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使用蓝白光能节约8%的光线,但我依然不建议你用它!

2018-05-08 09:08:05点击:

国外对照明人机工效学研究已经有相对长一段历史,结论表明,人眼对LED光效的感知和敏感度与传统光源有着微妙的不同。如果不能理解这点不同,可能无法利用LED给我们带来舒适的照明。比如什么样的光效更高效?为什么LED照明会有更多眩光?

 

首先,从人的眼球细胞说起。

 

人的眼球加起来大概有1.2亿个锥状和杆状细胞。通过杆状细胞,我们能感知光线,通过锥状细胞,我们可以看见颜色。

 

锥状细胞之所以能看到“颜色”,在于它们一共有“绿色,红色和蓝色”三种细胞,通过RGB三原色,我们就可以看到包括白色的所有的颜色。但是杆状细胞只有一种,因此无法看见颜色。

 

需要纠正的是,刚才提到的所谓 “红色锥状细胞”、“绿色锥状细胞”、“蓝色锥状细胞”,这些说法并不准确,细胞本身不具备这些颜色,只是对红光、绿光以及蓝光敏感。


 

 

如图,红绿蓝分别是长波、中波和短波,因此可以将称之为L,M,S细胞。比如,红光敏感锥状细胞,可以称之为L锥状细胞或长波锥状细胞,L代表的是长波长。短波锥状细胞是蓝光敏感锥状细胞,官方称呼是S锥状细胞。绿光敏感锥状细胞被称为M锥状细胞,代表中波锥状细胞。

 

此外,锥状细胞与杆状细胞的活跃程度取决于光线的强弱。如果照明水平很高,锥状细胞会高效率地工作,此时杆状细胞处于非常不活跃状态。当照明水平很低,非常非常暗的时候,锥状细胞并不活跃。因此,在非常黑暗的条件下,我们使用杆状细胞来观察,视线里只能看见黑白两色,没有其他颜色。后面我们会有数据来说明这一观点。


为什么LED照明更容易眩光?


一个有趣的地方是,对蓝光敏感的锥状细胞只存在于眼球中央凹的周边区域,因此看清蓝色需要花费更多的注意力,这也就是为什么蓝色能够吸引更多注意力的原因。所以商标用蓝色是一个不错的选择。

 

但这同时也意味着一个不怎么好的事实:蓝光会产生更多的眩光。

 

在开车的时候,我们通常都看着前方路面,这时道路照明灯具在眼球的周边区域成像,而在眼球的周边区域,蓝光敏感细胞更多。

 

在过去,道路照明灯具只有一个大光源,一个亮度和眩光都均匀的大光源,视觉细胞只需要向大脑传递一个边缘信息。而现在使用LED光源,假设道路照明的条件不变,但是灯具上有许多的小光点,有着许许多多的边缘信息,这可能就是LED比传统光源产生更多眩光的原因。

道路照明


通常来说,道路照明的典型亮度区间在0.3-3 cd/m2之间。大于3 cd/m2的亮度是室内照明或者自然光照明的亮度范畴。


 

从图中我们可以看出,锥状细胞在高亮度条件下活跃,而此时杆状细胞基本不活跃。直到亮度下降到5 cd/m2 左右,随着亮度变暗,锥状细胞活跃度逐渐变低,杆状细胞的活跃度慢慢变高。

 

在这个两种细胞都活跃的中间区域,我们称之为中间视觉。道路照明就在这个视觉范围内,此时锥状细胞比杆状细胞活跃度更高,但是二者都是在产生作用的。


 

实线代表锥状细胞,虚线代表杆状细胞

 

注意看上图,锥状细胞的敏感度最大时是在可见光光谱中的黄色区域,而虚线代表的杆状细胞敏感度更高,峰值在蓝绿色的区域。相比之下,锥状细胞对于绿色高效,而杆状细胞对于蓝色的光线较高效。

 

那么在中间视觉范围内,他们的效率如何呢?

 

 

 

图中虚线部分代表的是中间视觉的效率变化,可以看出,光线越偏蓝的情况下,中间视觉效率越高。于是有人提出,使用富含蓝光的光线比暖白光更高效和节能! 

 

从理论角度,这个观点的确可行。2017CIE的报告也明确了这一点,使用蓝白光大约可以节约2%-8%的光线。但实际上,这种做法没有必要,甚至可能会带来新的问题。

 

首先,比如说0.3 cd/m2的亮度,如果使用蓝白光照明的话,就可以将照明水平降低8%,0.3 cd/m2降低8%,亮度下降至0.28 cd/ m2。如果在室内照明使用蓝白光,可以节省2%,在照明水平已经很低的少数情况下,大概能节约8%,但无论是道路照明还是室内照明,这点光线根本不值一提。甚至可以不用理会这一观点。

 

此外,如果使用了蓝白光,会在眼球以及大气中造成更多的散射,从而导致更多的光污染。(前面我们提到,蓝光会让眩光更严重)

 

并且,为了节约这根本不值一提的亮度,会对老年人造成非常不好的视觉体验,下面我们就来说说老年人照明需求。


什么样的照明对老年人更友好?


随着年龄的增长,眼睛的晶状体会变黄。黄光可以轻易透过黄色的晶状体,接近黄色的绿色也能透过,即使是橙色,发红的,都可以轻易穿透发黄的晶状体。但在光谱上蓝色离黄色比较远,蓝色不能轻松地透过老年人的晶状体。所以,如果采用蓝白光仅仅是为了节约2%的光线,或者8%的光线,对年轻人来说可能无关紧要,但却在让老年人受罪!

 

另外,如果要为老年人设计优秀的照明,并不能简简单单地增加光线,因为这样可能会产生更多的眩光。因此要非常小心的设计,还得懂得这方面的很多知识。比如蓝光对老年人来说很糟糕,而黄光,暖白光更友好。

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