Какие лучи не воспринимает человеческий глаз

Глаз как оптическая система

Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 г.

Строение глаза

На рисунке 2.1. изображен разрез глазного яблока и показаны основные детали глаза.

Рис. 2.1. Горизонтальный разрез правого глаза

Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяется от 1 до 8 мм.

Помимо сосудов радужная оболочка содержит большое количество пигментных клеток, в зависимости от их содержания и глубины залегания радужная оболочка имеет различный цвет. Когда в радужной оболочке нет никакого цветного вещества, то она кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах. В этом случае глаза плохо защищены от света и иногда страдают светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.

Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта сетчаткой, представляющей собой светочувствительный слой. Получаемое светочувствительными элементами сетчатки раздражение передается волокнам зрительного нерва и по ним достигает зрительных центров мозга. Между сетчаткой и склерой находится тонкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

Место входа зрительного нерва представляет собой слепое пятно. Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза на угол около 5°.

Упрощенная оптическая схема глаза

Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на внутренней поверхности глаза – сетчатой оболочке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое). Оптическую систему глаза составляют роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело (рис. 2.2). Особенностью этой системы является то, что последняя среда, проходимая светом непосредственно перед образованием изображения на сетчатке, обладает показателем преломления, отличным от единицы. Вследствие этого фокусные расстояния оптической системы глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.

Рис. 2.2. Оптическая система глаза

Преломление света в глазе происходит главным образом на его внешней поверхности – роговой оболочке, или роговице, а также на поверхностях хрусталика. Радужная оболочка определяет диаметр зрачка, величина которого может изменяться непроизвольным мышечным усилием от 1 до 8 мм.

Оптическая система глаза чрезвычайно сложна, поэтому при расчетах хода лучей обычно пользуются упрощенными, эквивалентными истинному глазу «схематическими глазами».

Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:

где – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.

Аккомодация

Аккомодация – это способность глаза приспосабливаться к четкому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза.

Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается и его радиусы кривизны увеличиваются. При уменьшении натяжения мышцы хрусталик под действием упругих сил увеличивает свою кривизну.

В свободном, ненапряженном состоянии нормального глаза на сетчатке получаются ясные изображения бесконечно удаленных предметов, а при наибольшей аккомодации видны самые близкие предметы.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза.

При аккомодации глаза на бесконечность задний фокус совпадает с сетчаткой. При наибольшем напряжении на сетчатке получается изображение предмета, находящегося на расстоянии около 9 см (рис. 2.4).

а) дальняя точка б) ближняя точка

Рис. 2.4. Изображение ближней и дальней точки.

Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в дптр).

С возрастом способность глаза к аккомодации постепенно уменьшается. Скажем, в возрасте 20 лет для среднего глаза ближняя точка находится на расстоянии около 10 см (диапазон аккомодации 10 дптр), в 50 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 40 см (диапазон аккомодации 2.5 дптр), а к 60 годам уходит на бесконечность, то есть аккомодация прекращается. Это явление называется возрастной дальнозоркостью или пресбиопией.

Расстояние наилучшего зрения – это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета.

В среднем расстояние наилучшего зрения составляет около 25-30 см, хотя для каждого человека оно может быть индивидуальным.

Глаз как приемник изображения

Строение сетчатки

Сетчатая оболочка – это сложное переплетение нервных клеток и нервных волокон, соединяющих нервные клетки между собой и связывающих глаз с корой головного мозга. Основными светочувствительными элементами (рецепторами) являются два вида клеток: одни – в виде стебелька, называемые палочками (высота 30 мкм, толщина 2 мкм), другие – более короткие и более толстые, называемые колбочками (высота 10 мкм, толщина 6-7 мкм).

Палочки и колбочки различаются по своим функциям: палочки обладают большей чувствительностью, но не различают цветов и являются аппаратом сумеречного зрения (зрения при слабом освещении); колбочки чувствительны к цветам, но зато ме­нее чувствительны к свету и поэтому являются аппаратом дневного зрения. Всего в глазу располагается около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Распределение рецепторов на сетчатке неравномерно: в области желтого пятна преобладают колбочки, а палочек очень мало; к периферии сетчатки, наоборот, число колбочек быстро уменьшается и остаются одни только палочки.

На сетчатке имеется особое место, лежащее не на оптической оси, а немного в стороне от нее, ближе к височной части головы, называемое желтым пятном вследствие своего цвета. Эта часть сетчатки имеет в середине небольшое центральное углубление – центральную ямку. По направлению к этому углублению толщина сетчатки в желтом пятне уменьшается, исчезают почти все промежуточные ее слои и остаются практически только палочки и колбочки с их нервными окончаниями. В самой ямке отсутствуют и палочки, так что в ней все дно выстлано только колбочками. Диаметр желтого пятна – около 1 мм, а соответствующее ему поле зрения глаза – 6-8°. Диаметр центральной ямки – 0.4 мм, поле зрения – 1°.

В желтом пятне к большинству колбочек подходят отдельные волокна зрительного нерва. Вне пределов желтого пятна одно волокно зрительного нерва всегда обслуживает целые группы колбочек или палочек. По этой причине только в области ямки и желтого пятна глаз может различать тонкие детали, в остальных местах сетчатки целые группы элементов, занимающих сравнительно большую площадь, одновременно передают свое раздражение одному нервному волокну, и воспринимаемая сознанием картина становится грубой, лишенной деталей. Всякое уклонение изображения в сторону от ямки влечет за собою уменьшение четкости изображения, а когда изображение сходит с желтого пятна, то различение мелких деталей предмета совершенно прекращается. Периферическая часть сетчатки служит в основном для ориентирования в пространстве.

