Цветовая оптика в средней школе

Как было уже отмечено, палочки цвета не различают.

Во многих случаях объекты, которые считаются одноцветными, при увеличении интенсивности света могут приобретать окраску. Например, изображение какой-нибудь слабой туманности в телескопе обычно кажется “чёрно-белым”, однако астроному Миллеру из обсерватории Маунт Вильсон и Паломар удалось благодаря своему упорству и терпению получить цветные снимки нескольких туманностей. Никто никогда не видел окраски туманностей своими глазами, но это не значит, что цвета созданы искусственным путём, просто интенсивность света была слишком мала, чтобы колбочки наших глаз могли определить цвет. Особенно красивы Кольцевидная и Крабовидная туманности. На снимке Кольцевидной туманности центральная часть окрашена в прекрасный синий цвет и окружена она ярким красным ореолом, а на снимке Крабовидной туманности на фоне голубоватой дымки перемежаются яркие красно-оранжевые нити.

Оказывается, что кроме обесцвечивания предметов при низких освещённостях наблюдается различие относительной яркости двух предметов, окрашенных в разные цвета. Палочки видят синий конец спектра лучше, чем колбочки, но зато колбочки видят, например тёмно- красный цвет, тогда как палочки его совершенно не могут увидеть -- он кажется чёрным. Описанное явление называется эффектом Пуркинье. Его также называют эффектом Пуркине, поскольку однозначного прочтения этой фамилии не принято.

Из двух квадратов, изображённых на рисунке 4 приложения при ярком освещении будет казаться более светлым красный, при слабом освещении -- синий. Это происходит потому, что максимум чувствительности колбочек лежит в жёлтом свете, а колбочек -- в зелёном. Это можно увидеть на приведённых выше рисунках №9 и № 17.

4.1 Как и всякий физический процесс, цветовое зрение свою теорию, своё математическое описание.

Главнейшим в цветовой оптике является то, каким нам этот цвет покажется. Для этого интегральным образом вводится эффективность излучения по отношению к данному зрительному пигменту.

Х=)()d -- интеграл от 0 до бесконечности по всему диапазону длин волн.

Х -- величина интеграла характеризует интенсивность возбуждения “с точки зрения данного приёмника”, данного зрительного пигмента.

х() -- кривые спектральной чувствительности.

Х_i задаётся интегралами вида

Х=()х_i()d= ()х_i()d, где i=1,2,...n.

При этом неотличимые излучения называются метамерными.

Применительно к цветовому зрению человека система координат X₁, X₂,... X_n получила название системы координат основных физиологических цветов.

Цвет поверхности.

Е()=S()()

S() -- функция спектрального распределения облучённости (энергетической освещённости или иначе -- спектр освещения, а () --функция спектрального распределения коэффициента отражения поверхности.

Тогда цвет поверхности будет выражаться следующим образом.

Х_i= ()()х_i()d, где i=1,2,...n

Далее n-мерный X-вектор называем цветом поверхности.

Правильное уравнение цвета поверхности можно получить, решив n- вышеприведённых уравнений относительно . Но к сожалению не всегда цвет предмета мы имеем возможность наблюдать при одинаковом освещении, поэтому необходимо вводить поправку на освещение.

Поправка на освещение по фон Крису.

()= Е()/S()

() -- спектральный коэффициент отражения есть отношение отраженного излучения Е() к падающему излучению.

~ _ _ ₀ _

_i=₀ Е()х_i()d/₀ S()х_i()d; X_i= ₀ S()х_i()d; грубый глаз (теория Гельмгольца)

~

_i -- оценка окраски поверхности.

~

Вектор вычисленный после поканального (для нормальных трихроматов их 3) введения поправки на освещение может служить оценкой окраски поверхности.

~₀

= X_i/ X_i

₀

X_i=_i X_i, где i=1,2,...n.

Спектр задаётся n параметрами, поэтому для задания окраски предмета тоже достаточно n параметров.

Тогда система интегральных уравнений принимает вышеприведённый вид.

С учётом этих уравнений могут быть созданы приборы для узнавания окраски не по трём параметров, как нормальный человеческий глаз, а по большему их числу. Однако, по сей день прибора, который различал цвета лучше, чем человек, не создано.

Блок-схема такого прибора приведена на рисунке №22.



Рис. 22

Большие ошибки в узнавании цвета при пользовании “лампами дневного света” показывают, что наша зрительная система не приспособлена к работе с такими источниками.

В ртутном излучении и переизлучённом света люминофоров очень мало красного, что и вызывает ошибку.

