Оптический аппарат глаза
С позиции физической оптики глаз человека следует относить к так называемым центрированным оптическим системам. Для них характерно наличие двух и более линз, имеющих общую главную оптическую ось.
При построении изображения предмета центрированная оптическая система представляется как одно целое, но ход лучей в ней определяется с помощью шести кардинальных точек: передней и задней главных, передней и задней узловых, переднего и заднего фокусов. В соответствии с законами оптики расстояние до предмета отсчитывается от передней, а до изображения — от задней главных точек. Световой луч, проходящий через первую узловую точку, не преломляется в ней, а, смещаясь, выходит из второй узловой точки и идет далее параллельно своему первоначальному направлению. Передний и задний фокусы — точки соединения параллельных лучей, падающих на систему.Оптическая система глаза включает в себя две линзы (роговицу и хрусталик с диафрагмой между ними), водянистую влагу и стекловидное тело. Строго говоря, к ней следует отнести и слезную жидкость, которая обеспечивает прозрачность роговицы. Основными преломляющими поверхностями в этой системе являются передняя поверхность роговицы и обе поверхности хрусталика. Роль остальных сред состоит в основном в проведении света. Из упомянутых выше линз одна (роговица) имеет постоянную преломляющую силу (43,05 дптр), а вторая (хрусталик) — переменную, зависящую в молодые годы от уровня функционального напряжения аккомодации (диапазон, в среднем, от 19,11 до 33,06 дптр). Благодаря этой особенности оптическая система глаза может гибко менять глубину резкости и воспринимать изображение внешних объектов в пределах пространства, ограниченного дальнейшей и ближайшей точками ясного видения. Первая из них соответствует оптической установке глаза в покое аккомодации, вторая — при максимальном ее напряжении.
На основании сложных расчетов, сначала Г.
Гельмгольц (Helmholtz H., 1855), а затем А. Гулльстранд (Gullstrand A., 1909) определили показатели оптической системы так называемого схематического глаза. По данным А. Гулль- странда, которые ближе к живой модели, суммарная преломляющая сила оптики такого глаза составляет 58,64 дптр в покое аккомодации и 70,57 дптр при максимальном ее напряжении. Поскольку глаз относится к иммерсионным системам (изображение строится в среде с показателем преломления более 1,0), переднее фокусное расстояние его отличается от заднего как по знаку, так и по абсолютному значению. В покое и при максимальном напряжении аккомодации первое из них равно соответственно -17,06 и -14,17 мм, а второе — +22,79 и +18,93 мм.Роговица и хрусталик, подобно другим собирательным линзам, формируют на сетчатке сильно уменьшенное и перевернутое изображение внешних объектов. Однако наше сознание опускает последнее обстоятельство, так как не участвует в восприятии направления. Процесс «выпрямления» полученного мозгом изображения совершается чисто автоматически: возбуждена точка в нижней половине сетчатки — возбудитель сверху, в левой ее половине — возбудитель справа и т. д. Понимание этого обстоятельства пришло не сразу и связано с работами И. Кеплера (Kepler I., 1611). Именно он первым высказал мысль, что отгадку видения мира в прямом виде следует искать не в законах оптики, как это пытались делать многие до него, а в области психофизиологии.
Для вычисления размеров сетчаточных изображений удобно пользоваться не схематическим, а редуцированным глазом, в котором имеется одна главная и одна узловая точки. Не вдаваясь в подробности расчетов, скажем, к примеру, что объект величиной в 1 м и удаленный от глаза на 6 м даст изображение на сетчатке размером 2,5-2,85 мм (в зависимости от выбранного для вычисления варианта редуцированного глаза). Следует отметить, что в клинической практике суммарную (физическую) рефракцию оптической системы глаза практически никогда не определяют. Исключение составляют только те случаи, когда возникает необходимость измерить преломляющую силу роговицы (например, при имплантации интраокулярной линзы в афакический глаз).
В клиническом же смысле под рефракцией понимают оптическую установку глаза, характеризующуюся положением его главного фокуса (точка преломления параллельного пучка лучей) по отношению к сетчатке. Если он не совпадает с нею, т. е. находится кпереди или кзади, то степень этого несовпадения также выражается в диоптриях. Исходя из этих трех теоретически и практически возможных вариантов, Ф. Дондерс (Donders F. C., 1866) ввел в клиническую практику понятие об эмметропии как соразмерной рефракции и аметропии — как несоразмерной рефракции в виде гиперметропии и миопии. В первом случае главный фокус оптической системы глаза находится на сетчатке, во втором и третьем — соответственно, за и перед ней.
С точки зрения геометрической оптики светопреломляющая система глаза человека обладает рядом недостатков. Главные из них — различные аберрации (сферическая и хроматическая, астигматизм) и дифракция (рассеивание) света на зрачке.
В реальных условиях жизни наиболее значимой для четкого зрения величиной является астигматизм. В физическом смысле суть его заключается в том, что лучи одного и того же светового пучка, пусть даже самого узкого, идущие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, имеют после преломления различные точки сходимости. Иными словами, такая оптическая система имеет вместо одного главного фокуса в виде точки две взаимно перпендикулярные фокальные линии, находящиеся в двух различных фронтальных плоскостях. Удаленность их друг от друга определяет степень астигматизма, которую выражают в диоптриях. Следовательно, с клинических позиций астигматизм — это не что иное, как сочетание в одном глазу двух различных клинических рефракций (например, миопии и гиперметропии, миопии и эмметропии, гиперметропии и эм- метропии) или аметропии одного и того же вида, но различной степени. Обнаружить астигматизм сравнительно несложно, используя для этого специальные тестовые фигуры, например лучистую. При астигматизме более четкими будут казаться те ее меридиональные линии, изображение которых окажется ближе расположенным к сетчатке или совпадет с ее плоскостью.