节律照明，非视觉生物效应的五大关键指标

节律照明已经不再是一个新颖的概念，每个人对它的理解可能都不一样，有的可能仅仅是简单的色温调节，而有的则是全面的光谱功率分布；有的可能是简单的亮度调节，或者是根据内源性光敏视网膜神经节细胞（ipRGCs）的节律特点设计调光程序……在这里，我们将介绍五个昼夜节律照明中无法回避的关键指标，它们代表了光的非视觉生物效应，理解这些指标对于设计以人为中心的新一代照明至关重要。

图1 光 -> 眼睛 -> ipRGCs -> 视交叉上核（SCN）

节律照明的指标定义基于光与ipRGCs的密切关系。ipRGCs存在于视网膜中，但与杆状细胞和锥状细胞不同，它们不感知光的强度和颜色，而是大大影响褪黑素的抑制作用。这五项指标则是将节律刺激的生物效应与光本身之间的联系量化起来。

Eh与Ev

在介绍这些指标之前，有必要强调区分水平照度（Eh）和垂直照度（Ev）的重要性。作为照明设计师习惯测量水平照度（如图2所示），这种测量实际上是测试灯具或从灯具到特定表面的光；而昼夜节律照明的指标更多是关于垂直照度，因为ipRGCs位于视网膜中，测量应该追踪光到达眼睛的情况，因此垂直照度有时被称为“眼部照度”——这是“以人为中心照明”的真正含义。本文介绍的昼夜节律照明指标均标记为Ev或垂直照度，以强调我们讨论的是健康照明概念中的垂直照度。

图2 垂直照度与水平照度不同的测试方法

#1. 节律刺激值（CS）

CS由照明研究中心（LRC）首次定义，是一个综合性指标，包括光照强度、光谱、时间和暴露持续时间的评估。CS的计算相当繁琐，但可以总结为：

• CS范围从0到0.7；

• 白天或需要强烈昼夜刺激的环境中，增加照度会显著增加CS；

• 夜间或需要避免昼夜刺激的环境中，降低照度会显著减少CS；

• 在CS计算中，光谱（CCT）的权重不如垂直照度（Ev）重要。

LRC还定义了定性评估：

• CS < 0.1：低刺激；

• CS > 0.3：足够的刺激。

  
  

不同Ev下不同光的CS值如何？我们对不同时间的自然光和不同光源或色温的人造光进行了测量和计算，并将CS结果列在图3中。

图3 不同光源在不同光照强度下的CS值比较

对比结果至少表明了两点：

1). 亮度，即进入眼睛的光照强度，始终是决定昼夜节律刺激水平的关键因素。

2). 不同光源，即光谱功率分布，也是重要因素。

#2. 黑视素等能效率比（M/P或MR或M-EER）

M/P比率测量的是光谱在非视觉敏感曲线（490nm处黑视素的峰值效率）和明视觉敏感曲线（555nm处光视素的峰值效率）中的表现，与等能光源的光谱（CIE标准光源E）相比。

图4 M/P计算原理

以3000K LED为例（图5），M/P比值衡量的是3000K光谱与CIE光源E相比，在非视觉和明视觉上的重叠程度。如果M/P=0.476，则意味着在这个3000K LED中，与等能光谱相比，47.6%的光能带来人能感知到的昼夜节律刺激。

图 5 3000K LED 的 M/P 计算

高 M/P 光意味着人们更容易在改光环境中获得警觉、集中注意力和提高工作效率的效果，而低 M/P 则意味着更容易从中获得放松、舒适和困倦的效果。当然，由于垂直照度也跟墙，地板的反射有关，因此获得最好的节律效果非常依赖于照明设计。

不同光的不同 M/P 比率如何？我们测量并计算了不同时间的自然光和不同光源或色温的人造光，并在图 6 中列出了结果。

图6 不同光源的M/P

#3. 等效黑视素照度（EML）

EML基于M/P值计算得出，并赋予其更多的实际意义。通过乘以眼睛的垂直照度，EML显示出有多少可见亮度对昼夜节律刺激有效。

图7 EML = M/P × Ev

仍以3000K LED为例，若M/P = 0.476，则要达到WELL标准EML > 273lx，垂直照度需大于273/0.476 = 573lx。

#4. 黑视素日光效率比（M-DER）

M-DER衡量光谱在非视觉敏感曲线（490nm处的黑视素效能峰值）和明视觉敏感曲线（555nm处的光视素效能峰值）中的表现，与CIE标准光源D65（日光）的光谱相比。以3000K LED为例（图8），M-DER衡量3000K光谱在非视觉和明视觉曲线中的重叠程度，与CIE标准光源D65相比，结果为M-DER=0.434。这意味着在这个3000K LED光源中，43.4%的光能够产生与日光光谱相当的昼夜节律刺激。

图8 典型3000K LED的M-DER计算

• M-DER = 1：灯光的昼夜节律效应相当于真实的日光，这是理想的情况，但一般的CCT（相关色温）照明难以实现。

• M-DER < 1：如果照明设计要求与日光相当的昼夜节律效应，那么需要增加光照强度。

• M-DER > 1：标准白光LED的M-DER值不会大于1，除非CCT超过7500K，但高色温光会导致不适并增加蓝光危害的风险。

图9 不同光源的M-DER

#5. 黑视素等效日光照度（M-EDI）

与EML类似，M-EDI基于M-DER，赋予其更多的实际意义。通过乘以眼睛的垂直照度（Ev），M-EDI显示了可见光亮度中有多少部分对昼夜节律刺激有效（图10）。

图10：M-EDI = M-DER × Ev

再次以3000K LED为例，M-DER=0.434，要达到WELL标准和CIE在整合照明中的立场声明要求的M-EDI > 250lx，垂直照度应大于250/0.434 = 576lx。

总结

昼夜节律照明的指标不仅限于本文介绍的这五个，但它们是迄今为止最典型的指标。需要注意的是，有些指标以灯具为中心，而有些则以人（照明环境）为中心。

随着健康照明理念的普及，非视觉光指标正越来越受到重视。视觉指标已不足以描述和衡量以人为中心的照明，我们将继续跟踪最新的研究和技术，并不断更新相关知识。（信息来源于宇极健康照明）