视觉作业台灯技术要求研究[1]

　　一、 视觉作业台灯及其相关概念

　　台灯是安置在桌面上的可移式灯具。按照视觉作业特性，台灯可分为读写视觉作业台灯、VDT(视觉显示终端)视觉作业台灯、其他台灯三类。

　　1、视觉作业台灯是为读写视觉作业或VDT(视觉显示终端)视觉作业提供照明的台灯。

　　2、读写视觉作业台灯是为阅读或书写提供照明的台灯。读写视觉作业台灯照亮的工作面本身是不发光的。读写视觉作业台灯提供水平照度。

　　3、VDT视觉作业台灯除了可以用作读写视觉作业台灯以外，更主要的是工作面(视觉显示终端)是发光的。VDT视觉作业台灯既要提供水平照度又要提供垂直照度。

　　4、其他台灯是指该台灯没有设计成视觉作业用途。如用于床头柜，提供垂直照度的台灯。

　　二、 视觉作业台灯需关注的要素

　　1、光度学性能

　　a) 我国国家标准

　　GB/T 9473-2008《读写作业台灯性能要求》在光度学要求方面主要有遮光性与照度及其均匀度的要求。

　　1)遮光性

　　遮光性要求：眼睛距读写桌面的高度400mm，离光源中心的水平距离600mm处，朝灯看去，应看不到反射器内壁及光源。

　　遮光性试验如图1所示。

　　图1 GB/T 9473遮光性试验示意图

　　眼睛距读写桌面的高度400mm是基于成人的高度。孩童的眼睛距读写桌面的高度可能更低一些。

　　2)照度及其均匀度

　　照度要求：以灯具出光口的几何中心的垂直投影点为圆心，位于眼睛的正前方，靠近眼睛一侧的投射范围内，离圆心的半径距离为300mm的三分之一扇形以内，AA级照度应大于500lx，A级照度应大于250lx;离圆心的半径距离为500mm的三分之一扇形被前面的扇形截下的区域以内，AA级照度应大于300lx，A级照度应大于 150lx。每个区域内的照度均匀度(最大值/最小值)不得大于3。照度及其均匀度的要求如表1所示。

　　表1 GB/T 9473照度及其均匀度的要求

　　照度试验：以灯具出光口的几何中心的垂直投影点为圆心，位于眼睛的正前方，在灯具的投射范围内，离圆心的半径距离为500mm的三分之一扇形内，以30°为间隔，在半径线上进行照度测量，测试间隔为100mm，包括圆心。照度试验如图2所示。

　　图2 GB/T 9473照度试验的布点

　　由图2可知，GB/T 9473-2008要求台灯照亮的是120°的扇形区域。

　　b) 美国IESNA推荐的台灯照亮面积、照度及其均匀度的要求

　　美国对家庭读写作业照明的作业面的面积要求，IESNA规定如下：主要作业面面积为360mm×310mm(如图3所示);次要作业面面积为610mm×910mm。

　　图3 IESNA有关家庭读写作业面的照亮面积示意图

　　任何时候作业面维持的照度推荐值：①主要作业面-短时间读或写-200 lx、300 lx或500 lx;②次要作业面-长时间学习和困难作业-500 lx、750 lx或1000 lx;③主要作业面的最大照度与最小照度之比不应超过3;④次要作业面-1/2主要作业面照度值，但不应小于200 lx。

　　c) 日本工业标准

　　1)遮光性

　　日本正在对工业标准JIS C8112:2008《荧光台灯(学习/读书用)》进行修订，JIS C8112:00000000《LED台灯/荧光台灯(学习/读书用)》覆盖的光源既包括荧光灯，又包括LED，新的JIS C8112在光度学要求方面主要有遮光性与照度的要求。

　　遮光性要求：荧光灯台灯的遮光性，应不能看见荧光灯。LED台灯的遮光性，应不能看见LED模组亮度在2000cd/㎡以上的部分。

　　遮光性试验如图4所示。

　　图4 JIS C8112的遮光性确认位置

　　由于孩童的眼睛距读写桌面的高度一般低于400mm，坐着抬头可能看得见光源，所以需要对亮度加以限制。屏幕亮度以200cd/㎡作为限值，对LED模组亮度则限定在2000cd/㎡，LED模组亮度是屏幕亮度的十倍，十倍亮度比的照明效果才认为是舒适的。

