OCENA OSTROŚCI WIDZENIA I ODDAWANIA BARW W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWIETLENIOWYCH

Transkrypt

1 tel. (0-6) fax (0-6) STUDIA NISTACJONARN II STOPNIA wersja z dnia..009 KIRUNK LKTROTCHNIKA SM. Laboratorium PODSTAW TCHNIKI ŚWITLNJ TMAT: OCNA OSTROŚCI WIDZNIA I ODDAWANIA BARW W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWITLNIOWYCH Opracowanie wykonano na podstawie:. Laboratorium z techniki świetlnej (praca zbiorowa pod redakcją Włysława Golika). Skrypt nr 79. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 994.,. W. śagan: Podstawy techniki świetlnej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa J. Bąk, W. Pabjańczyk: Podstawy techniki świetlnej. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź PN-90/-0005 Technika świetlna. Terminologia 5. PN-N 464-:004: Światło i oświetlenie - Oświetlenie miejsc pracy - Część : Miejsca pracy we wnętrzach I. OCNA OSTROŚCI WIDZNIA W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWITLNIOWYCH. PODSTAWOW WIADOMOŚCI Ostrość widzenia jest zdolnością oddzielnego postrzegania przedmiotów, połoŝonych bardzo blisko siebie. Ostrość widzenia określa się odwrotnością wartości (na ogół w minutach kątowych) odległości kątowej między dwoma sąsiującymi przedmiotami (punktami, liniami), które oko moŝe postrzec jeszcze jako przedmioty oddzielne. Na ostrość widzenia wpływają: kontrast luminancji k, wyraŝony wzorem (): k L L o t () L t gdzie: L 0 luminancja obiektu, L t luminancja tła Luminancja jest jedną z podstawowych wielkości w technice świetlnej. Jej odpowiednikiem psychofizycznym jest jaskrawość, czyli właściwość wraŝenia wzrokowego powodująca, Ŝe dana powierzchnia wydaje się wysyłać mniej lub więcej światła. Luminancję moŝna obliczyć ze wzoru (). Iα Iα cd L α S S cos α m gdzie: I α - światłość powierzchni w kierunku α, S pole obserwowanej powierzchni Jednostką luminancji jest kandela na metr kwrat: [cd/m ] () Rys.. Ilustracja definicji luminancji: I α - światłość powierzchni w kierunku α, S pole obserwowanej powierzchni.

2 tel. (0-6) fax (0-6) W praktyce kontrast luminancji związany jest z duŝym współczynnikiem odbicia ρ papieru, na którym naniesiono test (ρ > 0.8) a małym współczynnikiem odbicia testu (ρ < 0.08). ZaleŜność względnej ostrości widzenia od kontrastu luminancji przedstawia rysunek. względna ostrość widzenia y(x-0.05)^ k [%] Rys.. ZaleŜność względnej ostrości widzenia od kontrastu luminancji k. natęŝenie oświetlenia. Im większa wartość natęŝenia oświetlenia w otoczeniu i na obserwowanym obiekcie (w zakresie luminancji, przy których nie występuje olśnienie), tym większa ostrość widzenia. Olśnienie jest to stan procesu widzenia, w którym odczuwa się niewygodę widzenia albo obniŝenie zdolności rozpoznawania przedmiotów lub oba te wraŝenia razem. Olśnienie powstaje w wyniku nmiernej luminancji w polu widzenia lub nmiernego kontrastu w przestrzeni albo czasie. RozróŜnia się olśnienia: przeszkzające, przykre i oślepiające (z punktu widzenia skutków) oraz olśnienia: bezpośrednie, pośrednie i odbiciowe (z punktu widzenia warunków powstawania). aptacja oka do danej wartości luminancji. Adaptacja jest to proces zmian własności narządu wzroku, uzaleŝniony od luminancji i barwy bodźców działających w polu widzenia. WyróŜnia się aptację do jasności i do ciemności. Adaptacja to jasności jest związana z widzeniem fotopowym (dziennym) o poziomach luminancji co najmniej kilku cd/m. Zachodzi bardzo szybko, widmo ma wygląd barwny, a w warunkach tych działają głównie czopki. Adaptacja do ciemności jest widzeniem skotopowym (nocnym) o poziomach luminancji poniŝej kilku setnych cd/m. Zachodzi bardzo powoli, widmo ma wygląd bezbarwny, a w warunkach tych działają głównie pręciki. Widzenie pośrednie (zmierzchowe) jest widzeniem mezopowym. Czopki i pręciki stanowią warstwę światłoczułych receptorów oka (rys. ). Rozmieszczone są na siatkówce, a ich liczba jest rzędu 0 milionów (czopków jest około 7 milionów, reszta to pręciki). Rozmieszczenie tych receptorów jest nierównomierne: czopki występują najliczniej w dołku środkowym, pręciki na pozostałej części siatkówki. W miejscu gdzie włókna nerwowe i naczynia krwionośne łączą się z nerwem wzrokowym, nie ma ani czopków ani pręcików. Jest to tzw. ślepa plamka.

