Обманутый глаз. Проверьте свои знания. От светового импульса к информации

29-04-2012, 14:11

Описание

Восприятие предметов внешнего мира осуществляется глазом путем анализа изображения предметов на сетчатой оболочке. В сетчатке происходит сложный фотохимический процесс, приводящий к трансформации воспринятой световой энергии в нервные импульсы. Эти импульсы проводятся по нервным волокнам к зрительным центрам коры головного мозга, где происходит их превращение в зрительное ощущение и восприятие. Далее рассматривается только первая часть процесса - формирование изображения оптической системой глаза. При этом учитываются помехи, свойственные этой системе. Данные о морфологическом строении глаза приводятся только в той степени, в какой это необходима для понимания особенностей оптической системы глаза,

Оптические элементы глаза

Оптическую систему глаза можно рассматривать как систему линз, образованных различными прозрачными тканями и волокнами. Различие «материала» этих естественных линз вызывает различие в их оптических характеристиках и в первую очередь в показателе преломления. Оптическая система глаза создает на сетчатке действительное изображение наблюдаемого объекта.

Форма нормального глаза близка к сфере. Для взрослого человека диаметр сферы глазного яблока составляет примерно 25 мм. Масса его около 78 г. При аметропии сферическая форма обычно нарушается. Переднезадний размер оси, называемый также сагиттальным, при миопии обычно превышает вертикальный и горизонтальный (или поперечный). Глаз при этом имеет уже не сферическую, а эллиптическую форму. При гиперметропии, наоборот, глаз, как правило, несколько сплющен в продольном направлении сагиттальный размер меньше вертикального и поперечного.

Прижизненное измерение переднезадней оси глаза в настоящее время не вызывает затруднений. Для этого используется эхобиометрия (метод, основанный на применении ультразвука) или рентгеновский метод. Определение этой величины важно для решения ряда диагностических задач. Необходимо оно также для определения истинного значения масштаба изображения элементов глазного дна.

Рассмотрим основные элементы оптической системы глаза с точки зрения геометрической и физической оптики.

Роговица. Диаметр роговицы взрослого человека колеблется от 10 до 12 мм. Роговица более выпукла, чем остальная поверхность глазного яблока. Радиус кривизны передней поверхности роговицы составляет в среднем 7,6-7,8 мм, задней поверхности ее - около 6,8 мм, толщина в центральной части - 0,5-0,9 мм. Форма передней поверхности роговицы отличается от сферы. Со сферой практически совпадает только центральная часть диаметром около 4 мм. Дальше от центра появляется ряд неровностей, заметно уменьшается кривизна, что дало основание считать форму роговицы близкой к эллипсоиду или другой кривой второго порядка. К вопросу о форме роговицы мы вернемся при рассмотрении аберраций глаза, так как именно форма передней поверхности роговицы, граничащей с воздухом, больше всего влияет на сферическую аберрацию глаза.

Роговица представляет собой оболочку почти равной толщины, лишь слегка утолщающуюся к периферии.

Это означает, что изолированная роговица работает как слабая отрицательная (рассеивающая) линза, что на первый взгляд кажется несколько неожиданным. Как показывает расчет, преломляющая сила изолированной роговицы усредненного глаза равна: 5,48 дптр, а ее переднее и заднее фокусные расстояния f=f" = -1825 мм. Эти цифры относятся только к изолированной роговице, окруженной с обеих сторон воздухом. В живом глазу роговица находится совсем в иных условиях. С воздухом граничит только ее передняя поверхность, задняя же соприкасается с водянистой влагой передней камеры, показатель преломления которой мало отличается от такового роговицы. Вследствие этого падающие на глаз лучи, пройдя роговицу, отклоняющую их к оптической оси, при входе в водянистую влагу почти не изменяют своего направления. В этих условиях роговица работает как сильная положительная (собирательная) линза, при этом переднее и заднее фокусные расстояния ее различаются: f = -17,055 мм, a f - 22,785 мм. Преломляющая сила роговицы как составляющей оптической системы глаза (Dp), равна 43,05 дптр. То, что переднее фокусное расстояние отрицательно, а заднее положительно, указывает, что линза действует как положительная. Изменение преломляющей силы роговицы в зависимости от граничащей с ней среды можно проиллюстрировать на примере человека, плывущего под водой. Для пловца все предметы теряют свои очертания, кажутся размытыми. Это объясняется тем, что преломляющее действие роговицы становится меньше, когда она граничит не с воздухом, показатель преломления которого равен 1, а с водой, показатель преломления которой 1,33. В результате оптическая сила глаза в воде уменьшается и изображение объекта формируется уже не на сетчатке, а позади нее. Глаз становится как бы гиперметропическим. Чтобы получить резкое изображение объекта на сетчатке, пловец при погружении в воду должен надеть очки с положительными линзами. Учитывая, что разница в показателях преломления стекла и воды невелика, оптическая сила линз должна быть очень большой - порядка 100 дптр, т. е. фокусное расстояние 1 см.

Для понимания некоторых особенностей работы глаза, в частности его реакции на поляризованный свет, необходимо знать, что некоторые группы волокон роговицы обладают различными видами оптической анизотропии .

