Что такое астигматизм косых пучков
Аберрациями глаза называются различного типа искажения изображения, формируемого на сетчатке глаза. Хорошо известными примерами аберраций являются миопия (близорукость), гиперметропия (дальнозоркость) и астигматизм,С этими аберрациями обычно имеют дело при исследовании рефракции в кабинете врача-офтальмолога, и их величина определяет, главным образом, качество нашего зрения без применения средств коррекции зрения.
Однако даже при полной коррекции указанных аберраций зрение может оставаться неудовлетворительным.Существуют и другие аберрации которые влияю назрение в очках. Очки могут обладать одновременно несколькими видами аберраций. Перечисленные ниже аберрации называют геометрическими. Идеальный глаз (без аберраций) должен собирать пучок параллельных лучей света в точку на сетчатке глаза.Реальный глаз не является идеальной оптической системой, и у него имеется ряд аберраций, которые ухудшают качество изображения.
Линзы, способные собирать свет, исходящий из точечного источника света и формировать точечное изображение, совершенствуются. Но, к сожалению, любой линзе присущи оптические искажения (аберрации), которые Зейдель (Seidel) классифицировал по этим пяти типам.
Аберрации оптических систем
Аберрации оптических систем (от латинского aberratio – отклонение) – искажения, ошибки, или погрешности изображений, формируемых оптическими системами (очками, контактными линзами). Причина их возникновения в то, что луч отклоняется от того направления, по которому в близкой к идеалу оптической системе он должен был бы идти. Различные нарушения гомоцентричности (отчетливости, соответствия или окрашенности) в структуре выходящих из оптической системы пучков лучей характеризуют аберрации. Аберрации оптических систем проявляются в том, что оптические изображения не вполне отчётливы, не точно соответствуют объектам или оказываются окрашенными. Наиболее распространены след, виды :
- Сферическая аберрация — недостаток изображения, при к-ром испущенные одной точкой объекта световые лучи, прошедшие вблизи оптической оси системы, и лучи, прошедшие через отдалённые от оси части системы, не собираются в одну точку. К примеру
лучи света, попадающие на края линз положительных рефраций, преломляются сильнее, чем лучи вблизи от оптической оси. Поэтому лучи по краям линзы не собираются в фокусе. Это явление в геометрической оптике называется сферической аберрацией.В периферийных зонах очковых линз глаз воспринимает «разброс» рефракций и отклонение от определенной рефракции линзы (сферическая аберрация). Теми, кто носит очки, это воспринимается как нечеткость изображения.
- Кома — аберрация, возникающая при косом прохождении световых лучей через оптическую систему( из-за наклонного положения линзы). . Кома-абреррация дает изображение, похожее на комету. Кома-аберрация характеризуется тем, что изображение сдвигается тем дальше, чем больший угол наклона имеют лучи
- Дисторсия – это такая аберрация, при которой изменяется форма объекта , причем для положительных и отрицательных линз изображения квадрата будут различными
К Аберрации оптических систем , относится также кривизна поля изображения.
- Кривизна поля изображения: несовпадение положения фокусов в центре и на периферии.
При использовании линз с аберрацией кривизны поля, изображение плоских объектов уже не будет лежать в одной плоскости. Т.е. изображение плоской поверхности искривляется и перестает быть плоским (см. рисунок). Когда мы смотрим через периферическую зону линзы, благодаря вращению глазного яблока изображение идеально плоского объекта,удаленного на бесконечность, находится на сферической поверхности, центром которой является центр вращения глазного яблока. В очковых линзах отклонение точек изображения на эту сферическую поверхность часто принимают за ошибку оптической силы вдоль зрительной линии, проходящей через периферию линзы, а не за кривизну поля изображения. Асферические и прогрессивные линзы контролируют аберрации кривизны поля изображения.
- Астигматизм косых пучков: разница в положении фокальных точек.
Если при прохождении оптической системы световая волна деформируется так, что пучки лучей, исходящих из одной точки объекта, не пересекаются в одной точке, а располагаются в двух взаимно перпендикулярных отрезках на некотором расстоянии друг от друга, то такие пучки наз. астигматическими, а сама эта аберрация — астигматизмом.
- Астигматизм косых лучей (пучков) происходит, когда объект изображается линзой вне оптической оси.Точка изображается не как точка, а как изображение двух линий.
Если точка, находящаяся вне оптической оси, рассматривается через сферическую линзу, то в результате косо направленного пучка света возникает астигматизм. В этом случае точка будет восприниматься не как точка, а как черта (отрезок).
Подобное искажение изображения, называемое в геометрической оптике астигматизмом косых пучков, серьезно влияет на качество изображения очковой линзы. При взгляде в сторону через очковую линзу возникает искажение изображений (астигматическая аберрация). Аберрации тем больше, чем больше значение рефракции очковой линзы.
Астигматизм косых пучков может быть минимизирован с помощью асферических и аторических поверхностей, то есть отдаленных от классической формы сферы.
В линзах с этим типом аберраций свет, проходящий через линзу в стороне от оптической оси, не фокусируется в одной точке. В таком случае, в зависимости от расстояния от линзы, изображения точки приобретают форму эллипса, круга или отрезка. Отметим, что астигматическая линза – это линза, которая преднамеренно формирует положение фокальных линий, но это не является астигматической аберрацией. Астигматические линзы предназначены для коррекции астигматизма, и их название не означает наличия в них астигматических аберраций. Астигматические аберрации очковых линз – это аберрации, возникающие при определенных условиях, когда взгляд проходит через периферические зоны линз большой оптической силы Асферические и прогрессивные линзы контролируют аберрации астигматизма косых пучков.
Источник
Описание
Хроматическая аберрация состоит в том, что луч белого света, падая на линзу параллельным пучком, разлагается в спектр, каждому цвету которого соответствует своя длина волны. При фокусировании оптической системой спектр имеет не один фокус, а множество. Крайние лучи спектра — коротковолновые (сине-зеленые) — фокусируются ближе к роговице, а длинноволновые (красные) — дальше (рис. 5.1).
Интервал между фокусами для этих лучей может достигать 1,0—1,5 дптр. При этом очертания предметов можно наблюдать окрашенными слабыми цветными каемками. При гиперметропической рефракции каемки красные, при мистической — синие.
Повседневный опыт показывает, что при правильном фокусирования, слабые по своей яркости, глазом не замечаются. При нормальном фокусировании глаза отчетливое изображение на сетчатке дают желтые лучи.
Хроматическая аберрация используется в диагностике аметропий: на ней основаны так называемый дуохромный тест и исследование зоны покоя аккомодации с кобальтовым стеклом.
При применении дуохромного теста пациенту с подобранной коррекцией предъявляют оптотипы на двух полях: красном и зеленом. Если он ярче, четче видит их на зеленом фоне, то установка глаза гиперметропическая, и, следовательно, следует уменьшить силу минусовых линз или увеличить силу плюсовых, и наоборот. Необходимо добиваться одинаковой четкости знаков на красном и зеленом фоне.
Кобальтовое стекло задерживает лучи средней части спектра и пропускает только синие лучи с длинной волны 480 нм и красные с длиной волны 750 нм.
Пациент смотрит через кобальтовое стекло на светящийся источник света, находящийся на конечном расстоянии. Он будет видеть светящуюся точку бесцветной только при идеальном фокусировании на сетчатке. При гиперметропии он увидит синее пятно с красной каймой, при миопии — красное пятно с синей каймой.
При сферической аберрации имеются различия в рефракции между центральной частью зрачка и его периферией.
Если лучи, проходящие через периферические участки зрачка, преломляются сильнее, чем лучи, проходящие через центральную часть зрачка, то такая аберрация называется положительной сферической аберрацией, если наоборот — то отрицательной (рис. 5.2).
Сферическая аберрация возникает из-за индивидуальных особенностей строения оптической системы глаза: кривизны поверхности роговицы и поверхностей хрусталика. Оптические дефекты роговицы компенсируются кривизной поверхностей хрусталика. В афакичных глазах, как правило, аберрации выражены сильнее и могут быть причиной понижения зрения.
Астигматизм — хорошо знакомое офтальмологам явление. Оно возникает из-за несферичности, а точнее, торичности преломляющих поверхностей глаза, и прежде всего роговицы. В сущности, вряд ли в контексте настоящей главы астигматизм при прямом падении лучей на оптическую систему следует относить к аберрациям.
Если на оптическую систему падает узкий пучок лучей, находящихся на значительном расстоянии от ее оси, то он сфокусируется в виде двух взаимно перпендикулярных отрезков, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, образуя коноид Штурма, как и при прямом падении лучей на торическую поверхность. Эта погрешность оптической системы называется астигматизмом косых пучков. В плоскости изображения получается пятно в виде эллипса (рис. 5.3).
При изображении отрезка каждой его точке в Пространстве изображений будет соответствовать 2 изображения, лежащих в сагиттальной и меридиональной плоскостях. Если соединить все точки, получим 2 кривые линии. Под кривизной поля изображения понимают среднюю поверхность между обеими астигматическими поверхностями (рис. 5.4).
Если светящаяся точка, расположенная вне оси оптической системы, посылает широкий пучок, то в плоскости изображения получается светящийся кружок с хвостом (похожий на запятую). Это искажение носит название «кома» (рис. 5.5).
Нарушение подобия изображения и предмета обусловлено тем, что разноудаленные от оптической оси точки предмета изображаются с разным увеличением. Меняется форма изображения в сравнении с предметом, но без нарушения резкости, так как точка изображается точкой (рис. 5.6).
В офтальмологии дисторсией называют также искажения формы предметов, вызванные астигматическими линзами; при этом предметы могут казаться сжатыми или растянутыми в одном направлении.
Статья из книги: Зрительные функции и их коррекция у детей | С.Э. Аветисов, Т.П. Кащенко, А.М. Шамшинова.
Источник
У этого термина существуют и другие значения, см. Астигматизм.
Астигматизм наклонного пучка лучей.
М — меридиональная фокальная поверхность.
S — сагиттальная фокальная поверхность.
Астигмати́зм — аберрация, при которой изображение точки, находящейся вне оптической оси, и образуемое узким пучком лучей, представляет собой не круглое пятно рассеяния, а два отрезка прямой. Эти отрезки расположены перпендикулярно друг другу на разных расстояниях от плоскости безаберрационного фокуса (плоскости Гаусса)[1]. Астигматизм полностью отсутствует в осевом пучке и нарастает по мере увеличения наклона пучка относительно оптической оси. В результате изображение на границах угла поля зрения получается нерезким и не может быть сфокусировано одновременно для горизонтальных и вертикальных линий[2].
Физический смысл[править | править код]
Астигматизм возникает вследствие того, что лучи наклонного пучка имеют различные точки сходимости — точки меридионального или сагиттального фокусов бесконечно тонкого наклонного пучка.
Астигматизм объясняется зависимостью углов преломления лучей пучка от углов их падения.[П 1]
Так как отдельные лучи наклонного пучка падают на преломляющую поверхность под разными углами, то и преломляются на разные углы, пересекаясь на разном же расстоянии от преломляющей поверхности. Причём, можно найти такое положение для поверхности изображения, когда все лучи пучка расположенные в одной из плоскостей (меридиональной или сагиттальной)[П 2] пересекутся на этой поверхности. Таким образом, астигматический пучок формирует изображение точки в виде двух астигматических фокальных линий, на соответствующих фокальных поверхностях, которые имеют форму поверхностей вращения кривых с различными параметрами, и касаются одна другой в точке оси системы.
Если положения этих поверхностей, для некоторой точки поля, не совпадают, то говорят о наличии астигматизма, понимая под этим астигматическую разность меридионального и сагиттального фокусов.
