Unsere Lichtsensorik im Auge – Anschaulich erklärt
Helligkeits- und Farbwahrnehmung
Allgemein bekannt ist, dass wir unterschiedliche Sensoren im menschlichen Auge besitzen. Da wären zum einen ca. 120 Millionen sog. Stäbchen, welche aufgrund der Menge einen hochempfindlichen Helligkeitssensor darstellen und uns auch noch nachts geringste Helligkeitsunterschiede erkennen lassen. Leider können diese 
Stäbchen keine Farben erkennen. Dafür sind die sogenannten Zapfen zuständig, von denen wir ca. 7 Millionen besitzen. Diese teilen sich in drei unterschiedliche wellenlängenabhängige Rezeptoren auf. Gemäß der Trichromatischen Theorie oder Young-Helmholtz-Theorie aus dem Jahr 1850 liegen deren maximalen Empfindlichkeiten bei Rot=564nm, Grün=534nm und Blau=420nm. Dies führt gemittelt zu einer maximalen Empfindlichkeit bei 550nm, welches allgemein die V(λ)-Kurve darstellt. (Siehe Photopisches Sehen, Tagsehen)
Die maximale Empfindlichkeit der erst genannten Stäbchen liegt bei ca. 500nm, bekannt für Nachtsehen oder auch Skotopisches Sehen V´(λ) bezeichnet.
Diese vier verschiedenen Rezeptoren befinden sich in der Netzhaut auf der Rückseite des Auges und erzeugen so ein entsprechendes farbiges bzw. mehr oder weniger farbloses Abbild der Umgebung.
Mit diesen Rezeptoren erkennen wir auch die Unterschiede eines warmweißen bzw. kaltweißen Lichtes, gekennzeichnet durch die Farbtemperatur.
Wachen oder Schlafen in direktem Zusammenhang mit blauem Licht
Damit nicht genug existieren vorzugsweise im unteren Bereich des Auges sogenannte Melanopsinhaltige Zellen (genaue Bezeichnung: Intrinsisch fotosensitive retinale Ganglienzellen = IpRGC). Diese sind nicht bildgebend, doch aufgrund der Lage im unteren Bereich besonders empfindlich für Licht, welches von oben eintritt. Diese sind es insbesondere, welche unseren Lebensrhythmus (circadian) steuern.
Diese Melanopsinhaltigen Fotorezeptoren steuern unmittelbar unseren Melatoninhaushalt. Keine Anregung dieser Zellen – so wird Melatonin (Schlafhormon) erzeugt und wir werden schläfrig. Umgekehrt stoppt eine Anregung dieser Zellen unsere Melatoninproduktion und wir werden wach.
Wachmacher-Wellenlängen
Für die Bewertung eines Lichtspektrums hinsichtlich Beeinflussung dieser Zellen ist es somit von immenser Bedeutung jeweilig den wellenlängenabhängigen Anteil des Lichts zu kennen. Während die max. Empfindlichkeit unserer Zapfen bei 550nm, die der Stäbchen bei ca. 500nm liegen, reagieren diese Zellen bestmöglich auf Licht der Wellenlänge von ca. 490nm. Diese Empfindlichkeitskurve wird als Melanopisches Wirkspektrum smel(λ) (DIN SPEC 5031-100:2015) bezeichnet.
Nicht verwunderlich, dass insbesondere das Tageslicht insbesondere in den Morgenstunden einen hohen spektralen Anteil im Blau-Bereich zeigt. Unser Körper hat sich evolutionsbedingt darauf eingestellt.
Wir werden wach und der Tag beginnt.
Spannend nun die Tatsache, dass der blaue Peak im Spektrum von LEDs häufig im Bereich von 440nm – 490nm liegt. Grob kann man sagen, dass bei hohen Farbtemperaturen (Kaltes Licht) dieser blaue Spektralanteil höher ist. Das ist auch der Grund ist, warum insbesondere bei Arbeitsplätzen, Industriehallen die höheren Farbtemperaturen bevorzugt werden. Man möchte konzentrierte Mitarbeiter. Dagegen in Wohnbereichen, wo Licht behaglich wirken soll, man eher warmweißes Licht (2700K bzw. 3000K) einsetzt.
Bewertung der Lichtspektren hinsichtlich melanopischer Wirkung
Wenn auch die Farbtemperatur bereits gute Rückschlüsse über den Blauanteil gibt, so kann das von Spektrum zu Spektrum stark unterschiedlich sein. Wir kennen die Beleuchtungsstärke-Messung mit dem Luxmeter. Wichtig jedoch für den Wirkanteil des Lichtes auf den circadianen Rhythmus ist zu wissen, wie hoch der Anteil Blauanteil um die 490nm ist.
