Глаз по строению оптически эквивалентен обычной фотокамере . Он имеет систему линз, систему меняющейся апертуры (зрачок) и сетчатку, соответствующую фотопленке.

Собственный индекс преломления воздуха равен 1, роговицы - 1,38, водянистой влаги - 1,33, хрусталика (в среднем) - 1,4 и стекловидного тела - 1,34.
Редуцированный глаз . Если алгебраически сложить все преломляющие поверхности глаза и рассматривать их как одну линзу, оптику глаза можно упростить и схематически представить как редуцированный глаз (это полезно для упрощения расчетов). Считают, что в редуцированном глазу существует одна преломляющая поверхность, ее центральная точка расположена на расстоянии 17 мм впереди сетчатки, а общая преломляющая сила составляет 59 дптр при условии аккомодации хрусталика к фиксации взора на дальнем расстоянии.

Примерно 2/3 из 59 дптр общей преломляющей силы глаза приходится на долю передней поверхности роговицы (не хрусталика глаза). Это связано с тем, что показатель преломления роговицы значительно отличается от этого показателя для воздуха, тогда как индекс преломления хрусталика не очень отличается от индексов для водянистой влаги и стекловидного тела.

Общая преломляющая сила хрусталика глаза , когда он нормально расположен в глазу и окружен со всех сторон жидкостью, составляет только 20 дптр, т.е. на его долю приходится примерно 1/3 от общей преломляющей силы глаза. Но значение хрусталика в том, что под влиянием нервной регуляции его кривизна может значительно увеличиваться, обеспечивая аккомодацию, что обсуждается далее в этой главе.

Формирование изображения на сетчатке . Точно так же, как стеклянная линза фокусирует изображение на листе бумаги, оптическая система глаза фокусирует изображение на сетчатке. Хотя изображение объекта на сетчатке перевернуто, наш разум правильно воспринимает объект, потому что мозг «обучен» рассматривать перевернутое изображение как нормальное.

У детей преломляющая сила хрусталика глаза может увеличиваться от 20 дптр до 34 дптр, т.е. аккомодация составляет примерно 14 дптр. Это происходит в результате изменения формы хрусталика от умеренно выпуклой линзы до очень выпуклой. Механизм аккомодации следующий.

У молодого человека хрусталик состоит из прочной эластичной капсулы, заполненной вязкой белковой, но прозрачной жидкостью. Если капсула не натянута, хрусталик имеет почти сферическую форму. Однако, вокруг хрусталика радиально расположены около 70 подвешивающих связок, которые тянут края хрусталика к внешней орбите глазного яблока. Эти связки прикреплены к передней границе сосудистой оболочки и сетчатки глаза и постоянно натянуты. Натяжение связок ведет к тому, что при нормальных условиях хрусталик остается относительно плоским.

Однако в месте прикрепления связок к глазному яблоку находится ресничная мышца, содержащая два отдельных набора гладкомышечных волокон - меридиональные и циркулярные. Меридиональные волокна идут от периферических концов поддерживающих связок к месту соединения роговицы со склерой. При сокращении этих мышечных волокон периферические участки связок хрусталика в месте их прикрепления смещаются в медиальном направлении, к краям роговицы, при этом снижается степень их натяжения и хрусталик освобождается от их тяги.

Циркулярные волокна располагаются вокруг места прикрепления связок, и при их сокращении осуществляется сфинктерподобное действие, уменьшающее диаметр круга, по периметру которого прикреплены связки; это также ведет к ослаблению натяжения связок и освобождению капсулы хрусталика.

Таким образом, сокращение любого набора гладкомышечных волокон ресничной мышцы снижает натяжение связок и, следовательно, капсулы хрусталика, форма которого благодаря его естественной эластичности приближается к сферической.

Аккомодация регулируется парасимпатическими нервами. Ресничная мышца почти полностью регулируется сигналами парасимпатических нервов, передаваемых к глазу по III паре черепного нерва от его ядра в стволе мозга. Возбуждение этих нервов ведет к сокращению обоих наборов волокон ресничной мышцы, что ослабляет натяжение связок, в результате хрусталик становится толще, и его преломляющая сила увеличивается. Это позволяет глазу фокусировать более близкие объекты, чем при меньшей преломляющей силе. Следовательно, для постоянного четкого фокусирования объекта по мере его приближения к глазу количество парасимпатических импульсов, прибывающих к ресничной мышце, должно постепенно возрастать.

на тему:

«Редуцированный глаз. Преломляющая и оптическая сила. Определение фокусного расстояния»

Выполнил: Кильмямятов Денис

Саранск 2013

Редуцированный глаз

Существует несколько схем редуцированного глаза.

мы приводим данные редуцированного глаза по Вербицкому, наиболее близкие к данным глаза по Гульстранду. В редуцированном глазе только одна преломляющая поверхность-роговица, и весь глаз наполнен однородной средой с одним показателем преломления nr. Именно поэтому обе узловые точки слипаются в одну, совпадающую с центром кривизны роговицы. Главные плоскости тоже сливаются в одну, и одна главная точка совпадает с вершиной роговицы.

