In een eerder artikel heb ik uitgelegd wat blauwlichtschade was. Ik had een rapport van 1993, een advies van de gezondheidsraad (Commissie Optische Straling) aan de minister, over de toegestane blootstellingslimiet. Ik heb toen een methode voorgesteld hoe ik de mate van blauwlichtschade kon berekenen uit het door OliNo gemeten vermogensspectrum van iedere lamp die OliNo meet.
Inmiddels heb ik een nieuw(er) rapport, nl de IEC 62471:2006. Daarnaast is er weer een update geweest in 2008. Deze verwijst naar de richtlijn 2006/25/EC. Dit artikel gaat op deze norm in en geeft aan hoe OliNo komt tot een evaluatie (alleen ter indicatie!) van de blauwlichtschade van een lamp die doorgemeten is.

Update 14 september 2011: het artikel is op een aantal plekken aangepast.

Update 28 april 2012: de afmetingen van het helderste gedeelte van het lichtgevende gedeelte worden genomen voor de berekening (bij niet homogene bronnen van belang).

Blauwlichtschade

In het Engels: “photoretinitis” of ook “blue-light retinal injury”. De kans op deze schade wordt in het Engels “blue light hazard” (BLH) genoemd. Het is een fotochemische schade aan het netvlies. Fotochemisch wil zeggen dat er reacties optreden in het netvlies als gevolg van hoog energetische lichtstraling die erop valt, in veel te grote mate. Dus in het bekende regenboogspectrum, is blauw licht het meest energetische licht dat ook nog op het netvlies terecht komt (UV is hoger energetisch maar raakt het netvlies niet want wordt al in de lens geabsorbeerd).

Schets van het oog met de genoemde kenmerken aangegeven

Het gebied van het spectrum van zichtbaar licht dat beschouwd moet worden voor de bepaling van blauwlichtschade loopt van 300 nm (licht UV, diepblauw) tot 700 nm (dieprood), en het meest belangrijke van dit gebied is het subgebied 400-500nm. De piek van de gevoeligheid ligt rond de 440 nm.

Relatieve netvliesgevoeligheid voor zogenaamde blauwlichtschade; ook andere kleuren dan blauw licht alleen doen mee!
Noot: bij ledlampen is er vaak geen energieinhoud van licht met golflengtes < 380 nm.

De schade-drempelwaardes van apen is goed bekend; voor mensen zijn slechts wat gegevens bekend over per ongeluk kijken in de zon of vlambogen.
Het blauwlicht schademechanisme overheerst thermische schade aan het netvlies wanneer men spreekt over lange blootstellingstijden (meer dan 10 seconde). Enig nadelig effect is meestal merkbaar na 12 uur; bij hogere overdosis is het eerder merkbaar. Enig herstel is aanwezig gelet op de ervaringen van het in de zon kijken en kijken naar vlambogen.
De symptomen zijn een blinde vlek daar op het netvlies waarmee naar de zon danwel vlambogen is gekeken; oftewel verlies van gezichtsvermogen.
Ervaringen tot dusver met lampen is dat het óf zeer zeldzaam voorkomt óf er niet over wordt gerapporteerd; de natuurlijke reactie om van de zon af te wenden zorgt er wellicht voor dat blauwlichtschade voorkomen wordt. Het kan wel zo zijn dat overgevoelige mensen er last van hebben en blauwlichtschade oplopen, ook met de in de norm genoemde drempelwaardes.
Dat is ook een belangrijk punt: de informatie in dit artikel is afkomstig uit de genoemde norm, die tevens stelt dat deze geldig is voor de meerderheid van de mensen, maar dat er wel degelijk mensen zijn die een meer dan gemiddelde gevoeligheid hebben (om wat voor reden dan ook) voor blauwlichtschade, waarvoor de blootstellingslimieten mogelijk te ruim gesteld zijn.