При этом, если меридиональные фокусы располагаются ближе к поверхности преломления, нежели сагиттальные, то говорят о положительном астигматизме, а если дальше, то об отрицательном. В случае совпадения фокальных поверхностей астигматическая разность равна нулю, астигматический пучок вырождается в гомоцентрический, фигура рассеяния переходит в точку, а кривизна результатирующей поверхности будет определять кривизну поля изображения.
В теории аберраций третьего порядка астигматизм характеризуется третьей суммой (коэффициентом) Зейделя (SIII) и рассматривается совместно с кривизной поверхности изображения, характеризуемой четвёртой суммой Зейделя (SIV). Такое совместное рассмотрение обусловлено зависимостью проявлений этих аберраций.
Причём, формулы, с помощью которых определяются астигматические фокусы, включают оба этих коэффициента.
Так, например, меридиональная составляющая для некоторой точки изображения расположенной на высоте может быть определена как
,
где — фокусное расстояние системы.
Графическое представление астигматизма[править | править код]
Астигматизм оптической системы часто описывают графически — на основании расчёта положений астигматических фокусов элементарных пучков, откладывая по оси ординат углы наклона главных лучей, а по оси абсцисс расстояния астигматических фокусов от плоскости Гаусса[3].
Полученные кривые позволяют судить о форме астигматических фокальных поверхностей, и на основании этого о некоторых особенностях исследуемой системы.
Так, например, астигматизм положительного знака, как правило, соответствует случаю, когда система, так же, имеет и кривизну поверхности изображения (понимая под последней поверхность, расположенную между обеими поверхностями астигматических фокусов). В этом случае фигура рассеяния для периферийной точки плоского объекта будет представлять собой размытый овал. Одновременная же фокусировка на все точки плоского объекта для такой системы будет невозможна.
Значительный отрицательный астигматизм позволяет «совместить» поверхность изображения с плоскостью Гаусса. Однако, по причине того, что периферийные точки плоского объекта изображаются недостаточно сфокусированным лучами, резкое изображение точек такого объекта будет возможно только в центре поля.
Исправленный астигматизм для объективов разных типов (условного монокля и триплета). На схеме также видно как зависит величина астигматизма от угла прохождения лучей света через объектив
Исправление астигматизма[править | править код]
Так как астигматизм присущ не только широким, но и тонким (элементарным) пучкам лучей, то диафрагмирование никак не влияет на его величину. Поэтому, как и другие аберрации, астигматизм корригируется подбором кривизны поверхностей и толщин оптических компонентов, а также воздушных промежутков между ними.
Одним из примеров простейшего объектива, с исправленным астигматизмом, будет объектив монокль конструкции Уоллостона, где, направляемые апертурной диафрагмой, наклонные пучки лучей встречаются поверхностями менискообразной линзы под небольшими углами к нормалям. При этом, положительный астигматизм задней (выпуклой) поверхности мениска оказывается настолько невелик, что может быть скомпенсирован отрицательным астигматизмом передней (вогнутой) поверхности.
Однако, в этом случае, даже при полном устранении астигматизма, кривизна поверхности изображения велика. Таким образом, скорректированный астигматизм ещё не гарантирует резкости по всему полю изображения.
Поэтому, при расчёте, так называемых, анастигматов используются более сложные решения, позволяющие исправить, в пределах некоторого угла, обе эти аберрации. Причём, как правило, даже исправленный астигматизм имеет небольшую отрицательную величину, тем меньшую, чем шире угол зрения объектива.
Астигматизм системы, не обладающей центральной симметрией[править | править код]
Для оптических систем, не имеющих центральной симметрии, астигматизм может быть обусловлен неодинаковостью кривизны преломляющей поверхности в меридиональном и сагиттальном сечениях.
Частным случаем астигматического пучка, образованного такой системой, является пучок, образованный положительной цилиндрической линзой, одно изображение которой находится на отрезке прямой, а другое — в бесконечности.
