2. Considerações gerais
2.4. Geração de Luz Branca
2.4.3. A função de sensibilidade do olho
Em 1924, o CIE (Comission Internationale de l'Éclairage) introduziu a função de sensibilidade fotópica do olho V
( )
λ para fontes luminosas pontuais, nas quais o ângulo de visão do observador é de 2° (CIE 1931). Essa função é chamada de função CIE1931V( )
λ , e é o padrão fotométrico utilizado nos EUA e em vários outros países. A função CIE1931V( )
λ é apresentada na Figura 2-10. Note-se que a sensibilidade fotópica do olho possui o máximo na região espectral do verde em 555 nm, onde V( )
λ =1 e diminui a sensibilidade para o azul ( < 460nmλ ). Em 1978, Judd e Vos [110, 111] modificaram essa função inserindo os valores na região espectral abaixo de 460nm. Na Figura 2-10, também é apresentada a função da sensibilidade do olho no regime escotópico, padronizada pela CIE 1951[108].A função V
( )
λ é determinada por meio de um método em que o estímulo é uma luz intermitente (freqüência de 15Hz) alternando entre a cor padrão e a cor a ser comparada. Se a freqüência das cores for menor que 15Hz, a cor é misturada e não ocorre distinção. Entretanto, se a freqüência das cores a serem padronizadas for maior que 15Hz, ocorrerá diferença no brilho (veja definição de brilho na seção 2.4.3.2) e, então, teremos o efeito flicker (efeito no qual a retina permanece estimulada depois de um relâmpago permitindo a fusão de imagens intermitentes). No caso da determinação da função V( )
λ , teremos humanos com a tarefa de ajustar a cor alvo até que o efeito flicker seja mínimo, ou seja, até que seja possível diferenciar as cores.Qualquer cromaticidade pode ser obtida com uma variedade infinita de distribuições de potências espectrais P
( )
λ . Uma dessas distribuições possui a maior eficácia luminosa possível (eficácia luminosa=fluxo luminoso/ unidade de potência óptica – lm/W). Esse limite pode ser obtido por meio da mistura de duas fontes monocromáticas com intensidades satisfatórias [112]. O máximo de eficácia luminosa da luz branca depende da temperatura da cor (2.4.5);Figura 2-11. Relação entre a máxima eficácia luminosa e as coordenadas de cromaticidade [108].
2.4.3.1. Cores de emissores de luz aproximadamente monocromáticos
Para comprimentos de onda entre 390 e 720nm, a funçãoV
( )
λ possui valores maiores que 1x10-3. Embora o olho humano seja sensível aos comprimentos de onda < 390 e > 720nm, essa sensibilidade é considerada muito baixa. Aliás, a faixa entre 390 e 720nm são os comprimentos de onda na região espectral do visível. A relação entre a cor e o comprimento de onda do visível é dada na Tabela 2-6. Essa relação é válida tanto para fontes monocromáticas quanto para as aproximadamente monocromáticas (por exemplo, os LEDs). Note que a cor é uma quantidade subjetiva e que a transição entre elas é contínua.Tabela 2-6 Relação entre percepção da cor e comprimento de onda do visível
Cor Comprimento de Onda (nm) Cor Comprimento de Onda(nm)
Ultravioleta < 390 Amarelo 570-600
Violeta 390-455 Âmbar 590-600
Azul 455-490 Laranja 600-625
Ciano 490-515 Vermelho 625-720
2.4.3.2. Brilho para a visão humana
Embora o termo brilho seja freqüentemente utilizado, uma definição científica padronizada ainda está em falta. Este uso freqüente é devido à fácil relação que o público em geral faz com o termo ao contrário dos termos fotométricos, tais como luminância ou intensidade luminosa. O brilho é um atributo de percepção visual e é incorretamente usado como sinônimo para luminância e radiância.
Para quantificar o brilho de uma fonte luminosa devemos primeiramente diferenciar entre uma fonte pontual e uma fonte de superfície. Para fontes pontuais, o brilho (no regime de visão fotópica) pode ser relacionado à intensidade luminosa (medida em cd). Para fontes de superfície, o brilho pode ser atribuído à luminância (medida em cd/m²). Entretanto, devido à falta de padronização, esse termo é evitado em publicações cientificas [108].
2.4.3.3. Ritmo circadiano e sensibilidade circadiana
O ritmo despertar-dormir dos humanos tem um período de aproximadamente 24 horas e é denominado ritmo circadiano. Esse nome é derivado das palavras em latim circa e dies que significam aproximadamente e dia.
Sabe-se que a luz é utilizada para sincronizar o “relógio” do ritmo circadiano [113], por meio da composição da intensidade e da posição espectral. A luz solar é o relógio natural deste sistema. Durante o dia, a luz possui alta intensidade, alta temperatura da cor e alta quantidade de componente azul. Durante a noite, a intensidade, a temperatura da cor e a componente azul decrescem abruptamente. Os seres humanos se adaptaram a essas variações e o ritmo circadiano é sincronizado com base nesses três fatores: intensidade, temperatura da cor e quantidade da componente azul na luz.
A exposição à luz altamente intensa no fim da tarde/noite pode transtornar o ritmo circadiano regular e levar à insônia ou mesmo a sérias doenças, como por exemplo, câncer
sensibilidade óptica (veja Figura 2-8 (b)). A sensibilidade espectral das células ganglionares de mamíferos foi apresentada nesses trabalhos e a curva de resposta está apresentada na Figura 2-12. O pico de sensibilidade das células ganglionares é em 484 nm, na região espectral azul, demonstrando uma grande diferença com a sensibilidade da luz vermelha e azul na eficácia circadiana.
Figura 2-12 Curva da eficácia circadiana derivada das células ganglionares da retina por meio de medidas de foto - resposta. As células ganglionares utilizadas nas medidas foram efetuadas originalmente em mamíferos [108].
Berson e colaboradores (2002) [114] apresentaram evidências de que as células ganglionares fotossensíveis são essenciais no controle do ritmo circadiano. Devido a essa sensibilidade na região espectral do azul, pode-se assumir que o azul do céu que ocorre no meio do dia é um fator crucial na sincronização do ritmo circadiano. Por esse fator, essas células têm sido chamadas de receptores do azul - céu.
A eficácia da luz azul no sincronismo do ritmo circadiano pode ser até 3 ordens de magnitude maior que a luz vermelha. Esse papel singular da luz azul pode abrir caminhos na pesquisa para projetos de iluminação em ambientes industriais ou mesmo para uso doméstico. Especula-se ainda a instalação de luz azul em automóveis para evitar que os motoristas adormeçam enquanto dirigem [117].