常用照明光源的光谱分析及对视力的影响.doc

常用照明光源光谱分析及对视力影响摘要 ：本文重要简朴讨论了常用照明光源发出光谱中,可见光部分及红外线和紫外线对视力影响状况,并结合五官科学得出红外线和紫外线会对人眼产生怎样影 响。最终根据人眼视功能原理讨论出什么样光源才是即不影响我们观测物体有助于摘要视力健康理想光源。 关键词 ：光谱,视锥细胞,视杆细胞,显色性 引言 ： 我们平常生活中常用照明光源是千姿百态,举不胜举,但无论他们外型怎样不一样他们都具有照明光源几种共同参数：亮度,均匀度和对比度,眩光,显色性,频率等。当人眼在某光源工作时这些参数或多或少地并且程度不一样地会对人视力产生影响。 1.光源频率对视力影响 光 源频率是我们生活中常提到一种概念,它是指光源在1秒钟内闪烁次数。如我们常用白炽灯是直接接在220V,50HZ生活用电电路中。也就是说 他在一秒钟内闪烁50次。但我们却感觉不到它在闪烁,原因是人有一种被称作视觉暂留特性,它是指当一物体若忽然从人眼视线内消失时人眼并不能同步感觉到 物体消失,而是有一种时间差。叫做视觉暂留时间,约50200ms,即频率超过20HZ,人眼是感觉不到闪烁。从医学上解释也就是说若人眼伴随光源 明暗变化会对应同步地进行调整那么必然回导致人眼疲劳,从而影响视力。那么与否果真如此呢：光线强弱变化回引起人眼瞳孔变化(正常人眼瞳孔直径 可动于1.58.0mm之间)瞳孔变化周期至少不小于50ms(最小视觉暂留时间)而一般家用照明光源周期只有20ms(50HZ),因此它不会引起 瞳孔反复放大与缩小,人眼对此是没有感觉。如电影画面频率只有24HZ,我们都能很舒适地进行欣赏。这阐明常用照明光源频率原因对视力是没有什么 影响。 2.光源光谱对视力影响 光源显色性只是视觉效果上概念,光源发出光谱既能阐明它显色性有能推断出它对人眼视力有何影响。 2.1 光源光谱可见光部分对视力影响：可 见光部分即波长为400750nm电磁波。我们懂得当白光照射到一物体上时,该物体只可以反射或透射与该物体相似颜色(在太阳光下人眼看到该物体 颜色)从光谱角度说就是一物体只能反射或透射特定波长和频率光。并且进入人眼光线光强也可以不一样,那么在可见光中不一样频率和光强光线对视力有何 影响呢？下面简朴结合人眼生理学来做一讨论:光强对视力影响：人眼中有两种形状视觉细胞,即视杆细胞和视锥细胞。视 杆细胞与暗视觉有关,而在所有视杆细胞中都发现了视紫红质,它对蓝光有最大吸取能力,而这与人眼在弱光条件下对光谱上蓝绿光区域(相称于500nm波长 附近)感觉最明亮(不是感到了蓝绿色)事实相一致,阐明人暗视觉与视杆细胞中所含视紫红质光化学反应有直接关系。视紫红质是一种结合蛋白质,由一分子称为视蛋白蛋白质和一分子称为视黄醛生色基团构成。视紫红质在光照时迅速分解为蛋白和视黄醛,这是一种多阶段反应。在亮处分解视紫红质,在暗处又可重新合成,亦即这是一种可逆反应,其反应平衡点决定于光照强度。 因此由以上讨论可知,只要可见光强度不是很强或很弱,眼内视紫红质是可以保持一种化学平衡,这样不会影响视力。若光线太强会使大量视紫红质迅速分解而合成局限性导致临时失明同样也会使瞳孔扩约肌收缩过度以至痉挛状态,影响视力。在 可见光强度适中状况下不一样波长光线对视力影响：与视杆细胞类似,不一样波长光线会分别在三种视锥细胞中产生化学平衡。而并无资料显示人眼长期接受单 一波长光线会导致缺乏对应视锥细胞而导致色盲。但这样也许会导致对该波长光线反应能力减弱或增强而导致某种色弱。色盲绝大多数是由遗传原因引起而色 弱常由后天原因引起。 人们常说看绿色物体对视力有好处,这是毫无科学根据,是人们对绿色光一种错误认识。这只是由于人眼对波长为555nm黄绿光敏感度最强罢了。如图给出了人眼对E光源光谱响应曲线。 此曲线称为相对视敏曲线它是将人眼最敏感,波长为555nm黄绿光敏感度作为100%,其他波长光敏感度是相对于黄绿色光敏感度求得比值。