Глаз

Глаз

ГЛАЗ, орган зрения (фиг. 1), представляющий собой тело шаровидной формы с несколькими оболочками (глазное яблоко), наполненное внутри прозрачной студнеобразной массой. Внешней оболочкой глазного яблока является белковая оболочка - склера; под ней находится сосудистая оболочка, за которой лежит слой пигментных клеток, и далее - сетчатая оболочка. Спереди склера становится прозрачной и более выпуклой и носит название роговой оболочки; сосудистая оболочка спереди переходит в радужную оболочку, к которой сзади прилежит ресничное, или цилиарное, тело; радужная оболочка содержит в себе две мышцы и имеет посредине отверстие - зрачок. Сетчатая оболочка, или ретина, содержит в себе концевые аппараты зрительного нерва - т. н. палочки и колбочки. В палочках имеется особое вещество - зрительный пурпур, или родопсин, выцветающее под влиянием света. В середине сетчатки, в центральной ямке желтого пятна сетчатки, имеются только колбочки, в периферических же частях ее преобладают палочки. Место вхождения зрительного нерва в глаз не имеет ни палочек, ни колбочек и потому является слепым (слепое пятно). За зрачком лежит хрусталик, прозрачное эластичное тело, имеющее форму линзы; хрусталик заключен в сумку, волокна которой (циннов пояс) прикреплены к цилиарному телу. Глазное яблоко соединяется с внутренней поверхностью век посредством соединительной перепонки, или конъюнктивы. Для зрительного восприятия предмета необходимо получение его изображения на сетчатке.

Последнее возникает вследствие преломления световых лучей, идущих от видимых нами предметов, на поверхностях роговой оболочки и хрусталика. Оптические среды глаза имеют разные показатели преломления света, и для практических подсчетов удобнее пользоваться упрощенной схемой глаза - так называемым редуцированным глазом, который предполагается состоящим из одного только преломляющего вещества с показателем преломления, равным 1,4, при длине в 23,4 мм, при радиусе кривизны роговицы в 6,8 мм и радиусе кривизны сетчатки в 10,2 мм. Общая преломляющая сила такого глаза в диоптриях = 58,82 (по Вербицкому). Несовершенствами реального глаза как оптического прибора являются: неполная центрированность его преломляющих поверхностей, не совсем одинаковая кривизна их в разных меридианах, астигматизм, сферическая и хроматическая аберрация и светорассеяние. Степень этих несовершенств бывает индивидуально различна.

ГЛАЗ, орган зрения

Не все глазные среды, лежащие на пути световых лучей впереди сетчатой оболочки, являются вполне прозрачными. Хрусталик, начиная с 30-летнего возраста, приобретает желтоватую окраску, поглощая относительно все больше сине-фиолетовых лучей. В желтом пятне сетчатки перед цветоощущающими элементами имеется желтый пигмент, также играющий роль светофильтра. Коэффициент пропускания им лучей разных длин волн бывает индивидуально довольно различен. Ультрафиолетовая радиация с длиной волны короче 3130 Å целиком поглощается в роговице, водянистой влаге и хрусталике глаза и до сетчатки не доходит. Абсорбируемые ультрафиолетовые лучи вызывают флюоресценцию хрусталика. Не доходят до сетчатки вследствие поглощения в упомянутых средах и инфракрасные лучи с длиной волны более 12000—14000 Å. Инфракрасные лучи значительно абсорбируются также и радужной оболочкой глаза. Поглощению инфракрасных лучей приписывают часто наблюдаемое у стеклодувов и литейщиков помутнение хрусталика (катаракта), идущее по его средней осевой линии.

При воздействии света на глаз в последнем происходит ряд изменений. Изменения силы света вызывают т. н. зрачковый рефлекс: при усилении света зрачок суживается, при ослаблении - расширяется.

