Luz y Vision

APUNTES Ing. David Hernndez Ledesma 1

OBJETIVO Conocer los fundamentos de la estructura y funcionamiento del ojo, as como los temas de deslumbramiento y desconfort visual, con el fin de tener presente la importancia de considerar todos los aspectos implicados en los proyectos de iluminacin, para que entre otras cosas, no se perjudiquen nuestros rganos de visin, como lo son los ojos.


INTRODUCCIN Dentro de los diferentes campos de trabajo del Ingeniero electricista, se encuentra el rea de la iluminacin, la cul a su vez tiene una gran diversidad de aplicaciones. Como sabemos el rgano de la visin de los seres humanos y de los animales es el ojo, los ojos de las diferentes especies varan desde las estructuras ms simples, capaces de diferenciar slo entre la luz y la oscuridad, hasta los rganos complejos que presentan los seres humanos y otros mamferos, que pueden distinguir variaciones muy pequeas de forma, color, luminosidad y distancia. En realidad, el rgano que efecta el proceso de la visin es el cerebro; la funcin del ojo es traducir las vibraciones electromagnticas de la luz en un determinado tipo de impulsos nerviosos que se transmiten al cerebro. Es por eso que en el presente trabajo presentamos una descripcin fundamental de la estructura y funcionamiento del ojo, donde mencionamos algunas de sus partes principales que lo componen as como el funcionamiento de cada una de ellas. Alguien podra refutar que como no nos aplicaremos en este campo que principalmente es propio de la medicina, no nos incumbe en gran manera, sin embargo, dentro del campo de la iluminacin se deben tener ciertos conocimientos en cuanto a como es que nuestros ojos codifican la informacin visual. Otros aspectos de los cules se estar tratando tambin son el deslumbramiento y el desconfort visual, temas que tambin nos ayudan a comprender que los proyectos de iluminacin no solo consisten en conectar lmparas. Esperamos que la informacin sea de agrado aunque en ocasiones se utilicen trminos poco usuales en el campo de la electricidad, no obstante esperamos que en una exposicin posterior se aclaren las dudas que pudieran surgir.


LUZ Y VISIN

ESTRUCTURA Y FUNCIN DEL OJO

EL OJO Y LA VISIN

Aunque el ojo es denominado a menudo el rgano de la visin, en realidad, el rgano

que efecta el proceso de la visin es el cerebro; la funcin del ojo es traducir las ondas

electromagnticas de la luz en un determinado tipo de impulsos nerviosos que se

transmiten al cerebro a travs del nervio ptico.

El globo ocular es una estructura esfrica de aproximadamente 2,5 cm. de dimetro con

un marcado abombamiento sobre su superficie anterior. La parte exterior, o la cubierta,

se compone de tres capas de tejido: la capa ms externa o esclertica tiene una funcin

protectora, cubre unos cinco sextos de la superficie ocular y se prolonga en la parte

anterior con la crnea transparente; la capa media o vea tiene a su vez tres partes

diferenciadas: la coroides (muy vascularizada, reviste las tres quintas partes posteriores

del globo ocular) contina con el cuerpo ciliar, formado por los procesos ciliares, y a

continuacin el iris, que se extiende por la parte frontal del ojo. La capa ms interna es

la retina, sensible a la luz.


La crnea es una membrana resistente, compuesta por cinco capas, a travs de la cual la

luz penetra en el interior del ojo. Por detrs, hay una cmara llena de un fluido claro y

hmedo (el humor acuoso) que separa la crnea de la lente del cristalino. En s misma,

la lente es una esfera aplanada constituida por un gran nmero de fibras transparentes

dispuestas en capas. Est conectada con el msculo ciliar, que tiene forma de anillo y la

rodea mediante unos ligamentos. El msculo ciliar y los tejidos circundantes forman el

cuerpo ciliar y esta estructura aplana o redondea la lente, cambiando su longitud focal.

El iris es una estructura pigmentada suspendida entre la crnea y el cristalino y tiene

una abertura circular en el centro, la pupila. El tamao de la pupila depende de un

msculo que rodea sus bordes, aumentando o disminuyendo cuando se contrae o se

relaja, controlando la cantidad de luz que entra en el ojo.

Por detrs de la lente, el cuerpo principal del ojo est lleno de una sustancia transparente

y gelatinosa (el humor vtreo) encerrado en un saco delgado que recibe el nombre de

membrana hialoidea. La presin del humor vtreo mantiene distendido el globo ocular.

La retina es una capa compleja compuesta sobre todo por clulas nerviosas. Las clulas

receptoras sensibles a la luz se encuentran en su superficie exterior detrs de una capa

de tejido pigmentado. Estas clulas tienen la forma de conos y bastones y estn

ordenadas como los fsforos de una caja. Situada detrs de la pupila, la retina tiene una

pequea mancha de color amarillo, llamada mcula ltea; en su centro se encuentra la

fvea central, la zona del ojo con mayor agudeza visual. La capa sensorial de la fvea se

compone slo de clulas con forma de conos, mientras que en torno a ella tambin se

encuentran clulas con forma de bastones. Segn nos alejamos del rea sensible, las

clulas con forma de cono se vuelven ms escasas y en los bordes exteriores de la retina

slo existen las clulas con forma de bastones.

