从眼卫生看视觉健康

从眼卫生看视觉健康

1眼镜店的法律依据由于光源的发明，人们可以在室内和夜间进行生产、学习和社交活动。活动空间和时间大大扩展,因而社会得到了飞快发展。不能想象,如果没有灯光的照明,现代社会将变成怎样!随着人民生活和文化水平的提高,人们对照明灯光的要求也越来越高。不仅满足于照亮,更要求舒适和健康。视觉健康也已经成为人类文明社会关心的一个重要问题。人们关心视觉健康导致了市场上俗称的“保健灯”的出现。保健灯的主要发展动力是来自人们阅读的要求。一个主要影响因素是从20世纪末开始,我国青少年的近视发病率大大提高。每年暑假开学前夕,眼镜店的生意就很火爆,因为暑假结束后小学生进中学、中学生进大学,家长都陪着孩子去眼镜店配买眼镜。根据统计,中国大、中、小学生的近视发病率平均已达60%,有些城市高达80%以上。据说,中国学生的近视发病率1998年在全世界排名第4,到2001年已上升到第2名,仅次于日本,不知到现在2004年是否已经成为冠军!近期有媒体报道,2004年北京高考考生体检综合数据显示,参检考生中仅有10%不戴眼镜,90%的参检者存在不同程度的以近视为主的视力下降状况。当然,这种现象的原因确实非常复杂,而且因人而异、因人的心情而变,有很多不确定的因素。然而中、小学生学习压力大,家庭作业多,晚上要长时间在灯光下看书、做作业,而用眼卫生又很不健康,致使眼睛长期疲劳是一个不可否认的因素。人们在灯光下长时间地看书、阅读和工作,眼睛得不到适当休息和调整,再加上由于照明的不科学会使眼睛发干、发酸、头晕、头痛,甚至恶心、紧张、心动过速,这样使人不知不觉地患上了“灯光疲劳综合症”。正因为这样,不少公司、工厂大量生产了各种各样的保健灯。估计全国已有几十种保健灯,有称为护眼灯、护目灯、孩视宝、护视宝、顺心宝等等,甚至各种保健灯已有了系列化产品。这些灯的价格很高,都已上百元,有的甚至高到七、八百元,这些灯厂的效益不浅。可是这些灯的指标怎样?对人们的视觉健康有什么影响呢?本文从用眼卫生方面来讨论阅读灯和照明的问题。从用眼卫生来分析,数百年来人类视觉系统的进化已经与天然光相适应。天然光是人们最适应的光源,所以人们用于照明的灯光应尽量接近天然光,这样的照明人们才感到舒适,也是最卫生的。眼卫生对人造照明灯光的要求有以下几个方面。2光通量的测定光源(灯泡)的光通量是它每秒钟发出可见光的能量。灯光要有足够的光通量,使被照读物有足够的明亮为人眼感受。光通量的物理单位是流明(lm)。灯发出的光通量是灯的主要指标之一。灯的功率越大,光通量就越大,通常它的光效也越高,见表1。3光栅照明标准当灯光照亮一物体时,该受照物体能使人感觉到的明亮或暗淡。人感到物体很亮是因为受照物体得到的光通量很大,照度也越大。照度是该受照物体单位面积上得到的光通量数,它的单位是勒克斯(lx,lm/m2)。各种照明工程,照明设施都要以受照物体的照度为一个重要指标。这指标是随着社会的发展、人们生活水平的提高而变化的。譬如对中小学教室的照明,是指教室里课桌上的照度,国际照明委员会有明确规定的指标。我国对此也有指标,即要求达到一定的照度。我国目前的照明标准见表2。此标准是我国在1987年发表的,比较低。目前一些发达国家和国际标准所规定的标准最低为300lx,正常的照度应为500lx。在一些特殊的教室和实验室里要求照度达到750lx。我国目前的照明标准明显低于这些标准。人眼能看清一个字体或物体与“人眼对字体、图、线”的张角(视角)有关。人眼在观察物体或阅读书籍时,眼睛在不断运动着,促使每个被观察的物体或字体成像在中央凹上,以便使对象看得最清楚。因为通常在中央凹处,人眼的分辨本领最高。在不同照度下,人眼能分辨看清字体的张角变化很大,见表3。表3数据是在白光照射下,用同样的环境、人眼分别适应各个照度以后、观察时间不受限制的情况下测得的。从表3可见,在低照度下分辨角很大,也就不容易看清楚细小字笔的字体。在高照度下分辨角降低,细小的字体就能不太费力看清楚了。在满月的照度(照度约0.1lx)下,人眼的分辨角是3′,而在灯光照度500lx下分辨角降低到0.7′。