Если вообразить, что недостаток зрения может, например, превратиться в недостаток ног; тогда более 50% людей будут хромать или даже будут, неспособны, ходить без костылей, а некоторые вынуждены будут прибегнуть к коляскам. В современном мире гораздо больше комфорта и удобств, что облегчает значительную часть нашего каждодневного труда, нас освободили от многих жизненных забот, но сильно увеличилась нагрузку на глаза.

Экспериментальные данные показывают, что примерно 95% младенцев рождается без дефектов глаз с нормальным зрением. Однако по результатам табл. 1 видно, очень малый процент в пожилом возрасте остается с хорошим зрением. На зрение людей возлагается тяжёлая нагрузка. В результате этого мы быстро превращаемся в людей обязательно носящих очки. Несоответствие человеческого зрения в целом – один из самых серьёзных проблем современности.

Перегрузка глаз заключается в том, что мы “используем глаза не по назначению”, то есть не в тех целях, для которых они первоначально предназначались. Первобытный человек пользовался своими глазами только для того, чтобы смотреть вдаль при ярком солнечном свете – для охоты, рыбной ловли и для сражений. Когда солнце заходило, обязанности глаз кончались. Он не работал целый день с предметами, расположенными вблизи глаз и не ходил потом в панорамное кино, не смотрел телевизионные передачи в течение нескольких часов и не читал книгу далеко за полночь.

В основном многие недостатки глаза возникают в результате нагрузки на них и условий, при которых глаза выполняют работу, можно значительно улучшить их положение. Но это требует научного подхода со стороны различных групп людей и каждого человека в отдельности.

В наши задачи входит узнать, как устроен глаз, каковы его функции, какие бывают дефекты и какие рабочие условия вызывают перегрузку. Начнём с изучения самого глаза.

Таблица 1

Приближённый процент нормального зрения среди лиц разного возраста.

Данные из книги М. Лекиша (М. Luckiesh, Light, Vision and Seeing, N. Y., 1944)

Часто проводят аналогию между глазом и камерой Обскурой, но как большинство аналогий эта верна лишь частично. Глаз – это бесконечно более тонкий и сложный прибор, чем наилучший фотоаппарат, хотя в общем они похожи. В фотоаппарате (рис.1), имеется простая собирательная линза или их система, которая действует наподобие собирательного хрусталика глаза. Чувствительность к свету сетчатой оболочки на задней стороне глаза соответствует чувствительной плёнке в фотоаппарате; ту и другую получают перевёрнутые, действительные, уменьшенные изображения. Радужная оболочка регулирует количество света, входящего в глаз, а диафрагма регулирует количество света, допускаемого в фотоаппарат;. В на ярком свете зрачок имеет размер булавочной головки, а в темноте отверстие радужной оболочки может иметь диаметр почти 1см.

В один момент нормальный глаз может дать одинаково чёткое изображение отпечатанного текста или спидометра автомашины, находящийся всего на расстоянии какого-нибудь десятка сантиметров от глаз, а в следующую долю секунды он способен сфокусировать чётко на сетчатой оболочке такой большой удалённый предмет как гора. Не обладай мы такой способностью, было бы очень сложно управлять быстроходными автомобиля и самолётами. Увеличилось бы количество несчастных случаев, которых и так много.

Существует несколько теоретически возможных способов. Допусти, рыба фокусирует свой глаз, изменяя расстояние между линзой и сетчатой оболочкой так же, как и фокусируется фотоаппарат с растяжением. Но фокусировка человеческого глаза достигается не таким способом, хрусталик глаза изменяет свою форму, т. е. с увеличением расстояния предмета, приводящим к уменьшению расстояния изображения, мускулы, соединённые с внешними краями глазного хрусталика, заставляют хрусталик сплющиваться и он становится тоньше. Его фокусное расстояние увеличивается в достаточной степени, изображение резко фокусируется на сетчатой оболочке (рис 2.а).

Когда предмет приближается к глазу, чтобы заставить увеличиться расстояние до изображения, хрусталик становится более выпуклым и толстым. Его фокусное расстояние при этом уменьшается так, что расстояние изображения остаётся полным и изображение не сходит с сетчатой оболочки (рис 2,в). Процесс называется аккомодацией и дает те же самые результаты, что и фокусировка фотоаппарата.

