Меню Рубрики

Глаз и зрение оптическая система глаза

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.

Читайте также:  Ребенок 1 год зрение минус 1

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 (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.

2.1.1. Строение глаза

На рисунке 2.1. изображен разрез глазного яблокаи показаны основные детали глаза.


Рис. 2.1. Горизонтальный разрез правого глаза.

Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 г.

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°.

2.1.2. 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.


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». В таблице 2.1 приведены данные для аккомодированного и не аккомодированного глаза.

В состоянии покоя В состоянии наибольшей аккомодации
пов-ти радиус
кривизны
осевое
расстояние
показатель
преломления
радиус
кривизны
осевое
расстояние
показатель
преломления
1 7,7 0,5 1,376 7,7 0,5 1,376
2 6,8 3,1 1,336 6,8 2,7 1,336
3 10,0 3,6 1,386 5,33 4,0 1,386
4 -6,0 15 1,336 -5,33 15 1,336
Оптическая сила Оптическая сила

Таблица 2.1. Данные «схематического глаза».

Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:

, (2.1)

где – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.

2.1.3. 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).


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 и зрение

Глаз — орган зрения животных и человека. Глаз человека состоит из глазного яблока, соединенного зрительным нервом с головным мозгом, и вспомогательного аппарата (веки, слезные органы и мышцы, двигающие глазное яблоко).

Глазное яблоко (рис. 94) защищено плотной оболочкой, называемой склерой. Передняя (прозрачная) часть склеры 1 называется роговицей. Роговица является самой чувствительной наружной частью человеческого тела (даже самое легкое ее касание вызывает мгновенное рефлекторное смыкание век).

За роговицей расположена радужная оболочка 2, которая у людей может иметь разный цвет. Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость. В радужной оболочке есть небольшое отверстие — зрачок 3. Диаметр зрачка может изменяться от 2 до 8 мм, уменьшаясь на свету и увеличиваясь в темноте.

За зрачком расположено прозрачное тело, напоминающее двояковыпуклую линзу, — хрусталик 4. Снаружи он мягкий и почти студенистый, внутри более твердый и упругий. Хрусталик окружен мышцами 5, прикрепляющими его к склере.

За хрусталиком расположено стекловидное тело 6, представляющее собой бесцветную студенистую массу. Задняя часть склеры — глазное дно — покрыто сетчатой оболочкой (сетчаткой) 7. Она состоит из тончайших волокон, устилающих глазное дно и представляющих собой разветвленные окончания зрительного нерва.

Как возникают и воспринимаются глазом изображения различных предметов?

Свет, преломляясь в оптической системе глаза, которую образуют роговица, хрусталик и стекловидное тело, дает на сетчатке действительные, уменьшенные и обратные изображения рассматриваемых предметов (рис. 95). Попав на окончания зрительного нерва, из которых состоит сетчатка, свет раздражает эти окончания. По нервным волокнам эти раздражения передаются в мозг, и у человека появляется зрительное ощущение: он видит предметы.

Изображение предмета, возникающее на сетчатке глаза, является перевернутым. Первым, кто это доказал, построив ход лучей в оптической системе глаза, был И. Кеплер. Чтобы проверить этот вывод, французский ученый Р. Декарт (1596—1650) взял глаз быка и, соскоблив с его задней стенки непрозрачный слой, поместил в отверстии, проделанном в оконном ставне. И тут же на полупрозрачной стенке глазного дна он увидел перевернутое изображение картины, наблюдавшейся из окна.

Читайте также:  Сколько инвалидов по зрению в украине

Почему же тогда мы видим все предметы такими, как они есть, т. е. неперевернутыми? Дело в том, что процесс зрения непрерывно корректируется мозгом, получающим информацию не только через глаза, но и через другие органы чувств. В свое время английский поэт Уильям Блейк (1757—1827) очень верно подметил:

Посредством глаза, а не глазом
Смотреть на мир умеет разум.

