Caratterizzazione ottica di schermi LCD come sorgenti di luce polarizzata in esperimenti indoor di orientamento direzionale nei vertebrati

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1 XCV Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Bari, Italy, 4 7 September 007 Caratterizzazione ottica di schermi LCD come sorgenti di luce polarizzata in esperimenti indoor di orientamento direzionale nei vertebrati A. Parretta 1,, C. Fratti 1, F. Petrucci 1, G. Beltrami 3, C. Bertolucci 3, A. Foà 3 (1) Dipartimento di Fisica, Università di Ferrara () ENEA, Bologna (3) Dipartimento di Biologia ed Evoluzione, Università di Ferrara

2 L ORIENTAMENTO DIREZIONALE Forma di orientamento a distanza in cui le scelte direzionali dell animale dipendono dal sistema bussolare ovvero dall utilizzo di un tipo di orientamento astrotassico.

3 ABBIAMO GIA DIMOSTRATO CHE.. Podarcis sicula utilizza una bussola solare nell orientamento direzionale La bussola solare di Podarcis sicula è basata sulla percezione del disco solare o dell e-vector della luce polarizzata?

4 LA LUCE POLARIZZATA NATURALE I raggi solari sono polarizzati dall atmosfera per effetto dello scattering di Rayleigh I vettori e-vector rappresentano i piani di polarizzazione della luce attorno al sole

5 SCOPO INDAGARE 1. Il ruolo della luce polarizzata nell orientamento direzionale di Podarcis sicula. Verificare l eventuale coinvolgimento dell occhio parietale in questo processo

6 STRUTTURA SPERIMENTALE: interno MORRIS WATER MAZE DIAMETRO ANGOLO-ANGOLO: 18 cm ACQUA OSCURATA DA FARINA FOSSILE 5 GRUPPI DI ANIMALI: TOT 73

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8 STRUTTURA SPERIMENTALE: esterno LAMPADE FILTRO POLARIZZATORE 48X48 cm TOTALE WATT effettivi delle lampade: 1300 ILLUMINAZIONE ALL INTERNO DELLA STRUTTURA: 10 Lux

9 Misure di polarizzazione D C E B F A Direzioni: A D, B E, F C

10 Serie 1 Risultati misure di polarizzazione (Polaroid parallelo al lato F) D C E B F A

11 Serie Risultati misure di polarizzazione (Polaroid perpendicolare al lato F) D C E B F A

12 IN LABORATORIO 1 GRUPPO TRAINING con E-VECTOR PARALLELO all asse delle piattaforme 1 GRUPPO TRAINING con E-VECTOR PERPENDICOLARE all asse delle piattaforme

13 TRAINING E-VECTOR PARALLELO vs TEST E-VECTOR RUOTATO DI 90 ATTESA= 0 r=0,9 α=3 HC=0,9 N=15 V TEST TRAINING P<0,0005 ATTESA= 90 r=0,5 α=89 HC=0,55 N=15 V TEST TEST P<0,00 5 Hotelling Test P < 0,0005 TRAINING TEST

14 TRAINING E-VECTOR PERPENDICOLARE vs TEST E-VECTOR RUOTATO DI 90 ATTESA= 0 r=0,9 α=0 HC=0,89 N=17 V TEST ATTESA= 90 P<0,000 5 r=0,6 α=71 HC=0,55 N=17 V TEST TRAINING TEST P<0,00 5 Hotelling Test P < 0,0005 TRAINING TEST

15 TEST PAR-C: OCCHIO PARIETALE COPERTO PARALLELI PERPENDICOLARI N=9 r=0, α=343 HC=0,19 V TEST NS 10

16 PRIMA VOLTA CHE VIENE DIMOSTRATO NEI VERTEBRATI IL RUOLO CENTRALE DI UNA STRUTTURA SENSORIALE DEPUTATA ALLA PERCEZIONE DELLA LUCE POLARIZZATA

17 Caratterizzazione di schermi LCD LA LUCE EMESSA DA UNO SCHERMO LCD E POLARIZZATA

18 Caratterizzazione ottica di schermi TV-LCD lampade polarizzatore diaframma z TV LCD D d d/ D/ diaframma x sensore (Luxmetro) Vasca esagonale Apparato di laboratorio in scala 1: Apparato di biologia in scala 1:1

19 Schermi TV-LCD QBell e Philips luxmetro 1,1 3 assi di misura 1,0 Illuminamento relativo 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 lampade lampade lcd_philips lcd_qbell LCD: schermo circolare 4 cm dia distanza lcd-luxmetro 65 cm (scala 1:) QBell_misura a 45 rispetto asse di pol.ne Philips_misura a 90 rispetto asse di pol.ne Lampade: schermo quadro 48 cm dia misure medie su tre direzioni a 10 (scala 1:1) asse di misura 0,4 QBell Philips 0, Distanza reale dal centro vasca (cm)