Так как стенки фотоаппарата поглощают любой попавший луч света, его внутренность зачернена. Внутренность глаза так же окружена тёмной оболочкой, которая поглощает свет. Поверх тёмной имеется твёрдая белая оболочка глаза, сохраняющая форму глазного яблока. Она защищает глаз от повреждений. Глаз во многом совершеннее фотоаппарата, но не во всем. Например, фотоаппарат даёт стационарное изображение предметов во всех подробностях, между тем как изображение в глазу существует только в течение 1/16 сек до появления следующего чёткого изображения. На сетчатой оболочке часто одно изображение может перекрываться и заслонять следующее изображение, отсутствуют некоторые детали. Поэтому два болельщика могут спорить относительно победителя в гонках. Фотоснимки не имеют таких недостатков. При таких обстоятельствах имеют они превосходство перед непосредственным наблюдателем.

Остаточное изображение в глазу вызывает размытие картины спиц вращающегося колеса, а также создаёт видимость светящегося следа за быстродвижущимся в темноте источником света. На самом деле в кино мы видим от 16 до 24 неподвижных картин, чередующихся на экране каждую секунду. После каждой такой картины и перед следующей экран затемняется обтюратором кинопроекционного аппарата, но глаз сохраняет впечатление непрерывного изображения.

Если смотреть на удалённый предмет, глазные мускулы не напряжены, хрусталик имеет максимальное фокусное расстояние, и тогда говорят, что он адаптирован на дальнюю точку. Когда предмет находиться так близко к глазу, что хрусталик имеет наименьшее возможное фокусное расстояние, то предмет расположен в ближней точке. Определить свою ближнюю точку можно медленно приближая шрифт (рис 3) к глазу. Испытание проводиться для каждого глаза отдельно. Самое короткое расстояние, при котором ещё не заметно смазывание глаз, и есть ваша ближняя точка.

Таблица 2

Приближённое расстояние ближней точки для среднего глаза в различном возрасте.

Рис. 3. Испытание для определения ближней точки при чтении.

С возрастом способность аккомодации постепенно уменьшается. Это объясняется уменьшением упругости хрусталика и способности глазных мускулов увеличивать кривизну хрусталика. Этот недостаток называется прессбиопией. Когда такой недостаток имеет место, ближняя точка удаляется от глаза и аккомодационная способность уменьшается. Из таблицы 2 видно, что для лиц 65-летнего возраста ближняя точка находиться на расстоянии 200 см. Каково будет приблизительно ближайшее расстояние, на котором человек 65 лет может прочесть эту страницу без помощи очков? При таком расстоянии (200 см) сомнительно, что можно было разобрать слова вследствие слишком малой величены изображения на сетчатой оболочке. Идеального расстояния для чтения или другой работы на близком расстоянии не существует, но если учесть все факторы, то можно считать, что наилучшим расстоянием является 32 – 37 см. Но если это расстояние меньше, чем примерно полуторное расстояние ближней точки, то напряжение, которое требуется мускулам для того, чтобы сфокусировать свет и получить резкое изображение на сетчатой оболочке, настолько велико, что, вероятно, наступит усталость глаза.

В возрасте до 35 лет легко соблюдать это правило. После 40 лет (табл. 2) обычно это трудно сделать. В возрасте 45 лет минимальное расстояние равно 1,5*30=45 см, а это дальше, чем необходимо для предмета, чтобы изображение имело соответствующую величину и было легко видимо.

После 40 лет средний хрусталик глаза нуждается в вспомогательном приспособлении для собирания света при рассмотрении близких предметов. С этой целью перед глазом помещается собирательная линза соответствующей оптической силы. Но с такой линзой невозможно видеть удалённые предметы. Для того чтобы, исправить этот недостаток, нужно или снять очки, или применить бифокальные линзы. У таких линз нижняя часть применяется для ближнего зрения, а верхняя – для рассматривания удалённых предметов. Хотя прессбиопия является, по-видимому, естественным и неустранимым недостатком, оказывается, что более сильное освещение ближних предметов в значительной степени заменяет очки для чтения. Более сильное освещение заставляет сильнее сужаться зрачки. Это создаёт более резкое и чёткое изображение на сетчатой оболочке так же, как и в фотоаппарате, - чем меньше отверстие диафрагмы, тем резче изображение.

