ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ГЛАЗУ

 

Оптическую систему глаза образуют роговица, влага передней каме- ры глаза, хрусталик и стекловидное тело, т. е. соответствующие им четы- ре преломляющие поверхности. Основное преломление света происходит на внешней поверхности роговицы, на границе с воздухом. Оптические характеристики основных преломляющих глазных сред в покое аккомо- дации приведены в табл.

 

Оптические характеристики глазных сред

Таблица

 

Структура глаза	Показатель преломления	Радиус кривизны передней поверхности, мм	Радиус кривизны задней поверхности, мм	Оптическая сила, дптр
Роговица	1,376	7,7	6,8
Хрусталик	1,386

 

Расчет по формуле (1.1) дает значения для преломляющей силы соответствующей структуры глаза (они приведены в последнем столбце табл.). Из таблицы видно, что основное преломление света происходит на роговице. Суммарная преломляющая сила оптического аппарата глаза в покое аккомодации составляет примерно 60 дптр. При максимальном напряжении аккомодации преломляющая сила глаза не превышает 70 дптр (хрусталика — 33 дптр).

Таким образом, глаз приближенно можно рассматривать как тонкую

линзу с переменной оптической силой в 60–70 дптр. Поскольку рассмат-

 

риваемый предмет располагается, как правило, за двойным фокусным расстоянием, на сетчатке глаза получается действительное, уменьшенное и перевернутое изображение предмета (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3. Схематическое изображение глаза, наблюдающего дерево: С — оптический центр хрусталика

 

АККОМОДАЦИЯ ГЛАЗА

 

Аккомодация — способность глаза четко видеть предметы, находя- щиеся от него на различных расстояниях. Для того чтобы изображение предмета было четким, должно выполняться условие (1.3), т. е. формула тонкой линзы:

1 +1

d f

= 1 .

F

Видно, что при изменении расстояния d до предмета соответственно изменяется либо расстояние до изображения f, либо фокусное расстояние линзы F. Первый случай реализуется в фотоаппаратах, где F объектива постоянно. В глазу расстояние f от центра хрусталика до сетчатки (т. е. до изображения) является неизменным и составляет 17 мм. Поэтому наводка глаза на резкость возможна только за счет изменения фокусного расстоя- ния глаза F.

Если рассматриваемый предмет находится на достаточно большом

 

расстоянии (d → ∞), то

1 ®0 и, как следует из формулы (1.2), F= f, т. е.

d

удаленные предметы проецируются непосредственно на сетчатку. При

 

рассмотрении более близких предметов

1 ¹0

d

 

плоскость их изображения

перемещается за сетчатку, и изображение на сетчатке теряет резкость. Удержание четкого изображения на сетчатке возможно только путем увеличения оптической силы глаза. Она осуществляется благодаря сокращению специальных цилиарных мышц — хрусталик увеличивает свою кривизну (в основном за счет передней поверхности), и его оптиче- ская сила может возрастать на 12–13 диоптрий. При расслаблении цили- арных мышц хрусталик наоборот принимает свою прежнюю более плоскую форму, и его оптическая сила уменьшается (рис. 2.4).

 

 

 

 

Рис. 2.4. Изменение формы и положения хрусталика при аккомодации вблизи

(сплошная линия) и вдаль (пунктир)

 

Итак, аккомодация — это приспособление глаза для получения на сетчатке одинаково резкого изображения различно удаленных предметов, осуществляется вследствие изменения оптической силы глаза.

Так как изменение кривизны хрусталика может происходить только в определенных пределах, для всякого глаза существуют границы располо- жения предмета, в пределах которых глаз может его отчетливо видеть — дальняя и ближняя точки аккомодации (четкого видения). В ненапряжен-

ном состоянии нормальный глаз аккомодирован на рассмотрение беско- нечно удаленных предметов, т. е. дальняя точка ясного видения R для нормального глаза находится в бесконечности. При этом в глаз попадает параллельный пучок лучей, который после преломления фокусируется точно на его сетчатке. С приближением предмета к глазу увеличиваются размеры изображения предмета на сетчатке, что позволяет лучше видеть его мелкие детали. Однако при этом повышается напряжение мышцы, деформирующей хрусталик, и она быстрее утомляется. Расстояние, до которого приближение предмета к глазу совершается без значительного напряжения аккомодации, называется расстоянием наилучшего зрения d0 (для нормального глаза оно составляет около 25 см). У близорукого глаза расстояние наилучшего зрения меньше 25 см, а у дальнозоркого больше.

