浅论读写作业台灯照明质量

发布时间:2010-11-17 发布人:曹小兵 吴峰

 

中国照明电器


 (深圳市斯派克光电科技有限公司,广东深圳518034) 

摘  要:由于读写作业照明质量不达标导致近视越来越引起人们的重视,阐述读写作业台灯的光生物安全、闪烁、噪声和光度学指标等质量基准,列举读写作业照明环境相关点及展望行业发展趋势。

关键词:质量;安全;护眼;读写作业台灯

中图分类号:TM923.44        文献标识码:B

Discussion on Lighting Quality of Table Lamps for Paper Task

CAO Xiaobing WU Feng

( Shenzhen SPARK Optoelectronics S&T Co.,Ltd., Shenzhen 518034 ,China)

Abstract:Peoplehave paid an increasing attention to myopia because the quality of lighting for reading and writing fails to meet the standards. Illustrating the quality criteria for the photobiological safety、blinking、noise、photometric index,etc. make a list of relevant environment views of lighting for reading and writing and provide an outlook of the industry trends.

Key words:quality; safety; eye-protecting; table lamps for paper task

 

 

前言

     随着生活水平的提高,人们对读写作业台灯的照明质量越来越重视。部分生产商与商家也适时地为读写作业台灯打起了“护眼”牌,其渲染点所谓五花八门,让人眼花缭乱,许多家长甚至不惜花费比普通台灯高出好几倍的价钱去购买“护眼读写作业台灯”,但有的台灯并不像商家宣传那样能起到保护视力与缓解眼睛疲劳的作用。[1]国家质量监督检验检疫总局(General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China,AQSIQ)在2015年11月7日公开发出“护眼”台灯产品质量的安全风险警示,产品质量监督司组织开展了“护眼”台灯产品质量安全风险监测,从市场上采集包装或说明书上标注有“护眼”或“无频闪”字样的台灯32批次,委托国家灯具质量监督检验中心(上海)对灯的闪烁、照度及照度均匀度等项目进行专项检测,检测结果不合格率为93.8 %,其中闪烁的波动深度超过标准要求低风险限值的占总批次的25 %,照度过低或照度均匀度超过限值占总批次的87.5 %。本次监测同时采集了28批次普通台灯进行比对检测的不合格率为78.6 %,其中闪烁超过了低风险限值要求的占总批次的39.2 %,照度过低或照度均匀度超过限值占总批次的75 %。结果表明,所谓“护眼”台灯并不一定比普通台灯更护眼。[2]

 

 

读写作业台灯质量基准

1.1 光生物安全

     蓝光波长在450 nm时与人体的司辰视觉相关,具有使人分泌褪黑激素(melatonin)抑制剂的能力,褪黑激素一旦减少会使人兴奋甚至失眠,进而影响人的免疫机制,人们更容易受视觉的危害,视网膜黄斑区的所有疾病退化后都不可能再生。针对蓝光对人的自然生理司辰节律的影响,如图1所示蓝光光谱能量在460 nm区域时,正好和昼夜节律曲线波形相吻合,所以需要限制光谱在500 nm以下的蓝光能量,以减少蓝光对人的自然生理司辰节律的影响。

     国际电工委员会(International Electrotechnical Commission, IEC)发布的国际标准IEC/TR 62778-2014《评估光源和灯具蓝光危害时IEC 62471标准的应用》,是针对灯及灯具对视网膜的蓝光危害(blue light hazard)进行评估的方法。查阅我国现行照明标准,灯及灯具的光生物危害需符合国家标准GB 7000.1-2015《灯具 第1部分:一般要求与试验》第4.24条的相应要求,在200 mm处按IEC/TR 62778的评估超过RG1的可移动式灯具,按照该标准的3.2.23的规定将分类为具有一个阈值照度Ethr的可移动式灯具应在灯具上进行标记及说明。正在修订的国家标准GB/T 9473中明确要求使用LED的读写作业台灯蓝光危害等级不应超过RG0。

   

