Оптическая система глаза близорукость

Глаз как оптическая система — Гипермаркет знаний

Оптическая система глаза близорукость

Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Глаз как оптическая система

  • Вы  уже  знаете,  что  большую  часть  информации  об  окружающем мире мы получаем благодаря зрению. Органом зрения человека являет­ся глаз —  один из самых совершенных и вместе с тем простых опти­ческих приборов. Как же устроен глаз? Почему некоторые люди плохо видят  и  как  скорректировать  их  зрение? Как  с  особенностями  чело­веческого глаза связано производство мультипликационных фильмов?

1. Знакомимся со строением глаза

Глаз  человека имеет шарообразную форму  (рис.  3.66).  Диаметр  глаз­ного яблока около  2,5  см.  Снаружи  глаз покрыт плотной непрозрачной  обо­лочкой — склерой. Передняя часть склеры переходит в прозрачную роговую оболочку —  роговицу,  которая  действует  как  собирающая линза  и  обеспе­чивает  75 %  способности  глаза преломлять свет.

Рис. 3.66. Строение глаза

С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой,  состоящей из кровеносных сосудов,  питающих  глаз.  В  передней  части  глаза сосудистая  обо­лочка переходит в радужную оболочку, которая неодинаково окрашена у разных людей. В радужной оболочке есть круглое отверстие — зрачок. Зрачок сужается в случае усиления интенсивности света и расширяется в случае ослабления.

Способность  глаза  приспосабливаться  к  различной  яркости  наблюдае­мых  предметов  называют  адаптацией.

За зрачком расположен хрусталик,  который представляет собой двояко­выпуклую линзу. Хрусталик благодаря  скрепленным с ним мышцам может изменять свою кривизну,  а следовательно,  и  оптическую  силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны  глаза покрыта сетчаткой — разветвлениями  светочувствительного  нерва.  Самая  чувствительная  часть сетчатки  расположена  прямо  напротив  зрачка  и  называется желтым  пятном.  Место,  где  зрительный  нерв  входит  в  глаз,  невосприимчиво  к  свету, поэтому получило название  слепого  пятна.

  В получении  изображения  так­же  принимает  участие  стекловидное  тело  —  прозрачная  студенистая  мас­са,  которая  заполняет пространство  между хрусталиком и  сетчаткой.  Свет, попадающий  на  поверхность  глаза,  преломляется  в  роговице,  хрусталике и  стекловидном  теле.

  В  результате  на  сетчатке  получается  действитель­ное,  перевернутое, уменьшенное изображение  предмета  (рис.  3.67).

Рис. 3.67.  Изображение, которое получается на сетчатке глаза, —  действительное, перевернутое, уменьшенное

Рис. 3.68.  В спокойном состоя­нии фокус оптической системы здорового глаза расположен на сетчатке. В этом случае на сетчат­ке образуется четкое изображе­ние удаленных предметов

2. Узнаем, почему человек видит как удаленные предметы, так и расположенные рядом

Если  человек  имеет  хорошее  зрение,  он видит  четкими  как  далеко,  так  и  близко  рас­положенные предметы. Это происходит потому, что в  случае изменения расстояния  до предме­та хрусталик  глаза изменяет свою кривизну.

  • Способность хрусталика изменять свою кривиз­ну  в  случае  изменения  расстояния  до  рассмат­риваемого  предмета,  называют аккомодацией.

Если  человек  смотрит  на  довольно  удален­ные  предметы,  в  глаз  попадают  параллельные лучи — в этом случае глаз наиболее расслаблен. (Заметьте,  что,  задумавшись,  человек  смотрит как  будто  вдаль!) Чем  ближе  расположен пред­мет,  тем сильнее напрягается глаз.

Наименьшее расстояние,  на  котором  глаз  видит  предмет, практически  не  напрягаясь,  называют  рассто­янием  наилучшего  зрения.  Для  людей  с  нор­мальным зрением это расстояние равно прибли­зительно  25  см.

  Именно  на  таком  расстоянии человек с хорошим зрением читает книгу.


3. Выясняем, что такое близорукость и дальнозоркость и какие есть способы их коррекции

Чтобы  лучше  разобраться,  что  происхо­дит  в  оптической  системе  глаза в  случае  близо­рукости  и  дальнозоркости  и  как  корректиру­ются эти недостатки  зрения,  представим  такую ситуацию.

Три человека, один из которых имеет нормальное  зрение,  у  второго  —  близорукость, а у третьего — дальнозоркость, смотрят на одни и  те же предметы,  расположенные довольно да­леко,— например, на звезды.

  (В этом случае мы можем  не  принимать  во  внимание  аккомода­цию,  ведь глаза у всех  троих расслаблены.)

