Глаз как оптическая система

ГЛАЗ КАК ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Ва

Глаз человека имеет приблизительно шарообразную форму; диаметр его (в среднем) 2,5 см (рис. 1); глаз окВнружен снаружи тремя оболочВнками

Внешняя твердая и прочная оболочка /, называемая склеВнрой или белковой оболочкой, заВнщищает внутренность глаза от механических повреждений. Склера на передней части глаВнза прозрачна и называется рогоВнвой оболочкой или роговицей 2; на всей остальной части глаза она непрозрачна, имеет белый цвет и называется белком.

С внутренней стороны к склеВнре прилегает сосудистая оболочка 3, состоящая из сложного сплетеВнния кровеносных сосудов, питаВнющих глаз. Эта вторая оболочка в передней части глаза переходит в радужную оболочку, окрашенВнную у разных людей в различный цвет. Радужная оболочВнка имеет в середине отверстие, называющееся зрачком 4. Радужная оболочка способна деформироваться и таким образом менять диаметр зрачка. Изменение это происходит рефлекторно (без участия сознания) в зависимости от коВнличества света, попадающего в глаз; при ярком освещении диаметр зрачка равен 2 мм, при слабом освещении доходит до 8 мм

На внутренней поверхности сосудистой оболочки распоВнложена сетчатая оболочка, или сетчатка 6. Она покрывает все дно глаза, кроме его передней части. Сзади через обоВнлочку входит зрительный нерв 7, соединяющий глаз с мозгом. Сетчатка состоит в основном из разветвлений волоВнкон зрительного нерва и их окончаний и образует светоВнчувствительную поверхность глаза.

Рисунок 1 . Схематический разВнрез глаза человека. 1 тАФ белВнковая оболочка, 2 тАФроговая оболочка, 3 тАФ сосудистая обоВнлочка, 4 тАФ зрачок, 5 тАФ хруВнсталик, 6 тАФ сетчатая оболочВнка, 7 тАФ нерв, 8 тАФ стекловидВнное тело, 9 тАФ передняя каВнмера

Промежуток между роговой и радужной оболочками наВнзывается передней камерой 9; он заполнен камерной влагой . Внутри глаза, непосредственно за зрачком, расВнположен хрусталик 5, представляющий собой прозрачное упругое тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы. КриВнвизна поверхностей хрусталика может меняться в резульВнтате действия облегающей его со всех сторон мышцы. ПоВнсредством изменения кривизны поверхностей хрусталика достигается приведение изображения предметов, лежащих на различных расстояниях, точно на поверхность чувствиВнтельного слоя сетчатки; этот процесс называется аккомодаВнцией. Вся полость глаза за хрусталиком заполнена прозрачВнной студенистой жидкостью, образующей стекловидное тело 8.

По своему устройству глаз как оптическая система схоВнден с фотоаппаратом. Роль объектива выполняет хрусталик совместно с преломляющей средой передней камеры и стеВнкловидного тела. Ва Изображение получается на светочувстВнвительной ВаВа поверхности ВаВа сетчатки. ВаВа Наводка ВаВа на ВаВа резкость изображения осуществляется путем аккомодации. Наконец, зрачок играет роль изменяющейся по диаметру диафрагмы. Способность глаза к аккомодации обеспечивает возможВнность получения на сетчатке резких изображений предмеВнтов, находящихся на различных расстояниях. Нормальный глаз в спокойном состоянии, т. е. без какого-либо усилия аккомодации, дает на сетчатке отчетливое изображение удаВнленных предметов (например, звезд). С помощью мышечного усилия, увеличивающего кривизну хрусталика и, следоваВнтельно, уменьшающего его фокусное расстояние, глаз осуВнществляет наводку на нужное расстояние. Ва НаименьВншее Ва расстояние , ВаВа на котором нормальный глаз моВнжет отчетливо видеть предметы, меняется в зависимости от возраста от 10 см (возраст до 20 лет) до 22 см (возраст около 40 лет). В более пожилом возрасте способность глаза к аккомодации еще уменьшается: наименьшее расстояние доходит до 30 см и более тАФ возрастная дальнозоркость.

Далеко не у всех людей глаз является нормальным . Нередко задний фокус глаза в спокойном состоянии находитВнся не на самой сетчатке (как у нормального глаза), а с той или другой стороны от нее. Если фокус глаза в спокойном состоянии лежит внутри глаза перед сетчаткой (рис. 2, а ), то глаз называется близоруким. Такой глаз не может отчетливо видеть отдаленные предметы, так как наВнпряжение мышц при аккомодации еще сильнее отдаляет фокус от сетчатки. Для исправления близорукости глаза должны быть снабжены очками с рассеивающими линзами (рис. 2, б).