Хрусталик. Хрусталик имеет форму двояковыпуклой линзы с закругленными краями. У детей он бесцветен и эластичен, у взрослых более упруг, к старости становится жестким, мутноватым, приобретает желтоватый оттенок. Хрусталик образован прозрачными волокнами эпителия, более плотными в центральной части и более мягкими на периферии. В связи с этим в середине ядра показатель преломления выше, чем на периферии, на 1,5 %. Условно считается, что обе поверхности хрусталика представляют собой части правильной сферы. В действительности они ближе к кривым второго порядка; кривизна обеих поверхностей в центре больше, чем на периферии, т. е., как и у роговицы, центральная часть хрусталика почти сферическая, а по краям уплощается.

Преломляющая сила изолированного хрусталика составляет 101,8 дптр, фокусное расстояние его равно 9,8 мм. Хрусталик, находящийся в естественных условиях, окруженный водянистой влагой и стекловидным телом, имеет фокусное расстояние 69,908 мм и оптическую силу всего 19,11 дптр.

Итак, несмотря на то что изолированный хрусталик является более сильной положительной линзой, чем изолированная роговица, элементом наибольшей оптической силы в глазу человека служит роговица.

Разброс спектрального пропускания для различных глаз весьма значителен. Зависит он и от возраста. Замечено, что к старости, когда хрусталик желтеет и пропускает меньше голубого и зеленого света, объекты представляются наблюдателю более желтыми. Этим иногда объясняют изменение цветовой гаммы в картинах в зависимости от возраста художника.

Передняя и задняя камеры заполнены прозрачной водянистой влагой. Очень сходно по химическому составу с камерной влагой стекловидное тело, одинаковы и их показатели преломления.

Оболочки глаза. Общеизвестна аналогия глаза и фотоаппарата. Так же как в фотоаппарате, в глазу отделы, функция которых заключается в формировании и приеме изображения, отделены от постороннего света «кожухом» - стенками глазного яблока. Стенки эти образуются тремя оболочками: наружной - склерой,средней - сосудистой (хориоидея) и внутренней - сетчаткой, служащей светочувствительным слоем.

Однако в отличие от фотокамеры, стенки которой совершенно непрозрачны и свет попадает на светочувствительный слой пленки только через объектив, оболочки глаза пропускают на сетчатку некоторую часть света не через зрачок, а через склеру - твердую соединительную оболочку толщиной от 0,5 до 1 мм. При освещении: склеры очень ярким светом (например, при диафаноекопии) хорошо видно, как светится внутренняя поверхность глазного яблока. Этого света не хватает обычно-для офтальмоскопии, но вполне достаточно для выявления опухолей и других изменений плотности, толщины и пигментации оболочек глаза. Такое различие в прозрачности «кожуха» глаза и фотокамеры является весьма существенным при рассмотрении глаза как оптической системы. Интересно также, что малая прозрачность глазного яблока обусловлена в основном оптической плотностью не склеры, а хориоидеи.

Хориоидея - это мягкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз. Со стороны, обращенной к сетчатке, она покрыта слоем пигментного эпителия, служащего главной защитой глаза от постороннего света. Именно благодаря поглощению в пигментном эпителии внутренняя поверхность глазного яблока имеет очень малый коэффициент отражения (5-10 %). Остальная часть падающего света поглощается этим слоем. В различных участках хориоидеи пигментация неодинакова. Так, в области заднего полюса, где сосуды расположены гуще, пигментация сильнее, поэтому невооруженному глазу эта часть оболочки представляется пятнисто-коричневой. Темное пятно выделяется также в области центральной ямки. При увеличении, например при офтальмоскопии, здесь заметна мелкая пятнистость, вызываемая неодинаковой пигментацией клеток. Степень пигментации зависит от общей окраски. У брюнетов пигментация сильнее, у альбиносов она вообще отсутствует, что приводит к резкому снижению зрения, так как на изображение объекта, формируемое оптической системой глаза, накладывается яркий посторонний свет, прошедший через склеру.

Таким образом, одно из существенных отличий оптической системы глаза от фотокамеры - частичная проницаемость оболочек глаза для света, вызывающая в некоторых условиях помехи в виде вуали и снижающая контрастность основного сетчаточного изображения . Эта особенность глаза имеет и положительную сторону, она широко используется в офтальмологии для диагностики, например, при диафаноскопии, при локализации поражений на глазном дне и т. п. Пигментный эпителий имеется не у всех животных (так, например, у крокодила глазное дно белое). Следствие такого различия в строении глазного яблока становится понятным из следующего рассуждения. При отсутствии пигмента внутренняя поверхность глазного яблока светлая, т. е. обладает большим коэффициентом отражения. В результате свет, попадающий в глаз через малое отверстие - зрачок, претерпевает многократное отражение от внутренней поверхности глазного яблока, и освещенность всей его внутренней поверхности становится почти равномерной. Контрастность изображения объекта на этом светлом фоне резко снижается, восприятие ухудшается. Работа глаза, лишенного пигментного эпителия, напоминает известный в светотехнике интегрирующий шар Ульбрихта , внутренняя поверхность которого покрыта белой матовой краской. Свет, поступающий в шар через малое отверстие, претерпевает многократное отражение и коэффициент интегрального отражения доходит до 90 %. Опыт показывает, что глаз человека работает не так. При наблюдении объекта вуали не ощущается. Этому способствует наличие пигментного эпителия.

