姜中蛟等．ＬＥＤ光辐射安全性检测与分析 ＬＥＤ光辐射安全性检测与分析 姜中蛟 胡良勇 韩世洋 （广州计量检测技术研究院，国家光电成像显示产品质量监督检验中心，广东广州５１００３０） 摘要：为了掌握影响ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）灯光辐射安全性的主要因素，更加科学合理地预防和控制ＬＥＤ灯光辐射对人体带来的生物危害。通过实 际对ＬＥＤ的光谱辐照度、光谱辐亮度、表观光源等参数的测试，有效的评价辐射安全性，从而提出影响ＬＥＤ灯的辐射安全的因素。通过相关问题的思考和 建议，将为预防和减少ＬＥＤ灯的生物危险发挥积极作用。 关键词：ＬＥＤ；辐射安全；检测；分析 中图分类号：０５３６ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４６０．４０３０ 、Ｄ０Ｉ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４—６９４１．２Ｏｌ７．０８．０５０ Ｔｈｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＬＥＤ Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓａｆｅｔｙ Ｊｉａｎｇ Ｚｈｏｎｇｊｉａｏ Ｈｕ Ｌｉａｎｇｙｏｎｇ Ｈａｎ Ｓｈｉｙａｎｇ １ 引言 网膜上的有效辐射照度与光源的有效辐射亮度有关，因 此可以通过测试有效辐射亮度来评价光辐射对视网膜造 成的危害。一般有两种方法ｉ贝０试该有效辐射亮度；成像 法和替代法。 被测灯 一一 一一一 一一一一．一．一一．一一一一一一．一一 城市流光溢彩的ＬＥＤ灯饰了，高塔、大厦外闪烁变 化的图案和壮观的ＬＥＤ电子屏，让古老的城市惊艳登 场，焕发青春。ＬＥＤ作为人类高科技的产品，作为２１世 纪的绿色光源，它前途灿烂，它将无处不在，但也给人们 带来一丝丝忧虑。 由于ＬＥＤ是窄光束、高亮度的发光器件，并用蓝光 芯片激发，会对人眼、皮肤产生危害。因此，人们逐渐开 始关注ＬＥＤ产品在使用过程中的生物安全性。又由于 ＥＤ大面积用于广场、场馆等地的照明，以及装饰照明 Ｌ等，是否会人体产生伤害，是否会对环境产生污染，越来 越引起受到社会各界的广泛关注。 ２检测方案 视 接收部分 ＬＥＤ光辐射所造成的生物危害主要是由光谱辐射 量决定的。因此实验室对ＬＥＤ灯辐射安全测试主要是 对光谱辐照度测试、光谱辐亮度测试、表观光源等四项内 容进行测试。 图１有效辐照度测试 ２．１ 有效辐照度和辐亮度测试 ２．１．１有效辐照度测试 因为对于皮肤表面或眼睛表面（角膜等），受到的光 辐射危害和单位时间单位面积上受到的有效辐射能量即 有效辐照度有关，因此为了评价这些危害需要测试有效 辐照度，测试系统结构如图１。 ２．１。２有效辐亮度测试 图２成像法测试有效辐亮度 与皮肤和眼睛表面受到的光辐射危害类似，视网膜 上受到的光辐射危害与视网膜上有效辐照度有关。但是 我们无法对视网膜上的有效辐照度进行测试，而由于视 收稿日期：２０１７—０３—２８ 成像法（标准方法）。如图２所示，成像法有效辐亮 度的测试就是测试有效视场角 内的平均亮度，由光阑 《计量与Ｉ科试技术》２０１７车第４４卷第８期 孔径Ｄ限值接收的光能，由光圈Ｆ视场角，最后被 如今的白光ＬＥＤ主要通过三种方式获得：一是利用 积分球接收，但是成像法测量比较麻烦，可用替代方法， 见图３。 ‘，Ｇ－蓝光ＬＥＤ芯片激发荧光粉出射白光；二是利用紫外线激 发荧光粉出射白光；三是利用ＲＧＢ三色芯片混合发白 光。其中较常见的是利用蓝光芯片激发荧光粉的白光 －－－－ 一被测灯 测试距离ｒ ＬＥＤ产品，故选取一个白光ＬＥＤ灯做为试验样品。 测试条件１： 灯具出射孔径为２．５ｅｒａ，不加视场光阑，灯具出射面 王 球孔 距离光接收头１ｍ。灯电流０．４１７Ａ，电压１２Ｖ直流，功率 ５Ｗ。 ＼ 场阑 （１）测试结果 ①光谱辐射分布如图５。 ②光照度Ｅｖ：８６．３Ｉｘ 图３替代法测试有效辐亮度 （１）替代原理：ｒ＝Ｆ／ｒ：ｏｔ （有效视场角） Ｅ＝￡力 ③辐射照度Ｅｅ：２８．８３ｕＷ／ｅｍ ④视网膜蓝光危害有效辐射照度ＥＢ：７．０７ｕｗ／ｃｍ ； 学 （２）探测器孔径Ｄ：与标准方法相同。 （３）测试距离：与成像法中被测灯和透镜的距离ｒ相等。 本文实验采取替代法测试有效辐射亮度。 ２．１．３测试系统 （１）光谱辐射测试系统 光谱辐射测试系统由计算机、光谱仪、光纤、积分球 组成。 图５ ＬＥＤ光谮分布图 （２）结果分析 光栅光谱仪：扫描波长范围（２００～８００）ｎｍ，波长步 根据ＬＥＤ灯出射孔大小和测试结果可知，此时视场 角为： ｏｔｅｆ＝２．５／１００＝０．０２５ｒａｄ 距１ｎｍ或５ｎｍ可选，波长定位精度０．２ｎｍ。 光纤：石英光纤（用于紫外波段测试）和一般光纤两种。 积分球：孑Ｌ径７ｍｍ、２５ｍｍ和５０ｍｍ的积分球三个，选择 此时 对应的曝光时间为５１６．５ｓ时有效视场角。 因为此时 为７．０７ｕＷ／ｃｍ 由公式得： Ｌ口＝４Ｅ ／（７ｒ． ）一１４４．１ 积分球接收是因为它们有理想的余弦响应和去偏光能力。 则Ｌ日・ｔ＝７４４２７．６５＜１０ 即：在１ｍ距离处直接注视该白光ＬＥＤ等５ｌ６．５ｓ不 会造成视网膜的蓝光危害。 而由于曝光时间１００ｓ至１００００ｓ时，有效视场角与 曝光时间的平方根成正比，代入以上两公式得： Ｌ口。ｔ＝４Ｅ８・ｔ／（７ｒ． 图４光谮辐射测试系统 ）＝４００Ｅ ／（７ｒ・０．０１ １２） （２）辅助设备 而本实验测试条件下 值不随有效视场角增大而 变化，因此蓝光危害有效辐亮度Ｌ 与曝光时间ｔ的乘积 不再变化，即：Ｌ８．ｔ＝７４４２７．６５＜１０ ①光学导轨：为保证测试准确性，本文在光学导轨上 进行测试。 ②系统校正：测试之前需要进行系统校正，本文利用 氘灯和测光标准灯配合标准照度计进行测试系统的定标 校正。 氘灯：用于（２００—４００）ｎｍ紫外波段的定标。 测光标准灯：用于（３５０—８００）ｎｍ波段的定标。 ２．２测试白光ＬＥＤ灯 因此，在１ｍ距离处直接注视该白光ＬＥＤ灯５１６．５ｓ 到１００００ｓ这段时间内都不会造成视网膜的蓝光危害。 但随着距离条件的改变，相应的结果也会发生变化。 测试条件２： 同样的该白光ＬＥＤ灯，表观光源大小为直径２．５ｃｍ 的圆斑。出射孔距光接收Ｅｌ １００ｍｍ，光接收ＶＩ直径 姜中毁等：ＬＥＤ光辐射安全性检测与分析 ７ｍｍ。 ３．２表观光源及对弦角的确定 （１）相关参数 ｏ／＝２．５／１０＝２５０ｍｒａｄ＞１００ｍｒａｄ 现行标准在测试分析ＬＥＤ光安全性时一般都会涉 及表观光源和表观光源对弦角的概念。根据ＩＥＣ标准的 定义，表观光源是指在视网膜上形成最小影像的实或虚 ｍｉｎ＝６６．７ 因此Ｏ／取１００ｍｒａｄ，且得： ＝１０．１Ｏ 丁＝１００ｓ Ｃ＾＝ 发光体，如图６所示。表观光源对弦角是Ｏｔ是指表观光 源对眼睛的张角，如图７所示。但是由于人眼的生理限 制，在光生物安全性评价中表观光源对弦角要被在 一（２）测试结果 有效辐射功率 ：９１９．