徐海輝，賈 航，崔 曼

(1.陜西艾多特照明有限公司，陜西 西安 710018；2.陜西電子信息集團(tuán)光電科技有限公司,陜西 西安 710000)

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中小學(xué)生在家使用讀寫作業(yè)臺(tái)燈每天時(shí)間在1～2 h的平均比例為84%，超過3 h的平均比例達(dá)40%[1]。書本面的照明質(zhì)量直接影響學(xué)生的視疲勞的發(fā)生，尤其是讀寫臺(tái)燈所能提供的書本面照度以及照度均勻度性能。因此，書寫照明用的讀寫臺(tái)燈在正常工作位置應(yīng)提供被照桌面上足夠的照度和照度均勻度，使人眼感到舒適、不容易產(chǎn)生疲勞感[2]。

1 課本尺寸以及作業(yè)時(shí)臺(tái)燈、書本、學(xué)生之間的位置關(guān)系分析

1.1 學(xué)生書本的尺寸

根據(jù)GB/T 18358—2009《中小學(xué)教科書幅面以及版面通用要求》規(guī)定，中小學(xué)教科書幅面主要分為A5(180 mm×210 mm)、B5(169 mm×239 mm)以及A4(210 mm×297 mm)[3]。以小學(xué)四年級(jí)的課本以及練習(xí)冊(cè)為調(diào)研對(duì)象顯示最大尺寸均不大于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大尺寸210 mm×297 mm，如圖1所示。

圖1 小學(xué)四年級(jí)課本和練習(xí)冊(cè)尺寸Fig.1 Size of textbooks and workbooks for the fourth grade

1.2 正常使用時(shí)臺(tái)燈、書本、學(xué)生之間的相對(duì)位置關(guān)系

對(duì)于使用右手寫字的學(xué)生，在正常使用臺(tái)燈時(shí)，建議將臺(tái)燈放置在左前方，一方面可以防止作業(yè)時(shí)手產(chǎn)生的陰影遮擋書面文字，另一方面也方便用左手對(duì)臺(tái)燈進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。對(duì)于使用左手寫字的學(xué)生，建議將臺(tái)燈放置在右前方位置。

經(jīng)對(duì)小學(xué)四年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26158—2010《中國(guó)未成年人人體尺寸》,在正常讀書寫字時(shí)，常用的書桌尺寸、臺(tái)燈放置在書桌的位置、作業(yè)時(shí)書本的放置區(qū)域、學(xué)生的前臂以及手長(zhǎng)等數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 臺(tái)燈、書本、學(xué)生之間的相對(duì)位置Fig.2 The relative position of lamp, book and students

2 臺(tái)燈照度以及照度均勻度的檢測(cè)規(guī)范說明

2.1 目前檢測(cè)規(guī)范的要求[4]

GB/T 9473—2017《讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求》中規(guī)定的測(cè)試區(qū)域是以燈具出光口的幾何中心的投影點(diǎn)為測(cè)試圓心，位于眼睛的正前方，在靠近眼睛一側(cè)燈具的透射范圍內(nèi)，離圓心的半徑距離為500 mm的三分之一扇形內(nèi)，以30°為間隔，在半徑線上進(jìn)行照度測(cè)試，測(cè)試間隔為100 mm，包括圓心。測(cè)試區(qū)域和測(cè)試點(diǎn)位置如圖3所示，不同等級(jí)的照度以及照度均勻度要求如表1所示。

圖3 GB/T 9473—2017《讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求》中的臺(tái)燈照度試驗(yàn)布點(diǎn)方式Fig.3 Table lamp illumination test layout in GB/T 9473—2017 “reading and writing work lamp performance requirements”

表1 GB/T 9473—2017《讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求》中不同等級(jí)的照度以及照度均勻度要求