El nervio ptico entra en el globo ocular por debajo y algo inclinado hacia el lado

interno de la fvea central, originando en la retina una pequea mancha redondeada

llamada disco ptico. Esta estructura forma el punto ciego del ojo, ya que carece de

clulas sensibles a la luz.

FUNCIONAMIENTO DEL OJO

En general, las cmaras fotogrficas sencillas funcionan como los ojos de los animales.

La lente del cristalino forma en la retina una imagen invertida de los objetos que enfoca

y la retina se corresponde con la pelcula sensible a la luz.


El enfoque del ojo se lleva a cabo debido a que la lente del cristalino se aplana o

redondea; este proceso se llama acomodacin. En un ojo normal no es necesaria la

acomodacin para ver los objetos distantes, pues se enfocan en la retina cuando la lente

est aplanada gracias al ligamento suspensorio. Para ver los objetos ms cercanos, el

msculo ciliar se contrae y por relajacin del ligamento suspensorio, la lente se

redondea de forma progresiva. Un nio puede ver con claridad a una distancia tan corta

como 6,3 cm. Al aumentar la edad del individuo, las lentes se van endureciendo poco a

poco y la visin cercana disminuye hasta unos lmites de unos 15 cm. a los 30 aos y 40

cm. a los 50 aos. En los ltimos aos de vida, la mayora de los seres humanos pierden

la capacidad de acomodar sus ojos a las distancias cortas. Esta condicin, llamada

presbiopa, se puede corregir utilizando unas lentes convexas especiales.


Las diferencias de tamao relativo de las estructuras del ojo originan los defectos de la

hipermetropa o presbicia y la miopa o cortedad de vista.

Debido a la estructura nerviosa de la retina, los ojos ven con una claridad mayor slo en

la regin de la fvea. Las clulas con forma de conos estn conectadas de forma

individual con otras fibras nerviosas, de modo que los estmulos que llegan a cada una

de ellas se reproducen y permiten distinguir los pequeos detalles. Por otro lado, las

clulas con forma de bastones se conectan en grupo y responden a los estmulos que

alcanzan un rea general (es decir, los estmulos luminosos), pero no tienen capacidad

para separar los pequeos detalles de la imagen visual. La diferente localizacin y

estructura de estas clulas conducen a la divisin del campo visual del ojo en una

pequea regin central de gran agudeza y en las zonas que la rodean, de menor agudeza

y con una gran sensibilidad a la luz. As, durante la noche, los objetos confusos se

pueden ver por la parte perifrica de la retina cuando son invisibles para la fvea

central.

El mecanismo de la visin nocturna implica la sensibilizacin de las clulas en forma de

bastones gracias a un pigmento, la prpura visual o rodopsina, sintetizado en su interior.

Para la produccin de este pigmento es necesaria la vitamina A y su deficiencia conduce

a la ceguera nocturna. La rodopsina se blanquea por la accin de la luz y los bastones

deben reconstituirla en la oscuridad, de ah que una persona que entra en una habitacin

oscura procedente del exterior con luz del sol, no puede ver hasta que el pigmento no


empieza a formarse; cuando los ojos son sensibles a unos niveles bajos de iluminacin,

quiere decir que se han adaptado a la oscuridad.

En la capa externa de la retina est presente un pigmento marrn o parduzco que sirve

para proteger las clulas con forma de conos de la sobre exposicin a la luz. Cuando la

luz intensa alcanza la retina, los grnulos de este pigmento emigran a los espacios que

circundan a estas clulas, revistindolas y ocultndolas. De este modo, los ojos se

adaptan a la luz.

Nadie es consciente de las diferentes zonas en las que se divide su campo visual. Esto es

debido a que los ojos estn en constante movimiento y la retina se excita en una u otra

parte, segn la atencin se desva de un objeto a otro. Los movimientos del globo ocular

hacia la derecha, izquierda, arriba, abajo y a los lados se llevan a cabo por los seis

msculos oculares y son muy precisos. Se ha estimado que los ojos pueden moverse

para enfocar en, al menos, cien mil puntos distintos del campo visual. Los msculos de

los dos ojos funcionan de forma simultnea, por lo que tambin desempean la

importante funcin de converger su enfoque en un punto para que las imgenes de

ambos coincidan; cuando esta convergencia no existe o es defectuosa se produce la

doble visin. El movimiento ocular y la fusin de las imgenes tambin contribuyen en

la estimacin visual del tamao y la distancia.

MSCULOS EXTRNSECOS DEL OJO

Vista lateral del ojo, donde se puede observar los msculos extrnsecos unidos

directamente al globo ocular que permiten el movimiento del ojo. Los cuatro rectos

estn alineados con sus puntos de origen, mientras que los dos oblicuos se insertan en la

superficie ocular formando un ngulo.


ESTRUCTURAS PROTECTORAS

Diversas estructuras, que no forman parte del globo ocular, contribuyen en su

proteccin. Las ms importantes son los prpados superior e inferior. Estos son pliegues

de piel y tejido glandular que pueden cerrarse gracias a unos msculos y forman sobre

el ojo una cubierta protectora contra un exceso de luz o una lesin mecnica. Las

pestaas, pelos cortos que crecen en los bordes de los prpados, actan como una

pantalla para mantener las partculas y los insectos fuera de los ojos cuando estn

abiertos. Detrs de los prpados y adosada al globo ocular se encuentra la conjuntiva,

una membrana protectora fina que se pliega para cubrir la zona de la esclertica visible.

