47. Глаз как оптическая система. Лупа.

Глаз человека имеет приблизительно шарообразную форму; диаметр его (в среднем) 2,5 см (рис. 246); глаз окружен снаружи тремя оболочками. Внешняя твердая и прочная оболочка 1, называемая склерой или белковой оболочкой, защищает внутренность глаза от механических повреждений. Склера на передней части глаза прозрачна и называется роговой оболочкой или роговицей 2; на всей остальной части глаза она непрозрачна, имеет белый цвет и называется белком. С внутренней стороны к склере прилегает сосудистая оболочка 3, состоящая из сложного сплетения кровеносных сосудов, питающих глаз. Эта вторая оболочка в передней части глаза переходит в радужную оболочку, окрашенную у разных людей в различный цвет. Радужная оболочка имеет в середине отверстие, называющееся зрачком 4. Радужная оболочка способна деформироваться и таким образом менять диаметр зрачка. Изменение это происходит рефлекторно (без участия сознания) в зависимости от количества света, попадающего в глаз; при ярком освещении Диаметр зрачка равен 2 мм, при слабом освещении доходит До 8 мм. На внутренней поверхности сосудистой оболочки расположена сетчатая оболочка, или сетчатка 6. Она покрывает все дно глаза, кроме его передней части. Сзади через оболочку входит зрительный нерв 7, соединяющий глаз с мозгом. Сетчатка состоит в основном из разветвлений волокон зрительного нерва и их окончаний и образует светочувствительную поверхность глаза. Рис. 246. Схематический разрез глаза человека: 1 — белковая оболочка, 2 — роговая оболочка, 3 — сосудистая оболочка, 4 — зрачок, 5 — хрусталик, 6 — сетчатая оболочка, 7 — нерв, 8 — стекловидное тело, 9 — передняя камера Промежуток между роговой и радужной оболочками называется передней камерой 9; он заполнен камерной влагой. Внутри глаза, непосредственно за зрачком, расположен хрусталик 5, представляющий собой прозрачное упругое тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы. Кривизна поверхностей хрусталика может меняться в результате действия облегающей его со всех сторон мышцы. Посредством изменения кривизны поверхностей хрусталика достигается приведение изображения предметов, лежащих на различных расстояниях, точно на поверхность чувствительного слоя сетчатки; этот процесс называется аккомодацией. Вся полость глаза за хрусталиком заполнена прозрачной студенистой жидкостью, образующей стекловидное тело 8. По своему устройству глаз как оптическая система сходен с фотоаппаратом. Роль объектива выполняет хрусталик совместно с преломляющей средой передней камеры и стекловидного тела. Изображение получается на светочувствительной поверхности сетчатки. Наводка на резкость изображения осуществляется путем аккомодации. Способность глаза к аккомодации обеспечивает возможность получения на сетчатке резких изображений предметов, находящихся на различных расстояниях. Нормальный глаз в спокойном состоянии, т. е. без какого-либо усилия аккомодации, дает на сетчатке отчетливое изображение удаленных предметов (например, звезд). С помощью мышечного усилия, увеличивающего кривизну хрусталика и, следовательно, уменьшающего его фокусное расстояние, глаз осуществляет наводку на нужное расстояние. Наименьшее расстояние, на котором нормальный глаз может отчетливо видеть предметы, меняется в зависимости от возраста от 10 см (возраст по 20 лет) до 22 см (возраст около 40 лет). В более пожилом возраст: способность глаза к аккомодации еще уменьшается: наименьшее расстояние доходит до 30 см и более — возрастная дальнозоркость. Далеко не у всех людей глаз является нормальным. Нередко задний фокус глаза в Спокойном состоянии находится не на самой сетчатке (как у нормального глаза), а с той или другой стороны от нее. Если фокус глаза в спокойном состоянии лежит внутри глаза перед сетчаткой (рис. 247, а), то глаз называется близоруким. Такой глаз не может отчетливо видеть отдаленные предметы, так как напряжение мышц при аккомодации еще сильнее отдаляет фокус от сетчатки. Для исправления близорукости глаза должны быть снабжены очками с рассеивающими линзами (рис. 247, б).

Простейшим прибором для вооружения глаза является лупа. В качестве лупы применяются собирающие линзы с фокусным расстоянием от 10 до 100 мм. Лупа помещается перед глазом, по возможности ближе к нему, а рассматриваемый предмет — на расстоянии, немного меньшем фокусного расстояния лупы. Получается мнимое, прямое,  увеличенное  изображение. На рис. 249 показан ход лучей при рассматривании небольшого предмета через лупу. Лучи, исходящие из точки 5 предмета l, преломляются сначала в лупе, затем в преломляющих средах глаза и собираются в точке S" на сетчатке. В той же точке S" собрались бы лучи, если бы лупы не было, а источник находился бы в точке S', т. е. если бы глаз непосредственно рассматривал предмет увеличенных размеров l', находящийся на соответственном расстоянии от глаза. Лучи, вычерченные на рис. 249 штриховыми линиями, пересечение которых в точке S' дает мнимое изображение точки S, в действительности не существуют. Мы можем поместить сразу за предметом непрозрачный экран, и ничто от этого не изменится. Однако мы «видим» предмет l', так как глаз автоматически «восстанавливает» ход попавших в него лучей, а лучи после преломления в лупе падают на глаз так, как если бы l' было реальным предметом. Найдем увеличение лупы. Предположим, что предмет, имеющий длину l (рис. 250, а), находится от глаза на расстоянии наилучшего видения D. Тогда угол зрения равен Поместим тот же предмет (рис. 250, б) вблизи фокуса F лупы и будем рассматривать его через лупу. Мы увидим изображение предмета длины l' под углом зрения j', причем где а'— расстояние от лупы до. изображения Рис. 250. Рассматривание небольшого предмета невооруженным глазом (а) и через лупу (б) По формуле увеличения линзы имеем следующее соотношение: следовательно, Отсюда для увеличения лупы находим Так как предмет находится возле фокуса, то a»f. Таким образом, полагая расстояние наилучшего видения D=250 мм, для увеличения лупы получаем приближенно следующую формулу: где f должно быть выражено в миллиметрах; например, при f=50 мм лупа имеет пятикратное увеличение. Лупы различного вида широко применяются при мелкой и точной работе, при измерениях и т. п. Казалось бы, что с помощью лупы можно получать очень большие увеличения,— надо только уменьшать ее фокусное расстояние. Например, при фокусном расстоянии 0,25 мм увеличение лупы равно 1000. Однако пользование лупами с очень малым фокусным расстоянием, а следовательно, и с малым диаметром, практически невозможно. Поэтому лупы с увеличением более 40 не применяются.