Окото като оптична система

Зрението се осъществява от зрителния анализатор, който се състои от: а) око - възприема зрителната информация и я преобразува в биотокове; б) зрителен нерв - съвкупност от нервни влакна, по които се предават биотоковете и в) център на зрението в главния мозък, в който се формират зрителните усещания и образи.

Окото е оптична система с две функции: светопречупване и световъзприемане. Обвивката, която защитава окото отвън, се нарича склера . Тя е непрозрачна и пропуска светлинните лъчи само в предната си по-тънка част - роговица. Зад роговицата се намира очната л е щ а (кристалинът) - стъклоподобно тяло с форма на двойно изпъкнала леща. Отпред лещата е покрита с непрозрачна различно оцветена тъкан - ирис. Пространството между роговицата и ириса е запълнено с прозрачна течност и се нарича предна камера. Зад очната леща се намира т. нар. стъкловидно тяло (фиг. 4).


Фиг. 4
Строеж на окото
В центъра на ириса има отвор, наречен зеница. Тя може да променя повърхността си и подобно на бленда се разширява (до 6-8 mm при слаба осветеност ) или стеснява (2-3 mm при силна светлина). По този начин става регулиране на попадащия в окото светлинен поток. Сравнението с бленда на фотоапарат е само по аналогия. В действителност измененията в зеницата са до 20 пъти, а на попадащата светлина - хиляди и даже милиони пъти. Явно в процеса на адаптацията на окото към различни интензитети на светлината участвуват и други звена - рецепторните и нервните клетки на ретината и мозъчните клетки.

От практическа гледна точка важен е фактът, че разширяването на зеницата става много по-бавно от стесняването й. Докато последното започва 0,2 - 0,5 s след увеличаване на осветеността и продължава 2 - 5 s, то разширяването започва след около 2 s и изисква време до 3 min. Явно, че рязката промяна на яркостта на екрана може да предизвика загуба на възприеманата информация докато окото напълно се адаптира.

Лещата на окото (кристалинът) също може да променя формата си. В зависимост от разстоянието до наблюдавания обект обхващащите я мускули изменят изпъкналостта на лещата така, че пречупените светлинни лъчи да фокусират образа точно в плоскостта на очното дъно.

Световъзприемането се осъществява от ретината - светлочувствителна тъкан, намираща се във вътрешната част на очното дъно. От ретината, в задната част на окото, започва зрителния нерв. Мястото, където той се съединява с окото се нарича сляпо петно, което е лишено от светлочувствителни клетки.

Наличието на сляпото петно може да се установи бързо и лесно чрез теста на Мариот. За целта трябва: да се затвори лявото око, да се наблюдава кръстчето на фиг. 5 и постепенно бавно да се приближава лицето към фигурата. При разстояние под 25 см. в един момент светлият кръг изчезва, тъй като образът му попада в сляпото петно.


Фиг. 5
Тест за Мариот
Зрителният нерв се състои от около 800 000 нервни влакна, чиито светлочувствителни краища имат различна форма - на колбички (конусчета) и пръчици. Колбичките (около 7 милиона) имат цветоразличителни свойства и осигуряват централното, дневното и цветното зрение. Те са разположени предимно в централната част на ретината. Най-голяма е концентрацията им в областта на жълтото петно (Fovea centralis), където тя достига до 125 000/mm2 [4]. Затова фовеята е изключително чувствителна към светлината.

Пръчиците (около 130 милиона) са разпределени по цялата ретина, но преобладават по периферията й. Те са по-чувствителни към светлината, но не различават цветовете, т. е. осигуряват периферното, сумрачното (нощното) и ахроматичното зрение.

За отбелязване е, че при слаба осветеност дразненето на много пръчици може да се сумира, което позволява възприемането и на слаб сигнал, но при това разрешаващата способност на окото е малка.

В зависимост от интензитета на попадналия светлинен поток в светлочувствителните клетки протичат пропорционални фотохимични реакции и възникват биотокове. Последните по зрителния нерв се предават до центъра в главния мозък и там се формира възприеманият зрителен образ с различните негови характеристики - форма, размери, цвят, релеф и др.

