Ögats optiska system

Det mänskliga ögat är ett komplext optiskt system som består av hornhinnan, främre kammarvätskan, linsen och glaskroppen. Ögats brytningsförmåga beror på storleken på krökningsradierna på hornhinnans främre yta, linsens främre och bakre ytor, avstånden mellan dem och brytningsindexen för hornhinnan, linsen, kammarvatten och glaskroppen. Den optiska förmågan hos hornhinnans bakre yta beaktas inte, eftersom brytningsindexen för hornhinnevävnaden och främre kammarvätskan är desamma (som bekant är strålbrytning endast möjlig vid gränsen mellan medier med olika brytningsindex).

Konventionellt kan man anta att ögats brytningsytor är sfäriska och att deras optiska axlar sammanfaller, dvs. ögat är ett centrerat system. I verkligheten har ögats optiska system många fel. Således är hornhinnan sfärisk endast i den centrala zonen, brytningsindexet för linsens yttre lager är lägre än de inre, och strålarnas brytningsgrad i två ömsesidigt vinkelräta plan är inte densamma. Dessutom skiljer sig de optiska egenskaperna avsevärt åt i olika ögon, och det är inte lätt att bestämma dem exakt. Allt detta komplicerar beräkningen av ögats optiska konstanter.

För att utvärdera brytningsförmågan hos ett optiskt system används en konventionell enhet - dioptri (förkortat - dptr). För 1 dptr tas effekten hos en lins med en huvudbrännvidd på 1 m. Dioptri (D) är det reciproka värdet av brännvidden (F):

D=1/F

Därför har en lins med en brännvidd på 0,5 m en brytningsförmåga på 2,0 dptr, 2 m - 0,5 dptr, etc. Brytningsförmågan hos konvexa (konvergerande) linser indikeras med plustecknet, konkava (divergerande) linser - med minustecknet, och linserna själva kallas positiva respektive negativa.

Det finns en enkel metod för att skilja en positiv lins från en negativ. För att göra detta måste du placera linsen på ett avstånd av några centimeter från ögat och flytta den, till exempel i horisontell riktning. När man tittar på ett objekt genom en positiv lins kommer dess bild att röra sig i motsatt riktning mot linsens rörelse, och genom en negativ lins, tvärtom, i samma riktning.

För att utföra beräkningar relaterade till ögats optiska system föreslås förenklade scheman för detta system, baserade på medelvärdena för optiska konstanter erhållna genom att mäta ett stort antal ögon.

Det mest framgångsrika är det schematiska reducerade ögat som föreslogs av VK Verbitsky 1928. Dess huvudsakliga egenskaper är: huvudplanet berör hornhinnans spets; krökningsradien för den senare är 6,82 mm; längden på den främre-bakre axeln är 23,4 mm; näthinnans krökningsradie är 10,2 mm; brytningsindex för det intraokulära mediet är 1,4; den totala brytningskraften är 58,82 dioptrier.

Liksom andra optiska system är ögat utsatt för olika aberrationer (från latin aberratio - avvikelse) - defekter i ögats optiska system, vilket leder till en minskning av bildkvaliteten av ett objekt på näthinnan. På grund av sfärisk aberration samlas strålar som kommer från en punktkälla inte i en punkt, utan i en viss zon på ögats optiska axel. Som ett resultat bildas en cirkel av ljusspridning på näthinnan. Djupet på denna zon för ett "normalt" mänskligt öga varierar från 0,5 till 1,0 dioptrier.

På grund av kromatisk aberration skär strålarna i den kortvågiga delen av spektrumet (blågrönt) varandra i ögat på ett kortare avstånd från hornhinnan än strålarna i den långvågiga delen av spektrumet (rött). Avståndet mellan dessa strålars fokus i ögat kan uppgå till 1,0 Dptr.