В том случае, если расстояние между сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормально велико или хрусталик настолько закруглён и толст, что его фокусное расстояние ненормально мало, изображение удалённого предмета попадает перед сетчатой оболочкой (рис. 4). Этот дефект глаза очень распространён и называется близорукостью или миопией. Близорукость – это такой дефект глаза, который чрезвычайно распространён среди школьников и студентов. Согласно данным специалистов каждые 3 новорождённых из 100 обладают этим дефектом; в начальной школе число близоруких составляет примерно 10 из 100; в средней школе число близоруких достигает 24%, а в колледже – 31%. Среди диких племён, живущих и работающих большей частью на открытом воздухе, близорукость почти неизвестна. Точно также среди фермеров и лиц, работающих на открытом воздухе, очень малое количество страдает от близорукости, если только они не приобрели её в школе или при работе с близкими объектами.

Причиной близорукости в большинстве случаев является, по-видимому, то, что в детстве глаз легко деформируется. При работе с близкими предметами глазное яблоко “привыкает” удлиняться на столько, что хрусталик уже теряет способность сплющиваться для фокусирования изображения удалённого предмета на сетчатой оболочке без избыточного напряжения. Сравните длину близорукого глаза на рис. 4 с длиной дальнозоркого на рис. 5.

Один из видов проверки на миопию делается при помощи таблицы Снеллена. Таблица Снеллена в уменьшенном виде изображена на рис. 5. При нормальном зрении можно читать седьмую строчку хорошо освещённой таблицы стандартных размеров каждым глазом в отдельности с расстоянием в 50 см. Неспособность сделать это не обязательно свидетельствует о близорукости, так как эта непосредственность может быть вызвана другой причиной. Но если отрицательная (рассеивающая) сферическая линза улучшает видимость (при этом нужно начать с линзы малой оптической силы и постепенно увеличивать силу линзы), то можно предположить наличие близорукости.

Близорукость можно исправить, но не вылечить, при помощи очков. В этом случае применяются рассеивающие сферические линзы (рис. 4.с). Эта линза рассеивает параллельные световые волновые лучи, исходящие от удалённых предметов в достаточной степени для того, чтобы изображение попало на сетчатую оболочку дальше того места, где оно находилось бы без применения очков.

Если расстояние между сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормально мало или если хрусталик ненормально тонок и сплющен, так что фокусное расстояние его ненормально велико, то изображение близких предметов оказывается за сетчатой оболочкой (рис.6). Следовательно, близкие предметы не могут быть видимы без напряжения глаза.

Если вы только дальнозорки и не имеете никаких других недостатков зрения, то вы легко прочтёте 9-ю строчку таблицы Снеллена, но ваша ближняя точка может оказаться дальше своего нормального положения.

Для исправления гиперопии следует уменьшать расстояние изображения для близких предметов. Это требует применения собирательной (положительной) линзы соответствующей оптической силы (рис. 6.с).

Обычно поверхность роговой оболочки – несколько выступающей передней части глазного яблока – и поверхность хрусталика являются частями почти идеальной сфер. Однако нередко кривизна одной или обоих этих поверхностей оказывается большей в одной плоскости, чем в какой – либо другой. Этот дефект, в результате которого получается нечёткое зрение, называется астигматизмом.

Астигматизм можно обнаружить при помощи рис.7. Нормальный глаз видит группы линий, изображенных на рисунке с одинаковой чёткостью на всех расстояниях от глаза. В случае, если глаз имеет астигматизм (каждый глаз проверяется отдельно), вертикальные или горизонтальные линии или некоторые линии между ними кажутся чёткими и чёрными, а линии, расположенные под прямым углом к ним, кажутся менее тёмными.

