MASARYKOVA UNIVERZITA VLIV OSVĚTLENÍ NA KVALITU PRÁCE OPTOMETRISTY. MĚŘENÍ OSVĚTLENÍ POMOCÍ LUXMETRU.

Transkript

1

2 MASARYKOVA UNIVERZITA LÉKAŘSKÁ FAKULTA VLIV OSVĚTLENÍ NA KVALITU PRÁCE OPTOMETRISTY. MĚŘENÍ OSVĚTLENÍ POMOCÍ LUXMETRU. DIPLOMOVÁ PRÁCE Vedoucí práce: Mgr. Ondřej Vlasák Vypracovala: Bc. Pavla Burdová Obor: Optometrie Brno, duben 2014

3 Anotace: Diplomová práce: Vliv osvětlení na kvalitu práce optometristy. Měření osvětlení pomocí luxmetru. se skládá ze dvou částí. První, teoretická část, obsahuje stručný popis elektromagnetického vlnění a vidění. Dále jsou v práci kapitoly zabývající se zdroji světla, fotometrií a osvětlováním vnitřních prostor. Teoretický oddíl práce ukončuje kapitola měření osvětlení. Druhá, praktická část, se zabývá vlivem intenzity osvětlení na subjektivní vnímání barev, prahovou intenzitou osvětlení potřebnou k vidění a také rychlostí adaptačních mechanismů oka na světlo. Annotation: The diploma thesis: The effects of lighting on the quality of optometrist's work. Illumination measurement using luxmeter. consists od two parts. The first, theoretical part, includes brief description of electromagnetic waves and vision. Following chapters in thesis deal with light sources, photometry and lighting technology of interior. The theoretical section of thesis is ended by chapter about illumination measurement. The second, practical part, is focused on effects of light intensity on subjective color perception, treshold of illuminance and also speed of adaptation mechanisms of the eye to light. Klíčová slova: adaptační mechanismy oka, barva, zdroje světla, osvětlení, luxmetr Keywords: adaptation mechanisms of the eye, color, light sources, illumination, luxmeter

4 PROHLÁŠENÍ: Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci na téma: Vliv osvětlení na kvalitu práce optometristy. Měření osvětlení pomocí luxmetru. vypracovala samostatně s využitím literatury a jiných zdrojů, které jsou uvedeny v seznamu na konci práce. Souhlasím, aby tato práce byla uložena v knihovně lékařské fakulty a byla zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně, dne:.. Bc. Pavla Burdová

5 Touto cestou bych ráda poděkovala Mgr. Ondřeji Vlasákovi, vedoucímu mé práce, za odbornou pomoc v průběhu psaní této diplomové práce. Dále děkuji své rodině za veškerou poskytnutou podporu.

6 Obsah Úvod Vývoj názorů na podstatu světla Elektromagnetické vlnění a elektromagnetické spektrum Ionizující záření Neionizující záření Ultrafialové záření Viditelné záření Infračervené záření Biologické účinky optického záření Účinky UV záření Účinky viditelného záření Účinky IR záření Oko a vidění Fyziologie vidění Adaptační mechanismy oka Změna velikosti zornice Difrakce a hloubka pole Změna citlivosti fotoreceptorů sítnice Změna velikosti vjemových polí sítnice Kontrastní citlivost Zraková ostrost a její vyšetřování, optotypy Barva Objektivní hodnocení barev Barevné vidění Zdroje světla Přírodní zdroje Umělé zdroje světla Teplotní zdroje Výbojové světelné zdroje Oblouková lampa Nízkotlaké výbojky Vysokotlaké výbojky... 41

7 Výbojky s luminofory Elektroluminiscenční světelné zdroje Speciální zdroje světla Osvětlovací soustavy Osvětlovací soustavy denního osvětlení Osvětlovací soustavy umělého osvětlení Osvětlovací soustavy sdruženého osvětlení Fotometrie Fotometrické veličiny Světelný tok Svítivost Osvětlení (intenzita osvětlení) Jas Světlení (intenzita světlení) Osvětlení vnitřních prostor Parametry osvětlení Měření osvětlení Luxmetry Parametry přístroje Vlastní měření Praktická část Úvod do výzkumné části Cíl výzkumu a pracovní hypotézy Metodika výzkumu Vyšetřované osoby Použité nástroje a pomůcky Pracovní postup Výsledky Měření osvětlení Prahová intenzita Obnovení rozlišovací schopnosti Vnímání barev Souhrn Závěr... 82

8 Seznam použité literatury Příloha 1 Vzorová tabulka pro zápis výsledků Příloha 2 Testy pro zjišťování vnímání barev a rozlišovací schopnosti... 87

9 Úvod Elektromagnetické záření patří k samozřejmé a velice důležité součásti životů rostlin i živočichů. Jakmile si člověk uvědomil jeho existenci, začal se zajímat o to, z čeho se skládá, jak funguje i jak může ovlivňovat lidské tělo. Díky vědeckým poznatkům již dnes víme, že se elektromagnetické záření skládá z jednotlivých složek, z nichž některé pohlcuje zemská atmosféra. Z množství těch, které dokážou prostoupit až na zemský povrch je pro zdravé lidské oko viditelná pouze malá část, další složky mohou být více, či méně nebezpečné jak pro smyslový orgán, tak i pro celý organismus. Zrak patří k nejdůležitějším smyslům lidského těla, s jehož pomocí lze získat až 80 % informací z vnějšího světa, jejichž nositelem se stává světlo a osvětlení. Nynější životní styl i podmínky na pracovištích, v kombinaci s moderními technologiemi osvětlení, stále více odsouvají člověka z dosahu přirozeného denního světla blíže umělým zdrojům. Ty, aby co nejvíce vyhovovaly fyziologii člověka, musí splňovat přísné hygienické podmínky. Následující práce se skládá ze dvou částí. První, teoretická část, seznamuje jak s elektromagnetickým zářením a fyziologií vidění spolu s reakcí oka na světlo, tak s různými zdroji světla i podmínkami osvětlování vnitřních prostor. Obsahuje také kapitolu týkající se fotometrických veličin a měření osvětlení. Druhá část se zabývá testováním a hodnocením vybraných znaků, jež ovlivňuje různá hladina osvětlení. 9

10 1 Vývoj názorů na podstatu světla V historii optiky lze vidět hojné boje různorodých názorů na povahu světla. Zákonitosti šíření světla a jeho působení na látky se nepovedlo vysvětlit matematicky formulovanými zákony, a proto bylo postupem doby vytvořeno mnoho vědeckých teorií, jež se snažily světelný mechanismus objasnit. První bude představena teorie korpuskulární (částicová) od Isaaca Newtona. Ten předpokládal, že se světlo skládá z nesmírně malých, rychle se pohybujících částeček. Odraz a lom vykládal podle mechanických zákonů, u disperze přemýšlel nad odlišnou hmotou částic barevných světel. Téměř současně s Newtonovou teorií se začala šířit myšlenka Christiana Huygense, že světlo je určitým druhem vlnění, tzv. vlnová teorie. Předpokladem bylo, že svítící bod vykonává rychle se střídající kmity, jež se přenášejí na nehmotné prostředí, éter, a díky jeho pružnosti se šíří všemi směry. Tuto ideu potvrzovaly jevy interferenční a ohybové. Teorie elektromagnetická J. C. Maxwella odstranila nesnáze týkající se éteru. Základem se stala skutečnost, že měnící se pole elektrické vyvolává pole magnetické a naopak. Kmitavý elektrický obvod utváří elektromagnetické vlny šířící se rychlostí světla. Heinrich Hertz experimentálně ověřil Maxwellovy domněnky, když pomocí kmitavého obvodu získal vlny o krátké vlnové délce a ukázal, že se tyto vlny odrážejí, lámou, spojují čočkou, polarizují, atd. Max Planck objevil, že světlo může být pohlcováno a vyzařováno pouze v určitých dávkách. Z toho plyne, že energie světelného toku není všude stejně a spojitě rozložena, nýbrž se soustředí v jistých centrech, kvantech. Ta Albert Einstein nazval fotony a na základě této představy objasnil jev fotoelektrické emise. Ukázalo se, že se vzrůstající intenzitou dopadajícího světla roste pouze počet fotoelektronů, nikoli také jejich rychlost. Ta závisí jen na frekvenci a to tak, že se stoupající frekvencí roste energie fotoelektronů. Energie fotoelektronů tedy nezávisí na intenzitě světla. Viditelná část, jež je středem celé oblasti záření, se na své krátkovlnné straně projevuje rázem kvantovým, naopak vlnová povaha se zcela zřetelně objevuje v dlouhovlnné oblasti spektra. V optických jevech se tedy projevuje již výše zmíněný dualismus, vlnová podstata vysvětluje např. interferenci a ohyb, zatímco korpuskulární povahu světla přímo dokazuje fotoelektrický jev. K ozřejmění všech jevů je tedy nutné využívat obou představ. Louis de Broglie, ve snaze překonat obtíže způsobené dualismem, připustil, že se dualismus netýká jen optických jevů, ale je platný všeobecně. Tedy, že částice mají jak vlastnosti korpuskulární (energie W, impuls p), tak i vlnové (frekvence v, vlnová délka λ). 10

11 Převodním činitelem mezi oběma představami představuje Planckova konstanta h (h = 6, J.s) [3]. W v = hv p = h / λ 11

12 2 Elektromagnetické vlnění a elektromagnetické spektrum Elektromagnetické pole reprezentují vektory E a H, které se nazývají intenzitou elektrického a magnetického pole. Tyto vektory kmitají v navzájem kolmých rovinách a zároveň také kolmo na směr šíření vlny, přičemž E, H a v (fázová rychlost šíření) tvoří pravotočivou soustavu [5, 6]. Obr. 1: Elektromagnetické vlnění [5]. Šíření elektromagnetického vlnění popisují Maxwellovy rovnice. Pomocí nich se lze přesvědčit o základních vlastnostech elektromagnetického vlnění: 1. Elektromagnetické vlnění je vlnění příčné. 2. Vektory intenzity elektrického a magnetického pole jsou navzájem kolmé, kmitají ve fázi a jejich kmity probíhají napříč směru, kterým se vlnění šíří. 3. Ve střídavém elektromagnetickém poli existuje nenulový tok energie. Jednou z charakterizujících veličin tohoto vlnění je vlnová délka λ, podle které lze začlenit viditelné světlo, jež tvoří jen velmi malou část, do celého elektromagnetického spektra, jež znázorňuje obrázek [5, 6]. Obr. 2: Spektrum elektromagnetických vln [28]. 12

13 2.1 Ionizující záření O ionizující, neboli pronikající, záření se jedná v případě, kdy při průchodu hmotou vznikají elektricky nabité částice, ionty. Hranici mezi ionizujícím a neionizujícím zářením tvoří frekvence Hz, tedy energie přenášená jednou elementární částicí, kvantem, je alespoň 10 ev. Do této skupiny spadají záření částicová (α, β, záření pozitronů, neutronů, protonů) a dále elektromagnetické záření s kratší vlnovou délkou než UV-C [4, 7]. 2.2 Neionizující záření Mezi neionizující, tedy hmotou nepronikající, záření se řadí elektromagnetické vlnění s delší vlnovou délkou než RTG vlny. Podle frekvence se rozlišuje několik oblastí, které se mezi sebou mohou překrývat. Statická elektrická a magnetická pole (frekvence 0 Hz), nízkofrekvenční (50 Hz), vysokofrekvenční (100 khz 300 MHz), velmi vysokofrekvenční (300 MHz 3000 GHz) a optické elektromagnetické záření ( Hz). Do skupiny optického záření patří ultrafialové, viditelné a infračervené záření, jež budou popsány podrobněji [4, 7] Ultrafialové záření UV záření se považuje, vzhledem k vlnové délce, za spodní hranici ionizujícího záření. Lze rozdělit do tří oblastí: UV-A ( nm), UV-B ( nm) a UV-C (pod 280 nm). Poslední jmenované může být velice slabě ionizující, sluneční a zemskou atmosférou je však filtrováno s vysokou účinností, takže v praxi přichází v úvahu pouze umělé zdroje ultrafialového světla. UV-A a UV-B spadají pod součást slunečního záření, které prochází i při zatažené obloze až na zemský povrch. Nejvíce se na filtraci UV (také IR) záření podílí atmosférický ozón nacházející se v horní části atmosféry. Zhruba platí, že čím vzdálenější jsou vlnové délky viditelnému záření, tím silněji budou pohlcovány. Filtrační účinek má však také přízemní ozón, který vzniká lidskou činností a obvykle se považuje za nežádoucí složku fotochemického smogu. Zdrojem tohoto typu záření mohou být předměty zahřáté na vysokou teplotu vydávající spojité spektrum (Slunce, elektrický oblouk), nebo různé typy výbojek poskytující čárové spektrum, u těch závisí vyzařování na druhu prvku, jenž je použit jako pracovní látka [7]. 13

14 2.2.2 Viditelné záření Světlo, které je lidské oko schopno zaznamenat, a které se účastní vidění, se nachází v rozmezí vlnových délek 380 nm až 780 nm, přičemž se hraniční hodnoty mohou lehce individuálně lišit. Citlivost zrakových detektorů vůči světlu na krátkovlnném konci spektra strmě klesá, zatímco u dlouhovlnného záření je pokles pozvolný. Při pokusech byly osoby adaptované na tmu schopny detekovat záření o vlnové délce přes 1000 nm. Také část viditelného záření filtruje sluneční atmosféra, která specificky svými horními vrstvami pohlcuje jednotlivé čáry. Zdrojem viditelného světla mohou být rovněž předměty zahřáté na vysokou teplotu i výbojky [7] Infračervené záření Jedná se o oblast mezi viditelným zářením a nejkratšími rádiovými vlnami. Za objevitele se považuje William Herschel, který při svých experimentech zjistil, že za červeným světlem dochází k nárůstu teploty, což signalizovalo další, pro lidské oko neviditelné, záření. Opět se zde dají rozeznat tři pásma: IR-A ( nm), IR-B ( nm) a IR-C (nad 3000 nm). Zdroji infračerveného záření se stávají předměty s teplotou vyšší než 0 K díky změnám elektromagnetického pole vyvolaným pohyby molekul v látce. Těleso bude vyzařovat IR tím víc, čím vyšší bude jeho teplota. Mezi zdroje se řadí například xenonové výbojky, žárovky s wolframovým vláknem, lasery, vysokoteplotní pece nebo Slunce. Přirozenou složkou slunečního záření dopadajícího na povrch Země jsou IR-A a IR-B [6, 7]. 2.3 Biologické účinky optického záření Při dopadu neionizujícího záření na organickou tkáň obecně dochází ke třem jevům. Záření se částečně odráží, absorbuje, nebo tkání zcela proniká. Biologická reakce tkáně organismu závisí na parametrech záření. Na jeho intenzitě, době působení, vlnové délce, a samozřejmě také na vlastnostech organismu, které mohou být individuálně velmi rozličné, i velikosti plochy zasažené tkáně. Rozhodujícím faktorem pro míru účinku záření je úroveň elektromagnetického pole uvnitř organismu, vztahy mezi vnějšími a vnitřními parametry lze však obtížně definovat. Z hygienického hlediska posuzování rozsahu rizika poškození se vychází z předpokládaných účinků, jelikož individuální zjišťování fyziologických odpovědí bývá složité. Rozlišují se tepelné a netepelné čili fotochemické účinky optického záření. 14