光谱曲线与昼夜节律灵明度曲线分布

1.2 电磁辐射

     基于对人体组织或部位对相关频率电磁辐射的敏感度研究成果,许多国家及团体都发布了电磁辐射防护标准对电磁辐射进行管理,IEC发布了IEC 62493-2009《照明设备对人体电磁辐射的评价》国际标准,明确了对灯具周围空间电磁场的测量及评估方法。我国于2014年发布了等同采用IEC标准的GB/T 31275-2014国家标准,为我国照明产品对人体电磁辐射的评价指标及方法提供了依据,正在修订的国家标准GB/T 9473也明确了读写作业台灯对电磁辐射的要求。

 

1.3 闪烁

     要理解照明光的闪烁(evasive)就得了解其工作原理,通常采用电子镇流器的荧光灯或电子控制装置的LED灯都是在高频电流下工作,以达到人视觉不能感知的频闪,其频率通常在20 kHz之上,相对于工作频率在50 Hz以下工作而言,人眼较难察觉其高频的闪烁,但频闪仍然存在,只是高频工作时的频率要比使用工频工作时的频率高很多。在闪烁的照明下物体会出现离散而不是连续,此效应被称之为频闪效应,其级别取决于闪烁的速度及幅度,还与物体运动时的速率和观察状态有关。作为普通消费者可以借助手机的摄像功能,将镜头对准光源近距离观察,根据手机屏的条纹滚动或明暗变化来判断闪烁的状况。

(1)北美照明工程协会( Illuminating Engineering Society of North America,IESNA)技术文献对闪烁进行了详细诠释,凡是在交流电压下工作的光源都会产生闪烁,其程度是可被观测到的,这取决于交流电流频率下光源产生的光持续性与观察条件,闪烁对观察范围内的移动物体作用十分显著。闪烁指数被公认为是在给定功率频率下源的输出循环变化的可靠相对值,闪烁指数须考虑到光输出的波形与幅度,此值由1个单个曲线的光输出平均值线以上面积除以光输出曲线以下的所有面积来计算。如图2所示A值越高,则表明可察觉的频闪效应与灯闪烁的可能性在增加。

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图2 闪烁指数和闪烁百分数的定义

 

(2)电气和电子工程师协会Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)发布的技术规范IEEE Std 1789-2015《IEEE为减轻观察者的健康风险高亮度LED的调制电流的推荐措施》将闪烁分为不可被察觉到的影响水平和超低风险区域,照明闪烁会产生以下潜在的不利影响:

- 光敏性的癫痫或闪烁光诱导的癫痫发作;

-频闪效应和相关的旋转机械明显降速或停止的现象;

-偏头痛或严重的头痛常伴恶心、视觉紊乱;

- 在自闭症人中增加反复行为;

-视力衰弱包括:眼过劳、疲倦、视力模糊,以及传统的头痛和在与视觉相关的作业上能力下降。[3]


图3 低风险和不可察觉到的影响水平的闪烁频率和波动深度函数关系

低风险和不可被察觉到的影响水平区域的闪烁频率及波动深度函数的关系见图3及波动深度限值要求见表1,闪烁百分比数也被称之为峰-峰值对比、迈克尔逊对比或波动深度,闪烁百分比数=100(最大-最小)/(最大+最小)=100(A- B)/(A+B),波动深度为光输出的最大值与最小值的差异占光输出最大值与最小值之和的比例。

(3)查阅我国针对闪烁的现行标准,在国家标准GB/T 26692-2011《管形荧光灯用无频闪电子镇流器 性能要求》中对频闪进行了定义及要求,规定电子镇流器与额定规格的灯管配套工作时,在每个连续半周内,电源电压通过零相后的同一时间,灯电流的包迹波形的差异须不超过4%;对单独的高频波峰系数,峰值与有效值的最大比值不超过1.7;当电源频率下发生高频调制时,对已调制的包迹线,电子镇流器输出给灯电流的频率应在40 kHz~50 kHz的范围之内,灯电流包迹波峰值和谷底值之比不大于1.15。[4]正在修订的国家标准GB/T 9473对采用钨丝灯、管形荧光灯或LED作为光源的台灯进行了闪烁的波动深度定义及要求,并在资料性附录A中对闪烁进行了详细的说明。中国质量认证中心(China Quality Certification Centre,CQC) 发布的技术规范CQC 1601-2013《视觉作业台灯认证技术规范》规定了台灯在额定工作电压下工作时,光输出波形的波动深度符合表2要求。

 

