Глаз

Прежде чем рассматривать приборы, вооружающие глаз, ознакомимся с оптической системой самого глаза (рис. 5.25). Существенными частями глаза- (как оптической системы) являются зрачок — отверстие в непрозрачной радужной оболочке В, размеры которого меняются в зависимости от яркости объекта, предохраняя глаз от перегрузки; двояковыпуклая линза, называемая хрусталиком; мышечные усилия позволяют человеку менять кривизну хрусталика (и тем самым оптическую силу глаза) в зависимости от расстояния глаза до объекта; стекловидное тело Т, являющееся дополнительной толстой линзой. Вместе с хрусталиком стекловидное тело обеспечивает создание уменьшенного действительного перевернутого изображения объекта на сетчатке S, где находятся светочувствительные окончания зрительного нерва N: колбочки, работающие при более или менее значительной освещенности и обеспечивающие цветное зрение, и палочки, работающие при малых освещенностях, но не различающие цветов. Светочувствительное вещество, имеющееся в этих окончаниях, разлагается под действием света и снова восстанавливается при уменьшении освещенности. Изменение химического состава вызывает раздражение зрительного нерва и посылку соответствующего сигнала в мозг — эта часть процесса восприятия света выходит за рамки физики. Размеры палочек и колбочек очень малы (меньше 0,01 мм).

Точка К внутри хрусталика (см. рис. 5.25) соответствует оптическому центру глаза: луч, идущий через него, не испытывает преломления. Линия НН является главной оптической осью глаза, линия QQ'— одной из побочных оптических осей.

В ненапряженном состоянии глаз сфокусирован на весьма удаленные объекты, при этом его оптическая сила достигает 60 дптр. При мышечном напряжении глаз способен различать детали более близких предметов. Расстоянием наилучшего зрения L (20—25 см) называют расстояние, на котором глаз работает без утомления и позволяет различать мелкие предметы под наибольшим углом зрения α. Две точки кажутся раздельными, если они возбуждают две различные светочувствительные клетки (колбочки), между которыми остается одна невозбужденная. При этом угол зрения на них составляет не менее одной дуговой минуты; на расстоянии наилучшего зрения этому отвечает расстояние между точками, равное приблизительно 0,06 см.

Глаз почти свободен от сферической аберрации и совершенно не обладает хроматической аберрацией. Чувствительность глаза изменяется в огромных пределах — отношение наибольшей интенсивности, уже опасной для глаза, к наименьшей (для ее восприятия глаз должен довольно длительно находиться в темноте — приспосабливаться) — достигает 1012; напомним, что у обычных измерительных приборов это отношение не превышает 102. Как указывалось в главе 2, область длин волн, воспринимаемых глазом, ограничена. Благодаря конечной длительности зрительного восприятия (около 0,1 с) быстро меняющиеся образы сливаются в сознании человека в непрерывно меняющийся, образ. Это позволило осуществить ряд технических достижений: использовать для освещения лампы с быстро меняющейся интенсивностью (газоразрядные и люминесцентные), создать кинематограф и телевидение.

Довольно распространенные недостатки глаза — чрезмерная оптическая сила (близорукость) и слишком малая оптическая сила, (дальнозоркость) — исправляются простейшими очками: первый — рассеивающими линзами, второй — собирающими, приводящими оптическую силу системы к норме.

При рассматривании предмета глаз все время беспорядочно , перемещается, рассматривая различные точки поверхности предмета и сосредоточиваясь на наиболее интересных участках. На рисунке 5.26 показан след светового зайчика, отраженного маленьким зеркальцем, прикрепленным к глазному яблоку. След отмечает области, куда была направлена ось глаза при двухминутном рассматривании портрета девушки.

Рис. 5.26

Рис 5.28

Ощущение глубины пространства и оценка расстояния до известных предметов (в незнакомой обстановке ошибки в оценке расстояния поразительно велики, о чем знает всякий, впервые попавший в горы) связаны со зрением двумя глазами. На рисунке 6.27 схематически показаны изображения двух точек А и В в глазах человека. Как видно из рисунка, положение изображений на сетчатке и их взаимное удаление различны. Оба восприятия сливаются в сознании в одно, причем возникает ощущение глубины пространства н расстояния между объектами. Это восприятие дается опытом и у детей развито значительно слабее, чем у взрослых. Определенную роль в таком стереоскопическом зрении играют мышечные усилия, требуемые для ориентации оси глаза в нужном направлении. Способность точной оценки сохраняется до расстояний, близких к 1,5—2 км. Для увеличения этой способности нужно было бы расширить базу — увеличить расстояние между глазами; нужный эффект достигается в дальномерах (см. §5.11).

Как и в фотоаппарате, видимая яркость предмета не зависит от расстояния до него (мы отвлекаемся от поглощения света в промежуточной среде), пока различимы детали предмета, так как при удалении предмета уменьшается и площадь его изображения, а значение потока света, приходящегося на единицу поверхности, сохраняется.