Глаз человека. Глаз и зрение: интересные факты Маленький экскурс в далёкое прошлое

От наблюдения далеких галактик за световые годы от нас до восприятия невидимых цветов, Адам Хэдхейзи на BBC объясняет, почему ваши глаза могут делать невероятные вещи. Взгляните вокруг. Что вы видите? Все эти цвета, стены, окна, все кажется очевидным, как будто так и должно быть здесь. Мысль о том, что мы все это видим благодаря частицам света - фотонам - которые отскакивают от этих объектов и попадают нам в глаза, кажется невероятной.

Эта фотонная бомбардировка всасывается примерно 126 миллионами светочувствительных клеток. Различные направления и энергии фотонов транслируются в наш мозг в разных формах, цветах, яркости, наполняя образами наш многоцветный мир.

Наше замечательное зрение, очевидно, обладает рядом ограничений. Мы не можем видеть радиоволны, исходящие от наших электронных устройств, не можем разглядеть бактерий под носом. Но с достижениями физики и биологии мы можем определить фундаментальные ограничения естественного зрения. «Все, что вы можете различить, имеет порог, самый низкий уровень, выше и ниже которого вы видеть не можете», - говорит Майкл Лэнди, профессор неврологии Нью-Йоркского университета.

Начнем рассматривать эти визуальные пороги сквозь призму - простите за каламбур - что многие ассоциируют со зрением в первую очередь: цвет.

Почему мы видим фиолетовый, а не коричневый, зависит от энергии, или длины волн, фотонов, падающих на сетчатку глаза, расположенную в задней части наших глазных яблок. Там находится два типа фоторецепторов, палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цвет, а палочки позволяют нам видеть оттенки серого в условиях низкой освещенности, например, ночью. Опсины, или пигментные молекулы, в клетках сетчатки поглощают электромагнитную энергию падающих фотонов, генерируя электрический импульс. Этот сигнал идет через зрительный нерв к мозгу, где и рождается сознательное восприятие цветов и изображений.

У нас есть три типа колбочек и соответствующих опсинов, каждый из которых чувствителен к фотонам определенной длины волны. Эти колбочки обозначаются буквами S, M и L (короткие, средние и длинные волны соответственно). Короткие волны мы воспринимаем синими, длинные - красными. Длины волн между ними и их комбинации превращаются в полную радугу. «Весь свет, который мы видим, кроме созданного искусственно с помощью призм или хитроумных устройств вроде лазеров, представляет собой смесь разных длин волн, - говорит Лэнди».

Из всех возможных длин волн фотона наши колбочки обнаруживают небольшую полосу от 380 до 720 нанометров - то, что мы называем видимым спектром. За пределами нашего спектра восприятия есть инфракрасный и радиоспектр, у последнего диапазон волн составляет от миллиметра до километра длиной.

Над нашим видимым спектром, на более высоких энергиях и коротких длинах волн, мы находим ультрафиолетовый спектр, потом рентгеновские лучи и на вершине - гамма-лучевой спектр, длины волн которого достигают одной триллионной метра.

Хотя большинство из нас ограничены видимым спектром, люди с афакией (отсутствием хрусталика) могут видеть в ультрафиолетовом спектре. Афакия, как правило, создается вследствие оперативного удаления катаракты или врожденных дефектов. Обычно хрусталик блокирует ультрафиолетовый свет, поэтому без него люди могут видеть за пределами видимого спектра и воспринимать длины волн до 300 нанометров в голубоватом оттенке.

Исследование 2014 года показало, что, условно говоря, все мы можем видеть инфракрасные фотоны. Если два инфракрасных фотона случайно попадают в клетку сетчатки почти одновременно, их энергия объединяется, конвертируя их длину волны из невидимой (например, 1000 нанометров) в видимую 500-нанометровую (холодный зеленый цвет для большинства глаз).

Здоровый человеческий глаз имеет три типа колбочек, каждый из которых может различать порядка 100 разных цветовых оттенков, поэтому большинство исследователей сходятся во мнении, что наши глаза в общем могут различить примерно миллион оттенков. Тем не менее восприятие цвета — это довольно субъективная способность, которая варьируется от человека к человеку, поэтому определить точные цифры довольно сложно.