У  человека  с  нормальным  зрением  фокус оптической  системы  глаза  в  спокойном  (нена­пряженном)  состоянии  расположен  на  сетчат­ке, т.е. параллельные лучи, попадающие в глаз, после преломления в  оптической  системе глаза собираются  на  сетчатке  (рис.  3.68),  и  изобра­жение предметов на ней  будет четким.

Иная ситуация у людей,  имеющих близорукость или дальнозоркость. Близорукость — это недостаток  зрения,  в  случае  которого  фокус оптической  системы  глаза  в  спокойном  (нена­пряженном)  состоянии  расположен  перед  сет­чаткой  (рис.  3.69,  а).

  Это  происходит  потому, что  в  случае  близорукости  угол  преломления светового  пучка  в  оптической  системе  глаза оказывается  большим,  чем  у  человека  с  нор­мальным  зрением.  Поэтому  изображение  пред­метов  на сетчатке будет нечетким,  размытым.

Рис. 3.69  В случае близорукости в спокойном состоянии глаза фокус F оптической системы глаза расположен перед сетчат­кой  (о). Изображение удаленных предметов на сетчатке получа­ется нечетким. Для коррекции близорукости используют очки с рассеивающими линзами  (б)

Расстояние  наилучшего  зрения  в  случае близорукости  меньше  25  см.  Именно  поэтому близорукий  человек,  чтобы  рассмотреть  пред­мет  в  руках,  подносит  его  близко  к  глазам. Близорукость  корректируется  ношением  очков с рассеивающими линзами  (рис.  3.69,  б).

Дальнозоркость  —  это  недостаток  зрения, в  случае  которого  фокус  оптической  системы глаза  в  спокойном  (ненапряженном)  состоянии расположен  за сетчаткой  (рис.  3.70,  а).

Это про­исходит потому, что в случае дальнозоркости угол преломления  светового  пучка  в  оптической  сис­теме глаза оказывается меньшим, чем у человека с  нормальным  зрением.

  Изображение  предметов на сетчатке также будет нечетким, размытым.

Расстояние наилучшего зрения в случае даль­нозоркости больше, чем 25 см,  поэтому,  рассматривая предмет в руках, человек отодвигает его от глаз. Дальнозоркость  корректируется  ношением очков с собирающими линзами  (рис.  3.70, б).

Рис. 3.70.  В случае дальнозоркос­ти в спокойном состоянии глаза фокус F оптической системы глаза расположен за сетчаткой (о). Изоб­ражение удаленных предметов на сетчатке получается нечетким. Для коррекции дальнозоркости используют собирающие линзы (б)

4. Знакомимся с инерцией зрения

Если  быстро перемещать в  темноте  «бенгальский  огонь»,  то наблюда­тель  увидит  светящиеся  фигуры,  образованные  «огневым  контуром».

  Раз­ноцветные  лампочки  карусели  во  время  быстрого  вращения,  сливаясь,  об­разуют  кольца.

  Наши  глаза  все  время  мигают,  а  поскольку  эти  движения довольно  быстрые,  мы  не  замечаем,  что  на  определенный  промежуток  вре­мени предмет,  на который мы  смотрим,  становится невидимым.

Все  эти  явления  можно  объяснить  так  называемой  инерцией  зрения. Суть  в  том,  что  после  того  как  изображение  предмета  исчезает  с  сетчатки глаза  (предмет  убирают,  перестают  его  освещать,  заслоняют  непрозрачным экраном и т.  п.),  зрительный образ,  вызванный этим предметом,  сохраняет­ся на  протяжении 0,1  с.

Зрительную  инерцию  широко  используют  в  анимационном  кино.

  Кар­тинки  на  экране  очень  быстро  (24  раза  в  секунду)  сменяют  друг  друга,  во время  их  смены  экран  не  освещается,  но  зри­тель  этого  не  замечает —  он  просто  видит ряд чередующихся картинок.

  Таким образом на эк­ране  создается  иллюзия  движения.  (А  теперь представьте,  сколько  картинок  нужно  нарисо­вать  художникам,  чтобы  получить  полнометражный мультипликационный фильм!)

На  инерции  зрения  также  базируется  при­менение  стробоскопа.  (Стробоскоп представля­ет собой источник света,  излучающий световые вспышки  через  определенные,  очень  малые промежутки  времени.)  Во  время фотографиро­вания  объектов,  освещеннных  стробоскопом, мы  получаем  стробоскопические  фотографии (рис.  3.71).

Рис. 3.71  Стробоскопическая фотография гимнаста, выполняю­щего упражнения на перекладине

С  точки  зрения  физики,  глаз  представляет  собой  оптическую  систе­му,  основными  элементами  которой  являются  роговица,  хрусталик  и  стек­ловидное тело.

В результате преломления света в этой оптической системе на светочувст­вительной  поверхности  глазного  дна  —  сетчатке  —  образуется  уменьшен­ное,  действительное,  перевернутое изображение предмета.

