Оптическая система глаза

В функциональном отношении глаз можно разделить на два основных отдела: светопроводящий и световоспринимающий.

Светопроводящий отдел составляют прозрачные среды глаза: роговица, влага передней камеры, хрусталик и стекловидное тело. Световоспринимаюшим отде­лом является сетчатка. Изображение предметов внешнего мира воспроизводится на сетчатке с помощью оптической систе­мы светопроводящих сред. Лучи света, отраженные от рассматриваемых предметов, проходят через четыре преломляющие по­верхности: переднюю и заднюю поверхно­сти роговицы, переднюю и заднюю поверх­ности хрусталика. При этом каждая из них отклоняет луч от первоначального направ­ления, в результате в фокусе оптической системы глаза образуется действительное, но перевернутое изображение рассматри­ваемого предмета.

Преломление света в оптической систе­ме называется рефракцией. Учение о рефракции основано на законах оптики, характеризующих распространение света в различных средах.

Прямая линия, проходящая через цен­тры кривизны всех преломляющих поверх­ностей, является оптической осью глаза (рисунок 4.1).

Рис. 4.1 – Ход лучей в оптической системе глаза

F₁ – передний фокус;

F₂ – задний фокус;

Н₁ – первая главная точка;

Н₂ – вторая главная точка;

К₁ – первая узловая точка;

К₂ – вторая узловая точка;

F₁ – F₂ – оптическая ось глаза;

G₁ – G₂ – зрительная ось глаза.

Лучи света, падающие параллельно этой оси, после преломления собираются в главном фокусе системы. Параллельные лучи идут от бесконечно удаленных предметов, следовательно, главным фокусом оптической системы называется то место на продолжении оптической оси, где образуется изображение бесконечно удаленных предметов.

Расходящиеся лучи, идущие от предметов, расположенных на любом конечном расстоянии, будут собираться уже в других, дополнительных фокусах. Все они бу­дут располагаться дальше главного фокуса, так как для фокусировки расходящихся лучей требуется дополнительная преломляющая сила, тем большая, чем сильнее рас­хождение падающих лучей, т. е. чем ближе к линзе источник этих лучей.

В сложной оптической системе фокусное расстояние измеряется не от вершины какой-либо преломляющей среды, а от условной главной плоскости этой системы, которая вычисляется математически из величин преломляющей силы каждой пре­ломляющей поверхности и расстояния между ними.

Расстояние от главной плоскости до главного фокуса называется главным фокусным расстоянием оптической системы (F).

Фокусное расстояние характеризует оптическую силу системы. Чем сильнее пре­ломляет система, тем короче ее фокусное расстояние. Для измерения оптической силы линз используют величину, обратную фокусному расстоянию, которая называ­ется диоптрией. За одну диоптрию (дптр.) принимается преломляющая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м. Зная фокусное расстояние линзы (F), нетрудно опреде­лить ее рефракцию (D) по формуле

D = 1 м/ F м или D = 100 cм / F см

Для характеристики оптической системы глаза необходимо знать радиусы кри­визны передней и задней поверхностей роговицы и хрусталика, толщину роговицы и хрусталика, глубину передней камеры, длину анатомической оси глаза и показате­ли преломления прозрачных сред глаза.

Измерение этих величин (кроме показателей преломления) можно выполнить на живом глазу. Методы, предложенные для этой цели, делят на три группы: оптический, рентгенологический и ультразвуковой. С помощью оптических методов производят непосредственное измерение отдельных элементов преломляющего аппарата, длину оси определяют путем вычислений. Рентгенологический и ультразвуковой методы позволяют непосредственно измерить длину оси глаза.

Для упрощения расчетов в области физиологической оптики, связанных с пре­ломлением света в глазу, рядом исследователей предложен так называемый схема­тический глаз. Наилучшим из них является схематический глаз А. Гулльстранда.

Схематический глаз А. Гулльстранда

Схематический глаз А. Гулльстранда состоит из шести преломляющих поверхно­стей (передняя и задняя поверхности роговицы, передняя поверхность хрусталика, передняя и задняя поверхности хрусталикового ядра, задняя поверхность хрустали­ка); они разграничивают семь сред: воздух, роговицу, влагу передней камеры, перед­ние и задние кортикальные слои хрусталика, ядро хрусталика и стекловидное тело. Преломляющая сила схематического глаза А. Гулльстранда составляет 58, 64 дптр. На роговицу приходится 43, 05 дптр., на хрусталик в покое без аккомодации – 19, 11 дптр.

Схематический глаз используют при решении многих задач физиологической оптики, но в ряде случаев для получения данных, необходимых для клинических целей, достаточно еще более упрощенной схе­мы. Оптическая модель глаза, в которой сложная система схематического глаза сведена к простой оптической системе, называется редуциро­ванным глазом.

Редуцированный глаз В.К. Вербицкого

В редуцированном глазу приняты единый усредненный показатель преломления, одна усредненная преломляющая поверхность и одна главная плоскость. Наиболее совершенной моде­лью является редуцированный глаз В.К. Вербиц­кого, константы которого следующие: показатель преломления 1, 4; радиус кривизны преломля­ющей поверхности – 6, 8 мм; радиус поверхности сетчатки – 10, 2 мм; длина глаза – 23, 4 мм.

В настоящее время в связи с развитием оптико-реконструктивной микрохирургии расчеты опти­ческой системы глаза постоянно используются в работе офтальмолога.