Глаз как оптическая система

2.1. Глаз как оптическая система

Глаз как оптическая система

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

Глаз как оптическая система
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

Строение глаза, зрительные функции, дефекты зрения

Глаз как оптическая система

Первую сою статью я начну с того, что расскажу вам о зрительном органе нашего организма это глаз.

Глаз – орган зрительной системы человека, обладающий способностью воспринимать свет и обеспечивать функцию зрения. У человека через глаз поступает 90% информации из окружающего мира.

Роговица – это природная линза, это передняя, наиболее выпуклая прозрачная часть глазного яблока. Роговица не содержит кровеносных сосудов, но имеет нервные окончания. Помимо защитной функции, она также выполняет функцию преломления света.

Склера – задняя, непрозрачная, белесоватая внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся глазодвигательные мышцы.

Радужная оболочка (радужка) – это «живая» диафрагма. Находится между роговицей и хрусталиком. Имеет вид фронтально расположенного диска с отверстием (зрачком) посередине. Своим наружным краем радужка переходит в ресничное тело, а внутренним ограничивает отверстие зрачка.

Хрусталик («живая линза») – прозрачное эластичное образование в капсуле, имеющее форму двояковыпуклой линзы. Хрусталик обладает интересной особенностью – с помощью связок и мышц вокруг, он может изменять свою кривизну, что, в свою очередь, изменяет направление световых лучей.

Цилиарная мышца – внутренняя парная мышца глаза, которая обеспечивает аккомодацию. С помощью цилиарной мышцы происходит изменение кривизны хрусталика и человек может четко видеть предметы на различных расстояниях.

Стекловидное тело – гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза, за хрусталиком. Поддерживает форму глазного яблока, принимает участие в преломлении световых лучей.

Сетчатка – рецепторная часть зрительного анализатора. Здесь происходят восприятие света и передача информации в центральную нервную систему.

В сетчатке мы можем найти главные для нас элементы:

· Фоторецепторы – палочки и колбочки. Представляют собой нейроны с отростками разной формы. Палочки отвечают за сумеречное и ночное зрение, колбочки – за остроту зрения и цветовосприятие (дневное зрение).

· Диск выхода зрительного нерва – место выхода из глаза зрительного нерва. Здесь нет ни палочек, ни колбочек, поэтому человек не видит этим местом. По зрительному нерву импульсы попадают в наш головной мозг, который и формирует изображение.

· Жёлтое пятно (макула) – находится на сетчатке, как правило, напротив зрачка. При нормальной работе глаза лучи света должны фокусироваться четко на макуле.

За счет чего же движется глаз ?

Он самый подвижный из всех органов человеческого организма.Различные движения глаза, повороты в стороны, вверх, вниз, обеспечивают глазодвигательные мышцы, расположенные в глазнице.Всего их 6: 4 прямые мышцы крепятся к передней части склеры и 2 косые, прикрепляются к задней части склеры.

Зрительные функции

Зрение — это основная функция глаз, которая складывается из нескольких этапов.

Свет, который отражается от предметов, движется в глаз. Далее он проходит и преломляется через роговицу, хрусталик, стекловидное тело и попадает на сетчатку.

Бинокулярное зрение – это способность зрительной системы воспринимать изображения одновременно двумя глазами, как единый объёмный образ.

Нормальное бинокулярное зрение возможно при определённых условиях:

· согласованная работа всех глазодвигательных мышц, обеспечивающая параллельное положение глазных яблок при взгляде вдаль и соответствующее сведение зрительных осей (конвергенция) при взгляде вблизи, а также правильные ассоциированные движения глаз в направлении рассматриваемого объекта.

· расположение глаз в одной фронтальной и горизонтальной плоскости.

· острота зрения обоих глаз не менее 0,3-0,4, т.е. достаточная для формирования чёткого изображения на сетчатке.

равные величины изображений на сетчатке обоих глаз (при анизометропии до 2,0 Дптр).

Анизометропия – это когда у человека глаза имеют разную рефракцию, например, левый -2.0 Дптр, а правый -1.5 Дптр. В таком примере анизометропия составит 0,5 Дптр.

Конвергенция и дивергенция.

При рассматривании предметов, глаза человека движутся координированно. Такие движения глаз называются содружественными.

При рассматривании близко расположенных предметов зрительные оси глаз сближаются (сводятся) – этот процесс называется конвергенцией.

При рассматривании предметов вдалеке, положение зрительных осей приближается к параллельному – данное разведение осей называется дивергенция.

Аккомодация.

За счет изменения формы хрусталика происходит фокусировка изображения. Хрусталик меняет кривизну в зависимости от расстояния между глазом и предметом (аккомодация глаза).

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

Количественно аккомодацию характеризуют две величины: длина (расстояние между ближайшей и дальнейшей точками ясного зрения) и объём (разница в показателях рефракции глаз (в диоптриях) при установке к ближайшей и самой дальней точкам ясного видения).

С возрастом, волокна хрусталика уплотняются, и эластичность уменьшается, вследствие чего способность к аккомодации снижается.

Полезрения – пространство, воспринимаемое глазом при неподвижном взгляде. Это пространство и по горизонтали, и по вертикали!

Цветоощущение – способность человека различать цвет видимых объектов (дневное видение). За эту функцию отвечают колбочки, расположенные в сетчатке.

Светоощущение – это способность зрительного анализатора воспринимать свет и различать степени его яркости (ночное видение). Это функция, за которую отвечают палочки, расположенные в сетчатке.

Светоадаптация – это способность глаза проявлять световую чувствительность при различной освещённости. Принято различать:

· световуюадаптацию, которая протекает в течение первых секунд, затем замедляется и заканчивается к концу 1-й минуты, но может увеличиваться до 3 – 5 минут в зависимости от яркости светового потока, после чего светочувствительность глаза уже не увеличивается;

темновуюадаптацию – изменение световой чувствительности в процессе темновой адаптации происходит медленнее. При этом световая чувствительность нарастает в течение 20-30 мин, затем нарастание замедляется, и только к 50-60 мин достигается максимальная адаптация. Дальнейшее повышение светочувствительности наблюдается не всегда и бывает незначительным.