В 1896 г. американский психолог Дж. Стреттон поставил на себе эксперимент. Он надел специальные очки, благодаря которым на сетчатке глаза изображения окружающих предметов оказывались не обратными, а прямыми. И что же? Мир в сознании Стреттона перевернулся. Все предметы он стал видеть вверх ногами. Из-за этого произошло рассогласование в работе глаз с другими органами чувств. У ученого появились симптомы морской болезни. В течение трех дней он ощущал тошноту. Однако на четвертые сутки организм стал приходить в норму, а на пятый день Стреттон стал чувствовать себя так же, как и до эксперимента. Мозг ученого освоился с новыми условиями работы, и все предметы он снова стал видеть прямыми. Но, когда он снял очки, все опять перевернулось. Уже через полтора часа зрение восстановилось, и он снова стал видеть нормально.

Любопытно, что подобная приспосабливаемость характерна лишь для человеческого мозга. Когда в одном из экспериментов переворачивающие очки надели обезьяне, то она получила такой психологический удар, что, сделав несколько неверных движений и упав, пришла в состояние, напоминающее кому. У нее стали угасать рефлексы, упало кровяное давление и дыхание стало частым и поверхностным. У человека ничего подобного не наблюдается.

Однако и человеческий мозг не всегда способен справиться с анализом изображения, получающегося на сетчатке глаза. В таких случаях возникают иллюзии зрения — наблюдаемый предмет нам кажется не таким, каков он есть на самом деле (рис. 96).

Есть еще одна особенность зрения, о которой нельзя не сказать. Известно, что при изменении расстояния от линзы до предмета меняется и расстояние до его изображения. Каким же образом на сетчатке сохраняется четкое изображение, когда мы переводим свой взгляд с удаленного предмета на более близкий?

Оказывается, те мышцы, которые прикреплены к хрусталику, способны изменять кривизну его поверхностей и тем самым оптическую силу глаза. Когда мы смотрим на далекие предметы, эти мышцы находятся в расслабленном состоянии и кривизна хрусталика оказывается сравнительно небольшой. При переводе взгляда на близлежащие предметы глазные мышцы сжимают хрусталик, и его кривизна, а следовательно, и оптическая сила увеличиваются.

Способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на более далеком расстоянии называется аккомодацией (от лат. accomodatio — приспособление). Благодаря аккомодации человеку удается фокусировать изображения различных предметов на одном и том же расстоянии от хрусталика — на сетчатке глаза.

Однако при очень близком расположении рассматриваемого предмета напряжение мышц, деформирующих хрусталик, усиливается, и работа глаза становится утомительной. Оптимальное расстояние при чтении и письме для нормального глаза составляет около 25 см. Это расстояние называют расстоянием ясного (или наилучшего) зрения.

Какое преимущество дает зрение двумя глазами?

Во-первых, именно благодаря наличию двух глаз мы можем различать, какой из предметов находится ближе, какой дальше от нас. Дело в том, что на сетчатках правого и левого глаза получаются отличающиеся друг от друга изображения (соответствующие взгляду на предмет как бы справа и слева). Чем ближе предмет, тем заметнее это различие. Оно и создает впечатление разницы в расстояниях. Эта же способность зрения позволяет видеть предмет объемным, а не плоским.

Во-вторых, благодаря наличию двух глаз увеличивается поле зрения. Поле зрения человека изображено на рисунке 97, а. Для сравнения рядом с ним показаны поля зрения лошади (рис. 97, в) и зайца (рис. 97, б). Глядя на эти рисунки, легко понять, почему хищникам так трудно подкрасться к этим животным, не выдав себя.

Зрение позволяет людям видеть друг друга. Возможно ли самому видеть, но для других быть невидимым? Впервые на этот вопрос попытался ответить в своем романе «Человек-невидимка» английский писатель Герберт Уэллс (1866—1946). Человек окажется невидимым после того, как его вещество станет прозрачным и обладающим той же оптической плотностью, что и окружающий воздух. Тогда отражения и преломления света на границе человеческого тела с воздухом не будет, и он превратится в невидимку. Так, например, толченое стекло, имеющее на воздухе вид белого порошка, тут же исчезает из виду, когда его помещают в воду — среду, обладающую примерно той же оптической плотностью, что и стекло.