Значительное поглощение света пигментным эпителием наглядно подтверждается и при офтальмоскопии. Если освещенное офтальмоскопом поле ограничено диафрагмой, то врач видит на глазном дне пациента ярко освещенный круг на темном поле. Заметной засветки фона не наблюдается.

Реальная схема освещения глаза светом, проходящим через зрачок глаза, показана на рисунке. Падающий через зрачок и преломленный прозрачными средами глаза свет формирует изображение объекта на каком-то участке сетчатки N. При этом большая часть световой энергии, сконцентрированной в изображении, поглощается пигментом, трансформируется в нервные импульсы и превращается в зрительное ощущение. Таким образом, изображение воспринимается и анализируется высшими центрами. Однако, вследствие того что пигмент не является абсолютно черным телом, некоторая доля световой энергии (около 5-10%) диффузно отражается на неосвещенную поверхность глазного дна. Этот отраженный свет вновь поглощается пигментным эпителием, создавая слабую вуаль. Примерно 1 % света вторично отражается и вновь попадает на поверхность глазного дна. Вторичное отражение очень мало влияет на качество изображения, а дальнейшие отражения не имеют практического значения.

Таким образом, эффект засветки всей поверхности сетчатки глаза человека отраженным светом вследствие высокого коэффициента поглощения пигментного эпителия незначителен, но все же при рассмотрении работы глаза им не следует пренебрегать.

Статья из книги: .

Начнем с двух внешних вещей, которые необходимы для зрения: свет и что-нибудь, на что можно посмотреть. Когда свет падает на объект, световые лучи отражаются от него и попадают в ваш биологический "фотоаппарат". В первом фотоаппарате система линз была представлена всего-навсего одним круглым стеклом, которое фокусировало изображение на пленке. То же самое происходит и тогда, когда свет попадает к вам в глаза. Изображение фокусируется на вашей сетчатке, которая действует как пленка.

Но "система линз" человека, через которую проходят лучи, конечно, нечто большее, чем просто округлое стекло. Сначала свет проходит через роговицу, чистую линзу, покрывающую внешнюю сторону глаза почти так же, как стекло покрывает циферблат часов. Пройдя через роговицу, свет попадает в узкое пространство - переднюю камеру глаза. Оно заполнено жидкостью, называемой водянистой влагой. После этого свет проникает в зрачок. Последний выглядит как черная точка. На самом деле это отверстие в радужной оболочке - цветной части глаза. Когда свет попал в зрачок, он уже "внутри" глаза. Затем он проникает сквозь кристаллический хрусталик глаза и, наконец, сквозь стекловидное тело глаза - желеобразную субстанцию, которой заполнен ваш глаз.

"Что значит заполнен?" - можете спросить вы. Средняя масса человеческого глаза - около 7 граммов. Из них около 4 граммов приходится на стекловидное тело. На момент попадания в стекловидное тело свет уже проделал путь через глаз и в результате попал на сетчатку, воспринимающую изображение.

Сетчатка располагается как подкладка на внутренней стороне темной части глаза. Она состоит приблизительно из миллиона светочувствительных клеток, называемых палочками или колбочками. Именно они и "принимают" картинку. И делают это постоянно. Все время, пока ваши глаза открыты, они "щелкают" больше, чем фотоаппараты в переполненном туристами автобусе. Даже когда вокруг темно, они продолжают принимать изображения. Просто изображения приходят темными - выдержки не хватает.

Палочки и колбочки имеют длинные нервные окончания, которые соединяются, подобно стеблям в букете цветов, образуя глазной нерв. Проходя через мозг, глазные нервы правого и левого глаза соединяются, а потом разделяются опять, образуя правый и левый оптические тракты. Волокна правого глазного тракта воспринимают правую часть того, что видят правый и левый глаз. Волокна левого глазного тракта - левую сторону всего, что попадает в поле зрения обоих глаз. Пройдя долгий путь через мозг, волокна достигают затылочных долей его. Все переданные глазными нервами изображения хранятся и перерабатываются здесь.

Нужно запомнить, что глаза только воспринимают картинку, но именно мозг обрабатывает ее. Когда вы закрываете глаза и вспоминаете образ или картину прошлого, вы видите их с помощью мозга. Ослепшие люди могут "видеть" у себя в мозгу образы, которые они "сфотографировали" еще до потери зрения.

