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. 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 6 м от
глаза. Изображение более близких предметов в этом случае получается за
сетчаткой глаза. Для получения отчетливого изображения такого предмета
кольцевая мышца сжимает хрусталик всё сильнее до тех пор, пока изображение
предмета не окажется на сетчатке, а затем удерживает хрусталик в сжатом
состоянии.
Таким образом, «наводка на фокус» глаза человека осуществляется
изменением оптической силы хрусталика с помощью кольцевой мышцы.
Способность оптической системы глаза создавать отчетливые изображения
предметов, находящих на различных расстояниях от него , называют
аккомодацией ( от латинского «аккомодацио» – приспособление). При
рассматривании очень далёких предметов в глаз попадают параллельные лучи. В
этом случае говорят , что глаз аккомодирован на бесконечность.
Аккомодация глаза не бесконечна. 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. Способность глаза приспосабливаться к различной степени
раздражения окончаний светочувствительного нерва на сетчатке глаза, т.е. к
различной степени яркости наблюдаемых объектов называют адаптацией.
Сведение зрительных осей глаз на определенной точке называется
конвергенцией. Когда предметы расположены на значительном расстоянии от
человека, то при пере воде глаз с одного предмета на другой между осями
глаз практически не изменяется, и человек теряет способность правильно
определять положение предмета. Когда предметы находятся очень далеко , то
оси глаз располагаются параллельно , и человек не может даже определить ,
движется предмет или нет, на который он смотрит. Некоторую роль в
определении положения тел играет и усилие кольцевой мышцы, которая сжимает
хрусталик при рассматривании предметов , расположенных недалеко от
человека. [ 2 ]
Глава 5. Оптические системы, вооружающие глаз.
Хотя глаз и не представляет собой тонкую линзу , в нем можно все же
найти точку, через которую лучи проходят практически без преломления , т.е.
точку, играющую роль оптического центра. Оптический центр глаза находится
внутри хрусталика вблизи задней поверхности его. Расстояние h от
оптического центра до сетчатой оболочки, называемое глубиной глаза,
составляет для нормального глаза 15 мм.
Зная положение оптического центра, можно легко построить изображение
какого-либо предмета на сетчатой оболочке глаза. Изображение всегда
действительное, уменьшенное и обратное (рис.11,а). Угол ? , под которым
виден предмет S1S2 из оптического центра О , называется углом зрения.
Сетчатая оболочка имеет сложное строение и состоит из отдельных
светочувствительных элементов. Поэтому две точки объекта, расположенные
настолько близко друг к другу, что их изображение на сетчатке попадают в
один и тот же элемент, воспринимаются глазом, как одна точка . Минимальный
угол зрения, под которым две светящихся точки или две черные точки на белом
фоне воспринимаются глазом ещё раздельно , составляет приблизительно одну
минуту. Глаз плохо распознает детали предмета, которые он видит под углом
менее 1". Это угол , под которым виден отрезок, длина которого 1 см на
расстоянии 34 см от глаза. При плохом освещении ( в сумерках ) минимальный
угол разрешения повышается и может дойти до 1є.
Приближая предмет к глазу , мы увеличиваем угол зрения и,
следовательно, получаем
возможность лучше различать мелкие детали. Однако очень близко к глазу
приблизить мы не можем, так как способность глаза к аккомодации ограничена.
Для нормального глаза наиболее благоприятным для рассматривания предмета
оказывается расстояние около 25 см, при котором глаз достаточно хорошо
различает детали без чрезмерного утомления. Это расстояние называется
расстоянием наилучшего зрения . для близорукого глаза это расстояние
несколько меньше . поэтому близорукие люди , помещая рассматриваемый
предмет ближе к глазу, чем люди с нормальным зрением или дальнозоркие,
видят его под большим углом зрения и могут лучше различать мелкие детали.
Значительное увеличение угла зрения достигается с помощью оптических
приборов. По своему назначению оптические приборы , вооружающие глаз,
можно разбить на следующие большие группы.
1. Приборы, служащие для рассматривания очень мелких предметов (лупа,
микроскоп). Эти приборы как бы «увеличивают» рассматриваемые
предметы.
2. Приборы, предназначенные для рассматривания удаленных объектов
(зрительная труба, бинокль, телескоп и т.п.) . эти приборы как бы
«приближают» рассматриваемые предметы.
Благодаря увеличению угла зрения при использовании оптического прибора
размер изображения предмета на сетчатке увеличивается по сравнению с
изображением в невооруженном глазе и , следовательно, возрастает
способность распознавания деталей. Отношение длины b на сетчатке в случае
вооруженного глаза b' к длине изображения для невооруженного глаза b
(рис.11,б) называется увеличением оптического прибора.
С помощью рис. 11,б легко видеть , что увеличение N равно также
отношению угла зрения ?' при рассматривании предмета через инструмент к
углу зрения ? для невооруженного глаза, ибо ?' и ? невелики. [ 2,3 ]
Итак,
N = b' / b = ?' / ? ,
где N – увеличение предмета ;
b' – длина изображения на сетчатке для вооруженного глаза;
b - длина изображения на сетчатке для невооруженного глаза;
?' – угол зрения при рассматривании предмета через оптический
инструмент;
? – угол зрения при рассматривании предмета невооруженным глазом.
5.1 Лупа.
Одним из простейших оптических приборов является лупа – собирающая
линза, предназначенная для рассматривания увеличенных изображений малых
объектов. Линзу подносят к самому глазу, а предмет помещают между линзой и
главным фокусом. Глаз увидит мнимое и увеличенное изображение предмета .
Удобнее всего рассматривать предмет через лупу совершенно ненапряженным
глазом , аккомодированным на бесконечность. Для этого предмет помещают в
главной фокальной плоскости линзы так , что лучи, выходящие из каждой точки
предмета , образуют за линзой параллельные пучки. На рис. 12 изображено два
таких пучка , идущих от краев предмета. Попадая в аккомодированный на
бесконечность глаз, пучки параллельных лучей фокусируются на ретине и дают
здесь отчетливое изображение предмета.
Угловое увеличение. Глаз находится очень близко к линзе , поэтому за
угол зрения можно принять угол 2? , образованный лучами, идущими от краев
предмета через оптический центр линзы. Если бы лупы не было , нам пришлось
бы поставить предмет на расстоянии наилучшего зрения (25 см) от глаза и
угол зрения был бы равен 2? . Рассматривая прямоугольные треугольники с
катетами 25 см и F см и обозначая половину предмета Z , можем написать :
[pic],
где 2? – угол зрения, при наблюдении через лупу;
2? - угол зрения, при наблюдении невооруженным глазом;
F – расстояние от предмета до лупы;
Z – половина длины рассматриваемого предмета.
Принимая во внимание , что через лупу рассматривают обычно мелкие
детали и поэтому углы ? и ? малы, можно тангенсы заменить углами. Таким
образом получится следующее выражение для увеличения лупы = [pic]= [pic].
Следовательно, увеличение лупы пропорционально 1 / F , то есть её
оптической силе. [1]
5.2 Микроскоп.
Прибор, позволяющий получить большое увеличение при рассматривании
малых предметов, называется микроскопом.
Простейший микроскоп состоит из двух собирающих линз. Очень
короткофокусный объектив L1 даёт сильно увеличенное действительное
изображение предмета P'Q' (рис. 13), которое рассматривается окуляром, как
лупой.
Обозначим линейное увеличение , даваемое объективом, через n1, а
окуляром через n2, это значит , что = n1 и = n2 ,
где P'Q' – увеличенное действительное изображение предмета;
PQ – размер предмета;
P''Q'' - увеличенное мнимое изображение предмета;
n1 – линейное увеличение объектива;
n2 – линейное увеличение окуляра.
Перемножив эти выражения , получим = n1 n2 ,
где PQ – размер предмета;
P''Q'' - увеличенное мнимое
изображение предмета;
n1 – линейное увеличение объектива;
n2 – линейное увеличение окуляра.
Отсюда видно , что увеличение микроскопа равно произведению
увеличений, даваемых объективом и окуляром в отдельности. Поэтому возможно
построить инструменты, дающие очень большие увеличения – до 1000 и даже
больше. В хороших микроскопах объектив и окуляр - сложные.
Окуляр обычно состоит из двух линз объектив же гораздо сложнее.
Желание получить большие увеличения заставляют употреблять короткофокусные
линзы с очень большой оптической силой. Рассматриваемый объект ставится
очень близко от объектива и дает широкий пучок лучей, заполняющий всю
поверхность первой линзы. Таким образом , создаются очень невыгодные
условия для получения резкого изображения: толстые линзы и нецентральные
лучи. Поэтому для исправления всевозможных недостатков приходится прибегать
