模擬潛艇環(huán)境白光LED照明對(duì)視覺功能工效影響的初步探討

彭智勇，時(shí)粉周，呂傳祿，司高潮，丁江舟，劉秋紅，魯毅鈞

模擬潛艇環(huán)境白光LED照明對(duì)視覺功能工效影響的初步探討

彭智勇，時(shí)粉周，呂傳祿，司高潮，丁江舟，劉秋紅，魯毅鈞

目的 觀察模擬潛艇環(huán)境中白光LED照明環(huán)境對(duì)視覺功能和工效的影響。方法 以潛用熒光燈照明環(huán)境作為對(duì)照，觀察15名受試者在熒光燈照明環(huán)境和LED燈照明環(huán)境中閱讀6號(hào)宋體字文章40 min后視覺功能和視覺工效的變化。結(jié)果 對(duì)比視力：受試者在2種照明環(huán)境中閱讀后的30%對(duì)比度對(duì)比視力有所下降，其中熒光燈照明環(huán)境中閱讀前后(分別為4.83 ±0.07，4.80 ±0.10)相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05);LED 燈照明環(huán)境中閱讀前后(分別為 4.83 ±0.07，4.78±0.09)相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01);2種照明環(huán)境中閱讀后的對(duì)比視力相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。對(duì)比敏感度函數(shù)：受試者在LED燈照明環(huán)境中閱讀后的4.8 cdp頻率對(duì)比敏感度(177.3±87.4)比基礎(chǔ)狀態(tài)(238.9±29.2)有所下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05);2種照明環(huán)境中閱讀后的對(duì)比敏感度函數(shù)相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。常規(guī)視力：2種光源照明環(huán)境下閱讀前后的常規(guī)視力相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。視覺工效：2種光源照明環(huán)境中閱讀前后的儀表辨認(rèn)效率、色卡辨認(rèn)效率和蘭道氏環(huán)劃消效率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。結(jié)論 在潛艇模擬艙實(shí)驗(yàn)條件下，白光LED照明環(huán)境可引起對(duì)比視力和對(duì)比敏感度函數(shù)的下降，熒光燈照明環(huán)境可引起對(duì)比視力的下降，但2種照明環(huán)境中閱讀后的視覺功能相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);2種照明環(huán)境對(duì)視覺工效影響均不明顯。

白光LED照明;視覺功能;視覺工效

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象 15名受試者均為男性，身體健康，平均年齡(23.1±3.0)歲，自愿參加實(shí)驗(yàn)。單眼常規(guī)視力均在4.8以上，雙眼常規(guī)視力5.15±0.12，眼底、眼位正常，色覺正常，無其他眼科疾病。

1.2 照明環(huán)境 分別采用某型潛用熒光燈和選用的白光LED燈作為照明光源，色溫均為6500 K左右，LED燈顯色指數(shù)為78±1，熒光燈顯色指數(shù)為80±1。在1個(gè)4 m×4 m×2.2 m大小沒有窗戶的潛艇模擬艙中央，擺放1張1.6 m×1.0 m的長(zhǎng)方形乳白色漫反射工作桌作為閱讀作業(yè)時(shí)的閱讀桌。為排除照度大小的不同對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響，調(diào)整2種光源單獨(dú)照明時(shí)桌面照度和均勻度，使其盡量一致。以5點(diǎn)法測(cè)量桌面的照度和均勻度，結(jié)果見表1。

表1 2種光源下桌面照明情況(n=15)

1.3 測(cè)試指標(biāo)及判斷方法 視覺功能指標(biāo)：常規(guī)視力、對(duì)比視力(CVA)和對(duì)比敏感度函數(shù)(CSF);視覺工效指標(biāo)：儀表辨認(rèn)效率、色卡辨認(rèn)效率和蘭道氏環(huán)劃消效率［3-4］。常規(guī)視力檢測(cè)采用上海躍進(jìn)醫(yī)用光學(xué)器械廠生產(chǎn)的申光牌標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表，測(cè)試單眼及雙眼常規(guī)視力，視標(biāo)為E字母，測(cè)試距離為5 m。對(duì)比視力檢測(cè)采用海軍醫(yī)學(xué)研究所研制的雙變量對(duì)比視力表，視標(biāo)為蘭道氏環(huán)，測(cè)試距離為1 m，選取92%、30%、11%對(duì)比水平的視標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)比敏感度函數(shù)檢測(cè)采用海軍醫(yī)學(xué)研究所研制的MGT-Ⅱ型多功能眩光視覺檢測(cè)儀，視標(biāo)為正弦光柵，8種空間頻率為 0.8、1.2、2.4、4.8、9.6、19.2、38.4、76.8 cpd，視標(biāo)亮度為95 cd/m2，測(cè)試距離為2 m。儀表辨認(rèn)效率采用海軍醫(yī)學(xué)研究所研制的儀表辨認(rèn)效率測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，受試者對(duì)便攜式計(jì)算機(jī)屏幕上隨機(jī)呈現(xiàn)的儀表刻度進(jìn)行辨認(rèn)，記錄受試者的辨認(rèn)時(shí)間和辨認(rèn)正確率，測(cè)試距離為70 cm。色卡辨認(rèn)效率采用遼寧科學(xué)技術(shù)出版社出版的色覺檢查圖進(jìn)行測(cè)試，記錄受試者辨認(rèn)同樣數(shù)量檢查圖所用的時(shí)間和正確率，測(cè)試距離為33 cm。蘭道氏環(huán)劃消效率采用蘭道氏環(huán)劃消表進(jìn)行測(cè)試，記錄受試者找出某一開口方向蘭道氏環(huán)所用的時(shí)間及正確率，測(cè)試距離為33 cm。

