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台灯照度及照度均匀度的现状分析引言台灯是生活中常见的照明产品，可用于读写作业照明或者房间的过 渡照明等其中读写作业用的台灯因为使用者大多为视力正处于发育期 的孩子而备受关注用于评价台灯产品质量的指标很多，如频闪、照度 及照度均匀度、遮光性、显色指数和光生物危害等其中频闪的存在可 能对眼睛产生危害，这备受消费者的重视但随着台灯产品性能和设计 水平的提升，确保产品无频闪已非难事上海市质监局2018年读写作业 台灯产品抽查结果显示，所有抽检批次台灯的频闪结果均为无显著影 响而评价台灯照明效果优劣另外一个非常重要的指标一一照度及照度 均匀度，却很少受到大家的关注本文将从照度及照度均匀度指标的重 要性谈起，结合台灯产品实测数据，对该指标进行分析1台灯主要评价指标台灯的应用范围很广，除了最常见的读写作业台灯，还包括在床头 提供垂直照度的台灯以及在酒店房间内提供过渡照明的台灯但后两类 产品的应用场合对视觉作业要求不高，因而产品要求简单而针对读写 作业台灯，国家标准提出了完整的评价指标和测试方法，主要从产品性 能一致性、产品安全角度及对人体产生的危害等角度来评价产品GB/T 9473—2017《读写作业台灯性能要求》适用范围为家庭、教室和类似场 所作为读写照明用的台灯和宣称“护眼”的台灯［1］。

与此同时，中国质 量认证中心(CQC)也推出读写作业台灯认证业务，发布了 CQC 16- 465316—2018《读写作业台灯性能认证规则》参照以上标准和要求， 评价台灯的指标主要包括：①光色特性一一照度及照度均匀度、遮光 性、色品容差、显色指数、闪烁；②安全方面一一视网膜蓝光危害、电 磁辐射、噪声、可移式灯具安全；③电特性和其他一一输入功率、功率 因数、外观和标志产品质量检测首先要确保产品安全，其次是功能性评价，即能否配 合不同的使用目的，提供舒适高效的视觉作业环境产品光色特性相关 指标中，色品容差是对产品光品质和一致性方面的评价，而显色指数是 对光照在物体上的颜色还原程度进行评价此外由于一般产品选择出光 口面在40 cm，与标准要求的检测位置大体一致，因此很少有产品会出现 遮光性不合格的情况台灯的闪烁特性由于产品制造工艺水平的提升， 其合格率不断上升而照度及照度均匀度作为评价台灯光性能的主要指 标却经常被忽视2标准对照度及照度均匀度的要求及其测试方法视觉作业台灯的照明任务是提供舒适合理的照明环境，帮助人们高 效且舒适地完成读写等视觉任务研究发现，各种环境因素中，人看清 物体的能力（视度）主要由物体大小（视角）、照度和对比度（物体与背景之 间的亮度比）三个因素决定。

因此视觉任务一旦确定，物体的尺寸大小和 等效对比度这两个因素就确定不变，而照度即成为影响视觉作业工效的 主要因素参考每个视觉任务的重要程度，结合相关视觉作业对象的尺 寸和等效对比度特性，可以确定需要的照度标准值照度除了影响视觉 工效，对视疲劳也有影响［2］因此，照度水平对改善人的视觉作业工 效、舒适性、用眼疲劳程度都非常重要的影响鉴于书本字体尺寸，读 写作业是人生活中非常重要且较精细的一种视觉作业，按照GB 50034- 2013《建筑照明设计标准》中的规定，与读写任务相关的不同场所要求 的照度限值为300〜500 lx除了照度的高低水平影响视觉疲劳，照度分布的均匀程度对视觉疲 劳也有直接影响研究表明，相同照度水平下，照度均匀度好有助于减 轻视觉疲劳当明暗对比达到3：1时，人眼就会明显感觉到明暗的变化 ［3］这主要是由于阅读写字时如果视线范围内照度不均匀，人眼在亮暗 环境中就需要频繁地来回调节瞳孔大小以适应不同的明暗环境，因此容 易引起视觉的疲劳［4］综合考虑以上因素，在评价台灯提供的照明环境质量时，照度和照 度均匀度是两个基本且重要的检测指标GB/T 9473—2017《读写作业台 灯性能》要求中将两项要求合并为一个指标，对测试结果分类为AA级、 A级和不满足A级三个等级，要求依次下降。

标准要求见表1，测试布点 方法如图1所示其中测量时以灯具出光口的几何中心的垂直投影点为 圆心，靠近眼睛一侧的投射范围内，按照离中心点距离定义了两个检测 区域标准中定义的该测试项目实际包含最小照度和照度均匀度这两个 指标，即需要每个区域内两个条件同时满足要求才算该项目测试合格表1照度及照度均匀度的标准要求Table 1 Requirement for illuminance and illuminance uniformityW300 mm 距离的 120° 距离为 30() ~ 50() mm 白勺 120标准要求 扇形区域 扇形环借区域照度/k 照度均勾度 照度/卜 照度均匀度AA 级 异 500 W3 ^250A 级 >300 W3 ¥150标准要求W300 mm距离的120°扇形区域距离为300〜500 mm的120°扇形环带区域照度/lx照度均匀度照度/lx照度均匀度AA级N500W3N250 W3A 级N300 W3N150 W3R=300 mm图1照度及照度均匀度试验布点方式Fig.1 Test point distribution for illuminance and illuminance uniformity从国家标准对阅读写作相关区域场所的照度要求以及对台灯照明区 域的照度要求限值可知，只有离测试中心点300 mm的内圈范围的台灯照 度要求限值能够达到国家标准对阅读写作区域场所的照度要求限值。

