Зрачок глаза

Важнейшей характеристикой оптической системы является диаметр входного зрачка. Однако у глаза этот диаметр непостоянен и зависит от яркости картины, воспринимаемой глазом. Зрачок – это отверстие в непрозрачной радужной оболочке, через которое световой поток проникает внутрь глаза. Диаметр входного зрачка глаза D_p – это диаметр наблюдаемого через роговицу изображения истинного зрачка глаза [14]. Изменение диаметра зрачка осуществляется благодаря сокращению одних и расслаблению других мышц радужной оболочки и происходит без участия воли человека. Зрачковый рефлекс может вызываться различными причинами, даже эмоциями, но прежде всего – изменением яркости фона. По мере увеличения яркости фона происходит уменьшение диаметра зрачка. В общем виде эта зависимость выражается формулой [1]:

(3)

где D_p – диаметр зрачка глаза, мм;

L – яркость фона, кд/м²;

th – гиперболический тангенс.

На рис.4 штриховой линией обозначены зависимости, полученные Ривсом (2) и Пинегиным (3). Кривая 1 построена по формуле (3). Пинегин Н.И. установил зависимость диаметра зрачка не только от яркости фона, но и от его размера: уменьшение углового размера поля при постоянной яркости приводит к увеличению зрачка [7]. При постоянной яркости фона увеличение поля свыше 5 – 10° практически не оказывает влияния на размер зрачка глаза.

Рис. 4 – Зависимость диаметра зрачка глаза от яркости фона

С возрастом диапазон изменений зрачка уменьшается, так как максимальный размер зрачка становится меньше. Зависимость диаметра зрачка от возраста приведена на рис.5.

Рис. 5 – Зависимость диаметра зрачка глаза от возраста: 1 – фотопическое зрение (L =5 кд/м²); 2 – скотопическое зрение (L =10^-2 кд/м²)

Реакция сужения и расширения зрачка отличаются одна от другой по времени: сужение зрачка начинается через 0,01 – 0,2 с после увеличения яркости фона и продолжается 1 – 5 с в зависимости от яркости фона. Например, при мгновенном изменении яркости фона от 10^-6 до 300 кд/м² сужение зрачка происходит примерно за 5 с. Расширение зрачка имеет больший скрытый период и длится значительно дольше. На рис.6 приведены данные о скорости сужения зрачка при переходе от яркости 10^-6 к яркости 300 кд/м² и о скорости его расширения при обратном переходе к темноте. Верхняя шкала по оси абсцисс означает время, относящееся к расширению зрачка, нижняя – к сужению зрачка. Как видно из графика, для максимального сужения зрачка потребуется около 5 с, для обратного же его расширения после прекращения светового раздражения – около 3 мин. На рис.7 представлена зависимость диаметра зрачка от освещенности на зрачке глаза (для точечных источников). Как видно, этот процесс мало зависит от рефракции глаза.

Рис. 6 – Ход сужения и расширения зрачка (по Ривсу)

Рис. 7 – Зависимость диаметра зрачка глаза от освещенности на зрачке: 1 – эмметроп; 2 – гиперметроп; 3 – миоп

Диаметр зрачка зависит от состояния аккомодации и конвергенции: усиление аккомодации и конвергенции влечет за собой сужение зрачка, их ослабление – расширение зрачка. Изменение возможно также при изменении только аккомодации или конвергенции. Это изменение особенно значительно при малых яркостях фона. Например, по данным Курве, при яркости фона 0,2 кд/м² увеличение аккомодации от 0 до 7 дптр вызывает почти двукратное уменьшение размера зрачка:

Для изменения диаметра зрачка глаза применяют методы фото- и кинорегистрации [8].

В работе [9] исследована зависимость диаметра зрачка глаза при наблюдении изображения на экране электронно-оптического преобразователя в приборах ночного видения. Особенности поля адаптации (экрана ЭОП), связанные с излучением люминофора, флуктуациями яркости на экране, наличием сцинтиляций, вызывают некоторое изменение зрачковой реакции в сторону увеличения зрачка. При этом зависимость диаметра зрачка от яркости экрана ЭОП выражается формулой

(4)

Формула справедлива при 10^-4 кд/м² < L < 10² кд/м², т.е. при реально возможных яркостях экрана ЭОП.