De ledlampen worden steeds helderder en de ontwikkeling staat niet stil. Men wil het liefst ook grote vermogens (> 60 W) halogeen en gloeilampen kunnen vervangen door leds, waardoor er nog meer licht komt uit de ledchip. Dit is ook nodig, want dat maakt de led een goede vervanger voor steeds meer typen gloei- en halogeenlampen.

Leds maken gebruik van veel blauw licht, en er is een drempelwaarde waarbeneden gebleven dient te worden willen we (fotochemische) schade aan het netvlies voorkomen. Aangezien de lampen steeds feller worden, is het goed om te weten of en bij welke afstand er mogelijk netvliesschade op kan treden.

Tot dusver wat ik lees op het internet is dat het allemaal wel meevalt. Echter ik mis de berekeningen en metingen. Vandaar dit artikel dat uitlegt welke grenswaarde van dosis geldt en hoe deze berekend wordt.

Het ligt in de bedoeling dit voor de nieuwe lampmetingen te vermelden.

Update juli 2011 met een vernieuwd artikel dat uitgaat van de geldende normen.

De Gezondheidsraad over Optische Straling

Dit artikel is gebaseerd op een al op leefdtijd zijnde rapport van de gezondheidsraad (Commissie Optische Straling), die in 1993 een advies deed naar de minister en staatssecretaris van Welzijn, Volksgezondheid en Cultuur. Het advies betreft limieten aan optische straling om de gevolgen van de blootstelling hieraan nog acceptabel te houden.

Link naar het gehele rapport: Gezondheidsraad, commissie optische straling, 1999, advies 1993/09.

Het rapport is heel breed opgesteld en gaat in op schade aan zowel huid (o.a. kanker, thermische schade) als ogen (o.a. hoornvliesschade, lensschade, fotochemische schade aan lens danwel netvlies).

Blauw lichtschade

Dit artikel focusseert op 1 aspect van dit advies, namelijk dat van ‘blauw-licht’-schade (in het Engels: ‘blue light hazard‘) of ook wel photoretinitis genoemd. Dit is een fotochemische schade aan het netvlies; de straling zorgt voor een serie van opeenvolgende chemische reacties die tot schade leiden. Vaak komt deze vorm van schade voor samen met thermische schade aan het netvlies, echter thermische schadeeffecten gebeuren in een kortere tijdspanne dan fotochemische, en voor blauw lichtschade is een bestaling van meer dan 10 seconden nodig.

Vanwege de fotochemische aard is er afhankelijkheid van de golflengte van het licht, het gaat hierbij vooral om de hoeveelheid blauw licht dat op het netvlies valt, welke berekend kan worden uit het vermogensspectrum van licht van de lampen, en de tijdsduur gedurende welke het netvlies wordt belicht. Omdat leds steeds meer gebruikt worden, en in het licht van leds veel blauw zit (zie de vele vermogensspectra gegeven op deze site) gaat dit artikel daarom over deze vorm van schade.

Schadefunctie B_λ van blauw lichtschade.

Netvliesschade als gevolg van blauw lichtschade is definitief (dus niet-herstellend). Netvliesschade is vooral ernstig wanneer het optreedt in het centrum van het gezichtsveld, met name in de gele vlek, wat leidt tot vermindering van de gezichtsscherpte. Het is (veel) minder ernstig wanneer schade aan de periferie van het gezichtsveld optreedt, daar dit nauwelijks leidt tot vermindering van het gezichtsvermogen.

Neveneffecten

Naast schade zijn er nog andere effecten, die vooral vervelend kunnen zijn maar niet direct schadelijk. Deze informatie komt van deze Engelstalige website).

Blauw licht en blauwe leds (of koudwitte leds die veel blauw bevatten) zijn erg fel en daardoor vragen ze vaak teveel aandacht, vooral in donkere omgevingen, zie hiervoor de uitleg in het artikel over S/P ratio.

Blauw is feller in het periferische zichtveld. Dit komt omdat daar veel staafjes zitten die gevoelig zijn voor blauw licht. Dus blauw licht trekt mogelijk ook de aandacht zelfs wanneer er niet direct in gekeken wordt.

Blauw licht helpt niet om scherp te zien. De blauwe lichtstralen breken (verbuigen) meer in de ooglens waardoor ze focusseren juist vòòr het netvlies in plaats van op het netvlies. Tevens is er iets meer scattering/diffuse verspreiding van blauw licht in het oogvocht in de oogbol. Dit verklaart waarom we vaak een waas of ring rondom blauw licht zien (in het donker vooral).

Men kan geen details zien met blauw licht. Het oog van de mens is geoptimaliseerd om scherp te zien met groen en geel licht. In de gele vlek zitten geen blauw-licht detecterende kegeltjes. Het effect is herkenbaar wanneer men een fietsbril opzet met gele glazen: alles lijkt scherper. Men gaat dus scherper zien door juist wat kleurinformatie weg te laten.

Gezondheidskundige advieswaarde

Het eerstgenoemde rapport definieert gezondheidskundige advieswaarde als volgt: “een schatting van het hoogste nog gezondheidskundig verantwoorde niveau van blootstelling”, en in dit geval van blootstelling aan optische straling.

De gegevens over drempelwaardes als functie van golflengte voor ‘blauw-licht’-schade zijn in de bespreking van dit rapport vooral afkomstig van onderzoek met apen en ratten. De overeenkomst tussen de diverse gegevens heeft geleid tot de overtuiging dat de waargenomen spectrale werkingsfunctie ook voor de mens geldt, mits men voor de werkingsfunctie ter plaatse van het hoornvlies rekening houdt met de absorptie door de menselijke oogmedia.

