بینایی و روشنایی

 

آناتومی و فیزیولوژی چشم و چشم انسان پرتوهای تابشی و بازتابشی اشیاء و تصاویر در محدوده درخشندگی و طول موج معین دریافت و بر روی شبکیه تنظیم می کند.

پس از تحریک سلول های گیرنده حسی بینایی که شامل ۱۳۲ میلیون سلول میله ای و مخروطی است، پالس های الکتریکی متناسب از هر دو چشم به مغز فرستاده می شود تا در آنجا با تطابق درک سه بعدی آنها را به مفهوم های ذهنی از واقعیت محیط تبدیل نماید.

از نظر فیزیولوژیک برای یک فرد سالم امواج نورانی در محدوده ۳۸۰ تا ۷۷۰ نانومتر به صورت طیف رنگی، قابل رؤیت می باشد که از طيف بنفش شروع و به قرمز تیره ختم میگردد.

امواج طول موج های قبل و بعد از آن نامرئی هستند و با نام فرابنفش و فروسرخ نامیده شده اند.

چشم انسان دارای ویژگی های آناتومیک ویژه ای برای دیدن می باشد، به طوری که با عمل تطابقی عدسی و مردمک در مقابل پرتوهای تابشی به چشم، می تواند خود را برای دیدن تصاویر و اشیاء دور و نزدیک براحتی تطبیق دهد و در تغییرات بسیار وسیع شدت روشنایی، دید مناسبی را ایجاد کند.

چشم انسان در شدت روشنایی کمتر از ۰٫۱ لوکس می تواند اشیاء و سایه روشن ها را به خوبی تشخیص دهد و با تطابق قطر مردمک چشم می تواند شدت روشنایی یکصد هزار لوکس در زیر نور خورشید را نیز تحمل نماید و اشیاء و تصاویر را بدون آسیب به شبکیه درک نماید.


بیشتر بخوانید:

اثرات بینایی نورپردازی


 

از نظر آناتومیک، چشم تقریباً به شکل کروی و دارای قطر تقریبی ۲۵ میلی متر است. حرکات چشم در جهات مختلف توسط ۶ ماهیچه متقارن انجام می شود.

لایه خارجی چشم یا صلبیه پرده محکم و سفید رنگی است که دارای عروق خونی می باشد. صلبیه در جلوی چشم شفاف است و قرنیه نامیده می شود.

صلبیه تمام چشم را می پوشاند و در زیر آن لایه ای بنام مشیمیه است که حاوی عروق می باشد، مشیمیه در جلوی چشم به مردمک ختم می شود که به آن عنبیه می گویند. عنبیه در مقابل شدت نور حساس است و با تشدید نور مردمک را تنگ می کند.

مشیمیه تیره رنگ است و از انتقال نور به داخل چشم جلوگیری می کند. مایع داخل چشم را زجاجیه و مایع حدفاصل عدسی و قرنیه را زلالیه می نامند. در پشت قرنیه، عدسی قرار دارد که عمل تطابق و هدایت پرتوهای روشنایی، اشیاء و تصاویر را به عهده دارد.

شکل (۱) مقطع عرضی چشم و اجزاء آن را نشان می دهد.

 

 

شکل (۱) مقطع عرضی چشم و اجزاء آن

 

در پشت کره چشم حساس ترین قسمت آن یعنی شبکیه قرار دارد. شبکیه حاوی حدود ۱۳۲ میلیون سلول گیرنده حسی نور است که ۱۲۵ میلیون آن به شکل میله ای و ۷ میلیون آن به شکل مخروط است. تراکم گیرنده ها در سطح شبکیه متفاوت است و در یک نقطه به بیشترین تمرکز خود می رسد، به آن نقطه لکه زرد می گویند.

برای تمرکز روی اشیاء یا تصاویر ریز، چشم پرتوها را به این نقطه هدایت می کند. در محل خروج اعصاب بینایی کمترین تعداد سلول عصبی وجود دارد، لذا به آن لکه سیاه (نقطه کور) می گویند. 

