Techniki świetlne. Wykład 1. Promieniowanie elektromagnetyczne; podstawowe pojęcia, wielkości i jednostki techniki świetlnej; oko i widzenie

Transkrypt

1 Techniki świetlne Wykład 1 Promieniowanie elektromagnetyczne; podstawowe pojęcia, ; oko i widzenie Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej Miejsce konsultacji: pokój 18/11 bud. A-1

2 Podstawowe pojęcia Radiometria dział fizyki i metrologii zajmujący się ilościowymi pomiarami energii promieniowania i wielkości fizycznych z nią związanych. Zbliżoną dziedziną jest fotometria, która również zajmuje się pomiarami energii promieniowania, ale jedynie w aspekcie wpływu na wrażenia wzrokowe w oku ludzkim (z uwzględnieniem czułości spektralnej oka). Technika świetlna to dziedzina nauki i techniki zajmująca się zagadnieniami wytwarzania światła, formowania rozsyłu światła w przestrzeni, mierzenia światła i barwy oraz stosowania światła w celu oświetlania.

3 Podstawowe pojęcia Promieniowanie (radiacja) zjawisko wysyłania lub przenoszenia energii za pomocą fal elektromagnetycznych. Rodzaje promieniowania: - Cieplne (termiczne, temperaturowe, inkadescentne) źródłem są ciała rozgrzane do określonej temperatury; - Luminescencyjne (w tym: chemiluminescencja, elektroluminescencja, fotoluminescencja, sonoluminescencja, termoluminescencja, tryboluminescencja) następstwo przejścia atomu lub cząsteczki z wyższego do niższego stanu energetycznego.

4 Podstawowe pojęcia Prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych wynosi w próżni: c=2, m/s A w powietrzu praktycznie tyle samo Cechą charakterystyczną promieniowania jest długość fali lub jej częstotliwość f, związane ze sobą przed prędkość: =c/f I, choć wielkością niezmienniczą jest częstotliwość, częściej używa się długości, wyrażanej w nanometrach bądź mikrometrach!

5 Podstawowe pojęcia Źródła światła mogą promieniować jako: - monochromatyczne; - heterochromatyczne; - ciągłe. Rozkład widmowy danego źródła to zależność określonej cechy ilościowej (najczęściej mocy, ale też strumienia itp.) od długości fali.

6 Parametry energetyczne charakteryzujące promieniowanie elektromagnetyczne Każdy rodzaj promieniowania elektromagnetycznego niesie ze sobą pewną energię, związaną z mocą źródła tego promieniowania. PRZYPOMNIENIE?! Ilość energii promienistej Q ilość energii wysłanej przez źródło. [J] Gęstość widmowa energii Q ilość energii wypromieniowywanej przez źródło dla danej długości fali: Q dq d

7 Parametry energetyczne charakteryzujące promieniowanie elektromagnetyczne Moc promienista P moc przenoszona lub dostarczona przez promieniowanie. Tożsamym pojęciem jest strumień energetyczny e : P e dq dt Jednostką jest wat [W]. Moc promienista może być obliczona jako suma (całka) widmowych gęstości mocy tworzących rozkład widmowy promieniowania: e 0 e d

8 Parametry energetyczne charakteryzujące promieniowanie elektromagnetyczne Mocy promienistej nie należy utożsamiać z mocą źródła światła ta ostatnia to moc pobierana (dostarczana do źródła, np. w postaci energii elektrycznej), a zwykle część mocy jest przez źródło tracona! Sprawność źródła promieniowania to iloraz mocy wypromieniowanej przez to źródło do mocy przez nie pobranej: e P

9 Parametry energetyczne charakteryzujące promieniowanie elektromagnetyczne Energia promienista może być w tym samym czasie wysyłana w różnych kierunkach przestrzeni przez źródło. Natężenie promieniowania I e charakteryzuje gęstość kątową strumienia energetycznego w określonym kierunku przestrzeni: I e d e d Analogicznie jak poprzednio, można wprowadzić monochromatyczne natężenie promieniowania: I e, di e d [W/sr]

10 Parametry energetyczne charakteryzujące promieniowanie elektromagnetyczne Promieniujące źródło rozciągłe może mieć różną moc w różnych punktach swojej powierzchni. Egzytancja energetyczna M e charakteryzuje gęstość powierzchniową strumienia energetycznego: M e d ds I znowu, można wprowadzić monochromatyczną gęstość powierzchniową mocy (monochromatyczną egzytancję): M e e, dm e d [W/m 2 ]