Если  оптическая система  глаза собирает  лучи перед  сетчаткой,  то изоб­ражение  предмета  на  сетчатке  будет  размытым  —  такой  дефект  зрения называется  близорукостью.  Близорукость  корректируют  ношением  очков с рассеивающими линзами.

Если оптическая система глаза слабо преломляет лучи,  то продолжения лучей пересекаются  за сетчаткой —  такой дефект  зрения называется даль­нозоркостью. Дальнозоркость  корректируют  ношением  очков  с  собирающи­ми линзами.

После  того  как  изображение  предмета  исчезает  с  сетчатки  глаза,  зри­тельный образ, вызванный этим предметом,  сохраняется в сознании челове­ка на протяжении 0,1  с.  Это  свойство называют инерцией  зрения.

1. Опишите строение человеческого  глаза и  назначение  отдельных  его элементов. 

2.  Какие  характеристики  имеет  изображение,  возникаю­щее  на  сетчатке  глаза? 

3.  Как  изменяется  диаметр  зрачка  в  случае уменьшения освещенности? 

4.  Почему человек с нормальным зрением может одинаково четко видеть как далеко, так и близко расположенные предметы? 

5. Чему равно расстояние наилучшего зрения для челове­ка с нормальным зрением? 

6.  Какой дефект зрения называется близо­рукостью?  Как  его  можно  скорректировать? 

7.  Какой  дефект  зрения называется дальнозоркостью? Как его можно скорректировать? 

8. Ка­кое свойство зрения называют инерцией  зрения?

1. Почему кривизна хрусталика глаза рыбы большая, чем у человека?2. Оптическая сила нормального глаза изменяется от 58,6 до 70,6 дптр. Определите,  во сколько раз изменяется при этом фокусное расстоя­ние глаза.3.

На  каком минимальном  расстоянии  от  глаза  следует  расположить зеркальце,  чтобы увидеть четкое изображение глаза?4. Оптическая сила линз бабушкиных очков  -2,5  дптр. Каково фокус­ное расстояние этих линз? Какой дефект  зрения имеет бабушка?5.

Почему,  чтобы лучше видеть,  близорукий человек щурит  глаза?6.  Почему даже в чистой воде человек без маски плохо видит?
7. Мальчик читает книгу, держа ее на расстоянии 20 см от глаз.

Опре­делите  оптическую  силу линз,  которые необходимы  мальчику для чтения на расстоянии наилучшего зрения (при условии нормально­го  зрения).

  • Экспериментальные задания

1.  Предложите способ,  с помощью которого можно определить,  какой дефект зрения (близорукость или дальнозоркость) корректируют те или  иные  очки.  Постарайтесь  найти  несколько  разных  очков  (по­просите  у  домашних,  соседей  и  т.  д.)  и  убедитесь  в  правильности своего способа.

2. Проверьте на  опыте  свойство  глаза  изменять  диаметр  зрачка  в  за­висимости  от  освещенности рассматриваемого объекта. Для наблю­дения изменений диаметра зрачка воспользуйтесь зеркалом.

  • Физика и техника в Украине

В  конце  прошлого века  ученым удалось установить, что  преломление  светового  луча,  попадающего  в  глаз, различно  в  разных  точках  глаза  из-за  того,  что  поверх­ность  роговицы  не  является  идеально  гладкой,  а  хрус­талик не является однородным  (см. рисунок).

Для  исправления  зрения  была  предложена  методика сглаживания  поверхности роговицы  с помощью лазерного  излучения.

Однако  чтобы  эта технология  действитель­но заработала, надо было знать, какое именно количество вещества хрусталика следует удалить в конкретном месте, т. е. было необходимо измерить реальный профиль хрусталика.

Тем не менее глаз не стоит спо­койно, а следовательно, надо было сделать это измерение очень быстро  (за доли секунды).

В  Германии, Японии, Испании и  США началось неистовое соревнование ученых и инже­неров за  создание такого  измерительного  прибора. Однако  первый  в мире рейтрейсинговый аберрометр был  создан  коллективом украинских ученых под руководством  профессо­ра Василия Молебного.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендации обсуждения Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь – Образовательный форум.

Источник: https://edufuture.biz/index.php?title=%D0%93%D0%BB%D0%B0%D0%B7_%D0%BA%D0%B0%D0%BA_%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0

2.1. Глаз как оптическая система

Оптическая система глаза близорукость

На рисунке 2.1. изображен разрез глазного яблокаи показаны основные детали глаза.

Рис. 2.1. Горизонтальный разрез правого глаза.

Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 г.

Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяется от 1 до 8 мм.

Помимо сосудов радужная оболочка содержит большое количество пигментных клеток, в зависимости от их содержания и глубины залегания радужная оболочка имеет различный цвет.

Когда в радужной оболочке нет никакого цветного вещества, то она кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах.

В этом случае глаза плохо защищены от света и иногда страдают светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.

Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта сетчаткой, представляющей собой светочувствительный слой. Получаемое светочувствительными элементами сетчатки раздражение передается волокнам зрительного нерва и по ним достигает зрительных центров мозга. Между сетчаткой и склерой находится тонкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

Место входа зрительного нерва представляет собой слепое пятно. Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза на угол около 5°.

2.1.2. Упрощенная оптическая схема глаза

Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на внутренней поверхности глаза – сетчатой оболочке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое).

Оптическую систему глаза составляют роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело (рис. 2.2). Особенностью этой системы является то, что последняя среда, проходимая светом непосредственно перед образованием изображения на сетчатке, обладает показателем преломления, отличным от единицы.

Вследствие этого фокусные расстояния оптической системы глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.

Рис. 2.2. Оптическая система глаза.

Преломление света в глазе происходит главным образом на его внешней поверхности – роговой оболочке, или роговице, а также на поверхностях хрусталика. Радужная оболочка определяет диаметр зрачка, величина которого может изменяться непроизвольным мышечным усилием от 1 до 8 мм.

Оптическая система глаза чрезвычайно сложна, поэтому при расчетах хода лучей обычно пользуются упрощенными, эквивалентными истинному глазу «схематическими глазами». В таблице 2.1 приведены данные для аккомодированного и не аккомодированного глаза.

В состоянии покоя В состоянии наибольшей аккомодации
пов-ти радиус кривизны осевое расстояние показатель преломления радиус кривизны осевое расстояние показатель преломления
1 7,7 0,5 1,376 7,7 0,5 1,376
2 6,8 3,1 1,336 6,8 2,7 1,336
3 10,0 3,6 1,386 5,33 4,0 1,386
4  -6,0 15 1,336  -5,33 15 1,336
Оптическая сила Оптическая сила

Таблица 2.1. Данные «схематического глаза».

Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:

,(2.1)

где  – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.

2.1.3. Аккомодация

Аккомодация – это способность глаза приспосабливаться к четкому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза.

Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается и его радиусы кривизны увеличиваются. При уменьшении натяжения мышцы хрусталик под действием упругих сил увеличивает свою кривизну.

В свободном, ненапряженном состоянии нормального глаза на сетчатке получаются ясные изображения бесконечно удаленных предметов, а при наибольшей аккомодации видны самые близкие предметы.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза.

При аккомодации глаза на бесконечность задний фокус совпадает с сетчаткой. При наибольшем напряжении на сетчатке получается изображение предмета, находящегося на расстоянии около 9 см (рис. 2.4).

а) дальняя точка б) ближняя точка
Рис. 2.4. Изображение ближней и дальней точки.

Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в дптр).

С возрастом способность глаза к аккомодации постепенно уменьшается.

Скажем, в возрасте 20 лет для среднего глаза ближняя точка находится на расстоянии около 10 см (диапазон аккомодации 10 дптр), в 50 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 40 см (диапазон аккомодации 2.

5 дптр), а к 60 годам уходит на бесконечность, то есть аккомодация прекращается. Это явление называется возрастной дальнозоркостью или пресбиопией.

Расстояние наилучшего зрения – это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета.

В среднем расстояние наилучшего зрения составляет около 25-30 см, хотя для каждого человека оно может быть индивидуальным.

Источник: http://aco.ifmo.ru/el_books/introduction_into_specialization/glava-2/glava-2-1.html

Строение и свойства глаза

Оптическая система глаза близорукость
Следи за собой! Гимнастика для глаз Глаза и зрение

Глаз состоит из глазного яблока диаметром 22–24 мм, покрытого непрозрачной оболочкой, склерой, а спереди — прозрачной роговицей (или роговой оболочкой). Склера и роговица защищают глаз и служат для крепления глазо-двигательных мышц.

Радужная оболочка — тонкая сосудистая пластинка, ограничивающая проходящий пучок лучей. Свет проникает в глаз через зрачок. В зависимости от освещения диаметр зрачка может изменяться от 1 до 8 мм.

Хрусталик представляет собой эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта светочувствительным слоем — сетчаткой. От сетчатки световой сигнал передается в мозг по зрительному нерву. Между сетчаткой и склерой находится сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

На сетчатке имеется желтое пятно — участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза вверх на угол около 5 градусов. Диаметр желтого пятна — около 1 мм, а соответствующее ему поле зрения глаза — 6–8 градусов.

Сетчатка покрыта светочувствительными элементами: палочками и колбочками. Палочки более чувствительны к свету, но не различают цветов и служат для сумеречного зрения.

Колбочки чувствительны к цветам, но менее чувствительны к свету и поэтому служат для дневного зрения.

В области желтого пятна преобладают колбочки, а палочек мало; к периферии сетчатки, наоборот, число колбочек быстро уменьшается, и остаются только палочки.

В середине желтого пятна находится центральная ямка. Дно ямки выстлано только колбочками. Диаметр центральной ямки — 0,4 мм, поле зрения — 1 градус.

В желтом пятне к большинству колбочек подходят отдельные волокна зрительного нерва. Вне желтого пятна одно волокно зрительного нерва обслуживает группу колбочек или палочек.

Поэтому в области ямки и желтого пятна глаз может различать тонкие детали, а изображение, попадающее на остальные места сетчатки, становится менее четким.

Периферическая часть сетчатки служит в основном для ориентирования в пространстве.

В палочках находится пигмент родопсин, собирающийся в них в темноте и выцветающий на свету. Восприятие света палочками обусловлено химическими реакциями под действием света на родопсин. Колбочки реагируют на свет за счет реакции йодопсина.

Кроме родопсина и йодопсина на задней поверхности сетчатки имеется пигмент черного цвета. При свете этот пигмент проникает в слои сетчатки и, поглощая значительную часть световой энергии, защищает палочки и колбочки от сильного светового воздействия.

На месте ствола зрительного нерва располагается слепое пятно. Этот участок сетчатки не чувствителен к свету. Диаметр слепого пятна — 1,88 мм, что соответствует полю зрения 6 градусов. Это значит, что человек с расстояния 1 м может не увидеть предмета диаметром 10 см, если его изображение проектируется на слепое пятно.

Оптическая система глаза состоит из роговицы, водянистой влаги, хрусталика и стекловидного тела. Преломление света в глазе происходит, главным образом, на роговице и поверхностях хрусталика.

Свет от наблюдаемого предмета проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на сетчатке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое).

Показатель преломления стекловидного тела больше единицы, поэтому фокусные расстояния глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.

Оптическая сила глаза (в диоптриях) вычисляется как обратное заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах. Оптическая сила глаза зависит от того, находится ли он в состоянии покоя (58 диоптрий для нормального глаза) или в состоянии наибольшей аккомодации (70 диоптрий).

Аккомодация — это способность глаза четко различать предметы, находящиеся на разных расстояниях.

Аккомодация происходит за счет изменения кривизны хрусталика при натяжении или расслаблении мышц ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается, и его радиусы кривизны увеличиваются.

При уменьшении натяжения мышцы кривизна хрусталика увеличивается под действием упругих сил.

В свободном, ненапряженном состоянии нормального глаза на сетчатке получаются ясные изображения бесконечно удаленных предметов, а при наибольшей аккомодации видны самые близкие предметы.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза.

При аккомодации глаза на бесконечность задний фокус совпадает с сетчаткой. При наибольшем напряжении на сетчатке получается изображение предмета, находящегося на расстоянии около 9 см.

Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в диоптриях).

С возрастом способность глаза к аккомодации уменьшается.

В возрасте 20 лет для среднего глаза ближняя точка находится на расстоянии около 10 см (диапазон аккомодации 10 диоптрий), в 50 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 40 см (диапазон аккомодации 2,5 диоптрии), а к 60 годам уходит на бесконечность, то есть аккомодация прекращается. Это явление называется возрастной дальнозоркостью или пресбиопией.

Расстояние наилучшего зрения — это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета. При нормальном зрении оно составляет в среднем 25–30 см.

Приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности называется адаптацией. Адаптация происходит за счет изменения диаметра отверстия зрачка, перемещения черного пигмента в слоях сетчатки и различной реакцией на свет палочек и колбочек. Сокращение зрачка происходит за 5 секунд, а его полное расширение — за 5 минут.

Темновая адаптация происходит при переходе от больших яркостей к малым. При ярком свете работают колбочки, палочки же «ослеплены», родопсин выцвел, черный пигмент проник в сетчатку, заслоняя колбочки от света. При резком снижении яркости отверстие зрачка раскрывается, пропуская больший световой поток.

Затем из сетчатки уходит черный пигмент, родопсин восстанавливается, и когда его становится достаточно, начинают функционировать палочки. Так как колбочки не чувствительны к слабым яркостям, то сначала глаз ничего не различает. Чувствительность глаза достигает максимального значения через 50–60 минут пребывания в темноте.

Световая адаптация — это процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим. Сначала палочки сильно раздражены, «ослеплены» из-за быстрого разложения родопсина. Колбочки, не защищенные еще зернами черного пигмента, также раздражены слишком сильно. Через 8–10 минут чувство ослепления прекращается, и глаз снова видит.

Поле зрения глаза достаточно широкое (125 градусов по вертикали и 150 градусов по горизонтали), но для ясного различения используется только его малая часть. Поле наиболее совершенного зрения (соответствующее центральной ямке) — около 1–1,5°, удовлетворительного (в области всего желтого пятна) — около 8° по горизонтали и 6° по вертикали.

Вся остальная часть поля зрения служит для грубого ориентирования в пространстве. Для обозрения окружающего пространства глазу приходится совершать непрерывное вращательное движение в своей орбите в пределах 45–50°. Это вращение приводит изображения различных предметов на центральную ямку и дает возможность рассмотреть их детально.

Движения глаза совершаются без участия сознания и, как правило, не замечаются человеком.

Угловой предел разрешения глаза — это минимальный угол, при котором глаз наблюдает раздельно две светящиеся точки.

Угловой предел разрешения глаза составляет около 1 минуты и зависит от контраста предметов, освещенности, диаметра зрачка и длины волны света.

Кроме того, предел разрешения увеличивается при удалении изображения от центральной ямки и при наличии дефектов зрения.

При нормальном зрении дальняя точка глаза бесконечно удалена. Это означает, что фокусное расстояние расслабленного глаза равно длине оси глаза, и изображение попадает точно на сетчатку в области центральной ямки.

Такой глаз хорошо различает предметы вдали, а при достаточной аккомодации — и вблизи.

Близорукость

При близорукости лучи от бесконечно удаленного предмета фокусируются перед сетчаткой, поэтому на сетчатке формируется размытое изображение.

Чаще всего это происходит из-за удлинения (деформации) глазного яблока. Реже близорукость возникает при нормальной длине глаза (около 24 мм) из-за слишком большой оптической силы оптической системы глаза (более 60 диоптрий).

В обоих случаях изображение от удаленных предметов находится внутри глаза, а не на сетчатке. На сетчатку попадает только фокус от близко расположенных к глазу предметов, то есть дальняя точка глаза находится на конечном расстоянии перед ним.

Дальняя точка глаза

Близорукость корректируется при помощи отрицательных линз, которые строят изображение бесконечно удаленной точки в дальней точке глаза.

Дальняя точка глаза

Близорукость чаще всего появляется в детском и подростковом возрасте, причем по мере роста глазного яблока в длину близорукость увеличивается. Истинной близорукости, как правило, предшествует так называемая ложная близорукость — следствие спазма аккомодации. В этом случае можно восстановить нормальное зрение при помощи средств, расширяющих зрачок и снимающих напряжение ресничной мышцы.

Дальнозоркость

При дальнозоркости лучи от бесконечно удаленного предмета фокусируются за сетчаткой.

Дальнозоркость вызывается слабой оптической силой глаза для данной длины глазного яблока: либо короткий глаз при нормальной оптической силе, либо малая оптическая сила глаза при нормальной длине.

Чтобы сфокусировать изображение на сетчатке, приходится все время напрягать мышцы ресничного тела. Чем ближе предметы к глазу, тем все дальше за сетчатку уходит их изображение и тем больше требуется усилий мышц глаза.

Дальняя точка дальнозоркого глаза находится за сетчаткой, т. е. в расслабленном состоянии он может четко увидеть лишь предмет, который находится позади него.

Дальняя точка глаза

Конечно, поместить предмет за глаз нельзя, но можно спроецировать туда его изображение при помощи положительных линз.

Дальняя точка глаза

При небольшой дальнозоркости зрение вдаль и вблизи хорошее, но могут быть жалобы на быструю утомляемость и головную боль при работе.

При средней степени дальнозоркости зрение вдаль остается хорошим, а вблизи затруднено.

При высокой дальнозоркости плохим становится зрение и вдаль, и вблизи, так как исчерпаны все возможности глаза фокусировать на сетчатке изображение даже далеко расположенных предметов.

У новорожденного глаз немного сдавлен в горизонтальном направлении, поэтому у глаза есть небольшая дальнозоркость, которая проходит по мере роста глазного яблока.

Аметропия

Аметропия (близорукость или дальнозоркость) глаза выражается в диоптриях как величина, обратная расстоянию от поверхности глаза до дальней точки, выраженной в метрах.

Оптическая сила линзы, необходимая для коррекции близорукости или дальнозоркости, зависит от расстояния от очков до глаза. Контактные линзы располагаются вплотную к глазу, поэтому их оптическая сила равна аметропии.

Например, если при близорукости дальняя точка находится перед глазом на расстоянии 50 см, то для ее исправления нужны контактные линзы с оптической силой в −2 диоптрии.

Слабая степень аметропии считается до 3 диоптрий, средняя — от 3 до 6 диоптрий и высокая степень — выше 6 диоптрий.

Астигматизм

При астигматизме фокусные расстояния глаза различны в разных сечениях, проходящих через его оптическую ось. При астигматизме в одном глазу сочетаются эффекты близорукости, дальнозоркости и нормального зрения.

