1 引言

輻射危害已被世界衛(wèi)生組織(WHO)明確為與“水、空氣、噪聲”并列的人類所面臨的四大環(huán)境安全問題之一。光學(xué)輻射是輻射的重要組成部分，也是與人類接觸最密切的輻射波段。光源和照明領(lǐng)域研究的光輻射安全問題主要是光學(xué)輻射對人體的傷害問題。

光輻射危害包括了紫外光、可見光和紅外光輻射對人體組織的損傷，一般研究對象主要是人眼和皮膚。眼睛是人最重要的感覺器官之一，它的構(gòu)造十分復(fù)雜，且自身修復(fù)能力較弱，最易受到光學(xué)輻射傷害，如過強(qiáng)的藍(lán)光容易引起視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞的光化學(xué)損傷、過強(qiáng)的熱輻射會引起視網(wǎng)膜的熱損傷等。光輻射波段與眼睛作用區(qū)域?qū)?yīng)關(guān)系見圖1。

圖1 光輻射波段與眼睛作用區(qū)域

近年來，國際上光生物學(xué)研究快速發(fā)展，尤其2002 年后通過對人類第三種非視覺細(xì)胞的研究，光輻射對生理節(jié)律及內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響等基礎(chǔ)研究，人們對光源的使用和潛在的問題更加重視。目前已知的主要的幾種光輻射危害引起的病癥有：光致角膜炎和光致結(jié)膜炎、白內(nèi)障、視網(wǎng)膜灼傷、視網(wǎng)膜藍(lán)光危害、皮膚曬黑、紫外紅斑、皮膚老化、皮膚癌等。

2LED汽車前照燈光輻射安全標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

2.1 LED光輻射安全國際研究機(jī)構(gòu)

(1)國際非電離輻射防護(hù)委員會(ICNIRP)

ICNIRP根據(jù)對生物物理數(shù)據(jù)的評估提供推薦曝光限值， 并且出版非相干光源和激光束的光輻射安全方面的指導(dǎo)方針。對于 LED，ICNIRP 建議遵循非相干光源的指導(dǎo)方針。

(2)國際照明委員會(CIE)

CIE 第六分部成立了相應(yīng)的技術(shù)委員會，研究LED光輻射對人眼睛傷害的評價(jià)。2002 年發(fā)布了針對 LED 等非相干光源的光生物安全標(biāo)準(zhǔn) CIE S009， 并將該標(biāo)準(zhǔn)推薦給 IEC 作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)國際電工委員會(IEC)

1993 年起，LED產(chǎn)品的光輻射安全要求被納入IEC 60825《激光產(chǎn)品的安全》中，并按激光產(chǎn)品的要求進(jìn)行規(guī)范。但LED與激光不同，因此在2007年發(fā)布的IEC 60825-1《激光產(chǎn)品的安全第1部分設(shè)備分類和要求》第二版中，LED產(chǎn)品不再按照激光產(chǎn)品來考慮。2008年10月召開的IEC/TC76 會議上，正式?jīng)Q定將所有LED產(chǎn)品的光輻射安全全部納入非激光類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) IEC 62471《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》范圍內(nèi)。

近年來， IEC/TC76加快了光生物安全的標(biāo)準(zhǔn)化工作，LED的光生物安全性的研究及標(biāo)準(zhǔn)化工作已成為CIE和IEC的熱點(diǎn)議題，相關(guān)的光生物安全標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)頒布。

2012年6月，IEC發(fā)布了IEC/TR 62778《IEC 62471中關(guān)于藍(lán)光對光源和燈具的危害評估的應(yīng)用》，作為對光源和燈具藍(lán)光危害的評價(jià)指南，對于光源和燈具的藍(lán)光評價(jià)具有重要的指導(dǎo)意義。

2.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

我國于2006年發(fā)布實(shí)施了GB/T 20145-2006《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》，作為對于所有燈和照明設(shè)備通用的安全性標(biāo)準(zhǔn)。

目前，LED汽車前照燈直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是2011年發(fā)布的GB 25991-2010 《汽車用LED前照燈》，該標(biāo)準(zhǔn)對汽車用LED前照燈及LED模塊和電子光源控制器的一般要求進(jìn)行了規(guī)定、對汽車用LED前照燈的配光性能、光色、光源、顯色性、配光性能穩(wěn)定性、照度和色度溫度穩(wěn)定性、塑料配光鏡和塑料光學(xué)組件、耐溫度循環(huán)、極性反接和過電壓等提出了技術(shù)要求并規(guī)定了相應(yīng)的測試方法，但該標(biāo)準(zhǔn)未涉及LED汽車前照燈的光輻射安全要求及測量方法。