Астигматизм может причинить головные боли и создавать расплывчатость, в особенности, если читать длительное время подряд. Астигматизм исправляется цилиндрической линзой вместо сферической, как показано на рис. 8. Отметьте, в частности, что направление кривизны линзы очков должно совпадать с соответствующей кривизной глазного хрусталика. Следовательно, если астигматическая линза меняет своё положение относительно глаза, необходимо принять меры, чтобы вернуть её на место, так как совершенно необходимо, чтобы соответствующие кривизны совпадали.

Если мы смотрим на удалённый предмет, то нормально на одинаковых частях сетчатых оболочек глаза будут получаться одинаковые изображения; два изображения сливаются в одно благодаря вмешательству мозга. Это называется бинокулярным зрением.

Если изображения фокусируются на несоответствующих друг другу частях сетчатых оболочек глаза, то мозг неспособен слить эти изображения и в результате может получиться двойное изображение. Изображения не могут слиться также и в том случае, если они заметно асимметричны или одно больше другого. Сначала будет преобладать одно, а затем другое; они будут конкурировать. Если изображения не размыты, то вскоре изображение в одном глазу будет не размыто, то вскоре изображение в одном глазу будет подавлено, так что только одно изображение будет восприниматься мозгом. Фактически один глаз перестаёт функционировать. Если закрыть глаз с преобладающим изображением или если этот глаз перестанет функционировать, то во многих случаях его роль примет второй глаз. В результате оказывается, что такой человек нормально видит только одним глазом, но не отдаёт себе отчёт в этом. Косоглазые люди, если не исправить их недостатка, видят только одним глазом.

Бинокулярное зрение можно иллюстрировать, расположив небольшой кусок картона перпендикулярно к рис. 9 вдоль его средней линии и приложив нос к верхнему ребру картона, так что каждый глаз будет видеть только половину всего рисунка. В результате этого вы увидите одно трёхмерное изображение, имеющее не только длину и ширину, но и глубину. Другой хорошей иллюстрацией бинокулярного зрения являются старинный стереоскоп. Два изображения одного и того же предмета снимаются одновременно двумя фотоаппаратами, расположенными на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга, и готовые фотографии наклеиваются рядом на куске картона. Этот картон вставляется в стереоскоп так, что каждая из фотографий оказывается перед призмой и положительной линзой и каждый глаз видит только одну из фотографий. Призмы позволяют слить два изображения, а положительные линзы несколько увеличивают фотографии. В результате обе фотографии представляются в виде одного трёхмерного изображения, обладающего глубиной и всеми свойствами натуры. Левое изображение изображает несколько большую часть левой стороны трёхмерного тела, а правое изображение – несколько большую часть правой стороны это создает видимость глубины. Возможно также, что на той или иной фотографии может получиться несколько большая часть верхней или нижней стороны предмета. Эффект глубины получается при слиянии этих двух слегка различающихся изображений.

Развитием принципов бинокулярного зрения и методов стереоскопической фотографии является трёхмерное кино. Вместо одного изображения каждой сцены, как это имеет место в обычной кинематографии, снимаются две фотографии, двумя различными камерами, расположенными на расстояние нескольких сантиметров друг от друга. Обе фотографии проецируются одновременно на экран двумя различными проекторами, где проекторы поляризуют свет так, что плоскость поляризации одного проектора перпендикулярна к плоскости поляризации другого.

Если смотреть на экран через поляроидные очки( рис. 11), то один глаз видит одно изображение на экране, а другой – другое. В итоге оба изображения сливаются в мозгу в одно трехмерное.

Чтобы иметь успех во многих видах спорта и в других видах деятельности, где требуется большая острота зрения. Нужно уметь оценить расстояние и глубину, ни и в это же время видеть обоими глазами по сторонам.

Например, способность игрока оценить расстояние в баскетболе и футболе подвергается серьёзному испытанию, когда он передаёт мяч спешащему ему на помощь игроку, который находится далеко на другой стороне площадки или поля. Пасующий игрок также должен ясно и чётко видеть под прямым углом в обе стороны для того, чтобы предостеречься от игрока противной команды, подбегающего со стороны и отбирающего мяч.

Такой способностью должен обладать и хороший водитель автомашины. На перекрёстках оживлённых улиц он будет смотреть прямо перед собой, а не глазеть по сторонам. Но в таком положении его головы и глаз он обнаружит движущийся предмет, находящийся справа или слева от него и легко избежит столкновения с машиной, находящийся перед ним. При управлении машиной водитель должен иметь угол зрения 180 или 90 градусов.

