LED汽车前照灯光辐射安全研究

By | 2020年7月24日

  1 引言


  辐射危害已被世界卫生组织(WHO)明白为与“水、空气、噪声”并列的人类所面对的四年夜环境平安成绩之一。光学辐射是辐射的首要组成局部,也是与人类接触最亲密的辐射波段。光源以及照明畛域钻研的光辐射平安成绩次要是光学辐射对人体的损伤成绩。


  光辐射危害包罗了紫外光、可见光以及红外光辐射对人体组织的伤害,普通钻研工具次要是人眼以及皮肤。眼睛是人最首要的觉得器官之一,它的结构非常复杂,且本身修复才能较弱,最易遭到光学辐射损伤,如过强的蓝光容易惹起视网膜上的感光细胞的光化学伤害、过强的热辐射会惹起视网膜的热伤害等。光辐射波段与眼睛作用区域对应关系见图1。



  图1 光辐射波段与眼睛作用区域


  最近几年来,国内上光生物学钻研疾速倒退,尤为2002 年后经过对人类第三种非视觉细胞的钻研,光辐射对生理节律及内排泄零碎的影响等根底钻研,人们对光源的应用以及潜正在的成绩愈加注重。今朝已知的次要的几种光辐射危害惹起的症状有:光致角膜炎以及光致结膜炎、白内障、视网膜灼伤、视网膜蓝光危害、皮肤晒黑、紫外红斑、皮肤老化、皮肤癌等。


  2 LED汽车前照灯光辐射平安规范化近况


  2.1 LED光辐射平安国内钻研机构


  (1)国内非电离辐射防护委员会(ICNIRP)


  ICNIRP依据对生物物理数据的评价提供保举暴光限值, 而且出书非相关光源以及激光束的光辐射平安方面的指点方针。关于 LED,ICNIRP 倡议遵照非相关光源的指点方针。


  (2)国内照明委员会(CIE)


  CIE 第六分部成立了相应的技巧委员会,钻研LED光辐射对人眼睛损伤的评估。2002 年公布了针对 LED 等非相关光源的光生物平安规范 CIE S009, 并将该规范保举给 IEC 作为产业规范。


  (3)国内电工委员会(IEC)


  1993 年起,LED产物的光辐射平安要求被归入IEC 60825《激光产物的平安》中,并按激光产物的要求进行标准。但LED与激光没有同,因而正在2007年公布的IEC 60825-1《激光产物的平安第1局部设施分类以及要求》第二版中,LED产物再也不依照激光产物来思考。2008年10月召开的IEC/TC76 会议上,正式决议将一切LED产物的光辐射平安全副归入非激光类产物规范 IEC 62471《灯以及灯零碎的光生物平安性》范畴内。


  最近几年来, IEC/TC76放慢了光生物平安的规范化工作,LED的光生物平安性的钻研及规范化工作已成为CIE以及IEC的热点议题,相干的光生物平安规范也陆续颁发。


  2012年6月,IEC公布了IEC/TR 62778《IEC 62471中对于蓝光对光源以及灯具的危害评价的使用》,作为对光源以及灯具蓝光危害的评估指南,关于光源以及灯具的蓝光评估具备首要的指点意思。


  2.2 国际规范化近况


  我国于2006年公布施行了GB/T 20145-2006《灯以及灯零碎的光生物平安性》,作为关于一切灯以及照明设施通用的平安性规范。


  今朝,LED汽车前照灯间接相干的规范是2011年公布的GB 25991-2010 《汽车用LED前照灯》,该规范对汽车用LED前照灯及LED模块以及电子光源管制器的普通要求进行了规则、对汽车用LED前照灯的配光功能、光色、光源、显色性、配光功能稳固性、照度以及色度温度稳固性、塑料配光镜以及塑料光学组件、耐温度轮回、极性反接以及过电压等提出了技巧要求并规则了相应的测试办法,但该规范未触及LED汽车前照灯的光辐射平安要求及丈量办法。


  3 LED汽车前照灯光辐射平安钻研


  3.1 LED汽车前照灯光辐射危害次要起源


  正在IEC 62471-2006中,提出的次要光辐射危害:


  皮肤以及眼睛的光化学危害(200~400 nm);


  眼睛近紫外危害(315~400 nm);视网膜蓝光光化学危害(300~700 nm) ;


  网膜蓝光光化学危害含小光源 (300~700 nm) ;


  视网膜热危害(380~1 400 nm) ;


  视网膜热危害强劲视觉安慰(780 ~1 400 nm);


  眼睛的红外辐射危害(780~3 000 nm) ;


  皮肤热危害(380~3 000 nm)。


  今朝照明用支流白光LED技巧为蓝色LED芯片激起黄色荧光粉构成白光,采纳这类技巧的白光LED当其色温较高时正在短波蓝光波段有一个较强的峰值,如图2所示的色温为5 186 K的高色温LED光源,峰值波长正在440 nm阁下,视网膜蓝光光化学危害(简称蓝光危害)是最次要思考的危害类型。



  图2 色温为5186K的LED光源的绝对光谱能量散布图


  另外的白光LED技巧(如紫外LED激起红绿蓝荧光粉的技巧)除了需求思考蓝光危害外还需求思考紫外危害,但今朝该技巧还没有齐全成熟,本文暂没有开展探讨。


  因而,关于汽车用LED前照灯光辐射平安的钻研次要是针对其蓝光危害的钻研。

 