 

سلول های گیرنده میل های حساسیت بسیار زیادی به نور دارند، اما تشخیص رنگ ها را نمی توانند داشته باشند. این سلول های حسی فقط روشن و تاریک بودن را تشخیص می دهند. میله ای ها برای دید در شب یا دید در نور بسیار پایین به کار می روند.

در تاریکی که درک رنگ اهمیت زیادی ندارد، سلول های میله ای به نحو مطلوب انجام وظیفه می نمایند. این سلول ها همگی دارای فتو پیگمان ردو پسین هستند و بیشترین حساسیت درک طیف آنها در طول موج، ۵۰۷ نانومتر است.

تشخیص رنگ توسط چشم در شار نوری پایین امکان پذیر نیست و درک نور در این ناحیه توسط گیرنده های میله ای چشم در زاویه تابش ۲۰ تا ۱۰ درجه نسبت به خط عمود بر سطح، به صورت سایه روشن امکان پذیر است. این محدوده را دید شب می نامند.

 

سلول های نوع مخروطی، اگر چه دارای حساسیت کمتری نسبت به میله ای ها است ولی تشخیص رنگ ها را به خوبی انجام میدهند. بیش از یک میلیون سلول مخروطی در محدوده خط مرکزی دید قرار گرفته اند تا چشم برای تشخیص دقیق طیف ها دچار مشکل نگردد. بیشترین حساسیت طیفی سلول های مخروطی در طول موج ۵۵۵ نانومتر است. در شار نوری بالا، دید رنگ ها و اشیاء توسط سلول های مخروطی چشم انجام می شود این محدوده را دید روز می نامند.

در صورتی که بخواهند بیشترین بازدهی درک نور در طول موج های مختلف در این دو حالت را نمایش دهند از منحنی مقایسه ای کمیسیون بین المللی استاندارد CIE استفاده می کنند. در این منحنی، بیشترین حساسیت دید در تاریکی نسبی در طول موج ۵۰۷ و در روشنایی بالا ۵۵۵ نانومتر است.

سلول های مخروطی از نظر آناتومیک دارای سه اندازه کوچک، متوسط و بلند هستند که هر یک عهده دار درک بخشی از طیف می باشند. به همین دلیل پهنه وسیعی از رنگ ها را می توانند تشخیص دهند.

برخی از افراد به طور ارثی در درک برخی از طیف رنگ ها دچار مشکل هستند. مطالعات نشان داده است که همه افراد درک یکسانی از طیف نور دریافتی ندارند.

حدود ٪۸ از مردان و ۰/۵٪ از زنان قادر به درک بخشی از طیف رنگی نور مرئی و حدود ۰٫۰۰۳ % نیز قادر به درک هیچ طیف رنگی نیستند. به این حالت از ناتوانی، کوررنگی می گویند.

دید نزدیک در افراد مسن دچار مشکل می گردد. برخی افراد نیز به دلیل بیماری یا فقر ویتامین، قادر به درک واضح از طیف رسیده به چشم خود نیستند.

از نظر فیزیولوژیک، ویتامین A نقش مهمی را در بینایی ایفاء می کند. کمبود آن می تواند روی گیرنده های میله ای اثر گذاشته و باعث کاهش شدید دید در تاریکی شود به این حالت از ناتوانی شب کوری می گویند. لذا کمبود این ویتامین در غذای افراد می تواند علی رغم سلامت چشم از نظر آناتومیک، روی بینایی اثر سوء بگذارد.

بسیاری از افراد به دلیل عیوب انکساری قادر به درک واضح تصاویر نیستند. عیوب انکساری شامل دوربینی، نزدیک بینی و آستیگماتیسم است.

