Смотрим через маленькое отверстие

Люди, страдающие близорукостью или дальнозоркостью в той или иной степени, наверняка обращали внимание, что если смотреть на мир через отверстие малого размера (например, диаметром 2 мм), то видно лучше. В данной статье мы попытаемся объяснить природу такого улучшения зрения.
Для начала давайте вспомним, что такое видимое изображение. Это не что иное как свет, отраженный от объекта или объектов. В тоже время глаз является оптической системой из двух линз: хрусталика и роговицы. Ниже представлены несколько упрощенных рисунков для понимания зрения со стороны оптики. Красной толстой линией обозначена сетчатка глаза, зеленой толстой линией – рассматриваемый объект, а синей толстой линией обозначены хрусталик и роговица глаза, которые выглядят иначе, и естественно лучи света взаимодействуют между ними, но для упрощения мы возьмем только тот эффект, который они оказывают на свет. Черные тонкие линии - это световые лучи.

Нормальное зрение схема

 

Так выглядит нормальное зрение: лучи сходятся в центре сетчатки глаза, объект виден хорошо.

близорукость схема

Так выглядит близорукость: лучи сходятся перед сетчаткой, а на саму сетчатку попадают с большим разбросом, объект виден плохо или не виден вовсе (зависит от удаленности падения луча от центра: чем дальше, тем хуже).

дальнозоркость схема

Так выглядит дальнозоркость: световые лучи могли бы сходиться за сетчаткой, но она не прозрачна, поэтому лучи попадают с большим разбросом, объект виден плохо или не виден вовсе.

Что происходит, когда мы смотрим на объект через узкое отверстие?

смотрим через щель

Как видно на рисунке, из-за черной перегородки пучок световых лучей, попадающих в глаз, а также поле зрения заметно сократились. Но почему улучшилась видимость? Ответ на этот вопрос лежит в характеристиках линз. Дело в том, что основная функция линз - это преломление света, но это преломление характерно своей неоднородностью. Конкретно линзы глаза преломляют свет тем больше, чем дальше от оптической оси. А на самой оси не преломляют свет вовсе. Другими словами, чем меньше и приближеннее к оптической оси линз глаза пучок световых лучей, тем меньше будет его преломление.
При этом близорукость и дальнозоркость - это дефекты преломления линзы, т.е. роговица и хрусталик не могут собрать пучок лучей света в одну точку, потому как не обладают требуемой преломляющей силой. Поэтому диапазон разброса на сетчатке велик. Учитывая то, что максимальная сила преломления на краях линзы, а в центре линзы сила преломления равна 0, можно смело говорить о том, что сила преломления падает по мере приближения от края к центру. А вместе с ней падает и отклонение от нормы, приводящее к близорукости и дальнозоркости.

близорукость - смотрим через щель

дальнозоркость - смотрим через щель

Синими и бирюзовыми тонкими линиями мы обозначили световые лучи, проходящие через линзы глаза ближе к оптической оси. На данных рисунках хорошо видно, что диапазон разброса на сетчатке этих лучей меньше, а, значит, и изображение могло бы быть лучше. Однако свет, а, следовательно, и  изображение, полученные от остальных лучей светового потока, размывают полученную картинку. При этом если мы избавимся от остальных лучей при помощи перегородки и оставим небольшое отверстие для лучей близких к оптической оси, мы будем видеть хорошо, правда, значительно сократится поле зрения.  

Поделитесь в социальных сетях
Google+