Cada ojo cuenta tambin con una glndula o carncula lagrimal, situada en su esquina

exterior.

Estas glndulas segregan un lquido salino que lubrica la parte delantera del ojo cuando

los prpados estn cerrados y limpia su superficie de las pequeas partculas de polvo o

cualquier otro cuerpo extrao. En general, el parpadeo en el ojo humano es un acto

reflejo que se produce ms o menos cada seis segundos; pero si el polvo alcanza su

superficie y no se elimina por lavado, los prpados se cierran con ms frecuencia y se

produce mayor cantidad de lgrimas.


En los bordes de los prpados se encuentran las glndulas de Meibomio que tienen un tamao pequeo y producen una secrecin sebcea que lubrifica los prpados y las pestaas. Las cejas, localizadas sobre los ojos, tambin tienen una funcin protectora, absorben o desvan el sudor o la lluvia y evitan que la humedad se introduzca en ellos. Las cuencas hundidas en el crneo en las que se asientan los ojos se llaman rbitas oculares; sus bordes seos, junto al hueso frontal y a los pmulos, protegen al globo ocular contra las lesiones traumticas producidas por golpes o choques.

MIOPA E HIPERMIOPA

Las lentes de las gafas se pulen en forma de lente esfrica cncava para la miopa (cortos de vista), lentes esfricas convexas para la hipermetropa, lentes cilndricas para el astigmatismo (curvatura no uniforme del cristalino) y prismticas para defectos de convergencia. Con frecuencia es necesario pulir estas lentes de modo que se combinen estas formas para corregir varias anomalas al mismo tiempo. Las lentes bifocales se utilizan para proporcionar un grado de correccin diferente segn si la visin sea prxima o lejana. La zona superior de estas lentes est pulida para la visin de lejos y la parte inferior para la visin de cerca, de modo que el usuario slo tiene que inclinar los ojos hacia abajo para leer y elevarlos para mirar objetos distantes. Las gafas trifocales son bifocales que en el centro de la lente se han pulido para ver a una distancia intermedia.

En el ojo mipico (visin defectuosa de lejos), los rayos de luz de un objeto son enfocados enfrente de la capa que permite ver en el ojo (la retina), causando que las imgenes particularmente a distancia se vean borrosas.

BASTONES Y CONOS


Los bastoncillos y conos son clulas nerviosas de forma curiosa, que son sensibles a la luz. En ellas surgen impulsos cuando son heridas por rayos luminosos. Como resultado, se producen otros impulsos en las clulas bipolares que luego las fibras de las clulas ganglionares se encargan de transmitir al cerebro.

Estas fibras constituyen una especie de haz de cables, llamado nervio ptico, que nace en la parte posterior al ojo.

Los bastoncillos son sensibles a cantidades infinitamente ms pequeas de luz que los conos. Por esta razn, hacen posible la visin con luz mortecina. Los conos se encargan particularmente de la percepcin del detalle fino y del color.

Los bastoncillos son sensibles a la luz, a causa de una reaccin qumica originada por los rayos luminosos que entran en el ojo; en su parte externa los mismos contienen un pigmento rojo llamado prpura retiniana o rodopsima, que cuando es activado por la luz se descompone en una sustancia llamada retineno y despus de vitamina A y una protena que luego se convierten nuevamente en prpura retiniana.

Los bastoncillos y los conos no se hallan uniformemente distribuidos en toda la retina. Una pequea regin en el centro, llamada fovea centralis, contiene solamente conos y est a cargo de la visin aguda; dichos conos se distribuyen cada vez ms espaciadamente mientras el nmero relativo de bastoncillos aumenta.

De da vemos con mayor claridad usando la fovea centralis, de noche lo hacemos mediante una regin ubicada algo ms al costado. En ningn momento podemos ver los objetos cuya imagen cae slo en el punto de la retina donde el nervio ptico sale del ojo.

No hay ni bastoncillos ni conos en ella y recibe el nombre de papila ptica. Esto causa el llamado punto ciego en el campo de la visin.

La miopa es una alteracin visual producida por un trastorno del enfoque y cuya consecuencia es la percepcin de imgenes borrosas al mirar hacia lo lejos. Utilizando un smil, podramos comparar el ojo con una cmara fotogrfica, en la cual la crnea y el cristalino seran el objetivo, el iris se comportara como el diafragma, mientras que la retina es la pelcula fotogrfica que se impresiona con la luz, llevando el nervio ptico las imgenes a revelar al cerebro. Para que el proceso funcione correctamente se requiere un enfoque preciso y que todos los objetos que visualizamos se proyecten justo en la retina. En el ojo miope las imgenes procedentes del mundo exterior se enfocan por delante de la retina, por lo que la imagen que llega a esta no es ntida. La causa radica en que o bien el ojo posee un dimetro longitudinal mayor de lo normal, o bien el poder de enfoque de la crnea y del cristalino es demasiado potente. Curiosamente, y en contrapartida, por enfocarse las imgenes por delante de la retina, la visin que poseen los miopes de cerca es superior a lo normal.