«Довольно трудно переложить это на цифры, - говорит Кимберли Джеймисон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвине. - То, что видит один человек, может быть лишь частью цветов, которые видит другой человек».

Джеймисон знает, о чем говорит, поскольку работает с «тетрахроматами» - людьми, обладающими «сверхчеловеческим» зрением. Эти редкие индивиды, в основном женщины, обладают генетической мутацией, которая подарила им дополнительные четвертые колбочки. Грубо говоря, благодаря четвертому набору колбочек, тетрахроматы могут разглядеть 100 миллионов цветов. (Люди с цветовой слепотой, дихроматы, имеют только два вида колбочек и видят примерно 10 000 цветов).

Сколько минимум фотонов нам нужно видеть?

Для того чтобы цветное зрение работало, колбочкам, как правило, нужно намного больше света, чем их коллегам-палочкам. Поэтому в условиях низкой освещенности цвет «гаснет», поскольку на передний план выходят монохроматические палочки.

В идеальных лабораторных условиях и в местах сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут быть активированы лишь горсткой фотонов. И все же палочки лучше справляются в условиях рассеянного света. Как показали эксперименты 40-х годов, одного кванта света достаточно, чтобы привлечь наше внимание. «Люди могут реагировать на один фотон, - говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфорде. - Нет никакого смысла в еще большей чувствительности».

В 1941 году исследователи Колумбийского университета усадили людей в темную комнату и дали их глазам приспособиться. Палочкам потребовалось несколько минут, чтобы достичь полной чувствительности - вот почему у нас возникают проблемы со зрением, когда внезапно гаснет свет.

Затем ученые зажгли сине-зеленый свет перед лицами испытуемых. На уровне, превышающем статистическую случайность, участники смогли зафиксировать свет, когда первые 54 фотона достигли их глаз.

После компенсации потери фотонов через всасывание другими компонентами глаза, ученые обнаружили, что уже пять фотонов активируют пять отдельных палочек, которые дают ощущение света участникам.

Каков предел самого мелкого и дальнего, что мы можем увидеть?

Этот факт может вас удивить: нет никакого внутреннего ограничения мельчайшей или самой далекой вещи, которую мы можем увидеть. Пока объекты любого размера, на любом расстоянии передают фотоны клеткам сетчатки, мы можем их видеть.

«Все, что волнует глаз, это количество света, которое попадает на глаз, - говорит Лэнди. - Общее число фотонов. Вы можете сделать источник света до смешного малым и удаленным, но если он излучает мощные фотоны, вы его увидите».

К примеру, расхожее мнение гласит, что темной ясной ночью мы можем разглядеть огонек свечи с расстояния 48 километров. На практике, конечно, наши глаза будут просто купаться в фотонах, поэтому блуждающие кванты света с больших расстояний просто потеряются в этой мешанине. «Когда вы увеличиваете интенсивность фона, количество света, которое вам необходимо, чтобы что-то разглядеть, увеличивается», - говорит Лэнди.

Ночное небо с темным фоном, усеянным звездами, являет собой поразительный пример дальности нашего зрения. Звезды огромны; многие из тех, что мы видим в ночном небе, составляют миллионы километров в диаметре. Но даже ближайшие звезды находятся минимум в 24 триллионах километров от нас, а потому настолько малы для нашего глаза, что их не разберешь. И все же мы их видим как мощные излучающие точки света, поскольку фотоны пересекают космические расстояния и попадают в наши глаза.

Все отдельные звезды, которые мы видим в ночном небе, находятся в нашей галактике - . Самый далекий объект, который мы можем разглядеть невооруженным глазом, находится за пределами нашей галактики: это галактика Андромеды, расположенная в 2,5 миллионах световых лет от нас. (Хотя это спорно, некоторые индивиды заявляют, что могут разглядеть галактику Треугольника в чрезвычайно темном ночном небе, а она находится в трех миллионах световых лет от нас, только придется поверить им на слово).