它阐明虽然光辐射功率相似但波长不一样,则人眼亮度感觉将按此曲线规律变化。 2.2 光源光谱中不可见光部分对视力影响要保护好视力,对光源亮度规定自然是十分必要,因此应根据相对视敏曲线规律将光源中人眼难以辨别及对人眼有害光谱滤掉。如电脑显示屏发出可见光中还包括着X射线。 2.2.1 X射线对视力影响：X 射线对眼睑,结膜,角膜,晶状体,视网膜,视神经等都可以引起损伤,最重要损伤对象是晶状体。X射线辐射所致晶状体浑浊叫做放射性白内障。放射性白内 障。放射性白内障起始于晶状体后基部后囊下皮质。假如用裂隙灯显微镜观测,可以看到这个部位有点浑浊及空泡,也也许出现球状浑浊。假如深入发展,后囊 下皮质会呈蜂窝状浑浊,这时前囊下皮质也出现浑浊,最终所有晶状体都会变浑浊,眼睛就失明了。 假如用医学器械观测正常 人眼晶状体,几乎人人都可以发既有浑浊点。而只有在晶状体后基部出现浑浊点,才需要怀疑与否有玻深入讲,虽然是后基部出现浑浊点,也不能确定是X射线 所致,由于其他类型白内障也也许起始于晶状体后基部。根据卫生学调查及动物试验,接触小剂量X射线不会引起白内障,比较大剂量才有也许引起白内障。可见在光源发出光中还夹杂着某些人眼无法看到并且对人眼有损害作用光波,那么这些光波在我们常用照明光源中普遍存在吗？假如将它滤除会影响我们观测物体吗？并且将怎样影响？这些问题接下来就来讨论： 我们懂得常用照明光源发出光属于电磁波,而电磁波谱范围很广,包括放射线和光线,可见光波长在400800nm,其两端外有红外线、紫外线等多种辐射线。不一样波长电磁波,对眼所起作用和损害也不一样。 2.2.2 红外线损伤：发 热物体会产生红外线,如溶化玻璃、高热金属、炉火、太阳光等。长波红外线被眼球表面水分吸取,多不损伤组织。短波红外线(波长8001200nm) 可导致热性白内障、视网膜灼伤、慢性睑缘炎、结膜炎和虹膜色素改等,影响了视力。那么对应我们常用照明光源中哪些光源会发出红外线呢？如：通过燃烧某种 化学物质时产生光,例如煤油灯、蜡烛等。它们光谱与炉火较为类似,具有少许红外线。尚有就是白炽灯,它发出光是属于高热金属所发出光。它能 量分布重要集中于波长较长区域,因而白炽灯光总带着橙红色。 短波红外线穿透眼组织能力较强,被晶状体吸取后,使晶 状体蛋白变性混浊。起初在晶状体后皮质层出现空泡和点状混浊。有时在晶状体前囊表层可见表层剥离,一端附在囊膜上,另一端卷曲游离在前房内。当晶状体完全 混浊后,可手术摘除。波长较短红外线,透过屈光间质,可聚焦于视网膜黄斑部,导致黄斑部灼伤,出现水肿、出血,严重者可形成黄斑裂洞,使视力减退或出现 中心暗点。不过我们常用照明光源中如：炉火、蜡烛、白炽灯它们发出红外线是很微弱。通过调查及动物试验,根据致热效应,只有大强度辐射,即功率密 度在10毫瓦/平方厘米以上,才有也许引起白内障。我们平常生活中辐射功率是远低于此值,因此大可不必为此而忧心忡忡。 2.2.3 紫外线损伤：紫外线来自高热固体或气体。如电弧光、气焊、紫外线消毒灯、太阳光等。紫外线被组织吸取后,起光化学作用,使细胞核糖核酸合成障碍,导致细胞肿胀,染色质溶解,细胞核破裂,细胞死亡引起电光性眼炎。 大量紫外线照射后68小时发玻两眼会忽然发生强烈异物感、刺痛、畏光、流泪、眼睑痉挛。一般12天自行痊愈。但若多次反复发病,可引起慢性睑缘炎、结膜炎,甚至角膜变性,影响视力。那么哪种常用照明光源也许会产生对人眼有害紫外线呢？答案是-荧光灯。这要从荧光灯发光机理来讨论：荧光灯发出可见光是依托低压汞蒸汽放电辐射出紫外线,去激发荧光粉发光,因此,荧光灯发光是通过两步完毕：第一步是低压汞蒸汽放电产生短波紫外线。第二步是荧光粉吸取了短波紫外线后,发射出可见光来。 可见当荧光物质伴随点燃时间增长,会发生荧光物质老化现象,这时低压汞蒸汽放电产生短波紫外线就会透射出去,影响了视力。讨 论至此,我们已理解到无论是蜡烛、白炽灯还是荧光灯,它们在发光同步还会产生十分微弱但究竟是人们不愿接受红外线或紫外线。