Оптическая система глаза состоит из: Строение и свойства глаза

Содержание

Строение и свойства глаза

Следи за собой!

Гимнастика для глаз
Глаза и зрение

Глаз состоит из глазного яблока диаметром 22–24 мм, покрытого непрозрачной оболочкой, склерой, а спереди — прозрачной роговицей (или роговой оболочкой). Склера и роговица защищают глаз и служат для крепления глазо-двигательных мышц.

Радужная оболочка — тонкая сосудистая пластинка, ограничивающая проходящий пучок лучей. Свет проникает в глаз через зрачок. В зависимости от освещения диаметр зрачка может изменяться от 1 до 8 мм.

Хрусталик представляет собой эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта светочувствительным слоем — сетчаткой. От сетчатки световой сигнал передается в мозг по зрительному нерву. Между сетчаткой и склерой находится сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

На сетчатке имеется желтое пятно — участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза вверх на угол около 5 градусов. Диаметр желтого пятна — около 1 мм, а соответствующее ему поле зрения глаза — 6–8 градусов.

Сетчатка покрыта светочувствительными элементами: палочками и колбочками. Палочки более чувствительны к свету, но не различают цветов и служат для сумеречного зрения. Колбочки чувствительны к цветам, но менее чувствительны к свету и поэтому служат для дневного зрения. В области желтого пятна преобладают колбочки, а палочек мало; к периферии сетчатки, наоборот, число колбочек быстро уменьшается, и остаются только палочки.

В середине желтого пятна находится центральная ямка. Дно ямки выстлано только колбочками. Диаметр центральной ямки — 0,4 мм, поле зрения — 1 градус.

В желтом пятне к большинству колбочек подходят отдельные волокна зрительного нерва. Вне желтого пятна одно волокно зрительного нерва обслуживает группу колбочек или палочек. Поэтому в области ямки и желтого пятна глаз может различать тонкие детали, а изображение, попадающее на остальные места сетчатки, становится менее четким. Периферическая часть сетчатки служит в основном для ориентирования в пространстве.

В палочках находится пигмент родопсин, собирающийся в них в темноте и выцветающий на свету. Восприятие света палочками обусловлено химическими реакциями под действием света на родопсин. Колбочки реагируют на свет за счет реакции йодопсина.

Кроме родопсина и йодопсина на задней поверхности сетчатки имеется пигмент черного цвета. При свете этот пигмент проникает в слои сетчатки и, поглощая значительную часть световой энергии, защищает палочки и колбочки от сильного светового воздействия.

На месте ствола зрительного нерва располагается слепое пятно. Этот участок сетчатки не чувствителен к свету. Диаметр слепого пятна — 1,88 мм, что соответствует полю зрения 6 градусов. Это значит, что человек с расстояния 1 м может не увидеть предмета диаметром 10 см, если его изображение проектируется на слепое пятно.


Оптическая система глаза

Оптическая система глаза состоит из роговицы, водянистой влаги, хрусталика и стекловидного тела. Преломление света в глазе происходит, главным образом, на роговице и поверхностях хрусталика.

Свет от наблюдаемого предмета проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на сетчатке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое).

Показатель преломления стекловидного тела больше единицы, поэтому фокусные расстояния глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.

Оптическая сила глаза (в диоптриях) вычисляется как обратное заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.
Оптическая сила глаза зависит от того, находится ли он в состоянии покоя (58 диоптрий для нормального глаза) или в состоянии наибольшей аккомодации (70 диоптрий).

Аккомодация — это способность глаза четко различать предметы, находящиеся на разных расстояниях. Аккомодация происходит за счет изменения кривизны хрусталика при натяжении или расслаблении мышц ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается, и его радиусы кривизны увеличиваются. При уменьшении натяжения мышцы кривизна хрусталика увеличивается под действием упругих сил.

В свободном, ненапряженном состоянии нормального глаза на сетчатке получаются ясные изображения бесконечно удаленных предметов, а при наибольшей аккомодации видны самые близкие предметы.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза.

При аккомодации глаза на бесконечность задний фокус совпадает с сетчаткой. При наибольшем напряжении на сетчатке получается изображение предмета, находящегося на расстоянии около 9 см.

Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в диоптриях).

С возрастом способность глаза к аккомодации уменьшается. В возрасте 20 лет для среднего глаза ближняя точка находится на расстоянии около 10 см (диапазон аккомодации 10 диоптрий), в 50 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 40 см (диапазон аккомодации 2,5 диоптрии), а к 60 годам уходит на бесконечность, то есть аккомодация прекращается. Это явление называется возрастной дальнозоркостью или пресбиопией.

Расстояние наилучшего зрения — это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета. При нормальном зрении оно составляет в среднем 25–30 см.

Приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности называется адаптацией. Адаптация происходит за счет изменения диаметра отверстия зрачка, перемещения черного пигмента в слоях сетчатки и различной реакцией на свет палочек и колбочек. Сокращение зрачка происходит за 5 секунд, а его полное расширение — за 5 минут.

Темновая адаптация происходит при переходе от больших яркостей к малым. При ярком свете работают колбочки, палочки же «ослеплены», родопсин выцвел, черный пигмент проник в сетчатку, заслоняя колбочки от света. При резком снижении яркости отверстие зрачка раскрывается, пропуская больший световой поток. Затем из сетчатки уходит черный пигмент, родопсин восстанавливается, и когда его становится достаточно, начинают функционировать палочки. Так как колбочки не чувствительны к слабым яркостям, то сначала глаз ничего не различает. Чувствительность глаза достигает максимального значения через 50–60 минут пребывания в темноте.

Световая адаптация — это процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим. Сначала палочки сильно раздражены, «ослеплены» из-за быстрого разложения родопсина. Колбочки, не защищенные еще зернами черного пигмента, также раздражены слишком сильно. Через 8–10 минут чувство ослепления прекращается, и глаз снова видит.

Поле зрения глаза достаточно широкое (125 градусов по вертикали и 150 градусов по горизонтали), но для ясного различения используется только его малая часть. Поле наиболее совершенного зрения (соответствующее центральной ямке) — около 1–1,5°, удовлетворительного (в области всего желтого пятна) — около 8° по горизонтали и 6° по вертикали. Вся остальная часть поля зрения служит для грубого ориентирования в пространстве. Для обозрения окружающего пространства глазу приходится совершать непрерывное вращательное движение в своей орбите в пределах 45–50°. Это вращение приводит изображения различных предметов на центральную ямку и дает возможность рассмотреть их детально. Движения глаза совершаются без участия сознания и, как правило, не замечаются человеком.

Угловой предел разрешения глаза — это минимальный угол, при котором глаз наблюдает раздельно две светящиеся точки. Угловой предел разрешения глаза составляет около 1 минуты и зависит от контраста предметов, освещенности, диаметра зрачка и длины волны света. Кроме того, предел разрешения увеличивается при удалении изображения от центральной ямки и при наличии дефектов зрения.


Дефекты зрения и их коррекция

При нормальном зрении дальняя точка глаза бесконечно удалена. Это означает, что фокусное расстояние расслабленного глаза равно длине оси глаза, и изображение попадает точно на сетчатку в области центральной ямки.

Такой глаз хорошо различает предметы вдали, а при достаточной аккомодации — и вблизи.

Близорукость

При близорукости лучи от бесконечно удаленного предмета фокусируются перед сетчаткой, поэтому на сетчатке формируется размытое изображение.

Чаще всего это происходит из-за удлинения (деформации) глазного яблока. Реже близорукость возникает при нормальной длине глаза (около 24 мм) из-за слишком большой оптической силы оптической системы глаза (более 60 диоптрий).

В обоих случаях изображение от удаленных предметов находится внутри глаза, а не на сетчатке. На сетчатку попадает только фокус от близко расположенных к глазу предметов, то есть дальняя точка глаза находится на конечном расстоянии перед ним.

Дальняя точка глаза

Близорукость корректируется при помощи отрицательных линз, которые строят изображение бесконечно удаленной точки в дальней точке глаза.

Дальняя точка глаза

Близорукость чаще всего появляется в детском и подростковом возрасте, причем по мере роста глазного яблока в длину близорукость увеличивается. Истинной близорукости, как правило, предшествует так называемая ложная близорукость — следствие спазма аккомодации. В этом случае можно восстановить нормальное зрение при помощи средств, расширяющих зрачок и снимающих напряжение ресничной мышцы.

Дальнозоркость

При дальнозоркости лучи от бесконечно удаленного предмета фокусируются за сетчаткой.

Дальнозоркость вызывается слабой оптической силой глаза для данной длины глазного яблока: либо короткий глаз при нормальной оптической силе, либо малая оптическая сила глаза при нормальной длине.

Чтобы сфокусировать изображение на сетчатке, приходится все время напрягать мышцы ресничного тела. Чем ближе предметы к глазу, тем все дальше за сетчатку уходит их изображение и тем больше требуется усилий мышц глаза.

Дальняя точка дальнозоркого глаза находится за сетчаткой, т. е. в расслабленном состоянии он может четко увидеть лишь предмет, который находится позади него.

Дальняя точка глаза

Конечно, поместить предмет за глаз нельзя, но можно спроецировать туда его изображение при помощи положительных линз.

Дальняя точка глаза

При небольшой дальнозоркости зрение вдаль и вблизи хорошее, но могут быть жалобы на быструю утомляемость и головную боль при работе. При средней степени дальнозоркости зрение вдаль остается хорошим, а вблизи затруднено. При высокой дальнозоркости плохим становится зрение и вдаль, и вблизи, так как исчерпаны все возможности глаза фокусировать на сетчатке изображение даже далеко расположенных предметов.

У новорожденного глаз немного сдавлен в горизонтальном направлении, поэтому у глаза есть небольшая дальнозоркость, которая проходит по мере роста глазного яблока.

Аметропия

Аметропия (близорукость или дальнозоркость) глаза выражается в диоптриях как величина, обратная расстоянию от поверхности глаза до дальней точки, выраженной в метрах.

Оптическая сила линзы, необходимая для коррекции близорукости или дальнозоркости, зависит от расстояния от очков до глаза. Контактные линзы располагаются вплотную к глазу, поэтому их оптическая сила равна аметропии.

Например, если при близорукости дальняя точка находится перед глазом на расстоянии 50 см, то для ее исправления нужны контактные линзы с оптической силой в −2 диоптрии.

Слабая степень аметропии считается до 3 диоптрий, средняя — от 3 до 6 диоптрий и высокая степень — выше 6 диоптрий.

Астигматизм

При астигматизме фокусные расстояния глаза различны в разных сечениях, проходящих через его оптическую ось. При астигматизме в одном глазу сочетаются эффекты близорукости, дальнозоркости и нормального зрения. Например, глаз может быть близоруким в горизонтальном сечении и дальнозорким в вертикальном сечении. Тогда на бесконечности он не сможет видеть ясно горизонтальных линий, а вертикальные будет четко различать. На близком расстоянии, наоборот, такой глаз хорошо видит вертикальные линии, а горизонтальные будут расплывчатыми.

Причина астигматизма либо в неправильной форме роговицы, либо в отклонении хрусталика от оптической оси глаза. Астигматизм чаще всего является врожденным, но может стать следствием операции или глазной травмы. Кроме дефектов зрительного восприятия, астигматизм обычно сопровождается быстрой утомляемостью глаз и головными болями. Астигматизм корректируется при помощи цилиндрических (собирательных или рассеивающих) линз в сочетании со сферическими линзами.

Что такое Оптическая система глаза

С точки зрения физической оптики, человеческий глаз относят к центрированным
оптическим системам, для которых характерно наличие 2-х и более линз, которые
имеют одну общую главную оптическую ось.

 

Оптическая система глаза — это оптический аппарат глаза, в который входят
живые линзы (хрусталик и роговица, между которыми находится диафрагма),
стекловидное тело и водянистая влага. К ней также относят и слезную жидкость,
обеспечивающую прозрачность роговой оболочки. Основные преломляющие поверхности
данной системы – это обе поверхности хрусталика и передняя поверхность роговицы.
Функция остальных сред, главным образом, состоит в проведении света.

 

Глаз воспринимает рассматриваемые предметы внешнего мира, анализируя их
изображения на сетчатке. В функциональном отношении глаз делится на 2-а ключевых
отдела: световоспринимающий и светопроводящий.

 

К светопроводящему отделу относятся прозрачные среды глаза: роговая оболочка,
влага передней камеры, стекловидное тело и хрусталик. Световоспринимающий отдел
– это сетчатка. При помощи оптической системы светопроводящих сред изображение
предметов воспроизводится на сетчатке.

 

Отражаясь от рассматриваемых предметов, лучи света проходят через 4-ре
преломляющие поверхности: заднюю и переднюю поверхности роговой оболочки, заднюю
и переднюю поверхности хрусталика. Проходя через каждую из них, луч отклоняется
от первоначального направления, в итоге в фокусе оптической системы мы получаем
реальное, но перевернутое на 180 градусов, изображение предмета, на который
смотрим. Существует такое понятия, как рефракция, означающее преломление света
в оптической системе.

 

Оптическая ось глаза – это прямая линия, которая проходит через центры
кривизны каждой из преломляющих поверхностей. Лучи света, которые падают
параллельно данной оси, после преломления соединяются вместе в главном фокусе
системы. От бесконечно удаленных предметов идут параллельные лучи, а главным
фокусом оптической системы является место на продолжении оптической оси, в
котором образуется изображение предметов, которые бесконечно удалены.

