Effective radiant flux for non-image forming effects – is the illuminance and the melanopic irradiance at the eye really the right measure?
Creators: name: Broszio, Kai
name: Knoop, Martine
name: Niedling, Mathias
name: Völker, Stephan
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2018
Subjects: subject: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
subject: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
subject: non-image-forming effects
subject: non-visual effects
subject: light incidence
subject: Human Centric Lighting
subject: spatially resolved measurements
subject: directionality
subject: office lighting
subject: retinal sensitivity
subject: NIF effects
subject: integrative lighting
subject: ipRGC
subject: ipRGC-influenced light responses
subject: IIL

description: Research indicates that intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells are not evenly distributed or evenly sensitive throughout the retina. Still, most research looking into non-image forming (NIF) effects uses an integral measured quantity, illuminance or melanopic weighted irradiance, to represent the amount of light at the participants’ eye level. This paper describes a theoretical approach to define the effective radiant flux for stimulating the ipRGCs, taking into account a spatially resolved sensitivity. Research on retinal sensitivity is scarce and not yet substantial, but the methodology can easily be adopted when areas of specific sensitivity are set. Preliminary results indicate that, with similar vertical illuminances and spectral power distribution, typical office lighting solutions might have a lower NIF effectiveness than settings with higher luminances in the central part of the field of view. This could explain why research on NIF effects is inconclusive, even though reported lighting conditions are similar.
description: Nicht-bildgebende Effekte (eng.: non-image-forming; NIF) von Licht werden nach derzeitigem Forschungsstand hauptsächlich von intrinsisch photosensitiven retinalen Ganglienzellen (eng.: intrinsically photosensitive retinal ganglion cells; ipRGC) hervorgerufen. Ein Zusammenspiel mit Stäbchen und Zapfen wird vermutet, ist aber noch Gegenstand der Forschung. Untersuchungsergebnisse weisen darauf hin, dass die ipRGCs je nach Lage auf der Netzhaut möglicherweise unterschiedlich empfindlich sind. Dennoch verwenden die meisten Forschungsarbeiten in diesem Gebiet eine räumlich integrale Messgröße, die Beleuchtungsstärke oder melanopisch gewichtete Bestrahlungsstärke, um den Lichtreiz an der Augenposition der Probanden zu beschreiben. Dieser Artikel beschreibt einen theoretischen Ansatz zur Ermittlung des effektiven Strahlungsflusses zur Stimulierung der ipRGCs unter Berücksichtigung einer räumlich aufgelösten Empfindlichkeit. Die Forschung zur Empfindlichkeit der ipRGCs in Abhängigkeit der Lage auf der Netzhaut ist spärlich und noch nicht substanziell. Die hier erläuterte Methodik kann leicht auf zukünftige Erkenntnisse angepasst werden, wenn Bereiche mit spezifischer Empfindlichkeit festgelegt wurden. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei ähnlichen vertikalen Beleuchtungsstärken und Spektren typische Bürobeleuchtungslösungen eine geringere Wirksamkeit zum hervorrufen von NIF-Effekten aufweisen könnten als Lichtszenen mit höheren Leuchtdichten im zentralen Teil des Sichtfeldes. Dies könnte erklären, warum die Forschung zu NIF-Effekten bisher nicht schlüssig ist, obwohl die berichteten Beleuchtungsstärken und Spektren ähnlich sind.