Die blendwirkung monochromatischen lichtes auf das menschliche auge

Vision Rer.

Vol. 10, pp. 875-885.

Pergamon

Press

1970.

Printed

in Great

Britain.

DIE BLENDWIRKUNG MONOCHROMATISCHEN AUF DAS MENSCHLICHE AUGE 117

LICHTES

HOR~TKOENIG Berlin, Stellingdamm6, Germany (Received27 Murch 1968)

I. EINLEITUNG

UND AUFGABENSTELLUNG

DIE BLENDUNG ist eine Erscheinung, die sich oft sehr hinderlich auf die Sehleistungsf&igkeit des Auges auswirkt. Grundsatzlich muD man [z.B. nach DE BOER(1959)] zwei Arten der Blendung unterscheiden : die psychologische und die physiologische Blendung. Die psychologische besteht darin, da13 eine VerhaltnismaSig zu starke Lichtquelle auf die Dauer Unbehagen und Ermiidung hervorruft, ohne jedoch sogleich eine mel3bare Herabsetzung der Sehleistung des Auges zu bewirken. Demgegeniiber ist physiologische Blendung die direkte Herabsetzung der Sehfahigkeit durch eine stijrende Lichtquelle. Der Betrag dieser Sehleistungsverminderung ist ein MaB fiir die Blendung. Allein auf diese letztere Art beschrankt sich die folgende Arbeit. Nach RANKE (1952) kann man den Begriff Blendung prlzisieren, indem man von Blendungsverdeckung spricht : Vorher gesehene Dinge kijnnen nicht mehr gesehen werden, wenn eine zusatzliche, im Verhaltnis zu den bestehenden Beleuchtungsverhaltnissen zu starke Lichtquelle hinzutritt. So ist die Blendung von BewuBtseinsinhalt definiert worden; denn eine objektiv-physikalische Bestimmung ware einseitig, da neben physikalischen such biologische Phanomene zur Entstehung der Blendung beitragen. Man kann [nach HOLLADAY(1926), KATZ (1949) u.a.] eine zentrale von einer peripheren Blendwirkung unterscheiden: Erstere besteht in einer Storung des Sehaktes im Gehirn, letztere in einer Adaptationsstijrung in der Netzhaut, einmal physikalisch durch Lichtstreuung in den Augenmedien, so dal3 nicht direkt belichtete Netzhautgebiete doch etwas belichtet werden, zum anderen physiologisch durch Wechselwirkungen zwischen belichteten und unbelichteten Netzhautstellen. Kriterien zur Ermittlung der Blendwirkung sind im allgemeinen die Herabsetzung der Sehscharfe oder der Unterschiedsschwelle. In den klassischen Arbeiten von HOLLADAY (1926) und SCHOUTEN(1939) wurde meist weiBes Blendlicht benutzt oder doch keine Abhangigkeit der Blendwirkung von der spektralen Zusammensetzung des Blendlichts gefunden. Direkte Untersuchungen zur Abhangigkeit von der Wellenlange gibt es nur wenige [z.B. IVANOFF(1947); KATZ (1949); HARTMANN(1960); FLAMANT(1963)]. Diese Arbeiten wurden nach verschiedenen Verfahren und unter sehr unterschiedlichen Versuchsbedingungen durchgefiihrt, so dal3 ihre Ergebnisse nicht untereinander vergleichbar sind. Deshalb wurden neue Untersuchungen unter gut reproduzierbaren Versuchsbedingungen durchgefiihrt. METHODIK A. Prinzip der Messungen Als MaDfiir die Blendwirkung dient die Verlndenmg der Unterschieds schwelle unter dem EinfluD des Blendlichtes. Da das Sehen ein komplexer Vorgang ist, ist es unmiiglich, die Beobachtung unter den natiirlichen Bedingungen des Sehens durchzufiihren, d.h. dem freien Wechselspiel aller beteiligten Faktoren 875