Фpиндлeндep Mитчeлл Х., Дoнeв Cтeф

Человеческий глаз - замечательное достижение эволюции и отличный оптический инструмент. Порог чувствительности глаза близок к теоретическому пределу, обусловленному квантовыми свойствами света, в частности дифракцией света. Диапазон воспринимаемых глазом интенсивностей составляет, фокус может быстро перемещаться от очень короткого расстояния до бесконечности.
Глаз является системой линз, которая формирует перевернутое действительное изображение на светочувствительной поверхности. Глазное яблоко имеет приблизительно сферическую форму с диаметром около 2,3см . Внешняя его оболочка является почти волокнистым непрозрачным слоем, называемым склерой . Свет поступает в глаз через роговицу, представляющую собой прозрачную оболочку на внешней стороне поверхности глазного яблока. В центре роговицы расположено цветное кольцо – радужкой (радужная оболочка) со зрачком посредине. Они действуют подобно диафрагме, осуществляя регуляцию поступления света в глаз.
Хрусталик представляет собой линзу, состоящую из волокнистого прозрачного материала. Его форма и, следовательно, фокусное расстояние могут изменяться с помощью цилиарных мышц глазного яблока. Пространство между роговицей и линзой заполнено водянистой жидкостью и называется передней камерой . За линзой расположено прозрачное желеобразное вещество, называемое стекловидным телом .
Внутренняя поверхность глазного яблока покрыта сетчаткой , которая содержит многочисленные нервные клетки - зрительные рецепторы: палочки и колбочки, которые отвечают на зрительные раздражения, генерируя биопотенциалы. Наиболее чувствительной областью сетчатки является желтое пятно , где содержится наибольшее число зрительных рецепторов. Центральная часть сетчатки содержит только плотно упакованные колбочки. Глаз вращается, чтобы рассмотреть изучаемый объект.

Рис. 1. Глаз человека

Преломление в глазе

Глаз является оптическим эквивалентом обычной фотографической камеры. В нем есть система линз, апертурная система (зрачок) и сетчатка, на которой фиксируется изображение.

Система линз глаза сформирована из четырех преломляющих сред: роговицы, водяной камеры, хрусталика, стеклянного тела. Показатели их преломления не имеют значительных отличий. Они составляют 1,38 для роговицы, 1,33 для водяной камеры, 1,40 для хрусталика и 1,34 для стекловидного тела (рис. 2).

Рис. 2. Глаз как система преломляющих сред (числа являются показателями преломления)

В этих четырех преломляющих поверхностях происходит преломление света: 1) между воздухом и передней поверхностью роговицы; 2) между задней поверхностью роговицы и водяной камерой; 3) между водяным камерой и передней поверхностью хрусталика; 4) между задней поверхностью хрусталика и стекловидным телом.
Наиболее сильное преломление происходит на передней поверхности роговицы. Роговица имеет небольшой радиус кривизны, и показатель преломления роговицы в наибольшей степени отличается от показателя преломления воздуха.
Преломляющая способность хрусталика меньше, чем у роговицы. Она составляет около одной трети общей преломляющей мощности систем линз глаза. Причина этого различия в том, что жидкости, окружающие хрусталик, имеют показатели преломления, которые существенно не отличаются от показателя преломления хрусталика. Если хрусталик удалить из глаза, окруженный воздухом он имеет показатель преломления почти в шесть раз больший, чем в глазе.

Хрусталик выполняет очень важную функцию. Его кривизна может изменяться, что обеспечивает тонкое фокусирование на объекты, расположенные на различных расстояниях от глаза.

Редуцированный глаз

Редуцированный глаз является упрощенной моделью реального глаза. Он схематически представляет оптическую систему нормального глаза человека. Редуцированный глаз представлен единственной линзой (одной преломляющей средой). В редуцированном глазе все преломляющие поверхности реального глаза суммируются алгебраически, формируя единственную преломляющую поверхность.
Редуцированный глаз позволяет провести простые вычисления. Общая преломляющая способность сред составляет почти 59 диоптрий, когда линза аккомодирована на зрение отдаленных объектов. Центральная точка редуцированного глаза лежит впереди сетчатки на 17 миллиметров. Луч из любой точки объекта приходит в редуцированный глаз и проходит через центральную точку без преломления. Так же, как стеклянная линза формирует изображение на листе бумаги, система линз глаза образует изображение на сетчатке. Это уменьшенное, действительное, перевернутое изображение объекта. Головной мозг формирует восприятие объекта в прямом положении и в реальном размере.

Аккомодация

Для ясного видения объекта необходимо, чтобы после преломления лучей, изображение формировалось на сетчатке. Изменение преломляющей силы глаза для фокусировки близких и отдаленных объектов называется аккомодацией .
Наиболее отдаленная точка, на которую фокусируется глаз, называется дальней точкой видения - бесконечность. В этом случае параллельные лучи, входящие в глаз, фокусируются на сетчатку.
Объект виден в деталях, когда он установлен как можно ближе к глазу. Минимальное расстояние четкого видения – около 7 см при нормальном зрении. В этом случае аппарат аккомодации находится в максимально напряжённом состоянии.
Точка, расположенная на расстоянии 25см , называется точкой наилучшего видения , поскольку в данном случае различимы все детали рассматриваемого объекта без максимального напряжения аппарата аккомодации, вследствие чего глаз может длительное время не утомляться.
Если глаз сфокусирован на объект в ближней точке, он должен отрегулировать свое фокусное расстояние и увеличить преломляющую силу. Этот процесс происходит путем изменений формы хрусталика. Когда объект подносят ближе к глазу, форма хрусталика изменяется от формы умеренно выпуклой линзы в форму выпуклой линзы.
Хрусталик образован волокнистым желеобразным веществом. Он окружен прочной гибкой капсулой и имеет специальные связки, идущие от края линзы к внешней поверхности глазного яблока. Эти связки постоянно напряжены. Форма хрусталика изменяется цилиарной мышцей . Сокращение этой мышцы уменьшает натяжение капсулы хрусталика, он становится более выпуклым и из-за естественной эластичности капсулы принимает сферическую форму. И наоборот, когда цилиарная мышца полностью расслаблена, преломляющая сила линзы наиболее слабая. С другой стороны, когда цилиарная мышца находится в максимально сокращенном состоянии, преломляющая сила линзы становится наибольшей. Этот процесс управляется центральной нервной системой.