 

Расходящиеся лучи, которые идут от предметов, находящихся на любом конкретном
расстоянии, будут собираться в дополнительных фокусах. Расположены они будут
дальше, чем главный фокус, поскольку для фокусировки расходящихся лучей нужна
дополнительная преломляющая сила, и чем сильнее расхождение падающих лучей, тем
она должна быть больше, т. е. она возрастает при приближении источника этих
лучей.

 

Расстояние между главной плоскостью и главным фокусом – это главное фокусное
расстояние оптической системы.

 

Оптическая сила системы зависит от фокусного расстояния. Чем оно короче, тем
сильнее преломляет система. Оптическая сила линз измеряется при помощи величины,
которая является обратной фокусному расстоянию, называемой диоптрией.

 

Одна диоптрия (дптр) – это преломляющая сила линзы при фокусном расстоянии
один метр. Узнав фокусное расстояние линзы, можно определить ее рефракцию.

 

Чтоб полностью охарактеризовать оптическую систему глаза, нужно узнать
радиусы кривизны, как передней, так и задней поверхностей роговой оболочки и
хрусталика, а также толщину хрусталика и роговицы, определить длину
анатомической оси глаза, глубину передней камеры и ключевые показатели
преломления прозрачных сред.

 

Измерить вышеописанные величины можно разными методами, которые делятся на
3-и группы: оптические, ультразвуковой и рентгенологический. Оптические методы
позволяют измерить отдельные элементы преломляющего аппарата, и определить длину
оси путем вычислений. Ультразвуковой и рентгенологический методы дают
возможность непосредственно измерить точную длину оси глаза.

Глаз как оптическая система — Микросистемы

Строение глаза


На рисунке 2.1. изображен разрез глазного яблока и показаны основные детали глаза.


 www_microsystemy_ru_articles_Eye_as_an_optical_tool


Рис. 2.1. Горизонтальный разрез правого глаза


Для подробного ознакомления с медицинской и исследовательской техникой основных мировых производителей оптических систем и сопутствующего оборудования посетите наш каталог или свяжитесь с нашими специалистами и получите полную профессиональную консультацию по любым, имеющимся у Вас, вопросам. 


Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяется от 1 до 8 мм.


Помимо сосудов радужная оболочка содержит большое количество пигментных клеток, в зависимости от их содержания и глубины залегания радужная оболочка имеет различный цвет. Когда в радужной оболочке нет никакого цветного вещества, то она кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах. В этом случае глаза плохо защищены от света и иногда страдают светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.


Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.


Внутренняя поверхность задней камеры покрыта сетчаткой, представляющей собой светочувствительный слой. Получаемое светочувствительными элементами сетчатки раздражение передается волокнам зрительного нерва и по ним достигает зрительных центров мозга. Между сетчаткой и склерой находится тонкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.


Место входа зрительного нерва представляет собой слепое пятно. Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза на угол около 5°.

Упрощенная оптическая схема глаза


Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на внутренней поверхности глаза – сетчатой оболочке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое). Оптическую систему глаза составляют роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело (рис. 2.2). Особенностью этой системы является то, что последняя среда, проходимая светом непосредственно перед образованием изображения на сетчатке, обладает показателем преломления, отличным от единицы. Вследствие этого фокусные расстояния оптической системы глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.


 www_microsystemy_ru_articles_Eye_as_an_optical_tool


Рис. 2.2. Оптическая система глаза


Преломление света в глазе происходит главным образом на его внешней поверхности – роговой оболочке, или роговице, а также на поверхностях хрусталика. Радужная оболочка определяет диаметр зрачка, величина которого может изменяться непроизвольным мышечным усилием от 1 до 8 мм.


Оптическая система глаза чрезвычайно сложна, поэтому при расчетах хода лучей обычно пользуются упрощенными, эквивалентными истинному глазу «схематическими глазами».


Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:


www_microsystemy_ru_articles_Eye_as_an_optical_tool,       www_microsystemy_ru_articles_Eye_as_an_optical_tool


где  www_microsystemy_ru_articles_Eye_as_an_optical_tool – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.

 Аккомодация


Аккомодация – это способность глаза приспосабливаться к четкому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза.


Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается и его радиусы кривизны увеличиваются. При уменьшении натяжения мышцы хрусталик под действием упругих сил увеличивает свою кривизну.


В свободном, ненапряженном состоянии нормального глаза на сетчатке получаются ясные изображения бесконечно удаленных предметов, а при наибольшей аккомодации видны самые близкие предметы.


Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза.


Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза.


При аккомодации глаза на бесконечность задний фокус совпадает с сетчаткой. При наибольшем напряжении на сетчатке получается изображение предмета, находящегося на расстоянии около 9 см (рис. 2.4).


                                         www_microsystemy_ru_articles_Eye_as_an_optical_toolwww_microsystemy_ru_articles_Eye_as_an_optical_tool


                                                                     а) дальняя точка                                                  б) ближняя точка


Рис. 2.4. Изображение ближней и дальней точки.


Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в дптр).


С возрастом способность глаза к аккомодации постепенно уменьшается. Скажем, в возрасте 20 лет для среднего глаза ближняя точка находится на расстоянии около 10 см (диапазон аккомодации 10 дптр), в 50 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 40 см (диапазон аккомодации 2.5 дптр), а к 60 годам уходит на бесконечность, то есть аккомодация прекращается. Это явление называется возрастной дальнозоркостью или пресбиопией.


Расстояние наилучшего зрения – это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета.


В среднем расстояние наилучшего зрения составляет около 25-30 см, хотя для каждого человека оно может быть индивидуальным.

Глаз как приемник изображения

Строение сетчатки


Сетчатая оболочка – это сложное переплетение нервных клеток и нервных волокон, соединяющих нервные клетки между собой и связывающих глаз с корой головного мозга. Основными светочувствительными элементами (рецепторами) являются два вида клеток: одни – в виде стебелька, называемые палочками (высота 30 мкм, толщина 2 мкм), другие – более короткие и более толстые, называемые колбочками (высота 10 мкм, толщина 6-7 мкм).


Палочки и колбочки различаются по своим функциям: палочки обладают большей чувствительностью, но не разли

Глаз как оптическая система. Оптические приборы. Строение и свойства глаза

В статье рассмотрим оптический прибор — глаз как оптическую систему.

Человеческий орган зрения — это особый мир, в котором есть все: солнце, цвет, люди, животные. Само анатомическое строение глаза настолько удивительно и сложно, что до сих пор науке неизвестны все нюансы функционирования зрения. Весьма интересен вопрос о том, что включает в себя эта оптическая система и как она устроена. Для того чтобы световой луч мог достичь своей цели, ему необходимо пройти четыре среды, в которых он преломляется, а информация в ходе этого процесса передается в мозг.

хрусталик глаза

Оптическая система глаз включает роговицу, хрусталик, камерную влагу и стекловидное тело. Все эти структуры являются линзами, которые также имеют свое строение и особые свойства. Но поскольку характеристики сред различны у каждой из них, то и показатель светового преломления различен. В норме эта особенность природных линз способна обеспечить человеку идеальные зрительные функции. Однако любые физиологические или патологические изменения в организме могут существенно воздействовать на эту способность. Глаз человека имеет форму почти правильной сферы. Различные патологии видоизменяют его форму в вертикальный или горизонтальный эллипс, что значительно влияет на фокусировку и остроту зрения.

Рассмотрим подробнее глаз как оптическую систему и оптический прибор.

Роговица

Рефракция глаза и оптическая система начинаются с роговицы, которая является преломляющей линзой, выполняющей, помимо основных функций, защитные. Строение органа можно сравнивать с фотоаппаратом. В данном случае роговица – это его объектив. Световые пучки на ее передней поверхности преломляются. Роговицу, при подробном рассмотрении, составляет пять слоев, что способствует поддержанию уровня ее прозрачности. Здоровая линза — круглая, блестящая, видимых кровеносных сосудов на ней не должно наблюдаться.

глаз как оптический прибор физика

Камерная влага

Оптическая система глаз включает в себя важную биологическую среду — влагу. Это вязкая бесцветная жидкость, заполняющая заднюю и переднюю глазные камеры. Каждый день вырабатывается новая порция такой жидкости, а отработанный объем через шлеммов канал поступает в кровоток, после чего выводится из организма. Камерная влага, кроме преломляющей функции, имеет еще и питательную, способствующую насыщению всех элементов глаза аминокислотами. Затрудненный выход ее из камеры влечет возникновение глаукомы.

Хрусталик глаза

Оптическая система глаз снабжена преломляющим элементом, выполняющим функцию рефракции, – это хрусталик. Его часто рассматривают как самостоятельный орган, довольно сложный по строению и очень важный по функциям. Хрусталик глаза является полутвердой субстанцией без сосудов. Он располагается сразу за радужной оболочкой и передает четкое отображение увиденной картинки в рамки желтого пятна на сетчатку. Содержит несколько слоев и капсульную сумку, которая может утолщаться и провоцировать помутнение.

анатомическое строение глаза

Стекловидное тело

В оптическую систему глаза входит стекловидное тело, которое ее фактически замыкает. Оно обладает множеством важных функций. Его наличие позволяет лучу проходить путь от хрусталика, который локализуется в вязкой жидкости тела, к сетчатке. Не все воспринимают глаз как оптическую систему.

Оптические приборы, вооружающие глаз

Человеческий глаз, несмотря на природное совершенство, по своим свойствам далек от идеальных универсальных оптических приборов. Поэтому необходимо использовать оптику, вооружающую человеческий глаз новыми способностями. При рассмотрении различных приборов следует помнить, что в каждом случае они и орган зрения образуют единую оптическую систему, важнейшим элементом которой считается хрусталик.

свойства глаза

Если говорить о глазе как об оптическом приборе в физике, он в целом помогает получить изображение того или иного предмета на сетчатке, и кажущаяся его величина оценивается человеком по величине этого изображения.

Особенностью оптической системы, которая включает в свой состав глаза, является то, что параметры такой системы могут изменяться благодаря изменению фокусного расстояния хрусталика при аккомодации. Подобные соображения позволяют с легкостью изучить действие увеличительной лупы, которая представляет собой обычную выпуклую линзу.

Такими же, только более сложными по строению и функционированию приборами являются микроскоп, телескоп и т. д.

Что не входит в состав оптической системы глаза?

В ее структуру не входят:

преломление света в глазе

  1. Склера. Роговица прозрачная, пропускает свет. Невидимая часть внешней оболочки глаза белая, которую можно сравнить с яичным белком. Она выполняет ограничительную и защитную функции.
  2. Радужка. Эта часть глаза является участком сосудистой оболочки, причем радужка полностью лишена сосудов. Это единственная структура человеческого организма, питание которого осуществляется без вмешательства кровеносной системы. В центре радужной цветной оболочки локализуется зрачок, который под воздействием света может расширяться и сужаться. Эта особенность нужна для нормального зрения, поскольку обеспечивает прохождение световых лучей идеального диаметра.
  3. Цилиарное тело, которое представляет собой соединительное звено между хориоидеей и задней поверхностью радужного покрова. Цилиарное тело содержит отростки, которые осуществляют весьма важные функции. Во-первых, они имеют способность поддерживать хрусталик в подвешенном состоянии, во-вторых, вырабатывают внутриглазную жидкость.
  4. Сетчатка — самый сложный, элемент органа зрения, имеющий много слоев. Она является природным сенсором, который является периферийным участком анализатора. Именно в этой структуре происходит восприятие света и цвета. Сетчатка очень чувствительная и тонкая, держится благодаря эпителиальным связкам, дополнительно прижимаясь стекловидным телом. Глаз применяет ее для фиксации картинки и передачи ее по зрительным нервам в мозг. В строении сетчатки различают палочковые и колбочковые клетки. Колбочковые различают цветное изображение, а палочковые отвечают за зрение в темноте, но они существенно чувствительней. При тончайшем рассмотрении сетчатка состоит из десяти слоев, различных по своему строению, причем 9 из таковых абсолютно прозрачны.

оптические приборы

Преломление света

Главными преломляющими средами человеческого глаза являются роговица, которая обладает наивысшей преломляющей силой, и хрусталик, представляющий двояковыпуклую линзу. Преломление света в глазу проходит по основным законам, которые изучает физика. Лучи, проходящие через центр хрусталика и роговицы (т. е. через главную глазную оптическую ось) перпендикулярно к их поверхности, преломления не испытывают. Остальные преломляются и внутри камеры глаза сходятся в единой точке – фокусе. Такой ход световых лучей обеспечивает на сетчатке четкое изображение, причем оно получается обратным и уменьшенным.

Показатель преломления света в стекловидном теле больше единицы, поэтому фокусные расстояния во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри (заднее) не могут быть одинаковы. Оптическая сила рассчитывается в виде обратного заднего фокусного расстояния глаза, выраженного в метрах. Она зависит от того, в состоянии покоя находится орган зрения или в состоянии аккомодации. Аккомодация — это способность четко различать предметы, которые находятся на разных расстояниях.

заднее фокусное расстояние глаза

Заключение

Основные свойства глаза были представлены выше.