1.4 噪声

     根据国家标准GB/T 9473-2008《读写作业台灯性能要求》规定,装有控制装置的台灯工作时产生的噪声(noise)应小于35 dB(A),在该标准修订版本中已修订为25 dB(A)。试验环境与方法应符合国家标准GB/T 6882《声学声压法测定噪声源声功率级消声室和半消声室精密法》的规定,将处于工作状态的台灯放在厚度小于15 mm的层压木质板上,在离灯底座中心轴的上前方45 ℃斜线100 mm处测量噪声,当灯罩附近安装控制装置等噪声源时,应在离灯罩前方下缘中心100 mm水平距离处测定。对具有调光、调色或组合功能的灯具,规定了在最大、最小和中间值三个状态或九种组合条件下进行试验,确保灯具的噪声满足标准要求。[5]

1.5 光度学指标

     采用LED点光源并用于读书、写字及电脑操作的读写作业台灯,其照明质量指标评价的标准还不是很完善,特别是针对处于成长期的儿童和青少年来讲,更需要在基于传统照明的基础要求上,通过专业研究与科学理论相结合论证,根据不同年龄段来设置指标要求更为合理。

(1)遮光角:在视野内由于大于眼睛可适应的照明而引起的烦恼、不适或丧失视觉表现的感觉为眩光(dazzle),是评价灯照明质量的重要指标之一。国家标准GB/T 9473-2008的5.8.1条明确了遮光性的要求,如图4表明眼睛距读写桌面的高度400 mm,离光源中心水平距离600 mm处向灯看去,应看不到反光罩的内壁及亮度在2000 cd/㎡以上的透光结构。在该标准的修订版本中明确定义当人处于坐姿的位置时,灯具应具有遮光性以避免对人眼产生眩光。   





 

 

 

 

 


图4 台灯的遮光性

(2)照度及其均匀度试验表明,当人眼从暗处走向亮处时会觉得刺眼,瞳孔会迅速缩小减少射入光线,以适应亮的环境。读书、写字及电脑操作的桌面上的照明应是均匀的,能避免明显的亮暗不均,而且照明区域应覆盖视觉作业所涉及的面积,否则眼睛视线范围内照明不均会引起眼睛不停地调节瞳孔大小而引起视觉疲劳。现行国家标准GB/T 9473对读写作业台灯的照度与照度均匀度设定为2个等级,照度试验如图5所示,以读写作业台灯出光面的几何中心垂直投影点为圆心,在位于人眼正前方接近眼睛一侧的投射范围内,离圆心半径的距离范围内的照度与其均匀度分级要求如下表,以保证一定的照度与照度均匀度来缓解使用者视觉上的疲劳。[7]

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图5 照度分布及其均匀度要求

(3)灯罩边发光亮度:读写作业台灯在正常使用位置的出光面高度低于750 mm时,特别是采用坐姿从任何正常使用的位置上,上射光线灯罩侧面的透光面积应该大于10 cm2,透光面的亮度应在510 cd/m2-

170 cd/m2之间,还应有总光通量50 %以上的上射光通量。当上射光通量为195.6 lm时,下射光通量应为97.8×2=195.6 lm,读写作业台灯总光通量应为97.8×4=391.2 lm。[8]

2 读写作业台灯照明质量相关点

 

2.1 灯具位置调配

     读写作业时应注意将台灯不放在人的正前方位置,从而避免在纸面产生反射眩光,放置时也应避开手的阴影对写作的影响。如图6所示当出光面高度为40 cm时视觉环境较暗让人感觉不舒服,当出光面高度为60 cm时让人视觉舒服的对比效果。结果表明,读写作业台灯的出光面高度应大于50 cm,才能得到较为明亮的光环境,如果在桌子前面或者侧面使用直接照明,增加如壁灯或天花灯等低亮度的间接照明能调节出更舒适的读写环境。

   

     图 6 不同高度的视觉环境氛围

2.2环境因素

     读写作业台灯放置的桌面要与阅读资料的颜色尽量接近,采用反射比在30 %-70 %之间的淡色且没有光泽的作业面。如图7所示作业背景的亮度比取决于作业面与背景工作面之间的亮度差比,中等亮色调的亚光作业面可提供柔软且舒适的背景。深色调的黑色工作面,纸的作业面和工作表面的背景间如果形成十分强烈的亮度比,长期纸面作业会使人容易产生视觉疲劳。另外,应有相当量的上射光线来照明四周的环境避免亮暗反差太大,形成亮暗的平缓过渡有利视觉舒适性。有光泽的工作桌面会将读写作业台灯、墙灯和天花灯的亮度反射,产生光幕反射眩光会使人分心、产生讨厌或易于疲劳。