La hipermetropa es una alteracin visual producida por un trastorno del enfoque originando una percepcin de imgenes borrosas fundamentalmente en la visin cercana. Utilizando el smil de la cmara fotogrfica ocular en el ojo hipermtrope las imgenes procedentes del mundo exterior se enfocan por detrs de la retina. El motivo de todo esto estriba en que el ojo posee un dimetro longitudinal menor del normal o bien el poder de enfoque de la crnea y el cristalino es menor de lo normal es un error en el enfoque visual que ocasiona dificultad para ver objetos cercanos.

ASTIGMATISMO

Es una distorsin de la vista que se produce porque la crnea (pelcula transparente que se encuentra delante del ojo) tiene una forma dispareja, es decir, en lugar de ser redonda, se achata por los polos y aparecen distintos radios de curvatura en cada uno de los ejes principales. Cuando se padece este trastorno, la vista est siempre borrosa.

En ocasiones, si padeces de astigmatismo, entrecierras los ojos para poder enfocar mejor los objetos, esto no daar tu visin, pero provocar que te duela la cabeza. Se puede corregir con anteojos, lentes de contacto o ciruga.

El astigmatismo es un problema comn y existen diversos tipos:

Astigmatismo simple. Aparece en un solo eje Astigmatismo compuesto. Adems de afectar a un eje se asocia a la

miopa o a la hipermetropa Astigmatismo mixto: Cuando un eje se enfoca delante de la retina

(mipico) y otro detrs de la retina (hipermetrpico)

EL PUNTO CIEGO

En el fondo del ojo, venas y arterias convergen en un punto. Se trata de un conducto por donde, adems de esos vasos sanguneos, pasa el nervio ptico que comunica al ojo con el cerebro. Por ser este un sitio en el que no hay clulas de la visin se conoce como punto ciego.

El punto ciego vara de persona a persona dentro de cierto rango. Es importante localizar este punto ya que si est fuera de este rango, podra indicar que existe una alteracin en las estructuras del ojo.

La retina es el tejido nervioso que recubre la parte posterior del ojo. Sobre ella se forman las imgenes que nos dan la sensacin de visin. Est constituida por unas clulas especialmente sensibles a la luz denominadas conos y bastoncillos. La retina est conectada al cerebro por medio del nervio ptico. El punto en el que este se une a la retina se denomina como ya se menciono punto ciego por carecer de clulas fotosensibles.


Normalmente no percibimos el punto ciego ya que al ver un objeto con ambos ojos la parte del mismo que incide sobre el punto ciego de uno de ellos, incide sobre una zona sensible del otro. Si cerramos un ojo tampoco seremos conscientes de la existencia del punto ciego debido a que el cerebro normalmente nos engaa y completa la parte que falta de la imagen. Esta es la razn de que no fuese conocida la existencia del punto ciego hasta el siglo XVII.

Un experimento para comprobar su existencia

En una cartulina dibuja una cruz y un crculo como se ve en la siguiente figura:

Sita la cartulina a unos 20 centmetros del ojo derecho. Cierra el izquierdo, mira la cruz con el ojo derecho y acerca lentamente

la cartulina. Llegar un momento en que el crculo desaparezca del campo de visin.

En este momento su imagen se forma sobre el punto ciego. Al seguir acercando la cartulina, el crculo vuelve a aparecer.

SEMEJANZAS ENTRE EL SISTEMA VISUAL Y UN SISTEMA DE VDEO

Siguiendo con las comparaciones, veamos ahora ya no la cmara fotogrfica y el ojo, sino el sistema visual completo. El hombre no ve con los ojos sino a travs de los ojos. El ojo es simplemente la primera etapa de un sistema sumamente complejo. La visin es una funcin del sistema nervioso central, es decir es una funcin cerebral. Para explicar este punto recurriremos a una nueva comparacin.

Imaginemos ahora que en lugar de contar con una cmara fotogrfica, tenemos una cmara de vdeo. El vdeo, como el cine, registra el movimiento, por lo que se parece ms al ojo ya que ste adems de registrar forma, tamao y color, registra el movimiento. Con nuestra cmara de vdeo registramos una escena familiar cualquiera, por ejemplo, la fiesta de cumpleaos de uno de nuestros hijos. Si no cometimos errores al filmar y la cmara de vdeo funciona adecuadamente, tendremos registradas en la cinta las imgenes de la fiesta. Hasta aqu los hechos son semejantes a lo expuesto para la cmara fotogrfica. Sin embargo, para tener acceso a la informacin, es decir, para ver


el vdeo, necesitamos de otro equipo. Analicemos ahora la figura 3. Para ver el vdeo es necesario llevar la informacin registrada en la cinta a una videocasetera en donde se procesa la informacin y se enva a un monitor (aparato de televisin) que traduce esta informacin en imagen. Slo contando con el equipo completo podremos ver las imgenes de la fiesta.

El sistema visual es en todo semejante al anterior. El ojo corresponde a la cmara de vdeo.

Fig. Semejanzas entre el sistema visual y un sistema de vdeo.

Los nervios pticos transportan, en forma codificada, toda la informacin registrada en la retina a los centros analizadores del sistema nervioso en el cerebro para que el sujeto pueda ver lo que registran sus ojos. De esta forma, los centros nerviosos corresponden a la videocasetera y al monitor. El sistema visual cuenta adems con otras conexiones dentro del mismo sistema nervioso que amplan enormemente sus potencialidades, permitiendo al individuo interpretar la informacin recibida, conectando sta con la informacin de otros sistemas sensoriales, con la memoria, etctera.