４４１５８８４５ ｕＷ； （３）结果分析 定范围之内： 但是实际情况中的很多光源并不如图６所示的这么 ０）１类ＡＥＬ（可达发射极限）计算 分类时间基准ｔ为１００ｓ，即ｔ＞ ，且此时有效视场 角 为ｌ１ｍｒａｄ，则得：（４００～６００）ａｍ的光化学危害： １．５ｍｒａｄ≤ｏＬ≤１００ｍｒａｄ 简单，因此对这些复杂光源确定表观光源大小就变得十 ＰＡ皿＝３．９×１０一’Ｃ３Ｗ 各波段实际输出功率与对应波段ＡＥＬ ｆｇｔ，Ｔ？＿比的和为： Ｅ …４ＯＯＰＰｆ（ Ａ）一５．。７＞１ ＡＥＬ即：该白光ＬＥＤ超过１类激光产品光化学危害ＡＥＬ 规定。 ②２类ＡＥＬ（可达发射极限）计算 （４００—７００）ｎｍ的ＡＥＬ： ＰＡ皿＝Ｃ６×１０～Ｗ＝６６．７ｒｏｗ 实际输出：Ｐ。 ＝８９８．９２７ｕＷ＜ＰＡ髓 ７００—１４００ｎｍ的ＡＥＬ按照１类ＡＥＬ规定得到： Ｐ眦＝７×１０一Ｃ４ Ｃ６ Ｃ７ 加 Ｗ＝１４．７６４ Ｃ４ｍＷ 各波段实际输出功率对应波段ＡＥＬ值之比的和为： ∑ －ｏ．００ ５＜ 即：该白光ＬＥＤ未超过２类激光产品（４００—７００） ｎｍ热危害ＡＥＬ规定。 综合以上实验分析，被测白光ＬＥＤ产品相当于２类 激光产品危害等级，长期直接注视会对人眼视网膜造成 危害。但是通过有效的测试及评价。可以通过预防措施 来避免受到光辐射的危害。例如，使用ＬＥＤ灯要控制曝 光时间，避免注视光源，或者是标注安全距离等等。 ３分析与讨论 ＬＥＤ灯的光辐射导致人的生物安全是一个相当复 杂的问题，受到居多因素影响。由于实际的应用情节错 综复杂，在处理ＬＥＤ光安全性问题中不可避免的存在几 个棘手的问题。 ３．１极限异常情况的判定 关于ＬＥＤ照射下引起眼睛危害的现实可能的最坏 情节的分析可能会非常复杂，例如在某些情况下，最有害 的观察点可能是在离开光源的某个距离处而不是最近 处。例如红绿灯ＬＥＤ阵列。在极其靠近的距离观察，仅 有一个ＬＥＤ的辐射光成像在人眼中，而在较远距离观察 则是所有ＬＥＤ成像。 分棘手。 （＆）实发光体 （ｂ）虚发光体 图６表观光源例 Ｔ ＤＬ 圈７光源对弦角 要在未来的关于ＬＥＤ的光安全性问题的标准化过 程中很好地解决这些难题的唯一途径就是对实际情况的 深入理解。这既包括对人眼、皮肤组织结构的不断认识， 同时也包括对光生物化学机理的深入认识和对实际应用 场合的充分考虑。 ４结束语 对ＬＥＤ灯光辐射安全性的检测和分析，以期全面了 解ＬＥＤ灯对生物安全影响的主要因素，从而达到通过控 制相关关键因素，尽可能减少ＬＥＤ灯的生物危害，并指 导生产企业提高产品质量和减少出口企业产品出口环节 检测的麻烦和高额的费用，促进出口贸易的增长，有力支 持了当地经济的发展。 由于受到红外部分国家标准溯源的，未对红外 部分具体项目进行详尽的检测和分析，对此，我们将在今 后的工作中会进行进一步的探索和研究。 （下转第１０１页） 张旭等：基于双目立体视觉偏折术的标定 用摄像机和显示器就可以完成标定，降低了标定成本，极 大的提高了标定的灵活性。系统标定完成后，对实际的 镜面物体进行测量，所得到的曲面局部精度可以达到 ４００ｎｍ。对实际物体的实验结果表明了本文提出的方法 的正确性和可行性。 参考文献 ［１］马颂德，张正友．计算机视觉——计算理论与算法基础［Ｍ］．北 京：科学出版社，１９９８：７２—７８． 【２］ｚｈａｎｇ Ｚ．Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃａｍｅｒａ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｖｉｅｗｉｎｇ ａ ｐｌａｎｅ ｆｒｏｍ ｕｎｋｎｏｗｎ 图７待测镜面物体 ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ［Ｃ］．ＩＣＣＶ，１９９９：６６６—６７３． ［３］Ｊ Ｋａｍｉｎｓｋｉ，Ｓ Ｌｏｗｉｔｚｓｃｈ，ＭＣ Ｋｎａｕｅｒ．Ｆｕｌｌ—ｆｉｅｌｄ ｓｈａｐｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｏｆ ｓｐｅｃｕｌａｒ ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｄｂｅｒｇ。２００６：３７２—３７９． ［４］Ｓ Ｌｏｗｉｔｚｓｃｈ，Ｊ Ｋａｍｉｎｓｋｉ，ＭＣ ｋｎａｕｅｒ，ｅＬ Ｖｉｓｉｏｎ ｎｄ ｍｏｄｅｌａｉｎｇ ｏｆ ８ｐｅｃｕ— ｌａｒ ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．Ｖｉｓｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ＆Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．２０１３：４７９～４８６． ［５］Ｙｏｎｇ—Ｌｉａｎｇ Ｘｉａｏ，Ｘｉｎｙｕ Ｓｕ，Ｚｈｉａｓｈａｎｇ Ｙｏｕ．Ｐｏｓｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｇｅｏｍｅｔ— ｒｉｅａｌ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｏｒｆｉｎｇｅ—ｒ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｈｒｅｅ－－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ （ａ）ｘ方向梯度 （ｂ）ｙ方向梯度 ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１３，３０５（３）：１４３—１４６． ［６］ＭＣ Ｋｎａｕｅｒ，Ｊ Ｋａｍｉｎｓｋｉ，Ｇｅｒｄ Ｈ“ａｕｓｌｅｒ．Ｐｈａｓｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｍｅ． 图８待测镜面物体表面梯度 ｔｒｙ：ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｍｅａｓｌｌｅｒ ｓｐｅｃｕｌａｒ ｆｒｅｅ—ｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．ＳＰＩＥ，２００４， ５４５７：３６６—３７７． ［７］袁婷，张蜂，陶小平等．基于相位测量偏折术的反射镜三维面形测 量［Ｊ］．光学学报，２０１６，３６（２）：１０１～１０７． ［８］刘元坤，苏显渝，吴庆阳．基于条纹反射的类镜面三维面形测量方 法［Ｊ］．光学学报，２０１６，２６（１１）：１６３６—１６４０． ［９］梁礼斌，苏显渝，刘元坤．基于双目视觉的相位测量偏折术［Ｊ］． 四川大学学报自然科学版，２００９，４６（２）：３８７～３９１． ［１０］肖永亮，苏显渝，陈文静．基于光束法平差的相位测量偏折术镜 面面形测量．光学学报，２０１１，３１（１２）：１３２—１３８． ［１１］袁婷，张峰，陶小平等．条纹反射法检测光学反射镜面形［Ｊ］．