光辐射伤害安全测试仪器选型指南

光生物安全背景知识

新型高亮度光源的快速发展,尤其是LED光源,使得人们开始关注非相干光源对人眼和皮肤的伤害问题。

相干光源(激光)辐射对眼睛和皮肤的伤害已经有相当长时间的研究,而且已经几个相关的标准和法规进行了详细规定。现在需要更多的关注到非相干光源对人体的伤害上面来。

光学辐射对人体的主要影响有:
  • 紫外光线对人眼和皮肤的光生物效应
  • 蓝光对人眼的伤害
  • 红光及红外光线对皮肤的热效应

欧盟颁布了 2006/ 25/ EC 法规, 规定了企业在保护员工避免非相干光源伤害上的义务。该法规目前已经生效为正式的法律。

其它相关的文件:
  • AOR Guide 2006/25/EC (法规解释文件)
  • ANSI/ IESNA RP-27.1-96 and RP-27.2-00 (推荐工业标准)
  • IEC 62471 (光源及灯具光生物安全)
  • CIE S007/ ISO 17166 (Erythema Reference Action Spectrum and Standard Erythema Dose)

CIE TC2-58 技术委员会将要发布一份关于LED亮度及辐亮度测试的新标准,标准将会增加关于光生物安全方面的相关规定。

欧盟 2006/ 25/ EC规定的光辐射伤害量值 (与 ANSI 文件相同):

 

基于辐射照度的伤害种类

伤害种类 标识 波长范围(nm) 加权函数 备注
眼睛暴露伤害 EUVA 315 (320) – 400 - 1000s 以上和以下,限值不同
红外暴露伤害 EIR 780 – 3000 - 1000s 以上和以下,限值不同
皮肤暴露热伤害 EH 380 - 3000 - 针对小面积皮肤
皮肤和眼睛伤害 ES 200 - 400 S(λ)
小光源蓝光视网膜伤害 EB 300 - 700 B(λ) IESNA 标识为 (A(λ)), 100s以上和以下限值不同

 

基于辐射亮度的伤害种类

伤害种类 标识 波长范围(nm) 加权函数 备注
弱视觉下红外暴露伤害 LIR 780 - 1400 R(λ) Subtended angle of source needed
视网膜热伤害 LR 380 - 1400 R(λ) Subtended angle of source needed
视网膜蓝光伤害 LB 300 - 700 R(λ) in IESNA also aphatic (A(λ)), different limits below and above 1000 s

 

光生物安全测试仪器选择

列表中一些量是基于纯粹的辐射度值,但是大部分是根据光源的光谱辐射度值,进行加权计算得到。因此有两类测试仪器可选

  • 主流的测试方法是采用光谱辐射度法得到每个波长下的辐射亮度和辐射照度,然后根据波长范围和加权函数进行计算。如果需要测试低于280nm以下的波段,则建议使用双单色结构的光谱辐射度计,来提高紫外波段的测试精度和准确度。
  • 个别量值是辐射度值,可以采用辐射度计。辐射度计通常使用一定带宽的探测器测试整个波段的辐射度值。为了符合相应的加权处理要求,会采用对用的滤光片对光源不同波长的能量进行选择性衰减,以尽可能接近法规要求。目前蓝光伤害滤光片比较常见。欧盟 2006/25/EC 允许采用辐射度测试方法对光源进行潜在伤害测试。辐射度值需要与曝光时间进行计算转换为标准所需的值。并用该结果与不同伤害效应的曝光限值进行比较。

光生物安全采用的光谱辐射度计通常为双单色仪结构,无法满足便携测量要求。而实际场景中,经常需要进行现场的光生物安全测试评价。便携式的光谱辐射度计是常用的仪器,如果对其根据光生物安全测试标准进行优化设计,则可以满足大部分的光生物安全测试要求。需要优化的部分有:

  • 杂散光、波长精度、测试视场角、带宽、光学采集器(余弦修正特性、偏振误差等)、噪声。

1211UV根据光生物安全测试标准,进行了全面的设计和优化,尤其在紫外波段,大大优化了杂散光水平和波长精度。

1211UV 在光生物安全领域的应用 

The following figure shows the measurement of a welding arc by specbos 1211 UV as well as the weighting by the S(λ) and B(λ) curves. 


Measurement of a welding arc with specbos 1211 UV (click to enlarge)

 

IESNA RP-27.2-00, IEC 62471 and ISO 17166 describe different measurement geometries for different kinds of hazard.

The radiance based measurements have to be done with a direct viewing optics (small viewing angle, radiance mode), the irradiance ones with an optics viewing in the half space (viewing angle 180° = 2π, measurement with diffusor or integrating sphere, irradiance mode). The exposure result will be obtained by integration of the weighted spectrum and multiplication by the exposure time (presumed that the intensity of the radiation is constant during the exposure).

Weighting functions (click to enlarge)

The figure above shows the three weighting functions S(λ), B(λ) and R(λ), additionally the A(λ) function, which is only included in the US document ANSI/ IESNA RP-27.2-00.
The meaning of the functions is as follows: 

 

S(λ)  UV Hazard Weighting Function

Skin and eye injury caused by UV radiation

 

B(λ)  Blue-light UV Hazard Weighting Function

Photochemically induced retinal injury induced by blue radiation

 

R(λ) Burn Hazard Weighting Function

Thermal damage of the eye, especially of retina and lens

 

A(λ) Aphakic Hazard Weighting Function
Mainly retinal injury of the lensless eye


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