Геолог проколол булавкой сквозное отверстие в крышке папиросной коробки и стал одним глазом смотреть через отверстие на записку. Это простое приспособление помогло страдавшему дальнозоркостью геологу совершенно свободно прочесть письмо.
Чтобы понять, как смогло помочь ему маленькое отверстие, припомним устройство глаза.
Свет попадает в глаз через зрачок- отверстие в радужной оболочке глаза, которое играет роль диафрагмы. Выпуклая роговица вместе с заполняющей глаз прозрачной средой и хрусталиком образуют систему, которая, как объектив, фокусирует свет и рисует на сетчатке изображение предмета, на который мы смотрим.
Сетчатка покрыта светочувствительными органами- палочками, которые различают очень слабый свет и помогают нам ориентироваться ночью, и колбочками, служащими для дневного зрения. Каждая колбочка соединена с волокном зрительного нерва. В зависимости от того, как распределены свет и тени на предмете, по-разному окажутся освещёнными и колбочки на его изображении. Каждая колбочка посылает в мозг сигналы, частота которых зависит от степени освещённости данной колбочки. Сигналы от всех колбочек принимаються в мозгу, и там воссоздаётся картина предмета. Размер каждой колбочки равен примерно 5 микронам.
Предположим, что на чёрном картоне нанесены два маленьких белых пятнышка на расстоянии 0,3 мм друг от друга. Опыт показывает, что человек с нормальным зрением видит оба пятна отдельно друг от друга до тех пор, пока расстояние до картона не больше одного метра.
В этом случае изображения пятнышек ложаться на две колбочки, между которыми остаётся ещё одна неосвещённая колбочка (рис. 1). Если же картон ещё чуть- чуть отдалить от глаза, освещёнными окажутся соседние колбочки и два пятнышка сольются в одно.
Для того чтобы чётко видеть предметы, необходимо, конечно, чтобы они были точно сфокусированы на сетчатке.
Фокусировка глаза осуществляется изменением выпуклости хрусталика. Когда мы смотрим на очень далёкий предмет, мышцы глаза расслаблены, хрусталик имеет наиболее плоскую форму (рис. 2-а).
Если же предмет находится недалеко, хрусталик сжимается, становится более выпуклым и оптическая сила всего глаза увеличивается (рис.2-б).
Способность хрусталика сжиматься уменьшается с годами. Глаза к старости становятся дальнозоркими, неспособными хорошо видеть близкие предметы. Десятилетний ребёнок может читать на расстоянии 8 см, а сорокапятилетний человек – не ближе чем на 25 см.
После 50 лет точка ясного видения отодвигается более чем на полметра. Читать без очков становится очень трудно или даже невозможно.
Ну, а если дальнозоркий потерял очки? В его глазу лучи от близкой точки А сходятся (точнее – сошлись бы) – в точке А1 за сетчаткой (рис.3).
Поэтому на сетчатке появляется не точка, а размытое пятно диаметром Д1. Но вот перед глазом поставлен экран с небольшим отверстием, оно пропускает только очень узкий конус лучей, и при этом пятно на сетчатке сжимается до диаметра Д2.
На рисунке ход лучей без диафрагмы изображён пунктиром, ход лучей с диафрагмой – сплошными линиями.
Д2 во столько раз меньше Д1, во сколько диаметр отверстия меньше, чем диаметр зрачка глаза. Чёткость изображения повышается.
Однако отверстие нельзя делать и слишком малым. Во-первых, через малое отверстие проходит мало света. Во-вторых, в этом случае изображение искажается вследствие дифракции света.
Световая волна, проходя сквозь отверстие, всегда немного расширяется, заходя в область геометрической тени. Дифракция сказывается тем сильнее, чем больше мы диафрагмируем глаз или объектив.
Расчёт показывает, что размер изображения точки при чтении с расстояния в 25см несфокусированным глазом уменьшается при сужении отверстия до 0,6 мм. При дальнейшем сужении вредное действие дифракции начинает преобладать, и и пятно, с уменьшением отверстия, возрастает.
Следовательно, оптимальный размер отверстия в экране перед глазом – 0,6мм или немного больше.
Заметим, что описанным нами приёмом диафрагмирования постоянно пользуются фотографы для увеличения «глубины фокуса», когда им нужно одновременно снять несколько предметов, находящихся на разных расстояниях от фотоаппарата. Если сфокусировать аппарат на ближайший предмет, более отдалённые выйдут нечётко, и наоборот. Сужение диафрагмы значительно уменьшает резкость снимка.
Действие малого отверстия легко проверить и не страдая дальнозоркостью: поднесите книгу так близко к глазам, чтобы чтение сделалось невозможным. Затем водите экран с отверстием перед одним глазом, и вы ясно увидите буквы.
Из журнала (Техника-молодёжи,1952год,№7-8)