Например, глаз может быть близоруким в горизонтальном сечении и дальнозорким в вертикальном сечении. Тогда на бесконечности он не сможет видеть ясно горизонтальных линий, а вертикальные будет четко различать.

На близком расстоянии, наоборот, такой глаз хорошо видит вертикальные линии, а горизонтальные будут расплывчатыми.

Причина астигматизма либо в неправильной форме роговицы, либо в отклонении хрусталика от оптической оси глаза. Астигматизм чаще всего является врожденным, но может стать следствием операции или глазной травмы.

Кроме дефектов зрительного восприятия, астигматизм обычно сопровождается быстрой утомляемостью глаз и головными болями.

Астигматизм корректируется при помощи цилиндрических (собирательных или рассеивающих) линз в сочетании со сферическими линзами.

Источник: http://mhlife.ru/prevention/hygiene/eyes.html

Глаз человека

Оптическая система глаза близорукость

 
Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: глаз как оптическая система.

Глаз – удивительно сложная и совершенная оптическая система, созданная природой. Сейчас мы в общих чертах узнаем, как функционирует человеческий глаз. Впоследствии это позволит нам лучше понять принципы работы оптических приборов; да, кроме того, это интересно и важно само по себе.

Строение глаза

Мы ограничимся рассмотрением лишь самых основных элементов глаза. Они показаны на рис. 1 (правый глаз, вид сверху).

Рис. 1. Строение глаза

Лучи, идущие от предмета (в данном случае предметом является фигура человека), попадают на роговицу – переднюю прозрачную часть защитной оболочки глаза.

Преломляясь в роговице и проходя сквозь зрачок (отверстие в радужной оболочке глаза), лучи испытывают вторичное преломление в хрусталике.

Хрусталик является собирающей линзой с переменным фокусным расстоянием; он может менять свою кривизну (и тем самым фокусное расстояние) под действием специальной глазной мышцы.

Преломляющая система роговицы и хрусталика формирует на сетчатке изображение предмета. Сетчатка состоит из светочувствительных палочек и колбочек – нервных окончаний зрительного нерва. Падающий свет вызывает раздражение этих нервных окончаний, и зрительный нерв передаёт соответствующие сигналы в мозг. Так в нашем сознании формируются образы предметов – мы видим окружающий мир.

Ещё раз взгляните на рис. 1 и обратите внимание, что изображение разглядываемого предмета на сетчатке – действительное, перевёрнутое и уменьшенное. Так получается потому, что предметы, рассматриваемые глазом без напряжения, расположены за двойным фокусом системы роговица-хрусталик (помните случай для собирающей линзы?).

То, что изображение является действительным, понятно: на сетчатке должны пересекаться сами лучи (а не их продолжения), концентрируя световую энергию и вызывая раздражения палочек и колбочек.

Насчёт того, что изображение является уменьшенным, тоже вопросов не возникает. А каким же ему ещё быть? Диаметр глаза равен примерно 25 мм, а поле нашего зрения попадают предметы куда большего размера. Естественно, глаз отображает их на сетчатке в уменьшенном виде.

Но вот как быть с тем, что изображение на сетчатке является перевёрнутым? Почему же тогда мы видим мир не вверх ногами? Здесь подключается корректирующее действие нашего мозга. Оказывается, кора головного мозга, обрабатывая изображение на сетчатке, переворачивает картинку обратно! Это установленный факт, проверенный экспериментами.

Как мы уже сказали, хрусталик – это собирающая линза с переменным фокусным расстоянием. Но зачем хрусталику менять своё фокусное расстояние?

Аккомодация

Представьте себе, что вы смотрите на приближающегося к вам человека. Вы всё время чётко его видите. Каким образом глазу удаётся это обеспечивать?

Чтобы лучше понять суть вопроса, давайте вспомним формулу линзы:

.

В данном случае – это расстояние от глаза до предмета, – расстояние от хрусталика до сетчатки, – фокусное расстояние оптической системы глаза. Величина является неиз
менной, поскольку это геометрическая характеристика глаза. Следовательно, чтобы формула линзы оставалась справедливой, вместе с расстоянием до разглядываемого предмета должно меняться и фокусное расстояние .

Например, если предмет приближается к глазу, то уменьшается, поэтому и должно
уменьшаться. Для этого глазная мышца деформирует хрусталик, делая его более выпуклым и уменьшая тем самым фокусное расстояние до нужной величины. При удалении предмета, наоборот, кривизна хрусталика уменьшается, а фокусное расстояние возрастает.

Описанный механизм самонастройки глаза называется аккомодацией. Итак, аккомодация – это способность глаза отчётливо видеть предметы на различных расстояниях. В процессе аккомодации кривизна хрусталика меняется так, что изображение предмета всегда оказывается на сетчатке.

