Как устроен глаз и как видит человек

Глаз предстиляет собой сложную оптическую систему. Оп­тическая часть глаза состоит в основном из двояковыпуклой линзы — хрусталика, диафрагмированного отверстием в радуж­ной оболочке — зрачком (рис. 2). Хрусталик создает на свето­чувствительной поверхности'-сетчатки, устилающей глазное

Рис.2. Глаз как оптическая система: 1 — сетчатка, 2 — зрачок; 3 — хрусталик

дно, действительное, уменьшенное и обратное изображение фиксируемых глазом предметов.

Сетчатка имеет сложное строение и состоит из приемников света — палочек, колбочек и нервных клеток. Свет, проникший в глаз, воздействует на фотохимическое вещество элементов сетчатки и разлагает его. Достигнув определенной концентра­ции, продукты распада раздражают нервные окончания, зало­женные в палочках и колбочках. Возникшие при этом импуль­сы-по зрительному яерву поступают в нервные клетки зритель­ного центра головного мозга. В результате человек видит цвет, форму и величину предмета. Сетчатка глаза содержит 130 млн палочек И 7 млн колбочек. Колбочки отвечают за цветное зре­ние' палочки не различают цветов/Одновременно с расходова­нием фотохимического вещества происходит процесс его реге­нерации. Процесс регенерации 'фотохимического вещества происходит в палочках значительно медленнее, чем в колбоч­ках, различна также чувствительность тех и других к различным длинам волн излучения.

Палочки присоединены к волокнам зрительного нерва большими группами, т. е."подключеньг* к нему параллельно, колбочки присоединены к волокнам по отдельносьт или по нескольку штук.

При очень малых уровнях яркости разложение фотохими­ческого вещества происходит медленно, но так как палочки присоединены к волокнам зрительного нерва большими груп­пами, то на малые яркости реагируют именно они. Наоборот, при высоких яркостях колбочки работают хорошо, палочки же практически выключаются из работы, так как быстрый расход фотохимического вещества не компенсируется его медленной регенерацией.

Это является причиной существования дневного, ночного и сумеречного зрения. Дневное зрение - зрение нормального глаза, возникающее примерно при яркости более 10 кд/м, ко­торая имеет место при освещенности поверхности не менее 50 лк с коэффициентом отражения r = 0,6. Ночное зрение — при яркости не менее 0,01 кд/м, т. е. при освещенности той же поверхности не болеt 0,05 лк. В промежутке между указанными уровнями яркости, в котором происходит переход от одного ви­да зрения к другому, имеет место сумеречное зрение..

Приспособление глаза к различению объекта осуществля­ется за счет трех процессов:

• аккомодации — изменения кривизны хрусталика глаза та­ким образом, чтобы изображение предмета оказалось в
плоскости сетчатки глаза (при изменении кривизны хрусталика происходит изменение величины фокусного расстояния — осуществляется "наводка на фокус");

• конвергенции — поворота осей зрения обоих глаз так, чтобы они пересекались на рассматриваемом объекте;

• адаптации — приспособления-глаза к данному уровню ос­вещения

Процесс адаптации — это изменение площади зрачки. При адаптации глаза, кроме изменения площади зрачка, происходят и другие процессы. Например, при увеличении яркости проис­ходит подавление палочек и уменьшение количества светочув­ствительного вещества в колбочках. При адаптации глаза к ма­лым яркостям происходят обратные явления. Для освещения процесс адаптации имеет особое значение, так как именно ему глаз обязан столь широкому диапазону работоспособности.

Хорошо известно, что при переходе из светлого помещения в темное способность различать детали возникает медленно, а при выходе из темного помещения в светлое первоначально возникает состояние ослепления.

При переходе от больших освещенностей к практической тем­ноте процесс адаптации происходит медленно и заканчивается за 1...1.5 ч. Обратный процесс идет быстрее и длится 10..15 мин. В обоих случаях речь идет о полной переадаптации зрения; при изменении яркости -не более чем в 5—10 раз переадаптация происходит практически мгновенно.

Необходимо помнить, что в процессе адаптации глаз работает с пониженной работоспособностью, поэтому необходимо иэбер гать условий, требующих частой и глубокой переадаптацня.

Проиллюстрировать процессы перестройки зрения можно на таких простейших опытах.

Процесс аккомодации. Посмотрите в течение 1...2 мин через окно на удаленный предмет (желательно небольшого размера — ветку, дерево, мачту, антенну и т. д.), затем быстро переведите взгляд на текст книги. Обратите внимание на то, что в первый момент текст книги плохо различим. При хорошем зрении про­цесс изменения кривизны хрусталика происходит достаточно быстро — изменяется фокусное расстояние, наблюдаемый объ­ект фокусируется на сетчатке. При ухудшении зрения этот процесс замедляется.

Процесс адаптации. Вовремя чтения книги выключите ис­кусственное освещение или уменьшите его так, чтобы значи­тельно уменьшилась освещенность поверхности страницы кни­ги. Обратите внимание на то, что в первый момент текст ста-новнтся плохо различимым и лишь спустя некоторое время Вы сможете его читать. От степени изменения освещенности зави­сит время, необходимое для адаптации зрения (изменения раз­меров зрачка), к новым условиям пониженной освещенности.

К работе зрительного аппарата применим известный пси­хофизический закон Вебера—Фехнера, в соответствии с кото­рым как равные воспринимаются приращения яркости, одина­ковые не по своему абсолютному значению, а по их отношению к исходному уровню яркости, т. е. уровень зрительного восприятия пропорционален не яркости, а логарифму отношения яркостей.

Работоспособность глаза характеризуется несколькими по­казателями. Деталь различима на фоне, если она отличается от него по яркости или по цветности. Важнейшее значение при этом имеет яркостный контраст К. Величина, обратная кон­трасту, называется контрастной чувствительностью (V_к = 1/К) и измеряется в единицах контрастной чувствительности. Наи­меньший различимый глазом контраст называется пороговым контрастом. Пороговый контраст равен 0,01...0,015, что соот­ветствует контрастной чувствительности 100...67 единиц.

Для того чтобы детали различались как отдельные, они должны быть разделены определенным промежутком, наи­меньший размер которого определяет разрешающую способ­ность глаза. Разрешающая способность выражается как отноше­ние размера наименьшего различаемого глазом объекта к рас­стоянию от него до глаза и измеряется в угловых или относи­тельных единицах. Величина, обратная разрешающей способ­ности глаза, называется остротой зрения. Нормальное зрение в благоприятных условиях имеет остроту около 3500 (разрешаю­щая способность около 1 угловой минуты). У некоторых лиц •острота зрения может быть значительно большей.

Процесс видения происходит быстро, но не мгновенно. Время различения имеет значение для скорости работы, а ино­гда, будучи лимитированным обстоятельством, играет решаю­щую роль при выполнении работы. При условиях, близких к пороговым в отношении размера детали, контраста и времени, различение становится недостоверным. Поэтому наряду с дру­гими параметрами рассматривается вероятность различения р. Поэтому следует говорить о существовании зависимости V _к.= f(a, L, t, p), где а — угол различения объекта; L — яркость; t — время различения; р — вероятность различения.

Для зрительного восприятия очень большое значение имеет яркость фона Lф. Работоспособность глаза повышается с рос­том Lф сначала быстро, потом замедленно, постепенно дости-гая предельного уровня. В зависимости от параметров освеще-ншмсдида работы стабилизация зависимости работоспособности от яркости достигается при значениях Lф = 10... 100 кд/м, что соответствует освещенности 50...5000 да. При чрезмерной яркости фона наступает состояние ослепленности, характери­зующееся пониженной работоспособностью глаза.

Характеристиками взаимосвязи условий освещения и рабо­тоспособности глаза является видимость V и относительная ви­димость V₀.

Видимость определяется как имеющееся в данных условиях значение той яле иной характеристики глаза по сравнению с наименьшим ее уровнем, необходимым для выполнения дан­ной зрительной работы. Например, если работа требует разре­шающей способности глаза 500, а при имеющихся условиях ос­вещения она достигает 1500, то видимость равна 3. При види­мости, равной 1, состояние глаза находится на границе "вижу - не вижу". Основной характеристикой глаза в настоящее время признается контрастная чувствительность. Поэтому в данное время видимость принято определять по этой функции. При оценке видимости для реальных условий вводится коэффициент сверхпорогового контраста с, который принимается равным 1,8...2. Так как зависимость зрительного процесса от яркости носит логарифмический характер, Видимость определяют по логарифмической шкале. Поэтому, чтобы на границе "вижу - не вижу" значение видимости оставалось равным единице, в формулу для определения видимости вводится множитель 10:

где К— фактический контраст; Кпор — пороговый контраст длятого же объекта различения.

Для каждого данного объекта различения может быть оп­ределено максимальное значение видимости Vmax, которое со­ответствует таким условиям освещения, при которых порого­вый контраст достигает минимального значения Кпор.min

Степень соответствия имеющихся осветительных условий тем, при которых пороговый контраст достигает минимума, ха­рактеризуется значением относительной видимости

которая в настоящее время считается, наиболее удобным кри­терием для оценки световых условий.

Факторы световой среды и освещения, определяющие зрительный комфорт

Для того чтобы обеспечить условия, необходимые для зри­тельного комфорта, в системе освещения должны быть реали­зованы следующие предварительные требования:

- равномерное освещение;

- оптимальная яркость;

- отсутствие бликов и ослепленности;

- соответствующий контраст;

- правильная цветовая гамма;

- отсутствие стробоскопического эффекта или пульсации cвета

Важно рассматривать свет на рабочем месте, руководству­ясь не только количественными, но и качественными крите­риями. Первым шагом здесь будет изучение рабочего места, точности, с которой должны выполняться работы, количество работы, степень перемещений рабочего при работе и так далее. Свет должен включать компоненты как рассеянного, так и пря­мого излучения. Результатом этой комбинация должно стать тенеобразование большей или меньшей интенсивности, кото­рое должно позволить рабочему правильно воспринимать форму и положение предметов на рабочем месте. Раздражающие отра­жения, которые затрудняют восприятие деталей, должны быть устранены, так же как и чрезмерно яркий свет или глубокие тени.

Зрительная работоспособность определяется качеством ос­вещения. Можно выделить следующие качественные характе­ристики освещения и способы их улучшения.

Прямая блескость. Находящиеся в поле зрения человека поверхности высокой яркости могут производить неприятное, дискомфортное ощущение или вызывать состояние ослеплен-ности. В результате резко снижается зрительная работоспособ­ность. Свойство высоких яркостей производить слепящее дей­ствие называется блескостыо. Различают психологическую блескость, вызывающую ощущение дискомфорта, и физиоло­гическую блескость, снижающую зрительные функции. Для количественной характеристики блескости введены показатель ослепленности Р — для производственных помещений и пока­затель дискомфорте М_Д — для общественных помещений. По­казатель Р характеризует степень снижения контрастной чув­ствительности, т. е. видимости, вызванной наличием в поле зрения высокой яркости, а показатель М_Д — снижение субъек­тивно оцениваемой степени зрительного неудобства.

Механизм изменения контрастной чувствительности за­ключается в появлении в поле зрения так называемой вуали­рующей Пелены, снижающей эффективный контраст между де­талью и фоном. Если яркость наблюдаемого поля (поля адап­тации) L_а, а яркость вуалирующей пелены β, то показатель ос­лепленности

Множитель 10³ введен Для практического удобства, так как обычно речь идет о снижении контрастной чувствительности не более, чем на 7...8 %.

Яркость вуалирующей пелены β определяется освещенно­стью Е₃ плоскости зрачка и углом q между осью зрения и на­правлением на блеский источник

Где m — коэффициент, зависящий от уровня слепящей яркости.

Как видно из приведенной формулы, на величину яркости вуалирующей пелены существенно влияет угол q, с увеличени­ем которого она резко снижается и при q> 45 практически становится нулевой, так как слепящая яркость не попадает в поле зрения.

Источниками прямой блескости являются осветительные установки и источники света.

Уменьшение прямой блескости может быть достигнуто:

• увеличением высоты установки светильников

• уменьшением яркости светильников путем закрытия источ­ников света светорассеивающими стеклами;

• ограничением силы" света в направлениях, образующих большие углы с вертикалью, например, применением све­
тильников с необходимым защитным углом

• уменьшением мощности каждого отдельного светильника за счет соответствующего увеличения их числа

• увеличением коэффициентов отражения всех поверхностей, находящихся в поле зрения.

Отраженная блескость возникает при больших коэффици­ентах отражения поверхностей, попадающих в поле зрения. Наибольшая опасность возникает при освещении поверхно­стей, не являющихся диффузными, когда свет падает на рабо­чие поверхности таким образом, что глаза находятся на направ­лении зеркального отражения лучей. В этом случае человек ви­дит либо зеркальное отражение источника света, либо размы­тое, но очень яркое световое пятно. В обоих случаях может возникнуть состояние ослепленности, но чаще уменьшается эффективный контраст между деталью и фоном.

Устранение отраженной блескости достигается правильной организацией местного и локализованного освещения и таким расположением светильников, чтобы зеркально отраженные поверхностью лучи не попадали в глаза. Для этого лучше всего делать боковое или заднебоковое направление света.

Контраст между деталями и фоном. Из ранее сказанного яс­но, что контраст между деталями и фоном, который в наиболь­шей степени определяет видимость деталей, не всегда является заданным и может быть увеличен или уменьшен средствами ос­вещения и созданием световой среды. Одним из эффективных средств для повышения контраста является искусственный фон (чаще всего светлый, если деталь темная, или темный, если де­таль светлая). Разновидностью искусственных фонов являются световые столы, на которых поверхности просматриваются в проходящем свете.

Тени. Различаются собственные тени, образованные рель­ефом поверхности, и тени, падающие от предметов, находя­щихся вне рабочей поверхности — оборудования, мебели, тела и рук человека и т. д. Собственные тени в большинстве случаев полезны, так как позволяют лучше различать конфигурацию детали. Падающие тени почти всегда вредны. Их вред заклю­чается в том, что Они искажают контраст, отвлекают внимание и т. д. Особенно вредны движущиеся тени.

Устранение или ограничение вредных теней осуществляет­ся правильным выбором направления света. Например, когда человек пишет правой рукой, он смотрит на рабочую точку сле­ва и с этой же стороны должен падать свет. Тени размазыва­ются при увеличении размеров осветительных установок, смяг­чаются при достаточно высокой яркости стен и потолков и почти исчезают при отраженном освещении.

Насыщенность помещения светом. Для создания комфорт­ных зрительных условий для человека важна не только осве­щенность какой бы то ни было поверхности, на которой осу­ществляется работа, но и впечатление насыщенности помеще­ния светом, которое получает человек. Для характеристики насыщенности помещения светом введено понятие цилиндри­ческой освещенности Е_ц. Цилиндрическая освещенность — это отношение светового потока, падающего на боковую по­верхность элементарного вертикального цилиндра, к площади этой поверхности:

где d, h — диаметр и высота цилиндра.

Установлено соотношение между Ец и впечатлением насы­щенности светом помещения. Характеристике насыщенности "большая", "повышенная" и "нормальная" установлены соот­ветственно значения Ец, равные 150, 100 и 75 лк.

Яркость вторичных полей адаптации зрения. При достаточ­ной яркости рабочей поверхности одновременное присутствие в поле зрения темных поверхностей (например, стен, потолков, мебели, оборудования) создает затруднения при адаптации зре­ния. От яркости этих поверхностей зависит также впечатление насыщенности помещения светом. Ту составляющую Е_ц, кото­рая создается светом, отраженным от этих поверхностей, мож­но считать наиболее ценной, если не единственной, создающей впечатление насыщенности светом. Если в помещении уста­новлены подвесные светильники прямого света, верхняя зона помещения останется темной. Это производит неприятное эс­тетическое и психологическое впечатление. Поэтому лучше применять светлую окраску стен и потолков, а для освещения применять светильники, излучающие некоторую (желательно не менее 15 %) часть светового потока в верхнюю полусферу.

Постоянство освещенности во времени. Изменения осве­щенности по времени можно подразделить на медленные и плавные, частые колебания я пульсации. Медленные измене­ния вызываются постепенными изменениями сетевого напря­жения и факторами, изменяющими освещенность в процессе эксплуатации (загрязнением источников света, снижением светоотдачи и т. д.). Если освещенность при этом сохраняется на уровне не ниже нормативного значения, эти изменения не являются вредными.

Причиной частых колебаний являются перемещения све­тильников, их раскачивание движением воздуха (ветер, сквоз­няк, вентиляционная установка и т. д.) и колебания напряже­ния в сети, порождаемые изменением нагрузки. На каждый процент изменения сетевого напряжения источники света реа­гируют изменениями в ту же сторону светового потока: лампы накаливания — на 3,7 %, люминесцентные — в среднем на 1 %, а лампы ДРЛ — на 3 %.

Пульсации освещенности обусловленны малой инерционностью излучения газоразрядных ламп, световой поток пульсиру­ет при переменном токе промышленной частоты (50 Гц) с уд-

военной частотой песдедаего, т.«. 100 Гц. Эти пульсации нераз­личимы при фнхюфвванни глазом неподвижной поверхности, но легко обнаруживаются «ри рассматривания движущихся предметов. Бели при пульсирующем всвещенни быстро махать карандашом на контрастирующем фоне, то карандаш приобре­тает ясно видимые контуры. Эффективнее пулзданки можно обнаружить е помощью стробоскопического волчка^.жоторый можно вьгаолннть из белого, картона, на поверхности которое^ нанесены черными линиями радиусы через равные углы. Беда» при вращении волчк* время его вращения на угол, равный уг­лу между соседними радиусами, равно периоду, пульсаций (Т:**; 1//=0,01 с) или в целое число раз меньше его, то волчок покажется остановившимся. При незначительном увеличении скорости вращения волчка он покажется вращающимся в дей­ствительном направлении, но очень медленно, при уменьше­нии скорости г- изменившим направление. Это явление носит название стробоскопического эффекта.

Практическая опасность стробоскопического эффекта со­стоит в том, что вращающиеся части механизмов могут пока­заться неподвижными, вращающимися с более медленной ско-ростыо, чем в действительности, иди в противоположном на­правлении. Это может стать причинной травматизма.

Однако пульсации освещенности вредны и при работе с не-> подвижными поверхностями, вызывая утомление зрения и го­ловную боль, К пульсациям наиболее чувствительно перифе­рическое зрение и поэтому они опасны при общем освещении.

Устранение колебаний освещенности обеспечивается за­креплением светильников и стабилизацией колебаний напря­жения сети. Ограничение пульсаций достигается чередованием питания ламп от разных фаз трехфазной сети, в ряде случаев применяется питание ламп током повышенной частоты.

Равномерность освещения. Резкое различие яркостей, нахо­дящихся в поле зрения, вызывает неустойчивое состояние адаптационного аппарата.

Спектральный состав света, определяющий его цвет, кото­рый оказывает-существенное влияние на психофизиологиче­ское состояние человека, о чем будет сказано ниже.

Виды освещения v егоНормирование

Освещение подразделяется на естественное, искусственное и совмещенное.

Естественное освещение разделяется на боковое (световые проемы в стенах), верхнее (прозрачные перекрытия и световые фонари на крыше) и комбинированное (наличие световых про­емов в стенах и перекрытиях одновременно) (рис. 3). Величина освещенности.Ев помещении от естественного света небосвода зависит от времени года, времени дня, наличия облачности, а также доли светового потока Ф от небосвода, которая прони­кает в помещение. Эта доля зависит от размера световых про­емов (окон, световых фонарей), светопроницаемости стекол (сильно зависит от загрязненности стекол), наличия напротив световых проемов зданий, растительности, коэффициентов от­ражения стен и потолка помещения (в помещениях с более светлой окраской естественная освещенность лучше) и т. д.

Рис. 3. Распределение КЕО при различных видах естественного освещения:

а — одностороннее боковое освещение; б — двустороннее бо­ковое освещение; в — верхнее освещение; г — комбинирован­ное освещение; 1 — уровень рабочей поверхности

•Естественный свет лучше по своему спектральному составу, чем искусственный свет, создаваемый любыми источниками света. Кроме того, чем лучше естественное освещение в поме-

Рис. 4. Виды искусственного освещения:

а — общее; б — общее локализованное; в — комбинированное

щении, тем мерьте времени приходится пользоваться искус­ственным светом, а это приводит к экономии электрической энергии. Для оценки использования естественного света вве­дено понятие коэффициента естественной освещенности (КШО) и установлены минимально допустимые значения КЕО — это отношение освещенности Ё, внутри помещения за счет есте­ственного света к наружной освещенности Е„ от всей полусфе­ры небосклона, выраженное в процентах:

КЕО не зависит от времени года и суток, состояния небо­свода, а определяется геометрией оконных проемов, загрязнен­ностью стекол, окраской стен помещений и т. д. Чем дальше от световых проемов, тем меньше значение КЕО.

Минимально допустимая величина КЕО определяется раз­рядом работы: чем выше разряд работы, тем больше минималь­но допустимое значение КЕО. Например, для I разряда работы (наивысшей точности) при боковом естественном освещении минимально допустимое значение КЕО равно 2 %, при верхнем — 6 %, а для III разряда работы (вьккцаой точности) соответствен­но 1,2 % и 3 %. По характеристике зрительной работы труд уча­щихся можно отнести ко второму разряду работы и при боко­вом естественном освещении в аудитория, лаборатории на ра­бочих столах и партах должен обеспечиваться КЕО = 1,5 %.

При недостатке освещенности от естественного света ис­пользуют искусственное освещение, создаваемое электрически­ми источниками света. По своему конструктивному исполне­нию искусственное освещение может быть общим, общим ло­кализованным и комбинированным (рис. 4).

При общем освещении все места в помещении получают свет от общей осветительной установки. В этой системе источ­ники света распределены равномерно без учета расположения рабочих мест. Средний уровень освещенности должен быть ра­вен уровню освещенности, требуемому для выполнения пред­стоящей работы. Эти системы используются главным образом на участках, где рабочие места не являются постоянными.

Такая система должна соответствовать трем основным тре­бованиям. Прежде всего она должна быть оснащена антибли­ковыми приспособлениями (сетками, диффузорами, рефлекто­рами и т. д.). Второе требование заключается в том, что часть света должна быть направлена на потолок и на верхнюю часть стен. Третье требование состоит в том, что источники света должны быть установлены как можно выше, чтобы свести ос­лепление до минимума и сделать освещение как можно более равномерным (рис. 5).

Общая локализованная система освещения предназначена для увеличения освещения посредством размещения ламп бли­же к рабочим поверхностям. Светильники при. таком освеще­нии часто дают блики, и их рефлекторы должны быть

распо ложены таким образом, чтобы они убирали источник света из прямого поля зрения рабочего. Например, снш могут быть на­правлены вверх.

Комбинированное освещение наряду с общим включает ме­стное освещение (местный светильник, например настольная лампа), сосредоточивающее световой поток непосредственно на рабочем месте. Использование местного освещения совме­стно с общим рекомендуется применять при высоких требова­ниях к освещенности.

'Применение одного местного освещения недопустимо, так кяИ возникает необходимость частой переадаптации зрения, создаются глубокие и резкие тени и другие неблагоприятные факторы. Поэтому доля общего освещения в комбинирован­ном должна быть не менее 10 % (для помещений, имеющих ес­тественное освещение):

Кроме естествейибго и искусственного освещения, может применяться их сочетание, когда освещенности за счет естественного света недостаточно для выполнения той или иной ра­боты. Такое освещение, называется совмещенным. Для выпол­нения работы наивысшей, очень высокой и высокой точности в основном применяют совмещенное освещение, так как, как правило, естественной освещенности недостаточно.

Искусственное освещение подразделяется на несколько ви­дов: рабочее, аварийное, эвакуационное, дежурное, охранное.

Рабочее освещение предназначено для выполнения произ­водственного процесса.

Аварийное освещение — для продолжения работы при ава­рийном отключении рабочего освещения. Для аварийного ос­вещения используются лампы накаливания, для которых при­меняется автономное питание электроэнергией. Светильники функционируют все время или автоматически включаются при аварийном отключении рабочего освещения.

Эвакуационное освещение — для эвакуации людей из поме­щения при аварийном отключении рабочего освещения. Для эвакуации людей уровень освещенности основных проходов и запасных выходов должен составлять не менее 0,5 лк на уровне поля и 0,2 лк на. открытых территориях.

Кроме минимально допустимой величины КЕО и доли йЦ> щего освещения в комбинированном освещении, в соответст­вии с нормами устанавливается величина минимально допус­тимой освещенности Е^т (это основной нормируемый пара­метр). Величина Ет]п зависит от разряда работы. Разряды ра­боты делят на четыре подразряда в зависимости от светлоты фона и контраста между деталями (объектами различения) и фоном. Значения минимальной освещенности для 1-го разряда работы (наивысшей точности) приведены в табл. 1.

Как видно из таблицы, Ет^п отличаются для различных сис­тем освещения. При комбинированном освещении, как более экономичном, нормы выше, чем при общем. Действительно, с помощью светильника местного освещения, расположенного вблизи рабочего места, необходимую освещенность можно обеспечить при меньших затратах электрической энергии. Более подробные сведения о нормативных требованиях, предъявляе­мых к освещению, можно получить в СНиП 23-05—95.

Каждый вид деятельности требует определенного уровня освещенности на том участке, где эта деятельность осуществ­ляется. Обычно, чем сильнее затруднено зрительное воспри­ятие, тем выше должен быть средний уровень освещенности. Рекомендуемые уровни освещенности, обеспечивающие ком­фортные зрительные условия при выполнении различных ра­бот и полученные в большей степени на основе практического опыта, представлены на рис. 6.

Таблица 1

Нормы освещенности при искусственном освещении по СНиП 23-05—95 (извлечение)

Характе­ристика зрительной работы	Наимень­ший эквива-лентный размер объекта, мм	Разряд. зрительной работы	Подразряд зрительной работы1	Контраст объекта с фоном	Характе­ристика фона	Освещенность Е^, лк - :!«4„>: 1-: ' '- •;«.,;..«.V -
при комбинированном освещении	при общем освещении
.- всего	в том числе от общего
Наивысшей точности	Менее 0,15 ';«*- гмг,;м	Г-1	а	Малый	Темный *			—
	Малый Средний	Средний Темный	4000 3500
*-:	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	2500! 2000	300 1200	759 €00
Г	Средний Большой Большой	Светлы*1' Светлый Средний		' 200 200	400 300

Рис. 6. Рекомендуемые уровни освещенности

Рие. 7. Зависимость остроты зрения от возраста

Представленные в табй. 1 и на рис. 6 уровни освещенности установлены для нормального зрения. С возрастом острота зре­ний человека снижается (рис. 7) и это требует повышения уров­ня освещенности.

Искусственные источники света

Для искусственного освещения применяют электрические лампы двух типов — лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные лампы (ГЛ).

Лампы накаливания относятся 1с источникам света теплово­го излучения. Видимое излучение (свет) в них получается в ре­зультате нагрева электрическим током вольфрамовой нити.

В газоразрядных лампах видимое излучение возникает в ре­зультате электрического разряда в атмосфере инертных газов или паров металлов, которыми заполняется колба лампы. Га­зоразрядные лампы называют люминесцентными, так как из­нутри колбы покрыты люминофором, который под действием ультрафиолетового излучения, излучаемого электрическим разрядом, светится, преобразуя тем самым невидимое ультра­фиолетовое излучение в свет.

Лампы накаливания наиболее широко распространены в быту из-за своей простоты, надежности и удобства эксплуата­ции. Находят они применение и на производстве, в организа­циях и учреждениях, но в значительно меньшей степени. 'Это связано с. их низкой светоотдачей — 7„.20 дм/Вт (светоотдача лампы — это отношение светового потока лампы к ее электри­ческой мощности), небольшим сроком службы — до 2500 ч, преобладанием в спектре желтых и красных лучей, что сильно отличает спектральный состав света от солнечного света. В

маркировке ламп накаливания буква В обозначает ва­куумные лампы, Г — газонаполненные, К — лампы с криптоновым наполнением,- Б— биспиральные лампы. Газоразрядные лампы получили наибольшее распро­странение на производстве, в организациях и учреждени­ях прежде всего из-за значительно большей светоотдачи (40...110 лм/Вт) и срока службы (8000...12000 ч). Газо­разрядные лампы в основном применяются для осве­щения улиц, иллюминации, световой рекламы. Подби­рая'сочетание инертных газов, паров мйалла, запол­няющих колбы ламп, и люминофора, можно получить свет практически любого спектрального диапазона -красный, зеленый, желтый и т. д. Для освещения^зд?-мещениях наибольшее распространение получили лю­минесцентные лампы дневного света, колба которых заполнена парами ртути. Свет, излучаемый такими лам­пами, близок по своему спектру к солнечному свету.

Газоразрядные люминесцентные лампвР'вывают низкого давления, с разным распределением светового потока по спектру: лампы белого света (ЛБ); лампы хо­лодно-белого света (ЛХБ); Лампы с улучшенной цвето­передачей (ЛДЦ); лампы тугого-белого света (ЛТБ); лампы, близкие по спектру к солнечному свету (ЛЕ); лампы холодно-белого света улучшенной цветопереда­чи (ЛХБЦ). Лампы ЛЕ, ЛДЦ применяются в случаях, когда предъявляются высокие требования к определению цвета, в ос^ тальных случаях — лампы ЛБ, как наиболее экономичные.

К газоразрядным лампам высокого.давленияотносятся:, дуговые ртутные лампы с исправленной цветностью (ДРЛ); ксеноновые (ДКсТ), основанные на излучении дугового разря­да в тяжелых инертных газах; натриевые высокого давления (ДНаТ); металлогалогенные (ДРИ) с добавкой йодидов метал­лов. Лампы ДРЛ рекомендуются для производственных поме­щений, если работа не связана с различением цветов (в высо­ких цехах машиностроительных предприятий и т. п.), и наруж­ного освещения. Лампы ДРИ имеют высокую световую отдачу и улучшенную цветность, применяются для освещения поме­щений большой высоты и площади.

Яркость источника света. Источники света обладают раз~ личной яркостью. Максимальная переносимая человеком яр­кость при прямом наблюдении составляет 7500 кд/м. На рис. 8 представлены некоторые из приблизительных значений ярко­сти для нескольких источников света различного вида.

Однако газоразрядные лампы наряду с преимуществами пе­ред лампами накаливания обладают и существенными недос­татками, которые пока ограничивают их распространение в бы­ту. &то пульсация светового потока, которая искажает зритель­ное восприятие и отрицательно воздействует на зрение. При освещении газоразрядными лампами может возникнуть стро­боскопический эффект, заключающийся в неправильном вос­приятии скорости движения предметов.

Рис. 8. Значения яркостей различных источиши» света

Ограничение пульсаций до безвредных значений достига­ется равномерным чередованием питания ламп от различных фаз трехфазной сети, специальными схемами подключения. Однако это усложняет систему освещения. Поэтому люминес­центные лампы не нашли широкого применения в быту,. К не­достаткам газоразрядных ламп относится: длительность их раз-

Рис. 9. Классификация цвета

горения, зависимость и* работоспособности'1Йт температуры окружающей среды, создание радиопомех. ''*'Яругой причиной, по-видимому, является следующее об-стОятелъсгво. Психологическое и отчасти физиологическое воздействиена человека цветности излучения источников све­та несомненно в значительной степени связано с теми свето­выми условиями, к которым человечество приспособилось за вршв своего е|Яцествования. Далекое и холодное голубое небо, создающее в течение большей части светового дня высокие ос-вещенности, вечерам — близкий и горячий желто-красный костер, а затем пришедшие ему на смену, но аналогичные по цветнооги, "лампы сгорания", создающие низкие освещенно­сти, — таковы световые режимы, приспособлением к которым, вероятно, объясняются следующие факта. У человека наблю­дается более работоспособное состояние днем при свете пре-имущес»енно холодных оттенков, а вечером при теплом крас­новатом евете^чше отдыхать. Лампы накаливания дают теп­лый красновато-желтый цвет и способствуют успокоению и от­дыху, люминесцентные лампы, наоборот, создают холодный белы* цвет^ который возбуждает и настраивает на работу.

От применяемого типа источников света зависит правиль-ность цветопередачи. Например, темно-синяя ткань при свете ламп накаливания кажется черной, желтый цветок — грязно-белым, т. е. лампы накаливания искажают правильную цвето­передачу. Однако есть предмет, которые люди привыкли видеть преимущественно вечером при искусственном освещении, на­пример, золотые украшения'естественнее" выглядят при свете ламп накаливания, чем при свете люминеснентных ламп. Если при выполнении работы важна правильность цветопередачи, например, на уроках рисования, в полиграфической промыш­ленности, картинных галереях и т. д., то лучше применять ес­тественное освещение, а при его недостаточности — искусст­венное освещение люминесцентных ламп.

Таким образом, правильный выбор цвета для рабочего мес­та значительно способствует повышению производительности труда, безопасности и общему самочувствию работников. От­делка поверхностей и оборудования, находящегося в рабочей зоне, точно также способствует созданию приятных зритель­ных ощущений и приятной рабочей обстановки.

Обычный свет состоит из электромагнитных излучений с различными длинами волн, каждое из которых соответствует определенному диапазону видимого спектра. Смешивая крас­ный, желтый и голубой свет, мы можем получить большинство видимых цветов, включая белый. Наше восприятие цвета пред­мета зависит от цвета света, которым он освещен и от того, ка­ким образом сам предмет отражает цвет.

Источники света подразделяются на следующие три кате­гории в зависимости от цвета света, который они излучают:

''теплого" цвета: белый красноватый свет — рекомендуется
для освещения жилых помещений;

: промежуточного цвета: белый свет **• рекомендуется для ос-

вещения рабочих мест;

• "холодного" цвета: белый голубоватый свет — рекомендует­
ся при выполнении работ, требующих высокого уровня ос­
вещенности, или для жаркого климата.

