3 Blendung durch optische Strahlung
3.2 Zusammenfassende Darstellung des bisherigen Kenntnis- Kenntnis-standes zur Blendung
Blendung stellt einen Sehzustand dar, der entweder aufgrund zu großer absoluter Leuchtdichte, zu großer Leuchtdichteunterschiede oder aufgrund einer ungünstigen Leuchtdichteverteilung im Gesichtsfeld als unangenehm empfunden wird oder zu einer Herabsetzung der Sehleistung durch Beeinträchtigung von Sehfunktionen führt bzw. führen kann. Die Blendung bzw. deren Ausmaß hängt auch vom Adaptations-zustand des Auges ab und entsteht bei einer Leuchtdichte einer Blendlichtquelle, die für den jeweiligen Adaptationszustand zu hoch ist. Auch die Dauer der Einstrahlung in die Augen spielt beim Ausmaß einer Blendung eine Rolle. Zusätzlich sind die scheinbare Größe der Blendlichtquelle bzw. deren Raumwinkel von Bedeutung sowie der Projektionsort der jeweiligen Blendlichtquelle auf der Netzhaut, also der Winkel zwischen Blendlichtquelle und Blickrichtung. Die Augen wenden sich häufig
unwill-kürlich direkt zur Blendlichtquelle hin, wenn eine solche seitlich auf die Netzhaut ab-gebildet wird, wo sich die besonders blendungsempfindlichen Stäbchen befinden.
Gerade dem Parameter Umgebungsleuchtdichte kommt eine besondere Rolle zu.
Letztlich adaptieren die Augen auf die Umgebung, wenn dazu genügend Zeit vor-handen ist. Durch diese Adaptation wird erreicht, dass die Antwort der Netzhaut auf Sehobjekte in etwa gleich gehalten wird, und zwar auch dann noch, wenn sich das Beleuchtungsniveau ändert.
Blendung kann insbesondere beim direkten Blick in eine im sichtbaren Spektral-bereich emittierende optische Strahlungsquelle oder als Folge in das Gesichtsfeld einer Person reflektierter bzw. gestreuter sichtbarer optischer Strahlung auftreten.
Dabei kann man aufgrund inzwischen vorliegender Erkenntnisse davon ausgehen, dass vorübergehende Blendung bzw. deren Auswirkungen (Blendwirkungen) durch sichtbare Strahlung schon relativ weit unterhalb der für sichtbare optische Strahlung nach OStrV in Verbindung mit den Anhängen I und II der Richtlinie 2006/25/EG gel-tenden Expositionsgrenzwerte für deterministische Schäden auftritt.
Blendung war in der Vergangenheit insgesamt schon relativ häufig Gegenstand von Betrachtungen, wobei insbesondere die psychologische Blendung, also die subjek-tive Empfindung der Betroffenen, im Vordergrund stand. Hierfür wurden auch ver-schiedene Bewertungsverfahren entwickelt. Physiologische Blendung, die sich in ei-ner mehr oder weniger ausgeprägten Beeinträchtigung der verschiedenen Seh-funktionen äußert, ist dagegen wesentlich weniger analysiert und dargestellt worden.
Um einen möglichst großen Gesamtüberblick zur Forschung auf dem Gebiet der Blendung zu erhalten, bedarf es der Einarbeitung in die wesentlichsten internationa-len Publikationen, zu denen insbesondere die Arbeiten von HOLLADAY (1926), HARTMANN (1958), BROWN (1965, 1973), STAMPER et al. (2000) und VOS (2003) gehören. Damit wird deutlich, dass es neben einer Frühphase, die eigentlich sogar im 19. Jahrhundert lag, eine Zeit in den 1950er und 1960er Jahren und dann eine solche um die Jahrtausendwende gab, in der Blendung zu den aktuellen For-schungsthemenfeldern bei optischer Strahlung gehörte.