Длительность процесса световой и темновой адаптации зависит от уровня предшествующей освещенности: чем более резок перепад уровней освещенности, тем длительнее адаптация.

Острота зрения – это способность глаза распознавать минимальные по размеру объекты на расстоянии более 5 метров. Она, в первую очередь, зависит от правильного соотношения оптической силы глаза к его длине.

Дефекты зрения

Миопия или близорукость – дефект зрения, при котором изображение формируется не на сетчатке, а перед ней. Коррекция миопии осуществляется рассеивающими (отрицательными) линзами.

Гиперметропия или дальнозоркость – дефект зрения, при котором изображение формируется за сетчаткой. Коррекция гиперметропии осуществляется собирающими (положительными) линзами.

Астигматизм – дефект зрения, возникающий вследствие неправильной (не сферичной) формы роговицы (реже – хрусталика). Коррекция осуществляется цилиндрическими очковыми линзами.

Пресбиопия – возрастное ослабление аккомодации глаза.

Коррекция, как правило, осуществляется офисными или прогрессивными линзами (самый удобный и современный способ). Как уже говорили выше, с возрастом волокна хрусталика уплотняются, а эластичность уменьшается, вследствие чего снижается способность к аккомодации.

P.S.

Материалы взяты из личной библиотеки.

Ставьте лайки и ждите новых статей про оптику.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5cbf467555863600b3c2cb89/5cbf488088da1e00b560a0f7

Оптическая система глаза: особенности и свойства

Глаз как оптическая система

Если рассмотреть глазное яблоко здорового человека под микроскопом, то можно выделить множество составляющих элементов, согласованная работа которых позволяет нам получать информацию об окружающем мире в виде цветных и объемных картинок.

Причем, конечный результат напрямую зависит не только от преломляющей силы, но и от расположения точки фокуса и его соотношения с длиной зрительной оси.

Оптическая система — совокупность элементов и сред, которые обеспечивают рассеивание, преломление и фокусировку света на сетчатке для создания четкого изображения. Основные ее элементы: роговица, влага передней камеры, хрусталик и стекловидное тело.

Условно можно предположить, что данная система является центрированным механизмом, со сферическими преломляющими поверхностями глаз и совпадающими оптическими осями.

Хотя на самом деле подобная оптика имеет много погрешностей, обусловленных тем, что сферичность роговицы определена только в центре, преломление в наружном слое хрусталика гораздо меньше, чем во внутреннем пространстве.

А степени преломления светового потока в двух перпендикулярных плоскостях совершенно разные.

Если добавить ко всему вышеперечисленному, что основные характеристики двух глаз одного человека зачастую не одинаковы и точно определяются трудно, то становится ясно, что определение каких-либо констант – задача довольно сложная.

В первую очередь оптическая система глаза предназначена для получения информации об окружающем мире через зрение. Данное понятие имеет множество характеристик и особенностей.

Ощущение света позволяет человеческому глазу воспринимать дневной и искусственный свет, а так же различать степень его интенсивности.

А благодаря природной адаптации глазного яблока оптическая система способна самостоятельно без помощи извне адаптироваться к освещенности различной яркости. Световую чувствительность обуславливает природный порог раздражителей светового характера.

Мало кому известно, что человеку с хорошим зрением под силу разглядеть даже небольшой огонек на расстоянии в несколько километров.

Чувствительность зрительного аппарата в первую очередь зависит от многих факторов, таких как интенсивность светового источника, его угловой размер и длина волны, а так же того времени которое действует на глаз световой раздражитель. Из-за ухудшения оптических характеристик склеры с возрастом чувствительность глазного яблока может сильно снижаться.

Оптическая система глаза обеспечивает единое зрительное восприятие обоих глаз, такое свойство зрения называется бинокулярностью. Это свойство обусловлено естественным рефлексом, обеспечивать слияние изображений, получаемых двумя глазами в единую картинку.

В связи с тем, что нервные элементы сетчатки двух глаз отличаются, при получении изображения каждым глазом происходит физиологическое двоение предметов, в зависимости от степени их удаления от нас.

Такое свойство зрения, дает возможность самостоятельно оценить, на каком расстоянии находится предмет, а так же оценить его рельефность. Подобная особенность зрения называется стереоскопичностью. Причем стереоскопичность доступна только при взгляде на предмет двумя глазами одновременно. Если смотреть на изображение одним глазом эффект рельефности становится недоступным.

Здесь, же стоит отметить, что в процессе зрения двум глазам отводится несколько разная роль. Тот элемент зрительной системы, который больше принимает участие в процессе формирования изображения, получил название ведущего глаза, а второй – ведомого.

Чтобы проверить подобное свойство оптической системы достаточно посмотреть на какое-либо изображение через отверстие в плотном экране поочередно двумя глазами, для ведущего элемента картинка будет стоять на месте, а для ведомого – несколько сместится.

За детализацию изображения или способность различить две точки раздельно на определенном расстоянии отвечает острота зрения. В первую очередь острота зрительного восприятия определена углом, который образуют лучи отраженные от крайних точек рассматриваемого предмета. Причем чем данный угол меньше, тем острота зрительного восприятия выше.

Такой показатель, как острота обусловлен размером колбочек, находящихся в сетчатке, в зоне желтого пятна, а так же некоторыми сопутствующими факторами, типа рефракции, размеров зрачка, степени прозрачности роговицы, эластичности хрусталика и много другого.

Оптика человеческого глаза – очень сложная система, которая требует к себе постоянного внимания, ведь своевременная профилактика некоторых заболеваний зрительного аппарата позволит сохранить ваше зрение на долгие годы.

5 из 5:

 / 5

Пожалуйста оцените статью:

Загрузка…

Источник: https://www.zrenimed.com/stroenie-glaza/opticheskaya-sistema-glaza

Конспект урока «Глаз как оптическая система»

Глаз как оптическая система

МОУ «Прилепская средняя общеобразовательная школа».