Триллион звезд в галактике Андромеды, учитывая расстояние до нее, расплываются в смутный светящийся клочок неба. И все же ее размеры колоссальны. С точки зрения видимого размера, даже будучи в квинтиллионах километрах от нас, эта галактика в шесть раз шире полной Луны. Однако наших глаз достигает так мало фотонов, что этот небесный монстр почти незаметен.

Насколько острым может быть зрение?

Почему мы не различаем отдельных звезд в галактике Андромеды? Пределы нашего визуального разрешения, или остроты зрения, накладывают свои ограничения. Острота зрения - это возможность различать такие детали, как точки или линии, отдельно друг от друга, чтобы те не сливались воедино. Таким образом, можно считать пределы зрения числом «точек», которые мы можем различить.

Границы остроты зрения устанавливают несколько факторов, например, расстояния между колбочками и палочками, упакованными в сетчатке. Также важна оптика самого глазного яблока, которое, как мы уже говорили, предотвращает проникновение всех возможных фотонов к светочувствительным клеткам.

Теоретически, как показали исследования, лучшее, что мы можем разглядеть, это примерно 120 пикселей на градус дуги, единицу углового измерения. Можете представить это как черно-белую шахматную доску 60 на 60 клеток, которая умещается на ногте вытянутой руки. «Это самый четкий паттерн, который вы можете разглядеть», - говорит Лэнди.

Проверка зрения, вроде таблицы с мелкими буквами, руководствуется теми же принципами. Эти же пределы остроты объясняют, почему мы не может различить и сосредоточиться на одной тусклой биологической клетке шириной в несколько микрометров.

Но не списывайте себя со счетов. Миллион цветов, одиночные фотоны, галактические миры за квантиллионы километров от нас - не так уж и плохо для пузырька желе в наших глазницах, подключенных к 1,4-килограммовой губке в наших черепах.

почему глаз человека различает больше оттенков зеленого? доказано, что это так... но вот почему - не доказано)) и получил лучший ответ

Ответ от Evgeny M.[гуру]
Максимум солнечного излучения приходится на зеленую часть спектра. Солнце нам кажется не зеленым, а желтым исключительно из-за особенностей наших глаз и мозга. Усиление желтого цвета в мозге происходит в большей степени, чем зеленого. А на самом деле Солнце зеленого цвета.
В результате того, что Солнце зеленое, именно зеленые предметы максимально освещены на Земле. Чем предмет более освещен, тем больше градаций его цвета разнесены по энергии фотонов. То есть разные оттенки оказывают разное влияние на сетчатку глаза. Чем предмет менее освещен, тем меньше различаются между собой по энергии фотоны с разными цветами. Слабо освещенные предметы, вообще, для глаза выглядят как серые.
Это относится только к естественному свету. Если эксперименты по различению оттенков ставить при электрическом освещении, то совсем не обязательно, что глаз человека будет больше всего различать оттенки зеленого цвета.
Это также относится только к отраженному свету. Если цвет не отраженный естественный, то это уже не так. Например, на экране монитора и на экране телевизора глаз различает столько оттенков зеленого, сколько позволяет создать оттенков зеленого данный монитор. Их количество может быть меньше, чем, например, число оттенков желтого или синего. Это зависит от конкретных технических решений.

Ответ от 2 ответа [гуру]

Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: почему глаз человека различает больше оттенков зеленого? доказано, что это так... но вот почему - не доказано))

Ответ от Niemand [гуру]
Он в середине видимого спектра. Что тут доказывать – и так понятно.

Ответ от Вася Пупкин [гуру]
Больше, чем что?

Именно с помощью зрения человек воспринимает большую часть информации из окружающего мира, поэтому все факты, связанные с глазами, интересны человеку. На сегодняшний день их существует огромное количество.

Строение глаза

Интересные факты о глазах начинаются с того, что человек является единственным существом на планете, имеющим белки глаз. В остальном глаза заполнено колбочками и палочками, как и у некоторых животных. Эти клетки находятся в глазу в количестве сотни миллионов и являются светочувствительными. Колбочки реагируют на смену освещенности и цветов больше, чем палочки.

