Las luces azules de Navidad

Paseando estos días por las calles llenas de adornos navideños hubo un momento en el que llegué a plantearme hacerle una visita al oftalmólogo. Casualmente todas las luces de un tono azul oscuro se me presentaban desenfocadas (y tal efecto ocurría sin haber bebido nada de alcohol, y año tras año). Algún recuerdo se activó en mi mente trayendo al lado consciente las clases de TV donde me explicaron lo de la refracción de la luz junto con algo de óptica y una pizca de anatomía del ojo humano, pues dicho y hecho, tras una consulta al oráculo (google) he aquí la explicación ....

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fuente: Ciencia Explicada

¿Te cuesta enfocar las luces o LEDS azules? Estas son las razones físicas y biológicas

Desde hace unos años se están introduciendo cada vez más los LEDs azules para el diseño de carteles luminosos. Aunque seguramente quienes disponen su instalación pueden verlos perfectamente, a muchos nos puede resultar imposible no ver más que un borrón azul, aún distinguiendo muy nítidamente todo lo que rodea a dichas luces. Si te ha ocurrido alguna vez habrás reconocido perfectamente la sensación a la que me refiero ya que el efecto es muy claro y obvio.

Hoy voy a explicar las dos razones principales de esta dificultad del ojo humano para ver bien enfocado el color azul, algo que nos afectan a todos en mayor o menor grado aunque como digo arriba, el efecto ni siquiera es perceptible para muchos y muy obvio para otros.

1) Razón puramente física

¿Qué tiene de especial el color azul? Antes de eso, hay que recordar que la luz que llamamos "blanca" en realidad es la superposición de todo un espectro de frecuencias, o longitudes de onda. Lo que conocemos como colores son nombres que les damos a bandas de frecuencias más o menos anchas de forma absolutamente arbitraria dependiendo de cada cultura. Cuando decimos que algo es rojo, verde o azul queremos decir que la luz que refleja está en torno a 600nm o 550nm o 400nm de longitud de onda, respectivamente.

Partiendo entonces del hecho de que cada color es una frecuencia electromagnética distinta, se puede entender que existan materiales que "dejen pasar" la luz con mayor o menor velocidad dependiendo de su frecuencia. Cuando un rayo de luz blanca pasa de un material a otro con distintas características en este sentido, se produce el fenómeno de la dispersión cromática. Todos la hemos visto en el arcoiris, aunque se puede reproducir con un prisma del material adecuado:

En el dibujo del prisma ya se ve lo primero en lo que el azul se distingue: los colores azulados son los que más se desvían de la trayectoria inicial del rayo blanco.

Ahora pensemos que esos rayos son los que entran en el ojo para formar la imagen en "el fondo del ojo" (la retina), pasando antes por una lente natural (el globo ocular), y si es el caso, lentes artificiales (gafas, lentillas):

(Fuente imagen: Ocularis)

Para tener una visión perfecta, el objetivo es que todos los rayos que vienen de un mismo punto de un objeto que se está mirando, converjan exactamente en un punto en la retina. Evidentemente es imposible alcanzar la precisión absoluta, pero un ojo sin defectos se acerca mucho a este ideal.

Ahora bien, ¿qué pasa con los colores? Si el material del ojo (y de las gafas) tiene un índice de refracción que varía con el color (lo que es normal), será imposible que todos los colores estén enfocados exactamente a la vez.

La sorprendente conclusión es que el ojo solo puede ver perfectamente en un único color. Esta imagen muestra el efecto con una lente de muy alta graduación en la que los efectos son muy exagerados:

Los bordes y huecos entre colores no existen realmente, son un efecto de la diferente velocidad de la luz en función del color conocido como aberración cromática.

Lo habitual es que el "color perfecto" de un ojo esté entre el rojo y el verde. Esta es la razón de que los oftalmólogos realicen la prueba de la siguiente figura, para detectar si el color para el que tu ojo está "calibrado" se ha desplazado de su óptimo entre esos dos colores:

(Fuente imagen: ocularis)

Cuando en los dos lados, rojo y verde, se ve igual de bien enfocado (en realidad "igual de mal enfocado", pero con desenfoque apenas perceptible), se puede decir que la visión del ojo es óptima.