Поэтому, где это необходимо применяются машины для отождествления цвета настроенные на распознавание цветов в свете одного из стандартных источников.

А -- лампа накала Т=2856 К

В -- прямое солнечное освещение Т= 4870 К

С -- свет пасмурного неба Т=6770 К

Использование эталонов удешевляет конструкцию цветораспознающего прибора.

На условия наблюдения оказывает не только источник, но и Среда, через которую проходит свет, то есть, фильтр. А фильтрами могут служить самые необычные предметы.

Так нейтральным фильтром является хвойный лес, а лиственный даёт два максимума на фоне равномерного поглощения -- максимум рассеяния хлорофилла в зелёной и далёкой красной области спектра.

Но целостной картины мы пока не получили. Для этого надо записать определитель для кривых спектральных чувствительностей, характерных для n пигментов.

х₁(₁)х₁(₂) ... х₁(_n)

х₂(₁)х₂(₂) ... х₂(_n) 0

х_n(₁) х_n(₂) ...х_n(_n)

Этот определитель описывает n-мерное цветное зрение. Пусть определитель 0. Но для некоторых точек он будет равен нулю. Это соответствует линейной зависимости спектрального интервала. Спектральным интервал будем называть m-мерным участком спектра в общем случае n-мерного (n>m) цветового зрения, если для любых наборов длин волн ₁₂..._n в пределах интервала ранг этих матриц равен m.

В длинных волнах (665 нм), например, кривые чувствительностей экспоненциально гасятся, поэтому на границах видимого участка в некотором приближении определитель можно считать одномерным.

В диапазоне от 545 до 665 -- двумерным.

Цвета монохроматических излучений Е()=Е₀(--₀) принято называть спектральными цветами.

Х_i=₀ S()()х_i()d= Е₀х_i(₀), i=1,2...n

Кроме стандартного цветового графика существует ещё множество цветовых диаграмм. Одна из них изображена на рисунке №21.



Рис. 23 Рис. 24

При сечении положительного направления цветового конуса в круге можно получить фигуру, эквивалентную фигуре цветового графика RGB.

Для любой подобной фигуры справедливо следующее утверждение. Индикатором вогнутости или выпуклости различных участков поверхности спектральных цветов может служить знак детерминанта матрицы. Для выпуклых участков он положителен, для вогнутых -- отрицателен. Кроме того на отдельные участки цветового конуса наряду со спектральными цветами могут попадать также цвета некоторых не монохроматических излучений.

Так, на участке 435--455 нм имеет место слабая вогнутость, что значит, что зрительных компоненты всё-таки не 3. С другой стороны, до сегодняшнего дня четвёртого компонента не обнаружено. (обнаружено 5, но два из них дублируют друг друга при больших и малых яркостях).

Вопрос до конца пока не разрешён. Одним из разумных объяснений представляется такое, в котором предполагается, что часть зрительных ощущений мы можем получать от клеток, которые никакого отношения к зрению не имеют. Этот эффект аналогичен случаю, когда человек слышит не ушами, то есть речь идёт о рудиментарных способностях всех клеток выполнять функции общие для всего организма.

Тем не менее в работе Пчелинова продолжается геометрическая модель трёхмерного цветового пространства, где каждому цвету в положительном направлении цветового конуса соответствует вектор. Вектора в цветовом пространстве при взаимодействии цвета поверхности и света, освещающего эту поверхность перемножаются. При этом вектора имеют три свойства:

1 Рефлексивность -- при взаимодействии цвета и света с определённой спектральной характеристикой излучения и поглощения, когда они тождественны результатом будет являться полное отражение или 1.

2 Симметричность -- при взаимодействии цвета и света с разными кривыми испускания и поглощения при перемене между собой этих характеристик результирующий цвет останется постоянным.

3 Транзитивность -- если при взаимодействии первого и второго а также второго и света второго и третьего присутствует полное отражение, то при взаимодействии первого и третьего оно также будет присутствовать.

Коэффициент отражения, очевидно, не может быть больше единицы.

01

₀

Если вектор Х -- цвет освещения, а

вектор Х --некоторый цвет, то Х* дополнительный к Х, если

* ₀

Х_i+ Х_i =Х_i

Это показано на рисунке 22.

Тогда функция отражения некоторого цвета и дополнительного к нему будет составлять полную группу, то есть являться аддитивной.

+*=1

Это можно переписать в виде

k₁+(1--k) ₂ -- аддитивно подобранная смесь, если составляет 1 при k1.

Процесс зрения является с точки зрения термодинамики самым совершенным из всех эндоэргических процессов.

