邢明書，徐廣強(qiáng)，張競(jìng)輝，林 杰，楊 軼，余方男，于鴻飛，林嘉祥，曹冠英

(大連工業(yè)大學(xué)光子學(xué)研究所，遼寧 大連 116034)

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夜間防范型LED照明產(chǎn)品光度學(xué)及色度學(xué)測(cè)試研究

邢明書，徐廣強(qiáng)，張競(jìng)輝，林 杰，楊 軼，余方男，于鴻飛，林嘉祥，曹冠英

(大連工業(yè)大學(xué)光子學(xué)研究所，遼寧 大連 116034)

選用一款型號(hào)ZY4623的夜間防范型LED手電筒，對(duì)其光譜、光通量、色溫、顯色指數(shù)、色坐標(biāo)及配光曲線等一系列的光度學(xué)與色度學(xué)參數(shù)及爆閃頻率進(jìn)行測(cè)試與分析，為更好的理解和應(yīng)用防范照明奠定基礎(chǔ)。結(jié)果表明：夜間防范型手電筒的色溫為7624 K，色坐標(biāo)為(0.2952，0.2996)，顯色指數(shù)達(dá)到76.8；爆閃頻率為7.6 Hz；配光曲線為狹窄條狀，光強(qiáng)分布在光照射方向較小立體角的范圍，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離照亮，比較適于用做夜間防范照明。

防范照明; LED手電筒; 配光曲線; 光度學(xué); 色度學(xué)

引言

夜深人靜是犯罪分子活動(dòng)頻繁的時(shí)間。犯罪的頻率往往夜間高于白天，夜間能見度低的區(qū)域多于能見度比較好的區(qū)域[1]，如何有效提高人們夜間活動(dòng)出行的安全感，便于巡邏人員夜間觀察組織防范，使犯罪分子的犯罪心理有效遏制以減少犯罪案件的發(fā)生顯得尤為重要。夜間照明設(shè)施不可能覆蓋到城市的所有角落，因此，具有夜間防范功能的移動(dòng)照明工具(如手電筒)有著廣闊的發(fā)展前景。隨著科技社會(huì)發(fā)展，手電筒單純的照明功能已無法滿足人們現(xiàn)實(shí)生活需求，一些特殊環(huán)境或特殊用途對(duì)手電筒的要求也不盡相同，如照明、通信、勘探、搜救、娛樂等。近年來，人們安全意識(shí)逐漸提高，具有夜間防范功能手電筒逐漸開始為人們重視。與傳統(tǒng)手電筒相比, 夜間防范型手電筒大多采用LED 作為光源,具有較強(qiáng)的抗沖擊能力[2]，而LED光源其省電、耐用、亮度高、體積小、方便攜帶等諸多優(yōu)點(diǎn)，也使之在眾多領(lǐng)域有著廣泛發(fā)展[3-4]。照明環(huán)境會(huì)對(duì)人體的生理和心理產(chǎn)生刺激[5-6]，夜間防范型手電筒一般包括強(qiáng)光、弱光、爆閃等功能，可以根據(jù)不同的照明環(huán)境選用不同的照亮模式，已達(dá)到最佳的照明及示警防范及救援功能，能夠給使用者帶來足夠的心理舒適與安全感。

本文選用一款夜間防范手電筒并對(duì)其進(jìn)行光譜、光通量、色溫、顯色指數(shù)、色坐標(biāo)及配光曲線等一系列的光度學(xué)及色度學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，了解其性能及特點(diǎn)，為更好的研究利用防范照明奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)選用型號(hào)為ZY4623的夜間防范型手電筒，額定電壓為DC3.7 V，額定容量2.2 Ah，光源LED額定功率3 W。

1.1 配光曲線測(cè)試

測(cè)試使用某公司GMS-1800型旋轉(zhuǎn)式分布光度計(jì)對(duì)待測(cè)照明產(chǎn)品進(jìn)行配光曲線測(cè)試。GMS-1800旋轉(zhuǎn)燈具式分布光度計(jì)是根據(jù)CIE、IESNA、國家標(biāo)準(zhǔn)等要求，通過旋轉(zhuǎn)燈具，測(cè)量室內(nèi)照明燈具、投光燈具、道路照明燈具的空間光強(qiáng)分布及多種光度參數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試的ZY4623型夜間防范型手電筒相對(duì)傳統(tǒng)燈具體積小，可選用單立柱工作，在安裝燈具時(shí)應(yīng)保證燈的發(fā)光中心與十字激光校準(zhǔn)中心重合，系統(tǒng)在c-γ測(cè)試平面坐標(biāo)系內(nèi)測(cè)量，由于夜間防范型手電筒發(fā)出光線具有明顯的軸對(duì)稱性，因此，燈具在垂直軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)步長(zhǎng)大小對(duì)實(shí)際測(cè)量結(jié)果影響不大，但在水平軸內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使燈具的照射方向由正對(duì)探測(cè)器逐漸背向探測(cè)器，所以水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)步長(zhǎng)的選定對(duì)測(cè)量結(jié)果有明顯影響，本次測(cè)試選定垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)步長(zhǎng)45°，水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)步長(zhǎng)2°。

