59. Основные характеристики глаза

Оптическая система глаза образует на сетчатке действительные изображения объекта наблюдения, которые воспринимаются светочувствительными элементами (колбочками и палочками). Физиологическая система восприятия светового раздражения элементов сетчатки и накопленный опыт зрения переносят действительное и перевернутое изображение на сам объект наблюдения.

Оптическую систему глаза можно представить как комбинацию из двух линз: роговицы и хрусталика, разделенных полостью передней камеры, заполненной водянистой средой (влагой). Передняя Поверхность роговицы граничит с воздухом, между хрусталиком и сетчаткой находится стекловидное тело.

Параметры глаза как оптической системы, являющиеся результатом статистических исследований, приведены ниже.

Постоянные параметры (см. скан)

Параметры, зависящие от состояния глаза (см. скан)

Округленные значения некоторых параметров глаза даны на рис. 136. Глаз с такими параметрами называется схематическим.

Из приведенных данных следует, что заднее фокусное расстояние глаза, определяющее его оптическую силу, может изменяться примерно на 20%. Эта способность глаза, называемая аккомодацией, обеспечивается действием мышц цилиарного тела, изменяющих кривизну поверхностей хрусталика. Благодаря аккомодации изображения разноудаленных предметов приводятся на поверхность сетчатки.

При аккомодации глаза на бесконечность его заднее фокусное расстояние наибольшее (22,785 мм) и задний фокус совпадает с сетчаткой. Этот случай соответствует спокойному состоянию глаза, т. е. отсутствию напряжения аккомодационных мышц

Рис. 136. Оптическая система глаза: а — аккомодированного на бесконечность: б - пон наибольшей аккомодааич

(рис. 136, а). Точка предмета, которую видит глаз при отсутствии напряжения аккомодации, называется дальней точкой зрения.

При наибольшем напряжении аккомодационных мышц заднее фокусное расстояние глаза уменьшается до 18,93 мм, что соответствует получению на сетчатке изображения точки оптической оси, находящейся на расстоянии 92 мм от вершины первой поверхности роговицы (рис. 136, б). Эта точка называется ближней точкой ясного зрения 1.

Расстояние между ближней и задней точками зрения, выраженное в диоптриях, называют силой, или объемом, аккомодации. Для рассматриваемого схематического глаза объем аккомодаций равен приблизительно И дптр

Объем аккомодации меняется с возрастом человека. При старении расстояние до ближней точки ясного зрения увеличивается, например, в возрасте 50 лет ближняя точка ясного зрения находится на расстоянии 400 мм, следовательно, объем аккомодации равен 2,5 дптр.

Для нормального глаза при хорошем освещении наиболее удобным расстоянием для чтения, работы с мелкими предметами и т. п. является расстояние которое называется расстоянием наилучшего зрения.

Глаз имеет большой угол обзора, достигающий 125° по вертикали и 150° по горизонтали, однако лишь небольшая его часть обеспечивает резкое изображение. Эта часть определяется областью желтого пятна Периферийная часть поля зрения используется для ориентации. Благодаря большой подвижности глаза изображения наблюдаемых предметов быстро переводятся на область желтого пятна. В течение одной минуты глаз может отметить до 120 точек наблюдения, причем для фиксации каждой из них требуется время с.

Если глаз рассматривать как идеальную оптическую систему, предел разрешения которой

где диаметр зрачка глаза, то при предел разрешения

Это же значение углового разрешения глаза получим, рассматривая размеры чувствительных элементов в пределах центральной ямки (диаметры колбочек ~5 мкм, заднее фокусное расстояние глаза ~20 мм).

Изложенное позволяет заключить, что угол разрешения глаза составляет примерно 1.

В разных условиях наблюдения значение разрешающей способности глаза может меняться. Так, при наблюдении изображений на экране при наблюдении в обычные оптические приборы в высококачественные приборы а в дальномеры Высокая разрешающая способность в последних случаях объясняется тем, что глаз обладает большой чувствительностью в отношении деформации линий, например, их поперечного сдвига. Эта повышенная чувствительность в отношении линий связана с мозаичным расположением чувствительных элементов сетчатки (колбочек) и непрерывными малыми движениями глаза, приводящими смещенные части линии на разные колбочки.

В соответствии с формулой (291) разрешающая способность глаза должна повышаться с увеличением диаметра зрачка Однако это справедливо для Дальнейшее увеличение диаметра зрачка не приводит к повышению разрешающей способности, так как она определяется диаметром колбочек. Кроме того, с ростом увеличиваются аберрации оптической системы глаза и разрешающая способность глаза уменьшается.

Разрешающая способность глаза достигает предельного значения при освещенности и излучении с длиной волны

Глаз человека реагирует на очень большой перепад яркостей: от до Такая способность органа зрения приспосабливаться к различной интенсивности светового воздействия, которая выражается в изменении световой чувствительности, называется зрительной адаптацией.