11 Parametry energetyczne charakteryzujące promieniowanie elektromagnetyczne Najogólniej: promieniujące źródło rozciągłe może też promieniować różnie z różnych fragmentów powierzchni i w różnych kątach bryłowych. Luminancja energetyczna L e charakteryzuje stosunek natężenia promieniowania I e do (pozornej wielkości) powierzchni promieniującej: L e die ds' [W/(sr m 2 )] I znowu, można wprowadzić monochromatyczną luminancję energetyczną: L e, dle d

12 Parametry energetyczne charakteryzujące promieniowanie elektromagnetyczne Oprócz wielkości charakteryzujących źródło, często interesuje nas opis ilościowy promieniowania, padającego na oświetlaną powierzchnię (detektor). Natężenie napromienienia E e opisuje wielkość strumienia energetycznego padającego na napromieniowywaną powierzchnię: E Analogicznie, można wprowadzić monochromatyczne natężenie napromienienia: e E d da e, e dee d [W/m 2 ]

13 Promieniowanie elektromagnetyczne, obejmujące całe spektrum długości fal, w poszczególnych swych zakresach w różny sposób oddziałuje na człowieka. ciepło światło stymulacja różnych funkcji życiowych Opis ilościowych cech promieniowania nie może być w pełni podstawą rozróżniania i wartościowania efektów jego działania w poszczególnych zakresach promieniowania elektromagnetycznego!

14 Specyfika narządów ludzkich zmysłów powoduje, że informacja energetyczna o promieniowaniu niewiele powie o efekcie, jakie to promieniowanie wywoła u człowieka. PRZYKŁAD: Natężenie napromienienia danej powierzchni wynosi 100 W/m 2. Co wiadomo? NIC. Ani efektu, jakie to promieniowanie wywoła (światło? ciepło? ciężka choroba? wzruszenie ramion?) Ani informacji o intensywności tego efektu (oślepi? spali? nikt nic nie zauważy?)

15 Skuteczność wywoływania wrażeń świetlnych przez promieniowanie elektromagnetyczne?! FAKT 1: Oko człowieka jest wrażliwe na promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu 380 do 780 nm. FAKT 2: Rozkład intensywności wrażeń wywoływanych w oku przez poszczególne długości fali jest różny. WNIOSEK: Skuteczność wywoływania wrażeń (świetlnych) przez promieniowanie w oku człowieka nie jest stała jest funkcją długości fali.

16 Względna skuteczność świetlna promieniowania monochromatycznego V Jest to stosunek mocy promienistej e ( max ) dla wybranej długości fali max do mocy promienistej e () dla danej długości fali, które w określonych warunkach fotometrycznych wywołują wrażenie świetlne o tej samej intensywności. Wartość długości fali max została dobrana tak, aby największa wartość V wyniosła 1. V e e max

17 Wartość względnej skuteczności świetlnej promieniowania monochromatycznego wyznaczono eksperymentalnie już w 1924 r. Okazało się, że czułość widmowa oka jest bardziej złożona względna skuteczność świetlna zależy od stanu adaptacji wzroku do panującego poziomu oświetlenia. Wiemy, że wynika to z innego poziomu czułości dwóch rodzajów receptorów w oku.

18 Krzywa czułości skotopowa została wyznaczona eksperymentalnie dopiero w roku Nie ma ona większego znaczenia praktycznego, gdyż warunki widzenia skotopowego odpowiadają minimalnemu poziomowi jasności występującemu przy pełnej ciemności, w warunkach laboratorium fotometrycznego. Krzywa czułości fotopowa jest charakterystyką naturalną podejmowane były próby jej opisu matematycznego: V ' 1,0185 exp 1 557,14 557,14 178

19 Kąt bryłowy DEFINICJA: Kątem bryłowym o biegunie w punkcie B nazywa się część przestrzeni ograniczonej powierzchnią stożkową o wierzchołku w punkcie B. Miarą kata bryłowego jest iloraz pola powierzchni płata, który jest wycinany ze sfery o środku w punkcie B przez boczna powierzchnie stożka oraz kwadratu promienia tej sfery: d da 2 R Maksymalny wymiar kąta bryłowego odpowiada stożkowi o połówkowym kącie przywierzchołkowym równym 180. Wówczas płat kulisty zmienia się w powierzchnię sfery i kąt bryłowy (pełny) wynosi 4 steradianów. UWAGA! da jest prostopadłe do R

