แสงสว่างกับการมองเห็น

อัตราการให้พลังงานแสงของแหล่งกำเนิดแสง

แสงเป็นพลังงานอย่างหนึ่งที่ทำให้เกิดความสว่างบนพื้นผิว โดยแหล่งกำเนิดแสงจะเปล่งพลังงานแสงออกมาในหนึ่งหน่วยเวลา เรียกว่า ฟลักซ์ส่องสว่าง ( luminous Flux ) หรือ “อัตราการให้พลังงานแสง” มีหน่วยเป็น ลูเมน ( lumen; lm ) เขียนแทนด้วย ” F ” ตามบ้านเรือนเราใช้หลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสง

ความสว่าง (illuminance )

ความสว่างที่เกิดบนพื้นที่รองรับแสง เกิดจากฟลักซ์การส่องสว่าง หรืออัตราการให้พลังงานแสง ตกบนพื้นที่รองรับแสง หาได้จาก

F เป็น อัตราพลังงานแสงที่ตกตั้งฉากบนพื้น มีหน่วยเป็นลูเมน (lumen : lm)
A เป็น พื้นที่รับแสง มีหน่วยเป็นตารางเมตร
E เป็น ความสว่าง มีหน่วยเป็นลักซ์ (lux ; lx)

ตารางแสดงค่าฟลักซ์ของการส่องสว่าง

จากตารางหลอดไฟแบบฟลูออเรสเซนต์ที่กินไฟ 14 วัตต์ มีอัตราการให้พลังงานแสง 800 ลูเมน เกือบเท่ากับหลอดแบบไส้ ซึ่งกินไฟถึง 75 วัตต์ แสดงว่าการเลือกใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์จะสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าหลอดแบบมีไส้ ทั้งที่ได้ความสว่างเท่าๆกัน

รูปเครื่องวัดความสว่าง ( Lux meter )

ความสว่างที่เหมาะสมในสถานที่ต่างๆ มีความสำคัญมากต่อการทำงาน หรือการถนอมสายตา จึงมีการกำหนดความสว่างที่เหมาะสมไว้ ดังนี้

การถนอมสายตา

ตาเป็นอวัยวะที่มีความไวต่อแสง การมองในบริเวณที่แสงมีความเข้มมากกับบริเวณที่มีความเข้มแสงน้อย อาจทำให้เกิดอันตรายต่อตา หรือทำให้สายตาเสียได้

การดูวัตถุที่มีความสว่างมากเช่นดวงอาทิตย์ แสงจากการเชื่อมโลหะ จะต้องไม่มองสิ่งเหล่านี้โดยตรงเพราะความเข้มแสงมากจนทำให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อตาได้ หรือมองวัตถุที่แสงสว่างไม่มากเกินไปแต่มองต่อเนื่องเป็นเวลานานก็สามารถเกิดอันตรายต่อสายตาได้เช่นกัน การป้องกันไม่ให้แสงที่มีความเข้มมากเข้าสู่ตาโดยตรงเป็นวิธีป้องกันดวงตาจากวัตถุที่สว่างมากๆ

รูปการป้องกันดวงตาจากแสงที่สว่างมากๆ

การดูวัตถุที่มีความสว่างน้อยการดูวัตถุที่มีความสว่างน้อยก็จะทำให้เกิดความเสียหายต่อสายตาได้เนื่องจากจะต้องเพ่งสายตาเป็นเวลานาน เช่นการอ่านหนังสือในที่ที่มีแสงน้อยๆ จะทำกล้ามเนื้อตาเสื่อมเร็วกว่าปกติ ดังนั้นจึงต้องอ่านหนังสือในบริเวณที่มีแสงสว่างเพียงพอ เช่นมีการกำหนดความสว่างสำหรับห้องเรียนไว้ 300-700 Lux เป็นต้น

การอ่านหนังสือที่มีแสงสว่างน้อย จะทำให้สายตาเสีย

ตาและการมองเห็นสี

การมองเห็นวัตถุ เกิดจากการที่แสงไปตกกระทบสิ่งต่างๆ แล้วเกิดการสะท้อนเข้าสู่ตาเรา และผ่านเข้ามาในลูกตา ไปทำให้เกิดภาพบนจอ (Retina) ที่อยู่ด้านหลังของลูก ข้อมูลของวัตถุที่มองเห็นจะส่งขึ้นไปสู่สมองตามเส้นประสาท (optic nerve) สมองจะแปลข้อมูลเป็นภาพของวัตถุนั้น

ตาคนและกล้องถ่ายรูปมีส่วนประกอบที่ทำหน้าที่คล้ายกันมาก ตาประกอบด้วยเลนส์ตา เป็นเลนส์รับแสง
เรตินาทำหน้าที่คล้ายฟิล์มถ่ายรูป ถัดจากเรตินาเป็นใยประสาทซึ่งติดต่อกับประสาทตา ผ่านไปยังสมอง เวลามีแสงจากวัตถุตกบนเลนส์ตาจะเกิดภาพชัดที่เรตินา ตาจะเห็นวัตถุในลักษณะเดียวกับภาพของวัตถุที่ตกบนฟิล์มถ่ายรูป นอกจากนี้ตายังมีม่านตาเพื่อทำหน้าที่ปรับความเข้มของแสงบนเรตินาให้เหมาะโดยเปลี่ยนขนาดของพิวพิล ม่านตาจึงทำหน้าที่คล้ายไดอะแฟรมของกล้องถ่ายรูป นอกจากนี้ตายังมีกล้ามเนื้อยึดเลนส์ตาทำหน้าที่บังคับเลนส์ตาให้นูนมากหรือน้อย เพื่อให้เกิดภาพชัดบนเรตินา ส่วนนี้แตกต่างจากกล้องถ่ายรูป เพราะกล้องถ่ายรูปใช้วิธีเลื่อนตำแหน่งเลนส์เพื่อให้เกิดภาพชัดบนฟิล์ม

ตาคนปกติถ้ามองดูวัตถุที่ระยะอนันต์ ภาพจริงของวัตถุจะเกิดที่จุดโฟกัสของเลนส์ตาซึ่งอยู่บนเรตินาพอดี โดยระยะใกล้สุดของวัตถุที่ตาคนปกติมองเห็นได้ชัดเจนเรียกว่า ระยะใกล้ตาหรือจุดใกล้สุด(Near Point)โดยระยะใกล้ตาของคนที่มีสายตาปกติ คือ ประมาณ 25 เซนติเมตร ระยะไกลสุดที่ตาคนปกติมองเห็นได้ชัดเจนเรียกว่าระยะไกลตาหรือจุดไกลสุด(Far Point)โดยระยะไกลตาของคนที่มีสายตาปกติ คือ ระยะอนันต์ และ ดังรูป

รูปแสดงจุดไกล และจุดใกล้ของคนสายตาปกติ

สายตาสั้น

คนที่มีสายตาสั้นมองเห็นวัตถุได้ชัด ระยะใกล้ตาที่ระยะไม่ถึง 25 เซนติเมตร ระยะไกลตาไม่เห็นถึงระยะอนันต์ อาจแก้ไขได้โดยใช้เลนส์เว้าช่วยให้แสงไปตกที่เรตินาพอดี จะทำให้จุดไกลเห็นที่ระยะอนันต์ได้ สาเหตุเกิดจากเมื่อแสงมาจากระยะไกล เลนส์ตารวมแสงตกก่อนถึงเรตินา จึงทำให้ภาพมองไกลไม่ชัด

รูปเลนส์ตารวมแสงตกก่อนถึงเรตินา

วิธีแก้ไขปัญหาสายตาสั้น

ใช้แว่นตาที่ทำจากเลนส์เว้า ช่วยให้แสงกระจายกว้างมากขึ้นก่อน ทำให้เลนส์ตารวมแสงตกไกลมากขึ้นและไปตกที่เรตินาได้พอดี

ความยาวโฟกัสของเลนส์เว้าสำหรับสายตาสั้น f = ระยะชัดไกลที่สุดขณะยังไม่สวมแว่น

เช่น เด็กคนหนึ่งปกติมองชัดได้ไกลที่สุดไม่เกิน 120 เซนติเมตร จะต้องสวมแว่นที่ทำจากเลนส์เว้าที่มีความยาวโฟกัสเท่ากับ – 120 เซนติเมตร (ติดลบเพราะเป็นโฟกัสของเลนส์เว้า)

สายตายาว

คนที่สายตายาว มองเห็นวัตถุที่อยูไกล(ระยะอนันต์) เหมื่อนคนสายตาปกติ แต่มองวัตถุที่อยู่ใกล้ๆไม่ชัดโดยจุดใกล้สุดที่มองชัด วัตถุต้องอยู่ไกลกว่าระยะ 25 เซนติเมตร เช่นคนหนึ่งมองชัดขณะที่วัตถุอยู่ห่างออกไปไม่น้อยกว่า 50 เซนติเมตร เกิดจากเลนส์ตารวมแสงไปตกเลยเรตินา

รูปเลนส์ตารวมแสงตกหลังเรตินา

วิธีแก้ไขปัญหาสายตายาว

ใช้แว่นตาที่ทำจากเลนส์นูน ช่วยให้แสงรวมแคบลงก่อน ทำให้เลนส์ตารวมแสงตกใกล้เข้ามาและไปตกที่เรตินาได้พอดี

