夜间防范型LED照明产品光度学及色度学测试研究

邢明书，徐广强，张竞辉，林 杰，杨 轶，余方男，于鸿飞，林嘉祥，曹冠英

(大连工业大学光子学研究所，辽宁 大连 116034)



夜间防范型LED照明产品光度学及色度学测试研究

邢明书，徐广强，张竞辉，林 杰，杨 轶，余方男，于鸿飞，林嘉祥，曹冠英

(大连工业大学光子学研究所，辽宁 大连 116034)

选用一款型号ZY4623的夜间防范型LED手电筒，对其光谱、光通量、色温、显色指数、色坐标及配光曲线等一系列的光度学与色度学参数及爆闪频率进行测试与分析，为更好的理解和应用防范照明奠定基础。结果表明：夜间防范型手电筒的色温为7624 K，色坐标为(0.2952，0.2996)，显色指数达到76.8；爆闪频率为7.6 Hz；配光曲线为狭窄条状，光强分布在光照射方向较小立体角的范围，可实现远距离照亮，比较适于用做夜间防范照明。

防范照明; LED手电筒; 配光曲线; 光度学; 色度学

引言

夜深人静是犯罪分子活动频繁的时间。犯罪的频率往往夜间高于白天，夜间能见度低的区域多于能见度比较好的区域[1]，如何有效提高人们夜间活动出行的安全感，便于巡逻人员夜间观察组织防范，使犯罪分子的犯罪心理有效遏制以减少犯罪案件的发生显得尤为重要。夜间照明设施不可能覆盖到城市的所有角落，因此，具有夜间防范功能的移动照明工具(如手电筒)有着广阔的发展前景。随着科技社会发展，手电筒单纯的照明功能已无法满足人们现实生活需求，一些特殊环境或特殊用途对手电筒的要求也不尽相同，如照明、通信、勘探、搜救、娱乐等。近年来，人们安全意识逐渐提高，具有夜间防范功能手电筒逐渐开始为人们重视。与传统手电筒相比, 夜间防范型手电筒大多采用LED 作为光源,具有较强的抗冲击能力[2]，而LED光源其省电、耐用、亮度高、体积小、方便携带等诸多优点，也使之在众多领域有着广泛发展[3-4]。照明环境会对人体的生理和心理产生刺激[5-6]，夜间防范型手电筒一般包括强光、弱光、爆闪等功能，可以根据不同的照明环境选用不同的照亮模式，已达到最佳的照明及示警防范及救援功能，能够给使用者带来足够的心理舒适与安全感。

本文选用一款夜间防范手电筒并对其进行光谱、光通量、色温、显色指数、色坐标及配光曲线等一系列的光度学及色度学参数进行测试，了解其性能及特点，为更好的研究利用防范照明奠定基础。

1 实验测试

实验选用型号为ZY4623的夜间防范型手电筒，额定电压为DC3.7 V，额定容量2.2 Ah，光源LED额定功率3 W。

1.1 配光曲线测试

测试使用某公司GMS-1800型旋转式分布光度计对待测照明产品进行配光曲线测试。GMS-1800旋转灯具式分布光度计是根据CIE、IESNA、国家标准等要求，通过旋转灯具，测量室内照明灯具、投光灯具、道路照明灯具的空间光强分布及多种光度参数。本次实验测试的ZY4623型夜间防范型手电筒相对传统灯具体积小，可选用单立柱工作，在安装灯具时应保证灯的发光中心与十字激光校准中心重合，系统在c-γ测试平面坐标系内测量，由于夜间防范型手电筒发出光线具有明显的轴对称性，因此，灯具在垂直轴方向的转动步长大小对实际测量结果影响不大，但在水平轴内的转动会使灯具的照射方向由正对探测器逐渐背向探测器，所以水平轴转动步长的选定对测量结果有明显影响，本次测试选定垂直轴转动步长45°，水平轴转动步长2°。

1.2 爆闪频率测试

利用某公司的教学实验室虚拟仪器套件(NI ELVIS)测试该夜间防范手电的爆闪模式下爆闪频率。ELVIS平台通过USB与电脑连接，将整个系统置于黑暗环境下，开启手电爆闪模式对准光敏电阻，在电脑页面打开软件即可测试爆闪模式下闪烁频率。

1.3 光源光色综合测试

实验采用光电综合测试系统对防范手电强光模式进行光谱测试。该系统包括直径为1m专用积分球、型号为SL-300型光谱辐射分析仪、高精度恒流电源及功率计。积分球主要由被测光源、档屏、出光口、光纤四部分组成。积分球内壁涂有近似朗伯漫反射涂料，由积分球内壁反射的光通量所形成的附加照度与光源光通量成正比。光源放在积分球中心，光源经过球内壁无数次的漫反射，由光纤入口接收一部分平均光信号，由此计算光源的光色参数。

2 结果及分析

2.1 配光曲线

利用GMS-1800型旋转式分布光度计对待测照明产品进行配光曲线测试，测试结果如图1所示。

图1 配光曲线Fig.1 Light distribution

由测试结果可知，该防范手电空间光强分布曲线是一狭窄条状，发光强度较强的部分集中在光线照射方向上很小的立体角范围，光强最大点在光斑中心，高达428.2 cd，能实现在强光照射模式下对较远距离物体有很高照度的照明，使用者能看到较远距离路面及路上的环境情况，便于及早发现不安全隐患或危险信息并做出合理保护措施。

