Р Бз 30 град в ис. 3. Мз 135 град Мз 135 град Слз 60 град а

На рисунке 3 приведены поля обзора зрительных систем голубя (рис 3А) и приматов (рис 3В). У приматов, как видно из рисунка, размер зоны бинокулярного зрения достигает 124 градусов, но зато появляется значительная по величине слепая зона.

Измерения схем полей зрения у разных животных позволили выяснить один важнейший факт: у всех “преследуемых “ животных, независимо от их положения на эволюционной лестнице, - у рыб, птиц, млекопитающих – расположение глаз преимущественно боковое, поле зрения - панорамное, т.е. обеспечивающее максимальный обзор; у “преследователей” глаза, как правило, расположены фронтально и велика общая для обеих глаз часть поля зрения. По-видимому, обнаружение опасности и выбор направления для бегства обеспечиваются монокулярным зрением; точность атаки – обнаружение жертвы и выбор оптимальной траектории нападения реализуется объединенной работой двух глаз (бинокулярным зрением).

Наше зрение обладает одним удивительным свойством: мы видим все внешнее расположенным вне нас. Наш зрительный образ внешнего мира оказывается вынесенным наружу из нашей головы и локализованным в соответствующем месте пространства. При этом мы воспринимаем внешний мир объемным, то есть, воспринимаем предметы объемными и пространственно смещенными друг относительно друга по глубине. Это восприятие объемности внешнего мира присуще как монокулярному так и бинокулярному зрению. Вопрос о механизмах монокулярного восприятия глубины до сих пор окончательно не решен, что же касается бинокулярного зрения, то в этом вопросе ясности гораздо больше.

В научной литературе, посвященной зрению, есть такое понятие –стереоскопический эффект. Стереоскопический эффект – это зрительное восприятие окружающих предметов объемными и пространственно смещенными друг относительно друга по глубине при бинокулярном (двумя глазами) наблюдении. В этом случае стереоскопический эффект обусловлен слиянием в единый образ в сознании двух изображений объекта, видимых раздельно правым и левым глазом. Простой житейский пример показывает, что наша зрительная система при бинокулярном зрении позволяет осуществить локализацию по глубине с большей точностью, чем монокулярная система: продеть нитку в игольное ушко, закрыв один глаз, намного сложнее, чем при бинокулярном зрении.

Второе преимущество “двуглазой” зрительной системы, имеющей бинокулярное поле зрения, по сравнению с “одноглазой” системой, заключается, таким образом, в более эффективном восприятии глубины зрительного пространства. Бинокулярное зрение дает и еще несколько преимуществ нашей зрительной системе, но эти вопросы мы рассматривать не будем.

Рассмотрим кратко механизм бинокулярного зрения. Для этого необходимо ввести и в дальнейшем использовать некоторые специальные понятия.

Бификсация. Когда оба глаза направлены в одну и ту же точку внешнего мира, то есть проекция этой точки на каждой сетчатке попадает в центр фовеа (центральная ямка сетчатки), говорят, что имеет место бификсация данной точки.

Корреспондирующие (или идентичные) точки двух сетчаток - это точки (а точнее – фоторецепторы), положение которых в сетчатке каждого глаза одинаково. Рассмотрим рисунок 4. На рис. 4а глаза смотрят на бесконечно удаленный объект. Слева от этого объекта расположен другой объект, лучи которого изображены жирными линиями.

Рис.4.

Изображение первого объекта попадает в фовеа правого и левого глаза. Точки Оl и Оr – корреспондирующие. Точно также изображения второго объекта будет попадать на корреспондирующие точки Аl и Аr, поскольку координаты этих точек на сетчатках правого и левого глаз одинаковы. Вместо координат на сетчатке удобно рассматривать углы Сl и Сr, которые будут равны между собой для корреспондирующих точек. При фиксации близкой точки F на корреспондирующие точки сетчаток попадают проекции точек круга, проходящего через точку фиксации и оптические центры обоих глаз (рис. 4б).

Очевидно, что в естественных условиях зрения при любой позиции глаз подавляющее

большинство объектов внешнего мира проецируется на некорреспондирующие точки сетчаток

Обратимся к рисунку 5.

Рис.5

2

Хпр

L

Xлев

1

Сл

Спр

Пусть мы рассматриваем объект 1, расположенный на некотором удалении L от наших глаз. Зрительные оси наших глаз рефлекторно поворачиваются и изображение объекта 1 попадает в центры сетчаток правого и левого глаз – точки О на рис. 5. Если во внешнем мире в это же самое время будет находится другой объект 2, расположенный ближе к нам на величину L, то его изображение будет попадать в место на сетчатке левого глаза с координатой Хл, а на сетчатку правого глаза в место с координатой Хпр. Между местоположениями изображений объекта 2 на левой и правой сетчатках будет существовать разница

Х = Хлев – Хпр

Эта разница называется диспаратность сетчаточных проекций изображений объекта 2.

