眼球屈光的发育离不开正常的光信号刺激，良好的照明光环境对屈光发育尤为重要。近年来，荧光灯与发光二极管(LED)等新型窄光谱照明光源逐渐替代白炽灯等宽光谱照明光源在日常学习与生活中的普及，巧合的是其普及时间与近视眼发生率升高的时间重叠。多年来，人们利用单色光的实验研究发现环境光线对眼的屈光发育具有调节作用。本文中笔者就照明光源对眼球屈光发育的调节作用进行了归纳，并分析得出调整照明光源的光谱特性可以改变近视眼进展的速度，以期为研究融于日常学习过程中的近视眼防控方法提供参考。

中小学阶段是人眼屈光发育的关键时段，此阶段的孩子每天约8～10h在人工照明环境的教室中度过。不良的照明环境可对屈光发育产生不良的影响。2018年，由国家教育部和卫生健康委员会等八部门联合印发的综合防控儿童近视实施方案中明确要求“改善学校的视觉环境”。本文中笔者归纳照明光源对眼屈光发育调节作用的研究，并对全光谱照明技术及其在近视眼防控中的应用价值进行评述。

1.1照明光源的变迁

近50年来，照明技术经历了由白炽灯、荧光灯及发光二极管灯(lightemittingdiode，LED)的两次大转变。三者除耗电量和寿命外，最大的区别在于所发出光线的光谱不同。白炽灯具有显色性好和光谱连续的优点，是一种热辐射光源，只有2%～4%的电能转换为

人眼可感受到的光。荧光灯的发光是灯丝放电使汞蒸气发出紫外线，激发灯管内面的磷质荧光漆释放出短波长的可见光，其光谱是分布在一个能量较低的连续光谱上线状谱。目前大部分LED灯都是由蓝光芯片激发一种或者多种荧光粉，最终由蓝光和荧光粉发出的光混合成白光。LED的光谱也是分布在一个能量较低的连续光谱上线状谱，但是它的连续光谱与荧光灯相比更低。因此，白炽灯的光谱接近太阳光谱，荧光灯和LED灯的光谱能量以短波长蓝光为主，长波长红光的能量较低。

1.2照明光源的变迁与近视眼患病率的关系

中国近视眼的患病率近50年内明显上升，从70年代到2019年由10%升高至70%。美国在70年代为25%，90年代末增长到40%，2010年增长至50%。该时段内美国学生的学习时长和户外活动时间未见明显变化，长时间使用电脑是在2000年以后，智能手机和平板电脑的普及则是在2010年以后，使用电脑并未额外增加近视的风险。巧合的是，70年代荧光灯开始在美国替代白炽灯，2000年后LED灯则开始普及，与近视眼患病率的两个增长高峰重合。

1.3光线影响眼球屈光发育的发现

光线在眼球的屈光发育过程发挥着重要的调控作用，不良的照明光源可以诱发近视。教室照明照度和均一度的不足会提高视力不良率，改善照度和均一度后可以降低视力不良率。2017年的云南墨江研究结果显示使用LED台灯的学生较使用荧光灯或白炽灯学生近视的程度更深，提示使用LED台灯可能是加重近视的危险因素。流行病学调查发现户外活动是抑制近视发生与发展的一个独立保护因素，户外活动少的儿童比经常参加户外活动的儿童更易发生近视。而这种保护作用并不是因“减少了近距离用眼”的时间，也不是因“进行了运动”的关系，而是与“户外时间”的长短直接相关，提示室外与室内光源性质的差异可能是户外活动抑制近视发展的一个重要原因。虽然人类和灵长类动物中不存在紫外线光感受器，但有研究表明，人类三叉神经节细胞的一小部分存在视网膜外黑色素蛋白酶。睫状体、角膜和结膜可能存在光敏性黑色素蛋白阳性细胞，这些细胞可能感受光线波长的变化而调节眼球的正视化过程。Li等发现佩戴蓝色遮光滤光片可降低佩戴+5．00D镜片诱发抑制近视的作用。Tori等在研究中让13～18岁近视＞－1．00D的31名学生佩戴紫光阻挡型眼镜，116名佩戴紫外线透射型眼镜，结果显示后者较前者眼轴的增长速度明显降低。不过，应该注意的是该研究是回顾性的，且各组在年龄、性别、初始屈光度和晶状体类型上存在差异。