Рис. 3. Аккомодация в нормальном глазе

Старческая дальнозоркость

Преломляющая сила хрусталика может увеличиваться от 20 диоптрий до 34 диоптрий у детей. Средняя аккомодация составляет 14 диоптрий. В результате общая преломляющая сила глаза составляет почти 59 диоптрий, когда глаз аккомодирован для дальнего зрения, и 73 диоптрия - при максимальной аккомодации.
При старении человека хрусталик становиться более толстым и менее эластичным. Следовательно, способность линзы изменять свою форму уменьшается с возрастом. Сила аккомодации уменьшается от 14 диоптрий у ребенка до менее 2 диоптрий в возрасте от 45 до 50 лет и становится равной 0 в возрасте 70 лет. Поэтому линза почти не аккомодируется. Это нарушение аккомодации называется старческой дальнозоркостью . Глаза при этом сфокусированы всегда на постоянном расстоянии. Они не могут аккомодироваться как для ближнего, так и дальнего зрения. Следовательно, чтобы видеть ясно на различных расстояниях, старый человек должен носить бифокальные очки с верхним сегментом, сфокусированным для дальнего видения, и более низким сегментом, сфокусированным для ближнего видения.

Ошибки преломления

Эмметропия . Считается, что глаз будет нормальным (эмметропичным), если параллельные световые лучи с отдаленных объектов фокусируются в сетчатку при полном расслаблении цилиарной мышцы. Такой глаз видит ясно отдаленные объекты, когда расслаблена цилиарная мышца, то есть без аккомодации. При фокусировании объектов ближнего диапазона расстояний в глазе сокращается цилиарная мышца, обеспечивая подходящую степень аккомодации.

Рис. 4. Преломление параллельных световых лучей в глазе человека.

Гиперметропия (гиперопия). Гиперметропия также известна как дальнозоркость . Она обусловлена либо малым размером глазного яблока, либо слабой преломляющей силой системы линз глаза. В таких условиях параллельные световые лучи не преломляются системой линз глаза достаточно для того, чтобы фокус (соответственно изображение) находился на сетчатке. Для преодоления этой аномалии цилиарная мышца должна сократиться, увеличив оптическую силу глаза. Следовательно, дальнозоркий человек способен фокусировать отдаленные объекты на сетчатке, используя механизм аккомодации. Для видения более близких объектов мощности аккомодации не хватает.
При небольшом резерве аккомодации дальнозоркий человек часто не способный аккомодировать глаз достаточно для фокусирования не только близких, но даже отдаленных объектов.
Для коррекции дальнозоркости необходимо увеличить преломляющую силу глаза. Для этого используют выпуклые линзы, которые добавляют преломляющую силу к силе оптической системе глаза.

Миопия . При миопии (или близорукости) параллельные световые лучи с отдаленных объектов фокусируются перед сетчаткой, несмотря на то, что цилиарная мышца полностью расслаблена. Это бывает из-за слишком длинного глазного яблока, а также вследствие слишком высокой преломляющей силы оптической системы глаза.
Нет механизма, с помощью которого глаз мог бы уменьшить преломляющую силу своего хрусталика менее, чем возможно при полном расслаблении цилиарной мышцы. Процесс аккомодации приводит к ухудшению видения. Следовательно, человек с миопией не может фокусировать отдаленные объекты на сетчатку. Изображение может сфокусироваться только, если объект находится достаточно близко от глаза. Следовательно, у человека с миопией ограничена дальняя точка ясного видения.
Известно, что лучи, проходящие через вогнутую линзу, преломляются. Если преломляющая сила глаза слишком велика, как при миопии, иногда она может быть нейтрализована вогнутой линзой. Используя лазерную технику, можно также откорректировать слишком большую выпуклость роговицы.

Астигматизм . В астигматическом глазе преломляющая поверхность роговицы является не сферической, а эллипсоидальной. Это происходит из-за слишком большой кривизны роговицы в одной из своих плоскостей. В результате световые лучи, проходящие через роговицу в одной плоскости, не преломляются так же сильно, как лучи, проходящие через нее в другой плоскости. Они не собираются в общем фокусе. Астигматизм не может компенсироваться глазом с помощью аккомодации, но корректировать его можно с помощью цилиндрической линзы, которая исправит ошибку в одной из плоскостей.

