1. Näkeminen

Valaistus suunnitellaan aina näkemistä varten. Tämän vuoksi on tiedettävä, miten silmä ja ihmisen näkeminen toimii, jotta ratkaisut ovat auttamassa tilassa tapahtuvaa toimintaa.

Silmä pystyy sopeutumaan hyvin erilaisiinkin valaistustilanteisiin ja valon määrään. Kuitenkin valaistustasolla on merkitystä siihen, miten hyvin yksityiskohdat erottuvat ja nähdäänkö värejä.

Valon määrällä ja laadulla on vaikutusta tuottavuuteen ja virheettömään työskentelyyn. Valolla on myös vaikutusta ihmisen vireystasoon ja mielialaan.

1.1. Näköelimet

Kokonaisuudessaan näköaistimuksen tuottavaa elinryhmää kutsutaan näköelimeksi. Näköelin käsittää silmän, näköhermon ja osia aivoista.

Yksinkertaistettuna näköelimen toiminta on seuraavanlainen:

1. Silmän optiset rakenteet heijastavat kuvan verkkokalvolle (Retina)

2. Verkkokalvolla silmän fotoreseptorit (sauva- ja tappisolut) muuttavat saapuvat fotonit hermoimpulsseiksi

3. Hermoimpulssit siirtyvät näköhermoa (Optical nerve) pitkin ulompaan polvitumakkeeseen (Lateral geniculate nucleus) ja sieltä näköhermoon (Visual cortex), jossa kuva muodostetaan. 

Ylen videopätkä näköelimestä (2 min 45 s): http://oppiminen.yle.fi/artikkeli?id=5843

1.2. Silmän rakenne

1.3. Silmän toiminta ja näkeminen

Näkemisen kannalta keskeisiä osatoimintoja ovat mm:

- keskeinen näöntarkkuus

- näkökenttä

- hämärä- ja värinäkö

- kontrastiherkkyys ja kontrastinäkö

- sopeutuminen (adaptaatio)

- mukautuminen (akkomondaatio)

- havaitsemisnopeus

- yhteisnäkö ja syvyysnäkö

- silmien liikkeet

- johtava silmä

1.4. Keskeinen näöntarkkuus

Näöntarkkuudella ymmärretään silmän kykyä erottaa hyvin lähellä toisiaan olevat kohteet erillisinä. Se määritellään sen pienimmän kulmaminuutteina mitatun näkökulma käänteisarvona, jossa silmä vielä pystyy erottamaan kaksi vierekkäistä viivaa valkoisella pohjalla.

Normaali näöntarkkuus on välillä 1,0…1,5. Näöntarkkuden laskiessa alle 0,3 on kyseessä heikkonäköisyys (esim. kaihi).

Näöntarkkuus on suurimmillaan tarkan näön keskuksessa foveassa. Näöntarkkuus heikkenee nopeasti tarkan näön alueen ympärillä verkkokalvon laitoja kohti. Näkökentän laidoilla pystymme hahmottamaan vain hyvin suuria esineitä ja liikettä.

Näkötarkkuus lisääntyy luminanssin kasvaessa ja riippuu myös ympäristön luminanssista ja valon väristä.  Yksitaajuisessa eli monokromaattisessa valossa näöntarkkuus on parempi.

Mielenkiintoista on myös se, että liian pientä ympäristön luminanssia voidaan kompensoida vain osittain kohteen luminanssia lisäämällä. Tämä johtuu siitä, että liian heikosti valaistussa ympäristössä kohteen luminanssin ylittäessä tietyn pisteen alkaa näöntarkkuus taas heikentyä.

1.5. Näkökenttä

Näkökenttä on molemmilla silmillä yhtä aikaa katsottuna suurempi kuin kummallakaan

silmällä yksistään katsottaessa.

Otsa, nenä ja posket rajoittavat näkökenttää siten, että se vaakatasossa on laajempi kuin pystytasossa.

Koko näkökentän laajuus vaakasuunnassa molemmilla silmillä yhtä aikaa katsottaessa on noin 190 astetta. Vaakatason alapuolelle näkökenttä ulottuu 70 ... 80° ja yläpuolelle 50 … 60°.

2. Hämärä- ja värinäkeminen

Verkkokalvon fotoreseptorit 

Näkemistä ajatellen silmässä on kahdenlaisia valoa eli fotoneita absorboivia fotoreseptoreita, joita nimitetään tappi- ja sauvasoluiksi.

Valoärsyke aiheuttaa tappi- ja sauvasoluissa kemiallisia muutoksia, jotka synnyttävät edelleen näköhermoa pitkin aivoihin siirtyvät hermoimpulssit.

2.1. Hämärä ja värinäkeminen

Hämärä- ja värinäkemisen alueet näkökentässä 

Tarkan näkemisen alueella, foveapisteen läheisyydessä, on paljon tappisoluja, jotka aistivat erityisesti punaista ja vihreää. Laajemmin verkkokalvolla on tappisoluja, jotka aistivat sinistä.

Näköalueen reunoilla tappisoluja on vähän, jonka vuoksi värejä ei näkökentän reunoilla nähdä.

Sauvasolut ovat sijoittuneet tappisoluja laajemmalle alueelle, mutta niitä ei ole tarkan näkemisen alueella.  Sen vuoksi hämärässä ei nähdä tarkasti.

3. Silmän spektriherkkyys

Silmä ei havaitse valon eri aallonpituuksia yhtä hyvin, vaan valoisuusaistimus riippuu

silmään tulevan valon aallonpituudesta silmän spektriherkkyysluvun mukaisesti.

Tappinäkemisessä silmä on herkin kellanvihreälle valolle, jonka aallonpituus on 555 nm (V(λ)-käyrä).

Heikossa valaistuksessa silmän herkkyysmaksimi siirtyy siniseen päin ja värit alkavat menettää kylläisyyttään. Pelkässä sauvanäkemisessä herkkyysmaksimi on 507 nm (V’(λ)-käyrä) ja koska sauvat eivät aisti värejä, ei värejä nähdä lainkaan.

4. Silmän kontrastiherkkyys

Hahmojen, muotojen ja yksityiskohtien erottaminen perustuu luminanssi- ja värierojen havaitsemiseen joista luminanssiero, eli luminanssikontrasti on merkittävämpi. Luminanssikontrastin määritelmä on:

Mitä suurempi on kohteen ja taustan välinen luminanssikontrasti, sitä paremmin kohde näkyy.

Silmän kontrastiherkkyydellä tarkoitetaan pienimmän havaittavissa olevan luminanssikontrastin käänteisarvoa.

Kontrastiherkkyys kasvaa luminanssin kasvaessa ja on riippuvainen ympäristön luminanssista. Kontrastiherkkyyttä parantaa myös suurempi kohteen koko, värierot ja varjot.

Kontrastiherkkyys kasvaa ensin nopeasti luminanssin kasvaessa, kunnes suurilla luminanssitasoilla alkaa esiintyä häikäisyä (kuva alla).