Глаз. Угол зрения

Глаз по своему устройству (рис. 3.1) является в известном смысле аналогом фотоаппарата. Роль объектива играет совокупность преломляющих сред, состоящих из водянистой влаги А, хруста­лика L и стекловидного тела Q.

Наводка на различно удаленные предметы, носящая название аккомодации, достигается путем мышечного усилия, изменяющего кривизну хрусталика. Пределы расстояний, на которые возможна аккомодация, носят название даль­ней и ближней точек. Для нормального глаза дальняя точка, фиксируемая без усилий, лежит в бесконечности, а ближняя — на расстоянии, зависящем от воз­раста (от 10 см для двадцатилетних до 22 см к сорока годам). В более пожилом возрасте пределы ак­комодации сужаются еще более (старческая дальнозоркость). Не­редко встречаются глаза с ненор­мальными пределами аккомодации уже в молодом возрасте: близо­рукие, для которых дальняя точка лежит на конечном расстоянии, иногда на очень небольшом, и дальнозоркие, с увеличенным расстоянием до ближней точки. Эти недостатки могут быть исправлены применением дополнительных линз, рассеивающих или собира­тельных (очки).

Нормальный глаз в состоянии аккомодировать область от 10—22 см до бесконечности. Для близорукого глаза область акко­модации приближена и ограничена на своей дальней границе. Для дальнозоркого глаза начало области

аккомодации отодви­нуто, а дальняя точка лежит на отрицательном расстоянии,

т. е. за глазом. Это значит, что дальнозоркий глаз способен рассматри­вать мнимые точки, т. е. сводить на сетчатую оболочку не только параллельные, но и сходящиеся пучки. Таким образом, оптическая сила близорукого глаза больше, а дальнозоркого меньше, чем нормального.

Апертурная диафрагма осуществляется в глазу радужной обо­лочкой i (ирис) (см. рис. 3.1), определяющей «цвет глаза» и обладающей отверстием переменной величины (зрачок глаза). Изобра­жение зрачка в передней оптической части глаза (камера с водя­нистой влагой) определяет собой входной зрачок; он почти совпа­дает с реальным зрачком. Изменение диаметра зрачка играет ту же роль, что изменение апертурной диафрагмы в фотообъективе: регулирует доступ света в глаз и изменяет глубину фокусировки. Фотографической пластинке аппарата соответствует сетчатая обо­лочка глаза R_, сложное устройство и функции которой описаны ниже.

Сет­чатка представляет собой сложную структуру, состоящую из не­скольких слоев нервных клеток разного типа и разного назначения, и играет роль приемника излучения.

Схематический разрез сетчатки приведен на рис. 3.2. Свет поступает со стороны, соответствующей верхней части рисунка. Непосредственно светочувствительными являются так называемые рецепторные клетки — колбочки и палочки, заложенные в послед­нем слое сетчатки (см. рис.3.2.).

Именно в палочках и колбочках свет вызывает первичное раздражение, которое превращается в электрические импульсы. Последние передаются через ряд про­межуточных клеток и выходят из сетчатки по волокнам зритель­ного нерва. Эти волокна (число их порядка нескольких миллионов) передают сигналы в подкорковые центры, а оттуда — в кору голов­ного мозга. Число рецепторных клеток весьма велико. В глазу человека число колбочек достигает 7 миллионов, а число палочек — 130 миллионов. Распределены они очень неравномерно. Периферия глаза занята почти исключительно палочками; число колбочек на единицу площади возрастает по мере приближения к центру глаза. Несколько в стороне от оптической оси глаза, ближе к виску, расположена область, именуемая желтым пятном и имею­щая в середине небольшое углубление («центральная ямка»), заня­тое исключительно колбочками, число которых достигает здесь 13 000—15 000. Центральная ямка играет особо важную роль при различении деталей.

Опыт показывает, что мы ясно видим только те предметы, изобра­жение которых проектируется на желтое пятно, и особенно хорошо различаем детали, проектирующиеся на центральную ямку. Когда же изображение падает на периферические части глаза, то, хотя ощущение света вполне отчетливо, различение деталей практически не имеет места.

Для многих чисто оптических задач преломляющая система глаза может быть заменена приведенным глазом, построенным из одно­родного прозрачного вещества и имеющим следующие постоянные (по Гульстранду):

Преломляющая сила в диоптриях 58,48

Длина глаза 22 мм

Радиус кривизны

преломляющей поверхности 5,7 мм

Показатель преломления среды 1,33

Радиус кривизны сетчатки 9,7 мм

О — оптический центр глаза; h — глубина глаза; А В — предмет; аb — его изображение в невооруженном глазу; φ — угол зрения невооруженного глаза; а'b' — изображение предмета в глазу, вооруженном оптической системой Σ; φ' — угол зрения вооруженного глаза.

Комбинация указанных факторов при­водит к тому, что нормальный глаз позво­ляет очень хорошо судить о внешнем виде предметов. Однако вследствие характера структуры сетчатой оболочки, состоящей из отдельных элементов, глаз воспринима­ет как единую две точки объекта, если они настолько близки, что обе изображаются на одном элементе сетчатки (колбочке). Таким образом, участок предмета, изо­бражение которого лежит внутри границ, определяемых структурой сетчатки, вос­принимается как точка (так называемая физиологическая точка), и никакое распознавание деталей в пре­делах этого участка невозможно. Величина такого участка за­висит, конечно, от расстояния объекта до глаз и может быть определена углом зрения, обусловливающим соответственный раз­мер изображения (рис. 3.3), ибо диаметр изображения ab = φ h, где φ — угол зрения, h — глубина глаза (от оптического центра О до сетчатки), равная для среднего глаза 15 мм. Минимальный угол зрения, необходимый для различения деталей, носит название физиологического предельного угла и равен для невооруженного глаза приблизительно одной минуте. Однако такое значение угла разрешения деталей невооруженным глазом имеет место при усло­вии, что наблюдаемый объект хорошо освещен.