LED光生物健康照明的研究

于春榮，王樹(shù)彬

1.滄州師范學(xué)院，河北滄州 061001 2.滄州福光節(jié)能燈具有限公司，河北滄州 061001

LED光生物健康照明的研究

于春榮1，王樹(shù)彬2

1.滄州師范學(xué)院，河北滄州 061001 2.滄州福光節(jié)能燈具有限公司，河北滄州 061001

照明已經(jīng)拓展到非視覺(jué)生物效應(yīng)領(lǐng)域，光與健康有著密切的關(guān)系。隨著科技的發(fā)展，新一代光進(jìn)入人們的視野，與傳統(tǒng)的光源相比，其具有很大的優(yōu)勢(shì)，LED在照明中有著健康的表現(xiàn)。本文就對(duì)LED光生物健康照明進(jìn)行研究，主要進(jìn)行2項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究，分別為顯示器彩光對(duì)不同年齡人群的光生物效應(yīng)研究、單色LED彩光對(duì)人的光生物效應(yīng)研究。

LED；光生物效應(yīng)；健康照明

光健康主要是指利用人工光源，通過(guò)科學(xué)合理的照明所達(dá)到節(jié)約環(huán)保的目的［1］。如果沒(méi)有合理的利用，則會(huì)給人們健康帶來(lái)不利。目前，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)LED生物健康照明進(jìn)行深入的研究，其中最為常用的方式是通過(guò)心率、體溫等生理參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)LED生物健康照明的研究進(jìn)行探討。

1 顯示器彩光對(duì)不同年齡人群的光生物效應(yīng)研究

人的眼睛會(huì)隨著年齡的變化發(fā)生一些改變。在實(shí)際中，光線主要是通過(guò)人的眼睛而產(chǎn)生一定的視覺(jué)效應(yīng)以及非視覺(jué)效應(yīng)。但是由于瞳孔縮小以及晶狀體透過(guò)率降低引起的，對(duì)于年齡較大者來(lái)說(shuō)，能通過(guò)視網(wǎng)膜的光線越來(lái)越少，所以對(duì)年齡較大的人來(lái)說(shuō)，對(duì)于光線的要求也越來(lái)越高。由于視場(chǎng)的減小而導(dǎo)致對(duì)顏色的辨別能力的減弱，而且對(duì)于眩光敏感度的要求也有所提高，這對(duì)年老者來(lái)說(shuō)都是引起的視覺(jué)下降的原因。實(shí)際上，由于光線難以滿足視覺(jué)的需要，老年人不但會(huì)出現(xiàn)視覺(jué)問(wèn)題，還會(huì)引起非視覺(jué)問(wèn)題。

本實(shí)驗(yàn)的照明光源是以低照度的采光顯示器為準(zhǔn)，通過(guò)比較與探索光譜環(huán)境的差異對(duì)不同年齡的人所產(chǎn)生的光生物效應(yīng)，得出結(jié)論。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)置

首先準(zhǔn)備好彩色顯示器，將其作為實(shí)驗(yàn)的主要光源，顯示器在sRGB的形式下為準(zhǔn)，其中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)所具備的不同光譜的需求［2］。本實(shí)驗(yàn)選用了4種藍(lán)綠光作為實(shí)驗(yàn)光環(huán)境。被試的人員坐在與屏幕相隔400mm的位置，眼睛注視著屏幕，檢測(cè)出4種不同的彩光在被試者眼睛位置處形成的照度值為101x、23x、861x、71x。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)將挑選6名25歲左右的青年被試者與6名65歲左右的老年被試者參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，首先要對(duì)室內(nèi)的溫度作調(diào)整，達(dá)到26℃即可，并對(duì)每位實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行眼睛的檢查，確保無(wú)病癥。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要對(duì)每個(gè)參與每隔一分鐘記錄一次心率。

被試者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，需要使被試者達(dá)到穩(wěn)定的生理參數(shù)，首先讓被試者在黑暗處適應(yīng)15min，達(dá)到穩(wěn)定參數(shù)后即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。記錄儀分別在黑暗處記錄5min，然后在顯示器的彩光時(shí)記錄5min，其中在顯示器打開(kāi)之前的5min與關(guān)掉后的5min的心率值作為關(guān)生物效應(yīng)。在這個(gè)過(guò)程中被試者兩眼要注視著屏幕。在結(jié)束試驗(yàn)之后，被試者需要在黑暗處達(dá)到心率穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一輪實(shí)驗(yàn)。

