3.5. Око людини являє собою складну оптичну систему.

Розглянемо його будову (мал. 3.18). Очне яблуко наближено має сферичну форму діаметром близько 25 мм.

Райдужна оболонка – це апертурна діафрагма ока. Простір між райдужною оболонкою і рогівкою називають передньою камерою, який заповнений прозорою рідиною ().

За кришталиком очне яблуко заповнене драглистим скловидним тілом. Через задню стінку очного яблука входить зоровий нерв 7, який розгалужується на дні ока, утворюючи світлочутливий шар, що називають сітківкою 6. Світлочутливими елементами сітківки є колбочки і палички.

Оптичні елементи ока (рогівка, передня камера, зіниця, кришталик і скловидне тіло) утворюють центровану оптичну систему, оптичний центр якої знаходиться на відстані 5 мм від рогівки. Світлові промені заломлюються на межі повітря – рогівка, проходять крізь кришталик й створюють зображення предметів на сітківці для будь-яких відстаней від цих предметів до ока.

Якщо ціліарні м’язи не напружені, то радіус кривизни передньої заломлюючої поверхні кришталика дорівнює 10 мм, задньої – 5 мм, а оптична сила ока є мінімальною й приблизно дорівнює 59 дптр. У цьому стані око здатне чітко бачити предмети на дуже великої відстані (на нескінченності). Під час спостереження предметів на близької відстані від ока ціліарні м’язи напружуються, кривизна заломлюючих поверхонь кришталика зменшується і оптична сила ока збільшується. Для максимального напруження ціліарних м’яз радіуси кривизни обох заломлюючих поверхонь дорівнюють 5,5 мм, а оптична сила ока – 74 дптр. Отже, основною особливістю ока як оптичного приладу є його здатність змінювати оптичну силу в залежності від положення предметів. Властивість ока пристосовуватися до ясного видіння предметів, які розташовані на різних відстанях від ока, називають акомодацією ока.

Область акомодації ока можна визначити положенням двох точок, які

називають далекою й близькою точками акомодації. Далека точка акомодації визначається положенням предмету, чітке зображення якого одержується на сітківці для ненапруженого стану ціліарних м’язів ока. Для нормального зору далека точка акомодації знаходиться на нескінченності. Близька точка акомодації визначається відстанню від предмета до ока, коли його чітке зображення одержується під час максимального напруження ціліарних м’язів ока. Для нормального ока близька точка акомодації знаходиться на відстані 10-20 см від ока. З віком ця відстань збільшується. Для нормального зору існує ще відстань найкращого зору, яка дорівнює 25 см. Це така відстань між оком і предметом, коли деталі предмету можна чітко бачити без напруження. На сітківці оптична система ока завжди утворює дійсне і обернене зображення предметів.

б) гіперметропію або далекозорість, яка проявляється в розпливчатому зображенні близько розташованих від ока предметів. Вона пов’язана з тим, що промені фокусуються поза сітківкою (мал. 3.19,б).

Для короткозорого ока відстань найкращого зору зменшується, для далекозорого ока – збільшується.

Для виправлення дефектів зору використовуються окуляри. Далекозорість коректується за допомогою окулярів, що мають додатну оптичну силу (збірні лінзи); короткозорість коректується окулярами, що мають від’ємну оптичну силу (розсіюючи лінзи).

Розглянемо корекцію короткозорого ока. Для спостереження віддалених предметів оптична сила лінз повинна бути такою, щоб паралельні світлові промені фокусувалися на сітківці ока. Око повинно бачити через окуляри уявне й пряме зображення віддаленого предмету, яке знаходиться в далекій точці акомодації даного ока. Нехай далека точка акомодації короткозорого ока знаходиться на відстані 80 см. Застосовуючи формулу тонкої лінзи, одержимо оптичну силу розсіюючої коректуючої лінзи: . Якщо м, то .