Построение изображения для редуцированного глаза

Построение изображения в редуцированном глазе

упрощается тем, что точку В" мы получаем простым проведением прямой через точки В и N. Для y" и мы получаем формулы, аналогичные формулам (10) и (11); но отрезку l" можно теперь придать определенный смысл. Из табл. 2 видно, что вычисленное выше значение l" = 16,6 мм близко в редуцированном глазе к переднему фокусному расстоянию f, взятому с обратным знаком. Есть некоторая разница (0,4 мм), но она, как мы сейчас увидим, неслучайна. По законам геометрической оптики параксиальное изображение точки А должно образоваться на оси системы в точке, лежащей на расстоянии f" от второй главной точки. В редуцированном глазе вторая главная точка совпадает с первой и лежит в вершине роговицы. От нее и нужно отсчитывать расстояниеf". Но f" = 23,8 мм, а вся длина глаза 23,4. Значит, параксиальное изображение точки А оказывается за сетчаткой, как раз на 0,4 мм дальше сетчатки. Можно подумать, что в построении редуцированного глаза допущена какая-то ошибка. Дело, однако, в том, что в своих рассуждениях мы дважды подчеркнули, что рассматриваются параксиальные лучи, т. е. лучи, проходящие близко к оси системы. Только они, проходя параллельно оси системы, сходятся в главном фокусе. Лучи, прошедшие дальше от оси, сходятся ближе фокуса вследствие сферической аберрации. Поэтому наиболее четкое изображение получается не в фокальной плоскости, а несколько ближе - в плоскости наилучшей фокусировки, вблизи которой и располагается лежащая на сетчатке точка А".

Таким образом, разность l и |f| лежит в пределах той погрешности, которую мы допускаем, заменяя оптику широких пучков параксиальным приближением. Поэтому формулы (10) и (11) можно заменить формулами

y" = αf (12)

βy = -f/l (13)

При приближении предмета к глазу, т. е. при значительном уменьшении абсолютного значения l, формулы (12) и (13) уже не могут применяться. Удержание изображения на сетчатке оказывается возможным только путем увеличения оптической силы, или, как ее еще называют, рефракции глаза F. В реальном глазе это осуществляется увеличением кривизны поверхностей хрусталика. Обозначим аккомодационную добавку к рефракции глаза

▲F = l/|l| (14)

Формально ▲F = 0 только при |l| = ∞. Фактически аккомодацией можно пренебречь уже при |l| ≥ 5 м, т. е. пренебречь вменением рефракции глаза на 0,2 дптр. В редуцированном глазе аккомодация учитывается формальным приемом: по Вербицкому на каждую диоптрию добавочной рефракции нужно увеличивать показатель преломления глазной среды на 0,004, а радиус Кривизны роговицы, уменьшать на 0,04 мм. Пусть, например, l = - 25 см., т. е. |l| = 0,25 м, а ▲F = 4 дптр. При этом

n"r = 1,40 + 4 0,004 = 1,416;

r" = 6,8 - 4 0,04 = 6,64 мм.

Поскольку в редуцированном глазе только одна преломляющая поверхность, мы можем воспользоваться выведенной для этого случая формулой

где расстояния от вершины роговицы до предмета и до eго изображения обозначены соответственно l и l"r. Поскольку

Подставив в формулы (16) и (18) значения величии для F = 4 дптр, получим f"= 22,60 мм и l"r = 24,1 мм. Введем величину ▲l, изменение которой характеризует смещение изображения при аккомодации: ▲l = l"r - lr, где lr - длина глаза по Вербицкому. При ▲F = 4 дптр ▲l = 0,7 мм, что заметно больше, чем при покое аккомодации, когда ▲l = 0,4 мм, т. е. изображение смещается на 0,3 мм. Таким образом, предложенный Вербицким способ учета аккомодации при значительной сложности дает малую точность расчета. Для учета аккомодации можно предположить более простой способ, который обеспечивает, кроме того, значительно меньшее изменение ▲l: при увеличении аккомодации на одну диоптрию уменьшать радиус роговицы на 0,1 мм, а показатель преломления сохранять постоянным и равным 1,40, т. е. в формулах (15) - (18) считать n"r = nr = 1,40. Результат такого расчета разности ▲l с помощью формул (16) и (18) приведен в табл. 3.

Аккомодация редуцированного глаза

Видно, что ▲l изменяется только в пределах 0,1 мм, а не 0,3 мм, как дают расчеты по Вербицкому.

Аберрации глаза

Как и всякой оптической системе, глазу присущи аберрации. Об одной из них - сферической аберрации мы уже упоминали. Сейчас следует сказать об аберрациях глаза несколько подробнее.

Аберрациями любой системы , дающей изображение, называются искажения, приводящие к тому, что изображение оказывается не вполне подобным геометрической проекции предмета на плоскость (или поверхность иной формы) и что каждая точка предмета изображается не точкой, а пятном с довольно сложным распределением яркости в нем.

На оси системы наблюдаются сферическая и хроматическая аберрации . Схема сферической аберрации изображена на рис.:

Схема сферической аберрации

чем дальше от оси проходит параллельный ей луч, тем ближе к линзе пересекает он ось. Наиболее удаленные от оси лучи пройдут от нее па расстоянии h = D/2, где D - диаметр входящего в линзу пучка, и собeрутся в точке Аh, лежащей на расстоянии ▲f" от точки А - фокуса параксиальных лучей. Отрезок ▲f" называется продольной сферической аберрацией, выраженной в единицах длины.

