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Licht und visuelle Sicherheit

Flimmern, Blaulichtgefahr und menschenzentrierte Beleuchtung

Jedes Produkt hat Auswirkungen auf die Sicherheit und Gesundheit, das gilt auch für eine künstliche Leuchte. Weltweite Normungsorganisationen und Regierungsbehörden haben dies zur Kenntnis genommen und setzen Vorschriften um. Hier untersuchen wir einige der Herausforderungen für die visuelle Sicherheit in Bezug auf künstliche Beleuchtung und einige der Dinge, die wir tun können, um diese Situationen zu entschärfen.

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Licht Sicherheit

Spätestens seit Leuchtstoffröhren sind wir vorsichtig geworden, was die negativen Auswirkungen von künstlichem Licht angeht. Frühe Leuchtstoffröhren wiesen ein Flimmern auf, das mit einer Reihe von gesundheitlichen Problemen in Verbindung gebracht wurde. Jetzt, mit dem Aufkommen der LED-Beleuchtung, tauchen alte und neue Probleme wieder auf, und wir müssen unsere Anstrengungen verstärken, um mit diesen Problemen umzugehen.

  • Flimmern
  • Gefahr durch blaues Licht
  • HCL(Human Centric Lighting)

Was ist Flicker?

Von Flimmern spricht man, wenn eine Leuchte einen subtilen, für das menschliche Auge kaum wahrnehmbaren, pulsierenden oder stroboskopischen Effekt aufweist. Und doch wird es mit einer Reihe von Problemen in Verbindung gebracht, zu denen Migräne, Müdigkeit und sogar epileptische Anfälle gehören. Es wurde sogar für verminderte Arbeitsproduktivität und Sehbehinderung in der Nähe gefährlicher Geräte verantwortlich gemacht.

Alle Leuchten können aufgrund der Elektrizität aus dem Stromnetz, die Wechselstrom oder AC erzeugt, flackern. Moderne Leuchtstofflampen haben dieses Problem mehr oder weniger mit einer Technologie namens elektronisches Vorschaltgerät gelöst.

Mit dem Aufkommen der LED-Leuchten erlebten wir ein Wiederaufleben des Flimmerns. Deshalb haben die LED-Hersteller einen so genannten “Treiber” entwickelt, der das Flimmern mildert. Aber nicht alle Leuchten sind gleich und auch ihre Treiber nicht, und so können Sie immer noch LED-Leuchten mit Flackern erleben.

Ein weiterer Aspekt des Flimmerns ist das “Dimmen”. Wenn Sie ein Licht dimmen, werden Schnitte (Phase Cuts) in die Lichtwelle gesetzt, die im Wesentlichen Teile des Lichts “herausschneiden”, um es zu dimmen. Auch wenn Sie die “Schnitte” nicht sehen können, führen sie das Gespenst des Flimmerns wieder ein.

MK550T Spektroradiometer

Wie prüfen Sie auf Flicker?

Die beste Möglichkeit, Flicker zu messen, ist ein Flickermessgerät mit Flickermetrik. Zu den Flickermetriken gehören Flicker in Prozent und Flicker-Index. Der Percent Flicker war die erste Metrik überhaupt, die den proportionalen Unterschied zwischen dem Wellental und der maximalen Höhe der Welle (vertikaler Aspekt) maß. Aber er berücksichtigte nicht die Höhe und Breite der Welle (d.h. die Fläche), die ebenfalls ein Faktor für das Flimmern ist – und so entstand der Flicker-Index, der Höhe und Breite mit einbezieht.

Prozentualer Flicker vs. Flicker Index

Grundsätzlich gilt, dass höhere Werte für diese beiden Metriken tendenziell eine höhere Flickerstärke begünstigen.

Die Menge an Flicker, die von den Metriken angezeigt wird, muss ebenfalls bewertet werden. IEEE PAR 1789-2015 bietet Richtlinien, die den Schweregrad von Flickermessungen vorschlagen. Produkte wie das MK350S Premium berücksichtigen diese Richtlinien und erzeugen eine Grafik, die den Schweregrad des Flickers anzeigt (siehe Grafik unten, ganz rechts).

Prozentualer Flicker vs. Flicker Index

Es gibt Organisationen, die Standards für die Messung von Flicker festlegen, wie IEEE, Energy Star oder die IEC. Auch die staatlichen Behörden nehmen Flicker ernst und geben eigene Richtlinien heraus.

Stroboskopeffekte und SVM

Der stroboskopische Effekt kann als “Wagenrad”-Effekt in Filmen gesehen werden, bei dem die Speichen eines Rades an einem sich bewegenden Wagen langsamer zu werden scheinen, anhalten und sich sogar gegen den Uhrzeigersinn drehen. Dies ist auch bei Hubschrauberblättern zu beobachten.