而还没有讨论到从人眼自身 出发究竟什么样光源才是最理想光源,也就是结合视功能原理,理想光源是什么。下面我们就此问题做一较为简朴讨论：简 单视功能原理：人眼视网膜里存在着大量光敏细胞,按其形状可分为杆状和锥状两种。杆状光敏细胞敏捷度极高,重要靠它在低照度时辨别明暗,但它对彩色是不 敏感；而锥状细胞既可辨别明暗,也可辨别彩色。白天视觉过程重要靠锥状细胞来完毕,夜晚视觉则由杆状细胞起作用。因此在较暗处无法辨别彩色。视 锥细胞具有特殊视色素。大多数脊椎动物都具有三种不一样视锥色素,分别存在于三种不一样视锥细胞中。三种视锥色素都具有同样11-顺视黄醛,只是视蛋 白分子构造稍有不一样。正是由于视蛋白分子这种微小差异,决定了与它结合在一起视黄醛分子对某种波长光线最为敏感,因而才有视杆细胞中视紫红质和 三种不一样视锥色素区别。当光线作用于视锥细胞外段时,在他们外段膜两侧会发生超极化型感受器电位,作为光电转换第一步,最终在对应神经节细胞上 产生动作电位。视锥细胞功能重要特点是它具有辨别颜色能力。颜色视觉是一种复杂物理心理现象,颜色不一样,重要是 不一样波长光线作用于视网膜后在人脑引起不一样主观印象。正常视网膜可辨别波长400750nm之间约150种不一样颜色,每种颜色都与一定波长光 线相对应。因此,在可见光谱范围内,波长只要有35nm增减,就可被视觉系统辨别为不一样颜色。显然,视网膜中不也许存在上百种对不一样波长光线起 反应视锥细胞或色素。有关颜色视觉形成,最早人们提出用视觉三原色学说解释。该学说认为在视网膜上分布有三种不一样视锥细胞,分别具有对红、绿、蓝 三种光敏感视色素；当某一定波长光线作用于视网膜时,以一定比例使三种视锥细胞分别产生不一样程度兴奋,这样信息传至中枢,就产生某一种颜色感 觉。例如：红、绿、蓝三种视锥细胞兴奋程度比例为4：1：0时,产生红色感觉；三者比例为2：8：1时,产生绿色感觉,等等。也就是说假如某束光 线只能引起某一种光敏细胞兴奋,而此外两种光敏细胞仅受到很微弱刺激,我们感觉到便是某一种色光。若红敏细胞受刺激,则产生彩色感觉与由黄单色光引起 视觉效果相似。显然,伴随三种光敏细胞所受光刺激程度上差异,还会产生各式各样彩色感觉。 近年来,三原色学说已 被许多试验所证明。例如,有人用不超过单视锥细胞直径细小单色光束,逐一检查并绘制在体视锥细胞光谱吸取曲线,发既有三种类型,其吸取峰分别在 560nm、530nm和430nm处,恰好相称于红、绿、蓝三色光波长。用微电极记录单个视锥细胞感受器电位措施也观测到,不一样单色光照射引起超 级化感受器电位(LRP),其幅度在不一样视锥细胞是不一样(如下图),峰值出现状况也符合三原色学说。所 以,当我们用某光源照明时,若光源只发出三条人眼最敏感谱线,即：蓝、绿、红。这样似乎是到达了人眼对照明需求和防止了人眼无法察觉和有害射线对人眼 视力影响。但我们由前面提到,物体只能反射和透射与该物体颜色相似光线,因此上面我们假设光源显色性一定是很差。但至此我们可以得到一种结 论：假如只从保护视力角度看,荧光灯发出光(线状谱)都要优于白炽灯(持续谱)。那么要完善荧光灯发光质量,要从荧光粉开始着手。荧光粉是荧光灯发光关键材料之一。荧光灯发光效率、光色、显色性等重要指标,都是由荧光粉决定。不 同荧光粉可发出不一样颜色,如硅酸锌发绿色光,钨酸钙发蓝色光,砷酸镁发红色光等。伴随科学进步,70年代研制出了一种全新荧光粉-三基色荧光 粉,这种粉是把发红光、绿光、蓝光荧光材料,按一定比例配制在一起,这种荧光粉发光效率和显色指数均高,可见,这种荧光粉实现了刚刚我们假设那种只 发出三基色光谱光源并且弥补了显色性偏低局限性。尤其以稀土三基色荧光粉更为优秀,它发光效率可达85 lm/w,显色指数可达85以上(日光显色指数为100,白炽灯显色指数是9597),这是目前最佳荧光粉。可见对稀土三基色荧光粉应用是目前 满足照明需要与保护视力理想常用照明光源。