Глаз человека

Большинство оптических приборов работает совместно с глазом человека, оптические свойства которого имеют немаловажное значение при рассмотрении действия и устройства прибора. Во многих случаях приходится приспосабливать конструкцию прибора к зрительному восприятию изображения.

Глаз человека является природным оптическим устройством и имеет сложной устройство.

Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 грамм.

Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяться в пределах от 1 до 8 мм.

Помимо сосудов радужная оболочка содержит большое количество пигментных клеток, в зависимости от их содержания и глубины залегания радужная оболочка имеет различный цвет. Когда в радужной оболочке нет никакого цветного вещества, то она кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах. В этом случае глаза плохо защищены от света и иногда страдают светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.

Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта сетчаткой, представляющей собой светочувствительный слой. Получаемое светочувствительными элементами сетчатки раздражение передается волокнам зрительного нерва и по ним достигает зрительных центров мозга. Между сетчаткой и склерой находится тонкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

Место входа зрительного нерва представляет собой слепое пятно. Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через цент желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза на угол около .

Рассмотрим упрощенную схему глаза (рисунок). Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на внутренней поверхности глаза, сетчатой оболочке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение и оно воспринимается как прямое).

Оптическую систему глаза составляют роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело (рисунок). Особенностью этой системы является то, что последняя среда, проходимая светом непосредственно перед образованием изображения на сетчатке, обладает показателем преломления отличным от единицы. Вследствие этого фокусные расстояния оптической системы глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.

Преломление света в глазе происходит главным образом на его внешней поверхности – роговой оболочке, или роговице, а также на поверхностях хрусталика. Радужная оболочка определяет диаметр зрачка, величина которого может изменяться непроизвольным мышечным усилием от 1 до 8 мм.

Оптическая система глаза чрезвычайно сложна, поэтому при расчетах хода лучей обычно пользуются упрощенными, эквивалентными истинному глазу «схематическими глазами».

Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние (дптр), где - заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.

Глаз человека обладает двумя свойствами:

· адаптация – приспособление к различным условиям освещения;

· аккомодация – приспособление к различным расстояниям до рассматриваемого предмета.

Адаптация глаза достигается при помощи трех структурных – физиологических устройств, механизмов:

• изменение диаметра зрачка глаза в пределах от 2-х до 8-ми мм, по площади величина зрачка меняется в 16 раз,
• переход от палочек к колбочкам. Палочки обладают большей чувствительностью, но они спектрально не селективны, т.е. не различают света;
• разложение светочувствительного вещества (родопсина или йодопсина) и перемещение темного пигмента к наружной поверхности сетчатки.

Различают три вида адаптации – световая, когда работают только колбочки и глаз хорошо различает все цвета; сумеречная – работают одновременно часть колбочек и часть палочек – оттенки цветов меняются и плохо различимы; ночная (темновая) – работают только палочки, глаз цветов совсем не различает.

Адаптирование глаза на свет или темноту, особенно на темноту, происходит длительное время, необходимое для разложения (на свет) или восстановление (на темноту) светочувствительного вещества. Механизм аккомодации действует автоматически, независимо от воли человека. Аккомодация глаза состоит из двух процессов:

· во-первых, изменение кривизны поверхности хрусталика под воздействием мускулов и, следовательно, изменение фокусного расстояния хрусталика;

· во-вторых, изменения направления визирования осей глаз и приведение точки пересечения на поверхность наблюдаемого объекта.

Оба эти процесса согласованы. Когда предмет находится на бесконечности, мускулы хрусталика расслаблены, глаз имеет максимальное фокусное расстояние и визирные оси параллельны. При приближении предмета мускулы хрусталика начинают сокращаться, одновременно оба глазных яблока поворачиваются по направлению к носу и визирные оси образуют угол тем больше, чем ближе наблюдаемый предмет.

К приборам, работающим совместно с глазом, предъявляются требования согласования визирных осей и положения изображения. В бинокулярных приборах визирные оси окуляров должны быть параллельными и из них должны выходит параллельные пучки лучей, если изображение находится на бесконечности. Если же изображение располагается на расстоянии наилучшего видения, 250 мм, то оси окуляров должны составлять между собой небольшой угол, соответствующий этому расстоянию. При несоблюдении этого условия глаза наблюдателя быстро утомляются и начинают болеть.

На бинокулярные приборы устанавливаются определенные допуска на величину рассогласования этих требований.

При ненапряженном мускуле хрусталика глаз способен видеть далекие предметы, при уменьшении фокусного расстояния – близкие.

Существуют определенные пределы аккомодации глаза. Если рассматривать палец, приближая его постепенно к глазу, то обнаруживается что отчетливо его можно видеть только до некоторого предела – ближайшая точка , до которой действует аккомодация глаза при максимальном напряжении мускулов хрусталика (рис. 5.10.2). Существует также и дальняя точка глаза , дальше которой предметы неотчетливо видимыми. Ближайшая точка постепенно отодвигается от глаза в течении всей жизни человека. В среднем возрасте (30 лет) – - 125 мм; 55 – 60 лет, достигает 250 мм. Если этот отрезок становится более 250 мм, то наступает состояние зрения, которое называется старческой дальнозоркостью или пресбиопией.

Остротой зрения или разрешающей способностью глаза называется способность глаза различать две близкие точки раздельно друг от друга. Острота зрения является функцией размера колбочек. Каждая клеточка сетчатки (рис. 5.10.3) может воспринимать одновременно лишь одно зрительное впечатление. Если изображение двух источников света попадает на одну ячейку сетчатки (А), то глаз их различить не может. Также, если изображения попадают на соседние клетки (Б), глаз не в состоянии видеть их раздельно. Между засвеченными ячейками должна находится обязательно не засвеченная ячейка, тогда предметы видны раздельно (С). Для глаза человека разрешающая способность в среднем равна одной угловой минуте, при наблюдении изображения на экране – 2-3 минуты. Совсем по другому обстоит дело, когда мы наблюдаем два штриха (D), - нониальное совмещение штрихов; здесь каждый штрих может попасть на свой ряд колбочек и разрешающая способность увеличивается до 10 секунд.

Положение точки глаза бывает весьма различны в зависимости от свойств зрения человека. Различают три состояния зрения у человека:

· нормальное зрение, или эмметропия,

· близорукость, илимиотропия,

· дальнозоркость, или гиперметропия.

Дата добавления: 2015-06-04