從眼衛(wèi)生看視覺健康

1眼鏡店的法律依據(jù)由于光源的發(fā)明，人們可以在室內(nèi)和夜間進行生產(chǎn)、學習和社交活動?；顒涌臻g和時間大大擴展,因而社會得到了飛快發(fā)展。不能想象,如果沒有燈光的照明,現(xiàn)代社會將變成怎樣!隨著人民生活和文化水平的提高,人們對照明燈光的要求也越來越高。不僅滿足于照亮,更要求舒適和健康。視覺健康也已經(jīng)成為人類文明社會關心的一個重要問題。人們關心視覺健康導致了市場上俗稱的“保健燈”的出現(xiàn)。保健燈的主要發(fā)展動力是來自人們閱讀的要求。一個主要影響因素是從20世紀末開始,我國青少年的近視發(fā)病率大大提高。每年暑假開學前夕,眼鏡店的生意就很火爆,因為暑假結束后小學生進中學、中學生進大學,家長都陪著孩子去眼鏡店配買眼鏡。根據(jù)統(tǒng)計,中國大、中、小學生的近視發(fā)病率平均已達60%,有些城市高達80%以上。據(jù)說,中國學生的近視發(fā)病率1998年在全世界排名第4,到2001年已上升到第2名,僅次于日本,不知到現(xiàn)在2004年是否已經(jīng)成為冠軍!近期有媒體報道,2004年北京高考考生體檢綜合數(shù)據(jù)顯示,參檢考生中僅有10%不戴眼鏡,90%的參檢者存在不同程度的以近視為主的視力下降狀況。當然,這種現(xiàn)象的原因確實非常復雜,而且因人而異、因人的心情而變,有很多不確定的因素。然而中、小學生學習壓力大,家庭作業(yè)多,晚上要長時間在燈光下看書、做作業(yè),而用眼衛(wèi)生又很不健康,致使眼睛長期疲勞是一個不可否認的因素。人們在燈光下長時間地看書、閱讀和工作,眼睛得不到適當休息和調(diào)整,再加上由于照明的不科學會使眼睛發(fā)干、發(fā)酸、頭暈、頭痛,甚至惡心、緊張、心動過速,這樣使人不知不覺地患上了“燈光疲勞綜合癥”。正因為這樣,不少公司、工廠大量生產(chǎn)了各種各樣的保健燈。估計全國已有幾十種保健燈,有稱為護眼燈、護目燈、孩視寶、護視寶、順心寶等等,甚至各種保健燈已有了系列化產(chǎn)品。這些燈的價格很高,都已上百元,有的甚至高到七、八百元,這些燈廠的效益不淺?？墒沁@些燈的指標怎樣?對人們的視覺健康有什么影響呢?本文從用眼衛(wèi)生方面來討論閱讀燈和照明的問題。從用眼衛(wèi)生來分析,數(shù)百年來人類視覺系統(tǒng)的進化已經(jīng)與天然光相適應。天然光是人們最適應的光源,所以人們用于照明的燈光應盡量接近天然光,這樣的照明人們才感到舒適,也是最衛(wèi)生的。眼衛(wèi)生對人造照明燈光的要求有以下幾個方面。2光通量的測定光源(燈泡)的光通量是它每秒鐘發(fā)出可見光的能量。燈光要有足夠的光通量,使被照讀物有足夠的明亮為人眼感受。光通量的物理單位是流明(lm)。燈發(fā)出的光通量是燈的主要指標之一。燈的功率越大,光通量就越大,通常它的光效也越高,見表1。3光柵照明標準當燈光照亮一物體時,該受照物體能使人感覺到的明亮或暗淡。人感到物體很亮是因為受照物體得到的光通量很大,照度也越大。照度是該受照物體單位面積上得到的光通量數(shù),它的單位是勒克斯(lx,lm/m2)。各種照明工程,照明設施都要以受照物體的照度為一個重要指標。這指標是隨著社會的發(fā)展、人們生活水平的提高而變化的。譬如對中小學教室的照明,是指教室里課桌上的照度,國際照明委員會有明確規(guī)定的指標。我國對此也有指標,即要求達到一定的照度。