相比之下,人眼的分辨本领可提高4.3倍。可见,人们在灯光下阅读时,照度的提高看小字就不费力,人眼不易感到疲劳,也就不易对视觉损伤,不易近视。大家知道,学生长时间和近距离的阅读和写字,用眼疲劳又得不到足够的休息,就会导致学生视力下降,晚上在家里读书、做功课,照明条件不好,照度不够,同样也会造成学生视力下降。4荧光的光对嘴唇的影响对灯光要求稳定。灯光的不稳定有二个概念,一个是一般的灯光不稳定——灯光忽亮忽暗。在这种环境下,人们会感觉很难过。这里讲的是另一个概念,就是目前社会上正在讨论的,由于电源工作频率引起灯的光通量的波动问题——闪烁问题。闪烁效应是指由于光通量周期变化时人眼的主观感觉效应。我们常用的普通钨丝灯泡是用50Hz220V电源把灯丝通电烧亮而发光的。普通直管或环形荧光灯是用50Hz电源串联了电感镇流器点燃的放电灯。而紧凑型节能灯是用30kHz电子镇流器点燃的放电灯。这些灯是否会发射50Hz或30kHz变化的光通量,出现50Hz和30kHz的闪烁现象?社会上流行的保健灯就是针对这个问题,提出要用直流电源或20kHz以上的高频电源点灯,可以防止灯的闪烁。认为用直流电源或高频电源点灯时,光通量不会波动,对人眼没有影响。我们说天然光是理想、无闪烁的照明光。照明灯光也应稳定、无闪烁。如果人们长期在不稳定或受一定频率调制的灯光下工作、读书,眼睛当然会感到疲劳。人的视觉系统由眼睛、视觉神经以及人脑所组成。闪烁首先会造成眼睛疲劳、酸痛,如果长期遭遇严重时,也会造成头痛、心烦、紧张、甚至心动过速。问题是这种感觉是在人们不知不觉的情况下发生,而且会长期累积起来的。因此,闪烁效应要引起人们的警惕。要研究在怎样的频率、什么条件下,这种效应会引起影响,使人染上灯光疲劳综合症。首先要问用频率为50Hz或30kHz的电源点灯,灯发出的光通量是否也是以50Hz和30kHz波动呢?我们知道,普通钨丝灯发光是通过用电源对钨丝通电,把它烧热到2000℃以上而炽热发光的,这种光是稳定的。荧光灯有二个电极,在电极上加上50Hz变化的交变电压,激发灯内气体放电而直接发的光,其中主要是汞发的紫外光(254nm)和蓝、绿、黄色等的可见光,而紫外光又激发了灯管内壁上的荧光粉而发射了蓝、绿、红色光,这些光合并起来成为我们看到的白光。当用30kHz电子镇流器点燃荧光灯时,同样也会看到白光的。那么荧光灯直接发的紫外光、蓝、绿、黄色光是在50Hz和30kHz交变电场作用下发的光,这些光通量是否也是按50Hz和30kHz变化呢?荧光粉发的光是受50Hz和30kHz变化的紫外光去激发的,这种光是否也是按50Hz或30kHz变化呢?回答是肯定的。闪烁的光对人眼的视觉感受有一个视觉残留效应。这个效应是关系到当光通量变化时,人眼视觉是否跟得上光通量变化的问题。我们知道,人眼视觉是有惰性的。当光通量变化慢的时候,人眼会看到它在变化。而当光通量变化很快的时候,人眼就感受不出它在变化。对一般通常的人来说,这个残留效应的时间0.04s。也就是只有当光通量变化时间大于这个时间时人才会感到光在变化的,即灯光有闪烁现象。另外,光通量变化对人眼视觉的影响还与光通量变化的深度(即明暗差度)有关,与光通量的波峰和波谷值之差有关。有一个系数叫“光通量波动深度FFD”,可以用来定量测量光通量变化的深度。FFD=光波峰值−光波谷值光波峰值×100%FFD=光波峰值-光波谷值光波峰值×100%当FFD大于25%时,闪烁会对人的视觉产生损伤。FFD越大,损伤就越大。研究发现,如果光线明暗变化频率很高,变化时间远远小于人眼视觉残留时间,即使明暗差再大,甚至达到100%,对人眼也不会有影响,因为人眼感觉不出光线明暗变化。用现代的视觉调制传递函数(MTF)进行评价,根据时空信息和视觉特性可知,人眼的分辨本领有一个截止频率(临界融合频率CMF)。因为光信息的调制在向神经信息转换和向大脑中枢传递有一个时间过程,其频率上限在50Hz左右。当空间频率超过100Hz时,人眼已不能分辨,所以频率大于100Hz的光通量变化不会对视觉器官产生明显影响。对于荧光粉发的光,我们认为在荧光灯中常用荧光粉的余辉时间为几个毫秒,即千分之几秒。