energy Efficiency".

［9］CIE S009:2012，Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems.

［10］IEC 60432－2－2012，Tungsten halogen lamps for domestic and similar general lighting purposes.

［11］IEC 61195－2012，Double－capped fluorescent lamps－Safety specifications.