Глаз как оптическая система - OXFORDST.RU

Глаз как оптическая система

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

  • 31 Октября, 2018
  • Офтальмология
  • Савельева Виктория

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.

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.

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.

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.

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:

  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.

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.

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.

Частная школа. 9 класс

Конспекты, контрольные, тесты

Глаз как оптическая система

Конспект по физике для 9 класса «Глаз как оптическая система».

Глаз как оптическая система.

Органы зрения являются одними из важнейших органов чувств человека и большинства животных. Органы зрения также называют зрительными анализаторами. Органы зрения — это не только глаза. Люди видят благодаря тому, что информация, полученная посредством глаза, передаётся в определённые области коры головного мозга, где и формируется та картина внешнего мира, которую мы видим.

УСТРОЙСТВА ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА

Глаз человека является сложным оптическим прибором, состоящим из двух линз с переменным фокусным расстоянием. Глаз, или глазное яблоко, имеет почти шарообразную форму. Снаружи глаз покрыт прочной белой оболочкой — склерой, которая защищает его от повреждений. Передняя часть склеры прозрачна для света и называется роговицей. За роговицей расположена прозрачная водянистая масса, а за ней — радужная оболочка. Она определяет цвет глаз. В радужной оболочке есть отверстие — зрачок. Диаметр зрачка может изменяться: увеличиваться в темноте и уменьшаться на свету. После зрачка свет проходит через хрусталик — прозрачное тело, напоминающее двояковыпуклую линзу. Хрусталик окружён мышцами, прикрепляющими его к склере. За хрусталиком расположено стекловидное тело, заполняющее всю остальную часть глаза. Таким образом хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом. Задняя стенка склеры — сетчатка — состоит из разветвлений волокон зрительного нерва, чувствительных к свету. Светочувствительные клетки (палочки и колбочки), содержащиеся в клетчатке, называются фоторецепторами.

КАК МЫ ВИДИМ РАЗЛИЧНЫЕ ПРЕДМЕТЫ?

Оптическая система глаза состоит из роговицы, передней камеры, заполненной водянистым веществом, хрусталика и стекловидного тела. Световые лучи, попадая в глаз, преломляются в оптической системе глаза, и на сетчатке глаза появляется изображение. Можно сказать, что сетчатка является шарообразным экраном, на который проецируется окружающий нас мир. Изображение предмета, возникающее на сетчатке глаза, является действительным, уменьшенным и перевёрнутым.

Читайте также  Назначение,техническое обслуживание и ремонт тормозной системы ГАЗ-3307

Почему же мы видим предметы такими, какие они есть на самом деле? Дело в том, что в сетчатке оптическая информация воспринимается светочувствительными нервными клетками и передаётся в мозг. Обрабатывая сигналы, мозг снова переворачивает изображение.

ОСТРОТА ЗРЕНИЯ

Если изображения двух точек будут попадать на одну фоторецепторную клетку (колбочку) глазного дна, мы будем воспринимать их как одну точку. Если расстояние между точками увеличится настолько, что их изображения попадут на две соседние рецепторные клетки, мы увидим линию, то есть будем воспринимать их слитно. Чтобы точки воспринимались раздельно, их изображения должны попадать на две рецепторные клетки, разделённые хотя бы ещё одной.

Остротой зрения называют способность различать границы и детали видимых объектов. Острота зрения определяется по минимальному угловому расстоянию между двумя точками, при котором они воспринимаются раздельно.

За норму, соответствующую остроте зрения 1.0, принимается такая различительная способность глаза, при которой две точки видны как раздельные, если угол между лучами, идущими от них в глаз, равен 1° (1 градус = 60 минут).

При такой остроте зрения величина изображения на сетчатке равна 0,004 мм, что соответствует диаметру колбочки. Чем меньше диаметр колбочки, тем больше разрешающая способность глаза.

Для того, чтобы проверить остроту зрения, можно воспользоваться звездой Сименса. Если чёткость зрения неидеальна, то, не доходя до центра, лучи расплываются и начинают перекрываться между собой.

На очень коротком участке они могут как бы слиться с фоном. Однако по мере дальнейшего продвижения к центру лучи вдруг снова оказываются чётко видны. При этом изображение превращается как бы в свой негатив. На месте чёрного луча оказывается белый фон, а на месте белого фона — чёрный луч.