Расширение зрачка в темноте происходит значительно медленнее, чем его сужение под влиянием света. При переходе от темноты к яркости в 100 миллиламбертов зрачок достигает своего стационарного диаметра через 3—4 сек. Зрачок рефлекторно суживается также и при увеличении аккомодации и конвергенции (см. ниже) глаза, что всегда имеет место при рассматривании близких объектов. Изменения в ширине зрачка возможны, наконец, и под влиянием центральных психических факторов. Изменение преломляющей способности хрусталика, в зависимости от фиксирования близких или далеких предметов, совершается путем утолщения или уплощения его, что носит название аккомодации глаза. Аккомодация совершается благодаря сокращению ресничной мышцы, ослабляющему натяжение волокон хрусталиковой сумки: хрусталик, в силу своей эластичности, принимает при этом более выпуклую форму, что и позволяет изображению близкого от глаза предмета отчетливо фокусироваться на сетчатке. Наиболее удаленная точка, отчетливо видимая при спокойном, ненапряженном состоянии аккомодационной мышцы есть дальнейшая точка ясного видения; для нормального глаза она лежит в бесконечности. Самое близкое расстояние, при котором мы можем, при наибольшем напряжении аккомодации, отчетливо видеть объект, определяет ближайшую точку ясного видения; для нормального глаза она лежит на расстоянии 10—14 см. Сила аккомодации измеряется преломляющей способностью линзы, которая, будучи поставлена перед глазом, придала бы лучам, идущим от какой-нибудь данной рассматриваемой точки, такое направление, которое имеют лучи, идущие от дальнейшей точки ясного видения. Максимальная сила, или ширина, аккомодации для данного глаза определяется по формуле

Glaz 2

где А - преломляющая сила искомой линзы в диоптриях, R - расстояние дальнейшей точки ясного видения, Р - расстояние ближайшей точки ясного видения (и то и другое - в метрах). Способность аккомодировать с возрастом убывает. Обычно аккомодационные движения являются связанными с движениями сведения зрительных осей обоих глаз (конвергенцией), и наоборот. Эта связь, однако, не является неразрывной. В случае потери эластичности хрусталика или укороченного по продольной оси строения глазного яблока отчетливое видение близких предметов оказывается невозможным даже при наибольшем усилии аккомодации; такой глаз называется дальнозорким. В случае удлиненного по продольной оси глазного яблока мы имеем глаз близорукий, неспособный отчетливо видеть предметы более или менее удаленные. Для устранения обоих дефектов - дальнозоркости и близорукости - применяются очки: собирательные в первом случае и рассеивающие - во втором.

В зависимости от условий освещения, чувствительность глаза к световым раздражениям бывает весьма различна (адаптация глаза к световым условиям). Изменение чувствительности глаза, в зависимости от яркости, к которой он был адаптирован непосредственно перед тем, характеризуется следующими цифрами (в миллиламбертах):

Изменение чувствительности глаза, в зависимости от яркости, к которой он был адаптирован непосредственно перед тем

Длительное пребывание глаза в темноте (темновая адаптация) может таким образом увеличивать его чувствительность более чем в сто тысяч раз. Пребывание на свету влечет, напротив, понижение чувствительности глаза (световая адаптация). Чем ярче действующий раздражитель, тем круче падает чувствительность глаза и тем более низкого уровня она, в конце концов, достигает. Кривая световой адаптации зависит также от цветового тона (длины волны) раздражителя. При одинаковой яркости раздражение сине-фиолетовое дает более крутое падение чувствительности и более низкий конечный уровень ее, чем раздражение красное; наименее же и наиболее медленно снижается чувствительность глаза при воздействии раздражения зеленого. Темновая адаптация идет медленнее, чем световая. Уровня наибольшей чувствительности глаз достигает лишь через 60—90 минут пребывания в темноте. Стационарный же пониженный уровень чувствительности при адаптации к свету наступает в первые минуты раздражения. При темно-адаптированных глазах чувствительность при бинокулярном смотрении вдвое больше, чем чувствительность монокулярная. Есть указания на то, что темновая адаптация одного глаза понижает чувствительность другого. Так как адаптация глаз и зрачковый рефлекс, вызванные рассматриванием объектов большой яркости, создают условия неблагоприятные для видения предметов малоярких, то одним из условий рационального освещения является равномерность яркости поля зрения.

Поле зрения каждого глаза, т. е. проекция на плоскость совокупности всех точек, одновременно видимых глазом, охватывает наружу от фиксируемой точки 90 угловых градусов, вовнутрь - 60°, верх - 60° и вниз - 70°. Поле же ясного зрения, сообразно размеру желтого пятна сетчатки, равняется ~3°х6°. Для бинокулярного фиксирования предметов, находящихся от глаза на расстоянии менее 20 м, требуется соответственное сведение зрительных осей обоих глаз (конвергенция). В силу удаленности одного глаза от другого, в среднем, на 65 мм, изображения, даваемые предметом на обеих сетчатках, оказываются не вполне тождественными. Это несоответствие изображений, наряду со степенью конвергенции, и является для нас главным критерием при оценке третьего измерения.