Nästan alla ögon har en annan aberration som orsakas av avsaknaden av ideal sfäricitet hos hornhinnans och linsens brytningsytor. Hornhinnans asfäricitet kan till exempel elimineras med hjälp av en hypotetisk platta, som, när den placeras på hornhinnan, förvandlar ögat till ett ideal sfäriskt system. Avsaknaden av sfäricitet leder till ojämn ljusfördelning på näthinnan: en lysande punkt bildar en komplex bild på näthinnan, på vilken områden med maximal belysning kan urskiljas. På senare år har denna aberrations inverkan på maximal synskärpa aktivt studerats även hos "normala" ögon i syfte att korrigera den och uppnå så kallad övervakning (till exempel med hjälp av en laser).

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

Bildandet av ögats optiska system

En undersökning av olika djurs synorgan ur den ekologiska aspekten vittnar om refraktionens adaptiva natur, dvs. om en sådan bildning av ögat som ett optiskt system som ger den givna djurarten optimal visuell orientering i enlighet med egenskaperna hos dess livsaktivitet och livsmiljö. Tydligen är det inte en slump, utan historiskt och ekologiskt betingat, att människor övervägande har en refraktion nära emmetropi, vilket bäst säkerställer tydlig syn på både avlägsna och nära objekt i enlighet med mångfalden av deras aktiviteter.

Den regelbundna brytningsvinkeln till emmetropi som observeras hos de flesta vuxna uttrycks i en hög invers korrelation mellan ögats anatomiska och optiska komponenter: under ögats tillväxtprocess uppstår en tendens att kombinera en större brytningsförmåga hos den optiska apparaten med en kortare anterior-posterior axel och omvänt en lägre brytningsförmåga med en längre axel. Följaktligen är ögontillväxt en reglerad process. Ögontillväxt bör inte förstås som en enkel ökning av dess storlek, utan som en riktad bildning av ögongloben som ett komplext optiskt system under påverkan av miljöförhållanden och den ärftliga faktorn med dess art och individuella egenskaper.

Av de två komponenterna – anatomiska och optiska, vars kombination bestämmer ögats refraktion, är den anatomiska betydligt mer "mobil" (i synnerhet storleken på den främre-bakre axeln). Det är främst genom den som kroppens reglerande inflytande på bildandet av ögats refraktion realiseras.

Det har fastställts att nyföddas ögon i regel har svag brytning. Allt eftersom barn utvecklas ökar brytningen: graden av hypermetropi minskar, svag hypermetropi övergår i emmetropi och till och med myopi, emmetropiska ögon blir i vissa fall närsynta.

Under de första 3 åren av ett barns liv sker en intensiv tillväxt av ögat, liksom en ökning av hornhinnans brytning och längden på den anteroposteriora axeln, som vid 5-7 års ålder når 22 mm, dvs. är ungefär 95 % av storleken på ett vuxet öga. Ögonglobens tillväxt fortsätter till 14-15 år. Vid denna ålder närmar sig ögonaxelns längd 23 mm och hornhinnans brytningsförmåga är 43,0 dioptrier.

Allt eftersom ögat växer minskar variationen i dess kliniska refraktion: den ökar långsamt, dvs. övergår mot emmetropi.

Under ett barns första levnadsår är den dominerande typen av refraktion översynthet. Med ökande ålder minskar förekomsten av översynthet, medan emmetropisk refraktion och myopi ökar. Förekomsten av översynthet ökar särskilt markant, från 11-14 år och når cirka 30 % vid 19-25 års ålder. Andelen översynthet och emmetropi vid denna ålder är cirka 30 respektive 40 %.

Även om de kvantitativa indikatorerna för förekomsten av enskilda typer av ögonrefraktion hos barn, som anges av olika författare, varierar avsevärt, kvarstår det ovan nämnda allmänna mönstret av förändring i ögonrefraktion med ökande ålder.

För närvarande görs försök att fastställa genomsnittliga åldersnormer för ögonbrytning hos barn och att använda denna indikator för att lösa praktiska problem. Men som analysen av statistiska data visar är skillnaderna i brytningens storlek hos barn i samma ålder så betydande att sådana normer endast kan vara villkorade.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]