Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
9. Остановимся теперь схематически на теории цветного зрения Юнга — Гельмгольца (1821—1894), которая лучше других теорий согласуется с наблюдаемыми фактами. Она исходит из того экспериментально установленного факта, что ощущение любого цвета можно получить смешением спектрально чистых излучений красного, зеленого и сине-голубого цветов. На этом основании теория предполагает , что в глазу есть только три типа светочувствительных
приемников. Они отличаются друг от друга областями спектральной чувствительности. Красный свет воздействует преимущественно на приемники первого типа, зеленый — второго, сине-голубой — третьего. Сложением излучений таких трех цветов в различных коли- 140 геометрическая теория оптических изображений ' [гл. ii
чествах можно получить любую комбинацию возбуждений всех трех приемников, а это физиологически эквивалентно получению любого цветового ощущения. Еще не установлено, имеются ли приемники всех трех типов в каждой колбочке или" существуют три различных типа колбочек.
Встречаются люди (более 1% среди мужчин и около 0,1% среди женщин), зрение которых характеризуется отсутствием приемников одного из трех указанных типов. Они называются дихроматами. Дихромат не различает цвета всех излучений, которые для людей с нормальным зрением различаются по степени возбуждения приемника, недостающего у дихромата. Еще реже (примерно раз на миллион людей) встречаются монохроматы, у которых есть приемники только одного типа. Такие люди совсем не различают цвета.
10. Чувствительность глаза к излучениям различных длин волн характеризуется кривой видности. Ha этой кривой по оси абсцисс откладывается длина волны, а по оси ординат — видность Vi, т. е. величина, обратная энергетической мощности излучений, которые при оценке глазом воспринимаются как одинаково яркие. Визуальное сравнение яркостей излучений далеких друг от друга длин волн затруднительно. Поэтому для построения кривой видности обычно применяют метод малых ступеней, т. е. сравнивают попарно по видимой яркости излучения столь близких длин волн, что разница в цвете не затрудняет такое сравнение. Несмотря на субъективность этого метода, воспроизводимость результатов достаточно хороша, а кривые видности для различных людей не сильно отличаются друг от друга.
Кривая видности среднего нормального глаза при дневном зрении, утвержденная Международной осветительной комиссией, приведена на рис. 82. Она имеет максимум в желто-зеленой части спектра при % = 555 нм, условно принимаемый за единицу. При сумеречном зрении, когда работает -только палочковый аппарат, кривая видности сохраняет свой общий вид, но смещается в сторону коротких волн с максимумом около 510 нм. При этом область максимальной чувствительности сетчатки смещается на 10—20° в сторону от центральной ямки.
Еще в 1825 г. Пуркинье (1787—1869) наблюдал, что излучения различного цвета, воспринимаемые глазом как одинаково яркие, меняют свою видимую яркость не одинаково, если их ослаблять в одно и то же число раз. Яркость излучений с большей длиной волны уменьшается быстрее, чем с более короткой длиной волны. Если ограничить поле зрения, чтобы оно не превосходило 1,5°, и сконцентрировать сравниваемые излучения в пределах центральной ямки, то свет будет восприниматься только колбочками. Исследования показали, что в этом случае явление Пуркинье не наблюдается. Все это хорошо согласуется с двойным механизмом восприя- глаз и зрение
141
тия света: посредством колбочек и посредством палочек, которым соответствуют различные кривые видности.
11. Область, доступная зрительному восприятию глаза, конечно, не обрывается резко на длинах волн 400 и 760 нм. При К = 400 нм видность Vk примерно в 2500 раз, а при К = 760 нм — в 20 000 раз меньше, чем в максимуме. В условиях темновой адаптации глаз может видеть в очень слабой степени интенсивные инфракрасные лучи с длинами волн до 950, а ультрафиолетовые — до 300 нм.
Границы видимой области, а также сама форма кривой видности человеческого глаза не случайны. Глаз сформировался в процессе длительной эволюции, приспособившись к условиям освещения
400 450 SOO 600 700
К,нм
Рис. 82.
земных предметов солнечным светом, а также к условиям сумеречного и ночного освещения. На эту мысль наводит уже то обстоятельство, что на видимую область спектра приходится более 40% энергии излучения Солнца, хотя она и занимает интервал менее одной октавы. Далее, солнечный спектр вблизи поверхности Земли практически обрывается на длине волны 290,нм. Более короткие волны задерживаются слоем озона в атмосфере. Было бы биологически нецелесообразно, если бы глаз обладал способностью принимать излучение с длинами волн короче 290 нм.
Более того, глаз должен защитить себя от ультрафиолетовых лучей. Они в большинстве случаев химически разлагают органические вещества и могут убивать живые микроорганизмы и клетки. Особенно вредно попадание ультрафиолетовых лучей на сетчатку глаза. Чувствительность сетчатки к ультрафиолетовым лучам довольно велика и, как показал С. И. Вавилов, имеет резкий максимум при X = 380 нм. Однако от длинноволновых ультрафиолетовых лучей (290 < 1K < 400 нм), пропускаемых земной атмосферой, глаз защищен собственными средствами. Такие лучи сильно погло- 142 геометрическая теория оптических изображений ' [гл. II