5.1 Мной был проделан опыт по измерению угла разрешения человеческого глаза. На расстоянии 120 м при солнечном освещении в полдень был разрешён предмет длиной 16 мм. Длину предмета измерили потом. Угол разрешения составлял 0,458, что практически полностью совпадает с дифракционным пределом и почти в двое превосходит общепринятый значения для предельного угла разрешения. При этом я пользовался очками 2,5 дптр, хотя имею близорукость -1,5 дптр. товарищ же не пользовался очками и разглядел другой предмет длиной 20,5 мм и его угол разрешения составил 0,587.

5.2 Максимальную частоту мельканий, которую ещё фиксирует глаз, мы можем померить и дома. Для этого нужен стационарный кассетный магнитофон, и кассета в прозрачном корпусе с бобинами помеченными сегментами другого цвета. Лучше брать BASF-120. В этой кассете вставки делаются из чёрной пластмассы, которая занимает 1/7 часть круга. Максимальное время срабатывания глаза -- то время в течении которого предмет пройдёт половину своей длины, т. е. 1/14 круга, если время срабатывания меньше, объект замечен не будет.

При перемотке в движение приводится одна бобина с определённой угловой скоростью, поддерживаемой постоянной. Эффективный радиус этой бобины при вращении будет увеличиваться, а другой уменьшаться. по мере сматывания с неё ленты. Считая ленту нерастяжимой, то линейные скорости ободов бобин будут одинаковыми, а угловые -- обратно пропорциональны радиусам.

l _{одного оборота}=2(R+rn)

R --радиус бобины без ленты

r --толщина ленты

n -- количество оборотов по счётчику, для ведущей бобины.

l _ленты=2(R+rn)dn= 2rn+2 rn²/2=2rn +rn²

⁰

Длина ленты проставлена на корпусе кассеты --176 м.

R=0,011 м (справочник)

Выражаем и вычисляем толщину плёнки:

r=(l-- 2rn)/n²=l/n²--2R/n=1,174*10^--5 м

n=n_{показания счётчика}*k; k=1100/1384=0,795; n=1440

В момент, когда глаз перестал улавливать вращение бобины, показание счётчика n₁=1650 n₁=1312

n₂=161 n₂=128

Тогда R₁=R+ n₁r=0,0125

R₂=R+ n₂r=0,026

₁R₁=v₁; ₂R₂=v₂

Но радиальные скорости, как отмечалось выше, равны между собой, то ₂=₁R₁/ R₂

₁=т/2t, откуда частота обращений -- 36,1 Гц, а предельная чувствительность глаза к мельканию -- 505 Гц.

Это измерено при несветящимся объекте. В против ном случае из формул для угловой чувствительности глаза становится понятно, что при св6етящемся объекте частота мельканий, которые засечёт глаз будет больше.

Измерено при прямом солнечном свете. При электрическом чувствительность падает (влияет мелькание, обусловленное питанием лампы переменным током.

Поэтому частота питающего напряжения для осветительной сети должна быть, по крайней мере 1000 Гц, или ток должен быть постоянным без колебаний во времени.

5.3 по Ландсбергу человеческий глаз чувствителен к длинам волн от 400 до 760 нм. Однако по проведённым измерениям на УМ-2 оказалось, что при слабых источниках и засветке глаз чувствителен к диапазону 388,9 нм 772,7 нм. Измерения проводились с излучением различных газов -- водорода, паров железа, ртути, гелия, неона, криптона и с излучением гелий-неонового лазера. В последнем случае были обнаружены линии не характерные для гелия и неона. Присадки обнаружить на удалось. Данные занесены в таблицу № 6 “Наблюдение фраунгоферовых линий”.

