A11 EL OJO Y LA VISION cap

UMSS – FCyT La Luz y el Sentido de la Visión________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________Instalaciones Eléctricas I Cap.1 / 1

CAPITULO 1

LA LUZ Y EL SENTIDO DE LA VISION

1.1 INTRODUCCION

Luz y el sentido de la visión, las dos caras de la misma moneda. Sin una la otra no tienesentido. Sin luz los ojos no podrían percibir las formas, los colores de los objetos y, en definitiva, elmundo que nos rodea. Sin una visión que interpretara la luz, esta no serviría de nada.

1.2 LA LUZ

La luz, que llega a nuestros ojos y nos permite ver, es un pequeño conjunto de radiacioneselectromagnéticas de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm. y los 770 nm.

1.2.1 El Espectro electromagnético

La luz forma parte del espectro electromagnético que comprende tipos de ondas tandispares como los rayos cósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos y las ondas deradio o televisión entre otros. Cada uno de estos tipos de onda comprende un intervalo definido poruna magnitud característica que puede ser la longitud de onda (λ) o la frecuencia (f). Recordemosque la relación entre ambas es:

Donde c es la velocidad de la luz en el vacío (c = 3·108 m/s).

(Fig. 1.1) Longitud de onda en metros

El ojo humano sólo es sensible a las radiaciones pertenecientes a un pequeño intervalo delespectro electromagnético. Son los colores que mezclados forman la luz blanca. Su distribuciónespectral aproximada es:

fc

=λ (1.1)

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TIPO DERADIACIÓN

LONGITUDES DE ONDA(NM)

Violeta 380-436Azul 436-495

Verde 495-566Amarillo 566-589Naranja 589-627

Rojo 627-720

(Tab. 1.1) Longitudes de onda de los colores del espectro electromagnético

Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los colores que la componen sonabsorbidos por la superficie y el resto son reflejados. Las componentes reflejadas son las quedeterminan el color que percibimos. Si las refleja todas es blanco y si las absorbe todas es negro. Unobjeto es rojo porque refleja la luz roja y absorbe las demás componentes de la luz blanca. Siiluminamos el mismo objeto con luz azul lo veremos negro porque el cuerpo absorbe estacomponente y no refleja ninguna. Queda claro, entonces, que el color con que percibimos un objetodepende del tipo de luz que le enviamos y de los colores que este sea capaz de reflejar.

1.3 EL SENTIDO DE LA VISION

El propósito del alumbrado es hacer posible la visión, cualquier estudio del mismo debeempezar con unas consideraciones sobre el ojo y el proceso visual. Solo cuando el ingenieroentiende el mecanismo del ojo y la forma en que este opera, puede llevar a cabo satisfactoriamentesu función principal, cual es la de proporcionar luz para la realización de las tareas visuales con unmáximo de velocidad, exactitud, facilidad y comodidad y con un mínimo de esfuerzo y fatiga.

El ojo humano es un órgano sensitivo muy complejo que recibe la luz procedente de losobjetos, la enfoca sobre la retina formando una imagen y la transforma en informacióncomprensible para el cerebro. La existencia de dos ojos nos permite una visión panorámica ybinocular del mundo circundante y la capacidad del cerebro para combinar ambas imágenesproduce una visión tridimensional o estereoscópica.

1.3.1 El mecanismo visual

El ojo humano suele compararse con una cámara fotográfica, a la que se parece en muchosaspectos. Ambos tienen una lente, que enfoca una imagen invertida sobre una superficie sensible ala luz: la película en una maquina fotográfica, la retina en el ojo. El párpado corresponde alobturador de la cámara. Enfrente de la lente fotográfica hay un diafragma, que puede abrirse ocerrarse para regular la cantidad de luz que debe ingresar a la cámara. Delante de la lente, en el ojo,esta el iris, que lleva acabo la misma función.