Las vas visuales son entonces los nervios que parten del ojo llevando la informacin visual a los centros cerebrales, y los centros visuales son aqullos localizados en la corteza occipital del cerebro y son los encargados de decodificar la informacin y traducirla en una percepcin visual que el individuo pueda interpretar.

En resumen, podemos decir que la visin es una funcin compleja en la que intervienen

los rganos receptores de las imgenes (los ojos), un sistema que transporta la

informacin (las vas visuales o nervios pticos) y un centro de anlisis de la

informacin en el cerebro. Este sistema no est aislado sino que cuenta con mltiples

conexiones con otros centros del sistema nervioso, permitiendo as que la visin forme

parte activa e importante de la actividad cerebral del hombre.


GENERALIDADES Hasta ahora hemos considerado los elementos objetivos que intervienen en Luminotecnia, es decir, los factores que hacen posible la iluminacin, con independencia a los efectos psicofisiolgicos que causan en el rgano de la visin y el cerebro, rgano receptor de las sensaciones luminosas. De esta manera, hemos definido las magnitudes fsicas fundamentales, tales como flujo luminoso, intensidad luminosa, iluminacin, radiancia y liminancia, que hacen posible la percepcin de la luz. Ahora bien, de todas las magnitudes citadas, el ojo humano slo percibe la luminancia o, mejor dicho, las diferencias de luminancia entre los objetos circundantes; pero como esta magnitud depende, esencialmente de las restantes magnitudes luminosas, hemos tenido que estudiar todas ellas; en resumen, la percepcin de la luz, es en realidad, la percepcin de las diferencias de luminancia, y al efectode la luminancia sobre el rgano de la visin, le llamaremos brillo. Es decir que la luminancia es la causa, o el estmulo y el brillo es el efecto, o la sensacin; no hay que olvidar esta fundamental diferencia pues corrientemente se confunden ambos conceptos. Otros factores psicofisiolgicos que hemos de considerar en relacin con nuestro tema son la percepcin de las formas plsticas, es decir, la percepcin del volumen y profundidad, y la percepcin del color.

LUMINANCIA

La luminancia ser la cantidad de lmenes que una superficie consigue hacer llegar a un punto de observacin teniendo en cuenta el ngulo slido proyectado y la magnitud de su superficie. Aunque la unidad de medida es el nit, muy frecuentemente se sustituye esta por la de candelas partido por m2. La magnitud de este parmetro no depende de la distancia a la que se mida. Su valor es muy relevante respecto a la posibilidad de deslumbramiento.

Siendo Sr esterorradianes

Srm

lmNits

2


Estereorradianes

mas grande mas pequeo Mayor m2 100 lm Menor m2 100 lm

Mayor concentracion de luz, al ser mas pequeo, con lo cual hay mas luminancia

Fluorescente La luminancia indica la cantidad de luz que manda algo hacia el entorno, se puede medir desde cualquier distancia, siempre y cuando lo que queremos medir est dentro del encuadre del fotmetro, que es el aparato que mide los nits y la luminancia.

BRILLO El brillo es la sensacin producida en el ojo humano, a causa de las diferencia de luminancia de los objetos iluminados o luminosos. Podemos considerar dos clases de brillo: Brillo directo, o brillo del manantial luminoso considerado, por ejemplo, el brillo de una lmpara fluorescente. Brillo reflejado o brillo percibido al incidir el flujo luminoso sobre una superfice brillante; por ejemplo, el brillo de un espejo, intensamente iluminado. El brillo - como la luminancia, su causa es directamente proporcional a la intensidad luminosa de un manantial e inversamente proporcional a la superficie de la fuente luminosa emisora (caso de brillo directo) o a la superfice que refleja la luz incidente (caso de brillo reflejado). Por esta razn, un manantial luminoso de dbil intensidad luminosa pero de poca superfice emisora, puede resultar ms brillante que un manantial de luz de gran intensidad luminosa pero de gran superfice emisora; por ejemplo, es mucho ms brillante una lmpara de incandescencia de 100 W, de cristal transparente, que la misma lmpara de incandescencia provista de cristal mateado, ya que en el primer caso, la superficie emisora es el filamento de la lmpara y en el segundo, se puede considerar a toda la lmpara como superfice emisora.


Por la misma razn, resulta muy fcil comprender que los cuerpos con reflexin difusa, ya que en este ltimo caso el rayo de luz incidente se refleja en todas las direcciones del espacio y, por lo tanto, sobre mayor superficie aparente. Esta es la razn de que un cuerpo metlico (reflexin especular), sea ms brillante que una pieza de tela (reflexin difusa), si ambos cuerpos tienen la misma iluminacin.

DESLUMBRAMIENTO El concepto de deslumbramiento est intimamente ligado con el brillo; pero el deslumbramiento no depende del brillo intrnsecamente considerado, sino de las diferencias de brillo. Se presenta este fenmeno cuando en el campo de la visin hay objetos iluminados o manantiales luminosos con grandes diferencias de brillo, por ejemplo, en una habitacin completamente a oscuras, la luz directa de una lmapara incandescente de 50 W produce deslumbramiento, mientras que en una habitacin bien iluminada, la luz de la misma lmpra no provocar este fenmeno. Es decir que se produce un deslumbramiento cuando el observador es expuesto a una luminancia muy superior a aquellas en las que su retina estuviese previamente adaptada.