№	Показания	Цвет линий			,	% * 10-3	Химический
п/п	барабана		экспериментальная,	табличная,			элемент
1	2704	красный	6560	6562,85 6562,73	-2,85 -2,73	43 40	H
2	1707	бирюзовый	4870	4861,33	8,65	17	H
3	1076	сине-фиолетовый	4356	4340,47	13,57	35	H
4	669	синевато-фиолетовый	4080	4101,74	-21,74	-53	H
5	2908	бордовый	7610	7653,76	-43,76	570	Fe
6	2892	тёмно-вишнёвый(сок)	7450	7445,776	4,224	56	Fe
7	2850	вишнёвый (сок)	7150	7164,469	-14,47	202	Fe
8	2824	ривлон	7035	7068,413	-33,41	470	Fe
9	2762,25	ярко-вишнёвый (сок)	6782	6752,734	29,266	420	Fe
10	2754,15	брусничный	6766	6750,155	15,845	230	Fe
11	2730	венозная кровь	6650	6663,444	-13,44	201	Fe
12	2698,1	тёмно-красный	6535	6569,225	-34,23	520	Fe
13	2694	клюквенный	6530	6546,245	-16,25	248	Fe
14	2654	красный	6410	6411,659	-1,659	25	Fe
№	Показания	Цвет линий			,	% * 10-3	Химический
п/п	барабана		экспериментальная,	табличная,			элемент
15	2650	алый	6400	6400,013	-0,013	0,203	Fe
16	2632	кумачовый	6387	6393,605	-6,605	-10,3	Fe
17	2626,3	карминный	6300	6301,510	-1,53	-24,0	Fe
18	2609,9	закатный	6270	6265,140	4,86	78,1	Fe
19	2585,3	оранжево-красный	6215	6213,435	1,565	25,2	Fe
20	2560	апельсиновый	6150	6157,732	-7,732	-126	Fe
21	2552	оранжевый	6135	6137,697	-2,697	43,9	Fe
22	2542,25	лисий	6112	6127,915	-15,92	-260	Fe
23	2539	рыжий	6102	6103,185	-1,185	19,3	Fe
24	2534	шафранный	6095	6102,182	-7,182	-118	Fe
25	2501,6	медовый	6025	6021,819	3,181	52,8	Fe
26	2483,6	янтарный	5985	5984,804	0,196	3,27	Fe
27	2474	соломенный	5973	5973,58	-0,58	-9,71	Fe
28	2446	жёлтый крон	5945	5940,968	4,032	67,8	Fe
29	2444	цитронный	5937	5934,86	2,14	36,0	Fe
30	2435	лимонный	5895	5883,848	11,152	189	Fe
31	2420,5	салатный	5870	5869,756	0,244	4,16	Fe
32	2373,0	желто-зелёный	5812	5816,376	-1,676	-75,2	Fe
33	2362	гороховый	5762	5763,013	-1,013	-17,6	Fe
34	2326	зелёно-желтоватый	5698	5701,5511	-3,551	-61,6	Fe
35	2289,5	клевер, выросший при слабом свете	5649	5655,498	-6,498	-115	Fe
36	2274	молодая липа	5615	5615,6521	-0,652	-11,6	Fe
37	2192	майская зелень	5495	5497,5196	-2,520	45,8	Fe
38	2187	июньская зелень	5486	5487,138	-1,138	-20,7	Fe
39	2162	травяная зелень	5480	5480,873	-0,873	-15,9	Fe
40	2105	зелёный	5350	5353,389	-3,389	-63,3	Fe
41	2068	клеверный	5296	5298,780	-2,78	-52,5	Fe
42	2035,5	малахитовый	5250	5250,6490	-0,649	-12,4	Fe
43	2032	ярко-изумрудный	5242	5242,4955	-0,495	-9,43	Fe
44	1921,5	изумрудный	5115	5110,4139	4,586	87,3	Fe
45	1919	тёмно-изумрудный	5103	5102,24	0,76	14,9	Fe
46	1882	ярко-еловый	5060	5065,016	-5,065	99,1	Fe
47	1856	тёмно-еловый	5025	3027,136	-2,136	42,5	Fe
48	1836	морская волна	5007	5006,1254	0,8746	17,5	Fe
49	1813,5	голубая ель	4983	4983,855	-0,855	17,1	Fe
50	1779	бирюзовый	4941	4939,6896	1,3104	26,5	Fe
51	1749	голубовато-бирюзовый	4912	4911,800	0,2	4,07	Fe
52	1731	голубой с прозеленью	4889	4890,76	-1,76	36,0	Fe
53	1557	голубой	4704	4707,2804	-3,280	69,7	Fe
54	1257	лазурный	4480	4479,66	0,34	7,5	Fe
55	1239,25	синий сливовый	4466	4466,5542	0,554	12,4	Fe
56	1155,5	ультрамарин	4411	4415,1250	-4,125	-93,4	Fe
57	1129	сине-фиолетоватый	4391,5	4390,9542	0,546	12,4	Fe
58	973	чернильный	4285	4282,4057	2,594	60,6	Fe
59	953	фиалковый	4260	4260,4794	-0,479	11,3	Fe
60	743,5	фиолетовый	4127	4127,6113	-0,611	14,8	Fe
61	512	тёмно-фиолетовый	3995	3997,3952	-2,3952	-60,0	Fe
62	460	мягкий фиолетовый ультрафиолет	3940	3940,8797	-0,8797	-22,3	Fe
63	2426	оранжево-жёлтый	5876	5875,97	0,03	0,511	He
64	2191	еловый	5492	5447,97	45	826	He
65	1868	голубая ель	5043	5016	27	535	He
66	1778	бирюзовый	4943	4921,93	21,07	426	He
67	1568	голубой	4724	4713,15	10,85	230	He
68	1271	лазурный	4492,5	4471,48	21,02	468	He
69	2921,5	бордовый	7726	7544,05	--	--	?
70	2709	вишнёво-красный (сок)	6585	6598,9528	-13,95	211	Ne
71	2608	алый	6276	6376,04	-0,04	0,637	Ne
72	2560	карминный	6165	6164	1	16,2	Ne
73	2551	апельсиновый	6136	6142,51	-6,51	-106	Ne
74	2456,3	рыжий	5933,7	5934,46	-0,76	-12,8	Ne
75	2152	июньская зелень	5418	5419	-1	-18,5	Ne
76	1556	сапфировый	4712,3	4715,344	-3,044	-66,5	Ne
77	2655	алый	6404	6409,84	-5,84	-91,1	Kr
78	2427	жёлтый	5880	5872,89	7,11	120,9	Kr
79	2265	салатный	5594	5580,34	13,66	244	Kr
80	1305,5	лазурный	4515	4523,14	-8,14	180	Kr
81	1131	сине-фиолетоватый	4392	4382,72	9,28	211	Kr
82	970	чернильный	4285	4282,9	2,1	49,0	Kr
83	2844	вишнёвый сок	7130	7091,86	38,14	535	Hg?
84	2384	шафранный	5797,7	5790,66	7,04	121	Hg?
85	2369	соломенный	5782	5789,66	-7,66	-1,32	Hg
86	2194	молодая липа	4982	4973,57	8,43	169	Hg
87	1765	бирюзовый	4913,2	4916,07	-2,87	-58,3	Hg
88	1112,5	сине-фиолетоватый	4378,0	4358,33	19,67	449	Hg
89	584,5	тёмно-фиолетовый	4034	4046,56	12,56	-310	Hg

Таблица № 7 “Линии неона в гелий-неоновом лазере.”

№	Показа-ния	Цвет линий			,	% * 10-3	Химичес-кий
п/п	бараба-на		эксперимен-тальная,	табличная,			элемент
90	2796	венозная кровь	6705	6717,043	-12,043	1,79	Ne
91	2729	тёмно-красный	6545	6532,882	12,118	1,85	Ne
92	2661	рубиновый	6330	6334,4280	-4,428	0,70	Ne
93	2660	ярко-красный	6328	6328,17	-0,17	-0,03	Ne
94	2650	закатный	6312	6313,69	-1,69	-0,27	Ne
95	2578	оранжевый	6117	6128,45	-11,45	-1,87	Ne
96	2553,6	рыжий	6075	6074,3377	0,6623	1,09	Ne
97	2538	шафранный	6038	6029,9970	8,003	1,33	Ne
98	2510	янтарный	5965	5965,474	-0,474	-0,08	Ne
99	2498	соломенный	5956	5944,8343	11,1657	1,88	Ne
100	2461	жёлтый крон	5863	5852,4880	10,512	1,80	Ne
101	2451	лимонный	5855	5868,42	-13,12	-2,29	Ne
102	2400	жёлто-зелёный	5762	5764,4182	-2,4182	-2,33	Ne
103	1816	голубовато-бирюзовый	4921,7	4921,7	0	0	Ne
104	1262	синий	4442	4437	-5	-1,13	Ne
105	576	тёмно-фиолетовый	4076	4120,82	-44,82*	-10,9	Ne
106	178	мягкий фиолетовый ультрафиолет	3850	3888,65	-38,65*	-9,94	Ne

*-- эти значения имеют большое расхождение с реальными спектральными линиями благодаря погрешности графика для определения длин волн по показаниям барабана. В таблице курсивом выделены те длины волн, которые вызывают сомнение в принадлежности данному элементу (по видимому имеют место неопределённые присадки.

среднее для первой таблицы --3,084 .

_____

_i=247,8 ; _i =2,753

(среднеквадратичная ошибка).

_n=25,94; _n-1=26,08 -- дисперсия по всей последовательности, дисперсия по всей последовательности, но без первого члена.

Однако, опыт был поставлен не совсем корректно, поскольку не учитывалось ослабление коротковолновых и длинноволновых излучений в стекле, а также источники излучения были очень небольшой мощности. Это даёт существенную ошибку при фоновой засветке.

В связи с этим была проделана следующая работа, в которой по возможности были устранены недостатки аппаратуры. Из-за сложностей с оборудованием исследование проводилось только в ультрафиолетовой области.