2.2 GB/T 9473—2017《讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求》的局限性說明

GB/T 9473—2017《讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求》中對(duì)照度以及照度均勻度測(cè)試的區(qū)域的是以燈具出光口的幾何中心的投影點(diǎn)為測(cè)試圓心，測(cè)試區(qū)域定義為扇形區(qū)域，如圖4所示。而根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定以及結(jié)合實(shí)際調(diào)研結(jié)果，學(xué)生的書本形狀為矩形，尺寸也有相應(yīng)的要求，且在正常作業(yè)時(shí)，書本的擺放位置位于臺(tái)燈與學(xué)生之間，并不在臺(tái)燈的正下方。該規(guī)范并沒有深入考慮到學(xué)生課本的形狀與大小以及臺(tái)燈、學(xué)生以及書本的相對(duì)位置，在正常作業(yè)時(shí)，書本的形狀、大小以及擺放的位置可能并不在該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的區(qū)域內(nèi)，因此，按此規(guī)范設(shè)計(jì)出的臺(tái)燈并不能確保書本面的照度以及照度均勻度達(dá)標(biāo)。

青色為照度測(cè)試區(qū)域一；黃色為照度測(cè)試區(qū)域二；紅色為書本放置區(qū)域圖4 GB/T 9473—2017《讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求》中的測(cè)試區(qū)域與書本放置區(qū)域示意Fig.4 Test area and book placement area in GB/T 9473—2017 “reading and writing work lamp performance requirements”

3 基于人機(jī)工程學(xué)的臺(tái)燈照度檢測(cè)

使用讀寫臺(tái)燈的目的是為書本面提供合適的照明光環(huán)境，因此，照度以及照度均勻度的設(shè)計(jì)以及檢測(cè)區(qū)域應(yīng)該以書本面的大小、書本區(qū)域與臺(tái)燈相對(duì)位置為依據(jù)。臺(tái)燈照度檢測(cè)主要包含檢測(cè)區(qū)域的大小、以臺(tái)燈為基準(zhǔn)的檢測(cè)區(qū)域位置以及照度檢測(cè)點(diǎn)以及照度均勻度的計(jì)算方法。

3.1 符合人機(jī)工程學(xué)的照度檢測(cè)區(qū)域大小

照度檢測(cè)區(qū)域大小以GB/T 18358—2009《中小學(xué)教科書幅面以及版面通用要求》規(guī)定的最大幅面尺寸A4的書本為檢測(cè)依據(jù)，使用時(shí)書本翻開后的尺寸為A3幅面，大小為420 mm×297 mm，考慮到正常使用時(shí)，書本有可能放不正的情況，將照度測(cè)試的區(qū)域放大1.2倍后取整，因此，臺(tái)燈的照度檢測(cè)區(qū)域可以按照500 mm×360 mm的矩形區(qū)域大小進(jìn)行檢測(cè)。

IESNA照明手冊(cè)中所定義的臺(tái)燈的工作面分為主要作業(yè)面和次要作業(yè)面，主要作業(yè)面大小為360 mm×310 mm；次要作業(yè)面大小為610 mm×910 mm，可以看出也是一個(gè)矩形的照度測(cè)試區(qū)域。

3.2 符合人機(jī)工程學(xué)的照度檢測(cè)區(qū)域位置

臺(tái)燈出光面亮度較高，如果距離學(xué)生眼睛距離較近，則會(huì)對(duì)眼睛造成損傷，這也是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的遮光性測(cè)試觀察點(diǎn)距離臺(tái)燈出光面的距離為600 mm的一個(gè)原因。同時(shí)，考慮到學(xué)生、書本以及臺(tái)燈的相對(duì)位置，符合人機(jī)工程學(xué)的照度測(cè)試區(qū)域應(yīng)該為以燈頭在桌面上的投影區(qū)域，靠近學(xué)生眼睛的最近一點(diǎn)為測(cè)試區(qū)域的前邊沿線的中點(diǎn)，繪制出一個(gè)與人的坐姿平行的500 mm×360 mm的區(qū)域，該區(qū)域即為照度測(cè)試區(qū)域，如圖5所示。

圖5 符合人機(jī)工程學(xué)的照度測(cè)試區(qū)域(以右手作業(yè)為例)Fig.5 Ergonomic illumination test area (Take a right-handed assignment for example)