(Fig. 1.2) Formación de la imagen en el ojo

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Sin embargo, hay cierto riesgo en llevar esta analogía demasiado lejos, dadas lasimportantes diferencias entre el ojo y la cámara. El ojo es un órgano viviente extraordinariamenteadaptable, y opera en un campo de niveles de iluminación variables entre limites que guardan entresí una relación de más de un millón a uno. Además, los continuos cambios necesarios para unabuena visión en condiciones continuamente variables se efectúan automáticamente, sin esfuerzoconsciente. Debido a este hecho, es muy fácil abusar del ojo. Si se toman fotografías con escasa luzo con un foco deficiente, no se daña la cámara, pero si se utilizan los ojos con una luz insuficiente ode baja calidad se produce, como mínimo, una fatiga innecesaria, pudiendo dar lugar a lainflamación de los mismos y a dolores de cabeza. El uso indebido y constante de los ojos puedeincluso ser causa de malestar en otras partes del cuerpo.

1.3.2 Par tes del ojo y sus funciones

a) Párpado. Pliegue de piel que protege el ojo y que, en condiciones de luz muy brillante, ayuda aregular la cantidad de luz que llega a él.

b) Cornea. Porción transparente de la membrana exterior que rodea al ojo; sirve como parte delsistema refractor.

c) Iris. Parte coloreada del ojo que funciona como un diafragma, controlando la cantidad de luzque ingresa a él.

d) Pupila. Abertura en el centro del iris, por la que entra la luz en el ojo. El tamaño de la aberturase controla por la acción de músculos involuntarios.

e) Cristalino. Cápsula transparente situada detrás del iris, cuya forma puede cambiar para enfocarobjetos a distintas distancias.

f) Músculo ciliar. Músculo en forma de anillo que ajusta la tensión aplicada al cristalino,cambiando así su curvatura y enfocando objetos cercanos o lejanos.

g) Retina. Superficie sensible a la luz, situada en la parte posterior del globo ocular. Contiene unadelicada película de fibras nerviosas que parten del nervio óptico y que terminan en unapequeñisimas estructuras en forma de conos y bastoncillos.

h) Conos. Receptores de la retina que hacen posible la discriminación de los detalles finos y lapercepción del color. Son insensibles a los niveles bajos de iluminación; se encuentranprincipalmente cerca del centro de la retina, con mayor concentración en la Fóvea, zona de 0,3mm. De diámetro aproximadamente, que solo esta compuesta de conos. Es en la Fóvea donde elojo enfoca, involuntariamente, la imagen de un objeto que deba ser examinado minuciosamente.

(Fig. 1.3) Partes del ojo y sus funciones

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i) Bastones. Receptores de la retina, sensibles a niveles bajos de iluminación. No responden alcolor y existen solamente fuera de la región Fóveana, aumentando su número a medida queaumenta su distancia a la Fóveana, La parte más superficial de la retina, compuestaprincipalmente de bastoncillos, no ofrece una visión precisa, pero es muy sensible almovimiento y a las oscilaciones luminosas.

j) Púrpura retiniana (rhodopsin). Es un liquido purpúreo que se encuentra en los bastones,sensible a la luz, y se decolora rápidamente cuando es expuesto a ella. Su regeneración es unfactor importante en la adaptación a la oscuridad.

k) Punto ciego. Es el punto de la retina por donde entra en el ojo el nervio óptico, el cual conducelas sensaciones de luz al cerebro. En este punto no hay bastones ni conos y por consiguiente unestimulo de luz no provoca sensación alguna.

l) Fóvea o mancha amarilla. Es una pequeña depresión, poco profunda, situada en la retina dondesolo hay un tipo de células nerviosas: los conos. Es el área de mayor agudeza visual ya que aquíse concentran las imágenes procedentes del centro del campo visual.