1.2 爆閃頻率測(cè)試

利用某公司的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件(NI ELVIS)測(cè)試該夜間防范手電的爆閃模式下爆閃頻率。ELVIS平臺(tái)通過USB與電腦連接，將整個(gè)系統(tǒng)置于黑暗環(huán)境下，開啟手電爆閃模式對(duì)準(zhǔn)光敏電阻，在電腦頁面打開軟件即可測(cè)試爆閃模式下閃爍頻率。

1.3 光源光色綜合測(cè)試

實(shí)驗(yàn)采用光電綜合測(cè)試系統(tǒng)對(duì)防范手電強(qiáng)光模式進(jìn)行光譜測(cè)試。該系統(tǒng)包括直徑為1m專用積分球、型號(hào)為SL-300型光譜輻射分析儀、高精度恒流電源及功率計(jì)。積分球主要由被測(cè)光源、檔屏、出光口、光纖四部分組成。積分球內(nèi)壁涂有近似朗伯漫反射涂料，由積分球內(nèi)壁反射的光通量所形成的附加照度與光源光通量成正比。光源放在積分球中心，光源經(jīng)過球內(nèi)壁無數(shù)次的漫反射，由光纖入口接收一部分平均光信號(hào)，由此計(jì)算光源的光色參數(shù)。

2 結(jié)果及分析

2.1 配光曲線

利用GMS-1800型旋轉(zhuǎn)式分布光度計(jì)對(duì)待測(cè)照明產(chǎn)品進(jìn)行配光曲線測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 配光曲線Fig.1 Light distribution

由測(cè)試結(jié)果可知，該防范手電空間光強(qiáng)分布曲線是一狹窄條狀，發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)的部分集中在光線照射方向上很小的立體角范圍，光強(qiáng)最大點(diǎn)在光斑中心，高達(dá)428.2 cd，能實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)光照射模式下對(duì)較遠(yuǎn)距離物體有很高照度的照明，使用者能看到較遠(yuǎn)距離路面及路上的環(huán)境情況，便于及早發(fā)現(xiàn)不安全隱患或危險(xiǎn)信息并做出合理保護(hù)措施。

2.2 爆閃頻率

ELVIS平臺(tái)測(cè)試頻閃頻率的結(jié)果如圖2所示。由測(cè)試結(jié)果可知，夜間防范手電的爆閃頻率約為7.6 Hz，小于暗環(huán)境下臨界融合頻率(CFF)，接近人眼感知的最敏感頻率，在夜晚環(huán)境下能較為容易地為人識(shí)別，能達(dá)到危險(xiǎn)情況下較好的示警防范救援作用。另外，如果夜晚出行遭遇人為危害，將該手電對(duì)準(zhǔn)歹徒眼睛開啟爆閃模式，突然的強(qiáng)光閃爍會(huì)導(dǎo)致短暫致盲，可幫助受害人在關(guān)鍵時(shí)刻逃離或自我防衛(wèi)。因此爆閃模式具有效果更好的夜間防范作用。

圖2 爆閃頻率曲線Fig.2 Frequency curve for blasting flash

2.3 光譜及光色參數(shù)

利用光電綜合測(cè)試系統(tǒng)對(duì)防范手電筒強(qiáng)光模式下發(fā)光光譜測(cè)試結(jié)果如圖3所示；色坐標(biāo)如圖4所示；光色參數(shù)測(cè)試結(jié)果見表1。

圖3 發(fā)光光譜Fig.3 Light spectrum

圖4 色坐標(biāo)Fig.4 Color coordinates

光通量/(lm)相關(guān)色溫/(K)顯色指數(shù)色坐標(biāo)發(fā)光效率/(lm/W)107.06762476.8(0.29520.2996)35.69