3.3 測(cè)試點(diǎn)的位置以及照度均勻度的計(jì)算方法

照度測(cè)試點(diǎn)的位置選取可參照GB 5700—2008《照明測(cè)量方法》中的四角布點(diǎn)法，取測(cè)試區(qū)域的四個(gè)角點(diǎn)、四個(gè)邊緣線的中點(diǎn)以及測(cè)試區(qū)域的幾何中心點(diǎn)為照度測(cè)試點(diǎn)[5]，如圖6所示。照度均勻性按照所有測(cè)試點(diǎn)中的最大照度與最小照度的比值進(jìn)行計(jì)算。照度以及照度均勻性等級(jí)分類可按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，本文不做具體說明。

需要特別說明的是，對(duì)于燈頭可旋轉(zhuǎn)、燈頭高度以及色溫亮度可以調(diào)節(jié)的產(chǎn)品，在產(chǎn)品使用說明資料上需要明確說明滿足照度等級(jí)時(shí)的臺(tái)燈燈頭方向、臺(tái)燈燈頭高度以及色溫和亮度檔位，同時(shí)需要明確表示符合相關(guān)照度等級(jí)的相對(duì)于臺(tái)燈擺放位置的照度區(qū)域。

?照度測(cè)試點(diǎn)(尺寸單位：mm)圖6 照度測(cè)試點(diǎn)位置Fig.6 Illuminance test point location

4 滿足人機(jī)工程學(xué)的臺(tái)燈設(shè)計(jì)思路

以實(shí)際情況為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，因?yàn)闀痉_后為矩形，且書本位置處于人與臺(tái)燈之間，并不在臺(tái)燈的正下方使用。結(jié)合LED的發(fā)光特性，可以將LED點(diǎn)光源設(shè)計(jì)成一個(gè)長(zhǎng)條矩形的面光源，有效的滿足矩形照射區(qū)域的要求，同時(shí)使用透鏡進(jìn)行二次配光，設(shè)計(jì)成前后非對(duì)稱配光，使更多的光線照向燈頭的前方，減少后方的光線數(shù)量，在提高書本所在區(qū)域的照度以及照度均勻度的同時(shí)也降低了燈具的能耗。

根據(jù)此思路設(shè)計(jì)出一款燈頭和出光面均為長(zhǎng)條形狀的讀寫臺(tái)燈，其配光曲線如圖7所示，在0～180平面上光強(qiáng)對(duì)稱分布，在90～270平面上光強(qiáng)為非對(duì)稱分布。

圖7 臺(tái)燈及其配光曲線Fig.7 Table lamp and its light distribution curve

正常使用時(shí)燈頭發(fā)光面平行于課桌面，距離課桌面高度為500 mm，經(jīng)實(shí)測(cè)，在本文所提到的照度測(cè)試區(qū)域內(nèi)所有測(cè)試點(diǎn)的照度如圖8所示。經(jīng)計(jì)算，按此思路設(shè)計(jì)的臺(tái)燈照度均勻度為1.9，遠(yuǎn)高于GB/T 9473—2017《讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求》中的均勻度要求。

圖8 臺(tái)燈照度測(cè)試Fig.8 Illumination test of table lamp

在實(shí)際使用臺(tái)燈時(shí)，一般也會(huì)打開房間內(nèi)的吸頂燈，防止書寫區(qū)域的亮度與背景亮度反差過大而造成學(xué)生眼疲勞，吸頂燈會(huì)進(jìn)一步提高書寫區(qū)域的照度以及照度均勻性。

5 總結(jié)

通過對(duì)學(xué)生書本尺寸的分析，結(jié)合臺(tái)燈、書本以及使用者的相對(duì)位置關(guān)系，指出了臺(tái)燈的照度以及照度均勻度的測(cè)試區(qū)域應(yīng)該以被照射書面的大小與位置為依據(jù)，提出了一種符合人機(jī)工程學(xué)的臺(tái)燈照度以及照度均勻度的測(cè)試區(qū)域與測(cè)試方法，同時(shí)提出了一種滿足人機(jī)工程學(xué)的臺(tái)燈設(shè)計(jì)思路，為設(shè)計(jì)出更合理的讀寫臺(tái)燈提供一種新的思路。