Люди с хорошим зрением могут наблюдать этот эффект, если поднесут картинку очень близко к глазам. Однако на большом расстоянии от картинки лучи для них будут сливаться в сплошную серую массу.

Звезда Сименса даёт прекрасную возможность наблюдать, как острота зрения постоянно меняется, причём эти изменения отчасти подчиняются волевому контролю.

Известны опыты по изучению того, как изменится зрительное восприятие человека, если с помощью специальных очков перевернуть световые лучи ещё на пути к глазу так, чтобы изображение на сетчатке было не перевёрнутым, а прямым. В начале эксперимента испытуемые, надев такие очки, видели все предметы перевёрнутыми, что доставляло им массу неудобств. Но спустя некоторое время участники эксперимента вновь начинали правильно ориентироваться в окружающей обстановке. При этом они начинали вновь видеть предметы правильно, как если бы очки не искажали видимое ими окружение.

БИНОКУЛЯРНОЕ ЗРЕНИЕ

Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (или бинокулярным), то есть сформировать трёхмерное изображение. Проводящие пути зрительной системы устроены так, что в левое полушарие головного мозга попадает информация о том, что справа от нас, а в правое полушарие — о том, что слева от нас. Затем две части изображения — правую и левую — головной мозг соединяет воедино.

У большинства животных глаза расположены по разные стороны головы, поэтому они видят каждым глазом свою картину. Видимые ими предметы не отличаются рельефностью, к которой мы привыкли, но поле зрения гораздо обширнее.

У человека и приматов глаза эволюционировали и «перешли» на переднюю часть головы. Учёные считают, что такое расположение глаз даёт два преимущества: объёмное видение окружающего пространства и способность видеть «сквозь предметы». Для проверки этой способности достаточно провести простой эксперимент. Надо взять карандаш и, держа его вертикально, посмотреть на панораму прямо за ним. Если закрыть один глаз, а затем второй, то легко увидеть, что карандаш в любом случае закрывает какую-то область пространства. Но если посмотреть обоими глазами, то всё, что ранее было «спрятано», теперь вполне обозримо.

АККОМОДАЦИЯ

Способность глаза приспосабливаться к чёткому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза, называется аккомодацией (от лат. accomodatio — приспособление).

Когда человек смотрит на удалённые предметы, он не напрягает зрение, мышцы, удерживающие хрусталик, расслаблены, и изображение оказывается на сетчатке. Когда же человек переводит взгляд на близкие к нему предметы, изображение должно сместиться за сетчатку. Чтобы изображение не было размытым, глазные мышцы сжимают хрусталик, делая его более выпуклым. При этом его кривизна, а значит и оптическая сила увеличиваются, и изображение опять оказывается на сетчатке.

Рыбы, насекомые, рептилии, птицы, кролики и лошади проводят свою жизнь на открытых пространствах, где необходимо видение всего, что происходит вокруг — панорамное зрение. И именно этому способствует их боковое расположение глаз. Люди и крупные млекопитающие (приматы, тигры, медведи) подчас проживают в среде, перегруженной мелкими деталями и препятствиями. Их глаза устремились к передней части головы и стали смотреть вперёд прямо перед собой. И хотя они утратили возможность видеть то, что происходит у них за спиной, они получили способность смотреть, например, сквозь листву, что находится перед ними.

БЛИЗОРУКОСТЬ И ДАЛЬНОЗОРКОСТЬ

У человека с хорошим (нормальным) зрением глаз в ненапряжённом состоянии собирает параллельные лучи в точке, лежащей на сетчатке глаза. Наиболее распространены два недостатка зрения — близорукость и дальнозоркость.

Близорукость — это недостаток зрения, при котором параллельные лучи после преломления в глазу собираются не на сетчатке, а ближе к хрусталику. Близорукие люди не могут чётко видеть удалённые предметы. Расстояние наилучшего зрения для близорукого глаза меньше 25 см.

Дальнозоркость — это недостаток зрения, при котором параллельные лучи после преломления в глазу собираются не на сетчатке, а за ней.

Дальнозорким людям трудно сфокусировать взгляд на близких предметах. Расстояние наилучшего зрения для дальнозоркого глаза больше 25 см.