2.1光源的波长与眼球屈光的发育

2.1.1 不同波长可使人眼产生纵向色差(longitudinalchromaticaberration，LCA):短波长光线聚焦的焦距比长波长光短，这种由于波长不同而产生的聚焦点不同称为LCA。人眼可识别光学镜片的白光离焦并改变生长速度，正透镜可降低眼球的增长速度，负透镜可增加眼球的生长速度，这种现象存在于鸡、豚鼠、树鼬及恒河猴等多种动物。有研究发现LCA是眼球屈光发育过程中重要的调节信号。人眼的LCA会引起不同波长的光线聚焦在不同的位置，短波长蓝光比长波红光的焦点更靠近角膜。在单色光中，只有一个焦平面而无颜色信号，图像的信号由亮度和对比度变化引起。如果将动物饲养在单色光环境中，其正视化过程会随着波长而改变。在鸡、鼠及猪等相对低等动物，短波长的蓝光可让人眼变得更远视，红光则让人眼变得更近视。然而，树鼩和恒河猴两种相对高等的动物，在红光下变得更远视，在蓝光下变得更近视。在使用宽带的白光照明时，色差会引起特定颜色的视网膜成像不清。彩色信号的主要优点是人眼可以瞬间确定是否发生了离焦。一项16539名高中生的研究表明，色觉正常人群近视眼的发病率高于色觉缺陷的人群。其原因可能是色觉异常者对特定波长光的敏感度降低从而导致眼球生长变慢，并使人眼近视程度降低，这一结果与早期单色光实验的预测一致。提示单色图像引起的离焦不易诱发近视，这对电子教学设备的设计有借鉴作用。

2.1.2 LCA调节眼球屈光发育的机制:可能有两种。其一，是以LCA作为眼球应向哪个方向生长的信号(目标信号)，既长波长光线诱发眼球增长，短波长光线诱发眼球变短。对长波长光线敏感视锥细胞的活性增加会使得人眼对红光相关联的焦平面更敏感，从而使人眼更近视，而对较短波长的视锥细胞的活性增加，可能会导致眼球生长减缓。其二，是以LCA作为屈光发育现状的信号(结果信号)，既长波长光线的信号比短波长光线强时，会产生眼球过长的信号，应该停止增长以保持正视状态的信号。例如，当发生远视性离焦时(焦点在视网膜后面)，视网膜图像中的红色成分图像的清晰度将比蓝色成分图像的清晰度更加模糊(红色信号低);反之，发生近视离焦(焦点在视网膜前面)蓝色成分比红色成分更加模糊(红色信号高)。上述机制可使在白光中成长比在单色光中成长的动物能够实现更加精确的正视化。

2.2.3 LCA调节眼球屈光发育的研究:人眼探测LCA的能力已在一些物种的单色光实验中得到证实，包括小鸡、豚鼠、恒河猴和慈鲷，不同种属的动物可能采取不同的机制来调控眼球屈光的发育。小鸡的实验结果显示，生长在红色和蓝色单色光下的两组小鸡屈光度的差异在第14天为4．68D，第28天增加到7.38D。Liu等发现，在绿色和蓝色单色光下饲养的豚鼠，其屈光度在20周时有6.05D的差别，短波长光下的过度调节和中波长光下的欠调节可能加重了LCA对豚鼠的影响。缺乏来自LCA的颜色信号会使得眼球的正视化变得不稳定。与正常对照组相比，人眼在红光下变得更远视而不是更近视，佩戴红光滤光片者有明显的近视抑制作用，玻璃体腔深度的变化与屈光不正的变化密切相关。在红光环境下生长的幼年树鼩和成年树鼩的玻璃体腔增长率明显小于正常对照组。但是角膜到巩膜的距离在两组间却无明显差别，原因在于经过红光照射后脉络膜厚度和晶状体的厚度增加。脉络膜增厚了17μm，相当于1.00D，整体的屈光度出现了3.00D的远视性变化。

2.2光源的亮度与眼球屈光的发育

在5lux低强度条件下，鸡眼在白光下的生长与在400nm近紫外线和655nm红光下的生长无区别。这与对紫外线敏感细胞的空间分辨率太低，以至于无法分辨低照度下的离焦有关。Hammond等发现，当把紫外线的强度提高到200lux时，则可补偿透镜引起的离焦。Tori等发现，暴露在明亮的紫外线(360～400nm;1116～1349lux)下的小鸡对负透镜诱导的近视有了明显的抵抗作用。与620nm红光或白光相比，暴露于375nm紫外线和465nm蓝光下的小鸡对离焦镜片诱导的近视反应更小。这是因为鸡眼对紫外线十分敏感，当紫外线的照射强度达到一定阈值后，就会引起明显抑制眼球增长的作用。人类和灵长类动物视网膜缺乏紫外线光感受器，紫外线抑制近视需较高强度才能实现，且发现光的波长对眼球生长有明显的调节作用。Cohen等报道小鸡接受的光照强度越高，其角膜的平坦程度和远视屈光度越大。Ashby等将佩戴半透明镜片的小鸡分别置于15000lux和500lux光照强度下饲养4d后发现，前者小鸡眼轴较短，诱导出的近视度屈光度较少。这些研究支持了高光照强度是近视发展的阻遏因素之一。

2.3光源明暗交替的频率与眼球屈光的发育

近视眼患者的临界闪烁频率和时间对比敏感度均降低，多焦视网膜电图测量中颞部视网膜反应的潜伏期延长，振幅降低。暴露于一系列不同时间频率的小鸡在高时间频率明暗交替照明模式下表现出眼球生长减慢，这种效应在不同的颜色和亮度变化中均有发现。在低时间频率下，人眼的生长取决于光的颜色(白黑、黄黑、红绿或蓝黄)以及是否含有蓝色成分。红绿闪烁生长最快，蓝黄闪烁生长最慢。时间敏感性因物种而异，而视网膜以锥体为主的树鼩，对高时间频率表现出更高的敏感性。在不同物种中产生不同结果的因素可能与实验持续的时间、存在或缺乏昼夜节律系统有关，原因在于这些因素会影响脉络膜的厚度。在黑暗环境中饲养猴子会干扰其正视化过程，猴子会保持远视屈光状态，不会形成形觉剥夺性近视。与Hung等在红灯中看到的结果相似。单眼佩戴红光滤光片猴子的远视程度(+1.75±1.55)D要小于双眼佩戴红色滤光片猴子的远视程度(+5.10±1.65)D。一天中镜片诱导离焦的时间会影响雏鸡的屈光状态，镜片诱导的近视离焦在晚上更有效，此时脉络膜更厚，眼轴更短。用恒定的光破坏昼夜节律会抑制小鸡的形觉剥夺，特别是在高强度光照下。在豚鼠身上也发现了对昼夜节律紊乱假说的支持，在480nm或530nm单色光下饲养10d的动物体内其褪黑激素的产生存在差异。530nm光下对视网膜神经节细胞产生黑色素蛋白的刺激要小于480nm。在530nm光下比在480nm光下，豚鼠的近视屈光度高2.00D。这主要可归因于LCA，但也可解释为昼夜节律紊乱使动物更近视而不是远视。Burfield等观察到人类近视眼与正视眼的昼夜节律存在差异。

全光谱指的是显色指数、色彩保真度和色彩饱和度接近于100，光谱中包含红外光、可见光、紫外光的光谱曲线，并且在可见光部分中各颜色的光谱比例与自然光近似的光谱。通常，人们在人造光源照明条件下观察事物，不同颜色的物品反射的光谱不同，同一种物品在不同色温及显色指数照射条件下所展现的光色也不同。全光谱LED是当前实现全光谱照明的主流技术。它通过采用特定波段的芯片及特定的荧光粉配比，补全了普通LED在500～700nm绿光及红光波段的缺失，补全了光谱的连续性;且将其显色指数、色彩保真度及色彩饱和度调配至接近100，其光色已接近太阳光。目前，实现全光谱LED的方案主要有以下3种。