3 tel. (0-6) fax (0-6) Rys.. Przekrój poziomy oka. rogówka, źrenica, komora przednia, 4 tęczówka, 5 ciałko szkliste, 6 soczewka, 7 ciałko rzęskowe, 8 dołek środkowy, 9 plamka ślepa, 0 twardówka, naczyniówka, siatkówka, nerw wzrokowy zjawisko Stilesa Crawforda. Mówi ono, Ŝe dwie wiązki świetlne tego samego rodzaju, pające na sąsiednie miejsca dołka środkowego siatkówki, wywołują róŝne wraŝenie jaskrawości, jeŝeli jedna z nich przeszła przez środek (wraŝenie silniejsze), a druga przez krawędź źrenicy (wraŝenie słabsze). miejsce pobudzenia na siatkówce. Ostrość widzenia nie jest jednakowa na całej siatkówce. Największą ostrością charakteryzuje się tzw. plamka Ŝółta (część środkowa plamki Ŝółtej to dołek środkowy), a w miarę oddalanie się od niej, zarówno w stronę nosową jak i skroniową, ostrość widzenia maleje (rys. 4). Rys. 4. ZaleŜność względnej ostrości widzenia od odległości obrazu przedmiotu obserwacji od dołka środkowego. barwa światła. W przypku niskich wartości natęŝenia oświetlenia na tablicy ze znakami próbnymi ostrość widzenia jest wyŝsza w przypku oświetlenia tablicy krótkofalową częścią widma (światłem niebieskim).

4 tel. (0-6) fax (0-6) PRZBIG ĆWICZNIA W ćwiczeniu naleŝy wyznaczyć zaleŝność względnej liczby poprawnych odczytów znaków próbnych w postaci pierścieni Landolta (rys. 5) umieszczonych na tablicy testowej. Rys. 5. Pierścień Landolta. Pomiarów dokonuje się dla podanych przez prowzącego róŝnych nastaw natęŝenia oświetlenia na tablicy testowej oraz róŝnych poziomów luminancji L ekranu aptacyjnego (proporcjonalnej natęŝenia oświetlenia ekranu aptacyjnego). Schemat stanowiska pomiarowego przedstawia rys. 6. Rys. 6. Schemat stanowiska pomiarowego do bania ostrości widzenia: obserwator, ekran aptacyjny (półkula), źródła światła oświetlające ekran aptacyjny, 4 okienko pomiarowe do obserwacji tablicy testowej, 5 tablica testowa, 6 źródło światła oświetlające tablice testową Pomiar naleŝy rozpocząć po kilkuminutowej aptacji do luminancji L, rozpoczynając od wartości najmniejszych, dla kaŝdego obserwatora indywidualnie, a takŝe zgodnie z poleceniem prowzącego dla widzenia obuocznego lub jednoocznego. Wyniki pomiarów zestawić w załączonej tabeli. Wartości, które naleŝy wpisać do tabeli, to względne poprawne odpowiedzi odczytania testu, np. jeśli na 0 wskazań obserwator odczytał poprawnie 7 znaków to do tabeli wpisujemy wartość 0.7 lub 7/0. Sporządzić wykresy względnej liczby poprawnych odczytów znaków próbnych w funkcji natęŝenia oświetlenia na tablicy testowej przy stałej luminancji aptacji L oraz w funkcji luminancji aptacji L przy stałym natęŝeniu oświetlenia na tablicy testowej. Luminancję ekranu aptacyjnego L obliczyć ze wzoru () mierząc w kilku miejscach na powierzchni ekranu aptacyjnego natęŝenie oświetlenia. Przyjąć współczynnik odbicia strumienia świetlnego powierzchni ekranu aptacyjnego ρ równy 0.8. ρ π L () Wzór () moŝna stosować do obliczania luminancji powierzchni tylko kiedy powierzchnia ta odbija światło w sposób idealnie rozproszony. 4