我國目前的照明標準見表2。此標準是我國在1987年發(fā)表的,比較低。目前一些發(fā)達國家和國際標準所規(guī)定的標準最低為300lx,正常的照度應為500lx。在一些特殊的教室和實驗室里要求照度達到750lx。我國目前的照明標準明顯低于這些標準。人眼能看清一個字體或物體與“人眼對字體、圖、線”的張角(視角)有關。人眼在觀察物體或閱讀書籍時,眼睛在不斷運動著,促使每個被觀察的物體或字體成像在中央凹上,以便使對象看得最清楚。因為通常在中央凹處,人眼的分辨本領最高。在不同照度下,人眼能分辨看清字體的張角變化很大,見表3。表3數(shù)據(jù)是在白光照射下,用同樣的環(huán)境、人眼分別適應各個照度以后、觀察時間不受限制的情況下測得的。從表3可見,在低照度下分辨角很大,也就不容易看清楚細小字筆的字體。在高照度下分辨角降低,細小的字體就能不太費力看清楚了。在滿月的照度(照度約0.1lx)下,人眼的分辨角是3′,而在燈光照度500lx下分辨角降低到0.7′。相比之下,人眼的分辨本領可提高4.3倍?？梢?人們在燈光下閱讀時,照度的提高看小字就不費力,人眼不易感到疲勞,也就不易對視覺損傷,不易近視。大家知道,學生長時間和近距離的閱讀和寫字,用眼疲勞又得不到足夠的休息,就會導致學生視力下降,晚上在家里讀書、做功課,照明條件不好,照度不夠,同樣也會造成學生視力下降。4熒光的光對嘴唇的影響對燈光要求穩(wěn)定。燈光的不穩(wěn)定有二個概念,一個是一般的燈光不穩(wěn)定——燈光忽亮忽暗。在這種環(huán)境下,人們會感覺很難過。這里講的是另一個概念,就是目前社會上正在討論的,由于電源工作頻率引起燈的光通量的波動問題——閃爍問題。閃爍效應是指由于光通量周期變化時人眼的主觀感覺效應。我們常用的普通鎢絲燈泡是用50Hz220V電源把燈絲通電燒亮而發(fā)光的。普通直管或環(huán)形熒光燈是用50Hz電源串聯(lián)了電感鎮(zhèn)流器點燃的放電燈。而緊湊型節(jié)能燈是用30kHz電子鎮(zhèn)流器點燃的放電燈。這些燈是否會發(fā)射50Hz或30kHz變化的光通量,出現(xiàn)50Hz和30kHz的閃爍現(xiàn)象?社會上流行的保健燈就是針對這個問題,提出要用直流電源或20kHz以上的高頻電源點燈,可以防止燈的閃爍。認為用直流電源或高頻電源點燈時,光通量不會波動,對人眼沒有影響。我們說天然光是理想、無閃爍的照明光。照明燈光也應穩(wěn)定、無閃爍。如果人們長期在不穩(wěn)定或受一定頻率調(diào)制的燈光下工作、讀書,眼睛當然會感到疲勞。人的視覺系統(tǒng)由眼睛、視覺神經(jīng)以及人腦所組成。閃爍首先會造成眼睛疲勞、酸痛,如果長期遭遇嚴重時,也會造成頭痛、心煩、緊張、甚至心動過速。問題是這種感覺是在人們不知不覺的情況下發(fā)生,而且會長期累積起來的。因此,閃爍效應要引起人們的警惕。要研究在怎樣的頻率、什么條件下,這種效應會引起影響,使人染上燈光疲勞綜合癥。首先要問用頻率為50Hz或30kHz的電源點燈,燈發(fā)出的光通量是否也是以50Hz和30kHz波動呢?我們知道,普通鎢絲燈發(fā)光是通過用電源對鎢絲通電,把它燒熱到2000℃以上而熾熱發(fā)光的,這種光是穩(wěn)定的。熒光燈有二個電極,在電極上加上50Hz變化的交變電壓,激發(fā)燈內(nèi)氣體放電而直接發(fā)的光,其中主要是汞發(fā)的紫外光(254nm)和藍、綠、黃色等的可見光,而紫外光又激發(fā)了燈管內(nèi)壁上的熒光粉而發(fā)射了藍、綠、紅色光,這些光合并起來成為我們看到的白光。