В палочках находится особый пигмент – родопсин, собирающийся в них в темноте и выцветающий на свету. Восприятие света палочками обусловлено химическими реакциями под действием света на родопсин. Колбочки реагируют на свет за счет реакции йодопсина.

Кроме родопсина и йодопсина дно глаза обладает еще одним пигментом черного цвета, роль которого состоит в предохранении светочувствительного аппарата от чересчур сильных световых раздражений. При отсутствии светового раздражения зёрна этого пигмента находятся на задней поверхности сетчатки. Но при воздействии света начинается перемещение зёрен навстречу падающему свету. Они проникают в слои сетчатки и, поглощая значительную часть световой энергии, заслоняют тем самым в сильной степени палочки и колбочки от светового раздражения.

На месте ствола зрительного нерва располагается слепое пятно. В области слепого пятна нет ни колбочек, ни палочек, и этот участок сетчатки не чувствителен к свету. Диаметр слепого пятна 1,88 мм, что соответствует полю зрения 6°. Это значит, что человек с расстояния 1 м может не увидеть предмета диаметром 10 см, если его изображение проектируется на слепое пятно.

Убедиться, что в глазу существует слепое пятно, можно, проделав следующий опыт: поднести рисунок к глазу на расстояние 10 см, закрыть левый глаз и смотреть на крестик правым глазом. Если перемещать рисунок, то в какой-то момент изображение другой фигуры будет не видно – оно попадет на слепое пятно.

Спектральная чувствительность

Оптические приборы, работающие совместно с глазом, имеют дело с той частью потока излучения, которая воздействует на глаз. К ней относится видимая область спектра в интервале длин волн 380 – 780 нм.

Совместное действие излучения на сетчатку глаза воспринимается как белый свет; излучение, содержащее одну определенную длину волны (монохроматическое), воспринимается как цветное. Потоки излучения одинаковой величины, но соответствующие различной длине волны, вызывают неодинаковые раздражения сетчатки глаза и поэтому создают ощущения, отличающиеся не только по длине волны (по цвету), но и по интенсивности. Наиболее сильное воздействие на глаз оказывает излучение желто-зеленого цвета с длинами волн 550 – 570 нм.

Воздействие потока излучения с длиной волны 555 нм условно принимают за единицу; действие на глаз излучений других длин волн в видимом участке спектра оценивают коэффициентом относительной спектральной чувствительности:

где – абсолютная спектральная чувствительность излучения с длиной волны λ; – абсолютная спектральная чувствительность для длины волны .

Например, поток излучения оранжевых лучей () мощностью в 1 Вт создает световое ощущение такой же интенсивности, как поток зеленых лучей () мощностью 0,5 Вт. Поэтому коэффициент относительной спектральной чувствительности для оранжевых лучей будет . Если же необходимо обеспечить одинаковое зрительное ощущение для длин волн 760 нм и 555 нм, то поток излучения для должен быть в 20 000 раз мощнее.

Вид кривой относительной спектральной чувствительности глаза приведен на рис. 2.5. При уменьшении освещенности кривая относительной спектральной чувствительности глаза сдвигается в голубую область, и в сумерках максимум спектральной чувствительности глаза приходится на . Это явление называется эффектом Пуркинье.

Рис. 2.5. Кривая спектральной чувствительности глаза

Цветовосприятие

В основе восприятия цвета лежат сложные физико-химические процессы, совершающиеся в зрительных рецепторах. Различают три типа «колбочек», проявляющих наибольшую чувствительность к трем основным цветам видимого спектра:

красно-оранжевому (600 – 700 нм);

зеленому (500 – 600 нм);

синему (400 – 500 нм).

Особенности цветовой чувствительности клеток определяются различиями в зрительном пигменте. Комбинации возбуждений этих приемников разных цветов дают ощущения всей гаммы цветовых оттенков.

В компьютерной промышленности эти цвета называются тремя первичными цветами – RGB (Red, Green, Blue). Все цвета, встречающиеся в природе, можно создать, смешивая свет трех этих длин волн и варьируя их интенсивность. Смесь, состоящая из 100% каждого цвета, дает белый свет. Отсутствие всех цветов дает отсутствие света или черный свет.

В случае ослабления восприятия одного из цветов цветовое зрение может нарушаться. Известны три разновидности частичной цветовой аномалии: «краснослепые», «фиолетослепые» и «зеленослепые». Впервые нарушение цветового зрения было обнаружено у известного английского химика Дж. Дальтона: он не воспринимал красный цвет. Этот дефект зрения стал называться дальтонизмом. Дальтонизм обусловлен изменением в мужской хромосоме и встречается у 5-8% мужчин и лишь у 0,4% женщин.

Восприятие цвета заметно изменяется в зависимости от внешних условий. Один и тот же цвет воспринимается по-разному при солнечном свете и при свете свечей. Однако зрение человека адаптируется к источнику света, что позволяет в обоих случаях идентифицировать свет как один и тот же – происходит цветовая адаптация (в темных очках сначала все кажется окрашенным в цвет очков, но этот эффект через некоторое время пропадает). Аналогично вкусу, обонянию, слуху и другим органам чувств восприятие цвета так же индивидуально. Люди отличаются друг от друга даже чувствительностью к диапазону видимого света.

Адаптация

Приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности называется адаптацией.

Различают темновую и световую адаптацию.

Темновая адаптация происходит при переходе от больших яркостей к малым. Если глаз первоначально имел дело с большими яркостями, то работали колбочки, палочки же были ослеплены, родопсин выцвел, черный пигмент проник в сетчатку, заслоняя колбочки от света. Если внезапно яркость видимых поверхностей значительно уменьшится, то вначале раскроется шире отверстие зрачка, пропуская в глаз больший световой поток. Затем из сетчатки начнет уходить черный пигмент, родопсин будет восстанавливаться, и только когда его наберется достаточно, начнут функционировать палочки.