3.1单蓝光芯片全光谱LED

单蓝光芯片激发特定比例的红绿混合荧光粉可得到的光谱其连续性和显色性优于普通LED的全光谱LED，此全光谱LED具有稳定性好、蓝光占比小和批量良率高等优势。其显色指数能大于95，常用于中性光和冷色光的LED全光谱方案，但此方案只适用于中小功率的产品系列;对于教育照明等特殊的照明领域，因其对Ｒ9饱和红及Ｒ12饱和蓝要求较高，致使其良品率偏低。此外，该方案不能满足蓝光ＲG0的要求，且光谱连续性有待进一步提升。

3.2双蓝光芯片全光谱LED

鉴于单蓝光芯片全光谱的光谱连续性不高及高色温蓝光占较高的问题，衍生出了采用440nm和+460nm双蓝光芯片激发特定荧光粉的解决方案，此方案光源的显色指数、色彩保真度及色彩饱和度均能达到98以上，其光谱连续性更优，与太阳光谱的拟合程度更高。最为关键的是，采用该技术方案时，位于430～460nm波段范围的蓝光辐射功率相对较低，蓝光危害等级能够达到ＲG0。该方案在目前的技术条件下，受制于芯片波段及特殊的荧光粉配比方案，其光源发光效率、稳定性及良品率偏低。

3.3紫光芯片全光谱LED

采用410～415nm短波段的紫光芯片激发ＲGB混合荧光粉可实现全光谱，它具有光谱连续性好、蓝光辐射功率低、显色指数高且与太阳光谱相似度高等优点。开发适于紫光激发荧光粉实现高光效和高稳定性的荧光粉至关重要，现有蓝粉技术在稳定性和外量子效率方面有较大提升空间，且现有红粉会对蓝粉、绿粉存在再吸收问题。开发只吸收或较大吸收紫光的新型红粉是实现高光效紫光全光谱技术的关键。

4.1优越性

典型LED全光谱的光谱特性具有在可见光部分由蓝到红(400～700nm)的连续光谱功率分布曲线，与相同色温下太阳光的光功率分布相似，且不包含对人类健康有害的紫外波段及红外波段。与自然光相比，全光谱的完整性接近自然光光谱，同时全光谱LED较普通LED降低了蓝光峰值，提升了可见光波段的连续性，有效提升了LED照明光品质。与普通LED相比，全光谱LED有五项优点。

(1)降低紫外短波辐射对人造成的光生物危害;

(2)控制蓝光峰值降低对视网膜光敏细胞的损害风险;

(3)补充可见光波段的紫光、青光、绿光及红光，提高了光谱连续性;

(4)光色彩的饱和度更优，物体的色彩还原性好;

(5)通过提高光谱的连续性，与自然光光谱更加接近，可改善视觉舒适性。

4.2评价指标

国际标准CIE218:2016室内健康照明路线图推荐了“健康照明”指标。其一，视觉舒适度指数。它独立于照明产品相关色温、显色指数、照度、亮度及闪烁等物理指标，评价照明产品对于人眼视疲劳及人眼视觉生理功能的影响。其二，光谱的完整性。它会影响视觉的辨色能力，导致色彩缺失与偏色，尤其是在儿童发育阶段。其三，色彩逼真度或色彩真实度。它是指各标准色在测试光源照射下与参考光源相比的相似程度。一般可以通过对不同光色在相应波段的相似度来描述全光谱的光谱特性。良好照明灯具的色品容差应≤6。其四，显色指数。光源的显色指数越高，则在此光源的光照条件下还原物体本身颜色的能力越强。被测光源下物体的颜色与参照光源下物体的颜色相符程度的度量为显色指数，光的显色性特征是参照标准色卡相比较，LED光源对所规定的色片颜色所产生的效果来判定光显色性的优劣。全光谱的显色指数在各种色片颜色均应大于95。