См. также[править | править код]
- Аберрация оптической системы
- Анастигмат
Примечания[править | править код]
- ↑ Согласно четвёртому закону геометрической оптики, отношение синуса угла падения к синусу угла преломления — величина постоянная и равна обратному отношению показателей преломления сред.
- ↑ В оптических системах с центральной симметрией меридиональной плоскостью, будет любая плоскость, к которой принадлежит оптическая ось системы. Так, например, практически все изображения оптических схем фотографических объективов являются именно меридиональными сечениями. В европейской и американской оптической литературе эта плоскость чаще именуется тангенциальной.
Сагиттальной плоскостью, для любого пучка лучей лежащего в меридиональной плоскости, будет плоскость, включающая главный луч этого пучка, и перпендикулярная меридиональной плоскости.
В аксиально-симметричных оптических системах такое деление очень важно для оценки свойств внеосевых и/или наклонных лучей, хотя может и не иметь смысла для лучей расположенных непосредственно на оптической оси
Источники[править | править код]
Литература[править | править код]
- Д. С. Волосов. Глава II. Оптические аберрации объективов // Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.,: «Искусство», 1978. — С. 91—234. — 543 с.
- Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 28, 29. — 447 с.
- Э. Д. Тамицкий, В. А. Горбатов. Глава I. Техника фотографической съёмки // Учебная книга по фотографии / Фомин А. В., Фивенский Ю. И.. — М.: «Лёгкая индустрия», 1976. — С. 7—128. — 320 с. — 130 000 экз.
Источник
Описываются аберрации оптических систем и методы их уменьшения или устранения.
Аберрации — общее название для погрешностей изображения, возникающих при использовании линз и зеркал. Аберрации (от лат. «аберрацио» — отклонение), которые проявляются только в немонохроматическом свете, называются хроматическими. Все остальные виды аберраций являются монохроматическими, так как их проявление не связано со сложным спектральным составом реального света.
Источники аберраций. В определении понятия изображения содержится требование того, чтобы все лучи, выходящие из какой-то точки предмета, сходились в одной и той же точке в плоскости изображения и чтобы все точки предмета отображались с одинаковым увеличением в одной и той же плоскости.
Для параксиальных лучей условия отображения без искажений соблюдены с большой точностью, однако не абсолютно. Поэтому первый источник аберраций состоит в том, что линзы, ограниченные сферическими поверхностями, преломляют широкие пучки лучей не совсем’ так, как это принимается в параксиальном приближении. Например, фокусы для лучей, падающих на линзу на разных расстояниях от оптической оси линзы, различны и т. д. Такие аберрации называют геометрическими.
а) Сферическая аберрация — монохроматическая аберрация, обусловленная тем, что крайние (периферические) части линзы сильнее отклоняют лучи, идущие от точки на оси, чем ее центральная часть. В результате этого изображение точки на экране получается в виде светлого пятна, рис. 3.5
Рис.3.5
Этот вид аберрации устраняется путем использования систем, состоящих из вогнутой и выпуклой линз.
б) Астигматизм — монохроматическая аберрация, состоящая в том, что изображение точки имеет вид пятна эллиптической формы, которое при некоторых положениях плоскости изображения вырождается в отрезок.
Астигматизм косых пучков проявляется тогда, когда пучок лучей, исходящих из точки, падает на оптическую систему и составляет некоторый угол с ее оптической осью. На рис. 3.6а точечный источник расположен на побочной оптической оси. При этом возникают два изображения в виде отрезков прямых линий, расположенных перпендикулярно друг другу в плоскостях I и П. Изображение источника можно получить лишь в виде расплывчатого пятна между плоскостями I и П.
Астигматизм, обусловленный асимметрией оптической системы. Этот вид астигматизма возникает, когда симметрия оптической системы по отношению к пучку света нарушена в силу устройства самой системы. При такой аберрации линзы создают изображение, в котором контуры и линии, ориентированные в разных направлениях, имеют разную резкость. Это
наблюдается в цилиндрических линзах, рис. 3.6
Рис. 3.6. Астигматизм: косых лучей (а); обусловленный
цилиндрической линзой {б)
Цилиндрическая линза образует линейное изображение точечного объекта.