Так как колбочки совсем не чувствительны к очень слабым яркостям, то сначала глаз не будет ничего различать, и только постепенно приходит в действие новый механизм зрения. Лишь через 50-60 мин пребывания в темноте чувствительность глаза достигает максимального значения.

Световая адаптация – это процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим. При этом происходит обратная серия явлений: раздражение палочек благодаря быстрому разложению родопсина чрезвычайно сильно, они «ослеплены», и даже колбочки, не защищенные еще зернами черного пигмента, раздражены слишком сильно. Только по истечении достаточного времени приспособление глаза к новым условиям заканчивается, прекращается неприятное чувство ослепления и глаз приобретает полное развитие всех зрительных функций. Световая адаптация продолжается 8-10 мин.

Итак, адаптация обеспечивается тремя явлениями:

• изменением диаметра отверстия зрачка;
• перемещением черного пигмента в слоях сетчатки;
• различной реакцией палочек и колбочек.

Зрачок может изменяться в диаметре от 2 до 8 мм, при этом его площадь и, соответственно, световой поток изменяются в 16 раз. Сокращение зрачка происходит за 5 сек, а его полное расширение – за 5 мин.

Характеристики глаза

Поле зрения глаза

Общее поле зрения глаза громадно, больше, чем у какого бы то ни было другого оптического прибора (125° по вертикали и 150° по горизонтали), но в действительности для ясного различения может быть использована лишь ничтожная часть этого поля. Поле наиболее совершенного зрения (соответствующее центральной ямке) около 1–1,5°, и около 8° по горизонтали и 6° по вертикали, если считать достаточно удовлетворительным зрение в области всего желтого пятна. Вся остальная часть поля зрения служит только для грубого ориентирования в пространстве.

Вследствие этой особенности светочувствительного аппарата глазу для обозрения окружающего пространства приходится совершать непрерывное вращательное движение в своей орбите. Глазное яблоко может вращаться в пределах 45-50°. Это вращение приводит изображения различных предметов на центральную ямку и дает возможность рассмотреть их детально. Движения глаза совершаются без участия сознания и, как правило, не замечаются человеком.

Предел разрешения глаза

В любой оптической системе существует некий конечный предел в отчетливости деталей. Для конструкторов-оптиков большой интерес представляет величина нижнего предела разрешения глазом двух соседних точечных объектов, поскольку от этой величины зависят все допуски на характеристики оптических приборов, работающих с глазом.

Угловой предел разрешения глаза – это минимальный угол, при котором глаз наблюдает раздельно две светящиеся точки.

Угловой предел разрешения глаза составляет около 1´. Угловой предел разрешения зависит от многих факторов: от контраста предметов, от освещенности, от диаметра зрачка и от длины волны. Кроме того, предел разрешения увеличивается при удалении изображения от центральной ямки и при наличии дефектов зрения.

Диаметр зрачка глаза

Обычно при конструировании приборов для визуальных наблюдений предполагается, что диаметр светового пучка, попадающего в глаз, не превышает 4–5 мм. При расчете таких приборов почти никогда не учитываются недостатки глаза, так как они меняются от человека к человеку.

Дефекты зрения и их коррекция

Если дальняя точка глаза бесконечно удалена, то такой глаз называют нормальным или эмметропическим. При этом глаз хорошо различает предметы и вдали, и вблизи. Это означает, что оптический аппарат глаза (роговица и хрусталик) имеют фокусное расстояние, равное длине оси глаза, и фокус в этом случае попадает точно на сетчатку. При эмметропии изображение от далеко расположенных предметов фокусируется в центральной ямке сетчатки – наиболее чувствительной области воспринимающего аппарата глаза. Несовпадение дальней точки с бесконечно удаленной называют аметропией глаза.

Глазу свойственны три основных недостатка:

• миопия (близорукость), при которой лучи от бесконечно удаленного точечного источника фокусируются перед сетчаткой (рис. 2.6 а).
• гиперметропия (дальнозоркость), при которой истинный фокус лучей от бесконечно удаленного предмета лежит за сетчаткой (рис. 2.6 б).
• астигматизм, при котором преломляющая способность глаза различна в разных плоскостях, проходящих через его оптическую ось.

а) близорукий глаз б) дальнозоркий глаз

Рис. 2.6. Фокусировка параллельного пучка близоруким и дальнозорким глазом

Близорукость

Причин близорукости может быть две. Первая – удлиненное глазное яблоко при нормальной преломляющей силе глаза. Другая причина – слишком большая оптическая сила оптической системы глаза (более 60 диоптрий) при нормальной длине глаза (24 мм). И в первом, и во втором случаях изображение от предмета не может сфокусироваться на сетчатку, а находится внутри глаза. На сетчатку попадает только фокус от близко расположенных к глазу предметов, то есть дальняя точка глаза приближается от бесконечности на конечное расстояние (рис. 2.7 а).

а) дальняя точка б) коррекция

Рис. 2.7. Коррекция близорукости

Чтобы скорректировать близорукость, нужно при помощи очков построить изображение бесконечно удаленной точки в том месте, которое глаз может видеть без всякого напряжения, то есть в дальней точке. Для исправления близорукости используются отрицательные очки (рис. 2.7 б), которые строят изображение бесконечно удаленной точки перед глазом.