У всех взрослых людей размер глазного яблока практически идентичен и составляет 24 мм в диаметре, в то время как новорожденный ребенок имеет диаметр яблока в 18 мм, а вес почти в три раза меньше.

Интересно, что иногда человек может видеть перед глазами различные плавающие помутнения, которые в действительности являются нитями белка.

Роговица глаза покрывает всю его видимую поверхность и является единственной частью тела человека, которая не снабжается кислородом из крови.

Хрусталик глаза, обеспечивающий четкость зрения, постоянно фокусируется на окружающей обстановке со скоростью 50 предметов в секунду. Движется глаз с помощью всего лишь 6 глазных мышц, являющихся самыми активными во всем организме.

Интересные факты о глазах включают в себя информацию о том, что чихнуть с открытыми глазами невозможно. Ученые объясняют это двумя гипотезами - рефлекторным сокращением мышц лица и защитой глаза от попадания микробов из слизистой носа.

Мозговое зрение

Интересные факты о зрении и глазах часто имеют данные о том, что на самом деле человек видит мозгом, а не глазом. Данное утверждение было научно установлено еще в 1897 году, подтвердив, что глаз человека воспринимает окружающую информацию в перевернутом виде. Переходя через оптический нерв к центру нервной системы, картинка переворачивается в привычное положение именно в коре головного мозга.

Особенности радужной оболочки

Они включают в себя тот факт, что радужка каждого человека имеет 256 отличительных характеристик, в то время как отпечатки пальцев отличаются лишь по сорока. Вероятность найти человека с такой же радужной оболочкой практически равна нулю.

Нарушение цветовосприятия

Чаще всего данная патология проявляется как дальтонизм. Интересно, что при рождении дальтониками являются все дети, но с возрастом у большинства приходит в норму. Чаще всего от данного нарушения страдают мужчины, не способные видеть определенные цвета.

В норме человек должен разделять семь основных цветов и до 100 тысяч их оттенков. В отличие от мужчин 2 % женщин страдают от генетической мутации, которая наоборот расширяет спектр их восприятия цветов до сотен миллионов оттенков.

Нетрадиционная медицина

Учитывая интересные факты о нем породили иридодиагностику. Она представляет собой нетрадиционный метод диагностирования заболеваний всего организма при помощи исследования радужной

Затемнение глаза

Интересно, что пираты носили повязки на глаза не для того, чтобы скрыть свои повреждения. Они закрывали один глаз, чтобы тот быстро смог адаптироваться к плохому освещению в трюмах корабля. Поочередно используя один глаз для помещений с тусклым освещением и палубы с ярким светом, пираты могли более эффективно вести бой.

Первые затемненные очки для обоих глаз появились не для защиты от яркого света, а для скрытия взгляда от посторонних лиц. Использовались они сначала только китайскими судьями, чтобы не демонстрировать окружающим личные эмоции к рассматриваемым делам.

Голубой или карий?

Цвет глаз человека определяется количеством концентрации в организме пигмента меланина.

Находится между роговицей и хрусталиком глаза и состоит из двух слоев:

• переднего;
• заднего.

Медицинскими терминами они определяются как мезодермальный и эктодермальный соответственно. Именно в переднем слое и распределяется красящий пигмент, определяя цвет глаз человека. Интересные факты о глазах подтверждают, что окраску радужке обеспечивает только меланин, независимо от того, какого цвета глаза. Оттенок меняется только за счет смены концентрации красящего вещества.

При рождении практически у всех детей данный пигмент полностью отсутствует, поэтому глаза новорожденных голубые. С возрастом они меняют свой цвет, который полностью устанавливается только к 12 годам.

Интересные факты про глаза человека также утверждают, что цвет может меняться в зависимости от некоторых обстоятельств. Учеными на данный момент установлено такое явление, как хамелеон. Оно представляет собой смену цвета глаза при длительном нахождении на холоде или при длительном ярком освещении. Некоторые люди утверждают, что цвет их глаз зависит не только от погоды, а и от личного настроения.