Учитель физики: Белова Татьяна Васильевна.(14 разряд).

Конспект интегрированного урока

« Глаз – как оптическая система».

Цели: 1. формирование представления

о глазе как об оптической системе,

определение свойств глаза, как органа зрения,

а так же недостатков глаз.

2. развитие представлений

о восприятии света живыми организмами.

3. воспитание навыков самостоятельной работы.

План урока.

1. Организация класса к уроку (1-2 мин.)

2.Проверка домашнего задания (7- 10 мин)

3(3.1; 3.2). Объяснение нового материала.(3.1- 15 мин, 3.2 – 35мин.)

4. Закрепление нового материала ( 25 мин.)

5. Задание на дом. (1-2 мин.)

Ход урока.

1.Организация класса к уроку.

2. Проверка домашнего задания.

Учащиеся участвуют во фронтальном опросе по пройденному материалу:

  1. Что изучает геометрическая оптика? (раздел физики, который изучает законы распространения световой энергии в прозрачных средах на основе представлений о световом луче).

  2. Сформулируйте законы отражения света. ( 1 закон: луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения луча лежат в одной плоскости. 2 закон: угол падения равен углу отражения).

  3. Сформулируйте законы преломления света. (1 закон: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения луча – лежат в одной плоскости. 2 закон sin a/ sin b = n2,1 или отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред.).

  4. Назовите известные вам оптические приборы, не дающие увеличения.( К таким приборам относятся: плоскопараллельные пластины, призмы, плоские зеркала, так как эти приборы способны только смещать изображения предметов, относительно самих предметов, при этом размер предмета сохраняется).

  5. Назовите известные вам оптические приборы, дающие увеличенное изображение. (Все оптические приборы, имеющие криволинейную поверхность: это – линзы, сферические зеркала: увеличение или уменьшение размеров предмета происходит из-за неравномерного преломления лучей при прохождении их сквозь тело разной толщины).

  6. Какой прибор называется линзой, перечислите типы линз (линза, прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями: линзы могут быть собирающими и рассеивающими, причем собирающие это двояко или плоско выпуклые линзы, они способны собирать лучи, прошедшие сквозь них, рассеивающие – это двояко – или плоско вогнутые, они рассеивают световой пучок).

  7. Что такое оптическая сила линзы, и в каких единицах она измеряется? ( Оптическая сила линзы – это величина обратная фокусному расстоянию линзы D =1 /F ? единицей измерения является диоптрия дптр).

  8. Назовите изобретения Ломоносова М. В. В области оптики.

( усовершенствовал очки, микроскоп, телескоп, изобрел прибор ночного видения, перископ, фотометр, солнечную печь).

Современная наука не может представить себе работы без оптических приборов. Попробуйте из имеющихся оптических деталей создать модели некоторых оптических систем. Вы должны объединиться в группы, одна из которых попробует собрать модель трубы Галилея, а другая – модель микроскопа. Один представитель группы должен будет продемонстрировать работу системы и рассказать об ее устройстве.

(Труба Галилея обычная система двух линз: рассеивающей и длиннофокусной собирающей, сложенных вместе. Рассеивающая выполняет роль окуляра, а собирающая – объектива.

Промежуточного действительного изображения рассматриваемого предмета в ней нет, так как пучки сходящихся лучей, идущих от объектива, до своего пересечения встречают рассеивающую линзу и получается прямое увеличенное изображение предмета)

( Модель микроскопа. Объективом в модели микроскопа служит короткофокусная собирающая линза, а окуляром- длиннофокусная.

Установить вдоль желоба объектив около хорошо освещенной буквы на расстоянии, немного большем фокусного расстояния, чтобы получить ее действительное, увеличенное, обратное изображение.

Это изображение можно отыскать при помощи метода параллакса и рассмотреть затем через окуляр как сквозь лупу, чем ближе находится буква к главному фокусу объектива, тем больше будет увеличение, но и искажение предмета увеличится).

3.1.Объяснение нового материала. Мы изучили с вами некоторые оптические системы, созданные руками человека, но сегодня мы рассмотрим вопрос о восприятии света живыми организмами и еще раз удивимся мудрости природы.

Учащимся на дом было задано подготовить небольшие сообщения о восприятии света растениями и животными, а также о влиянии света на жизнь на Земле.

Сообщение №1. «Фотосинтез углеводов».

Среди процессов, сопровождающих распространение света, важным для жизни человека, является фотосинтез углеводов.

К.А.

Тимирязьев, которому принадлежат классические работы по фотосинтезу, говорил: « Едва ли какой процесс совершающийся на поверхности Земли, заслуживает в такой степени всеобщего внимания, как тот далеко еще не разгаданный процесс, который происходит в зеленом листе, когда на него падает луч Солнца».

С химической точки зрения это процесс, в котором неорганическое вещество, углекислота и вода превращается в углеводы- вещество органическое. В свою очередь, образовавшиеся углеводы служат для дальнейшего синтеза белков – процесса, происходящего только в растениях, а также растительных жиров.

Образовавшиеся углеводы, жиры и белки используются самим растением, либо непосредственно, либо через промежуточные звенья служат пищей для всех живых организмов. Одна из возможных реакций фотосинтеза описывается формулой:

Һν+6СО2 +6НО2 →С2 Н12 О6 + 6О2

Т.е. углекислота воздуха и вода под действием кванта света превращается в углеводород С6Н12О6 и кислород О2 .

Свет разрывает прочную связь, соединяющую кислород с углеродом, в углекислоте и возникает углеводород, который способен к дальнейшему окислению при сгорании в печах или организмах животных.

Реакция идет за счет поглощаемой растением энергии излучения, принадлежащей к видимому диапазону длин волн. Лучше всего поглощаются растением красные и синие лучи.

Сообщение № 2. «Восприятие света растениями».

Растения воспринимают свет прозрачными, линзообразными клетками, пропитанными кремниевой кислотой, которая по своим оптическим свойствам приближается к стеклу. Подобная клетка собирает падающие на нее лучи и направляет их в определенную точку на задней стенке.