Близорукость может быть врожденной, однако чаще всего она появляется в детском и подростковом возрасте, причем по мере роста глазного яблока в длину близорукость увеличивается. Истинной близорукости, как правило, предшествует так называемая ложная близорукость – следствие спазма аккомодации. В этом случае при применении средств, расширяющих зрачок и снимающих напряжение ресничной мышцы, зрение восстанавливается до нормы.

Дальнозоркость

Дальнозоркость вызывается слабой оптической силой оптической системы глаза для данной длины глазного яблока (либо короткий глаз при нормальной оптической силе, либо малая оптическая сила глаза при нормальной длине). Поскольку дальнозоркий глаз обладает относительно слабой преломляющей способностью, чтобы сфокусировать изображение на сетчатке, увеличивается напряжение мышц, изменяющих кривизну хрусталика, то есть глазу приходится аккомодироваться. Но даже и этого бывает недостаточно, чтобы рассмотреть предметы вдали. При рассматривании близко расположенных предметов напряжение еще больше возрастает: чем ближе предметы к глазу, тем все дальше за сетчатку уходит их изображение (рис. 2.8 а).

Скорректировать дальнозоркость можно при помощи положительных очков (рис. 2.8.б), которые строят изображение бесконечно удаленной точки за глазом.

а) дальняя точка б) коррекция

Рис. 2.8. Коррекция дальнозоркости

У новорожденного глаз немного сдавлен в горизонтальном направлении, поэтому у глаза есть небольшая дальнозоркость, которая проходит по мере роста глазного яблока.

При небольшой дальнозоркости зрение вдаль и вблизи хорошее, но могут быть жалобы на быструю утомляемость, головную боль при работе. При средней степени дальнозоркости зрение вдаль остается хорошим, а вблизи – затруднено. При высокой дальнозоркости плохим становится зрение и вдаль, и вблизи, так как исчерпаны все возможности глаза фокусировать на сетчатке изображение даже далеко расположенных предметов.

Аметропия глаза выражается в диоптриях как величина, обратная расстоянию от первой поверхности глаза до дальней точки (рис. 2.7 а), рис. 2.8 а)), выраженной в метрах:

Оптическая сила линзы, необходимая для коррекции близорукости или дальнозоркости, зависит не только от величины аметропии, но и от расстояния от очков до глаза. Контактные линзы располагаются вплотную к глазу, поэтому их оптическая сила равна аметропии.

Например, если при близорукости дальняя точка находится перед глазом на расстоянии 50 см, то , то есть для исправления такой близорукости нужны отрицательные очки с оптической силой .

Слабая степень аметропии считается до 3 диоптрий, средняя – от 3 до 6 диоптрий и высокая степень – свыше 6 диоптрий.

Астигматизм

Причина астигматизма лежит либо в неправильной, несферичной форме роговицы (в разных сечениях глаза, проходящих через ось, радиусы кривизны неодинаковы), либо в нецентричном по отношению к оптической оси глаза положении хрусталика. Обе причины приводят к тому, что для различных сечений глаза фокусные расстояния оказываются неодинаковыми.

При астигматизме в одном глазу сочетаются эффекты близорукости, дальнозоркости и нормального зрения. Может, например, случиться, что для вертикального сечения фокусное расстояние равно нормальному, а для горизонтального – больше нормального. Тогда глаз окажется в горизонтальном сечении близоруким и не сможет видеть ясно горизонтальных линий на бесконечности, а вертикальные будет четко различать. На близком расстоянии благодаря аккомодации глаз прекрасно различит вертикальные линии, а горизонтальные будут расплывчатыми.

Астигматизм чаще всего является врожденным, но может стать следствием операции или глазной травмы. Кроме дефектов зрительного восприятия, астигматизм обычно сопровождается быстрой утомляемостью глаз, понижением зрения и головными болями.

Исправление астигматизма возможно при помощи цилиндрических (собирательных или рассеивающих) линз. Астигматизм обычно сочетается с другими дефектами зрения – близорукостью или дальнозоркостью, поэтому астигматические очки содержат чаще всего и сферические, и цилиндрические элементы.

Как люди и животные воспринимают свет

Глаз человека устроен таким образом, что видеть в полной темноте он не может. Это связано с особенностью зрительной функции. Чтобы глаз смог зафиксировать изображение какого-либо объекта, нужно чтобы световые лучи,отразившись от него, попали на сетчатку глаза. Для того, чтобы человеческий глаз видел предметы, освещение может быть природным или искусственным. Восприятие объектов глазами животных и птиц отличается от человеческого видения, так как устройство органов зрения у некоторых представителей фауны рассчитано на особенности их среды обитания.

Механизм восприятия световых лучей

Свет является высокочастотными электромагнитными волнами. Глаза человека воспринимают только определенную частоту этих волн, а остальные являются для глаза невидимыми. Источники световых волн могут быть первичными и вторичными. Солнце и лампы являются первичными, а вот вторичными являются все остальные объекты, отражающие свет. Если объект прозрачный и не отражает свет, тогда для глаза он невидимый. То же происходит и в полной темноте, когда все находящиеся вне поля освещенности предметы невидимы для глаз.

Устройство глаза рассчитано на восприятие диапазона световых волн в пределах 400-790 ТГц, поэтому инфракрасное и ультрафиолетовое излучение человек не видит. Диапазон частот, которые видит человек, называют видимым излучением. У животных этот диапазон отличается, поэтому птицы и пчелы, к примеру, видят ультрафиолетовое излучение, находящееся в диапазоне с длинной волны 300-400 нм. Также различают ультрафиолетовые лучи рептилии, рыбы, ракообразные и моллюски.

