ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Восприятие света глазом из "Оптика " Оптическую систему глаза образуют выпуклая роговая оболочка, служащая внешним слоем, зрачок, играющий роль диафрагмы, хрусталик и прозрачное стекловидное тело, заполняющее глазную камеру (см. рис. 14.8 91). Все свободное пространство заполняет так называемая водянистая влага. Эта оптическая система дает изображение рассматриваемых предметов на внутренней поверхности глазной камеры, которую выстилает сетчатка. Сетчатка представляет собой сложную структуру, состоящую из нескольких слоев нервных клеток разного типа и разного назначения, и играет роль приемника излучения. [c.674] Поле зрения этих участков глаза невелико. 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—IVo по горизонтальному и вертикальному направлениям. Таким образом, из всей фигуры человека, стоящего на расстоянии 1 м, мы можем фиксировать на желтое пятно, например, только его лицо, а на центральную ямку — поверхность, немного большую глаза. Все остальные части фигуры проектируются на периферическую часть глаза и рисуются в виде смутных деталей. Живой глаз, однако, обладает способностью быстро перемещаться (поворачиваться) в своей орбите, так что за очень короткий промежуток времени мы можем последовательно фиксировать большую поверхность. [c.676] На рис. 35.3, а показана траектория, по которой глаз последовательно осматривает детали объекта, а на рис. 35.3, б — сам объект. Точки соответствуют тем местам, на которых глаз останавливается, черточки — перемещению глаза. Таким образом, глаз как приемник света сочетает в себе особенности, присущие фотографическому и фотоэлектрическому методу регистрации. Одновременно, с хорошим разрешением воспринимается конечная, но небольшая часть изображения. Все же изображ ение регистрируется за счет последовательного просматривания. Такое устройство позволяет концентрировать внимание на наиболее существенных деталях предметов и вместе с тем получать некоторое общее представление обо всём, что находится в поле зрения. Благодаря этой особенности глаза мы не замечаем ограниченности поля ясного зрения и оцениваем поле зрения глаза по вертикальному и горизонтальному направлениям примерно в 120—150°, т.е. значительно больше, чем у очень хороших оптических инструментов. [c.676] При слабом освещении, когда работают только палочки, способность цветоразличения теряется. Исследуя способность глаза различать излучения, удалось с большой достоверностью установить, что палочки работают наподобие фотоэлемента с вполне определенной кривой спектральной чувствительности с максимумом близ 510 нм. [c.677] Весьма разнообразно цветное зрение животных, в частности насекомых. Наиболее точные количественные данные об особенностях зрения животных дают электрофизиологические исследования. Оказывается, что электрические импульсы в волокнах зрительного нерва идут не все время действия света на сетчатку, а только вслед за изменениями освещения. Если два излучения неразличимы для данного животного, то при замене одного из них другим импульсы в нервном волокне не возникают. Этот прием позволяет с хорошей точностью и достоверностью выяснить, сколько типов приемников имеется в сетчатке того или иного животного и каковы их кривые спектральной чувствительности. [c.678] Для возбуждения светочувствительного рецептора свет должен поглотиться им, причем чем больше поглощение для какой-либо длины волны, тем больше, как правило, и чувствительность к ней. Поэтому кривые спектральной чувствительности для светочувствительных веществ обычно имеют много общего (а часто и просто совпадают) с их спектральными кривыми поглощения. Это обстоятельство уже давно побудило искать светочувствительные пигменты сетчатки. [c.678] Первым был обнаружен родопсин (зрительный пурпур) — светочувствительное вещество палочек. Родопсин — вещество розоватого цвета, разлагается (выцветает) под действием света и снова восстанавливается в темноте. Его спектральная кривая поглощения очень хорошо соответствует спектральной чувствительности глаза при слабом освещении, когда работают только палочки. Особенно заметно это проявляется в явлении Пуркинье, которое заключается в следующем. Родопсин имеет максимум чувствительности в сине-зеленой части спектра и практически не чувствителен в оранжевокрасной. В соответствии с этим при слабом освещении оранжевые и красные предметы, кажущиеся очень яркими днем, при слабом освещении представляются очень темными по сравнению с голубыми и синими. [c.678] Родопсин находят сейчас в сетчатке очень многих животных, и у всех у них по электрофизиологическим данным имеется приемник с соответствующей кривой спектральной чувствительности. У других животных в палочках обнаружен другой пигмент — пор-фиропсин с несколько иной кривой поглощения и соответственно иной кривой спектральной чувствительности палочек. [c.679] В колбочках животных удалось выделить свои светочувствительные пигменты. У некоторых животных (черепахи, дневные птицы) различная спектральная чувствительность приемников, необходимая для цветоразличения, достигается за счет своеобразных светофильтров. У таких животных перед колбочками расположены жировые капельки, имеющие разную окраску. Это напоминает прием, применяемый в цветной фотографии (особенно в полиграфических репродукционных процессах). С цветного объекта делается три снимка через три разных светофильтра они заменяют съемку на слоях с разной спектральной чувствительностью. Аналогичную роль играют и светофильтры , расположенные