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Physiologische Effekte bei PMW-gesteuerter LED-Beleuchtung im Automobil

Polin, Dmitrij (2014):
Physiologische Effekte bei PMW-gesteuerter LED-Beleuchtung im Automobil.
In: FAT-Schriftenreihe, (270), Berlin, Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT), ISSN 2192-7863, [Report]

Abstract

Die bisher vorliegenden Studien ueber die Wahrnehmung von Flimmern lassen die Schlussfolgerung zu, dass moduliertes Licht mit diversen koerperlichen Reaktionen in Verbindung stehen kann. In drei Experimentreihen wird die indirekte Flimmerwahrnehmung bei pulsweitenmodulierter (PWM) Kfz-Frontbeleuchtung auf Basis von LEDs hinsichtlich der Einflussfaktoren und Konsequenzen untersucht. Im ersten Experiment wird der Einfluss des PWM-Signals auf die Wahrnehmung des Stroboskopeffekts in einem Bueroraum untersucht. Hinsichtlich der Uebertragbarkeit auf PWM-gedimmte Kfz-Frontscheinwerfer ist anzunehmen, dass aufgrund der sehr hohen Winkelgeschwindigkeiten, bei denen der durch eine schnelle Objektbewegung verursachte Stroboskopeffekt auftritt, dieser im Strassenverkehr bei niedrigen PWM-Frequenzen von 100 Hz nicht erscheinen wird. Im zweiten Experiment wird der Einfluss der PWM-gedimmten Frontscheinwerfer auf das Auftreten des Perlschnureffektes im realen Strassenverkehr untersucht. Dieser tritt vor allem auf stark reflektierenden Objekten wie Verkehrsschildern und Reflektoren an Leitpfosten auf. In der Stadt ist der Perlschnureffekt aufgrund hoher Umgebungsleuchtdichte praktisch nicht wahrnehmbar. Auf Autobahnen befinden sich die Leitpfosten peripher, sodass sie kaum im zentralen Gesichtsfeld erscheinen. An den meist grossen Autobahnschildern ist der Perlschnureffekt aufgrund ihrer Groesse kaum wahrnehmbar. Nur an engen kurvigen Landstrassen mit vielen Leitpfosten ist die Wahrscheinlichkeit gross, den Perlschnureffekt hervorzurufen. Die Ergebnisse der Fahrversuche mit Probanden zeigen deutlich, dass der Perlschnureffekt beim normalen Blickverhalten und bei in der Kfz-Beleuchtung ueblichen Frequenzen von 100 Hz und 200 Hz nicht wahrnehmbar ist. Die Situationen, in denen dieser Effekt auftritt, werden von Testpersonen als nicht sicherheitskritisch eingestuft. Das dritte Experiment beschaeftigt sich mit der Frage, inwieweit sich Ergebnisse aus Laboruntersuchungen auf die Situation im naechtlichen Strassenverkehr uebertragen lassen. Die Ergebnisse aus Laboruntersuchungen weisen gleiche Einflussparameter und Tendenzen auf. Die Abweichungen in den absoluten Werten lassen sich dadurch erklaeren, dass sich die Lichtverteilung in der Laboruntersuchung von der Lichtverteilung der LED-Scheinwerfer unterscheidet. Es ist allerdings ersichtlich, dass sich der Einfluss einer Nebenaufgabe in beiden Untersuchungen (in Fahrtests die Fahrzeugfuehrung, in der Laboruntersuchung die schnelle Augenbewegung zur Erkennung der LED-Farbe) auf die Reduktion des Perlschnureffektes positiv auswirkt. Des Weiteren ist der Perlschnureffekt in beiden Experimenten fuer die meisten Personen bei gewoehnlichen Augenbewegungen nicht auffaellig. So nahmen ihn die Testpersonen in der Laboruntersuchung beim Einstellen und Bewerten der Helligkeit unter PWM-gedimmten Beleuchtung nicht wahr. Genauso wie die Fahrer ihn nicht bemerkten bei der Fahrt zu der Teststrecke. Abschliessend wird darauf hingewiesen, dass einige Menschen besonders sensibel auf gepulstes Licht reagieren. Daher ist anzunehmen, dass ein gewisser Bevoelkerungsanteil den Perlschnureffekt aussergewoehnlich stark wahrnimmt und damit die Effekte noch staerker ausfallen. Daher sollten zukuenftige Untersuchungen verstaerkt der Frage nachgehen, mit welchen gesundheitlichen Risiken PWM-gedimmte LED-Beleuchtung einhergeht und dabei insbesondere pruefen, welche Modulationsfrequenzen als im Betrieb unbedenklich und sicher angesehen werden koennen.