Самые интересные факты о строении глаза человека содержат данные о том, что на самом деле все люди на свете голубоглазые. Высокая концентрация пигмента в радужной оболочке обеспечивает поглощение световых лучей высоких и низких частот, за счет чего их отражение приводит к появлению коричневого или черного цвета глаз.

Цвет глаз во многом зависит от географической местности. Так в северных регионах преобладает население с голубым цветом глаз. Ближе к югу насчитывается большое количество кареглазых, а на экваторе практически все население имеет черный цвет радужной оболочки.

Более полувека назад ученые установили интересный факт - при рождении мы все дальнозоркие. Только к достижению шестимесячного возраста зрение нормализуется. Интересные факты о глазах и зрении человека также подтверждают, что полностью формируется глаз по физиологическим параметрам к семилетнему возрасту.

Зрение может сказываться и на общем состоянии организма, так при превышенных нагрузках на глаза наблюдается общее переутомление, головные боли, усталость и стрессовое состояние.

Интересно, что научно не доказана связь между качеством зрения и витамином моркови каротином. На самом деле этот миф взял свое начало со времен войны, когда англичане решили скрыть изобретение авиационного радара. Они объясняли быстрое обнаружение вражеских самолетов острым зрением своих летчиков, которые ели морковь.

Чтобы самостоятельно проверить остроту зрения, следует взглянуть на ночное небо. Если возле средней звезды ручки большого ковша (Большой Медведицы) удается разглядеть маленькую звезду, то все в норме.

Разные глаза

Чаще всего такое нарушения является генетическим и никак не сказывается на общем здоровье. Разный цвет глаз носит название гетерохромия и может быть полным или частичным. В первом случае каждый глаз окрашен своим цветом, а во втором одна радужка поделена на две части с разной окраской.

Негативные факторы

Больше всего на качество зрения и здоровье глаз в целом влияет косметика. Также негативно сказывается и ношение узкой одежды, поскольку она затрудняет кровообращение всех органов, в том числе и глаз.

Интересные факты о строении и работе глаза подтверждают, что ребенок не способен плакать в первый месяц жизни. Точнее при этом совершенно не выделяются слезы.

Состав слезы имеет три компонента:

• воду;
• слизь;

Если пропорции данных веществ на поверхности глаза не соблюдаются, появляется сухость и человек начинает плакать. При обильном течении слезы могут напрямую поступать в носоглотку.

Статистические исследования утверждают, что в год каждый мужчина плачет в среднем 7 раз, а женщина 47.

О моргании

Интересно, что в среднем человек моргает 1 раз в 6 секунд в большей степени рефлекторно. Данный процесс обеспечивает глазу достаточное увлажнение и своевременное очищение от загрязнений. По статистическим данным, женщины моргают в два раза чаще мужчин.

Японские исследователи установили, что процесс моргания действует еще и как перезагрузка для концентрации внимания. Именно в момент закрытия век падает активность нейросети внимания, поэтому и наблюдается моргание чаще всего после завершения определенного действия.

Чтение

Интересные факты про глаза не упустили такой процесс, как чтение. По данным ученых, при быстром чтении глаза утомляются намного меньше. При этом чтение бумажных книг всегда осуществляется на четверть быстрее, чем электронных носителей.

Ошибочные мнения

Многие считают, что курение никак не сказывается на здоровье глаз, но на самом деле табачный дым приводит к закупорке сосудов сетчатки глаза и приводит к развитию множества заболеваний зрительного нерва. Курение, как активное, так и пассивное, может привести к помутнению хрусталика, хроническим конъюнктивитам, желтым пятнам сетчатки, слепоте. Также при курении становится вредным ликопин.

В обычных случаях данное вещество оказывает благотворное влияние на организм, улучшая зрение, замедляя развитие катаракты, возрастные изменения и защищая глаз от ультрафиолетового излучения.

Интересные факты о глазах опровергают мнение о том, что излучение монитора негативно сказывается на зрении. На самом деле вред глазам приносит избыточное напряжение при частой фокусировке на мелких деталях.

Также многие уверены в необходимости осуществлять роды только кесаревым путем при наличии у женщины плохого зрения. В некоторых случаях это действительно так, но при близорукости можно пройти курс лазерной коагуляции и предупредить риск разрыва или отслоения сетчатки во время родов. Данная процедура осуществляется даже на 30-й неделе вынашивания плода и занимает всего несколько минут, совершенно не оказывая негативного влияния на здоровье и матери, и ребенка. Но как бы там ни было, старайтесь регулярно посещать специалиста и проверять свое зрение.

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).

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.

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.

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

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.

Близорукость.

Напомним, что фокусное расстояние нормального глаза в расслабленном состоянии равно расстоянию от оптического центра до сетчатки. Нормальный глаз фокусирует параллельные лучи на сетчатке и поэтому может чётко видеть удалённые предметы, не испытывая напряжения.

Близорукость - это дефект зрения, при котором фокусное расстояние расслабленного глаза меньше расстояния от оптического центра до сетчатки. Близорукий глаз фокусирует параллельные лучи перед сетчаткой, и от этого изображения удалённых объектов оказываются размытыми (рис. 5 ; хрусталик не изображаем).

Потеря чёткости изображения наступает, когда предмет находится дальше определённого расстояния. Это расстояние соответствует дальней точке аккомодации близорукого глаза. Таким образом, если у человека с нормальным зрением дальняя точка аккомодации находится на бесконечности, то у близорукого человека дальняя точка аккомодации расположена на конечном расстоянии перед ним .

Соответственно, ближняя точка аккомодации у близорукого глаза находится ближе, чем у нормального.

Расстояние наилучшего зрения для близорукого человека меньше 25 см. Близорукость корректируется с помощью очков с рассеивающими линзами. Проходя через рассеивающую линзу, параллельный пучок света становится расходящимся, в результате чего изображение бесконечно удалённой точки отодвигается на сетчатку (рис. 6 ). Если при этом мысленно продолжить расходящиеся лучи, попадающие в глаз, то они соберутся в дальней точке аккомодации .

Таким образом, близорукий глаз, вооружённый подходящими очками, воспринимает параллельный пучок света как исходящий из дальней точки аккомодации. Вот почему близорукий человек в очках может отчётливо рассматривать удалённые предметы без напряжения в глазах. Из рис. 6 мы видим также, что фокусное расстояние подходящей линзы равно расстоянию от глаза до дальней точки аккомодации.

Дальнозоркость.

Дальнозоркость - это дефект зрения, при котором фокусное расстояние расслабленного глаза больше расстояния от оптического центра до сетчатки.

Дальнозоркий глаз фокусирует параллельные лучи за сетчаткой, отчего изображения удалённых объектов оказываются размытыми (рис. 7 ).

На сетчатке же фокусируется сходящийся пучок лучей. Поэтому дальняя точка аккомодации дальнозоркого глаза оказывается мнимой : в ней пересекаются мысленные продолжения лучей сходящегося пучка, попадающего на глаз (мы увидим это ниже на рис. 8 ). Ближняя точка аккомодации у дальнозоркого глаза расположена дальше, чем у нормального.Расстояние наилучшего зрения для дальнозоркого человека больше 25 см.

Дальнозоркость корректируется с помощью очков с собирающими линзами. После прохождения собирающей линзы параллельный пучок света становится сходящимся и затем фокусируется на сетчатке (рис. 8 ).

Параллельные лучи после преломления в линзе идут так, что продолжения преломлённых лучей пересекаются в дальней точке аккомодации . Поэтому дальнозоркий человек, вооружённый подходящими очками, будет отчётливо и без напряжения рассматривать удалённые предметы. Мы также видим из рис. 8 , что фокусное расстояние подходящей линзы равно расстоянию от глаза до мнимой дальней точки аккомодации.

Как видит человек?