В глазу астигматизм образуется при асимметрии в кривизне систем хрусталика и роговицы. Для исправления астигматизма служат очки, которые имеют различную кривизну в разных направлениях.
направлениях.
в) Дисторсия (искажение). Когда лучи, посылаемые предметом, составляют большой угол с оптической осью, обнаруживается еще один вид аберрации — дисторсия. В этом случае нарушается геометрическое подобие между объектом и изображением. Причина состоит в том, что в действительности линейное увеличение, даваемое линзой, зависит от угла падения лучей. В результате изображение квадратной сетки принимает либо подушко-, либо бочкообразный вид, рис. 3.7
Рис. 3.7 Дисторсия: а) подушкообразная, б) бочкообразная
Для борьбы с дисторсией подбирают систему линз с противоположной дисторсией.
Второй источник аберраций связан с дисперсией света. Поскольку показатель преломления зависит от частоты, то, и фокусное расстояние и другие характеристики системы зависят от частоты. Поэтому лучи, соответствующие излучению различной частоты, исходящие из одной точки предмета, не сходятся в одной точке плоскости изображения даже тогда, когда лучи, соответствующие каждой частоте, осуществляют идеальное отображение предмета. Такие аберрации называются хроматическими, т.е. хроматическая аберрация заключается в том, что пучок белого света, исходящий из точки, дает ее изображение в виде радужного круга, фиолетовые лучи располагаются ближе к линзе, чем красные, рис. 3.8
Рис. 3.8. Хроматическая аберрация
Для исправления этой аберрации в оптике используют линзы, изготовляемые из стекол с разной дисперсией: ахроматы,
Глаз как оптический инструмент window.top.document.title = «3.4. Глаз как оптический инструмент»;
Строение глаза. Глаз как оптическая система состоит из следующих элементов, см. рис. 3.9
1.Склера — достаточно прочная внешняя белковая оболочка белого цвета, защищающая глаз и придающая ему постоянную форму.
2. Роговица — передняя часть склеры, более выпуклая и
2. Роговица — передняя часть склеры, более выпуклая и прозрачная; действующая как собирающая линз, оптическая сила которой — примерно 40 дптр; роговица — наиболее сильно преломляющая часть (обеспечивает до 75 % фокусирующей способности глаза), толщина которой 0,6-1 мм, п = 1,38.
3. Сосудистая оболочка — с внутренней стороны склера выстлана сосудистой оболочкой (темные пигментные клетки, препятствующие рассеиванию света в глазу).
4. Радужная оболочка — в передней части сосудистая оболочка переходит в радужную.
5. Зрачок — круглое отверстие в радужной оболочке, диаметр, которого может изменяться в пределах от 2 до 8 мм (радужная оболочка и зрачок выполняют роль диафрагмы, регулирующей доступ света внутрь глаза), площадь отверстия изменяется в 16 раз.
6. Хрусталик — природная прозрачная двояковыпуклая линза диаметром 8-10 мм, имеющая слоистую структуру, наибольший показатель преломления в слоях хрусталика п = 1,41; хрусталик находится за радужной оболочкой, примыкает к зрачку, оптическая сила его равна 20-30 дптр.
7. Кольцевая мышца — она охватывает хрусталик и может изменять кривизну поверхностей хрусталика.
8. Передняя камера — камера с водянистой массой (n=1,33воды), которая находится в передней части глаза за роговицей, оптическая сила 2-4 дптр.
9. Зрительный нерв — подходя к глазу, разветвляется, образуя на задней стенке сосудистой оболочки светочувствительный слой — сетчатку.
