汽車前照燈的藍(lán)光與不舒適眩光分析

1　方法

　　1.1　實(shí)驗(yàn)裝置

　　實(shí)驗(yàn)裝置示意圖及受測(cè)者觀測(cè)屏見(jiàn)圖1和圖2。

　　兩位受測(cè)者坐在固定的新型車座上。在受測(cè)者的正前方放置裝有5盞前照燈的支架，用一塊大黑板擋住，支架和黑板距離受測(cè)者40m。支架中心以及光源中心都與受測(cè)者車輛中心對(duì)齊，各盞燈依次平行排開(kāi)，中心各距4215cm（在40m遠(yuǎn)處形成016°張角）。5盞前照燈的中心離地0166m,與美國(guó)汽車前照燈的平均安裝高度相匹配。（Schoettle,Sivak,Nakata,2002）。

　　5盞前照燈采用3種不同的光源———鹵鎢燈、HID和LED,所有燈的光學(xué)特性都為反射型。采用3種具有不同光色但有相同物理尺寸和結(jié)構(gòu)的LED前照光（4000K,4800K,6600K）。將各盞燈調(diào)節(jié)至在受測(cè)者眼睛位置產(chǎn)生1lx的照度。

　　受測(cè)者成對(duì)參加測(cè)試。每組的一位坐駕駛座，另一位坐副駕駛座。一名實(shí)驗(yàn)操作者坐在后排，另一名實(shí)驗(yàn)操作者在黑板后操作5盞燈。

　　觀測(cè)屏上開(kāi)有5個(gè)狹縫，抽起任一個(gè)狹縫的擋板，觀測(cè)者便能通過(guò)狹縫看到相應(yīng)的燈。每個(gè)狹縫寬15cm,高7cm。狹縫關(guān)閉時(shí)觀測(cè)者不能看見(jiàn)狹縫，圖2所畫出的狹縫僅作說(shuō)明之用。在測(cè)試燈開(kāi)啟前，受測(cè)者通過(guò)所在車輛的近光燈的照射只能看見(jiàn)一塊有些固定白色圓點(diǎn)的大黑板。

　　1.2　任務(wù)

　　在每次燈點(diǎn)亮后，觀測(cè)者應(yīng)使用deBoer評(píng)價(jià)體系對(duì)其產(chǎn)生的不舒適眩光進(jìn)行評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)體系通常用于評(píng)價(jià)夜間照明的眩光（deBoer,1967），分成1至9級(jí)，但僅使用奇數(shù)評(píng)價(jià)：1（不能忍受），2,3（令人不適），4,5（剛能接受），6,7（較為滿意），8,9（恰能看見(jiàn)）。

　　1.3　視覺(jué)目標(biāo)

　　研究中采用15種不同視覺(jué)目標(biāo)。這15種視覺(jué)目標(biāo)通過(guò)受測(cè)者眼前3種不同照度（0125lx,015lx,1lx）及5種不同光源（鹵鎢燈，HID,3種LED）配對(duì)組成。

　　前兩種照度通過(guò)在燈前放置中性濾光片得到（分別為50%和25%透光率），而最高照度環(huán)境則不需任何濾光片。

　　所有燈聯(lián)接電源并根據(jù)需要手動(dòng)控制。每盞燈前的擋板擋住燈前的狹縫，使燈點(diǎn)亮后并不立刻被受測(cè)者看到。為了減少實(shí)驗(yàn)中的熱量，LED光源僅在使用前點(diǎn)亮，用后立刻關(guān)斷。為了維持實(shí)驗(yàn)中的穩(wěn)定色溫，鹵鎢燈及HID燈在整個(gè)過(guò)程中始終點(diǎn)亮（約45min）。

　　1.4　環(huán)境條件

　　實(shí)驗(yàn)在無(wú)雨的秋天夜晚進(jìn)行。受測(cè)者車輛的鹵鎢燈近光燈在整個(gè)過(guò)程始終打開(kāi)，并對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。環(huán)境照度以受測(cè)者眼睛位置的垂直照度計(jì)量，在每組實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)都測(cè)量一次，得到平均照度為0120lx,其中最小0116lx,最大0127lx。

　　1.5　受測(cè)者

　　12名受測(cè)者有償參加了該實(shí)驗(yàn)。其中有6名年輕人（年齡在25至30歲不等，平均年齡28歲），6名年長(zhǎng)者（年齡在64至79歲不等，平均年齡71歲）。

　　每個(gè)年齡組都由3男3女組成。所有受測(cè)者都持有駕照。

　　1.6　流程

　　受測(cè)者成對(duì)進(jìn)行測(cè)試，每組參加一個(gè)由45次測(cè)試組成的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)過(guò)程。這些測(cè)試分為3組，每組15次（5盞燈配以3種照度）。每次測(cè)試開(kāi)始后，亮一盞燈并維持3s,每組里各盞燈的出現(xiàn)次序隨機(jī)決定。

　　第一組的15次測(cè)試作為練習(xí)，使受測(cè)者熟悉他們所要完成的任務(wù)。但受測(cè)者并不知道自己正在進(jìn)行練習(xí)，也不清楚他們所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)被分成3組獨(dú)立的（重復(fù)的）測(cè)試。（僅后兩組實(shí)驗(yàn)被記錄分析，下文中他們將被稱作第一組和第二組）每次實(shí)驗(yàn)，受測(cè)者被提示去觀察某個(gè)固定點(diǎn)（見(jiàn)圖2），每個(gè)固定點(diǎn)在對(duì)應(yīng)燈中心的下方015°（40m遠(yuǎn)處）。

　　在平衡了受測(cè)者年齡和性別因素后，LED光源被安放在中間的3個(gè)位置，鹵鎢燈及HID則被安放在兩邊。

　　2　結(jié)果

　　2.1　基本結(jié)果

　　對(duì)所獲得的deBoer不舒適眩光評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行方差分析，獨(dú)立變量為燈的類型（鹵鎢燈，HID,LED-4000,LED-4800,LED-6000），照度（0125lx,015lx,1lx），受測(cè)年齡組（年輕，年老），以及實(shí)驗(yàn)組別（第一組，第二組）。

　　正如事先推測(cè)，照度的效果在數(shù)據(jù)上表現(xiàn)顯著，F(xiàn)（2,20）=10317,p=010001,不舒適眩光同照度成單調(diào)關(guān)系（見(jiàn)表1）。

　　不同光源的效果在數(shù)據(jù)上也表現(xiàn)顯著，F(xiàn)（4,40）=815,p=010001。鹵鎢燈不舒適眩光最低，次之為HID,LED-4000,LED-4800,LED-6600。（見(jiàn)表2）沒(méi)有明顯數(shù)據(jù)表明在光源類型與照度之間存在聯(lián)系，即不同光源在3種照度環(huán)境下表現(xiàn)一致。

　　2.2　藍(lán)錐細(xì)胞光視效率函數(shù)及不舒適眩光等級(jí)

　　在分析中，我們首先用藍(lán)錐細(xì)胞光譜光視效率函數(shù)對(duì)各光源的光譜能量分布進(jìn)行加權(quán)積分，計(jì)算獲得“藍(lán)光通量”，將結(jié)果與不舒適眩光等級(jí)比較。如圖3所示，我們看到用藍(lán)錐效率函數(shù)的計(jì)算結(jié)果與不舒適眩光等級(jí)成明顯線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.99。

　　3　討論

　　3.1　與先前研究的關(guān)系

　　正如在我們先前研究報(bào)告的推測(cè)（Sivak等，2003），我們發(fā)現(xiàn)：（1）LED前照燈在相對(duì)更藍(lán)的情況下，會(huì)比鹵鎢燈及HID燈產(chǎn)生更多不舒適眩光，（2）受測(cè)前照燈的藍(lán)光成分直接影響不舒適眩光。另外，我們的發(fā)現(xiàn)與JARl（2004）中相同條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。

　　3.2　藍(lán)錐細(xì)胞及不舒適眩光

　　本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)最有趣的發(fā)現(xiàn)在于用藍(lán)錐光譜光視效率函數(shù)計(jì)算的藍(lán)光通量可以很好地預(yù)測(cè)眩光的不舒適度。這種關(guān)系只能被暫時(shí)認(rèn)可，直至用更多的前照燈光譜分布對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

　　3.3　藍(lán)色照明的潛在益處

　　曾有一些嘗試性研究表明光源的藍(lán)光成分越多，越有利于對(duì)夜晚駕駛或類似的照明條件下的周邊視覺(jué)目標(biāo)的探測(cè)。將來(lái)這方面應(yīng)該進(jìn)一步嘗試更好的量化眩光與探測(cè)的波長(zhǎng)函數(shù)的研究，以便在選擇前照燈光色時(shí)能更好地綜合這兩個(gè)矛盾因素的影響。

　　4　結(jié)語(yǔ)

　　本實(shí)驗(yàn)評(píng)估了前照燈藍(lán)光成分對(duì)產(chǎn)生不舒適眩光的效果，目的在于在考慮相關(guān)光譜成分方面能提供有關(guān)指導(dǎo)，以減少駕駛員的不滿。實(shí)驗(yàn)對(duì)3種LED光源（色溫為4000K、4800K、6600K），以及鹵鎢燈和HID汽車前照燈作了測(cè)試。受測(cè)者坐在靜止車中，評(píng)價(jià)光源在0.25lx、0.5lx、1lx照度下產(chǎn)生的不舒適眩光。

　　正如我們先前研究的預(yù)測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)———LED前照燈在相對(duì)更藍(lán)的情況下，會(huì)比鹵鎢燈及HID前照燈產(chǎn)生更多不舒適眩光。這種效果可能主要由于LED光源的光色而并非其他特性所造成，對(duì)于其他光源這有可能會(huì)有不同或相反的結(jié)果。本研究的數(shù)據(jù)表明，不舒適眩光等級(jí)同光譜中的藍(lán)光成分成正比。

　　因此，如果該關(guān)系能在將來(lái)的研究中被進(jìn)一步證實(shí)，藍(lán)光成分在選擇汽車前照燈光色時(shí)將可以作為一個(gè)具有啟示作用的指標(biāo)，以減少駕駛員對(duì)眩光的不滿。