模擬潛艇環(huán)境白光LED照明對視覺功能工效影響的初步探討

彭智勇，時粉周，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照明對視覺功能工效影響的初步探討

彭智勇，時粉周，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號宋體字文章40 min后視覺功能和視覺工效的變化。結果 對比視力：受試者在2種照明環(huán)境中閱讀后的30%對比度對比視力有所下降，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)相比差異有統計學意義(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)相比差異有統計學意義(P＜0.01);2種照明環(huán)境中閱讀后的對比視力相比差異無統計學意義(P＞0.05)。對比敏感度函數：受試者在LED燈照明環(huán)境中閱讀后的4.8 cdp頻率對比敏感度(177.3±87.4)比基礎狀態(tài)(238.9±29.2)有所下降，差異有統計學意義(P＜0.05);2種照明環(huán)境中閱讀后的對比敏感度函數相比差異無統計學意義(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)視力相比差異無統計學意義(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效率、色卡辨認效率和蘭道氏環(huán)劃消效率差異均無統計學意義(P＞0.05)。結論 在潛艇模擬艙實驗條件下，白光LED照明環(huán)境可引起對比視力和對比敏感度函數的下降，熒光燈照明環(huán)境可引起對比視力的下降，但2種照明環(huán)境中閱讀后的視覺功能相比差異無統計學意義(P＞0.05);2種照明環(huán)境對視覺工效影響均不明顯。

白光LED照明;視覺功能;視覺工效

1 對象與方法

1.1 對象 15名受試者均為男性，身體健康，平均年齡(23.1±3.0)歲，自愿參加實驗。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燈顯色指數為78±1，熒光燈顯色指數為80±1。在1個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的長方形乳白色漫反射工作桌作為閱讀作業(yè)時的閱讀桌。為排除照度大小的不同對測試結果產生影響，調整2種光源單獨照明時桌面照度和均勻度，使其盡量一致。以5點法測量桌面的照度和均勻度，結果見表1。

表1 2種光源下桌面照明情況(n=15)

1.3 測試指標及判斷方法 視覺功能指標：常規(guī)視力、對比視力(CVA)和對比敏感度函數(CSF);視覺工效指標：儀表辨認效率、色卡辨認效率和蘭道氏環(huán)劃消效率［3-4］。常規(guī)視力檢測采用上海躍進醫(yī)用光學器械廠生產的申光牌標準對數視力表，測試單眼及雙眼常規(guī)視力，視標為E字母，測試距離為5 m。對比視力檢測采用海軍醫(yī)學研究所研制的雙變量對比視力表，視標為蘭道氏環(huán)，測試距離為1 m，選取92%、30%、11%對比水平的視標進行測試。對比敏感度函數檢測采用海軍醫(yī)學研究所研制的MGT-Ⅱ型多功能眩光視覺檢測儀，視標為正弦光柵，8種空間頻率為 0.8、1.2、2.4、4.8、9.6、19.2、38.4、76.8 cpd，視標亮度為95 cd/m2，測試距離為2 m。儀表辨認效率采用海軍醫(yī)學研究所研制的儀表辨認效率測試系統進行測試，受試者對便攜式計算機屏幕上隨機呈現的儀表刻度進行辨認，記錄受試者的辨認時間和辨認正確率，測試距離為70 cm。色卡辨認效率采用遼寧科學技術出版社出版的色覺檢查圖進行測試，記錄受試者辨認同樣數量檢查圖所用的時間和正確率，測試距離為33 cm。蘭道氏環(huán)劃消效率采用蘭道氏環(huán)劃消表進行測試，記錄受試者找出某一開口方向蘭道氏環(huán)所用的時間及正確率，測試距離為33 cm。

1.4 視覺功能、功效測試 實驗開始時，給受試者充分講解實驗過程，使受試者熟悉實驗的方法和流程，并進行適當的練習;待受試者熟悉后即在實驗室進行常規(guī)視力、對比視力、對比敏感度函數3項視覺功能指標測試，作為其基礎值。之后的實驗分為2個階段，第1階段，受試者在熒光燈照明環(huán)境中，進行儀表辨認效率、色卡辨認效率和蘭道氏環(huán)劃消效率3項視覺工效指標測試;然后在閱讀桌上進行40 min的閱讀作業(yè)，閱讀材料為6號宋體、單倍行間距的中文小說，閱讀完成后隨即進行上述3項視覺工效指標測試，隨后到實驗室進行3項視覺功能指標測試。第2階段，受試者在LED照明環(huán)境中，依照第1階段的步驟進行實驗。為避免其他因素對實驗結果的影響，同一名受試者的2個階段測試分別在隔天的同一時間段進行。

2 結果

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 對比視力 受試者在2種不同光源照明環(huán)境中進行40 min閱讀后的對比視力結果見表3。結果表明，在2種照明環(huán)境中閱讀后，30%和11%對比度的對比視力與閱讀前基礎值相比均有所下降，其中在熒光燈照明環(huán)境中與基礎值相比差異有統計學意義(P＜0.05)，在LED燈照明環(huán)境中與基礎值相比差異有統計學意義(P＜0.01)，在2種燈照明環(huán)境中閱讀后的各個對比度對比視力差異均無統計學意義(P ＞0.05)。