Der Stroboskopeffekt gilt auch für Lichtflimmern. Als Beispiel können wir ein flackerndes Licht verwenden, das auf eine Motorsäge scheint. Wenn die Geschwindigkeit der rotierenden Zähne des sich drehenden Messers mit der Flackerfrequenz des Lichts synchronisiert wird, kann es so aussehen, als würden sich die Messer nicht drehen, obwohl sie tatsächlich gefährliche Geschwindigkeiten erreichen. Wie Sie sich vorstellen können, könnte dies in einer Fabrikumgebung mit vielen Arbeitern, die ihre Aufgaben in und um die Säge herum erledigen, katastrophal sein.

Es gibt eine Metrik namens SVM, die den Stroboskopeffekt misst. Sie wird von UPRtek-Produkten bereitgestellt, die die Flickermessung unterstützen. Mit zunehmender SVM nimmt der Schweregrad bzw. die Sichtbarkeit des Stroboskopeffekts zu.

 

MK550T Spektroradiometer

For complete discussion about Flicker, download the Flicker Handbook

Was ist Blaulichtgefahr?

Sie haben wahrscheinlich schon von Blue Light gehört. Blaues Licht ist schädlicher für Ihre Augen als rotes Licht, was kontraintuitiv erscheinen mag, weil Sie normalerweise Blau mit “kühl” und Rot mit “heiß” assoziieren. Allerdings hat blaues Licht eine kürzere Wellenlänge und das kommt mit höherer Energie. Und so hat sich für gefährliche Mengen an blauem Licht der Begriff High Energy Visible (HEV)-Licht eingebürgert. HEV-Licht wird mit visuellen Pathologien wie Katarakt und Makuladegeneration in Verbindung gebracht.

Die Sonne strahlt viel blaues Licht aus, ebenso wie LED-Beleuchtung und Flachbildschirme. Der Abstand und die Einwirkungszeit des blauen Lichts sind ebenfalls wichtige Faktoren. Und natürlich gibt es Produkte auf dem Markt, die die Gefahren von HEV abmildern, wie z. B. Anti-Blaulicht-Brillen oder Anti-Blue-Screen-Abdeckungen für Monitore.

Anti-Blaulicht-Schutz

Nachfolgend sehen Sie den uSpectrum-Bildschirm des Spektrometers MK350S Premium. Der Bildschirm verwendet den Vergleichsmodus, um zwei verschiedene Einstellungen “kühler” und “warmer” Modus auf dem Anzeigefeld zu testen. Beachten Sie, dass der blaue Anteil des Spektrums deutlich gesunken ist

Wie messen Sie Blue Light Hazard (BLH)?

Ein Spektrometer mit Blue Light Hazard Metrics kann Beleuchtungsinformationen über HEV liefern. Es gibt Richtlinien für die Sicherheit von HEVs, vor allem EIC 62778 und IEC 62471. Das MK350S Premium nutzt sie zur Messung und Bewertung der HEV-Stärke.

MK350S Blue Light Hazard Daten (links) – Die RG-Werte stehen für “Risk Group”.

Eb, Kbv sind BLH-Metriken (blue light hazard), die von Forschern verwendet werden, um die photometrischen Mengen an blauem Licht zu messen, die eine photobiologische Gefahr darstellen. Sie werden verwendet, um eine “Risikogruppen”-Bewertung abzuleiten.

LEDs sind allgegenwärtig und wir sind jeden Tag unbewusst hochintensivem blauem Licht ausgesetzt; bei Bühnenkonzerten, beim Sitzen im Zahnarztstuhl oder sogar beim Autofahren in der Nacht mit hellen LED-Straßenlampen. Wie viel ist zu viel, und schädigt es mit der Zeit schleichend die Netzhaut. Hier sind Normungsorganisationen, HEV-Metriken und spektrale Messgeräte wichtige Werkzeuge zur Bekämpfung des gefährlichen blauen Lichts.

Ressourcen:

https://www.ledsmagazine.com/smart-lighting-iot/smart-cities/article/16695906/risk-group-determination-characterizes-photobiological-safety-in-led-lighting-magazine

https://www.researchgate.net/publication/282437539_Blue_Light_Hazard_and_Risk_Group_Classification_of_8_W_LED_Tubes_Replacing_Fluorescent_Tubes_through_Optical_Radiation_Measurements

https://www.energex.com.au/__data/assets/pdf_file/0004/757174/Blue-light-hazards-report-March-2019.pdf

Was ist HCL (Human Centric Lighting)?

In den letzten Jahren hat man sich zunehmend damit beschäftigt, wie Sonnenlicht unser Verhalten beeinflussen kann. Der Mensch hat sich durch Millionen von Jahren der Evolution physiologisch an die Farben des Sonnenlichts gebunden, wenn es täglich auf- und untergeht. Aber mit dem Aufkommen der künstlichen Beleuchtung zeigen Studien, dass diese Farbmuster gestört werden, was zu Verhaltensproblemen wie Schlaflosigkeit und Müdigkeit führt.

Früher dachten wir, dass die Stäbchen und Zapfen die einzigen Arten von Photorezeptoren (lichtreaktive Komponenten) in unserem visuellen System sind. Nun wurde ein dritter Typ von Photorezeptoren gefunden.

Dieser Photorezeptor, ipRGC genannt, ist eine evolutionäre Besonderheit, die auf die sich im Laufe des Tages ändernden Farben des Sonnenlichts reagiert.

