Свет. Основные светотехнические величины и единицы

 

 

Значения наибольшей допустимой яркости рабочих поверхностей

Таблица 5.4

Площадь рабочей поверхности, м2	Наибольшая допустимая яркость, кд/м2
Менее 0,0001	2000
От 0,0001 до 0,001	1500
От 0.001 до 0,01	1000
От 0,01 до 0,1	750
Более 0,1	500

 

Большинство объектов различения промышленного производства являются трехмерными (объемными или рельефными), а коэффициенты отражения объектов различения и фона одинаковы. Видимость, воспринимаемые глазом размеры трехмерного объекта и его контраст с фоном определяются микрораспределением яркости по поверхности трехмерного объекта и прилегающему к нему участку фона.

Контраст трехмерных объектов с диффузным отражением может быть повышен за счет образования  собственных теней на объекте  и прилегающем к нему фоне при  направленном освещении. Контраст трехмерных объектов с зеркальным или направленно-рассеянным отражением может быть повышен за счет образования изображения излучателя в различаемом объекте, которое зеркально отражается и направлении глаз работающего.

Повышение контраста трехмерных объектов различения также можно характеризовать коэффициентом передачи контраста CRF. Наиболее удобным тест-обьектом при этом может служить полусферическая вмятина, расположенная на горизонтальной поверхности с равномерно-диффузным отражением. В «стандартных» условиях освещения – освещении равнояркой полусферой, – яркость в любой точке сферической поверхности является постоянной величиной, а контраст с прилегающей поверхностью фона зависит только от коэффициента отражения поверхности.

При направленном освещении контраст тест-обьекта повышается за счет образования собственно тени на его поверхности, достигая наибольших значений при направлении света от точечного источника под малым углом к освещаемой поверхности.

Равномерность распределения  яркости в поле зрения. В нормах освещения регламентируется равномерность распределения яркости на рабочей поверхности и в освещаемом пространстве путем указания максимально допустимых соотношений яркости различных поверхностей или путем предъявления определенных требований к распределению освещенности и к отражающим свойствам поверхностей, находящихся в поле зрения. Центральная часть поля зрения, где производится зрительная работа, не должна быть темнее окружения или много светлее его. В то же время яркость поля зрения не должна быть равномерна, что выявляет неприятное ощущение монотонности. Наилучший вариант, когда яркость окружения несколько меньше яркости центра.

В отечественных нормах регламентируется только равномерность  распределения освещенности по помещению. Отношение B_мин/B_макс должно быть не менее 0,33 для зрительных работ I–II разрядов и 0,2–0,5 для зрительных работ IV–VIII разрядов.

В европейских нормах нормируемые освещенности определены как средние значения в пределах рабочей зоны. Освещенность в зоне окружения, прилегающей к рабочей зоне, выбирается, как правило, меньшей. В каждой из зон должна быть обеспечена требуемая равномерность освещения B_мин/B_макс: не менее 0,7–0,8 в рабочей зоне и не менее 0,5 в зоне окружения.

Рекомендуемые освещенности в рабочей зоне и зоне окружения в международных стандартах представлены в табл. 5.5.

 

Рекомендуемые освещенности в рабочей зоне и зоне окружения

(международные стандарты)

Таблица 5.5

Освещенность рабочей  зоны, лк	Освещенность зоны окружения, лк
750 и более	500
500	300
300	200
200 и менее	равная освещенности рабочей зоны

 

Ограничение блёскости. Во многих странах разработаны практические способы, позволяющие гарантировать, что осветительная установка не создаст блескости, приводящей к некоторой степени дискомфорта.

Блескость от окон. Можно дать несколько общих рекомендаций с целью уменьшения блескости:

1. Прошедший через окна солнечный свет может служить главным источником блескости при непосредственном попадании в глаза или после отражения. В каждом из таких случаев следует предусматривать систему экранирования солнечных лучей.
2. Степень дискомфорта, вызванная блескостью, создаваемой окном, зависит главным образом от яркости неба, видимого через окно, и в очень малой степени от размеров окна, за исключением случая, когда оно очень маленькое или значительно удалено от наблюдателя.
3. Исключая очень пасмурные дни, работник, взглянув на небо через окно без гардин, может испытать некоторое неудобство. За исключением тех случаев, когда нормальное положение персонала на своих рабочих местах исключает попадание окон в их поле зрения, все окна должны быть снабжены какими-либо средствами защиты (например, гардинами, шторами, ставнями), снижающими яркость неба в ясные дни, пропуская или не пропуская солнечный свет.
4. Другие способы уменьшения дискомфорта, возникающего из-за наличия окон, без снижения количества прошедшего в помещение дневного света, состоят в разумном выборе формы и коэффициента отражения поверхностей, окружающих окна, чтобы увеличить яркость пространства, непосредственно вокруг светопроема.
5. Слепящая блескость устраняется при таком расположении рабочих мест, чтобы свет неба высокой яркости, проходящий через окно, не попадал в поле зрения при выполнении задания.

Блеск и вуалирующие  блики. Существует много способов устранения воздействия блеска и вуалирующих бликов. Наиболее эффективным способом является размещение персонала и/или реального источника света таким образом, чтобы его отражения не попадали в глаза работающему. Дополнительный способ направлен на снижение яркости используемых материалов.

Блики, отвлекающие или  расстраивающие внимание и находящиеся  вблизи поля зрения при выполнении задания, могут быть устранены, если исключить применение направленно-отражающих покрытий для рабочих столов и других подобных плоскостей.

Вуалирующие блики приводят к снижению контрастов задания. Карандашные  линии, например, различаются с трудом, если на них падает свет, так как  отблески меняют их окраску от черного  до бледно-серого. Печатные тексты испытывают такое же воздействие. В этом случае лучшим способом защиты является правильное взаимное размещение, при котором вуалирующие блики не попадают в глаза. Если это невозможно, то нежелательный эффект можно устранить, увеличив освещенность объекта посредством местного освещения, направленного таким образом, чтобы оно само не способствовало появлению вуалирующих бликов.

Другие способы состоят  в выборе светильников с большой  площадью поверхности и низкой яркостью или светильников с пониженной яркостью в направлении возможного отражения. Увеличивая яркость всего потолка при использовании матовых отделочных покрытий с высоким коэффициентом отражения для потолка, стен и пола и желательно добавляя к этому светильники, направляющие свет вверх, добиваются снижения блеска и вуалирующих бликов. Коэффициент передачи контраста (КПК) введен как количественное выражение этих эффектов.

Показатель дискомфорта (М). Критерий оценки дискомфортной блёскости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения, выражающийся формулой:

                                                                                                                                (5.14)

 

где L_с – яркость блеского источника, кд/м²;

ω – угловой размер блеского источника, ср;

φ_θ – индекс позиции блеского источника относительно линии зрения;

L_ад – яркость адаптации, кд/м².

 

 

 

 

Глава 6. Глаз

Глаз (лат. oculus) – сенсорный орган (орган зрительной системы) человека и животных, обладающий способностью воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивающий функцию зрения. Через глаз поступает ≈90 % информации из окружающего мира.

Максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550(556) нм, на который приходится максимальный оптимум (дневной) чувствительности глаза.

При переходе от дневного освещения к сумеречному происходит перемещение максимума световой чувствительности в спектре по направлению к его коротковолновой части, и предметы красного цвета (мак) кажутся чёрными, синего (василёк) – очень светлыми (феномен Пуркинье).

Глаз позвоночных животных представляет собой периферическую часть зрительного анализатора, в котором фоторецепторную функцию выполняют нейроны – фотосенсорные клетки («нейроциты») сетчатой оболочки.

 

 

6.1. Эволюция  глаза

Даже простейшие беспозвоночные животные обладают способностью к фототропизму благодаря своему, пусть крайне несовершенному, зрению.

У беспозвоночных встречаются очень разнообразные по типу строения и зрительным возможностям глаза и глазки – одноклеточные и многоклеточные, прямые и обращенные (инвертированные), паренхимные и эпителиальные, простые и сложные.

У членистоногих часто присутствует несколько простых глаз (иногда непарный простой глазок – например, науплиальный глаз ракообразных) или пара сложных фасеточных глаз. Среди членистоногих некоторые виды имеют и простые, и сложные глаза: так, у ос два сложных глаза и три простых глаза (глазка). У скорпионов 3-6 пар глаз (1 пара – главные, или медиальные, остальные – боковые), у щитня – 3. В эволюции фасеточные глаза произошли путем слияния простых глазков. Близкие по строению к простому глазу глаза мечехвостов и скорпионов, видимо, возникли из сложных глаз трилобитообразных предков путем слияния их элементов.

 

 

Рис. 6.1. Эволюция глаза: глазное пятно – глазная ямка – глазной бокал – глазной пузырь 

– глазное яблоко.

Глаз человека состоит из глазного яблока и зрительного нерва с его оболочками.  
У человека и позвоночных имеется по два глаза, расположенных в глазных впадинах черепа.

Как установлено с помощью методов  генетической трансформации, гены eyeless дрозофилы и Small eye мыши, имеющие высокую  степень гомологии, контролируют развитие глаза: при создании генноинженерной конструкции, с помощью которой вызывалась экспрессия гена мыши в различных имагинальных дисках мухи, у мухи появлялись эктопические фасеточные глаза на ногах, крыльях и других участках тела. В целом в развитие глаза вовлечено несколько тысяч генов, однако один-единственный «пусковой ген» («мастер-ген») осуществляет запуск всей этой генной сети. То, что этот ген сохранил свою функцию у столь далеких групп, как насекомые и позвоночные, может свидетельствовать об общем происхождении глаз всех двустороннесимметричных животных.

 

 

6.2. Строение  глаза человека

Глаз, или орган зрения, состоит  из глазного яблока, зрительного нерва  и вспомогательных органов (веки, слёзный аппарат, мышцы глазного яблока). Он легко вращается вокруг разных осей: вертикальной (вверх-вниз), горизонтальной (влево-вправо) и так называемой оптической оси. Вокруг глаза расположены три пары мышц, ответственных за перемещение глазного яблока (и обладающих активной подвижностью): 4 прямые (верхняя, нижняя, внутренняя и наружная) и 2 косые (верхняя и нижняя) (см. рис. 6.1). Этими мышцами управляют сигналы, которые нервы глаза получают из мозга. В глазу находятся, пожалуй, самые быстродействующие двигательные мышцы в организме человека. Так, при рассматривании (сосредоточенной фокусировке) иллюстрации, наприм., глаз совершает за сотую долю секунды огромное количество микродвижений. Если же вы задержали (сфокусировали) взгляд на одной точке, глаз при этом непрерывно совершает небольшие, но очень быстрые движения-колебания. Их количество доходит до 120 в секунду.

Глазное яблоко отделено от остальной  части глазницы плотным фиброзным  влагалищем – теноновой капсулой (фасцией), позади которой находится жировая клетчатка.

Конъюнктива – соединительная (слизистая) оболочка глаза в виде тонкой прозрачной плёнки покрывает заднюю поверхность век и переднюю часть глазного яблока поверх склеры до роговицы (образует при открытых веках – глазную щель). Обладая богатым сосудисто-нервным аппаратом, конъюнктива реагирует на любые раздражения.

Собственно глаз, или глазное яблоко (лат. bulbus oculi), – парное образование неправильной шарообразной формы, расположенное в каждой из глазных впадин (орбит) черепа человека и других животных.

 

 

6.2.1. Внешнее  строение глаза человека

Для осмотра доступен только передний, меньший, наиболее выпуклый отдел глазного яблока – роговица, и окружающая его часть; остальная, большая, часть залегает в глубине глазницы.

Глаз имеет не совсем правильную шарообразную (почти сферическую) форму, диаметром примерно 24 мм. Длина его сагиттальной оси в среднем равна 24 мм, горизонтальной – 23,6 мм, вертикальной – 23,3 мм. Масса глазного яблока 7…8 г.

Размер глазного яблока в среднем  одинаков у всех людей, различаясь лишь в долях миллиметров.

В глазном яблоке различают два  полюса: передний и задний. Передний полюс соответствует наиболее выпуклой центральной части передней поверхности  роговицы, а задний полюс располагается в центре заднего сегмента глазного яблока, несколько снаружи от места выхода зрительного нерва.