Близорукость и дальнозоркость исправляют с помощью соответствующих линз. При близорукости для того, чтобы изображение отодвинулось от хрусталика и переместилось на сетчатку, следует уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Для этого применяют рассеивающие (вогнутые) линзы. При дальнозоркости изображение оказывается за сетчаткой. Оптическую силу системы дальнозоркого глаза надо увеличить. Для этого используют собирающие (выпуклые) линзы.

Аккомодация имеет предел. Если расположить предмет совсем близко, то мышцы не способны сжать хрусталик до получения на сетчатке чёткого изображения. Нормальный глаз может длительно без особого напряжения рассматривать предметы, расположенные от него не ближе 25 см. Это расстояние называют расстоянием наилучшего видения.

Зрение — очень сложный процесс. Это особенно ясно, когда сталкиваешься с неожиданными эффектами зрительного восприятия. Сегодня существует большое количество разнообразных изображений, которые принято называть зрительными иллюзиями или невозможными фигурами.

Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Глаз как оптическая система».

Строение глаза

Глаз человека как оптическая система.

Глаз человека – зрительный анализатор, 95% информации об окружающем нас мире мы получаем через глаза. Современному человеку приходится целый день работать с близкорасположенными объектами: смотреть на экран компьютера, читать и т. д. Наш глаз испытывает огромную нагрузку, в результате чего многие люди страдают глазными болезнями, дефектами зрения.

Глаз является оптической системой, он имеет почти сферическую форму. Глаз представляет собой шарообразное тело диаметром около 25 мм и массой 8 г . Стенки глазного яблока образованы тремя оболочками. Наружная – белочная оболочка состоит из плотной непрозрачной соединительной ткани. Она позволяет глазу сохранять свою форму. Следующая оболочка глаза – сосудистая, в ней располагаются все кровеносные сосуды, питающие ткани глаза. Сосудистая оболочка черная, т. к. ее клетки содержат черный пигмент, который поглощает световые лучи, препятствуя их рассеиванию вокруг глаза. Сосудистая оболочка переходит в радужную , у разных людей она имеет различную окраску, которая определяет цвет глаз. Радужная оболочка – это кольцевая мышечная диафрагма с небольшим отверстием в центре – зрачком . Он черный потому, что то место, откуда не исходят световые лучи, воспринимается нами черным. Через зрачок световые лучи проникают внутрь глаза, но обратно не выходят, оказавшись как бы в ловушке. Зрачок регулирует поступление света в глаз, рефлекторно сужаясь или расширяясь, зрачок может иметь размер от 2 до 8 мм в зависимости от освещения.

Рисунок 39. Строение глаза

Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость, за которой — хрусталик. Хрусталик представляет собой двояковыпуклую линзу, он эластичен, и может менять свою кривизну с помощью ресничной мышцы поэтому обеспечивается точная фокусировка лучей света. Показатель преломления хрусталика составляет 1,45.

Читайте также  Общее представление о бурение нефтяных и газовых скважин

За хрусталиком находится стекловидное тело, которое заполняет основную часть глаза. Стекловидное тело и водянистая жидкость имеют показатель преломления почти такой же, как и у воды — 1,33.

Задняя стенка склеры покрыта очень тонкими волокнами, которые устилают дно глаза , и называются сетчаткой глаза. Световоспримчивыми элементами сетчатки являются фоторецепторы зрительного нерва (палочки 135 млн. и колбочки 7млн (цвет). Именно на сетчатке глаза возникает изображение. Место наилучшего изображения, которое расположено над выходом зрительного нерва, называется желтым пятном (угловой размер 6-7 0 ). В центральном углублении жёлтого пятна. Участок сетчатки, где зрительный нерв выходит из глазу, которая не дает изображения, — называется слепым пятном.

Рисунок 39. Изображение в глазе

Теперь рассмотрим глаз, как оптическую систему. Она включает в себя роговицу, хрусталик, стекловидное тело. Главная роль в создании изображения принадлежит хрусталику. Он фокусирует лучи на сетчатке, благодаря чему возникает действительное уменьшенное перевернутое изображение предметов, которое мозг корректирует в прямое. Лучи фокусируются на сетчатке, на задней стенке глаза. Само глазное яблоко с помощью мышц закреплено внутри шарообразной черепной полости.