20 Strumień świetlny To podstawowa wielkość fotometryczna, odpowiednik mocy w radiometrii. Strumień świetlny to wielkość fotometryczna wyprowadzona od strumienia energetycznego na podstawie oceny promieniowania za pomocą odbiornika, którego względna czułość widmowa odpowiada czułości widmowej oka przystosowanej do jasności: Jednostką strumienia jest lumen [lm] 1lm=1cd 1sr. K m e V K m jest tzw. fotometrycznym równoważnikiem promieniowania. Wynika on z definicji podstawowego wzorca fotometrycznego. Jest to stosunek strumienia świetlnego do odpowiedniego strumienia energetycznego dla długości fali odpowiadającej największej czułości oka: V(=555nm)=1. Jeśli strumień świetlny mierzy się w lumenach a strumień energetyczny w watach, to: K m =683 lm/w. d

21 Strumień świetlny Rodzaj źródła światła Strumień świetlny [lm] Żarówki Świetlówki Lampy wysokoprężne LED 0,1-100

22 Skuteczność świetlna Każde źródło termiczne ma pewną sprawność przetwarzania dostarczanej mocy (zwykle elektrycznej) na moc promieniowania a także sprawność przetwarzania mocy promieniowania na strumień świetlny. Skuteczność świetlna promieniowania K jest to stosunek strumienia świetlnego do odpowiadającego mu strumienia energetycznego e : K K e V e Jednostką jest lm/w. Maksymalna wartość tej skuteczności wynosi ile? Kiedy? e m d d

23 Skuteczność świetlna Najbardziej popularnym parametrem jest jednak inna wielkość zdolność przetwarzania dostarczonej mocy (np. elektrycznej) na strumień świetlny. Skuteczność świetlna źródła światła jest to stosunek strumienia świetlnego wypromieniowywanego ze źródła do mocy do niego dostarczonej: P Jednostką jest znowu lm/w. Czyli uwaga na nazwę wielkości!

24 Skuteczność świetlna źródła światła Rodzaj źródła światła Żarówki wolframowe 8-12 Żarówki halogenowe LED (2003) ?! Lampy żarowe 30 Wysokoprężne lampy rtęciowe 50 Świetlówki Lampy halogenkowe 80 Wysokoprężne lampy sodowe Niskoprężne lampy sodowe 200 Robaczek świętojański: ok. 400lm/W! CZEMU? Skuteczność świetlna źródła [lm/w]

25 Skuteczność świetlna źródła światła A jak wyglądałaby skuteczność świetlna ciała doskonale czarnego w różnych temperaturach? Maksymalną skuteczność ok. 95lm/W osiąga się dla temperatury ok T=7000K. Ale np. żarówki wolframowej tak się rozgrzać nie da! Dla temperatury topnienia wolframu (3650K) można by osiągnąć 54lm/W. (To czemu w tabelce było tylko 8-12?)

26 Światłość w danym kierunku I(,) punktowego źródła światła lub elementu powierzchni niepunktowego źródła to iloraz elementarnego strumienia świetlnego d, wypromieniowywanego we wnętrze nieskończenie małego stożka obejmującego dany kierunek, oraz kąta bryłowego d tego stożka: I, d d Światłość O światłości można mówić, gdy źródło światła traktuje się jako punktowe kryterium jest stosunek geometrycznych rozmiarów źródła i jego odległości od odbiornika.

27 Światłość Światłość to inaczej gęstość kątowa strumienia świetlnego. Im mniejszy kąt bryłowy, w którym promieniuje źródło, tym większa światłość. PRZYKŁAD: Lustrzany, paraboidalny reflektor samochodowy, wyposażony w żarówkę halogenową H4 (55W, 1100lm). Światłość samej żarówki wynosi średnio 87,6 cd. Światłość układu żarówka-reflektor osiąga na osi reflektora około cd. Światłość jest wielkością charakteryzującą przede wszystkim źródła światła i oprawy oświetleniowe. Ale podana definicja odnosi się też do elementu powierzchni odbijającej strumień świetlny!

