Lab-2-Ostrość widzenia

60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
STUDIA NIESTACJONARNE II STOPNIA
KIERUNEK ELEKTROTECHNIKA
SEM 3.
Laboratorium PODSTAW TECHNIKI ŚWIETLNEJ
TEMAT:
wersja z dnia 3.12.2009
OCENA OSTROŚCI WIDZENIA I ODDAWANIA BARW W
RÓśNYCH WARUNKACH OŚWIETLENIOWYCH
Opracowanie wykonano na podstawie:
1. Laboratorium z techniki świetlnej (praca zbiorowa pod redakcją Władysława Golika). Skrypt nr
1792. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1994.,
2.
3.
4.
5.
W. śagan: Podstawy techniki świetlnej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa 2005.
J. Bąk, W. Pabjańczyk: Podstawy techniki świetlnej. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 1996.
PN-90/E-01005 Technika świetlna. Terminologia
PN-EN 12464-1:2004: Światło i oświetlenie - Oświetlenie miejsc pracy - Część 1: Miejsca pracy we
wnętrzach
I. OCENA OSTROŚCI WIDZENIA W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWIETLENIOWYCH
1. PODSTAWOWE 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 sąsiadującymi przedmiotami (punktami, liniami), które oko moŜe postrzec
jeszcze jako przedmioty oddzielne.
Na ostrość widzenia wpływają:
kontrast luminancji k, wyraŜony wzorem (1):
k=
Lo − Lt
Lt
(1)
gdzie: L0 – luminancja obiektu, Lt – 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 (2).
Lα =
Iα
Iα
=
S′ S ⋅ cos α
 cd 
 2
m 
(2)
gdzie: Iα - światłość powierzchni w kierunku α, S – pole obserwowanej powierzchni
2
Jednostką luminancji jest kandela na metr kwadrat: [cd/m ]
Rys. 1. Ilustracja definicji luminancji: Iα - światłość powierzchni w kierunku α, S – pole obserwowanej powierzchni.
1
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
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 2.
względna ostrość
widzenia
y=(x-0.05)^0.162
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
k [%]
0
20
40
60
80
100
Rys. 2. ZaleŜność względnej ostrości widzenia od kontrastu luminancji k.
natęŜenie oświetlenia E [lx]. 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 nadmiernej luminancji w polu widzenia lub nadmiernego kontrastu w
przestrzeni albo czasie.
RozróŜnia się olśnienia: przeszkadzające, przykre i oślepiające (z punktu widzenia skutków)
oraz olśnienia: bezpośrednie, pośrednie i odbiciowe (z punktu widzenia warunków
powstawania).
adaptacja 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 adaptację do jasności i do ciemności.
Adaptacja to jasności jest związana z widzeniem fotopowym (dziennym) o poziomach
2
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
2
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. 3). Rozmieszczone są
na siatkówce, a ich liczba jest rzędu 130 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.
2
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
Rys. 3. Przekrój poziomy oka.
1 – rogówka, 2 – źrenica, 3 – komora przednia, 4 – tęczówka, 5 – ciałko szkliste, 6 – soczewka, 7 – ciałko rzęskowe,
8 – dołek środkowy, 9 – plamka ślepa, 10 – twardówka, 11 – naczyniówka, 12 – siatkówka, 13 – nerw wzrokowy
zjawisko Stilesa – Crawforda. Mówi ono, Ŝe dwie wiązki świetlne tego samego rodzaju,
padające 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 przypadku niskich wartości natęŜenia oświetlenia na tablicy ze znakami
próbnymi ostrość widzenia jest wyŜsza w przypadku oświetlenia tablicy krótkofalową częścią
widma (światłem niebieskim).
3
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
2. PRZEBIEG ĆWICZENIA
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 prowadzącego róŜnych nastaw natęŜenia oświetlenia E
na tablicy testowej oraz róŜnych poziomów luminancji Lad ekranu adaptacyjnego (proporcjonalnej
natęŜenia oświetlenia ekranu adaptacyjnego).
Schemat stanowiska pomiarowego przedstawia rys. 6.
Rys. 6. Schemat stanowiska pomiarowego do badania ostrości widzenia: 1 – obserwator, 2 – ekran adaptacyjny (półkula), 3 –
źródła światła oświetlające ekran adaptacyjny, 4 – okienko pomiarowe do obserwacji tablicy testowej, 5 – tablica testowa, 6 –
źródło światła oświetlające tablice testową
Pomiar naleŜy rozpocząć po kilkuminutowej adaptacji do luminancji Lad, rozpoczynając od wartości
najmniejszych, dla kaŜdego obserwatora indywidualnie, a takŜe zgodnie z poleceniem prowadzącego
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 10 wskazań obserwator odczytał poprawnie 7
znaków to do tabeli wpisujemy wartość 0.7 lub 7/10.
Sporządzić wykresy względnej liczby poprawnych odczytów znaków próbnych w funkcji natęŜenia
oświetlenia na tablicy testowej E przy stałej luminancji adaptacji Lad oraz w funkcji luminancji adaptacji
Lad przy stałym natęŜeniu oświetlenia E na tablicy testowej.
Luminancję ekranu adaptacyjnego Lad obliczyć ze wzoru (3) mierząc w kilku miejscach na powierzchni
ekranu adaptacyjnego natęŜenie oświetlenia Ead. Przyjąć współczynnik odbicia strumienia świetlnego
powierzchni ekranu adaptacyjnego ρ równy 0.8.
L ad =
ρ
⋅ E ad
π
(3)
Wzór (3) moŜna stosować do obliczania luminancji powierzchni tylko kiedy powierzchnia ta odbija
światło w sposób idealnie rozproszony.
