Глаз как оптическая система

Органом зрения человека являются глаза, которые во многих отношениях представляют собой весьма совершенную оптическую систему.

В целом глаз человека — это шарообразное тело диаметром около 2,5 см, которое называют глазным яблоком (рис. 31.3). Непрозрачную и прочную внешнюю оболочку глаза называют склерой, а ее прозрачную и более выпуклую переднюю часть — роговицей. С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой, состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. Против роговицы сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку, неодинаково окрашенную у различных людей, которая отделена от роговицы камерой с прозрачной водянистой массой.

В радужной оболочке имеется круглое отверстие, называемое зрачком, диаметр которого может изменяться. Таким образом, радужная оболочка играет роль диафрагмы, регулирующей доступ света в глаз. При ярком освещении зрачок уменьшается, а при слабом освещении — увеличивается. Внутри глазного яблока за радужной оболочкой расположен хрусталик, который представляет собой двояковыпуклую линзу из прозрачного вещества с показателем преломления около 1,4. Хрусталик окаймляет кольцевая мышца, которая может изменять кривизну его поверхностей, а значит, и его оптическую силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны глаза покрыта разветвлениями светочувствительного нерва, особенно густыми напротив зрачка. Эти разветвления образуют сетчатую оболочку, на которой получается действительное изображение предметов, создаваемое оптической системой глаза. Пространство между сетчаткой и хрусталиком заполнено прозрачным стекловидным телом, имеющим студенистое строение. Заметим, что изображение предметов на сетчатке глаза получается перевернутое. Однако деятельность мозга, получающего сигналы от светочувствительного нерва, позволяет нам видеть все предметы в натуральных положениях.

Когда кольцевая мышца глаза расслаблена, то изображение далеких предметов получается на сетчатке, Вообще устройство глаза таково, что человек может видеть без напряжения предметы, расположенные не ближе шести метров от глаза. Изображения более близких предметов в этом случае получаются за сетчаткой глаза. Для получения отчетливого изображения такого предмета кольцевая мышца сжимает хрусталик все сильнее, пока изображение предмета не окажется на сетчатке, а затем удерживает хрусталик в сжатом состоянии.

Таким образом, наводка на фокус в глазу человека осуществляется изменением оптической силы хрусталика, с помощью кольцевой мышцы. Заметим, что при расслабленной кольцевой мышце оптическая сила глаза человека является наименьшей и составляет около 58 дптр. Способность оптической системы глаза создавать отчетливые изображения предметов, находящихся на различных расстояниях от него, называют аккомодацией (от латинского «аккомодацио» — приспособление). При рассматривании очень далеких предметов в глаз попадают параллельные лучи. В этом случае говорят, что глаз аккомодирован на бесконечность. Заметим, что в этом случае глаз меньше всего устает (поэтому у задумавшегося человека глаза часто самопроизвольно аккомодируются на бесконечность).

Аккомодация глаза не безгранична. С помощью кольцевой мышцы оптическая сила глаза может увеличиваться не больше чем на 12 диоптрий. При долгом рассматривании близких предметов глаз устает, а кольцевая мышца начинает расслабляться и изображение предмета расплывается.

Глаза человека позволяют хорошо видеть предметы не только при Дневном освещении. Вечером и даже ночью, после того, как человек привыкнет к темноте, он начинает различать очертания далеких предметов и сравнительно отчетливо видит близкие предметы. Способность глаза приспосабливаться к различной степени раздражения окончаний светочувствительного нерва на сетчатке глаза, т. е. к различной степени яркости наблюдаемых предметов, называют адаптацией (от латинского «адаптацио» — прилаживание). Ночью чувствительность глаза к попадающему в него световому излучению в несколько миллиардов раз больше, чем днем.

Существенное значение для человека имеет его способность с помощью зрения определять положения предметов в пространстве относительно друг друга. Это явление объясняется следующим образом, Когда человек смотрит на какой-либо предмет, то он располагает зрительные оси своих глаз так, у что они пересекаются на предмете (рис. 31.4). Чем ближе к человеку этот предмет, тем большее мышечное усилие необходимо для сведения на нем зрительных осей глаз. По величине этого усилия человек и оценивает расстояние до предмета. Сведение зрительных осей глаз на определенной точке называют конвергенцией (от латинского «конвергенцио»— схождение). Когда предметы расположены на значительном расстоянии от человека, то при переводе взгляда с одного предмета на другой угол между осями глаз практически не изменяется, и человек теряет способность правильно определять положения предметов. Когда предметы находятся очень далеко, то оси глаз располагаются параллельно и человек не может даже определить, движется или нет предмет, на который он смотрит. Заметим, что некоторую роль в определении положения тел играет и усилие кольцевой мышцы, которая сжимает хрусталик при рассматривании предметов, расположенных недалеко от человека.