Ausgehend von dieser Tatsache und nicht zuletzt im Hinblick auf die Umsetzung der Anforderungen aus der Richtlinie 2006/25/EG zur Blendung wurden in einem For-schungsprojekt der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin zum Thema
„Untersuchungen zu arbeitsplatzbezogenen Beeinträchtigungen durch Blendung mit optischen Strahlungsquellen“ (F 2185, REIDENBACH et al., 2008) neben einer um-fassenden Darlegung der bisherigen Forschungen auf dem Gebiet der Blendung für die künstlichen optischen Strahlungsquellen Laser und lichtemittierende Dioden (LED) umfangreiche Untersuchungen unter Laborbeleuchtungsbedingungen zur quantitativen Beeinträchtigung verschiedener Sehfunktionen durch Blendung durch-geführt und dokumentiert (REIDENBACH et al., 2008).
Um zu möglichst zuverlässigen quantitativen Angaben bezüglich des Einflusses von Blendung, Blitzlichtblindheit und Nachbildern zu kommen, war es das Ziel des For-schungsvorhabens F 2185, die verschiedenen Parameter hinsichtlich der Minderung relevanter Sehfunktionen zu bestimmen. Deshalb wurden Laser mit relativ niedriger Leistung und sogenannte Hochleistungs-LEDs (HB-LEDs, high brigthness LEDs) in verschiedenen speziell entwickelten Testanordnungen zur Blendung von Versuchs-personen eingesetzt. Insgesamt wurden damit 191 Personen 1.736 einzelnen Blend-versuchen unterzogen. In Tabelle 3.1 sind für die verschiedenen Untersuchungsme-thoden, die in diesem 2007 abgeschlossenen Forschungsprojekt benutzt wurden, die jeweilige Zahl der Testpersonen (Probanden) und sowohl die zugehörige Zahl der
Einzeltests als auch die jeweilige Summe der verwendeten Untersuchungsmethode aufgelistet.
Bei den jeweiligen Untersuchungsmethoden wurden als optische Strahlungsquellen Laser und lichtemittierende Dioden (LED) im sichtbaren Spektralbereich zwischen 400 nm und 700 nm eingesetzt, da gerade diese Lichtquellen bisher praktisch nicht bzw. nur eingeschränkt Gegenstand von Untersuchungen zur Blendung waren. Die wesentlichsten Parameter und Daten der bei den verschiedenen Untersuchungs-methoden und Tests eingesetzten Lichtquellen sind in Tabelle 3.2 summarisch auf-gelistet.
Tab. 3.1 Untersuchungsmethoden mit zugehörigen Probanden- und Testzahlen (zusammengestellt nach Angaben in (REIDENBACH et al., 2008))
Untersuchungsmethode Zahl der
Probanden Zahl der Einzeltests und Teilsummen
Blendeindruck bei einem bewegten
Linienlaser 89 89
Nachbildgröße als Funktion der Zeitdauer
nach einer Blendung 13 11+3+9 = 23
Orts-, Expositionsdauer- und Strahl-leistungsabhängigkeit der Nachbilddauer
bei Blendung durch Laserstrahlung 12
180+40+80+24+16+6 4+62+59+37+120+30
= 712 Nachbildfarbverlauf bei Blendung durch
farbige HB-LEDs durch Beobachtung in
einem dunklen Raum 4 4+4+4+3+3+3 = 21
Bestimmung des Verlaufes der Nachbild-farben für eine Blendung mit HB-LEDs mit-tels einer Messung an einem Farbkreis
4 4
5 18 + 180 = 198 Sehschärfe nach Blendung mit einer
weißen HB-LED 3 3
Sehschärfe nach Blendung mit einer
grünen HB-LED 3 48
Lesefähigkeit als Sehschärfekriterium
nach Blendung mit einer weißen HB-LED 7 147 + 42 + 60 = 249 Farbunterscheidungsfähigkeit nach