Такая способность у животных развита для обеспечения выживания в естественной среде, для охоты, поиска еды или защиты от хищников. Пчелы при помощи ультрафиолетового света видят цветы и пыльцу. Видение животными уф-лучей обеспечивается за счет особого строения глаза, а вот для человека такое излучение является опасным, поэтому и блокируется. Также во время блокирования ультрафиолетового излучения острота зрения усиливается.

Инфракрасные лучи животные видеть не могут так же, как и человек. Глаз животного не настроен на восприятие инфракрасного излучения, но при помощи расположенных на разных участках тела рецепторов некоторые представители фауны могут чувствовать тепловое излучение. Человеку для распознавания инфракрасного излучения нужно дополнительное применение специального прибора – тепловизора.

Как человек и животные видят цвета

Человеческий глаз имеет в структуре сетчатки особые чувствительные фоторецепторы, которые обеспечивают восприятие окружающих объектов. Так для обеспечения сумеречного видения на сетчатке есть палочки, а для цветного восприятия окружающего мира – колбочки (для распознания синего, зеленого и красного цвета в спектре). Комбинация этих основных цветов спектра дает возможность распознавать человеку тысячи оттенков. При очень сильном освещении активируются одновременно все фоторецепторы, поэтому человек видит слепящий белый цвет.

В случае отсутствия или нарушения в функционировании колбочек для восприятия того или иного цвета спектра возникает заболевание дальтонизм. Человек с дальтонизмом может не воспринимать определенный цвет спектра или идентифицировать его ошибочно, путая зеленый и красный, например.

У большинства млекопитающих структура глаза устроена таким образом, что они могут воспринимать только черный и белый цвета. Особенность их глаз заключается в высокой чувствительности к оттенкам серого. Собаки, к примеру, отличают очень много серых оттенков. Именно поэтому многие ошибочно полагают, что собаки могут отличать цвета. На самом деле они безошибочно идентифицируют оттенок серого, но не цвет в его естественном проявлении.

Синий свет – его источники, насколько он вреден и как защитить от него глаза?

В этой статье мы хотим разобрать все аспекты, что касаются синего света и постараемся ответить на такие вопросы:

Что такое свет?
Чем опасно ультрафиолетовое излучение?
Какие бывают источники синего света?
Существует ли защита от синего света?

Что такое свет?

Для того что бы разобраться, что такое синий свет, давайте для начала разберемся с базовым термином – свет.

Все видели, как луч света пробивается в темную комнату, если для не вооруженного глаза свет и выглядит однородной статичной структурой, то это далеко не так.

Свет — это электромагнитное излучение, которое имеет волновую природу, проще говоря свет распространяется в виде периодических колебаний или иначе говоря волн, эти волны, как и волны на море имеют амплитуду, то есть частоту с которой они совершают свои колебания.

По своей структуре свет состоит из фотонов. Фотоны — это такие крошечные сгустки энергии, но Фотон — это не простая частица, это маленький отрезок электромагнитной волны.

Не пугайтесь, мы не будем здесь углубляется в квантовую физику. Всё что нам нужно знать, это то, что свет распространяется волнами, они отличаются друг от друга энергией и длиной. Чем длиннее волна, тем меньше ее энергия.

Длинна волны света измеряется в нанометрах (нм) – то есть один нанометр равен 10-9 метра, это очень, очень маленькие расстояния, к слову, имеется ввиду самый обычный всем знакомый метр, если хотите портной.

Волны света имеют разную длину и человеческий глаз способен воспринимать только волны определенной длинны, такой диапазон принято называть видимым спектром или видимым излучением. Считается что глаз может воспринять электромагнитное излучение длинной от 380 до 760 нм.

На рисунке ниже схематично представлена световая волна с разделением на видимый и не видимый спектр волны света.

Чем длинее волна света, тем она холоднее, тем больше в ней присутствует ультрафиолета, чем волна короче, тем больше в ней инфракрасного излучения и тем она теплее.

Меньшими значениями длины волны называют ультрафиолетовым. Справа от видимого диапазона начинается область инфракрасного излучения. Но если взять весь электромагнитный спектр волн, то есть весь предел в котором могут производить колебания электромагнитные волны, то мы увидим, что видимое их излучение, а именно то, что мы называем светом, это довольно маленький промежуток.

И как мы видим отклонение в левую сторону даёт нам УФ излучение, рентгеновские лучи, гамма- излучение, что безусловно является очень вредным для наших глаз, но это не значит, что инфракрасное излучение или микроволновое полезно для глаз, оно также вредно и опасно для органов зрения, к примеру, на любых приборах, использующих инфракрасный лазер стоит предупреждение об опасности.

Чем опасно ультрафиолетовое излучение?

Итак, мы выяснили, если отталкиваться от таблицы, то красный свет — это правая зона видимого спектра и далее в право, а синий свет — это то что находиться с левой стороны схемы, то есть это самый левый край и далее, всё это относиться к синему свету иначе называемым ультрафиолетовым излучением.

Давайте же разберемся в чём таится опасность синего света, и ультрафиолетового излучения.

Считается что человек в природной среде обычно имеет контакт с УФ излучением в пределах от 200 до 400 нм.

Главное правило ультрафиолета

Чем короче длина волны, тем опаснее ультрафиолетовое излучение.

Поскольку всё что ниже 200 «фильтруется» озоновым слоем планеты и как правило не доходит до её поверхности.

УФ излучение от 200 до 315 нм частично фильтруется озоновым слоем, но всё же небольшая часть его доходит до поверхности планеты, и как раз за счёт этого типа излучения летом мы имеем загар на коже, но этот тип лучей вреден для глаз, поскольку слишком интенсивное воздействие данного вида УФ лучей на глаза вызывает фотокератит, который может привести к временной потере зрения (сильную степень фотокератита часто называют «снежной слепотой»), а также другие осложнения, связанные с нарушением нормального состояния роговицы и века.