پیر چشمی و بیماری های چشمی مانند کدورت زلالیه (آب مروارید) و کدورت زجاجيه (آب سیاه) نیز می توانند دید کامل را محدود نمایند. نزدیک ترین فاصله تشخیص اشیاء با سن تغییر می کند، بطوریکه یک فرد ۱۰ ساله دارای حداقل فاصله دید ۱۰ سانتیمتر است و این فاصله برای فرد ۴۰ ساله ۲۲، ۵۰ ساله ۴۰ و ۶۰ ساله ۲۰۰ سانتیمتر است. این به آن معنی است که یک فرد ۶۰ ساله اشیایی را که در فاصله نزدیکتر از دو متر هستند را به خوبی تشخیص نمی دهد.

آزمایشاتی وجود دارد که می توان از نظر پزشکی وضعیت سلامت دید افراد را به طور دقیق تعیین نمود. از آن جمله آزمایشات عیوب انکساری، آزمایشات تشخیص دید در تاریکی، دید رنگ ها و مانند آن است، که باید توسط متخصص انجام گردد.

برای دید مطلوب و راحت، علاوه بر نیاز به تأمین سیستم روشنایی مطلوب، افراد و استفاده کننده نیز باید در محدوده مناسبی از سلامت باشند. زیرا هر دو عامل در دید راحت به یک اندازه اهمیت دارند و تنها تأمین ویژگی های قابل قبول در سیستم روشنایی نمی تواند تأمین کننده تمام نیازها باشد.

اگر فرد استفاده کننده دارای بیماری یا عیوب چشمی باشد، حتی اگر بهترین سیستم های روشنایی تأمین شود، بی فایده خواهد بود، لذا لازم است در معاینات قبل از استخدام یا دورهای کارکنان خصوصاً کارگران صنایع و از حرف مختلف به این نکته توجه جدی به عمل آید.

 

 

  • عوامل مؤثر بر دیدن

علاوه بر سلامتی چشم و مواردی که در خصوص روشنایی مطلوب گفته شد عوامل زیر در رؤیت اشیاء و تصاویر نقش اساسی دارند:

۱- اندازه شئ یا تصویر

۲- تباین

 ۳- طول زمان رؤیت

 ۴- شدت روشنایی

 ۵- درخشندگی

 ۶- انعکاس سطوح

 ۷- طول موج یا طیف بازتابی

 

 

  • اندازه شئ یا تصویر

هر چه اندازه جسم یا تصویر و جزئیات آن کوچکتر باشد همچنین هر چه فاصله آن از چشم دورتر باشد، رؤیت آن مشکلتر خواهد بود. کوچکترین لکه سیاهی که در زمینه سفید می توان در بهترین شرایط دید   ۶- ۱۰× ۲/۳ رادیان یا ۴-  ۱۰ × ۱/۳۲ درجه است. از نظر اندازه شئ، بعد قابل تشخیص حدود mm ۰/۱ یا ۱۰۰ می باشد.

ذراتی که بزرگتر از یک میکرون باشند، می توانند با انحراف یا جذب نور در تراکم بالا توسط چشم به صورت یک توده مشاهده شوند. پدیده تاری، رؤیت پراکندگی ذرات در هوا در زیر نور مرئی است که ناشی از بازتابش و پراکندگی نور توسط ذرات بزرگتر از میکرون می باشد.

 

 

  • تباین

تباین عبارت از اختلاف نسبی بین درخشندگی تصویر یا شئ با زمینه آن یا اختلاف نسبی ضریب انعکاس آن دو است. هر چه تباین کمتر باشد دیدن یک موضوع در زمینه آن مشکلتر خواهد بود. از نظر عددی تبایی بین صفر و یک می تواند متغیر باشد. تباین مناسب برای رؤیت واضح بیشتر از ۰٫۵ است.

 

 

  • طول زمان رؤیت

هر چه مدت زمانی که تصویر یا شئ در معرض دید قرار می گیرد کوتاه تر باشد، به علت اینکه تصویر ذهنی آن ناقص تر است، کمتر در ذهن ایجاد مفهوم می کند. برای دیدن مطلوب و مخصوصاً توجه به جزئیات و در خاطر سپردن آن، لازم است مدت زمان دیدن کافی باشد، در این حالت تصویر ذهنی و درک آن کامل می باشد.

