Расчет видимости звезд и далеких огней - Забелина И.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5. Зависимость пороговой яркости от времени пребывания в темноте
28
ном фоне или темные предметы на светлом фоне, человек при зрительной оценке размеров часто либо преувеличивает их, либо преуменьшает [41]. Предметы, значительно более яркие, чем окружающий фон, кажутся несколько большими и, наоборот, черные предметы на светлом фоне — меньшими. Это явление зрительного преувеличения или преуменьшения размеров принято называть иррадиацией. Каждый человек может почувствовать это, наблюдая звезды: более яркие звезды производят впечатление источников больших угловых размеров, тогда как независимо от их блеска размеры звезд лежат в пределах десятых и сотых долей секунды. Основной причиной иррадиации считают размытость границ изображения объектов наблюдения на сетчатой оболочке, которые не бывают резкими из-за оптических дефектов зрения.
Оптические дефекты зрения
Глаз как оптический прибор имеет определенные несовершенства своей оптической системы. Прежде всего следует сказать, что оптическая система глаза невполне центрирована, поскольку центры кривизны отдельных преломляющих поверхностей глаза не лежат точно на одной прямой. Так называемая зрительная линия у глаза не совпадает с его оптической осью. Следует пояснить, что зрительная линия — это линия, соединяющая фиксируемую точку с центральной ямкой сетчатки, а оптическая ось глаза — это нормаль, идущая от роговицы через центр зрачка [41 ]. Из-за того, что зрительная линия и оптическая ось глаза находятся под углом 5° друг к другу, лучи от рассматриваемого объекта падают на преломляющие поверхности под углом. Преломленные же лучи, будучи несимметричными относительно зрительной линии, дают нечеткое изображение точки (явление астигматизма косого пучка).
Кроме того, глаз страдает сферической и хроматической абер-» рациями. Сферическая аберрация, так же как и в обычной оптической линзе, состоит в том, что периферические лучи, попадающие на сферическую линзу, подвергаются большему преломлению, чем центральные. В результате этого неодинакового преломления лучи фокусируются не в одной точке, и в принципе изображение точечного источника мы всегда видим пятном рассеяния. Чем больше диаметр зрачка, тем больше диаметр пятна рассеяния, обусловленного сферической аберрацией. В некоторой степени сферическая аберрация компенсируется строением глаза: радиус кривизны периферической части роговой оболочки увеличен по сравнению с центральной, а показатель преломления краевых зон хрусталика меньше, чем в ядре. Несмотря на такую коррекцию, сферическая аберрация играет определенную роль в зрительном процессе. В состоянии покоя сферическая аберрация не превосходит одной диоптрии при диаметре зрачка глаза, равном 4 мм, но при глубине аккомодации в 3 дптр она может достигать величины 2 дптр [41 ].
29
Помимо сферической аберрации существует еще одна причина несовершенства оптического изображения на сетчатой оболочке глаза — это хроматическая аберрация, определяемая дисперсией света в глазных средах. Как известно [41, 53], в условиях естественной освещенности глаз фокусирует на сетчатую оболочку объекты, окрашенные в желтые цвета, поэтому красно-оранжевые и сине-зеленые предметы изображаются недостаточно четко. Величина хроматической аберрации человеческого глаза для крайних однородных видимых излучений равна 2 дптр. В обычных условиях освещения белым светом со сплошным спектром мы не замечаем цветных ореолов, поскольку они налагаются друг на друга, поэтому хроматическая аберрация, так же как и сферическая, сводится лишь к некоторой нечеткости изображения. Красные и фиолетовые ореолы, появляющиеся на границах монохроматического изображения, обычно не видны вследствие малой интенсивности крайних коротко- и длинноволновых излучений.
Третья причина недостаточного качества оптического изображения в глазу — дифракция на зрачке. Яркость дифракционных колец в изображении точечного источника убывает очень быстро с ростом порядкового номера кольца. Так, если яркость центрального кружка равна единице, то уже в первом кольце, как известно из физики, она составит всего 1/57, во втором — 1/240, а в третьем кольце яркость будет равна 1/625 яркости центрального кружка. При этом диаметр D центрального дифракционного светлого пятна в глазу будет зависеть от диаметра d отверстия, через которое проходит свет, длины волны светового лучаХ, фокусного расстояния/' и показателя преломления среды и:
D = Ц'/nd. (35)
Таким образом, с уменьшением отверстия зрачка диаметр дифракционного кружка рассеяния будет увеличиваться. Если сравнить влияние сферической аберрации и дифракции, то мы видим, что при уменьшении диаметра зрачка глаза первая уменьшает диаметр кружка рассеяния, а вторая, наоборот, его увеличивает. Из-за обратной зависимости эффектов аберрации и дифракции наилучшие условия четкого зрения при дневных освещенностях соответствуют некоторой средней величине диаметра зрачка глаза, равной 3—4 мм [41].
Работу глаза как оптической системы затрудняет до известной степени происходящее в нем светорассеяние, особенно заметное при наблюдении ярких объектов на темном фоне.