Оптическая система его является природный проектором, преломляя световые лучи и фокусируя их особым образом, сквозь хрусталик на сетчатку. Очень интересно, что картинка отпечатывается на ней в перевернутой форме. Все окружающее, что видит человеческий глаз, анализирует область мозга, отвечающая за зрительное восприятие. Именно там изображение переворачивается в привычное для человека.

Мы рассмотрели глаз как оптическую систему и оптический прибор.

Оптическая система глаза: особенности и свойства

Оптическая система глаза

Если рассмотреть глазное яблоко здорового человека под микроскопом, то можно выделить множество составляющих элементов, согласованная работа которых позволяет нам получать информацию об окружающем мире в виде цветных и объемных картинок.

Причем, конечный результат напрямую зависит не только от преломляющей силы, но и от расположения точки фокуса и его соотношения с длиной зрительной оси.

Что такое оптическая система глаза?

Оптическая система — совокупность элементов и сред, которые обеспечивают рассеивание, преломление и фокусировку света на сетчатке для создания четкого изображения. Основные ее элементы: роговица, влага передней камеры, хрусталик и стекловидное тело.

Условно можно предположить, что данная система является центрированным механизмом, со сферическими преломляющими поверхностями глаз и совпадающими оптическими осями. Хотя на самом деле подобная оптика имеет много погрешностей, обусловленных тем, что сферичность роговицы определена только в центре, преломление в наружном слое хрусталика гораздо меньше, чем во внутреннем пространстве. А степени преломления светового потока в двух перпендикулярных плоскостях совершенно разные.

Если добавить ко всему вышеперечисленному, что основные характеристики двух глаз одного человека зачастую не одинаковы и точно определяются трудно, то становится ясно, что определение каких-либо констант – задача довольно сложная.

Особенности зрительного восприятия

В первую очередь оптическая система глаза предназначена для получения информации об окружающем мире через зрение. Данное понятие имеет множество характеристик и особенностей.

Ощущение света позволяет человеческому глазу воспринимать дневной и искусственный свет, а так же различать степень его интенсивности. А благодаря природной адаптации глазного яблока оптическая система способна самостоятельно без помощи извне адаптироваться к освещенности различной яркости. Световую чувствительность обуславливает природный порог раздражителей светового характера. Мало кому известно, что человеку с хорошим зрением под силу разглядеть даже небольшой огонек на расстоянии в несколько километров.

Чувствительность зрительного аппарата в первую очередь зависит от многих факторов, таких как интенсивность светового источника, его угловой размер и длина волны, а так же того времени которое действует на глаз световой раздражитель. Из-за ухудшения оптических характеристик склеры с возрастом чувствительность глазного яблока может сильно снижаться.

Свойства зрения

Оптическая система глаза обеспечивает единое зрительное восприятие обоих глаз, такое свойство зрения называется бинокулярностью. Это свойство обусловлено естественным рефлексом, обеспечивать слияние изображений, получаемых двумя глазами в единую картинку.

В связи с тем, что нервные элементы сетчатки двух глаз отличаются, при получении изображения каждым глазом происходит физиологическое двоение предметов, в зависимости от степени их удаления от нас.

Такое свойство зрения, дает возможность самостоятельно оценить, на каком расстоянии находится предмет, а так же оценить его рельефность. Подобная особенность зрения называется стереоскопичностью. Причем стереоскопичность доступна только при взгляде на предмет двумя глазами одновременно. Если смотреть на изображение одним глазом эффект рельефности становится недоступным.

Здесь, же стоит отметить, что в процессе зрения двум глазам отводится несколько разная роль. Тот элемент зрительной системы, который больше принимает участие в процессе формирования изображения, получил название ведущего глаза, а второй – ведомого. Чтобы проверить подобное свойство оптической системы достаточно посмотреть на какое-либо изображение через отверстие в плотном экране поочередно двумя глазами, для ведущего элемента картинка будет стоять на месте, а для ведомого – несколько сместится.

Детализация изображения

За детализацию изображения или способность различить две точки раздельно на определенном расстоянии отвечает острота зрения. В первую очередь острота зрительного восприятия определена углом, который образуют лучи отраженные от крайних точек рассматриваемого предмета. Причем чем данный угол меньше, тем острота зрительного восприятия выше.

Такой показатель, как острота обусловлен размером колбочек, находящихся в сетчатке, в зоне желтого пятна, а так же некоторыми сопутствующими факторами, типа рефракции, размеров зрачка, степени прозрачности роговицы, эластичности хрусталика и много другого.

Оптика человеческого глаза – очень сложная система, которая требует к себе постоянного внимания, ведь своевременная профилактика некоторых заболеваний зрительного аппарата позволит сохранить ваше зрение на долгие годы.

Глаз как оптическая система. Оптическая система глаза включает… :: SYL.ru

Орган зрения — глаз — представляет не просто оптическую систему. Это целый мир, в котором есть цвет, солнце, красивые люди. К тому же само строение глаза фантастично, настолько он сложен. Интересен вопрос о том, как устроена и что включает оптическая система. Чтобы световой луч достиг своей цели, он должен пройти четыре сложные среды. В них он преломляется и передает информацию в мозг для анализирования.

Оптическая система глаза включает роговицу, камерную влагу, хрусталик и стекловидное тело. Все они представляют линзы, созданные природой из биологических материалов. Но так как характеристики сред и волокон различные у каждого из оптических приспособлений, то и показатель преломления света будет отличаться. В норме такая особенность природных линз обеспечивает человеку идеальное зрение. Однако любые патологические или физиологические изменения, происходящие в организме, могут существенно повлиять на эту способность.

Оптическая система глаза включает

Нормальный глаз имеет форму практически правильной сферы. Различные заболевания видоизменяют его форму в горизонтальный или вертикальный эллипс, что существенно влияет на остроту и фокусировку зрения.

Роговица

Оптическая система и рефракция глаза начинаются с роговицы — преломляющей линзы, которая, кроме прямого назначения, выполняет также защитную функцию для органа зрения. Можно сравнивать строение глаза с фотоаппаратом. В таком случае роговица — не что иное, как его объектив. Световые пучки преломляются на ее передней поверхности, если между ней и водянистой влагой не имеется воздуха. Такое возможно при оперативных вмешательствах.

Роговица при детальном рассмотрении состоит из пяти слоев, что способствует поддержанию постоянного уровня ее прозрачности. Здоровая линза должна быть круглой, блестящей, видимых кровеносных сосудов быть не должно.

Камерная влага

Оптическая система глаза включает в себя важнейшую биологическую среду — водянистую влагу. Это бесцветная вязкая жидкость, заполняющая собой переднюю и заднюю глазные камеры. Каждый день продуцируется новая порция внутриглазной жидкости, а отработанное количество через шлеммов канал выводится в кровоток.

Глаз как оптическая система

Камерная влага, помимо преломляющей функции, выполняет еще и питательную, насыщая все элементы глаза аминокислотами. Затруднение выхода ее из камеры влечет развитие глаукомы.

Хрусталик

Глаз как оптическая система снабжен преломляющим элементом, который выполняет функцию рефракции. Это хрусталик. Его можно рассматривать как самостоятельный орган, сложный по строению и важнейший по функциям.

Хрусталик имеет вид полутвердой субстанции без сосудов. Он находится сразу за радужной оболочкой и отвечает за передачу четкого отображения увиденной картинки в границы желтого пятна на сетчатку.

Хрусталик имеет несколько различных слоев и капсульную сумку, которая со временем может утолщаться и вызывать помутнение на поверхности тела.

Стекловидное тело

Оптическая система глаза включает в свой состав стекловидное тело, которое фактически ее замыкает. Оно имеет множество важных функций. Наличие оптической позволяет лучу проходить от хрусталика, который плавает в вязкой жидкости тела, до сетчатки.

И это далеко не все составляющие элементы органа зрения. Попробуем разобраться, что не входит в оптическую систему глаза.

Склера

Роговица пропускает свет. Она прозрачная. Невидимая часть наружной оболочки глаза белая, сравнима с яичным белком. Выполняет защитную и ограничительную функции.

Что включает оптическая система

Радужка

Является частью сосудистой оболочки глаза, причем сама полностью их лишена. Это единственный элемент организма, питание которого происходит без участия кровеносной системы. В центре цветной радужной оболочки располагается зрачок, который под действием света может сужаться и расширяться. Эта особенность необходима для нормального зрения, так как обеспечивает прохождение светового луча идеального диаметра.

Цилиарное тело

Соединительное звено между задней поверхностью радужки и хориоидеей. Цилиарное тело имеет отростки, которые выполняют очень важные функции. Во-первых, они продуцируют внутриглазную жидкость, во-вторых, поддерживают хрусталик в подвешенном состоянии.

Оптическая система и рефракция глаза

Сетчатка

Это самый сложный, многослойный элемент органа зрения. Сетчатка — природный сенсор, который является периферийной частью анализатора. Именно здесь происходит восприятие цвета и света. Сетчатка очень тонкая и чувствительная, держится за счет эпителиальных связок, прижимаясь дополнительно стекловидным телом. Глаз как оптическая система использует сетчатку для фиксации изображения и передачи его по зрительному нерву в мозг.

Природа создала людей идеальными. В строении сетчатки различают колбочковые и палочковые клетки. Первые различают цветное изображение, а вторые отвечают за зрение в сумерках, но они значительно чувствительней. При тончайшем рассмотрении ретина состоит из 10 различных по строению слоев, причем 9 из них абсолютно прозрачные.

Оптическая система глаза включает природный проектор, преломляя световой луч и фокусируя его особым образом через хрусталик на сетчатку. Интересно, что изображение отпечатывается на ней в перевернутом виде. Все окружающее, что видит глаз, анализирует и воспроизводит область головного мозга, отвечающая за зрение. Именно там картинка переворачивается в нормальное, привычное нам, положение.

Что не входит в оптическую систему глаза

Считается, что у новорожденных другая оптическая система глаза. Особенности и свойства детского зрения отличаются неразвитостью рефракции и цветового восприятия, то есть все изображения, которые видят дети, перевернутые и обесцвеченные. Способность осознавать зрительные иллюстрации в правильной форме развивается лишь к 6-7 месяцам!

Интересные факты

Оптическая система глаза включает уникальные преломляющие инструменты, но она ничто, если не работает зрительный анализ. Интересно, что существует всего три цвета: зеленый, красный, синий. Глаз воспринимает, а мозг причудливым образом производит их анализ и выдает в виде различных тонких оттенков.

Оптическая система глаза особенности и свойства Белый цвет — это не что иное, как смешение зеленого, красного и синего. Невероятно? Так считают ученые. По этим же утверждениям, черного цвета не существует совсем — это всего лишь пустота. Верить этому или нет, каждый человек решает сам.

На что еще способен глаз? Очень на многое. Например, он может различить от 5 до 10 млн оттенков, но почему-то этого не делает. Ничтожное количество цвета, около 150 тонов — вот чего можно добиться долгими тренировками.

строение и функции. Просто и доступно

Зрение — один из важнейших механизмов в восприятии человеком окружающего мира. С помощью визуальной оценки человек получает порядка 90 % информации, поступающей извне. Безусловно, при недостаточном или полностью отсутствующем зрении организм приспосабливается, частично компенсируя утерю с помощью других органов чувств: слуха, обоняния и осязания. Тем не менее ни одно из них не способно восполнить тот пробел, который возникает при недостатке зрительного анализа.


Как устроена сложнейшая оптическая система человеческого глаза? На чём основан механизм визуальной оценки и какие этапы он включает? Что происходит с глазом при потере зрения? Обзорная статья поможет разобраться в этих вопросах.


Анатомия глаза человека


Зрительный анализатор включает 3 ключевых компонента:

  • периферический, представленный непосредственно глазным яблоком и прилегающими тканями;
  • проводниковый, состоящий из волокон зрительного нерва;
  • центральный, сосредоточенный в коре головного мозга, где происходит формирование и оценка зрительного образа.


Рассмотрим строение глазного яблока, чтобы понять, какой путь проходит увиденная картинка и от чего зависит её восприятие.

анатомия глаза


Строение глаза: анатомия зрительного механизма


От правильного строения глазного яблока напрямую зависит, какой будет увиденная картинка, какая информация поступит в клетки головного мозга и каким образом она будет обработана. В норме этот орган выглядит в форме шара диаметром 24–25 мм (у взрослого человека). Внутри него находятся ткани и структуры, благодаря которым картинка проецируется и передается на участок мозга, способный обработать полученную информацию. Структуры глаза включают несколько различных анатомических единиц, которые мы и рассмотрим.


Покровная оболочка — роговица


Роговица представляет собой особый покров, защищающий наружную часть глаза. В норме она абсолютно прозрачна и однородна. Через неё проходят световые лучи, благодаря которым человек может воспринимать трёхмерное изображение. Роговица бескровна, поскольку не содержит ни одного кровеносного сосуда. Она состоит из 6 различных слоёв, каждый из которых несёт определённую функцию:

  • Эпителиальный слой. Клетки эпителия находятся на наружной поверхности роговицы. Они регулируют количество влаги в глазу, которая поступает из слёзных желёз и насыщается кислородом за счёт слёзной плёнки. Микрочастицы — пыль, мусор и прочее — при попадании в глаз могут легко нарушить целостность роговицы. Впрочем, этот дефект, если он не затронул более глубокие слои, не представляет опасности для здоровья глаза, поскольку эпителиальные клетки быстро и относительно безболезненно восстанавливаются.
  • Боуменова мембрана. Этот слой также относится к поверхностным, поскольку располагается сразу за эпителиальным. Он, в отличие от эпителия, не способен восстанавливаться, поэтому его травмы неизменно приводят к ухудшению зрения. Мембрана отвечает за питание роговицы и участвует в обменных процессах, протекающих в клетках.
  • Строма. Этот довольно объёмный слой состоит из волокон коллагена, которые заполняют собой пространство.
  • Десцеметова мембрана. Тоненькая мембранка на границе стромы отделяет её от эндотелиальной массы.
  • Эндотелиальный слой. Эндотелий обеспечивает идеальную пропускную способность роговицы за счёт удаления лишней жидкости из роговичного слоя. Она плохо восстанавливается, поэтому с возрастом становится менее плотной и функциональной. В норме плотность эндотелия составляет от 3,5 до 1,5 тысяч клеток на 1 мм2 в зависимости от возраста. Если этот показатель падает ниже 800 клеток, у человека может развиться отёк роговицы, в результате которого резко снижается чёткость зрения. Такое поражение — естественный итог глубокой травмы или серьёзного воспалительного заболевания глаз.
  • Слёзная плёнка. Последний роговичный слой отвечает за санацию, увлажнение и смягчение глаз. Слёзная жидкость, поступающая в роговицу, смывает микрочастички пыли, загрязнения и улучшает проницаемость кислорода.

строение глаза, радужка


Функции радужки в анатомии и физиологии глаза


За передней камерой глаза, заполненной жидкостью, располагается радужная оболочка. От её пигментации зависит цвет глаз человека: минимальное содержание пигмента обусловливает голубой цвет радужки, среднее значение характерно для зелёных глаз, а максимальный процент присущ кареглазым и черноглазым людям. Именно поэтому большая часть деток рождается голубоглазыми — у них синтез пигмента ещё не отрегулирован, поэтому радужка чаще всего светлая. С возрастом эта характеристика меняется, и глазки становятся темнее.


Анатомическое строение радужки представлено мышечными волокнами. Они молниеносно сокращаются и расслабляются, регулируя проникающий световой поток и изменяя размер пропускного канальца. В самом центе радужки располагается зрачок, который под действием мышц изменяет диаметр в зависимости от степени освещённости: чем больше световых лучей попадает на поверхность глаза, тем уже становится просвет зрачка. Этот механизм может нарушаться под действием медицинских препаратов или в результате болезни. Краткосрочное изменение реакции зрачка на свет помогает диагностировать состояние глубоких слоёв глазного яблока, однако длительная дисфункция может привести к нарушению зрительного восприятия.


Хрусталик


За фокусировку и чёткость зрения отвечает хрусталик. Эта структура представлена двояковыпуклой линзой с прозрачными стенками, которая удерживается ресничным пояском. Благодаря выраженной эластичности хрусталик может практически моментально менять форму, регулируя чёткость зрения вдали и вблизи. Чтобы увиденная картинка получалась корректной, хрусталик должен быть абсолютно прозрачным, однако с возрастом или в результате болезни линзы могут мутнеть, вызывая развитие катаракты и, как следствие, нечёткость зрения. Возможности современной медицины позволяют заменить человеческий хрусталик имплантом с полным восстановлением функционала глазного яблока.


Стекловидное тело


Поддерживать шарообразную форму глазного яблока помогает стекловидное тело. Оно заполняет собой свободное пространство задней области и выполняет компенсаторную функцию. Благодаря плотной структуре геля стекловидное тело регулирует перепады внутриглазного давления, нивелируя негативные последствия его скачков. Кроме того, прозрачные стенки ретранслируют световые лучи непосредственно на сетчатку, благодаря чему складывается полная картинка увиденного.


Роль сетчатки в строении глаза

строение сетчатки глаза


Сетчатка — одна из самых сложных и функциональных структур глазного яблока. Получая от поверхностных слоёв световые пучки, она преобразует эту энергию в электрическую и передаёт импульсы по нервным волокнам непосредственно в мозговой отдел зрения. Этот процесс обеспечивается благодаря слаженной работе фоторецепторов — палочек и колбочек:

  1. Колбочки — это рецепторы детального восприятия. Чтобы они могли воспринимать световые лучи, освещение должно быть достаточным. Благодаря этому глаз может различать оттенки и полутона, видеть мелкие детали и элементы.
  2. Палочки относятся к группе рецепторов повышенной чувствительности. Они помогают глазу видеть картинку в неудобных условиях: при недостаточном освещении или не в фокусе, то есть на периферии. Именно они поддерживают функцию бокового зрения, обеспечивая человеку панорамный обзор.

Склера


Тыльная оболочка глазного яблока, обращённая к глазнице, называется склерой. Она плотнее роговицы, поскольку отвечает за перемещение и поддержание формы глаза. Склера непрозрачна — она не пропускает световые лучи, полностью ограждая орган с внутренней стороны. Здесь сосредоточена часть сосудов, питающих глаз, а также нервные окончания. К наружной поверхности склеры прикреплены 6 глазодвигательных мышц, регулирующих положение глазного яблока в глазнице.


На поверхности склеры расположен сосудистый слой, обеспечивающий поступление крови к глазу. Анатомия этого слоя несовершенна: здесь нет нервных окончаний, которые могли бы сигнализировать о появлении дисфункции и прочих отклонений. Именно поэтому офтальмологи рекомендуют обследовать глазное дно не реже 1 раза в год — это позволит выявить патологию на ранних стадиях и избежать непоправимого нарушения зрения.


Физиология зрения

взгляд вдаль


Чтобы обеспечить механизм зрительного восприятия, одного глазного яблока недостаточно: анатомия глаза включает ещё и проводники, которые передают полученную информацию в головной мозг для расшифровки и анализа. Эту функцию выполняют нервные волокна.


Световые лучи, отражаясь от предметов, попадают на поверхность глаза, проникают через зрачок, фокусируясь в хрусталике. В зависимости от расстояния до обозримой картинки хрусталик с помощью цилиарного мышечного кольца меняет радиус кривизны: при оценке удалённых объектов он становится более плоским, а дли рассмотрения предметов вблизи — наоборот, выпуклым. Этот процесс называется аккомодацией. Он обеспечивает изменение преломляющей силы и места фокуса, благодаря чему световые потоки интегрируются непосредственно на сетчатке.


В фоторецепторах сетчатки — палочках и колбочках — световая энергия трансформируется в электрическую, и в таком виде её поток передаётся нейронам зрительного нерва. По его волокнам возбуждающие импульсы перемещаются в зрительный отдел коры головного мозга, где информация считывается и анализируется. Такой механизм обеспечивает получение визуальных данных из окружающего мира.


Строение глаза человека с нарушением зрения


Согласно статистике, более половины взрослого населения сталкиваются с нарушением зрения. Наиболее распространёнными проблемами являются дальнозоркость, близорукость и сочетание этих патологий. Основной причиной этих заболеваний служат различные патологии в нормальной анатомии глаза.

очки


При дальнозоркости человек плохо видит предметы, расположенные в непосредственной близости, однако может различить мельчайшие детали удалённой картинки. Дальняя острота зрения — бессменный спутник возрастных изменений, поскольку в большинстве случаев она начинает развиваться после 45-50 лет и постепенно усиливается. Причин этому может быть много:

  • укорочение глазного яблока, при котором изображение проецируется не на сетчатке, а за ней;
  • плоская роговица, не способная к регулировке преломляющей силы;
  • смещение хрусталика в глазу, приводящее к неправильной фокусировке;
  • уменьшение размеров хрусталика и, как следствие, некорректная передача световых потоков на сетчатку.


В отличие от дальнозоркости, при миопии человек детально различает картинку вблизи, однако дальние объекты видит расплывчато. Такая патология чаще имеет наследственные причины и развивается у детей школьного возраста, когда глаз испытывает нагрузки во время интенсивного обучения. При таком нарушении зрения анатомия глаза также изменяется: размер яблока увеличивается, и изображение фокусируется перед сетчаткой, не попадая на её поверхность. Ещё одной причиной близорукости может служить излишняя кривизна роговицы, из-за чего световые лучи преломляются слишком интенсивно.


Нередки ситуации, когда признаки дальнозоркости и близорукости сочетаются. В этом случае изменение строения глаза затрагивают и роговицу, и хрусталик. Низкая аккомодация не позволяет человеку в полной мере видеть картинку, что свидетельствует о развитии астигматизма. Современная медицина позволяет исправить большинство проблем, связанных с нарушением зрения, однако куда проще и логичнее заранее побеспокоиться о состоянии глаз. Бережное отношение к органу зрения, регулярная гимнастика для глаз и своевременное обследование у офтальмолога помогут избежать множества проблем, а значит, сохранить идеальное зрение на долгие годы.

очки

Человеческий глаз как оптическая система

Глаз представляет собой составную оптическую систему, состоящую из роговицы и линзы, показанной на рисунке 1. Это адаптивная оптическая система, потому что хрусталик меняет форму для фокусировки света от объектов в большом диапазоне расстояния на сетчатке. В отличие от компонентов большинства оптических систем, представленных на рисунке 2, роговица и хрусталик не центрированы на общей оси и не имеют сферической поверхности. Поскольку здесь обрабатывается модельный глаз, предполагается, что поверхности имеют сферическую форму, а их центры кривизны лежат на оптической оси, прямой линии от вершины роговицы до заднего полюса.Кроме того, падающие лучи будут считаться параксиальными (т.е. они лежат близко к оптической оси и падают на поверхности с очень малыми углами падения) (рис. 3). Пучок параксиальных лучей сходится к единому точечному фокусу. По мере того как диаметр пучка лучей увеличивается, углы падения краевых лучей становятся больше, так что их больше нельзя считать параксиальными. Сферическая аберрация заставляет их пересекать ось в разных точках, тем самым размывая изображение, как показано на рисунке 4.Максимальный диаметр зрачка глаза 2 мм удовлетворяет параксиальным предположениям.

Вкратце, часть роговицы, включая слой слезы, отделяет воздух от водянистой влаги, а часть линзы отделяет водянистую влагу от стекловидного тела. Лучи, попадающие в глаз, преломляются первыми и в наибольшей степени на первой поверхности роговицы из-за большой разницы в показателях преломления на границе раздела воздух-роговица. Вторая поверхность роговицы имеет отрицательную силу; тем не менее, роговица дает> 70% из примерно 64 диоптрий (D) преломляющей силы неаккоммодированного глаза.Хрусталик обеспечивает остаточную преломляющую силу. Во время аккомодации дополнительную мощность обеспечивает линза, которая принимает более округлую форму.

История

Природа глазного изображения изучалась еще со времен древних греков. Гален –1 выдвинул гипотезу о том, что психический дух перемещается через полый зрительный нерв к сетчатке и хрусталику в переднюю камеру и проецируется из глаз как излучение лучей, делающих объекты в космосе видимыми.Хрусталик был основным рецептором, который каким-то образом создавал визуальное ощущение, которое возвращалось в виде визуального духа через зрительный нерв в мозг. Теории Галена были выдающимися в Европе до эпохи Возрождения.

После упадка греческой цивилизации и во время Средневековья в Европе важнейшим физиком был Альхазен (965–1039). Он особенно интересовался оптикой и внес заметный вклад в изучение отражения и преломления света. Он сконструировал камеру-обскуру и параболические зеркала и изучал радугу и свойства линз.В своей «Книге оптики» он четко выразил мнение о том, что свет исходит от таких источников света, как солнце, и отражается от объекта к глазу. Хотя он считал, что изображение формируется в глазу, он не был уверен в его точной природе из-за неадекватной оценки преломляющих свойств глазных сред. Только 600 лет спустя, благодаря вкладу Кеплера, понимание оптики значительно превзошло идеи Альхазена.

В эпоху Возрождения в области оптики было проделано много работы.Очки применялись для исправления зрения; были обнаружены телескоп и микроскоп; и постепенно росло убеждение, что глаз формирует изображение так же, как и камера-обскура. Однако величайшая трудность возникла при согласовании того, что изображение перевернуто с нашим восприятием мира. Даже Леонардо да Винчи, чьи записные книжки были написаны в зеркале, не мог принять идею перевернутого изображения на сетчатке, а попытки построить прямые изображения мешали истинному пониманию оптики глаза.

Немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571–1630) объяснил роль хрусталика в процессе формирования изображения. Точки в пространстве отображались на сетчатке, чтобы сформировать перевернутое реальное изображение из-за преломления роговицей и хрусталиком. Доказательство правильности гипотезы Кеплера было дано Кристофером Шайнером (1573–1650), который удалил часть склеры и сосудистой оболочки из энуклеированных глаз овец, чтобы обнажить заднюю часть сетчатки. Направляя глаз на яркий объект, он наблюдал на сетчатке маленькое перевернутое изображение.

Как только стало ясно, что формирование изображения глаза зависит от кривизны и расстояний преломляющих поверхностей глаза и показателей преломления сред глаза, точные измерения этих элементов были, очевидно, необходимы, если диоптрии глаза были понял. Хотя анатомические измерения и определение показателя преломления глаз трупа было легко получить, серьезные проблемы при проведении определений in vivo оставались. Одно из таких измерений было изобретательно сделано Шайнером, который обнаружил, что роговица глаза представляет собой выпуклое зеркало, отражающее изображение которого может служить мерой кривизны роговицы:

Для этой цели он использовал серию маленьких стеклянных шариков различные размеры от 10 до 20 миллиметров в диаметре.Пациент, у которого нужно было измерить глаз, сидел напротив светлого окна, где можно было отчетливо наблюдать изображение поперечин в створке. Сначала один шарик, а затем другой вставляли в угол глаза, пока наконец не нашли тот, который давал рефлекторное изображение настолько же, насколько это возможно, размера, наблюдаемого в роговице; отсюда можно было заключить, что радиус кривизны передняя поверхность роговицы была по крайней мере почти такой же, как у мрамора. 2
Тем не менее, отсутствие достаточно точных данных даже в 17 веке помешало Христиану Гюйгенсу (1629–1695) построить оптическую модель глаза.Хотя Дж. Б. Листинг (1808–1882) задумал схематический глаз в 1851 году, большой прогресс в измерениях диоптрий глаза был сделан Германом фон Гельмгольцем, который изобрел офтальмоскоп (также независимо изобретенный Чарльзом Бэббиджем) и усовершенствовал офтальмометр. Основные трудности Гельмгольца заключались в получении точных данных о хрусталике. С помощью офтальмофакометра, разработанного Мариусом Чернингом, можно было формировать отдельные изображения Пуркинье всех преломляющих поверхностей и выравнивать их под разными углами наклона.Затем можно тригонометрически рассчитать глубину передней камеры и кривизну передней и задней поверхностей хрусталика, а также толщину линзы. 3
Аллвар Гуллстранд усовершенствовал схематический глаз Гельмгольца. 4 Он изобрел фотокератоскоп, который использовал для фотографирования роговичного отраженного изображения цели, состоящего из концентрических кругов. Измерения расстояния между кругами на изображении показывают, является ли роговица сферической, асферической или астигматической.Если изображения эллиптические, роговица астигматическая (т. Е. Тороидальная). Кроме того, можно было исследовать периферические части роговицы и нанести на карту весь ее контур.
Измерения глубины и толщины стали проще благодаря изобретению Гуллстрандом щелевой лампы. Благодаря этим достижениям в области инструментов, Гуллстранд разработал авторитетную оптическую модель глаза, состоящую из шести сферических преломляющих поверхностей, двух для роговицы и четырех для хрусталика. Как показано на рисунке 1, хрусталик представляет собой центральное двояковыпуклое ядро, окруженное корой, имеющей более низкий показатель преломления.
В 20-м веке были разработаны новые методы измерения зрения in vivo. Раштон 5 использовал рентгенологическую технику, с помощью которой он направил тонкий слой рентгеновских лучей в коронарный срез перпендикулярно визуальной оси адаптированного к темноте глаза. Рентгеновское исследование произвело фосфен или ощущение света, которое кажется круглым, потому что луч «рассекает» глаз. По мере того как луч направляется к заднему полюсу глаза, диаметр сечения уменьшается, и круговой фосфен, видимый субъектом, сужается.Когда достигается задний полюс, фосфен исчезает. Таким образом, Раштон мог измерить осевую длину глаза.
Ультрасонография или эхография также могут использоваться для измерения глубины глазных компонентов. Измеряется время, необходимое для распространения высокочастотных звуковых волн и их отражения от различных поверхностей роговицы, хрусталика и глазного дна. Расстояния рассчитываются по формуле: расстояние = скорость × время. Скорости в среде предполагаются из измерений на трупах. 6
До применения рентгенологического метода измерения осевой длины живого глаза не существовало. Stenstrom 7 использовал этот метод для проведения статистического исследования длины глаза и его корреляции с другими оптическими элементами. Хотя многие исследователи провели тысячи измерений оптических констант, они сосредоточились на ограниченном числе параметров в популяциях разных размеров и типов. Стенстрем отметил важность нахождения корреляций между всеми различными диоптрическими элементами глаза, когда все эти элементы изучаются у одних и тех же субъектов.

Преломляющая способность роговицы и длина живого глазного яблока — два наиболее важных элемента в определении состояния рефракции. Стенстрем был заинтересован в обнаружении изменения осевой длины в различных состояниях преломления и в обеспечении четкого понимания изменений других оптических элементов путем измерения и расчета. Что касается отдельных оптических элементов, он пришел к выводу, что преломляющая сила линзы, общая преломляющая сила и радиус роговицы могут считаться нормальными распределениями, но эта осевая длина значительно отклоняется от нормального распределения.Стенстром также обнаружил небольшую корреляцию между оптическими элементами, которая привела к меньшему разбросу общей преломляющей силы, чем было бы, если бы оптические элементы менялись независимо друг от друга. Наконец, он пришел к выводу, что глубина передней камеры, радиус роговицы, преломляющая сила линзы и общая преломляющая сила глаза не коррелируют с ошибкой рефракции. Однако осевая длина глаза показала явную корреляцию с ошибкой рефракции, что Стенстрем принимает как подтверждение того, что осевая длина является наиболее важной из тех величин, которые определяют ошибку рефракции.

.

Зрение и анатомия глаза

Анатомия глаза

Anatomy of the eye

Глаз — это орган, позволяющий видеть . Глазное яблоко представляет собой шар диаметром примерно 24 мм. Он подвешен в костной впадине мышцами, контролирующими его движения, и частично покрыт толстым слоем жировой ткани внутри черепа, который защищает его во время движения.

Глаза движутся симметрично (одновременно в одном направлении). Эти симметричные движения становятся возможными благодаря координации экстраокулярных мышц (мышц вне глаза).

Поскольку глаза представляют собой парных структур , мозг получает два немного разных изображения, которые накладываются друг на друга. Интерпретация различных изображений возможна за счет скоординированных движений глаз, достигаемых сложными нервными механизмами. Люди также способны воспринимать трехмерные изображения, потому что они обладают бинокулярным зрением, которое обеспечивает восприятие глубины и расстояния.

Глазное яблоко состоит из трех основных компонентов:

  1. Туники , три слоя, составляющие стенку глазного яблока
  2. Оптические компоненты , также известные как компоненты преломляющей среды, которые пропускают и фокусируют свет
  3. нервных компонентов , которые состоят из сетчатки и зрительного нерва. Сетчатка также является частью внутренней оболочки

Слои (туники) глаза

Глазная туника состоит из трех слоев:

Туника фиброза

Фиброзная оболочка относится к наружному фиброзному слою глаза.Это включает склеру и роговицу, которые непрерывны друг с другом.

  • Склера: Склера — это белая часть глаза, покрывающая большую часть поверхности глаза. Он состоит из плотной ткани, богатой кровеносными сосудами и нервами, и обеспечивает прикрепление к внешним мышцам глаза. В детстве склера имеет тенденцию иметь легкий голубой оттенок из-за ее тонкости. Он также может казаться желтым у пожилых людей из-за накопления пигмента, связанного с возрастным износом в тканях.
  • Роговица: Роговица пропускает свет в глаз, и ее можно рассматривать как часть измененной склеры.
Васкулярная туника

Tunica vasculosa относится к среднему сосудистому слою. Это также называется сосудистой оболочкой. Увеа состоит из сосудистой оболочки, цилиарного тела и радужки.

  • Цилиарное тело: Цилиарное тело образует мышечное кольцо вокруг хрусталика. Он выделяет жидкость, называемую водянистой влагой, и поддерживает радужную оболочку и хрусталик.Цилиарная мышца, которая представляет собой гладкую мышцу, отвечающую за аккомодацию хрусталика, находится внутри цилиарного тела. Сокращение цилиарной мышцы позволяет линзе фокусировать свет на сетчатке, изменяя ее форму.
  • Ирис: Ирис — это регулируемая тонкая мышца, контролирующая диаметр зрачка. Он состоит из двух слоев: один блокирует попадание рассеянного света на сетчатку, а другой содержит клетки, называемые хроматофорами, которые содержат вещество под названием меланин. Концентрация меланина в этих хроматофорах определяет цвет глаз.Высокая концентрация меланина придает радужной оболочке черный или коричневый цвет. Когда меланина не хватает, свет отражается от эпителия заднего пигмента, придавая радужке синий, зеленый или серый цвет.
Туника интерна

Tunica interna относится к самому внутреннему слою. Этот слой состоит из нервных компонентов — сетчатки и зрительного нерва, которые обсуждаются позже в разделе Нервные компоненты глаза .

Камеры глаза

Три слоя глаза вместе с хрусталиком действуют как границы для трех камер внутри глаза:

  1. Передняя камера: Это пространство между роговицей и радужкой.
  2. Задняя камера: Это пространство между радужной оболочкой и линзой.
  3. Камера стекловидного тела: Это пространство между хрусталиком и сетчаткой.

Глаз также можно разделить на передний (передний) и задний (задний) сегменты. Первая состоит из роговицы, а также передней и задней камер и их содержимого.

Задний сегмент содержит камеру стекловидного тела, зрительную сетчатку, пигментный эпителий сетчатки (RPE), заднюю склеру и сосудистую оболочку.

Оптические компоненты глаза

Оптические компоненты — это прозрачные элементы, которые пропускают, изгибают и фокусируют свет на клетки сетчатки для формирования изображений. Это происходит в процессе преломления, поэтому оптические компоненты также известны как компоненты преломляющих сред.

Эти компоненты:

Роговица

Роговица действует как главное окно глаза. Это главный преломляющий элемент глаза.

Водяная жидкость

водянистая влага представляет собой водянистую жидкость в передней и задней камерах, которая секретируется цилиарным телом.Его роль в рефракции относительно невелика, но она важна для обеспечения питательными веществами хрусталика и роговицы, которые не имеют средств для поддержки самих себя и являются двумя критически важными преломляющими элементами.

Объектив

Хрусталик занимает второе место после роговицы по преломлению световых лучей. Он эластичный, поэтому форма хрусталика может претерпевать незначительные изменения в ответ на напряжение цилиарной мышцы. Напряжение на мышце сглаживает хрусталик, тогда как он расслабляется, принимая более сфероидальную форму, когда не находится под напряжением.Эти изменения учитывают аккомодацию, позволяющую правильно фокусироваться на близких объектах.

Стекловидное тело

Стекловидное тело содержит жидкий компонент, называемый стекловидным телом. Стекловидное тело действует как амортизатор, который защищает сетчатку во время быстрых движений глаз и помогает поддерживать форму глаза. Помимо преломления света, он также помогает поддерживать положение линзы и удерживать нервную сетчатку в контакте с пигментным эпителием сетчатки.

Нервные компоненты глаза

Как упоминалось ранее, нервными компонентами глаза являются сетчатка и зрительный нерв.

Retina

Сетчатка — это чашевидный отросток мозга. Это тонкая прозрачная мембрана, прикрепленная к двум точкам — к диску зрительного нерва, где зрительный нерв выходит из задней части глаза, и к зубчатой ​​воронке, которая является местом соединения сетчатки и цилиарного тела. Он плавно прижимается к задней части глазного яблока за счет давления со стороны стекловидного тела.

Отслоение сетчатки может возникнуть в результате ударов по голове или недостаточного давления со стороны стекловидного тела, а также может вызвать размытие участков в поле зрения.Поскольку сетчатка обычно прикрепляется к сосудистой оболочке глаза и зависит от нее в отношении кислорода, питания и удаления шлаков, длительное отделение сетчатки от сосудистой оболочки может привести к слепоте.

Желтое пятно

В сетчатке можно найти участок клеток диаметром около 3 мм, известный как желтое пятно. В центре этого пятна находится небольшая ямка, называемая центральной ямкой, которая дает изображения с высокой детализацией.

Диск зрительного нерва находится рядом с желтым пятном и представляет собой точку, в которой сходятся нервные волокна из всех областей сетчатки.Эти нервные волокна затем выходят из глаза, образуя зрительный нерв, так что нервная сетчатка соединяется с центральной нервной системой через зрительный нерв.

Нервная сетчатка

Нервная сетчатка содержит светочувствительные рецепторы и сложные нейронные сети, а также пигментный эпителий сетчатки (RPE). Он состоит в основном из фоторецепторных клеток, называемых палочками и колбочками сетчатки. Визуальная информация, закодированная стержнем и колбочками, отправляется в мозг посредством импульсов, передаваемых по зрительному нерву.

Ученик

Зрачок, который выглядит черным из-за сильно пигментированной задней части глаза, меняет размер, чтобы контролировать и регулировать количество света, проходящего через хрусталик и достигающего сетчатки.

Anatomy of the eye

Запишитесь на прием к врачу онлайн

Найдите и сразу же запишитесь на следующее посещение врача с помощью HealthEngine

Найдите практикующих врачей

Вспомогательные конструкции

Конъюнктива

Конъюнктива — это слизистая оболочка глаза.Он помогает смазывать глаза, выделяя слизь и слезы, и снова служит защитным барьером для микробов. Он содержит множество бокаловидных клеток, которые выделяют компонент слез, омывающих глаз.

веко

Основная функция века — защита глаз. Кожа век рыхлая и эластичная, позволяющая двигаться. В веках есть несколько типов желез, в том числе предплюсневые железы, которые производят сальный секрет, в результате чего поверхность слезной пленки становится жирной, чтобы предотвратить испарение нормального слоя слезы.

