Задать вопрос Отвечаем на ваши вопросы по глазам

Как устроена оптическая система глаза

Оптическая система глаза

Оптическая система глаза

Глаз – сложная оптическая система.

В отличие от других, созданных руками человека, оптических систем, она является саморегулирующейся. Хрусталик самостоятельно изменяет свою форму для фокусировки изображения объекта на сетчатке. Кроме этого, глаз человека – очень компактная оптическая система, она обеспечивает широкий обзор, работает в широком диапазоне освещенности, отсутствуют проблемы с центровкой изображения.

К структурам оптической системы относятся:

  • Роговица, обеспечивающая первичное преломление лучей;
  • Передняя камера, незначительно преломляющая лучи;
  • Радужная оболочка и зрачок, регулирующие освещенность сетчатки;
  • Стекловидное тело, пропускающее лучи через себя;
  • Сетчатка, получающая и первично обрабатывающая изображение.

Оптическая система глаз

Один из самых главных показателей работы оптической системы – это сила преломления (рефракция), которая отображает степень изменения угла падения лучей.

Рефракция происходит в оптической системе 4 раза в передних и задних поверхностях роговицы и хрусталика и незначительно в жидких средах глаза. Чем выше рефракционная способность глаза, тем сильнее преломляются лучи в оптической системе. Средняя сила преломления глаза – 60 м-1 или 60 диоптрий (D).

В оптической системе человека есть несколько осей. Главные – это оптическая ось и зрительная ось.

  1. Оптическая ось – это длина между наиболее отдаленными точками глазного яблока, передним и задним полюсами, проходящая через центр хрусталика.
  2. Зрительная ось – расстояние между видимым объектом и серединой центральной ямки. Разница между ними – 5º.
Роговица глаза

Роговица глаза

Расстояние между передними полюсами глаз, составляющее около 60 мм, делает возможным видеть окружающий мир в 3D (стереоскопическое зрение) и иметь обзор по горизонтали чуть больше 200º, по вертикали – около 120º. Поля зрения человека: в области виска – 105º, в области носа – до 60º, вверх/вниз – по 90º, кроме случаев анатомических затруднений.

Роговица

Это прозрачная структура оптической системы, изогнутая в поперечном сечении. 40 D, почти 2/3 преломляющей силы глаза, приходится на роговицу, которая включает несколько слоев с тонкой слезной пленкой впереди. Передняя поверхность роговицы, находящаяся в контакте с воздухом, более изогнута и обладает большей преломляющей силой (48 D) по сравнению с задней (-8 D), которая имеет малую разницу преломляющей способности с водянистой влагой.

Передняя камера

Заполненная водянистой влагой, на 98% состоящей из воды, передняя камера как структура оптической системы обеспечивает преломление приблизительно в 1,33 D. Углубление камеры при какой-либо патологии на каждый миллиметр приводит к увеличению преломления на 1 D.

Радужка и зрачок

Благодаря мышечным волокнам радужной оболочки возможно изменение диаметра зрачка, т. е. регулирование количества света, проходящего сквозь оптическую систему. При высокой освещенности зрачки сужены, что обеспечивает попадание прямых лучей на центральную ямку (область лучшего зрения в оптической системе). В норме при суженных зрачках улучшается зрение у больных с астигматизмом. Если в этом случае зрение ухудшается, это может говорить о дегенеративных процессах в макуле.

В сумерках/в темноте зрачки расширяются, что приводят к двум эффектам:

  1. Оптическая система и сетчатка, в частности, получает больше света, что обеспечивает лучшую видимость.
  2. На большую площадь сетчатки падают прямые лучи, т. е. в процесс зрения вовлекаются и палочки.

Оптическая система теряет способность к саморегуляции под воздействием эмоций, лекарственных веществ, наркотиков, при травмах, инфекциях нервной системы, что отображается на зрении. Чрезмерное расширение зрачка приводит к размыванию изображения при астигматизме, т. к. в зрении начинают участвовать участки роговицы с неодинаковой преломляющей силой.

Хрусталик

Эта сложная линза состоит из множества радиально расположенных волокон (клеток, утративших свои ядра) и выполняет две главные функции в оптической системе: преломляет лучи (рефракция хрусталика составляет около 1/3 силы глаза) и обеспечивает фокусировку изображения с помощью аккомодации. Аккомодация – изменение фокуса – происходит следующим путем:

  1. Цилиарные мышцы сокращаются, и зонулы, поддерживающие хрусталик, расслабляются.
  2. Хрусталик становится округлым больше в передней части, утолщается в центре, изменяет кривизну.
  3. Уменьшается глубина передней камеры.

Рост хрусталика продолжается всю жизнь. Новые волокна укладываются поверх старых, поэтому с возрастом увеличивается его толщина: при рождении это 3,5 мм, у взрослого – до 5 мм. Передняя кривизна больше задней: 11-12 мм против 6 мм. В молодом возрасте рефракционные возможности хрусталика как части оптической системы варьируются от 20 до 33 D.

Крупнейшая остаточная аберрация хрусталика – это хроматическая аберрация, что объясняется разным преломлением волн разной длины. При одинаковой интенсивной освещенности наибольшая хроматическая аберрация будет для синих и фиолетовых частей изображения и наименьшая – для желтого и зеленого цветов, находящихся в середине видимого спектра. Объекты, окрашенные в фиолетовый и желтый или фиолетовый и синий цвета, могут выглядеть расплывчатыми, потому что изображения в двух различных цветах не могут быть в отличном фокусе оптической системы одновременно. С возрастом эта особенность усиливается. Если в 20 лет хрусталик поглощает 30% волн синего спектра, то к 60 годам – это целых 60%. Еще одна особенность хрусталика – это большее преломление лучей на периферии.

Сетчатка

В стекловидном теле преломления не происходит. Изображение на сетчатке после прохождения через все среды оптической системы и преломления в них становится уменьшенным и перевернутым.

Сетчатка глаза

Сетчатка глаза

Дальнейшая обработка в зрительной коре приводит к его нормализации. Воспринимается оно фоторецепторами центральной ямки (1,5 мм в диаметре). Здесь находится максимальная концентрация колбочек, поэтому изображение является не только цветным, но и очень четким. В месте выхода из глазного яблока зрительного нерва отсутствуют клетки, имеются только волокна. Эта область именуется слепым пятном (размеры — 2 мм х 1,5 мм).

Оптическая система человека: стереоскопическое или 3D-зрение

Термин стереоскопическое происходит от греческого слова stereo, означающего «твердый», и opsis, то есть «внешний вид» или «взгляд». Этот термин используется для обозначения восприятия глубины и 3-мерной структуры, полученной на основе визуальной информации от двух глаз (двух оптических систем) у лиц с нормально развитым бинокулярным зрением. Поскольку глаза расположены на боковых поверхностях головы, изображения на сетчатке проецируются неодинаково, разница в горизонтальном положении объектов относительного друг друга. Эти позиционные различия называют горизонтальным неравенством или бинокулярным неравенством оптической системы. Различия обрабатываются в зрительной коре мозга, после чего формируется нормальная глубина изображения.

Комментировать