3.1. Критическая частота слияния мельканий

Глаз сохраняет следы световой стимуляции в течение некоторого времени (150–250 мс) после выключения света. Иными словами, глаз воспринимает прерывистый свет как непрерывный при определённых интервалах между вспышками. Минимальная частота следования световых стимулов, при которой происходит слияние отдельных ощущений мелькания в ощущение непрерывного света − критическая частота слияния мельканий (24 кадра в секунду). На этом явлении базируются телевидение и кино: человек не замечает промежутков между отдельными кадрами, так как зрительное ощущение от одного кадра ещё длится до появления другого. Тем самым создается иллюзия непрерывности изображения и его движения.

4. Оптическая система глаза

Основы физической оптики. Простейший оптический прибор-камера обскура - устройство, в котором маленькое входное отверстие создает перевернутое изображение. Последнее будет резким только в том случае, если это отверстие (апертура) будет достаточно мало. Но тогда освещенность получаемого изображения оказывается очень слабой. Апертуру можно увеличить, если спереди или позади отверстия поместить выпуклую линзу. Изображение на «воспринимающей поверхности» будет перевернутым и уменьшенным. Тот же принцип реализуется в сложной оптической системе глаза – граница между воздухом и роговицей действует как линза, помещенная перед апертурой (зрачком, диаметр которого изменяется при сокращении мышц радужной оболочки), а позади нее расположен двояковыпуклый хрусталик.

Лучепреломление (рефракция) и фокусное расстояние. Если луч света падает на границу раздела двух прозрачных сред с разными коэффициентами преломления (n), то он преломляется на угол, зависящий от его угла падения луча. Все лучи, параллельные оптической оси сферической поверхности раздела (т.е линии, проходящей через главную точку Н (рис.16.) преломляются таким образом, что сходятся в фокусе(F₁, F₂). Преломляющая сила системы зависит от радиуса кривизны (r) границы раздела двух сред и их коэффициентов преломления n₁ и n_{2 .} Параллельные лучи, проходящие через поверхность раздела со стороны среды с меньшим коэффициентом преломления (n₁), сходятся в точке фокуса(F₂), лежащей в среде с большим коэффициентом преломления.

Рис.16.Формирование изображения в простой оптической системе, в схематическом и редуцированном глазу.А. траектория световых лучей в простой оптической системе.F₁ и F₂ - фокусы, Н - главная точка,N-узловая точка, О - объект,I-изображение объекта. Показатель преломленияn₂>n₁

Б. Упрощенный ход световых лучей в сложной центрированной оптической системе, которая сведена к двум главным плоскостям Н и Н' и двум узловым точкамNиN'.

В. Схематический глаз.

Г. Редуцированный глаз. Точки Н и Н', а такжеNиN' схематического глаза наложены друг на друга. Расстояние отNдоIравно 16,7 мм. Зная это расстояние и угловые размеры объекта, можно вычислить размер изображения объекта на сетчатке. Угловому размеру объекта в 1° соответствует расстояние 0,29 мм на сетчатке (воспроизводится по Шмидту, 2005).

Фокусное расстояние «позади линзы» (f₂=Н - F₂) вычисляется по формуле:

n₂ ×r

f₂=----------[м] (1)

n₂ - n₁

Если же параллельные лучи проходят через границу раздела с противоположной стороны, они сходятся в точке F_1. Тогда фокусное расстояние «перед» линзой определяется формулой:

n₁×r

f₁=----------[м] (2)

n₂ - n₁

Эти уравнения справедливы только в узкой гауссовой зоне вокруг оптической оси. Оптической осью называется линия, соединяющая фокусы F₁ и F₂, а главной точкой Н называется точка, в которой пересекаются оптическая ось и поверхность раздела. Узловой точкой N называется центр сферы, частью которой является поверхность раздела.

Преломляющая сила данной поверхности определяется как 1/f.

Формирование изображения с помощью диоптрического аппарата глаза. Оптическая система глаза представляет собой сложную, неточно центрированную систему линз, которая отбрасывает перевернутое, сильно уменьшенное изображение (рис.16.) окружающего мира на сетчатку (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое).

Диоптрический аппарат состоит из прозрачной роговицы, передней и задней камер, заполненных водянистой влагой, хрусталика, окруженного прозрачной сумкой и стекловидного тела, занимающего большую часть глазного яблока.

Узловая точка - точка в оптической системе глаза, через которую лучи идут не преломляясь. Это то расстояние позади линзы, на котором параллельные пучки света сходятся в одной точке.

При прохождении лучей через глаз, они преломляются на четырех поверхностях раздела: