7.1. Глаз как оптический прибор.
Угол зрения

Глаз человека – сложная и совершенная оптическая система (рис. 7.1). Глазное яблоко – почти шарообразное тело, диаметром около 25 мм, заключенное в непрозрачную защитную оболочку белого цвета – склеру, которая в передней части переходит в выпуклую прозрачную роговицу, показатель преломления которой . Внутренняя поверхность глаза выстлана сосудистой оболочкой, которая в передней части глаза переходит в радужную оболочку, окрашенную у разных людей по-разному и имеющую в центре небольшое отверстие – зрачок.

Радужная оболочка является своеобразной диафрагмой, регулирующей диаметр зрачка и тем самым – световой поток, попадающий в глаз. Пространство между радужной оболочкой и роговицей – передняя камера – заполнено прозрачной жидкостью; непосредственно за зрачком расположен хрусталик – упругое прозрачное тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы (). С помощью круговой ресничной мышцы кривизна хрусталика может плавно меняться. Одним из замечательных свойств хрусталика является его упругость. Если окружающие его мышцы напрягаются, то хрусталик растягивается и становится тоньше. Его преломляющая способность уменьшается, и мы можем четко видеть более удаленные предметы Вся внутренняя полость глаза заполнена прозрачной студенистой жидкостью – стекловидным телом (). Глазное дно выстлано светочувствительной сетчатой оболочкой – сетчаткой, образованной разветвлениями волокон зрительного нерва, который связывает глаз с мозгом. Окончания зрительного нерва образуют мельчайшие рецепторные клетки – палочки и колбочки, обеспечивающие сумеречное и цветовое зрение. Свет вызывает фотохимические реакции в этих клетках, изменяет их электрическое состояние, за счет чего возникает нервный импульс, передающийся в мозг, где и формируется зрительное ощущение. Сетчатка служит световоспринимающим экраном, на котором получаются действительные уменьшенные перевернутые изображения предметов, рассматриваемых глазом. Всем процессом зрения управляет мозг – координирует движения глаз, фокусирует хрусталики, приводит в действие «диафрагму», при необходимости полностью прекращает процесс видения, закрывая веки. Причем все это происходит за миллионную долю секунды! Нельзя не восхищаться тем, насколько же умна и рациональна эта биологическая система – глаз!

Преломляющая система глаза – роговица, влага передней камеры, хрусталик и стекловидное тело – это центрированная система с оптической осью, проходящей через геометрические центры хрусталика, зрачка и роговицы. Здоровый глаз приспосабливается к рассматриванию предметов, расположенных от него на расстоянии от 10 см до бесконечности. Аккомодация глаза – его способность изменять оптическую силу за счет изменения кривизны хрусталика – позволяет получать на сетчатке четкое изображение предметов. В целом оптическая система глаза действует как собирающая линза с переменным фокусным расстоянием. 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.

Наибольшей чувствительностью к свету и максимальной разрешающей способностью обладает участок сетчатки, расположенный на дне глаза напротив зрачка, – желтое пятно. Разрешающую способность глаза принято характеризовать минимальным углом зрения , под которым две соседние точки предмета видны раздельно. Угол зрения  образован лучами, идущими от крайних точек объекта через оптический центр глаза, расположенный внутри глаза, на расстоянии около 5 мм от вершины роговицы. Именно этот угол и определяет размер изображения на сетчатке. Чем больше угол зрения, тем большее количество деталей можно различить при наблюдении объекта. В пределах желтого пятна при хорошей освещенности зрение человека начинает воспринимать две точки, если .

Величина  характеризует максимальную остроту зрения и определяется структурой сетчатки. Две соседние точки видны раздельно только тогда, когда их изображения попадают на разные рецепторы. Это условие и ставит предел разрешающей способности глаза. При нормальном зрении человек может с расстояния 25 см видеть раздельно две точки, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,05–0,07 мм.

Зрение двумя глазами позволяет получить два изображения одного и того же предмета с разных позиций. Оптические оси глаз усилием мышц поворачиваются и направляются на объект. В результате формируется стереоскопическое (пространственное) изображение предмета. Одновременная аккомодация и сведение осей глазных яблок на некоторый угол позволяют достаточно четко оценить расстояние до предметов. Стереоскопический эффект наблюдается при рассматривании предметов, удаленных от глаз на расстояние 0,25–200 м. Зрение одним глазом дает плоское изображение.