地球生物生活所必须的全部能量都直接或间接来源于太阳光，因此在漫长的进化过程中，地表生物的生理功能都要受到光的影响。包括部分单细胞生物在内的几乎所有植物和动物都有自己的光感受系统，并且根据光的变化进行相应的适应与调节。阳光作为人类生存、繁衍和发展不可或缺的环境因素，深刻地影响着人类。

      人类从掌握用火开始，人工光源就部分替代了太阳光的功能，经过漫长的演化，从化学燃料到白炽灯、荧光灯，再到激光、LED等电光源，人类对光的追求从未止步。随着人工光源的普及，大量照明、显示广告、汽车等强光光源广泛使用，由光源导致的健康问题越来越受到人们的重视。人眼可见的光波长范围为380nm~780nm，波长不同的光线，引起人眼的颜色感觉不同。正常视力的人眼在明视觉下对波长为555nm的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的黄绿光区域。人类看到的是一个有多种颜色组成的彩色世界，

       同时这个彩色世界对于人的生理和心理会产生不同的影响。比如看到红色会具体联想到红花、火焰等 , 而抽象地联想到热情、喜庆等；和谐美丽的色彩，会使人精神愉快；杂乱的色彩，使人情绪波动；这些都是与光相关神经心理的反应。

      超量或杂乱的光辐射会对环境及人体健康产生不良影响，即 “光污染”。过于光亮的釉面墙砖、白亮的日光灯、明晃晃的镜面、闪烁的电视或电脑屏幕，甚至杂志反光的铜版纸、夜间的广告灯光侵入室内的过度户外照明都是被忽视的光污染，严重的光污染会对人类的正常生活和工作、娱乐、休息等带来不利影响，甚至影响视力发育、导致白内障、心烦、 焦虑、失眠、影响激素分泌等问题。

      同时，光还具有非视觉效应。有研究表明高色温、高频率的动态光环境更容易让人警觉，低色温的静态光更容易让人放松。大量的动物实验表明，光照影响动物多种激素的分泌水平，从而影响动物的生物节律，最为显著的是褪黑激素和性腺轴激素的分泌；季节性的光线变化会影响哺乳动物性激素水平。

      光对人的体温、代谢、激素的产生、注意力与举止行为的波动等都有一定的影响。夜间强光照射会抑制褪黑激素的分泌，影响入睡，进而影响昼夜节律，多项研究表明光照对人的昼夜节律和不同环境温度下体温的调整都有重要的作用。

      光作为一种电磁辐射，当其超过一定的辐亮度或辐照度时，会对人眼和皮肤产生直接的危害，光生物安全就是用来评价这些伤害，不同的波长对人眼和皮肤的损伤见表 1.1。

表 1.1 不同波长对人眼和皮肤的损伤

      光源中，特定波长的光辐射值超出安全范围，就会引起对应的人体损伤，国际上通常把光生物安全分为：无危险、低危险、中度危险、高危险级别。例如高强度的蓝光能穿透人眼角膜和晶状体，直达黄斑区，对人眼视网膜造成极大的伤害，增加黄斑部位病变，引发视力下降、白内障等眼疾，甚至会使眼睛失明。

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      人眼视觉的感光细胞分别为传统认知的视网膜锥状细胞、杆状细胞和本世纪新发现的本征感光视网膜神经节细胞三种。

      锥状细胞：锥状细胞也称为视锥细胞(cone)在视网膜感光层内，数量少、体积小，单眼约有650~700万个，集中在黄斑区内，在中心凹处密度最高，锥状细胞感光灵敏度低，在光环境照度值较高的情况下起主要作用。锥状细胞具有分辨空间细节和颜色的能力，锥状细胞中含有三种光色素，对蓝、绿、红三种颜色敏感。

      杆状细胞：杆状细胞也称为视杆细胞(rod)在视网膜感光层内，单眼约有1.2 亿个，分布在视网膜的周围，杆状细胞感光灵敏度高，在黑暗或低照度光环境下起主导作用，不具有分辨空间细节和颜色的能力。虽然锥状细胞与杆状细胞的比例是20：1，但锥状细胞提供给大脑的信息却占90%。

      本征感光视网膜神经节细胞(ipRGC): ipRGC也叫非成像视觉感光细胞，分布在整个视网膜上，单眼约有150万个，它可接收来自视锥和视杆细胞传递的信号参与成像视觉功能， 还参与瞳孔对光反射、情绪调控等。光信息通过该细胞传递到视交叉上核(SCN)→下丘体→ 脑垂体→松果体，抑制褪黑素的分泌，进而调控人体昼夜节律，其中蓝光435-494nm波段与人体系统、组织、细胞、蛋白质、基因等作用活跃，这种作用与影响称为光的非视觉效应(或者 光的生物效应)，ipRGC 的精细结构与功能已成为当前研究的热点。

      视觉是人眼接受外界环境光刺激所输入的信息，主要包括亮度(照度)、颜色、形状、运动和空间立体感。人类的视觉系统与照相系统有很多相似之处。人眼是一个直径约为24mm可自由调焦的晶状体，其构造很像一架装入胶片的照相机。

      人眼的组织结构会随着年龄的增加而发生变化，发育是细胞分裂、分化、形态构建、成长的一系列过程，是基因和环境因子相互作用转化的过程。年龄越大，视觉功能逐步衰老，视网膜的自我防御机能减弱。人的一生中，瞳孔最大的时期是青春期。原因在于，随着年龄增加，眼睛的睫状肌发生老化现象，从而使得瞳孔缩小，对光变化的反应能力降低。所以儿童青年对光变化的反应能力最强，更要注意视觉健康问题。

      人眼屈光系统在不同年龄段有不同的特点，整个过程是由远视到正视再到近视动态变化，且过程不可逆。屈光度在多种因素作用下，或由于发育不良而停留于远视阶段，或由于过度发育而向近视化方向发展。而在人眼的生长发育期，自身因素和环境因素共同起作用，其中环境因素显得尤为重要，因此有必要对儿童青少年的光环境进行针对性设计和改造。

      儿童和青少年时期，是生理心理快速成长期，是身体发育和各器官逐步成熟的重要时期。在这个时期，骨骼将迅速增长和成熟，肌肉变得结实有力，大脑的内部结构也逐步变得成 熟，思维能力快速发展，记忆力和理解力增强，想象力丰富，神经系统逐渐发达，内分泌机制逐渐完善，心理变化较大，其心理的成长赶不上生理的变化与成长。相对于成人有比较稳定的视力而言，视觉是思维的一种基本媒介，儿童青少年时期的视力状况随着眼球的发育一直处于变化之中，儿童眼部的屈光系统尚在发育阶段，不仅仅是角膜、晶状体较为透明、光通过量比较高，其视网膜敏感度也高，儿童青少年的屈光调节能力可达15D，即1,500度，直到15岁左右，孩子的眼球发育基本与成人相当，到25岁左右，视力才能真正稳定。

      青少年时期，人体眼球的弹性很大，长期超负荷用眼会导致调节痉挛，在这种状态下，睫状肌长期持续收缩，视力疲劳，眼轴逐渐拉长不能恢复，进一步发展成为近视等 疾病。在此期间，是青少年求知欲强烈、看书多的时候；也因功课多、作业忙，长时间看电视、电脑、手机等，使青少年户外活动明显减少，长期处于近距离定焦注视状态；更有人忽视用眼卫生，阅读时不注意距离与姿势，不注意阅读时的照明和时间，光线不充分，照明不够亮或阅读写字连续几个小时不休息，造成这一年龄段的青少年出现用眼卫生不良、视近过度等情况，由于视觉缺陷影响思维、行为和心理的健康成长。

      儿童青少年时期，眼内玻璃体呈凝胶状、随着年龄的增大向 液化玻璃体逐渐转变。这个时期，眼球的透过性更好，对光刺激更敏感，也更容易受到不健康光照的影响。例如 1999年《自然》杂志报道一项研究表明，2岁以下幼儿夜间开灯睡觉容易导致近视。另外，儿童眼睛的角膜和晶状体很容易受到紫外线的侵害，如果不注意防护，会损伤角膜上皮，而且对视网膜黄斑造成灼伤。

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      光环境从视觉和非视觉感知以及生理心理状态等多个方面对儿童青少年产生影响，好的光环境有助于儿童青少年健康成长，同时，儿童青少年对光环境的需求也是复杂多样的。可见性、学习绩效、情绪与氛围、视觉舒适、审美、健康与生物安全性、生理节律等方面的需求都是我们在设置照明环境时需要考虑的。

      儿童青少年对光环境的最主要需求就是视觉可见性，可见性代表了一种从视野中提取信息的能力。良好的可见性是创造健康光环境的必要条件，也是学术界中的一个重要的研究方向，经过大量的研究，我们已经对可见性的重要性以及如何实现良好的可见性有了深刻的理解，对比度、亮度、光色、时间以及物体的形貌尺寸等都是影响物体可见性的重要因素。

      在工作和学习时，光环境应能保障视觉作业绩效。对于儿童青少年来说，光环境要满足他们读写学习等视觉作业的要求。值得一提的是，视觉作业绩效的需求与此前提到的光环境可见性的需求是不完全一样的。视觉作业绩效同时也会受到其他非视觉因素的影响，例如熟练程度、思维能力、大脑清醒程度、动作技巧等诸多因素，这些因素会与可见 性共同影响儿童青少年的学习绩效。一些针对工作学习环境中的照明研究中采用了色温、照度这两种参数来描述光环境，部分研究结果认为工作学习环境中适宜采用高色温的光照，使得工作效率得到提高；另一方面，高水平照度也能获得较好的工作效率。同时，大多数实验中均证实了色温与照度两种因素对工作绩效的影响存在着交互效应，考虑任何一个光环境因素时都要考虑另一个因素的影响水平。儿童青少年对光环境会做出情绪上的响应，因此也要考虑情绪与氛围等方面的需求。

      光环境会影响身处其中的儿童青少年们对环境的偏好度、满意度、放松感或是兴奋感。而这些情绪状态又可能会间接地影响到他们的学习状态。同样，光环境下的视觉舒适度也会影响到学习状态、视力健康和情绪感受。另外，需要特别提出的是光环境的审美感受，审美是人的内心世界(情感、情志)对外部世界美的价值的判断，它不同于情绪响应。好的光环境可以为儿童青少年带来更好的审美体现。复旦大学林燕丹课题组在探索教室光分布对视觉绩效和视觉感受的影响时发现，通过设置不同色温、照度的直接照明与间接照明相组合的教室光环境条件，可以影响学生视觉任务绩效并且影响视觉舒适性，在直接照明的基础上补充间接照明会改变对当前教室环境的主观感受，使整体环境更加充满活力。

      儿童的好奇心强，求知欲望强，但是约束力和控制力不足，容易受到周围环境的影响，进入小学之后，注意力才能逐渐稳定下来。有研究表明强烈、颜色不一、复杂的光源，会分散孩子的注意力，使孩子的情绪容易躁动。现在大多数电子产品的特点是有丰富的色彩 , 画面变幻快等，容易吸引儿童的注意力，但是长时间观看这种画面快速闪烁的屏幕，容易导致视疲劳；室内光线分布不均，电子产品、课本、书籍的过亮或颜色过白与周围环境光形成巨大反差，这些都会加重儿童的视疲劳。

      不合适的光照会影响眼球的生理发育，造成视力的不良，甚至视组织的损伤。不同的光照环境还会刺激体内激素水平、影响生物钟，对儿童青少年的心理和大脑发育也有一定的影响。有研究报道经常户外活动的孩子，其性格较为阳光、开朗。同时，锻炼了眼睛的调节能力，对预防近视大有益处。

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