Однако обычно продольную сферическую аберрацию выражают г. диоптриях и вычисляют по формуле

Здесь длину отрезков нужно брать в метрах. Если ▲f" ≪ f", формулу можно упростить:

Показатель преломления nr зависит от длины волны света. Поэтому, если на линзу падает белый свет, лучи разных цветов соберутся в разных местах: фиолетовые соберутся ближе всего к линзе. В любом месте вместо белой точки будет получаться пятно, и притом не белое, а окрашенное. Снова можно провести расчет, аналогичный расчету по формуле (19), и получить значение хроматической аберрации Axp.

Для любой точки, лежащей не на оси системы, приходится учитывать и другие аберрации. Лучи, лежащие в меридиональной плоскости, собираются в отрезок прямой на одном расстоянии от линзы, а лучи, лежащие в саггитальной плоскости (а плоскости, проходящей через ось пучка и перпендикулярной меридиональной плоскости), - в отрезок на другом расстоянии от линзы, перпендикулярный первому отрезку. В любом месте изображение точки получается в виде размытого несимметричного пятна. Эта аберрация называется астигматизмом косых пучков .

На какой-то поверхности эти размытия наименьшие, и именно здесь следует помещать экран, чтобы получить наиболее четкое изображение. Как правило, такая поверхность - не плоская, что очень неудобно во многих случаях, например для фотографирования, где поверхность кадра должна быть плоской. Отклонение поверхности наилучшей фокусировки от плоскости называется кривизной поля.

Существуют еще аберрации, искажающие форму всего изображения. Важнейшая из них - дисторсия - изменение увеличения при удалении от оптической оси системы.

Каковы же аберрации глаза ? По данным Иванова при зрачке 4 мм сферическая аберрация глаза Асф = 1 дптр. То же значение имеет и хроматическая аберрация. Много это или мало? Поскольку рефракция глаза около 60 дптр, относительная погрешность рефракции глаза составляет менее двух процентов.

Точнее аберрации оцениваются степенью их влияния на разрешающую силу глаза или, как ее обычно называют, на остроту зрения. Острота зрения V обратно пропорциональна угловому пределу разрешения:

V= l/δ; (21)

δ, как правило, выражается в минутах. V - величина безразмерная.

Врачи обычно считают нормой V = 1. В действительности V зависит от многих условий, прежде всего от яркости фона l.

Диаметр зрачка тоже зависит от разных факторов, даже от эмоций человека. Но все же в основном диаметр зрачка dr зависит от яркости. В среднем эта зависимость выражается формулой

где th - тангенс гиперболический; dr - получается в миллиметрах.

Подробно об остроте зрения мы будем говорить дальше. Сейчас скажем только, что при яркости L = 20 кд/м2 dr = 3,7 мм и δ = 0,64". Если мы обратимся к дифракционной формуле (3) и посчитаем δ при d = 0,37 см, то, переводя радианы в минуты (l" = 2,91 10-4), получим практически ту же величину δ = 0,63. Таким образом, фактически острота зрения ограничивается не аберрациями, а дифракцией. Именно такое требование и ставится к современным, хорошо исправленным объективам: их разрешающая сила, во всяком случае в центре поля зрения, должна быть дифракционной. Дальше исправление аберраций уже не помогает увеличить разрешающую силу.

Хроматическая аберрация , примерно равная сферической, как будто более опасна: она дает не просто пятно рассеяния, а окрашенное пятно. Однако в повседневной жизни мы никогда не замечаем цветных каемок вокруг видимых предметов. Их можно обнаружить только в специально поставленных опытах. Хроматическую аберрацию легко исправить поставленной перед глазом линзой с хроматической аберрацией обратного знака. Неоднократно проводились эксперименты с линзами такого рода. Однако применение их практически не изменяло ни остроты зрения глаза, ни вида находящихся в поле зрения предметов. Делались попытки исправить линзами также сферическую аберрацию глаза. И в этом случае улучшения остроты зрения не наблюдалось.

Следует заметить, что если просчитать ход лучей в схематическом глазе по Гульстранду, мы получим сферическую аберрацию, превышающую ту, которая наблюдается в реальном глазе. Объясняется это тем, что Гульстранд считал радиус кривизны роговицы постоянным, а в действительности в периферической зоне роговицы радиус кривизны больше, чем в центральной. Увеличение радиуса приводит к уменьшению преломляющей силы , т. е. к увеличению фокусного расстояния [см. формулу (16)] и, следовательно, к приближению фокуса крайних лучей к фокусу лучей параксиальных. В недавнее время и в технике стали применять линзы с асферическими поверхностями, хотя точное изготовление их сопряжено с большими трудностями.

Таким образом, оптическая система глаза исправлена достаточно хорошо, чтобы полностью использовать все возможности, предоставляемые волновой природой света.

Биология и генетика

Физическим аналогом приведенного редуцированного глаза является стеклянная линза которая одной поверхностью контактирует с воздухом а другой с жидкостью обладающей n = 1336. Диоптрический аппарат глаза не поддается точному математическому описанию. Это связано с тем что глаза разных людей сильно различаются а также из-за подвижности хрусталика и по ряду других причин. Так например главная оптическая ось глаза человека проводится довольно приблизительно.