1.3.3 Defectos estructurales del ojo

a) Astigmatismo

(Fig. 1.4) Defecto visual – astigmatismo –

Incapacidad de enfocar líneas horizontales y verticales al mismo tiempo. La distancia focaldel ojo astigmático es diferente para dos planos perpendiculares. Esta condición resulta deirregularidades en la curvatura de la cornea y del cristalino.

b) Miopía

(Fig. 1.5) Defecto visual – miopía –

La distancia focal del ojo miope es demasiado corta, por lo que los rayos paralelosconvergen delante de la retina y no en ella. Las personas miopes ven los objetos cercanosclaramente, pero los distantes aparecen borrosos.

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c) Hipermetropía

(Fig. 1.6) Defecto visual – hipermetropía –

En este caso, la distancia focal del ojo es demasiado grande y el foco esta detrás de la retina.Las personas que sufren de hipermetropía no ven con claridad los objetos cercanos.

d) Presbicia

(Fig. 1.7) Defecto visual – presbicia –

(Perdida del poder de acomodación del cristalino). En personas de edad media o avanzada,el cristalino se vuelve progresivamente menos elástico, y el proceso para una acomodación máscercana se va haciendo más difícil. El resultado es una condición parecida a la hipermetropía.

1.4 CARACTERISTICAS VISUALES DEL OJO

1.4.1 Acomodación

Cuando el cristalino presenta su forma más aplanada, el ojo normal esta enfocado sobreobjetos en el finito. Para enfocar un objeto más cercano, particularmente dentro de los 6 metros, espreciso aumentar la convexidad del cristalino mediante la contracción de los músculos ciliares.Cuanto más cercano este el objeto, más convexo debe hacerse el cristalino; esto es parte del procesoconocido por acomodación.

La acomodación incluye también cambios en el diámetro de la pupila. Cuando el ojo seenfoca sobre objetos distantes la pupila es relativamente grande. Cuando la atención se fija en unobjeto visual cercano la pupila se contrae algo, logrando así una apreciación más penetrante, peroadmitiendo menos luz en el ojo.

1.4.2 Adaptación

El ojo es capaz de trabajar en un amplio campo de niveles de iluminación, mediante unproceso conocido como adaptación, que incluye un cambio en el tamaño de la abertura de la pupila,al mismo tiempo que unas variaciones fotoquímicas en la retina.

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(Fig.1.8) Tiempo de acomodación del ojo

El tamaño de la abertura de la pupila obedece principalmente a la cantidad de luz recibidaen el ojo. En una luz muy tenue la pupila se dilata, pero a medida que la luz aumenta la abertura secontrae. Esto es particularmente perceptible cuando se pasa de una zona bien iluminada a otra másoscura, o cuando una fuente de luz muy brillante entra dentro del ámbito de la visión. El cambio enla retina implica un equilibrio del grado de regeneración de las sustancias fotoquímicas presentes enaquella frente a las necesidades del ojo en una situación dada.

El tiempo requerido para el proceso de adaptación depende del previo estado de adaptacióny de la magnitud del cambio. En general la adaptación a un nivel más alto de iluminación se lleva acabo más rápidamente que en sentido contrario. La mayor intensidad de adaptación suele tenerlugar durante el primer minuto, mientras que el proceso de adaptación a la oscuridad se verificamuy lentamente en los 30 primeros minutos y para la completa adaptación a la oscuridad puede sernecesaria una hora. Estos son hechos que los ingenieros deben considerar en la iluminación decines, túneles o cualquier lugar en donde la gente pase bruscamente de un nivel de luz a otro.

1.4.3 Curva de sensibilidad del ojo

El ojo no es igualmente sensible a la energía de todas las longitudes de onda o colores.Experimentos en un gran número de personas sometidas a la observación han establecido una curvade sensibilidad del ojo que da la respuesta del ojo normal a iguales cantidades de energía condistintas longitudes de onda. La máxima sensibilidad esta en el amarillo verdoso, con una longitudde onda de aproximada de 5550 Angstroms, mientras que comparativamente la sensibilidad en losextremos azul y rojo del espectro es muy baja. Esto quiere decir, que se necesitan unas 9 unidadesde energía roja de una longitud de onda de 6500 Angstroms para producir el mismo efecto visualque una unidad de amarillo verdoso. Es obvio que la curva de sensibilidad se debe tener siempre encuenta para evaluar la energía visual en función de la sensación.