1.4 視覺功能、功效測(cè)試 實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，給受試者充分講解實(shí)驗(yàn)過程，使受試者熟悉實(shí)驗(yàn)的方法和流程，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)木毩?xí);待受試者熟悉后即在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行常規(guī)視力、對(duì)比視力、對(duì)比敏感度函數(shù)3項(xiàng)視覺功能指標(biāo)測(cè)試，作為其基礎(chǔ)值。之后的實(shí)驗(yàn)分為2個(gè)階段，第1階段，受試者在熒光燈照明環(huán)境中，進(jìn)行儀表辨認(rèn)效率、色卡辨認(rèn)效率和蘭道氏環(huán)劃消效率3項(xiàng)視覺工效指標(biāo)測(cè)試;然后在閱讀桌上進(jìn)行40 min的閱讀作業(yè)，閱讀材料為6號(hào)宋體、單倍行間距的中文小說，閱讀完成后隨即進(jìn)行上述3項(xiàng)視覺工效指標(biāo)測(cè)試，隨后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行3項(xiàng)視覺功能指標(biāo)測(cè)試。第2階段，受試者在LED照明環(huán)境中，依照第1階段的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為避免其他因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，同一名受試者的2個(gè)階段測(cè)試分別在隔天的同一時(shí)間段進(jìn)行。

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)視力 受試者在2種不同光源照明環(huán)境中進(jìn)行40 min閱讀前后，單眼、雙眼常規(guī)視力無明顯變化。見表2。

表2 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后常規(guī)視力的變化(x ± s，n =15

2.2 對(duì)比視力 受試者在2種不同光源照明環(huán)境中進(jìn)行40 min閱讀后的對(duì)比視力結(jié)果見表3。結(jié)果表明，在2種照明環(huán)境中閱讀后，30%和11%對(duì)比度的對(duì)比視力與閱讀前基礎(chǔ)值相比均有所下降，其中在熒光燈照明環(huán)境中與基礎(chǔ)值相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，在LED燈照明環(huán)境中與基礎(chǔ)值相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，在2種燈照明環(huán)境中閱讀后的各個(gè)對(duì)比度對(duì)比視力差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。

表3 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后對(duì)比視力的變化(，n=15)

表3 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后對(duì)比視力的變化(，n=15)

注：與基礎(chǔ)值比較aP ＜0.05，bP ＜0.01;LED：發(fā)光二極管

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2.3 對(duì)比敏感度函數(shù) 受試者在2種不同光源照明環(huán)境中進(jìn)行40 min閱讀前后的對(duì)比敏感度函數(shù)結(jié)果見表4。結(jié)果表明，在2種照明環(huán)境中閱讀后的中間頻率(4.8、9.6 cdp)對(duì)比敏感度函數(shù)較基礎(chǔ)值有下降的趨勢(shì)，其中LED燈照明環(huán)境中閱讀后4.8 cdp頻率對(duì)比敏感度與基礎(chǔ)值相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，而與熒光燈照明環(huán)境中相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

表4 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后對(duì)比敏感度函數(shù)的變化(s，n=15)

表4 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后對(duì)比敏感度函數(shù)的變化(s，n=15)

注：與基礎(chǔ)值比較aP＜0.05;LED：發(fā)光二極管

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2.4 儀表辨認(rèn)效率 受試者在2種不同光源照明環(huán)境中進(jìn)行40 min閱讀前后的儀表辨認(rèn)效率結(jié)果見表5。結(jié)果表明，隨著測(cè)試次數(shù)的增多，儀表辨認(rèn)時(shí)間均有所減少，LED燈照明環(huán)境中閱讀前后儀表辨認(rèn)所需時(shí)間比熒光燈照明環(huán)境中明顯縮短，但無論是在熒光燈照明環(huán)境中還是在LED燈照明環(huán)境中閱讀后與閱讀前比較，辨認(rèn)時(shí)間和正確率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