Blendung mit farbigen LEDs 7 118
Verschiebung der Rot/Grünwahrnehmung 1 23
Farb- und Kontrastsehen nach Blendung durch farbige LEDs
3 168
40 40+40 = 80
Summe Probanden und Teiltests 191 1736
Tab. 3.2 Untersuchungsmethoden und Parameter der verwendeten Lichtquellen (zusammengestellt nach Angaben in (REIDENBACH et al. 2008;
REIDENBACH, BECKMANN et al. 2013)); fett: für Blendung bedeutsam Untersuchungsmethode Lichtquelle Parameter
Blendeindruck bei einem bewegten Linienlaser Nd:Vanadat- Laser
532 nm, 0,8 mW
Nachbildgröße als Funktion der Zeitdauer nach einer Blendung
Weißlicht-LED
2,49 mW, 11 cm, 1 s
Orts-, Expositionsdauer- und Strahlleistungs-
abhängigkeit der Nachbilddauer bei Blendung durch Laserstrahlung Nachbildfarbverlauf bei Blendung durch farbige
HB-LEDs durch Beobachtung in einem dunklen Raum 6 HB-LEDs 10 s, 10 cm Bestimmung des Verlaufes der Nachbildfarben für
eine Blendung mit HB-LEDs mittels einer Messung an einem Farbkreis
Sehschärfe nach Blendung mit einer weißen HB-LED Weißlicht-LED
2,49 mW, 11 cm, 1s
Sehschärfe nach Blendung mit einer grünen HB-LED HB-LED 0,12 mW – 1,5 mW, 1 s – 8 s
Lesefähigkeit als Sehschärfekriterium nach
Blendung mit einer weißen HB-LED HB-LED
4,5 μW – 3,96 mW, 1 s – 20 s
Farbunterscheidungsfähigkeit nach Blendung mit farbigen LEDs und Verschiebung der
Rot/Grünwahrnehmung
Farb- und Kontrastsehen bei Normlichtart D65 nach Blendung durch farbige LEDs
455 nm, 520 nm, 593 nm, 638 nm
4 mW, 5 s
Als wichtigste Einzelergebnisse lassen sich nach diesen Untersuchungen festhalten:
Es wurden Nachbilddauern bis 300 Sekunden ermittelt, wenn das Auge im Fleck schärfsten Sehens (Fovea) mit einem Laserstrahl von weniger als 30 μW wäh-rend 10 Sekunden bestrahlt wurde.
Für vier verschiedene HB-LEDs mit den Wellenlängen 455 nm, 530 nm, 590 nm und 625 nm wurden im Leistungsbereich zwischen 0,05 mW und 0,5 mW bei Be-strahlungsdauern zwischen 0,5 s und 5 s die RGB-Werte des farbigen, zeitlichen Nachbildverlaufes bestimmt. Das dadurch veränderte Farbsehvermögen wurde bestimmt.
Das Farbkontrastsehvermögen nach einer Blendung durch HB-LEDs wurde mit-tels speziell entwickelter Farbsehtafeln ermittelt. Dabei zeigte sich, dass Blen-dung die Zeitdauer zur Identifikation/Erkennung um etwa 16 s erhöht und dass der Einfluss besonders bei niedrigen Farbkontrastwerten noch deutlich größer ist.
Untersuchungen mit so genannten pseudoisochromatischen Farbtafeln (Ishihara- Tafeln) haben ergeben, dass sich je nach verwendeter Farbtafel und Wellenlän-ge der LED Farbsehstördauern zwischen 27 s und 186 s erWellenlän-geben können.
Alle vorstehend genannten aktuellen Forschungsergebnisse wurden unter Labor-bedingungen ermittelt, d. h. es lag entweder normale Laborbeleuchtung vor oder eine solche gemäß Normlichtart D65, entsprechend klarem blauem Nordhimmel zur Mit-tagszeit mit einer Farbtemperatur von 6500 K, wie z. B. bei den Untersuchungen zum Farb- und Kontrastsehen nach Blendung durch farbige LEDs (s. Tab. 3.1 u. 3.2). Die D65-Bedingungen wurden auch insbesondere unter dem Aspekt der Möglichkeit des Vergleichs mit eventuell an anderer Stelle durchgeführten entsprechenden Untersu-chungen gewählt.