Ресницы

Ресницы — это короткие жесткие изогнутые волоски, которые могут располагаться в двойные или тройные ряды. Они защищают глаза от мусора. Ресницы также могут иметь разную длину и диаметр.

Слезная железа

Слезные железы служат местом слезоотделения. Слезы поддерживают влажность конъюнктивы и эпителия роговицы и смывают инородный материал с глаз. Слезная пленка, покрывающая поверхность роговицы, представляет собой смесь белков, ферментов, липидов, метаболитов, электролитов и лекарств (секретируемых во время терапии).

Экстраокулярные мышцы

Экстраокулярные мышцы (мышцы за пределами глаза) позволяют глазу двигаться в пределах его орбиты. Шесть из этих мышц глазного яблока прикрепляются к каждому глазу. Действия этих мышц обоих глаз скоординированы, чтобы глаза могли двигаться параллельно, явление, известное как сопряженный взгляд.

Видение

Свет

Количество света, попадающего в глаз, контролируется радужной оболочкой, которая представляет собой тонкую пигментированную гладкую мышцу с различными индивидуальными характеристиками.Они формируют уникальный узор у каждого человека, так что радужную оболочку можно использовать как средство идентификации, более надежное, чем снятие отпечатков пальцев или ДНК-тестирование.

Свет проходит через зрачок в центре радужной оболочки. Размер зрачка регулируется переменными сокращениями мышц радужной оболочки, чтобы контролировать количество попадающего света. Радужная оболочка состоит из двух наборов гладкомышечных сетей: круглой (кольцеобразной формы) и радиальной (выступающей наружу).

Зрачок становится меньше, когда круговая мышца сокращается и укорачивается в ответ на яркий свет, чтобы уменьшить количество света, попадающего в глаз.В тусклых условиях лучевая мышца укорачивается, увеличивая размер зрачка.

Световые лучи расходятся (распространяются наружу) и должны быть изогнуты внутрь, чтобы сфокусироваться обратно в точку, известную как фокус, на сетчатке, которая является светочувствительной, чтобы получить точное изображение источника света.

Преломление

Преломление относится к изгибу светового луча и возникает, когда луч проходит от вещества одной плотности к веществу с другой плотностью.Чем больше разница в плотностях, тем больше степень изгиба и, следовательно, рефракции.

Степень преломления также зависит от угла, под которым свет падает на второе вещество — чем больше угол, тем больше преломление. У изогнутой поверхности, такой как линза, большая кривизна приводит к большей степени изгиба и, следовательно, к более сильной линзе.

Выпуклая поверхность изгибается наружу, а вогнутая — внутрь. Выпуклые поверхности сближают световые лучи, сближая их.Конвергенция важна для того, чтобы привести изображение к фокусу; поэтому преломляющие поверхности глаза выпуклые.

Refraction in the eye

Роговица и линза

Роговица и хрусталик — самые важные рефракционные структуры глаза. Сначала свет проходит через роговицу, имеющую искривленную поверхность. Роговица вносит наибольший вклад в общую преломляющую способность глаза, поскольку разница в плотности на поверхности воздуха / роговицы намного больше, чем разница в плотности между линзой и окружающей ее жидкостью.

Лучи от источников света на расстоянии более 6 метров считаются параллельными к тому времени, когда они достигают глаза, в то время как световые лучи от более близких объектов все еще расходятся, когда достигают глаза. Для данной преломляющей способности глаза требуется большее расстояние за линзой, чтобы направить расходящиеся лучи от ближнего источника к точке фокуса, чем для того, чтобы привести параллельные лучи от дальнего источника к точке фокуса. Однако расстояние между линзой и сетчаткой в ​​каждом конкретном глазу всегда одинаково.Таким образом, сила хрусталика регулируется посредством процесса, называемого аккомодацией.

Размещение

Аккомодация относится к способности регулировать силу хрусталика путем изменения его формы, которая, в свою очередь, регулируется цилиарной мышцей. Когда цилиарная мышца расслаблена, связки (полосы ткани), прикрепленные к хрусталику, вытягивают хрусталик плоско и, следовательно, менее искривлены и слабо преломляют.

Сокращение цилиарной мышцы снижает напряжение связок, так что хрусталик принимает более изогнутую форму из-за своей эластичности.Большая кривизна позволяет линзе увеличивать ее прочность, что приводит к большему изгибу световых лучей. Следовательно, при зрении вдаль цилиарная мышца расслаблена, а хрусталик плоский, но при зрении вблизи мышца сокращается и позволяет хрусталику стать более выпуклым.

Фототрансдукция

Зрение возникает в процессе фототрансдукции. Фототрансдукция — это преобразование световых стимулов клетками сетчатки в нервные (мозговые) сигналы. Клетки, выполняющие эту функцию, известны как фоторецепторы (также называемые палочковидными и колбочковыми клетками) и состоят из трех частей:

  1. Внешний сегмент, ближайший к внешней стороне глаза и обнаруживающий свет
  2. Внутренний сегмент, который находится посередине и содержит компоненты, необходимые для основных функций клетки, чтобы выжить.
  3. Синаптический терминал, который находится ближе всего к внутренней части глаза.Он передает сигнал, который генерируется фоторецептором, биполярным клеткам при световой стимуляции.

Внешний сегмент глаза содержит более миллиарда светочувствительных молекул. Фотопигменты — это вещества, которые подвергаются химическим изменениям при активации светом. Они состоят из двух компонентов, называемых опсином и ретиненом. Ретинен — ​​светопоглощающая часть фотопигмента.

Фотопигменты

Существует четыре типа фотопигментов: один в стержнях и по одному в каждом из трех типов колбочек.Каждый тип фотопигмента поглощает свет разной длины волны.

Пигмент в стержнях называется родопсином. Родопсин поглощает все видимые длины волн, поэтому стержни обеспечивают зрение только в оттенках серого, обнаруживая разную интенсивность, а не цвета.

Три типа колбочек — красные, зеленые и синие — могут выборочно реагировать на световые волны различной длины, вызывая цветное зрение.

Активность фоторецепторов

В темноте

Vision Натриевые (Na + ) каналы можно найти на фоторецепторах.Эти каналы реагируют на вещество, называемое циклическим GMP или cGMP. Когда cGMP привязан к каналам Na + , каналы остаются открытыми. В отсутствие света концентрация цГМФ высока. Таким образом, каналы Na + открываются в отсутствие световой стимуляции. Это приводит к утечке Na + в фоторецепторы, что изменяет напряжение клеток, делая его положительным. Это изменение напряжения распространяется на активируемые напряжением кальциевые (Ca 2+ ) каналы, которые затем открываются.Этот вход Ca 2+ запускает высвобождение нейромедиатора из синаптического терминала в темноте.

Под воздействием света

Под воздействием света концентрация цГМФ снижается в результате ряда биохимических шагов, запускаемых активацией фотопигмента. Снижение цГМФ вызывает закрытие каналов Na + , останавливая утечку Na + , что приводит к тому, что напряжение фоторецепторов становится более отрицательным. Это закрывает активируемые напряжением каналы Ca 2+ и снижает выброс нейротрансмиттера.

Чем ярче свет, тем сильнее отклик и, следовательно, тем сильнее снижается выброс нейромедиатора.

Дальнейшая обработка света сетчаткой

Таким образом, сетчатка сигнализирует мозгу о световой стимуляции посредством тормозящей реакции, включающей ряд физиологических реакций, как показано на рисунке ниже.

Потенциалы действия, представляющие собой выбросы электрических разрядов, перемещающихся по поверхности клетки, возникают только в ганглиозных клетках, которые являются первыми нейронами в цепи, переносящей зрительные стимулы в мозг.На следующей диаграмме показаны события, которые происходят в фоторецепторах в ответ на свет, инициируя потенциал действия в зрительном пути. Этот процесс называется фототрансдукцией:

Phototransduction

Развитие глаза

Хрусталик, сетчатка и роговица

Vision Первые признаки глаз появляются к 22-му дню эмбрионального развития. Это неглубокие бороздки, называемые оптическими бороздами. Эти парные бороздки продолжают формировать карманы, называемые зрительными пузырьками.Затем каждый зрительный пузырек продолжает расти в стороны, во время чего оптический стержень формируется за счет сужения соединения с передним мозгом. И зрительные пузырьки, и структура, называемая плакодой хрусталика, затем загибаются внутрь. Это приводит к образованию двухслойной оптической чашки. Из этих двух слоев внутренний слой образует нервную сетчатку, а внешний слой становится пигментным эпителием сетчатки.

Внешний слой глазного бокала образует один слой пигментированных клеток.Пигментация начинается в конце 5-й недели развития. Внутренний слой подвергается сложной дифференцировке на различные слои нервной сетчатки.

К 7 месяцу присутствуют палочковидные, колбочковые, биполярные и ганглиозные клетки. По мере того как плакода хрусталика загибается внутрь, это приводит к формированию части линзы. К 5-й неделе развития она утолщается и образует часть роговицы.

Кровоснабжение глаза

Трещины сосудистой оболочки глаза, которые представляют собой бороздки в сосудистой оболочке глаза, начинают развиваться вдоль нижней поверхности каждого глазного бокала.Эти трещины позволяют гиалоидной артерии достигать внутренней камеры глаза, снабжая ее кровью. Он также снабжает глазной бокал, пузырек хрусталика и эмбриональную ткань внутри глазного бокала. Кровь возвращается из этих структур по гиалоидной вене.

Некоторые части гиалоидных сосудов остаются центральной артерией и веной, но другие дегенерируют в процессе развития.

Ученик

К концу 7-й недели края трещины сосудистой оболочки сливаются, образуя отверстие над хрусталиком, которое затем формирует зрачок.

Ирис

Глазной бокал растет в течение 3-го месяца, давая начало цилиарному телу и будущей радужке. Оба слоя радужки становятся пигментированными. Однако пигментирован только внешний слой цилиарного тела. Радужная оболочка имеет светло-голубой цвет при рождении у белокурых людей со светлой кожей из-за отсутствия пигмента.

В следующей таблице показаны эмбриональные источники отдельных структур глаза:

Поверхностная эктодерма
  • Эпителий роговицы
  • Слезная железа и дренажная система
  • Конъюнктива
  • Объектив
Нервная эктодерма
  • Стекловидное тело, эпителий сетчатки, радужки и цилиарного тела
  • Зрительный нерв
  • Зрачки сфинктера
  • Другие мышцы расширяющих зрачков
Мезодерма
  • Склера
  • Строма роговицы, цилиарного тела, радужки и сосудистой оболочки
  • Экстраокулярные мышцы
  • Гиалоидная система (в основном дегенерирует до рождения)
  • Покрытия зрительного нерва
  • Веки, кроме эпителия и конъюнктивы
  • Соединительная ткань и сосуды глаза, костной орбиты и стекловидного тела

Возрастные изменения глаза

Пресбиопия

Vision С возрастом хрусталик постепенно теряет свою эластичность и способность приспосабливаться, вызывая состояние, называемое пресбиопией, которое обычно возникает, когда человеку за 40.Это происходит потому, что могут быть заменены только ячейки на внешних краях линзы.

Клетки в центре хрусталика особенно уязвимы для повреждения, потому что они не только самые старые клетки, но и наиболее удалены от источника питательных веществ хрусталика — водянистой влаги. С возрастом эти невозобновляемые центральные клетки умирают и становятся жесткими. Поскольку клетки теряют свою эластичность, хрусталик не может принимать сферическую форму, необходимую для восприятия вблизи.

Корректирующие линзы (например, очки для чтения) обычно используются для решения этой проблемы.

Катаракта

Потеря прозрачности хрусталика или его капсулы, известная как катаракта, обычно связана со старением. Это может быть вызвано изменением конформации хрусталика или сшивкой белков. Катаракта также может быть связана с болезненными процессами, метаболическими состояниями, наследственными нарушениями, травмами или воздействием вредного агента, такого как ультрафиолетовое излучение.

Если они значительно ухудшают зрение, катаракту можно исправить хирургическим путем, удалив линзу и заменив ее пластиковой линзой в задней камере.

Дегенерация желтого пятна

Macular degeneration Для получения информации о возрастной дегенерации желтого пятна, в том числе о влиянии курения, физических упражнений и питания на глаза, а также о некоторых полезных анимациях и советах по сохранению здоровья глаз см. Дегенерация желтого пятна.

Ссылки

  1. Росс М.Х., Павлина В.Гистология: текст и атлас (5-е издание). Балтимор: Липпонкотт Уильямс и Уилкинс; 2006.
  2. Саладин К.С. Анатомия и физиология: единство формы и функции (3-е издание). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл; 2004.
  3. Sherwood LS. Физиология человека: от клеток к системам (5-е издание). Бельмонт: обучение Брукса Коула Томсона; 2004.

.

Глаз человека: оптические свойства

телескоп Ѳ ptics.net





▪▪▪▪








СОДЕРЖАНИЕ


13. ГЛАЗ

13.4.
Монохроматические аберрации глаза

Учитывая его биологическое происхождение — как
в отличие от точно созданной оптики — неудивительно, что оптическая
аберрации человеческого глаза значительны.Они включают как
монохроматические и хроматические аберрации. К первым относятся аберрации
типичен для конических поверхностей вращения, но также и нерегулярный волновой фронт
деформации, вызванные местными
деформации глазных поверхностей. Глаз — последний оптический элемент
в цепочке объектив-окуляр-глаз, таким образом, его аберрации влияют на
окончательный визуальный образ, как и у самого телескопа.