ПРИВЕДЕННЫЙ РЕДУЦИРОВАННЫЙ ГЛАЗ

ЧЕЛОВЕКА

Моделью светопреломляющего аппарата органа зрения служит, так называемый, приведенный редуцированный глаз. Редукция означает упрощение, то есть сведение сложного к простому, более доступному для анализа. Физическим аналогом приведенного редуцированного глаза является стеклянная линза, которая одной поверхностью контактирует с воздухом, а другой – с жидкостью, обладающей n = 1,336. Первая поверхность направлена в пространство предметов, а другая поверхность линзы – к пространству изображений.

Диоптрический аппарат глаза не поддается точному математическому описанию. Это связано с тем, что глаза разных людей сильно различаются, а также из-за подвижности хрусталика, и по ряду других причин. Так, например, главная оптическая ось глаза человека проводится довольно приблизительно. Она не совпадает со зрительной осью КК’, которая проходит через геометрические центры роговицы и желтого пятна сетчатки. В направлении зрительной оси глаз имеет наилучшую разрешающую способность. Угол между главной оптической осью ОО’ и KK ’, как правило не превышает 5 градусов. Он обозначается обычно учитывается в офтальмологии при назначении очков.

Итак, человеческий глаз можно рассматривать в качестве центрированной преломляющей системы весьма условно. На рисунке приведена количественная характеристика одной из наиболее адекватных физических моделей человеческого глаза.

Глаз как центрированная светопреломляющая система

Из рисунка видно, что расстояние между Н1 и Н2 составляет примерно 0,25 мм. Столь близкое расстояние допускает замену двух главных плоскостей ( h 1 и h 2) на одну главную плоскость. Точки N 1 и N 2 практически также совпадают в единую узловую точку глаза, ее называют оптическим центром глаза (между N 1 и N 2). В замене каждой из названных пар кардинальных точек на единые угловую и узловую и состоит смысл редукции центрированной диоптрической системы реального глаза. В схеме Гульстранда единая плоскость h и единая узловая точка N находятся на расстоянии 1,6 мм и 7,5 мм соответственно от передней поверхности роговицы. Все расстояния, кроме фокусных ( f 1, f 2), отсчитываются от передней поверхности роговицы. По ходу лучей внутрь глаза эти расстояния имеют знак «+». В противоположном (наружном) направлении расстояния имеют знак «-».

Числа, характеризующие расстояние единых главной и узловой точек глаза, необходимы для расчета диоптрического аппарата человеческого глаза.

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
9237.		Патофизиология сосудистого тонуса	28.74 KB
	Патофизиология сосудистого тонуса Основные причины снижения импульсации от барорецепторов сосуда и развития гипертензии: Повреждение барорецепторов Адаптация барорецепторов к длительно повышенному АД Снижение растяжимости стенок...
9238.		Гипоксия - состояние, возникающее в результате недостаточного обеспечения тканей организма кислородом	27.55 KB
	Гипоксия Суточные потребности: 1 кг еды, 2 литра воды + 220 литров кислорода - пропустить 12000 литров воздуха. Впервые о гипоксии заговорил Виктор Васильевич Пашутин (1845-1901) - один из основателей патофизиологии. Иван Михайлович Сечено...
9239.		Нарушения кислотно-щелочного равновесия	30.8 KB
	Нарушения кислотно-щелочного равновесия Кислотность или щелочность раствора зависит от содержания в этом растворе протонов водорода (или водородных ионов). Показатели этого содержания служит величина рН - отрицательный десятичный логарифм моляр...
9240.		Патофизиология углеводного обмена	23.96 KB
	Патофизиология углеводного обмена В крови циркулирует около 20 г сахара, при этом в запасе 480 г гликогена (из них 400 г - гликоген мышечной ткани, 80 г - в печени). Большой потребитель - головной мозг - 115г/сут, 80 мг/мин. Глюконео...
9241.		Кома. Общее, крайне тяжелое состояние организма	30.5 KB
	Кома Кома: Общее, крайне тяжелое состояние организма. Возникает в результате действия экзо- и эндогенных повреждающих факторов. Характеризуется угнетением нервной деятельности, потерей сознания, гипо- и арефлексией, недостаточности...
9242.		Патофизиология почек	32.36 KB
	Патофизиология почек Заболеваемость в России: Около 14 млн. человек с заболеваниями почек Ежегодный прирост больных ХПН - 10-12% Инвалидизация вследствие болезней почек признаются 41.5 тыс.человек Участие почек в процессах гоме...
9243.		Нарушения Водно-электролитного баланса	28.23 KB
	Нарушения Водно-электролитного баланса Изменение содержания воды в организме в зависимости от возраста: Возраст Содержание воды в % Недоношенный новорожденный 80-83 Доношенный 79 Взрослый мужчина 60 Взрослая женщина 58 Взрослый с ожирением 40-50 Худ...
9244.		Патофизиология печени	27.69 KB
	Патофизиология печени Участие печени в процессах гомеостаза/гомеокинеза организма - выполнение функций: Желчеобразования Дезинтоксикации Поддержание нормального состояния систем гомеостаза Нейтрализация гормонов Им...
9245.		Нарушения гемостаза	29.09 KB
	Нарушения гемостаза Комплекс факторов и механизмов, обеспечивающих оптимальное агрегатное состояние агрегатного состояния крови. Для оценки свертывающей системы крови проводят тесты: Время, длительность кровотечения. Прокол пальца и выст...