Bei den in Tabelle 3.1 aufgeführten Untersuchungen war es nicht das Ziel, die wäh-rend der Blendung aktuell entstehende Sehbehinderung zu ermitteln, sondern in ers-ter Linie galt das Iners-teresse der Ermittlung der Beeinträchtigungen nach erfolgers-ter Blendung, die durch das Auftreten von Nachbildern, also den aufgrund eines Blend-ereignisses temporär danach wahrgenommenen Farbeindruck, bewirkt werden und die unter Umständen auch dem Auftreten einer Blitzlichtblindheit Rechnung tragen.
Abgesehen von den detaillierten Darlegungen der Zusammenhänge bei der Einwir-kung von sichtbarer optischer Strahlung auf die Augen bei einer Blendung von REIDENBACH et al. (2008) kann man auch aus der Begründung der SSK-Emp-fehlung „Blendung durch natürliche und neue künstliche Lichtquellen und ihre Gefah-ren“ (SSK, 2006) sowie aus den Informationen des Instituts für Arbeitsschutz der DGUV zu „Blendung – Theoretischer Hintergrund“ (DGUV, 2010) einen raschen Ein-stieg in die Begriffswelt der Blendungsthematik erhalten.
3.3 Ermittlung des aktuellen Standes der Forschung zur Blendung durch Laser- bzw. LED-Strahlung unter Dämmerungsbedingungen
Das Auftreten einer Blendung wird erfahrungsgemäß verstärkt bei Dunkelheit oder in der Dämmerung wahrgenommen. Daher konzentrieren sich Untersuchungen des entsprechenden Gefährdungspotenzials meist auch auf diese Zeitabschnitte.
Obwohl es nicht prinzipiell ausgeschlossen ist, erfolgt z. B. der missbräuchliche Ein-satz von Laserpointern im Straßen- und Schienenverkehr in den allermeisten Fällen nicht am Tage, sondern bevorzugt in den Dämmerungsstunden und bei Nacht. Für Attacken auf Flugzeuge und Hubschrauber haben Analysen gezeigt, dass diese in der Zeit von 18:30 Uhr und 23:30 Uhr am häufigsten erfolgen. Es ist daher beson-ders wichtig, dass gerade die Auswirkungen einer Blendung unter Dämmerungsbe-dingungen bekannt sind, um entsprechende Überlegungen zu Schutzmaßnahmen durchführen zu können.
Die Bestrahlung der Netzhaut löst durch Erregung der Sehzellen eine Licht-empfindung aus, die von der Erregbarkeit der Sehzellen und vom Adaptations-zustand abhängt.
Die Augen besitzen zwei Arten von Lichtrezeptoren; für das Hell-Dunkel-Sehen die Stäbchen und die Zapfen für das Farbsehen. Letztere sind wesentlich unempfind-licher und reagieren auf Licht erst ab einer Leuchtdichte von ca. 3 cd/m2. Das volle Farbensehen erfordert Leuchtdichten von mehr als 10 cd/m2. Die empfundene
„Farbqualität“ nimmt mit der Leuchtdichte zu. Die Wahrnehmung von Kontrasten kann bei Leuchtdichten unterhalb von 100 cd/m2 wegen der fehlenden Adaptierung der Augen erschwert sein.
Gemäß der heute üblichen Einteilung der Umgebungshelligkeit wird diese in einen photopischen und in einen skotopischen Bereich unterteilt, d. h. es wird von der Hell- und Dunkeladaptation gesprochen. Dazwischen liegt der mesopische Bereich.
Während im photopischen Bereich (Tagessehen) das Farbensehen vorherrscht, fehlt dieses im skotopischen Bereich (Nachtsehen) praktisch vollständig. Diese Verschie-bung ist im Wesentlichen auf die jeweils dominant für das Sehen verantwortlichen Sehzellen zurückzuführen. Beim Dämmerungssehen, das im mesopischen Bereich dominiert, liegt ein gemeinsames Zapfen- und Stäbchensehen vor, wobei mit gerin-ger werdender Leuchtdichte das Zapfensehen gegenüber dem Stäbchensehen im-mer mehr zurücktritt.