Единственное исключение — ошибка расфокусировки — либо
распространенные ошибки фокусировки, такие как миопия
(близорукость) и гиперметропия (или дальнозоркость , дальнозоркость)
— безусловно, самая значительная единичная аберрация среднего глаза.Низкий
ошибка осевой дефокусировки с учетом «нормальной» остроты зрения (обычно считается
означает менее 0,5 диоптрии или 1 с точки зрения остроты зрения,
т.е. зрение 20/20 или лучше)
называется эмметропия . К счастью, ошибка расфокусировки глаза не влияет
качество изображения сетчатки глаза при просмотре в телескоп, благодаря
коррекция фокусировкой через фокусер.


РИСУНОК 220 : Наиболее значительный фактор, вызывающий ошибку расфокусировки глаза
— это несоответствие между размером глазного яблока и оптической силой хрусталика глаза (слева).Аберрацию волнового фронта глаза обычно измеряют с помощью обратного изображения ,
т.е. анализ отражения точечного источника на сетчатке.

Как правило, при обратном отображении волновой фронт, возникающий в
точечный источник в центре фовеа идеально выходит из идеального глаза
плоский, т.е. в виде коллимированного пучка; настоящие глаза всегда аберрированы, а волновой фронт происходит от
отражение сетчатки (что является обычным способом оценки качества волнового фронта) не
квартира.

С другой стороны, мы обычно не замечаем заметных ошибок цвета глаз,
из-за ощущения размытия цвета из-за хроматизма глаза, в основном
отфильтровывается во время обработки сигнала мозга. Тем не менее, распространение
энергия на сетчатке, вызванная хроматизмом глаза, снижает оптическое качество
изображения сетчатки так же, как и при полном цветоделении
обнаруживаемый.

Индивидуальные отклонения в уровне аберраций глаза вполне
широкий.Основные причины — индивидуальные отклонения в размере и форме глаза.
поверхности, участвующие в формировании изображения, и эффективность глаза
компенсаторные механизмы. Неотъемлемая часть окончательной (предполагаемой) ошибки
уровне здесь пространственные и функциональные свойства сетчатки
фоторецепторы. Что отличает глаз от небиологического детектора?
что его нейронная обработка сигнала нетривиальна в
определение окончательного результата.

Основные оптические свойства человеческого глаза, типичные отклонения от
идеализированный схематический глаз, основные детерминанты размера зрачка и
аккомодационная сила, представлена ​​на фиг. .221 .


РИСУНОК 221 : (A) Аберрации глаза
результат его оптической простоты в сочетании с несовершенной поверхностью
формы и выравнивание его оптических компонентов. Самый крупный
аберрация, расфокусировка, составляющая около 1/2 общей аберрации
средний глаз, является следствием ограниченного диапазона перефокусировки
(аккомодация), в основном функция хрусталика глаза. Глаза
аккомодационная способность — определяется как разница между расслабленными
(бесконечность) фокус и расстояние до ближайшего фокуса (т.е. 1 / d в диоптриях,
где d — расстояние до ближайшего фокуса в метрах) — уменьшается
с возрастом от почти 15 диоптрий в раннем детстве до
1-2 диоптрии после 50 лет. Вторая по величине осевая аберрация, астигматизм.
(в среднем примерно в 3 раза меньше по величине, чем дефокус), в основном
берет начало на деформированной передней поверхности роговицы. Сферический
аберрация минимизируется за счет асферической (вытянутой) формы поверхности глаза, так как
а также за счет уменьшения преломляющей силы хрусталика глаза к его краям.Осевая кома в основном возникает из-за наклона и децентрализации хрусталика глаза.
относительно зрительной оси. Последний также вызывает осевой боковой цвет,
а осевой хроматический дефокус — в виде первичного спектра (т.е.
более короткие длины волн фокусируются ближе к хрусталику глаза, более длинные
длины волны) обусловлено относительно узким диапазоном преломляющих / дисперсионных
силы оптических элементов глаза. (B) Диаметр зрачка варьируется
как, с уровнем освещенности, так и индивидуально.Для заданного освещения
уровень, вариации в размере зрачка до двух раз не редкость
(вверху; сглаженные графики для 250 человек из Richman et al. 2004).
Снижение освещенности приводит к увеличению зрачка; он почти удваивается по сравнению с
размер в средних дневных условиях и близок к максимальному
диаметр уже в сумеречном освещении. Размер зрачка неуклонно уменьшается
с возрастом, но индивидуальные различия значительны (внизу; 91 человек из
Winn et al.1994 и 70 испытуемых из Yang et al. 2002 г., с последним
только квалифицирующий уровень освещенности как «фотопик» и «мезопик»).
графики для среднего размера зрачка; индивидуальные отклонения находятся в
диапазон около 2мм. У пожилых людей обычно меньше
ученик, самые большие зрачки на старом конце все еще значительно больше
чем самые маленькие ученики в младшем конце (а также самые большие ученики в
в старости почти такие же большие, как самые большие ученики в молодом возрасте).Ученик
размер также меняется в зависимости от расстояния до объекта, как правило, несколько больше
для более близких предметов.

Большая часть преломляющей силы глаза — около 2/3 — исходит от роговицы,
и, в частности, с его лицевой поверхности. Это связано с обоими, сильно
искривленная поверхность роговицы, а разница в показателе преломления
здесь самый высокий (1 против 1,38). Внутри глаза показатели преломления различаются.
между 1,33 и 1,41, таким образом оказывая лишь вторичное влияние на
оптическая сила и, следовательно, вторичный эффект на аберрации глаза.Как правило, роговица и хрусталик имеют тенденцию вызывать ошибки противоположного знака.
что частично — и часто значительно — компенсируется в комбинированном
волновой фронт.

Среднее фактическое фокусное расстояние глаза
А
составляет около 23 мм; однако, поскольку среда, в которой формируется изображение
имеет показатель преломления n ~ 1,33, эффективное фокусное расстояние
E
при расчете аберрации использовалось 23 / n, или ~ 17 мм. Из-за
эффективное сжатие световых волн в более плотной среде, диске Эйри
на сетчатке меньше, чем в воздушной среде.Поскольку носители, в которых глаз формирует изображения ( стекловидного тела )
имеет показатель преломления ~ 1,33, дифракционный эффект подавлен по сравнению с
к изображению в воздушной среде. Таким образом, диаметр диска Эйри, определяемый
2.44λF / n, n , являющийся показателем преломления визуализирующей среды, равен
в ~ 0,75 раза меньше.

В частности, в среде
медленнее в 1 / n раз, длина волны «сжимается» на то же
отношение, и любая заданная линейная разность оптических путей, выраженная в единицах
стандартной длины волны эффективно увеличивается в n раз.Другими словами, первые дифракционные минимумы, а также все
последовательные — происходят с угловым радиусом, меньшим в 1 / n раз.
Кроме того, любое номинальное отклонение волнового фронта приводит к увеличению фазовой ошибки.
тем же соотношением 1 / n (это не означает, что девиантный волновой фронт
ошибка попадания в глаз будет умножена на коэффициент ~ 1,33; должное
к пропорционально более медленной визуализирующей среде, волновой фронт формируется в ней
будет уменьшена номинальная линейная погрешность во столько же раз,
с сохранением эффективного размера ошибки неизменным).

Точно так же ошибки
индуцированный хрусталиком глаза будет меньше на тот же коэффициент ~ 0,75 по сравнению с
те, которые возникнут, если линза будет отображать в воздухе. Как
в результате эффективная ошибка волнового фронта не меняется. Физически,
эффекты дифракции, в том числе вызванные аберрациями,
уменьшается в размере, но также и в длине волны. Пока сетчатка глаза
детектор с избыточной дискретизацией (т.е. с линейным точечным изображением больше, чем
фоторецептора в 2 и более раз), его условная линейная
разделение дифракционной отсечки
λF будет в разы меньше
~ 0.75, за счет уменьшения эффективной длины волны λ ; и его
номинальный угловой угол отсечки λ / D. Однако общий вид
предел дифракционного разрешения — λ / D — остается неизменным.

Обратите внимание, что, как и в обычном обозначении оптики телескопа,
D вот диаметр апертуры. При описании аберрации глаза
тот же символ используется для одной из основных метрик,
диоптрия. Для ясности в этом разделе
аберрации глаза используют D для «диоптрий», а диаметр зрачка
обозначается P .

Но вычисление ошибки волнового фронта на основе продольной аберрации
требует изменения масштаба фактического глаза f.l.
А
так что она соответствует реальной дифракционной картине, сформированной в
воздух. Поскольку диск Эйри, сформированный на сетчатке, соответствует размеру
один, произведенный числом F, полученным из F = A / 1.33P,
не тот, который задан F = A / P,
подходящее фокусное расстояние для использования в качестве основы для расчета расфокусировки
погрешность составляет 23 мм / 1.33 ~ 17 мм. Это дает правильное соответствие
продольные / поперечные ошибки и размер диска Эйри.

Количественная оценка аберраций глаза — сложная задача и, что неудивительно,
результаты исследований не всегда хорошо согласуются. Основные причины, в
в дополнение к гораздо более сложной функции активного биологического оптического
системы, такие как глаз, обычно имеют небольшой размер выборки, склонны к
значительные индивидуальные отклонения от среднего, а также разные
методы измерения, методики и / или степень измерения
точность.Чтобы затруднить интерпретацию результатов, офтальмологические
концепции часто отличаются от используемых в физической оптике, и ее
общая научная честность, вероятно, ниже.

В таблице ниже приведены некоторые основные отличия
в терминологии, понятиях и представлении офтальмологических и
(оптическая) оптика телескопов.

ТЕЛЕСКОПНАЯ ОПТИКА

ОФТАЛЬМОЛОГИЯ

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Пассивный

АКТИВНЫЙ

ОБЪЕКТ
РАССТОЯНИЕ

БЕСКОНЕЧНОСТЬ

ЗАКРЫТЬ / БЕСКОНЕЧНОСТЬ

ИЗОБРАЖЕНИЕ
СРЕДНИЙ

AIR

ВИТРЕОЗНЫЙ ЮМОР

ОШИБКА
МЕСТО

ПРОСТРАНСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ

ОБЪЕКТНАЯ ПЛОЩАДЬ

ОСНОВНОЙ ОПТИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ

СТАНДАРТНЫЕ ФУНКЦИИ АБЕРРАЦИИ

УСЛОВИЯ АБЕРРАЦИИ ZERNIKE

КОЭФФИЦИЕНТ ЦЕРНИКА
ФОРМА

В ЕДИНИЦАХ ДЛИНЫ ВОЛНЫ

МИКРОНЫ

ФОРМА ПРОДОЛЬНОЙ
АБЕРРАЦИЯ

СТАНДАРТНЫЕ МЕТРИКИ

ДИОПТЕРЫ

ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЙ СПЕЦИАЛЬНЫЙ
УСЛОВИЯ АБЕРРАЦИИ:

ОШИБКА ПОВРЕЖДЕНИЯ:

Обычно ошибка расфокусировки, хотя любой луч / волновой фронт, генерируемый глазом
аберрация
это, по сути, рефракционная ошибка
НИЖНИЙ ПОРЯДОК
АБЕРРАЦИИ:

Те, у которых радиальная установка Цернике порядка n ниже
чем 3 (наклон, расфокусировка, первичный астигматизм)
ВЫСШЕГО ЗАКАЗА
АБЕРРАЦИИ:

Радиальное исполнение Цернике порядка n от 3 и выше
(включает первичную кому и сферическую аберрацию)
ПОПЕРЕЧНЫЙ
ХРОМАТИЗМ:

Боковое хроматическое увеличение (боковой хроматизм в телескопе
оптика)
ГЛУБИНА ФОКУСА:
Диапазон расфокусировки с приемлемым ухудшением изображения относительно
лучший фокус (не обязательно с ограничением дифракции)

СФЕРА или ФОКУС:
Расфокусировка (т.е.е. сила линзы, необходимая для исправления расфокусировки глаза;
некоторые условия рецепта на очки, часто — и
неуместно — используются для обозначения аберраций
сами)
PRISM :
Наклон волнового фронта

ЦИЛИНДР:
Астигматизм
ОСЬ:
Угол между двумя астигматическими меридианами (необязательно 90)

Следует иметь в виду следующие важные моменты: в отличие от стандартного глаза
модели реальный глаз это:

(1) активная оптическая система с регулируемыми компонентами и аберрациями
изменяющиеся во времени,
(2) это не строго центрированная система,
(3) это не осесимметричная система, и
(4) окончательное восприятие является предметом нейронной обработки.

Следовательно, формы аберраций сопоставимой величины не
обязательно иметь такой же эффект, как и в пассивной оптической системе, такие
как телескоп и, в небольшой, но не незначительной степени, глаз
аберрации случайны.

Оптическая система человеческого глаза обычно представлена ​​схематическим глазом , в котором используется
средние размеры с идеализированными, центрированными и осесимметричными
поверхностей, при моделировании изображений глаз и аберраций.Как каждый комплекс
система глаз описывается входным и выходным зрачком и 6 кардинальными
точки: объект и фокус пространства изображения, первый и второй основные
плоскости, а также первой и второй узловых точек (, фиг. 222, ).