3 LED汽車前照燈光輻射安全研究

3.1 LED汽車前照燈光輻射危害主要來源

在IEC 62471-2006中，提出的主要光輻射危害：

皮膚和眼睛的光化學(xué)危害(200~400 nm);

眼睛近紫外危害(315~400 nm);視網(wǎng)膜藍(lán)光光化學(xué)危害(300~700 nm) ;

網(wǎng)膜藍(lán)光光化學(xué)危害含小光源 (300~700 nm) ;

視網(wǎng)膜熱危害(380~1 400 nm) ;

視網(wǎng)膜熱危害微弱視覺刺激(780 ~1 400 nm);

眼睛的紅外輻射危害(780~3 000 nm) ;

皮膚熱危害(380~3 000 nm)。

目前照明用主流白光LED技術(shù)為藍(lán)色LED芯片激發(fā)黃色熒光粉形成白光，采用這種技術(shù)的白光LED當(dāng)其色溫較高時(shí)在短波藍(lán)光波段有一個(gè)較強(qiáng)的峰值，如圖2所示的色溫為5 186 K的高色溫LED光源，峰值波長在440 nm左右，視網(wǎng)膜藍(lán)光光化學(xué)危害(簡稱藍(lán)光危害)是最主要考慮的危害類型。

圖2 色溫為5186K的LED光源的相對光譜能量分布圖

另外的白光LED技術(shù)(如紫外LED激發(fā)紅綠藍(lán)熒光粉的技術(shù))除需要考慮藍(lán)光危害外還需要考慮紫外危害，但目前該技術(shù)尚未完全成熟，本文暫不展開討論。

因此，對于汽車用LED前照燈光輻射安全的研究主要是針對其藍(lán)光危害的研究。

3.2 LED汽車前照燈藍(lán)光危害

3.2.1 LED汽車前照燈藍(lán)光危害分級方法和使用限制

根據(jù)IEC 62471中提出的光輻射安全危害分級方法，可將LED汽車前照燈藍(lán)光危害分為四個(gè)組別：豁免、低危險(xiǎn)、中等危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)，針對藍(lán)光危害而言，在相應(yīng)的評價(jià)位置上危險(xiǎn)組別與對人眼造成藍(lán)光危害所需最大曝幅時(shí)間的關(guān)系如表1所示。

表1 對人眼造成藍(lán)光危害所需最大曝幅時(shí)間與危險(xiǎn)組別的關(guān)系

從表1可知，對于RG3的高危險(xiǎn)組別來說，0.25 s內(nèi)就能對人眼產(chǎn)生藍(lán)光危害，這在實(shí)際使用中是相當(dāng)危險(xiǎn)的，因此對于LED汽車前照燈來說，RG3高危險(xiǎn)組別產(chǎn)品應(yīng)被禁止使用以保護(hù)人員安全。

對于RG2的中等危險(xiǎn)組別來說，一般人員在受到該組別藍(lán)光輻照時(shí)會進(jìn)行回避，但由于中等危險(xiǎn)組別產(chǎn)生藍(lán)光危害所需時(shí)間比較短、危險(xiǎn)系數(shù)依然較高，在使用中應(yīng)予以相應(yīng)限制。

對于RG0和RG1組別來說，由于產(chǎn)生藍(lán)光危害所需時(shí)間較長，除需長時(shí)間注視等特殊情況外，一般不會造成藍(lán)光危害，因此無需限制使用。

3.2.2 LED汽車前照燈藍(lán)光危害快速評價(jià)方法

為方便對LED汽車前照燈的藍(lán)光危害進(jìn)行測量和評價(jià)，需引入以下參數(shù)：[!--empirenews.page--]

(1)照度閾值(threshold illuminance，Ethr)

照度的閾值，不考慮光源的 LB值，照度低于這個(gè)閾值的光源，不會引起tmax<100 s。

(2)光輻射的藍(lán)光危害效能(blue light hazardefficacy of luminous radiation，KB，v)，光輻射的藍(lán)光危害效能用 W/lm表達(dá)，其值為藍(lán)光危害加權(quán)量與相應(yīng)光度量的商，即