由圖3可知，該光譜的兩個(gè)峰值分別為448 nm和550 nm，為典型的藍(lán)光激發(fā)黃色熒光粉發(fā)白光，其中短波長(zhǎng)部分所占功率比例較多，通常采用可見光光譜中小于500 nm 光譜能量的百分比來描述 LED 光源的光譜特征，該光譜中小于500 nm 光譜能量的百分比為32.5%,光譜輻射成分中含有較多短波可見光成分的白光光源的人臉辨認(rèn)距離效果較黃光光源有更好的效果，但短波成分與色溫二者之間需要達(dá)到一個(gè)合適的值，研究表明：光譜中小于500 nm 光譜能量的百分比為21.4%，色溫為4000 K時(shí)，光源照明對(duì)人體皮膚接近的黃色識(shí)別最有利[7-9]。該手電筒色溫為7624 K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出4000 K，另外短波成分會(huì)在一定程度上降低光源的發(fā)光效率，半導(dǎo)體發(fā)光機(jī)理不同于白熾燈，在接近光源額定功率時(shí)，由于芯片溫度的升高和載流子復(fù)合效率減小往往會(huì)造成發(fā)光效率會(huì)減小，因此在今后設(shè)計(jì)使用中要特別注重光源選擇和光源的散熱問題[10]。該光源顯色指數(shù)高達(dá)76.8，能使行人在較遠(yuǎn)距離看清對(duì)面路人的面部表情，以便及時(shí)察覺對(duì)方的意圖。色坐標(biāo)為(0.2952 0.2996)，接近D65色坐標(biāo)(0.3127 0.3291)，如圖4所示。白光照明可以降低搶劫、偷竊等犯罪程度，可以降低對(duì)犯罪行為的恐懼，高色溫冷白光用于夜晚照明，更有利于達(dá)到防范目的，能夠給使用者足夠的心理舒適與安全感[9]。

3 結(jié)論

本文選用型號(hào)為ZY4623的夜間防范型手電筒，通過對(duì)其發(fā)光光譜、光通量、色溫、顯色指數(shù)、色坐標(biāo)及配光曲線等一系列的光度學(xué)與色度學(xué)參數(shù)及爆閃頻率進(jìn)行了測(cè)試，得到主要結(jié)論如下：

(1)夜間防范型手電筒空間光強(qiáng)分布曲線為一狹窄條狀。此配光方式能使光線集中在照射方向較小的立體角范圍，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光照射模式下較遠(yuǎn)距離照亮，使用者能看到較遠(yuǎn)距離路面及路上的環(huán)境情況，便于及早發(fā)現(xiàn)不安全隱患或危險(xiǎn)信息并做出合理保護(hù)措施。

(2)夜間防范型手電筒的爆閃頻率為7.6 Hz，接近人眼黑暗環(huán)境下最敏感頻率，能容易的被人識(shí)別發(fā)現(xiàn)，具有明顯示警防范救援作用。另外，在夜晚遇到非法侵害時(shí)，突然的強(qiáng)光閃爍會(huì)使人短暫致盲，可幫助受害人在關(guān)鍵時(shí)刻逃離或自我防衛(wèi)。因此爆閃模式具有效果更好的夜間防范作用。

(3)夜間防范型手電筒的高色溫冷白光源，色溫為7624 K,色坐標(biāo)為(0.2952, 0.2996)，顯色指數(shù)為76.8，能使行人在更遠(yuǎn)距離看清對(duì)面路人的面部表情，以便及時(shí)察覺對(duì)方的意圖，規(guī)避非法侵害。高色溫冷白光用于夜晚照明，更有利于達(dá)到防范目的，能夠給使用者足夠的心理舒適與安全感,但今后設(shè)計(jì)需要合理設(shè)計(jì)短波成分含量與色溫，以達(dá)到最佳照明效果。

目前，國內(nèi)針對(duì)夜間防范照明的研究較少，關(guān)于夜間防范照明的理論也十分有限。本文針對(duì)特定型號(hào)的夜間防范型手電筒，對(duì)其光色參數(shù)進(jìn)行測(cè)試研究，為日后更好的研究利用夜間防范照明奠定基礎(chǔ)。

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The Colorimetric and Photometric Test of Anti-threat LED Lighting Products

Xing Mingshu， Xu Guangqiang， Zhang Jinghui， Lin Jie，Yang Yi， Yu Fangnan,Yu Hongfei, Lin Jiaxiang, Cao Guanying

(ResearchInstituteofPhotonics,DalianPolytechnicUniversity,Dalian116034,China)

In the paper, an Anti-threat lighting LED torch with the type of ZY4623 was investigated for a better understanding and application of Anti-threat lighting products. The blasting flash frequency, colorimetric and photometric parameters, such as light spectrum, luminous flux, colour temperature, colour rendering index, chromaticity coordinate and the light spatial distribution curve, were tested and analyzed. The results show that the color coordinates is(0.2952, 0.2996), the color temperature is 7624K, the color rendering index reaches 76.8; flashing frequency is 7.6 Hz. The light distribution curve is a narrow strip shape, the light intensity distribution in the light irradiation direction with the small solid Angle range which can realize remote light. Therefore it’s suitable for the application of anti-threat lighting at night.

anti-threat lighting; lED torch; Light distribution curve; photometry; colorimetry

遼寧省自然基金項(xiàng)目(2014026004)，大連工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410152196) 通信作者： 曹冠英，E-mail: gycao@dlpu.edu.cn

TN312.8 TN206

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10.3969/j.issn.1004-440X.2015.02.006