Arkadiusz Kulik

Bild 5: Nicht größer als ein Reisetrolley ist das mobile Messsystem von GL Optic. (Bild: GL Optik)

| von Michael Gall

Eckdaten

Vor dem Hintergrund des hohen Blaulichtanteils von LED-Lichtquellen muss die Blaulichtgefährdung (englisch = Blue Light Hazard) von LEDs mit geeigneten Messsystemen bestimmt werden. GL Optic bietet zur Beurteilung der photobiologischen Sicherheit von Lichtquellen und Beleuchtungssystemen transportable Komplettlösungen.

Neben der Hauptfunktion des Lichtes, nämlich das Sehzentrum des Menschen mit verwertbaren Bildinformationen zu versorgen, hat Licht auch eine natürliche Zeitgeberfunktion für den Körper. Es steuert über die Melatonin-Produktion den Tag-Nacht-Rhythmus des Menschen. Nicht das komplette Lichtspektrum ist hierfür verantwortlich. Studienergebnisse bestätigen, dass nur Licht der Wellenlängen von 380 bis 600 nm eine Melatonin unterdrückende Wirkung zeigt und somit einen Einfluss auf den Schlafrhythmus hat.

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Bild 1: Erforderlicher Informationsfluss von einer primären Lichtquelle (blau) zu einem Beleuchtungssystem (orange) in dem diese primäre Lichtquelle verwendet wird. GL Optik

Nachgewiesen ist heute auch der negative Einfluss des Blaulichtanteils auf die Sehleistung. Der kurzwellige Blauanteil ~400 nm des Lichtes wird zehnmal mehr gestreut als der langwellige Rotanteil ~700 nm. Trifft nun das zusätzliche kurzwellige Streulicht auf das Auge, werden die Bildinformationen auf der Netzhaut überlagert. Die wahrnehmbaren Kontraste der Bildinformation werden durch die daraus resultierende physiologische Blendung reduziert. Verschiedene Studien zeigen, dass eine dauerhafte Bestrahlung mit sichtbarem blauem Licht sogar eine schädigende Wirkung auf die Netzhaut hat.

Ausschluss von photobiologischen Gefährdungen

In der Norm EN 62471:2010 werden Verfahren beschrieben um photobiologische Gefährdungen, die generell von Lichtquellen ausgehen können, zu ermitteln und diese Lichtquellen in Risikogruppen – von RG0 „no risk“ bis RG3 „high risk“ – einzuteilen. Die Bewertung der photobiologischen Gefährdung sämtlicher Lichtquellen stellt einen hohen Anspruch an die zur Messung eingesetzte spektroradiometrische Messtechnik, um alle Messungen in dem geforderten Spektralbereich von 200 bis 3000 nm durchführen zu können.

LED-Lampen und LED-Lichtquellen, die in der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden, emittieren ausschließlich Licht im sichtbaren Spektrum. Deshalb kann bei der Beurteilung der photobiologischen Sicherheit von LED-Lampen darauf verzichtet werden, zu beurteilen wie sich UV- oder Infrarot-Strahlung auf den Menschen auswirkt. Diese Anteile sind im LED-Licht nicht vorhanden. Umso wichtiger ist jedoch die Beurteilung des photobiologischen Blaulichtanteils, dem sogenannten Blue Light Hazard.

Bewertung des photobiologischen Blaulichtanteils

Die EN 62471 wurde deshalb durch den Technischen Report IEC TR 62778:2014 ergänzt, der wichtige Erklärungen und Vorgehensweisen zur Ermittlung des Blue Light Hazards für Lichtquellen beschreibt, die ausschließlich optische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich erzeugen. Mithilfe von optischen und spektralen Berechnungen erklärt dieser Technische Report die praktische Anwendung der EN 62471 und erläutert wie einzelne Komponenten zu einem komplexen Beleuchtungssystem zusammengeführt werden können.

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Bild 2: Für Messungen des Blue Light Hazard bei LED-Lampen kommen Spektrometer wie das GL SPECTIS 5.0 Touch mit einem Spektralbereich von 200 bis 1050 nm zum Einsatz. GL Optik

Normalerweise erfordert die Bewertung des photobiologisch relevanten Blaulichtanteils sehr zeitaufwendige Messungen. Mithilfe des technischen Report TR 62778:2014, der den effektiven gewichteten Blaulichtanteil einer Lichtquelle auf das Verhältnis zu photo- und farbmetrischen Größen bezieht, lässt sich diese Bewertung in vielen Fällen deutlich vereinfachen. Folgt man der detaillierten Beschreibung des Reports, werden Lichtquellen zunächst spektral gemessen und der Blaulichtanteil gemäß EN 62471 gewichtet. Mit dem Ergebnis werden Lichtquellen in die Risikogruppen RG0 oder RG1 eingeordnet. Fällt eine Lichtquelle in die Risikogruppe RG2 sind Grenzwerte definiert.

