Глава 5

В заключение этого раздела несколько слов об избирательном све­торассеянии. Оно возникает в мутной среде (например, краске) при прохождении света и приводит к изменению его спектрального состава. Избирательное светорассеяние выражается в том, что различные моно­хроматические излучения рассеивают по-разному. Так, синее излучение — сильнее, а более длинноволновое — слабее. Такое избирательное све­торассеяние связано с тем, что монохроматические излучения отража­ются от частиц вещества только в случае, если длина волны меньше раз­мера частиц. Таким образом, избирательное светорассеяние возникает тогда, когда частицы вещества слишком малы, чтобы рассеивать длинно­волновые излучения, но недостаточно велики, чтобы отражать коротко­волновые излучения. Поэтому, например, красные лучи могут проходить через определенную среду, а синие будут рассеиваться.

5.4. Особенности глаза как приемника излучения

5.4.1. Общие сведения о зрительном аппарате

Считается, что основную часть информации человек получает через приемник излучения — орган зрения — глаз.

Устройство человеческого глаза схоже по своему устройству с фотоап­паратом. В нем имеется аналог объектива — оптическая система, фокусиру­ющая изображение объекта на сетчатке глаза Сама же сетчатка является аналогом светочувствительного материала, на котором регистрируется оп­тическое изображение (рис. 5.11). В формировании зрительного ощущения важную роль играет преобразование первичных сигналов нервных оконча­ний в ходе их передачи по зрительному нерву к коре головного мозга.

2 -:

Рис. 5.11. Образование изображения в глазу человека (а) и в фотоаппарате (б).

Рис.а: 1 — объект; 2 — зрачок; 3 — хрусталик; 4 — радужная оболочка; 5 — сетчатка.

Рис. 6: 1 - объект; 2 — отверстие диафрагмы; 3 — ирисовая диафрагма; 4 — объектив;

5 —фотопленка

^{Восприятие цвета на упаковке 129}

Рассмотрим принцип работы гла­за. Схема строения глаза человека представлена на рис. 5.12. Свет по­ступает в глаз через прозрачную ро­говую оболочку-роговицу 1, прохо­дит через переднюю камеру 2, запол­ненную жидкостью, и отверстие в радужной оболочке 3 — зрачок. За зрачком расположен хрусталик 4, представляющий собой студенистое,

упругое прозрачное тело в форме Рис.5.12. Схема строения глаза человека: двояковыпуклой линзы. Хрусталик 1 - роговица; 2 - передняя камера;

Является ОСНОВНЫМ ОПТИЧесКИМ ЭЛе- ? - зрачок; 4 - хрусталик;

тт „ 5 — стекловидное тело; 6 — сетчатка;

^{ментом глаза. Пространство между 7 - желтое пятно}

хрусталиком и окружающей глаз ро­говицей называется стекловидным телом 5. Все эти элементы (1—5) составляют оптическую систему глаза и играют важную роль в форми­ровании нашего мировосприятия.

Водянистое вещество, находящееся в передней камере и образую­щее стекловидное тело, предохраняет сетчатку глаза от длинноволно­вых, в том числе и от инфракрасных, излучений. Практически вся энер­гия излучения с длинами волн свыше 720 нм поглощается этим водя­нистым веществом и преобразуется в тепловую энергию. Коротковол­новое излучение с Л менее 380 нм поглощается роговицей и хрустали­ком. Именно поэтому чувствительность человеческого глаза ограниче­на интервалом длин волн 380—720 нм.

Радужная оболочка глаза непрозрачна. Она содержит пигмент, оп­ределяющий цвет глаза. При изменении количества света, попадающе­го в глаз, диаметр зрачка, находящегося в центре радужной оболочки, изменяется. При слишком ярком свете круговые мышцы радужной обо­лочки сужают его, а при малых световых потоках радиальные мышцы расширяют. Эти реакции происходят непроизвольно. Таким образом, зрачок можно считать «автоматической диафрагмой», предохраняющей сетчатку глаза от чрезмерного раздражения и слишком яркого света.