А. В. Голдин, В. В. Сперантов

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГЛАЗА В ОБЛАСТИ УЛЬТРАФИОЛЕТА

Московский педагогический государственный университет. 119435, Москва, Малая Пироговская, 1

Описана методика, позволяющая в условиях студенческого лабораторного практикума подтвердить факт чувствительности глаза к ультрафиолету. Результаты эксперимента дают основание предполагать существование двух типов реакции глаза на ультрафиолет и оценить характерные для этих типов значения длин волн, при которых зрительные ощущения исчезают.

В литературе нередко встречаются противоречивые сведения о физических возможностях глаза. Это означает, что эти свойства ещё мало изучены. В частности, по сведениям различных источников границы спектральной чувствительности глаза достаточно расплывчаты. Так в [1] эти границы принимаются равными 400 и 760 нм, в [2] -- 400 и 800 нм, а в [3] -- 310 и 3000 нм. Эта неопределённость становится понятной при рассмотрении кривой видности (Рис. 1), касательная к которой при ?<400 нм и ?>760 нм становится почти параллельной оси абсцисс.

В многих работах [1,2,7] предполагается, что чувствительность глаза к ультрафиолету равна нулю. Однако, в ряде исследований [3,4,5]?приведены экспериментальные данные, подтверждающие обратное (Рис. 9 в “Физических основах цветовой оптики”).

Там же отмечено, что “наблюдение” ультрафиолета возможно лишь в специальных условиях (при полном затемнении и привыкании наблюдателя к темноте в течении 1 часа).

В связи с этим в нашем исследовании изначально предполагалось подтвердить сам факт чувствительности глаза к ультрафиолету в условиях студенческого практикума. Для этого в затемненном помещении была установлена ртутная лампа ДРК-120 в металлическом кожухе, имеющем регулируемое отверстие, монохроматор МДР-72 с фильтром УФС-3 толщиной 5 мм из набора светофильтров к ОИ-18.



Рис. 1

Узкий пучок света, попадающий на входную щель монохроматора, разлагался зеркальной дифракционной решёткой, давая размытое изображение этой щели на сетчатке глаза наблюдателя. При повороте решётки достигается изменение спектрального состава света, попадающего в глаз наблюдателя. Примечательно, что испытуемый мог наблюдать ультрафиолет после привыкания к сумеречному освещению в течении 3-10 мин, что существенно меньше, чем в опытах Пинегина. Это можно объяснить большей интенсивностью используемого нами, света, которая тем не менее, оставалась по крайней мере на порядок ниже, чем в средний солнечный день [2,7].

При исследовании испытуемому предлагалась область ~362 нм соответствующая ртутной линии с максимальной энергией и максимальной прозрачности фильтра (Рис 3). Затем постепенно монохроматор перестраивался для наблюдения света более длинных волн. Коэффициент пропускания для этих длин волн уменьшается. Поэтому при некоторой длине волны l--_max зрительные ощущения пропадали.



Полученные значения l--_max служит параметром оценки яркостной чувствительности глаза. Таким же способом была получена и ??_{min 1} в коротковолновой области, соответствующая хроматической границе ультрафиолетовой чувствительности человеческого глаза (первый тип реакции). Однако, для некоторых испытуемых были получены данные, свидетельствующие о чувствительности к более жёсткому УФ. Поскольку эта чувствительность не связана с цветовыми ощущениями, её называют ахроматической. Предел этой чувствительности характеризуется значениями l--_{min 2} (второй тип реакций на жёсткий УФ).

В результате экспериментов удалось оценить предельные длины волн чувствительности к УФ. Результаты приведены в таблице.

№	Пол	Возраст,лет	lmax	lmin1	l--min 2	Средние значения для мужчин и женщин, нм.
1	Ж	18	398	292	--
2	Ж	>45	396	362 *	--
3	Ж	18	411	296	--
4	Ж	19	387	330	--	l--max = 406,2
5	Ж	18	403	309	--
6	Ж	19	420	292	--	l min 1=300,6
7	Ж	19	403	296	--
8	Ж	19	403	304	--	l--min 2 = 228,0
9	Ж	21	403	298	--
10	Ж	21	405	334	--
11	Ж	>45	405	280	--
12	Ж	18	422	293	--
13	Ж	21	405	334	--
14	Ж	37	404	302	--
15	Ж	19	428	296	228
16	М	18	400	296	--
17	М	17	410	297	--	l--max =405,6
18	М	21	408	294	218
19	М	>60	403	302	--	l min 1=293,7
20	М	20	403	296	218
21	М	18	408	281	--	l--min 2 =227,3
22	М	19	407	290	245
			l--ср. max =406,0	l--ср. min1 = 300,6	l--ср. min 2 =227,3

* -- Как резко выпадающий из ряда результатов в вычислении среднего не учитывался.