Риск фотокератита возрастает в высокогорье, а также на снегу, если не защищать глаза от ультрафиолетового излучения. Отметим, что воздействие ультрафиолетового излучения УФ-В диапазона ограничивается поверхностью глаза, внутрь глаза эти ультрафиолетовые лучи практически не проникают.

УФ излучение диапазона от 315 до 390 нм, находиться рядом с видимым спектром, само по себе менее опасно. Однако эти лучи, способны проникать глубоко внутрь глаза и оказывать повреждающее действие на хрусталик и сетчатку.

Воздействие УФ излучения этого диапазона на глаза в течение длительного времени приводит к увеличению риска ряда опасных заболеваний глаз, включая катаракту и дегенерацию макулы, которая считается основной причиной слепоты в старческом возрасте.

В последние годы специалисты большое внимание уделяют синим лучам видимого спектра (около 400 нм), которые непосредственно примыкают к длинноволновой части УФ-диапазона, полагая, что длительное воздействие этих лучей видимого спектра на глаза также небезопасно, поскольку они глубоко проникают внутрь глаза и воздействуют на сетчатку. При кратковременном, сильном воздействии УФ излучения (если смотреть на сварку, бактерицидную лампу, наблюдать солнечное затмение без защитных фильтров или не защищать глаза в высокогорье) возможно поражение глаз называемое фотокератит.

Фотокератит:

Это ожог, в результате которого происходит повреждение роговицы глаза (роговица – это прозрачная и слегка выпуклая передняя часть глаза).

Но не стоит думать, что, если вы избегаете сильных УФ излучений, вы в безопасности, дело в том, что эффект от воздействия ультрафиолета кумулятивен, то есть он накапливается в организме. Ультрафиолетовое излучение – ионизирующее, оно приводит к образованию свободных радикалов, которые повреждают «нормальные» молекулы, в том числе ДНК, РНК и молекулы белков. Повреждения в клетках и тканях накапливаются с возрастом, что приводит к ухудшению зрения, развитию катаракты и повреждений сетчатки.

Важный момент

Пока человек не достигает среднего возраста, синий свет не поглощается такими естественными физиологическими фильтрами, как слезная пленка, роговица, хрусталик и стекловидное тело глаза. Наивысшая проницаемость коротковолнового видимого синего света обнаруживается в молодом возрасте и медленно сдвигается в более длинноволновый видимый диапазон по мере увеличения срока жизни человека. Глаза 10-летнего ребенка способны поглощать в 10 раз больше синего света, чем глаза 95-летнего старика.

Искусственные источники УФ излучения вредны не только для глаз

На протяжении нескольких десятков лет ученые внимательно изучали влияние синего света на организм человека и установили, что его продолжительное воздействие сказывается не только на состоянии здоровья глаз, но и на циркадных ритмах, а также провоцирует целый ряд серьезных заболеваний.

Многие исследования последних лет находили связь между работой в ночную смену при воздействии искусственного света и появлением или обострением у испытуемых сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета, ожирения, а также рака предстательной и молочной желез. Ученые связывают их возникновение с подавлением синим светом секреции мелатонина, который влияет на циркадные ритмы человека.

Циркадные ритмы (от лат. circa – около, кругом и лат. dies – день) – это циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи, или так называемые внутренние часы организма.

В течение длительной эволюции человек, как все живое на Земле, приспособился к ежедневной смене темного и светлого времени суток.

Одним из наиболее эффективных внешних сигналов, поддерживающих 24-часовой цикл жизнедеятельности человека, является свет. Наши зрительные рецепторы посылают сигнал, поступающий в шишковидную железу; он обусловливает синтез и выделение в кровоток нейрогормона мелатонина, вызывающего сон. Когда темнеет, выработка мелатонина увеличивается, и человеку хочется спать. Яркое освещение тормозит синтез мелатонина, желание заснуть исчезает. Сильнее всего выработка мелатонина подавляется излучением с длиной волны 450–480 нм, т. е. синим светом.

С точки зрения эволюции время использования человечеством электрического освещения пренебрежимо мало, и наш организм в сегодняшних условиях реагирует так же, как и у наших далеких предков.

Это означает, что синий свет нам жизненно необходим для правильного функционирования организма, однако широкое внедрение и продолжительное использование источников искусственного освещения с высоким спектральным содержанием синего света, а также применение разнообразных электронных устройств, не только наносит вред нашим глазам, но и сбивает наши внутренние часы. По данным исследований, достаточно 30-минутного нахождения в помещении, освещаемом люминесцентной лампой с холодным синим светом, чтобы нарушить продуцирование мелатонина у здоровых взрослых людей. В результате у них возрастает настороженность, ослабляется внимание, в то время как воздействие ламп с излучением желтого света оказывает малое влияние на синтез мелатонина.

Какие бывают источники синего света

Все источники ультрафиолета можно разделить на природные и искусственные. К основному источнику УФ излучения в природе относиться солнце, если кратко, то чем более солнечная территория, тем больше УФ излучения получит ваш организм, а также органы зрения. С искусственными источниками УФ, тут ситуация более интересная, поскольку таких источников в повседневной жизни у нас гораздо больше.

Осветительные лампы

УФ излучение производят не все лампы, к примеру обычная осветительная лампа накаливания, которая в простонародье называется лампочка Ильича, которые производит свет за счёт нагревания вольфрамовой нити, относиться к источнику инфракрасного излучения, поскольку в её спектре излучения инфракрасная область занимает почти 75 %.