4.3对蓝光危害的评估与检测标准

针对LED照明产品的蓝光危害，国际电工委员会采用国际标准IEC/TＲ62778-2014以评估光源，采用IEC62471标准以评估灯具的蓝光危害，并对其光生物危害进行了限定及分级管理。我国则以GB/T20145:2006标准评估灯具及灯系统的光生物安全性，以GB/T34034-2017标准评估普通照明用LED产品的光辐射安全性，以GB/T34075-2017标准为普通照明用LED产品光辐射安全测量方法，以GB/T36005-2018标准为半导体照明设备和系统光辐射安全的测试方法。针对蓝光危害要求和测试的相应国家标准，为企业提供了生产及产品质量管控的标准依据。国内首个全光谱照明的标准，是深圳市LED产业标准联盟专家委员会发布的SZTT/LAS0241-2019室内健康照明设计规范的第1部分全光谱技术要求，以此为全光谱LED的封装、照明应用、项目设计及施工验收的标准依据。该系列团体标准，是以美国光学学会期刊第54期发表的相关色温函数典型昼光光谱分布和国际照明委员会权威技术报告CIE218:2016室内健康照明技术路线图等研究成果为基础，推荐了典型日光(色温4000K)光谱作为关键技术标准的参照基准。

5.1全光谱智能LED系统

此系统是应用智能控制系统根据数据库中存储的各种场景进行光照条件模拟以提升视觉体验。其硬件包括全光谱LED模块、传感器模块、存储器模块、控制器模块、通讯模块和通信装置等器件。控制器对整个系统的工作进行控制，恒照度传感器用于监测方案照明光谱照度或亮度值;移动传感器用于监测应用环境内人体的移动情况;驱动马达用来驱动摄像头转动跟踪人脸实时获得的人脸图像，以确定当前人及其视觉的状态;存储器中是存储摄像头拍摄的图片和控制器的控制程序;温度传感器的功能是探测光源的温度，以此调节全光谱LED光源的红外光谱能量来控制场景温度在设定值，并动态调节在无人状态下的工作模式。当所在场境中无人时，则关闭光源。通信装置主要是用于光源与外界进行通信，接收外界指令或将工作信息通过无线网络或网线接口实现实时通信功能。

5.2在儿童青少年近视眼防控中的应用

教育照明是常见的应用场景。采用全光谱智能LED系统可实现下述功能。

其一，模拟相同色温下太阳光光谱为教室提供照明;

其二，通过补充可见光波段的紫光、青光、绿光和红光实现光谱的连续性，提高视觉舒适度，减少眼疲劳，从而达到防控近视的效果;

其三，可降低440～480nm的蓝光峰值，进一步提高视觉舒适程度;

其四，灯罩上设有扩散膜和微棱晶扩散板，可最大程度地减少眩光的产生，从而有效地避免人眼直视时不舒适感;

其五，在教室内设置恒照度传感器和控制模组结合，可实时监测和维持教室内课桌面和黑板面，以保持其在舒适的平均照度区间内;

其六，用色温传感器组实时监测教室内环境光的色温值，以照明控制模组控制教室和黑板灯组自适应地改变照明色温，使其照明色温值维持在适宜的色温区间内，提高人眼的舒适度。

综上所述，多色光LCA离焦信号可比单色光离焦信号更加有效地调节眼球增长的速度。不同波长的光线可通过LCA影响多种动物眼球的发育，但是在小鸡、鱼、豚鼠与树鼩、恒河猴之间存在方向性差异。荧光灯和LED等新型节能光源长波长光线的缺乏可能是近视发生的危险因素，补充长波长光线的全光谱照明技术有可能解决该问题。国内外照明产品的应用及市场前景，预示着照明用全光谱LED的发展趋势已经明朗;全光谱LED将是实现高品质健康照明光源的首选，而针对儿童青少年学习的照明则更加适宜。