Если вся центрированная преломляющая система находится в однородной среде (n1 = n2), то N1 совпадает с Н1, а N2 с Н2. Такой относительно простой центрированной диоптрической системой является тонкая линза, когда обе ее поверхности контактируют с воздухом. В тонкой линзе можно пренебречь ее толщиной по сравнению с расстоянием соответствующих фокусов от передней и задней поверхности, тогда, в этом случае, в центрированной системе точки N1 и N2, Н1 и Н2 являются центром оптической линзы, то есть сливаются в одну. При построении изображений, которые получаются в тонкой линзе, окруженной однородной средой, расстояние от оптического центра до предмета и расстояние до изображения от оптического центра, связаны с фокусным расстоянием по следующей формуле:

Формула тонкой линзы.

Расстояние от предмета до оптического центра;

b - расстояние от оптического центра до изображения.

Для толстой линзы, чему можно уподобить центрированную систему глаза, формулы, связывающие и b, гораздо сложнее, они включают все кардинальные точки центрированной диоптрической системы. Для упрощения расчетов прибегают к моделям реальных диоптрических систем. При этом стремятся обойтись в модели минимальным количеством кардинальных точек.

Приведенный редуцированный глаз человека

Моделью светопреломляющего аппарата органа зрения служит, так называемый, приведенный редуцированный глаз. Редукция означает упрощение, то есть сведение сложного к простому, более доступному для анализа. Физическим аналогом приведенного редуцированного глаза является стеклянная линза, которая одной поверхностью контактирует с воздухом, а другой - с жидкостью, обладающей n = 1,336. Первая поверхность направлена в пространство предметов, а другая поверхность линзы - к пространству изображений.

Диоптрический аппарат глаза не поддается точному математическому описанию. Это связано с тем, что глаза разных людей сильно различаются, а также из-за подвижности хрусталика, и по ряду других причин. Так, например, главная оптическая ось глаза человека проводится довольно приблизительно. Она не совпадает со зрительной осью КК", которая проходит через геометрические центры роговицы и желтого пятна сетчатки. В направлении зрительной оси глаз имеет наилучшую разрешающую способность. Угол между главной оптической осью ОО" и KK", как правило не превышает 5 градусов. Он обозначается обычно учитывается в офтальмологии при назначении очков.

Итак, человеческий глаз можно рассматривать в качестве центрированной преломляющей системы весьма условно. На рисунке приведена количественная характеристика одной из наиболее адекватных физических моделей человеческого глаза.

Глаз как центрированная светопреломляющая система

Из рисунка видно, что расстояние между Н1 и Н2 составляет примерно 0,25 мм. Столь близкое расстояние допускает замену двух главных плоскостей (h1 и h2) на одну главную плоскость. Точки N1 и N2 практически также совпадают в единую узловую точку глаза, ее называют оптическим центром глаза (между N1 и N2). В замене каждой из названных пар кардинальных точек на единые угловую и узловую и состоит смысл редукции центрированной диоптрической системы реального глаза. В схеме Гульстранда единая плоскость h и единая узловая точка N находятся на расстоянии 1,6 мм и 7,5 мм соответственно от передней поверхности роговицы. Все расстояния, кроме фокусных (f1, f2), отсчитываются от передней поверхности роговицы. По ходу лучей внутрь глаза эти расстояния имеют знак "+". В противоположном (наружном) направлении расстояния имеют знак "-". Числа, характеризующие расстояние единых главной и узловой точек глаза, необходимы для расчета диоптрического аппарата человеческого глаза.

Остроту зрения рассчитывают по формуле:

где V – острота зрения; d – расстояние от испытуемого до таблицы; D – расстояние, с которого данная строка правильно читается нормальным глазом.

Например, если испытуемый правильно называет буквы, расположенные в 10-й строке (она должна быть правильно читаема нормальным глазом с расстояния 5 м), а сам находится на расстоянии 4 м, то острота его зрения равна:

т.е. ниже нормальной.

Задание: Определить остроту зрения для правого и для ле­вого глаза, а также при бинокулярном зрении.

Поле зрения. Если фиксировать глазом какую-либо точку, ее изобра­жение падает на желтое пятно; в этом случае мы видим точку централь­ным зрением. Точки, изображения которых падают на остальные места сетчатки, видимы периферическим зрением.

Совокупность точек, одновременно видимых глазом при фиксации взгляда в одной точке, называется полем зрения. Измерение границы по­ля периферического зре­ния производят прибо­ром, называемым пери­метром.

Границы поля зрения для бесцветных предме­тов составляют книзу 70°, кверху 60° и кнаружи 90°. Поля зрения для раз­личных цветов неодина­ковы, больше всего поле зрения для бесцветных предметов. Для синего и желтого цветов поле зрения зна­чительно меньше, для красного - ещё меньше, а для зеленого простирает­ся только на 20 - 30 - 40°.

Зрение обоими глазами (бинокулярное зрение). При рассматривании предмета двумя глазами (рис.135) на сетчатках правого и левого глаз получаются различные изображения. Разница изображений двух точек тем больше, чем дальше расположены одна точка от другой. Однако, несмотря на это, у человека не получается впечатление двух разных предметов, в его пред­ставлении эти два изображения сливаются в одно. В том, что это действительно так, легко убедиться, надавливая слегка на один глаз сбоку; немедленно начинает «двоиться» в глазах, потому что наруши­лось это соответствие сетчаток.