10. Сетчатка — светочувствительный слой, она представляет собой разветвление зрительного нерва с нервными окончаниями в виде палочек и колбочек, из них колбочки (их примерно 10 млн. клеток) служат для различения мелких деталей предмета и восприятия цветов. Палочки же (20 млн. клеток) не дают возможности различать цвета и мелкие предметы, но они высокочувствительны к слабому свету. С помощью палочек человек различает предметы в сумерки и ночью. Палочки и колбочки очень малы. Диаметр палочки 2 • 10~3 мм, длина 6 • 10-3 мм, диаметр же колбочки 7 • 10-3 мм, а длина около 35 • 10-3 мм. Палочки и колбочки распределены неравномерно: в средней части сетчатки преобладают колбочки, а по краям — палочки.
11. Стекловидное тело — объем части глаза (задняя глазная камера) между хрусталиком и сетчаткой, заполненный прозрачным стекловидным веществом, имеет оптическую силу до 6 дптр.
12. Желтое пятно — самое чувствительное место на сетчатке, то есть человек видит ясно те предметы, изображение, которых проектируется на желтое пятно.
13. Центральная ямка — наиболее чувствительная часть желтого пятна; это узкая область, в которой сетчатка углублена, здесь палочки совсем отсутствуют, а колбочки расположены очень плотно; особенно хорошо различимы детали, проектируемые на центральную ямку (глаз различает те детали объекта, угловое расстояние между которыми не меньше углового расстояния между соседними колбочками или палочками, в центральной ямке плотность палочек наибольшая, поэтому и различие деталей здесь оказывается наилучшим).
| Рисунок 3.9. Глаз человека. |
14. В том месте, где зрительный нерв входит в глаз, нет ни палочек, ни колбочек, и лучи, попадающие на эту область, не вызывают ощущения света, отсюда и название «слепое пятно».
15. Конъюнктива — наружная оболочка глаза, выполняет барьерную и защитную роль. Свет, действующий на колбочки и палочки, вызывает в них химические превращения. Благодаря этому в нервном волокне, соединяющем светочувствительные клетки глаза с мозгом, возникают электрические импульсы, которые все время передаются в мозг, пока свет действует на глаз. Рассматривание предмета целиком происходит следующим образом. Изображение отдельных деталей предмета фиксируются на желтое пятно и даже на центральную ямку. Поле зрения этих предметов не велико. Так, на желтое пятно одновременно может проектироваться картина, занимающая по горизонтальному направлению около 8°, а по вертикальному — около 6°. Поле зрения центральной ямки еще меньше и равно 1-1,5° по горизонтальному и вертикальному направлениям. Таким образом, из всей фигуры человека, стоящего на расстоянии 1 м, глаз может фиксировать на желтое пятно, например, только его лицо, а на центральную ямку — поверхность, немного большую глаза. Все остальные части фигуры проектируются на периферическую часть сетчатки и рисуются в виде смутных деталей. Однако глаз обладает способностью быстро перемещаться (поворачиваться) в своей орбите, так что за короткий промежуток времени глаз может последовательно (сканируя объект) фиксировать большую поверхность. Все изображение регистрируется за счет последовательного просматривания (яркий пример — чтение текста на странице — глаз последовательно просматривает каждую букву). Благодаря этой особенности глаза человек не замечает ограниченности поля ясного зрения. Общее поле зрения у глаза человека по вертикальному и горизонтальному направлениям составляет 120-150°, то есть больше чем у хороших оптических инструментов. Светопроводящая часть глаза образована роговицей, жидкостью передней камеры, хрусталиком, стекловидным телом. Спереди она ограничена воздухом, сзади — стекловидным телом. Главная оптическая ось проходит через центры роговицы, зрачка, хрусталика (глаз — центрированная оптическая система). Световоспринимающая часть (рецепторный аппарат) — сетчатка, в которой находятся светочувствительные зрительные клетки. Направление наибольшей чувствительности глаза определяет его зрительная ось, которая проходит через центры роговицы и желтого пятна. В направлении этой оси глаз имеет наилучшую разрешающую способность. Угол между оптической и зрительной осью составляет 5°. Оптическая сила глаза представляет собой алгебраическую сумму оптических сил всех основных преломляющих сред: роговица (D = 42-43 дптр), хрусталик (D = 19-33 дптр), передняя камера (D = 2-4 дптр), стекловидное тело (D = 5-6 дптр). Первые три среды подобны собирающим линзам, последняя — рассеивающей. В покое оптическая сила всего глаза — около 60 дптр, при напряжении (рассматривании близких предметов) D > 70 дптр.
