Układ optyczny oka

Ludzkie oko jest złożonym układem optycznym składającym się z rogówki, płynu komory przedniej, soczewki i ciała szklistego. Moc refrakcyjna oka zależy od wielkości promieni krzywizny przedniej powierzchni rogówki, przedniej i tylnej powierzchni soczewki, odległości między nimi oraz współczynników refrakcji rogówki, soczewki, cieczy wodnistej i ciała szklistego. Moc optyczna tylnej powierzchni rogówki nie jest brana pod uwagę, ponieważ współczynniki refrakcji tkanki rogówki i płynu komory przedniej są takie same (jak wiadomo, refrakcja promieni jest możliwa tylko na granicy ośrodków o różnych współczynnikach refrakcji).

Konwencjonalnie można uznać, że powierzchnie refrakcyjne oka są sferyczne, a ich osie optyczne pokrywają się, tj. oko jest układem centrowanym. W rzeczywistości układ optyczny oka ma wiele błędów. Tak więc rogówka jest sferyczna tylko w strefie centralnej, współczynnik załamania zewnętrznych warstw soczewki jest mniejszy niż wewnętrznych, stopień załamania promieni w dwóch wzajemnie prostopadłych płaszczyznach nie jest taki sam. Ponadto cechy optyczne w różnych oczach różnią się znacząco i niełatwo jest je dokładnie określić. Wszystko to komplikuje obliczenia stałych optycznych oka.

Do oceny mocy refrakcyjnej dowolnego układu optycznego stosuje się jednostkę konwencjonalną – dioptrię (w skrócie – dptr). Za 1 dptr przyjmuje się moc soczewki o ogniskowej głównej 1 m. Dioptria (D) jest odwrotnością ogniskowej (F):

D=1/F

Zatem soczewka o ogniskowej 0,5 m ma moc refrakcyjną wynoszącą 2,0 dpt., 2 m – 0,5 dpt. itd. Moc refrakcyjną soczewek wypukłych (skupiających) oznaczamy znakiem plus, soczewek wklęsłych (rozpraszających) – znakiem minus, a same soczewki nazywamy odpowiednio dodatnimi i ujemnymi.

Istnieje prosta metoda, dzięki której można odróżnić soczewkę dodatnią od ujemnej. Aby to zrobić, należy umieścić soczewkę w odległości kilku centymetrów od oka i przesunąć ją, na przykład, w kierunku poziomym. Patrząc na obiekt przez soczewkę dodatnią, jego obraz będzie się poruszał w kierunku przeciwnym do ruchu soczewki, a przez soczewkę ujemną, wręcz przeciwnie, w tym samym kierunku.

Do przeprowadzenia obliczeń związanych z układem optycznym oka zaproponowano uproszczone schematy tego układu, bazujące na średnich wartościach stałych optycznych, uzyskanych w wyniku pomiaru dużej liczby oczu.

Najbardziej udany jest schematyczny, zredukowany model oka zaproponowany przez W. K. Werbickiego w 1928 roku. Jego główne cechy charakterystyczne to: płaszczyzna główna dotyka wierzchołka rogówki; promień krzywizny tej ostatniej wynosi 6,82 mm; długość osi przednio-tylnej wynosi 23,4 mm; promień krzywizny siatkówki wynosi 10,2 mm; współczynnik załamania światła ośrodka wewnątrzgałkowego wynosi 1,4; całkowita moc refrakcyjna wynosi 58,82 dioptrii.

Podobnie jak inne układy optyczne, oko podlega różnym aberracjom (od łacińskiego aberratio – odchylenie) – wadom układu optycznego oka, prowadzącym do pogorszenia jakości obrazu obiektu na siatkówce. Na skutek aberracji sferycznej promienie wychodzące z punktowego źródła światła są zbierane nie w punkcie, lecz w pewnej strefie na osi optycznej oka. W rezultacie na siatkówce tworzy się okrąg rozproszenia światła. Głębokość tej strefy dla „normalnego” ludzkiego oka waha się od 0,5 do 1,0 dioptrii.

W wyniku aberracji chromatycznej promienie krótkofalowej części widma (niebiesko-zielone) przecinają się w oku w mniejszej odległości od rogówki niż promienie długofalowej części widma (czerwone). Odstęp między ogniskami tych promieni w oku może sięgać 1,0 Dptr.