Пространственное зрение. Чрезвычайно важную роль в анализе окружающего нас пространства играют наружные мышцы глазных яблок. Вращение глаза в его орбите совершается с помощью трёх пар мышц. Глаз человека может вращаться вокруг любой оси, проходящей через центр вращения глаза. Глаз из первичного положения, когда он смотрит прямо вперед, может повернуться кнаружи на 42°, внутрь на 45°, вверх на 54° и вниз на 57°.

Отчётливое изображение предметов, находящихся на одинаковом расстоянии от глаз, обеспечивается свободными движениями глазных яблок в разных направлениях. Движения нормальных глаз всегда содружественны, а их зрительные оси направлены на фиксированную ими точку. Это обеспечивает попадание изо

Величина изображения предмета АВ на сетчатке (А В ) (см. рис.121, б ) рассчитывается на основании правила подобия треугольников. Пользуются формулой:

А В  = АВ● α 2 /α 1

где α 2 – расстояние от узловой точки до сетчатки (у взрослого ~ 17 мм, у новорожденного ~ 11 мм); α 1 – расстояние предмета до роговицы глаза плюс расстояние передней поверхности роговицы от узловой точки (у взрослого ~ 7 мм, у новорожденного 5,5 мм).

Когда человек смотрит на далекие предметы, то они видны ясно, если их изображение падает на сетчатку. При этом близкие предметы видны неясно, их изображение на сетчатке расплывчато. Это зависит от того, что лучи от ближних точек собираются за сетчаткой, а на ней получаются круги светорассеяния. Видеть одновременно одинаково ясно пред­меты, удаленные от глаза на разное расстояние, невозможно. В этом легко убедиться, читая через марлевую сетку книгу, находящуюся доста­точно далеко от сетки. В этом случае можно ясно видеть либо шрифт книги, либо марлевую сетку, но нельзя видеть их одновременно одина­ково ясно.

Приспособление глаза к ясному видению разноудаленных предметов называется аккомодацией.

Силой аккомодации глаза называется разность оптических сил хрусталика при максимальной аккомодации и ее отсут­ствии. При отсутствии аккомодации (глаз смотрит на бес­конечно удаленную светящуюся точку) параллельные лучи сходятся на сетчатке. При этом фокусное расстояние глаза будет равно расстоянию от сетчатки до точки, называемой узловой точкой глаза (точка О на рис. 121, а). Для среднего (редуцированного) глаза оно равно 17 мм, а соответствующая ему оптическая сила D = 59 дптр.

При далёком расположении предмета и покое аккомодации оптическая сила глаза ~ 60 дптр, при близком расположении (~ 25 см) и пределе напряжения аккомодации 70 – 74 дптр.

Аккомодация осуществляется путем изменения кривизны хрусталика и, следовательно, его преломляющей способности. При рассматривании близких предметов хрусталик делается более выпуклым, благодаря че­му расходящиеся лучи от светящейся точки сходятся на сетчатке.

Левая половина рис. 123 изображает хрусталик при рассматривании далёкого предмета; правая – при рассмотрении близкого предмета, т.е. при аккомодационном усилии. Видна большая выпуклость хрусталика справа.

Гельмгольц показал, что в механизме акко­модации глаза существенная роль принадлежит сокращению цилиарных (ресничных) мышц, которые изменяют выпуклость хрусталика. Хрусталик заключен в капсулу, переходящую по краям в волокна цинновой связки, прикреп­ленной к ресничному телу. Цинновы связки всегда натя­нуты и их натяжение передается капсуле, сжимающей и уплотняющей хрусталик. В ресничном теле находятся гладкие мышечные волокна. При их сокращении наступает ослабление тяги цинновых связок, а зна­чит уменьшение давления на хрусталик, который вследствие своей эла­стичности принимает более выпуклую форму. Таким образом, цилиарные мышцы явля­ются аккомодационными мышцами.

Рис.124. Механизм аккомодации.

Поскольку ближняя точка ясного видения соответствует состоянию хрусталика с наибольшим напряжением мышцы , длительное пребывание в этом состоянии крайне утоми­тельно для глаза. Расстояние, при котором глаз может находиться в аккомодированном состоянии достаточно дли­тельное время, а качество изображения на сетчатке по­лучается хорошим, называется расстоянием наилучшего зрения. Его значение для нормального глаза примерно равно 25 см. Если необходимо рассматривать мелкие де­тали, расстояние между предметом и глазом можно на короткое время уменьшить, оставаясь в пределах области аккомодации глаза.

С возрастом сила аккомодации умень­шается, поэтому ближайшая точка ясного видения отодвигается от глаз. Это происходит потому, что хрусталик с возрастом становится менее эластичным и при ослаблении цинновых связок его выпуклость или не изме­няется, или лишь незначительно увеличивается. Это состояние называ­ется старческой дальнозоркостью. Поэтому пожилые люди отодвигают от глаз книгу, когда читают, или же, если это уже не помогает , исправляют недостаток аккомодации с помощью двояковыпук­лых очков.

§2. Аномалии рефракции глаза. Зрачковый рефлекс. Фотохимические реакции в рецепторах сетчатки . Цветовое зрение.

Существуют две главные аномалии преломления лучей (рефракции) в глазу: близорукость, иначе говоря, миопия, и дальнозоркость - гиперметропия. Эти аномалии обусловлены, как правило, не недостаточностью преломляющих сред, а ненормальной длиной глазного яблока (рис.125).

