Разрешающая способность глаза

Разрешающая способность характеризуется тем минимальным углом (в угловых минутах), под которым глаз видит две расположенные рядом детали, как раздельные. Остротой зрения называется величина, обратная тому углу зрения, при котором еще можно раздельно видеть две близкие точки предмета, т.е. это величина, обратная разрешающей способности. Для нормального глаза этот угол составляет 1-1,5'. Разрешающую способность, равную Г, принимают за 100%. Разрешающая способность зрительного анализатора определяется тремя факторами: дифракцией света, структурой сетчатки и аберрацией.

Дифракция света в зрительном анализаторе происходит за счет того, что перед хрусталиком расположена радужная оболочка, в центре которой находится зрачок, представляющий собой диафрагму. Когда наблюдатель смотрит на далекую светящуюся точку (например, звезду), пучок лучей, проходящий внутрь глаза, не собирается в одну точку, а освещает на сетчатке маленький кружок. Размер этого кружка как раз и определяется в нормальном случае сферической и хроматической аберрациями оптической системы глаза и дифракцией света на краю зрачка. При прохождении света через диафрагму диаметром D происходит его дифракция, или явление отклонения света от прямолинейного распространения, когда свет, огибая препятствие, заходит в область геометрической тени. В результате прохождения света через зрачок на сетчатке образуется кружок рассеяния.

Предположим, что на сетчатку проецируются две точки. Можно считать, что одна точка воспринимается отдельно от другой, если центральная зона дифракционного изображения первой точки совпадает с минимумом первого порядка (радиуса г) второй дифракционной картины. В диапазоне между максимумами яркость определяется суммарной кривой. Если «провал» яркости в центре диапазона составляет 27%, то считается, что это соответствует наилучшей разрешающей способности глаза. При дневном освещении, приняв X = 600 нм, D = 3 мм и фокусное расстояние/глаза около 17 мм, по известной формуле для круглого отверстия г = 1,22Xf/D получим г = 4 мкм.

Структура сетчатки тоже влияет на разрешающую способность. Поскольку фоточувствительные рецепторы представляют собой отдельные клетки, то структура сетчатки является дискретной, причем в центральной части (желтое пятно) почти каждая колбочка соединена с отдельным нервным окончанием. Чтобы получить изображение двух точек, необходимо возбудить два фоторецептора, но между ними должен находиться хотя бы один невозбужденный. Следовательно, два дифракционных изображения должны возбудить две колбочки, а минимум в этой двойной дифракционной картине должен попасть на третью - между ними (чтобы была достаточная неравномерность освещения). Если принять, как и ранее,/ =17 мм, то при угловом размере между двумя видимыми точками в Г линейное расстояние между центрами их изображений будет 4 мкм. Гистологические исследования показали, что диаметр колбочек соответствует примерно 2 мкм и, если колбочки располагаются вплотную, минимальное расстояние на сетчатке, способное сформировать ощущение изображения двух точек, составляет примерно 4 мкм. Таким образом, разрешающая способность глаза определяется хорошо согласующимися размерами светочувствительных элементов сетчатки и структурой дифракционного изображения светящихся точек.

Третий фактор, влияющий на разрешающую способность, - аберрация света. Наиболее значимые для разрешающей способности глаза аберрации - хроматическая и сферическая. Хроматическая аберрация состоит в том, что излучения различных длин волн, входящих в состав падающего потока света, преломляются по-разному и образуют не одно, а множество изображений предмета. Накладыва- ясь друг на друга, эти изображения создают нерезкую картину, которая не позволяет достичь предельного различения деталей. Этот вид аберрации сказывается, если фотоприемник (глаз) чувствителен в широком диапазоне длин волн. Поскольку диапазон воспринимаемого глазом излучения относительно мал (учитывая еще и спектральные свойства колбочек), то влияние хроматической аберрации на разрешающую способность незначительно. Сферическая аберрация заключается в том, что параллельные лучи, идущие около оптической оси, имеют большее фокусное расстояние, чем лучи, удаленные от этой оси. Кома - сферическая аберрация, возникающая при косом попадании пучка света. Дисторсия - искривление прямых линий объекта. Недостаточность кривизны преломляющих поверхностей глаза (астигматизм роговицы) компенсируется равным по значению и обратным по направлению астигматизмом хрусталика.

Дифракция и аберрация света не зависят от освещенности, а разрешающая способность глаза-зависит. Следовательно, этот параметр связан с явлениями, происходящими в сетчатке. Освещенность может быть настолько малой, что энергии, получаемой колбочкой, недостаточно для возбуждения нервного волокна, но зрение не пропадает, т.е. происходит пространственное суммирование на уровне синаптических слоев. Следует отметить, что глазное яблоко находится в непрерывном (автоматическом) движении, в результате которого изображения внешних предметов все время скользят по поверхности сетчатки. Такое перемещение сглаживает зернистую структуру, приближая действие сетчатки к действию, которое обеспечивает идеальный светочувствительный слой. Известно, что оптическое изображение на матовом стекле становится заметно более четким, если стекло приводится в быстрое движение (вращается).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >