2021年2月
第32卷第1期
照明工程学报
ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO
Feb.2021
周士康，杜金，李闪，文星，何孝亮
（上海三思电子工程有限公司，上海201199）
摘要：蓝光危害是可以测量的，其依据是IEC/EN62471，但是测量方式非常复杂，测量成本很高。本文提出了一种计算蓝光危害的理论方法，即用样条函数拟合灯具光谱，得到灯具亮度的函数表达式$同时，利用另一个样条函数对IEC/EN62471中列出的数据进行拟合，得到蓝光危害的权重函数表达式$然后定义了一个以波长为自变量的蓝光危害函数，通过对该函数的积分计算出蓝光危害值$这样，只要已知灯具 的绝对光功率谱，就可以不经测量直接得到定量蓝光危害值。这为预先评估和分析灯具的安全水平提供了一种方便的方法。本文以分别属于安全等级RG0和RG1的两个灯泡为例，利用数学平台得到了这两种灯的蓝光辐照值。计算结果与实测结果非常吻合。这样就可以通过数学计算得到蓝光危害的数值，为解决灯具的光生物安全评价提供了一种可选的方$
关键词：蓝光危害；LED；LED灯；光功率谱；样条函数拟合
中图分类号：043TN2文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1004-440X.2021.01.009
Calculation Method of Blue Light Hazard of LED Luminairet
ZHOU Shikang?DU Jin,LI Shan?WEN Xing,HE Xiaoliang
(Shanghai Sansi Elechogf Engineering Co.Ltd.,Shanghai201199,China)
Abstract：Generally,the blue light hazard csn be measured accerding to IEC/EN64721,but the measurement is vvra cemplee and the measure cest is vvra high.In this paper,a thevreticol method for cilculating the blue light hazard was provided.That is,fitting the spectrum of the lamp with a spline function,and obtaining the function expression of lamp brightness.At the same time,another spline function is used to get the weight function expression of blue light hazard by fitting the data listed in I
EC/ EN62471.Then define a blue light hazard function with the wavelength as independent veriable,and cilculate the blue light hazard wluv by inteyrating this function.In this way,as long as the absolute light power spectrum of a luminaire is known,the quantitative blue light hazard wlue then tn be directly obtained without measurement.This provides a cenvenient method to evaluate and analyze the safelt level of lamps in advvnce.In this paper,taking too lamp as exemples,which belong to safele level RG0and RG1 respectively,the blue light irradiation wlues of the lamps are obtained by using a mathematicol platform. The eiroie belteen the cslculated resultc and the actual measurement resultc from the authoritative department are vvra small.In this way,the numericol wlues of blue light hazard tn be obtained by mathematicil cilculations,which undoubtedly provide an optional method to solve the light biosafeta ass4ssm4ntoflamps.
Key wordt：blue light hazard;LED；LED lamp；light power spectrum；spline function fitting
第32卷第1期周士康等：用样条函数计算LED灯具的蓝光危害43
引言
研究发现蓝光照射会对视网膜细胞造成损伤，导致视力减弱甚至丧失。其中波长在400-480nm之间的短波蓝光对视网膜的危害最大$由于目前市场主流的白光LED是由蓝光激发产生的，因此LED的蓝光危
害是一个必须研究的问题。其中LED台灯是最接近人眼的灯具，值得特别关注[1]$
研究蓝光问题依据的现行有效国际标准为IEC/ EN62471:2008[2],IEC60598-1:2014[3]和IEC/ TR62778:2014[4]。按照GB7000.1:2015[5]，连续光源灯具的蓝光视网膜危害按其严重程度分为四组：
RG0：无危险类(辐亮度#100W-m-2-sr-1)$灯对于本标准在极限条件下也不造成任何光生物危害。
RG1：低危险类(辐亮度#1X104W-m-2-sr-1)$在曝光正常条件限定下，灯不产生危害$
RG2：中危险类(辐亮度#4X106W-mfrO1)$灯不产生对强光和温度的不适反映的危害$
RG3：高危险类(辐亮度＞4X106W-mfsO1)$灯在更短瞬间造成危害$
一盏灯是否有危害取决于它所属的组别$只要灯在RG0组，我们可以确定灯是无害的$
基于其重要性，目前有许多工作是关于灯具的光生物安全性的研究[一8]，也有许多是专门针对蓝光危害的测量[9-11]$
1计算依据
蓝光危害的测量非常复杂，测量仪器和测量价格也很昂贵$
如果只需要知道灯具属于哪个安全类别，则可以使用IEC62778中的方法，无需复杂的测量。朱春红等[12]通过几种简单的方法，给出了基于IEC 62778的多种LED灯蓝光危害的判断技巧$这是一项非常有意义的工作$
如果需要知道蓝光危害的数值，则要从IEC 62471[2]给出的公式计算：
L"("，)-(")#)"#106(W m「2ri1)，300
t#104s
700
L b R$L"-(")#"#100(Wm「2si1)，
300
t>104s
(1)式中，L(",t)是光谱辐亮度；B(")是蓝光的危害权重，见表1;△"是带宽;t是曝光时间$
表1蓝光危害权重#
Table1BI uc light hazard weight#
Wavvlenth/Blue Light Hazard Wavv lenth/Blue Light Hazard nm Weight B nm W4i.ht B
3000.014050.20
3050.014100.40
3100.014150.80
3150.014200.90
3200.014250.95
3250.014300.98
3300.01435 1.00
3350.01440 1.00
3400.014450.97
3450.014500.94
3500.014550.90
3550.014600.80
3600.014650.70
3650.014700.62
3700.014750.55
3750.014800.45
3800.014850.40
3850.0134900.22
3900.0254950.16
3950.05500-60010[(450-")/50]
4000.10600-7000.001
对于连续光的灯具，时间t可以去掉，式(1)中的视网膜蓝光危害暴露极限L-可简化为以下和:
700
L-=$L(")B(") #"(2)
300
然而，为了提高计算精度，需要尽可能多地了解光谱分布数据L"(")$例如，对于#"=1nm, 300-800nm的可见光需要500个点。还需要知道500个蓝光危害权重B(")，这就需要额外的插值$这种计算非常繁琐，更重要的是，对于快速计算或多任务计算很不方便$
44照明工程学报2021年2月
本文提岀了一种新的计算蓝光危害的方法， 即使用两个样条函数L (人)和B (人)。请注意，它
在不是数据点，而 于数学计算的 表达式。
然后引入蓝光危害函数：("):
：(")=L (人)-(")
(3 )
这样，式(2)的求和运算就成为蓝光危害函
数的积分计算式(4 )。 得光危害计算更为
容易$
入2
入2
L b = %
L ( " ) B ( " ) d " =
汽结构]：(") d "
(4)
"1
"1
2样条函数
样条函数(spline function )是一个用途非常广 的特殊 $ 它就是一个分段的低阶,
节点就 据点，
的“阶”彳
算速度和精度的
$它使用低阶的多项式
就 得 的单值函数表
可视化智慧水务
$它比普通常用
的 值的方法都要精确而灵活，
各种规律
的数据。其缺点是表 很长，手工计算非常困难,
已经很成熟的数学软
非常方便
进行计算$
本文所采用的方法依赖于光谱亮度数据和蓝 光危害权重表的样条封条锁
。得 学表达式
后，繁琐的求和变成了简单的积分，这在数学平
台上 非常容易的 $
点不需
要太多的数据点就获得 和法更精确的结果$
以100 点为例，其计算精度远高于500个点的
求和法。计算中使用的样条 认为三阶多项
，误差较小$
3计算方法
1) 对测量得到的绝对光谱辐射数据点进行样条
，得到分段函数表
L ( ")$
2)
表 1 中 的 光
据得
光 B ( ") $3) 的
光危害函数：(")$
4)
(3 )中的：(")积分，得 光危险
暴幅值L -$
上述步骤可以很容易地编程，以实现自动计算$
具体程序不在这里做详细介绍。
如果没有 据，只有光谱曲线图形，可
以使用数据曲线分析软
光谱
为 U
数据矩阵。数据 分析软件有很多，也不在此
$
4两个例子
样品1为某智能语音台灯C22RL--D10 W ，这
种灯具的蓝光视网膜危害是RG0，这是权威机构测
量的结果。样品2为C22RL--D10 W 灯，属于RG1
类。根据 IEC/EN 62471: 2008⑵，光源在 200 mm 位置的11 mod 视场角下进行测量$
文的计算结果 在三
的层次上呈现:
数据、 和图形。这三 方式很容
$为了
便于形
，本文主要以图形表示$
4.1灯具的光谱功率函数
的功率谱
用了 ' =121个数据对
(X ，Y )，其中T 代表波长，U 代表功率$在数学软 中 ， 条
L ( ") 据点的 :L (" ) = CurvvFitting f Spline ] (X ，Y ，" )
(5 )
只列岀样条 的 行，由于表达式太， 文不 表 $
， L ( ") 很容
在软 中 图形方 示， 如图 1 所示$ 就
给岀了
的光谱亮度辐射
$
图1光谱辐亮度函数L (")
Fcg.1 %Specioaioadcanceeuncicon L ( ")
4.2蓝光危害权重
表1中
和蓝光危害权重各61个数据就是下
式的X＞和Y ，蓝光危害权重拟合函数B (")为：
B( " ) = CurvvFitting f Spline ] ( X ＞，Y b ，")
( 6)
同样，这里没有 的表 ，因为它太
了$ B ( ") 如图 2 所示$
4.3 蓝光
数
聚氨酯防滑链将式(5 )与 (6 )相乘，
得到了蓝光危害函数医疗废物焚烧
第32卷第1期周士康等：用样条函数计算LED灯具的蓝光危害45
图2蓝光危害权重函数
Fig.2Blue light hazard weight function B(入)
H(")的式(3)。同样，本文仅给出图形表示$图3就的蓝光H(")$可见，2的光值远大于1的$
图3蓝光危害函数H(")
Fig.3Blue light hazard function H(")
4.4蓝光加权辐照值
这样，用(4)很容易计算蓝光加权辐照值L-。计算1的蓝光加照值为：L-= 47.061W-m-2-sr-1。样品2的蓝光加权辐照值为：L b=187.524W-m"2-rr_1$
根据标准，样品1符RG0危险等级，即在任何情况下都的$2的级为RG1，为低别$采用上海某检测中心的标准测试条件(200nm,0.011rad视场)，测得的两个样品蓝光加权辐照度值与计算结果比较高度，差
异只有1.04%和0.23%$
5结论
利用样条函数可以把蓝光危害权重和灯具的辐射亮度精确地变为函数表达式，分别为-(")和L(")，义的蓝光H(")= L(")B(")，它代表了光的数值变化，对分，就得光值L-$
于光生物的复，的准确性取决于光谱辐射分析仪、视网膜亮度计、标准光源部分的精度，亮度的不在20%-30%。由于条的拟合精度很高，而且用函数积分计算相和计算提高精度$可以认为本方算结果的。这就提供了一种只需要知的辐射亮度，就可以不经而得光的方法$
参考文献
(1]张跃敏，乔更新.LED照明中蓝光的光生物安全问
题[J].中国照明电器，2013(6):1-4.
(2]Photobiolocicat safer of lamps and lamp systems:IEC/EN
62471:2008[S].
(3]Luminaires-Part1:General requirementr and tests:IEC
60598-1:2014[S].
[4]Application of IEC62471for the assessment of blue light
hazard te light sources and luminaires:IEC/TR62778:
2014[S].
[5]灯具的一般要求与试验：GB7000.1:2015[S].
[6]陈慧挺，蔡詰，吴晓晨，等.大功率LED路灯的光生
物安全测试与分析[J].照明工程学报，2011，22
(6)，88-90.
[7]孔强强，宋鹏，王美霞，等.LED灯具的光生物安全
测试与分析[J].中国照明电器，2014(10):38-42.
珍珠风
[8]虞建栋.光生物安全性的测试与评价研究[D].杭
州：浙江大学，2006.
[9]Jung MH，Yang SJ，Ju SY，et al.Evvluation of blue light
haaaeds in LED li.htin.s[J].Jouenal oV Koeean
Ophthalmic Optics Society，2015，20(3):293-300. [10]Yan.CP，Fan.WQ，Liu MB，etal.A viualiaation
evvluation method for blue light hazard and circadian effect
ooli.htsou@ee[J].Speetoseopyand SpeetalAnalysis，
2018，38(11):3476-3482.
[11]Measu@ementsooLEDs:CEE127-2007[S].
[12]朱春红，俞婷玉，陈文聪，等.IEC62778在灯具国家
强准中的用分析[J].照明工程学报，2016，
27(6)，
122-126.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议