在上述兩個(gè)重要參數(shù)中，照度閾值Ethr用于對RG1/RG2邊界條件的判斷，由于RG0和RG1的光源和燈具的使用不受限制，為了方便對藍(lán)光危害進(jìn)行快速評價(jià)，只需重點(diǎn)考慮如何判定被測物是在RG1或RG2即可;光輻射的藍(lán)光危害效能KB，V用于建立藍(lán)光危害加權(quán)量與光度參數(shù)的關(guān)系，簡化被測樣品光譜中藍(lán)光成分的加權(quán)值與總光譜分布的關(guān)系，計(jì)算出Ethr，用于后續(xù)評價(jià)。

LED汽車前照燈藍(lán)光危害的快速評價(jià)具體如下：

參考IEC/TR 62778《IEC 62471中關(guān)于藍(lán)光對光源和燈具的危害評估的應(yīng)用》提出的亮度守恒定律，即如果初級光源的亮度(或輻亮度)已知，那么它對應(yīng)的藍(lán)光危害值即為含有這些光源所有照明產(chǎn)品的上限值，因此初級光源的藍(lán)光危害數(shù)據(jù)可以在芯片、上限值，因此初級光源的藍(lán)光危害數(shù)據(jù)可以在芯片、藍(lán)光危害信息傳遞到下一水平產(chǎn)品，如果光源在燈具內(nèi)的工作條件與進(jìn)行元件測量時(shí)的條件相似，不要求附加的測量。如果需要精確衡量燈具在使用了包括漫射透光罩等措施后減弱了的藍(lán)光危害，可以通過附加測量進(jìn)行驗(yàn)證，如果沒有進(jìn)行測量，初始光源的初始藍(lán)光危害值即作為藍(lán)光危害的最差估計(jì)。

如果在初始光源的亮度測量得到的LB 值在RG0(0 W/(m2sr)到100 W/(m2sr))或RG1(100 W/(m2sr)到10 000 W/(m2sr))區(qū)域。它不可能到 RG2，無需考慮光度系統(tǒng)的類型和應(yīng)用距離，該數(shù)據(jù)可以傳遞到基于該初始光源的所有產(chǎn)品。

如果在初始光源的亮度測量得到的LB值在RG2(10 000 W/(m2sr )到4 000 000 W/(m2sr))，根據(jù)應(yīng)用的情況，其最終產(chǎn)品可能在RG2內(nèi)。這里就需要用到Ethr，只有當(dāng)在觀察位置的照度高于閾值 Ethr，才可能出現(xiàn)RG2的情況。

綜上所述，對于LED汽車前照燈，可以通過測量前照燈中用到的LED器件或模塊，如果它們屬于RG0或者RG1，利用亮度守恒定律，那么整燈就無需再做測量，對于RG2的LED器件或模塊，只需要測量出應(yīng)用該種LED器件或模塊對應(yīng)的距離即可，只要使用距離大于閾值Ethr對應(yīng)的距離就不會出現(xiàn)RG2的情況。

關(guān)于如何使用評價(jià)數(shù)據(jù)，在得到閾值Ethr對應(yīng)的距離后，需要確認(rèn)該距離在LED汽車前照燈實(shí)際使用中是否容易造成對相關(guān)人員的危害，同時(shí)綜合考慮配光性能、眩光等要求，采取適用于LED汽車前照燈的藍(lán)光危害控制措施。

3.2.3 LED汽車前照燈藍(lán)光危害測量方法

LED汽車前照燈的光束窄，發(fā)光角度小，及給光譜輻照度和輻亮度的測量帶來了新的挑戰(zhàn)。

測量應(yīng)在藍(lán)光危害最大的方向進(jìn)行，在不考慮光譜空間方向差異性的情況下，通常認(rèn)為光強(qiáng)最大的方向?yàn)槲：ψ畲蟮姆较颉?/p>

對于輻亮度測量來說，由于發(fā)光面存在不均勻性，輻亮度最大值的測量應(yīng)為真實(shí)輻亮度值，即測量時(shí)不能包括燈具表面陰影部分面積以免測量數(shù)據(jù)低于真實(shí)值。

對于輻照度測量來說，當(dāng)近距離測量時(shí)應(yīng)注意避免由于測量探頭受光面照度不均勻帶來的測量誤差。

4 結(jié)語

測量 LED器件或模塊的藍(lán)光危害，并將其應(yīng)用到LED前照燈藍(lán)光危害的測量，這樣可大大降低LED前照燈的測量成本，并將其藍(lán)光危害降到最低，有利于促進(jìn)LED前照燈的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品推廣。