При изменении направления лучей этот световой зайчик смещается и освещает боковой участок стенки. Это раздражает клетку, и стебель с листом начинает двигаться до тех пор, пока солнечные лучи снова не попадут на свое прежнее место.

Так происходит поворот цветка подсолнечника за Солнцем, комнатных цветов к окну, так вечером закрывается, а утром открывается венчик одуванчика.

«Восприятие света дождевым червем».


Подобно растениям, некоторые простейшие организмы (микробы)

чувствительны к свету – одни из них стремятся к свету, другие – нет.

У некоторых представителей животного мира, например, у дождевого червя органом зрения служат отдельные светочувствительные клетки, разбросанные в наружных частях его кожи. Таким образом, он может различить свет и темноту. Однако, никакого представления о форме светящегося тела червь при этом не получает.

Сообщение №3. «Глаза насекомых, моллюсков и др.».


Гораздо сложнее устроены глаза насекомых, например, мозаичный глаз стрекозы. Он состоит из множества трубочек с расположенными в них светочувствительными клетками.

Эти клетки соединены с окончанием зрительного нерва, идущего к головному мозгу. Свет может достигать светочувствительных клеток только в том случае, если он идет вдоль трубочек.

Благодаря этому глаз стрекозы может различать, откуда на него падает свет.

«Зрительные органы ракушки».

Зрительный орган ракушки воспринимает свет зрительным углублением, которое выстлано светоощущающими клетками. При помощи такого органа можно приблизительно определить направление светящегося тела.

«Глаза некоторых животных».


Живая камера- обскура с маленьким отверстием и внутренней светочувствительной полостью – это глаз моллюска. Глаз скорпиона – это шар, близко подходящий к светочувствительному слою; глаз головоногого, дающий изображение на сетчатке, и, наконец, глаз позвоночного уже имеет большее сходство с глазом млекопитающего.

Весьма разнообразно расположение и число глаз у разных животных. У некоторых улиток один глаз расположен на спине, а другой на голове. У морских звезд пять глаз на кончиках лучей, у паука – крестовика восемь глазков на голове; также известно расположение глаз на ногах и т.д.

3.2. Объяснение нового материала.

Мы вспомнили и узнали что-то новое о зрительных органах обитателей Земли, рассмотрели как устроены некоторые искусственные оптические системы. Пришло время познакомиться с оптической системой, созданной самой природой. Мы сегодня изучим строение глаза человека и попробуем убедиться, что это самая настоящая оптическая система.

Запишите тему урока

«Глаз как оптическая система. Угол зрения».

Внешнее строение органа зрения человека

Глаз человека представляет собой достаточно сложную оптическую систему, сформировавшуюся из органических материалов в процессе биологической эволюции.

Глаз почти сферичен (24мм вдоль главной оптической оси и 22мм в поперечном направлении )

Желеподобное содержание глаза окружено плотной гибкой оболочкой – склерой. За исключением ее прозрачной наружной части – роговицы, склера белого цвета и непрозрачна.

Роговица обладает наибольшей оптической силой среди других оптических элементов глаза. Коэффициент преломления роговицы n1= 1, 376. Пройдя роговицу, свет попадает в полость, заполненную водянистой влагой с коэффициентом преломления n2 = 1, 336.

В водянистую влагу погружена радужная оболочка с отверстием зрачка.

Радужная оболочка представляет собой подвижную мышечную кольцевую диафрагму. Сжимаясь и растягиваясь, радужная оболочка изменяет размер зрачка и тем самым световой поток, попадающий в глаз.

Через зрачок свет попадает на хрусталик – эластичную двояковыпуклую линзу диаметром около 9мм и толщиной около 4мм.

Внутренняя структура хрусталика, состоящего из 22000 тонких слоев, напоминает структуру луковицы.

Коэффициент преломления хрусталика меняется от наружной области к внутренней от 1, 386 до 1, 406. Циллиарная мышца, управляющая хрусталиком с помощью поддерживающей связки, может изменять его кривизну и соответственно оптическую силу глаза. В полости глаза за хрусталиком находится прозрачное стекловидное тело с показателем преломления n3 = 1, 337.

Роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему, аналогичную собирающей линзе.

Оптический центр такой линзы находится на расстоянии f =17,1 мм от сетчатки или ретины– тонкого прозрачного слоя светочувствительных клеток, являющихся разветвлениями зрительного нерва с нервными окончаниями в виде палочек и колбочек. Из них колбочки ( их примерно 10млн.

клеток) служат для различения мелких деталей предмета и восприятия цветов. Палочки же (их 120 млн. клеток) не дают возможности различать цвета, но они высокочувствительны к слабому свету. С помощью палочек человек различает предметы в сумерки и ночью.

Палочки и колбочки очень малы и распределены неравномерно по поверхности сетчатки: в средней части преобладают колбочки, а по краям- палочки. Толщина сетчатки, покрывающей 65% внутренней поверхности глаза, изменяется от 0,1 до 0,5 мм. Светочувствительные клетки находятся на задней поверхности сетчатки, лежащей на сосудистой оболочке.

Самая чувствительная часть сетчатки называется желтым пятном. Его площадь составляет 1 мм2. Каждая колбочка соединена с отдельным нервным волокном, а палочки присоединены группами (приблизительно по 100 палочек) к общему нервному волокну.

Сетчатка преобразует падающее на нее видимое излучение в электрические импульсы, передаваемые по зрительному нерву (это все зрительные волокна, собранные вместе) в головной мозг. В месте выхода из сетчатки зрительного нерва светочувствительные клетки отсутствуют, поэтому там возникает слепое пятно, не чувствительное к свету. В существовании этого пятна можно убедиться во время проведения небольших экспериментов во второй части нашего урока.

Более подробно о функциях палочек и колбочек вы узнаете из курса биологии. А сейчас рассмотрим свойства глаза.

Для нормального глаза человека расстоянием наилучшего зрения считается 25см. Две точки изображения воспринимаются раздельно, если их изображения попадают на две различные светочувствительные клетки сетчатки.