28 Światłość Orientacyjne wartości światłości przykładowych źródeł światła i niektórych opraw oświetleniowych Źródło lub oprawa Światłość [cd] Diodowy wskaźnik sygnałowy 0,01-0,5 Żarówka 100W 100 Świetlówka 18W 150 Typowa oprawa nasufitowa 1200 Reflektor samochodowy (światła drogowe)

29 Luminancja Luminancja danego punktu P powierzchni świecącej w danym kierunku (,) to iloraz elementarnej światłości I(C,), jaką cechuje się nieskończenie małe otoczenie ds punktu P w tym kierunku, oraz pola pozornej powierzchni ds tego otoczenia, widzianego z tego kierunku: L C, C, dic, di ds' ds cos cd/m 2

30 Luminancja Luminancja cechuje zarówno materiały samoświecące jak i świecące światłem odbitym. Luminancja określa gęstość powierzchniową światłości emitowanej w danym kierunku. Luminancja jest spośród wielkości fotometrycznych pojęciem najbliższym odczucia wizualnego jaskrawości ale jednak jest ona wielkością obiektywną, podczas gdy np. odczucie jaskrawości jest np. funkcją stanu adaptacji oczu (czyli też: jaskrawości otoczenia). PRZYKŁAD: Światła samochodowe widziane w jasny, słoneczny dzień i nocą. Można jednak na podstawie wrażenia jaskrawości porównywać i wartościować luminancje dwóch obiektów, jeśli znajdują się one w tym samym otoczeniu.

31 Luminancja Wartości luminancji niektórych obiektów świecących Obiekt Luminancja [cd/m 2 ] Tarcza słoneczna Żarówka halogenowa (włókno) Świetlówka Księżyc Błękit nieba Monitor komputera (białe pole) 200 Powierzchnia oświetlonej kartki 100 Elewacja iluminowanego budynku 12 Dobrze oświetlona jezdnia 2

32 Natężenie oświetlenia O ile luminancja określa, w przypadku przedmiotów oświetlanych, ilościowe cechy światła odbitego od powierzchni, o tyle natężenie oświetlenia informuje wyłącznie o ilościowych cechach światła padającego na daną powierzchnię. DEF 1: Natężenie oświetlenia E w danym punkcie powierzchni jest to iloraz elementarnego strumienia świetlnego d padającego na powierzchnię ds, stanowiącą otoczenie tego punktu, oraz jej wartości. ALBO: DEF 2: Natężenie oświetlenia E w danym punkcie powierzchni jest to suma działania wiązek świetlnych o luminancji L(C,), które z obszaru półprzestrzeni widzianej z danego punktu oświetlają ten punktpowierzchni. E d ds 2 L C, cosd

33 Natężenie oświetlenia Obie definicje są równoważne, ale DEF 1 lepiej odnosi się do sytuacji, gdy źródło oświetlające powierzchnię S jest na tyle małe, że jego odległość od punktu P jest dużo większa od rozmiarów źródła światła. DEF 2 dotyczy przypadku, gdy punkt P jest oświetlony przez dużą, przestrzenną powierzchnię o znanym rozkładzie luminancji (np. nieboskłon).

34 Natężenie oświetlenia Natężenie oświetlenia w zależności od źródła.

35 Natężenie oświetlenia Podane definicje natężenia oświetlenia odnosi się do przypadku ogólnego i jest określone w punkcie, a więc formalnie nie ma sensu mówić o orientacji otoczenia tego punktu względem oświetlającego źródła. W życiu codziennym natomiast zwykle obserwujemy natężenia oświetlenia pewnych płaszczyzn, które są zorientowane pionowo albo poziomo. Wprowadzono więc pojęcia: poziomego E h (horyzontalnego) i pionowego E v (wertykalnego) natężenia oświetlenia w danym punkcie jako parametry określające stan oświetlenia. E d ds E h E v d ds / cos d ds /sin E cos Esin

36 PRZYKŁAD: Natężenie oświetlenia horyzontalne i wertykalne Dla punktowego źródła światła, np. żarówki wiszącej wysoko nad powierzchnią stołu, wyznaczymy obie składowe natężenia oświetlenia korzystając z prawa odwrotności kwadratów odległości (prawa Lamberta- Beera): E h E v E I h E E h E v I I cos 2 2 r h 2 I I 3 cos cos 2 2 r h I I 2 sin cos sin 2 2 r h

