Het optische systeem van het oog

Het menselijk oog is een complex optisch systeem dat bestaat uit het hoornvlies, de vloeistof in de voorste oogkamer, de lens en het glasachtig lichaam. Het brekingsvermogen van het oog hangt af van de grootte van de kromtestralen van het voorste oppervlak van het hoornvlies, de voorste en achterste oppervlakken van de lens, de afstanden daartussen en de brekingsindices van het hoornvlies, de lens, het kamerwater en het glasachtig lichaam. Het optische vermogen van het achterste oppervlak van het hoornvlies wordt niet in aanmerking genomen, aangezien de brekingsindices van het hoornvliesweefsel en de vloeistof in de voorste oogkamer hetzelfde zijn (zoals bekend is breking van stralen alleen mogelijk aan de grens van media met verschillende brekingsindices).

Conventioneel kan worden aangenomen dat de brekende oppervlakken van het oog sferisch zijn en dat hun optische assen samenvallen, d.w.z. dat het oog een gecentreerd systeem is. In werkelijkheid vertoont het optische systeem van het oog veel fouten. Zo is het hoornvlies alleen in de centrale zone sferisch, is de brekingsindex van de buitenste lagen van de lens lager dan die van de binnenste en is de brekingsgraad van stralen in twee loodrecht op elkaar staande vlakken niet gelijk. Bovendien verschillen de optische kenmerken van verschillende ogen aanzienlijk, en is het niet eenvoudig om deze nauwkeurig te bepalen. Dit alles bemoeilijkt de berekening van de optische constanten van het oog.

Om het brekingsvermogen van een optisch systeem te beoordelen, wordt een conventionele eenheid gebruikt: dioptrie (afgekort - dptr). Voor 1 dptr wordt de sterkte van een lens met een hoofdbrandpuntsafstand van 1 m genomen. Dioptrie (D) is de reciproke waarde van de brandpuntsafstand (F):

D=1/F

Een lens met een brandpuntsafstand van 0,5 m heeft dus een brekingsvermogen van 2,0 dptrs, 2 m - 0,5 dptrs, enz. Het brekingsvermogen van bolle (convergerende) lenzen wordt aangegeven met het plusteken, holle (divergerende) lenzen met het minteken en de lenzen zelf worden respectievelijk positief en negatief genoemd.

Er is een eenvoudige manier om een positieve lens van een negatieve te onderscheiden. Om dit te doen, moet je de lens op een afstand van enkele centimeters van het oog plaatsen en hem bijvoorbeeld horizontaal bewegen. Wanneer je door een positieve lens naar een object kijkt, beweegt het beeld in de tegenovergestelde richting van de lensbeweging, en door een negatieve lens juist in dezelfde richting.

Om berekeningen uit te voeren met betrekking tot het optische systeem van het oog, worden vereenvoudigde schema's van dit systeem voorgesteld, gebaseerd op de gemiddelde waarden van optische constanten verkregen door het meten van een groot aantal ogen.

Het meest succesvol is het schematisch gereduceerde oog dat in 1928 door VK Verbitsky werd voorgesteld. De belangrijkste kenmerken ervan zijn: het hoofdvlak raakt de top van het hoornvlies; de kromtestraal van het hoornvlies is 6,82 mm; de lengte van de voor-achteras is 23,4 mm; de kromtestraal van het netvlies is 10,2 mm; de brekingsindex van het intraoculaire medium is 1,4; het totale brekingsvermogen is 58,82 dioptrie.

Net als andere optische systemen is het oog onderhevig aan diverse aberraties (van het Latijnse aberratio - afwijking) – defecten in het optische systeem van het oog, die leiden tot een afname van de beeldkwaliteit van een object op het netvlies. Door sferische aberratie worden stralen die afkomstig zijn van een puntlichtbron niet in één punt verzameld, maar in een bepaalde zone op de optische as van het oog. Hierdoor ontstaat een cirkel van lichtverstrooiing op het netvlies. De diepte van deze zone varieert voor een "normaal" menselijk oog van 0,5 tot 1,0 dioptrie.

Als gevolg van chromatische aberratie kruisen de stralen van het kortgolvige deel van het spectrum (blauwgroen) elkaar in het oog op een kortere afstand van het hoornvlies dan de stralen van het langgolvige deel van het spectrum (rood). De afstand tussen de brandpunten van deze stralen in het oog kan 1,0 Dptr bedragen.