Eine eindeutige Dunkeladaptation liegt unterhalb von 10-3 cd/m2, eine Helladaptation oberhalb von 10 cd/m2 vor. Dabei ist aber noch nichts über die Zeitdauer, welche die Adaptation zum Zeitpunkt der Blendung bereits andauert und den daraus resultie-renden Einfluss auf die Blendungserscheinungen ausgesagt, d. h. auch hierin be-steht Forschungsbedarf.
Unter Adaptation wird allgemein die Fähigkeit der Anpassung des menschlichen Au-ges an die verschiedenen Helligkeitsgrade verstanden. Dabei werden die Sehpig-mente (Rhodopsin in den Stäbchen und verschiedene Opsine in den Zapfen) in den Stäbchen bzw. Zapfen, reversibel chemisch im Sinne einer Bleichung bzw. Farbver-änderung (Gelbwerden) verändert. Außer der chemischen Reaktion des Sehfarbstof-fes finden bei einer Adaptation in der Netzhaut verschiedene neuronale Umschalt-prozesse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten statt. Die neuronalen Vorgänge sind jedoch deutlich schneller als die bei der Adaptation beteiligten fotochemischen Vorgänge.
Zu beachten ist insbesondere die Umgebungshelligkeit des jeweiligen Arbeitsplatzes an dem mit einer Blendung gerechnet werden kann. Im Falle eines Cockpits liegen dort auch beim Nachtflug nach Messungen in einem A 320-Flugsimulator mesopi-sche Bedingungen vor, wobei allerdings die Instrumente aufgrund ihrer Beleuchtung durchaus Leuchtdichtewerte im unteren photopischen Bereich aufweisen.
Eine Literaturrecherche mit einschlägigen Suchmaschinen hat zur Thematik Blen-dung unter Dämmerungsbedingungen zu keinen weiteren Treffern geführt. Bis auf eine in USA durchgeführte Studie von NAKAGAWARA et al. (2010, 2011) liegen bis-lang auch keine Untersuchungen zum Blendungsverhalten unter Dämmerungsbe-dingungen, d. h. bei mesopischem Sehen, vor.
Untersuchungen zu LEDs sind allenfalls aus der Fahrzeugtechnik bekannt geworden, und zwar bei Vergleichen zwischen den unterschiedlichen Lampentypen, die in Scheinwerfern zum Einsatz kommen.
Ergebnisse zur Blendung, die unter Laborbedingungen erzielt wurden, lassen sich aufgrund der Tatsache, dass es aus vorläufiger Sicht gerade bei Blendung auf die Umgebungshelligkeit und im besonderen Maße auf die Helligkeitsunterschiede und – kontraste ankommt, nicht ohne weiteres übertragen und können daher zunächst al-lenfalls als Ausgangsbasis für detaillierte weitere Untersuchungen unter Dämme-rungsbedingungen herangezogen werden.
Besondere Bedeutung kommt auch der spektralen Hellempfindung des mensch-lichen Auges, die durch die sogenannte V(λ)-Kurve berücksichtigt wird, zu. Es ist je-doch insbesondere nicht davon auszugehen, dass sich die verschiedenen Blend-effekte bezüglich der Wellenlängenabhängigkeit einfach durch die V(λ)-Kurve erge-ben und daher im Prinzip lediglich Ergebnisse bei einer Wellenlänge erge-benötigt wer-den, um Vorhersagen auch für andere Wellenlängen machen zu können.
Die Erfahrungen mit dem Lidschlussreflex und anderen Abwendungsreaktionen ha-ben bereits gezeigt, dass zwar eine Wellenlängenabhängigkeit existiert, dass diese aber deutlich schwächer ausfällt, als es der V(λ)-Kurve entspricht (REIDENBACH et al. 2003, 2006). Auch bei der Blendung zeigt sich nach derzeitigem Kenntnisstand ebenfalls eine von der V(λ)-Kurve abweichende Relation, soweit es die Sehbeein-trächtigung bei verschiedenen Wellenlängen betrifft. Aber auch hier fehlten Untersu-chungen unter Dämmerungsbedingungen bislang vollständig.
3.4 Blendung als Gegenstand in Normen und Regelwerken