В 1911 г. немецкий ученый Шпальтегольц пропитал препарат мертвой ткани животного специально приготовленной жидкостью, после чего поместил его в сосуд с такой же жидкостью Препарат стал невидимым.

Однако человек-невидимка должен быть невидимым на воздухе, а не в специально приготовленном растворе. А этого достигнуть не удается.

Но допустим, что человеку все-таки удастся стать прозрачным. Люди перестанут его видеть. А сможет ли он сам их видеть? Нет, ведь все его части, в том числе и глаза, перестанут преломлять световые лучи, и, следовательно, никакого изображения на сетчатке глаза возникать не будет. Кроме того, для формирования в сознании человека видимого образа световые лучи должны поглощаться сетчаткой, передавая ей свою энергию. Эта энергия необходима для возникновения сигналов, поступающих по зрительному нерву в мозг человека. Если же у человека-невидимки глаза станут совершенно прозрачными, то этого происходить не будет. А раз так, то он вообще перестанет видеть. Человек-невидимка будет слепым.

Герберт Уэллс не учел этого обстоятельства и потому наделил своего героя нормальным зрением, позволяющим ему, оставаясь незамеченным, терроризировать целый город.

. 1. Как устроен глаз человека? Какие его части образуют оптическую систему? 2. Охарактеризуйте изображение, возникающее на сетчатке глаза. 3. Как передается изображение предмета в мозг? Почему мы видим предметы прямыми, а не перевернутыми? 4. Почему, переводя взгляде близкого предмета на удаленный, мы продолжаем видеть его четкий образ? 5. Чему равно расстояние наилучшего зрения? 6. Какое преимущество дает зрение двумя глазами? 7. Почему человек-невидимка должен быть слепым?

Глаз как оптическая система – функции и строение органа зрения человека

Зрительная оптическая система глаза — сложный аппарат, который имеет уникальную схему. Его физиология обеспечивает человеку бинокулярное видение. При ухудшении работы любой из структур органа появляются заболевания. Их лечение проходит с помощью медикаментов или операций, некоторые из патологий требуют коррекции при помощи линз или очков. Характеристика лечения зависит от типа заболеваний.

Физиология и строение

К оптической системе относятся такие элементы:

  • хрусталик;
  • камеры глаза;
  • роговица;
  • радужка;
  • зрачок;
  • склера;
  • цилиарное тело;
  • желтое пятно.

Зрительный аппарат имеет сложную структуру: включает 12 элементов. Их последовательность четко определена и не меняется. Видимая для человека деталь — глазное яблоко. Средний его диаметр составляет 2,5 сантиметра. Сверху оно покрыто тремя оболочками, каждая из которых играет разную роль. Сначала оптические структуры глаза начинаются со склеры, которая защищает орган от повреждений, после идет сосудистая часть, отвечающая за питание. Далее следует радужка, при этом цвет радужной оболочки считается оттенком глаз. Входит в оптическую систему и зрачок, который, в зависимости от качества освещения, расширяется или сужается, чтобы улавливать лучи.

Далее схема и строение глаза включают очень важные компоненты, такие как роговица, хрусталик, водянистая жидкость и стекловидное тело. Именно с помощью этих органов природная светопроводящая оптическая система глаза улавливает изображение. Далее располагается такой элемент, как сетчатка, на которую транслируется информация. В этой части находятся палочки и колбочки — фоторецепторы, которые помогают человеку различать цвета и видеть при разном освещении. Напротив зрачка располагается желтое пятно — эта часть образована колбочками. Такое место расположения позволяет человек четко видеть окружающую среду. Благодаря нервам, вся поступающая информация транслируется в мозг посредством нервных импульсов. Оптика имеет развитые дренажные схемы, которые обеспечивают защиту и очищение органа. Благодаря такой структуре выделяются слезы.

Функции органа: что включают?

