Оптична система ока

Людське око — це складна оптична система, що складається з рогівки, рідини передньої камери, кришталика та склоподібного тіла. Заломлююча сила ока залежить від величини радіусів кривизни передньої поверхні рогівки, передньої та задньої поверхонь кришталика, відстаней між ними та показників заломлення рогівки, кришталика, водянистої вологи та склоподібного тіла. Оптична сила задньої поверхні рогівки не враховується, оскільки показники заломлення тканини рогівки та рідини передньої камери однакові (як відомо, заломлення променів можливе лише на межі середовищ з різними показниками заломлення).

Умовно можна вважати, що заломлюючі поверхні ока є сферичними, а їхні оптичні осі збігаються, тобто око є центрованою системою. Насправді оптична система ока має багато похибок. Так, рогівка сферична лише в центральній зоні, показник заломлення зовнішніх шарів кришталика менший за внутрішні, ступінь заломлення променів у двох взаємно перпендикулярних площинах неоднаковий. Крім того, оптичні характеристики в різних очах суттєво відрізняються, і точно їх визначити непросто. Все це ускладнює розрахунок оптичних констант ока.

Для оцінки заломлюючої сили будь-якої оптичної системи використовується умовна одиниця – діоптрія (скорочено – дптр). За 1 дптр приймається сила лінзи з головною фокусною відстанню 1 м. Діоптрія (Д) – це обернене значення фокусної відстані (Ф):

D=1/F

Отже, лінза з фокусною відстанню 0,5 м має заломлюючу силу 2,0 дптр, 2 м - 0,5 дптр тощо. Заломлююча сила опуклих (збиральних) лінз позначається знаком плюс, увігнутих (розсіювальних) лінз - знаком мінус, а самі лінзи називаються відповідно позитивними та негативними.

Існує простий метод, за допомогою якого можна відрізнити позитивну лінзу від негативної. Для цього потрібно розмістити лінзу на відстані кількох сантиметрів від ока та рухати її, наприклад, у горизонтальному напрямку. При погляді на об'єкт через позитивну лінзу його зображення рухатиметься в напрямку, протилежному руху лінзи, а через негативну лінзу, навпаки, в тому ж напрямку.

Для проведення розрахунків, пов'язаних з оптичною системою ока, запропоновано спрощені схеми цієї системи, що базуються на середніх значеннях оптичних констант, отриманих шляхом вимірювання великої кількості очей.

Найбільш вдалим є схематичне зменшене око, запропоноване В. К. Вербицьким у 1928 році. Його основні характеристики: головна площина торкається верхівки рогівки; радіус кривизни останньої становить 6,82 мм; довжина передньо-задньої осі становить 23,4 мм; радіус кривизни сітківки становить 10,2 мм; показник заломлення внутрішньоочного середовища становить 1,4; загальна заломлююча сила становить 58,82 діоптрій.

Як і інші оптичні системи, око схильне до різних аберацій (від латинського aberratio - відхилення) - дефектів оптичної системи ока, що призводять до зниження якості зображення об'єкта на сітківці. Через сферичну аберацію промені, що виходять від точкового джерела світла, збираються не в точці, а в певній зоні на оптичній осі ока. В результаті на сітківці утворюється коло розсіювання світла. Глибина цієї зони для "нормального" людського ока коливається від 0,5 до 1,0 діоптрій.

Внаслідок хроматичної аберації промені короткохвильової частини спектра (синьо-зелені) перетинаються в оці на меншій відстані від рогівки, ніж промені довгохвильової частини спектра (червоні). Інтервал між фокусами цих променів в оці може досягати 1,0 Dptr.

Майже всі очі мають іншу аберацію, спричинену відсутністю ідеальної сферичності заломлюючих поверхонь рогівки та кришталика. Асферичність рогівки, наприклад, можна усунути за допомогою гіпотетичної пластини, яка, будучи розміщеною на рогівці, перетворює око на ідеальну сферичну систему. Відсутність сферичності призводить до нерівномірного розподілу світла на сітківці: світна точка формує на сітківці складне зображення, на якому можна розрізнити області максимального освітлення. В останні роки вплив цієї аберації на максимальну гостроту зору активно вивчається навіть у «нормальних» очах з метою її корекції та досягнення так званого спостереження (наприклад, за допомогою лазера).

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Формування оптичної системи ока

Розгляд органу зору різних тварин в екологічному аспекті свідчить про адаптивний характер рефракції, тобто про таке формування ока як оптичної системи, що забезпечує даному виду тварин оптимальну зорову орієнтацію відповідно до особливостей його життєдіяльності та середовища існування. Очевидно, не випадково, а історично та екологічно зумовлено, що у людини переважно рефракція, близька до еметропії, яка найкраще забезпечує чітке бачення як віддалених, так і близьких об'єктів відповідно до різноманітності її діяльності.

Закономірне наближення рефракції до еметропії, що спостерігається у більшості дорослих, виражається у високій зворотній кореляції між анатомічними та оптичними компонентами ока: у процесі його росту проявляється тенденція до поєднання більшої заломлюючої сили оптичного апарату з коротшою передньо-задньою віссю та, навпаки, меншої заломлюючої сили з довшою віссю. Отже, ріст ока є регульованим процесом. Ріст ока слід розуміти не як просте збільшення його розмірів, а як спрямоване формування очного яблука як складної оптичної системи під впливом умов навколишнього середовища та спадкового фактора з його видовими та індивідуальними особливостями.

З двох складових – анатомічної та оптичної, сукупність яких визначає рефракцію ока, анатомічна є значно більш «рухливою» (зокрема, розмір передньо-задньої осі). Саме через неї головним чином реалізуються регуляторні впливи організму на формування рефракції ока.

Встановлено, що очі новонароджених, як правило, мають слабку рефракцію. У міру розвитку дітей рефракція збільшується: ступінь гіперметропії зменшується, слабка гіперметропія переходить в еметропію і навіть міопію, еметропічні очі в деяких випадках стають короткозорими.

Протягом перших 3 років життя дитини відбувається інтенсивний ріст ока, а також збільшення рефракції рогівки та довжини передньо-задньої осі, яка до 5-7 років досягає 22 мм, тобто становить приблизно 95% від розміру дорослого ока. Ріст очного яблука триває до 14-15 років. До цього віку довжина осі ока наближається до 23 мм, а заломлююча сила рогівки – 43,0 діоптрій.

У міру зростання ока мінливість його клінічної рефракції зменшується: вона повільно збільшується, тобто зміщується в бік еметропії.

У перші роки життя дитини переважним типом рефракції є гіперметропія. З віком поширеність гіперметропії зменшується, тоді як еметропічна рефракція та міопія зростають. Частота міопії особливо помітно зростає, починаючи з 11-14 років, досягаючи приблизно 30% у віці 19-25 років. Частка гіперметропії та еметропії в цьому віці становить приблизно 30 та 40% відповідно.

Хоча кількісні показники поширеності окремих типів рефракції очей у дітей, наведені різними авторами, суттєво різняться, вищезгадана загальна закономірність зміни рефракції очей зі збільшенням віку зберігається.

Наразі робляться спроби встановити середні вікові норми рефракції ока у дітей та використовувати цей показник для вирішення практичних завдань. Однак, як показує аналіз статистичних даних, відмінності у величині рефракції у дітей одного віку настільки значні, що такі норми можуть бути лише умовними.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]