Soczewki dla kierowcy do jazdy w trudnych warunkach. Wpływ rozpraszania światła w różnych warunkach pogodowych na jakość jazdy (cz. 1.)

W poprzednich artykułach opisany został wpływ obniżonej luminacji podczas jazdy nocą na układ wzrokowy, a co za tym idzie na moc soczewek przeznaczonych do jazdy w warunkach zmierzchowych.

W tym artykule skoncentrujemy się na pewnych aspektach związanych z rozpraszaniem światła i ich wpływem na jakość widzenia w zależności od warunków świetlnych panujących na jezdni.

Panuje powszechna opinia, że soczewki odcinające niebieską składową światła, np. żółte, podwyższają kontrast. Czy tak rzeczywiście jest? A jeśli tak, to co jest tego przyczyną i dla jakich warunków świetlnych uzyskujemy oczekiwaną poprawę jakości widzenia, a w jakich wydarzy się coś zgoła odmiennego? Wreszcie jaki związek mają żółte soczewki z oczekiwaniami stawianymi przed konwencjonalnymi soczewkami dedykowanymi dla kierowców?
Aby odpowiedzieć na te pytania, najpierw należy wyjaśnić zjawisko, które leży u podstawy zarówno tych prawidłowych, jak i nieprawidłowych oczekiwań.

Każdy z optyków okularowych doskonale zna pojęcie rozpraszania światła. Głównie kojarzy to zjawisko z jego odbiciem od powierzchni chropowatych lub transmisji przez szkła matowe. Potrafi je nawet wykorzystać podczas wykonywania pomocy wzrokowych, np. poprzez zmatowienie krawędzi, aby wyeliminować rozszczepione światło widoczne na krawędziach szkieł wysokoindeksowych w okularach bezramkowych. Zdecydowanie mniejsza liczba optyków okularowych wiąże zjawisko rozproszenia światła np. z kolorem nieba czy kolorem zachodzącego słońca, a jeszcze mniej potrafi podać przyczyny takiego stanu rzeczy. Tu nasuwa się pytanie, czy optyk musi to wiedzieć lub czy do czegokolwiek praktycznego mu się to przyda? Wyjaśnimy to, uzasadniając, dlaczego niebo jest niebieskie.
Zjawisko rozproszenia światła wiąże się z osobami Johna Tyndalla oraz Lorda Rayleigha (John William Struutt). Pierwszy z nich w 1859 r. zaobserwował rozpraszanie światła na drobnych cząsteczkach w gazach i zawiesinach oraz fakt, że światło niebieskie rozprasza się na nich mocniej. Z kolei Rayleigh wykazał, że barwa nieba związana jest z rozproszeniem światła na drobnych cząsteczkach atomów wchodzących w skład atmosfery, czyli azotu i tlenu, a nie, jak do tamtego czasu sądzono – rozproszenia światła na unoszących się cząsteczkach kurzu. Przedstawił on teorię rozpraszania dla drobnych cząstek, których rozmiary nie przekraczają dziesiątej części długości fali. Swoje obliczenia oparł na kilku założeniach, tj.: fala świetlna może zostać pochłonięta przez atom, a następnie wyemitowana w dowolnym kierunku; prawdopodobieństwo zajścia takiego zjawiska rośnie wraz ze wzrostem energii fali świetlnej (należy pamiętać, że im krótsze fale, tym większa energia); cząstki posiadają kształt kulisty, a emisja światła następuje w tym samym momencie z całej powierzchni.
Wyniki swoich badań Rayleigh opublikował w pracy pt. „On the Light from the Sky, its Polarization and Colour”. Zgodnie z przedstawioną teorią (rozproszenia elastycznego), stosunek światła rozproszonego I pod danym kątem q, do natężenia światła padającego I0 nosi nazwę stosunku Rayleigha i wyrażony jest wzorem:

gdzie n – współczynnik załamania materiału, z którego wykonana jest cząstka; d – średnica cząstki, R – odległość ośrodka rozpraszającego od detektora.

Z przedstawionego obok wzoru wynika, że ilość światła rozproszonego silnie zależy od dwóch czynników, tj. długości fali oraz średnicy cząstki. Na rysunku przedstawiono zależność natężenia rozproszenia od długości fali dla opisanej zależności.
Ponieważ ilość światła rozproszonego jest odwrotnie proporcjonalnie zależna od długości fali w czwartej potędze , oznacza to, że światło niebieskie jest bardzo silnie rozpraszane przez cząstki znajdujące się w atmosferze. W porównaniu do światła czerwonego ponad 9-krotnie mocniej. Właśnie to rozproszenie powoduje, że niebo ma kolor niebieski. A jaki to ma wpływ na jakość widzenia? Rozproszone niebieskie światło podnosi ogólną luminację tła podczas obserwacji przedmiotów. Powszechnie wiadomo, że kontrast obserwowanego obrazu wynika z różnicy w jasności tła i przedmiotu, co ilustruje zależność:

gdzie odpowiednio jasność tła i przedmiotu w układzie ciemne tło, jasny przedmiot.
W związku z powyższym zastosowanie soczewek, które obniżą luminację tła (wytną lub obniżą składową niebieską), spowoduje podniesienie kontrastu przedmiotu obserwowanego w świetle dziennym, a co za tym idzie – jakość obserwowanego obrazu.

Ryc. 1. Zależność natężenia rozproszenia w funkcji długości fali wg prawa Rayleigha.

Powyższy opis nie wyczerpuje tematu. Na pytanie, co w sytuacji, gdy mamy do czynienia z trudnymi warunkami jazdy, jak w nocy czy we mgle, odpowiedź znajdą Państwo w kolejnym artykule.

Polecamy