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图7 作业面与背景亮度比

2.3光色调节

     除了读写桌面的直接照明以外,还要有环境光的协调。看黑白印刷品应尽量使用4000 K以下相关色温的照明光让人心情放松、具有舒适的感观和低锐度的书面效果,使眼部肌肉不过分地调节及产生疲劳,也能让视锥细胞的损伤减小。看色彩鲜艳的彩色印刷品时,眼睛会精密细调,如无环境光的调节则瞳孔会全开,视锥细胞感光度最大将造成细胞的烧伤。但过低的色温也会导致作业率下降及不适合学习。考虑到人们在使用读写台灯时的距离较近,视觉的健康与脑力负荷的协调性,还要考虑光环境及灯光对视觉感官刺激系数,利用LED光源是目前光源中最适合调光控制的优势,将读写作业台灯增加调光功能,让使用者根据读写场所需求进行光色的调节。[9]

 

3  远景与展望

     2015年9月,国家卫计委全面启动关于《健康中国建设规划(2016-2020年)》的编制工作,意味着国民健康问题将得到更多的关注。国务院2013年发布的《关于促进健康服务业发展的若干意见》已勾画出健康服务业未来几年的发展蓝图,并提出到2020年健康服务业总体规模达到8 万亿元以上,基本建立覆盖全生命周期、内涵丰富、结构合理的健康服务业体系,而健康服务业中最为重点则是国民的视觉健康,我国近视率居世界之首,北京大学中国健康发展研究中心教授李玲发布的《国民健康视觉报告》中保守估计,2012年各类视力缺陷导致的社会经济成本高达5600 亿元占GDP比例高达1.1 %。视力健康不仅与人们日常生活息息相关,更直接影响到人们学习与工作效率,如何有效防控学生近视发生的趋势已成为社会关注的热点,相关国家标准在逐步完善中,使制造商对读写作业台灯的质量控制有据可依,并促进产品的质量有效提高。优质读写作业台灯的普及将有益于保护人们的视觉健康,减少近视、高度近视及病理性近视带来的并发症,有利于减缓近视而提升国民体质。

 

4  结语

     在倡导绿色照明的大环境中,我们的生产能力再强,由于缺乏基础理论研究方面的成果,也就无法成为标准的制定者,只能是不能成为领导者的跟随者。近视的形成与用眼不当有着直接的关系,用眼过度也是近视的直接导火索,并与遗传与营养等因素也存在因果关系。防治近视最直接的办法有很多,在日常工作和学习中养成良好用眼的习惯,正确的书写姿势和避免长时间用眼过度,并注意用眼卫生及选用符合标准要求的读写作业台灯,关注读写作业照明与环境照明的协调而营造舒适的照明氛围,从而改善照明质量及保护人们的眼睛。 

 

参考文献

[1]刘磊,杨樾,陈超中. “护眼”台灯产品质量安全风险分析[J]. 质量与认证,2015(12):82-83.

[2]张尚姝. 护眼灯不一定比普通台灯更护眼[N]. 消费日报,2015-12-07A02.

[3]IEEE Std 1789-2015 IEEE Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers

[4] 全国照明电器标准化技术委员会.GB/T 26692-2011管形荧光灯用无频闪电子镇流器 性能要求[S].

[5]全国照明电器标准化技术委员会.GB/T 9473-2008 读写作业台灯性能要求[S].

[6]袁巧霞.LED台灯的设计与研究[D].华南理工大学,2014.

[7]胡苏军. 读写作业台灯“护眼”性能检测及风险评估[J]. 中国照明电器,2015(6):24-27.

[8]成凤敏. 智能LED台灯的设计与实现[J]. 唐山学院学报,2015(3):34-35+67.

[9]陈超中,於立成,施晓红,杨樾,王晔,陆世鸣. 视觉作业台灯技术要求研究[J]. 中国照明电器,2014(1):29-35.