Wenn die Sonne aufgeht, veranlasst das kühlere blaue Licht die ipRGC-Rezeptoren, Mechanismen in Gang zu setzen, um die Hormone für Ruhe/Schlaf (z. B. Melatonin) abzuschalten und die Aufwachhormone (z. B. Dopamin, Cortisol, Seratonin) zu fördern. Wenn die Sonne untergeht, werden die Farben zu einem wärmeren Orange/Gelb, was die Melatoninsekretion für Ruhe und Schlaf fördert.

“Zu Beginn dieses Jahrtausends wurde ein dritter Typ von Photorezeptoren, die intrinsisch photosensitiven retinalen Ganglienzellen (ipRGCs), im Auge entdeckt.”

▸Human Centric Lighting (HCL) by Lighting Manufacturer

Störung unserer zirkadianen Rhythmen

Wenn diese zirkadianen Muster gestört sind, ist auch unsere natürliche Routine von Wachen und Schlafen gestört. Mit dem Aufkommen von künstlichem Licht kann blaues Licht am Nachmittag/Abend von Deckenleuchten, Mobiltelefonen und Bildschirmen irrtümlich einen Weckruf auslösen, wenn wir uns eigentlich auf Ruhe und schließlich Schlaf vorbereiten sollten. Diese Störungen können Schlaflosigkeit, Müdigkeit und allgemeines Unwohlsein verursachen, ganz zu schweigen von einer Vielzahl anderer hormonell bedingter Störungen.

HCL oder Human Centric Lighting sorgt dafür, dass die Beleuchtung unserem natürlichen zirkadianen Rhythmus entgegenkommt. Das Ziel der künstlichen HCL-Beleuchtung ist es, die Farben der Sonne während des Tages zu imitieren.

 

HCL messen

Es gibt Metriken zur Messung von HCL, die aus dem WELL Building Standard (V1) und CIE TN 003-2015 abgeleitet sind. Das Bild unten zeigt die MK350S Premium Blue Light und HCL-Metriken.

 

Die Metriken für HCL (oben rechts), stellen die Lichtmengen für bestimmte Wellenlängen dar, die einem bestimmten Photopigment in der Netzhaut zugeordnet sind (siehe unten). Da das Licht von einem Photopigment absorbiert wird, bewirkt es eine physiologische Veränderung in unserem Körper. Das bekannteste ist das “Melanopic Lux”, das die photometrische Lichtmenge bei 480 nm darstellt, die auf Melanopsin einwirkt, das für die Regulierung unserer zirkadianen Zyklen bekannt ist.

HCL ist ein spannender Fortschritt in der Beleuchtung und Physiologie. Wir haben entdeckt, dass Licht unsere hormonellen und verhaltensbezogenen Aktivitäten negativ beeinflussen kann. Umgekehrt ist es eine neue Chance, dieses neu gewonnene Wissen zu unserem Vorteil zu nutzen. Und das ist der Einsatz von Licht als Therapieform. Und das erfordert eine korrekte spektrale Auswertung und quantitative Lichtmessung.

Für mehr lesen Sie “Messen und Nutzen von Licht im Melanopsin-Zeitalter”, Trends in Neurosciences

Gesunde, sichere Beleuchtung.

Die Beleuchtung ist nicht ohne Sicherheitsprobleme und kann im Laufe der Zeit eine Reihe von Problemen verursachen, einschließlich visueller Beeinträchtigung und Verhaltensproblemen. Beleuchtungsorganisationen und sogar staatliche Stellen bekämpfen diese Probleme mit Vorschriften und Richtlinien. Lichtmessgeräte werden eingesetzt, um mit einer genauen Auswertung und Beurteilung das Risiko von unsicheren Leuchten auszuschalten.

Handbuch-Serie

Das Flicker-Handbuch

Ein umfassender Blick auf Flicker, warum wir ihn haben, welche Probleme er verursacht, wie Sie ihn messen können und was Sie tun können, um ihn zu vermeiden.

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Über UPRtek

United Power Forschung und Technologie

UPRtek (gegründet 2010) ist ein Hersteller von tragbaren, hochpräzisen Lichtmessgeräten; Handspektrometer, PAR-Meter, Spektroradiometer, Lichtkalibrierungslösungen.

Der Hauptsitz von UPRtek, die Forschung und Entwicklung sowie die Fertigung befinden sich in Taiwan, mit weltweiter Vertretung durch unsere zertifizierten Global Reseller.

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Ankündigungen

UPRTEK AUF DER 30. INTERNATIONALEN KONFERENZ ZUR ARABIDOPSIS-FORSCHUNG (ICAR 2019)

UPRteks Partner in China, Quelighting Optoelectronics Co., Ltd, und der Hersteller von Pflanzenwachstumskammern, Ningbo Jiangnan Instrument Factory, werden an der 30. Internationalen Konferenz zur Arabidopsis-Forschung (ICAR ) teilnehmen, die vom 16. bis 21. Juni an der Huazhong Agricultural University in Wuhan City, Provinz Hubei, China, stattfindet.

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