光环境对视疲劳症状的影响分析

王庆　徐海松　宫睿

摘要

视疲劳一直是影响视觉功能，降低工作效率的常发眼部症状。而目前人们生活节奏的加快，工作压力的不断提升，导致视疲劳症状困扰着更多长时间室内办公的人们。理想的室内照明不仅可以帮助人们看清物体，顺利的完成工作。并且还应该给人以最大的舒适感，有效降低因工作而造成的视疲劳。本研究的主要目的是分析光源的相关色温以及光源种类对于视疲劳各种症状的影响。其结果表明，被试在LED光环境下的总体视疲劳显著的小于荧光灯下的视疲劳；同时在LED光环境下的阅读效率也优于荧光灯下的阅读效率。但并未达到显著性。

1.背景

最近，LED的室内照明已经成为照明领域研究的热点问题。但由于LED的发光机理、光谱等特性都与传统荧光灯具有较大的差别，所以作为室内照明其安全性和舒适性必须充分考虑。国内国外针对光对视觉伤害，动态照明影Ⅱ向工作效率，以及照度与色温影响视疲劳等方面都有很多研究。以上研究虽然都针对于LED光源的应用与室内照明的安全舒适性灯方面，但都没有分析LED替代荧光灯作为下一代室内照明光源的可行性。本论文研究的主要目的是分析光源的相关色温以及光源种类对于视疲劳各种症状的影响。

2.不同光环境下视疲劳实验

2.1实验装置

实验采用3000K和6000K两种色温的白光LED灯管和色温6000K荧光灯管。两种LED灯管和荧光灯的相对光谱功率分布如图1。为保证阅读平面均匀照度，三种光源同时安装在一个长72cm*95cm*110cm的灯箱中。在所有的实验过程中，阅读平面的中心照度为500Ix，照度均匀度控制在84%以上，灯箱内壁涂布中性灰色，其光谱反射比与孟塞尔N5中性灰的光谱反射比近似。三种光源在灯箱中所产生光环境的具体参数如表1。

2.2实验方案：

实验环境的温度控制在200C到230C之间，湿度控制在35%和50%之间。为了更好的模拟工作人员的作息习惯，所有实验安排在上午9：00到11：00或下午2：00到4：00之间进行。实验开始前被试首先需要填写关于视疲劳的调查问卷和测试视力；其次需要进行5分钟的暗适应和3分钟的亮适应；然后开始进行2小时的数字校正实验，中间无休息。实验完成之后，再进行一次视疲劳的问卷调查和视力测试。

（1）阅读效率

实验采用数字校正作为阅读内容，打印在A4幅面纸张上，新罗马字体，12磅，如表2所示。被试需要根据前一排的参考数字，判断后一个数字是否与之相同。每分钟查找的数字对个数作为其阅读速度。2小时内查找正确查找的数字对的总和比上应查数字对作为其正确率。阅读效率=阅读速度*正确率。

（2）视疲劳主观评价

视疲劳是一个综合概念，包括各种眼部疲劳感知和视觉功能下降的综合性表现。为了获得被试视疲劳的主观感知，本实验利用Likert主观评价量表针对常见视疲劳症状进行打分，等级范围为1-7。共采用了12种常见的视疲劳症状：眼酸、眼胀、沉重感、眼干涩、异物感、流泪、畏光、模糊、重影、文字跳动或串行、头痛、眩光。

2.3实验对象：

为控制年龄变化对实验的影响，被试年龄范围控制在23到34岁之间6男6女共12名被试，平均年龄25岁。所有观察者视力或校正视力正常，无色盲和色弱等视觉问题。在整个实验过程中，所有被试的身体和心理状态保持良好。

3.实验结果

3.1实验前后视疲劳主观评价对比实验前视疲劳主观评价结果显示绝大部分被试的分数为1，而部分被试的分数为2。以眼酸症状为例（图2），此数据表明所有被试在三次实验开始状态较好，没有或者基本没有视疲劳，实验后的数据能代表由阅读实验造成的眼酸症状大小。而实验之后的数据显示，各观察者之间的数据离散性较大，并近似呈现为正态分布，这说明实验选取的样本能近似代表真实情况。

3.2三种光环境下的总体视疲劳分析

首先，对于每位被试的12种视疲劳症状评分进行累加，然后利用实验之后视疲劳数据减去实验之前的数据作为每位被试由实验造成的总体视疲劳，结果如图3。从图中看出，色温6000K荧光灯下，被试的视疲劳明显大于在LED光环境中的视疲劳等级（p=0.026，F=4.304）。但是对比两种色温的LED光环境下的视疲劳差别并没有达到统计意义的显著性差别（p=0.919，t=0.102）。

3.3各种视疲劳症状的分析以上分析显示光源种类造成了视疲劳的显著性差别，但是对于大多数的单个视疲劳症状来说无统计学上的显著差别。其可能的原因是由于视疲劳本身是一个主观感知与视功能暂时衰退等各种症状的综合。为了更加真实有效的描述总体视疲劳与各症状之间的关系，研究各个症状之间的关系是必要的。因子分析的结果如表3所示，所有的症状基本可以分为三类：一、感知类，包括眼酸、眼胀、沉重感、眼干涩、异物感和头痛；二、视功能暂时衰退类，包括模糊、重影和文字跳动或串行；三、调节类，包括流泪、畏光、眩晕。根据被试的反映，当有流泪症状时，沉重感、眼干涩和异物感有明显减轻的表现，因此把第三类定义为调节类。

3.4实验前后视力差

表4为各种光环境下，左右眼实验前后视力差。从表中可以看出荧光灯和LED灯下的左右眼视力差别并不大，这一现象说明，荧光灯和LED对于影响视觉功能方面无明显差异，LED作为阅读环境的照明光源是较为安全的。但对于两种色温环境下，实验前后左眼视力差却表现出明显差别（F=3.844，p-value=0.046）。以上结果与上文因子分析中第三类视疲劳症状与色温关系最大的结论是相一致的。可能的原因是3000K色温下，流泪和畏光症状最为明显，而表现出视力下降现象。

3.5三种光环境下的阅读效率表5为三种光环境下阅读速度、正确率和阅读效率的12位被试的平均值。从表中可以看出荧光灯下的阅读速度、正确率和阅读效率最低。其可能的原因是由于荧光灯下视疲劳较大而对于被试的阅读能力造成了影响。但根据方差分析的结论显示阅读速度、正确率和阅读效率在三种光源下都没有显著性差别。其可能的原因是虽然视疲劳会影响人的阅读能力，但是由于其他客观因素或主观因素的影响，而弥补了由于视疲劳造成的阅读能力的下降。图4为三种光环境下的三个主因子及其对应的各种症状的12位被试的均值。从图中可以看出。主因子1和2及其相应的视疲劳症状在两种LED光环境下都明显小于荧光灯下的数值，但是主因子3在3000K色温时最大。这说明荧光灯下视疲劳的主要原因是由于感知类症状和视功能衰退类症状较严重造成的，但是流泪、畏光等症状并不明显。

4.结论

本论文分析了不同的相关色温，以及同等照度和色温下的荧光灯和LED对于视疲劳和阅读效率的影Ⅱ向，得到以下结论：

1.视疲劳的主观评价在荧光灯和LED之间具有显著性差异，而相对于色温来说虽然高色温具有抑制视疲劳的倾向，但两种色温之间的视疲劳并不显著。

2.针对实验前后视力的暂时性下降的结果表明，荧光灯和LED灯之间无明显差别，说明LED作为室内光源相对安全，不会对视觉功能造成显著的影响。但低色温环境下，长时间阅读容易导致暂时性的视力下降，可能的原因是由于流泪和畏光等视疲劳症状较为严重。3.三种光源下，被试的阅读能力有一定差异，但未达到显著性差别，其可能的原因是其他客观因素或主观积极性等因素弥补了视疲劳对于阅读能力的影响。

作者简介：

徐海松，浙江大学光电系教授、博导。

王庆，浙江大学博士研究生。

宫睿，浙江大学博士研究生。