LED产品光生物安全等级评估及安全使用距离测量

何玲玲，李金玉，周钢，王勇

（1.深圳技师学院电气技术系,广东 深圳 518000；2.广东轻工职业技术学院环境工程系，广东 广州 510300；

3.广州赛西光电标准检测研究院有限公司，广东 广州 510163；4.深圳信息职业技术学院招生就业办公室，广东 深圳 518172）

LED产品光生物安全等级评估及安全使用距离测量

何玲玲1，李金玉2，周钢3，王勇4

（1.深圳技师学院电气技术系,广东 深圳 518000；2.广东轻工职业技术学院环境工程系，广东 广州 510300；

3.广州赛西光电标准检测研究院有限公司，广东 广州 510163；4.深圳信息职业技术学院招生就业办公室，广东 深圳 518172）

介绍了光危害类型与评价指标，提出了LED产品光生物安全等级评估流程和辐照度及辐亮度测量方法。针对不同等级产品，给出了LED产品安全使用距离的测量方法。

LED；光危害类型；光生物安全；等级分类；测评方法

1 光危害类型及评价指标

光对人体危害类型包括：眼睛和皮肤的紫外危害、眼睛近紫外危害、视网膜蓝光危害以及无晶状体视网膜紫外危害，分别用眼睛和皮肤的紫外危害辐照度ES、眼睛近紫外危害辐照度EUVA、视网膜蓝光危害辐亮度LB或小光源视网膜蓝光危害辐照度EB、无晶状体视网膜紫外危害辐亮度LA进行评价[1-2]。

2 LED产品光生物安全等级

按危害程度，分为四个等级：RG0（0类，无危险）、RG1（1类，低危险）、RG2（2类，中度危险）和RG3（3类，高危险）[3-4]。

3类LED产品在更短的时间内造成危害，超过2类限值的就属于3类。

表1 皮肤和眼睛紫外危害光生物安全等级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级Tab.2 Photobiological safety grade of near-UV hazard for the eye

表3 视网膜蓝光危害光生物安全等级Tab.3 Photobiological safety grade of retinal BL hazard

表4 无晶状体视网膜紫外危害光生物安全等级Tab.4 Photobiological safety grade of aphakic retinal UV hazard

3 等级评估及安全使用距离测量

3.1 评估测量流程

对于无法确定最大辐射方向的LED产品，首先需要采用分布光度计测量被测LED产品的空间光分布,确定其最大辐射方向,被测LED产品定位在该角度下进行光生物安全等级评估测量。

然后，在200mm的测量距离条件下[5]，测量光谱辐照度和辐亮度分布，结合作用光谱加权函数（如图1所示），计算眼睛和皮肤的紫外危害加权辐照度ES、眼睛近紫外危害加权辐照度EUVA、视网膜蓝光危害加权辐亮度LB、小光源视网膜蓝光危害加权辐照度EB以及无晶状体视网膜紫外危害辐亮度LA。

图1 作用光谱加权函数Fig.1 Weighted function of action spectrum

依据LED产品光生物安全等级分类标准，评估其光生物安全基本等级[6]。对于光生物安全基本等级在RG0（0类、无危险类）以上的产品，测量给定光生物安全等级以下所有等级的安全使用距离。

3.2 辐照度测量

辐照度测量主要用于眼睛和皮肤的紫外危害、眼睛近紫外危害、小光源视网膜蓝光危害的等级评估。按要求调整测量视场、入射孔径、接收孔径，测量光谱辐照度Eλ。

辐照度的测量系统如图2所示，且：

（1）在一个圆锥角内接受光辐射，圆锥角的中轴线垂直于探测器平面，并处于接收LED产品的最大光辐射位置；

（2）测量视场、接收孔径符合要求；

（3）在规定测量视场，探测器具有余弦空间角度响应；

（4）测量系统的光谱响应符合对应的光生物辐射作用光谱加权函数；

（5）在该测量视场、接收孔径范围，被测LED产品达到最大的光辐射状态。

图2 辐照度测量装置原理图Fig.2 Principle of measuring apparatus for irradiance

3.3 辐亮度测量

辐亮度测量主要用于无晶状体视网膜紫外危害、视网膜蓝光危害的等级评估。将被测LED成像至光谱仪的探测面上，该探测面应定位在被测LED最大辐射亮度的位置。可以采用成像仪等辅助装置，使探测系统接受到被测LED最大辐射亮度。按要求调整测量视场、入射孔径、接收孔径，测量光谱辐亮度Lλ。