Blootstellingslimiet

In het Engels: “exposure limit” (EL). De richtlijn stelt dat de werkgever moet voorkomen dat er blauwlichtschade optreedt bij de werknemers, en rapporteert het volgende over de blootstellingslimieten:

Note 1:
The range of 300 to 700 nm covers parts of UVB, all UVA and most of visible radiation; however, the associated hazard is commonly referred to as ‘blue light’ hazard. Blue light strictly speaking covers only the range of approximately 400 to 490 nm.
Note 2:
For steady fixation of very small sources with an angular subtense < 11 mrad, L_B can be converted to E_B. This normally applies only for ophthalmic instruments or a stabilized eye during anaesthesia. The maximum ‘stare time’ is found by: tmax = 100/E_B with E_B expressed in W m^-2. Due to eye movements during normal visual tasks this does not exceed 100 s.

Met:
L_B = effective radiance (blue light): calculated radiance spectrally weighted by B (λ), expressed in watts per square metre per steradian [W m^-2 sr^–1];

E_B = effective irradiance (blue light): calculated irradiance spectrally weighted by B (λ) expressed in watts per square metre [W m^-2];

α = angular subtense: the angle subtended by an apparent source, as viewed at a point in space, expressed in milliradians (mrad). Apparent source is the real or virtual object that forms the smallest possible retinal image.

En:
B(λ) = spectral weighting taking into account the wavelength dependence of the photochemical injury caused to the eye by blue light radiation

E_λ is een array van irradiantiewaardes, met als eenheid [W m^-2 nm^-1]. Deze komt in de verdere formules nog terug als E₀ (λ) (dit geldt hetzelfde voor L).

Noot bij de B(λ), zie de eerder gegeven grafiek met betrekking tot de netvliesgevoeligheid.
Een aantal zaken zijn van belang voordat begonnen kan worden met de metingen en de berekeningen volgens bovenstaande formules. De IEC norm zelf geeft uitleg over de verschillende aspecten van de metingen en de relevante worden in de volgende paragrafen uitgelegd. Tevens wordt aangegeven waar OliNo van zal uitgaan om relevante metingen van de (led) armaturen te kunnen maken.

Grootte van de hoek α van de schijnbare bron

Afhankelijk van de grootte van de hoek α van de schijnbare bron (=source) moet ofwel de irradiantie E gemeten worden (α_source < 0.011 rad) of de radiantie L (α_source ≥ 0.011 rad).
De hoek α heeft te maken met de schijnbare bron. Dat is de bron die gezien wordt door het oog van de mens. Bij bijvoorbeeld een led, waar gebruik gemaakt wordt van een (geïntegreede) lens, is dat niet zomaar de fysieke afmeting van de led zelf. Om erachter te komen wat de schijnbare grootte is, wordt gebruik gemaakt van een meetsetup met een lens met aan de ene kant het voorwerp (op tweemaal de brandpuntsafstand) en de andere kant een scherm (ook weer op tweemaal de brandpuntsafstand). Er wordt zo een afbeelding geprojecteerd van de grootte van het schijnbare voorwerp en met een camera kan men dan het intensiteitoverloop bepalen van de geprojecteerde lichtvlek en de schijnbare grootte bepalen door 63.2 % van het lichtoppervlak te nemen als de schijnbare grootte (ook wordt wel eens gezocht naar de 50 % overgangen; daarmee bedoelende 50 % van de waarde in het midden van het beeld gemeten).

Opstelling voor het bepalen van de schijnbare brongrootte. Plaatje overgenomen uit Agilent Application Note 1118.

In dit geval worden niet zozeer leds afzonderlijk maar gehele armaturen gemeten. Zeer vaak is het dan zo dat de afmetingen van het lichtgevende gedeelte van het armatuur voldoende nauwkeurig de schijnbare grootte van de gehele bron weergeven. Dit omdat:

– de lamp bestaat uit ofwel meerdere leds met ruimte tussen de leds. In dit geval is een enkele led die schijnbaar wat groter lijkt dan de fysieke afmetingen van het ding zelf minder van belang omdat de “lamp”-afmeting de ruimte tussen de leds meetelt.

– de lamp kan leds hebben en dan van een opalen of matwitte kap voorzien zijn. In dat geval telt het oppervlak dat licht afgeeft en die afmetingen zijn direct op te meten.

OliNo zal daarom uitgaan van de fysieke afmetingen van het lichtgevende gedeelte van de bron zelf, en wel de fysieke afmetingen in de lengterichting van de bron: C90-C270 richting, en loodrecht op de lengterichting, de C0-C180 richting.