876

Hoasr

KijNIG

[Auftihhmg der Faktoren siehe z.B. SCHOBER (1960)]. Urn Ergebnisse zum Vergleichen ZLIbekommen, darf in jeder Me5serie nur derjenige Faktor geiindert werden, dessen Einftul3 untersucht werden sol], alle andenn Faktoren m&en als Parameter konstant gehalten werden. Bei der Bestirnmung der Abhtigigkeit der Blendung von der Wellenltige ist also insbesondere konstante Inten&& des Blendlichtes notwendig. Die Angabe der Lichtintensitaten kann auf zwei Arten geschenen: in lichttechnischen Einheiten oder in physikalischen Strahlung&nheiten. Die Entscheidung zugunsten der physikalischen ergibt sich aus der Forderung, da0 die Intensittlten in einem eindeutigen, von den veriinderbaren Faktoren unabhlngigen MaB angegeben werden miissen. Zur Darbietung der Lichtreize wird wegen ihrer Vorteile @gentibex dem direkten Anblicken einer Beobachtung&iche die Methode des gerichteten Lichtes (Maxwellsche Beobachtungsart) gewahlt. Mit dieser Methode werden dem Beobachter die zur Dun&f&rung der Messungen benbtigten Lichtreize dareeboten: Das kreisfiirmiae Testfeld blitzt uro Sekunde fiir 0.06 set auf. In konstanten ZeitintervaHlen wird seine Intensitiit logaritl&ch vermindei bis zur Wahmeh&barkeitsgrenze (Sehschwelle). Das Biendfeld erscheint synchron mit dem Testfeld firr 0,l sec. Ea wird ebenfalls impulsfiirmig, aber mit konstanter Intensitgt, dargeboten, damit der eigentlichen Blendwirkung keine. fortschreitende Adaptation iibedagert ist. Die Blickrichtung wird dunzh einen roten Fixierpunkt fstgelegt. Beim Blick in das Okuiar der Meaapparatur sieht der Beobachter dann das in Abb. 1 gezeigte Bild.

Am 1. Aaordnung von Testfbld 1, Blend&Id2, Fixierpmkt 3. B. Die Me#npparatur JZntsprechendden Vem~o~ baa&t dia Appuotur (Abb. 2) aus drci SW. Das Kerns@& ist &r Graukeil GK, und s&ii Or&Be 0, L&&teadii I6’laadsranzflitsr Ii von A=4tIOwerde.nk~.Zur~dwmcm~ 775nm(I_XVI)im~von~om.Imt~~danorthoslcop sich die Austrittsp@k AP, wohin dana dtr BsobldrbrssinAUg8brinet. Lq~-Ok be&den sib der mit &m Tab&g&m gckop@te Bkadbli~ G&/S2 und &c&I& 16 Infr. Der Strah~g Lq,-ok des roten %iequnktas [email protected] Apparatur. C. Die Eichung Dutch die Eichunn sollen den Keilstclluntren der K&e GK, und GK2 bestimmte Hellistkeits- bzw. der Austrittspupille austrete&e Strahlung in A&h&gi#xit van den Stelhmgen der b&en Keile mit einam St&ungaernpf&hger gemegscn. Bei der nur fiir den Blmdstrahkngang notwuadigen subjektiven Eichung ist wegen der untemchiedlichen suektralen Empfindlichkeit der einzelnen Netzha~rte eine elnfache lichttechnische Leuchtdichtcbgtimn&g nicht a&eichend, es wird de&&b die Methode der F%nmerphotometrie benutzt. So bekommt das Blendlkht alkr WelknE@ea gkiche H&i&it wie ein wei& VergkichsFoldder EchttMmkch ganarwnen wwdmi tit m&s Bmbachtem durch@&t. In Abb. 3 ist fur Lcuchtdkbta sp = 500 c#lIP. Di Beobachtcr R die ICcilmHw gkd@m lWl&k& in Abh&ag&eit von der Exzentrizit&t f”r dii Wellenlilngen A-425-675 nm (II-Xii) dargestollt.

Die Blendwirkung

4 F,K,L,

TF

GK,

monochromatischen

L3

4

Lichtes auf das menschliche

L4

I,

SF:

877

Auge

GElOk AP

L,

AJ%B.2. Der Strahlengang: AP-Austrittspupille; B,, &-Blenden; BF-Blendfeld; F,, FzWarmeschutztilter; FP-Fixierpunkt; GB-Gesichtsfeldblende; GKI, GK2--Graukeile; I,, I,Interferetilter; K,. . .&-Kondensoren; Lt.. . &--Linsen; f.q, . . .LqJ-Lichtquellen; OkOkular; RF-Rotfilter; S,, &-Sektorscheiben; S’,, Sp,--Spiegel; TF-Testfeld.

1 0

I 5

I 10

Exrentriztbt,

I 15

mm

ABB. 3. Subjektive Eichkurven (Beob. R).

Die objektive Eichung geschah mit einem Vakuum-Thermoelement der gemessenen Strahlungsleistung 4 errechnet sich die Strahlungsdichte

in Kompensationsschaltung. zu

Aus

BE----- 9 rfz sirPa ft=EmpWngerfItiche da ThermoeJements=GriiB der Austrittspupille AP a=halber t)ffnungswinkel des Lichtkegels. Die Darstellung des Logarithmus der Strahlungsdichte i5J[H’my2 sr-l] in Abh;ingigkeit stellung K ergibt Geraden : IgB=A.K+C

von der Keil

HORSTK~NIG

878

Aus den zu den Keilstellungen kr gehijrigen MeBwerten a, far ig B Iii& sich A berechnen: A = n Catkl - Catk, n %k:) - Fk# Abb. 4 zeigt als B&pie1 die Eichgemden fiir das Testfeld.

-f-

-4-

250

300

350

400

450

0 In dererstenGmppewid w&m+&

wie~0~~ B&uilkzht, das bci a&n gkiche H&&keit hat, die Untem&e&chwclie heciz@uSt, wcm ftir das Testfekl bemtzt wird. (II) Aul3crdam wird die Wirkung mmochromatiachtm Nemilichtes gkxk%erHell&k& emittclt, wean das Tcstfeld nicht weiD, so&em ebmfalls mono&romatiach und von glaicher WeUenl&ga wie das Blandfeld ist.

Als GtiBan fiir Testfeld und Bkndfa wamn UT= 35’ und u, -4”18’a&J8@5w~two~InjadardsrQei MelQruppen wurdcn drci Stalhmttmi &a 3knd@dee tit fUnf Testfeldlagen kombhiert(Abb. 6): (1). a,==tY ;=13* 4’ n(l), 6’ 37’ n(Z) (2). 6,=3” 19’ n;=13=’ 4’ a(l), 6” 37’ n(2), 2S’r(3), 1” #t(4), 6’ 37’t(S) (3). 4=9” 52’ n;=13” 4’ a(l), 6” 37’ a(2), 2S’t(3), 1” 40’ t(4), 6’ 37’ t(5). Die Versuchc wurdan mit vim Baobachtem durchg&hrt, die erhaltcnan Schwalkmurta sind MittaJvmpta aus je 5 Eim&nessungen.

Die Blendwirkung

monochromatischen

m

819

\

I -

Lichtes auf das menschliche Auge

I

‘400

I

I

I 600

xB,

nm

500

I

1 700

I

ABB. 5. Vergleich von Blendlicht gleicher Helligkeit und gleicher Strahhmgsleistung.

I

2

34

5

ABB. 6. Die Lagen von Blend- und Testfeld in den drei Gruppen.