辐亮度的测量系统如图3所示，且：

（1）LED产品的光辐射通过光学镜头成像到探测面上；

（2）测量视场、测试距离、入射孔径等参数符合要求；

（3）在测量视场中，探测器具有均匀的响应；

（4）测量系统的光谱响应符合对应光生物辐射作用光谱加权函数；

（5）在该测量视场、接收孔径范围，被测LED产品达到最大的光辐射状态。

图3 辐亮度成像测量示意图Fig.3 Principle of measuring apparatus for radiance

3.4 数据处理

1）眼睛和皮肤的紫外危害辐照度

眼睛和皮肤的紫外危害辐照度ES，由式（1）计算得出。

单位：瓦每平方米（W·m-2）。

Eλ—光谱辐照度，单位为瓦每平方米每纳米（W×m-2×nm-1）；

Δλ—波长间隔，单位为纳米（nm）。

2）眼睛的近紫外危害辐照度

眼睛的近紫外危害辐照度EUVA，由式（2）计算得出。

单位：瓦每平方米（W·m-2）。

3）小光源视网膜蓝光危害辐照度

表观光源对边角小于0.011rad的LED，视网膜蓝光危害可由视网膜蓝光危害辐照度EB表示，由式（3）计算得出。

单位：瓦每平方米（W·m-2）。

4）视网膜蓝光危害辐亮度

视网膜蓝光危害辐亮度LB为光谱辐亮度Lλ与蓝光危害作用光谱加权函数B(λ)加权积分所得的值，由式（4）计算得出。

单位：瓦每平方米每球面度（W·m-2·sr-1）。

Lλ—光谱辐亮度，单位为瓦每平方米每球面度每纳米（W·m-2·sr-1·nm-1）。

5）无晶状体视网膜紫外危害辐亮度

无晶状体视网膜紫外危害辐亮度LA为光谱辐亮度Lλ与无晶状体紫外危害作用光谱加权函数加权积分所得的值，由式（5）计算得出。

单位：瓦每平方米每球面度（W·m-2·sr-1）。

3.5 安全使用距离的测量

首先，将测量距离定为200mm，通过测量LED产品的 辐照度和辐亮度，评价被测LED产品在该距离下的光生物安全基本等 级；然后，借 助光学导轨等设备延长测量距离，测量被测LED产品在对应光生物安全等级下的辐照度和辐亮度，直至测量值处于对应光生物安全等级的发射限值以下，从而确定安全使用距离。具体可按以下步骤进行：

（1）选定测量距离为200mm，进行光生物安全基本等级的测量、评估；若光生物安全等级为RG0,则不需要进一步测量。

（2）当光生物安全基本等级为RG2时,选择测量视场角为0.011rad,并分别选定合适的测量距离(如为400mm、800mm、1.6m、3.2m等等),接照3.2或3.3的方法,测量LED产品在这种评估条件下辐照度或辐亮度，直至辐照度或辐亮度小于所对应的发射限值。

（3）接下来，在最后两次的评估距离之间(如为1.6m与3.2m)，按照二分法选择相应的测量距离(如为2.4m)，测量辐照度或辐亮度；若辐照度或辐亮度小于所对应的发射限值，选择前一距离(如为1.6m)与该距离之间再进行测量；若辐照度或辐亮度大于所对应的发射限值，选择后一距离(如为3.2m)与该距离之间再进行测量；以此类推，当二分的距离小于当前测量距离的1/10时，确定该测量距离为RG1的安全距离。

（4）当光生物安全基本等级为RG1时,选择测量视场角为0.11rad,类似于上述⑵、⑶的方法,确定RG0的安全距离。

4 结语

LED产品可能对人眼和皮肤产生危害：眼睛和皮肤的紫外危害、眼睛近紫外危害、视网膜蓝光危害以及无晶状体视网膜紫外危害。按危害程度，LED产品的光生物安全等级分为：0类（RG0，无危险）、1类（RG1，低危险）、2类（RG2，中度危险）和3类（RG3，高危险）四个等级。先在200mm测量距离条件下，测量评估LED产品的光生物安全基本等级，再对光生物安全基本等级在RG0以上的产品，测量给定光生物安全等级以下所有等级的安全使用距离。

（

）

[1]赵英,周钢,牟同升.LED光辐射安全标准解读[J].信息技术与标准化,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]周钢,刘秀娟,赵英.LED汽车前照灯的光色性能和光辐射安全研究[J].信息技术与标准化,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.灯和灯系统的光生物安全性[S].北京：中国国家标准化管理委员会/中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,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

【责任编辑：杨立衡】

2015-03-10

深圳市基础研究计划-重点项目（JCYJ20120615100830389）

何玲玲（1978-），女（汉），浙江义乌人，讲师，硕士，主要研究方向：控制技术。E-mail:38554946@qq.com