而 台灯测试区域的外圈内照度最小值的AA级要求为250 lx，低于国标对阅 读写作环境要求限值(300〜500 lx)因此在读写作业过程中，单独使用 台灯时桌面照度偏低，我们建议需同时打开室内主照明这样做有三个 好处：一是可以增加作业面照度；二是桌面各个区域得到的光线相比于 单独使用台灯时有所增加，也有助于提高作业面照度均匀度，三是打开 屋顶主照明光源有助于减少背景环境与作业面之间的对比度，减少视觉 疲劳3台灯产品照度及照度均匀度的现状分析我们统计了 2017年和2018年两年的台灯测试结果，并剔除其中重 叠的数据在2017年的45批测试产品中，有10个产品采用荧光灯而 2018年的34个产品中，没有采用荧光灯因此本文不讨论以荧光灯作为 光源的产品，只讨论以LED为光源的台灯产品而2017年产品中剔除以 荧光灯作为光源的产品和与2018年产品重复的样品，最终确定2017年 测试样品数目为33个3.1产品测试结果统计分析将2017年和2018年台灯产品测试结果的照度及照度均匀度合格情 况进行汇总，如图2所示可知，产品不合格数显著下降，但2018年仍 有35.2%的不合格率，且大部分合格产品仅满足A级的要求。

年份图2 2017年和2018年测试样品照度及照度均匀度等级分布Fig.2 Illuminance and illuminance uniformity lever distribution of test samples in 2017 and 2018照度及照度均匀度指标也可以分解为照度最小值和照度均匀度两个 指标进行分析对两年所有不合格产品综合统计时发现，70%的产品均无 法满足两个子指标，剩下各有15%的样品只能满足其中一个指标2017 年83.3%的单项不合格产品集中体现为照度不合格，而2018年单项不合 格产品全部为照度均匀度不合格由此可见，在产品设计时，两项指标 的设计难度相当在模拟中,每个粒子包括3个参数，即一般PID控制器的系数.它们被 命名为xi1=kp,xi2=ki和xi3二kd,其中i是第i个粒子.如果按照测试区域来区分，则该指标可按照内外两圈合格性进行统 计内圈部分是距离测试中心点300 mm的120°扇形区域，外圈是距离 中心点300〜500 mm的120°角内包含的弧形区域37个不合格产品 2中，有11个产品可以满足内圈的照度及照度均匀度相关要求，而没有一 个产品满足外圈的设计要求。

由此可知，受台灯产品发光面积及角度的 限制，内圈核心区域相比外圈较容易满足标准要求3.2发光部件的影响由于台灯距离工作面的距离较低，属于近距离照明，因此发光部件 的形状与大小对被测工作面的照明效果影响很大发光面与被测面形状 越接近，面积越大，达到照度均匀性要求会更容易因此本文依照发光 部件发光边缘形状分类进行统计，环形与圆形为一类，而发光边缘呈长 条状分布为另一类2017年33个测试产品中，75%采用长条形作为发光 部件的外形，而2018年这个比例为50%，见表2,发光部件形状为圆形/ 环状的灯，其不合格率普遍低于长条形的产品由此看来，台灯产品设 计逐渐偏向采用圆形/环形来设计发光部件表2不同发光部件形状的产品合格率Table 2 Qualified rate of test samples with different luminescent parts shape形状 •2017年统计结果2018年统计结果产品个数不合格率产品个数不合格率圆形/环形630. 0%1612.5%长条形2580. 0%175& 8%形状2017年统计结果2018年统计结果产品个数不合格率产品个数 不合格率圆形/环形650.0%1612.5%长条形2580.0%1758.8%长条形发光产品普遍合格率偏低，这与产品发光面积普遍偏小有关。

图3和图4分别统计了两类发光部件发光面积和照度及照度均匀度等级之间的关系可知，圆形/环形发光的产品发光面积普遍大于长条形 产品由于圆形/环形发光面积大，光学设计相对容易，不需要增加二次 配光设计，但产品合格等级则严重受发光面积大小的影响，发光面积在100 cm2以下的产品多数会表现为照度及照度均匀度不合格而长条形发 光产品，除了发光面积普遍偏小外，长轴短轴方向尺寸比例相差很大，因 此在这两个方向上难以做到相同的照明覆盖面积以上两个因素决定了 长条形产品依靠芯片自身配光特性很难做到照度及照度均匀度合格，设 计难度增加，因此不合格率上升由此可见，产品照度及照度均匀度合 格等级与发光面积之间没有必然的关联8007006005004()030()200100图3环形/圆形产品合格等级与面积关系Fig.3 Relationship between qualification lever and area of test sample with the circle or ring shapeAA A 不满足照度及照度均匀度等级图4长条形产品合格等级与面积关系Fig.4 Relationship between qualification lever and area of test samples with the rectangular shape3.3配光的影响选取5款有代表性的产品，对其配光等数据进行比较，见表3。

图5 列出主要的两种配光类型，A型近似于芯片原始配光形状，而B型则针 对产品用途，加入了二次光学设计发光部件为圆形和环形的产品，由 于发光面积普遍较大，容易达到标准要求，因此基本属于A型配光圆 形产品主要靠一圈芯片装在发光体圆周侧壁，然后通过圆形导光板和导 光板底部的反光材料将光导向外侧而环形产品则直接在芯片外加一层 透光罩，即完成发光部件设计长条形产品有部分是芯片加透光罩的直 射形式，配光类型为A型，这类产品发光面积特性决定了这样的光学设 计难以满足照度及照度均匀度的标准要求另外一类长条形发光的产品则通过光源腔内部的光学部件和透光部件，改变了产品配光特性，如产 品5加入偏光设计，因而能做到照度及。