　　2)照度

　　照度要求如表2所示。JIS C8112没有照度均匀度的要求。

　　表2 JIS C8112的照度要求

　　照度试验如图5所示。由图5可知，JIS C8112要求台灯照亮的也是120°的扇形区域，与我国GB/T 9473-2008照亮区域相同。

　　图5 JIS C8112的桌面照度测定范围

　　d)《视觉作业台灯技术要求》

　　1)照度及其均匀度

　　照度应符合GB/T 9473第5.8.2条中A级或AA级照度要求，测量方法按照GB/T 9473第6.8.2条。

　　均匀度应符合GB/T 9473第5.8.2条要求，测量方法按照GB/T 9473第6.8.2条。

　　2)遮光性

　　符合GB/T 9473第5.8.1条要求，测量方法按照GB/T 9473第6.8.1条。

　　对于使用LED作为光源的台灯，在距读写桌面的高度400mm，离光源中心的水平距离600mm，向灯看去，应看不到2000cd/m2以上的光源及反射器内壁或透光结构。

　　3)灯罩边发光亮度

　　VDT视觉作业台灯在正常工作位置的出光口面高度低于750mm时，人采用坐姿从任何正常使用的位置上看，有上射光线的VDT视觉作业台灯其灯罩侧面的透亮面积应不小于10cm2，透亮表面的亮度应在510 cd/m2和170 cd/m2之间。

　　VDT视觉作业台灯还要有相当数量的上射光通量，上射光通量至少达到总光通量的50%。假定上射光通量为总光通量的50%，下射光通量根据图6算得97.8×2=195.6 lm，灯具总光通量为97.8×4=391.2 lm，上射光通量为195.6 lm。

　　图6 读写视觉作业面的面积与照度示意图

　　2、频闪

　　a) 我国国家标准

　　GB/T 26692-2011《管形荧光灯用无频闪电子镇流器性能要求》在频闪方面的主要有灯的工作电流波形和镇流器工作时的输出电流频率的要求。

　　1)灯的工作电流波形

　　a) 在每个连续的半周之内，在电源电压通过零相之后的同一时间，灯电流的包迹波形的差异应不超过4%。

　　b) 对于单独的高频波峰系数，峰值与有效值的最大比值不应超过1.7。

　　在电源频率下发生高频调制时，对于已调制的包迹线，镇流器输出给灯的最大电流峰值和与灯最小电流低谷值之比应不大于1.15。

　　注：高频电流的波峰系数等于已被调制或未被调制的包迹波峰值电流除以实际有效值电流。

　　2)镇流器工作时的输出电流频率

　　镇流器与额定规格的灯管配套工作时，输出给灯电流的频率应在40kHz~50KHz范围内。

　　b) 美国IESNA有关“闪烁和频闪效应”的描述

　　在交流下工作的所有光源都会产生闪烁。闪烁的程度是可以观测到的。取决于交流电流的频率，光源产生的光的持续性和观察条件。

　　闪烁对在观察范围内的移动物体作用显著。在闪烁的照明下物体可能出现离散而不是连续，这种效应被称为频闪效应。频闪效应的级别取决于闪烁的速度和幅度，以及物体运动的速率和观察状态。

　　闪烁指数已被公认是在给定功率频率下各种源的输出循环变化的可靠相对测量(值)。闪烁指数考虑到光输出的波形和幅度。该数值由一个单个曲线的光输出平均值线以上的面积除以光输出曲线以下的所有面积计算得出(见图7)。如果光输出是会变化的周期峰值，图7中面积2可能接近0。

　　闪烁指数值假设从0到1，其中0为稳态光输出。指数值越高，表明可以察觉的频闪效应和灯闪烁的可能性增加。

　　图7 闪烁指数和闪烁百分数的定义图，来自IES第十版手册

　　c) IEEE风险评估草案《LED照明闪烁的潜在健康影响》

　　闪烁存在的潜在的不利影响主要包括以下五个方面：

　　•光敏性癫痫或闪烁光诱导的癫痫发作;

　　•频闪效应和相关的明显减慢或者停止旋转机械;

　　•偏头痛或严重的头痛常伴恶心、视觉紊乱;

　　•在自闭症人之间增加重复行为;

　　•包括应变疲劳、眼睛疲劳、视力模糊，和传统的头痛、视力和在视觉相关作业上性能下降。

　　图8 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