Угол обзора глаза по вертикали достигает 125 0 и по горизонтали – 150 0 , но резкое изображение обеспечивается только областью желтого пятна в пределах 6 0 – 8 0 .Периферийные зоны поля зрения служат для ориентирования. Большая подвижность обеспечивает быстрый перевод изображения, рассматриваемого предмета, на область желтого пятна. Расстояние между центрами зрачков называется базой глаз или главным базисом. Его величина лежит в пределах от 56 – 74мм. Основными свойствами глаз являются: аккомодация, адаптация, световая контрастная и спектральная чувствительности, разрешающая способность или острота зрения, бинокулярное зрение и стереоскопическое восприятие.

Глаз человека реагирует на световые излучения в широком диапазоне

яркостей от 2⋅10 -6 — 2⋅10 5 кд/м 2

Способность глаза приспосабливаться к различным яркостям называется адаптацией.

Различают темновую адаптацию при переходе из светлого помещения в темное и световую – при переходе наоборот. Процесс адаптации объясняется действием трех «механизмов»:

При малых яркостях наблюдаемых предметов световое раздражение действует только на палочки, колбочки при этом не работают. В этом случае говорят о ночном зрении. При повышении яркости (до 10кд/м2) вместе с палочками в работу включаются и колбочки, обладающие спектральной чувствительностью. Это сумеречное зрение. При дальнейшем увеличении яркости работают в основном только колбочки. Это дневное зрение.

Процесс адаптации сопровождается изменением диаметра зрачка от 1,5 до 8мм. Это происходит помимо воли человека, по вине волокон заложенных в радужной оболочке.

Яркостной диапазон глаза изменяется в зависимости от концентрации ъ светочувствительного вещества – родопсина или зрительного пурпура, содержащегося в палочках, и йодопсина – светочувствительного вещества в колбочках.

При повышении яркости уменьшается концентрация неразложившегося светочувствительного вещества, а поэтому снижается и светочувствительность сетчатки. Кроме того, при большой яркости зерна темного пигмента, расположенные в последнем десятом слое сетчатки, перемещаются к наружной её поверхности и поглощают излишний свет.

Аккомодация глаза — способность глаза видеть резко предметы, находящиеся на различном расстоянии от него .

Процесс аккомодации состоит в изменении оптической силы (рефракции) глаза. Это достигается изменением радиуса кривизны хрусталика в результате действия кольцеобразной мышцы. При расслабленной мышце связки натягивают мешочек хрусталика, и кривизна его поверхностей становится наименьшей. В этом случае на сетчатке получается резкое изображение удаленных предметов.

Фокусное расстояние глаза взрослого человека может, изменятся от 18,7мм до 20,7мм, что обеспечивает фокусировку, как на дальних, так и на ближних объектах. При максимальном сжатии мускульного кольца, глаз отчетливо видит наиболее близкие предметы.

Величину аккомодации можно выразить в диоптриях

Ак=1000/а, (21)

где а – расстояние в мм от вершины роговицы до точки а рассматриваемого предмета.

Диоптрияэто оптическая сила оптической системы, у которой заднее фокусное расстояние положительно и равно 1м в воздухе.

Формирование изображения в основном осуществляется роговицей вместе с хрусталиком, которые в комбинации имеют фокусное расстояние около 20мм. Наиболее удаленную точку, изображение которой получается на сетчатке без аккомодации, называют дальней точкой глаза и обозначают D. Точку, изображение которой получается на сетчатке при максимальной аккомодации, называют ближней точкой глаза и обозначают B . Расстояние наилучшего зрения, при котором глаз наименее утомляется – 250 мм при освещенности 50 лк.

Рисунок 39. Формирование изображения

Широтой или объемом аккомодации принято называть величину

(21)

где аB—расстояние от вершины роговицы до ближней точки глаза В, а аD—расстояние от вершины роговицы до дальней точки D.

Если расстояния аВ и аD измерены в мм, то объем аккомодации Vа будет выражен в дптр. Для среднего глаза этот объем приблизительно 11 дптр. В течении жизни человека положение ближней точкой глаза В изменяется. Хрусталик с возрастом утрачивает свои упругие свойства и точка В удаляется от роговицы. Например в возрасте 50 лет Vа=2,5 дптр, так как ближняя точка находится на расстоянии 400мм. Это явление известно под названием возрастной дальнозоркости. С помощью положительных корригирующих линз этот недостаток устраняется.