Зрение человека - очень сложный многоуровневый процесс обработки изображений окружающих объектов, дающий возможность получить информацию об их форме, величине, цвете и расположении. Зрение следует рассматривать с точки зрения оптики, физиологии и психологии. Поэтому в двух словах объяснить, как видит человек, вряд ли возможно. Рассмотрим этот процесс подробно.

Оптическая природа зрения человека

Основными оптическими органами зрительной системы человека являются глаза, которые имеющимися в них фоторецепторами воспринимают лучи света, отраженные от различных предметов. Происходит это следующим образом: попадая в глаз через зрачок, лучи преломляются в хрусталике и падают на сетчатку, которая выстилает глазное дно. Именно в сетчатке и находятся особые клетки, которые способны воспринимать свет. Попадая на них, фотоны света вызывают в рецепторах ряд химических изменений, создавая тем самым нервные импульсы, которые по зрительным нервам передаются в головной мозг. В зрительном центре, который расположен в коре мозга, полученная закодированная информация расшифровывается, обрабатывается, в результате этого процесса и формируется изображение, которое мы видим.

Как видит человек: физиологическая точка зрения

• Хрусталик располагается напротив зрачка внутри глазного яблока и является маленькой двояковыпуклой биологической линзой, в которой преломляются лучи света. У здорового человека хрусталик очень эластичен и может менять свою преломляющую способность на целых 14 диоптрий. Это позволяет человеку одинаково четко видеть те предметы, что находятся у него буквально под носом, и те, которые удалены на большое расстояние. Минимальное расстояние, на котором мы можем хорошо рассмотреть предмет, приблизительно равно пяти сантиметрам, а максимальное сильно зависит от количества света, испускаемого объектом. Ученые утверждают, что фигуру человека можно различить на расстоянии трех километров, а пламя горящей свечи видно аж за семь километров. Иногда бывает так, что хрусталик теряет свою способность к аккомодации и не может правильно фокусировать изображение на сетчатке глаза. Если фокус изображения оказывается позади сетчатки, у человека диагностируют дальнозоркость, а если перед сетчаткой - то близорукость. Сейчас эти дефекты легко корректируются с помощью очков или контактных линз.
• Сетчатка глаза покрывает примерно 70% всей площади внутренней поверхности глазного яблока. Именно в ней расположены все светочувствительные клетки, подразделяющиеся на колбочки и палочки. Палочки ответственны за работу механизма ночного зрения. С помощью них человек может видеть в полутьме, но изображение, которое они обеспечивают, лишено цвета и напоминает картинку на экране черно-белого телевизора. Колбочки же активны при более интенсивном освещении и отвечают за дневное зрение, которое позволяет нам видеть цвет всех предметов.;

Как человек видит мир в цвете

В сетчатке находится три вида колбочек - рецепторов цвета, максимально чувствительных соответственно к красному, синему и зеленому участкам спектра. Соответствие колбочек этим трем основным цветам обеспечивает человеку возможность распознавать тысячи различных оттенков цвета. Если же в сетчатке из-за недостатка определенного вида палочек появляется проблема с восприятием одного из базовых цветов, у человека возникает недостаток зрения, называемый дальтонизмом. Он не видит определенную группу оттенков, и все они ему кажутся серыми. Теперь, когда мы рассказали о том, как видит человек, настало время поговорить об основных свойствах его зрения.

Основные свойства зрения человека

Стереоскопическое зрение

Помимо цвета, человек также способен видеть объем пространства. Достигается это за счет эффекта слияния изображения при взгляде на предмет двумя глазами. Такое зрение по-научному называется бинокулярным.

Световая чувствительность

Способность человеческого глаза распознавать различные степени яркости светового излучения называют светоощущением. Максимальная чувствительность глаза к свету достигается после длительной адаптации к темноте. Считается, что продолжительный взгляд на красный свет может повысить световую чувствительность глаз на некоторое время.

Острота зрения

Способность разных людей видеть различное количество деталей одного и того же предмета с одинакового расстояния называется остротой зрения. Острота зрения в основном предопределена генетически и зависит от возраста человека, ширины его зрачка, эластичности хрусталика и количества и величины колбочек, расположенных в сетчатке глаза.