Свойства зрительного органа играют большую роль в жизни человека. Уникальный глаз человека помогает улавливать и транслировать информацию об окружающей среде. Благодаря ему человек воспринимает цвета, создает построение изображения в реалистичных пропорциях. С помощью зрительного аппарата обеспечивается бинокулярное видение — способность видеть двумя глазами одновременно. Это происходит рефлекторно. Другое умение — стереоскопическое видение. Благодаря ему человек определяет расстояние и рельеф.

Хрусталик участвует в процессе аккомодации. Это устройство позволяет различать предметы на разном расстоянии. Когда необходимо рассмотреть что-то вдали, цилиарная мышца напрягается, тем самым заставляя хрусталик сжиматься. Если человек смотрит на вещи, на близкой дистанции, то волокна расслабляются, а линза становится плоской. Благодаря этим действиям свет попадает четко на сетчатку, которая относится к рецепторным компонентам. Там в действие вступают фотографические рецепторы: палочки отвечают за ночное видение, а колбочки — за зрение днем и различие цветов. За преломление света отвечает роговица, относящаяся к светочувствительным элементам. В этой части также отображается фокусное расстояние.

Причины поражения: распространенные патологии

Встречаются подобные недостатки оптической системы глаза:

  • астигматизм;
  • миопия;
  • астенопия;
  • гиперметропия;
  • кератоглобус;
  • кератоконус и другие аналоги патологий.

Некоторые из заболеваний появляются из-за воспалительных процессов, которые вызывают инфекции. К таким патологиям относят блефарит, кератит, конъюнктивит. Иногда болезни глазной системы являются признаками других нарушений. Так, двоение изображения — это признак инсульта. Затуманенное восприятие развивается при диабете, а желтизна белков — при проблемах с печенью. Травмы органа приводят к возникновению катаракты, гифемы или разрыву тканей роговицы.

Читайте также:  Методы коррекции зрения при миопии высокой степени

Характеристика заболеваний представлена в таблице:


Оптическая система глазного яблока представляет собой несколько образований, участвующих в преломлении световых волн. Это необходимо для того, чтобы лучи, идущие от предмета, сфокусировались четко на плоскости сетчатки. В результате появляется возможность получить ясное и четкое изображение.

Строение оптической системы глаза

В состав оптической системы глаза входят следующие элементы:

При этом у всех структурных компонентов глаза имеются свои характерные особенности:

  • Форма глаза не абсолютно сферична;
  • В наружных отделах преломляющая сила хрусталика меньше, нежели во внутренних слоях;
  • Глаза могут несколько различаться по форме и размерам.

Физиологическая роль оптической системы глаза

Основные функции, которые обеспечивает оптическая система глаза, представлены ниже:

  • Необходимая степень преломления лучей;
  • Фокусировка изображения и предметов строго в плоскости сетчатки;
  • Создание необходимой длины оси зрения.

В результате человек может воспринимать предметы в объеме, четко и в цвете, то есть к мозговым структурам поступают сигналы о реалистичном изображении. При этом глаз способен воспринимать темное и светлое, а также цветовые показатели, то есть обладает функцией светоощущения и цветоощущения, соответственно.

Для оптической системы глаза человека присущи следующие характеристики:

1. Бинокулярность – способность воспринимать объемное изображение обоими глазами, при этом предметы не раздваиваются. Это происходит на рефлекторном уровне, один глаз выступает в качестве ведущего, второй – ведомого.
2. Стереоскопичность позволяет человеку определить приблизительное расстояние до предмета и оценить рельеф и очертания.
3. Острота зрения определяется способностью различить две точки, которые находятся друг от друга на определенном расстоянии.

Видео о строении оптической системы глаза

Симптомы поражения оптической системы глаза

Все эти состояния могут сопровождаться нижеприведенной симптоматикой:

  • Затуманивание зрения;
  • Снижение общей остроты зрения;
  • Невозможность четко различить предметы, которые расположены вблизи или вдали;
  • Двоение в глазах вследствие нарушения бинокулярности;
  • Перенапряжение и головная боль;
  • Повышенная утомляемость.

Методы диагностики при поражении оптической системы глаза

При оценке работы оптической системы в целом необходимо четко определить, какой из глаз является ведущим, а какой – ведомым.