Близорукость. Если продоль­ная ось глаза слишком длинна, то главный фокус будет нахо­диться не на сетчатке, а перед ней, в стекловидном теле. В этом случае , параллельные лучи сходятся в одну точку не на сетчатке, а где-то ближе нее, а на сетчатке вместо точ­ки возникает круг светорас­сеяния. Такой глаз называет­ся близоруким - миопическим. У близорукого дальняя точка ясного видения придвинется из бесконечности, на ко­нечное (и довольно близкое) расстояние. Близорукость устраняется применением очков с рассеивающими линзами (рис. 126).

Дальнозоркость. Противоположностью близорукости является дальнозоркость - гиперметропия. В дальнозорком глазу продольная ось глаза коротка и поэтому параллельные лучи, идущие от далеких пред­метов, собираются сзади сетчатки. На сетчатке же получается круг све­торассеяния, т. е. неясное, расплывчатое изображение предмета. Этот недостаток рефракции может быть компенсирован путем аккомодацион­ного усилия, т. е. увеличения выпуклости хрусталика. Поэтому дально­зоркий человек напрягает аккомодационную мышцу, смотря не только вблизи, но и вдаль.

У дальнозорких людей ближайшая точка ясного видения отстоит от глаза дальше, тем у лиц с нормальным зрением. Поэтому аккомодаци­онные усилия при рассматривании близких предметов оказываются не­достаточными. В результате для чтения дальнозоркие люди должны на­девать двояковыпуклые очки, усиливающие преломление лучей.

Рис.127. Дальнозоркость и её коррекция.

Гиперметропию не следует смешивать со старческой дальнозоркостью. Эти два недостатка имеют общим только то, что при них необходимо пользоваться двояковыпуклыми очками.

Для коррекции зрения пользуются очками. Формула линзы позволяет рассчитать необходимую оптическую силу линзы очков:

где 1/ f = Dочк – преломляющая сила линзы очков

F – расстояние наилучшего зрения нормального глаза (F = 25 см = 0,25 м)

d – расстояние наилучшего зрения глаза пациента.
Примеры:

1. Определить оптическую силу очков, восполняющих недостатки глаза пациента, расстояние наилучшего видения которого 15 см.

Решение: 1/f = 1/F – 1/d = 1/0,25 – 1/0,15 = – 2,67 дптр.

Знак «–» характерен для близорукого глаза.

2.Определить оптическую силу очков, восполняющих недостатки глаза пациента, расстояние наилучшего видения которого 100 см.

Решение: 1/f = 1/F – 1/d = 1/0,25 – 1/1,0 = + 3 дптр.

Знак «+» характерен для дальнозоркого глаза.

Зрачок и зрачковый рефлекс. Зрачком называется отверстие в центре радужной оболочки , через которое проходят все лучи света, попадающие внутрь глаза (рис.128, а). Зрачок способствует четкости изображения предметов на сетчатке, пропуская только центральные лучи и устраняя так называемую сферическую аберрацию.

Рис.128. Зрачок (а), сферическая аберрация (б) и схема иннервации радужной оболочки глаза (в).

Сферическая аберрация состоит в том, что лучи, попавшие на периферические части хрусталика, преломляются сильнее центральных лучей (рис.128, б). Центральные лучи 1-1 собираются в фокусе f3 , лежащем на сетчатке; краевые лучи 2-2 и 3-3 собираются в фокусе f2 - f1, лежащих перед сетчаткой. Вертикальные линии А-А перед хрусталиком изображает радиусную оболочку, не пропускающую красных лучей, что способствует чёткости изображений.

Поэтому, если не устранять периферических лучей, на сетчат­ке должны получаться круги светорассеяния. Мускулатура радужной оболочки способна изменять величину зрачка и тем самым регулировать приток света в глаз. Если прикрыть глаз от света, а затем открыть его: расширившийся при затемнении зрачок быстро суживается. Это сужение происходит рёфлекторно.

На рис.128, в - схема иннер­вации радужной оболоч­ки и ресничной мышцы. В радужной оболочке имеется два вида мышечных волокон, окружаю­щих зрачок: одни - кольцевые, другие - радиальные. Сокращение первых вызывает сужение зрачка, сокращение вторых - его расширение.

Обычно зрачки обоих глаз имеют круглую форму и одинаковый диаметр. Средний диаметр зрачка умень­шается с возрастом.

Реакция на свет . При постоянном внеш­нем освещении количество света, попадаю­щее в глаз за единицу времени, пропорцио­нально площади зрачка. При снижении интенсивности внешнего освещения зрачок рефлекторно расширяется. Если при днев­ном освещении человек закроет глаза на 10-20 с, то зрачок увеличится. Когда же он снова откроет глаза, зрачок сократится. Эту реакцию на свет можно исследовать еще бо­лее детально, если освещать оба глаза по отдельности (рис. 129). Если осветить один глаз, то через 0,3-0,8 с его зрачок сократится (прямая реакция на свет). Сократится также и зрачок неосвещенного глаза (содруже­ственная реакция на свет).

Рис.129. Схема зрачковых рефлексов. Показана прямая и содружественная реакция на свет. Стрелками изображается освещение одного глаза.