زمان مناسب رؤیت خود به عوامل دیگری مثل اندازه، تباین و شدت روشنایی وابسته است، حداقل زمان لازم برای تشخیص تصویر در صورت تأمین سایر شرایط ۰٫۱۷ ثانیه است.

 

 

  • شدت روشنایی

با توجه به اینکه اغلب اشیاء و تصاویر خود منابع روشنایی نیستند، درخشندگی و چگونگی انعکاس از آنها اهمیت زیادی دارد. اگر شدت روشنایی روی سطوح از یکصد لوکس یا ۱۰ فوت کاندل کمتر باشد دید رنگ ها نیز محدود می گردد و تشخیص رنگ مشکل می شود. شدت روشنایی مناسب برای دید تحت نور خورشید در فضای باز ۴۰۰۰-۲۰۰۰ لوکس می باشد که طبق بررسی برای ۵۰٪ افراد مناسب است. در داخل اماکن، شدت روشنایی عمومی مناسب بین ۳۰۰-۲۰۰ لوکس و شدت روشنایی موضعی مورد نیاز وابسته به دقت و ظرافت کار و ابعاد کوچکترین شی، مورد رؤیت است.

در کارهای بدون دقت شدت روشنایی مورد نیاز تا ۱۵۰ لوکس و برای کارهای معمولی ۳۰۰ -۲۰۰ لوکس و کارهای دقیق ۳۰۰-۵۰۰ لوکس تعیین شده است. برای کارهای خیلی دقیق این حد به ۸۰۰۰ لوکس هم می رسد.

 

 

  • درخشندگی

رؤیت اشیاء در درخشندگی کمتر از  ۰٫۱cd/m2  (یا شدت روشنایی کمتر از ۰٫۰۰۳ لوکس) با تفکیک رنگ مقدور نیست و گیرنده های میله ای چشم در زاویه تابش ۲۰ تا ۱۰ درجه نسبت به خط عمود بر سطح می توانند سایه روشن ها را تشخیص دهند. این ناحیه را دید شب می نامند.

چشم انسان نسبت به طول موج ها حساسیت یکسانی ندارد به طوری که در این محدوده از درخشندگی، بیشترین حساسیت چشم مربوط به طول موج ۵۰۷ نانومتر است. در محدوده درخشندگی بین  ۳-۰٫۰۱ cd/m2 (شدت روشنایی ۰٫۰۰۳ تا ۱۰ لوکس) که ناحیه دید میانی نامیده شده است، دید برخی رنگ های تیره به طور نسبی و دید بدون رنگ در محدوده های مرکزی و حاشیه ای خط دید امکان پذیر می گردد.

در اینجا هم سلول های گیرنده میله ای و هم به تدریج با افزایش درخشندگی سلول های مخروطی چشم فعال می شوند. در درخشندگی بالاتر از ۳cd/m2 (شدت روشنایی بیش از یکصد لوکس) تشخیص رنگ به طور کامل امکان پذیر و تشخیص اشیاء در محدوده مرکزی دید که تصویر آن روی رتین بر روی سلول های مخروطی چشم، میسر می گردد.

این محدوده را دید روز می نامند. حداکثر دید اشیاء در این درخشندگی در زاویه ۲ درجه و کمتر اتفاق می افتد.

درخشندگی شدید می تواند به علت خستگی سلول های گیرنده و تحریک ناپذیری موقت آنها اغلب دید را دچار مشکل نماید. اگر منابع نوری در معرض دید مستقیم فرد قرار گیرد یا سطوح براق نور شدید منابع را به چشم منعکس نمایند، به دلیل دانسیته انرژی که به چشم می تابد بخشی از شبکیه چشم که این شوک نورانی را دریافت کرده است بشدت تحریک شده و برای مدتی به تحریکات بعدی پاسخ نمی دهد که این حالت را خیرگی ناراحت کننده می گویند.

علاوه بر آن یک حالت برق زدگی ناخوشایند در چشم ایجاد می شود. در این حالت اگر شخص چشم خود را ببندد تصویر منفی آن سطح یا منبع نورانی را می بیند. تکرار این حالت ها می تواند صدماتی به چشم وارد کند. 