Расстояние между соседними светочувствительными клетками (Н min = 5 мкм) определяет разрешающую способность глаза или остроту зрения. Разрешающая способность глаза характеризуется минимальным углом зрения, под которым две точки А и В видны раздельно.

Так как Hmin D1) , пока вновь не получается четкое изображение предмета на сетчатке. Оно возникает при условии:

D2 = 1/F2 = 1/d2 + 1/f. (2)

Если d2 > d1, то в результате расслабления цилиарной мышцы хрусталик растягивается, уменьшая оптическую силу глаза ( D2 > D1). Оптическая сила глаза минимальна при полностью расслабленной цилиарной мышце. При этом согласно формуле (1) четкое наблюдение предмета возможно в дальней точке.

Дальняя точка- наиболее удаленная от глаза точка, расположения объекта, четко видимая глазом.

Для нормального глаза дальняя точка лежит бесконечно далеко, т.е. d1→∞ . Это означает, что минимальная оптическая сила нормального глаза равна:

Dmin = 1/f = 1/ 17, 1 ∙ 10-3 = 58, 5 дптр.

Оптическая сила глаза максимальна при максимальном напряжении цилиарной мышцы. При этом, согласно формуле (2), четкое изображение предмета возможно в ближней точке.

Ближняя точка – наименее удаленная от глаза точка расположения объекта, четко видимая глазом

Положение ближней точки и соответственно максимальная оптическая сила для нормального глаза изменяются с возрастом.

Возраст, лет

10

20

30

40

50

60

70

Ближняя точка, см.

7

10

14

22

40

200

400

D max

72,8

68,5

65,6

63

61

59

58,8

Удаление от глаза с возрастом ближайшей точки объясняется постепенным снижением сокращательной способности цилиарной мышцы и уменьшением эластичности хрусталика.

Если предмет находится около ближней точки, угол зрения оказывается максимальным: предмет виден лучше всего. Однако при таком наблюдении усиливается напряжение циллиарной мышцы и глаз устает.

Поэтому предметы располагают от глаза на расстояние наилучшего зрения.

Расстояние наилучшего зрения- расстояние от объекта до глаза, при котором угол зрения оказывается максимальным, а глаз не утомляется при длительном наблюдении.

Для нормального глаза расстояние наилучшего зрения принимают равным dн = 25см. в этом случае, для получения четкого изображения предмета, требуется оптическая сила 62, 5 дптр.

Свойство мозга переворачивать изображение.

Вы знаете, что собирающие линзы дают перевернутое изображение, а наш хрусталик- собирающая линза. Так почему мы не видим мир вверх ногами? Это объясняется тем, что наш мозг способен оценивать такие изображения правильно. Кстати, новорожденные дети видят мир перевернутым почти до трех недель и лишь потом мозг начинает видеть предметы правильно.

Стереоскопическое зрение.

Левый и правый глаза видят по- разному. Возьмите в руки

какой -либо предмет и посмотрите на него сначала левым, а затем правым глазом: предмет, как будто перемещается. Наше сознание сливает оба изображения в один образ и мы видим предмет объемным.

По мере удаления предмета способность глаза различать предмет уменьшается и примерно с расстояния 1-2 км все предметы кажутся лежащими в одной плоскости. Для увеличения этого предельного расстояния используют стереоскопические трубы, у которых объективы раздвинуты на большое расстояние ( в морских дальномерах до 30 метров).

Корректирующая работа мозга.

Одной из удивительных особенностей глаза является зрительная память. След от воспринятого глазом изображения сразу не исчезает, а примерно 0.25 с остается в нашем сознании. Когда мы смотрим кино, то не замечаем мелькания кадров, не видим мигания наших лампочек, а ведь колебания яркости происходят около 100 раз в секунду.

В восприятии картины участвует не только зрительная память, но и высшие отделы мозга: они строят промежуточные картины между двумя колебаниями освещенности.

Мозг обладает высокой степенью приспособляемости – он выключает из нашего сознания все, что мешает нашему восприятию. Слепое пятно, например, мешает увидеть нам предмет полностью, но мы этого не замечаем.

Зрительные иллюзии.

Приспособляемость глаза вызывает иногда зрительные иллюзии. Глаз «попадая в незнакомую обстановку» иногда совершает ошибки в оценке и сравнении длин отрезков, размеров углов, расстояний между предметами, в восприятии форм предметов и т. д. За немногим исключением удовлетворительного объяснения причин, вызывающих оптические обманы не найдено.

Большинство иллюзий связано с тем, что некоторые предметы воспринимаются не отдельно, а в связи с окружающими предметами по контрасту. При долгом рассмотрении пространственное восприятие рисунка может меняться как произвольно, так и непроизвольно и даже вопреки нашему желанию.

Рассмотрите несколько примеров иллюзий. ( см. подборку иллюзий ).

Большое значение для оценки расстояний имеют текстуры. Текстура-это узоры на предмете: прожилки на деревянной доске, переплетенные нити на ткани, хаос травинок, полосатая шкура зебры и т. д.

Многократные опыты показывают, что если два предмета закрывают своими контурами одинаковое число элементов одной и той же текстуры, то они равны. Если же один предмет закрывает большее число элементов, то он кажется большим по размеру. Эта иллюзия используется для изображения удаленных предметов.

Там где сходятся два участка с разными текстурами, обычно, пролегает разделительная граница. Глаз эту границу видит, даже если ее нет. Оптические иллюзии приходится учитывать летчикам, мореплавателям, водителям, а так же в живописи и архитектуре.

Умелое использование этих иллюзий расширяет возможности этих искусств.

Недостатки глаза.

При ухудшении зрения чаще всего нарушается работа хрусталика: он теряет свою эластичность и частично способность изменять свою кривизну. Если хрусталик имеет слишком выпуклую форму по сравнению с хрусталиком нормального глаза, то глаз плохо видит далекие предметы- наступает близорукость.

Изображение, в этом случае, получается перед сетчаткой, и чтобы получить его на сетчатке, необходимо использовать рассеивающую линзу. Изображение, таким образом, скорректируется, и дефект зрения будет устранен.