Ясно, что реакция на свет является полезным регуляторным механизмом, поскольку при этом в условиях слишком сильного внешнего освещения (на­пример, в яркий солнечный день) умень­шается количество света, падающего на сет­чатку, тогда как при слабом освещении за счет расширения зрачка количество света, падающего на сетчатку, увеличивается. В этой регуляторной цепи с отрицательной обратной связью датчиком являются рецеп­торы сетчатки, а объектом регуляции -диа­метр зрачка. У молодых людей диаметр зрачка может изменяться примерно от 1,5 до 8 мм, что приводит к изменению уровня освещенности сетчатки примерно в 30 раз.

Фотохимические реакции в рецепторах сетчатки. Цветовое зрение.

Во внутренней оболочке глаза расположены зрительные рецепторные клетки – палочки и колбочки.

В палочках сетчатки человека содержится пигмент родопсин , или зрительный пурпур . Родопсин представляет собой высокомолекулярное соединение (молекулярный вес 270 000), состоящее из ретинена – альдегида витамина А и белка опсина . При действии света происходит цикл химических превращений этого вещества. Поглощая свет, ретинен переходит в свой геометрический изомер, характеризующийся тем, что его боковая цепь выпрямляется, а это приводит к нарушению связи ретинена с белком. При этом вначале образуются некоторые промежуточные вещества – люмиродопсин и метародопсин, после чего ретинен отщепляется от опсина. Под влиянием фермента, названного редуктазой ретинена , последний переходит в витамин А , который поступает из наружных члеников палочек в клетки пигментного слоя.

При затемнении глаз происходит регенерация зрительного пурпура, т.е. ресинтез родопсина. Для этого этого процесса необходимо, чтобы сетчатка получала изомер витамина А, из которого образуется ретинен. Если же витамин А в организме отсутствует, образование ретинена из родопсина резко нарушается , что приводит к заболеванию – куриной слепоте. Образование ретинена из витамина А представляет собой окислительный процесс, происходящий при участии ферментной системы.

Способность глаза по разному воспринимать свет различной длины волны называется цветовым зрением. Ещё в конце прошлого века было установлено , что палочки сетчатки являются рецепторами системы монохроматического (черно-белого или серого) зрения, а колбочки – рецепторами системы полихроматического (цветового) зрения.

Наибольшим признанием пользуется трёхкомпонентная теория цветового зрения, предложенная ещё М.В.Ломоносовым, и разработанная в прошлом столетии Юнгом и Гельмгольцем. Согласно этой теории, колбочки сетчатки делятся на три вида и содержат различные светочувствительные вещества. Всякий цвет оказывает действие на все три вида рецепторов, но в различной степени. При изолированном возбуждении колбочек одного вида возникло бы ощущение насыщенного красного, при изолированном возбуждении другого – насыщенного зелёного, а при изолированном возбуждении третьего – насыщенного синего. Если одновременно возбуждаются два вида рецепторов, то возникает ощущение промежуточного цвета. Например, при возбуждении рецепторов зелёного и синего цвета возникает ощущение голубого цвета. При одновременном возбуждении всех видов рецепторов возникает ощущение белого или серого цвета. Таким образом, согласно данной теории, кодирование длины волны света обусловлено наличием фоторецепторов, обладающих избирательной чувствительностью к электромагнитным колебаниям определённой длины волны. Всё многообразие цветовых ощущений обусловлено соотношением количества возбуждаемых рецепторов разных видов.

Практическая работа №16. Реагирование зрачков на свет.

Сажают испытуемого лицом к свету. Через 1-2 мин отмечают ширину его зрачков. После этого проделы­вают следующие наблюдения.

1. Испытуемый закрывает один глаз рукой, на­блюдают за возникающим вслед за этим изменением ширины зрачка открытого глаза.

2. Открывают и наблюдают за изменением ширины зрачков обоих глаз.

3. Закрывают оба глаза на 30-60 с. Открывают глаза, отмечают, что зрачки расширены. Сравнивают степень расширения зрачков при закрытии обоих глаз с той, которая наблюдалась при закрытии одного гла­за. Наблюдают сужение зрачков, которое происходит после открытия глаз.

Сделать вывод о прямой и содружественной рефлекторных реакциях зрачков на свет.

§3. Острота зрения, поле зрения, бинокулярное зрение. Пространственное зрение. Иллюзии восприятия. Глазомер.

Острота зрения. Остроту зрения определяет то наименьшее расстояние между двумя точками, которое глаз может различить.

Мерилом остроты зрения служит угол, который образуется между лучами, идущими от двух точек предмета к глазу, - угол зрения. Чем меньше этот угол, тем выше острота зрения. Чем больше угол зрения, тем больше число деталей на поверхности предмета различимо глазом.

У большинства людей минимальная величина угла зрения составляет 1 (одну минуту). Принято считать этот угол нормой, а остроту зрения глаза, имеющего наименьший угол зрения 1 мин., - единицей остроты зрения.

Острота зрения измеряется при помощи специальных таблиц (рис.133), которые состоят из нескольких рядов букв, фигур или незамкнутых окружностей различной величины. Против каждой строчки стоит число, означающее то расстояние в метрах, с которого нормальный глаз должен различить фигуры этой строчки под углом в 1.

При определении остроты зрения человек должен находиться на расстоянии 5 м от висящей на стене таблицы. Показателем остроты считается та строка с наименьшими по размеру буквами, на которой испытуемый может отличить несколько букв или фигур.

Практическая работа №17. Определение остроты зрения.

Для определения остроты зрения пользуются таб­лицей доктора Сивцева, составленной из 12 строк букв разной величины. Величина букв каждой строки убывает сверху вниз.