Аметропия глаза.

Нормальным или эмметропическимназывается такой глаз, у которого изображение удаленного объекта получается на сетчатке резко без аккомодации. Дальняя точка эмметропического глаза находится в бесконечности, а задний фокус совпадает с сетчаткой. Такой глаз способен отчетливо видеть звезды без аккомодации. Если дальняя точка не лежит в бесконечности, говорят, что глаз обладает аметропией, такой глаз называется аметропическим.

В аметропическом глазе изображение удаленного предмета не совпадает с сетчаткой. Аметропию глаза выражают в дптр:

А=1000/аD (22)

где где аD – расстояние от вершины роговицы до дальней точки в мм.

Рисунок 40. Виды аметропии

Для эмметропического глаза это расстояние равно бесконечности и, следовательно, А=0.

Существуют два самых распространенных вида аметропии (рисунок 39):

1). Если дальняя точка D находится перед глазом, то такой глаз называется близоруким или миопическим. Близорукий глаз без аккомодации видит резко предметы расположенные перед ним на конечном расстоянии. Задний фокус F ! Миопического глаза лежит внутри глаза перед сетчаткой.

2). Если дальняя точка расположена позади глаза, то такой глаз называется дальнозорким или гиперметропическим. Дальнозоркий глаз может отчетливо видеть удаленный предмет, но для этого ему необходима некоторая аккомодация.

Существуют и другие недостатки зрения:

— астигматизма глаза причиной является не сферическая форма роговицы или хрусталика, а неправильное положение хрусталика относительно оптической оси.

— афакия – отсутствие хрусталика,

— дальтонизм – ошибка в определении цвета

Причиной аметропии может быть неправильная форма роговицы или хрусталика, или ненормальная длина глазного яблока.

Глаз как оптическая система

Глаз человека представляет собой сложную оптическую систему, которая по своему действию аналогична оптической системе фотоаппарата. Схематическое устройство глаза представлено на рис. 3.4.1. Глаз имеет почти шарообразную форму и диаметр около . Снаружи он покрыт защитной оболочкой 1 белого цвета – склерой . Передняя прозрачная часть 2 склеры называется роговицей . На некотором расстоянии от нее расположена радужная оболочка 3, окрашенная пигментом. Отверстие в радужной оболочке представляет собой зрачок . В зависимости от интенсивности падающего света зрачок рефлекторно изменяет свой диаметр приблизительно от 2 до 8 мм, т.е. действует подобно диафрагме фотоаппарата. Между роговицей и радужной оболочкой находится прозрачная жидкость. За зрачком находится хрусталик 4 – эластичное линзоподобное тело. Особая мышца 5 может изменять в некоторых пределах форму хрусталика, изменяя тем самым его оптическую силу. Остальная часть глаза заполнена стекловидным телом. Задняя часть глаза – глазное дно, оно покрыто сетчатой оболочкой 6, представляющей собой сложное разветвление зрительного нерва 7 с нервными окончаниями – палочками и колбочками , которые являются светочувствительными элементами.

Лучи света от предмета, преломляясь на границе воздух–роговица, проходят далее через хрусталик (линзу с изменяющейся оптической силой) и создают изображение на сетчатке.

Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему, оптический центр которой расположен на расстоянии около от роговицы. При расслабленной глазной мышце оптическая сила глаза приблизительно равна , при максимальном напряжении мышцы – .

Основная особенность глаза как оптического инструмента состоит в способности рефлекторно изменять оптическую силу глазной оптики в зависимости от положения предмета. Такое приспособление глаза к изменению положения наблюдаемого предмета называется аккомодацией .

Область аккомодации глаза можно определить положением двух точек:

  • дальняя точка аккомодации определяется положением предмета, изображение которого получается на сетчатке при расслабленной глазной мышце. У нормального глаза дальняя точка аккомодации находится в бесконечности.
  • ближняя точка аккомодации – расстояние от рассматриваемого предмета до глаза при максимальном напряжении глазной мышцы. Ближняя точка нормального глаза располагается на расстоянии от глаза. С возрастом это расстояние увеличивается.