Основни характеристики зрението са светлинната, контрастната и цветовата чувствителност на очите.

С в е т л и н н а т а ч у в с т в и т е л н о с т на окото е изключително голяма. За получаване на зрително усещане са необходими само няколко кванти светлина. Яркостта на сигнала на дисплея практически винаги надхвърля минималния праг на чувствителност.

К о н т р а с т н а т а ч у в с т в и т е л н о с т на очите зависи от яркостта на различавания обект и на фона. Контрастът се нарича позитивен (прав), когато знакът или обектът е по-тъмен от фона, и негативен (обратен) - ако е по-ярък от фона.

Яркостното отношение на знаците и на фона на екрана се изразява чрез коефициент на контрастност - отношение на максималната яркост към минималната. Ц в е т о в а т а ч у в с т в и т е л н о с т се определя от различната дължина на вълната на видимите лъчи (от 380 - 400 до 760 nm). Чувствителността на окото към различни дължини на вълната на монохроматично излъчване не е еднаква. На фиг. 6 е представена нормалната крива на спектралната чувствителност на окото.

При сумрачно осветление, както отбелязахме, зрението се осъществява от пръчиците, различаването на цветовете съществено намалява, преобладава усещането на синьо - сив цвят, максималната чувствителност се измества в посока към по-късите лъчи - 510 nm (крива Б). Това факт е известен в научната литература като явлението на Пуркиние.

Практически важно е, че точността на различаване на цветовете в определена степен зависи от размерите на обекта. Когато оцветената повърхност е с размери под 3 ъглови минути (3'), то тя се възприема от окото, респ. мозъка, като ахроматична. Обектите, които са по-малки от 10', се възприемат върху дисплея като безцветни [71].

Необходимо е да се знае, че при продължително цветово въздействие настъпва т. нар. цветова адаптация - чувствителността на очите към дадения цвят намалява. Най-малка умора има при въздействие на зеления и жълтия цвят, а най-голяма - при синият цвят [49].

За да бъдат по-ясно разбрани промените в зрителния анализатор при работа с микрокомпютър, считаме за уместно накратко да разгледаме и някои от основните зрителни функции.

З р и т е л н а о с т р о т а - показва способността на окото да различава дребни обекти; характеризира се чрез най-малкото ъглово разстояние (ъгъл на зрение) между две точки, които се възприемат разделно.

Зрителния ъгъл може да се определи по формулите: tg /2 = S/(2L) и ? = 2 arctg S/2L където ? - ъгъл на зрение (ъглов размер на обекта),

S - линеен размер (височина) на обекта в mm,

L - разстояние от очите до обекта в mm.

В табл. 5 е представена зависимостта на зрителния ъгъл от височината на обекта и разстоянието му до очите.

Таблица 5

Зрителен ъгъл (в ъглови минути) в зависимост от височината на обекта и разстоянието до него

А к о м о д а ц и я - приспособяване на окото за ясно виждане на различно отдалечени предмети, т. е. в ретината винаги да се получава фокусиран образ на предметите, независимо от разстоянието им от очите. Акомодацията се осъществява без напрежение при гледане на предмети на разстояние от безкрайност до около 25 cm. При по-близки предмети акомодацията вече се напряга.

Най-близкото разстояние, при което все още е възможен ясен (рязък) образ върху ретината, се нарича най-близка точка на ясното виждане (Punctum proximum). С възрастта очната леща постепенно губи своята еластичност и това разстояние се увеличава (табл. 6 - по 4).

Таблица 6

Изменение на най-близката точка на ясното виждане (PP)

Таблица 7

Промени в силата на акомодацията в зависимост от възрастта

К о н в е р г е н ц и я - схождане на зрителните линии на двете очи и пресичането им във фиксирана точка. Обикновено конвергенцията се включва едновременно с акомодацията. Тя осигурява т. нар. бинокулярно (стереоскопично) зрение.