模拟潜艇环境白光LED照明对视觉功能工效影响的初步探讨

彭智勇，时粉周，吕传禄，司高潮，丁江舟，刘秋红，鲁毅钧

模拟潜艇环境白光LED照明对视觉功能工效影响的初步探讨

彭智勇，时粉周，吕传禄，司高潮，丁江舟，刘秋红，鲁毅钧

目的 观察模拟潜艇环境中白光LED照明环境对视觉功能和工效的影响。方法 以潜用荧光灯照明环境作为对照，观察15名受试者在荧光灯照明环境和LED灯照明环境中阅读6号宋体字文章40 min后视觉功能和视觉工效的变化。结果 对比视力：受试者在2种照明环境中阅读后的30%对比度对比视力有所下降，其中荧光灯照明环境中阅读前后(分别为4.83 ±0.07，4.80 ±0.10)相比差异有统计学意义(P ＜0.05);LED 灯照明环境中阅读前后(分别为 4.83 ±0.07，4.78±0.09)相比差异有统计学意义(P＜0.01);2种照明环境中阅读后的对比视力相比差异无统计学意义(P＞0.05)。对比敏感度函数：受试者在LED灯照明环境中阅读后的4.8 cdp频率对比敏感度(177.3±87.4)比基础状态(238.9±29.2)有所下降，差异有统计学意义(P＜0.05);2种照明环境中阅读后的对比敏感度函数相比差异无统计学意义(P＞0.05)。常规视力：2种光源照明环境下阅读前后的常规视力相比差异无统计学意义(P＞0.05)。视觉工效：2种光源照明环境中阅读前后的仪表辨认效率、色卡辨认效率和兰道氏环划消效率差异均无统计学意义(P＞0.05)。结论 在潜艇模拟舱实验条件下，白光LED照明环境可引起对比视力和对比敏感度函数的下降，荧光灯照明环境可引起对比视力的下降，但2种照明环境中阅读后的视觉功能相比差异无统计学意义(P＞0.05);2种照明环境对视觉工效影响均不明显。

白光LED照明;视觉功能;视觉工效

1 对象与方法

1.1 对象 15名受试者均为男性，身体健康，平均年龄(23.1±3.0)岁，自愿参加实验。单眼常规视力均在4.8以上，双眼常规视力5.15±0.12，眼底、眼位正常，色觉正常，无其他眼科疾病。

1.2 照明环境 分别采用某型潜用荧光灯和选用的白光LED灯作为照明光源，色温均为6500 K左右，LED灯显色指数为78±1，荧光灯显色指数为80±1。在1个4 m×4 m×2.2 m大小没有窗户的潜艇模拟舱中央，摆放1张1.6 m×1.0 m的长方形乳白色漫反射工作桌作为阅读作业时的阅读桌。为排除照度大小的不同对测试结果产生影响，调整2种光源单独照明时桌面照度和均匀度，使其尽量一致。以5点法测量桌面的照度和均匀度，结果见表1。

表1 2种光源下桌面照明情况(n=15)

1.3 测试指标及判断方法 视觉功能指标：常规视力、对比视力(CVA)和对比敏感度函数(CSF);视觉工效指标：仪表辨认效率、色卡辨认效率和兰道氏环划消效率［3-4］。常规视力检测采用上海跃进医用光学器械厂生产的申光牌标准对数视力表，测试单眼及双眼常规视力，视标为E字母，测试距离为5 m。对比视力检测采用海军医学研究所研制的双变量对比视力表，视标为兰道氏环，测试距离为1 m，选取92%、30%、11%对比水平的视标进行测试。对比敏感度函数检测采用海军医学研究所研制的MGT-Ⅱ型多功能眩光视觉检测仪，视标为正弦光栅，8种空间频率为 0.8、1.2、2.4、4.8、9.6、19.2、38.4、76.8 cpd，视标亮度为95 cd/m2，测试距离为2 m。仪表辨认效率采用海军医学研究所研制的仪表辨认效率测试系统进行测试，受试者对便携式计算机屏幕上随机呈现的仪表刻度进行辨认，记录受试者的辨认时间和辨认正确率，测试距离为70 cm。色卡辨认效率采用辽宁科学技术出版社出版的色觉检查图进行测试，记录受试者辨认同样数量检查图所用的时间和正确率，测试距离为33 cm。兰道氏环划消效率采用兰道氏环划消表进行测试，记录受试者找出某一开口方向兰道氏环所用的时间及正确率，测试距离为33 cm。