Принято эту разницу измерять и описывать в угловых единицах, то есть,диспаратность двух изображений объекта 2 для нашего случая:

С = Слев - Спр

Из рис.5 видно, что величина диспаратности С будет зависеть от взаимного расположения объектов по глубине, то есть от L. При уменьшении L будет уменьшатся и диспаратность и, наоборот, при увеличении L диспаратность будет возрастать.Если объект 2 будет располагаться дальше фиксируемого объекта 1, то величина диспаратности С поменяет знак (если С было больше нуля, то оно станет отрицательным и наоборот).

Анализируя вышесказанное, мы приходим к выводу о том, что при бинокулярном зрении на сетчатках двух глаз всегда существуют сведения о взаимном расположении объектов (или деталей одного объекта) по глубине. Эти сведения содержатся в величине и знаке диспаратности двух сетчаточных изображений. Однако, как показывает наш жизненный опыт, если диспаратность превысит какую-то величину (а это соответствует большой разнесенности объектов по глубине, то есть большому L), то наша бинокулярная система перестанет учитывать ее и мы будем воспринимать объект 2 не единым, а двоящимся. Чтобы в этом убедиться, достаточно проделать простое наблюдение: посмотрим на дальнюю стену комнаты, вытянем перед собой руку с поднятым вверх пальцем и заметим, что зрительный образ пальца будет двоящимся.

Цель данной работы – убедиться, что зрительная система человека при бинокулярном зрении использует параметр диспаратности для создания объемного (стереоскопичного) зрительного образа внешнего мира и определить максимальную величину диспаратности, при превышении которой зрительный образ данного объекта не воспринимается единым и наступает его двоение.

Экспериментальная часть.

Для решения поставленных задач нам необходимо менять местоположение изображения какого-либо объекта на сетчатке одного глаза. При этом положение изображения этого же объекта на сетчатке другого глаза изменяться не должно. Этого можно достичь, используя метод раздельного предъявления двух одинаковых изображений правому и левому глазу. В лабораторной работе раздельное предъявление изображений правому и левому глазу достигается благодаря использованию поляризаторов и поляризованного света.

Физические основы данного метода.

Свет называется поляризованным, если имеет место упорядоченность в ориентации электрического вектора Е световой волны в плоскости перпендикулярной световому лучу. Различают поляризацию по кругу (круговая поляризация), поляризацию по эллипсу (эллиптическая поляризация) и линейную поляризацию. При линейной поляризации электрический вектор Е в световой волне колеблется строго в одной фиксированной плоскости (см. рис.6)

Рис.6

Л уч света ( ) распространяется на нас.

Плоскость, перпендикулярная

световому лучу

Е

Е

Плоскость поляризации Линейная поляризация в другой

плоскости

Свет, излучаемый обычными источниками ( Солнцем, электрическими лампами накаливания, люминисцентными лампами), как правило, не поляризован. Это означает, что электрические вектора различных волн (квантов) в таком луче ориентированы в самых различных плоскостях (см. рис.7)

Рис.7

Из неполяризованного света можно получить свет с линейной поляризацией. Для этого неполяризованный свет пропускают через специальные кристаллы или через специальные пленки. Такие конструкции называются поляризаторами. Неполяризованный свет, прошедший через поляризатор, оказывается, таким образом, поляризованным (рис8.)

Рис. 8

Источник

неполяризованного

света

Поляризатор

Линейно поляризованный свет

При вращении поляризатора (см. рис. 8) плоскость поляризации полученного линейно поляризованного света также будет поворачиваться.

Если линейно поляризованный свет пропустить через другой поляризатор, то можно обнаружить, что интенсивность прошедшего через второй поляризатор света будет зависеть от взаимной ориентации первого и второго поляризаторов (рис.9). При одинаковом расположении молекулярных структур обеих поляризаторов интенсивность прошедшего света будет максимальна. В этом случае говорят, что поляризатор 1 и поляризатор 2 находятся в параллельном положении (состоянии). Если же поляризатор 2 повернуть на 90 градусов, то он перестанет пропускать свет с данной ориентацией плоскости поляризации. Такое положение поляризаторов 1 и 2 принято называть скрещенным.

Р

Поляризатор 1

Поляризатор 2

ис.9

Для дальнейшего удобно обозначить символом ( ) ориентацию плоскости поляризации линейно поляризованного света. При таком обозначении для оптической системы, состоящей из двух поляризаторов, мы можем записать следующее:

 - поляризаторы расположены параллельно, световой поток полностью проходит через два поляризатора;

 -поляризаторы скрещенны, световой поток на выходе системы отсутствует.