光 图９ 由梯度信息得到的三维信息 子学报，２０１５，４４（９）：８６～９１． ４结论 ［１２］赵文川，苏显渝，刘元坤．基于相位偏折术的非球面镜检测方法 ．双目立体视觉偏折术测量系统的标定对系统的测量 精度具有决定性的影响，传统的单相机相位测量偏折术 系统具有法线歧义性，我们分析了双目立体视觉偏折测 中国激光，２０１０，３７（５）：１３３８～１３４１． 作者筒介：张旭，男，副教授。工作单位：上海市上海大学延长校区。 李祥，李晨，上海大学延长校区机械楼（上海２０００７２）。 量系统的优势，提出了姿态转换几何标定方法，只需要使 （上接第９７页） 参考文献 ［７］ＩＥＣ ６０５９８；２００６，｛Ｇｅｎｅｒｌａ ｅｒｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｎｄａ ｔｅｓｔｅ｝［Ｓ］． ［８］ＩＥＣ ６０３３５—２—２７：２０１２｛Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ａｎｄ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ —［１］姜中蛟，胡良勇等．亚运炫彩与辐射安全［Ｊ］，北京：中国计量， ２０１０。１８０（１１）２５—２６． Ｓａｆｅｔｙ—Ｐａｒｔ ２—２７：Ｐａｒｔｉｃｕｌｒ ｒａｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ印ｐｌｉａｎｃｅｓ ｆｏｒ ｓｋｉｎ ｅｘｐｅ— ｓｕｒｅ ｔｏ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｒｄｉａｔｉｏｎ｝［Ｓ］． ［９］ＩＥＣ６０４３２—１：２００５，《Ｉｎｃａｎｄｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐｓ—ｓｆｅｔａｙ ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ— ［２］ＧＢ／Ｔ２０１４５－－２００６，《灯和灯系统的光生物安全性》［ｓ］．北京：中 国标准出版社，２００６． ｐａｒｔ １：Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｉｆｌｍｅａｎｔ ｌａｍｐｓ ｏｆｒ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｎｄ ａｓｉｍｌａｒ ｇｅｎｅｒａｌ ｌｉｇｈｔｉｎｇ｝［Ｓ］． ［３］ＣＩＥ Ｓ ００９／Ｅ：２００６，《Ｐｈｏｔｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｌａｍｐｓ ｎｄａ Ｉｍｐ ｓｙｓｔｅｍｓ｝ ［Ｓ］． 作者简介：姜中蛟，男，工程师。工作单位：广州计量检测技术研究院，国家 ［４］ＣＩＥ Ｓ ００９／Ｅ一２：２００９，《Ｐｈｏｔｏｌｏｇｉｅａｌ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｌａｍｐｓ ａｎｄ Ｉｍｐ ｓｙｓ－ ｔｅｒｎｓ｝第二部分：非激光光辐射安全性的制造要求指南》［Ｓ］． ［５］ＩＥＣ ６２４７１：２００６，《ＬＥＤ灯光生物安全测试及认证》［ｓ］． ［６］ＥＮ６２４７１：２００６，（（ＬＥＤ灯光生物安全测试及认证》［ｓ］． 光电成像显示产品质量监督检验中心。 胡良勇，韩世洋，广州计量检测技术研究院，国家光电成像显示产品质 量监督检验中心（广州５１００３０）。