Коррекция оптических аномалий контактными линзами

Недавно для коррекции различных аномалий зрения стали использовать пластические контактные линзы. Они устанавливаются против передней поверхности роговицы и фиксируются тонким слоем слез, который заполняет пространство между контактной линзой и роговицей. Жесткие контактные линзы делают из жесткой пластмассы. Их размеры составляют 1мм в толщину и 1см в диаметре. Также существуют мягкие контактные линзы.
Контактные линзы заменяют роговицу как внешнюю сторону глаза и почти полностью аннулируют долю преломляющей способности глаза, которая происходит в норме на передней поверхности роговицы. При использовании контактных линз передняя поверхность роговицы не играет значимой роли в преломлении глаза. Основную роль начинает выполнять передняя поверхность контактной линзы. Особенно важно это у лиц с ненормально сформированной роговицей.
Другой особенностью контактных линз является то, что, поворачиваясь вместе с глазом, они дают более широкую область ясного видения, чем это делают обычные очки. Они являются также более удобными в использовании для художников, спортсменов и т.п.

Острота зрения

Способность человеческого глаза ясно видеть мелкие детали ограничена. Нормальный глаз может различать различные точечные источники света, расположенные на расстоянии 25 секунд дуги. То есть, когда световые лучи с двух отдельных точек попадают в глаз под углом более 25 секунд между ними, они видны в качестве двух точек. Лучи с меньшим угловым разделением не могут быть различены. Это означает, что человек с нормальной остротой зрения может различить две точки света на расстоянии 10 метров, если они друг от друга находятся на расстоянии 2 миллиметра.

Рис. 7. Максимальная острота зрения для двух точечных источников света.

Наличие этого предела предусмотрено структурой сетчатки. Средний диаметр рецепторов в сетчатке составляет почти 1,5 микрометров. Человек может нормально различить две отдельные точки, если в сетчатке расстояние между ними составляет 2 микрометра. Таким образом, чтобы различать два небольших объекта, они должны возбудить две разных колбочки. По крайней мере, между ними один будет находиться 1 невозбужденная колбочка.

Если сравнивать фотокамеру с глазом человека, обнаружится, что глаз пропускает свет через роговую оболочку и зрачок, в нем есть меняющаяся в зависимости от степени яркости радужная оболочка, хрусталик, помогающий сфокусировать изображение, и светочувствительная зона - сетчатка, принимающая изображение.

Фотоаппарат получает свет через отверстие объектива, которое регулируется диафрагмой; он имеет стеклянный объектив и светочувствительную пленку. И хрусталик, и объектив могут фокусироваться на разные расстояния и создавать миниатюрные перевернутые изображения объектов.

На этом сходство кончается. Между фотосъемкой и зрением есть принципиальные различия, которые необходимо усвоить - иначе снимки будут сильно отличаться от запомнившихся вам мест и предметов. Со временем вы научитесь определять, как «видит» камера, и учитывать это при съемке.

Избирательное зрение

Зрение контролирует отчасти глаз, отчасти мозг. Это позволяет вам видеть избирательно - сетчатка может «фиксировать» важные изображения, не обращая внимания на детали. Например, слова, которые вы сейчас читаете, выглядят четкими и ясными, а все, что находится вокруг, кажется менее определенным. Избирательное зрение упраздняет отвлекающие элементы. Фотокамера на это неспособна - она фиксирует то, что есть. Все предметы, находящиеся на одинаковом расстоянии от нее, выходят четкими. Поэтому фотография слишком часто «замечает» много лишнего - незначительного, наряду со значительным. Вам нужно научиться тщательно работать с видоискателем, в рамке не должно быть отвлекающих элементов, особенно по краям. Чтобы избавиться от них, обычно достаточно слегка изменить угол съемки или улучшить кадрировку.

Глаз редко дает изображение в несфокусированном виде. Если вы сейчас поднимете взгляд от книги и посмотрите на дверь или окно в другом конце комнаты, вы увидите их достаточно резко. Ваши глаза автоматически перестроились на новое расстояние. Если же вы поместите книгу на одну линию с дверью или окном и попробуете увидеть сразу то и другое, то заметите, что можно сфокусировать свое зрение только на одном объекте, другой окажется нерезким. Точно так же можно изменить фокусировку объектива фотокамеры. Но если вы будете фотографировать наведя на резкость книгу и расфокусировав комнату, вам уже не удастся перевести взгляд с одного объекта на другой и четко увидеть оба. Поэтому при съемке необходимо знать, какую часть изображения вам предпочтительно видеть в фокусе. Эта избирательная фокусировка полезна, так как, глядя на объект, вы заранее знаете, на чем сосредоточить внимание.

Что находится в кадре

Глядя в видоискатель своего фотоаппарата, вы видите картинку, ограниченную жесткими краями и углами. Глаза же видят то, на чем сосредоточено в данный момент внимание. Снимок делается с определенной точки, и от нее зависит «содержание» кадра. Размеры рамки влияют на соотношение элементов снимка. Постарайтесь посмотреть вокруг как бы сквозь прямоугольные отверстия - горизонтальные или вертикальные. Какое будет впечатление от увиденного?

Фотоаппарат сводит трехмерный мир к двухмерному изображению. Картинка, которая проецируется в глубине глаза, также двухмерна, но видите вы ее в трех измерениях. Частично это объясняется тем, что у нас два глаза и окружающий мир мы видим с чуть разных точек зрения. Оставьте открытым только левый глаз и совместите ближний предмет с тем, что расположен много дальше от вас. Теперь закройте левый глаз и откройте правый - взаимное расположение предметов изменится. Мозг способен объединить эти расхождения, и поэтому вы можете судить о пространстве, расстоянии и глубине. На двухмерной фотографии для передачи глубины необходимо создать перспективу, правильно совместив объекты переднего и заднего плана, и выбрать освещение, которое покажет трехмерность формы.