Рис. 2. Близорукость глаза (а) исправляется с помощью рассеиваюВнщей линзы (б); ВаВа дальнозоркость (в) тАФ с ВаВа помощью ВаВа собирающей Ва линВнзы (г)

В дальнозорком глазе фокус при спокойном состоянии глаза находится за сетчаткой (рис. 2, в). ДальноВнзоркий глаз преломляет слабее нормального. Для того чтоВнбы видеть даже весьма удаленные предметы, дальнозоркий глаз должен делать усилие; для видения близко лежащих предметов аккомодационная способность глаза уже недоВнстаточна. Поэтому для исправления дальнозоркости упоВнтребляются очки с собирающими линзами (рис. 2, г ), приводящие фокус глаза в спокойном состоянии на сетчатку

Оптические приборы, вооружающие глаз.

Хотя глаз и не представляет собой тонкую линзу, в нем можно все же найти точку, через которую лучи проходят практически без преломления, т. е. точку, играющую роль оптичеВнского центра . Оптический центр глаза находится внутри хрусталика вблизи задней поверхВнности его. Расстояние h от оптического центра до сетчатой оболочки, называемое глубиной глаза, составляет для норВнмального глаза 15 мм

Зная положение оптического центра, можно легко постВнроить изображение какого-либо предмета на сетчатой обоВнлочке глаза. Изображение всегда действительное, уменьшенное и обратное (рис. 3, а). Угол ПЖ , под которым виден предмет S 1 S 2 из оптического центра глаза О, называется углом зрения.

Сетчатая оболочка имеет сложное строение и состоит из отдельных светочувствительных элементов. Поэтому две точки объекта, расположенные настолько близко друг к другу, что их изображения на сетчатке попадают на один и тот же элемент, воспринимаются глазом как одна точка. Минимальный угол зрения, под которым две светящиеся точки или две черные точки на белом фоне воспринимаются глазом еще раздельно, составляет приблизительно одну миВннуту

Рис. 3. а) Угол зрения ( ПЖ = S ' 1 S ' 2 / h = S 1 S 2 ,/ D ; б) при увеличении угла зрения увеличивается изображение рассматриваемого предмета на сетВнчатке; N = b '/ b = ПЖ '/ ПЖ

Глаз плохо распознает детали предмета, которые он видит под углом менее 1'. Это тАФ угол, под которым виден отрезок, длина которого 1 см на расстоянии 34 м от глаза. При плохом освещении (в сумерках) минимальный угол разВнрешения повышается и может дойти до 1В°

Приближая предмет к глазу, мы увеличиваем угол зреВнния и, следовательно, получаем возможность лучше разлиВнчать мелкие детали. Однако очень близко к глазу приблиВнзить предмет мы не можем, так как способность глаза к акВнкомодации ограничена. Для нормального глаза наиболее благоприятным для рассматривания предмета оказывается расстояние около 25 см, при котором глаз достаточно хорошо различает детали без чрезмерного утомления. Это расстояние называется расстоянием наилучшего зрения. Для близоруВнкого глаза это расстояние несколько меньше. Поэтому близоВнрукие люди, помещая рассматриваемый предмет ближе к глазу, чем люди с нормальным зрением или дальнозоркие, видят его под большим углом зрения и могут лучше разВнличать мелкие детали

Значительное увеличение угла зрения доВнстигается с помощью оптических приборов. По своему назВнначению оптические приборы, вооружающие глаз, можно разбить на следующие две большие группы

1. Приборы, служащие для рассматривания очень мелких предметов (лупа, микроскоп). Эти приВнборы как бы ВлувеличиваютВ» рассматриваемые предметы

2. Приборы, предназначенные для рассматривания удаленных объектов (зрительная труба, биВннокль, телескоп и т. п.). Эти приборы как бы ВлприближаютВ» рассматриваемые предметы

Благодаря увеличению угла зрения при использовании оптического прибора размер изображения предмета на сетчатке увеличивается по сравнению с изображением в неВнвооруженном глазе и, следовательно, возрастает способВнность распознавания деталей. Отношение длины изображеВнния на сетчатке в случае вооруженного глаза b ' к длине изображения для невооруженного глаза b (рис. 3, б) называется увеличением оптического прибора.

Вместе с этим смотрят:

Голография и ее применение
Гравитация
Давление в жидкости и газе
Два типа фазовых переходов и третье начало термодинамики