Окуляри для „близького зору” (наприклад, для читання) повинні створювати уявне зображення предмету, який знаходиться на відстані см (відстань найкращого зору нормального ока), на відстані найкращого зору даного ока. Нехай, наприклад, короткозоре око має відстань найкращого зору 16 см. За допомогою формули тонкої лінзи одержимо оптичну силу розсіюючої коректуючої лінзи:. Якщо м, м, то .

Внаслідок звужування області акомодації короткозорого ока окуляри для „близького зору” повинні мати більшу (за модулем) оптичну силу в порівнянні з окулярами, за допомогою яких спостерігаються віддалені предмети.

	b

на відстані , що відповідає відстані найкращого зору даного ока.

Важливою умовою нормальної роботи ока є достатня освітленість предметів. Оскільки освітленість змінюється в досить широких межах, то око повинно пристосовуватися до цих змін. Властивість ока реагувати на зміну світлового потоку називають ока. Адаптація ока відбувається як за рахунок зміни діаметра зіниці, так і за рахунок біохімічних процесів, що відбуваються в сітківці. За останні відповідають світлочутливі елементи сітківки – колбочки і палички. Колбочки і палички – це два типи рецепторних клітин. Перші забезпечують сприйняття зорових відчувань під час яскравого освітлення й кольоровий зір, другі виявляються більш чутливими до освітленості й забезпечують зір у присмерках та в ночі. На сітківці ока людини знаходиться біля паличок й біля колбочок. Колбочки і палички розподілені по сітківці нерівномірно: в центрі сітківки знаходяться колбочки, на периферії сітківки – тільки палички.

Якщо після яскравого світла оку доводиться розглядати предмети в умовах малої освітленості, то в системі ока відбувається процес темнової адаптації. Це означає, що за частки секунди збільшується діаметр зіниці й замість колбочок в дію вступають палички. В останніх відбуваються біохімічні реакції, що приводить до збільшення їх світлочутливості. Процес темнової адаптації продовжується протягом години, але практично час, необхідний для нормального бачення в умовах малої освітленості, складає 5-10 хвилин. Обернений перехід називають світловою адаптацією, який практично триває 1-2 хвилини.

Око людини є селективним приймачем світлового випромінювання тільки видимого діапазону. Це означає, що максимум спектральної чутливості ока для денного бачення припадає на довжину хвилі нм, а для присмеркового бачення – на довжину хвилі нм. Для довших і коротших світлових хвиль спектральна чутливість ока К() різко знижується і досягає нуля для інфрачервоного і ультрафіолетового випромінювань (мал. 3.21). Для ока людини спектральну чутливість визначають як відношення світлового потоку монохроматичного випромінювання, що викликає максимальне світлове подразнення ока, до повного світлового потоку, що проходить зіницею ока. Отже, монохроматичне світло однакових потужностей, але різної довжини хвилі за інших однакових умов сприймаються оком неоднаково. Так, щоб світло червоного кольору ( нм) викликало таку саму дію, як світло зеленого кольору ( нм), необхідно, щоб його потік у 20000 разів перевищував потік світла зеленого кольору. З цього випливає, що між зоровим відчуттям і величиною енергії електромагнітної хвилі, яка потрапляє в око, нема прямої залежності. Тому візуальні оцінки світла неможливо давати у величинах, які характеризують енергетичну інтенсивність електромагнітних хвиль.

Однією з важливих характеристик ока є гострота зору, або роздільна здатність, під якою розуміють ту найменшу відстань між двома точками предмету, які воно здатне розрізняти окремо. Роздільна здатність вимірюється кутовою відстанню між цими точками й залежить від умов спостереження предметів. Для роботи з оптичними приладами загального користування достатньо, щоб роздільна здатність дорівнювала ; для роботи з високоточними оптичними приладами – ; під час спостереження зображення на екрані ~ .

Зір обома очима називають бінокулярним. Він має ряд своєрідностей порівняно із зором одним оком. Особливо помітно це виявляється при об’ємному сприйманні предметів, коли обидва ока бачать один предмет із різних боків. Об’ємне бачення називають стереоскопічним. Воно дає можливість оцінювати ступінь віддаленості предмету від спостерігача.