Глаз как оптический инструмент

Глаз человека представляет собой сложную оптическую систему, которая по собственному действию подобна оптической системе фотоаппарата. Схематическое устройство глаза представлено на рис. 6.4.1. Глаз имеет практически шарообразную форму и поперечник около 2,5 см. Снаружи он покрыт защитной оболочкой 1 белоснежного цвета – склерой. Передняя прозрачная часть 2 склеры именуется роговицей. На неком расстоянии от нее размещена радужная оболочка 3, окрашенная пигментом. Отверстие в радужной оболочке представляет собой зрачок. В зависимости от интенсивности падающего света зрачок рефлекторно изменяет собственный поперечник примерно от 2 до 8 мм, другими словами действует подобно диафрагме фотоаппарата. Меж роговицей и радужной оболочкой находится прозрачная жидкость. За зрачком находится хрусталик 4 – эластичное линзоподобное тело. Особенная мускула 5 может изменять в неких границах форму хрусталика, изменяя тем его оптическую силу. Остальная часть глаза заполнена стекловидным телом. Задняя часть глаза – глазное дно, оно покрыто сетчатой оболочкой 6, представляющей собой сложное разветвление зрительного нерва 7 с нервными окончаниями – палочками и колбочками, которые являются светочувствительными элементами.

Глаз человека. 1
Набросок 6.4.1. Глаз человека.

Лучи света от предмета, преломляясь на границе воздух–роговица, проходят дальше через хрусталик (линзу с изменяющейся оптической силой) и делают изображение на сетчатке. Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему, оптический центр которой размещен на расстоянии около 5 мм от роговицы. При расслабленной глазной мышце оптическая сила глаза примерно равна 59 дптр, при наивысшем напряжении мускулы – 70 дптр. Основная особенность глаза как оптического инструмента состоит в возможности рефлекторно изменять оптическую силу глазной оптики зависимо от положения предмета. Такое приспособление глаза к изменению положения наблюдаемого предмета именуется аккомодацией. Область аккомодации глаза можно найти положением 2-ух точек:

  • далекая точка аккомодации определяется положением предмета, изображение которого выходит на сетчатке при расслабленной глазной мышце. У обычного глаза далекая точка аккомодации находится в бесконечности.
  • ближняя точка аккомодации – расстояние от рассматриваемого предмета до глаза при наивысшем напряжении глазной мускулы. Ближняя точка обычного глаза размещается на расстоянии 10–20 см от глаза. С годами это расстояние возрастает.

Не считая этих 2-ух точек, определяющих границы области аккомодации, у глаза существует расстояние лучшего зрения, другими словами расстояние от предмета до глаза, при котором удобнее всего (без лишнего напряжения) рассматривать детали предмета (к примеру, читать маленький текст). Это расстояние у обычного глаза условно считают равным 25 см. При нарушении зрения изображения удаленных предметов в случае ненапряженного глаза могут оказаться или перед сетчаткой (близорукость), или за сетчаткой (дальнозоркость) (рис. 6.4.2).

Изображение удаленного предмета 2
Набросок 6.4.2. Изображение удаленного предмета в глазе: a – обычный глаз; b – близорукий глаз; с – дальнозоркий глаз.

Расстояние лучшего зрения у близорукого глаза меньше, а у дальнозоркого больше, чем у обычного глаза. Для исправления недостатка зрения служат очки. Для дальнозоркого глаза нужны очки с положительной оптической силой (собирающие линзы), для близорукого – с отрицательной оптической силой (рассеивающие линзы). Для наблюдения удаленных предметов оптическая сила линз должна быть таковой, чтоб параллельные пучки фокусировались на сетчатке глаза. Глаз должен созидать через очки надуманное прямое изображение удаленного предмета, находящееся в далекой точке аккомодации данного глаза. Если, к примеру, далекая точка аккомодации близорукого глаза находится на расстоянии 80 см, то применяя формулу узкой линзы получим: d = ∞, f = –0,8 м, как следует,  Глаз как оптический инструмент
 дптр. Следует отметить, что у дальнозоркого глаза далекая точка аккомодации надуманная, другими словами ненапряженный глаз фокусирует на сетчатке сходящийся пучок лучей. Поэтому при рассмотрении удаленных предметов очки для дальнозоркого глаза должны превращать параллельный пучок лучей в сходящийся, другими словами владеть положительной оптической силой. Очки для «близкого зрения» (к примеру, для чтения) должны создавать надуманное изображение предмета, находящегося на расстоянии d0 = 25 см (другими словами на расстоянии лучшего зрения обычного глаза), на расстоянии лучшего зрения данного глаза. Пусть, к примеру, близорукий глаз имеет расстояние лучшего зрения 16 см. По формуле узкой линзы получим:  Глаз как оптический инструмент
  f = –0,16 м, как следует,  Глаз как оптический инструмент
 дптр. Вследствие сужения области аккомодации у многих людей очки для близкого зрения должны владеть большей (по модулю) оптической силой по сопоставлению с очками для рассматривания удаленных предметов. Рис. 6.4.3 иллюстрирует корректировку дальнозоркого и близорукого глаза при помощи очков.

Подбор очков для чтения 3
Набросок 6.4.3. Подбор очков для чтения для дальнозоркого (a) и близорукого (b) глаза. Предмет A размещается на расстоянии d = d0 = 25 см лучшего зрения обычного глаза. Надуманное изображение A’ размещается на расстоянии f, равном расстоянию лучшего зрения данного глаза.