15 Určitá část přirozeného záření, bez které by se lidstvo neobešlo, se vyskytuje zcela běžně a lidé se na ni již adaptovali. O to větší riziko však většinou znamenají umělé zdroje, především se jedná o množství, jež překračuje práh energetického poškození lidské tkáně, a které je schopno způsobit akutní poškození zdraví Účinky UV záření Ultrafialové světlo patří, díky své vysoké frekvenci, k energeticky nejúčinnějšímu optickému elektromagnetickému záření. Z hlediska nepříznivých účinků jej lze rozdělit na dvě části, UV-R, ve které jsou sloučené pásma UV-B a UV-C, a UV-A. V oblasti činného záření, tedy UV-R, se účinky projevují s docela krátkým časovým odstupem tepelnými efekty. Dochází k popálení rohovky a následně k popálení pokožky. Rohovka má vrchol spektrální citlivosti na 270 nm, pokožka přibližně na 297 nm. Výsledek vystavení se UV-A záření se projeví až v delším časovém horizontu, negativní účinky se v tkáni kumulují. Nejvíce ohroženou strukturou oka je spojivka, na které iritací UV světlem dochází k tvorbě zánětu, a oční čočka, u níž dosahuje vrchol spektrální citlivosti 365 nm, může tak docházet k předčasnému zákalu. Dřívější stárnutí se projeví také na pokožce, v extrémním případě může dojít až k její rakovině (fotochemické účinky). Prahové hodnoty intenzity, které by způsobily tepelný účinek, jsou řádově tisíckrát větší než u činného záření. Ultrafialové záření má však i příznivý vliv na náš organismus. Jeho působením dochází v kůži k vytvoření provitamínu, který lidské tělo v případě potřeby dokáže přeměnit na vitamín D. Baktericidních účinků se využívá např. ke zmírnění příznaků neinfekčních kožních afekcí [4, 7] Účinky viditelného záření Viditelná část elektromagnetického spektra působí nejcitelněji na sítnici, která toto záření absorbuje nejvíce. Nepříznivé vlivy, do úvahy přicházejí zejména uměle vytvořené zdroje, obzvláště lasery nebo výkonné výbojky, ale také nepřiměřeně dlouhý pohled přímo do Slunce, mohou přinést poškození zraku. Nevhodně zapojené výbojky nebo zářivky mohou vytvářet tzv. stroboskopický efekt, jenž přispívá ke zrakové únavě. Příliš intenzivní světlo se stává rizikovým faktorem vyvolávajícím fotodermatitidu a přispívá také k zánětu spojivek. Nejrizikovějším druhem je viditelné koherentní vlnění, lasery, jelikož ze své podstaty umožňuje přenos obrovského množství energie na velkou vzdálenost, jež navíc umocňuje fokusace oční čočkou. Za základní parametr pro odhadnutí účinků laseru se považuje dávka 15

16 ozáření, tj. energie dodaná na jednotku plochy. Podle délky doby expozice, po kterou se dávka energie tkáni předává, se rozlišují čtyři možné základní mechanismy, jež lze dále vzhledem k pracovnímu režimu laseru rozřadit do dvou skupin. Při plynulém provozu laseru projevy poškození závisí na fotochemických (doba expozice od 10 do 10 3 s) a tepelných účincích (doba expozice 1 ms až 10 s). Jestliže laser využívá pulsního režimu, objevují se účinky v extrémně malé zóně buď formou povrchově narušující, tzv. ablativní (pulsy od 10 do 100 ns) nebo elektromechanickou, neboli rázovou expanzí (pulsy délky od 10 ps do 10 ns). O místě s největším biologickým účinkem rozhoduje schopnost absorpce ozářené tkáně probíhající na úrovni atomů nebo molekul, celý proces závisí také na vlnové délce laserového záření. Účinky laserového záření projevující se na oku v závislosti na vlnové délce jsou znázorněny na obrázku. Neoddiskutovatelné pozitivum, jež nám, lidem, tato část záření přináší, je samozřejmě možnost vidět [4, 7]. UV-C UV-B UV-A viditelné záření IR-A IR-B IR-C Zánět rohovky Degradace barevného vidění Zákal čočky Zákal rohovky Popálení sítnice Popálení rohovky Obr. 3: Účinky laserového záření na oko v závislosti na vlnové délce [4, upraveno] Účinky IR záření Infračervené záření má při vysokých intenzitách značný tepelný efekt, který může vést až ke vzniku popálenin, které se nevyhýbají ani strukturám oka, energie IR-A záření se nejvíce kumuluje na sítnici, IR-B a IR-C v rohovce. Je-li výkonová hustota záření blízká prahu poškození, může docházet k přechodnému zákalu rohovky, nebo k trvalému zakalení oční čočky, tzv. sklářské kataraktě. Pokožka radiaci v oblastech IR-B a IR-C, na rozdíl od IR-A, které z velké části odráží, pohlcuje ve všech svých vrstvách, kde také hrozí poškození popálením. K termickému narušení buněk, vyvolávajícího pocit bolesti, dochází již při teplotě 43,5 C. Z celkových příznaků, jež může tento druh záření způsobit, nelze opomenout úžeh a úpal. V některých případech se v medicíně využívá průniku infračerveného záření tkáněmi, popřípadě jeho vyzařování teplejšími místy, k diagnostickým účelům [4, 7]. 16

17 3. Oko a vidění Oko představuje pro člověka velmi významný zdroj získávání informací, jež dále zpracovává celý zrakový orgán. Následující podkapitoly podrobněji pojednávají o vidění a některých dalších okolnostech týkajících se zraku v souvislosti s osvětlením. 3.1 Fyziologie vidění Vidění je fyziologický děj zprostředkovávaný zrakovou dráhou, která probíhá od smyslových buněk sítnice až do zrakových center v kůře mozkové. Sítnice, nejvnitřnější list stěny oční koule, se sestává ze dvou částí, pars coeca retinae (slepá část) a pars optica retinae (optická část), které jsou od sebe odděleny zubovitou linií nazvanou ora serrata. Embryologicky vzniká z vnitřního listu očního pohárku a obsahuje smyslové receptory a nervové buňky. Slepá část, pokrývající vnitřní povrch řasnatého tělíska a zadní plochu duhovky, neobsahuje žádné smyslové ani nervové buňky. Optická část, pokrývající celý vnitřní povrch cévnatky, slouží zrakové funkci. Úkol sítnice je přijímat dopadající světelné paprsky, následovně je měnit chemickým procesem v elektrické impulzy, jež nervová vlákna vedou dále směrem k mozku. K tomu slouží jednotlivé vrstvy s přesně definovanou funkcí, jedná se o tři vertikální neurony [8, 9]. První neuron tvoří fotoreceptory, tyčinky a čípky. Lidská sítnice obsahuje přibližně 5 miliónů čípků, jejichž počet se stárnutím nemění, a 140 miliónů tyčinek, jejichž hustota s rostoucím věkem klesá zhruba o 30 %. Rozmístění čípků v sítnici není homogenní, nejvyšší denzita se nalézá ve fovee, až / mm 2, jež obsahuje přibližně desetinu všech čípků sítnice. V oblasti makuly jejich hustota rychle klesá a za jejími hranicemi zůstává sice docela konstantní, ale asymetrická (vyšší je na nasální straně). Tyčinky se objevují již ve vzdálenosti 0,13 mm od fovey, nejhustěji jsou umístěny asi 20 stupňů od bodu fixace, / mm 2, směrem do periferie jejich počet klesá, ale v oblasti ora serrata jich stále ještě zbývá přibližně / mm 2. Čípky se uplatňují za jasného světla, umožňují větší zrakovou ostrost a barevné vidění (fotopické vidění), tyčinky svou funkci naopak plní při zhoršených světelných podmínkách (skotopické vidění) [8, 9]. Bipolární buňky tvoří druhý neuron sítnice, jedná se o zprostředkovatele mezi smyslovými receptory a gangliovými buňkami, které vytváří neuron třetí. Přepojení se může dít dvěma způsoby. Individuální spojení v případě, jestliže se jedná o spojení jednoho 17

18 receptoru na jednu bipolární buňku, toto přepojení bylo prokázáno pouze v centru fovey, u asi 2500 čípků, u tyčinek nikoli. O difúzním se hovoří tehdy, je-li několik smyslových buněk napojeno na jedinou bipolární, nebo několik bipolárních na jedinou gangliovou buňku [8, 9]. Třetí neuron, tvořen jak již bylo zmíněno gangliovými buňkami, leží v nejvnitřnější vrstvě sítnice a buněčné neurity zasahují v podobě zrakového nervu přes chiasma opticum a optické trakty až do primárního zrakového centra v corpus geniculatum laterale. Z primárního zrakového centra poté vedou nervová vlákna jako optické radiace (Gratioletův svazek) do korového zrakového centra umístěného v okcipitálním laloku mozku [8, 9]. 3.2 Adaptační mechanismy oka Adaptací se nazývá přizpůsobení oka značně různým intenzitám osvětlení. Oko se zvládne adaptovat na hodnoty osvětlenosti zhruba od 0,25 až do 10 5 lx, schopné vnímat je však ještě i při lx. Změna schopnosti vidění bohužel není při rychlých a velkých změnách okamžitá, orgán potřebuje určitý čas na dokončení adaptačních mechanismů, k nimž patří změna velikosti zornice, tj. fotopupilární reflex, citlivosti fotoreceptorů sítnice a také změna velikosti vjemových polí sítnice [11, 17] Změna velikosti zornice Šířku pupily, kruhovitého otvoru přibližně v centru duhovky, ovlivňují dva hlavní svaly duhovky. Vlákna prvního z nich, rozvěrače zornice, neboli m. dilatator pupilae, jsou uspořádána radiálně od kořene duhovky směrem k pupile. Svěrač zornice, m. sfinkter pupilae, se skládá z hladkých svalových vláken, na rozdíl od buněk dilatátoru, které mají myoepiteliální charakter, probíhajících duhovkovým stromatem cirkulárně. Hybnost obou svalů ovládají autonomní nervy, sympatikus inervující dilatátor a parasympatikus, který řídí sfinkter pupily. I v případě přerušení nervového vedení sympatiku stále dochází k dilataci pupily, jelikož kromě již zmíněného parasympatiku inervují m. sfinkter pupilae také senzitivní vlákna nervu nasociliaris [8]. Samotný průměr zornice kolísá maximálně mezi 1,8 a 7,5 mm, při vyšší hladině osvětlenosti dochází k zúžení pupily a naopak, a její plocha se může měnit v poměru přibližně 1:16 až 1:20. Čas, za který zornice změní svůj průměr, se pohybuje v rozmezí cca ms, při náhlé změně podnětu však doba klesá i na 100 ms. U žen, mladších lidí 18

19 i osob se světlejší pletí lze najít zornici relativně širší, s narůstajícími roky se průměrná velikost zmenšuje [11] Difrakce a hloubka pole Na velikosti zornice, v souvislosti s intenzitou osvětlení, závisí také hloubka pole a velikost difrakčního obrazce na sítnici ovlivňující zrakovou ostrost. Difrakce, neboli ohyb, lze považovat za projev vlnové podstaty světla. Zjednodušeně lze říci, že po průchodu paprsků okolo překážky se světlo dostane i na místa, kde by podle zákonů geometrické optiky měl být stín. Vzhledem k tvaru zornice, a tedy dobré analogií s Fraunhoferovou difrakcí na otvoru, se může výsledné rozložení intenzity světla popsat jako soustředné světlé a tmavé kružnice, jak ukazuje následující obrázek 4 [1, 5]. Obr. 4: Difrakce na kruhovém otvoru [27]. Z něho je také patrné, že většina intenzity, přes 80 %, se soustřeďuje do středového kroužku, tzv. Airyho disku. Rayleighovo kritérium rozlišení říká, že dva body lze rozlišit tehdy, když se první minimum intenzity druhého bodu zobrazí do prvního maxima intenzity bodu prvního, tedy v případě, je-li úhlová vzdálenost obrazů obou objektů větší než poloměr Airyho disku. Pro malé úhly se Rayleighovo kritérium rovná d min = 1,22λ / a, a je průměr kruhového otvoru, zornice. Z uvedeného plyne, že čím větší vlnová délka použitého světla a menší průměr zornice, tím větší bude průměr difrakčního kruhu, potažmo menší rozlišovací schopnost oka [1, 5]. Reálný optický systém nezobrazuje bod na bod, nýbrž ideální zobrazení překrývá difrakce vyvolána konečnou velikostí apertury, zornice. Rozptylový kroužek bude vnímán jako bod do té chvíle, než jeho velikost překročí určitou hodnotu, v případě oka se jedná o průměr světločivné buňky. Rozměr rozptylového kroužku roste se zvětšující se vzdáleností 19

20 pozorovaného bodu vpřed i vzad od předmětové roviny, na kterou oko zaostřilo, z toho důvodu lze hloubku pole prezentovat pomocí dioptrií. Jedná se o vzdálenost mezi dvěma předmětovými vzdálenostmi, v jejichž rozmezí se body zobrazují dostatečně ostře. Zúží-li se průměr kužele paprsků vstupujících do oka, rozptylové kroužky se zmenší, čímž poroste hloubka pole [2, 3, 17, 18]. V souvislosti s hloubkou pole je nutné osvětlit pojem hyperfokální vzdálenost G. Jedná se o rovinu v předmětovém prostoru, od níž až do nekonečna se při uvolněné akomodaci předměty zobrazují ostře, pouze s tolerovanou nepřesností. Bude-li optický systém oka zaostřen na hyperfokální vzdálenost, na sítnici se objeví ostře body od G/2 do nekonečna. Pro hyperfokální vzdálenost platí, že G = -f. a / y 0, f značí obrazovou ohniskovou vzdálenost soustavy, v našem případě ohniskovou vzdálenost oka, a je rovno průměru zornice a y 0 průměru tolerované nepřesnosti. Za předpokladu f = 22,8 mm neměnící se při akomodaci a y 0 = 0,005 mm, pak G = -4,56. a. Je-li oko zaostřeno na libovolnou vzdálenost g, bude vzdálenost mezi rovinami, jež se zobrazí dostatečně ostře dána těmito vzorci g 1 = Gg / (G g) a g 2 = Gg / (G + g). Hloubka pole je tedy nepřímo úměrná ohniskové vzdálenosti a šířky zornice a přímo úměrná s velikostí právě detekovatelné kružnice na sítnici. Pro průměr zornice 3 mm uvádí literatura hodnoty od 0,1 D až po 0,48 D [3, 17, 18] Změna citlivosti fotoreceptorů sítnice Za hlavní adaptační mechanismus se považuje fotochemický děj, jedná se o rozklad zrakových pigmentů ve vnějších segmentech fotoreceptorů díky působení světla, resp. jejich syntéza vlivem tmy. Sítnice obsahuje celkem čtyři typy zrakového pigmentu umístěné v discích či terčích zevního segmentu tyčinek i čípků. Pigment rodopsin, zrakový purpur, složený ze dvou částí, opsinu (bezbarvé bílkoviny) a retinalu (světlo absorbující chromofor), se váže na tyčinky. Zbývající tři pigmenty, chlorolab, erytrolab a cyanolab, jsou umístěny v čípcích, proto lze na sítnici nalézt tři druhy těchto fotoreceptorů. Rychlost, jakou se bude pigment rozpadat, ovlivňují jak parametry předcházejícího osvětlení sítnice, kterým se oko přizpůsobilo, tak jas a vlnová délka nového světelného podnětu, např. rodopsin se nejvíce štěpí účinkem žlutozeleného, modrého, zeleného a žlutého světla a nejpomaleji světlem červeným. Proto, má-li být někde zachována prostorová orientace, a přitom má v co nejkratším čase proběhnout adaptace na šero či tmu, využívá se buď červených filtrů v brýlích nebo světla stejné barvy. Adaptace oka na světlo, přechod z nižší intenzity osvětlení do vyšší, spočívá v rozpadu fotopigmentu a tím zmenšení citlivosti fotoreceptorů, celý děj zabere asi 20

21 minutu s následným dozníváním cca dalších deset minut. Pro adaptaci oka na tmu, tedy přechod z vyšší hladiny osvětlení do nižší, musí dojít k obnovení zásob fotopigmentu rodopsinu. Retinal, jenž se předchozí absorpcí světla přeměnil z formy 11-cis až na all-trans retinal se musí opět resyntezovat na původní 11-cis formu a připojit se k opsinu v zevních segmentech fotoreceptorů. Celý proces, podle intenzity světla, trvá od několika málo minut v případě velmi nízkého osvětlení, při vysokých hladinách osvětlenosti až hodinu. Obecně se uvádí dostačující doba k adaptaci na tmu přibližně 20 až 30 minut [9, 11]. Zrakový orgán není stejně citlivý k záření různých vlnových délek, jedná se o tzv. spektrální citlivost zraku. Hodnoty se liší také individuálně, proto Mezinárodní komise pro osvětlování (CIE) zavedla, k zajištění jednotnosti světelně technických výpočtů, tzv. normálního fotometrického pozorovatele s dohodnutými hodnotami o jeho spektrální citlivosti. Citlivost bývá udávána pomocí poměrných hodnot vztažených k maximální absolutní hodnotě. Obrázek 5 ukazuje průběhy poměrné spektrální citlivosti oka pro různé adaptační jasy L a. [11]. Obr. 5: Průběhy poměrné spektrální citlivosti oka, a poměrných spektrálních světelných účinností záření pro různé adaptační jasy [29]. 21

22 Obr. 6: Průběhy absolutních hodnot světelných účinků záření pro skotopické, mezopické a fotopické vidění [29]. Na stejném místě, obr. 6, uvádím k porovnání také průběhy absolutních hodnot světelných účinků záření, podrobnější vysvětlení hodnoty K lze nalézt v podkapitole Světelný tok. Při dobrém osvětlení, fotopickém vidění, se nejvyšší hodnota citlivosti oka určí dle citlivosti čípků a nejčastěji se pohybuje okolo 555 nm. Při skotopickém vidění, kdy se zapojují převážně tyčinky, se maximum posouvá ke kratším vlnovým délkám, hodnotě asi 507 nm. Z uvedeného vyplývá, že při přechodu z prostředí fotopického ke skotopickému dochází ke snižování jasnosti červených ploch a naopak roste jasnost ploch modrých. Popsaný proces se nazývá Purkyňovým jevem [11, 17]. Oblast mezopického vidění se nachází mezi krajními hodnotami vidění fotopického, adaptační jas 100 cd. m -2, a skotopického, adaptační jas menší než 0,001 cd. m -2. V běžném životě se lze s touto oblastí vidění setkat např. u veřejného osvětlení komunikací, komplikovanost týkající se oblasti mezi fotopickým a skotopickým viděním potvrzuje fakt, že dosud není nalezen vhodný jednotný způsob pro výpočty a měření právě v mezopické oblasti vidění [11]. 22

23 3.2.3 Změna velikosti vjemových polí sítnice Za základní funkční jednotku sítnice se nepovažuje jeden fotoreceptor, jak by se mohlo nabízet, nýbrž tzv. vjemové neboli receptivní pole. Jedná se o část plochy na sítnici přibližně kruhovitého tvaru, z níž lze podráždit právě jednu gangliovou buňku a následně také jedno vlákno zrakového nervu. Vjemová pole se mohou částečně překrývat a jejich velikost závisí na jasu podnětu i stavu adaptace sítnice. Zmenšování průměru těchto polí sítnice při vysokém osvětlení a naopak při nižších hladinách jejich zvětšování, se považuje za ještě dokonalejší adaptační mechanismus než dva výše uvedené. Při nízké hladině osvětlení ovšem ze stejného důvodu, velký průměr vjemových polí a tím snížená kontrastní citlivost, zůstává rozlišovací schopnost oka malá. Na obrázku 7 je ukázáno, jak zraková ostrost prudce klesá směrem od centrální jamky k okrajům sítnice. Plná čára znázorňuje křivku pro fotopické vidění, přerušovaná pro vidění skotopické. Lidská sítnice obsahuje několik typů vjemových polí lišících se od sebe jak typem podnětu na který reagují, tak i svým umístěním v sítnici. V oblasti nejvyšší hustoty čípků se pojí jeden fotoreceptor s jednou gangliovou buňkou, což pozitivně ovlivňuje rozlišovací schopnost zraku. Oproti tomu, v okrajových částech sítnice se spojuje i několik tisíc receptorů s jednou gangliovou buňkou [9, 11]. Obr. 7: Rozdělení zrakové ostrosti na sítnici [30]. Lehce opomíjeným, ale důležitým adaptačním mechanismem je adaptace na barvy, jež zajišťuje určitou stálost ve vnímání barevných tónů i při poměrně velkých změnách spektrálního složení přírodního i určitého umělého osvětlení [11]. 23

24 Měření adaptace lze provést orientačně srovnávací zkouškou, kdy vyšetřující s normální schopností adaptace v zatemnělé místnosti porovnává rozlišovací schopnosti vyšetřované osoby se svými vlastními. Pro přesnější měření se míra adaptace vyjadřuje pomocí adaptometrů, např. Hartingerova, jenž měří adaptaci na tmu. Časový průběh udává adaptační křivka představující vzestup citlivosti sítnice, od první do páté až osmé minuty stoupá křivka jen zvolna, následující čas až do 30 minuty se strmě zvyšuje a od 40 minuty zůstává prakticky neměnná. V současnosti nahrazuje klasické vyšetření pomocí adaptometrů elektrofyziologická metoda ERG [9, 17]. 3.3 Kontrastní citlivost Konvenčně bývá zraková ostrost posuzována dle hodnot vizu. Při běžném vyšetření na optotypové tabuli s předepsaným kontrastem minimálně 0,85 se však vyšetřující nedozví žádné informace o rozlišovací schopnosti oka při kontrastech nižších, důležitých pro rozpoznání např. velkých nízkokontrastních objektů jako obličeje či dopravní značky. Rozlišení předmětů a detailů však především závisí na schopnosti oka rozeznat, že z jednotlivých částí zorného pole vycházejí rozdílné světelné podněty, tj. zhodnotit jasnost rozlišovaných detailů. Jasnost, jedna z psychosenzorických vlastností zrakového počitku, lze přibližně označit za protějšek fyzikální veličině, jasu. Pouze detaily, jež mají dostatečně rozdílné jasy, kontrast jasů nebo barev, zvládne pozorovatel ve svém zorném poli rozlišit. Předpokládá-li se rovnoměrné rozprostření jasu rozlišovaného detailu (L a ) i jasu jeho okolí nebo pozadí (L b ), pak lze stupeň rozeznatelnosti popsat tzv. kontrastem jasu C [9, 11]. C = ( L a L b ) / L b = ΔL / L b [cd. m -2 ] S nárůstem této veličiny stoupá také pravděpodobnost zpozorování kýženého detailu nebo jeho tvaru. Práh rozlišitelnosti jasu, tedy nejmenší ještě rozlišitelný rozdíl dvou jasů, je určen vztahem L a L b min = ΔL min a jemu odpovídající kontrast C min = ΔL min / L b se nazývá prahový kontrast. Hledanou kontrastní citlivostí se pak myslí převrácená hodnota prahového kontrastu, jejíž velikost ovlivňuje nejen jas bezprostředního okolí detailu, na který se oko při daném uspořádání zorného pole pozorovatele přizpůsobilo, tj. adaptační jas, ale také rozměry rozlišovaného znaku, udané např. pomocí úhlových stupňů. Lze vypozorovat, že pro určitou velikost pozorovaného předmětu vzrůstá kontrastní citlivost spolu s rostoucím adaptačním jasem a optimálních hodnot dosahuje asi mezi cd. m -2, při vyšších hodnotách již kontrastní citlivost z důvodu oslnění klesá. Pro 24

25 odlišení dvou ploch s odlišným jasem je důležitá hladina adaptačního jasu, při nízkých hodnotách pozorovatel rozliší pouze plochy s poměrem jasů 1:3, naopak při vysokém adaptačním jasu rozezná plošky, bude-li jejich poměr jasů pouhých 1:1,01. Snadněji si lze uvědomit malé kontrasty jasu při velkém průměrném jasu zorného pole, proto se při práci vyžadující nutnost rozlišení malých kontrastů, čtení a psaní, klade požadavek na rovnoměrný jas zorného pole tak, aby se příliš nelišil od obou pozorovaných jasů, ovšem pro samotný zrakový výkon naopak kontrast co největší. Při déletrvající práci není vhodné nastavit monotónní jasové prostředí, naopak občasné střídání adaptačního jasu působí stimulačně [11, 17]. K prověřování citlivosti na kontrast se využívá dvou způsobů. Relativně jednoduchou možnost, všeobecně používanou, představují kontrastní tabulky, např. Ardenovy, Pelli-Robsonovy, Reaganovy. Základ tvoří mřížka se sinusovým průběhem jasu, pravidelně dochází ke střídání světlých a tmavých pruhů, takže hodnoty jasu kolísají od minima po maximum. Jako perioda se označuje vzdálenost stejnolehle orientovaných hran dvou tmavých či světlých pruhů. Počet střídajících se světlých a tmavých pruhů na úhlový stupeň vidění se rovná frekvenci. Kontrastní tabulky vždy obsahují pole s odlišnou frekvencí. Pro rozeznání velkých předmětů postačí vnímání frekvencí menších než 0,5 periody / st. Rozlišení středních a vyšších frekvencí, od 2 6 a nad 10 period / st., umožní testované osobě vizuální informace detailněji zpracovat, za hraniční hodnotu frekvencí se považuje period na stupeň. Lidé dle zkušenosti lépe reagují na základní vertikálně-horizontální orientaci linií, než na obdobné orientování šikmo. K vyšetřování kontrastní citlivosti pomocí druhého způsobu je nutný počítačový program, jenž zobrazí sinusové mřížky rozdílných kontrastů a prostorových frekvencí na speciálně kalibrovaném monitoru. Tato metoda vyžaduje proškoleného pracovníka i více času na provedení [9, 15]. 3.4 Zraková ostrost a její vyšetřování, optotypy Důležitým parametrem každé optické soustavy, oko nevyjímaje, je její rozlišovací mez. V případě sítnice emetropického oka se bod vlivem vlnové povahy světla vždy zobrazí jako malý difrakční kroužek, dva body potom zvládne rozlišit v případě, pokud mezi jejich obrazy na sítnici leží alespoň jeden neosvětlený čípek. Vezme-li se v úvahu rozměr čípku v centrální oblasti, přibližně 0,005 mm, a 17mm vzdálenost sítnice od obrazového uzlového bodu oka podle Gullstrandova modelu, tak se úhlová rozlišovací mez čili minimum separabile 25

26 rovná přibližně 0,003 rad což odpovídá zhruba 1, tedy hodnotě konvenčně užívané jako referenční při posuzování kvality vidění. Mimo úhlovou neboli angulární rozlišovací mez, existuje ještě tzv. nóniová, jež porovnává zdánlivě na sebe navazující úsečky a dosahuje hodnot 5 10 [9]. Rozlišitelnost objektu ovlivňují různé prahové intenzity: Minimum perceptibile absolutní práh vnímání pro rozpoznání slabých světelných podnětů, závisí na stavu adaptace Minimum visibile vyjadřuje prahovou hodnotu rozlišitelnosti znaku na základě světelných kontrastů Minimum cognobile prahová hodnota nutná k rozpoznání známého symbolu či znaku, uplatňuje se při testování na optotypech Minimum legibile práh vnímání pro pochopení smyslu pojmu sestaveného z více známých jednotlivých symbolů, u alfabetů rozhoduje o čitelnosti slov Minimum separabile udává prahovou hodnotu schopnosti rozlišit dva body ležící blízko sebe, nutné zejména pro rozpoznání nesymbolických struktur a detailů [15]. Poslední uvedené kritérium prověřované nejen v optometristické praxi, však bývá ovlivňováno minimem cognobile a při dívání do blízka též minimem legibile. V praxi zjišťována angulární rozlišovací mez se popisuje pomocí vizu V, jedná se o poměr minima separabile v úhlových minutách v konvenční vyšetřovací vzdálenosti k obecnému úhlu, pod kterým rozliší oko kritický detail testového znaku. Běžně se však vizus udává poměrem vzdálenosti, ze které vyšetřovaná osoba znak na optotypu právě ještě rozezná, ke vzdálenosti, z níž by při hodnotě V = 1 měl být znak správně rozpoznán [15]. Vyšetřit lze zrakovou ostrost několika metodami jak subjektivními, tak objektivními. K objektivním metodám patří skiaskopie, základní metoda u kojenců a malých dětí odmítajících spolupráci na automatických přístrojích, jež má za cíl obdržet rychle a spolehlivě refrakční hodnoty vyšetřovaného oka. Princip skiaskopie spočívá v posouzení pohybu stínu, způsobeném vhodným pohybem odrazným očním zrcátkem a vnímaném vyšetřující osobou jako červený reflex, a v následném nálezu tzv. neutrálního bodu. Neutrálním bodem se uvažuje stav, kdy již nelze rozlišit jakýkoli pohyb červeného reflexu, světlo pouze velkou rychlostí přeblikává. Z hodnoty předřazeného skla, popřípadě ze vzdálenosti samotného skiaskopu lze vypočítat refrakční stav daného oka. Automatické oční refraktometry, využívající infračervenou část elektromagnetického záření, jsou snad již součástí každé oční vyšetřovny. Tyto přístroje prochází neustálým vývojem, v principu se jedná o vyhodnocení 26

27 rozostření obrazu zobrazeného na sítnici oka vyšetřované osoby. Technické možnosti dovolily autorefraktometry spojit např. s keratometrem, tonometrem či pachymetrem, čímž ulehčí práci a ušetří čas jak zdravotnickým pracovníkům, tak také vyšetřovaným osobám [9, 15]. Výsledky zjištěné objektivními metodami mohou posloužit jako výchozí bod ke stanovení zrakové ostrosti pomocí metod subjektivních. Ty se neobejdou bez optotypové tabule a spolupráce zkoumané osoby. Optotypů existuje celá řada, do blízka, do dálky, s uplatněním aritmetické, logaritmické či Snellenovy řady i optotypy s rozličnými písmeny a obrázky [15]. Snellenovy optotypy, na nichž se zraková ostrost zjišťuje nejčastěji, jsou konstruovány na základě jednoduchého principu. Optotypové znaky, písmena či číslice, se vepíší do pomyslné čtvercové sítě o velikosti 5 x 5 jednotek, přičemž se dodrží pravidlo, že tloušťka jedné čáry i šířka mezery mezi nimi se rovná právě jedné jednotce, skutečné velikosti písmen se poté vypočítávají dle požadavků na vyšetřovací vzdálenost a úhlové velikosti. Obrazce se pozorují z pěti nebo šesti metrové vzdálenosti, přičemž se celá výška znaku pozorovaného ze vzdálenosti udávající V = 1, jeví pod úhlem právě 5 a tloušťka jednotlivých čar pod úhlem 1, což odpovídá minimu separabile. Zpravidla se velikosti symbolů na optotypové tabuli uspořádávají sestupně do sedmi až devíti řádků [9, 17]. Optotypy, jež respektovaly aritmetické odstupňování decimálních zlomků, se v současnosti již nevyužívají, jelikož u nižších hodnot vizu bylo dělení příliš hrubé a v oblasti kolem normálních hodnot zbytečně přehuštěné. Pro správně určenou zrakovou ostrost bylo nutné najít řešení uvedeného problému, k čemuž pomohla geometrická progrese. Na navržených tabulích se velikosti písmen v jednotlivých řádcích liší o určitý krok na logaritmickém měřítku. Vhodné se ukázalo odstupňování o 0,1 log jednotky, což odpovídá rozdílu velikosti znaků mezi jednotlivými řádky o faktor 1,2589. Výhoda této geometrické progrese tkví v tom, že kroky mezi řádky jsou v paralele s funkcí očního systému, např. pokud první z vyšetřovaných osob má zrakovou ostrost rovné 20/20 a druhý 20/40, znamená to, že první z uvedených má dvakrát lepší zrakovou ostrost než druhý z vyšetřovaných osob a rozezná tak písmena dvakrát menší [15, 16]. Kromě výše zmíněných písmen a číslic mohou být znaky vyskytující se na optotypových tabulích různé. Landoltův kruh, jediný uznávaný normovaný znak pro mezinárodně uznávané znalecké účely, se podobá písmenu C. Mezikruží o tloušťce čáry, stejně tak i mezery, tvořené 1/5 celkové velikosti znaku, minimalizuje výsledek ovlivněný povědomím a smyslem pro tvar písmen. Orientací znaku do zpravidla užívaných osmi směrů 27