รูปแสดงการใช้เลนส์นูนรวมแสง แก้ปัญหาสายตายาว

หาความยาวโฟกัสเลนส์นูนแก้ปัญหาสายตายาวจาก

การมองเห็นสี

เมื่อให้แสงสีขาวตกกระทบวัตถุต่าง ๆ เราจะเห็นวัตถุมีสีแตกต่างกัน การมองเห็นสีต่าง ๆ นอกจากจะขึ้นอยู่กับ เซลล์รูปกรวยในเรตินาของตาแล้ว ยังมีสิ่งอื่นอีกที่มีอิทธิพลต่อการเห็นสีของวัตถุ คือ การที่จากนั้นผ่านสีต่าง ๆ ของตัวกลาง ก่อนเข้าสู่ตาเรา เช่น แสงขาวของดวงอาทิตย์ เมื่อผ่านปริซึม จะมองเห็นแสงสีถึง 7 สี เป็นต้น หรือ แสงสีต่าง ๆ ผ่านแผ่นกรองแสงสี เพื่อต้องการให้ได้แสงสีที่ต้องการ

ในกรณีที่แสงขาวตกกระทบวัตถุทึบแสง วัตถุนั้นจะดูดกลืนแสงแต่ละสีที่ประกอบเป็นแสงขาวนั้นไว้ในปริมาณต่าง ๆ กัน แสงส่วนที่เหลือจากการดูดกลืนจะสะท้อนกลับเข้าตา ทำให้เราเห็นวัตถุเป็นสีเดียวกับแสงที่สะท้อนมาเข้าตามากที่สุด ตามปกติวัตถุมีสารที่เรียกว่า สารสีทำหน้าที่ดูดกลืนแสง วัตถุที่มีสีต่างกันจะมีสารสีต่างกัน การเห็นใบไม้เป็นสีเขียว เป็นเพราะใบไม้มีคลอโรฟิลเป็นสารดูดกลืนแสงสีม่วงและสีแดง แล้วปล่อยแสงสีเขียวและสีใกล้เคียงให้สะท้อนกลับเข้าตามากที่สุด ส่วนดอกไม้ที่มีสีแดงเพราะดอกมีสารสีแดงซึ่งดูดกลืนแสงสีม่วง สีน้ำเงิน และสีเขียวส่วนใหญ่ไว้ แล้วปล่อยให้แสงสีแดงปนสีส้มและสีเหลืองให้สะท้อนกลับมาเข้าตามากที่สุด ส่วนสารที่มีสีดำนั้นจะดูดกลืนแสงทุกสีที่ตกกระทบทำให้ไม่มีแสงสีใดสะท้อนกลับเข้าสู่ตาเลย เราจึงเห็นวัตถุเป็นสีดำ แต่สารสีขาวนั้นจะสะท้อนแสงทุกสีที่ตกกระทบ

รูปที่ 4 วัตถุสะท้อนแสงสีเขียวเข้าสู่นัยน์ตา ทำให้มองเห็นวัตถุเป็นสีเขียว

การมองวัตถุสีหนึ่งที่มีความสว่างมากเป็นเวลานาน เช่นมองวัตถุสีเขียวนานๆ แล้วหันไปมองฉากสีขาวทันที จะมองเห็นฉากไม่เป็นสีขาวแต่จะเห็นเป็นสีม่วงแทน เพราะการมองสีเขียวนานจะทำให้เซลล์รูปกรวยที่ไวแสงสีเขียวล้า หยุดทำงานชั่วครู่ จึงทำให้เซลล์ไวแสงสีแดงกับน้ำเงินเท่านั้นที่ทำงาน จึงทำให้มองฉากขาวเป็นสีแดงม่วงแทนแผ่นกรองแสงสีคือแผ่นวัตถุสีซึ่งยอมให้แสงเพียงสีเดียวทะลุผ่านได้

เมื่อนำแผ่นกรองแสงสีมาห่อหุ้มโคมไฟ หรือใส่หน้าเลนส์กล้องถ่ายรูป จะเปลี่ยนสีของแสงที่ทะลุผ่าน โดยจะยอมให้เฉพาะแสงที่มีสีเดียวกับแผ่นกรองแสงสีนั้นผ่านเท่านั้น และดูดกลืนแสงความยาวคลื่นอื่นทั้งหมดที่อยู่ในแสงขาวไว้