Снимок способен выделить и запечатлеть изображение в конкретный момент времени. Умение фотографа заключается в том, чтобы выбрать такой момент, который выразит суть происходящей сцены или события. Нужно научиться ждать и видеть только то, что «видит» фотоаппарат в момент съемки.

Глаз и чувствительность пленки

На изменение условий освещенности глаз реагирует весьма чутко и приспосабливается к ним, чего о фотопленке не скажешь. Человек видит цвета наиболее полно при ярком свете. Если освещенность слабая, весь мир предстает в черных, белых и серых тонах. Когда совсем темно, вы постепенно «привыкаете к темноте» - сетчатка глаза повышает свою чувствительность в сотни раз. Чувствительность пленки такой гибкостью не отличается. Однако в отличие от глаза пленка способна накапливать свет, это позволяет при длительном экспонировании преодолеть проблемы, связанные со слабым освещением. Пленка усиливает контраст между светлыми и темными частями кадра. Если в солнечный день вы находитесь в комнате, ярко освещенный пейзаж за окном виден с той же четкостью, что и более затемненный интерьер комнаты. Охватить такой диапазон пленке не под силу. Вам придется выбирать - при четкой передаче интерьера вид за окном окажется слишком вялым и бледным; если вы предпочитаете точное изображение вида за окном, комната окажется практически черной. Можете представить, какова будет реакция пленки, если, полузакрыв глаза, смотреть сквозь ресницы.

Пленка не обладает светочувствительностью сетчатки, не способна она и как мозг интерпретировать увиденное. Глаз одинаково хорошо функционирует в полумраке или при ярком солнечном свете. Но никакая пленка не в состоянии справиться с таким диапазоном силы света. Поэтому она имеет разную чувствительность - параметр, который характеризует восприимчивость ее к свету. Высокочувствительные пленки требуют меньше света, чтобы запечатлеть изображение, поэтому ими можно пользоваться в условиях относительно слабого освещения; низкочувствительная пленка обычно используется при сильном и ярком свете. При съемке на цвет вам придется принять во внимание и цветовую характеристику источника освещения. Если, к примеру, вы делаете цветной снимок при искусственном освещении, а пленка предназначена для съемки на открытом воздухе, снимок получится слегка красноватым. Пленка зафиксирует тот факт, что искусственный источник света содержит больше красных лучей по сравнению с естественным.

Эти расхождения между зрением и фотографией являются «базовыми правилами» для фотографа. При изучении раздела «Построение кадра» вы обнаружите, что многие из этих расхождений можно использовать.

Этот урок нашего курса расскажет о том, как получается фотография. Объяснит природу появления снимка. Вы узнаете о выдержке. Поймете, как фотографировать, как сделать тёмную или наоборот, светлую фотографию. В общем, начнем наши фотоуроки.

Вы, наверное, уже примерно знаете, откуда берётся фотография. Ну, точнее не откуда берётся, а как получается.

Попробую ещё раз рассказать об этом без излишней (читай ненужной) въедливости, формул и кропотливости. Главное понимать принцип. В свете всего этого, начнём наше первое «на пальцах».

В фотоаппарате есть объектив, диафрагма, затвор и матрица. (Вообще-то там ещё много чего есть, но зачем нам это нужно? Сейчас нас интересует объектив, диафрагма, затвор и матрица). Диафрагма находится в объективе.

Представьте, вы нажали кнопку спуска на фотоаппарате. Затвор опустился, свет прошёл сквозь объектив и, соответственно, диафрагму, после чего попал на матрицу. Там его путь закончен. Матрица, получив свет, «запомнила» его, и получилась фотография, которую вы увидели на экране своей фотокамеры буквально через миг.

Ваш глаз устроен схожим образом. Зайдите в комнату, в которой почти нет света. Закройте глаза. Откройте буквально на миг и закройте снова. Много вы увидели? Нет. Потому что слишком темно. А теперь откройте на минуту. Видите, вы можете уже различить многие детали, увидеть общую картину. Так вот, с фотоаппаратом та же история. Вы как бы играли сейчас в фотоаппарат. Глаза - это матрица - они получают свет и «делают» из него изображение. А веки - это затвор фотоаппарата. Открывая и закрывая их, вы, тем самым даете доступ свету к «матрице». То - как долго вы даете свету попадать на матрицу (глаза) и называется выдержка. И чем темнее там, где вы делаете снимок, тем больше должна быть выдержка (дольше должны быть открыты глаза), чтобы фотография получилась достаточно светлой для того, чтобы там можно было хоть что-то разобрать.

Ремарка: Но, хорошего понемножку. Это бессмертное высказывание применимо и к свету. Потому что в отличие от глаза в фотоаппарате свет имеет свойство «накапливаться». Фотография это, как бы рисунок. Только в отличие от бумаги листы там - чёрные. Когда ничего не нарисовано лист чёрный. А если света слишком много, то он станет белым.