.,: Цвета классифицируются на холодный или теплый в зави­симости от их тона (рис. 9).

Таким образом, важной характеристикой источников света является цвет светового излучения. Для характеристики цвета излучения введено понятие цветовой температуры.

Цветовая температура 7^ — это такая температура излуча­теля Планка (черного тела), при которой его излучение имеет такую же цветность, как и рассматриваемое излучение. Дейст­вительно при нагреве черного тела его цвет изменяется от те­плых оранжево-красных до холодных белых тонов. Цветовая температура измеряется в градусах Кельвина (К). Связь между градусами по шкале Цельсия и по шкале Кельвина следующая: К = 'С + 273.

Цвета электрических ламп можно разделить на три группы, в зависимости от их цветовой температуры:

белый дневного цвета — около 6000 К;

нейтральный белый — около 4000 К;

теплый белый — около 3000 К.

На рис. 10 представлена номограмма условий зрительного восприятия в зависимости от уровня освеи&енности и цветовой температуры источников света."

Светильники

Для более эффективного использования светфога потока и ограничения ослепленности электрические лампы устанавли­вают в осветительной арматуре. Ослепление происходит, когда в поле зрения находится яркий источник света; результатом его является уменьшение способности различать предметы. Рабо­чие, которые постоянно подвергаются ослеплению, могут стра­дать от глазного напряжения, а также от функциональных рас­стройств, хотя часто они этого не осознают.

Ослепление может быть прямым, когда оно вызвано нахо­ждением ярких источников света в поле зрения, или отражен­ным, когда свет отражается от поверхностей с высоким коэф-

Рис. 10. Диаграмма условий зрительного восприятия в зависи­мости от уровня освещенности и цветовой температуры источ­ников света

фициентам отражения. Избежать ослепления достаточно про­сто и сделать это можно несколькими способами. Одним из способов, например, является установка сеток под источника­ми освещения; можно также использовать охватывающие диф­фузоры или параболические рефлекторы, которые могут на­правлять свет туда, куда нужно, или установить источники све­та так, чтобы они были вне угла зрения.

Если в светильнике используется лампа без осветительной арматуры, то вряд ли распределение света будет приемлемым, и система почти наверняка будет неэкономичной. В таких слу­чаях эта лампа будет источником ослепления для людей, нахо­дящихся в комнате, а эффективность установки будет значи­тельно снижена из-за бликов.,

Арматура с лампой называется светильником. Для регули­рования светового потока в осветительной арматуре использу­ются следующие методы;

• ограничение светового потша: если лампа установлена в непро­зрачном корпусе только с одним отверстием для выхода света, то распределение света будет очень ограничено (рис. 11);

рассеяние светового потока: лампа устанавливается в про­зрачном материале, рассеивающим и создающим диффуз­ный (рассеянный) световой поток; диффузоры поглощают некоторое количество излучаемой световой энергии, что снижает общий коэффициент полезного действия светиль­ника, однако при этом исключается ослепляющее действие источника света (рис. 13);

Рис,13. Раснмц^вврпшаго потока

-. -...."-.• >.у^,|.к.-'' ** - >И'Г

• рефракция светового потокю: метод использует эффект: ^призмы, где обычно стеклянный; или пластмассовый

мате­риал призмы "искривляет" луч* света и таким образом пе­ренаправляет световой поток; метод очень эффективен для

общего освещения, его преимущество состоит в устранении бликов на отражающих поверхностях за счет создания

диф-фуэнвго освещения (рис.,14). а

Рис, 11._От|1И1 ц ви|. светового потока

отражение светового потока: метод использует отражающие поверхности, которые могут быть самыми разнообразными, от глубоко матовых до сильно отражающих или зеркальных, метод более эффективен, чем ограничение светового пото­ка, так как световое излучение концентрируется и направ­ляется в зону, где необходимо освещение (рис. 12);

Рис. 12. Отражение светового потока

Рис. 14. Рефракция светового потока

В светильниках может использоваться сочетание описан­ных методов регулирования светового потока.

; На рис. 15 представлены некоторые типы светильников с лампами накаливания и люминесцентными лампами, ис­пользуемыми в производственных и общественных помещени­ях. В бытовых целях применяются светильники более разнооб­разных конструкций и форм, выполняющих не только освети­тельную, но и декоративную функцию.

Па* распределению Света свишнйЦдси- подраадвияжтгся на светильники прямого, рассеянного или отраженного света.

Светильники прямого света направляют более 80 % свето­вого потока в нижнюю полусферу за счет внутренней отражаю­щей эмалевой или полированной поверхности ("Глубокочрлу-чатель", "Универсаль", "Альфа" и др.).

Светильники рассеянного света излучают световой поток в обе полусферы ("Молочный шар", "ЛюЦетга").

Светильники отраженного света более 80 % светового потока направляют вверх на потолок, а отражаемый от него свет — вниз в рабочую зону. Несмотря на их гигиеническое преимущества (равномерность, отсутствие блескости и др.), в производствен­ных условиях они применяются редко, так как для них требу­ется высокий коэффициент отражения потолка, что не Всегда имеет место в условиях производства.

Для защиты глаз от ослепления светящейся поверхностью, служит защитный угол светильника — угол, образованный го­ризонталью от поверхности лампы (края светящейся нити) и линией, проходящей через край арматуры светильника (рис. 16), Защиный угол светильников Э = 30...45".