При наибольшем напряжении аккомодации глаз четко фокусирует

на сетчатке некоторую точку P, которая лежит от него на расстоянии примерно 7 см и называется ближней точкой аккомодации.

Разность минимального напряжения (при покое аккомодации) и мак- симального напряжения аккомодации называется диапазоном аккомодации:

l

A =

PR

1 -1

P lR

 

, (2.1)

где APR— диапазон аккомодации, дптр; lP— расстояние до ближней точ- ки аккомодации; lR— расстояние до дальней точки аккомодации.

 

 

Самый широкий диапазон — в молодом возрасте (до 14 дптр), а с возрастом хрусталик постепенно теряет свою упругость, в результате снижается способность ясно видеть близко расположенные предметы — развивается старческое зрение (пресбиопия).

 

ОСТРОТА ЗРЕНИЯ

 

Разрешающая способность глаза, т. е. способность раздельно видеть две точки, находящиеся на небольшом расстоянии друг от друга, называ- ется остротой зрения и связана с раздельным или слитным восприятием светового изображения этих точек на сетчатой оболочке глаза. Если изо- бражение точек попадает на два не рядом расположенных светочувстви- тельных элемента: палочки или колбочки, — то они воспринимаются раздельно, т. е. разрешаются глазом. Если изображения попадают на два соседних элемента, то они воспринимаются слитно, т. е. глазом не разре- шаются.

Острота зрения характеризуется углом φ, под которым видны рас- сматриваемые точки А и В (рис. 2.5). Минимальный угол, необходимый

для раздельного видения этих точек,

jmin

составляет для среднего нор-

мального глаза 1'. Это соответствует расстоянию А'В' между изображе- ниями точек, равному примерно 5 мкм.

 

Рис. 2.5. Угол зрения, построение изображения в глазу

 

 

Действительно, в центральной ямке желтого пятна сетчатки, куда обычно фокусируется изображение хорошо освещенного предмета, на отрезке длиной 5 мкм сосредоточено в среднем 3 колбочки, т. е. выполня- ется условие разрешения, приведенное выше, т. к. между двумя засвечен- ными колбочками, на которых формируются изображения точек, остается одна незасвеченная.

 

В медицине острота зрения γколичественно оценивается отношени-

ем значения

jmin

=1' (что соответствует нормальному глазу) к

jmin

для

конкретного пациента, определяемому с помощью специальных таблиц:

g= 1¢

jmin

 

. (2.2)

Например, если

g=1 =0,5.

jmin= 2', то острота зрения для такого пациента

В таблицах для определения остроты зрения (таблицы Сивцова) бук- вы и кольца с разрывами (кольца Ландольта), составляющие третью стро- ку снизу, имеют разрывы, края которых образуют с оптическим центром глаза угол в 1', если таблица расположена на расстоянии 5 м от глаза. Следовательно, острота зрения человека, различающего буквы и кольца

этой строки, равна 1. Естественно встречаются люди, способные разли- чать более мелкие предметы, например, буквы и кольца второй и даже первой строки таблицы Сивцова. У столь зорких людей острота зрения выше среднестатистической нормы, но не потому что их глаз строит более крупное изображение на сетчатке. Просто в центральной ямке сетчатки такого человека колбочки расположены более плотно, чем у большинства людей, что и позволяет воспринимать изображение пред- метов, имеющих угловые размеры меньше 1'.

Наименьшее расстояние АВ между двумя точками предмета, види- мое невооруженным глазом на расстоянии наилучшего зрения d0, называ- ется пределом разрешения глаза. Для нормальной остроты зрения оно равно АВ = 1' × d0 = 2,9 × 10–4 рад × 250 мм = 73 мкм.

Острота зрения — величина безразмерная. Она зависит от многих

условий, прежде всего, от яркости фона. На остроту зрения также влияют диаметр зрачка, возраст человека, уровень цветового и яркостного кон- траста между рассматриваемым объектом и фоном.

При нормальном освещении острота зрения максимальна, когда изображение предмета попадает на центральную ямку сетчатки, где плот- ность колбочек наибольшая. В сумерках острота зрения максимальна при попадании света на тот участок сетчатки, где наибольшая плотность

палочек, т. е. под углом 20º от центральной ямки.