2.2 爆闪频率

ELVIS平台测试频闪频率的结果如图2所示。由测试结果可知，夜间防范手电的爆闪频率约为7.6 Hz，小于暗环境下临界融合频率(CFF)，接近人眼感知的最敏感频率，在夜晚环境下能较为容易地为人识别，能达到危险情况下较好的示警防范救援作用。另外，如果夜晚出行遭遇人为危害，将该手电对准歹徒眼睛开启爆闪模式，突然的强光闪烁会导致短暂致盲，可帮助受害人在关键时刻逃离或自我防卫。因此爆闪模式具有效果更好的夜间防范作用。

图2 爆闪频率曲线Fig.2 Frequency curve for blasting flash

2.3 光谱及光色参数

利用光电综合测试系统对防范手电筒强光模式下发光光谱测试结果如图3所示；色坐标如图4所示；光色参数测试结果见表1。

图3 发光光谱Fig.3 Light spectrum

图4 色坐标Fig.4 Color coordinates

光通量/(lm)相关色温/(K)显色指数色坐标发光效率/(lm/W)107.06762476.8(0.29520.2996)35.69

由图3可知，该光谱的两个峰值分别为448 nm和550 nm，为典型的蓝光激发黄色荧光粉发白光，其中短波长部分所占功率比例较多，通常采用可见光光谱中小于500 nm 光谱能量的百分比来描述 LED 光源的光谱特征，该光谱中小于500 nm 光谱能量的百分比为32.5%,光谱辐射成分中含有较多短波可见光成分的白光光源的人脸辨认距离效果较黄光光源有更好的效果，但短波成分与色温二者之间需要达到一个合适的值，研究表明：光谱中小于500 nm 光谱能量的百分比为21.4%，色温为4000 K时，光源照明对人体皮肤接近的黄色识别最有利[7-9]。该手电筒色温为7624 K，远远高出4000 K，另外短波成分会在一定程度上降低光源的发光效率，半导体发光机理不同于白炽灯，在接近光源额定功率时，由于芯片温度的升高和载流子复合效率减小往往会造成发光效率会减小，因此在今后设计使用中要特别注重光源选择和光源的散热问题[10]。该光源显色指数高达76.8，能使行人在较远距离看清对面路人的面部表情，以便及时察觉对方的意图。色坐标为(0.2952 0.2996)，接近D65色坐标(0.3127 0.3291)，如图4所示。白光照明可以降低抢劫、偷窃等犯罪程度，可以降低对犯罪行为的恐惧，高色温冷白光用于夜晚照明，更有利于达到防范目的，能够给使用者足够的心理舒适与安全感[9]。

3 结论

本文选用型号为ZY4623的夜间防范型手电筒，通过对其发光光谱、光通量、色温、显色指数、色坐标及配光曲线等一系列的光度学与色度学参数及爆闪频率进行了测试，得到主要结论如下：

(1)夜间防范型手电筒空间光强分布曲线为一狭窄条状。此配光方式能使光线集中在照射方向较小的立体角范围，实现强光照射模式下较远距离照亮，使用者能看到较远距离路面及路上的环境情况，便于及早发现不安全隐患或危险信息并做出合理保护措施。

(2)夜间防范型手电筒的爆闪频率为7.6 Hz，接近人眼黑暗环境下最敏感频率，能容易的被人识别发现，具有明显示警防范救援作用。另外，在夜晚遇到非法侵害时，突然的强光闪烁会使人短暂致盲，可帮助受害人在关键时刻逃离或自我防卫。因此爆闪模式具有效果更好的夜间防范作用。

(3)夜间防范型手电筒的高色温冷白光源，色温为7624 K,色坐标为(0.2952, 0.2996)，显色指数为76.8，能使行人在更远距离看清对面路人的面部表情，以便及时察觉对方的意图，规避非法侵害。高色温冷白光用于夜晚照明，更有利于达到防范目的，能够给使用者足够的心理舒适与安全感,但今后设计需要合理设计短波成分含量与色温，以达到最佳照明效果。

目前，国内针对夜间防范照明的研究较少，关于夜间防范照明的理论也十分有限。本文针对特定型号的夜间防范型手电筒，对其光色参数进行测试研究，为日后更好的研究利用夜间防范照明奠定基础。

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[8] 杨秀,郝洛西.光源光谱能量分布对行人视觉作业的影响研究回顾[J].照明工程学报,2012,23(6):38-42.

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The Colorimetric and Photometric Test of Anti-threat LED Lighting Products

Xing Mingshu， Xu Guangqiang， Zhang Jinghui， Lin Jie，Yang Yi， Yu Fangnan,Yu Hongfei, Lin Jiaxiang, Cao Guanying

(ResearchInstituteofPhotonics,DalianPolytechnicUniversity,Dalian116034,China)

In the paper, an Anti-threat lighting LED torch with the type of ZY4623 was investigated for a better understanding and application of Anti-threat lighting products. The blasting flash frequency, colorimetric and photometric parameters, such as light spectrum, luminous flux, colour temperature, colour rendering index, chromaticity coordinate and the light spatial distribution curve, were tested and analyzed. The results show that the color coordinates is(0.2952, 0.2996), the color temperature is 7624K, the color rendering index reaches 76.8; flashing frequency is 7.6 Hz. The light distribution curve is a narrow strip shape, the light intensity distribution in the light irradiation direction with the small solid Angle range which can realize remote light. Therefore it’s suitable for the application of anti-threat lighting at night.

anti-threat lighting; lED torch; Light distribution curve; photometry; colorimetry

辽宁省自然基金项目(2014026004)，大连工业大学创新创业训练计划项目(201410152196) 通信作者： 曹冠英，E-mail: gycao@dlpu.edu.cn

TN312.8 TN206

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.02.006