Типы осветительных ламп, которые являются источником УФ излучения:

светодиодные лампы;
ртутные лампы;
люминесцентные;
бактерицидные лампы;
фотосинтетические.

Надо сказать, что все лампы из этого списка является источниками искусственного УФ излучения, независимо от того в каком типе конструкции выполнена сама лампа, в виде компактной лампочки или большой длинной конструкции, важен сам тип лампы.

Несомненно, что все эти искусственные источники УФ излучения наносят вред органам зрения, поэтому старайтесь избегать их длительного воздействия и старайтесь ограничивать их применение в бытовых условиях.

Источники УФ излучения в бытовых приборах:

мониторы;
смартфоны;
ноутбуки;
мобильные игровые приставки;
телевизоры;
3Д шлемы и 3Д очки;
Цифровые камеры и фотоаппараты.

Важно понимать, что это далеко не полный список, поскольку постоянно выходят новые устройства, которые в своей конструкции используют экраны изображение на которых формируется за счёт подсветки люминесцентными лампами или светодиодами ещё называемой LED подсветкой, все эти устройства являются источником вредного УФ излучения.

Существует ли защита от синего света?

Интересная особенность, практически каждая женщина и девушка знает, что находиться под прямыми солнечными лучами довольно опасно, и как правило на пляже они себе и своему ребенку наносят различные крема и средства, которые предотвращают или сильно ослабляют количество попадаемого на кожу ультрафиолета, поскольку в результате такого интенсивного УФ излучения можно получить довольно серьёзные осложнения вплоть до раковых заболеваний кожи. Но почему-то мало кто задумывается над тем, что не только наша кожа нуждается в защите от УФ, но и такой нежный орган как глаза, они как мы выяснили в этом материале также сильно подвержены негативному влиянию УФ лучей.

К счастью в настоящее время офтальмология не стоит на месте и совершила большой прорыв в области защиты зрения от ультрафиолета, в наше время разработаны линзы и очки, которые помогут полностью защитить глаза вас и ваших детей от негативного ультрафиолетового излучения как природного, так и искусственного происхождения. На рынке нашей страны уже представлен целый ряд очковых линз с оптическими покрытиями, которые помогают уменьшить влияние синего света на глаза.

Если в нашей полосе не так много солнечного света и наши дедушки, и бабушки очень часто сохранили хорошее зрение до глубокой старости, в наше время невозможно быть в стороне от огромного количества гаджетов, которые с каждым годом всё больше окружают нашу жизнь, а это в свою очередь самым негативным образом сказывается на здоровье глаз, поэтому позаботьтесь о здоровье глаз заранее, ведь как известно легче предотвратить болезнь чем её лечить.

Защититься от опасного ультрафиолета можно довольно легко достаточно использовать для этого очки или контактные линзы, но к сожалению далеко не все очки и линзы, смогут защитить ваши глаза от УФ излучения. Гарантированной защитой от УФ обладают только линзы со специальным покрытием.

Ультрафиолет и влияние УФ-лучей на глаза человека

Ультрафиолет и влияние УФ-лучей на глаза человека Что такое ультрафиолетовое излучение и как оно влияет на глаза? Вред и польза УФ-облучения. Как защитить глаза от ультрафиолета? Счастливый Взгляд

Ультрафиолетовое излучение – невидимое для глаз электромагнитное излучение волн света в диапазоне менее 400 нанометров (нм). В умеренных количествах УФ-лучи не приносят вреда и даже полезны. Но при интенсивном и длительном воздействии вызывают заболевания глаз.

Защитить глаза от ультрафиолета помогут солнцезащитные очки со специальным УФ-фильтром. Такие можно приобрести в салонах оптики.

Разберем подробнее, что такое УФ-излучение и почему от него важно беречь глаза.

Содержание

Виды ультрафиолетовых лучей

Ультрафиолетовый свет находится в диапазоне 100-400 нм. Его невозможно увидеть или почувствовать, но заметны последствия его воздействия на глаза.

Существует 3 типа ультрафиолета:

• Ультрафиолет A (UVA) – длинноволновое излучение мягкого воздействия в диапазоне 315-400 нм.
• Ультрафиолет B (UVB) – средневолновое излучение в диапазоне 280-315 нм. При интенсивном излучении UVB-лучи вызывают ожог конъюнктивы и роговицы.
• Ультрафиолет C (UVC) – коротковолновое излучение в диапазоне 100-280 нм. Самое опасное излучение, которое может нанести вред глазам человека.

Таким образом, чем короче длина волны ультрафиолета, тем она опаснее для глаз.

Большую часть опасных UVB и UVC-лучей поглощает озон, кислород и углекислый газ. Однако есть «озоновые дыры», через которые они проходят. Частично воздействие UVC-лучей возможно в горах. Поэтому в таком месте без очков с защитой от ультрафиолета не обойтись.

Источники УФ-излучения

Солнце – естественный источник ультрафиолета. В разных географических местах интенсивность его воздействия отличается. В южных регионах организм человека получает больше излучения, чем в условиях северного климата.

Искусственных источников ультрафиолета намного больше. Например, человек ощущает УФ-излучение от разных ламп:

• Люминесцентных, которые применяют для лечения.
• Бактерицидных, дезинфицирующих воздух.
• Фотосинтетических, применяемых для выращивания растений.
• Светодиодных, используемых при косметических процедурах.

При правильном использовании ультрафиолетовые лампы не наносят вред глазам.

Опасное жесткое UVC-излучение образуется в процессе сварки, поэтому для защиты глаз надевают специальные очки.

