9 cze 2015 / Konica Minolta /

Widzenie fotopowe i skotopowe

Ludzki wzrok posiada zdolność adaptacji do zmiennych warunków luminancji i barwy oświetlenia postrzeganych obiektów, przy czym adaptacja do niskiej jasności wiąże się ze zmianą czułości spektralnej oka. Charakterystyka czułości luksomierza dopasowana jest do krzywej fotopowej V(λ), odpowiadającej warunkom widzenia dziennego. Często jednak przebywamy i musimy być aktywni w warunkach słabego oświetlenia, na przykład w nocnym ruchu drogowym. Przy zmniejszaniu jasności w siatkówce aktywują się pręciki o wysokiej światłoczułości, barwoczułe czopki przestają być aktywne, a wzrok stopniowo przestawia się w tryb widzenia skotopowego, z maksimum czułości przesuniętym do niższej długości fali.

W zakresie niskiej ale nie ekstremalnie niskiej luminancji od 0,03 do 3 cd/m2, powiedzmy pomiędzy pełnią księżyca a oświetleniem mieszkania, aktywne są jednocześnie czopki i pręciki. Nazywamy to widzeniem mezopowym.

Ponad 3 cd/m2 aktywne są tylko czopki i wzrok działa w trybie fotopowym. Natomiast poniżej 0,03 cd/m2 działają już tylko niewrażliwe na barwy pręciki – mówimy wówczas o widzeniu skotopowym.

Normy dla oświetlenia w miejscach publicznych oparte są na reakcjach wzroku w warunkach widzenia fotopowego, choć w rzeczywistości przy nocnym oświetleniu ulicznym nasz wzrok działa w trybie mezopowym lub nawet skotopowym, z przesunięciem maksimum czułości od długości fali 555nm aż do 507nm. Zmiana charakterystyki czułości spektralnej oka powoduje, że mogą występować znaczne rozbieżności między wzrokowym odczuciem jasności, a wartościami mierzonymi instrumentem o charakterystyce fotopowej. Zdarza się na przykład, że instalacja oświetleniowa LPS (niskociśnieniowe lampy sodowe) spełnia normy przy pomiarze fotopowym, jednak jej praktyczna wydajność jest zbyt niska dla zapewnienia odpowiedniego komfortu i bezpieczeństwa ruchu pieszego i drogowego. Dodatkowa inspekcja z użyciem instrumentu o charakterystyce skotopowej pozwala wykryć taki efekt, a uwzględnienie danych skotopowych już na etapie projektowania instalacji zapewniłoby najwyższą jakość oświetlenia i pozwoliło uniknąć ewentualnych problemów z jej odbiorem i konieczną przeróbką. Dla lamp LED może występować efekt odwrotny: pomimo wizualnie dobrej jakości oświetlenia, inspekcja instalacji da ocenę negatywną.

Rys. 4.

Fotopowa (krzywa niebieska) i skotopowa (krzywa czerwona) czułość spektralna oka. Żółtym paskiem oznaczono zakres długości fali, w którym występuje wysokoenergetyczny pik emisji niskociśnieniowych lamp sodowych.

Prawdopodobnie w niedalekiej przyszłości normy europejskie zostaną uaktualnione o zalecenia pomiarów skotopowych. Ponadto, z upowszechnieniem nowoczesnych technologii oświetleniowych, wskazane jest stosowanie luksomierzy nowej generacji o podwyższonej dokładności dopasowania charakterystyki czułości – dla źródeł światła o widmie zawierającym wąskie wysokoenergetyczne pasma wartość odchylenia f1 nie powinna przekraczać 3%.

Współczynnik S/P

Zanim upowszechnią się luksomierze o charakterystyce skotopowej, projektanci i inspektorzy instalacji oświetleniowych mogą posługiwać się współczynnikiem S/P, określającym stosunek strumienia świetlnego źródła światła wyznaczonego według charakterystyki skotopowej do strumienia wyznaczonego według charakterystyki fotopowej. Odpowiednie pomiary można wykonać za pomocą spektroradiometru z oprogramowaniem uwzględniającym obie charakterystyki. Wartość współczynnika S/P powinna być podawana w specyfikacji przez producentów źródeł światła. Aby przeliczyć fotopowe wskazania luksomierza na wartości skotopowe, wystarczy je pomnożyć przez współczynnik S/P.

Rys. 5. Ulica w dzielnicy mieszkaniowej oświetlona lampami LED.

Rys. 6. Droga oświetlona niskociśnieniowymi lampami sodowymi.

W poprzednim rozdziale omówiono, jak działa oko w różnych warunkach oświetleniowych i wprowadzono podstawowe pojęcia i wiedzę potrzebną do prawidłowego pomiaru wielkości świetlnych. Powyższe zdjęcia ilustrują zjawiska związane z pomiarami oświetlenia dla warunków skotopowych.

Na rys. 6. przedstawiono oświetlenie drogi niskociśnieniowymi lampami sodowymi. Odwzorowanie barw przedmiotów w żółtawym świetle tego typu jest niezbyt dobre, cały obraz wydaje się być jednobarwny. Kontrolując takie oświetlenie tradycyjnym luksomierzem o fotopowej charakterystyce czułości spektralnej, uzyskamy wyniki bardzo zawyżone w stosunku do wzrokowo postrzeganej jasności. Dlaczego tak się dzieje? Przyjrzyjmy się fotopowej i skotopowej krzywej czułości oka na rys. 4. Żółtym paskiem oznaczono zakres długości fali, w którym występuje pik emisji niskociśnieniowych lamp sodowych, niosący największą część energii świetlnej. Skupienie energii w tym wąskim paśmie powoduje żółte zabarwienie światła i nieprawidłowe odwzorowanie kolorów przedmiotów. Co więcej, w zakresie tym krzywa skotopowa osiąga wartości znacznie niższe od krzywej fotopowej. Dlatego jasność tego światła postrzegana w warunkach skotopowych jest znacznie niższa od wyniku pomiaru.

Na rys. 5 przedstawiono oświetlenie ulicy w dzielnicy mieszkaniowej za pomocą lamp LED. Odwzorowanie barw przedmiotów w świetle tego typu jest lepsze niż w przypadku lampy sodowej, ponieważ energia świetlna jest rozłożona w widmie bardziej równomiernie, bez wysokoenergetycznych pików. Jednak w widmie białego światła LED o chłodnym odcieniu sporo energii przypada na krótsze długości fal, w okolicy maksimum skotopowej czułości oka. Dlatego postrzegana w tych warunkach jasność może być o wiele wyższa od wartości zmierzonych tradycyjnym luksomierzem. W praktyce uwzględnienie tego zjawiska w projektowaniu instalacji oświetleniowych umożliwia zmniejszenie kosztów wykonania instalacji i dodatkową oszczędność energii.

Fragment artykuł pochodzi z numeru 2/2015 czasopisma Lux Magazyn

 

Góra
Komentarze
Brak komentarzy, podziel się swoją opinią jako pierwszy....
Wideo
RELACJA Z TARGÓW ŚWIATŁO 2015
Targi Poznańskie - pasja w działaniu!

Kalendarium

Nowe firmy