Пройдя через несколько преломляющих сред (роговица, передняя камера, хрусталик, стекловидное тело), луч света попадает на сетчатку. Ясное видение какого-либо предмета возможно только в том случае, если лучи, исходящие из одной точки внешнего пространства, будут сфокусированы в одну точку на сетчатке. Глаз сам по себе представляет сложную оптическую систему, но для того, чтобы построить простейшее изображение, можно воспользоваться моделью глаза. Такая модель может иметь только одну преломляющую поверхность (роговицу) и одну преломляющую среду (стекловидное тело). Для того чтобы построить изображение на модели глаза (редуцированный глаз), надо от двух крайних точек предмета провести два луча через узловую точку (точка, через которую лучи идут не преломляясь, в редуцированном глазу она помещается на расстоянии 7,5 мм от вершины роговицы и в 15 мм от сетчатки, такие расстояния взяты потому, что длина обычного человеческого глаза составляет 22,5 мм). Лучи, проходящие через узловую точку, называются направляющими, а угол, образуемый ими, называется углом зрения. Изображение на сетчатке получается перевернутое, действительное и уменьшенное. Но несмотря на то что изображение на сетчатке перевернуто, мы видим предмет в прямом изображении. Это происходит потому, что деятельность одних органов чувств проверяется другими органами. Когда-то древнегреческий естествоиспытатель Страттон поставил интересный опыт. Он надел очки с оптической системой, позволяющей видеть все «вверх ногами». Но уже через 4 дня изображение стало на свое место, и он стал видеть все окружающее в обычном виде.

Острота зрения – это способность глаза видеть раздельно две точки, что доступно глазу в том случае, если расстояние между точками не менее 4 микрон, а угол зрения составляет одну угловую минуту. Если угол зрения меньше 1 минуты, то мы не получим ясного изображения, так как точки сольются. Для примера можно рассмотреть здание, украшенное электрическими гирляндами. С большого расстояния мы увидим не отдельные лампочки, а прямые или волнистые линии. Только подойдя ближе, мы сможем различить каждый источник света. Если лучи, падающие на сетчатку, возбуждают сплошной ряд колбочек, то глаз видит сплошную линию. Но если возбуждаются только колбочки, стоящие через одну, то глаз видит отдельные точки. Для того чтобы видеть раздельно две отдельные точки, надо, чтобы между двумя возбужденными колбочками находилась хотя бы одна невозбужденная. Для определения остроты зрения в больницах пользуются специальными таблицами, на которых изображены 12 рядов букв. С левой стороны каждой строки написано, с какого расстояния она должна быть видна человеку с нормальным зрением. Испытуемый помещается на определенном расстоянии от таблицы, и для него находят ту строку, которую он может прочитать без ошибок. Рассчитывается острота зрения по простой формуле: V = d / D, где V – острота зрения, d – расстояние от испытуемого до таблицы и D – расстояние, с которого эту строку должен видеть нормальный глаз. Если испытуемый с 5 метров читает 12-ю строку, то у него превосходное зрение («орлиные глаза»). Обычно острота зрения зависит от освещенности. Она увеличивается при ярком свете и уменьшается при слабом освещении.

Аккомодация – это способность глаза регулировать «преломляющую силу» для приспособления к восприятию предметов, находящихся от него на различных расстояниях. Механизм аккомодации заключается в следующем: при сокращении волокон аккомодационной мышцы происходит расслабление связки, посредством которой хрусталик подвешен к цилиарному телу; в результате этого хрусталик, обладающий большой эластичностью, приобретает более выпуклую форму, и преломляющая способность глаза усиливается. При расслаблении аккомодационной мышцы происходит обратное, хрусталик уплощается, и преломляющая сила оптической системы глаза соответственно уменьшается. Аккомодация глаза может быть осуществлена в определенных пределах, зависящих главным образом от эластических свойств хрусталика.

По своему устройству глаз как оптическая система сходен с фотоаппаратом. Роль объектива выполняет хрусталик совместно с преломляющей средой передней камеры и стекловидного тела.

С возрастом эластичность хрусталика уменьшается, и он утрачивает способность менять свою кривизну. При этом лучи света преломляются не точно на сетчатке, а немного впереди или позади нее. Когда это случается, человек видит не четкое и ясное, а расплывчатое или искаженное изображение. Причина заключается в напряженных глазных мышцах, которые не дают глазу достаточно быстро расслабиться, чтобы автоматически перефокусироваться с близкого расстояния на далекое и наоборот. Человек, в глазу которого неправильно преломляется свет, на самом деле только потерял гибкость глазных мышц и способность их координировать. Состояние это обратимо. Рассмотрим схемы наиболее распространенных отклонений от правильного преломления лучей света в глазном яблоке.

Рис. 4.

Близорукость глаза (а) исправляется с помощью рассеивающей линзы (б); дальнозоркость (в) – с помощью собирающей линзы (г).

В дальнозорком глазу (в) фокус при спокойном состоянии глаза находится за сетчаткой. Дальнозоркий глаз преломляет слабее нормального. Для того чтобы видеть даже весьма удаленные предметы, дальнозоркий глаз должен делать усилие; для видения близко лежащих предметов аккомодационная способность глаза уже недостаточна. Поэтому для исправления дальнозоркости употребляются очки с собирающими линзами (г), приводящие фокус глаза в спокойном состоянии на сетчатку.

Существует несколько типов колбочек, имеющих различную чувствительность к свету с различной длиной волны. Лучи с разной длиной волны создают ощущение различных цветов. По неоднозначному мнению ученых, число типов колбочек, воспринимающих цвета, колеблется. Так, Гельмгольц предполагал существование трех видов колбочек, Р. Гранит – 7 видов. Однако механизм цветового ощущения в настоящее время до конца не изучен. Ясно одно: в анализе цвета принимают участие не только рецепторы глаза, но и центральная нервная система.

Цвет является составным и состоит из излучений с разной длиной волны, образующих часть спектра электромагнитных излучений. Длина волны измеряется в миллимикронах (ммк). Видимая глазом человека часть спектра состоит из излучений с длиной волны примерно от 380 до 750 нм (нанометров). В спектре различают семь цветов, которые условно называют основными. Не все люди одинаково хорошо могут различать цвета. Нарушение цветового зрения наблюдается приблизительно у 8 % мужчин и у 0,5 % женщин. Есть люди, которые не различают красный цвет (протанопы), другие не могут увидеть зеленый цвет (дейтеранопы), третьи – фиолетовый (тританопы). Очень редко встречаются люди, которые вообще не могут различать цвета. Они видят серый мир, окрашенный в различные оттенки. Причиной нарушения цветового восприятия считается недостаточное количество колбочек, воспринимающих цвета (или полное их отсутствие). О нарушениях цветоощущений и сегодня идет спор между учеными, но истина до сих пор не выявлена.