 

 

  • انعکاس سطوح

هر چه ضریب انعکاس سطوح کمتر باشد دیدن آنها مشکل تر خواهد بود، لذا بهتر است که برای دیدن مطلوب، تمام تصاویر و اشیاء دارای ضریب انعکاس مناسبی باشند که بتوانند حداقل تباین مورد نیاز دیدن را تسهیل نماید.

همچنین انعکاس مناسب سطوح داخلی بنا می تواند در توزیع روشنایی نقش مهمی ایفاء کند به همین دلیل برای سقف ضریب انعکاس ۰٫۷، دیوارها ۰٫۵ و کف ۰٫۳ پیشنهاد شده است.

 

 

  • طیف بازتابی

چشم انسان در مقابل تمام طیف نور مرئی حساسیت یکسان ندارد. طبق بررسی های در نور روز حساسیت چشم انسان با تغییر طول موج به تندی تغییر می کند، بطوری که بیشترین حساسیت چشم در روز در ناحیه طول موج ۵۵۵ نانومتر است، اما همین حداکثر حساسیت در شب ۵۰۷ نانومتر می باشد.

بنابراین در انتخاب رنگ ها برای تصاویر، اشیاء و علائم هشدار دهنده باید دقت شود که کلیه عوامل ذکر شده مد نظر قرار گیرد.

در طراحی داخلی محیط باید توجه شود که رنگ ها دارای پیام و مفهوم هستند. برخی رنگ ها قراردادی می باشند مانند قرمز که مخصوص آتش نشانی است. رنگ ها دارای اثرات روانی هستند و می توانند برخی حالات را مانند سردی، گرمی، اضطراب و افسردگی القاء نمایند.

لذا باید توجه داشت که ضمن اجتناب از رنگ های قراردادی جز در موارد استفاده خود، از سایر طیف های نور یا طیف رنگ به گونه ای استفاده شود که ضمن حفظ حالت شادابی، تباین مناسبی با زمینه داشته باشد و دید اشیاء و تصاویر را تسهیل نماید.

 

 

  • رنگ و روشنایی

انسان به تجربه دریافته است که رنگ های طبیعت بیشترین تناسب و راحتی را برای دید دارند. زندگی شهری اغلب همراه با رؤیت مناظر ناهمگون و تغییرات تند طیف های رنگ است.

اغلب مردم از شلوغی تصاویر تبلیغاتی و زننده بودن رنگ های مورد استفاده ناراضی و بلکه شاکی هستند. استفاده وسیع از چراغ های تزیینی و تبلیغاتی شب ها را توا، با ناراحتی کرده است.

حتی استفاده نامناسب از رنگ ها در فضای شهری و حرفه ای باعث افزایش ریسک حوادث گردیده است. اخیراً استفاده از رنگ های تند در البسه همراه با نوشته های نا مانوس نیز مزید بر علت شده است.

از نظر روانشناسی رنگ ها دارای اثرات مربوط به خود هستند و استفاد نابجا از آن ها می تواند سلامت عمومی را به خطر اندازد. 

در طراحی داخلی بنا و برای انتخاب رنگ سطوح باید دقت کرد که ضمن حفظ محدوده لازم ضریب انعکاس برای توزیع روشنایی، از رنگ های ملایم و دارای تشابه با طبیعت استفاده شود.

در محیط های کاری و مکان های که نیاز به آرامش دارند، استفاده از رنگ های تند یا اشباع مجاز نیست. و انتخاب آنها باید با در نظر گرفتن اثرات و القای حالات روحی رنگ ها و حتی نور تابشی باشد.

 


بیشتر بخوانید:

طراحی روشنایی بیمارستان ها

طراحی روشنایی مجموعه های ورزشی

طراحی روشنایی فروشگاه ها

طراحی روشنایی مراکز اداری و آموزشی

طراحی روشنایی در منازل مسکونی


 

 

 

مقالات مرتبط