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節(jié)律照明三要素：黑視素通量、M/P比率及等效日光效率的協(xié)同作用

時(shí)間：2025-06-06

節(jié)律照明是通過(guò)調(diào)控光照參數(shù)（光譜、強(qiáng)度、時(shí)序）來(lái)維持人體晝夜節(jié)律同步的照明技術(shù)。研究表明，異常的照明環(huán)境會(huì)導(dǎo)致褪黑素分泌紊亂，進(jìn)而引發(fā)睡眠障礙、代謝疾病等問(wèn)題。國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）已建立以黑視素（ipRGCs）為核心的非視覺(jué)生物效應(yīng)評(píng)價(jià)體系。

節(jié)律照明中有三種重要參數(shù)黑視素通量（Melanopic Flux）、M/P比率（M/P Ratio）、黑視素等效日光效率（MDER）。

黑視素通量（Melanopic Flux, Φmel）
表征光源刺激黑視素細(xì)胞的有效光通量，單位為黑視素勒克斯（mel-lux）。

是指光源發(fā)出的光對(duì)人體黑視素受體產(chǎn)生刺激的光通量，反映了光對(duì)人體生物鐘調(diào)節(jié)的潛在能力。黑視素通量通過(guò)光譜功率分布加權(quán)黑視素敏感曲線（Smel(λ)積分得出，黑視素通量越高，燈具越能實(shí)現(xiàn)更高的黑視素照度，直接作用于視網(wǎng)膜中的ipRGC細(xì)胞，進(jìn)而影響褪黑素的合成?。?

其計(jì)算公式為：

圖片.png

?計(jì)算步驟?：

1、?獲取光源光譜數(shù)據(jù)

· ?用積分球系統(tǒng)測(cè)量380-780nm光譜功率分布Φe(λ)（單位：W/nm）

· 波長(zhǎng)間隔≤1nm，需NIST校準(zhǔn)

2、?加載黑視素靈敏度函數(shù)?

· 采用CIE S026:2018標(biāo)準(zhǔn)中的Smel(λ)函數(shù)（如下圖示）

· 函數(shù)峰值在480nm藍(lán)光波段

圖片.png

（示意圖：黑視素光譜靈敏度曲線）

3、?數(shù)值積分計(jì)算?

圖片.png

｛Φe（λ）為光譜輻射通量，V(λ)為明視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)，S(λ)為黑視素靈敏度函數(shù)｝

二、M/P比率（Melanopic/Photopic Ratio）
反映光源黑視素效應(yīng)與明視覺(jué)效應(yīng)的比值。是指光譜中含有黑視素敏感成分的比例，是黑視素通量與光通量的比例，用于評(píng)估光對(duì)人體生理節(jié)律和視覺(jué)功能的綜合影響。M/P比率越高，同樣的光通量越能有效抑制褪黑素的合成，通常在需要警醒的場(chǎng)合（如學(xué)習(xí)、工作場(chǎng)合）需要較高的M/P比率?。

其計(jì)算公式為：

圖片.png

計(jì)算步驟?

1、?獲取光源光譜數(shù)據(jù)?
使用光譜輻射計(jì)在380-780nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)以1nm間隔測(cè)量光源的光譜功率分布（SPD），記為Φ?(λ)（單位：W/nm）。

2、?加載標(biāo)準(zhǔn)視敏度函數(shù)?

· ?明視覺(jué)光通量Φ?計(jì)算?：
Φ? = ∫Φ?(λ)·V(λ)dλ
（V(λ)為CIE 1924明視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)）

· ?黑視素通量Φ???計(jì)算?：
Φ??? = ∫Φ?(λ)·S???(λ)dλ
（S???(λ)為CIE S026:2018定義的黑視素光譜靈敏度函數(shù)）

3、?執(zhí)行數(shù)值積分?
對(duì)每個(gè)1nm波長(zhǎng)間隔的光譜數(shù)據(jù)，分別用V(λ)和S???(λ)加權(quán)后求和：

圖片.png

（Δλ=1nm為波長(zhǎng)間隔）

4、計(jì)算M/P比率?

圖片.png

三、黑視素等效日光效率（MEDI, Melanopic Efficacy of Daylight Illuminance）
表示光源相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)日光（D65）的黑視素刺激效率。
衡量照明在模擬自然日光對(duì)人體節(jié)律調(diào)節(jié)效果方面的能力，反映了光源的黑視素通量與具有相同照度的標(biāo)準(zhǔn)日光的比值。MDER越高，表示照明越接近自然日光的效果?。

其計(jì)算公式為：

圖片.png