Hay 2 formas de deslumbramiento.

Atendiendo al origen:

Directo: se produce cuando la persona mira directamente a la fuente del problema

Indirecto o reflejo: Cuando la fuente del problema se proyecta en la retina a travs de una superficie reflectante.

Atendiendo a las consecuencias:

Discapacitantes: Suponen una reduccin en la capacidad del sistema visual

Disconfortantes: Producen molestias o malestar.

La distincin dicapacidad-disconfort no implica incompatibilidad dentro de las categoras. Todos los deslumbramientos incapacitantes son disconfortantes, aunque no siempre a la inversa.


EL DESLUMBRAMIENTO SE PRODUCE EN LOS SIGUIENTES CASOS, QUE HABR QUE EVITAR CUANDO SE PROYECTE UNA INSTALACIN DE ALUMBRADO: 1.- Brillo excesivo de un manantial luminoso. Por ejmplo, la visin directa de una lmpara de incandescencia. El lmite tolerable de brillo, para su visin directa, es el producido por una luminancia de 7.500 nits. 2.- Situacin inadecuada de manantiales luminosos de brillo intenso, es decir, prximas al rgano visual del observador o en el centro de su campo visual. Por ejemplo, vase en la figura 1, un aparato de alumbrado que produce deslumbramiento, y en la figura 2 otro aparato de alumbrado que no lo produce. Como norma para evitar el deslumbramiento por esta causa, podemos definir el ngulo lmite (figura3) como el ngulo formado por la direccin visual horizontal y la direccin de la visual al foco luminoso, para evitar el deslumbramiento, este ngulo lmite, ha de ser superior a 30, tal como se representa en la figura 3. Las lmparas de luminancia elevada, que hayan de quedar dentro de ngulos inferiores a 30 deben protegerse mediante globos difusores, reflectores, etc, es decir con algn dispositivoque reduzca su luminanacia hasta que sta alcance el lmite admisible y oriente los rayos luminosos de modo que se aumente el valor del ngulo lmite hasta que ste sea superior a 30.

Fig. 1. Aparato de alumbrado que produce deslumbramiento.


Fig. 2. Aparato de alumbrado que no produce deslumbramiento.

Fig. 3. Concepto de ngulo lmite.


3.- Contrastes excesivos de luz y sombras en el campo visual. 4.- Brillo reflejado por superficies metlicas o muy pulimentadas, es decir, el brillo producido por reflexin especular.

DESLUMBRAMIENTO DIRECTO

El riesgo del deslumbramiento directo aumenta con el crecimiento en la luminancia (LFU) y el del tamao proyectado (T) de la fuente. Por el contrario disminuye con el incremento en la luminancia del fondo (LFO) y con la excentricidad (E) en la posicin de la fuente respecto a la linea de la mirada.

Para luchar contra el deslumbramiento se puede hacer que el numerador decrezca o el denominador aumente.

La CIE propone el UGR para evaluar conjuntamente el efecto de estas 4 variables, considerando las distintas fuentes de deslumbramiento que puedan operar conjuntamente en un entorno.

Donde Lb es la luminancia del fondo (background); L la iluminancia de la fuente; w el tamao angular de la fuente y p la excentricidad de la fuente. Los valores van desde los 7 UGR a 28 UGR, desde lo imperceptible a lo casi tolerable.

SISTEMA CIE DE LIMITACIN DEL DESLUMBRAMIENTO.

Se determina una condicin concreta para un trabajo, cual es el mejor nivel de luminancia que puede haber a ojos del trabajador que sea tolerable por este. Si la cantidad est por encima, significa que ha sobrepasado el lmite y est mal, si est por debajo est bien, porque est dentro del nivel tolerable por el observador.

D= 6,1

8,06,1

.

.

EL

TL

FO

FU

UGR=

2

2

.25,0

log.8p

Lw

Lb


ANGULOS DE OCULTAMIENTO

Segn dnde est situada una fuente de luz dentro de la luminaria (bombilla dentro de una lmpara), el deslumbramiento ser diferente. Lo mejor es que est ms dentro de la luminaria para que no deslumbre (siempre hasta un cierto lmite, claro). El ngulo de ocultamiento se forma por la horizontal que pasa por la abertura de la lmpara (a) y la otra linea del extremo brillante de la lmpara. Cuanto ms dentro est la fuente de luz, ms grande sera alfa. Para tareas ms complicadas, ngulos de ocultamiento mayores, si la tarea es ms simple, el ngulo puede ser ms pequeo.

ILUMINACIN SOLAR Y DESLUMBRAMIENTO Para iluminar sitios de trabajo se han tenido ciertas reticencias en paises sobretodo de latitudes ms elevadas debido a que su empleo requiere varios requisitos:

- Requiere ventanas grandes - Son malas barreras trmicas y acsticas - Se necesitan limpiar con regularidad - Proporcionan un tipo y cantidad de luz variable en funcin de la hora

y la estacin del ao. - Proporcionan un aporte lumnico que frecuentemente debe ser

complementado con luz artificial. Cuando se usa luz solar deben reducirse al mnimo las posibilidades de que esta se convierta en fuente de deslumbramiento. Por ello, se proponen las siguientes medidas.