4
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
Zestawienie wyników pomiarów ostrości widzenia
Dzień:
Grupa:
Godzina:
Ćwiczenie 1.
BADANIE OSTROŚCI WIDZENIA W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWIETLENIOWYCH
Względna liczba poprawnych odczytów znaków próbnych
Widzenie
obuoczne
NatęŜenie oświetlenia na tablicy testowej E
i luminancja adaptacyjna Lad
E1 =
[lx]
L1ad
=
2
[cd/m ]
E2 =
Obserwator 1
[lx]
E3 =
[lx]
E1 =
[lx]
L2ad =
[cd/m2]
E2 =
[lx]
E3 =
[lx]
E1 =
[lx]
L1ad =
[cd/m2]
E2 =
Obserwator 2
[lx]
E3 =
[lx]
E1 =
[lx]
L2ad
=
2
[cd/m ]
E2 =
[lx]
E3 =
[lx]
E1 =
[lx]
L1ad
=
2
[cd/m ]
E2 =
Obserwator 1
[lx]
E3 =
[lx]
E1 =
[lx]
L2ad =
[cd/m2]
E2 =
[lx]
E3 =
[lx]
5
Lewe oko
Prawe oko
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
II. OCENA ODDAWANIA BARW W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWIETLENIOWYCH
I.
WPROWADZENIE
Podstawowe wymagania dotyczące ilościowych i jakościowych parametrów oświetlenia wnętrz
zawiera norma PN-EN 12464-1. 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 zadań
wzrokowych, nawet w trudnych warunkach i przez dłuŜsze okresy czasu,
- bezpieczeństwa.
Główne parametry określające otoczenie świetlne to:
- rozkład luminancji,
- natęŜenie oświetlenia,
- olśnienie,
- kierunkowość światła,
- oddawanie barw oraz barwa światła,
- migotanie światła,
- oświetlenie dzienne.
Zagadnienia 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 odpowiada wyglądowi barwy (chromatyczności) emitowanego światła.
Liczbowo parametr ten jest określany przez podanie temperatury barwowej najbliŜszej TCP
Barwa światła moŜe być równieŜ opisana zgodnie z określeniami podanymi w tabeli 1.
Tab. 1. Grupy wraŜenia barwy światła
WraŜenie barwy
Temperatura barwowa najbliŜsza TCP
ciepła
poniŜej 3300 K
neutralna
3300 K ÷ 5300 K
chłodna
powyŜej 5300 K
6
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
Szczególnie duŜe moŜliwości wyboru źródeł o róŜnych barwach dotyczą świetlówek liniowych.
PoniŜej podano przykładowy 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 wprowadzony ogólny
wskaźnik oddawania barw Ra. Maksymalna wartość Ra = 100. 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 przypadkach zapewnić oświetlenie o lepszym oddawaniu barw na ustalonych, stale
wykorzystywanych stanowiskach pracy oraz wszędzie tam, gdzie barwy bezpieczeństwa muszą być
rozpoznawane.
7
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
Minimalne wartości wskaźników oddawania barw Ra dla róŜnych typów wnętrz (obszarów), zadań i
czynności podano w normie w rozdziale 5.
Przykładowe zalecenia dla szkół przedstawiono w poniŜszej tabeli 2:
Tab. 2.. Wymagania oświetleniowe - Obiekty edukacyjne
Lp.
Rodzaj wnętrza, zadania lub czynności
Em
lx
UGR
-
Ra
-
Uwagi
6.2.1
Sala lekcyjna
300
19
80
Oświetlenie powinno być
regulowane
6.2.2
Sala dla nauki wieczornej i nauczania
dorosłych
500
19
80
Oświetlenie powinno być
regulowane
6.2.3
Sala wykładowa
500
19
80
Oświetlenie powinno być
regulowane
6.2.4
Tablica
500
19
80
Zapobiegać
światła
6.2.5
Stół demonstracyjny
500
19
80
W salach wykładowych
750 lx
6.2.6
Pracownie plastyczne
500
19
80
6.2.7
Pracownie w szkołach plastycznych
750
19
90
6.2.8
Sale rysunku technicznego
750
16
80
6.2.9
Sale zajęć praktycznych i laboratoria
500
19
80
6.2.10
Sale do prac ręcznych
500
19
80
6.2.11
Nauczanie warsztatowe
500
19
80
6.2.12
Sale do zajęć muzycznych
300
19
80
6.2.13
Sale do zajęć komputerowych
300
19
80
odbiciu
TCP ≥5000 K
Stanowiska
pkt.4.11
DSE
–
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. 30 – oznacza Tcp około 3000K).
8
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
Producenci źródeł światła często zamieszczają w katalogach produktów wykaz preferowanych
obszarów zastosowań określonych typów źródeł pod kątem ich barwy. Przykładem 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
60-965 Poznań
ul.Piotrowo 3a
tel. (0-61) 6652688
fax (0-61) 6652389
http://lumen.iee.put.poznan.pl
II.
PRZEBIEG ĆWICZENIA
Dla wybranych przedmiotów barwnych przeprowadzić subiektywną ocenę wyglądu ich barwy, przy
oświetleniu róŜnymi źródłami światła, wg skali ocen:
L.P.
1.
2.
3.
4.
Ocena
+
+/inna
WraŜenie
Dobre oddawanie barw, atrakcyjny wygląd oświetlanego przedmiotu
Dostateczne oddawanie barw, dobry wygląd oświetlanego przedmiotu
Złe oddawanie barw, nieatrakcyjny wygląd oświetlanego przedmiotu
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
10