Лишённые способности оценивать расстояние, спортсмены, не могут нормально согласовать свои действия с другими игроками. Они не попадают в бейсболе и неудачно попадают мячом в корзину, играя в баскетбол. Точно так же водитель автомашины, который не может хорошо оценивать расстояние и видеть в стороны, часто попадает в неприятные ситуации.

Оценка расстояния идет разными способами. На рис. 13 изображен длинный ряд телеграфных столбов, уходящий вдаль. В действительности все столбы находятся на одном и том же расстоянии от точки наблюдения. Секрет такой иллюзии состоит в том, что по мере увеличения расстояния предмета от глаза, уменьшается размер его изображения. На рис. 13 самый маленький на рисунке столб представляется наиболее удаленным, он

изображается таким же на сетчатой оболочке. Так как высота столбов приведена в соответствующей пропорции на рисунке и столбы правильно расположены друг относительно друга, то на сетчатой оболочке они дают изображение, вызывающее иллюзию удаления, хотя все эти предметы находятся на одном и том же расстоянии от глаза. Т. е., если мы наблюдаем несколько предметов, которые имеют одинаковые размеры, то мы судим об их относительных расстояниях по относительным размерам их изображений в нашем глазу. Данный опыт учит нас оценивать расстояние уединённого предмета по размеру его изображения. Простой прибор, которым можно пользоваться для оценки расстояний изображён на рисунке 14.

При смотрении обоими глазами в одну и ту же точку D, как показано на рис. 14, необходимо некоторое мускульное усилие для того, чтобы свести оба глаза внутрь это может послужить одной из причин, почему мы можем лучше оценивать расстояние обоими глазами, чем одним. Глаза расположены на некотором расстоянии друг от друга, и мы на опыте научаемся оценивать расстояние до точки D по мускульному усилию, необходимому для сведения (конвергенции) глаз. Чтобы иметь возможность увидеть ещё более близкую точку B, приходится употребить большее мускульное усилие для сосредоточения обоих глаз в точке В.

В военном деле употребляются дальномеры, которые действуют примерно так же. Две зрительные трубы находятся на определенном расстоянии друг от друга - база дальномера. Каждая из труб фокусируется на некоторый удалённый предмет, причем чем меньше угол, который образуется осями обоих труб, тем больше расстояние до этого предмета.

Существует также такой недостаток зрения, при котором оба изображения фокусируются не на соответствующих частях обеих сетчатых оболочек. При таком дефекте зрения возникает двойное изображение. Результат в более легких случаях неправильности в бинокулярном зрении. Этот недостаток объясняется тем, что мускулы обоих глаз работают не так, как они должны были бы работать, а не согласованно, т. е. мускулы не уравновешенны.

При помощи старинного стереоскопа, можно провести грубое испытание уравновешенности глазных мускулов. На рис. 9 изображена простая карта, которая вставляется в стереоскоп для проведения испытания. Шар для нормальных глаз должен находиться приблизительно в середине начерченной прямой, между отметками 4 и 6 через центр кружка должна проходить эта линия.

1. Артамонов И. Д., Иллюзии зрения, Физматгиз, 1961.
2. Вавилов С. И., Глаз и Солнце, Изд-во АН СССР, 1956.
3. Вавилов С. И., О “тёплом” и “холодном” свете, “Знание”, 1956.
4. Валюс Н. А., Как видит глаз, Гостехиздат, 1948.
5. Клементьев С. Д., Электронный микроскоп, Гостехиздат, 1956.
6. Кушнир Ю. М., Окно в невидимое, Гостехиздат, 1945.
7. Левшин В. П., Люминесценция и её технические применения, Изд-во АН СССР, 1956.
8. Миннарт М., Свет и цвет в природе, Физматгиз, 1959.
9. Орестов И. Л., Холодный свет, Гостехиздат, 1955.
10. Слюсарев Г. Г., О возможном и невозможном в оптике, Физматгиз, 1960.
11. Суворов С. Г., О чём рассказывает свет, Воениздат, 1963.