Свет от некоторых бытовых приборов приравнивают к ультрафиолетовому:

• Телевизоров.
• Цифровых камер.
• Компьютеров и ноутбуков.
• Смартфонов.

В их конструкцию встроены LED-подсветки, которые излучают синий свет примерно в диапазоне 380-500 нанометров. Сине-фиолетовый спектр не менее опасен: при длительном воздействии происходит постепенное разрушение сетчатки. Со временем человек начинает хуже видеть. Поэтому люди, работающие за компьютером, обязательно должны ежегодно проверять зрение.

Интенсивность ультрафиолетового излучения

Воздействие ультрафиолетовых лучей на человека не всегда одинаково. На интенсивность излучения влияют разные факторы:

• Сезон. В летние дни ультрафиолетовое излучение воздействует максимально, зимой – минимально.
• Географическая широта. Наиболее высокое УФ-облучение отмечено в районах ближе к экватору.
• Облака и туман. В безоблачную и туманную погоду ультрафиолетовое излучение максимально.
• Уровень высоты над морем. В высоких горах слой атмосферы уменьшается, поэтому вероятность воздействия средневолнового и коротковолнового излучения намного выше, чем в районах, расположенных ниже уровня моря.
• Отражающие поверхности. Наиболее сильное отражение УФ-лучей происходит от снега и воды, чуть меньше от песка и минимально от травы и почвы.

Интенсивность воздействия ультрафиолета зависит от положения солнца. В течение дня оно меняется, поэтому лучи будут падать на глаза человека под разным углом:

• После полудня солнце светит в глаза под углом 45° – они затенены и наиболее защищены от УФ-лучей.
• Ранним утром и ближе к вечеру свет падает под углом в 35° – он частично попадает в глаза.
• В полдень лучи солнца светят в глаза под углом 40° – они полностью освещены и не защищены от ультрафиолета.

И хотя после полудня глаза человека менее подвержены прямому воздействию солнечных лучей, свет отражается от стеклянных витрин, капотов машин и других блестящих предметов. Защитить глаза от солнца и отражений помогут солнцезащитные очки.

Вред ультрафиолетового излучения для глаз

Интенсивные ультрафиолетовые лучи могут повредить конъюнктиву, роговицу, сетчатку и хрусталик.

При повреждении структур глаза возникают различные заболевания:

• Фотокератит.
• Катаракта.
• Кератопатия.
• Возрастная макулярная дистрофия сетчатки.
• Птеригиум.
• Новообразования и опухоли.

Фотокератит (ожог роговицы) наиболее часто развивается из-за воздействия ультрафиолета. Симптомы заболевания проявляются в течение нескольких часов, реже через 1-2 дня. Обычно человек получает ожог во время отдыха на пляже, в горах или длительной работе на открытом солнечном пространстве. В таких условиях понадобятся солнцезащитные очки с УФ-фильтром. Если у вас их еще нет, загляните в оптику.

Польза ультрафиолета для глаз

В небольших количествах УФ-лучи необходимы для здоровья глаз. Под воздействием ультрафиолета в них стимулируются обменные процессы и кровообращение, повышается иммунитет, улучшается работа ресничных мышц. В организме образуется витамин D, полезный для мышечной ткани.

Защита глаз от ультрафиолета с помощью очков

Солнцезащитные очки станут надежной защитой от ультрафиолета. Однако перед покупкой стоит убедиться, что в них есть УФ-фильтр. Просто затемненные линзы на очках не защищают от ультрафиолета. Они бесполезны и даже опасны. Из-за темных линз глаза еще больше поглощают свет: зрачок расширяется и пропускает ультрафиолетовые лучи. Они беспрепятственно попадают в хрусталик.

Полноценную защиту от ультрафиолета обеспечивают очки только со специальным УФ-покрытием с пометкой UV. Очки блокируют ультрафиолетовые лучи в диапазоне от 350 до 400 мн. Чем меньше показатель, тем слабее защита. Иногда на очках дополнительно указывают пометки о том, от каких УФ-лучей они защищают – UVA или UVB.

При выборе солнцезащитных очков также важно учитывать степень затемнения линз. В условиях облачной или туманной погоды более комфортным вариантом станут модели с полупрозрачными оттеночными линзами. При умеренном дневном свете – со средним затемнением. От яркого света стоит защитить глаза очками с темными линзами, а в горах – зеркальными.

Цвет линз также важен при выборе солнцезащитных очков. В яркие солнечные дни выберите аксессуар с линзами темно-серых, коричневых или зеленоватых оттенков. При сумерках, пасмурной и туманной погоде – очки желтого цвета. Он дает больше контрастности изображениям.

С осторожностью стоит носить очки с линзами голубого, красного или розового оттенка. Они выглядят стильно, но не слишком подходят для защиты глаз от солнца.

Отличную защиту обеспечивают поляризационные линзы: они фильтруют блики солнечных лучей, отраженных от стекла, снега, льда, воды, блестящих предметов и т.д.

Если человек носит очки с диоптриями, то ему понадобятся очковые линзы с УФ-фильтром или фотохромным покрытием. Уф-барьер защищает глаза от ультрафиолета. А фотохромные линзы затемняются от солнечного света и уменьшает его яркость для глаз. В помещении они снова становятся прозрачными.

Преимущества солнцезащитных очков:

• УФ-барьер до 99%.
• Не нужен специальный уход.
• Длительное время сохраняют оптические свойства.
• Не имеют противопоказаний для ношения.

Однако есть у солнцезащитных очков недостаток – они запотевают на холоде.

Очки с УФ-барьером следует носить и летом, и зимой: они защитят глаза от отраженных солнечных лучей от снега.