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

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

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

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2.3 對比敏感度函數 受試者在2種不同光源照明環(huán)境中進行40 min閱讀前后的對比敏感度函數結果見表4。結果表明，在2種照明環(huán)境中閱讀后的中間頻率(4.8、9.6 cdp)對比敏感度函數較基礎值有下降的趨勢，其中LED燈照明環(huán)境中閱讀后4.8 cdp頻率對比敏感度與基礎值相比差異有統計學意義(P＜0.05)，而與熒光燈照明環(huán)境中相比差異無統計學意義(P＞0.05)。

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

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

注：與基礎值比較aP＜0.05;LED：發(fā)光二極管

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2.4 儀表辨認效率 受試者在2種不同光源照明環(huán)境中進行40 min閱讀前后的儀表辨認效率結果見表5。結果表明，隨著測試次數的增多，儀表辨認時間均有所減少，LED燈照明環(huán)境中閱讀前后儀表辨認所需時間比熒光燈照明環(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，辨認時間和正確率差異均無統計學意義(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效率的變化(s，n=15)

注：LED為發(fā)光二級管

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2.5 色卡辨認效率 受試者2種不同光源照明環(huán)境中進行40 min閱讀前后的色卡辨認效率結果見表6。結果表明，2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后色卡辨認時間和正確率無明顯變化，差異無統計學意義(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效率的變化(s，n=15)

注：LED為發(fā)光二級管

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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)境中進行40 min閱讀前后的蘭道氏環(huán)劃消效率結果見表7。結果表明，2種不同光源照明環(huán)境中閱讀前后蘭道氏環(huán)劃消測試所用時間和正確率無明顯變化，差異無統計學意義(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)光二級管

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3 討論

從本實驗結果可以看出，在2種光源照明環(huán)境中進行40 min的閱讀后，受試者的常規(guī)視力未出現明顯的變化，說明常規(guī)視力雖然應用廣泛，但相對穩(wěn)定，在相當視覺負荷下也不易出現變化，用來評價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%對比度對比視力與基礎值相比均有所下降，其中熒光燈照明環(huán)境中閱讀后30%對比度對比視力與基礎值相比差異顯著;LED燈照明環(huán)境中閱讀后30%對比度對比視力與基礎值相比差異非常顯著;在熒光燈和LED燈下閱讀后的30%對比度對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%對比度對比視力有所下降，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)對比敏感度函數較基礎值有下降的趨勢，其中LED燈照明環(huán)境中閱讀后4.8 cdp頻率對比敏感度函數與基礎值相比差異顯著，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。儀表辨認效率、色卡辨認效率和蘭道氏環(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項視覺工效測試中均出現了測試時間逐漸減少、正確率沒有明顯變化的現象，可能與以下原因有關。一是存在著學習效應，測試的次數越多，受試者對測試的程序、方法以及內容越熟悉，則完成的時間越短;二是本組受試者年齡都比較小，平均年齡只有23.1歲，且本次實驗視覺作業(yè)時間較短，在這個負荷下尚不能引起受試者視覺工效的明顯下降。本實驗對相同照明環(huán)境下閱讀后與閱讀前的工效進行比較，以消除上述學習效應對結果的影響。

本次實驗觀察了模擬潛艇艙2種不同光源照明環(huán)境中進行短時間閱讀負荷后的視覺功能和視覺工效的變化，發(fā)現白光LED照明環(huán)境可引起對比視力和對比敏感度函數的下降，熒光燈照明環(huán)境可引起對比視力的下降，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)境對視覺工效影響均不明顯。值得指出的是，本實驗所觀察的是短時間白光LED燈照明環(huán)境對視覺功能和視覺工效的影響情況，長期在白光LED下工作、生活對視覺功能和視覺工效的影響如何，還有待今后進一步研究。

［1］ 沈培宏.白光LED技術及進展［J］.光電技術，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系的實驗研究［J］.照明工程學報，2000，11(1)：7-10.

［4］ 時粉周，王玨，包德海.照明光源的頻閃對視功能的影響［J］.中華航海醫(yī)學與高氣壓醫(yī)學雜志，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)學研究所青年科研基金課題(08HY51)

200433 上海，海軍醫(yī)學研究所

LED即發(fā)光二極管，是一種半導體光源，具有高效、環(huán)保、節(jié)能、體積小、耐震動、壽命長的特點，被認為是繼白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈之后的第4代照明光源［1-2］。目前市場上已出現白光LED照明產品，并被應用到普通照明領域，在特殊軍事環(huán)境也已開展試用。作為一種新型光源，對人體視覺功能工效的影響尚未見到報道。筆者通過大量的市場調研，優(yōu)選出一種較成熟的白光LED產品作為實驗用的LED光源，以潛用熒光燈為對照，進行模擬潛艇環(huán)境白光 LED照明對視覺功能、工效影響的實驗。

2011-05-30)

(本文編輯：王映紅)