При яркости фона диаметр зрачка при при и при

При переходе из темного помещения в светлое вначале глаза ослепляются и лишь через некоторое время ( мин) обретают световую чувствительность. Этот процесс называется световой адаптацией. При переходе из светлого помещения в темное глаза также вначале ничего не видят. Лишь через несколько минут они приобретают достаточную чувствительность. Такой процесс называется темповой адаптацией. Для полной темновой адаптации необходимо время около

Адаптация обеспечивается, во-первых, тем, что при малых яркостях наблюдаемых предметов световое раздражение действует только на палочки, обладающие высокой чувствительностью, но не различающие цвета — ночное зрение, при повышении яркости в действие вместе с палочками вступают колбочки, различающие цвета, — сумеречное зрение, при дальнейшем повышении яркости (свыше действуют только колбочки — дневное зрение. Во-вторых, адаптация обеспечивается изменением

диаметра зрачка: при увеличении диаметра зрачка от 2 до световой поток, поступающий в глаз, возрастает в 16 раз.

Кроме того, регуляция светового раздражения обеспечивается изменением концентрации зрительного пурпура (светочувствительного вещества) рецепторов и перемещением темного пигмента в слоях сетчатки, защищающего рецепторы от избыточного светового раздражения.

Наименьшая яркость, вызывающая зрительное ощущение в данных условиях наблюдения, называется пороговой яркостью глаза, а величина, ей обратная, — световой чувствительностью. Последняя характеризуется наименьшим количеством световой энергии, вызывающей световое раздражение. При диаметре зрачка около световой поток уже способен вызвать световое раздражение палочек.

Спектральное распределение чувствительности глаза зависит от вида адаптации (световой или темновой). Это распределение может характеризоваться относительной световой эффективностью (см. п. 39), график изменения которой для глаза, адаптированного к свету, показан на рис. 137. При малых яркостях, когда световое раздражение действует только на палочки, максимум световой чувствительности смещается в сторону более коротких волн соответствует Это смещение относительной видности называется аффектом Пуркинье.

После прекращения светового воздействия видимые зрительные образы не исчезают. Они сохраняются в течение с в зависимости от яркости и спектрального состава излучения, а также от адаптации глаза.

При восприятии периодических световых раздражений имеет место критическая частота, при достижении которой наблюдаемое поле будет иметь постоянную яркость. Эта частота в основном зависит от освещенности фона наблюдаемого объекта. При освещенности до критическая частота равна 10 Гц, при Гц и при Гц.

Наименьший контраст, воспринимаемый глазом, называется пороговым. Он представляет собой отношение минимальной разности яркостей предмета и фона к яркости фона Так как контрастная чувствительность глаза то она, очевидно, растет при увеличении Яркости фона, достигая максимального значения, равного при

Зрение одним глазом не обеспечивает всей полноты информации об объекте наблюдения. В оценке расстояний до близких

Рис. 137. Относительная световая эффективность: 1 — дневное зрение; 2 — сумеречное зрение

Рис. 138. Схема стереоскопического зрения

предметов участвуют мышечный аппарат аккомодации и, кроме того, движения головы и глаза. Ббльшие расстояния оцениваются по размерам их изображений на сетчатке. В оценке и тех и других расстояний получаются большие субъективные ошибки.

При наблюдении двумя глазами два изображения одного и того же объекта соединяются в единый зрительный образ (отсутствует двоение изображения). Восприятие объекта в виде единого образа обеспечивается за счет конвергенции при выполнении условия, заключающегося в том, что изображения получаются на определенных участках сетчатки — соответственных точках. Как только изображения смещаются с соответственных точек, возникает эффект двоения. Большая подвижность глаз расширяет область пространства предметов, изображения которых сливаются в единый образ.

Наблюдение предметов двумя глазами дает также представление о глубине пространства, т. е. делает возможным трехмерное восприятие пространства, называемое стереоскопическим зрением, которое за счет сравнения изображений в обоих глазах позволяет судить об относительной удаленности объектов наблюдения.

На рис. 138 показана схема, иллюстрирующая возникновение стереоскопического эффекта. Углы под которыми из точек видны центры зрачков обоих глаз, называются параллактическими. Разность этих углов является стереоскопическим параллаксом и называется бинокулярным параллаксом.

При достаточно большом по сравнению с глазным базисом удалении наблюдаемой точки можно считать, что угол откуда

Опытный наблюдатель отмечает различие между изображениями точек в левом и правом глазу пропорциональное стереоскопическому Параллаксу который определяется как предел стереоскопического восприятия.

Следовательно, наименьшая разноудаленность точек, оцениваемая при стереоскопическом зрении

где

Глаз перестает фиксировать разноудаленность точек при расстоянии до ближайшей из них Это расстояние называется радиусом стереоскопического зрения.