Основными функциями глаза являются: свето- и цветоощущение и различение очертаний предметов (острота зрения). Здесь следует различать аппарат сумеречного (или периферического) зрения - палочки сетчатки, и аппарат цветного зрения - колбочки сетчатки. Палочки дают нам лишь световые ощущения, колбочки же - как световые, так и цветовые. Палочки чувствительнее колбочек, и при слабых яркостях (меньших, чем приблизительно 0,01 миллиламберта) мы видим исключительно ими.

Наименьшая видимая (порожная) яркость может равняться десятимиллионным долям миллиламберта. Величина порожного раздражения сильно меняется в зависимости от адаптации глаза, площади и места раздражения на сетчатке, продолжительности воздействия раздражителя, а равно и от цветности раздражителя. При увеличении площади раздражения S яркость порожного раздражения J уменьшается. Однако, это уменьшение отстает от возрастания площади, и потому произведение J·S растет, как видно из приводимых данных Ривса, где S выражено в мм2 и J - в миллиламбертах:

Glaz 4

В светло-адаптированном глазу наиболее чувствительным к раздражению является центр сетчатки - центральная ямка желтого пятна; по мере удаления от нее чувствительность к цветовым раздражителям равномерно для всех цветов падает. При темновой адаптации глаза, напротив, наибольшую чувствительность обнаруживает уже не центр сетчатки, а зона, лежащая между 10 и 20° к периферии. При увеличении времени t действия раздражения порожная интенсивность раздражения  J уменьшается. Для длительностей, превышающих 0,1 секунды, соблюдается закон: J·t = a+bt, где а и b - некоторые константы. При более кратких воздействиях связь J·t с t оказывается более сложной, давая при некотором t минимальное значение для J·t.

Кривые видимости лучистой энергии для центрального, дневного и периферического, сумеречного зрения указывают на различие чувствительности в зависимости от длины волны. Из этих кривых видно также, что лучи красного конца спектра совершенно не вызывают возбуждения в палочках сетчатки. Поэтому красный свет не может вредить темновой адаптации. Это обстоятельство практически важно для освещения при условии сохранения темновой адаптации.

Различение яркостей определяется величиной т. н. разностного порога, т. е. взятого в отношении к данному исходному раздражению J минимального его изменения ΔJ, которое впервые замечается глазом. В широких пределах средних яркостей величина ΔJ/J остается постоянной (закон Вебера). В зависимости от индивидуума и условий опыта, ΔJ/J может в этом случае иметь значения от 0,016 до 0,006 и зависит как от яркости, так и от цветности раздражителя. Разностная чувствительность зависит также и от площади раздражения на сетчатке: при диаметре площади около 2° чувствительность оказывается наибольшей. Зависимость яркости ощущения Е от интенсивности раздражения J (при прочих равных условиях) определяется законом Вебера-Фехнера, по которому Е = а·lgJ+b, где а и b - некоторые константы. Опыт показал, что как при очень слабых, так и при очень сильных раздражениях разностная чувствительность глаза уменьшается, будучи наибольшей при яркостях приблизительно от 6 до 750 миллиламбертов. При значительном увеличении яркостей последние начинают производить на нас болезненно неприятное, слепящее впечатление. Величина таких слепящих яркостей относительна и зависит от состояния адаптации глаза, а также от площади раздражения сетчатки. Различение цветовых тонов весьма различно в разных участках спектра; наибольшую чувствительность к изменению длины волны глаз обнаруживает в областях желтого и голубовато-зеленого цветов.

Острота зрения, или разрешающая способность глаза, характеризуется тем минимальным промежутком, при котором два видимые объекта, например, две точки, воспринимаются как раздельные. От остроты зрения зависит различение нами формы предметов. За нормальную остроту зрения (= 1) принято считать различение промежутка, видимого под углом в 1'. Острота зрения зависит от диаметра зрачка, места раздражения на сетчатке, яркости и цветности раздражителей. Сужение зрачка уменьшает круги светорассеяния, получающиеся на сетчатке вследствие диоптрических несовершенств глаза, и тем улучшает остроту зрения. Зависимость остроты зрения от яркости раздражающего поля дается приведенной кривой (фиг. 2), где по ординатам отложены величины, характеризующие остроту зрения, а по абсциссам - яркости поля в миллиламбертах.