5 tel. (0-6) fax (0-6) Zestawienie wyników pomiarów ostrości widzenia Grupa: Dzień: Godzina: Ćwiczenie. BADANI OSTROŚCI WIDZNIA W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWITLNIOWYCH Względna liczba poprawnych odczytów znaków próbnych NatęŜenie oświetlenia na tablicy testowej i luminancja aptacyjna L Widzenie obuoczne Lewe oko Prawe oko Obserwator Obserwator Obserwator L [cd/m ] L [cd/m ] L [cd/m ] L [cd/m ] L [cd/m ] L [cd/m ] 5

6 tel. (0-6) fax (0-6) II. OCNA ODDAWANIA BARW W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWITLNIOWYCH I. WPROWADZNI Podstawowe wymagania dotyczące ilościowych i jakościowych parametrów oświetlenia wnętrz zawiera norma PN-N Norma ta określa wymagania oświetleniowe dla miejsc pracy we wnętrzach, które są konieczne dla zapewnienia wydolności i komfortu widzenia. Otoczenie świetlne System oświetlenia wnętrza tworzy otoczenie świetlne, którego parametry decydują o efektywności pracy wzrokowej, samopoczuciu i bezpieczeństwie pracowników. Opisane w normie kryteria oświetleniowe mają na celu zaspokojenie oczekiwań w zakresie: - komfortu widzenia, przy którym pracownicy dobrze się czują, co pośrednio wpływa na wydajność pracy, - wydolności wzrokowej, w wyniku czego pracownicy są zdolni do wykonywania zań wzrokowych, nawet w trudnych warunkach i przez dłuŝsze okresy czasu, - bezpieczeństwa. Główne parametry określające otoczenie świetlne to: - rozkł luminancji, - natęŝenie oświetlenia, - olśnienie, - kierunkowość światła, - oddawanie barw oraz barwa światła, - migotanie światła, - oświetlenie dzienne. Zagnienia dotyczące barwy Cechy jakościowe barwy lamp o świetle białym są charakteryzowane przez: - barwę światła samych źródeł oraz właściwości oddawania barw, które wpływają na barwny wygląd obiektów i oświetlanych osób. Te dwie cechy naleŝy uwzględniać niezaleŝnie. Barwa światła Barwa światła lampy odpowia wyglądowi barwy (chromatyczności) emitowanego światła. Liczbowo parametr ten jest określany przez podanie temperatury barwowej najbliŝszej T CP Barwa światła moŝe być równieŝ opisana zgodnie z określeniami podanymi w tabeli. Tab.. Grupy wraŝenia barwy światła WraŜenie barwy ciepła neutralna chłodna Temperatura barwowa najbliŝsza T CP poniŝej 00 K 00 K 500 K powyŝej 500 K 6

7 tel. (0-6) fax (0-6) Szczególnie duŝe moŝliwości wyboru źródeł o róŝnych barwach dotyczą świetlówek liniowych. PoniŜej podano przykłowy opis asortymentu lamp tego typu produkowanych przez firmę Philips: Wybór barwy światła leŝy w obszarze psychologii, estetyki i oceny tego, co wydaje się naturalne. Wybór zaleŝy od poziomu natęŝenia oświetlenia, kolorystyki pomieszczenia i jego wyposaŝenia, lokalnego klimatu i od spodziewanego efektu oświetleniowego. W klimacie gorącym generalnie preferowana jest chłodniejsza barwa światła, podczas gdy w klimacie chłodnym, preferowana jest cieplejsza barwa światła. Oddawanie barw Dla wydolności wzrokowej i odczucia wygody widzenia oraz dla dobrego samopoczucia waŝne jest, aby barwy otoczenia, przedmiotów oraz ludzkiego ciała wyglądały naturalnie, właściwie i w sposób, który zapewnia atrakcyjny, zdrowy wygląd. Dla obiektywnego określania oddawania barw przez źródła światła został wprowzony ogólny wskaźnik oddawania barw Ra. Maksymalna wartość Ra 00. Wartość ta maleje przy pogarszającej się jakości oddawania barw. Lampy o wskaźniku oddawania barw poniŝej Ra 80 nie powinny być stosowane w pomieszczeniach, w których ludzie pracują lub przebywają przez dłuŝszy okres czasu. Wyjątek stanowią pewne miejsca i/lub rozwiązania (np. oświetlenie oprawami high-bay). NaleŜy jednak w takich przypkach zapewnić oświetlenie o lepszym oddawaniu barw na ustalonych, stale wykorzystywanych stanowiskach pracy oraz wszędzie tam, gdzie barwy bezpieczeństwa muszą być rozpoznawane. 7