De grootte van de schadedrempel wordt in het rapport afgeleid en hier herhaald. De stappen zijn:

1) een maximale stralingsdosis ter plaatse van het netvlies

Onderzoek heeft laten zien dat een dosis van 2.5 x 10⁵ J/m² ter plaatse van het netvlies de drempelwaarde is, daarboven treedt schade op. Deze dosis is niet afhankelijk van de meettijd wanneer deze tussen de 100 en 1000 sec lag.

2) de maximale radiantie en veiligheidsfactor

De stralingsdosis gevonden bij 1) wordt omgerekend naar een radiantie (helderheid) ter hoogte van het hoornvlies (links in de tekening), uitgedrukt in J/m2/sr. Dus de ruimtehoek moet worden uitgerekend. De ruimtehoek die te verwachten is tussen hoornvlies en netvlies (rechts in de tekening) is uit te rekenen wanneer men uitgaat van een oogbol met 1.8 cm binnendiameter en de irisopening is te verwachten minimaal (omdat de maximale hoeveelheid blauw licht erop valt), zijnde 2.5 mm:

De uitkomst is dan 0.015 sr waarmee de ruimtehoek bepaald is.

De oogbol is verder gevuld met oogvocht, wat een deel absorbeert van de straling. Nemen we de transmissie T_eye van het oogvocht in de oogbol, gaande vanaf het hoornvlies naar het netvlies, op 0.7, dan kan nu de maximale radiantie ter hoogte van het hoornvlies berekend worden:

In deze formule is geen echte radiantie en verlichtingssterkte genomen, omdat de factor tijd er nog niet inzit. Daarom is nu even Ld als dose-radiantie in [J/m²/sr] en Ed als dose-irradiantie in [J/m²] genomen. De factor tijd komt er zo in. De uitkomst van deze berekening is, met

Ed_dmg@retina = 2.5 x 10⁵ J/m² ,

ω = 0.015 sr en

T_eye = 0.7

==> Ld_dmg@cornea = 2.4 . 10⁷ J/m²/sr.

In het rapport wordt gesproken over een maximaal niveau van 1.0 . 10⁶ J/m²/sr. Hier is een veiligheidsfactor van 24 aangehouden, wat niet te groot moet zijn omdat er anders nieuwe technologische ontwikkeling teveel worden geremd. Echter deze factor is volgens de raad te accepteren gezien de onzekerheden in de meetresultaten en de hoeveelheid beschikbare gegevens.

3) De tijdsduur van bestraling

Zoals eerder gemeld, is bij de resultaten van de dosismetingen op het netvlies gezien dat de maximale dosis gelijk is voor een meettijd van 100 alsook van 1000 seconden. De raad heeft veiligheidshalve een stralingstijdsduur van 10⁵ sec aangehouden, zijnde ongeveer 27 uur (1 etmaal). Dat wil zeggen dat de totale maximale dosis geldt voor een tijdsduur t van 10⁵ sec.

4) Spectrale gevoeligheid en berekening maximale dosis

Eerder in dit artikel is de schadefunctie gegeven, die aangeeft hoeveel schade er relatief van welke golflengtes afkomt. Van iedere golflengte moet worden bepaald welke helderheid deze heeft, vermenigvuldigd met de relatieve gevoeligheid en geïntegreerd over de bestralingstijd. Daarbij moet deze totale som kleiner zijn dan het maximale niveau van 1.0 . 10⁶ J/m²/sr, voor de integratietijd t van 10⁵ sec:

Hiermee is dus de gezondheidskundige advieswaarde gerelateerd aan het spectrum van het licht van een willekeurige lamp.

Berekening van schadeafstand

Doel is te berekenen wat de schadeafstand is. Dit is de minimale afstand waarbij geldt dat nog aan (3) voldaan wordt. Van deze formule (3) is het volgende bekend:

– radiantie L_λ: neem het op 1 m afstand gemeten spectrum in [W/m²/nm] en deel deze waardes door 0.015 sr.

– schadefunctie B_λ: dit is een getabelleerde functie die gevoeligheidswaardes voor gloflengtes tussen de 400-700 nm bevat.

– tijd t: 10⁵ sec

– golflengtegebied Δλ: bij de gebruikte kleurspectrometer wordt het vermogen in het spectrum gegeven voor golflengtegebiedjes van 1 nm breedte.

Uit bovenstaande kan worden berekend wat het resultaat is van de sommatie van de vermenigvuldigingen, en kan de dosis die eruit resulteerd worden vergeleken met de advieswaarde. Stel nu deze dosis is kleiner, dan wil dat zeggen dat op 1 m afstand de dosis die zou resulteren over 10⁵ sec kleiner dan de advieswaarde is, dus geen probleem.

Nu kan ook de waarde worden aangepast zodanig dat op de advieswaarde wordt uitgekomen. Daarmee is dan de minimale afstand bekend waarbij geen blauw lichtschade zou moeten optreden.

De aanpassing wordt gedaan door aan te nemen dat het spectrum in vermogen kwadratisch afneemt met het toenemen van de afstand.

Dit is alleen juist wanneer op de gevonden afstand d nog steeds geldt dat de lichtbron als een puntbron gezien kan worden (d > 5x maximale lengte van het lichtgevende oppervlak van de lichtbron). Als dit niet zo is, dan bevinden we ons in het dichtbij veld waar de intensiteit lager zal zijn dan berekend. Dit is alleen gunstig, daarom wordt er in deze berekening niet voor gecorrigeerd.

Er geldt:

Combineer nu (4) met (5):

En nu kan d_dmg berekend worden.