如果荧光粉受激发光的余辉还没有衰减到一定深度前,第二次激发又发生了,那么荧光粉发的光就没有闪烁感觉了。这就要求电源频率大于荧光粉发光的衰减频率,即电源频率应大于10kHz。这样荧光粉发的光通量将不会随着电源电压变化而变化,自然也就没有闪烁感觉了。对于频率低的荧光灯,闪烁现象依旧存在。综合起来,人眼感到灯光闪烁现象的频率最低约为100Hz,光通量波动深度效应小于25%。表4列出一些典型照明光源的FFD数据目前市场上,无闪烁光源有二种。一种是直流灯,用直流电源点的灯;另一种是高频灯,用高频电子镇流器点的灯。对于这些“无闪烁光源”,我们仍要进一步分析其有效性。因为直流灯加在灯上的是直流电压,如果工作电流是脉动的,纹波较大。100Hz的纹波也会造成灯光的闪烁,同时这种整灯的功率因数仅为0.5,其高次电流谐波是否符合国家标准和EMC的要求还是个问题。如果在电路中使用功率因数校正电路会出现电磁辐射问题、整灯光效下降、成本提高。况且对直流供电的荧光灯要有特殊的电极结构,否则会出现电泳现象。这也是直流灯长期不能实现的原因。至于高频灯,这种灯的电流是被一种与滤波电压波形相似的包络波所调制的高频工作电流。只有当镇流器直流电源的电压纹波很小时,灯电流的包络调制才很小,荧光灯发的光通量才稳定,否则高频电子镇流器的灯光也仍会出现闪烁现象。5不同灯光的显色指数光源的显色性是物体受光源照明后物体颜色的复原性。我们知道,在太阳光照下,人们能看到五颜六色的物体,这是因为太阳光包含了各种颜色(不同波长)的光,非常丰富,可以把物体的任何颜色都复原出来为人眼看到。而各种灯发射的是不同颜色的光,因此它们复原物体颜色的本领就不同。可以用显色指数Ra来定量表示光源的颜色复原性。光源的显色指数可以根据光源所发不同颜色的光通量进行计算。通常是以太阳的显色指数为标准,取为100。灯的显色指数越高,它能复原物体颜色的本领就越强。高压汞灯主要发射蓝紫光,在高压汞灯下人脸青白很难看,这是因为人脸的粉红肉色不能被汞灯发的蓝紫光复原。用显色指数差的灯光去照明看书,就很难看清彩色图片和线条了,见表5。6在灯光照明的应用中,该光的变色一个光源能发射多种颜色的光,不同颜色光的通量也不同。对于光源的这种性质,除可以用上述的显色指数表示以外,还可以用色温来表示。如果一个光源发光的颜色和一定温度的黑体(标准光源)发光的颜色相同,那么该黑体的温度就为该光源的颜色温度(简称色温Tc)。色温用绝对温标K表示,见表6。从视觉生理学来看,显色性好、色温较高的天然光是最理想的阅读光。从表6可见,天然光的色温较高。在高色温灯光照明下工作读书,由于其中蓝光成分多,使人的“醒觉度”高,人有“日出而作”的感觉,比较兴奋,不易感觉疲劳。而普通照明灯的光显色性好,但灯的光色偏红,色温偏低,犹如日落时的天然光。当人们用这种灯照明阅读时,会有“日落而息”的感觉,这会使人意识因疲劳而应放松需要休息。人眼的分辨本领也会下降,即不容易分辨出两条靠得很近的细线。这时当不自觉地用劲去阅读时,人眼也容易疲劳而受伤害。7荧光光效的不同特征光谱是光源发出不同颜色的光通量的综合表征。光源的显色性、色温都是由它的光谱决定的。天然光的光谱包含了各种颜色的光是连续光谱。可是一般的人造光源中只有普通照明灯泡是属于这一类。而荧光灯的光谱主要决定于荧光粉发的可见光,配有不同荧光粉的荧光灯会发出不同的光谱,它们具有不同的光效、显色性和色温。对阅读照明有用的光谱主要是可见光谱,是从蓝紫光到红光,波长为380～780nm。这也是国际照明界公认的测量照明用灯的主要光谱范围。最近有人提出“保健灯”的光谱范围是400～650nm,他们把380～400nm和650～780nm的光谱抑制了,这样不仅会使整灯的成本提高、光效降低,而且可能会影响蓝紫色的显色性能。近期有机会测量了一些照明节能灯的光谱,发现个别照明节能灯和无极灯会发射紫外光(254nm),这是不允许的,因为这种UVC紫外光是杀菌消毒的主要光线,受它长时间辐照会对人眼的角膜产生有害损伤。这问题应引起有关方面的注意。8从灯具效率看整灯光度的均匀现有光源都是有一定体