Die Ergebnisse der ersten Gruppe sind fur die vier Beobachter in Abb. 7-10 dargestellt. Bei der Betrachtung der Kurven sieht man, daB bei fovealer Blendung (8,=0”) kurzwelliges Licht eine stlrkere Blendwirkung auf die periphere Netzhaut (1 und 2) austibt als langwelliges. Befindet sich das Blendfeld auBerhalb der Fovea, jedoch nicht zu weit von ihr entfemt (9,=3” 19’ n). so sieht man, daR auf die Peripherie langwelliges Licht wiederum am wenigsten blendet. Mit abnehmender Wellenllnge steigt die Blendung und hat bei hs ~475 run ein Maximum. Die Blendwirkung auf die Fovea (3) zeigt ein Minimum in der Mitte des Spektrums. Weit peripheres Blendlicht (8,=9’ 52’ n) wirkt iihnlich, zeigt aber als Besonderheit bei der Lage des Testfeldes zwischen Blendfeld und Fovea (2) einen Anstieg der Blendwirkung von kurzwelligen zum langwelligen Bereich. Die Kurven aller vier Beobachter zeigen einen im wesentlichen iibereinstimmenden Verlauf. In der zweiten Gruppe bedeutet der Ausdruck lg (&,/&,) die Differenz der spektralen Empfindlichkeitskurven mit und ohne Blendung, da das Testfeld nicht mehr weil3, sondem monochromatisch ist. Mit Blendlicht zeigen sie eine Anhebung zu grii&ren Strahlungsdichten und daneben alle nichtfovealen Kurven eine Verschiebung des Minimums zu grii&ren Wellenllngen in Vergleich zu den Kurven ohne Blendlicht. Das ist ein Ausdruck der helladaptierenden Wirkung des Blendlichtes. In Abb. 11 sind nur die Blendkurven fur den Beobachter K. gezeichnet, da sich fiir die anderen Beobachter wieder ein im wesentlichen gleicher Verlauf ergibt. Die Kurven sind die gratisch gebildete Differenz der spektralen Empfindlichkeitskurven mit und ohne Blendung, die eingezeichneten Punkte sind dagegen die errechneten Differenzen der jeweiligen MeBwerte. Es zeigt sich keine wesentlich andere Tendenz als fur wei5es Testlicht, aber der Anstieg der Blendung bei kurzen Wellenllngen ist stlrker, und das Minimum der Blendwirkung auf die Fovea bei X= 550-575 nm ist im Betrag gesunken, so daB sich also die Extrema verstlrkt haben. In der dritten Gruppe ist das Blendlicht vom Beobachter unabhlngig und hat ein Strahlungsdichteniveau von B=l Wm-2sr-‘. Die spektralen Empfindlichkeitskurven zeigen fur periphere Gebiete unter dem EinfluB dieses Blendlichtes nur noch geringe Wellenllngenabh?mgigkeit. Das auffallendste an den Blendkurven in Abb. 12 (als Beispiel wieder nur Beob. K) ist, da5 jetzt such die Kurve fur foveales Testfeld (3) ein Maximum bei X=550 nm zeigt, im extrafovealen Bereich liegt das Maximum bei h=475-525 nm.

880

HORST K&MG

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600

nm

mit Blwdticht gl&k W&kejt uad w&km Testfad firt‘ die BitndfekW&tqcn S,==W, 3” 19’ n, 9’ 52 it und d# Ta .6~=13’ 4’ n(l),6’ 3f’ n(2). 25’f(3), 1”40’ t(4),6’ 37”t(3). Bcobachtcr N, R. E, K.

Am. 8. Siehe Abb. 7.

,

Die Blendwirkung

0 7-

monochromatischen

881

Lichtes auf das menschliche Auge

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ABB. 9. Siehe Abb. I.

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ABB, 10. Siehe Abb. 7.

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11. Blendkurven mit Mendli~ht @&her H&i&it und moaochromatischem Testfeld fiir die drei Blend- und fbf T~tfckistelhmgen. 3eobachtcr K.

ea= 3?9’n

0 A,

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A , nm

Aee. 12. Blandkurvcn mit B&&G&t okifher Testfbld Furdii drci Blend- ad f&f Tastlddstellua~.

1

A ,

und rn~~~ Beobachtw K.

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700

Die Blendwirkung

monochromatischen

Lichtes auf das menschliche

Auge

883

Fiir das Gebiet A> 6.50 nm, in dem das “Blendhcht” nur noch geringe subjektive Helligkeit hat, zeigt sich die bekannte wahmehmungsfordemde Wirkung eines zus%tzlich dargebotenen Lichtreizes geeigneter Helligkeit [siehe z.B. LE GRAND (1949)]. Die Blendkurven after Gruppen zeigen, da8 die Fovea im ahgemeinen eine geringere Blendempfindlichkeit besitzt als die Peripherie.