28 klesá pravděpodobnost náhodného uhodnutí správné odpovědi až na 12,5 %. Dalším často používaným symbolem je tzv. Pflügerův hák podobný písmenu E, s tím rozdílem, že prostřední horizontální rameno má délku o 1/5 kratší než krajní dvě. Oproti Snellenovým písmenům, popsaným výše, se liší také zredukováním na obdélníkový základ výšky ku šířce 5:3. Možnosti natočení znaku se sníží pouze na 4 základní směry, tím roste pravděpodobnost uhodnutí na 25 %. Pflügerovy háky se s oblibou využívají u dětí, které polohu znaku ukazují pomocí ukazovátka s napodobeninou háku. Schoberovy znaky v sobě promítají snahu přiblížit obrazce běžným tiskařským zvyklostem. Jedná se o středně tučné písmena s velikostními poměry 1:5:7, v porovnání s normálovými znaky mají výšku zvětšenou o 6 10 % a tloušťku čar naopak zmenšenou o %. K optotypům, jež se také obejdou bez písmen či číslic se řadí např. Goldmannův nebo Foucaltův test. Jedná se o čtyři čtvercové rastrované pole natočené o 45, z nichž jedno má rastrování hrubší než ostatní, přičemž ale podíl černých a bílých ploch musí být u všech polí stejný, vyšetřovaná osoba musí správně určit, o který čtverec se jedná. Zvláštní kategorii tvoří dětské optotypy využívající převážně různé obrázky, které by neměly být zakresleny perspektivně, doporučují se pouze obrysy. Výška obrázků odpovídá vyšetřovací vzdálenosti tak, aby splňovala podmínku zorného úhlu 5, tloušťka čar se rovná 1/7 výšky a šířka celého objektu se přizpůsobí jeho výšce. Nejčastěji se na optotypech objevuje kolo, stůl, srdce, dům, židle, houba, čtverec, tedy věci, které děti znají z běžného života. Kromě obrazových tabulí lze děti s úspěchem vyšetřit také na optotypech s tzv. černou rukou, jejíž orientaci mohou samy vlastní rukou napodobovat [15, 17]. Zraková ostrost do blízka se také testuje pomocí optotypů, místo jednotlivých znaků se ovšem často používají části souvislých textů řazených dle velikosti vzestupně směrem dolů. V případě slov či části textů se při testování uplatňují i psychologické faktory a schopnost domýšlet si slova, z tohoto důvodu se touto metodou nevyšetřuje zraková ostrost ve vlastním smyslu, ale spíše akomodační schopnost a správnost presbyopické korekce. Vyšetřovací vzdálenost se řídí pokynem uvedeným přímo na optotypu, většinou cm. Existuje celá řada rozličných typů, např. Niedenovy, Snellenovy, Jaegerovy nebo Schoberovy tabulky [15, 17]. Podle vlastního provedení se optotypové tabule dělí na tištěné, světelné a projekční. Nejjednodušší a nejlevnější variantu nabízí tištěné optotypy na bílém papíru nebo desce z umělé hmoty. Testování by mělo probíhat většinou při denním, popřípadě sdruženém difúzním osvětlení s vyloučením oslnění. Velice rozšířené světelné tabule jak s přímým, tak i vnitřním osvětlením, nabízejí dostatečně vysoký kontrast znaků i celého testovaného pole 28

29 bez oslňujícího účinku. Změna nabízených optotypů dříve probíhala převíjením pásu průsvitné fólie či pomocí revolverového zásobníku, v současné době je oblíbená verze, kdy se celá sada znaků vyskytuje na jednom poli a řádky lze jednotlivě rozsvěcovat, tzv. řádkové optotypy. Technické pojetí projekčních optotypů odpovídá běžnému diaprojektoru, výhodou může být promítání více testů mono i binokulárních. V případě povrchu projekčního stínítka z metalického materiálu lze ve spojení s polarizačními filtry před vlastní obrubou pracovat i s polarizovaným světlem. Poslední variantu představují moderní LCD optotypy, jež je možné ovládat dálkově, a které dle nainstalovaného softwaru obsahují libovolné typy testů nejen pro vyšetřování zrakové ostrosti, ale také např. binokulárního vidění a kontrastní citlivosti [15, 17]. 3.5 Barva Barvy se staly neodmyslitelnou součástí lidských životů, a i když vnímání barev je pro každého člověka subjektivním složitým fyziologicko-psychickým procesem ovlivněným zkušeností i akomodací oka, existují i objektivní metody hodnocení barev [11, 14]. Vjemem barvy se označuje vlastnost zrakového počitku, jež umožní rozlišit rozdíl mezi dvěma plochami zorného pole stejné velikosti, tvaru i struktury, přičemž daný rozdíl má stejnou povahu jako rozdíl, jenž by vznikl změnou spektrálního složení světla. Obecně se pojmem barva označují i vlastnosti světla a předmětů, přesnější jsou však označení chromatičnost pro světlo a kolorita pro barevné vlastnosti předmětů. Uvedené vlastnosti lze vyhodnotit pomocí spektrálního složení podnětu a spektrální citlivosti zraku k záření různých vlnových délek [11, 14]. Barvy lze rozdělit do skupin dle různých kritérií. Spektrální, jež spadají do spektra světelných zdrojů i slunečního záření a barvy nespektrální, k nimž patří purpurové tóny, vznikající smísením obou krajních částí spektra viditelného záření, nikoli barvy bílé a spektrální. Dále je možné rozlišit barvy pestré a nepestré. První skupina představuje ty, jež mají barevný tón, tedy čisté spektrální i purpurové barvy a jejich odstíny vzniklé mísením. Názvy, které označují pestré barvy, nepopisují fyzikální, ale pouze subjektivní vlastnosti vázané na normálního kolorimetrického pozorovatele. Nepestré barvy, tedy bez barevného tónu, tvoří spojitou řadu od bílé, přes šedou až k černé, odlišující se navzájem pouze intenzitou, tj. světelným tokem či jasem. Dojde-li ke smíchání jakékoli základní barvy, červené, modré nebo zelené, se světlem ze zbývající části spektra, výsledkem se stane světlo 29

30 bílé. Dvojice barev, jež smíseny ve vhodném poměru dají bílé, nepestré, světlo různé intenzity se nazývají doplňkové neboli komplementární. Prostým sečtením dvou základních barev lze získat další barvu, např. sečtením červené a zelené barvy vznikne barva žlutá. Obdobně lze postupovat i se zbylými kombinacemi a vytvořit tak barvu azurovou a purpurovou. Obrázek 8 schematicky naznačuje tzv. aditivní skládání barev, existuje ještě druhý způsob, tzv. subtraktivní, který pracuje obdobně jen s tím rozdílem, že se barvy, resp. jejich vlnové délky, navzájem odečítají [3, 11]. Obr. 8: Znázornění principu mísení tří základních barev, aditivní skládání [31]. Jelikož je hodnocení barev pomocí kolorimetrických soustav, popsaných dále, poměrně komplikované, byly sestaveny tzv. atlasy barev, vzorníky natištěné na papírových nebo plastových podložkách. Na začátku 19. století Albert H. Munsell vytvořil první metodu pro vyjadřování barev. Munsell vycházel z toho, že barvu lze popsat třemi základními vlastnostmi barevným tónem (hue), jasem (value) a sytostí (chroma), z nichž má každá svou stupnici hodnot. Odstínem neboli barevným tónem, lze od sebe běžně odlišit jednu barvu od druhé. Stupnice barevných tónů obsahuje pět základních barev: červenou R, žlutou Y, zelenou - G, modrou B a purpurovou P a dále pět mezilehlých barev: YR, GY, BG, PB, RP. Mezi dvojice všech deseti barev pan Munsell vložil ještě deset barevných odstínů odlišených číslicemi od 0 do 10, podle hodnoty jasu popisující barvy, podle měřítka tmavá světlá. Poslední parametr, jímž lze charakterizovat barvu, sytost, znázorňuje barvy ve smyslu od neutrální šedé až k čistému odstínu při stálé hodnotě jasu, jedná se tedy o podíl bílé nepestré barvy v daném vjemu. Rozestupy mezi vzorky na stupnici se volí tak, aby se v podmínkách denního osvětlení dosáhlo rovnoměrných vzdáleností při subjektivním vnímání 30

31 rozdílu barvy, změní-li se jas o jeden stupeň, sytost o dva a barevný tón o tři stupně. Všechny uvedené barvy se v navzájem sousedních spektrech mohou plynule mísit, vzniká tak pomyslné uspořádání do kruhu [11, 14] Objektivní hodnocení barev Barvou se, z fyzikálního hlediska, označuje směs záření o různých vlnových délkách a k objektivnímu porovnávání je potřeba najít způsob, kterým by se barvy vyjadřovaly nezávisle na individuálním vizuálním prožitku. K tomuto účelu se využívají kolorimetrické, resp. trichromatické soustavy, založené na faktu, že k přesnému popisu barvy stačí pouze tři údaje a tedy libovolný barevný podnět lze nahradit adiční směsí tří vhodně zvolených měrných barevných podnětů. Trichromatické složky označované například X, Y, Z nebo R, G, B udávají množství měrných barevných podnětů, jejichž adiční směsí se vzbudí totožný vjem jako právě uvažovaným barevným podnětem, jenž je charakterizován barevným tónem, sytostí barvy a intenzitou (světelným tokem nebo jasem) barvy, třemi nezávislými složkami, které lze znázornit v trojrozměrné soustavě souřadnic. Proloží-li se prostorová soustava XYZ rovinou vytínající na osách stejné úseky, např. pro kterou platí X + X + Z = 1, vznikne v kolorimetrickém prostoru trojúhelník barev, tak jak lze vidět níže na obrázku 9, jehož prostorové zobrazení není příliš praktické. Čisté spektrální barvy leží na křivce uzavřené mezi stranami trojúhelníku a každý bod uvnitř této křivky popisuje jednu barvu [11, 14]. Obr. 9: Náčrt trojúhelníku barev v rovině X + Y + Z = 1 [31]. 31

32 Stačí-li k zhodnocení barevných podnětů pouze dvě kritéria, obvykle tón a sytost, využívá se ke znázornění rovinný diagram. V diagramu chromatičnosti neboli normálním trojúhelníku barev, jenž znázorňuje obrázek 10, neodpovídají v různých místech stejné lineární vzdálenosti stejným subjektivně vnímaným rozdílům vjemu barvy [11, 14]. Obr. 10: Diagram chromatičnosti mezinárodní kolorimetrické soustavy XYZ v pravoúhlých souřadnicích x, y (1 křivka spektrálních světel s vyznačenými vlnovými délkami v nanometrech; 2 čára teplotních zářičů se stupnicí v kelvinech; 3 křivka purpurů; λ d náhradní vlnová délka k záření charakterizovanému bodem F; λ c doplňková vlnová délka k záření charakterizovanému bodem K v oblasti purpurů) [31]. Tam, kde se bez této charakteristiky nelze obejít se používají tzv. rovnoměrné kolorimetrické diagramy normalizovány společností CIE. Existují dva druhy soustav L* a* b* (zkráceně CIE LAB) a L* u* v* (zkráceně CIE LUV), v oboru světelných zdrojů, fotografii, 32

33 televizní i polygrafické reprodukci barev se využívá celosvětově uznávaný, na druhém místě zmíněný typ. CIE LAB připadá v úvahu při hodnocení textilních materiálů [11, 14]. Vynechá-li se z popisu o barevnosti světelný tok, resp. jas zdroje, lze mimo výše zmíněných trichromatických souřadnic použít též teplotu chromatičnosti T c. Teplota chromatičnosti udává teplotu černého zářiče, který vyzařuje záření totožné chromatičnosti jako uvažované záření, udává se v Kelvinech. Světelné zdroje, jejichž křivka spektrálního složení odpovídá teplotnímu zářiči jen přibližně, ale vykazuje plynulost bez prudkých změn, se popisuje ekvivalentní teplotou chromatičnosti T e, náhradní teplota chromatičnosti T n je vyhrazena pro zdroje, pro které křivka spektrálního složení nabývá prudkých změn. Dle T c se rozdělují světelné zdroje na teplé bílé s hodnotou T c 3300 K, bílé T c = K a denní, pro které platí T c 5300 K. Existují také normalizované světelné zdroje s přesně danou teplotou chromatičnosti, jak lze vidět na následujícím obrázku i se stručným popisem záření [4, 11]. T c charakteristika Typ A K odpovídá umělému žárovkovému osvětlení Typ B K odpovídá dennímu světlu s převažujícím přímým slunečním zářením Typ C K odpovídá dennímu světlu bez přímého slunečního záření Typ D K odpovídá průměrnému dennímu světlu Typ E odpovídá izoenergetickému spektru, např. žárovka s filtrem Obr. 11: Rozdělení normalizovaných světelných zdrojů dle teploty chromatičnosti [4, upraveno]. Spektrální složení světla, spektrální činitel odrazu či prostupu, délka adaptace zraku i různá citlivost k jednotlivým barvám podle převládajícího druhu osvětlení zorného pole, to vše ovlivňuje barevný vzhled, koloritu, osvětlovaných předmětů. Za normální barevný vjem, vzhledem k dlouholetému zvyku člověka jak na denní, tak na žárovkové světlo, se považují obě barevné varianty při těchto osvětleních. Proto při osvětlování jinými zdroji, např. výbojovými, může docházet ke značnému zkreslení vjemu. Aby se zabránilo nepřesnostem v popisu barevnosti, charakterizuje se vliv spektrálního složení světla pomocí podání barev. Číselné vyjádření stupně shodnosti barvy předmětů vlivem posuzovaného světla vzhledem k obvyklému zdroji, porovnává se soubor osmi až čtrnácti barevných vzorů při postupném osvětlování oběma světly, se nazývá index podání barev a dle CIE se neuvažují ani estetické ani psychologické vlivy. Výpočtem se stanoví všeobecný index podání barev R a, jehož 33

34 hodnota nabývá hodnot od 0 do 100. V denním světle teplotních zdrojů se barvy předmětů jeví nejvěrohodněji, čemuž odpovídá hodnota R a = 100, při žlutém monochromatickém světle nízkotlakých sodíkových výbojek nelze barvy rozeznat vůbec, a proto je všeobecný index podání barev roven nule. V současnosti se ve většině interiérů vyžaduje R a větší než 80 [4, 11] Barevné vidění Objasnění vzniku barevného vjemu v lidském oku zůstává stále předmětem různých dohadů a teorií. K základním dvěma se řadí Young-Helmholtzova teorie vidění barev a Heringova oponentní teorie [17]. Základ Young-Helmholtzovy, neboli trichromatické, teorie tvoří názor, že sítnice obsahuje tři druhy čípků, z nichž každý je maximálně citlivý na jinou vlnovou délku, tj. červenou, modrou a zelenou barvu. Dojde-li k podráždění pouze jednoho druhu fotosenzitivního receptoru viditelného elektromagnetického spektra, lze vnímat jednu základní barvu. Veškeré další barvy vyskytující se ve viditelné části elektromagnetického spektra lze získat různě poměrným podrážděním všech tří druhů světločivých buněk, jestliže čípky podráždí světelné paprsky rovnoměrně, konečný vjem bude bílý až šedý, naopak úplnou absencí podráždění vznikne vjem barvy černé [17, 24, 25]. Oponentní Heringova teorie vychází z existence tří dvojic navzájem antagonicky působících barev, modrá žlutá, červená zelená a bílá černá. V sítnici, na úrovni horizontálních C-buněk, existuje typ buněk maximálně hyperpolarizovaný zelenou a maximálně depolarizován červenou barvou, druhý typ maximálně hyperpolarizuje modrá barva a vlivem žluté dochází k maximální depolarizaci. Černá a žlutá barva závisí na odpovědi tyčinek. Pan Hering také předpokládal existenci dvou zrakových substancí, červeno-zelené a žluto-modré, jež jsou předmětem anabolické a katabolické změny. V případě rovnováhy mezi těmito změnami nedochází k žádnému barevnému vjemu. Jestliže v červeno-zelené, resp. modro-žluté, substanci převáží katabolické změny, vzniká pocit červené, resp. žluté, při převaze anabolických změn vjem zelené, resp. modré barvy. Kromě již dvou zmíněných zrakových substancí, lze nalézt ještě třetí, bílo-černou, jež se řídí stejným zákonem. Černá barva je tedy, dle Heringa, pozitivní pocit, ne jen absence stimulace buněk. Informace z fotoreceptorů se v rámci několika kroků projeví v oponentních buňkách sítnice, gangliových buňkách, další oponentní buňky lze nalézt i ve vyšších etážích nervového zpracování [17, 24, 25]. 34

35 4. Zdroje světla Světelných zdrojů existuje velké množství. Hlavní dvě podskupiny, do nichž lze veškeré světelné zdroje zařadit, tvoří zdroje umělé a přirozené. Dále je možné zdroje rozlišit na primární, kdy těleso či jeho povrch vysílá světelné záření vzniklé přeměnou jeho vlastní energie a sekundární v případě, že dané těleso nebo povrch alespoň z části záření odráží nebo propouští. Také se mohou dělit dle vlastností vyzářeného světla, např. podle spektrálních vlastností na monochromatické, čárové a spojité, podle časového průběhu na kontinuální a pulsní nebo na koherentní a nekoherentní podle koherenčních vlastností [1, 4]. 4.1 Přírodní zdroje Primárním přírodním zdrojem na Zemi je pochopitelně Slunce, které svou polohou vůči Zemi periodicky ovlivňuje světelné podmínky. Střídání světla během dne a noci se tak stává nejznatelnějším projevem, mluví se tedy o přírodním denním a nočním světle [4]. Pro člověka nejvýznamnější, denní světlo, bývá složené ze svitu vycházejícího ze Slunce a světla pocházejícího z oblohy, jež vzniká rozptylem, prostupem a odrazem slunečního záření v zemské atmosféře. Před vstupem do zemské atmosféry spektrum světla odpovídá přibližně záření černého tělesa o teplotě okolo 6000 K, na povrch Země ovšem dopadne již část ovlivněná absorpcí v atmosféře. Charakteristickou se stává pro denní světlo zejména dynamická proměnlivost světelných poměrů projevující se výraznými objektivními i subjektivními změnami, jak na úrovni osvětlenosti a spektrálního složení světla, tak i v jeho rozptylu, směrování a v neposlední řadě také v různých poměrech mezi přímým slunečním zářením a oblohovým světlem. To vše v závislosti na přítomných atmosférických podmínkách, přičemž rozsah a typ oblačnosti, jako jev velice náhodný, se nedá ovlivnit ani přesně předpovídat. Solární konstanta udává hodnotu hustoty výkonového toku sluneční radiace před vstupem do naší atmosféry, tzn., že představuje osvětlenost nad zemskou atmosférou v rovině kolmé ke slunečním paprskům při průměrné vzdálenosti Slunce od Země, její velikost je rovna přibližně 1350 Wm -2. Jak již bylo uvedeno výše, průchodem vrstvou atmosféry dojde k oslabení světla, jehož velikost lze vyjádřit pomocí koeficientu. K nejmenšímu útlumu dochází při kolmém dopadu paprsků na povrch Země (zdánlivá poloha Slunce je v zenitu), v tomto případě a zároveň při splněné podmínce jasné oblohy se počítá s hodnotou koeficientu 0,8, ve vyšších polohách na horách může dosáhnout až 0,9, naopak 35

36 ve městech s velkým znečištěním pouze 0,6. Česká republika se nachází v zeměpisné šířce, v níž se Slunce v zenitu nikdy nenachází, tudíž osvětlení vždy ovlivní úhel zenitního odklonu. Teoretické výpočty posuzování úrovně denního osvětlení se dějí pro dva extrémní případy stavu oblohy. První vzniká při působení slunečního záření i oblohového světla za naprosto jasné oblohy, druhý nastává při zamračené obloze s typickými znaky velké rovnoměrnosti a difúznosti jasu oblohy, poloha Slunce není zrakem zjistitelná, a plynulosti gradace jasu od horizontu k zenitu oblohy [1, 4]. Přírodní noční světlo, oproti slunečnímu téměř hygienicky nevýznamné, tvoří odraz světla od Měsíce a hvězd. I výjimečné události, jako polární záře či blesk, spadají do kategorie přirozeného světla [1, 4]. 4.2 Umělé zdroje světla Zdroje vytvořené člověkem za účelem přeměny energie, v dnešní době převážně elektrické, na optické popřípadě světelné záření se nazývají umělými zdroji. Jedná se například o svíčku, petrolejovou nebo plynovou lampu, zářivku, výbojku či laser. V elektrických světelných zdrojích vzniká záření třemi základními způsoby: inkandescencí, elektrickým výbojem a luminiscencí [2, 4]. Těleso, které využívá první možnosti, inkandescence, vyzařuje díky zahřátí látky na vysokou teplotu, jedná se o tepelné buzení. Takovéto zdroje se nazývají teplotní a charakterizují se pomocí podílu intenzity vyzařování k intenzitě radiace černého tělesa při stejné teplotě, tzv. emisivitou teplotního zářiče, є, pro černý zářič platí є = 1, pro ostatní є 1. Jestliže teplotní zdroj vyzařuje neměnně pro všechny vlnové délky, jedná se o neselektivní zářič, v případě, kdy hodnota spektrální emisivity pro jednotlivé vlnové délky kolísá, nazývá se zdroj selektivním. Závislost spektrální hustoty intenzity vyzařování černého tělesa na vlnové délce a teplotě určuje Planckův zákon ve tvaru: graficky znázorněn na obrázku 12 na následující straně [2, 4]. 36

37 Obr. 12: Znázornění Planckova vyzařovacího zákona (obor viditelného záření vyčárkován) [2]. U tohoto typu zdroje zabírá viditelné záření pouze velmi malou část vysílaného spektra, převážná část energie vystupuje ve formě infračerveného záření. Nevýhodou je jeho malý měrný výkon závisející na teplotě a materiálu tělesa. Svítící látka by u teplotních zdrojů měla nejvíce pohlcovat ve viditelném oboru, tudíž při daném chemickém složení musí být co nejhustší, tj. v pevném nebo kapalném skupenství. Plyny se jako teplotní zdroje nevyužívají, vzhledem ke své nepatrné absorpci září s velmi malou intenzitou, např. nesvítivý plamen, jenž je vlastně zářící plyn. Naopak, svítivý plamen vydává při nižší teplotě mnohem intenzivnější světlo vycházející z rozžhavených částeček nespáleného uhlíku, dalším příkladem může být plynový hořák, jenž vydává světlo pouze, má-li punčošku z pevné látky, která se hořícím plynem rozžhaví [2, 4]. Světlo, jež vydávají zdroje pomocí elektrického výboje, se od předchozího liší tím, že se skládá z jednotlivých čar nebo spektrálních pásů. Ty sice mohou ležet uvnitř i vně viditelné oblasti, avšak nemají spojité spektrum, které nutně doplňuje i viditelnou část spektra pevných látek, zvláště pak na straně dlouhých vln. Světlo výbojových zdrojů se nazývá studené, protože neemitují prakticky žádné infračervené ani tepelné záření. Zdroje jsou buzeny nárazy iontů, atomy par kovů nebo plynů, zrychlovaných elektrickým polem. Aby mohlo k výboji vůbec dojít, musí pole působit na ionty po dostatečně dlouhé dráze, která jim tak dovolí, za přijatelně vysokého napětí, např. mezi dvěma elektrodami, získat energii potřebnou nejen 37

38 k vybuzení, ale také k ionizaci dalších atomů. Celý proces se uskutečňuje jen v dostatečně řídkém prostředí, jakými jsou velmi zředěné plyny. Výboj charakterizuje závislost velikosti proudu výbojky na napětí mezi elektrodami, většinou se využívá dvou oblastí. Buď se jedná o oblast doutnavého výboje, jenž se vyznačuje malým zatížením katody a velkým katodovým úbytkem nebo oblast obloukového výboje s velkým proudovým zatížením katody a nízkým katodovým úbytkem napětí. Dle hodnoty tlaku plynové náplně a proudového zatížení katody se obloukové výboje, stejně tak i výbojové zdroje světla, rozlišují na nízkotlaké a vysokotlaké. V některých případech získání velmi vysokého měrného výkonu vede ke zhoršení barevného podání zdroje, např. u nízkotlakých sodíkových výbojek. Výjimečně lze využít i zábleskové výbojky pracující na principu jiskrového výboje, tedy vybití nakumulované energie přeskokem v krátkém čase [2, 4]. Luminiscencí, třetím způsobem, kterým může vznikat záření v elektrických světelných zdrojích, se rozumí světelné záření, jež vydávají látky schopné proměnit absorbovanou energii za podstatně nižších teplot a při vyšší účinnosti, než je tomu u zdrojů využívajících inkandescenci. Fluorescence jsou schopné látky všech tří skupenství, přičemž vysílají záření složené z jednotlivých čar nebo pásů, jedná se o studené světlo. Podle vlivů působících na materiál, označovaný jako luminofor, se rozlišuje např. fotoluminiscence (působení světla), chemiluminiscence (vliv chemických pochodů) nebo elektroluminiscence (účinek elektrických sil). Podle doznívající doby záření se luminiscence dělí na fosforescenci, jež se vyznačuje vysíláním světla ještě nějakou dobu (déle než 10-8 s) po skončení osvětlení a fluorescenci, při níž záření trvá prakticky jen po dobu osvětlování (méně než 10-8 s). George Stokes, který se zabýval podrobnějším studiem fluorescence, zjistil, že vlnové délky emitujícího světla jsou ve většině případů větší než vlnová délka, jež fluorescenci způsobuje, ale může obsahovat také vlnovou délku stejné hodnoty. V praxi se lze s tzv. Stokesovým pravidlem setkat u zářivek, tj. výbojek, jejichž skleněné stěny jsou zevnitř pokryty vrstvou fluorescenční látky, a zvyšují tak účinnost zdrojů, které značnou část své energie vyzařují v ultrafialovém světle [2, 4]. Speciální případ, tzv. stimulovaná emise, nastává tehdy, jestliže způsob emise optického záření není jevem náhodným, ale řízeným. V rezonátoru dochází k přesnému uspořádání vybuzených atomů a lze tak dosáhnout i koherentního laserového záření. Kritéria nutná k popisu každého elektrického světelného zdroje jsou následující: světelný tok zdroje, spektrální složení záření, stálost světelných veličin a životnost, příkon 38

39 a měrný výkon, provozní podmínky, možnosti optické úpravy toku světla, vnější rozměry, tvar a váhu zdroje a popřípadě další speciální nároky [4] Teplotní zdroje Klasická žárovka, nejznámější zástupce této skupiny, se skládá především z evakuované skleněné nebo křemenné baňky se stočeným wolframovým vláknem umístěným v ochranné atmosféře dusíku a argonu. Záření je způsobeno rozžhaveným vláknem, až na 3000 K, při průchodu elektrického proudu. Mezi výhody žárovky se řadí vyzářené spojité spektrum, příjemná barva pro nízkou intenzitu osvětlení, R a = 100, okamžitý start se stabilním světelným tokem, široký rozsah napájecího napětí a příkonu, libovolná provozní poloha se širokým rozmezím přípustných okolních teplot a snadná vyměnitelnost. Také se vyznačuje vysokým jasem, který se ovšem zmírňuje pomocí povrchových úprav baňky, například u 40 W žárovky s jasem cd. m -2 se jas po úpravě dostane na hodnotu cd. m -2. Co se týká nevýhod, lze jmenovat zejména malý měrný výkon, velký pokles světelného toku v průběhu životnosti, jež je relativně krátká (cca 1000 hodin), a citlivost parametrů žárovky na kolísání napětí. Měrný výkon lze sice zlepšit zvýšením teploty wolframového vlákna, ale výrazně se tak zkracuje životnost, dochází k jeho rychlejšímu odpařování [1, 4, 11]. Náplň baňky, v tzv. halogenových žárovkách, plynem s příměsí par halogenů, např. jódu, bromu, vede ke zpomalování odpařování wolframového vlákna během svícení, což má za následek zvýšení měrného výkonu. Dochází k halogenovému regeneračnímu cyklu, například páry wolframu reagují s jódem, jodid wolframu je zahřátím na povrchu vlákna disociován, a atomy wolframu se tak vracejí zpět na vlákno. Tyto žárovky zpravidla pracují za nižšího napájecího napětí, vyšší teploty, zhruba K, i za vyššího tlaku v baňce. Až na pracovní polohu, jež může být u halogenových žárovek předepsána, mají obdobné vlastnosti jako klasické. Nevýhodou je fakt, že by se nemělo dotýkat baňky holou rukou, jelikož může dojít k umaštění povrchu, následně pak ke zvýšenému tepelnému pnutí až prasknutí žárovky. Obecně lze o této skupině říci, že se jedná o neselektivní zdroje se spojitým spektrem vydávaného záření, jež obsahuje především vlny z infračervené a viditelné oblasti, u halogenových žárovek zahrnuje i oblast ultrafialovou [1, 4]. 39

40 4.2.2 Výbojové světelné zdroje Princip výbojových zdrojů tvoří procesy související s průchodem elektrického proudu přes prostředí obsahující vhodné páry, plyny nebo jejich kombinace, zejména se využívají páry rtuti, sodíku a halogenidů řady chemických prvků [11] Oblouková lampa Z historického hlediska je považován vynález obloukové lampy za velmi významný. Emisi spojitého spektra, podobnou dennímu, viditelnému, světlu, způsobuje elektrický výboj mezi dvěma elektrodami, vyrobenými nejčastěji z uhlíku nebo wolframu, při atmosférickém tlaku. Velkou nevýhodou je krátká životnost zapříčiněna rychlým odhoříváním elektrod, především anody a nižší měrný výkon. V minulosti se obloukovými lampami osvětlovaly ulice, dnes jejich využití spadá převážně na svářecí aparát [4] Nízkotlaké výbojky Do skupiny nízkotlakých výbojek jsou zařazeny svítící trubice a nízkotlaké sodíkové výbojky. První jmenované, svítící trubice, využívají kladného sloupce doutnavého výboje, napětí na výboji závisí na délce, průměru trubice a její náplni směsicí plynů (Ne, Ar, He, popř. Hg). Pracují za vysokého napětí, až 700 V na 1 metr délky trubice, a proudovém zatížení ma. Prakticky se využívají, také díky životnosti dlouhé až hodin, zejména k reklamním a dekoračním účelům, známé jako neónové trubice, nebo k signalizaci v letištních majácích. Nízkotlaké sodíkové výbojky mají baňku naplněnou sodíkovými parami s provozním parciálním tlakem v rozmezí 0,1 až 1,5 Pa. Jejich emitované světlo dosahuje největšího měrného výkonu, až 180 lm. W -1, rezonanční čáry sodíků na vlnových délkách 589,0 a 589,6 nm (žlutá barva) leží v blízkosti největší citlivosti lidského zraku. Zvýšením tlaku v baňce lze dosáhnout rozšíření pásma vyzařovaných vlnových délek, což sice zlepší celkové barevné podání, ovšem za cenu snížení měrného výkonu. Závislost světelného toku na teplotě hořáku vyžaduje složitou konstrukci ochranného obalu výbojky. Negativem tohoto zdroje je dlouhá náběhová doba pro dosažení maximálních hodnot, což spolu s nízkým barevným podáním - R a rovno nule, ale naopak příjemnou teplou barvou světla a délkou životnosti

41 až 6000 hodin dělá z nízkotlakých sodíkových výbojek ideální prostředek pro osvětlování velkých prostor, či venkovních prostranství [4, 11] Vysokotlaké výbojky Mezi vysokotlaké výbojky, druhou podskupinu výbojových světelných zdrojů, se řadí plynové sodíkové, halogenidové a xenonové výbojky. Nedostatek týkající se úzkého vyzářeného spektra u nízkotlakých sodíkových výbojek částečně odstraňují ty vysokotlaké. Rozšíření rezonančního dubletu žlutých čar pomáhá zvýšení tlaku až na hodnotu 2, Pa, což má za následek zlepšení podání barev při vysokém měrném výkonu. V případě dalšího zvyšování tlaku par uvnitř výbojky by se sice povedlo dosáhnout téměř stejných barevných vlastností jako u žárovky, ale již na úkor měrného výkonu. Konstrukční odlišnost od jiných typů výbojek tvoří hořák vyrobený z průsvitného korundu, naplněný amalgamem sodíku a xenonem, jenž odolává teplotám vysokým až 1200 C. Vysokotlaká sodíková výbojka dosahuje ustálených hodnot za 5 až 12 minut od zapálení a po zhasnutí je schopna opětovného zapálení až po 2 až 5 minutách, životnost se udává až na 6000 hodin. Podobně jako žárovka se také tato výbojka vyznačuje citlivostí na kolísání napájecího napětí, jež se doporučuje držet v rozmezí ± 5 %. Využití vysokotlaká sodíková výbojka najde u venkovního osvětlení, např. komunikací, nebo v průmyslových provozech hutí, sléváren nenáročných na rozlišování barev. Vznik viditelného záření v halogenidové výbojce spočívá v emisi par rtuti a produktů štěpení halogenidů, což zlepšuje měrný výkon i barevné vlastnosti samotného vysokotlakového rtuťového výboje. Díky příměsi halogenidů má vyzářené spektrum dostatečnou šíři i ve viditelné oblasti, a proto nemusí být vnější baňka pokryta luminoforem. Široká škála uplatnění zahrnuje mimo jiné také osvětlování rozlehlých venkovních prostor, například povrchových dolů, sportovišť. Možnost různých úprav emitovaného světla předurčila halogenidové výbojky jak ke speciálnímu využití v oblasti světelných terapií ve zdravotnictví, tak také pro různé fotochemické procesy v polygrafickém průmyslu. Konstrukce i doba životnosti je obdobná jako u předchozích typů výbojek. Xenonová výbojka, poslední typ vysokotlaké výbojky, která zde bude uvedena. V atmosféře xenonu může výboj probíhat buď ve formě krátkého oblouku v případě kulovitého provedení výbojky, nebo dlouhého oblouku, jestliže je tvar baňky trubicovitý. Tyto výbojky, jejichž vysílaná barva odpovídá dennímu světlu, s životností asi 2000 hodin se taktéž využívají pro osvětlení venkovních prostor, popřípadě ke scénickému osvětlení [4]. 41

42 Výbojky s luminofory Poslední velkou skupinu výbojových světelných zdrojů tvoří výbojky s luminofory. K nim lze přiřadit indukční výbojky, vysokotlaké rtuťové výbojky a zejména zářivky. Indukční výbojky spadají do okruhu nízkotlakých zdrojů. Jejich princip spočívá ve vysokofrekvenčním buzení výboje v uzavřeném prostoru. Do baňky, jejíž tlak se určuje pomocí teploty nejchladnějšího místa, naplněné inertním plynem a parami rtuti je umístěno feritové jádro s indukční cívkou napájenou frekvencí 2,65 Mhz. Ultrafialové záření, jež emitují páry rtuti vybuzené indukčním vysokofrekvenčním zářením, následně přeměňuje luminofor na delší, lidským okem viditelné, vlnové délky. Tento bezelektrodový zdroj dosahuje výjimečně dlouhé životnosti až hodin a zachovává si i výbornou stabilitu světelného toku. Přestože barevné podání vysílaného světla je celkem dobré, široké potenciální využití zatím omezují vysoké výrobní náklady. Výbojky, v nichž páry rtuti mají tlak 10 5 Pa, se označují jako vysokotlaké rtuťové výbojky. Nevyhovující modrozelenou barevnost světla odstraní luminofor, jenž zajistí až 12% podíl červené složky přeměnou ultrafialového záření. Přispívá také ke zvýšení celkového světelného toku a tím i měrného výkonu. Samotný rtuťový hořák se skládá ze dvou přímo žhavených a jedné pomocné elektrody, která usnadňuje zápal. Obal elektrod vyrobený z křemenného skla umožňuje provozní teploty do 600 C a zároveň propouští UV záření nutné k vybuzení luminoforu. Postupné vypařování rtuti po zapnutí má za následek změny elektrických a světelných parametrů, ustálené hodnoty světelného toku se tak objeví po 3 až 5 minutách a opětovné zapálení výboje po vypnutí je možné po 5 až 7 minutách. Rtuťové výbojky se vyznačují dobrým měrným výkonem, dlouhou životností až hodin a libovolnou polohou při svícení, proto najdou, i vzhledem k horšímu podání barev, své uplatnění především při osvětlování běžných průmyslových prostorů a veřejných venkovních míst [4, 11]. Zářivky, významné nízkotlaké výbojky s luminoforem. Dle typu luminoforu, jenž může být i vícepásmový složený ze 3 až 5 vrstev, lze získat různé spektrální složení emitovaného světla s různou účinností přeměny, která je tak vysoká, že zcela vylučuje možnost, aby se zářivka stala zdrojem nebezpečného UV záření. K výhodám patří velmi dobré barevné podání barev R a dosahující i přes 80, dokonce s možnosti výběru, např. denní, bílá, měrný výkon i dlouhá životnost dosahující až 8000 hodin, která bohužel závisí na počtu zapnutí a vypnutí zdroje. Tímto se dostáváme k dalším nevýhodám, například závislosti světelného toku na teplotě trubice, resp. teplotě okolí. Ovšem nejnebezpečnější negativum je 42

43 zcela určitě rozsvěcování a zhasínání každou půlperiodu podle frekvence napájecího napětí, což při pohledu na otáčející se objekt může způsobit poruchu ve vnímání rychlosti, tzv. stroboskopický efekt. Odstranit se dá celkem jednoduše připojením jednotlivých trubic na různé fáze, posunutím fáze nebo zvýšenou frekvencí napájecího napětí. K úspěšnému provozu zářivky je především nutné dosáhnout vysokého napětí potřebného k zapálení výboje, toho se dá docílit hned několika způsoby. Využitím vedlejšího obvodu, startéru, jenž umožní předžhavení elektrod a po jeho rozpojení dojde k napěťovému rázu 700 V a tím zapálení výboje. Rychlý zápal bez zapalovače, kdy umístěním předřadníku s přídavným vinutím v obvodu dochází k trvalému žhavení elektrod, anebo okamžitým zápalem s pomocným zapalovacím páskem na stěně trubice. Součástí zářivek bývá také tlumivka nebo elektronický předřadník, jež provádějí nutnou stabilizaci výboje v trubicích. Velice rozmanité konstrukční provedení umožní setkat se s různými tvary a průměry trubic. Nejrozšířenější je lineární typ s různým barevným podáním světla. Zářivky malých rozměrů, díky skládáním výbojových drah do soustav vzájemně propojených trubic, s jednou paticí se označují jako kompaktní. Právě svou malou velikostí jsou předurčené pro použití místo klasických žárovek, při zachování vlastností zářivky, a svým užíváním tak zasahují do všech oblastí světelné techniky [4, 11] Elektroluminiscenční světelné zdroje K této skupině světelných zdrojů se řadí světelné diody LED Light Emitting Diode. Jedná se o polovodičové součástky obsahující přechod PN, jenž emituje optické záření při průchodu elektrického proudu. Tato skupina zdrojů prochází rychlým vývojem, který neustále zlepšuje účinnost přeměny elektrického proudu na světlo. V současné době se dosahují světelné výkony přibližně 60 lm/w u modrých, více než 200 lm/w u bílých, cca 260 lm/w u červených, více než 500lm/W diod u žlutých a téměř 590 lm/w u diod zelených. Index barevného podání přesahuje hodnotu 80 a bílé LED lze vyrobit ve velmi širokém rozsahu náhradní teploty chromatičnosti, od 2500 do 4000 K u teplých odstínů, u studených až K. LED diody neumožňují získání bílého světla přímo, k jeho vzniku je zapotřebí fosforescence luminoforu umístěného v diodě. Druhou možností, jak získat bílé světlo poskytuje prosté aditivní mísení tří barevných LED červené, zelené a modré, což je z hlediska software a hardware velmi složitým proces. Uvedené parametry předurčují tyto světelné zdroje k širokému využití, např. osvětlení jak interiérů, tak exteriérů, v automobilovém průmyslu u koncových, obrysových a směrových světel. Využití pouze 43

44 jednotlivých diod se omezuje jen na signalizaci, pro osvětlení prostoru se diody v praxi sestavují do větších celků [11] Speciální zdroje světla Do této skupiny patří zdroje světla užívané ke speciálním účelům. Někteří zástupci jsou uvedeni níže. Zábleskové xenonové výbojky, využívající jiskrového výboje, vyzařují ve velmi krátkém čase velký světelný výkon, vhodný zejména pro buzení laserů nebo fotografické účely [4]. Doutnavky, jedná se o výbojky, v nichž viditelné světlo vzniká buď přímo nebo nepřímo (fluorescencí). Barvu světla určuje plynová náplň tvořená argonem (modrá barva), neonem (červená barva) nebo jejich směs s héliem, v případě rtuťových příměsí je nutné pokrýt baňku doutnavky luminoforem. Při připojení výbojky na stejnosměrný proud emituje světlo pouze katoda. V situaci, kdy do obvodu přichází střídavý proud, vyzařují obě z elektrod, protože vzdálenost mezi nimi je tak malá, že potlačuje kladný sloupec výboje. Výhodu tvoří lineární závislost mezi proudem doutnavky a pokrytím elektrody výbojem, což umožňuje určit přibližnou velikost proudu a napětí ve zkušebním obvodu. Kromě předchozího tzv. indikačního, slouží doutnavky také k signalizačním účelům [4]. Laser, zkratka počátečních písmen anglického Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, česky překládán jako kvantový generátor optického záření. Úspěšná činnost laseru spočívá ve splnění třech podmínek. První, vhodné aktivní prostředí s takovým uspořádáním vnitřní energie, které umožní stimulovanou emisi, tzn. vyvolat řízené energetické změny. Druhá, existence metastabilního stavu, cca 1000 ns. Atomy se dostanou do excitovaných poloh pomocí čerpání, tj. umělým dodáním energie, např. zábleskovou výbojkou. Třetí, řídící foton musí způsobit lavinovitý nárůst uvolňování energie (deexcitace atomů). Za splnění všech podmínek soustava emituje fotony totožné vlnové délky zároveň synchronizované se stejnou amplitudou, fází i směrem vyzařování, tedy koherentní optické záření. Využití najde laserové záření v mnoha odvětvích, jak v průmyslu, geodézii, pro různé světelné efekty, tak i ve zdravotnictví. Nejen ve zdravotnictví se s výhodou užívá, že díky koherenci lze přenášet obrovské množství energie na velkou vzdálenost, i možnost fokusace energie [4]. Zdrojem infračerveného záření, infračerveným zářičem, se stává v podstatě každé těleso zahřáté na vyšší teplotu. Rozdělit je lze na zdroje teplotní a výbojové. V praxi se 44

45 nejčastěji jedná o první skupinu, zahřívaných převážně elektrickým proudem případně plynem, na teploty v rozmezí 600 až 2200 K. Dle výše teploty a tím pádem také vyzařovaných vlnových délek se rozlišují krátkovlnné, středněvlnné a dlouhovlnné zdroje. Žárovka, klasický zástupce, se sníženou provozní teplotou asi na 2000 K, maximální vysílanou vlnovou délkou 1300 nm a povrchovou úpravou uvnitř baňky způsobující zrcadlový odraz, má ve srovnání s běžnou žárovkou vyšší celkový podíl IR vln a zároveň i životnost. Využití infračervených zářičů je široké, např. rychlé sušení a ohřev, infrafotografie, vojenské dalekohledy [4]. Na druhé straně spektra optického záření než v předchozím odstavci se vyskytují ultrafialové zářiče. Jedná se o rozličné speciální nízkotlaké i vysokotlaké výbojky upravené podle použití, jež pracují především s obloukovým výbojem v rtuťových parách. Záření v UV oblasti se využívá pro své germicidní účinky ve zdravotnictví a farmacii, jiné druhy se uplatňují např. v soláriích, pro planografická zařízení (kopírky, sítotisk) nebo při defektoskopii [4]. 4.3 Osvětlovací soustavy K vytvoření žádoucího světelného prostředí se využívají různá uspořádání světelných zdrojů, označovaných jako osvětlovací soustavy. A právě podle využitých zdrojů je lze dělit na soustavy denního, umělého a sdruženého osvětlení [4] Osvětlovací soustavy denního osvětlení Již podle názvu zřejmé, že tyto soustavy využívají přirozeného denního světla. Světlo dostávající se do vnitřního prostoru otvory ve stavební konstrukci se navrhuje nezávisle na osvětlení umělém. Rozlišují se soustavy boční, tj. okna v obvodovém zdivu, horní, tj. světlíky ve střešní části konstrukce, kombinované, jež využívají současně oken i světlíků a sekundární soustavy, kdy dochází k průniku světla nepřímo přes další osvětlený prostor [4, 10]. Možnosti používání bočních soustav závisí mimo jiné na světlé výšce a hloubce osvětlovaného prostoru, například u nízkých místností lze tímto způsobem osvětlit pouze úzký pás v blízkosti oken. Dalším limitujícím faktorem jsou rozměry oken. Obecně platí, že účinněji působí vyšší než širší okno a vhodná je také jeho poloha v blízkosti stropu. Jednostranné boční osvětlení najde své uplatnění zejména u vícepodlažních budov pro osvětlení menších místností. V takovém případě má průběh činitele denní osvětlenosti 45