РИСУНОК 222
: СЛЕВА —
Иллюстрация оптической схемы человеческого глаза; есть ряд
схемы, из самых простых, с одним сферическим преломляющим
поверхности, с двумя линзами с асферическими поверхностями и
индекс градиента.Вышеуказанные номинальные значения основаны на модели Gullstrand-Emsley.
схематический глаз, который использует одну преломляющую поверхность роговицы, но
добавление второй поверхности мало влияет на оптические параметры
показано. Зрачок глаза — диафрагма системы; его образ
предшествующий оптический элемент (роговица) образует входной зрачок системы —
что является видимой границей для входящих лучей из точки объекта — в
примерно в 3 мм позади передней роговицы, на 13% больше зрачка глаза.Образ
упора диафрагмы следующим за ним оптическим элементом в оптическом
шлейф (хрусталик) образует выходной зрачок системы — видимую границу
лучи от точки изображения — лишь немного меньше зрачка глаза. Глаз
Выходной зрачок для всех практических целей находится у зрачка глаза (радужной оболочки). Должное
к глазу как к однозначной системе с предметным пространством (передним)
фокусное расстояние меньше, чем фокусное расстояние его пространства изображения (заднего),
узловые точки не содержатся в главных плоскостях; они сдвинуты
глубже в глаз, охватывая заднюю поверхность хрусталика глаза.
ВПРАВО, ВЕРХ — Схема формирования изображения неоднозначной системой (не
по спецификации глаза; основные и узловые точки более широко
отдельно, для ясности; Кроме того, плоскость изображения дальше, чем задняя
фокальная плоскость соответствует аккомодации глаза). Изображение точки-объекта на
высота х во внешнем поле определяется двумя лучами
исходящая из точки объекта, одна нормаль ко 2-й главной плоскости
(перпендикулярно оси во 2-й главной точке P ‘), а другой
проходя через переднюю точку фокусировки и поворачиваясь параллельно
с осью в первой главной плоскости (перпендикулярно оси в
первая основная точка P ).Значение узловых точек
что луч от точки объекта направлен к 1-й узловой точке ( N )
действует так, как если бы он следует по оси до 2-й узловой точки ( N ‘), от
который он соединяет с точкой изображения, сохраняя исходный луч
ориентация. Другими словами, узловые точки определяют фактический инцидент.
угол, т.е. фактическое поле зрения. Видимый угол падения и поле
вид, определяемый лучом, проходящим через центр выходного зрачка
(я.е. пересечение оси в точке между узловым и главным
точек) — главный луч — меньше действительного угла и поля;
для схематического глаза на постоянный коэффициент примерно 0,82.
СПРАВА — ВНИЗ: визуализация
человеческим глазом часто можно достаточно хорошо смоделировать с помощью упрощенного
вариант схематического глаза, называемый уменьшенным глазом . Показано Эмсли
уменьшенный глаз, который предполагает одну преломляющую поверхность и 60 диоптрий
эффективное (в воздухе) фокусное расстояние глаза.С диафрагмой на поверхности,
его входной и выходной зрачки совпадают с ним; аналогично, его два
основные точки совпадают на преломляющей поверхности ( P ), а две
узловые точки совпадают в центре кривизны поверхности ( N ).
Предполагается, что центр фовеа совпадает с задним фокусом, поэтому
оптическая и визуальная оси также совпадают.

А
Основная опорная линия, определяющая аберрацию, в общей оптической системе
главный луч: луч, проходящий через центр диафрагмы,
определение опорного оптического пути длины, против которого измеряются
разности оптических путей других лучей.Для точки аксиального изображения
главный луч совпадает с оптической осью; для точек внеосевого изображения, главный
Луч — тот, который проходит через центр диафрагмы. В
офтальмология, с другой стороны, обычно ссылаются на
линия прямой видимости
(LOS) в качестве главного лучевого эквивалента — концепция не
совместим с традиционной теорией аберраций (если взять луч другого
чем один, проходящий через центр апертуры, останавливается в качестве контрольной
для разности оптических путей изменяется форма аберрации волнового фронта,
делая симметричные аберрации асимметричными).

Оптическая ось, связанная со схематическим глазом, определяется так же, как и для любого другого
центрированная система с осесимметричными поверхностями в виде линии
соединяющие вершины поверхности. Другие соответствующие оси и линии
проиллюстрировано на РИС. 223 .

РИСУНОК 223 : Оси и линии, связанные с
глаз. Два из них проходят через фовеальный центр: зрительная ось , и
Прямая видимость .Первый соединяет ямку со второй узловой точкой.
(визуальная ось в плоскости изображения), а затем 1-я узловая точка с
точка объекта. Последняя также пунктирной линией соединяет ямку с
объектная точка через центры выходного и входного зрачков. Зрачок
ось
не связана со схематическим глазом; по определению, это
нормаль к передней части роговицы, направлена ​​к входному зрачку
центр. Это возможно только в том случае, если поверхность роговицы деформирована, либо глаз
элементы смещены (в противном случае нормаль к передней части роговицы была бы почти
точку в центре кривизны).Наконец, ось фиксации
соединяет точку объекта и центр вращения глаза.

Ось зрения определяется как линия, соединяющая центр фовеа
2-я узловая точка. Находясь параллельно линии, соединяющей
соответствующая точка объекта и 1-я узловая точка, эта линия определяет
фактический угол поля зрения (это преобладающее определение зрительного
ось; некоторые авторы придерживаются другой точки зрения, определяя визуальную ось как одну
соединяющая ямку с центром входного зрачка).Из-за фовеала
эксцентриситет (4-8 к височной и около 2 к нижней
сетчатка) эта линия наклонена к оптической оси; временной наклон
угол обычно обозначается
α
. Термин, относящийся к визуальному
ось ахроматическая ось , определяемая лучом, проходящим через глаз
выходной зрачок и узловая точка на фовеальный центр с нулевым латеральным
ошибка цвета; по данным Школы оптометрии Университета Индианы,
данные реальных глаз показывают, что средняя угловая разница между этой осью и
визуальная ось тяготеет к нулю, предполагая, что эти два почти
совпадают в среднем глазу (околонулевой боковой цвет — это только
статистическая цифра, указывающая, что положительный и отрицательный боковой цвет
ошибки почти компенсируют друг друга в сумме отдельных ошибок;
согласно тому же источнику, средний фовеал
боковой цвет существенно отличается от нуля).

Линия прямой видимости (LOS) — ломаная линия, соединяющая точку объекта с
фовеальный центр через центры входного и выходного зрачков.
Как уже упоминалось, его обычно — и неправильно — считают главным
лучевой эквивалент. На самом деле не лучи проходят через
центры входных и выходных зрачков, составляющие главный луч: это
луч, проходящий через центр диафрагмы (таким образом
представляющий фактический центральный луч входящего карандаша) и
выглядит так, будто проходит через центр входного зрачка (от
сторону точки объекта) и через центр выходного зрачка (от
сторона точки изображения).

Зрачковая ось определяется как нормаль к передней поверхности роговицы.
(следовательно, пропуская его без преломления), направленный в центр входа
ученик. Иногда его также называют эквивалентом главного луча,
что неверно, так как главный луч проходит через центр
диафрагма. Такая ось в схематическом глазу всегда будет указывать на
центр кривизны роговицы. Однако на самом деле этот угол
(определяется путем измерения угла света, отраженного от переднего
роговица, из которой она выступает обратно в центр входного зрачка), в
в целом, указывает на деформацию роговицы и / или смещение в
оптический путь, тем больше его отклонение от визуальной оси — обычно
обозначается κ — тем более (это не обязательно приводит к
значительно более высокий уровень аберраций глаза; например, больше
каппа-угол связан с более высоким уровнем компенсаторной комы глаза,
и роговица, и хрусталик вызывают большую аберрацию, но не
противоположные знаки, стремящиеся минимизировать общую аберрацию).Другой угол
с осью зрачка связана ось между ней и LOS, обычно
обозначается
λ
(некоторые авторы используют κ , что может
сбивать с толку).

Поскольку основная цель исследования аберраций глаза здесь — получить
понимание их влияния на качество изображения телескопа, т.е.
взаимодействие между осевыми и внеосевыми аберрациями телескопа
(включая окуляр) по сравнению с окуляром, важно отметить, что,
из-за активного характера функции глаза это взаимодействие не
обеспечить простой баланс аксиальных и внеосевых аберраций
два.В частности, внеосевые аберрации глаза очень значительны,
но их влияние на качество внеосевого изображения в телескопе обычно
от малого до незначительного (, фиг. 224, ).


РИСУНОК 224 : Рефлекторные движения глаз на
окуляр переносит изображение выбранного полевого объекта на пятно сетчатки
высшая острота — фовеа. Это, в свою очередь, требует внесения избранных
объект на визуальную ось, соединяя выбранный объект и ямку.Если
выбранный объект — это объект, расположенный во внешнем поле окуляра, он
фактически становится почти осевым объектом для глаза. Другими словами,
в первую очередь фовеальные аберрации глаза взаимодействуют с
аберрации телескопа, независимо от полевого положения точки
наблюдаемый. Когда оптические оси глаза (правый глаз, вид сверху, предполагая
выходной зрачок окуляра почти совпадает со зрачком глаза) совпадает с
окуляра (A) , наблюдатель смотрит на точку несколько
от центра поля (угол аппроксимируется невязкой
между оптической и зрительной осью глаза, обычно 4-8).Чтобы
перенести центр поля в фовеальную область, глаз должен вращаться по часовой стрелке вокруг
центр вращения, который почти совпадает с центром стекловидного тела
до тех пор, пока визуальная ось почти не совпадет с оптической осью окуляра.
Внеосевая точка H , расположенная дальше в поле, отображается с помощью
глаз на внешнее поле сетчатки; он присутствует в поле зрения,
но очень искажены из-за комбинированного эффекта низкого разрешения
фоторецепторы во внешней сетчатке, внеосевые аберрации
окуляр, и внеосевые аберрации глаза.Обращая внимание на это
точка вызывает рефлекторное движение глаз — вращение против часовой стрелки на угол a
— внесение в фовеальную зону; поскольку вращение глаза вызывает зрачок
смещение относительно выходного зрачка окуляра, вращение сопровождается
небольшое смещение головы, при котором два зрачка почти совпадают
(В) .

Несмотря на то, что внеосевые аберрации глаза практически отсутствуют
влияют на качество телескопического изображения, они также будут
на имя; не только для полноты информации, но и для большего
что важно, как индикатор возможной величины осевого глаза
аберрации, вызванные чрезмерной деформацией и / или перекосом глаза
оптические поверхности.Одна из возможных форм перекоса — децентрализация или
зазор (или оба) зрачка окуляра относительно зрачка; это может
вызывают значительные осевые аберрации, в первую очередь кому и латеральную окраску.

Аберрации глаз будут рассмотрены в четырех основных разделах:

(1) монохроматические аберрации,
осевой 2-го порядка и
внеосевой 2-го порядка,
(2)
монохроматические аберрации высшего порядка,

(3) хроматические аберрации и
(4) комбинированные аберрации глаза.

13. ГЛАЗ

13.4. Монохроматический глаз
аберрации

Главная |
Комментарии

.

Составной глаз — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия


Составные глаза состоят из множества фоторецепторов или омматидий . Каждый «омматидий» (единственное число) представляет собой индивидуальную «глазную единицу».

Воспринимаемое изображение представляет собой комбинацию входных сигналов от омматидий на выпуклой поверхности. Таким образом, они указывают немного в разных направлениях.

По сравнению с простыми глазами сложные глаза обладают широкоугольным обзором. Они могут обнаруживать быстрое движение и, в некоторых случаях, поляризацию света. [1]

Глаза с разрешающей способностью бывают десяти принципиально разных форм, и 96% видов животных обладают сложной оптической системой. [2] Глаза с разрешением изображения есть у моллюсков, хордовых и членистоногих. [3]

Почти все насекомые и паукообразные используют как простые, так и сложные глаза.

Составные глаза делятся на две группы: аппозиционные глаза, которые образуют несколько перевернутых изображений, и суперпозиционные глаза, которые образуют одно прямое изображение. [4] Сложные глаза часто встречаются у членистоногих, а также у кольчатых червей и некоторых двустворчатых моллюсков. [5]

Сложные глаза, по крайней мере, у членистоногих, растут по краям за счет добавления новых омматидиев. [6]

Хорошие летуны, такие как мухи или медоносные пчелы, или насекомые-ловцы добычи, такие как богомолы или стрекозы, имеют специальные зоны омматидий, организованные в фовеальную область, которая дает острое зрение. В острой зоне глаза уплощены, фасетки увеличены.Сглаживание позволяет большему количеству омматидий получать свет от точки и, следовательно, более высокому разрешению.

Другая версия — это псевдолицый глаз, как у Скутигера. Глаза этого типа состоят из множества глазков с каждой стороны головы, организованных таким образом, что напоминает настоящий сложный глаз.

Тело Ophiocoma wendtii , типа хрупкой звезды, покрыто омматидиями, превращая всю его кожу в сложный глаз. То же самое и со многими хитонами.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.