Девять цветов радуги

Штейнгауз Александр Израилевич

Те, кто занимается фотографией, знают, что в объективах существует устройство, очень напоминающее радужную оболочку. Это диафрагма. Действительно, их назначение совершенно тождественно: и та и другая нужны для того, чтобы регулировать количество света, попадающего в глаз или на светочувствительный слой фотопленки. Но между ними есть и большая разница. В подавляющем большинстве фото- и киноаппаратов диафрагму регулируют вручную, руководствуясь либо оценкой «на глазок», либо показаниями специальных приборов — фотоэкспонометров. Размеры же зрачка меняются автоматически, с помощью специальной группы мышц, прикрепленных к радужной оболочке.

Регулированием отверстия зрачка

управляет мозг, но происходит это подсознательно, благодаря особому рефлексу. Мы не замечаем и не чувствуем этого процесса, хотя совершается он непрерывно. Интересно отметить, что некоторое сокращение и расширение зрачка происходит даже тогда, когда человек долгое время остается в комнате, где есть только искусственный свет. В те часы, когда «на воле» день, зрачок обследуемого сокращается, а в ночные часы — расширяется, хотя условия освещения на протяжении всего опыта остаются неизменными.

За радужной оболочкой помещается хрусталик — упругое прозрачное двояковыпуклое тело, представляющее собой собирающую линзу. Он находится в особой прозрачной капсуле, которую со всех сторон охватывает кольцеобразная мышца, называемая реснитчатым телом. Если она расслаблена, поверхности хрусталика имеют наименьшую кривизну. Сокращение реснитчатого тела заставляет хрусталик изменять свою форму; при этом выпуклость поверхностей хрусталика увеличивается.

Пространство между роговицей и передней поверхностью хрусталика заполнено прозрачной жидкостью, так называемой камерной влагой. Предполагают, что она образуется в результате особо тонкой фильтрации крови.

Строение хрусталика довольно сложно. Он состоит из нескольких вложенных одна в другую чечевичек. Оптические свойства каждой из них неодинаковы: внутренние преломляют свет сильнее, чем внешние. Роговица и хрусталик совместно представляют собой оптическую систему глаза; они выполняют ту же роль, что и объектив фотоаппарата. Изображение в глазу, даваемое хрусталиком совместно с роговицей, перевернуто вверх ногами так же, как и в фотоаппарате. Этот «недостаток» глаза исправляет мозг. Отделы мозга, ведающие зрением, еще в раннем детстве перестраиваются таким образом, что видимый мир занимает правильное положение.

Чтобы получить хорошую фотографию, нужно обязательно навести на резкость, то есть добиться четкого, нерасплывчатого изображения на фотоэмульсии. Этого мы достигаем, перемещая объектив вдоль продольной оси. Если объект съемки находится очень далеко (практически дальше 50—250 метров), расстояние между объективом и эмульсией должно быть наименьшим. Если же ведется съемка очень близкого предмета, объектив следует дополнительно отодвинуть от пленки.

Так, если объектив имеет фокусное расстояние, равное 5 сантиметрам, то, для того чтобы получить четкий снимок предмета, отстоящего от камеры на 25 сантиметров, необходимо выдвигать объектив вперед. Если вначале он был установлен в положение, соответствующее наводке на бесконечность, его придется выдвинуть на 1,25 сантиметра, то есть ровно на 1/4 фокусного расстояния.

Продевая нитку в игольное ушко, мы держим руки на расстоянии примерно 10–15 сантиметров от глаз. И тогда маленькое отверстие и конец нитки видны ясно и четко. Зато, когда мы любуемся луной или заходящим солнцем, объекты наблюдения находятся от нас на громадных расстояниях. Но воспринимаются они так же четко и ясно, как и игольное ушко. Это происходит потому, что глаз тоже осуществляет наводку на резкость. Только происходит это автоматически. Способность глаза наводиться на резкость различна у разных животных. Наиболее развита она у человека и человекообразных обезьян.

К слову сказать, техника до последних

лет не знала, как осуществить автоматическую наводку на резкость в различных фото- и киноустройствах. Сейчас делаются самые первые шаги в этом направлении, и оказывается, что автоматическая наводка на резкость совсем не простая задача.

Способность глаза давать резкое изображение объектов, находящихся на разных расстояниях, называется аккомодацией. Аккомодация, или наводка на резкость, осуществляется с помощью хрусталика. Только происходит она не путем перемещения хрусталика в глазу вдоль оптической оси, а путем изменения кривизны его поверхностей или, иными словами, путем изменения фокусного расстояния оптической системы глаза. Когда мы смотрим вдаль, хрусталик делается наименее выпуклым, а фокусное расстояние наибольшим; когда разглядываем ближние предметы, хрусталик становится более выпуклым.

К сожалению, с возрастом аккомодация глаза ухудшается, так как хрусталик теряет свои упругие свойства. Уже к сорока годам аккомодация значительно падает, а к семидесяти пяти годам глаз почти полностью теряет способность одинаково резко видеть (без помощи очков) как близкие, так и далекие предметы.

Хрусталик послужил когда-то образцом для первых стеклянных линз. С тех пор прошло много веков, и искусство варки и обработки стекла достигло высокой степени совершенства. Оптические предприятия многих развитых стран изготавливают из оптического стекла линзы и зеркала самой различной формы и размеров. Одни можно разглядеть только в лупу, другие — огромных размеров. Например, для Крымской обсерватории было сделано стеклянное зеркало для телескопа-рефлектора весом 4 тонны и рабочим диаметром 2,6 метра. Его обработка велась при строго постоянной температуре и длилась 15 месяцев.

Изменение выпуклости хрусталика позволяет людям четко видеть предметы и людей, находящихся на различных расстояниях. При правильной аккомодации изображение фокусируется точно на сетчатке и воспринимается нами четко. У близорукого человека изображение фокусируется не на сетчатке, а ближе к хрусталику; у дальнозоркого, наоборот, четко сфокусированное изображение должно находиться за сетчаткой, вне пределов глаза. Чтобы видеть четко, близорукому или дальнозоркому человеку необходимо носить очки.

В самые последние годы ученые и инженеры сумели создать новые типы объективов, обладающих очень ценными свойствами. Это так называемые варифокальные объективы, фокусное расстояние которых может плавно изменяться в широких пределах по желанию оператора. Иногда такие объективы называют резиновыми. Они представляют собой весьма сложные оптико-механические системы, состоящие из нескольких стеклянных линз, каждая из которых сама по себе имеет неизменное фокусное расстояние.

Но одиночную линзу с переменным фокусным расстоянием пока еще изобрести никому не удалось. Создать линзу по типу хрусталика, используя неупругое стекло, невозможно. Для этого следует искать новые оптические материалы. Теперь, когда промышленность пластиков бурно развивается, можно надеяться, что будет найден и такой пластик, который окажется пригодным для создания искусственного хрусталика. А он очень нужен в медицине для лечения грозной болезни: катаракты — помутнения хрусталика. Но в нем нуждаются не только больные. Можно смело сказать, что изобретение линз с переменным фокусным расстоянием привело бы к революции в ряде областей оптической промышленности.