Оптика глаза. Размер (в радианах) изображения на сетчатке удаленного предмета, видимого под углом ?



где f = —17,06 мм — переднее фокусное расстояние глаза.

Из огромного разнообразия оптических инструментов нас будут интересовать только приборы, которые работают вместе с глазом, образуя единую систему, вооружая глаз.

Получаемая с помощью зрения информация нужна человеку обычно не просто для того, чтобы принять ее к сведению. Она необходима для обоснования практической деятельности человека, для контроля над процессом производства. Работающий человек редко обходится без помощи глаз, и чем тоньше работа, тем больше нагрузка на зрение. На производстве необходимо создавать условия, как можно более благоприятные для зрительной работы, т. е. прежде всего комфортное и достаточно интенсивное освещение.

Хорошее освещение должно удовлетворять многим требованиям, которые можно разделить на количественные и качественные. Количественные определяются уровнем необходимой освещенности, качественные — спектральным составом света и распределением его в пространстве.

До сих пор мы говорили о способности глаза воспринимать световые воздействия, каждое из которых определяется одной скалярной величиной, прежде всего яркостью. Шкала яркостей располагается вдоль одной линии, яркостный контраст тоже одномерен. Однако в природе постоянно встречаются предметы одинаковой яркости, а тем не менее глаз хорошо отличает их друг от друга. Они отличаются по качеству отраженного от них света, по его спектральному составу, например зеленый лист и красная роза. Таким образом, кроме количественных характеристик света глаз воспринимает и различает его качественные характеристики. Объясняется это тем, что аппарат дневного зрения (колбочковый) имеет три приемника света с различной селективной чувствительностью. Условно их называют красным, зеленым и синим. Благодаря наличию этих селективных приемников глаз способен ощущать не только яркость, но и цветность предмета. Цветность в свою очередь тоже сложное понятие. Красная роза может быть насыщенно красной, а может быть и розовой, т. е. бледно-красной. Слово «красный» приближенно определяет то, что в науке о цветовых измерениях — колориметрии — называют цветовым тоном излучения, а уточнение «бледно» характеризует малую насыщенность или, если применить колориметрический термин, малую чистоту цвета. Итак, цвет можно определить тремя величинами: яркостью L, цветовым тоном ?, чистотой цвета р. Монохроматическое излучение любой области спектра обладает чистотой р, равной единице. Примесь белого понижает р, и для белого цвета р = 0. Но пока нам важно одно: цвет полностью может быть определен тремя числами.

В свете, излучаемом различными источниками или отражаемом предметами, содержится ценнейшая информация об обстановке, в которой мы находимся. Но использовать эту информацию можно только с помощью того или иного зрительного устройства, в частности (и это очень важная частность) с помощью глаза.

Зрение человека обычно характеризуют несколькими функциями, прежде всего тремя: световой чувствительностью, контрастной чувствительностью и остротой зрения. Чаще, впрочем, приводят обратные величины (иногда и не оговаривая этого): пороговую яркость, пороговый контраст, предельный угол разрешения.

В гл. 2 упоминалось о том, что острота зрения соответствует дифракционной формуле, т. е. зрение полностью использует возможности, предоставляемые ему волновой природой света. Однако известно, что острота зрения уменьшается с падением яркости наблюдаемой картины и становится значительно ниже предела, обусловленного дифракционной формулой, в которую яркость вообще не входит.

С инерцией зрения принято связывать обширный и неточно очерченный круг явлений, называемых стробоскопическими. Общее у них одно: все они связаны с прерывистым наблюдением. Способы, которыми оно достигается, очень разнообразны, и результаты весьма различны: кажущееся движение неподвижных объектов (кино), видимость нескольких объектов вместо одного (стробоскопический эффект безынерционных ламп), видимая неподвижность движущихся тел.

При заточке на точильном круге стального инструмента из него вырывается веер искр — яркие полосы длиной 30—60 см. Это раскаленные крупинки наждака и стали, быстро пролетающие в воздухе. Но видим мы не движущуюся крупинку, а всю ее траекторию одновременно: когда крупинка остывает и погасает в конце своего пути, глаз еще сохраняет впечатление от ее яркости в момент вылета. Здесь наглядно проявляется инерционность зрительной системы или, короче, инерция зрения.

Оптическая система каждого глаза создает на сетчатке картину, соответствующую проекции объектов внешнего мира на сферическую поверхность дна глаза. Различия в яркости объектов и их деталей передаются в виде различий в освещенности разных мест изображения. В другом глазе получается картина, похожая на первую, но не совпадающая с ней из-за того, что другой глаз находится на некотором расстоянии от первого. В паре изображений содержится информация о величине, форме и взаимном расположении предметов по всем трем координатам пространства. Эту информацию нужно передать в мозг и рационально обработать.

Глаз — это широкоугольная оптическая система, т. е. система с большим полем зрения. Поле зрения глаза исследуют с помощью приборов, называемых периметрами.