  3.2 LED汽车前照灯蓝光危害


  3.2.1 LED汽车前照灯蓝光危害分级办法以及应用限度


  依据IEC 62471中提出的光辐射平安危害分级办法,可将LED汽车前照灯蓝光危害分为四个组别:豁免、低风险、中等风险、高风险,针对蓝光危害而言,正在相应的评估地位上风险组别与对人眼造成蓝光危害所需最年夜曝幅工夫的关系如表1所示。


  表1 对人眼造成蓝光危害所需最年夜曝幅工夫与风险组此外关系



  从表1可知,关于RG3的高风险组别来讲,0.25 s内就能对人眼孕育发生蓝光危害,这正在实际应用中是相称风险的,因而关于LED汽车前照灯来讲,RG3高风险组别产物应被制止应用以维护职员平安。


  关于RG2的中等风险组别来讲,普通职员正在遭到该组别蓝光辐照时会进行逃避,但因为中等风险组别孕育发生蓝光危害所需工夫比拟短、风险系数仍然较高,正在应用中应予以相应限度。


  关于RG0以及RG1组别来讲,因为孕育发生蓝光危害所需工夫较长,除了需长期凝视等非凡状况外,普通没有会造成蓝光危害,因而无需限度应用。


  3.2.2 LED汽车前照灯蓝光危害疾速评估办法


  为不便对LED汽车前照灯的蓝光危害进行丈量以及评估,需引入如下参数:


  (1)照度阈值(threshold illuminance,Ethr)


  照度的阈值,没有思考光源的 LB值,照度低于这个阈值的光源,没有会惹起tmax<100 s。


  (2)光辐射的蓝光危害效力(blue light hazardefficacy of luminous radiation,KB,v),光辐射的蓝光危害效力用 W/lm表白,其值为蓝光危害加权量与相应光怀抱的商,即


  正在上述两个首要参数中,照度阈值Ethr用于对RG1/RG2鸿沟前提的判别,因为RG0以及RG1的光源以及灯具的应用没有受限度,为了不便对蓝光危害进行疾速评估,只要重点思考若何断定被测物是正在RG1或RG2便可;光辐射的蓝光危害效力KB,V用于建设蓝光危害加权量与光度参数的关系,简化被测样品光谱中蓝光成份的加权值与总光谱散布的关系,较量争论出Ethr,用于后续评估。


  LED汽车前照灯蓝光危害的疾速评估详细以下:


  参考IEC/TR 62778《IEC 62471中对于蓝光对光源以及灯具的危害评价的使用》提出的亮度守恒定律,即假如高级光源的亮度(或辐亮度)已知,那末它对应的蓝光危害值即为含有这些光源一切照明产物的下限值,因而高级光源的蓝光危害数据能够正在芯片、下限值,因而高级光源的蓝光危害数据能够正在芯片、蓝光危害信息通报到下一程度产物,假如光源正在灯具内的工作前提与进行元件丈量时的前提类似,没有要求附加的丈量。假如需求准确权衡灯具正在应用了包罗漫射透光罩等措施后削弱了的蓝光危害,能够经过附加丈量进行验证,假如不进行丈量,初始光源的初始蓝光危害值即作为蓝光危害的最差预计。


  假如正在初始光源的亮度丈量失去的LB 值正在RG0(0 W/(m²sr)到100 W/(m²sr))或RG1(100 W/(m²sr)到10 000 W/(m²sr))区域。它不成能到 RG2,无需思考光度零碎的类型以及使用间隔,该数据能够通报到基于该初始光源的一切产物。


  假如正在初始光源的亮度丈量失去的LB值正在RG2(10 000 W/(m²sr )到4 000 000 W/(m²sr)),依据使用的状况,其终极产物可能正在RG2内。这里就需求用到Ethr,只有当正在察看地位的照度高于阈值 Ethr,才可能呈现RG2的状况。


  综上所述,关于LED汽车前照灯,能够经过丈量前照灯顶用到的LED器件或模块,假如它们属于RG0或许RG1,行使亮度守恒定律,那末整灯就无需再做丈量,关于RG2的LED器件或模块,只要要丈量出使用该种LED器件或模块对应的间隔便可,只需应用间隔年夜于阈值Ethr对应的间隔就没有会呈现RG2的状况。


  对于若何应用评估数据,正在失去阈值Ethr对应的间隔后,需求确认该间隔正在LED汽车前照灯实际应用中能否容易造成对相干职员的危害,同时综合思考配光功能、眩光等要求,采取实用于LED汽车前照灯的蓝光危害管制措施。


  3.2.3 LED汽车前照灯蓝光危害丈量办法


  LED汽车前照灯的光束窄,发光角度小,及给光谱辐照度以及辐亮度的丈量带来了新的应战。


  丈量应正在蓝光危害最年夜的标的目的进行,正在没有思考光谱空间标的目的差别性的状况下,通常以为光强最年夜的标的目的为危害最年夜的标的目的。


  关于辐亮度丈量来讲,因为发光面存正在没有平均性,辐亮度最年夜值的丈量应为实在辐亮度值,即丈量时不克不及包罗灯具外表暗影局部面积以避免丈量数据低于实在值。


  关于辐照度丈量来讲,当近间隔丈量时应留意防止因为丈量探头受光面照度没有平均带来的丈量偏差。


  4 结语


  丈量 LED器件或模块的蓝光危害,并将其使用到LED前照灯蓝光危害的丈量,这样可年夜年夜升高LED前照灯的丈量老本,并将其蓝光危害降到最低,无利于促成LED前照灯的技巧开发以及产物推行。


 


编纂:Cedar