Bijna alle ogen hebben een andere afwijking die wordt veroorzaakt door het ontbreken van een ideale sfericiteit van de brekende oppervlakken van het hoornvlies en de lens. Asfericiteit van het hoornvlies kan bijvoorbeeld worden geëlimineerd met behulp van een hypothetische plaat, die, wanneer deze op het hoornvlies wordt geplaatst, het oog verandert in een ideaal sferisch systeem. De afwezigheid van sfericiteit leidt tot een ongelijkmatige lichtverdeling op het netvlies: een lichtpunt vormt een complex beeld op het netvlies, waarop gebieden met maximale verlichting te onderscheiden zijn. De laatste jaren is de invloed van deze afwijking op de maximale gezichtsscherpte actief bestudeerd, zelfs bij "normale" ogen, met als doel deze te corrigeren en zogenaamde supervisie te bereiken (bijvoorbeeld met behulp van een laser).

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

Vorming van het optische systeem van het oog

Een ecologisch onderzoek van het visuele orgaan van verschillende dieren getuigt van het adaptieve karakter van refractie, d.w.z. van een zodanige formatie van het oog als optisch systeem dat de betreffende diersoort optimale visuele oriëntatie biedt in overeenstemming met de kenmerken van zijn levensactiviteit en habitat. Kennelijk is het niet toevallig, maar historisch en ecologisch bepaald dat mensen overwegend een refractie hebben die dicht bij emmetropie ligt, wat het beste zorgt voor een helder zicht op zowel verre als dichtbij gelegen objecten, in overeenstemming met de diversiteit van hun activiteiten.

De regelmatige benadering van refractie tot emmetropie die bij de meeste volwassenen wordt waargenomen, komt tot uiting in een hoge inverse correlatie tussen de anatomische en optische componenten van het oog: tijdens de groei manifesteert zich een tendens om een groter brekingsvermogen van het optische apparaat te combineren met een kortere anterior-posterior as en, omgekeerd, een lager brekingsvermogen met een langere as. Ooggroei is dus een gereguleerd proces. Ooggroei moet niet worden begrepen als een simpele toename in grootte, maar als een gerichte vorming van de oogbol als een complex optisch systeem onder invloed van omgevingsomstandigheden en de erfelijke factor met de soort- en individuele kenmerken.

Van de twee componenten – anatomisch en optisch – waarvan de combinatie de refractie van het oog bepaalt, is de anatomische aanzienlijk "mobieler" (met name de grootte van de voor-achteras). Het is vooral via deze component dat de regulerende invloeden van het lichaam op de vorming van de refractie van het oog tot uiting komen.

Het is vastgesteld dat de ogen van pasgeborenen over het algemeen een zwakke refractie hebben. Naarmate kinderen zich ontwikkelen, neemt de refractie toe: de mate van hypermetropie neemt af, zwakke hypermetropie verandert in emmetropie en zelfs myopie. Emmetropische ogen worden in sommige gevallen bijziend.

Tijdens de eerste drie levensjaren van een kind is er sprake van een intensieve groei van het oog, evenals een toename van de breking van het hoornvlies en de lengte van de anteroposterieure as, die op de leeftijd van 5-7 jaar 22 mm bereikt, oftewel ongeveer 95% van de grootte van een volwassen oog. De groei van de oogbol gaat door tot 14-15 jaar. Op deze leeftijd nadert de lengte van de oogas 23 mm en bedraagt het brekingsvermogen van het hoornvlies 43,0 dioptrie.

Naarmate het oog groeit, neemt de variabiliteit van de klinische refractie af: deze neemt langzaam toe, dat wil zeggen, verschuift in de richting van emmetropie.

In de eerste levensjaren van een kind is hypermetropie de meest voorkomende vorm van refractie. Naarmate de leeftijd stijgt, neemt de prevalentie van hypermetropie af, terwijl emmetropie en myopie toenemen. De frequentie van myopie neemt vooral merkbaar toe vanaf de leeftijd van 11-14 jaar en bereikt ongeveer 30% op de leeftijd van 19-25 jaar. Het aandeel hypermetropie en emmetropie op deze leeftijd bedraagt respectievelijk ongeveer 30 en 40%.

Hoewel de kwantitatieve indicatoren van de prevalentie van individuele soorten oogrefractie bij kinderen, zoals gegeven door verschillende auteurs, aanzienlijk variëren, blijft het hierboven genoemde algemene patroon van verandering in oogrefractie met toenemende leeftijd bestaan.

Momenteel wordt geprobeerd om gemiddelde leeftijdsnormen voor oogrefractie bij kinderen vast te stellen en deze indicator te gebruiken om praktische problemen op te lossen. Zoals uit de analyse van statistische gegevens blijkt, zijn de verschillen in de mate van refractie bij kinderen van dezelfde leeftijd echter zo groot dat dergelijke normen slechts voorwaardelijk kunnen zijn.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]