Это легко определить путем простого теста. При этом необходимо смотреть сквозь отверстие в темном экране попеременно правым и левым глазом. В том случае, если глаз ведущий, то картина не перемещается. Если же глаз ведомый, то происходит смещение картинки.

Для диагностики заболеваний необходимо выполнить ряд методик:

  • Визометрия необходима для определения остроты зрения. Ее можно проводить и на фоне очковой коррекции, чтобы подобрать линзы.
  • Скиаскопия помогает получить объективные данные о величине рефракции.
  • Автоматическая рефрактометрия.
  • Офтальмометрия позволяет определить преломляющую силу роговицы.
  • Пахиметрия измеряет толщину роговицы на разных участках.
  • При кератоскопии врач рассматривает роговицу сквозь линзу.
  • УЗИ глазного яблока.
  • Фотокератотопография.
  • Офтальмоскопия изучает глазное дно и сетчатую оболочку.
  • Биомикроскопическое исследование.

Следует еще раз напомнить, что оптическая система глаза является важнейшей в структуре этого органа. Она позволяет получить качественное изображение на сетчатой оболочке. Это возможно за счет реализации нескольких механизмов, к которым относят бинокулярность, рефракцию, стереоскопичность и некоторые другие. При поражении хотя бы одной структуры этой сложной системы, работа ее нарушается. Поэтому так важна ранняя диагностика. Только при таком условии можно сохранить насыщенное и четкое зрение.

Заболевания оптической системы глаза

Среди заболеваний, которые приводят к поражению оптической системы, выделяют следующие:

Оптическая система глаза

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

Сокращение или расслабление волокон ресничного тела приводит к расслаблению или натяжению цинновых связок, которые отвечают за изменение кривизны хрусталика.

Глаз позвоночных часто сравнивают с фотокамерой, так как система линз (роговица и хрусталик) дает перевернутое и уменьшенное изображение объекта на поверхности сетчатки.( Герман Гельмгольц).

Количество проходящего через хрусталик света регулируется переменной диафрагмой (зрачком), а хрусталик способен фокусировать более близкие и более удаленные объекты.

Оптическую систему глаза составляют — роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело.

При прохождении лучей через глаз они преломляются на четырех поверхностях раздела:

1. Между воздухом и роговицей

2. Между роговицей и водянистой влагой

3. Между водянистой влагой и хрусталиком

4. Между хрусталиком и стекловидным телом.

Преломляющие среды имеют разные показатели преломления.

Большая часть преломления происходит при переходе из воздуха в роговицу — эта поверхность действует как сильная линза в 42 D, а также на поверхностях хрусталика.

Преломляющая сила

Преломляющая сила линзы измеряется ее фокусным расстоянием (f) . Это то расстояние позади линзы, на котором параллельные пучки света сходятся в одной точке.

Узловая точка— точка в оптической системе глаза через которую лучи идут не преломляясь.

Преломляющая сила рефракций любой оптической системы выражается в диоптриях.

Диоптрия — равна преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 100 см или 1 метр

Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:

где f— заднее фокусное расстояние глаза (выраженное в метрах)

В нормальном глазу общая преломляющая сила диоптрического аппарата составляет 59 D при рассматривании далеких предметов и 70,5 D — при рассматривании близких предметов.

Аккомодация

Для получения четкого изображения предмета на каком-то определенном расстоянии оптическая система должна быть перефокусирована. Для этого существуют 2-а простых способа –

а) смещение хрусталика относительно сетчатки, как в фотокамере (у лягушки); -( Уильям Бейц –американский офтальмолог –теория связана с поперечными и продольными мышцами -19 век)

б) или увеличение его преломляющей силы (у человека) – ( Герман Гельмгольц).

Приспособление глаза к ясному видению удаленных на разное расстояние предметов называют — аккомодацией. Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела. Усиление рефракции хрусталика при аккомодации на ближнюю точку достигается увеличением кривизны его поверхности, т.е. он становится более округлым, а на дальнюю точку плоским. Изображение на сетчатке получается действительным уменьшенным и обратным.