表5 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后儀表辨認(rèn)效率的變化(s，n=15)

表5 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后儀表辨認(rèn)效率的變化(s，n=15)

注：LED為發(fā)光二級(jí)管

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2.5 色卡辨認(rèn)效率 受試者2種不同光源照明環(huán)境中進(jìn)行40 min閱讀前后的色卡辨認(rèn)效率結(jié)果見表6。結(jié)果表明，2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后色卡辨認(rèn)時(shí)間和正確率無明顯變化，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。

表6 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后色卡辨認(rèn)效率的變化(s，n=15)

表6 2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后色卡辨認(rèn)效率的變化(s，n=15)

注：LED為發(fā)光二級(jí)管

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2.6 蘭道氏環(huán)劃消效率 受試者在2種不同照明環(huán)境中進(jìn)行40 min閱讀前后的蘭道氏環(huán)劃消效率結(jié)果見表7。結(jié)果表明，2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后蘭道氏環(huán)劃消測(cè)試所用時(shí)間和正確率無明顯變化，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

表7 2種照明環(huán)境中閱讀后蘭道氏環(huán)劃消效率的變化(s，n=15)

表7 2種照明環(huán)境中閱讀后蘭道氏環(huán)劃消效率的變化(s，n=15)

注：LED為發(fā)光二級(jí)管

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3 討論

從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在2種光源照明環(huán)境中進(jìn)行40 min的閱讀后，受試者的常規(guī)視力未出現(xiàn)明顯的變化，說明常規(guī)視力雖然應(yīng)用廣泛，但相對(duì)穩(wěn)定，在相當(dāng)視覺負(fù)荷下也不易出現(xiàn)變化，用來評(píng)價(jià)視功能急性變化不夠敏感。熒光燈和LED燈照明環(huán)境中閱讀后的30%和11%對(duì)比度對(duì)比視力與基礎(chǔ)值相比均有所下降，其中熒光燈照明環(huán)境中閱讀后30%對(duì)比度對(duì)比視力與基礎(chǔ)值相比差異顯著;LED燈照明環(huán)境中閱讀后30%對(duì)比度對(duì)比視力與基礎(chǔ)值相比差異非常顯著;在熒光燈和LED燈下閱讀后的30%對(duì)比度對(duì)比視力沒有顯著性差異。提示在2種不同光源照明環(huán)境中閱讀40 min后30%對(duì)比度對(duì)比視力有所下降，但在LED燈和熒光燈光源照明環(huán)境中閱讀后引起的下降程度差異不明顯。在LED燈和熒光燈光源照明環(huán)境中閱讀后的中間頻率(4.8、9.6 cdp)對(duì)比敏感度函數(shù)較基礎(chǔ)值有下降的趨勢(shì)，其中LED燈照明環(huán)境中閱讀后4.8 cdp頻率對(duì)比敏感度函數(shù)與基礎(chǔ)值相比差異顯著，但在LED燈和熒光燈光源照明環(huán)境中閱讀后引起的下降程度不明顯。儀表辨認(rèn)效率、色卡辨認(rèn)效率和蘭道氏環(huán)劃消效率在2種光源照明環(huán)境中閱讀前后無明顯變化。在3項(xiàng)視覺工效測(cè)試中均出現(xiàn)了測(cè)試時(shí)間逐漸減少、正確率沒有明顯變化的現(xiàn)象，可能與以下原因有關(guān)。一是存在著學(xué)習(xí)效應(yīng)，測(cè)試的次數(shù)越多，受試者對(duì)測(cè)試的程序、方法以及內(nèi)容越熟悉，則完成的時(shí)間越短;二是本組受試者年齡都比較小，平均年齡只有23.1歲，且本次實(shí)驗(yàn)視覺作業(yè)時(shí)間較短，在這個(gè)負(fù)荷下尚不能引起受試者視覺工效的明顯下降。本實(shí)驗(yàn)對(duì)相同照明環(huán)境下閱讀后與閱讀前的工效進(jìn)行比較，以消除上述學(xué)習(xí)效應(yīng)對(duì)結(jié)果的影響。