перед колбочками. [c.679] Важной особенностью глаза является его способность работать в необычайно щироком диапазоне освещенностей. Прямые лучи Солнца создают на поверхности Земли освещенности порядка 100 000 лк, а в темноте глаз может отличить от темноты поверхность с освещенностью 10 лк. Работа в столь обширном диапазоне обеспечивается целым рядом различных механизмов. Почти мгновенно реагирует на резкое увеличение освещенности зрачок диафрагмируя входное отверстие глаза, он уменьшает количество света, попадающего на сетчатку. При слабом освещении зрачок вновь расширяется. У некоторых животных, в особенности у насекомых, изменение чувствительности глаза к свету происходит за счет миграции в сетчатке темного пигмента, экранирующего рецепторы. Кроме того, оказывается, что при слабом освещении в одном нервном волокне суммируются сигналы от многих рецепторов и число последних тем больше, чем слабее освещение, причем увеличение чувствительности достигается во вред разрешающей способности. Этим, по-видимому, объясняется тот общеизвестный факт, что при недостаточно ярком освещении глаз перестает различать мелкие детали. Затем, как уже говорилось, для работы при слабом освещении существует специальный палочковый аппарат. [c.679] Еще сравнительно недавно механизм адаптации связывали с процессом выцветания зрительного пурпура на свету и его регенерацией в темноте. Это объяснение считалось важной составной частью так называемой фотохимической теории зрения, которая сводит причину возникновения зрительного ощущения к химическому разложению пурпура под действием света. Однако вопрос, по-видимому, значительно сложнее. Оказывается, что чувствительность глаза к свету сильнее всего меняется, когда изменение количества зрительного пурпура еще очень невелико, и наоборот, когда концентрация пурпура резко падает, чувствительность изменяется незначительно. У некоторых животных, например, у кальмаров электро-физиологическими методами констатируется изменение чувствительности к свету на несколько порядков, хотя светочувствительный пигмент почти не выцветает. Вмеете с тем, фотохимическая теория зрения получила новые подтверждения. У многих животных найдены различные светочувствительные пигменты сетчатки, причем между кривыми поглощения этих пигментов и спектральной чувствительностью приемников наблюдается хорошее соответствие. Поэтому связь механизмов зрения с фоточувствительностью пигментов представляется более или менее достоверной. [c.680] Все перечисленные механизмы позволяют глазу работать в широком диапазоне освещенностей. В состоянии полней адаптации глаз представляет собой крайне чувствительный инструмент, способный реагировать на очень малые потоки энергии, равные 2-10 —3-lO i Вт. Таким образом, адаптированный глаз может воспринимать световой поток, состоящий из нескольких десятков квантов в секунду (при Я = 550 нм) (ср. 178). [c.680] С другой стороны, в состоянии максимальной приспособленности к яркому освещению (адаптация к свету) глаз может без вреда для организма переносить сравнительно большие яркости. Благодаря этому вариации светового потока, лежащие еще в пределах способности восприятия, очень велики от 2 10 Дж/с до 2-10 Дж/с. При больших яркостях источника необходимо защищать глаз искусственно. Так, наблюдение Солнца (солнечного затмения) можно вести только через дымчатые (закопченные) стекла или другие подходящие светофильтры. При пребывании на ледниках также необходимо применение дымчатых или цветных очков и т. д. в этом случае, правда, очки необходимы и для поглощения ультрафиолетового евета, который достигает на больших высотах значительной интенсивности и вреден для глаза. Сильное изменение яркости, происходящее настолько быстро, что защитный аппарат глаза не успевает подействовать, может привести к тяжелым расстройствам зрения и даже к полной его потере. [c.680] Если работа палочек (сумеречное зрение) может считаться в какой-то мере разъясненной, то действие колбочек и вообще восприятие цветов (дневное зрение) продолжает оставаться еще не вполне ясным. [c.681] Из существующих теорий цветного зрения лучше других объясняет известные факты трехцветная теория Гельмгольца. В отношении первичного рецепторного механизма она является даже единственно возможной. Действительно, непосредственно экспериментально доказана возможность получения излучения любого цвета (с небольшими оговорками) смешением излучений красного, зеленого и сине-фиолетового цветов. Согласно трехцветной теории это есть следствие существования в сетчатке глаза трех светочувствительных приемников, у которых различны области спектральной чувствительности. Поэтому сине-фиолетовый свет (коротковолновый) возбуждает по преимуществу только один из трех приемников, зеленый (средняя часть спектра) возбуждает главным образом второй, а красный свет — почти исключительно третий. Поэтому смешивая излучения трех цветов в разных количествах, мы можем получить практически любую комбинацию возбуждений трех приемников, а это и значит получать любые цвета. Приведенные соображения несколько схематичны, и в действительности все обстоит сложнее. [c.681] Дело в том, что области чувствительности приемников сильно перекрываются, и поэтому любые излучения возбуждают не один, а по крайней мере два или даже сразу все три приемника. Это усложняет приведенную выше упрощенную схему, но не лишает ее физического смысла. Детальный анализ обнаруживает идеальное количественное соответствие существующей трехцветной теории и эксперимента. [c.681] Вернуться к основной статье