Prawie wszystkie oczy mają inną aberrację spowodowaną brakiem idealnej sferyczności powierzchni refrakcyjnych rogówki i soczewki. Asferyczność rogówki można na przykład wyeliminować za pomocą hipotetycznej płytki, która po umieszczeniu na rogówce zamienia oko w idealny układ sferyczny. Brak sferyczności prowadzi do nierównomiernego rozłożenia światła na siatkówce: punkt świetlny tworzy złożony obraz na siatkówce, na którym można wyróżnić obszary maksymalnego oświetlenia. W ostatnich latach wpływ tej aberracji na maksymalną ostrość wzroku jest aktywnie badany nawet w „normalnych” oczach w celu jej skorygowania i uzyskania tzw. nadzoru (na przykład za pomocą lasera).

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Kształtowanie się układu optycznego oka

Badanie narządu wzroku różnych zwierząt w aspekcie ekologicznym świadczy o adaptacyjnej naturze refrakcji, tj. o takim ukształtowaniu oka jako układu optycznego, który zapewnia danemu gatunkowi zwierząt optymalną orientację wzrokową zgodnie z cechami jego aktywności życiowej i siedliska. Najwyraźniej nie jest to przypadek, ale uwarunkowania historyczne i ekologiczne, że ludzie mają przeważnie refrakcję zbliżoną do emmetropii, która najlepiej zapewnia wyraźne widzenie zarówno odległych, jak i bliskich obiektów zgodnie z różnorodnością ich aktywności.

Regularne zbliżanie się refrakcji do emmetropii obserwowane u większości dorosłych wyraża się w wysokiej odwrotnej korelacji między anatomicznymi i optycznymi składnikami oka: w procesie jego wzrostu przejawia się tendencja do łączenia większej mocy refrakcyjnej aparatu optycznego z krótszą przednio-tylną osią i odwrotnie, mniejszej mocy refrakcyjnej z dłuższą osią. W konsekwencji wzrost oka jest procesem regulowanym. Wzrost oka należy rozumieć nie jako prosty wzrost jego rozmiarów, ale jako ukierunkowane kształtowanie się gałki ocznej jako złożonego układu optycznego pod wpływem warunków środowiskowych i czynnika dziedzicznego z jego cechami gatunkowymi i indywidualnymi.

Z dwóch komponentów - anatomicznego i optycznego, których połączenie decyduje o refrakcji oka, anatomiczny jest znacznie bardziej „ruchomy” (w szczególności rozmiar osi przednio-tylnej). To głównie za jego pośrednictwem realizowane są regulacyjne wpływy organizmu na kształtowanie refrakcji oka.

Ustalono, że oczy noworodków z reguły mają słabą refrakcję. W miarę rozwoju dzieci refrakcja wzrasta: stopień nadwzroczności maleje, słaba nadwzroczność przechodzi w emmetropię, a nawet krótkowzroczność, oczy emmetropijne w niektórych przypadkach stają się krótkowzroczne.

W ciągu pierwszych 3 lat życia dziecka następuje intensywny wzrost oka, a także zwiększenie refrakcji rogówki i długości osi przednio-tylnej, która w wieku 5-7 lat osiąga 22 mm, tj. stanowi około 95% wielkości oka dorosłego. Wzrost gałki ocznej trwa do 14-15 roku życia. W tym wieku długość osi oka zbliża się do 23 mm, a moc refrakcyjna rogówki - 43,0 dioptrii.

W miarę wzrostu oka zmienność jego refrakcji klinicznej maleje: stopniowo wzrasta, czyli przesuwa się w stronę emmetropii.

W pierwszych latach życia dziecka dominującym typem refrakcji jest nadwzroczność. Wraz z wiekiem częstość występowania nadwzroczności maleje, natomiast wzrasta refrakcja emmetropijna i krótkowzroczność. Częstość występowania krótkowzroczności wzrasta szczególnie zauważalnie, począwszy od 11-14 roku życia, osiągając około 30% w wieku 19-25 lat. Udział nadwzroczności i emmetropii w tym wieku wynosi odpowiednio około 30 i 40%.

Pomimo że ilościowe wskaźniki rozpowszechnienia poszczególnych typów refrakcji oka u dzieci, podawane przez różnych autorów, znacznie się różnią, to jednak ogólny wzorzec zmian refrakcji oka wraz z wiekiem pozostaje niezmienny.

Obecnie podejmowane są próby ustalenia średnich norm wiekowych refrakcji oka u dzieci i wykorzystania tego wskaźnika do rozwiązywania problemów praktycznych. Jednak, jak pokazuje analiza danych statystycznych, różnice w wielkości refrakcji u dzieci w tym samym wieku są tak znaczące, że takie normy mogą mieć jedynie charakter warunkowy.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]