Glaz 5

При яркости около 10 миллиламбертов острота зрения оказывается максимальной и при дальнейшем увеличении яркости поля уже заметно не возрастает. При одинаковой яркости острота зрения при смешанном свете меньше, чем при монохроматическом; из монохроматических лучей для остроты зрения наиболее благоприятны лучи желтые, наименее - сине-фиолетовые и крайние красные. Практически, однако, выгоды монохроматического освещения заметны лишь при работе с весьма малыми яркостями. При оценке смещения одной линии по отношению к другой, к ней примыкающей (при отсчетах по нониусу и т. п.), нормальным глазом замечаются смещения значительно меньшие, чем на 1', а именно смещения, равные всего 8" и даже 3". Наилучшими условиями для таких оценок являются: вертикальность сопоставляемых линий и некоторая средняя (равная приблизительно 5 угловым минутам) длина их.

Быстрота зрительного восприятия, как величина, обратная тому времени, которое необходимо для того, чтобы мы успели увидеть тот или иной объект, растет пропорционально логарифму яркости того поля, на котором этот объект находится; она зависит также от углового размера объекта и контраста его с фоном. Варьируя этот размер и коэффициент отражения фона, Ферри и Ренд получили в качестве той оптимальной силы освещения, за которой увеличение освещения на каждые 60 люксов ускоряет восприятие уже меньше, чем на 5%, нижеследующие значения (в люксах):

Glaz 6

С прекращением раздражения зрительное ощущение прекращается не тотчас же, но длится некоторое время в виде так называемых последовательных образов. Если ощущение длится в своем первоначальном цвете, последовательный образ называется положительным, в ином случае - отрицательным. От очень ярких раздражителей последовательные образы могут длиться десятки минут. Чем больше яркость имеющегося в глазу последовательного образа, тем меньше чувствительность глаза к восприятию новых раздражений. Это является одним из оснований для требования устранения слишком больших, слепящих яркостей из поля зрения работающего.

Утомление глаза, как понижение его работоспособности в результате предшествовавшей работы, может обусловливаться: 1) утомлением его свето- и цветоощущающего аппарата и 2) утомлением приспособительно-двигательного аппарата. Первое есть не что иное как явление световой и цветовой адаптации. Утомление одним цветом понижает чувствительность глаза и к другим цветам, близким с ним по своему месту в спектре. Двигательно-приспособительный аппарат, в виде аккомодации зрачкового рефлекса и движений глазного яблока, испытывает утомление в случае чрезмерно большого, чрезмерно длительного, меняющегося и неестественного напряжения соответствующих мышц. Подобные условия имеют место при необходимости фиксировать слишком близкие объекты, при неисправленных очками дефектах рефракции, при необходимости фиксировать объект, расстояние которого от глаза меняется, при частом переходе взора от очень светлого к темному и обратно, при фиксировании плоскости, не перпендикулярной к направленным на нее зрительным осям, и т. и. Симптомами наступающего утомления глаза являются затруднительность удержать отчетливое изображение рассматриваемого, «расплывание» его в глазу, необычайная стойкость последовательных образов, ломота в глазу и др. Для измерения утомления пробовали испытывать до и после работы остроту зрения, скорость зрительного восприятия или различение яркостей, но опыты показали, что продуктивность работы глаза в этих случаях мало показательна для степени истинного утомления глаза, так как кратковременный волевой импульс способен замаскировать действительное понижение работоспособности. Более показательные результаты дают: 1) определение устойчивости ясного видения (Ферри и Ренд), под чем разумеется установление отношения времени ясного видения деталей, находящихся на границе видимости, ко времени, в течение которого эти детали, вследствие «расплывания» в глазу, оказываются не видимы; 2) глазной эргограф (Беренса, Конрада и др.), регистрирующий ослабление устойчивости аккомодации и конвергенции, и 3) регистрация числа миганий в секунду (Кац); число это по мере нарастания утомления неизменно возрастает.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.

Избранное