46 charakteristický průběh, který exponenciálně klesá se vzdáleností od okna. Mezi výhody bočních soustav patří snadná dostupnost, údržba a možnost instalace nejrůznějších regulačních zařízení, např. žaluzií [4]. Horní soustavy umožňují rovnoměrné osvětlení celého objektu bez ohledu na jeho velikost. Závisí ovšem také na rozměrech světlíků a jejich rozmístění, s rostoucí světlou výškou dochází k částečnému snižování účinnosti. Existují dva základní typy světlíků, pilový a zenitní, vzájemně se odlišující sklonem zasklení. Nejčastěji se lze setkat s horním typem osvětlovací soustavy u jednopodlažních průmyslových hal či víceúčelových pavilonů. Nutností musí být pravidelná údržba, například odstraňování sněhu a dalších nečistot. Kombinace dvou předchozích typů se někdy může stát jediným vhodným řešením. Sekundárních soustav se využívá při potřebě osvětlit větší prostory nebo místnosti s vyššími nároky na světlo a zároveň nemožností dalších osvětlovacích otvorů [4] Osvětlovací soustavy umělého osvětlení Svítidla sloužící k ochraně umělých světelných zdrojů se také podílejí na rozložení světelného toku v daném prostoru. Podle podílu z celkového vyzařovaného toku, který přímo dopadá na neomezeně velkou pracovní rovinu, se rozlišuje osvětlení přímé (dopadne 90 až 100 %), převážně přímé (60 až 90 %), smíšené (40 až 60 %), převážně nepřímé (10 až 40 %) a nepřímé (do 10 %). Na základě provozního účelu je možné roztřídit umělé soustavy na normální, zajišťující dostatek světla pro normální provoz při bezporuchovém napájení soustavy, poruchové, využívané při poruše napájecího systému, a technologické osvětlení vytvářející adekvátní prostředí pro technologické procesy [4, 10]. Další možností rozdělení uváděnou v literatuře je podle zdroje proudu a provozního účelu na celkové, odstupňované, místní a nouzové osvětlení. První možností se dosáhne, většinou pravidelně rozmístěnými svítidly, v podstatě rovnoměrného osvícení prostoru bez ohledu na zvláštní místní požadavky. Omezení spočívá v regulaci osvětlení a v nemožnosti nastavení individuálního směrování světla. Odstupňované osvětlení se typicky vyznačuje zesílenou intenzitou v místě výkonu zrakově náročnější práce. Přechody mezi různými intenzitami osvětlení musí být plynulé. Oproti celkovému osvětlení lze již částečně směrovat a regulovat postupným spínáním jednotlivých částí obvodu. Místní osvětlení doplňuje celkové na místě určitého zrakového úkonu dle požadavků a je zcela samostatně ovladatelné i směrovatelné. Při současném využití celkového i místního osvětlení musí být mezi nimi 46

47 zachován poměr 1:3, maximálně 1:10. Poslední, nouzové osvětlení, najde své dočasné uplatnění vždy při poruše napájecí soustavy běžně používané [4, 10] Osvětlovací soustavy sdruženého osvětlení Sdružené osvětlení využívá kombinaci jak denního, tak i umělého osvětlení zejména pro zlepšení stávajícího nevyhovujícího pouze denního světla, přičemž umělé zdroje musí splňovat vyšší nároky a denní světlo vhodně doplňovat. Intenzita a rozmístění umělého osvětlení vychází z požadavku na zrakovou činnost v daném místě a přijatelného rozlišení jasu, zabraňující siluetovým jevům, což podmiňuje náročný výběr zdrojů [4]. 47

48 5. Fotometrie Fotometrie se zabývá měřením viditelné části záření elektromagnetického spektra, na rozdíl od obecnější radiometrie, která není nijak spektrálně omezena. Smyslem je kvantifikace světelných veličin tak, jak je vnímá lidské oko, proto bývá v jejích jednotkách zohledněna citlivost oka. V této oblasti si při popisu vystačíme s pojmem paprsku, takže daná oblast spadá pod součást geometrické optiky [1, 3]. 5.1 Fotometrické veličiny Každé energetické veličině, jež udává vlastnosti optického záření, odpovídá fotometrická, světelná, veličina popisující vlastnosti viditelného záření, kterou lze fyziologicky vnímat a subjektivně posuzovat; např. energetické veličině zářivý tok Φ e odpovídá fotometrická veličina nazývaná světelný tok Φ. Mezi těmito dvěma druhy veličin existuje souvislost, jež závisí pouze na použitých jednotkách a spektrálním složení studovaného záření. V následující části budou uvedeny základní fotometrické veličiny. Hlavními fotometrickými veličinami jsou světelný tok Φ, svítivost I, osvětlení E, jas L a světlení H. Z těchto se jedna považuje za základní, obvykle buď světelný tok, nebo svítivost, pomocí níž lze vyjádřit zbývající čtyři [2, 3, 4] Světelný tok Ze zdroje záření se na všechny strany šíří zářivá energie. Množství této energie (Q e ) procházející určitou plochou za jednotku času (t) se nazývá zářivý tok touto plochou (Φ e ), udává výkon přenesený zářením a jednotkou je watt [4]. Zářivý tok Φ e, jenž charakterizuje zhodnocení výkonu přeneseného zářením standardním lidským okem vzhledem k rozdílné citlivosti na jednotlivé vlnové délky (tzv. poměrná světelná účinnost V λ vyjadřující, jak asi lidské oko zhodnotí zářivý tok, který připadá na oblast viditelného záření, a má tedy schopnost vzbudit zrakový vjem) se nazývá světelný tok. Jeho velikost ve wattech je možné principiálně určit, je-li známo rozložení zářivého toku na jednotlivé vlnové délky. Pohodlnější je ovšem světelné toky zdrojů porovnávat na základě rovnosti intenzity subjektivních vjemů se světelným tokem, který vydává určitý zářič za 48

49 stanovených podmínek, a tento světelný tok zvolit za jednotku. Dle mezinárodní dohody se jednotkou světelného toku stal lumen (lm), což je světelný tok, který vysílá absolutně černé těleso do celého poloprostoru při teplotě tuhnoucí platiny (1772 C za tlaku 1, Pa) plochou o velikosti 5, m 2. Závislost spektrální hustoty zářivého toku Φ eλ na vlnové délce λ černého tělesa určuje Planckův vyzařovací zákon a pomocí matematických úprav dostaneme převodní vztahy mezi jednotkou světelného toku lumen a jednotkou watt [2, 4]. Φ = 0,00147 W = 1 lm neboli 1 W = 680 lm Světelná účinnost záření, dříve označovaná jako viditelnost, tedy poměr světelného toku Φ k odpovídajícímu zářivému toku Φ e, se značí K, K = Φ / Φ e. V případě, že by oko reagovalo na záření všech vlnových délek stejně citlivě, jako na záření s maximální citlivostí λ m (λ m = 555 nm), nebo kdyby zdroj veškerou svou energii vyzařoval právě při λ m, byla by hodnota K rovna jedné. Potom by účinnost světelného zdroje, z hlediska posuzování schopnosti vzbudit zrakový vjem jisté intenzity, byla maximální a na každý watt jeho příkonu by připadal světelný tok asi 680 lm. Jestliže ovšem část energie připadne také na vlnové délky, na něž je lidské oko méně citlivé, případně na které nereaguje vůbec, pak jednotce příkonu přísluší menší světelný tok [2, 11] Svítivost Měřitelné množství světelné energie může být vysíláno pouze tělesem konečných rozměrů, avšak je-li tento objekt pozorován z dostatečně velké vzdálenosti vzhledem k jeho rozměrům, lze předpokládat, že světlo vychází z jediného geometrického bodu C a šíří se všemi směry. Obr. 13: K definici svítivosti [3]. Budiž jako dφ označen světelný tok vyzářený do kužele prostorového úhlu dω steradiánů. Steradián, značka sr, je vymezen pláštěm kužele, který má vrchol ve středu koule o poloměru r = 1, a který na této kouli vytíná jednotkovou plochu. Potom lze tedy svítivost I α zdroje ve směru osy kužele, tj. v daném směru, definovat jako podíl části světelného toku dφ, který vychází ze zdroje do malého prostorového úhlu dω v tomto směru, a tohoto 49

50 prostorového úhlu dω. Jedná se o tok vyslaný do jednotkového prostorového úhlu, platí I α = dφ / dω [2, 3]. Osa světelného kužele může být zvolena v libovolném směru, takže pomocí svítivosti lze vyjádřit, jak se světelný tok rozloží do jednotlivých směrů v prostoru. Rozložení nebývá u skutečných zdrojů rovnoměrné, což vystihuje různá velikost I α v různých směrech. Pro zdroj izotropní, jenž má ve všech směrech stejnou svítivost, tedy lze napsat I = Φ / Ω, celkový světelný tok Φ vyzařovaný izotropním zdrojem o svítivosti I do celého prostoru pak Φ = 4πI. Jednotka svítivosti patří v soustavě jednotek SI mezi základní veličiny, nazývá se kandela, značka cd. Definuje se jako 1/60 kolmé svítivosti čtverečního centimetru černého tělesa při teplotě tuhnoucí platiny. Jednotka světelného toku je potom odvozená jednotka a může být také určena světelným tokem, který do kužele s prostorovým úhlem 1 sr vysílá bodový zdroj, jehož svítivost je ve všech směrech rovna 1 cd [2, 3] Osvětlení (intenzita osvětlení) Dopadá-li na povrch tělesa celkový světelný tok Φ, pak osvětlením E v daném místě se rozumí část dφ tohoto toku dopadajícího na plošný element ds povrchu, děleného velikostí daného elementu, platí tedy E = dφ / ds. Číselně se osvětlení rovná světelnému toku, jenž dopadá na plošnou jednotku osvětlovaného tělesa [2, 3]. Jednotka osvětlení se nazývá lux, značka lx. Plocha má osvětlení 1 lx v případě, kdy na 1 m 2 dané plochy dopadá rovnoměrně rozložený světelný tok 1 lm (1 lx = 1 lm. m -2 ). Je-li ploška ds osvětlována bodovým zdrojem C, r průvodič vedený od zdroje světla C ke středu ds a α úhel průvodiče s normálou plošky, pak prostorový úhel dω je dán vzorcem dω = dscosα / r 2 a pro osvětlení poté podle E = dφ / ds vychází Obr. 14: K definici osvětlení [3]. 50

51 Ze vzorečku lze zjistit, že osvětlení plochy bodovým zdrojem roste přímo úměrně s hodnotou svítivosti I v příslušném směru a ubývá s dvojmocí vzdálenosti r od zdroje a s kosinem úhlu dopadu α [2, 3]. Osvitem neboli expozicí plochy se nazývá součin osvětlení plochy E a doby t, po kterou osvit trvá, tedy e = Et. Jednotkou je luxsekunda, značka lxs, jež značí osvit plochy při jejím osvětlení 1 luxem po dobu 1 sekundy (podobně je definována také luxhodina, lxh) [2] Jas Nejsou-li rozměry zdroje světla zanedbatelné vůči pozorovací vzdálenosti, je nutné se na něj dívat jako na plošný zdroj. Vytkne-li se na jeho povrchu plošný element ΔS a je-li ΔΦ světelný tok, jenž je vysílán z daného elementu do celého poloprostoru, tj. do prostorového úhlu 2π sr, je d(δφ) tok prostorového úhlu dω. Obr. 15: K definici jasu [3]. Jas plošného elementu L α ve směru, který svírá s normálou úhel α, se poté určí jako L α = d(δϕ) / ScosαdΩ, dosazením vzorečku svítivosti vyjde vztah L α = ΔI α / ΔScosα. Jelikož ΔScosα je plocha elementu, jež se promítá na rovinu kolmou ke směru α, rovná se jas podílu svítivosti plošky zdroje v daném směru a průmětu této plošky do roviny kolmé k danému směru. Jas je číselně roven svítivosti připadající na plošnou jednotku zdánlivé plochy zdroje. Lambertův zákon, ΔI α = ΔI n cosα, uvádí vztah mezi svítivostí ΔI α ve směru odchýleném od kolmice o úhel α a svítivostí ΔI n ve směru kolmém k ploše. Podle tohoto zákona svítivost izotropního rovinného plošného zdroje v každém jeho bodě klesá s kosinem odklonu od kolmice k ploše zdroje. Zářiče, jež září v souladu s výše uvedeným se nazývají kosinové. Pro kosinové zářiče platí L α = ΔI n / ΔS = L, tedy jas je konstantní, nezávislý na směru. Proto se pozorovateli jeví žhnoucí koule, např. Slunce, jako rovnoměrně jasný kotouč [2, 3]. Veličina jasu nezávisí ani na rozměrech, ani na vzdálenosti předmětu od oka, je přímo úměrná svítivosti, která se se vzdálenosti nemění (dva listy papíru stejně osvětlené se zdají 51

52 být i stejně jasné, přestože je jeden z nich blíže a druhý dále od pozorovatele). Z těchto poznatků potvrzujících Lambertův zákon také plyne, že pro intenzitu zrakového vjemu, jenž je vzbuzen plošným zdrojem, nejsou důležité svítivost zdroje a zdánlivá velikost plochy samy o sobě, nýbrž podíl obou veličin, tj. jas plochy [2]. Za jednotku jasu se považuje nit, značka nt. Jedná se o jas plošného zdroje, jehož svítivost na 1 m 2 zdánlivé plochy je 1 cd. Stilb, značka sb, je větší jednotkou, analogicky se jedná o jas plošného zdroje, jehož svítivost na 1 cm 2 zdánlivé plochy zdroje se rovná 1 cd. Další druhy jednotek se využívají pro určení jasu dokonalých rozptylovačů osvětlených tokem, např. 1 lm na m 2 (apostilb, asb), 1 lm / cm 2 (lambert, La). Převodní vztahy mezi jednotlivými jednotkami jsou následující: 1 sb = 10 4 nt 1asb = (1/π) nt 1 La = (1/π) sb = (1/π) 10 4 nt [3] Světlení (intenzita světlení) Světlení H ve zvoleném místě povrchu zářícího tělesa se určí pomocí podílu světelného toku dφ, který vychází z plošky zdroje do celého poloprostoru a této plošky ds, H = dφ / ds, číselně se rovná světelnému toku, jenž plocha jednotkové velikosti vyzařuje do celého poloprostoru [2, 3]. Světlení se udává v jednotkách lm. m -2, nemá žádný zvláštní název. Intenzita světlení je určena stejným podílem jako osvětlení, veličiny se však od sebe liší tím, že osvětlení závisí na světelném toku, který na danou plošku dopadá, zatímco světlení na toku, jenž určená ploška vysílá. Vztah mezi světlením a jasem malé plochy pro kosinový zářič vypadá následovně: H = πl, tedy intenzita světlení ds kosinového zářiče je π násobkem jeho jasu, stejně tak světelný tok dφ vyzařovaný ploškou do poloprostoru po jedné straně zářícího povrchu je π-krát větší než její plošná svítivost ΔI n ve směru kolmém k povrchu [2]. 52

53 6. Osvětlení vnitřních prostor Vnitřní prostory, jež se vyznačují svou uzavřeností vůči vlivům venkovního prostředí, charakterizuje typická prostorová stavba zahrnující strop, stěny a podlahu. Všechny jmenované plochy odrážejí dopadající světelný paprsek z jiných zdrojů a bývají proto označovány sekundárními zdroji světla. Při projektování musí být brán zřetel jak na skutečnost, že stěny místnosti obvykle zabírají velkou část zorného pole a významnou měrou se tak podílejí na subjektivním dojmu z daného prostoru i adaptačním stavu zraku, tak i na další technické a hygienické požadavky plynoucí z funkčního využití [11]. 6.1 Parametry osvětlení Požadavky na osvětlení se liší vzhledem k plánovanému využití prostoru. Podrobnější specifikaci, přiřazující požadované světelné parametry daným činnostem, obsahují normy třídicí vnitřní prostory do aplikačních oblastí s dalším dělením na dílčí zrakové úkoly [11]. Optimálního osvětlení pro uživatele nelze docílit pouze splněním normativních podmínek bez důkladného rozboru uživatele prostoru, např. délka pobytu a druh vykonávané činnosti, jelikož světelné požadavky v normách jsou stanoveny pro průměrného pracovníka středního věku s normálním zrakem, tzv. normální fotometrický pozorovatel. Reálně se ovšem lidé od hodnot stanovených normou mohou výrazně odlišovat. Se změnou nejvýraznějšího faktoru, věkem uživatelů, dochází ke zhoršení zrakových funkcí vyvolaným snížením propustnosti optických médií a zmenšením velikosti zornice. Jak znázorňuje obrázek 16, pro vykonání totožného zrakového úkolu potřebuje starší člověk, v porovnání s mladšími, vyšší hladiny osvětlenosti sítnice, resp. vyšší hladiny osvětlení okolního prostoru [11, 4]. 53

54 Obr. 16: Pokles osvětlenosti sítnice v závislosti na věku pozorovatele [11, upraveno]. Parametry osvětlení pro vnitřní prostory doporučované v národních či mezinárodních normách obsahují následující kritéria: rozložení jasu, osvětlenost, zábrana oslnění, osvětlení prostoru, barevné vlastnosti osvětlení a časové změny osvětlení. Jedná se o kompromis mezi současnými vědeckými poznatky týkající se zákonitostí zrakového vnímání a z rozsáhlých aplikačních výzkumů na straně jedné a z ekonomicko-technických schopností společnosti na straně druhé. S rozvojem techniky, s novými vědeckými poznatky i neustálým rozvojem lidské společnosti se jak kvalitativní, tak i kvantitativní požadavky stále mění [11]. Rozložení jasu Jas a jeho rozložení v zorném poli uživatele ovlivňuje zrakový výkon, zrakovou pohodu i míru únavy související s celkovou subjektivní atmosférou prostoru. S úrovní jasu přímo souvisí adaptační úroveň zraku, jež ovlivňuje další zrakové funkce jako ostrost vidění a kontrastní citlivost i jejich účinnost, akomodaci a oční pohyby. Správně zvolené rozložení jasů v prostoru, bez výrazných přechodů mezi různými hladinami, minimalizuje nutnost neustálé adaptace uživatele na odlišné jasové podmínky, a tím oddaluje jeho únavu a zhoršení zrakové pohody. Pracovní podmínky vyžadují vysoké adaptační jasy, naopak místa pro aktivní odpočinek si vystačí přibližně s polovičními hodnotami. Akceptovatelné jasy leží v intervalu mezi minimální úrovní jasu danou dostačujícím světlem pro konkrétní zrakovou práci, tzv. mez rozlišení, a maximální hodnotou související s oslněním, mez oslnění. Překročení horní hranice se projeví pocitem přesvětlení, jas pod dolní mezí vyvolává dojem nedostatečného osvětlení. Úroveň osvětlení pracovního 54

55 úkolu, resp. srovnávací roviny, se posuzuje pomocí závislosti přijatelných úrovní jasů stěn a stropu a osvětlenosti srovnávací roviny. Protože popis osvětlení pozadí, stropu a stěn, s využitím jasu je komplikovaný, převádí se řešení problému na doporučené hodnoty činitelů odrazu, osvětlenosti a rovnoměrnosti osvětlenosti hlavních ploch v místnosti [11, 12]. Hladina osvětlenosti V praxi, pro zjednodušení, stačí užívat k popisu úrovně osvětlení hodnoty osvětlenosti, které přímo souvisí s nejnižší potřebnou hladinou osvětlení a odpovídající zrakovou pohodou. Také osvětlenost, stejně jako jas, a její rozložení v místě zrakového úkolu a v jeho bezprostřední blízkosti vysoce ovlivňují jak rychle, bezpečně a pohodlně pozorovatel vnímá a vykonává zrakový úkol. Vnitřní prostory lze rozdělit, z hlediska úrovně osvětlení, na tři základní stupně. Minimální hladinu potřebnou v mimopracovních prostorech - 20 lx, požadovanou hodnotu v pracovních prostorech, ve kterých se lidé zdržují delší dobu bez zohlednění požadavků na zrakový výkon 200 lx a na upřednostňovaný rozsah osvětlení v pracovním prostředí 1000 až 2000 lx. Řada doporučených osvětleností pro vnitřní prostory, sestavena na základě mnoha výzkumů, má nejnověji hodnoty lx. Rozdíl mezi jednotlivými stupni je přibližně 1,5 násobek nižšího čísla, což odpovídá minimálnímu nárůstu osvětlenosti, jež si je pozorovatel schopen jasně uvědomit. Hodnoty uvedené v normách pro konkrétní zrakové úkoly vycházejí právě z této řady a průměrná osvětlenost na srovnávací rovině nesmí klesnout pod normativní hodnotu bez ohledu na stáří a stav osvětlovací soustavy. V případě, že se podmínky vidění liší od normálních předpokladů, požadované hodnoty mohou být upřesněny o jeden stupeň řady. Směrem nahoru např. tehdy, když zraková činnost při práci je rozhodující, chyby se nákladně opravují, úkol pracovník vykonává po neobvykle dlouhou dobu anebo je jeho stav zraku zhoršený. Naopak směrem k nižším hodnotám lze osvětlenost posunout, jestliže kritické detaily úkolu jsou neobvykle velké, nebo s velkým kontrastem a v případě, kdy pracovník vykonává úkol pouze po neobvykle krátký čas. Velké prostorové změny v osvětlenosti mohou vyvolat zbytečné namáhání zraku a zrakovou nepohodu, proto jsou definovány dvě zóny, místo zrakového úkolu a bezprostřední okolí, které jsou navzájem svázány doporučenými hodnotami osvětlení ukázanými v následující tabulce, obr. 17 [11,13]. 55

56 Osvětlenost místa zrakového úkolu E úkol (lx) Osvětlenost bezprostředního okolí úkolu (lx) E úkol 100 E úkol 50 Obr. 17: Vztah mezi osvětleností bezprostředního okolí úkolu a osvětleností místa zrakového úkolu [13, upraveno]. Zábrana oslnění Oslnění, nepříznivý stav zraku, ke kterému dochází expozicí sítnice či její části jasu vyššímu, než na který proběhla adaptace, může zásadně ovlivnit požadovanou úroveň zrakového výkonu a zrakové pohody a proto se stává nezbytností jeho omezení, aby se předešlo únavě, zvýšenému počtu chyb a nehodám. Tento negativní jev způsobují jasné povrchy v zorném poli, např. části svítidel, okna, světlíky, tj. přímo, nebo nepřímo odrazem světla od lesklých povrchů a ploch, zejména od nábytku, monitorů a klávesnic. Většina opatření vedoucí k eliminaci oslnění, jako clonění svítidel, nepřímé osvětlení, antireflexní úpravy povrchů, polarizace světla, ovšem zároveň snižuje účinnost osvětlovací soustavy a zvyšuje energetickou náročnost celého systému. Přímé rušivé oslnění způsobené osvětlovací soustavou musí být stanoveno pomocí indexu Jednotného systému hodnocení oslnění (UGR unified glare rating) a navrhovaná osvětlovací soustava nesmí přesáhnout hodnoty dané normou. Využití indexů UGR selhává v případě, kdy oslnění nevzniká od tzv. normálních zdrojů světla, tj. takových které lze vidět pod prostorovými úhly v rozsahu od 0,0003 do 0,1 sr, a kterým v běžném prostoru odpovídá vyzařovací plocha svítidla v rozmezí 0,005 m 2 až 1,5 m 2, protože pro menší svítidla je metoda UGR příliš přísná a naopak pro větší plochy příliš tolerantní. Nepřímé oslnění způsobené odrazem světla od lesklých nebo polomatných povrchů vede od mírného rozptýlení pozornosti až k pocitu značné nepohody. Objevují-li se odlesky na ploše mimo oblast zrakového úkolu, jedná se o oslnění odrazem, při přítomnosti odlesku přímo na povrchu úkolu se hovoří o závojovém odrazu. Také nepřímé oslnění musí být vyloučeno z vnitřních pracovních prostor, při projektování se vymezí tzv. zakázané oblasti, ve kterých by neměly být umisťovány zdroje záření. Obecně platné doporučení je, aby 56 E úkol

57 převažující směr dopadu světla na pracovní plochu byl ze stran, ideálně zleva přes levé rameno [11,13]. Osvětlení prostoru Věnovat pozornost se musí nejen osvětlení pracovního místa, ale také dalším prostorům využívaným k vizuální komunikaci a rozpoznávání předmětů i osob. K popisu světelných podmínek v prostoru postačí tři termíny: střední válcová osvětlenost, podání tvaru a směrované osvětlení. První z nich stanovuje průměrnou osvětlenost svislé roviny, která by v aktivně využívaných prostorech neměla být nižší než 50 lx, tam, kde je důležitý vizuální vjem, např. kanceláře, učebny, se stanovilo minimum až na 150 lx. Druhým parametrem, podáním tvaru, lze zlepšit vnímání tvaru a textur. V příznivých podmínkách by osvětlení nemělo být příliš směrované, docházelo by k ostrým stínům, ale ani příliš difúzní, což by vedlo až k monotónnímu světelnému prostředí. Odstranit se musí také vícenásobné stíny vzniklé směrovanými světly z více stran. Poslední parametr popisující světelné podmínky, směrované osvětlení, může přispět k lepšímu odhalení detailů zrakového úkolu, stejně jako některé stíny mohou pomoci zlepšit viditelnost. Vždy však musí být splněny podmínky vylučující nežádoucí oslnění [11, 13]. Barevné vlastnosti osvětlení Schopnosti rozlišování a vjemu barev, nedílnou součásti zrakového vjemu, se obecně určují vlastnostmi zrakového orgánu, jeho spektrální citlivostí, barvocitem a adaptačním stavem, spektrálním složením světelných zdrojů i hodnotami spektrálních činitelů odrazu pozorovaných povrchů, popřípadě také spektrální pohltivostí prostředí. Potřeba přirozené a věrné barvy předmětů i lidské kůže je důležitá nejen pro dobrý zrakový výkon, ale také pocit celkové i duševní pohody, nejnižší přípustné hodnoty uvádí norma [11, 13]. Časové změny osvětlení Běžný jev ovlivňující činnost zraku je spojení prostorové proměnlivosti osvětlenosti a jasu a spontánních mikro i makroskopických pohybů oka, jež dohromady přechází v časové změny osvětlení. Vlivem všech kompenzačních mechanismů, např. vysoké adaptační jasy, rychlost readaptačních procesů, však mozek vnímá prostor staticky, tedy tak, jak potřebuje pro svou zrakovou pohodu a dobrý výkon. Rušivé a nebezpečné se ovšem stávají interference pohybů, jasových změn a odlesků s periodickými změnami osvětlení, jež vznikají pulsací světelného 57

58 toku připojených pod střídavým proudem, zejména při pohledu na pohyb lesklých nebo točivých částí. Mluví se o již dříve zmíněném, stroboskopickém jevu, při kterém se plynule pohybující předmět zdánlivě pohybuje jinou rychlostí, opačným směrem, nebo se jeví úplně statický. Pod vlivem takové informace může dojít k závažným úrazům, proto je nutné navrhnout osvětlovací soustavy tak, aby se zamezilo míhání. Řešením se může stát buď zapojení svítidel střídavě na různé fáze třífázové napájecí soustavy, nebo využití elektrických předřadníků [11, 12, 13]. Prostory lze podle funkčního využití s ohledem na parametry osvětlení rozdělit následovně: administrativní prostory, průmyslové prostory, zemědělské prostory, školy a vzdělávací zařízení, zdravotnická zařízení, obchodní domy, muzea a galerie, kina a divadla, historické prostory, sakrální prostory, restaurace a další stravovací zařízení, hotely a ubytovací zařízení, byty a rodinné domy, dopravní prostory, vnitřní sportoviště. S přihlédnutím k tématu této práce zde uvádím pouze údaje týkající se zdravotnických zařízení, resp. očních vyšetřoven [11]. Druh prostoru, úkolu, činnosti Ē m (lx) UGR L U o R a Specifické požadavky (lx) celkové osvětlení , K T cp K vyšetřování vnějšího oka testy čtení a barvocitu na ,7 90 testovacích tabulkách Obr. 18: Přehled požadavků na osvětlení v očních vyšetřovnách (Ē m udržovaná osvětlenost na srovnávací rovině; UGR L maximální mezní hodnota indexu oslnění; U o minimální rovnoměrnost osvětlení na srovnávací rovině; R a minimální indexy podání barev; T cp teplota chromatičnosti světla) [13, upraveno]. 58

59 7. Měření osvětlení Měřením fotometrických veličin, za jehož součást lze považovat také měření osvětlení, se zjišťují a ověřují určité parametry světelnětechnických zařízení, zejména světelných zdrojů, svítidel a osvětlovacích soustav včetně jejich změn v průběhu provozu. Dle přesnosti resp. účelu se měření dělí na přesná, jež se využívají při tvorbě etalonů, kalibraci či výzkumných pracích, provozní, kterými se obvykle ověřují a porovnávají vlastnosti světelných zdrojů, svítidel i osvětlovacích soustav a měření orientační pro kontrolu vybraných základních funkcí zařízení a ověřování podmínek zrakové pohody [11]. Metody měření se dále mohou dělit na vizuální, tj. subjektivní využívající zraku, a fyzikální, tj. objektivní s použitím fyzikálních čidel. Vizuální metody poskytují poměrně vysokou přesnost měření, ovšem výměnou za objemnost měřicích přístrojů, vizuálních fotometrů, délku měření a nutnost zkušených a zapracovaných pracovníků. Ke konečnému vyhodnocení se používá bezprostředně lidského oka, které musí rozlišit, zda dvě sousední plochy osvětlené dvěma zdroji vysílajícími světlo o stejné frekvenci, mají totožné osvětlení. Zrakový aparát ovšem nedokáže ohodnotit, o kolik se osvětlení obou ploch liší, proto se fotometry konstruují tak, aby stačilo určit pouze rovnost osvětlení [11, 5]. Při objektivních metodách se nahrazuje funkce lidského zraku jako přijímače fyzikálními čidly, což zcela vylučuje závislost výsledků na dokonalosti vidění pozorovatele. Nutné je ovšem zjistit spektrální citlivost přijímače na světlo, jenž obecně bývají nastaveny na jinou křivku citlivosti než lidské oko, v případě rozdílu následuje korekce tzv. diferenciálními filtry nebo výpočty. Obrázek 19 znázorňuje příklady průběhů poměrné spektrální citlivosti polovodičových fotoelektrických článků a normálního fotometrického pozorovatele při denním osvětlení [11, 5, 19]. 59

60 Obr. 19: Příklady průběhů poměrné spektrální citlivosti polovodičových fotoelektrických článků v porovnání s poměrnou spektrální citlivosti V(λ) normálního pozorovatele při denním vidění (Se nekorigovaný selenový fotočlánek; Si nekorigovaný křemíkový fotočlánek; Se(k) běžně korigovaný selenový fotočlánek) [32]. Přijímače mohou být fotoelektrické, termoelektrické i fotografické, všechny uvedené varianty umožní určit jak rovnost osvětlení dvou ploch, tak po vhodném ocejchování i přímo měřit absolutní hodnoty některých fotometrických veličin. Nejčastěji využívané, hradlové fotoelektrické články, jsou založeny na fotoelektrickém jevu fotoefektu na přechodu mezi kovem a polovodičem. Vnější fotoefekt lze pozorovat v případě, kdy na povrch kovu dopadá světlo kratších vlnových délek, jež svou energii odevzdá elektronům, které následně vystupují z kovu. Vnitřní fotoelektrický jev nastává tehdy, kdy paprsky proniknou dovnitř zkoumaného prostoru a způsobí pouze vychýlení elektronů z jejich rovnovážných poloh [11, 5]. V současné době se nejčastěji jako polovodič používá křemík a arzenid galia, u starších typů je možné setkat se i se selenem, kovová podložka bývá ze železa, popřípadě hliníku. Nad vrstvu polovodiče se nanáší ještě vrstva platiny, z níž se při osvětlení energie světelná přemění na elektrickou vedoucí do mikroampérmetru. Ten následně ukazuje na stupnici hodnoty v luxech. Měření ovlivňuje několik faktorů, první z nich je, již výše zmíněný, neodpovídající průběh spektrální křivky. Dalším, jenž přispívá k celkové chybě, je fakt, že závislost fotoelektrického proudu na světelném toku dopadajícím na fotoelektrický článek při obvyklém zapojení a odporu vnějšího obvodu fotočlánku větším než 100 Ω u Se a 500 Ω u Si fotočlánků není lineární. Toho lze dosáhnout při nulovém odporu vnějšího obvodu, proto se využívají kompenzační zapojení. Déletrvající měření může postihnout tzv. únava fotočlánků, zejména selenových projevující se poklesem fotoelektrického proudu při konstantní 60