Оптическая система глаза

Восприятие предметов внешнего мира осуществляется глазом путем анализа изображений этих предметов на сетчатке. Таким образом, 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. Световоспринимающим 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. 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 системы, 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).

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: оптические, 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 является схематический глаз Гулльстранда.

Схематический глаз 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 Гулльстранда 58, 64 дптр. На роговицу приходится 43, 05 дптр, 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.

В редуцированном глазу приняты единый усредненный показатель преломления, одна усредненная преломляющая поверхность и одна главная плоскость. Наиболее совершенной моделью является редуцированный глаз 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 (оптическая кератотомия, кератомилез, кератофакия, кератопротезирование, имплантация искусственного хрусталика) расчеты оптической системы глаза постоянно используются в работе офтальмохирурга.

A. Бoчкapeвa и др.