8 tel. (0-6) fax (0-6) Minimalne wartości wskaźników oddawania barw Ra dla róŝnych typów wnętrz (obszarów), zań i czynności podano w normie w rozdziale 5. Przykłowe zalecenia dla szkół przedstawiono w poniŝszej tabeli : Tab... Wymagania oświetleniowe - Obiekty edukacyjne Lp. Rodzaj wnętrza, zania lub czynności m lx UGR - R a - Uwagi 6.. Sala lekcyjna Oświetlenie powinno być regulowane 6.. Sala dla nauki wieczornej i nauczania dorosłych Oświetlenie powinno być regulowane 6.. Sala wykłowa Oświetlenie powinno być regulowane 6..4 Tablica Zapobiegać światła odbiciu 6..5 Stół demonstracyjny W salach wykłowych 750 lx 6..6 Pracownie plastyczne Pracownie w szkołach plastycznych T CP 5000 K 6..8 Sale rysunku technicznego Sale zajęć praktycznych i laboratoria Sale do prac ręcznych Nauczanie warsztatowe Sale do zajęć muzycznych Sale do zajęć komputerowych Stanowiska DS pkt.4. NaleŜy zwrócić uwagę na fakt, Ŝe we wszystkich pomieszczeniach wymagane jest dobre lub bardzo dobre (pracownie w szkołach plastycznych) oddawanie barw. Informacje o parametrach związanych z barwą źródeł światła znajdują się na trzonkach lub bańkach źródeł światła: do opisu tych cech stosowany jest trzycyfrowy zapis, w którym pierwsza cyfra oznacza przedział wartości wskaźnika oddawania barw (np. 8 oznacza wartość 80 > Ra 90) a następne dwie cyfry informują o temperaturze barwowej (np. 0 oznacza Tcp około 000K). 8

9 tel. (0-6) fax (0-6) Producenci źródeł światła często zamieszczają w katalogach produktów wykaz preferowanych obszarów zastosowań określonych typów źródeł pod kątem ich barwy. Przykłem moŝe być zestawienie sporządzone przez f-mę Philips: Informacje podane w zestawieniu zalecanych miejsc zastosowań określonych typów świetlówek naleŝy traktować orientacyjnie, poniewaŝ ostateczny efekt zaleŝy od szeregu czynników np. zastosowanej kolorystyki wnętrza, rodzaju wyposaŝenia, indywidualnych preferencji itp. 9

10 tel. (0-6) fax (0-6) II. PRZBIG ĆWICZNIA Dla wybranych przedmiotów barwnych przeprowzić subiektywną ocenę wyglądu ich barwy, przy oświetleniu róŝnymi źródłami światła, wg skali ocen: L.P. Ocena WraŜenie. + Dobre oddawanie barw, atrakcyjny wygląd oświetlanego przedmiotu. +/- Dostateczne oddawanie barw, dobry wygląd oświetlanego przedmiotu. - Złe oddawanie barw, nieatrakcyjny wygląd oświetlanego przedmiotu 4. inna Tabela. Wyniki oceny Rodzaj źródła światła: Rodzaj oświetlanych przedmiotów: Barwy próbek: biały Ŝółty czerwony brązowy niebieski zielony Oświetlane obiekty: Opakowanie dezodorantu Ceramika Owoce : banany mandarynki jabłka Warzywa Inne: III. Wnioski 0