Аккомодация.
Из формулы линзы следует, что изображения предметов, удаленных от линзы на различные расстояния, получаются также на различных расстояниях от нее. Однако мы знаем, что для «нормального» глаза изображения различно удаленных предметов дают на сетчатке одинаково резкие изображения. Это означает, что существует механизм, позволяющий глазу приспосабливаться к изменению расстояния до наблюдаемых предметов. Этот механизм называется аккомодацией. Аккомодация — приспособление глаза к четкому видению различно удаленных предметов («наводка на резкость»). Аккомодацию можно осуществить двумя способами: • первый — изменяя расстояние от хрусталика до сетчатки (по аналогии с фотоаппаратом); • второй — изменяя кривизну хрусталика и, следовательно, меняя фокусное расстояние глаза. Для глаза реализуется второй способ, который обеспечивает четкое изображение предметов, удаленных от глаза на расстояния от 12 см до ос. Ближний предел аккомодации связан с максимальным напряжением кольцевой мышцы. В норме при приближении предмета к глазу на расстояние до 25 см аккомодация совершается без существенного напряжения. Это расстояние называется расстоянием наилучшего зрения — а0 .Светочувствительность глаза изменяется в широких пределах благодаря зрительной адаптации — способности глаза приспосабливаться к различным яркостям.
Угол зрения.
Размер изображения на сетчатке зависит от размера предмета и его удаления от глаза, то есть от угла, под которым виден предмет (рис. 3.10). Этот угол называют углом зрения. Угол зрения — это угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через узловую точку (оптический центр глаза).
Рис. 3.10. Изображение, даваемое глазом, и угол зрения /3
При построении изображения, даваемого глазом, используют узловую точку N, которая аналогична оптическому центру тонкой линзы. Разным телам (В и В1) может соответствовать один и тот же угол зрения.
Из рис. 3.10 следует, что = B/L = b/l. Учитывая эти соотношения, можно записать следующую формулу для размера изображения:
(3.13)
Для малых углов зрения (/3 < 0,1 рад) справедлива приближенная формула: tgb »b. Принимается, что l» 17 мм.
Разрешающая способность.
Разрешающая способность — это способность глаза различать две близкие точки предмета раздельно. Для количественной характеристики разрешающей способности глаза используют величину — наименьший угол зрения . Наименьший угол зрения — такой угол зрения, при котором человеческий глаз еще различает две точки предмета по раздельности. Принято считать, что для нормального глаза наименьший угол зрения глаза равен (3*10 -4рад). Поясним это значение. Две точки предмета будут восприниматься раздельно, если их изображения попадают в соседние колбочки сетчатки. В этом случае размер изображения (b) на сетчатке равен расстоянию между соседними колбочками, которое составляет около 5 мкм (5 • 10-6 м). Используя рис. 3/10 и приближенное соотношение tgb »b, находим
Если изображение двух точек на сетчатке займет линию короче 5 мкм, то эти точки не будут разрешаться, то есть глаз их не различит. Наряду с наименьшим углом зрения используют и другую характеристику разрешающей способности глаза — предел разрешения. Предел разрешения (Z) глаза — это наименьшее расстояние между двумя точками предмета, рассматриваемого с расстояния наилучшего зрения, при котором они различимы как отдельные объекты. Предел разрешения глаза связан с наименьшим углом зрения простым соотношением:
(3.14)
b подставляют в радианах.
Для нормального глаза взрослого человека а0 = 0,25 м, b= = 3 • 10-4 рад., Z = 75- 10-6 м. = 75 мкм.
Дата добавления: 2017-10-04; просмотров: 1520;
Источник