Если же хрусталик становится слишком плоским, то человек нечетко видит близкие предметы, т.е. изображение предмета образуется за сетчаткой. Это признак дальнозоркости.

Для устранения этого дефекта зрения используют собирающие линзы, которые помогают передвинуть изображение на сетчатку. Дети рождаются дальнозоркими и только со временем, приблизительно к полутора годам, зрение становится нормальным. Необходимости в очках дети не испытывают.

Итак, чтобы исправить такие дефекты зрения используют очки, при близорукости ─ с рассеивающими линзами, при дальнозоркостис собирающими.

Другим заболеванием глаз является астигматизм. В этом случае нарушается форма роговой оболочки, ее кривизна становится в разных направлениях различной: человек четко видит, например, горизонтальные линии и расплывчато- вертикальные.

Лечат астигматизм очками с цилиндрическими стеклами. При астигматизме в одном глазу сочетаются эффекты близорукости, дальнозоркости и нормального зрения.

Может, например, случиться, что для вертикального сечения фокусное расстояние равно нормальному, а для горизонтального – больше нормального.

Тогда глаз окажется в горизонтальном сечении близоруким и не сможет видеть ясно горизонтальных линий на бесконечности, а вертикальные будет четко различать. На близком расстоянии благодаря аккомодации глаз прекрасно различит вертикальные линии, а горизонтальные будут расплывчатыми.

Одним из дефектов глаза является цветовая слепота. Это происходит потому, что колбочки глаза чувствительны к зеленому свету так же как и к красному. Случай цветной слепоты впервые был описан английским химиком Дальтоном и получил название «дальтонизм».Существует более 80 типов очков разного назначения.

4. Закрепление.

Итак мы сегодня ответили на вопросы: почему мы считаем глаз оптической системой, какими свойствами обладает глаз, каков предельный угол зрения, какую роль играет зрачок и хрусталик, почему мы видим нормальное изображение предметов, какими могут быть дефекты глаза и т.д.

Давайте сейчас убедимся с помощью простейших опытов в том, что все сказанное имеет место быть.

У вас на столах находятся наборы инструментов, иллюстраций, которые позволят провести нам наши опыты.

1 обнаружение слепого пятна.

На листе белой бумаги нарисованы кружок и крестик, они расположены примерно на расстоянии 6-8 см друг от друга. Закройте правый глаз и смотрите пристально левым глазом на крестик. Приближая к глазу или удаляя от него рисунок находят такое положение, при котором кружок перестает быть видимым.

Значит в этот момент круг попадает в область слепого пятна. Затем повторить все с правым глазом, закрыв левый. В данном эксперименте становится ясным, что слепое пятно в каждом глазу сдвинуто от главной оптической оси глаза в сторону переносицы, что совершенно не мешает нормальному зрению.

2. измерение диаметра зрачка.

Повернитесь в сторону какого- либо темного предмета и поднесите к глазу плоское зеркало. Заметьте размер зрачка. Затем переведите взгляд в сторону ярко освещенного предмета и вы обнаружите заметное уменьшение размеров зрачка. Еще раз необходимо заметить, что размер зрачка может колебаться от 2 до 8 мм, поэтому очень опасно смотреть на яркие источники света.

3. аккомодация глаза.

Смотрят одним глазом то на карандаш, расположенный от глаза на расстоянии 15- 20 см, то на удаленный предмет. При рассматривании карандаша удаленный предмет кажется немного расплывчатым и, наоборот, при переводе взгляда на удаленный предмет карандаш виден не совсем ясно.

Убедитесь, что аккомодацией обладает каждый глаз.

Определяем положение ближней точки. Медленно приближайте книгу к глазу до тех пор, пока буквы перестанут быть ясно видимыми. Затем лентой измерьте расстояние от глаза до книги.

Запишите выводы себе в тетрадь.

5. Задание на дом: § 66 упражнение к параграфу 66 № 1, 2.

Ответьте на вопрос: «Почему показатель преломления должен меняться при переходе от одного элемента глаза к другому?»

Используемая литература:

В.А. Касьянов. Учебник физики -11 класс. Москва.

Издательство «Дрофа» 2004г

Б.Ф. Билимович «Световые явления среди нас».

Книга для внеклассного чтения учащихся 8-10 классов. Москва «Просвещение» 1986г.

Элементарный учебник физики. Под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Том 3. Издательство «Наука». редакция «Физико- математической литературы» Москва 1975г.

Г. Роуэлл, С. Герберт. «Физика». Английский учебник для средних школ. Перевод с английского И.Е. Каткова под редакцией

В.Г. Разумовского. Москва «Просвещение» 1993г.

Источник: https://infourok.ru/material.html?mid=16627

3.4. Глаз как оптический инструмент

Глаз как оптическая система


Глаз человека представляет собой сложную оптическую систему, которая по своему действию аналогична оптической системе фотоаппарата. Схематическое устройство глаза представлено на рис. 3.4.1. Глаз имеет почти шарообразную форму и диаметр около 2,5 см.

Снаружи он покрыт защитной оболочкой 1 белого цвета – склерой. Передняя прозрачная часть 2 склеры называется роговицей. На некотором расстоянии от нее расположена радужная оболочка 3, окрашенная пигментом. Отверстие в радужной оболочке представляет собой зрачок.

В зависимости от интенсивности падающего света зрачок рефлекторно изменяет свой диаметр приблизительно от 2 до 8 мм, т.е. действует подобно диафрагме фотоаппарата. Между роговицей и радужной оболочкой находится прозрачная жидкость. За зрачком находится хрусталик 4 – эластичное линзоподобное тело.

Особая мышца 5 может изменять в некоторых пределах форму хрусталика, изменяя тем самым его оптическую силу. Остальная часть глаза заполнена стекловидным телом.

Задняя часть глаза – глазное дно, оно покрыто сетчатой оболочкой 6, представляющей собой сложное разветвление зрительного нерва 7 с нервными окончаниями – палочками и колбочками, которые являются светочувствительными элементами.