Данные нагляднее представить в графической форме (Рис. 4).

Результаты исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. Все испытуемые обнаружили чувствительность к ультрафиолету.

2. Границы видности УФ индивидуальны.

3. Обнаружено отчетливое отличие “цветов” ультрафиолетовых линий в диапазоне 400 -- 300 нм.

4. Чувствительность к жёсткому ультрафиолету в среднем выше у мужчин, как по сравнению с женщинами, так и по сравнению с данными, приведёнными в [3,4].

5. Среди наблюдателей старшего возраста отмечено естественное снижение чувствительности к УФ.

6. Надёжность результатов может быть повышена благодаря применению фильтров УФС-1, УФС-6.

Результаты эксперимента позволяют надеяться обнаружить ахроматическую чувствительность к свету с длиной волны меньше 300,6 нм у большего числа испытуемых. Для этого целесообразно использовать источник света с максимумом излучения в области 300,6<--l<200 нм и фильтра с той же полосой пропускания. При этом проводить эксперимент следует при предельной допустимой интенсивности света.

Подтверждение чувствительности в ультрафиолетовой области можно получить из графика цветов треугольника Максвелла. На графике видно, что цвета для волн короче 400 нм выходят за границу цветового треугольника. Это можно увидеть на рисунке №26.

Рисунок № 26

5. 4 Расчёт зависимости коэффициента преломления некоторого стекла от длины падающей волны. С помощью этой зависимости можно получить Зависимость любого прозрачного материала в видимой области. Чаще всего значение для коэффициентов преломления сред даётся для длины волны 556 нм. (максимум спектральной чувствительности глаза при дневных освещённостях). Для этой цели измерения были проведены при свете ртутной лампы с оптически плотным флинтом на лабораторном гониометре.

Таблица № 10 “Зависимость коэффициента преломления от длины волны”

, нм	n
579	1,7363
546	1,7414
492	1,7519
436	1,7678
408	1,7830

По табличным данным найдём функцию зависимости показателя преломления этого стекла от длины волны падающего излучения. Поскольку эта функция зависимости коэффициента преломления от длины волны, то она может иметь вид либо

ln(a), либо -- ⁿa

Остановимся удобства ради на последнем. В работе будет использоваться метод наименьших квадратов.

Пусть наша функция будет выглядеть как

n=a/^m

Ищем минимум функции

а= =0,5834

m= =-13,188512

Таким образом конечная формула принимает вид.

n=0,5834/^-13,188512

Эта формула справедлива только для видимого излучения в диапазоне 380-800 нм В этом диапазоне ошибка в определении коэффициента не превышает 0,169 %. Для стекла с показателем преломления n, n брать не 0,5834, а 03355n/

5.5 Бытует мнение, что аккомодация у молодых людей 16-20 летнего возраста не превышает 8- 10 дптр, между тем, ближняя точка в ряде случаях оказывалась не на 10-12 см, а на расстоянии 5,6-5,8 см., что соответствует по ранее приведённым данным близорукости -15,6 дптр, что действительности не соответствовало. Таким образом имеем для этого возраста пределы аккомодации 16,4 дптр.

Глава ІІ. “Физиологические и психологические основы изучения цветовой оптики”

2.1 Явление цвета отчасти обусловлено физическими процессами, протекающими в глазу. Но цвет кроме того связан ещё с функцией глаза и с деятельностью мозга. Только в результате взаимодействия здорового, работоспособного глаза и лучей определённого сорта возникают те богатейшие ощущения света и цвета, которые позволяют человеку ясно воспринимать расположение, форму, размеры и многие другие свойства окружающих предметов, свободно ориентироваться в пространстве и уверенно управлять своими движениями и действиями. С восприятием света связано множество интересных явлений, в которых тесно переплетаются и физические, и физиологические процессы.

Воспринимающий свет зрительный орган у человека и многих позвоночных животных -- глаз. Схематическое строение глаза у человека и животных отличается мало, за исключением случая, когда глаза фасеточные.

Схема строения глаза человека изображена на рисунке № 6 приложения. Снаружи круглое тело глаза, или, как говорят, глазное яблоко, одето прочной защитной оболочкой белого цвета, которую называют склерой. Она представляет собой то, что в разговорной речи называют белком глаза. Склера непрозрачна, но в передней части она переходит в выпуклую, как бы несколько приподнятую роговую оболочку или роговицу. Под склерой расположен слой представляющий собой сложное переплетение кровеносных сосудов, питающих глаз, и поэтому называемый сосудистой оболочкой. В передней части глаза, за роговой оболочкой, этот слой переходит в радужную оболочку или радужку. У разных людей радужную оболочка имеет разную окраску. Окраска зависит от глубины залегания пигментного слоя и его толщины. Самый тонкий пигментный слой (меланина) у светлоглазых. Толщина нарастает от светло-голубого к чёрному.

Для определения цвета глаз используют различные шкалы. Наиболее удачной является шкала В. В. Бунака. В ней различаются три основных типа окраски радужки (тёмная, смешанная, светлая), с разбивкой каждого типа на 4 класса; всего, таким образом выделяется 12 номеров.

1 тип -- тёмный

№ 1 чёрный (зрачок не отличим по цвету от радужины)

№ 2 тёмно-карий (равномерная окраска радужины)

№ 3 светло-карий ( радужина в разных местах окрашена не равномерно)

№ 4 жёлтый (очень редкий цвет).

2 тип -- переходный (смешанный)

№ 5 буро-жёлто-зелёный (преобладают бурые и жёлтые элементы)

№ 6 зелёный

№ 7 серо-зелёный (преобладает зелёный фон)

№ 8 серый или голубой с буро-жёлтым венчиком (каёмкой вокруг зрачка).

3 тип -- светлые

№ 9 серый (различные оттенки серой окраски)

№ 10 серо-голубой (хорошо выражен рисунок в виде тёмных или светлых серых полосок, синеватый тон по краям)

№ 11 голубой (также рисунок в виде полосок, основной фон голубой)

№ 12 (основной тон синий, рисунок не выражен).

Географическая дифференциация цвета глаз совпадает с окраской волос, но светлые оттенки глаз в средних по пигментации группах встречаются значительно чаще, чем светлые волосы. Глаза смешанных оттенков (до 20 и выше) отмечены у ряда народов Сибири.

Половые различия в окраске радужины не велики; в целом (не во всех группах) женщины обладают несколько более тёмной пигментацией.

Возрастные изменения довольно значительны. У светлоглазых индивидуумов радужина в детском возрасте обычно светлее, а у тёмноглазых -- темнее.

В старческом возрасте процент тёмных глаз несколько уменьшается, в тёмно пигментированных группах главным образом за счёт увеличения количества смешанных оттенков.

Окраска радужной оболочки и есть то, что в жизни мы называем “цветом” глаз. За разноцветность она и названа радужной или ирисовой (по имени древней богини радуги Ириды), -- хотя её расцветка далеко не соответствует той пестроте, которая характерна для радуги на небе. Радужная оболочка не прозрачна и в центре её находится отверстие -- зрачок , сквозь которое световые лучи проходят внутрь глаза. Пространство между роговой и радужной оболочками наполнено особой жидкостью -- водянистой влагой, оно называется передней камерой глаза.

За зрачком находится хрусталик. так называется прозрачное упругое студенистое тело, по форме своей напоминающее те двояковыпуклые линзы или чечевицы, из которых составляют объективы оптических приборов (а иногда и окуляров). это самая важная часть оптической системы глаза.

Вся внутренняя часть глазного яблока заполнена прозрачным студенистым веществом, называемым стекловидной влагой или стекловидным телом. Эта влага вместе с хрусталиком, влагой передней камеры глаза и роговой оболочкой составляет сложную оптическую систему, которая даёт на внутренней стенке глазного яблока действительное изображение рассматриваемого предмета . Изнутри глазное яблоко устилается особой тонкой плёнкой, или кожицей,, называемой сетчатой оболочкой или ретиной. Она представляет собой очень тонкую мелкую сетку, составленную из чувствительных к свету окончаний глазных нервов. Изучая строение ретины под микроскопом, Обнаружили, что вся она сложена из очень мелких телец, каждое из которых соединяется тонкой ниточкой нерва с головным мозгом. Этот нерв называется аксоном. Тельца по форме разделяются на две группы. одни из них -- коротенькие и округлые. Их называют колбочками. Другие имеют вытянутую, удлинённую форму и называются палочками. Они изображены на рисунке № 27

Рис. 27

Палочки и колбочки это как раз и есть те микроскопические объекты, в которых происходит восприятие частичная переработка информации светового луча. В палочках содержится особое вещество розового цвета, которое называется зрительным пурпуром или родопсином. Под действием света оно разрушается и обесцвечивается. чем ярче свет, тем больше родопсина будет разложено и тем сильнее будет то ощущение света, которое...