Экспериментальная установка

Лабораторная работа проводится на экспериментальной установке, которая состоит из трех диапроекторов с соответствующими слайдами, специального экрана и очков-поляризаторов. Первый и второй диапроекторы служат для создания на экране двух одинаковых изображений узкой светлой полоски определенных размеров. С помощью третьего диапроектора на экране создается светлый кружок. (рис.10)

Рис.10

Экран

Полоска 1.

Свет линейно поляризован 

Полоска 2.

Свет линейно

поляризован

Кружок

Свет не поляризован

Изображения полосок создаются с использованием линейно поляризованного света. Для этого в диапроектор 1 устанавливается поляризатор. Точно такой же поляризатор устанавливается в диапроектор 2, но при этом он располагается в скрещенном с поляризатором диапроектора 1 положении. В этом случае полоски 1 и 2 (рис.10) будут светиться поляризованным во взаимно перпендикулярных плоскостях светом.

Кружок на экране создается неполяризованным светом, излучаемым третьим диапроектором.

Во втором диапроекторе предусмотрена возможность плавного перемещения слайда в горизонтальном направлении. Такое перемещение слайда позволяет смещать полоску 2 на экране (см. рис.10) и располагать ее на различных расстояниях слева или справа от полоски 1 или же совмещать положение полосок 1 и 2 на экране.

Очки-поляризаторы, используемые в данной работе, это обычная оправа очков, в которую вместо стекол вставлены два поляризатора. Эти поляризаторы ориентированы во взаимно перпендикулярных плоскостях, совпадающих с плоскостями поляризации света полосок 1 и 2 на экране установки. Если одеть такие очки и посмотреть на экран, то, в силу вышесказанного, возникнет следующая ситуация: свет, излучаемый полоской 1, попадет на сетчатку одного глаза, а свет, излучаемый полоской 2, на сетчатку другого глаза. При этом свет от кружка, поскольку он не поляризован, попадет на сетчатки обоих глаз. В результате, мы будем видеть левым глазом кружок и одну из полосок, а правым глазом – кружок и другую полоску.

Вид экрана левым глазом Вид экрана правым глазом

1

2

Таким образом, при бификсации кружка мы имеем следующие условия наблюдения:

Рис.11





Ориентация поляризованного

света





Ориентация поляризаторов

Слев

Спр

В случае, когда положение полосок на экране совпадает ( они наложены друг на друга), Слев = Спр , изображения полосок на сетчатках правого и левого глаза попадают в корреспондирующие точки сетчаток. При смешении полоски 2 вправо или влево углы Слев и Спр становятся не равными и возникает диспаратность С = Слев - Спр.

Порядок выполнения лабораторной работы

Испытуемый одевает очки-поляризаторы и располагается на рабочем месте экспериментальной установки. Наблюдая экран со стимулами, он убеждается в том, что имеет место раздельное предъявление полосок на сетчатки правого и левого глаза, то есть он убеждается, что одна полоска видна одним глазом, а другая полоска видна другим глазом.

Экспериментатор, аккуратно манипулируя кадродержателем диапроектора, совмещает полоски на экране. После этого испытуемый фиксирует взгляд на кружке. Экспериментатор плавно и медленно перемещает одну полоску на экране вправо. Испытуемый убеждается, что при этом возникает стереоэффект, то есть возникает ощущение различной локализации по глубине кружка и полоски. Смещение одной полоски на экране экспериментатор продолжает до тех пор, пока испытуемый не обнаружит двоение зрительного образа полоски. Затем экспериментатор измеряет величину максимальной диспаратности, при превышении которой наступает двоение зрительного образа.

Измерение максимальной диспаратности в единицах угла осуществляется с помощью обычной линейки, расположенной непосредственно перед экраном ниже стимулов-полосок. Измеряется расстояние между полосками на экране в сантиметрах и затем эта величина переводится в угловые единицы (в угл. мин.) В данной экспериментальной установке расстояние от глаз испытуемого до экрана таково, что линейному размеру на экране в 1см соответствует угол зрения в 20 угл. мин. Таким образом, например, если измерения на экране максимального расстояния между полосками дало значение 3см., то максимальная диспаратность С = 3см. 20 угл.мин.см. 60 угл.мин.

Аналогичное измерение проводится у данного испытуемого при смещении полоски 2 на экране влево. Полученные результаты записываются.

В опытах в качестве испытуемых участвуют все студенты группы по очереди.

По окончании работы каждый студент представляет преподавателю отчет, в котором должны содержаться следующие разделы:

1. Краткий конспект теоретической части данной работы

2. Суть экспериментальной части

3. Результаты эксперимента в виде таблицы:

Инициалы Мах. диспаратность (угл.мин.)

испытуемого

влево вправо