Аккомодация глаза совершается бессознательно и очень быстро. Эластичный хрусталик может легко менять свою кривизну в определённых пределах.

Этим естественным пределам деформации хрусталика отвечает
область аккомодации – диапазон расстояний, на которых глаз способен чётко видеть предметы.

Область аккомодации характеризуется своими границами -дальней и ближней точками аккомодации.

Дальняя точка аккомодации (дальняя точка ясного видения) – это точка нахождения предмета, изображение которого на сетчатке получается при расслабленной глазной мышце, т. е. когда хрусталик не деформирован.

Ближняя точка аккомодации (ближняя точка ясного видения) – это точка нахождения предмета, изображение которого на сетчатке получается при наибольшем напряжении глазной мышцы, т. е. при максимально возможной деформации хрусталика.

Дальняя точка аккомодации нормального глаза находится на бесконечности: в ненапряжённом состоянии глаз фокусирует параллельные лучи на сетчатке (рис. 2, слева). Иными словами, фокусное расстояние оптической системы нормального глаза при недеформированном хрусталике равно расстоянию от хрусталика до сетчатки.

Ближняя точка аккомодации нормального глаза расположена на некотором расстоянии от него (рис. 2, справа; хрусталик максимально деформирован). Это расстояние с возрастом увеличивается. Так, у десятилетнего ребёнка см; в возрасте 30 лет см; к 45 годам ближняя точка аккомодации находится уже на расстоянии 20–25 см от глаза.

Рис. 2. Дальняя и ближняя точки аккомодации нормального глаза

Теперь мы переходим к простому, но очень важному понятию угла зрения. Оно является ключевым для понимания принципов работы различных оптических приборов.

Угол зрения

Когда мы хотим получше рассмотреть предмет, мы приближаем его к глазам. Чем ближе предмет, тем больше его деталей оказываются различимыми. Почему так получается?

Давайте посмотрим на рис. 3. Пусть стрелка – рассматриваемый предмет, – оптический центр глаза. Проведём лучи и (которые не преломляются) и получим на сетчатке изображение нашего предмета – красную изогнутую стрелочку.

Рис. 3. Предмет далеко, угол зрения мал

Угол называется углом зрения. Если предмет расположен далеко от глаза, то угол зрения мал, и размер изображения на сетчатке также оказывается малым.

Рис. 4. Предмет близко, угол зрения велик

Но если предмет расположить ближе, то угол зрения увеличивается (рис. 4). Соответственно увеличивается и размер изображения на сетчатке. Сравните рис. 3 и рис. 4 – во втором случае изогнутая стрелочка оказывается явно длиннее!

Размер изображения на сетчатке – вот что важно для подробного разглядывания предмета. Сетчатка, напомним, состоит из нервных окончаний зрительного нерва.

Поэтому чем крупнее изображение на сетчатке, тем больше нервных окончаний раздражается идущими от предмета световыми лучами, тем больший поток информации о предмете направляется по зрительному нерву в мозг – и, следовательно, тем больше подробностей мы различаем, тем лучше мы видим предмет!

Ну а размер изображения на сетчатке, как мы уже убедились из рисунков 3 и 4, напрямую зависит от угла зрения: чем больше угол зрения, тем крупнее изображение. Поэтому вывод: увеличивая угол зрения, мы различаем больше подробностей рассматриваемого объекта.

Вот почему мы одинаково плохо видим как мелкие объекты, пусть и находящиеся рядом, так и крупные объекты, но расположенные далеко. В обоих случаях угол зрения мал, и на сетчатке раздражается небольшое число нервных окончаний.

Известно, кстати, что если угол зрения меньше одной угловой минуты (1/60 градуса), то раздражается лишь одно нервное окончание. В этом случае мы воспринимаем объект просто как точку, лишённую деталей.

Расстояние наилучшего зрения

Итак, приближая предмет, мы увеличиваем угол зрения и различаем больше деталей. Казалось бы, оптимального качества видения мы достигнем, если расположим предмет максимально близко к глазу – в ближней точке аккомодации (в среднем это 10–15 см от глаза).

Однако мы так не поступаем. Например, читая книгу, мы держим её на расстоянии примерно 25 см. Почему же мы останавливаемся на этом расстоянии, хотя ещё имеется ресурс дальнейшего увеличения угла зрения?

Дело в том, что при достаточно близком расположении предмета хрусталик чрезмерно деформируется. Конечно, глаз ещё способен чётко видеть предмет, но при этом быстро утомляется, и мы испытываем неприятное напряжение.

Величина см называется расстоянием наилучшего зрения для нормального глаза. При таком расстоянии достигается компромисс: угол зрения уже достаточно велик, и в то же время глаз не утомляется ввиду не слишком большой деформации хрусталика. Поэтому с расстояния наилучшего зрения мы можем полноценно созерцать предмет в течении весьма долгого времени.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.