Хрусталик выполняет в глазу человека роль объектива. С его помо­щью на светочувствительной поверхности глаза получается четкое изоб­ражение рассматриваемого объекта. Мышцы, расположенные по окруж­ности хрусталика, позволяют изменять кривизну его поверхности и тем самым изменять фокусное расстояние оптической системы глаза. Бла­годаря этому человек может видеть резкими предметы, удаленные на разные расстояния. Способность глаза изменять фокусное расстояние

130 Глава 5

называется аккомодацией. С возрастом эластичность хрусталика в ре­зультате потери влаги, уменьшается и он становится более плоским. Это приводит к тому, что человек начинает хуже видеть близко находящие­ся предметы и ему приходится пользоваться очками.

Пройдя через хрусталик и стекловидное тело, свет попадает на све­точувствительный слой глаза — сетчатку 6, которая выстилает глазное дно. Сетчатка представляет собой переплетение нервных волокон, за­канчивающихся нервными окончаниями — рецепторами. В них проис­ходят начальные преобразования, приводящие к возникновению све­тового ощущения.

Различают две группы рецепторов: палочки и колбочки. В работе палочек и колбочек наблюдается существенное различие.

1. Палочки реагируют только на разницу яркостей падающего на них света. При помощи палочек можно различать только количественную разницу световых потоков. На разницу в спектральном составе палоч­ ки не реагируют.

Палочки обладают более высокой светочувствительностью, чем кол­бочки, и работают при низких освещенностях. Палочки — орган суме­речного зрения.

2. Колбочки обладают сравнительно малой чувствительностью к свету. Они функционируют только при средних и высоких уровнях освещенности.

Колбочки помимо различения яркостей света являются органом цветового зрения. Таким образом, колбочки реагируют как на разли­чие в количествах световой энергии, так и на качественное ее разли­чие — спектральный состав света. Именно поэтому в сумерках или при слабом освещении, когда колбочки перестают работать, мы пло­хо различаем цвета.

Нарис.5.13 представлены кривые относительной световой эффек­тивности (кривые видности человеческого глаза) в условиях дневного (кривая а) с Х_тм ^я 555 нм и сумеречного (кривая б) с Х_тах ^т 510 нм зре­ния. Обе кривые близки по форме. Однако при переходе к сумеречному зрению максимум видности смещается в область коротких длин волн.

На этом основан эффект Пуркине (рис. 5.14, вкладка). В условиях яркого освещения надпись, сделанная красным цветом, кажется более светлой, чем синей. При пониженной освещенности синяя надпись ока­зывается светлее красной. Полученный результат объясняет рис. 5.15 (вкладка). При малых освещенностях (в условиях сумеречного зрения) чувствительность глаза к синему цвету превышает чувствительность к красному. При дневном зрении соотношение меняется и глаз становит­ся более чувствительным к красному отраженному световому потоку.

^{Восприятие цвета на упаковке}

₁₃₁

Рис. 5.13. Кривые относительной световой эффективности: а — дневное зрение; б — сумеречное

Светочувствительные элементы по сетчатке глаза распределены не­равномерно. Колбочки расположены преимущественно в центре сетчат­ки. Плотность расположения палочек, напротив, увеличивается от цен­тра сетчатки к периферии. Изображение, образующееся на периферии, не дает подробной информации об объекте. Оно дает лишь простран­ственное представление.

Наиболее важным, с точки зрения восприятия цвета, является распо­ложенное в центре сетчатки желтое пятно 7 (см. рис. 5.12). Оно окраше­но желтым пигментом и предохраняет рецепторы от воздействия корот­коволнового излучения. В центре желтого пятна расположена централь­ная ямка, в которой сконцентрированы наиболее мелкие колбочки. При рассматривании детали глаз ориентируется так, чтобы ее изображение упало на середину ямки. Именно поэтому при пристальном рассмотре­нии детали предмета кажутся не только цветными, но и более резкими.

Светочувствительность палочек и колбочек обусловлена наличием в них веществ, разлагающихся под действием света. При распаде этих веществ возникает электрический импульс, который передается по зри­тельному нерву в головной мозг. После прекращения действия импульса эти вещества восстанавливают свою первоначальную чувствительность к свету. Энергию для восстановления дают продукты, которые посту­пают в глаз через сеть мельчайших кровеносных сосудов.