Строение глаза

		Рис. 2.1. Схема устройства глаза. 1 – склера; 2- роговица; 3 – хрусталик; 4 – радужная оболочка; 5 – зрачок; 6 – передняя камера; 7 – стекловидное тело; 8 – сетчатка; 9 – жёлтое пятно; 10 – слепое пятно; 11 – зрительный нерв; 12 – оптическая ось.

Внешняя прочная оболочка, называемая склерой, 1 защищает глаз от внешних повреждений. На передней части глаза склера прозрачна и называется в этом месте роговицей 2. За роговицей располагается хрусталик 3, представляющий собой прозрачное упругое тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы. Спереди хрусталик прикрыт радужной оболочкой 4, имеющей в середине круглое отверстие – зрачок 5. Диаметр зрачка может непроизвольно меняться (без участия сознания человека). Таким образом происходит адаптация – автоматическая регулировка количества света, поступающего внутрь глаза, имеющая целью защиту от световых перегрузок. Между роговицей и радужной оболочкой находится передняя камера 6, заполненная прозрачной жидкостью – камерной влагой. Вся полость глаза за хрусталиком заполнена прозрачной студенистой жидкостью, называющейся стекловидным телом 7. Таким образом, оптическая система глаза состоит из роговицы, камерной влаги, хрусталика и стекловидного тела. При помощи этой оптики изображение наблюдаемого объекта проецируется на внутреннюю оболочку глаза, называемую сетчаткой 8. Сетчатка представляет собой скопление множества мельчайших светочувствительных элементов – колбочек и палочек. Эти элементы наиболее густо располагаются в центральном участке сетчатки, называемом “желтым пятном” 9 (область наилучшего зрения, рис. 2.1.).

Здесь имеется центральная впадина, обладающая наибольшей способностью различать мелкие детали изображения. Кривизна поверхностей хрусталика может меняться в результате действия охватывающей его со всех сторон мышцы. Таким образом осуществляется аккомодация – получение на сетчатке наиболее резкого изображения предметов, находящихся на различных расстояниях от глаза. Два вида светочувствительных элементов сетчатки – палочки и колбочки – обладают различными свойствами. Палочки имеют значительно большую чувствительность к свету, чем колбочки, но не имеют способности различать цвета. Поэтому зрительное ощущение в сознании человека, обусловленное только работой палочек, представляется в виде серых, неокрашенных тонов. Менее чувствительные к световому раздражению колбочки обладают замечательным свойством – они дают возможность различать цвета наблюдаемого объекта. Колбочки разделяются на три вида и реагируют одни на красный цвет, другие на зеленый и третьи на синий. На участке «желтого пятна” преобладает колбочковый аппарат, а на его периферии – палочковый (рис.2.1 – рис.2.2). Специалистами определено, что число светочувствительных элементов на сетчатке составляет огромную величину – около 100 млн. палочек и более 5 млн. колбочек. От коры головного мозга к глазу подходит зрительный нерв 11, разветвляющийся по сетчатке отдельными нервными волокнами. В центральной впадине “желтого пятна” к каждой колбочке подходит одно нервное волокно. По мере отхода от центральной впадины одно волокно приходится уже на два – три светочувствительных элемента, а на периферии “желтого пятна” одно волокно соединяется даже с группой палочек и колбочек. Общее число волокон зрительного нерва в среднем составляет около 1 млн.

Способность глаза различать мелкие детали изображения зависит от того, на какое место сетчатки проецируется это изображение. Наибольшая разрешающая способность глаза соответствует центральной впадине. Предельная разрешающая способность, называемая также остротой зрения, количественно определяется минимальным углом j, в пределах которого два отдельных предмета, например две черные линии а и б на белом фоне, представляются еще различаемыми как отдельные (рис. 2.3,а).

Очевидно, что полоски (а) и (б) будут видны как отдельные, если их изображения (а) и (б) на сетчатке будут разделены хотя бы одним светочувствительным элементом. В этом случае наличие промежуточного элемента (в) вызывает в сознании ощущения раздельности полосок. При яркостях, получающихся на ТВ и киноэкране, острота зрения j составляет примерно одну угловую минуту, или 1/60 . На эту цифру можно ориентироваться при разнообразных расчетах. Как уже говорилось выше, плотность нервных волокон быстро уменьшается по мере удаления от центральной впадины к периферии “жёлтого пятна». Форма жёлтого пятна и его размеры приведены на рис. 2.4,а.

			б)

Соответственно падает и острота зрения. На рис. 2.3,б показан спад остроты зрения в зависимости от угла a, образованного оптической осью глаза 12, проходящей через центр хрусталика и центральную впадину, и лучом, исходящим от рассматриваемого объекта. Как видно из графика рис. 2.2,б, острота зрения быстро падает с увеличением угла a. Приняв допустимым снижение остроты зрения до 20 % от максимальной, получим угол ясного зрения a_ясн=10⁰, или 2a_ясн=20⁰. Эта цифра означает, что предметы, находящиеся вне поля этого угла, будут видны не резко, и для рассмотрения их деталей человек должен повернуть глаза или даже голову. Глаз человека обладает различной чувствительностью (видностью) к световым потокам различного цвета (различных длин волн). Наибольшая видность соответствует длине волны l₀=0,55мкм (желто - зеленый цвет). Таким образом, при одинаковой мощности световых потоков различных участков спектра жёлто - зеленый поток будет казаться наиболее ярким.

На рис. 2.4,б представлен график зависимости относительной чувствительности (видности) V(l) от длины волны. Этот график получен специалистами путем усреднения многочисленных опытов. На длинах волн l_ф=0,38~0,40 мкм и l_к=0,74~0,77 мкм видность падает практически до нуля. На рисунке указаны также цвета отдельных участков спектра. Следует иметь в виду, что границы этих участков указаны условно, так как на самом деле переход по шкале спектра от одного цвета к другому осуществляется плавно.

В процессе зрения оптическая ось глаза непрерывно перемещается в виде скачков и колебаний, так что отдельные фрагменты наблюдаемого объекта периодически проецируются на фовеа. Это явление называется тремор и происходит с частотой 60 – 80 Гц, поэтому со стороны колебания оптической оси глаза незаметны.

Бинокулярное зрение – зрение двумя глазами – позволяет человеку воспринимать трехмерное пространство (видеть объемное изображение), несмотря на то, что на сетчатку каждого глаза проецируется двумерное оптическое изображение. Это объясняется тем, что с учетом глазного базиса (расстояние между центрами зрачков, которое в среднем составляет около 60 – 62 мм) изображения рассматриваемого объекта на сетчатках левого и правого глаза будут различными. В коре головного мозга эти изображения синтезируются в восприятие объема и глубины [5].