Преломляющая сила роговицы в диоптриях
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.
Оптическая
система
— диоптрический аппарат- представляет
собой сложную, неточно центрированную
систему линз, которая отбрасывает
перевернутое, сильно уменьшенное
изображение окружающего мира на сетчатку
(мозг «переворачивает обратное
изображение, и оно воспринимается как
прямое) 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.
{Сложность
оптической системы глаза затрудняет
точную оценку хода лучей внутри него
и оценку изображения на сетчатке.
Поэтому пользуются упрощенной моделью
— «редуцированным глазом», в котором
все преломляющие среды объединяют в
единую сферическую поверхность и они
имеют один и тот же показатель 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:
1/f=
D
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
вещества
— пилокарпин
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,
чтопреломляющая
сила и длина глазного яблокане
согласуется между собой.
При
миопии
— глазное
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).
Соседние файлы в папке Занятия
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Источник
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.
Оптическая
система
— диоптрический аппарат- представляет
собой сложную, неточно центрированную
систему линз, которая отбрасывает
перевернутое, сильно уменьшенное
изображение окружающего мира на сетчатку
(мозг «переворачивает обратное
изображение, и оно воспринимается как
прямое) 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.
{Сложность
оптической системы глаза затрудняет
точную оценку хода лучей внутри него
и оценку изображения на сетчатке.
Поэтому пользуются упрощенной моделью
— «редуцированным глазом», в котором
все преломляющие среды объединяют в
единую сферическую поверхность и они
имеют один и тот же показатель 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:
1/f=
D
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
вещества
— пилокарпин
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,
чтопреломляющая
сила и длина глазного яблокане
согласуется между собой.
При
миопии
— глазное
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).
Источник
Перед началом статьи обращаюсь к маленьким фотографам — запасайтесь огнетушителями.
Поехали!
В этой статье я постараюсь обойтись без аналогий глаза с фотоаппаратом и мозга с компьютером. Почему?
С самых первых попыток изучения мозга человеком люди искали аналогии для облегчения понимания/объяснения его работы. Для каждой эпохи были свои примеры — человек сравнивал мозг с самым сложным устройством своего времени:
— паровые машины,
— ламповая техника,
— сегодня это компьютеры,
— в будущем…
Обратимся за материалом к учебникам по физиологии, дабы избежать ненужных заблуждений.
Глаз как оптическая система
На этом рисунке добавил пояснения для удобства.
Начнём с руководства по офтальмологии.
Суммарная преломляющая сила всей оптической проводящей системы глаза называется физической рефракцией.
Диоптрии всех оптических сред глазного яблока:
— роговица ~ 43 дптр,
— передняя камера ~ 3 дптр,
— хрусталик ~ 19-33 дптр,
— стекловидное тело ~ 6 дптр.
Передняя камера заполнена водянистой влагой — жидкостью по оптическим свойствам близкой к воде. (Ремизов А.Н. «Медицинская и биологическая физика» с.384)
Необходимо понимать, что первые три среды являются собирающими свет, а стекловидное тело рассеивает его, поэтому при расчёте мы отнимаем это значение.
Сила преломления рассчитывается в диоптриях по простой формуле из геометрической оптики:
Д=Др+Дп.к+Дхр-Дст.т.= 43+3+19-6=59 дптр
Значение хрусталика в этом расчёте принято
19 дптр
, так как оно соответствует его рефракции в расслабленном состоянии, когда мы смотрим в даль.
Дальше переводим диоптрии в миллиметры:
F=1/Д=1/59=0,0169 м=17 мм.
Вывод: фокусное расстояние глаза человека ~17 мм.
На этапе изучения оптических свойств
глаза
мы имеем значение ~17 мм.
Цитата — «Возьмем случай, где средняя физическая рефракция (60,0D) в глазном яблоке с передне-задним размером средней величины (23 мм). Нетрудно подсчитать, что при толщине роговицы около 1 мм, глубине передней камеры около 3 мм и отрезке от переднего полюса хрусталика до узловой точки 2 мм, от последней до сетчатки остается как раз 17 мм, что и обеспечит фокусировку параллельных лучей в центральной ямке желтого пятна, так как совпадает с главным фокусным расстоянием.»
С.А.Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.
Но, думаю, кто-то возразит — фокусное расстояние должно быть около 50мм!
Почему должно и почему некоторым так кажется? Для ответа на этот вопрос мы двинемся дальше — в зрительную кору.
Зрительная кора
Дэвид Хьюбел и Торстен Визель в своих знаменитых работах по физиологии зрения установили, что путь сетчатка->ЛКТ->первичная зрительная кора имеет топографическую организацию.
Это говорит нам о том, что порядок, в котором волокна зрительного нерва выходят из сетчатки сохраняется и в коре V1.
А визуализировать это утверждение смог Р. Тутелл. Для этого он взял макака, нашпиговал его транквилизаторами и в течение 45 минут показывал мишень с тремя радиальными кружками. Обезьян смотрел на рисунок только одним глазом. Перед всей этой затеей животному сделали инъекцию радиоактивной 2-дезоксиглюкозы.
Так как нейроны питаются исключительно глюкозой, то можно легко отследить самые активные клетки — они потребляют больше всего сахара.
После этого первичную зрительную кору макаки растянули, заморозили и проявили радиоактивные метки.
Результат на рисунке ниже.
Самый маленький кружок в центре мишени на топографической проекции в коре занимает площадь совсем немного меньше, чем площадь внешнего круга. У человека этот эффект ещё более выражен — центральная часть поля зрения проецируется на бОльшие площади в коре.
Для облегчения понимания был создан такой рисунок:
Здесь прекрасно видно, как увеличивается изображение с центра сетчатки.
Сделаю ударение на том, что это не оптическое, а кортикальное увеличение.
Подведём итог:
— фокусное расстояние ~17 мм,
— охват поля зрения одного глаза по горизонтали 140 – 160˚,
— изображение с центральной части сетчатки создаёт в коре ощущение(феномен) увеличенной картинки, хотя оптически проекция равномерная.
UPD:
И всё же, для успокоения тех, у кого подгорает от 17 мм — выше была дана цифра фокусного расстояния для ВСЕГО глаза и для ВСЕГО поля зрения.
Чёткое зрение у нас только в центральной части сетчатки, которая называется Fovea. Угловое разрешение этой части сетчатки 1˚40′. Когда мы смотрим на мир вокруг(читаем текст, разглядываем пейзаж), то практически всегда наше внимание находится в этой маленькой точке с угловым разрешением около 1 градуса. Да, сознательно мы можем сместить внимание хоть на край сетчатки — там, где картинка совсем нечёткая. Но расширить зону внимания невозможно — такова физиология зрительной коры и феноменология построения той картинки, которую мы видим в итоге. И исходя из этого зрительного опыта создаётся впечатление о более узком поле зрения(длинном фокусном расстоянии), чем есть на самом деле.
Литература:
В.В.Вит «Строение зрительной системы человека» 2003 г.
Е.А.Егоров «Офтальмология» 2010 г.
С.А.Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.
Новохатский А.Г. «Клиническая периметрия», 1973 г.
Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»
Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»
Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»
Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»
Майкл Газзанига — «Кто за главного?»
Ссылки:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089662730700774X
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10944/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5446894/
https://books.google.com/books?id=_yYrIBT42BkC&pg=PA414
Источник