Вот восемь фотографий (кликабельны). Да, да! Именно восемь. Белые квадраты на месте седьмого и восьмого это тоже фотографии только с самой большой выдержкой. Умные говорят «пересвет».

Ремарка: Кстати умные говорят не самая большая, а самая ДЛИННАЯ выдержка.

В левом верхнем углу самая короткая выдержка (затвор открыт самое короткое время). В правом нижнем углу самая длинная выдержка (затвор открыт дольше всего).

Ну, теперь-то, когда всё понятно, проблема решена, верно? Если темновато, делаем больше выдержку (держим глаза открытыми дольше) и всё! А вот нечего радоваться! Точнее рано. В той же тёмной комнате возьмите какой-нибудь лист с надписью. Закрепите его. И смотрите. Смогли прочитать? Отлично! (надеюсь, вы написали, не то, что я подумал). А теперь возьмите этот же лист, и начните болтать его туда обратно. Уже ничего не видно, правильно? Надпись сливается. То же произойдёт и с фотоаппаратом. Когда матрица открыта надолго (при длинных выдержках), фотоаппарат должен быть неподвижен (равно как и то, что вы снимаете). А иначе получится «смазанный рисунок».

Длинная выдержка. Фотоаппарат не шевелиться. Шевелится только объект съёмки, в котором смутно угадывается ложка.

Длинная выдержка. Двигается фотоаппарат. Объект съёмки неподвижен.

Но это ещё не весь пармезанский сыр. В отличие от глаза, у матрицы есть возможность «видеть в темноте». Ну, или по-другому - лучше видеть в темноте. По необходимости вы берёте и регулируете этот параметр. Как бы говорите себе: хочу видеть в темноте лучше! А теперь ещё лучше! И ещё лучше! Конечно, всему есть предел. И, как и всё в этой жизни, это не проходит безнаказанно. С каждым улучшением «зрения» все четче будет видно то, что в кадре, но будет ухудшаться качество изображения. На картинке будут появляться всякие ненужные цветные точки. По-умному, эти точки называются ШУМЫ.

В фотоаппарате это «умение видеть в темноте» называется светочувствительность или ISO. Итак, какие получились «вечером деньги - утром стулья». Чем меньше ISO тем меньше ШУМОВ. Чем меньше шумов, тем лучше. Чем темнее вокруг, тем больше надо делать выдержку или увеличивать ISO.

А теперь о том, какие бывают выдержки. Когда вы в первый раз в жизни взяли в руки фотоаппарат, то поняли по тяжело понятным значкам, что люди, придумавшие его, были не только не русскими (Это святая правда!), но и со своеобразным складом ума. Поэтому вместо общепринятых и понятных обозначений они... Ну, вы видели, в общем...

На фотоаппарате есть ряд заданных выдержек (время, когда глаз открыт):

3, 2, 1, ½, ¼, 1/8, 1/15, 1/30, 1/60, 1/125, 1/250, 1/250, 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/4000 секунды.
Это то время, в течение которого будет открыт затвор. Соответственно оно может быть очень большим (например, две минуты) и очень маленьким (одна четырёхтысячная секунды). Слева в нашем ряду находятся самые долгие выдержки. Справа - самые короткие.

На ЭТОМ ЖЕ (чудны дела твои, господи!) фотоаппарате есть ряд заданных ISO (светочувствительность):
100, 200, 400, 800, 1600...

При 100 фотоаппарат хуже всего видит в темноте, но снимок максимально «чистый». При 1600 фотоаппарат лучше всего видит в темноте, но снимок наиболее «грязный», или, как говорят очень умные люди, «шумный».

Сегодня вы узнали о двух способах изменения «количества света» на фотографии. Завтра (ну ты знаешь такой фильм «когда наступит завтра?») вы прочитаете ещё об одном. Не буду забегать вперёд.

Пока что я не буду забивать вашу голову всякими тяжело выговариваемыми и тем более сложно запоминаемыми терминами. Эту садистскую радость я оставлю на попозже...

Ну вот и наступило долгожданное попозже... Шучу.)

Надеюсь вам помогли наши уроки по фотографии!

Над созданием Фотошколы работала небольшая группа фотографов-энтузиастов своего дела.

На данный момент в свете минимизации работы сайта сайт, мы не имеем возможности развивать нашу Фотошколу. А у нас грандиозные замыслы - например создание раздела домашнего задания, где бы читатели делали фотографии или их обработку по определённому заданию, а авторы статей их проверяли и указывали на ошибки. И многое другое.

Для того, чтобы Фотошкола могла развиваться и расти, мы должны переехать на свой сайт, а создание сайта и хостинг стоят немалых денег.

Поэтому (простите, что мы, чужие старухи, к вам обращаемся:)) мы собираем деньги на новый сайт и хостинг.

Если у вас есть возможность, то мы были бы очень благодарны, если бы вы помогли делу просвещения Фотографии любой суммой!

Огромное Вам спасибо.

Яндекс деньги, номер счёта: 410011065587885

WEB Money R418922569059

В Сбербанке можно положить на карточку номер 4276 3800 2318 1675. (при этом, если будет возможность указывайте в теме платежа "Фотошкола")

Деньги класть можно в любом автомате, где есть прием денег этих платёжных систем.