光環(huán)境對視疲勞癥狀的影響分析

王慶　徐海松　宮睿

摘要

視疲勞一直是影響視覺功能，降低工作效率的常發(fā)眼部癥狀。而目前人們生活節(jié)奏的加快，工作壓力的不斷提升，導(dǎo)致視疲勞癥狀困擾著更多長時間室內(nèi)辦公的人們。理想的室內(nèi)照明不僅可以幫助人們看清物體，順利的完成工作。并且還應(yīng)該給人以最大的舒適感，有效降低因工作而造成的視疲勞。本研究的主要目的是分析光源的相關(guān)色溫以及光源種類對于視疲勞各種癥狀的影響。其結(jié)果表明，被試在LED光環(huán)境下的總體視疲勞顯著的小于熒光燈下的視疲勞；同時在LED光環(huán)境下的閱讀效率也優(yōu)于熒光燈下的閱讀效率。但并未達(dá)到顯著性。

1.背景

最近，LED的室內(nèi)照明已經(jīng)成為照明領(lǐng)域研究的熱點問題。但由于LED的發(fā)光機理、光譜等特性都與傳統(tǒng)熒光燈具有較大的差別，所以作為室內(nèi)照明其安全性和舒適性必須充分考慮。國內(nèi)國外針對光對視覺傷害，動態(tài)照明影Ⅱ向工作效率，以及照度與色溫影響視疲勞等方面都有很多研究。以上研究雖然都針對于LED光源的應(yīng)用與室內(nèi)照明的安全舒適性燈方面，但都沒有分析LED替代熒光燈作為下一代室內(nèi)照明光源的可行性。本論文研究的主要目的是分析光源的相關(guān)色溫以及光源種類對于視疲勞各種癥狀的影響。

2.不同光環(huán)境下視疲勞實驗

2.1實驗裝置

實驗采用3000K和6000K兩種色溫的白光LED燈管和色溫6000K熒光燈管。兩種LED燈管和熒光燈的相對光譜功率分布如圖1。為保證閱讀平面均勻照度，三種光源同時安裝在一個長72cm*95cm*110cm的燈箱中。在所有的實驗過程中，閱讀平面的中心照度為500Ix，照度均勻度控制在84%以上，燈箱內(nèi)壁涂布中性灰色，其光譜反射比與孟塞爾N5中性灰的光譜反射比近似。三種光源在燈箱中所產(chǎn)生光環(huán)境的具體參數(shù)如表1。

2.2實驗方案：

實驗環(huán)境的溫度控制在200C到230C之間，濕度控制在35%和50%之間。為了更好的模擬工作人員的作息習(xí)慣，所有實驗安排在上午9：00到11：00或下午2：00到4：00之間進行。實驗開始前被試首先需要填寫關(guān)于視疲勞的調(diào)查問卷和測試視力；其次需要進行5分鐘的暗適應(yīng)和3分鐘的亮適應(yīng)；然后開始進行2小時的數(shù)字校正實驗，中間無休息。實驗完成之后，再進行一次視疲勞的問卷調(diào)查和視力測試。

（1）閱讀效率

實驗采用數(shù)字校正作為閱讀內(nèi)容，打印在A4幅面紙張上，新羅馬字體，12磅，如表2所示。被試需要根據(jù)前一排的參考數(shù)字，判斷后一個數(shù)字是否與之相同。每分鐘查找的數(shù)字對個數(shù)作為其閱讀速度。2小時內(nèi)查找正確查找的數(shù)字對的總和比上應(yīng)查數(shù)字對作為其正確率。閱讀效率=閱讀速度*正確率。

（2）視疲勞主觀評價

視疲勞是一個綜合概念，包括各種眼部疲勞感知和視覺功能下降的綜合性表現(xiàn)。為了獲得被試視疲勞的主觀感知，本實驗利用Likert主觀評價量表針對常見視疲勞癥狀進行打分，等級范圍為1-7。共采用了12種常見的視疲勞癥狀：眼酸、眼脹、沉重感、眼干澀、異物感、流淚、畏光、模糊、重影、文字跳動或串行、頭痛、眩光。

2.3實驗對象：

為控制年齡變化對實驗的影響，被試年齡范圍控制在23到34歲之間6男6女共12名被試，平均年齡25歲。所有觀察者視力或校正視力正常，無色盲和色弱等視覺問題。在整個實驗過程中，所有被試的身體和心理狀態(tài)保持良好。

3.實驗結(jié)果

3.1實驗前后視疲勞主觀評價對比實驗前視疲勞主觀評價結(jié)果顯示絕大部分被試的分?jǐn)?shù)為1，而部分被試的分?jǐn)?shù)為2。以眼酸癥狀為例（圖2），此數(shù)據(jù)表明所有被試在三次實驗開始狀態(tài)較好，沒有或者基本沒有視疲勞，實驗后的數(shù)據(jù)能代表由閱讀實驗造成的眼酸癥狀大小。而實驗之后的數(shù)據(jù)顯示，各觀察者之間的數(shù)據(jù)離散性較大，并近似呈現(xiàn)為正態(tài)分布，這說明實驗選取的樣本能近似代表真實情況。

