Оптическая система глаза человека. Оптическая система глаза состоит из...

Подавляющую долю информации человек получает через органы зрения – глаза. Оптическая система глаза человека, хотя и уступает по своим характеристикам зрению некоторых животных, на самом деле весьма совершенна. Из высших творений природы лишь человек и приматы могут воспринимать цвета. Известно, что оптическая система глаза взрослого человека позволяет различать до ста и более цветовых оттенков. К слову сказать, довольно долго фотографическая техника не могла тягаться с человеческим органом зрения по чёткости и качеству изображения.

Немного основ оптики

Фокус, знакомый по урокам школьной физики: два затемнённых помещения, одно из которых имеет сквозные отверстия небольшого диаметра в стенах. За стеной помещается мощный источник света, например солнце. Вместо первого отверстия, которое призвано служить точечным источником световых лучей, иногда используют компактный электрический осветительный прибор.

Если между точечным источником света и вторым отверстием поместить какую-либо фигуру из непрозрачного материала, то на стене (экране) за вторым отверстием появляется изображение данного предмета, перевёрнутое на 180°.

Тот же фокус, только намного качественнее, проделывает со световыми лучами собирательная (бывают и рассеивающие) линза. Дело в том, что каждая мельчайшая точка любого предмета, будучи освещённой сама, становится источником освещения, маленьким солнышком, излучая во все стороны (отражая) некоторую часть упавшего на неё света. Так, предметы, которые кажутся нам красными, поглощают все световые волны видимого диапазона, кроме красных. Белые вещи и материалы почти ничего не поглощают из видимого диапазона, отражая в окружающее пространство большую часть света, а чёрные, напротив, используют для нагрева почти всё, что на них упало.

Как глаза и другие оптические системы ловят свет

Рассмотрим физические принципы устройства фотоаппарата. Дело в том, что точно так же работает оптическая система глаза. Физика одинаково действует в столь разных на первый взгляд устройствах. Объектив (собирающая линза) улавливает свет, исходящий от каждой точки какого-либо предмета, и фокусирует его на экране – фоточувствительной пластине.

Пластина поделена на крохотные участки – пикселы. В современном цифровом фотоаппарате пикселами являются светочувствительные элементы, каждый из которых запоминает свои яркость и цвет. Когда все точки складываются вместе, как мозаика, получается изображение.

Чем мельче эти элементы, чем больше их помещается на единицу площади, тем более качественная картинка получается в итоге.

Орган зрения человека (оптика)

Как ни странно, но точно так же, как устроено творение рук человеческих – фотоаппарат, работает и оптическая система глаза. Построение изображения происходит по точно тем же принципам.

Изображение собирается и фокусируется нашим природным «объективом», роль которого выполняет хрусталик. В зависимости от расстояния, на котором необходимо сфокусировать взгляд, он может изменять свою кривизну, становясь более выпуклым при рассматривании близких предметов (вдевание нитки в иголку) или менее выпуклым, если мы смотрим вдаль.

Прежде чем попасть на хрусталик, световые лучи проходят через отверстие в «диафрагме» – радужной оболочке глаза. Причём диаметр отверстия зависит от интенсивности освещения – он может увеличиваться при недостаточном освещении в ночное время или уменьшаться ярким солнечным днём, предохраняя сетчатку глаза от излишнего излучения.

И, конечно же, оптическая система глаза не может обойтись без экрана – светочувствительной пластины, её роль играет сетчатка, на которую и проецируется изображение.

Биология человеческого органа зрения

Однако человеческий глаз – не технический инструмент, а прежде всего – биологический орган.

Кроме элементов, непосредственно участвующих в построении изображения, оптическая система глаза образована:

- роговицей, за которой расположена передняя камера, заполненная жидкостью, на 99% состоящей из обычной воды;

- стекловидным телом - обладает хорошей светопропускной способностью, но имеет низкий коэффициент преломления и поэтому в формировании изображения не участвует;

- цинновыми связками - передают усилие от особых мышц, которые, напрягаясь и расслабляясь, изменяют кривизну хрусталика, таким образом оптическая система глаза «настраивается» на близкие или далёкие предметы;

- глазным нервом – это своеобразный «кабель-канал», по которому изображение передаётся мозгу; в оболочке глазного нерва также проходят сосуды, снабжающие глаз кровью.

Впрочем, некоторые составляющие глаза заслуживают отдельного разговора.

Объектив человеческого глаза – хрусталик

Оптическая система глаза состоит из различных тканей, но самая уникальная, пожалуй, та, из которой состоит «объектив» нашей зрительной системы – хрусталик. Этот орган не содержит ни нервных волокон, ни сосудов, он обладает феноменальной прозрачностью, имеет чуть желтоватый цвет. Роговое вещество, из которого состоит хрусталик, имеет очень высокий коэффициент преломления. Если сравнивать его с увеличительным стеклом, то его сила будет около 18 диоптрий. Однако тело хрусталика не совсем однородно, оно состоит из переплетенных в разных направлениях волокон.

Именно этим объясняется то, что человек, глядя на далёкую звезду (абсолютную точку для человеческого глаза), видит отходящие от неё лучи.

Сетчатка

Итак, изображение захвачено хрусталиком и сфокусировано на сетчатке. Как же она устроена?

Строение её напоминает матрицу цифрового фотоаппарата. Вместо светочувствительных единиц (пикселов) глазное дно выстлано особыми светочувствительными клетками – палочками и колбочками. Считается, что палочки задействуются в условиях недостаточного освещения и не различают цветов. Цветное зрение анатомы связывают с колбочками. Таким образом, оптическая система глаза имеет два параллельных канала для дневного и ночного видения.

Чудеса зрения в природе

Особым зрением обладают змеи, большинство из них реагирует на инфракрасное излучение. Это приспособление позволяет им с успехом охотиться на теплокровных животных в абсолютной темноте.

А вот зрение бабочек «занесло» их в другую сторону: благодаря тому, что чешуйчатокрылые воспринимают часть ультрафиолетового диапазона, они с лёгкостью обнаруживают цветочную пыльцу – свою основную пищу.

Прекрасно видят в темноте и гекконы. Но не в инфракрасном цвете, как змеи, а в том же спектральном диапазоне, что и человек. Разница в том, что сетчатка геконов чувствительнее к свету в 350 раз! Просто полноценный прибор ночного видения, созданный природой!

Настоящий наблюдательный прибор имеет в своём распоряжении хамелеон. Мало того, что он может обозревать, не поворачивая головы, все 360° окружающего мира, так он ещё может одним глазом, как дальномером, измерять расстояние до предметов.

А вот обладателем самых больших в мире глаз является гигантский кальмар. Дело в том, что среда его обитания – океанская пучина от километра и глубже. Солнечного света в такой бездне практически нет, но своими глазами размером со средний арбуз кальмар видит своего заклятого врага кашалота на расстоянии до 1000 метров.