Кроме этих двух точек, определяющих границы области аккомодации, у глаза существует расстояние наилучшего зрения , т. е. расстояние от предмета до глаза, при котором удобнее всего (без чрезмерного напряжения) рассматривать детали предмета (например, читать мелкий текст). Это расстояние у нормального глаза условно полагают равным .

При нарушении зрения изображения удаленных предметов в случае ненапряженного глаза могут оказаться либо перед сетчаткой ( близорукость ), либо за сетчаткой ( дальнозоркость ) (рис. 3.4.2).

Расстояние наилучшего зрения у близорукого глаза меньше, а у дальнозоркого больше, чем у нормального глаза. Для исправления дефекта зрения служат очки. Для дальнозоркого глаза необходимы очки с положительной оптической силой (собирающие линзы), для близорукого – с отрицательной оптической силой (рассеивающие линзы).

Для наблюдения удаленных предметов оптическая сила линз должна быть такой, чтобы параллельные пучки фокусировались на сетчатке глаза. Глаз должен видеть через очки мнимое прямое изображение удаленного предмета, находящееся в дальней точке аккомодации данного глаза. Если, например, дальняя точка аккомодации близорукого глаза находится на расстоянии , то применяя формулу тонкой линзы получим:

, , следовательно, дптр.

Следует отметить, что у дальнозоркого глаза дальняя точка аккомодации мнимая, т. е. ненапряженный глаз фокусирует на сетчатке сходящийся пучок лучей. Потому при рассмотрении удаленных предметов очки для дальнозоркого глаза должны превращать параллельный пучок лучей в сходящийся, т. е. обладать положительной оптической силой.

Очки для «ближнего зрения» (например, для чтения) должны создавать мнимое изображение предмета, находящегося на расстоянии (т. е. на расстоянии наилучшего зрения нормального глаза), на расстоянии наилучшего зрения данного глаза. Пусть, например, близорукий глаз имеет расстояние наилучшего зрения . По формуле тонкой линзы получим: , , следовательно, дптр. Вследствие сужения области аккомодации у многих людей очки для ближнего зрения должны обладать большей (по модулю) оптической силой по сравнению с очками для рассматривания удаленных предметов.

Рис. 3.4.3 иллюстрирует коррекцию дальнозоркого и близорукого глаза с помощью очков.

Глаз человека как оптическая система

Человеческий глаз – это очень комплексная оптическая система, состоящая из многообразия элементов, каждый из которых отвечает за свои собственные задачи. В целом же глазной аппарат помогает воспринимать внешнюю картинку, обрабатывать её и передавать информацию в уже подготовленном виде в головной мозг. Без его функций органы тела человека не могли бы столь же полноценно взаимодействовать. Хотя орган зрения и устроен сложно, хотя бы в базовом виде понимать описание принципа его функционирования стоит каждому человеку.

Общий принцип функционирования

Разобравшись, что такое глаз, поняв его описание, рассмотрим принцип его работы. Глаз работает за счёт восприятия света, отражённого от окружающих предметов. Этот свет попадает на роговицу, особую линзу, позволяющую сфокусировать поступающие лучи. После роговицы лучи проходят через камеру глаза (которая заполнена бесцветной жидкостью), а потом попадают на радужку, которая в своём центре имеет зрачок. У зрачка имеется отверстие (глазная щель), через которое проходят только центральные лучи, то есть часть лучей, находящихся по краям светового потока, отсеивается.

Зрачок помогает приспосабливаться к различным уровням освещения. Он (точнее говоря, его глазная щель) отсеивает только те лучи, которые не влияет на качество изображения, но регулирует их поток. В итоге то, что осталось, идёт на хрусталик, который, как и роговица, является линзой, но только предназначенной для другого – для более точной, «чистовой» фокусировки света. Хрусталик и роговица – это оптические среды глаза.

Далее свет через особое стекловидное тело, входящее в оптический аппарат глаза, проходит на сетчатку, куда изображение проецируется как на киноэкран, но только в перевёрнутом виде. В центре сетчатки находится макула, та зона, которая отвечает на остроту зрения, в которую попадает объект, на который мы смотрим напрямую.

На финальных этапах получения изображения клетки сетчатки обрабатывают то, что на них находится, переводя всё в электромагнитные импульсы, которые далее отправляются в мозг. Схожим образом функционирует цифровой фотоаппарат.