3.2三種光環(huán)境下的總體視疲勞分析

首先，對于每位被試的12種視疲勞癥狀評分進行累加，然后利用實驗之后視疲勞數(shù)據(jù)減去實驗之前的數(shù)據(jù)作為每位被試由實驗造成的總體視疲勞，結(jié)果如圖3。從圖中看出，色溫6000K熒光燈下，被試的視疲勞明顯大于在LED光環(huán)境中的視疲勞等級（p=0.026，F(xiàn)=4.304）。但是對比兩種色溫的LED光環(huán)境下的視疲勞差別并沒有達(dá)到統(tǒng)計意義的顯著性差別（p=0.919，t=0.102）。

3.3各種視疲勞癥狀的分析以上分析顯示光源種類造成了視疲勞的顯著性差別，但是對于大多數(shù)的單個視疲勞癥狀來說無統(tǒng)計學(xué)上的顯著差別。其可能的原因是由于視疲勞本身是一個主觀感知與視功能暫時衰退等各種癥狀的綜合。為了更加真實有效的描述總體視疲勞與各癥狀之間的關(guān)系，研究各個癥狀之間的關(guān)系是必要的。因子分析的結(jié)果如表3所示，所有的癥狀基本可以分為三類：一、感知類，包括眼酸、眼脹、沉重感、眼干澀、異物感和頭痛；二、視功能暫時衰退類，包括模糊、重影和文字跳動或串行；三、調(diào)節(jié)類，包括流淚、畏光、眩暈。根據(jù)被試的反映，當(dāng)有流淚癥狀時，沉重感、眼干澀和異物感有明顯減輕的表現(xiàn)，因此把第三類定義為調(diào)節(jié)類。

3.4實驗前后視力差

表4為各種光環(huán)境下，左右眼實驗前后視力差。從表中可以看出熒光燈和LED燈下的左右眼視力差別并不大，這一現(xiàn)象說明，熒光燈和LED對于影響視覺功能方面無明顯差異，LED作為閱讀環(huán)境的照明光源是較為安全的。但對于兩種色溫環(huán)境下，實驗前后左眼視力差卻表現(xiàn)出明顯差別（F=3.844，p-value=0.046）。以上結(jié)果與上文因子分析中第三類視疲勞癥狀與色溫關(guān)系最大的結(jié)論是相一致的。可能的原因是3000K色溫下，流淚和畏光癥狀最為明顯，而表現(xiàn)出視力下降現(xiàn)象。

3.5三種光環(huán)境下的閱讀效率表5為三種光環(huán)境下閱讀速度、正確率和閱讀效率的12位被試的平均值。從表中可以看出熒光燈下的閱讀速度、正確率和閱讀效率最低。其可能的原因是由于熒光燈下視疲勞較大而對于被試的閱讀能力造成了影響。但根據(jù)方差分析的結(jié)論顯示閱讀速度、正確率和閱讀效率在三種光源下都沒有顯著性差別。其可能的原因是雖然視疲勞會影響人的閱讀能力，但是由于其他客觀因素或主觀因素的影響，而彌補了由于視疲勞造成的閱讀能力的下降。圖4為三種光環(huán)境下的三個主因子及其對應(yīng)的各種癥狀的12位被試的均值。從圖中可以看出。主因子1和2及其相應(yīng)的視疲勞癥狀在兩種LED光環(huán)境下都明顯小于熒光燈下的數(shù)值，但是主因子3在3000K色溫時最大。這說明熒光燈下視疲勞的主要原因是由于感知類癥狀和視功能衰退類癥狀較嚴(yán)重造成的，但是流淚、畏光等癥狀并不明顯。

4.結(jié)論

本論文分析了不同的相關(guān)色溫，以及同等照度和色溫下的熒光燈和LED對于視疲勞和閱讀效率的影Ⅱ向，得到以下結(jié)論：

1.視疲勞的主觀評價在熒光燈和LED之間具有顯著性差異，而相對于色溫來說雖然高色溫具有抑制視疲勞的傾向，但兩種色溫之間的視疲勞并不顯著。

2.針對實驗前后視力的暫時性下降的結(jié)果表明，熒光燈和LED燈之間無明顯差別，說明LED作為室內(nèi)光源相對安全，不會對視覺功能造成顯著的影響。但低色溫環(huán)境下，長時間閱讀容易導(dǎo)致暫時性的視力下降，可能的原因是由于流淚和畏光等視疲勞癥狀較為嚴(yán)重。3.三種光源下，被試的閱讀能力有一定差異，但未達(dá)到顯著性差別，其可能的原因是其他客觀因素或主觀積極性等因素彌補了視疲勞對于閱讀能力的影響。

作者簡介：

徐海松，浙江大學(xué)光電系教授、博導(dǎo)。

王慶，浙江大學(xué)博士研究生。

宮睿，浙江大學(xué)博士研究生。