(Fig. 1.9) Curva de sensibilidad del ojo

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1.4.4 Efecto Purkinje

La curva normal (Fotópica) de sensibilidad del ojo esta basada en la “visión de conos”, estoes, en los niveles ordinarios durante el día, en los que la sensación de la visión incumbeprincipalmente a los conos. En niveles de iluminación muy bajos, donde el brillo es del orden de0.00000107 lamberts o menos, los conos no pueden operar y los bastones se cargan de todo elproceso visual. La visión mediante los bastones, denominada, visión Escotópica, se verifica deacuerdo con una nueva curva de la misma forma que la Fotópica, pero desplazada 480 Angstromshacia el extremo azul de espectro. Esta traslación, que es conocida como efecto Purkinje, desplazala sensibilidad máxima del ojo de los 5.550 a los 5.070 Angstroms.

(Fig. 1.10) Efecto Purkinje

El resultado es que en la oscuridad, a pesar de que la visión carece por completo de color, elojo se vuelve relativamente muy sensible a la energía del extremo azul del espectro y casi ciego ala del rojo. Si un rayo de luz roja y un rayo de luz azul, de intensidades iguales a niveles en que eltrabajo visual esta a cargo de los conos, se reducen en la misma proporción hasta niveles en que eltrabajo visual corresponde a los bastones, la luz azul aparecerá mucho más brillante que la roja. Lasimplicaciones del efecto Purkinje son importantes en las instalaciones de alumbrado que presentanniveles muy bajos de iluminación, y el hecho de no tenerlo en cuenta puede conducir a serioserrores en la medida de los valores del brillo e iluminación.

1.4.5 El Campo visual

El campo visual normal se extiende aproximadamente 180º en el plano horizontal y 130º enel plano vertical, 60º por encima de la horizontal y 70 por debajo, La Fóvea, donde tiene lugar lamayor parte de la visión y todas las discriminaciones de detalles finos, subtiende un ángulo demenos de un grado a partir del centro. Los límites de lo que puede ser llamado campo central – elcampo visual ó su fondo- varían con el tipo de trabajo.

VisiónFotópicaVisión

Escotópica

(Fig. 1.11) Campo visual horizontal y vertical

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1.5 FACTORES OBJETIVOS DEL PROCESO VISUAL

Las investigaciones han demostrado que la visión depende de cuatro variables primarias,asociadas al objeto visual: tamaño, luminancia, contraste de luminancia entre el objeto u susalrededores y tiempo disponible para verlo.

1.5.1 Tamaño

El tamaño del objeto es el factor que generalmente tiene más importancia en el procesovisual. Cuanto más grande es un objeto en relación con el ángulo visual (o ángulo subtendido por elobjeto desde el ojo) más rápidamente puede ser visto.

(Fig. 1.12) Efecto del tamaño en función del ángulo visual

1.5.2 Luminancia (br illo fotométr ico)

Uno de los factores primordiales para la visibilidad es la luminancia. La de un objetodepende de la intensidad de la luz que incide sobre él y de la proporción de ésta que se refleja endirección al ojo. Una superficie blanca tendrá un brillo mucho mayor que la misma iluminación. Sinembargo, añadiendo suficiente luz a una superficie oscura, es posible hacerla tan brillante como unablanca. Cuanto más oscuro es un objeto o una labor visual, más grande es la iluminación necesariapara conseguir igual brillo, en circunstancias parecidas, para la misma visibilidad.

1.5.3 La Agudeza visual

Es la capacidad de distinguir entre objetos muy próximos entre sí. Es una medida del detallemás pequeño que podemos diferenciar y está muy influenciada por el nivel de iluminación. Si estees bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario de lo que ocurre de día.

(Fig. 1.13) Influencia del nivel de iluminación sobre la agudeza visual.

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