Die Lösung wäre ein Luxmeter, welches statt mit der V(λ) nun mit der Smel(λ) -Kurve das Lichtspektrum bewertet.
Heutige mobile Lichtspektrometer wie das Lighting Passport Pro des Herstellers Asensetek errechnen direkt aus dem Lichtspektrum diesen Wert. Errechnet wird neben dem melanopischen Wirkungsfaktor (Umrechnungsgröße) auch der sog. MDEI (Melanopisch Tageslicht äquivalente Beleuchtungsstärke).
Fazit:
Mit dem melanopischen Wirkungsfaktor bzw. MDEI-Wert können jetzt Lampen und Leuchten hinsichtlich Ihrer Wirkung auf die Melatonin-Erzeugung einfach bewertet werden. Eine zunehmend für HCL (Human Centric Lighting) relevante Kenngröße ist nun praxisnah meßbar. „Wieviel Blau bitteschön darf es denn sein?“
Es bleibt also abzuwarten, bis es hier erste Meß-und Erfahrungswerte gibt.
In einem weiteren geplanten Beitrag werden wir zu gegebener Zeit Messergebnisse von Bildschirmen und Handy (einschließlich Blue-Cut-Filter) hier veröffentlichen. Das sind Lichtquellen (auch Blaulichtquellen), welchen wir uns zu unterschiedlichsten Zeiten aussetzen mit noch unerforschten Folgen.
Weiterführende Links zum Thema „Blaues Licht“:
- https://www.med.fau.de/2018/12/19/blaues-licht-macht-schueler-munter/
- https://ergoptometrie.de/einfluesse-von-blauem-licht/
- https://www.spektrum.de/news/warum-blaues-licht-den-augen-schadet/1584090
Dies ist alles richtig,aber Sie sollten auch die Gefahren des blauen lichtes beachten.40-50 % der Kinder droht deshalb Kurzsichtigkeit.Grund:unsere LED sind schlecht für die Augen.Deshalb vertreiben wir led mit Sonnenlicht ähnlichen Spektrum mit wenig Blau aber viel ROT anteil.
Im übrign empfehle ich. bei Google die Artikel von Dr.Wunsch,Heidelberg,Arzt, zu lesen
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Vielen Dank für Ihren Beitrag.
Allerdings bin ich mit den Aussagen wie „Kindern droht Kurzsichtigkeit aufgrund LED“ nicht einverstanden bin, wenn keine fundierten Ergebnisse und Messwerte vorliegen. Ich liebe Fakten und deswegen nehme ich für meinen Teil in so einem Fall unser Lichtspektrometer Lighting Passport und schaue mir die Intensität des Spektrums bei Tageslicht und das einer normal verwendeten LED-Lampe an.
Dann komm ich zu dem Schluss, dass das Sonnenlicht viel viel intensiver ist. Grundsätzlich und auch im Blaubereich.
Relativ gesehen ist der Blauanteil bei kaltweißen LEDs häufig höher als das restliche Spektrum und bestimmt die Peak-Wellenlänge.
Auf absolute Messwerte gesehen, müsste ich zu dem Schluss kommen, wenn die LED schädigt, dann die Sonne erst recht und ganze Generationen von Kindern müssten demzufolge kurzsichtig sein.
Als Kind hat man mir immer gesagt: „Schau nicht direkt in die Sonne, dann gehen deine Augen kaputt“. Stimmt wohl. Und in eine LED direkt reinzuschauen in kurzem Abstand sollte man auch nicht.
Wenn das heute alle Kinder tun, dann stimmt Ihre Aussage vielleicht.
Mit direkt meine ich in den LED-Chip schauen, ohne diffuse Verglasung herum.
Da stimme ich Herrn Reichelt zu. Professor Khanh aus Darmstadt hatte mir das vor einigen Wochen genauso beantwortet. Bauern, die Tag aus Tag ein auf dem Feld arbeiten, müssten dann alle Schaden genommen haben….
Ich habe das Gefühl, dass bei jeder neuen Technologie Experten ihre Chance nutzen sich ins Gespräch zu bringen. In den 1950er Jahren hat man festgestellt, dass kurzsichtige Kinder einen deutlich höheren IQ haben – war ich stolz auf meine Brille !