37 Natężenie oświetlenia W praktyce często chcemy wyznaczyć natężenie oświetlenia od źródła (oprawy) o typowym kształcie (o dużej symetrii). PRZYKŁAD: natężenie oświetlenia pochodzące od półsfery o stałej luminancji L(C,). Ze względu na stałość luminancji, można ją wyłączyć spod całki; dodatkowo można związać kąt bryłowy z kątem wierzchołkowym stożka świetlnego. E L 2 1 cos 2 cos d L 2 0 d 2 sind 2sin cos d L 2 0 sin 2 d L Natężenie oświetlenia pochodzące od półsfery o stałej luminancji L(C,) nie zależy od promienia tej sfery!

38 Natężenie oświetlenia Poprzedni przykład można tez uogólnić na przypadek nieskończenie wielkiej płaszczyzny oświetlającej o stałej luminancji oświetla ona punkt pod sobą tak jak półsfera, ponieważ w obu przypadkach otacza ten punkt półprzestrzeń o stałej luminancji! WNIOSEK Jeśli np. trzeba obliczyć luminancję, jaką powinien mieć sufit, aby przy jego wykorzystaniu jako źródła światła pośredniego, uzyskać na płaszczyźnie stołu natężenie oświetlenia E, wystarczy podzielić wymaganą wartość E przez i otrzymać wynik w postaci luminancji. I nie jest to wynik typu: pi () razy drzwi!

39 Natężenie oświetlenia W technice świetlnej nie luminancja (która formalnie jest pełniejszą charakterystyka źródła!) ale właśnie natężenie oświetlenia stało się wielkością normującą poziom wymagań oświetleniowych. DLACZEGO? Aby określić wymagania w postaci luminancji, musielibyśmy znać ilościowe i geometryczne cechy odbicia światła od oświetlonych powierzchni pomieszczenia tego wymagania nie można stawiać źródłom światła, bo jest to od nich niezależne i wynika np. z efektu projektu architektonicznego obiektu, rodzaju materiałów użytych do wykończenia powierzchni itp. Praktyka pokazuje, że w określonych sytuacjach nie wystarcza podać natężenia oświetlenia na płaszczyźnie poziomej (pionowej). W specyficznych sytuacjach nie można wręcz określić stałych płaszczyzn, na których powinny być spełnione określone wymagania natężenia oświetlenia. PRZYKŁADY: oświetlenia na boisku piłkarskim (nie oglądamy boiska, ale piłkę i zawodników!), scenie estrady.

40 Natężenie oświetlenia Dla tych specyficznych sytuacji wprowadzono pojęcia: Cylindryczne natężenie oświetlenia E Z w danym punkcie to średnie pionowe natężenie oświetlenia obliczone (zmierzone) w tym punkcie dla chwilowych położeń pionowych płaszczyzn w trakcie ich pełnego obrotu wokół pionowej osi przechodzącej przez ten punkt: Pólcylindryczne natężenie oświetlenia E HZ w danym punkcie to średnie pionowe natężenie oświetlenia obliczone w tym punkcie dla chwilowych położeń pionowych płaszczyzn w trakcie ich półobrotu wokół pionowej osi przechodzącej przez ten punkt: E E Z HZ 0 n 2 EV i 1 i1 EV d 2 n n 2 1 i1 EV d 2 E V n i Sferyczne natężenie oświetlenia E O w danym punkcie to średnie pionowe natężenie oświetlenia obliczone w tym punkcie dla chwilowych położeń pionowych płaszczyzn zawierających dany punkt: E Ld 4 O L sr 4

41 Natężenie oświetlenia Przykłady uzyskiwanych wartości natężenia oświetlenia w oświetleniu naturalnym i sztucznym: Obiekt oświetlenia Powierzchnia Ziemi oświetlona Słońcem Powierzchnia Ziemi oświetlona zachmurzonym niebem w listopadzie 2000 Powierzchnia Ziemi przy świetle Księżyca 0,25 Dobrze oświetlone stanowisko do czytania/pisania 500 Nawierzchnia jezdni oświetlona sztucznie 30 Murawa stadionu piłkarskiego na potrzeby transmisji TV 2000 E [lx]