Рисунок 3.4.1.Глаз человека

Лучи света от предмета, преломляясь на границе воздух–роговица, проходят далее через хрусталик (линзу с изменяющейся оптической силой) и создают изображение на сетчатке.

Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему, оптический центр которой расположен на расстоянии около 5 мм от роговицы. При расслабленной глазной мышце оптическая сила глаза приблизительно равна 59 дптр, при максимальном напряжении мышцы – 70 дптр.

Основная особенность глаза как оптического инструмента состоит в способности рефлекторно изменять оптическую силу глазной оптики в зависимости от положения предмета. Такое приспособление глаза к изменению положения наблюдаемого предмета называется аккомодацией.

Область аккомодации глаза можно определить положением двух точек:

  • дальняя точка аккомодации определяется положением предмета, изображение которого получается на сетчатке при расслабленной глазной мышце. У нормального глаза дальняя точка аккомодации находится в бесконечности.
  • ближняя точка аккомодации – расстояние от рассматриваемого предмета до глаза при максимальном напряжении глазной мышцы. Ближняя точка нормального глаза располагается на расстоянии 10–20 см от глаза. С возрастом это расстояние увеличивается.

Кроме этих двух точек, определяющих границы области аккомодации, у глаза существует расстояние наилучшего зрения, т. е. расстояние от предмета до глаза, при котором удобнее всего (без чрезмерного напряжения) рассматривать детали предмета (например, читать мелкий текст). Это расстояние у нормального глаза условно полагают равным 25 см.

При нарушении зрения изображения удаленных предметов в случае ненапряженного глаза могут оказаться либо перед сетчаткой (близорукость), либо за сетчаткой (дальнозоркость) (рис. 3.4.2).

Рисунок 3.4.2.Изображение удаленного предмета в глазе: a – нормальный глаз; b – близорукий глаз; с – дальнозоркий глаз

Расстояние наилучшего зрения у близорукого глаза меньше, а у дальнозоркого больше, чем у нормального глаза. Для исправления дефекта зрения служат очки. Для дальнозоркого глаза необходимы очки с положительной оптической силой (собирающие линзы), для близорукого – с отрицательной оптической силой (рассеивающие линзы).

Для наблюдения удаленных предметов оптическая сила линз должна быть такой, чтобы параллельные пучки фокусировались на сетчатке глаза.

Глаз должен видеть через очки мнимое прямое изображение удаленного предмета, находящееся в дальней точке аккомодации данного глаза.

Если, например, дальняя точка аккомодации близорукого глаза находится на расстоянии 80 см, то применяя формулу тонкой линзы получим:

d = ∞, f = –0,8 м, следовательно,  дптр.

Следует отметить, что у дальнозоркого глаза дальняя точка аккомодации мнимая, т. е. ненапряженный глаз фокусирует на сетчатке сходящийся пучок лучей. Потому при рассмотрении удаленных предметов очки для дальнозоркого глаза должны превращать параллельный пучок лучей в сходящийся, т. е. обладать положительной оптической силой.

Очки для «ближнего зрения» (например, для чтения) должны создавать мнимое изображение предмета, находящегося на расстоянии d0 = 25 см (т. е. на расстоянии наилучшего зрения нормального глаза), на расстоянии наилучшего зрения данного глаза.

Пусть, например, близорукий глаз имеет расстояние наилучшего зрения 16 см. По формуле тонкой линзы получим: d = d0 = 0,25 м, f = –0,16 м, следовательно,  дптр.

Вследствие сужения области аккомодации у многих людей очки для ближнего зрения должны обладать большей (по модулю) оптической силой по сравнению с очками для рассматривания удаленных предметов.

Рис. 3.4.3 иллюстрирует коррекцию дальнозоркого и близорукого глаза с помощью очков.

Рисунок 3.4.3.Подбор очков для чтения для дальнозоркого (a) и близорукого (b) глаза. Предмет A располагается на расстоянии d = d0 = 25 см наилучшего зрения нормального глаза. Мнимое изображение A' располагается на расстоянии f, равном расстоянию наилучшего зрения данного глаза
Модель. Глаз как оптический инструмент




Лучшие школы, лагеря, ВУЗы за рубежом
Математика, Английский язык, Химия, Биология, Физика, География, Астрономия.
А также: online подготовка к ЕГЭ на College.ru, библиотека ЭОРов и обучающие программы на Multiring.ru.

Источник: https://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter3/section/paragraph4/theory.html

Глаз как оптическая система. Оптические приборы. Строение и свойства глаза

Глаз как оптическая система

  • 31 Октября, 2018
  • Офтальмология
  • Савельева Виктория

В статье рассмотрим оптический прибор — глаз как оптическую систему.

Человеческий орган зрения — это особый мир, в котором есть все: солнце, цвет, люди, животные. Само анатомическое строение глаза настолько удивительно и сложно, что до сих пор науке неизвестны все нюансы функционирования зрения.

Весьма интересен вопрос о том, что включает в себя эта оптическая система и как она устроена.

Для того чтобы световой луч мог достичь своей цели, ему необходимо пройти четыре среды, в которых он преломляется, а информация в ходе этого процесса передается в мозг.

Оптическая система глаз включает роговицу, хрусталик, камерную влагу и стекловидное тело. Все эти структуры являются линзами, которые также имеют свое строение и особые свойства. Но поскольку характеристики сред различны у каждой из них, то и показатель светового преломления различен.

В норме эта особенность природных линз способна обеспечить человеку идеальные зрительные функции. Однако любые физиологические или патологические изменения в организме могут существенно воздействовать на эту способность. Глаз человека имеет форму почти правильной сферы.

Различные патологии видоизменяют его форму в вертикальный или горизонтальный эллипс, что значительно влияет на фокусировку и остроту зрения.

Рассмотрим подробнее глаз как оптическую систему и оптический прибор.

Роговица

Рефракция глаза и оптическая система начинаются с роговицы, которая является преломляющей линзой, выполняющей, помимо основных функций, защитные. Строение органа можно сравнивать с фотоаппаратом. В данном случае роговица – это его объектив.

