教室用LED灯具的人因健康设计研究
--视觉健康舒适度指数（VICO）应用实例之一
2015年初，英国《自然》杂志刊文指出，近视正迅速成为“全球流行病”，研究显示，花在户外时间越少的孩子，患上近视的几率更高。文章说，60年前中国人口中近视率只有10%到20%，但如今青少年近视率高达近90%。在美国和欧洲约有一半年轻人受近视影响，与半个世纪前相比翻了一番。有研究预计，到2020年左右，全世界有近视问题的人可能会达25亿，约为总人口三分之一。
一、研究背景
在中国，近视患者占全球的33%，高出世界平均水平10%。截至2013年，中国戴眼镜的人数接近4亿，患有屈光不正的人口超过5亿。41%的5~15岁未成年人存在屈光不正问题，高于世界上的许多其他国家（广州日报，2013年11月13日）。北京市2014年发布的《中小学生体质健康状况调研报告》显示，超六成学生视力不良。2009-2010学年到2012-2013学年，北京市中小学生视力不良检出率从59.96%增加到62.96%，小学阶段的视力不良检出率已经达到49.77%，中学阶段达到了81.19%。小学一年级学生视力不良检出率为33.75%，初中一年级学生视力不良检出率为72.23%，高中三年级学生视力不良检出率为88.79%。
青少年近视的问题是不只是科学问题，更是一个复杂的社会问题，现在的中国城市孩子，自上幼儿园起，“升学”、“考试”、“不能输在起跑线上”等一系列家长们的关心重点就让孩子的学业压力空前；而随着各类电子产品的普及，手机、电脑、平板电脑对于城市青少年来说已是生活“标配”，学业压力空前，视觉刺激时长空前，视觉刺激强度空前，这些因素复合作用，就造成了上文中触目惊心的数据结果。
在目前全球半导体照明尤其是LED照明已是大势所趋的大背景下，研发出更健康，更环保的LED照明产品无疑对缓解中小学生近视高发的严峻现状有着重要的社会意义。
二、研究思路
1. 技术基础
本研究的核心技术是来自于蔡建奇视觉人因研究团队研发的“视觉健康舒适度指数（简称VICO指数）”技术体系----视觉健康舒适度指数（VICO）是基于眼视光学和认知心理学所形成的评价“视觉响应产品”对于人眼视觉生理功能变化及视觉疲劳影响的指标，该指标独立于一般照明及显示产品的物理指标（色温、显指、照度、亮度、频闪等），是完全从人眼视功能角度客观量化评价“视觉响应产品”对于人眼视觉生理功能影响的指标，主要用于评价照明及显示等视觉相关产品对于人眼在视光学角度下的视觉疲劳影响。
2.技术团队
本文内所提及的教室用LED照明灯具是由蔡建奇视觉人因工作团队和厦门立达信绿色照明集团合作研发，在本研究中，立达信主要负责各类人因实验环境综合保障、灯具的设计、参数的调试及灯具样品的定型生产。
3.目标分析
由于学生教室通常是一个复合光环境（自然采光及人工照明兼有），出于节能及实用成本考虑（小学及初中学生日常学习教室开灯时长占总在校时长的比例通常低于50%），教室用LED灯具的研发暂未考虑智能调节部分的应用，因此研发的重点在于光参数的选择及设置。本团队通过大量的人因实验，从视觉健康和作业效率两方面对教室用LED灯具进行了指标分析及产品设计。
图1 教室用LED灯具研发指标分析
三、产品定型及参数优化
1.产品定型工作的流程
首先，以前期大量的研究工作和视觉人因数据库的数据为依托，初步确定教室用LED灯具的部分参数，如频闪、显色指数及色温范围等；其次，依据样品在中小学教室实装的应用效果针对性的对部分参数（主要为色温和照度两类参数）专门进行定向、单变量、大样本的人因健康实验，完成产品的定型改进；最终，根据产品特点等因素对相关参数（如波动深度）进行优化，完成产品的最终定型。
图2教室用LED灯具产品定型流程
2.定型产品测试及效果验证
在完成产品定型之后，将研发出的产品投入实际使用，跟踪测试使用样品教室用LED灯具的学生的视功能发展状况，验证本团队与立达信合作研发的教室用LED灯具的使用效果。
图3教室用LED灯具定型产品实装效果图
图4 五年级小学生使用教室用LED灯具一学年近视人数统计
由表2可见，本团队与立达信合作研发的教室用LED照明灯具在使用效果上明显优于传统荧光灯，额定时长相同工作内容的测试中，使用教室用LED灯具的被试视觉健康舒适度明显优于使用荧光灯的被试。而由图4可见，经过一学年的跟踪测试，使用教室用LED灯具的班级近视人数增加率比使用传统荧光灯及普通LED灯具的班级均要低，说明教室用LED灯具具有保护学生视觉健康的作用。