Из всех элементов глаза в обработке сигнала не участвует только склера, особая непрозрачная оболочка, которая покрывает глазное яблоко снаружи. Окружает она его почти что целиком, приблизительно на 80%, на в передней части она плавно переходит в роговицу. В народе её наружную часть принято называть белком, хотя это и не совсем корректно.

Количество различаемых цветов

Человеческий орган зрения воспринимает изображение в цвете, причём количество оттенков цветов, которые он может различать, является очень большим. То, сколько разных цветов различается глазом (точнее, сколько оттенков), может варьироваться от индивидуальных особенностей человека, а также уровня его натренированности и типа его профессиональной деятельности. «Работает» глаз с так называемым видимым излучением, которое представляет собой электромагнитные волны, имеющие длину волны от 380 до 740 нм, то есть со светом.

Впрочем, тут имеется неоднозначность, которая заключается в относительной субъективности цветового восприятия. Потому некоторые учёные сходятся на другой цифре, сколько оттенков цветов обычно видит/различает человек – от семи до десяти миллионов. В любом случае, цифра внушительная. Все эти оттенки получаются за счёт варьирования семи основных цветов, находящихся в разных частях радужного спектра. Считается, что у профессиональных художников и дизайнеров количество воспринимаемых оттенков выше, а также иногда человек рождается с мутацией, позволяющей ему видеть в разы больше цветов и оттенков. Сколько разных цветов видят такие люди – открытый вопрос.

Глазные заболевания

Как и любая другая система человеческого организма, орган зрения подвержен различным заболеваниям и патологиям. Условно их можно разделить на инфекционные и неинфекционные. Частые виды заболеваний, что вызываются бактериями, вирусами или микроорганизмами – это конъюнктивиты, ячмени и блефариты.

Если заболевание неинфекционное, то обычно оно возникает из-за серьёзного переутомления глаз, из-за наследственной предрасположенности или просто из-за изменений, которые возникают в организме человека с возрастом. Реже проблема может заключаться в том, что возникла общая патология организма, например, развилась гипертония или сахарный диабет. В итоге может возникнуть глаукома, катаракта или синдром сухого глаза, человек в итоге хуже видит или различает объекты.

В медицинской практике все заболевания делятся на следующие категории:

  • болезни отдельных элементов глаза, например, хрусталика, конъюнктивы и так далее;
  • патологии зрительных нервов/путей;
  • патологии мышц, по причине которых нарушается содружественное движение яблок;
  • заболевания, связанные со слепотой и различными зрительными расстройствами, нарушением силы зрения;
  • глаукома.

Внешнее строение глаза

Глаз человека имеет не только лишь внутреннее строение, но также и внешнее, которое представлено веками. Это особые перегородки, которые защищают глаза от травматизма и негативных факторов окружающей среды. Они преимущественно состоят из мышечной ткани, которая снаружи покрывается тонкой и нежной кожей. В офтальмологии принято считать, что веки – это один из важнейших элементов, при возникновении проблем с которым могут возникнуть проблемы.

Хотя веко и является мягким, его прочность и постоянство формы обеспечивает хрящ, который по своей сути является коллагеновым образованием. Движение век осуществляется благодаря мышечному слою. Когда веки смыкаются, это несёт функциональную роль – глазное яблоко увлажняется, а небольшие инородные частицы, сколько бы их ни было на поверхности глаза, удаляются. Кроме того, благодаря смачиванию глазного яблока, веко получает возможность свободно скользить относительно его поверхности.

Важным компонентом век также является разветвлённая система кровоснабжения и множество нервных окончаний, которые помогают векам осуществлять свои функции.

Движение глаз

Глаза человека двигаются при помощи специальных мышц, обеспечивающих глазам нормальное постоянное функционирование. Зрительный аппарат двигается при помощи слаженной работы десятков мышц, основными из которых являются четыре прямых и два косых мышечных отростка. Прямые мышцы окружают глазной нерв с разных сторон и помогают поворачивать глазное яблоко вокруг различных осей. Каждая группа позволяет повернуть глаз человека в своём направлении.

Также мышцы помогают осуществлять поднятие и опускание век. Когда всё мышцы работают слаженно, это не только лишь позволяет управлять глазами по отдельности, но также и осуществить их слаженную работу и координацию их направления.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: