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Hintergrund: Laser-Illuminationen von Luftfahrzeugen sind nach wie vor ein Problem im nationalen und internationalen Luftverkehr und machen einen effektiven Schutz von Piloten und mitfliegendem Personal erforderlich. Die bislang von der Bundeswehr genutzten Schutzbrillen halten den aktuellen Anforderungen in Bezug auf Schutzumfang und Sehvermögen insbesondere von Militärpiloten nicht mehr stand. Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit der visuellen und operationellen Testung einer in Zusammenarbeit mit der Industrie entwickelten, zeitgemäßen Laserschutzbrille für das fliegende Personal der Bundeswehr.
Methodik: Ausgehend von den optophysikalischen Eigenschaften kommerziell erhältlicher Laserschutzbrillen wurde ein Beschichtungsverfahren entwickelt, das in Kombination mit Farbstoffen eine Blockade von Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen im sichtbaren und unsichtbaren Bereich des Lichtspektrums erlaubt. Die gewonnenen Sperrfilter wurden solange modifiziert, bis der gewünschte Blockadeeffekt erreicht war und in die ersten Prototypen implementiert werden konnte. Die Kompatibilität mit den visuellen Anforderungen an das fliegende Personal der Bundeswehr wurde am Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Bundeswehr überprüft. Die Prüfung umfasste die Testung von Sehschärfe, Farbdiskriminierung, Kontrastsehvermögen und subjektivem Sehkomfort. Die Entwicklung der Brille erfolgte durch die Firma ESG in Fürstenfeldbruck unter Fachaufsicht durch das Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw) und Hinzuziehung der operationellen Expertise von Testpiloten der Wehrtechnischen Dienststelle (WTD) 61 in Manching und der Piloten der Einsatzprüfung aus Fritzlar.
Ergebnisse: Simultane Blockade dreier Wellenlängen nach dem RGB-Schema führte zu akzeptablen Visuswerten unter weitgehender Erhaltung des Farbdifferenzierungsvermögens in allen drei Farbräumen. Die relative Änderung der AQ-Werte betrug je nach Transmission und Schutzstufe 14–15 % im deuteranomalen und 10–38 % im protanomalen Bereich. Die Irrtumswahrscheinlichkeit bei der Farbdiskriminierung lag bei 4–9 % unter photopischen und 19–32 % unter skotopischen Bedingungen.
Im Gegensatz zur Selektivblockade in herkömmlichen Schutzbrillen resultierte ein Sättigungsverlust von ca. 30 % sowie eine Kontrastreduktion um ca. 25 %. Additive Blockade von UV-A, UV-B und Nah-Infrarot hatte keinerlei Auswirkungen auf Visus und Farbsehvermögen der getesteten Probanden.
Diskussion und Folgerungen: Unsere Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, Laserschutzbrillen zu designen, die einen effektiven Simultanschutz in 3 sichtbaren und 3 unsichtbaren Wellenlängenbereichen aufweisen, ohne dass visuelle Perzeption und Farbsehvermögen flugsicherheitsrelevant beeinträchtigt werden. Die Steigerung von Farbsättigung und Kontrastschärfe wird neben der Erhöhung der Schutzstufe das Ziel weiterer Forschungen sein. Der hier entwickelte Prototyp wurde von der WTD 61 im Januar 2022 abschließend getestet. Die Freigabe durch BAAINBw ist bereits erfolgt, so dass die Schutzbrille vorbehaltlich der noch ausstehenden Zertifizierung ab dem 3. Quartal 2022 als serienreifes Endprodukt zur Verfügung stehen sollte.
Background: Laser illumination of aircraft continues to constitute a problem in national and international air traffic, requiring effective protection measures for pilots and accompanying personnel. The protective glasses used by the German Air Force to date, do not meet current requirements in terms of visual demands and extent of protection, especially for military pilots. The present study addresses the visual and operational testing of a contemporary laser protection eyewear for flying personnel, developed in cooperation with industry.
Methods: Based on the optophysical properties of commercially available laser protection glasses, a combined dye and coating process was developed allowing simultaneous blocking of laser irradiation at different wavelengths in visible and invisible ranges of the light spectrum. The referring filters were modified until the desired attenuation was achieved and the first prototype could be provided. Compatibility with visual requirements for flying personnel was verified at the German Air Force Centre of Aerospace Medicine; testing included visual acuity, color discrimination, contrast sensitivity, and subjective visual comfort. Glasses were developed by ESG Inc., Fuerstenfeldbruck, with involvement of test pilots from the Bundeswehr Test Facility 61 in Manching, mission pilots from Fritzlar, and under expert supervision of the Federal Office of Bundeswehr Equipment, Information Technology and In-Service Support (BAAINBw) in Koblenz.
Results: Simultaneous blocking of three wavelengths in RGB mode resulted in acceptable visual acuity values while largely maintaining color discrimination in all 3 color spaces. The relative change in AQ values was 14–15 % in the deuteranomal and 10–38 % in the protanomal range, depending on transmission and protection level. The probability of error in color discrimination was 4–9 % under photopic and 19–32 % under mesopic conditions. In contrast to selective attenuation in conventional devices, this resulted in a saturation loss of about 30 % and a contrast reduction of about 25 %. Additive blocking of UV-A, UV-B and Near-Infrared did not introduce any effect on visual acuity and color vision of tested study subjects.
Discussion and conclusions: Our results show that it is technically possible to design laser safety eyewear that provides effective protection in three visible and three invisible wavelength bands without compromising visual perception and color vision relevant to flight safety. Increasing color saturation and contrast sensitivity will be subject to further research, along with increasing levels of protection. The prototype developed here is expected to be available for distribution from the third quarter of 2022, following final testing by WTD 64 and operational approval by BAAINBw.