Световые пучки на ее передней поверхности преломляются. Роговицу, при подробном рассмотрении, составляет пять слоев, что способствует поддержанию уровня ее прозрачности.

Здоровая линза — круглая, блестящая, видимых кровеносных сосудов на ней не должно наблюдаться.

Камерная влага

Оптическая система глаз включает в себя важную биологическую среду — влагу. Это вязкая бесцветная жидкость, заполняющая заднюю и переднюю глазные камеры.

Каждый день вырабатывается новая порция такой жидкости, а отработанный объем через шлеммов канал поступает в кровоток, после чего выводится из организма.

Камерная влага, кроме преломляющей функции, имеет еще и питательную, способствующую насыщению всех элементов глаза аминокислотами. Затрудненный выход ее из камеры влечет возникновение глаукомы.

Хрусталик глаза

Оптическая система глаз снабжена преломляющим элементом, выполняющим функцию рефракции, – это хрусталик. Его часто рассматривают как самостоятельный орган, довольно сложный по строению и очень важный по функциям.

Хрусталик глаза является полутвердой субстанцией без сосудов. Он располагается сразу за радужной оболочкой и передает четкое отображение увиденной картинки в рамки желтого пятна на сетчатку.

Содержит несколько слоев и капсульную сумку, которая может утолщаться и провоцировать помутнение.

Стекловидное тело

В оптическую систему глаза входит стекловидное тело, которое ее фактически замыкает. Оно обладает множеством важных функций. Его наличие позволяет лучу проходить путь от хрусталика, который локализуется в вязкой жидкости тела, к сетчатке. Не все воспринимают глаз как оптическую систему.

Оптические приборы, вооружающие глаз

Человеческий глаз, несмотря на природное совершенство, по своим свойствам далек от идеальных универсальных оптических приборов.

Поэтому необходимо использовать оптику, вооружающую человеческий глаз новыми способностями.

При рассмотрении различных приборов следует помнить, что в каждом случае они и орган зрения образуют единую оптическую систему, важнейшим элементом которой считается хрусталик.

Если говорить о глазе как об оптическом приборе в физике, он в целом помогает получить изображение того или иного предмета на сетчатке, и кажущаяся его величина оценивается человеком по величине этого изображения.

Особенностью оптической системы, которая включает в свой состав глаза, является то, что параметры такой системы могут изменяться благодаря изменению фокусного расстояния хрусталика при аккомодации. Подобные соображения позволяют с легкостью изучить действие увеличительной лупы, которая представляет собой обычную выпуклую линзу.

Такими же, только более сложными по строению и функционированию приборами являются микроскоп, телескоп и т. д.

Что не входит в состав оптической системы глаза?

В ее структуру не входят:

  1. Склера. Роговица прозрачная, пропускает свет. Невидимая часть внешней оболочки глаза белая, которую можно сравнить с яичным белком. Она выполняет ограничительную и защитную функции.
  2. Радужка. Эта часть глаза является участком сосудистой оболочки, причем радужка полностью лишена сосудов. Это единственная структура человеческого организма, питание которого осуществляется без вмешательства кровеносной системы. В центре радужной цветной оболочки локализуется зрачок, который под воздействием света может расширяться и сужаться. Эта особенность нужна для нормального зрения, поскольку обеспечивает прохождение световых лучей идеального диаметра.
  3. Цилиарное тело, которое представляет собой соединительное звено между хориоидеей и задней поверхностью радужного покрова. Цилиарное тело содержит отростки, которые осуществляют весьма важные функции. Во-первых, они имеют способность поддерживать хрусталик в подвешенном состоянии, во-вторых, вырабатывают внутриглазную жидкость.
  4. Сетчатка — самый сложный, элемент органа зрения, имеющий много слоев. Она является природным сенсором, который является периферийным участком анализатора. Именно в этой структуре происходит восприятие света и цвета. Сетчатка очень чувствительная и тонкая, держится благодаря эпителиальным связкам, дополнительно прижимаясь стекловидным телом. Глаз применяет ее для фиксации картинки и передачи ее по зрительным нервам в мозг. В строении сетчатки различают палочковые и колбочковые клетки. Колбочковые различают цветное изображение, а палочковые отвечают за зрение в темноте, но они существенно чувствительней. При тончайшем рассмотрении сетчатка состоит из десяти слоев, различных по своему строению, причем 9 из таковых абсолютно прозрачны.

Преломление света

Главными преломляющими средами человеческого глаза являются роговица, которая обладает наивысшей преломляющей силой, и хрусталик, представляющий двояковыпуклую линзу. Преломление света в глазу проходит по основным законам, которые изучает физика.

Лучи, проходящие через центр хрусталика и роговицы (т. е. через главную глазную оптическую ось) перпендикулярно к их поверхности, преломления не испытывают. Остальные преломляются и внутри камеры глаза сходятся в единой точке – фокусе.

Такой ход световых лучей обеспечивает на сетчатке четкое изображение, причем оно получается обратным и уменьшенным.

Показатель преломления света в стекловидном теле больше единицы, поэтому фокусные расстояния во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри (заднее) не могут быть одинаковы.

Оптическая сила рассчитывается в виде обратного заднего фокусного расстояния глаза, выраженного в метрах. Она зависит от того, в состоянии покоя находится орган зрения или в состоянии аккомодации.

Аккомодация — это способность четко различать предметы, которые находятся на разных расстояниях.

Заключение

Основные свойства глаза были представлены выше.

Оптическая система его является природный проектором, преломляя световые лучи и фокусируя их особым образом, сквозь хрусталик на сетчатку. Очень интересно, что картинка отпечатывается на ней в перевернутой форме. Все окружающее, что видит человеческий глаз, анализирует область мозга, отвечающая за зрительное восприятие. Именно там изображение переворачивается в привычное для человека.

Мы рассмотрели глаз как оптическую систему и оптический прибор.

Источник: https://SamMedic.ru/435671a-glaz-kak-opticheskaya-sistema-opticheskie-priboryi-stroenie-i-svoystva-glaza

Vse-referaty
Добавить комментарий