20 Schermo TV-LCD Daewoo, 46 pollici (16/9) Luminosità 500 cd/m

21 Misure di luminanza z luxmetro φ globo plastica trasparente θ R diaframma sorgente TV-LCD Si misura l illuminamento E m sul globo e da questo si ricava la luminanza L (cd/m ): L( θ, φ) = E T g m ( θ, φ) R A cosδ S T g = trasmittanza globo A S = area sorgente

22 Preparazione schermo TV e globo plastica Sorgente circolare =39 mm Collegamento del TV al computer Diaframmato lo schermo Tracciamento meridiani e paralleli Lampione dell Università R = 300 mm Misura della trasmittanza Globo su TV-LCD e misura dell illuminamento

23 Risultati misure luminanza Misure a 0 Luce bianca: R=55; V=55; B= Luminosità dichiarata: 500 cd/mq sottrattivi additivi

24 Risultati misure illuminamento Misure angolari in luce azzurra Luce azzurra: R=187; V=4; B=7 168 cd/m,0 Illuminamento, E (lx) 1,5 1,0 0,5 E(azi0) E(azi10) E(azi0) E(azi30) E(azi40) E(azi50) E(azi60) E(azi70) E(azi80) E(azi90) E(azi100) E(azi110) E(azi10) E(azi130) E(azi140) E(azi150) E(azi160) E(azi170) E(azi180) E(azi190) E(azi00) E(azi10) E(azi0) E(azi30) E(azi40) E(azi50) E(azi60) E(azi70) E(azi80) E(azi90) E(azi300) E(azi310) E(azi30) E(azi330) E(azi340) E(azi350) TV-LCD Daewoo colore azzurro 0, Angolo emissione zenitale, θ ( )

25 Risultati misure luminanza Misure angolari in luce azzurra Luce azzurra: R=187; V=4; B=7 168 cd/m TV-LCD Daewoo 140 Luminanza, L (cd/m ) L(azi0) L(azi10) L(azi0) L(azi30) L(azi40) L(azi50) L(azi60) L(azi70) L(azi80) L(azi90) L(azi100) L(azi110) L(azi10) L(azi130) L(azi140) L(azi150) L(azi160) L(azi170) L(azi180) L(azi190) L(azi00) L(azi10) L(azi0) L(azi30) L(azi40) L(azi50) L(azi60) L(azi70) L(azi80) L(azi90) L(azi300) L(azi310) L(azi30) L(azi330) L(azi340) L(azi350) colore azzurro Angolo emissione zenitale, θ ( )

26 Risultati misure luminanza diaframma (cd/m ) Schermo TV Luminanza angolare media

27 Calcolo dell illuminamento su un piano Schermo circolare LCD ( =D) d x z O ds 1 P (y,z) ds y z ρ ψ r ds 1 ds P 1 (ρ,ψ) r ds 1 =elemento emettitore; P 1 = P 1 (ρ,ψ) ds =elemento ricevitore; P = P 1 (y,z) P (y,z) ] ) sin ( ) cos ( [ ), ( cos ), ( ), ( 1 1 y z d d L d d r L ds ds d z y E R ds ds + + = = = = ψ ρ ψ ρ ρ φ θ ρ ψ θ φ θ Φ π Trasferimento di flusso elementare tra ds 1 e ds : 1 1 cos ), ( ds ds r L d = θ φ θ Φ Illuminamento sul piano y,z: 0 0 ] cos ) [( ), ( ) ( ψ ρ ρ ρ φ θ ρ ψ π + + = z z d d L d d z E R Profilo dell illuminamento lungo l asse z:

28 Misura dell illuminamento su un piano

29 Risultati misure illuminamento su piano Esperimenti in scala 1:1.73 Schermo circolare Luce bianca (55/55/55) 40 Illuminamento (lx) Illuminamento (lx) Schermo circolare ,00 39,38 33,75 8,13,50 16,88 11,5 5, Asse orizzontale (cm) Asse verticale (cm) Asse orizzontale (cm) Illuminamento assoluto (lx)

30 Illuminamento (lx) Risultati misure illuminamento su piano Schermo quadro Luce bianca (55/55/55) ,00 53,13 46,5 39,38 3,50 5,63 18,75 11,88 5, Asse orizzontale (cm) Asse orizzontale (cm) Asse verticale (cm) Illuminamento assoluto (lx)

31 Conclusioni Schermi TV-LCD emettono luce totalmente polarizzata e quindi sono potenzialmente adatti a sostituire il sistema lampade fluorescenti + filtro polarizzatore negli esperimenti di biologia. Alcuni schermi TV-LCD sono stati caratterizzati otticamente per misurare la luminanza angolare e l illuminamento su un piano parallelo allo schermo. Lo schermo TV-LCD Daewoo da 46 pollici (16/9) e luminosità 500 cd/m si è dimostrato adatto per produrre un cielo artificiale di luce diffusa totalmente polarizzata e uniforme. L uso di schermi TV-LCD al posto del sistema lampade fluorescenti + filtro polarizzatore permette di regolare con grandissima semplicità, operando sulla tastiera di un computer, sia l intensità che il colore della luce emessa.