光源与视觉的关系

摘  要  科学研究表明，长时间生活在一个持续的光环境里，这对人的昼夜生物节律和健康是有影响的，可能会导致癌症患病率的增加。因此，很多人都在谈健康照明，但是能对健康照明有科学、整体认识的并不多，更多的是将科学照明、健康照明片面地理解为光生物安全或光的非视觉生物效应。本文主要谈谈光源与视觉的关系。

关键词  科学照明  光源  视觉

通常，在辐射层面上对眼睛最具杀伤力的，除了激光就数紫外线了，但是通常紫外线到达不了眼底。而蓝光是可见光里波长最短的一段，与紫外线相比，其具有较长的波长，正好可以穿过瞳孔、晶状体和玻璃体到达人眼的视网膜;其与长波可见光比，具有的较大的粒子能量，在适当的量值时将对人眼视网膜具有伤害性的作用。由于目前白光LED多为蓝光芯片加黄光荧光粉组合而成，其在蓝光部分的峰值，让人们对LED的蓝光危害有所顾忌。然而，对于普通照明的LED产品，由于有照明标准对亮度及直接眩光等因素进行了控制，其强度通常不足以破坏人眼的视网膜。在制造LED照明产品时，应注意其处于照明标准所要求的参数范围内；使用时，应避免近距离对直射光源的观测。

很多人都在谈健康照明，但是能对健康照明有科学、整体认识的并不多，更多的是将科学照明、健康照明片面地理解为光生物安全或光的非视觉生物效应。光生物安全当然是健康照明所需要考量的重要内容，例如蓝光的视网膜危害、紫外光对皮肤的损伤等，但是它只是健康照明的一个部分，其实，健康照明有其丰富的内涵，它包含了视觉、心理和生理的效应。对于LED来说，由于大功率紫外LED目前没有成熟的产品，LED照明中紫外光对皮肤损伤的内容本文不做讨论。

人对外界信息的获得有80%以上来自视觉，所以影响照明健康的重要机制之一来源于视觉通道。人类经过长期的进化，形成了与之对应的接受光感受光的系统。光线穿过瞳孔、晶状体、玻璃体到达视网膜，然后被锥状细胞和杆状细胞接收，转换成电信号传递到大脑的视皮层，最后在大脑内转换成视觉信号。

在这个过程中，眼睛占据了极其重要的位置，成为接收信息的入口。眼睛同时也是非常脆弱的器官。通常，在辐射层面上对眼睛最具杀伤力的除了激光就数紫外线了，但通常紫外线到达不了眼底。而蓝光是可见光里波长最短的一段，与紫外线相比，其具有较长的波长正好可以穿过瞳孔、晶状体和玻璃体到达人眼的视网膜;其与长波可见光比具有的较大的粒子能量在适当的量值时将对人眼视网膜具有伤害性的作用。由于目前白光LED多为蓝光芯片加黄光荧光粉组合而成，其在蓝光部分的峰值让人们对LED的蓝光危害有所顾忌。然而，对于普通照明的LED产品，由于有照明标准对亮度及直接眩光等因素进行了控制，其强度通常不足以破坏人眼的视网膜。在制造LED照明产品时，应注意其处于照明标准所要求的参数范围内；使用时应避免近距离对直射光源的观测。

另外，通过视觉不舒适而引发的视觉疲劳和视觉损伤也是非常值得引起重视。长期处于不舒适的照明环境，例如不合适的照度、不均匀的光分布、强烈的频闪、眩光等，对健康的伤害是很严重的。例如研究表明频闪的存在会引发偏头痛、不舒适眩光引起视觉疲劳等。2006年，复旦大学电光源研究所受上海市教委的委托，承接了《教室照明要有亮度更要有舒适度——关于改善上海市中小学校教室光环境的研究》的课题，联合上海市卫生局、复旦大学眼耳鼻喉医院卫生部近视眼重点实验室和公共卫生学院，自2006年开始，对22000学生视力进行了为期三年的视力跟踪监测，结果显示光环境改造成果对促进健康视力发展的影响显著，这充分证明了光环境影响视觉的健康发展。

影响健康照明的另一个机理来自于照明的非视觉生物效应。人的眼睛不单是能用来看东西，人眼里还有一个第三类感光细胞。作为2002年世界十大发现之一，DavidBerson教授等在哺乳动物的视网膜上发现了第三种感光细胞(称为本征感光神经结细胞ipRGCs)。与锥状细胞和杆状细胞相似，神经结细胞对不同波长光的灵敏度也是不同的，其峰值波长位于460nm-490nm的蓝光附近。有趣的是，这个第三类感光细胞与视觉无关，它与人脑内的生物钟相连接，能抑制松果体分泌褪黑激素(也称为“睡觉的荷尔蒙”)，人们已经发现褪黑激素水平不仅影响人们的睡眠质量，对于衰老及痴呆甚至是老年人记忆力提升都有影响，同时还与抑制癌细胞的生长等生物功能有关。根据一项对老年人健康的研究表明，白天暴露在强光下，会引起夜间褪黑素分泌明显增加。

光对人体非视觉通道的发现，给照明科学提供了新的研究内容，同时，照明质量的评价也从原来单一的视觉效果评价，逐步过度到视觉效果和非视觉效果的双重评价，尤其是后者与人体健康密切相关。它对人体生理节律及生物效应的影响，使人们重新审视和思考照明质量的定义。 同时，科学研究也表明，不当的用光可以影响到人的生物节律，可能会导致癌症患病率(如乳腺癌等)的增加。2007年国际癌症研究所(IARC)曾指出，夜间光照会打乱人体的生理周期，抑制褪黑素分泌，从而可能引发癌症。这个结论在2009年被美国医学联盟(AMA)以及国际暗天空协会(IDA)进一步证实。现在我们白天的生活环境和晚上的生活环境都可能是亮的，因为有那么多的人要上夜班，那么长时间生活在一个持续的光环境里，这对人的昼夜生物节律和健康是有影响的。我们曾对不同年龄人群进行了光照对心率、体温调节能力等参数的影响研究，结果证实了不同色温和照度的照明环境，确实影响人的生理参数。

研究表明，人眼的非视觉生物效应对460nm-490nm的光最为敏感。这个范围同样与基于荧光粉的白光LED最大能量分布区间有较大重叠。这并不说明白光LED对人的非视觉生物效应的影响是不利于人的健康的，相反，由于人的生理节律需要有合适的光的影响，LED的这种效应可以用来设计，使其形成有利于人的健康的照明体系。例如某公司就根据一天中不同时刻人体对光的需求研发了动态照明系统，这个系统通过在8点和12点两个节点时间给予高照度和高色温的光照条件，使工作者进入较佳的工作状态，并由于RGB调光和智能控制实现不同场景的照明模式切换。

除此之外，光照还用在婴儿黄疸和多种皮肤病的治疗，还有利用不同波长的光制成美容灯治疗皮肤的问题，但这些应用在医学这个层面，还完全没有被展开，还没有做足够深入的研究，尤其现在大家都说，LED是新光源，我们一定要用好它，从这个角度上说，只有真正掌握LED光谱的特性和光谱的可调，既充分考虑到光的辐射性，又考虑到光生物的安全性，以及人的视觉性的需要，才能迈进一个健康的应用LED照明的时代。