Item Type: Report
Erschienen: 2014
Creators: Polin, Dmitrij
Title: Physiologische Effekte bei PMW-gesteuerter LED-Beleuchtung im Automobil
Language: German
Abstract:

Die bisher vorliegenden Studien ueber die Wahrnehmung von Flimmern lassen die Schlussfolgerung zu, dass moduliertes Licht mit diversen koerperlichen Reaktionen in Verbindung stehen kann. In drei Experimentreihen wird die indirekte Flimmerwahrnehmung bei pulsweitenmodulierter (PWM) Kfz-Frontbeleuchtung auf Basis von LEDs hinsichtlich der Einflussfaktoren und Konsequenzen untersucht. Im ersten Experiment wird der Einfluss des PWM-Signals auf die Wahrnehmung des Stroboskopeffekts in einem Bueroraum untersucht. Hinsichtlich der Uebertragbarkeit auf PWM-gedimmte Kfz-Frontscheinwerfer ist anzunehmen, dass aufgrund der sehr hohen Winkelgeschwindigkeiten, bei denen der durch eine schnelle Objektbewegung verursachte Stroboskopeffekt auftritt, dieser im Strassenverkehr bei niedrigen PWM-Frequenzen von 100 Hz nicht erscheinen wird. Im zweiten Experiment wird der Einfluss der PWM-gedimmten Frontscheinwerfer auf das Auftreten des Perlschnureffektes im realen Strassenverkehr untersucht. Dieser tritt vor allem auf stark reflektierenden Objekten wie Verkehrsschildern und Reflektoren an Leitpfosten auf. In der Stadt ist der Perlschnureffekt aufgrund hoher Umgebungsleuchtdichte praktisch nicht wahrnehmbar. Auf Autobahnen befinden sich die Leitpfosten peripher, sodass sie kaum im zentralen Gesichtsfeld erscheinen. An den meist grossen Autobahnschildern ist der Perlschnureffekt aufgrund ihrer Groesse kaum wahrnehmbar. Nur an engen kurvigen Landstrassen mit vielen Leitpfosten ist die Wahrscheinlichkeit gross, den Perlschnureffekt hervorzurufen. Die Ergebnisse der Fahrversuche mit Probanden zeigen deutlich, dass der Perlschnureffekt beim normalen Blickverhalten und bei in der Kfz-Beleuchtung ueblichen Frequenzen von 100 Hz und 200 Hz nicht wahrnehmbar ist. Die Situationen, in denen dieser Effekt auftritt, werden von Testpersonen als nicht sicherheitskritisch eingestuft. Das dritte Experiment beschaeftigt sich mit der Frage, inwieweit sich Ergebnisse aus Laboruntersuchungen auf die Situation im naechtlichen Strassenverkehr uebertragen lassen. Die Ergebnisse aus Laboruntersuchungen weisen gleiche Einflussparameter und Tendenzen auf. Die Abweichungen in den absoluten Werten lassen sich dadurch erklaeren, dass sich die Lichtverteilung in der Laboruntersuchung von der Lichtverteilung der LED-Scheinwerfer unterscheidet. Es ist allerdings ersichtlich, dass sich der Einfluss einer Nebenaufgabe in beiden Untersuchungen (in Fahrtests die Fahrzeugfuehrung, in der Laboruntersuchung die schnelle Augenbewegung zur Erkennung der LED-Farbe) auf die Reduktion des Perlschnureffektes positiv auswirkt. Des Weiteren ist der Perlschnureffekt in beiden Experimenten fuer die meisten Personen bei gewoehnlichen Augenbewegungen nicht auffaellig. So nahmen ihn die Testpersonen in der Laboruntersuchung beim Einstellen und Bewerten der Helligkeit unter PWM-gedimmten Beleuchtung nicht wahr. Genauso wie die Fahrer ihn nicht bemerkten bei der Fahrt zu der Teststrecke. Abschliessend wird darauf hingewiesen, dass einige Menschen besonders sensibel auf gepulstes Licht reagieren. Daher ist anzunehmen, dass ein gewisser Bevoelkerungsanteil den Perlschnureffekt aussergewoehnlich stark wahrnimmt und damit die Effekte noch staerker ausfallen. Daher sollten zukuenftige Untersuchungen verstaerkt der Frage nachgehen, mit welchen gesundheitlichen Risiken PWM-gedimmte LED-Beleuchtung einhergeht und dabei insbesondere pruefen, welche Modulationsfrequenzen als im Betrieb unbedenklich und sicher angesehen werden koennen.

Series Name: FAT-Schriftenreihe
Number: 270
Place of Publication: Berlin
Publisher: Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT)
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Light Technology
Date Deposited: 20 Dec 2018 14:07
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