Pero si optimizamos el enfoque para un punto entre el verde y el rojo... ¿en qué situación deja eso a los azules? Pues mal enfocados. Bastante peor que los verdes y rojos. Sin embargo la mayoría de objetos de nuestro día a día tienen poco color azul, o si lo tienen no hace falta distinguir detalles muy finos (e.g. el cielo), por lo que no es importante. De hecho, no tendría sentido calibrar el enfoque del ojo para el azul porque la razón biológica que cuento más abajo haría que ese enfoque realmente no se pudiese aprovechar.

Para terminar con esta primera parte, vamos a ver un experimento que ilustra cuán diferente es el azul de los otros dos colores primarios. Se trata de un holograma (de un tubo visto de frente) que se puede visualizar con cada uno de estos tres colores. Para el verde tiene este aspecto:

Para los tres colores a la vez, se ve así:

Lo más llamativo es la diferencia de tamaño de la parte azul. En este tipo de hologramas, el tamaño es linealmente proporcional a la longitud de onda, por lo que los tamaños quedan así:

Queda claro en este último gráfico lo cerca que están el rojo y el verde, por lo que "ver bien" en un color intermedio permite enfocar bastante aceptablemente los dos, mientras que la banda del azul ya pilla bastante lejos: ¡un 30% de diferencia en longitudes de onda!

2) Razón biológica

La retina dispone de células especiales sensibles a los fotones de luz. Algunas tienen una respuesta de ancho espectro ("cualquier cosa" las activa), y otras son más selectivas (sólo responden ante un color más o menos concreto). Los primeros son los bastones (visión en "blanco y negro") y los segundos los conos. De estos últimos existen tres tipos, cada uno selectivo en un rango de frecuencias (que se solapan entre sí). Por la posición aproximada de su pico de respuesta, se asocia cada uno a un "color fundamental" (rojo, verde y azul). Otro día hablaré más de la retina porque hay muchas curiosidades sobre ella.

El siguiente punto para el argumento que estoy desarrollando es que la distribución de estas células por la retina no es uniforme ni mucho menos. En general, hay una mucha mayor concentración de receptores en la parte central de la retina, en las zonas llamadas mácula y, especialmente, en la fóvea. Pero curiosamente, hay una diferencia fundamental entre los conos y los bastones en este sentido: la fóvea, la parte que nos permite ver en "alta resolución" en la dirección de la mirada, está especializada en el color. El resto del ojo no es ciego al color, pero apenas es capaz de distinguir detalles: ¡sólo vemos en alta resolución en un ángulo de ±3 grados!

El porqué no notamos esta brusca diferencia entre las resoluciones de la visión central y la periférica es mérito del ordenador más complejo que existe, que se encarga de completar, interpolar y extrapolar la información que no entra por los ojos.

Centrándonos ya sólo en la fóvea, los científicos se han dado cuenta de que ocurre algo muy especial y diferente en los conos de tipo S (los del color azul, o short-wavelength). Aparte de un cableado nervioso ligeramente distinto, existen solamente 2-10 conos detectores de azul por cada 98-90 conos de rojo y verde. ¡Son una inmensa minoría!

En esta figura los conos-S se han marcado artificialmente para poder distinguirlos. Fíjate en los pocos que son en comparación con los demás (las otras células más pequeñitas son bastones y no nos interesan):

Por razones puramente geométricas, a mayor concentración de conos, mayor nivel de detalle se puede apreciar para el color correspondiente. Por lo tanto, por alguna razón hemos evolucionado para apenas ser selectivos al azul. Eso sí, el cerebro parece ecualizar automáticamente los distintos canales porque, ¡nadie nota que los azules sean más oscuros que el resto de colores!

Posibles razones para este hecho evolutivo serían que ese color no era muy importante en el entorno de nuestros ancestros, y además, que debido a la mayor dispersión del azul (el primer punto que conté arriba), no tendría sentido tener muy alta densidad de conos-S si luego la imagen se iba a proyectar siempre desenfocada, lo que sería un desperdicio.

Otra fuente: Todos somos miopes - Museos de Tenerife