Mocht het een lamp betreffen waarbij de (weinige) leds achter een grote lens zitten dan zal met het oog bepaald worden wat de schijnbare brongrootte is.

Update: 28 april 2012: als in een bepaald geval het helderste gedeelte van een lamp een stuk kleiner is dan de bovengenoemde fysieke afmetingen dan worden niet de fysieke afmetingen van de lamp genomen maar die van het helderste gedeelte. Bijvoorbeeld een grote hanglamp waarbij een matige reflector rondom de lamp zit; het lichtpunt zelf is veel helderder dan de afmetingen van de reflector. In dat geval worden de afmetingen van het lichtpunt genomen.

Maximale grootte van de hoek α van de schijnbare bron

Er is een maximale kijkhoek (van 0,1 rad) voor het oog om de lichtbron te bekijken; lichtbronnen met afmetingen die omschreven worden door voorwerpshoek α_source die buiten deze kijkhoek komen, worden alleen voor dat gedeelte meegenomen dat binnen deze maximale kijkhoek valt. Want grote lichtbronnen verdelen dan hun lichtvermogen over een groter gedeelte van het netvlies waardoor niet alle licht op hetzelfde gedeelte van het netvlies valt en daarom ook niet meegenomen moet worden in de berekening van de overbelasting voor één bepaald stukje netvlies.
OliNo meet vele lichtbronnen. Vaak zijn dit led- tl buizen. Het is dan voldoende om deze af te plakken en de afmetingen op te meten zodanig dat kan worden berekend tezamen met de meetafstand, welke ingesloten hoek wordt ingenomen. Is deze groter dan 0.1 rad dan moet de gemeten verlichtingssterkte teruggerekend worden naar die waarde die overeen zou komen met een voorwerpshoek van 0.1 rad.
Dit geldt zowel voor de C0-C180 richting alsook de C90-C270 richting.

Metingen met de irradiantie E ipv de radiantie L

OliNo meet irradianties E. Ze positioneert de meetsensor op een bepaalde afstand van de lamp en gaat dan E(λ) [W m^-2 nm^-1] meten. Dit is om te rekenen naar L (voor die gevallen waar de α_source ≥ 0.011 rad) door gebruik te maken van een bepaalde omrekeningsfactor (dit komt ook terug in de IEC norm):

Gemiddelde α van de schijnbare bron

Er wordt gebruik gemaakt van de gemiddelde waarde van de hoek van de schijnbare bron. Deze is door de IEC norm gesteld op:

Hierbij is rekening gehouden dat geen van de afzonderlijke hoeken groter is dan 0.1 rad anders wordt de maximale waarde gesteld op 0.1.

Voor bronnen met rechthoekige vorm heeft dit een impact. OliNo past deze berekeningswijze ook toe.

Maximale irradiantiewaarde van de bron

Er moet worden uitgegaan van de maximale verlichtingssterktewaarde van de bron. Heel vaak is dat recht onder de lichtbron. Dit is niet altijd het geval, bijvoorbeeld bij spaarlampen met buisvorm waarbij de waarde naar de zijkant van de lamp groter is dan recht onder de lamp.
OliNo gaat uit van de verlichtingssterkte recht onder de lamp. Daarbij geeft OliNo
in een grafiek weer welke gemeten verlichtingssterktewaardes zijn gevonden over de ruimte rondom de lamp. Mochten hierbij hogere waardes gevonden worden dan recht onder de lamp dan moet het gevonden resultaat worden aangepast aan de maximale waarde. Dit is een eenvoudige lineaire aanpassing.

Update 25 april 2013: dit is voor wat betreft de maximale Ev waarde een lineaire aanpassing. Maar om te komen tot de definitie van de groep waarin de lamp valt en om te komen tot de blootstellingswaarde, moet ook rekening gehouden worden met de zeer waarschijnlijk andere waarde van de hoek alpha van de schijnbare bron. Hierdoor moet een aparte berekening gemaakt worden om te komen tot de juiste blootstellingswaarde voor andere hoeken dan recht onder de lamp. Dit kan op aanvraag berekend worden.

Lamp classificatie: waardes rapporteren op een afstand waarbij verlichtingssterkte Ev = 500 lux

In de IEC norm wordt uitgelegd dat de lamp classificiatie uitgaat van een meetafstand waarbij de verlichtingssterkte Ev (recht onder de lamp) = 500 lux, let wel dit is bij lampen voor algemeen verlichtingsgebruik (zie ook de tekst in de norm “for lamps intended for general lighting service (GLS), see definition 3.11, the hazard values shall be reported as either irradiance or radiance values at a distance which produces an illuminance of 500 lux, but not at a distance less than 200 mm;“) .

Wellicht is deze minimumwaarde gekozen die de lamp zeker moet kunnen realiseren anders is er al helemaal geen BLH, zie ook een extractie over BLH in dit rapport van de EU. De beslissing om bij een afstand te meten waarbij geldt 500 lux wil dan wel zeggen dat er bij verschillende afstanden gemeten zal worden. Steeds feller wordende leds en lampen zullen leiden tot metingen steeds verderweg gelegen. Hierdoor worden de afmetingen van de lamp steeds kleiner en komt het licht vanuit een kleiner oppervlak en wordt dus de energie van de lamp zwaarder meegenomen in de classificatie.

Nu is het zo dat OliNo niet op een afstand meet waarbij geldt dat 500 lux gezien wordt maar op een afstand ergens in het gebied van 1000 – 1600 mm. OliNo zorgt ervoor dat ze altijd in het verre veld meet. OliNo zal de gevonden waarde omrekenen naar de afstand waarbij verwacht wordt 500 lux te meten. Indien deze afstand ook in het verre veld licht dan zal OliNo goed de omrekening kunnen doen. Echter wanneer deze afstand in het nabije veld ligt dan kan OliNo niet goed de afstand berekenen waarbij geldt Ev  =500 lux. Echter het zal dan waarschijnlijk ook zo zijn dat de lamp geen blauwlichtschade kan veroorzaken omdat wel erg dichtbij de lamp gemeten wordt. Een indicatie kan OliNo bij dit laatste geval wel altijd geven.

Irradiantiemetingen met een sensorgrootte van 7 mm diameter

Er wordt in de norm gesproken over een pupilgrootte van 7 mm bij bronnen die een relatief hoge verlichtingssterkte/ helderheid afgeven. De sensor van de SpecBos 1211 die voor dit werk ingezet wordt heeft deze grootte. Een meetsensor met een relatief groot oppervlak zou geen goede waardes kunnen geven in het geval dat de lichtbron een zeer kleine bundel licht afgeeft.
In het geval bij OliNo is de minimale meetafstand 1000 mm en de opening van de lichtgevoelige cel ongeveer 7 mm, dit komt overeen met een openingshoek van 0.007 rad. Lampen met een stralingshoek kleiner dan dit zijn nog niet gemeten bij OliNo.

Berekeningen en manier van rapportage

Voor blauwlichtschade wordt recht onder de lamp de irradiantie E (λ) [W/m²/nm] gemeten. Ten tijde van de meting is het volgende bekend:
L_lum0: Afmeting lichtgevendste gedeelte lamp in C0-C180 richting.
L_lum90: Afmeting lichtgevendste gedeelte lamp in C90-C270 richting.
SSD_meas: Meetafstand van het oppervlak van het lichtgevend gedeelte tot aan de lens van de lichtsensor
Irradiantiewaardes van het spectrum E_0@SSDmeas (λ)[W/m²/nm] recht onder de lamp (geldende bij SSD_meas).
En na analyse van vele meetgegevens is tevens het volgende bekend:
I_V0 [Cd]: de helderheid recht onder de lamp.
MF [-] = een vermenigvuldigingsfactor wanneer de lamp gedeeltelijk afgeplakt is geweest om er bij de meting voor de zorgen dat in het verre veld gemeten werd.

Daarna volgen de berekeningen om te komen tot de bepaling van de blauwlichtschade blootstelling.

Eerst de berekening van de afstand waarbij geldt Ev=500 lux. Omdat I_V0 [Cd] bekend is, bepalen we E_V0@1m [lx] = I_V0 [Cd].

. Er kan meteen gecontroleerd worden of we met deze nieuwe SSD_500lx wel in het verre veld zitten, door te controleren of geldt:

. Als dat zo is dan zijn de volgende berekeningen nauwkeurig (we zitten in het verre veld en kunnen daarmee de SSD_500lux afstand goed bepalen). Als dat niet zo is dan zitten we in het nabije veld en dan is eigenlijk de berekende afstand SSD_500lx te groot; men zou dichterbij moeten komen om tot deze 500 lux te komen (want we zitten in het nabije veld en daar geldt geen omgekeerd kwadratisch verband tussen afstand en verlichtingssterkte, maar eerder een omgekeerd lineair verband). Een grotere SSD_500lx  (die wij berekend hebben) leidt tot kleinere kijkhoeken en te hoge berekende blootstellingswaarden. In dit laatste geval zitten we met de berekening aan de veilige kant, echter het zal bij een lamp die werkelijk fel licht geeft en die mogelijk een blauwlichtschade kan berokkenen, niet zo zijn dat op 500 lux afstand we niet in het verre veld zitten.

Overigens wordt in de norm ook de minimale afstand van 200 mm genoemd. Wanneer op 200 mm afstand nog geen 500 lux aan verlichtingssterkte wordt gehaald dan is het zeer onwaarschijnlijk dat de lamp nog een blauwlichtschade berokkend. OliNo berekent SSD_500lx en zodra deze < 200 mm is dan wordt met 200 mm berekend. In dit (zeer onwaarschijnlijke) geval moet in de navolgende formules voor  SSD_500lx de waarde 200 mm ingevuld worden.

De berekenigen van de (schijnbare) voorwerpshoek:

.

Er moet een gemiddelde openingshoek berekend worden, en tevens mag de kijkhoek in geen van de richtingen groter zijn dan 0.1 rad:

Nu dienen de spectrumwaardes E_0@SSDmeas (λ)[W/m²/nm] aangepast te worden, zowel aan een eventuele limitering van de kijkhoek op 0.1 rad als aan de nieuw berekende afstand SSD_500lx als ook aan de correctie wanneer iets afgeplakt zou zijn geweest:

.

Met α_avg ≥ 0.011 rad volgt dan de berekening van de blootstellingwaaarde (met radiantiewaardes):

en met α_avg < 0.011 rad dan volgt als berekening van de blootstellingswaarde (met irradiantiewaardes):

Resultaten in grafieken

De gevonden waarde van radiantie L_B wordt weergegeven in de volgende grafiek als een horizontale lijn:

Grafiek met blootstellingswaarde voor de radiantiemeting (L_B). Als voorbeeld is een meetresultaat met blootstellingswaarde = 1000 W/m²/sr ingetekend.

Het plaatje geeft aan in welke gebied het licht, in dit geval in het low risk gebied.

Er zijn vier gebieden, zie ook classificatie van de lamp onderaan.

In het geval dat met irradiantie berekend is (bij α_avg ≥ 0.011 rad) wordt de berekende irradiantie E_B waarde uitgezet in onderstaande grafiek:

Grafiek met blootstellingswaarde voor de irradiantiemeting (E). Als voorbeeld is een meetresultaat met blootstellingswaarde = 0.1 W/m² ingetekend.

Er zijn vier gebieden, zie ook classificatie van de lamp onderaan.

Blauwlichtschade classificatie van de lamp

De IEC norm komt met een tabel die aangeeft welke classificatie aangehouden moet worden voor de lampen. Er wordt bij een classificatie uitgegaan van vele aspecten, niet alleen die van blauwlichtschade maar ook andere schades. Daar in dit geval alleen maar blauwlichtschade wordt gemeten kan geen classificatie van de lamp aangegeven worden.

Er geldt de volgende classificatie:
De lamp valt in de exempt groep wanneer er binnen 10.000 sec geen blauwlichtschade optreedt.
De lamp valt in de risico groep 1 (low risk) wanneer er binnen 100 sec geen blauwlichtschade optreedt.
De lamp valt in de risico groep 2 (moderate risk) wanneer er binnen 0.25 sec geen blauwlichtschade optreedt.
Anders valt de lamp in risico groep 3 (high risk).

Let op dat OliNo alleen een indicatie geeft van de blauwlichtschade alleen. Dit omdat in de norm al monochromatoren worden genoemd om blauwlichtschade te meten. De spectrometer zou een lagere nauwkeurigheid kunnen hebben.