(1) Todas las ventanas deben contar con algn mecanismo para reducir de forma significativa, gradual y controlada su luminancia (reduccin en el valor de LFU mediante el uso de persianas venecianas, estores, etc.)

(2) Puesto que el riesgo de deslumbramiento se reduce con el aumento

en la luminancia del entorno (LFO), es recomendable usar supeficies de alta reflectancia en las proximidades de las ventanas y/o un cierto grado de angulacin en las partes de la pared ms prximas a ellas.

(3) Puesto que el deslumbramiento se reduce con la excentricidad de la

fuente que lo produce (E), se debe intentar que las ventanas se


ubiquen lo ms alejadas posibles de la linea de la mirada del trabajador

DESLUMBRAMIENTO INDIRECTO (REFLEJOS)

Puede haber dos tipos de superficies, en general.

La superficie puede ser Pulida; en cuyo caso, toda la luz se reflejar en una sola direccin, entonces alfa y beta son iguales (este experimento es imposible hacerlo en la realidad porque no es posible hacer un haz de luz tan fino).

La superficie puede ser Mate; con lo que toda la luz es reflejada en la misma cantidad y en todas direcciones. Los reflejos en este caso no son importantes.

Pulida Mate (rugosa) Semipulida

Si queremos luchar contra el deslumbramiento, es mejor una superficie mate, o si no, que la luz venga de todas las direcciones posibles para que tambin la superficie, que en este caso ser pulida, refleje tambien en todas direcciones. El uso de superficies pulidas e iluminarias localizadas fomenta la aparicin de deslumbramientos indirectos. Para combatirlos, adems de evitar que se den estas circunstancias, se debe ser cuidadoso con la ubicacin del trabajador. Se debe:

1. Incrementar el rea de luz que alcanza el rea de trabajo desde posiciones lateralizadas (situadas a izquierda o derecha respecto de la linea de la mirada).

Linea

normal

SUPERFICIE PULIDA

SUPERFICIE MATE


2. Usar luminarias con superficies lumnicas extensas y de baja

luminancia.

3. Emplear superficies y materiales de trabajo lo ms mates posibles.

REFLECTANCIA

La reflectancia es la proporcin de luz reflejada por una superficie y se determina comparando los lmenes que inciden en ella (iluminancia) con los que refleja (luminancia).

Iluminancia Luminancia

90% Esta frmula es slo el porcentaje de luz reflejada, no se mide en ninguna unidad

CONTRASTE

Existe contraste cuando la luz que alcanza el punto de observacin desde direcciones diferentes tiene niveles de luminancia distintos (ejemplo: la hoja blanca y la tinta sobre ella). Se estudian dos parmetros para medirlo: - Proporcin de contraste : Para procesadores de textos se recomienda una Cp de 3

- Modulacin de contraste:

La forma ms comn de producir contraste es utilizando superficies de

reflectancia variable (mis apuntes), aunque tambin puede generarse haciendo pasar la energa lumnica por un filtro de transmitancia variable (transmitancia es lo que una superficie deja pasar a su travs de luz)

100.)(min

)(min.Re

luxesaciailu

Nitsancialuflectacia

Minima

Maxima

L

LCp )(

100)(

MinMax

MinMax

LL

LLCm


Si tenemos una iluminancia constante podemos usar otras frmulas que usan la medicin de la reflectancia.

Otra posibilidad es usar la Transmitancia de un filtro, ya que es aun ms barato porque la informacin nos la puede facilitar incluso la fbrica (la frmula sera exactamente igual que en los casos anteriores, multiplicando por 100 si se quiere obtener el porcentaje, y sustituyendo donde pone R por T. Sin embargo, una aclaracin por si se desea medir la transmitancia, y es que en los filtros que venden no especifican la transmitancia, sino la densidad del filtro. Para saber a que transmitancia aluden al hablar de densidad, basta una simple tabla y una frmula de referencia.

Es una alternativa de medicin, ya que siempre resulta ms barato medir cualquiera de las otras dos variables mencionadas que la luminancia.

MEDICIN COTIDIANA DE ILUMINANCIA, REFLECTANCIA Y TRANSMITANCIA

ILUMINANCIA

La ecuacin de la iluminancia ( ) no podra aplicarse en la vida real por los siguientes motivos:

- Supone que slo tengo un punto de luz, y en la vida real esto nunca se da. Cuando estoy lejos de una fuente dada, entonces la frmula en este sentido podra valer al parecerse ms a un punto, por la lejana. En cualquier caso, la ecuacin slo se aplica si la distancia a la que estoy de la fuente es 5 veces mayor de lo que mide la luminaria. - Si tenemos muchas luminarias, no tenemos un solo punto, ya que si te alejas de una, te acercas a otra.

Minima

Maxima

R

RCp

MinMax

MinMaxM

RR

RRC

T D

100% 0

50% 1

25% 2

12,5% 3

DT

2

1

2lg

lgTD

cos.2d

IE


- La ecuacin no tiene en cuenta la reflectancia de paredes, suelos, etc, que reflejan luz que al final va a parar al luxmetro. Conclusin: Mejor no hacer clculos y medir directamente en el luxmetro.