1.4 视觉功能、功效测试 实验开始时，给受试者充分讲解实验过程，使受试者熟悉实验的方法和流程，并进行适当的练习;待受试者熟悉后即在实验室进行常规视力、对比视力、对比敏感度函数3项视觉功能指标测试，作为其基础值。之后的实验分为2个阶段，第1阶段，受试者在荧光灯照明环境中，进行仪表辨认效率、色卡辨认效率和兰道氏环划消效率3项视觉工效指标测试;然后在阅读桌上进行40 min的阅读作业，阅读材料为6号宋体、单倍行间距的中文小说，阅读完成后随即进行上述3项视觉工效指标测试，随后到实验室进行3项视觉功能指标测试。第2阶段，受试者在LED照明环境中，依照第1阶段的步骤进行实验。为避免其他因素对实验结果的影响，同一名受试者的2个阶段测试分别在隔天的同一时间段进行。

2 结果

2.1 常规视力 受试者在2种不同光源照明环境中进行40 min阅读前后，单眼、双眼常规视力无明显变化。见表2。

表2 2种不同光源照明环境中阅读前后常规视力的变化(x ± s，n =15

2.2 对比视力 受试者在2种不同光源照明环境中进行40 min阅读后的对比视力结果见表3。结果表明，在2种照明环境中阅读后，30%和11%对比度的对比视力与阅读前基础值相比均有所下降，其中在荧光灯照明环境中与基础值相比差异有统计学意义(P＜0.05)，在LED灯照明环境中与基础值相比差异有统计学意义(P＜0.01)，在2种灯照明环境中阅读后的各个对比度对比视力差异均无统计学意义(P ＞0.05)。

表3 2种不同光源照明环境中阅读前后对比视力的变化(，n=15)

表3 2种不同光源照明环境中阅读前后对比视力的变化(，n=15)

注：与基础值比较aP ＜0.05，bP ＜0.01;LED：发光二极管

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2.3 对比敏感度函数 受试者在2种不同光源照明环境中进行40 min阅读前后的对比敏感度函数结果见表4。结果表明，在2种照明环境中阅读后的中间频率(4.8、9.6 cdp)对比敏感度函数较基础值有下降的趋势，其中LED灯照明环境中阅读后4.8 cdp频率对比敏感度与基础值相比差异有统计学意义(P＜0.05)，而与荧光灯照明环境中相比差异无统计学意义(P＞0.05)。

表4 2种不同光源照明环境中阅读前后对比敏感度函数的变化(s，n=15)

表4 2种不同光源照明环境中阅读前后对比敏感度函数的变化(s，n=15)

注：与基础值比较aP＜0.05;LED：发光二极管

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2.4 仪表辨认效率 受试者在2种不同光源照明环境中进行40 min阅读前后的仪表辨认效率结果见表5。结果表明，随着测试次数的增多，仪表辨认时间均有所减少，LED灯照明环境中阅读前后仪表辨认所需时间比荧光灯照明环境中明显缩短，但无论是在荧光灯照明环境中还是在LED灯照明环境中阅读后与阅读前比较，辨认时间和正确率差异均无统计学意义(P＞0.05)。

表5 2种不同光源照明环境中阅读前后仪表辨认效率的变化(s，n=15)

表5 2种不同光源照明环境中阅读前后仪表辨认效率的变化(s，n=15)

注：LED为发光二级管

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2.5 色卡辨认效率 受试者2种不同光源照明环境中进行40 min阅读前后的色卡辨认效率结果见表6。结果表明，2种不同光源照明环境中阅读前后色卡辨认时间和正确率无明显变化，差异无统计学意义(P ＞0.05)。

表6 2种不同光源照明环境中阅读前后色卡辨认效率的变化(s，n=15)

表6 2种不同光源照明环境中阅读前后色卡辨认效率的变化(s，n=15)