42 Kontrast Kontrast (w subiektywnym znaczeniu) to różnica w wyglądzie dwóch części pola widzenia oglądanych równocześnie lub kolejno. Definicja subiektywna, więc powodem obserwowanej różnicy może być zarówno luminancja jak i barwa (albo obie jednocześnie). Kontrast (w znaczeniu obiektywnym) jest definiowany różnie, najczęściej jako: Lob LT K L ob to luminancja obiektu L T L T to luminancja tła (otoczenia) Ta definicja ma sporo wad: kontrast może być dodatni i ujemny (i możemy otrzymać dwie różne wartości, w zależności od tego, co przyjmujemy za tło, a co za obiekt) a skala jest różna w zależności od tego, czy oceniamy obiekt jaśniejszy na ciemniejszym tle (duże zmiany kontrastu) czy obiekt ciemniejszy na tle ciemnym (małe zmiany kontrastu).

43 Kontrast Wspomnianych wad nie ma inna definicja kontrastu: Ten wzór daje symetryczną wartość kontrastu zawartą między -1 a 1. (Co oznaczają L 1 i L 2, to chyba oczywiste?!) K L L 1 2 L L 2 1 Bywają jeszcze inne formalne określenia kontrastu, np.: Przyjęto więc zasadę, że w przypadku podawania wartości kontrastu cytuje się wzór, według którego jest liczony! K 1 2 L L K L 2 L L 1 L 2

44 Egzytancja, naświetlenie Analogicznie do definicji egzytancji promienistej, egzytancją M w danym punkcie powierzchni promieniującej jest iloraz elementarnego strumienia świetlnego wypromieniowywanego z elementarnego pola da otaczającego dany punkt oraz powierzchni tego pola: M d da Jednostką jest lm/m 2, ale NIE luks! Naświetlenie H to gęstość powierzchniowa ilości światła dq padającego na elementarną powierzchnię da ALBO: jest to suma po czasie iloczynów chwilowych wartości natężenia oświetlenia E(t) w danym punkcie oraz czasu trwania t: H H dq da Jednostką jest lx s t Et dt 0 Pojęcie naświetlenia jest używane w dziedzinach, w których światło działające przez pewien okres czasu wywołuje określone reakcje chemiczne.

45 Związki między podstawowymi wielkościami fotometrycznymi

46 Oko i widzenie Budowa oka: BYŁO!

47 Oko i widzenie Receptory światła na siatkówce, czyli czopki i pręciki, ich budowa, wielkość, rozmieszczenie, czułość: BYŁO!

48 Oko i widzenie Proces widzenia: Światło (energia!) Fotoreceptor (czopek, pręcik) Fotorecepcja: zmiany konfiguracji fotopigmentów (np. rodopsyny) Pobudzanie i hamowanie komórek zwojowych Komórki dwubiegunowe) Transdukcja kaskada reakcji chemicznych, w wyniku których powstaje wtórny mechanizm regulujący przepływ jonów (wzmocnienie) Impulsy nerwowe Ośrodkowy układ nerwowy)

49 Oko i widzenie Pole widzenia to część przestrzeni dostrzegana przy jedno- lub obuocznym widzeniu, przy nieruchomej osi wzroku. Zakres pola widzenia określa się podając współrzędne kątowe γ najdalej oddalonego kątowo kierunku od osi wzroku, w różnych płaszczyznach C przechodzących przez oś wzrokową.

50 Oko i widzenie Pole widzenia jednego oka jest niesymetryczne, ze względu na nos, łuk brwiowy, policzki. Pole widzenia obuocznego jest symetryczne i można w nim wyodrębnić część wspólną dostrzeganą przez parę oczu i fragmenty pól widzenia dostrzegane przez każde oko osobno. Pole widzenia obuocznego jest owalne. W płaszczyźnie poziomej dostrzegane są obiekty położone w oddaleniu kątowym od osi wzroku o 90. W płaszczyźnie pionowej w górę dostrzega się obiekty oddalone kątowo o 60, a w dół o 70.

51 Oko i widzenie Poprzedni rysunek przedstawiał pole widzenia bez rozróżniania obszaru widzenia pręcików i czopków. Można też pokazać pole widzenia odbioru barw czyli tzw. linie graniczne dostrzegania kolorów. Okazuje się, że pola dostrzegania barw zajmują różną powierzchnię pola widzenia: największą dla barwy żółtej i niebieskiej, mniejszą dla czerwonej a najmniejszą dla zielonej.