REFLECTANCIA

Si mido con materiales comunes el resultado no es vlido porque los aparatos son baratos y tienen errores. Por ello, hay dos opciones de hacer la medicin ms correctamente: A) Fotmetro: Puedo tener una muestra de reflectancia conocida (atlas, etc). Hacemos dos mediciones con el fotmetro, una con una muestra de reflectancia para referencia (por ejemplo, una hoja de papel en blanco), y hora a lo que quiero medir. A continuacin haramos una regla de tres (por ejemplo: medimos una hoja de papel blanco de reflectancia conocida de 90%, nos da 200 nits. A continuacin medimos otra cosa (jersey rojo), de lo cual queremos saber la reflectancia. Nos da 50 nits. Con la regla de tres sabemos que 90% es a 200 como X es a 50, el resultado es 22,5%. Esta sera la reflectancia total).

B) Atlas homologado: Con l puedo saber la reflectancia de cada color, cojo el material del que quiero medir su reflectancia y lo comparo con lo que sale en el atlas. Asumo que esta es la reflectancia de lo que tengo (hay margen de error pero muy pequeo).

TRANSMITANCIA

Tengo un filtro y un aparato fotomtrico (un luxmetro, por ejemplo). Hago dos mediciones, una con el filtro y otra sin l. Divido, y tengo la transmitancia (en porcentaje).

Por ejemplo:

luxometroluxIlumi

fotometronitsLumiR

)(

)(

%50200

100

sinconT


LOS EFECTOS QUE PRODUCE EL DESLUMBRAMIENTO SON:

1.- Disminucin de la percepcin visual. El observador concentra involuntariamente su atencin hacia el objeto ms brillante y disminuye, por tanto, la percepcin en el resto del campo visual. Este efecto que, generalmente, debe evitarse, se utiliza sin embargo, en casos especiales como son los anuncios luminosos de tipo publicitario. 2.- Efectos desagradebles a la vista. 3.- Fatiga visual y, por lo tanto, menor rendimiento en el trabajo o tarea encomendada. 4.- Dar un aspecto falso y perjudicial a los objetos excesivamente iluminados.

NORMAS PARA EVITAR EL DESLUMBRAMIENTO.

En relacin con el factor brillo y su consecuencia directa, el deslumbramiento, se pueden indicar las siguientes normas:

a) A ser posible, no deben entrar objetos brillantes en el campo visual del observador; es decir que las lmapras y dems objetos luminosos deben quedar ocultos a los ojos del observador. Si esto no es posible, por lo menos debe conseguirse que los manantiales luminosos presentes en el campo visual, queden por encima del ngulo lmite (es decir, que los manantiales luminosos deben quedar por encima de los 30 respecto a la lnea horizontal de la visin).

b) Adems de suprimir o disminuir el deslumbramiento directo, debe evitarse tambin en lo posible, el deslumbramiento reflejado o sea el producido sobre superficie reflectoras (espejos, cristales, superficies metlicas, etc). Para ello se situarn los manantiales luminosos de tal manera que los rayos lmites reflejados no lleguen a los ojos del observador con objeto de que la imagen reflejada quede fuera de su campo visual.

Para aclarar mejor estos conceptos, veamos las figuras 4, 5 y 6. En las tres figuras se trata de iluminar el objeto H, que puede ser un espejo, un cuadro, etc y se supone que la lnea visual es A-A, estando situado el observador en Z.


Fig. 4. Iluminacin de un cuadro, en la que no se ha evitado el deslumbramiento directo ni el reflejado. La figura 4 es la ms imperfecta, en lo que se refiere a la buena iluminacin del objeto H; no se ha podido suprimir el deslumbramiento directo ni el reflejado; como consecuancia inmediata, el observador sentir molestias, se fatigar visualmente y no percibir con claridad el objeto iluminado. En la figura 5 se ha solucionado el problema del deslumbramiento directo, ocultando el manantial luminoso a los ojos del observador por medio de un aparato de iluminacin adecuado. Pero no se ha podido evitar el deslumbramiento reflejado, ya que el rgano visual del observador queda en el interior del cono de luz reflejado por el objeto que se ha de iluminar.


Fig. 5. Iluminacin de un cuadro en la que se ha evitado el deslumbramiento directo pero no el reflejado. Situando debidamente el foco luminoso (ms alto y con mayor inclinacin), el resultado sera el de la figura 6 donde se ha solucionado perfectamente el problema ya que no existe deslumbramiento directo ni reflejado.

Fig. 6. Iluminacin de un cuadro en la que se ha evitado el deslumbramiento directo y el reflejado.


Para evitar el deslumbramiento, las mximas relaciones de luminancia, admisibles en el campo visual del observador son las siguientes:

Entre la tarea visual y la superficie de trabajo 3:1

Entre la tarea visual y el espacio circundante

10:1

Entre el manantial luminoso y el fondo 20:1

Mxima relacin de luminancia en el campo visual

40:1

Fig. 7. Iluminacin de una habitacin con relacin de luminancias muy favorable. En la figura 7 se ha representado un caso de relacin de luminancias muy favorable:

6:3:1 El lmite que no debe traspasarse es, segn las normas anteriores:

10:3:1 En la tabla 1 se expresan las caractersticas de luminancia de algunos manantiales luminosos. Recordemos que el lmite tolerado al ojo humano para la visin directa de un manantial luminoso es de 7500 nits.


TABLA 1. LUMINANCIA DE LOS MANANTIALES LUMINOSOS.

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