注：LED为发光二级管

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2.6 兰道氏环划消效率 受试者在2种不同照明环境中进行40 min阅读前后的兰道氏环划消效率结果见表7。结果表明，2种不同光源照明环境中阅读前后兰道氏环划消测试所用时间和正确率无明显变化，差异无统计学意义(P＞0.05)。

表7 2种照明环境中阅读后兰道氏环划消效率的变化(s，n=15)

表7 2种照明环境中阅读后兰道氏环划消效率的变化(s，n=15)

注：LED为发光二级管

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3 讨论

从本实验结果可以看出，在2种光源照明环境中进行40 min的阅读后，受试者的常规视力未出现明显的变化，说明常规视力虽然应用广泛，但相对稳定，在相当视觉负荷下也不易出现变化，用来评价视功能急性变化不够敏感。荧光灯和LED灯照明环境中阅读后的30%和11%对比度对比视力与基础值相比均有所下降，其中荧光灯照明环境中阅读后30%对比度对比视力与基础值相比差异显著;LED灯照明环境中阅读后30%对比度对比视力与基础值相比差异非常显著;在荧光灯和LED灯下阅读后的30%对比度对比视力没有显著性差异。提示在2种不同光源照明环境中阅读40 min后30%对比度对比视力有所下降，但在LED灯和荧光灯光源照明环境中阅读后引起的下降程度差异不明显。在LED灯和荧光灯光源照明环境中阅读后的中间频率(4.8、9.6 cdp)对比敏感度函数较基础值有下降的趋势，其中LED灯照明环境中阅读后4.8 cdp频率对比敏感度函数与基础值相比差异显著，但在LED灯和荧光灯光源照明环境中阅读后引起的下降程度不明显。仪表辨认效率、色卡辨认效率和兰道氏环划消效率在2种光源照明环境中阅读前后无明显变化。在3项视觉工效测试中均出现了测试时间逐渐减少、正确率没有明显变化的现象，可能与以下原因有关。一是存在着学习效应，测试的次数越多，受试者对测试的程序、方法以及内容越熟悉，则完成的时间越短;二是本组受试者年龄都比较小，平均年龄只有23.1岁，且本次实验视觉作业时间较短，在这个负荷下尚不能引起受试者视觉工效的明显下降。本实验对相同照明环境下阅读后与阅读前的工效进行比较，以消除上述学习效应对结果的影响。

本次实验观察了模拟潜艇舱2种不同光源照明环境中进行短时间阅读负荷后的视觉功能和视觉工效的变化，发现白光LED照明环境可引起对比视力和对比敏感度函数的下降，荧光灯照明环境可引起对比视力的下降，但2种照明环境中阅读后的视觉功能相比差异不明显;2种照明环境对视觉工效影响均不明显。值得指出的是，本实验所观察的是短时间白光LED灯照明环境对视觉功能和视觉工效的影响情况，长期在白光LED下工作、生活对视觉功能和视觉工效的影响如何，还有待今后进一步研究。

［1］ 沈培宏.白光LED技术及进展［J］.光电技术，2005，46(2)：1-4.

［2］ 李宏，李蔚燕.绿色照明光源——高亮度白光LED［J］.灯与照明，2007，31(1)：32-33.

［3］ 顾益敏，周健，俞丽华.荧光灯闪烁和视疲劳关系的实验研究［J］.照明工程学报，2000，11(1)：7-10.

［4］ 时粉周，王珏，包德海.照明光源的频闪对视功能的影响［J］.中华航海医学与高气压医学杂志，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

海军医学研究所青年科研基金课题(08HY51)

200433 上海，海军医学研究所

LED即发光二极管，是一种半导体光源，具有高效、环保、节能、体积小、耐震动、寿命长的特点，被认为是继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后的第4代照明光源［1-2］。目前市场上已出现白光LED照明产品，并被应用到普通照明领域，在特殊军事环境也已开展试用。作为一种新型光源，对人体视觉功能工效的影响尚未见到报道。笔者通过大量的市场调研，优选出一种较成熟的白光LED产品作为实验用的LED光源，以潜用荧光灯为对照，进行模拟潜艇环境白光 LED照明对视觉功能、工效影响的实验。

2011-05-30)

(本文编辑：王映红)