Folgende Methoden werden im TR 62778:2014 zur Ermittlung des Blue Light Hazard angewandt:

Bewertung basierend auf der Messung von photometrischen und farbmetrischen Größen

Diese Methode nutzt die Beziehung zwischen Blaulichtanteil und photometrischen und farbmetrischen Größen einer Lichtquelle. Sie ist nur bei Weißlicht-LEDs anwendbar. Zunächst wird die Farbtemperatur T der Lichtquelle bestimmt. In entsprechenden Tabellen in TR62778 sind Grenzwerte zur Einordnung in die Risikogruppen nach Farbtemperatur definiert.

Bewertung basierend auf der Messung von Spektrum und Luminanz

Sind Spektral- und Luminanzmessungen verfügbar, kann diese Methode angewandt werden. TR62778 definiert Formeln und Tabellen, um die gemessene Lichtquelle in die entsprechende Risikogruppe einzuordnen.

Bewertung basierend auf Spektralmessung und Berechnungen

Diese Methode ist der zuvor genannten sehr ähnlich und kann problemlos mit einem Spektroradiometer angewandt werden. Die Messungen müssen entsprechend der in der TR 62778 beschriebenen Methodik (200 mm Abstand, Messfeld 0,011 rad) durchgeführt und die Ergebnisse berechnet werden.

Bild 1 fasst die für die Bewertung des Blue Light Hazard benötigten Messungen und Informationen zusammen.

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Bild 3: Das Messsystem von GL Optic mit einem Spektralbereich von 200 bis 2500 nm enthält in einem Koffer alles was für Messungen gemäß EN62471:2010 erforderlich ist. GL Optik

GL Optic bietet zur Beurteilung der photobiologischen Sicherheit von Lichtquellen und Beleuchtungssystemen transportable Komplettlösungen, die für den problemlosen Einsatz in Labor und Feld entwickelt wurden. Verfügbar sind Systeme mit einem Spektralbereich von 200 bis 2500 nm zur Messung aller Anforderungen der EN62471:2010 sowie ein System von 200 bis 1050 nm für die Messung des Blue Light Hazard in LED-Lichtquellen gemäß TR62778:2014.

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Bild 4: Im Koffer-Messsystem enthalten ist auch ein Teleskop zur Messung der Leucht- und Strahldichte für Winkel von 0,011 und 0,1 rd. GL Optik

Vor dem Hintergrund des hohen Blaulichtanteils von LED-Lichtquellen muss die Blaulichtgefährdung (englisch = Blue Light Hazard) von LEDs mit geeigneten Messsystemen bestimmt werden. Für eine mögliche Schädigung der menschlichen Netzhaut ist jedoch nicht allein der Blaulichtanteil des Lichts verantwortlich. Neben der spektralen Zusammensetzung des Lichtes sind die Zeitdauer der Einwirkung sowie die Leuchtdichte von wesentlicher Bedeutung. So weist zwar ein Blick in den blauen Himmel einen hohen Blauanteil auf, jedoch hat das Streulicht nur eine sehr geringe Leuchtdichte zur Folge und ist daher unproblematisch im Gegensatz zur direkten Strahldichte der Sonne.

Wie erwähnt nimmt die Norm EN-62471 nimmt eine Einteilung in Risikogruppen vor und definiert Kriterien, die bei der Messung von Lampen in der Allgemeinbeleuchtung anzulegen sind. Es ist hierbei der Messabstand zu wählen, bei dem die Beleuchtungsstärke 500 Lux beträgt (jedoch nicht kleiner als 200 mm). In diesem Abstand wird entschieden, ob es sich in Bezug auf den Betrachtungswinkel um eine kleine oder große Lichtquelle handelt. Die Lichtquelle gilt bis zu einem Bogenmaß von 0,011 rad als klein, was einem Lichtquellen-Durchmesser von 2,2 mm bei einem Abstand von 200 mm entspricht. Für die in der Regel kleinen LED-Chips wäre dies der Fall. Betrachtet man Lichtquellen bei 0,1 rad gelten sie als „groß“ und würden dem natürlichen Beobachtungswinkel des menschlichen Auges entsprechen, innerhalb dessen die emittierte Strahlung gemessen wird.

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Bild 5: Nicht größer als ein Reisetrolley ist das mobile Messsystem von GL Optic. GL Optik

Um solche Messungen durchzuführen und entsprechend den Norm-Kriterien die photobiologische Sicherheit zu bewerten, gibt es von GL Optic das Set GL PSM (Photobiological-Safety-Measurement). Damit lassen sich alle risikorelevanten Messfaktoren unter Berücksichtigung des Messabstandes und Abstrahlwinkels erfassen. Beispielsweise kann so mittels eines Messteleskoprohrs der menschliche Beobachtungswinkel mit 0,1 rad reproduzierbar simuliert werden.

Michael Gall

Geschäftsführer von GL Optic

(ah)

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