Espectro visible del ojo humano | Iluminación
El espectro visible del ojo humano está comprendido en una pequeña zona del espectro electromagnético entre 380 nm (violeta) y 760 nm (rojo), fuera de este intervalo el ojo es ciego a cualquier otra radiación electromagnética.
Espectro electromagnético y espectro visible del ojo humano
En este sentido, la ciencia de la iluminación y sus aplicaciones se basan en la caracterización del desempeño de la visión humana, la cual no sólo depende de un parámetro físico como la radiación visible y la cantidad de energía radiante, sino también de cuestiones fisiológicas y psicológicas que determinan la forma en que el ojo humano percibe la luz, así como el desempeño que presenta ante diferentes condiciones de iluminación.
En la retina del ojo humano se encuentran dos tipos de fotoreceptores encargados de recibir las imágenes e impresiones visuales, llamados conos y bastones, los cuales transforman la luz en impulsos nerviosos que llegan a la parte posterior del cerebro por medio del nervio óptico. Los conos tienen una baja sensibilidad a la luz y permiten una buena identificación de colores y detalles, en cambio, los bastones tienen una alta sensibilidad a la luz, son muy sensibles al movimiento, pero tienen una baja identificación de colores y detalles. Los conos están asociados a la visión con niveles relativamente altos de iluminación, mientras que los bastones están asociados a la visión con niveles bajos de iluminación.
Desde fines del siglo XIX se encontró que la sensibilidad del ojo humano estaba caracterizada por una curva de distribución gaussiana en la que las colas se encontraban en las longitudes de onda correspondientes al color violeta y al color rojo (extremos del espectro visible del ojo humano).
Adicionalmente, se observó que la curva que describía la sensibilidad del ojo humano en condiciones con niveles relativamente altos de iluminación tenía un pico entre los colores verde y amarillo, pero que sufría un corrimiento hacia los tonos azules con niveles bajos de iluminación, a lo que se le denominó efecto Purkinje.
En 1924, la Comisión Internacional de Iluminación, CIE, adoptó la función fotópica de eficacia luminosa espectral, V(λ), como la base del sistema de fotometría, a fin de proporcionar un método para evaluar la luz en términos de la sensibilidad espectral del ojo humano.
La curva que define la función fotópica es una campana de Gauss, cuyo pico de sensibilidad se encuentra a una longitud de onda de 555 nm. Esta función describe la respuesta espectral de los conos, ya que fue obtenida en condiciones experimentales con niveles altos de iluminación (luminancias mayores a 10 cd/m2), sin embargo, las aplicaciones que tienen estos niveles de iluminación son principalmente las relacionadas con la iluminación de interiores.
Visto de manera práctica, todos los instrumentos de medición que se usan en iluminación están calibrados de acuerdo con la función fotópica, por lo que cada valor de flujo luminoso, intensidad luminosa, luminancia e iluminancia, también está determinado por dicha función, incluidos los niveles de iluminación establecidos en normas y recomendaciones internacionales.
Al analizar con más detalle la curva que define la función fotópica, se puede observar que las longitudes de onda correspondientes a los tonos verde, amarillo, naranja y rojo, tienen valores mayores que las longitudes de onda que corresponden a los tonos azules. En la práctica, las fuentes de luz que tienen mayor aportación en los tonos verde, amarillo y rojo, son las fuentes de luz amarilla, entre las que se encuentran las lámparas de vapor de sodio alta presión, con una TCC típicamente de 2,100 K, y el caso más extremo, la lámpara de vapor de sodio baja presión (VSBP), cuya TCC es de 1,800 K, que es considerada una fuente de radiación monocromática con una longitud de onda muy cercana al pico de la función de fotópica. Por otro lado, las “fuentes de luz blanca” tienen mayor aportación en los tonos
azules, como es el caso de las lámparas de aditivos metálicos, inducción y LEDs, todos ellas con una TCC entre 2,700 K y 6,500 K.
En conclusión, de acuerdo con la función fotópica, el ojo humano es más sensible a las fuentes de luz amarilla que a las fuentes de luz blanca, para un mismo nivel de potencia radiante.
De acuerdo con la función fotópica, las lámparas de vapor de sodio baja presión y vapor de sodio alta presión -fuentes de luz amarilla-, tienen una alta eficacia debido a que su distribución espectral tiene una alta aportación cerca del pico de dicha función (555 nm), a diferencia de las lámparas de aditivos metálicos de arranque por pulso -fuente de luz blanca-, que tienen una menor eficacia dado que su aportación es menor.
En 1951, 27 años después de la aceptación de la función fotópica, la CIE definió una función escotópica de eficacia luminosa espectral, la cual define la respuesta espectral de los bastones, ya que fue obtenida en condiciones de baja iluminación (luminancias menores a 0.001 cd/m2). Esta función se designa como V'(λ) y su pico de sensibilidad se encuentra entre los colores azul y verde, a una longitud de onda de 508 nm.
La función escotópica muestra un claro corrimiento hacia los tonos azules en comparación con la función fotópica, resultando que con niveles bajos de iluminación, el ojo humano es más sensible a las fuentes de luz blanca. No obstante, no existe aplicación alguna en la iluminación en la que el ojo humano trabaje adaptado a niveles tan bajos de iluminación como los que se emplearon para definir la función escotópica, ni siquiera el alumbrado público; debido a esto, aunque la función escotópica forma parte del sistema de fotometría de la CIE, no es una función utilizada en la práctica.
El uso generalizado de la función fotópica en todas las aplicaciones de iluminación se ha constituido en un paradigma, sin embargo, entre los intervalos fotópico y escotópico existe una zona de transición que corresponde a la visión mesópica, en la que participan tanto los conos como los bastones. El intervalo de la visión mesópica se considera entre 0.001 cd/m2 hasta poco menos de 10 cd/m2, en donde se encuentran los niveles de iluminación recomendados para varias aplicaciones, entre ellas el alumbrado de vialidades y el alumbrado exterior, así como la iluminación de seguridad, de aviación y de marina.
Intervalos de aplicación de la visión fotópica, escotópica y mesópica
Referencias:
Marín Benjamín et al. (2016). Aplicación del sistema de fotometría mesópica en la evaluación de sistemas de alumbrado de vialidades en México. AIM SENER.
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