Оптичната система на окото

Човешкото око е сложна оптична система, състояща се от роговицата, течността в предната камера, лещата и стъкловидното тяло. Пречупващата сила на окото зависи от големината на радиусите на кривината на предната повърхност на роговицата, предната и задната повърхности на лещата, разстоянията между тях и коефициентите на пречупване на роговицата, лещата, вътреочната течност и стъкловидното тяло. Оптичната сила на задната повърхност на роговицата не се взема предвид, тъй като коефициентите на пречупване на роговичната тъкан и течността в предната камера са еднакви (както е известно, пречупването на лъчите е възможно само на границата между среди с различни коефициенти на пречупване).

Условно може да се счита, че пречупващите повърхности на окото са сферични и оптичните им оси съвпадат, т.е. окото е центрирана система. В действителност оптичната система на окото има много грешки. Така роговицата е сферична само в централната зона, коефициентът на пречупване на външните слоеве на лещата е по-малък от вътрешните, степента на пречупване на лъчите в две взаимно перпендикулярни равнини не е еднаква. Освен това оптичните характеристики в различните очи се различават значително и не е лесно да се определят точно. Всичко това усложнява изчисляването на оптичните константи на окото.

За оценка на пречупващата сила на всяка оптична система се използва конвенционална единица - диоптър (съкратено - dptr). За 1 dptr се взема силата на леща с основно фокусно разстояние 1 m. Диоптър (D) е реципрочната стойност на фокусното разстояние (F):

D=1/F

Следователно, леща с фокусно разстояние 0,5 m има пречупваща сила 2,0 dptrs, 2 m - 0,5 dptrs и т.н. Пречупващата сила на изпъкналите (събирателни) лещи се обозначава със знака плюс, вдлъбнатите (разсейващи) лещи - със знака минус, а самите лещи се наричат съответно положителни и отрицателни.

Има един прост метод, чрез който можете да различите положителна леща от отрицателна. За да направите това, трябва да поставите лещата на разстояние от няколко сантиметра от окото и да я преместите, например, в хоризонтална посока. Когато гледате обект през положителна леща, изображението му ще се движи в посока, обратна на движението на лещата, а през отрицателна леща, напротив, в същата посока.

За извършване на изчисления, свързани с оптичната система на окото, са предложени опростени схеми на тази система, базирани на средните стойности на оптичните константи, получени чрез измерване на голям брой очи.

Най-успешна е схематичната редуцирана гледна точка, предложена от В. К. Вербицки през 1928 г. Основните ѝ характеристики са: главната равнина докосва върха на роговицата; радиусът на кривината на последната е 6,82 мм; дължината на предно-задната ос е 23,4 мм; радиусът на кривината на ретината е 10,2 мм; коефициентът на пречупване на вътреочната среда е 1,4; общата пречупваща сила е 58,82 диоптъра.

Подобно на други оптични системи, окото е подложено на различни аберации (от латинското aberratio - отклонение) - дефекти на оптичната система на окото, водещи до намаляване на качеството на изображението на обект върху ретината. Поради сферичната аберация лъчите, излизащи от точков източник на светлина, се събират не в точка, а в определена зона по оптичната ос на окото. В резултат на това върху ретината се образува кръг на разсейване на светлината. Дълбочината на тази зона за „нормално“ човешко око варира от 0,5 до 1,0 диоптъра.

В резултат на хроматичната аберация, лъчите от късовълновата част на спектъра (синьо-зелени) се пресичат в окото на по-малко разстояние от роговицата, отколкото лъчите от дълговълновата част на спектъра (червени). Интервалът между фокусите на тези лъчи в окото може да достигне 1,0 Dptr.

Почти всички очи имат друга аберация, причинена от липсата на идеална сферичност на пречупващите повърхности на роговицата и лещата. Асферичността на роговицата, например, може да се елиминира с помощта на хипотетична пластина, която, когато се постави върху роговицата, превръща окото в идеална сферична система. Липсата на сферичност води до неравномерно разпределение на светлината върху ретината: светеща точка образува сложен образ върху ретината, върху който могат да се разграничат области с максимална осветеност. През последните години влиянието на тази аберация върху максималната зрителна острота се изучава активно дори при „нормални“ очи с цел нейното коригиране и постигане на т. нар. надзор (например с помощта на лазер).

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

Формиране на оптичната система на окото

Изследването на зрителния орган на различни животни в екологичен аспект свидетелства за адаптивния характер на рефракцията, т.е. за такова формиране на окото като оптична система, която осигурява на дадения животински вид оптимална зрителна ориентация в съответствие с характеристиките на жизнената му дейност и местообитанието му. Очевидно не е случайно, а исторически и екологично обусловено, че хората имат предимно рефракция, близка до еметропия, която най-добре осигурява ясно виждане както на далечни, така и на близки обекти в съответствие с разнообразието на техните дейности.

Закономерното сближаване на рефракцията с еметропията, наблюдавано при повечето възрастни, се изразява във висока обратна корелация между анатомичните и оптичните компоненти на окото: в процеса на неговия растеж се проявява тенденция за комбиниране на по-голяма пречупваща сила на оптичния апарат с по-къса предно-задна ос и, обратно, по-ниска пречупваща сила с по-дълга ос. Следователно, растежът на окото е регулиран процес. Растежът на окото трябва да се разбира не като просто увеличаване на размера му, а като насочено формиране на очната ябълка като сложна оптична система под влияние на условията на околната среда и наследствения фактор с нейните видови и индивидуални характеристики.

От двата компонента - анатомичен и оптичен, чиято комбинация определя рефракцията на окото, анатомичният е значително по-"подвижен" (в частност, размерът на предно-задната ос). Главно чрез него се реализират регулаторните влияния на организма върху формирането на рефракцията на окото.

Установено е, че очите на новородените, като правило, имат слабо пречупване. С развитието на децата рефракцията се увеличава: степента на хиперметропия намалява, слабата хиперметропия преминава в еметропия и дори миопия, а еметропичните очи в някои случаи стават късогледи.

През първите 3 години от живота на детето се наблюдава интензивен растеж на окото, както и увеличаване на рефракцията на роговицата и дължината на предно-задната ос, която до 5-7-годишна възраст достига 22 мм, т.е. е приблизително 95% от размера на окото на възрастен. Растежът на очната ябълка продължава до 14-15 години. До тази възраст дължината на очната ос се приближава до 23 мм, а пречупващата сила на роговицата - 43,0 диоптъра.

С растежа на окото, вариабилността на клиничната му рефракция намалява: тя бавно се увеличава, т.е. се измества към еметропия.

През първите години от живота на детето преобладаващият тип рефракция е хиперметропията. С нарастване на възрастта разпространението на хиперметропията намалява, докато еметропичната рефракция и миопията се увеличават. Честотата на миопията се увеличава особено забележимо, започвайки от 11-14 години, достигайки приблизително 30% на възраст 19-25 години. Делът на хиперметропията и еметропията на тази възраст е съответно приблизително 30 и 40%.

Въпреки че количествените показатели за разпространението на отделните видове очна рефракция при деца, дадени от различни автори, варират значително, гореспоменатият общ модел на промяна в очната рефракция с нарастване на възрастта се запазва.

В момента се правят опити да се установят средни възрастови норми за пречупване на очите при децата и този показател да се използва за решаване на практически проблеми. Както обаче показва анализът на статистическите данни, разликите във величината на пречупване при деца на една и съща възраст са толкова значителни, че подобни норми могат да бъдат само условни.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]