Рис. 15. Некоторые типы светильников:

а — лампы накаливания; б — люминесцентные лампы

Организация рабочего места для создания комфортных зрительных условий

,Освещенность рабочего места должна быть равномерной. Во всяком случае не должно быть значительной разницы в ос­вещенности различных участков рабочего места, чтобы не тре­бовалось частой переадаптации зрения. Например, поверхно­сти предметов, с которыми в данный момент осуществляется работа, должны иметь одинаковую освещенность. Подсветка с помощью небольшого светильника только поверхности одного предмета приведет к различию в освещенности других предме­тов. Частое обращение к подсветке потребует постоянной адап-Тацяи зрения, что в конечном счете приведет к быстрому зри­тельному утомлению, снижению работоспособности, общему утомлению, психическому напряжению. Письменный стол должен располагаться в хорошо освещенном месте, желательно

у окна. Человек за письменным столом должен располагаться лицом или левым боком к окну (для левшей — правым боком) для того, чтобы избежать образования тени от тела или руки че­ловека. Светильник искусственного освещения должен распо­лагаться относительно тела человека аналогичным образом.

Светильники должны располагаться над рабочим местом вне запретного угла, равного 45° (рис. 17). Кроме того, конст­рукция светильника должна исключать ослепление человека лучами, отраженными от рабочей поверхности (рис. 18, А). Для этого арматура светильника должна предусматривать направ­ление прямых лучей, исходящих от источника под иными уг­лами, исключающими попадание отраженного луча в глаз че­ловека (рис. 18, Б).

Почему сильное различие в освещенности отдельных участков помещения или различных помещений может привести к травме?

При переходе из хорошо освещенного участка или помеще­ния на плохо освещенный участок требуется некоторый про­межуток времени для адаптации глаза к низкой освещенности. В этот период человек плохо видит. Это может привести к тому, что человек споткнется, упадет, наткнется на какой-либо пред­мет и т. д. и получит травму. Особенно большая опасность воз­никает при очень большой разнице в освещенности — более чем 20...30 раз, что требует значительного времени для глубо­кой переадаптации глаза, в течение которого человек очень плохо видит или не видит вообще.

Ршс. 17. Схема уставом* светвдышков

Рис. 18. Выбор конструкции светильника: А — неправильно (ослепление отраженными лучами); Б — пра­вильно (исключение ослепления отраженными лучами)

Поэтому, если освещенность в помещении и коридоре, в который осуществляется выход из помещения, сильно разли­чается, необходимо улучшить освещение в коридоре. Для сни­жения вероятности получения травмы указанные выше обстоя­тельства особенно важно учитывать на лестничных клетках и других травмоопасных местах.

Обратите внимание на следующее:

правильная организация освещения и условий для выпол­
нения зрительных работ -*• залог сохранения хорошего зре­
ния на долгие годы;

при большем контрасте требуется меньшая освещенность;
поэтому на рабочем месте желательно обеспечить большой
контраст между объектом и фоном, на котором расположен
объект; с темными предметами лучше работать на светлом
фоне, а со светлыми — на темном фоне. Это позволит при
меньшем значении освещенности успешно выполнять ра­
боту и снизить зрительное утомление;

если изменить контраст объекта с фоном прем; например,
изменения коэффициента отражения фона нельзя, необхо*
димо увеличивать освещенность на рабочем месте.
Психофизиологическое воздействие цвета на человека.
Известно, что поверхности голубых тонов, а также очень

темные поверхности воспринимаются человеком как "отсту­пающие", т. е. представляются расположенными дальше, чем в действительности. Это иногда ведет к кажущемуся увеличению размеров помещения. Красные тона, наоборот, представляются "выступающими". Некоторые цвета, например, светло-фиоле­товые цвета оказывают на человека раздражающее действие и способствуют очень быстрому утомлению. Другие же, в част­ности зеленый, дают противоположный результат. Субъектив­ное восприятие человеком таких внешних факторов внешней среды, как температура, шум и другие, даже запахи, в опреде­ленной степени зависит от цветности поверхностей, находя­щихся в поле зрения.

Психофизиологическое воздействиейна человека цветности источников излучения и цвета поверхностей помещени* обя­зательно нужно учитывать при ц вето-световом оформлении интерьера. Например, для спален лучше применять ЛН и цве­товое оформление выполнять в мягких успок&юамнцк, напри­мер, желто-зеленых тонах. Наоборот, в помещения^» которых должна осуществляться работа, лучше применять люминес-

Таблица 2

Коэффициент использования светового потока

•• 1'-' Лампы накаливания
Тип
светиль-	,гух.	; у	СЗЛ-300-1	ППД-200	Ш„	ск-зоо
ника						^.
'*•«.»				70 1 50
*с. *'			ю	5» | 30	Ю.
/	Значение коэффициента использования, %
0,5										24 |			••-13й	, ф.			''-'П
0,6
0,7
0,8														22.
0,9		4!
,0														26-		ЗГ
,1																		Я
,25
,5
,75
2,0
2,25
2,5
3,0
3,5				55,								%
4,0
5,0	73*
Лампы люминесцентные
Тип	•'* '
светиль-	од	ДР и ПВЛ-6	одо	ОДОР	шод	шдп
ника	Г'- '•
'•Р*	70 1 50														70 | 50 | *,
г",%	50 | 30	.10	»												50 1 50 | 30
	Значение коэффициента использования, %
0,5													.23И
0,6	-34
0,7
0,8
0,9
1,0
1Д															31'
1,25					44 „
1,5
1,75										«54								4»
2,0													. 55		42 •
2^5												4*	.57,
2,5	65 '
3,0
3,5																		48-
4,0
5,0

центные лампы, а цветовое оформление выполнять в светлых, бодрящих тонах, стимулирующих активную деятельность.

Следует обратить внимание на то, что психофизиологиче­ское воздействие цвета на человека учитывается как весьма важный фактор, определяющий вопросы безопасности, напри­мер, окраска автомобилей, знаков безопасности, опасных уча­стков, трубопроводов, баллонов и т. д. Следует обратить вни­мание на то, что цвет имеет также и субъективно индивидуаль­ную сторон^ воздействия на эмоциональную сферу человека.

Расчет освещения

Искусстве

Дата добавления: 2014-01-11