52 Oko i widzenie Rys. 3.7 Adaptacja wzroku to właściwość oka polegająca na możliwości dostosowania do luminancji z zakresu od 10-6 cd/m 2 do 10 5 cd/m 2. Proces ten wynika z bezwładności oka, w jego czasie właściwości wzroku ulegają zmianie na skutek dużych zmian poziomu oświetlenia siatkówki. Adaptacja umożliwia stałą wydolność wzrokową w zakresie luminancji od 100 cd/m 2 do cd/m 2. Proces adaptacji, będący funkcją czasu, zależy wyraźnie od luminancji na początku i końcu adaptacji.

53 Oko i widzenie Adaptacja do ciemności to proces, w którym luminancja zmienia się od wartości większej do mniejszej. Jeśli oko jest zaadaptowane do widzenia dziennego pełna adaptacja do ciemności (np. po wejściu do ciemnego pomieszczenia) zajmuje nawet ponad godzinę! Czas adaptacji do ciemności zależy od natężenia i okresu wcześniejszego stanu adaptacji. Pozbawiony pręcików dołek środkowy ma ograniczone możliwości widzenia w ciemności, zaś jego adaptacja jest jednofazowa. Pozostała część siatkówki przeprowadza proces adaptacyjny dwufazowo: szybkie zwiększanie czułości czopków; po osiągnięciu maksimum czułości czopków powolne zwiększanie czułości (oślepionych wcześniej) pręcików.

54 Oko i widzenie Adaptacja do ciemności Co to jest troland? proszę Studentów o sprawdzenie

55 Oko i widzenie Adaptacja do jasności to proces, w którym luminancja zmienia się od wartości mniejszej do większej. Adaptacja do jasności zajmuje tylko kilka sekund. Po nagłym zwiększeniu natężenia oświetlenia pręciki zostają oślepione i od razu zaczyna się zmniejszanie czułości czopków Stąd światło w pierwszej chwili razi nas mocno, lecz po kilku minutach wzrok adaptuje się do jasności Ponowna adaptacja do ciemności wymaga znów długiego okresu czasu.

56 Oko i widzenie Proces adaptacji wzroku jest procesem złożonym, na który składa się kilka zjawisk: - Zmiana wielkości źrenicy (0,3 sek na zwężanie i 1,5 sek na rozszerzanie), - Adaptacja nerwowa (poniżej 1 sek), - Adaptacja fotochemiczna (czopki 1015 min, pręciki do 60 min), - Adaptacja przejściowa (częściowe przystosowanie się do zmienionych warunków oświetlenia).

57 Oko i widzenie Olśnienie Olśnienie to stan w procesie widzenia związany z odczuciem niewygody lub zmniejszeniem dolności wykonywania pracy wzrokowej, w wyniku nadmiernego poziomu luminancji w polu widzenia lub niewłaściwego rozkładu luminancji w czasie lub przestrzeni. Ze względu na warunki powstawania olśnienia dzieli się na: - Olśnienie bezpośrednie (jaskrawy obiekt położony jest w tym samym kierunku co obiekt obserwowany); - Olśnienie pośrednie (jaskrawy obszar występuje w polu widzenia, ale w pewnej odległości kątowej od kierunku obserwacji); - Olśnienie odbiciowe (w polu obserwacji występują obrazy odbitych źródeł światła o znacznej luminancji).

58 Oko i widzenie Olśnienie Ze względu na skutki, olśnienia dzieli się na: - Przykre zależy głównie od luminancji w polu widzenia; spowodowane jest zbyt dużym kontrastem między sąsiadującymi obszarami na siatkówce w sytuacji, gdy w polu widzenia wystąpi obiekt o skrajnie dużej luminancji; - Przeszkadzające zależy głównie od natężenia oświetlenia w płaszczyźnie oka obserwatora; duży strumień świetlny rozpraszany jest w oku, przez co cała siatkówka zyskuje luminancje rozproszoną i maleje je czułość; - Oślepiające najsilniejszy rodzaj tego szkodliwego zjawiska; jest ono tak silne, że przez pewien czas żaden zauważalny obiekt nie może być dostrzeżony ze względu na występowanie w polu widzenia bardzo dużych wartości luminancji i natężenia oświetlenia.

59 Oko i widzenie