BETRACHTUNG

DER ERGEBNISSE

Die erhaltenen Blen~urven erfassen nur eine Minderheit aller Variationen zur Erzeugung einer Blendwirkung und erlauben deshalb nicht die Aufstellung einer Theorie der Blendung. Sie geben such keine Moglichkeit zu einer Entscheidung zwischen den leider oft recht einseitig vertretenen Auffassungen der Blendung : der Streulichtauffassung und der Auffassung als zentralnerv6se St6rung. Solche Bem~hungen urn Entscheidung sind such wenig sinnvoll, da die Blendung ein komplexer Vorgang ist, bei dem viele Faktoren zusammenspielen. Man kann deshalb sagen, da0 die Ursachen der Wellenlangenabhangigkeit der Blendwirkung sowohl in der mit abnehmender Wellenllnge stark zunehmenden Streuung des Blendlichtes in den Augenmedien als such in der unterschiedlichen Beein~u~barkeit des Testfelderwahrnehmungsvorganges von der Netzhaut bis zum Gehirn durch die verschiedenen Wellenlangen des Blendlichtes zu suchen sind. In beiden F?illen tragen die Unterschiede der spektralen Empfindlichkeit von Blend- und Testort sehr wesentlich zum Verlauf der Blendkurven bei. Das Zusammenspiel aller Faktoren ist aus der sehr beschrankten Mannigfaltigkeit der Messungen jedoch nicht zu klaren. Die Bedeutung der Blendkurven liegt deshalb zunlchst im Auffinden ihres Verlaufs. Bei Blendlicht gleicher Helligkeit kann die Kenntnis des Minimums fiir foveale Teste im bin-gelben Bereich (h x 550 nm) und des Maximums fiir periphere Teste im Blau-Griinen (A==475 nm} praktische Bedeutung haben ftir Aufgabenstellungen, bei denen eine Stijrung durch Blendung vermieden oder herabgesetzt werden ~011.Die fovealen Kurven (3) bei weiDem und monochromatischem Testlicht (Abb. 7-11) zeigen eine gute ubereinstimmung mit den Angaben IVANOFFS (1947), da8 der gelbe Spektralbereich am wenigsten blendet und such am wenigsten durch Blendung gestiirt wird. Bei Blendung mit Blendlicht gleicher Strahlungsleistung (Abb. 12) ist die Analogie zwischen der Lage der Maxima der Blendempfindlichkeit und den Extrema der Absolutemp~ndlichkeitskurven sehr deutlich.

FEHLERBETRACHTUNG

Die Vielzahl der miiglichen Fehlerquellen kann man in zwei Gruppen teilen: (1) Fehler aus der Eichung: bei der objektiven Eichung Fehler bei der Strahlungsmessung, bei der subjektiven Eichung Fehler durch Unsicherheit in der Entscheidungsfahigkeit des Auges in Schwellenbereichen. (2) Fehler bei den Unterschiedsschwellenmessungen durch Entscheidungsunsicherheit und Empfindlichkeitsschwankungen durch Ermiidung und schwankende Aufmerksamkeit der Beobachter. Eine Rechnung ergibt fur die Fehler der Blendkurven mit B&B,, = 3~0,05. Bei den Blendkurven mit monochromatischem A lg B,,IB,, abhlngigvon lg Bs,JBsound steigt von A lg Bs,/Bs, = auf &0,22 bei 2,0. Die Fe~ler~trachtung zeigt, dal3 die Extrema halb der Fehlergrenzen liegen.

weil3em Testlicht A lg Testlicht ist der Fehler f0,15 bei lg Bs,/Bso = 0 der Blendku~en auSer-

884

Hoasr

KijNlCi

-Die Arbeit wurde am Institut fiir Optik und Spektroskopie der Deutschen Akademie der DU?lkS&lglU&X Wissenschaften au Berlin, Direktor Prof. Dr. R. RXTSXL, im Ralunen einer Aspirantur durchgefiihrt. Mein Dank gilt Hen-n Prof. Dr. K. IQ&NE, Jena, fiir die wisserwhaftliche Betreuung der Arbeit sowie Frau Dr. A. IQxH, Jeua, und Herrn Dr. H. GMT, Mihxehen, ftir anregende ~~i~nen. Nicht ruletat gilt mein Dank Frau B. N F2HRLINGfiir die Mitarbeit b&m Zustandekommen der Arbeit undatlen Mitarheiterr. -~.-________) die durch ihre Hilfe als Beobachter oder Versuchsleiter sowie beim Rau der Apparatur die Albeit unterstiitzt haben: den Damen K. GERICKE,G. ODWALD, J. RDJTERund den Herren K.-E. ELONER,G. FENSICE, P. HEIN, K. MAIZE und H. T~ELE.

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Die Blendwirkung

monochromatischen

Lichtes auf das menschliche Auge

Messungen, die von vier Beobachtem ausgeftihrt wurden, umfassen drei Gruppen: In der ersten war das Testlicht weiD, in der zweiten von gleicher Farbe wie das Blendlicht. In beiden Fallen wurden Blendlichter gleicher Hellingkeit benutzt, in der dritten Gruppe Blendlichter gleicher Strahhmgsdichte. Die Differenzen der Strahlungsdichtelogarithmen fur die Sehschwellen mit und ohne Blendung wurden als Funktion der Wellenllnge dargestellt und die erhaltenen Ergebnisse diskutiert.

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