當用30kHz電子鎮(zhèn)流器點燃熒光燈時,同樣也會看到白光的。那么熒光燈直接發(fā)的紫外光、藍、綠、黃色光是在50Hz和30kHz交變電場作用下發(fā)的光,這些光通量是否也是按50Hz和30kHz變化呢?熒光粉發(fā)的光是受50Hz和30kHz變化的紫外光去激發(fā)的,這種光是否也是按50Hz或30kHz變化呢?回答是肯定的。閃爍的光對人眼的視覺感受有一個視覺殘留效應。這個效應是關系到當光通量變化時,人眼視覺是否跟得上光通量變化的問題。我們知道,人眼視覺是有惰性的。當光通量變化慢的時候,人眼會看到它在變化。而當光通量變化很快的時候,人眼就感受不出它在變化。對一般通常的人來說,這個殘留效應的時間0.04s。也就是只有當光通量變化時間大于這個時間時人才會感到光在變化的,即燈光有閃爍現(xiàn)象。另外,光通量變化對人眼視覺的影響還與光通量變化的深度(即明暗差度)有關,與光通量的波峰和波谷值之差有關。有一個系數(shù)叫“光通量波動深度FFD”,可以用來定量測量光通量變化的深度。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%當FFD大于25%時,閃爍會對人的視覺產(chǎn)生損傷。FFD越大,損傷就越大。研究發(fā)現(xiàn),如果光線明暗變化頻率很高,變化時間遠遠小于人眼視覺殘留時間,即使明暗差再大,甚至達到100%,對人眼也不會有影響,因為人眼感覺不出光線明暗變化。用現(xiàn)代的視覺調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)進行評價,根據(jù)時空信息和視覺特性可知,人眼的分辨本領有一個截止頻率(臨界融合頻率CMF)。因為光信息的調(diào)制在向神經(jīng)信息轉(zhuǎn)換和向大腦中樞傳遞有一個時間過程,其頻率上限在50Hz左右。當空間頻率超過100Hz時,人眼已不能分辨,所以頻率大于100Hz的光通量變化不會對視覺器官產(chǎn)生明顯影響。對于熒光粉發(fā)的光,我們認為在熒光燈中常用熒光粉的余輝時間為幾個毫秒,即千分之幾秒。如果熒光粉受激發(fā)光的余輝還沒有衰減到一定深度前,第二次激發(fā)又發(fā)生了,那么熒光粉發(fā)的光就沒有閃爍感覺了。這就要求電源頻率大于熒光粉發(fā)光的衰減頻率,即電源頻率應大于10kHz。這樣熒光粉發(fā)的光通量將不會隨著電源電壓變化而變化,自然也就沒有閃爍感覺了。對于頻率低的熒光燈,閃爍現(xiàn)象依舊存在。綜合起來,人眼感到燈光閃爍現(xiàn)象的頻率最低約為100Hz,光通量波動深度效應小于25%。表4列出一些典型照明光源的FFD數(shù)據(jù)目前市場上,無閃爍光源有二種。一種是直流燈,用直流電源點的燈;另一種是高頻燈,用高頻電子鎮(zhèn)流器點的燈。對于這些“無閃爍光源”,我們?nèi)砸M一步分析其有效性。因為直流燈加在燈上的是直流電壓,如果工作電流是脈動的,紋波較大。100Hz的紋波也會造成燈光的閃爍,同時這種整燈的功率因數(shù)僅為0.5,其高次電流諧波是否符合國家標準和EMC的要求還是個問題。如果在電路中使用功率因數(shù)校正電路會出現(xiàn)電磁輻射問題、整燈光效下降、成本提高。況且對直流供電的熒光燈要有特殊的電極結構,否則會出現(xiàn)電泳現(xiàn)象。這也是直流燈長期不能實現(xiàn)的原因。至于高頻燈,這種燈的電流是被一種與濾波電壓波形相似的包絡波所調(diào)制的高頻工作電流。只有當鎮(zhèn)流器直流電源的電壓紋波很小時,燈電流的包絡調(diào)制才很小,熒光燈發(fā)的光通量才穩(wěn)定,否則高頻電子鎮(zhèn)流器的燈光也仍會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。5不同燈光的顯色指數(shù)光源的顯色性是物體受光源照明后物體顏色的復原性。我們知道,在太陽光照下,人們能看到五顏六色的物體,這是因為太陽光包含了各種顏色(不同波長)的光,非常豐富,可以把物體的任何顏色都復原出來為人眼看到。而各種燈發(fā)射的是不同顏色的光,因此它們復原物體顏色的本領就不同。可以用顯色指數(shù)Ra來定量表示光源的顏色復原性。光源的顯色指數(shù)可以根據(jù)光源所發(fā)不同顏色的光通量進行計算。通常是以太陽的顯色指數(shù)為標準,取為100。燈的顯色指數(shù)越高,它能復原物體顏色的本領就越強。高壓汞燈主要發(fā)射藍紫光,在高壓汞燈下人臉青白很難看,這是因為人臉的粉紅肉色不能被汞燈發(fā)的藍紫光復原。用顯色指數(shù)差的燈光去照明看書,就很難看清彩色圖片和線條了,見表5。6在燈光照明的應用中,該光的變色一個光源能發(fā)射多種顏色的光,不同顏色光的通量也不同。對于光源的這種性質(zhì),除可以用上述的顯色指數(shù)表示以外,還可以用色溫來表示。如果一個光源發(fā)光的顏色和一定溫度的黑體(標準光源)發(fā)光的顏色相同,那么該黑體的溫度就為該光源的顏色溫度(簡稱色溫Tc)。色溫用絕對溫標K表示,見表6。從視覺生理學來看,顯色性好、色溫較高的天然光是最理想的閱讀光。從表6可見,天然光的色溫較高。在高色溫燈光照明下工作讀書,由于其中藍光成分多,使人的“醒覺度”高,人有“日出而作”的感覺,比較興奮,不易感覺疲勞。而普通照明燈的光顯色性好,但燈的光色偏紅,色溫偏低,猶如日落時的天然光。當人們用這種燈照明閱讀時,會有“日落而息”的感覺,這會使人意識因疲勞而應放松需要休息。人眼的分辨本領也會下降,即不容易分辨出兩條靠得很近的細線。這時當不自覺地用勁去閱讀時,人眼也容易疲勞而受傷害。7熒光光效的不同特征光譜是光源發(fā)出不同顏色的光通量的綜合表征。光源的顯色性、色溫都是由它的光譜決定的。天然光的光譜包含了各種顏色的光是連續(xù)光譜?？墒且话愕娜嗽旃庠粗兄挥衅胀ㄕ彰鳠襞菔菍儆谶@一類。而熒光燈的光譜主要決定于熒光粉發(fā)的可見光,配有不同熒光粉的熒光燈會發(fā)出不同的光譜,它們具有不同的光效、顯色性和色溫。對閱讀照明有用的光譜主要是可見光譜,是從藍紫光到紅光,波長為380～780nm。這也是國際照明界公認的測量照明用燈的主要光譜范圍。最近有人提出“保健燈”的光譜范圍是400～650nm,他們把380～400nm和650～780nm的光譜抑制了,這樣不僅會使整燈的成本提高、光效降低,而且可能會影響藍紫色的顯色性能。近期有機會測量了一些照明節(jié)能燈的光譜,發(fā)現(xiàn)個別照明節(jié)能燈和無極燈會發(fā)射紫外光(254nm),這是不允許的,因為這種UVC紫外光是殺菌消毒的主要光線,受它長時間輻照會對人眼的角膜產(chǎn)生有害損傷。這問題應引起有關方面的注意。8從燈具效率看整燈光度的均勻現(xiàn)有光源都是有一定體