При аккомодации происходят изменения кривизны хрусталика, т.е. его преломляющей способности. Изменения кривизны хрусталика обеспечивается его эластичностью и цинновыми связками, которые прикреплены к ресничному телу. В ресничном теле находятся гладкомышечные волокна. При их сокращении тяга цинновых связок ослабляется (они всегда натянуты и растягивают капсулу сжимающую и уплощающую хрусталик). Хрусталик вследствие своей эластичности принимает более выпуклую форму, если происходит расслабление цилиарной мышцы (ресничное тело) — цинновые связки натягиваются и хрусталик уплощается.

Таким образом, ресничные мышцы являются аккомодационными мышцами. Они иннервируются парасимпатическими нервными волокнами глазодвигательного нерва. Если закапать атропин (выключается парасимпатическая система) нарушается ближнее зрение, так как происходит расслабление ресничного тела и натяжение цинновых связок — хрусталик уплощается. Парасимпатические веществапилокарпин и эзерин- вызывают сокращение ресничной мышцы и расслабление цинновых связок.

Хрусталик имеет выпуклую форму.

В глазу с нормальной рефракцией резкое изображение далекого объекта на сетчатке образуется только в том случае, если расстояние между передней поверхности роговицы и сетчаткой составляет 24, 4 мм (в среднем 25-30 см)

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

Для нормального глаза молодого человека дальняя точка ясного видения лежит в бесконечности.

Ближняя точка ясного видения находится на расстоянии 10 см от глаза (ближе четко видеть нельзя лучи идут параллельно).

С возрастом из-за отклонения формы глаза или преломляющей силы диоптрического аппарата эластичность хрусталика падает.

В пожилом возрасте ближняя точка сдвигается (старческая дальнозоркость или пресбиопия), так в 25 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 24 см, а к 60 годам уходит на бесконечность. Хрусталик с возрастом становится менее эластичным и при ослаблении цинновых связок его выпуклость или не изменяется или изменяется незначительно. Поэтому ближайшая точка ясного видения отодвигается от глаз. Коррекция этого недостатка за счет двояковыпуклых линз. Существуют еще две аномалии преломления лучей (рефракции) в глазу.

1. Близорукость или миопия (фокус перед сетчаткой в стекловидном теле).

2. Дальнозоркость или гиперметропия (фокус перемещается за сетчатку).

Основной принцип всех дефектов состоит в том, что преломляющая сила и длина глазного яблока не согласуется между собой.

При миопииглазное яблоко слишком длинно, а преломляющая сила имеет нормальную величину. Лучи сходятся перед сетчаткой в стекловидном теле, а на сетчатке возникает круг расстояния. У близорукого дальняя точка ясного видения находится не в бесконечности, а на конечном, близком расстоянии. Корректирование — необходимо уменьшить преломляющую силу глаза, используя вогнутые линзы с отрицательными диоптриями.

При гиперметропии и пресбиопии (старческая), т.е. дальнозоркости, глазное яблоко является слишком коротким и поэтому параллельные лучи отдалеких предметов собираются сзади сетчатки, а на ней получается расплывчатое изображение предмета. Этот недостаток рефракции может быть компенсирован путем аккомодационного усилия, т.е. увеличением выпуклости хрусталика. Коррекция с помощью положительных диоптрий, т.е. двояковыпуклых линз.

Астигматизм — (относится к аномалиям рефракции) связан с неодинаковым преломлением лучей в разных направлениях (н-р по вертикальному и горизонтальному меридиану). Все люди в небольшой степени являются астигматиками. Это связано с несовершенством строения глаза в результате не строгой сферичности роговицы (используют цилиндрические стекла).

Источники:
  • http://aco.ifmo.ru/el_books/introduction_into_specialization/glava-2/glava-2-1.html
  • http://phscs.ru/physics9g/sight
  • http://etoglaza.ru/anatomia/vazhno/opticheskaya-sistema-glaza.html
  • http://mosglaz.ru/blog/item/1025-opticheskaya-sistema-glaza.html
  • http://studfiles.net/preview/7050185/page:2/