ตาบอดสีตาบอดสี หรือที่เรียกว่า colour blindness เกิดขึ้นจากเซลล์ประสาทชนิดหนึ่ง ในม่านตาซึ่งมีความไวต่อสีต่าง ๆ มีความบกพร่องหรือพิการ ทำให้ดวงตาไม่สามารถที่จะมองเห็นสีบางสีได้ ตาบอดสี มีหลายชนิด ชนิดที่ทุกคนรู้จักโดยทั่วไปได้แก่ ตาบอดสีที่มองสีเขียว กับสีแดงไม่เห็น (Red – Green blindness) ซึ่งจะทำให้ไม่สามารถแยกสีแดงกับสีเขียวจากสีอื่น ๆ ได้ ดังนั้นคนตาบอดสีชนิดนี้จะมองเห็นสิ่งต่าง ๆ ในโลกเป็นสีน้ำเงิน สีเหลือง สีขาว สีดำ สีเทา และส่วนผสมของสีเหล่านั้นทั้งหมด คนที่ตาบอดสีจะมีปัญหาในการมองสีผิดเพี้ยนไปจากสีจริง เช่นสีของไฟจราจร เป็นต้น

การผสมสารสี

การพบโรคนี้ในผู้ชายมากกว่าผู้หญิง และมักเป็นกับแบบ แดง-เขียวแทบทั้งหมด เนื่องจากว่ายีน ที่ควบคุมการสร้างรงควัตถุรับสีชนิดสีแดง และสีเขียวนั้น (red-pigment gene, green-pigment gene) อยู่บนโครโมโซม X เมื่อยีนนี้ขาดตกบกพร่องไปในคนใดคนหนึ่ง ก็จะทำให้คนนั้นสามารถรับรู้ สีเหล่านั้นได้ลดลงกว่าคนปกติแน่นอนว่าผู้หญิงมีโอกาสเป็นน้อยกว่าเนื่องจากในผู้หญิงมีโครโมโซม X ถึงสองตัว ถ้าเพียงแต่ X ตัวใดตัวหนึ่งมียีนเหล่านี้อยู่ ก็สามารถรับรู้สีได้แล้ว ในขณะที่ผู้ชาย มีโครโมโซม X เพียงตัวเดียว อีกตัวเป็น Y ซึ่งไม่ได้มีแพคเกจบรรจุยีนนี้แถมมาด้วย;)ก็จะแสดง อาการได้เมื่อ X ตัวเดียวเท่าที่มีอยู่นั้นบกพร่องไป

สารสีมีคุณสมบัติในการดูดกลืนแสงสีเมื่อมีแสงขาวมากระทบ แล้วจะสะท้อนแสงสีที่เหลือมาเข้าตา เราจึงมองเห็นเป็นสีที่สะท้อนมาเข้าตา การที่เราเข้าใจการผสมสารสี จะทำให้เราเข้าใจการดูดกลืนและการสะท้อนแสงสีของวัตถุ

รูปการผสมสารสี

สารสีที่ไม่อาจจะสร้างขึ้นมาได้จากการผสมสารสีต่างๆได้ เรียกว่า สารสีปฐมภูมิ (primary colour)เมื่อมี แสงขาวตกกระทบสารสีแดงม่วง จะดูดกลืนแสงสีอื่นๆไว้ แต่ไม่ดูดกลื่นแสงสีแดงม่วง ,น้ำเงิน , แดงจึงสะท้อน 3 สีนี้ออกมา เมื่อแสงขาวตกกระทบสารสีเหลือง จะดูดกลืนแสงสีอื่นๆไว้แต่ไม่ดูดกลืนแสงสีเหลือง , แดง , เขียว เมื่อแสงขาวตกกระทบสารสีน้ำเงินเขียว จะดูดกลืนแสงสีอื่นๆไว้ แต่ไม่ดูดกลืนแสงสีน้ำเงินเขียว ,เขียว ,น้ำเงิน ถ้านำสารสีปฐมภูมิทั้ง 3 ผสมกันในปริมาณเท่ากันจะได้สารสีดำซึ่งจะดูดกลืนทุกแสงสี ไม่สะท้อนแสงสีใดเลย เรียกสารสีที่ได้จากการผสมสารสีปฐมภูมิ 2 สี ว่าสารสีทุติยภูมิ ได้แก่ สีเขียว , สีแดง , สีน้ำเงิน ตามรูป

การผสมแสงสี

แสงสีแดง , แสงสีเขียว , แสงสีน้ำเงิน เรียกว่า แสงสีปฐมภูมิ (primary colour light) เมื่อฉายแสงสีปฐมภูมิทั้ง 3 แสงสี ลงบนฉากสีขาว จะได้ผลของการผสมเป็น “แสงขาว” เมื่อนำแสงสีปฐมภูมิมาผสมกันบนฉากขาวที่ละคู่ ก็จะได้ผลของการผสมแสงสีตามรูป เช่น แสงสีแดง ผสมกับแสงสีเขียว จะได้แสงสีเหลือง ซึ่งเรียกผลที่ได้นี้ว่า “แสงสีทุติยภูมิ” ถ้าใช้ความเข้มของแสงสีนำมาผสมต่างๆกันไป แสงสีผสมที่เกิดขึ้นก็จะเกิดแสงสีที่มีความเข้มหลายระดับ

รูปการผสมแสงสี