1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)參與實(shí)驗(yàn)的年輕人的心率變化進(jìn)行分析，在不同的彩光環(huán)境下，其心率變化有著明顯的差異。同樣在黑暗的情況下，其心率的變化依然會(huì)有一定的差異。這就表明其結(jié)果與以往的研究結(jié)果是相同的。對(duì)于老年者來(lái)說(shuō)，在黑暗處的心率并沒(méi)有產(chǎn)生明顯的變化。

2 單色LED彩光對(duì)人的光生物效應(yīng)研究

本實(shí)驗(yàn)主要是以單色LED光源為主，與上一實(shí)驗(yàn)相同，以心率作為生理參數(shù)，進(jìn)行檢測(cè)特定光譜波段的彩色光對(duì)人的光生物效益的影響。

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)置

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，準(zhǔn)備藍(lán)、綠、黃、紅4種單色光作為實(shí)驗(yàn)光源。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，可對(duì)直流源來(lái)使光源達(dá)到符合實(shí)驗(yàn)的不同強(qiáng)度的光。

被試者坐在離發(fā)光面1 000mm的位置，使被試者的眼睛注視著發(fā)光面，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使其眼睛位于同一水平，可以將座椅適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到固定的作用，使4種彩光在被試者眼睛位置形成的照度值相等。

2.2試驗(yàn)方法

挑選男女各6名的25歲左右的青年被試者，與上一實(shí)驗(yàn)相同，對(duì)被試者進(jìn)行眼睛的檢查，確保無(wú)眼病后對(duì)其進(jìn)行心率的記錄。并將室內(nèi)的溫度調(diào)到25℃。

首先讓參與實(shí)驗(yàn)的人員在黑暗處適應(yīng)15min，其心率達(dá)到穩(wěn)定的情況后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)之前在黑暗處的心率進(jìn)行10min的記錄，之后在LED光源打開(kāi)后，對(duì)某一彩光的光源狀態(tài)下進(jìn)行10min的記錄。之后對(duì)這20min的心率記錄進(jìn)行比較與分析。被試者在結(jié)束一組實(shí)驗(yàn)之后，需要在黑暗的環(huán)境下進(jìn)行穩(wěn)定心率，才能再進(jìn)行第二組實(shí)驗(yàn)。

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得知，不同顏色的彩光對(duì)心率的變化存在著較大的影響，其中在光源較低的狀態(tài)下，對(duì)心率的變化也較為明顯。

通過(guò)對(duì)彩光與心率影響的差異分析，在不同顏色的彩光狀況下，心率有著很大差異。其中心率產(chǎn)生變化時(shí)，在明亮的狀況下平均心率與低照明的狀態(tài)下平均心率之差和低照明狀況下平均心率的比值，其中藍(lán)光的心率變化更為顯著，其次是綠光、黃光、紅光。這種結(jié)果與以往的研究結(jié)果相吻合。

3 結(jié)論

本文主要探討了心率這一生理參數(shù)變化評(píng)價(jià)光生物效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)以上2種實(shí)驗(yàn)研究：一是顯示器彩光對(duì)不同年齡人群的光生物效應(yīng)研究；二是單色LED彩光對(duì)人的光生物效應(yīng)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在黑暗的情況下對(duì)人光生物效益有著一定的影響，并且每種光源所引起的心率變化有極大的不同，但在本實(shí)驗(yàn)中所涉及到的不同彩光對(duì)于人的心率變化之間沒(méi)有明顯的差異。

［1］柴穎斌.LED光生物健康照明的研究［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2012.

［2］柴穎斌，孫耀杰，邱婧婧，等.LED光生物健康照明研究［C］//中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).中國(guó)科協(xié)第249次青年科學(xué)家論壇——照明對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的量化觀測(cè)與評(píng)價(jià)報(bào)告文集.中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，2012，8.

［3］羅勇軍.基于光生物學(xué)的LED動(dòng)態(tài)照明評(píng)價(jià)及關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2013.

［4］居家奇.照明光生物效應(yīng)的光譜響應(yīng)數(shù)字化模型研究［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2011.

J914

A

1674-6708（2016）167-0150-01

于春榮，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榘雽?dǎo)體照明及電氣自動(dòng)控制。王樹(shù)彬，董事長(zhǎng)，滄州福光節(jié)能燈具有限公司。