Разрешающая способность глаза

Описание

Разрешающей способностью называют наименьшее расстояние между двумя точками или линиями, видимыми раздельно. Оценивать его можно в угловой или в линейной мере. Обычно разрешающую способность, или разрешение, характеризуют числом линий, видимых раздельно в интервале 1 мм. В последние годы установлено, что разрешающая способность глаза зависит не столько от анатомических размеров рецепторов, сколько от их функциональной связи и от множества других факторов. Эти факторы можно разделить на «нервные», к которым относятся способы' переработки сигнала в сетчатке и лежащих выше отделах зрительного анализатора, и на «оптические». Последние зависят от оптической системы глаза. Это в первую очередь дифракция на радужке, собственные аберрации глаза, рассеяние света на поверхностях глазных сред, влияние неровностей роговицы, децентрированности оптической системы глаза, неправильной фокусировки и пр. На разрешение влияет также контрастность объектов. При разных условиях зрительной работы эти факторы влияют различно. Так, при дневном зрении вследствие малого размера зрачка увеличивается влияние дифракции, аберрации же сказываются меньше, и совсем не влияет на сетчаточное изображение отклонение периферической зоны роговицы от правильной формы. При ночном зрении, когда зрачок расширен и работает не только центральная, но и периферическая зона роговицы, основное снижение качества изображения и разрешающей способности обусловлено неправильной формой роговицы и рассеянием света на глазных средах.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Постараемся объяснить рассматриваемые явления, не прибегая к деятельности высших мозговых центров. Для этого рассмотрим влияние каждого из оптических факторов отдельно. Сначала определим разрешение с точки зрения волновой оптики, а затем оценим влияние на него аберраций глаза при помощи геометрической оптики.

Образование изображения на сетчатке с точки зрения волновой природы света. Любая оптическая система, даже полностью безаберрационная, вследствие волновой природы света не может изобразить точку объекта точкой. Это объясняется тем, что всякая система имеет ограниченное отверстие, которое огибается сферической волной, исходящей из объекта, вызывая дифракцию. В результате дифракции и сопутствующей ей интерференции света в плоскости изображения вместо точки возникает дифракционная фигура. В различных точках дифракционной фигуры освещенность неодинакова. Центральный максимум отделен абсолютным минимумом от других, менее интенсивных, максимумов. Эти максимумы более высоких порядков не оказывают существенного влияния на дифракционную картину — практическое значение имеет только средний максимум. Качество изображения оптической системы зависит от ширины этого максимума, т. е. от расстояния, на котором находится первый абсолютный минимум от центра дифракционной фигуры. Чем меньше площадь максимума, тем лучше качество изображения. Ширина центрального максимума является функцией апертурного угла со стороны изображения и длины волны света. Чем меньше апертурный угол и чем больше длина волны, тем максимум шире. Если бы можно было получить волну, выходящую из оптической системы в виде полной сферы, то ширина максимума была бы равна нулю и изображение точки было бы также точкой.

В глазу, так же как в большинстве других оптических систем, падающая от объекта сферическая волна ограничивается круглой апертурной диафрагмой — зрачком глаза, от диаметра которой и зависит ширина центрального максимума. Дифракционная фигура от круглого отверстия представляет собой дифракционный кружок. Центральный максимум, который воспринимается как «изображение» точки, имеет в этом случае радиус:

Так как этот радиус зависит от длины волны, то величина центрального максимума и радиус бокового максимума неодинаковы для различных цветов. Поэтому изображение точки в белом свете бывает окрашенным. Наличие в оптической системе глаза довольно больших аберраций приводит к перераспределению освещенности в дифракционной фигуре — освещенность в центральном максимуме уменьшается, а в дифракционных кольцах возрастает. Диаметр центрального максимума при этом остается прежним, а в боковых в большей или меньшей степени изменяется.

Аберрации глаза. Рассмотрим влияние аберраций глаза на качество изображения внешних объектов на сетчатке и оценим их влияние на разрешающую способность глаза.

Вопросы сферической и хроматической аберрации глаза человека изучали Юнг, Гельмгольц и др. В 1947 г. появилась фундаментальная работа А. Иванова об измерении сферической и хроматической аберраций, глаза. В 1961 г. М. С. Смирнов измерил волновую аберрацию глаза. Следует подчеркнуть, что измерения аберраций проводились только субъективным методом — по ответам испытуемого о восприятии предъявляемого объекта. Вследствие этого полученные данные относятся только к аберрациям центральной, макулярной области. Аберрации внеосевых точек, изображающихся на периферических участках сетчатки, испытуемый не в состоянии определить вследствие грубого строения этих зон сетчатки и ряда других физиологических факторов. На основе экспериментальных данных были построены кривые аберраций глаза.

Разброс параметров глаз у разных людей велик, меняется даже знак аберраций. Минимальными аберрации становятся при аккомодации на близкие предметы (1—2 м). В большинстве глаз имеется аберрация «по правилу», т. е. недоисправленная. Такие аберрации характерны для тех случаев, когда рефракция роговицы высокая, а хрусталика низкая. Если аберрация роговицы ниже обычной, а хрусталика выше, то чаще наблюдается аберрация «против правила», т. е. переисправленная.

Общая рефракция глаза суммируется из рефракц роговицы, имеющей «недоисправленную» сферическую» аберрацию, и хрусталика, обладающего обычно «переисправленной» аберрацией. Преобладающее значение при’ этом имеет, конечно, форма передней поверхности роговицы, граничащей с воздухом.

Нецентрированность оптической системы глаза. Рассматривая глаз как оптическую систему, принимают за ее оптическую ось прямую, проходящую через центр» кривизны поверхности хрусталика и роговицы. Под зрительной осью имеют в виду прямую, соединяющую узловую точку глаза с центральной ямкой (фовеолой). При этом необходимо учитывать ряд особенностей, не подлежащих практическому учету. Так, например, участок, обеспечивающий центральное зрение и поэтому наиболее важный для восприятия объекта, — центральная ямка, находится не на оптической оси, а несколько книзу от нее и ближе к височной стороне. Оптическая ось-пересекает сетчатку между центральной ямкой и диском зрительного нерва, ближе к центральной ямке. Угол а между оптической и зрительной осями считают положительным, если визуальная ось пересекает роговицу с нозальной стороны по отношению к оптической оси. Для нормального глаза взрослого человека угол а положителен и составляет от 4 до 8°. Наибольший угол (до 10°) бывает у людей с гицерметропией, наименьший, иногда даже отрицательный, — при миопии. У детей угол а особенно велик. Как правило, геометрический, центр роговицы не совпадает с ее оптическим центром. Таким образом, оптическая система глаза является не-центрированной. Все эти отклонения сказываются на ходе лучей в процессе визирования объекта и снижают разрешающую способность глаза.

---

Статья из книги: Оптические приборы для исследования глаза | Тамарова Р.М.