本次實(shí)驗(yàn)觀察了模擬潛艇艙2種不同光源照明環(huán)境中進(jìn)行短時(shí)間閱讀負(fù)荷后的視覺功能和視覺工效的變化，發(fā)現(xiàn)白光LED照明環(huán)境可引起對(duì)比視力和對(duì)比敏感度函數(shù)的下降，熒光燈照明環(huán)境可引起對(duì)比視力的下降，但2種照明環(huán)境中閱讀后的視覺功能相比差異不明顯;2種照明環(huán)境對(duì)視覺工效影響均不明顯。值得指出的是，本實(shí)驗(yàn)所觀察的是短時(shí)間白光LED燈照明環(huán)境對(duì)視覺功能和視覺工效的影響情況，長(zhǎng)期在白光LED下工作、生活對(duì)視覺功能和視覺工效的影響如何，還有待今后進(jìn)一步研究。

［1］ 沈培宏.白光LED技術(shù)及進(jìn)展［J］.光電技術(shù)，2005，46(2)：1-4.

［2］ 李宏，李蔚燕.綠色照明光源——高亮度白光LED［J］.燈與照明，2007，31(1)：32-33.

［3］ 顧益敏，周健，俞麗華.熒光燈閃爍和視疲勞關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2000，11(1)：7-10.

［4］ 時(shí)粉周，王玨，包德海.照明光源的頻閃對(duì)視功能的影響［J］.中華航海醫(yī)學(xué)與高氣壓醫(yī)學(xué)雜志，2001，8(2)：72-74.

Effects of white LED lighting in the simulated submarine environment on visual function and performance

PENG Zhi-yong，SHI Fen-zhou，Lü Chuan-lu，SI Gao-chao，DING Jiang-zhou，LIU Qiu-hong，LU Yi-jun
(Naval Medical Research Institute，Shanghai 200433，China)

Objective To observe the effects of white LED lighting in the simulated submarine environment on visual function and performance.Methods Researchers monitored the changes in the visual function and performance of the 15 subjects，after they read the same article printed with the 6th-Song typeface in the fluorescent lighting and LED lighting environments for 40 minutes，with the fluorescent lighting environment as control.Results Contrast visual acuity(CVA)：CVA value in 30%of the subjects decreased to some extent，following reading in 2 lighting environments，and statistical significance could be noted，when a comparison was made between pre and post reading in the fluorescent lighting environment(4.83 ±0.07，4.80 ±0.10)(P ＜0.05).Statistical difference could also be noted，when a comparison was made between pre and post reading in the LED lighting environment(4.83 ±0.07，4.78 ±0.09)(P ＜0.01).However，the difference in CVA between the 2 lighting environments was not statistically significant(P ＜0.05).Contrast sensitivity function(CSF)：CSF value of the subjects in LED lighting environment(177.3 ±87.4)decreased to certain extent after reading(P ＜0.05)，with statistical significance(P ＞0.05).Nevertheless，the difference in CSF between the 2 lighting environments was not statistically significant(P ＞0.05).Ordinary visual acuity(OVA)：No statistical significance could be seen in OVA，when a comparison was made between pre and post reading in the 2 lighting environments(P ＞0.05).Visual performance：No statistical significance could be noted in visual performance of the subjects，e.g.identification efficiency of instrument and color code reading，when a comparison was made between pre and post reading in the 2 lighting environments(P ＞0.05).Conclusion In the simulated submarine environment，white LED lighting could cause decrease in CVA and CSF，while fluorescent lighting could induce a decline in CVA.Nevertheless，no statistical significance in the visual function could be found，following reading in the 2 lighting environments(P ＞0.05).Effects of the 2 lighting environments on visual performance seemed to be insignificant.

White LED lighting;Visual function;Visual performance

R852.4

A

1009-0754(2012)01-0018-04

海軍醫(yī)學(xué)研究所青年科研基金課題(08HY51)

200433 上海，海軍醫(yī)學(xué)研究所

LED即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體光源，具有高效、環(huán)保、節(jié)能、體積小、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，被認(rèn)為是繼白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈之后的第4代照明光源［1-2］。目前市場(chǎng)上已出現(xiàn)白光LED照明產(chǎn)品，并被應(yīng)用到普通照明領(lǐng)域，在特殊軍事環(huán)境也已開展試用。作為一種新型光源，對(duì)人體視覺功能工效的影響尚未見到報(bào)道。筆者通過大量的市場(chǎng)調(diào)研，優(yōu)選出一種較成熟的白光LED產(chǎn)品作為實(shí)驗(yàn)用的LED光源，以潛用熒光燈為對(duì)照，進(jìn)行模擬潛艇環(huán)境白光 LED照明對(duì)視覺功能、工效影響的實(shí)驗(yàn)。

2011-05-30)

(本文編輯：王映紅)