L'acuità visiva si calcola utilizzando la formula:

dove V è l'acuità visiva; d – distanza dal soggetto al tavolo; D è la distanza dalla quale una data linea viene letta correttamente da un occhio normale.

Ad esempio, se un soggetto nomina correttamente le lettere situate nella decima riga (dovrebbe essere letta correttamente da un occhio normale da una distanza di 5 m) e lui stesso si trova a una distanza di 4 m, la sua acuità visiva è uguale A:

quelli. al di sotto della norma.

Compito: determinare l'acuità visiva per gli occhi destro e sinistro, UN anche con visione binoculare.

Linea di vista. Se fissi un punto qualsiasi con l'occhio, la sua immagine cade sulla macchia gialla; in questo caso vediamo un punto visione centrale. Sono visibili i punti le cui immagini cadono sul resto della retina visione periferica.

Viene chiamato l'insieme dei punti visibili contemporaneamente all'occhio quando lo sguardo è fisso in un punto campo visivo. Il confine del campo visivo periferico viene misurato utilizzando un dispositivo chiamato perimetro.

I confini del campo visivo per gli oggetti incolori sono 70° verso il basso, 60° verso l'alto e 90° verso l'esterno. I campi visivi per i diversi colori non sono gli stessi, il campo visivo per gli oggetti incolori è maggiore. Per i colori blu e giallo il campo visivo è molto più piccolo, per il rosso è ancora più piccolo e per il verde si estende solo di 20 - 30 - 40°.

Visione con entrambi gli occhi (visione binoculare). Quando si osserva un oggetto con due occhi (Fig. 135), si ottengono immagini diverse sulla retina dell'occhio destro e di quello sinistro. Più un punto è lontano dall'altro, maggiore è la differenza tra le immagini di due punti. Tuttavia, nonostante ciò, una persona non ha l'impressione di due oggetti diversi, nella sua mente queste due immagini si fondono in una sola. È facile verificare che sia proprio così esercitando una leggera pressione sul lato di un occhio; comincia immediatamente a “raddoppiarsi” negli occhi, perché questa corrispondenza delle retine è interrotta.

Visione spaziale. I muscoli esterni dei bulbi oculari svolgono un ruolo estremamente importante nell'analisi dello spazio che ci circonda. La rotazione dell'occhio nella sua orbita viene effettuata con l'aiuto di tre paia di muscoli. L'occhio umano può ruotare attorno a qualsiasi asse passante per il centro di rotazione dell'occhio. L'occhio, dalla sua posizione primaria di guardare dritto davanti a sé, può ruotare verso l'esterno di 42°, verso l'interno di 45°, verso l'alto di 54° e verso il basso di 57°.

Un'immagine chiara di oggetti situati alla stessa distanza dagli occhi è assicurata dai liberi movimenti dei bulbi oculari in diverse direzioni. I movimenti degli occhi normali sono sempre amichevoli e i loro assi visivi sono diretti al punto da loro fissato. Ciò garantisce che gli iso

La dimensione dell'immagine AB dell'oggetto sulla retina (A  IN  ) (vedi Fig. 121, B ) viene calcolato in base alla regola di similarità del triangolo. Usa la formula:

A  IN   = AB ● α 2 /α 1

dove α 2 è la distanza dal punto nodale alla retina (in un adulto ~ 17 mm, in un neonato ~ 11 mm); α 1 – la distanza dell'oggetto dalla cornea dell'occhio più la distanza della superficie anteriore della cornea dal punto nodale (in un adulto ~ 7 mm, in un neonato 5,5 mm).

Quando una persona guarda gli oggetti distanti, questi sono chiaramente visibili se la loro immagine cade sulla retina. Allo stesso tempo, gli oggetti vicini non sono chiaramente visibili, la loro immagine sulla retina è sfocata. Ciò dipende dal fatto che i raggi provenienti da punti vicini vengono raccolti dietro la retina e su di essa si ottengono cerchi di diffusione della luce. È impossibile vedere contemporaneamente oggetti a diverse distanze dall'occhio in modo altrettanto chiaro. Puoi verificarlo facilmente leggendo un libro attraverso una rete di garza che si trova abbastanza lontano dalla rete. In questo caso, puoi vedere chiaramente il tipo di libro o la griglia di garza, ma non puoi vederli entrambi altrettanto chiaramente allo stesso tempo.

Viene chiamato l'adattamento dell'occhio alla visione chiara di oggetti a diverse distanze alloggio.

Il potere di accomodazione dell'occhio è la differenza tra il potere ottico del cristallino al massimo accomodamento e la sua assenza. In assenza di accomodazione (l'occhio guarda un punto luminoso infinitamente distante), i raggi paralleli convergono sulla retina. In questo caso la lunghezza focale dell'occhio sarà pari alla distanza dalla retina ad un punto chiamato punto nodale dell'occhio (punto DI nella fig. 121, a). Per l'occhio medio (ridotto) è di 17 mm, e la potenza ottica corrispondente lo è D = 59 diottrie

Quando l'oggetto si trova lontano e l'accomodazione è a riposo, il potere ottico dell'occhio è di ~ 60 diottrie, con una posizione vicina (~ 25 cm) e il limite di tensione di accomodamento è di 70 – 74 diottrie.

L'accomodamento viene effettuato modificando la curvatura della lente e, di conseguenza, il suo potere rifrattivo. Quando si osservano oggetti vicini, la lente diventa più convessa, a causa della quale i raggi divergenti da un punto luminoso convergono sulla retina.

La metà sinistra della fig. 123 raffigura una lente durante la visualizzazione di un oggetto distante; giusto - quando si considera un oggetto vicino, ad es. con sforzo accomodativo. È visibile una grande convessità della lente a destra.

Helmholtz ha dimostrato che nel meccanismo di accomodazione dell'occhio, la contrazione dei muscoli ciliari (ciliari), che modificano la convessità del cristallino, gioca un ruolo significativo. La lente è racchiusa in una capsula, che passa lungo i bordi nelle fibre del legamento della cannella, attaccato al corpo ciliare. I legamenti di Zinn sono sempre tesi e la loro tensione viene trasmessa alla capsula, che comprime e sigilla il cristallino. Il corpo ciliare contiene fibre muscolari lisce. Quando si contraggono, la trazione dei legamenti di Zinn si indebolisce, il che significa una diminuzione della pressione sul cristallino, che, per la sua elasticità, assume una forma più convessa. Quindi, i muscoli ciliari sono muscoli accomodativi.

Figura 124. Meccanismo di accomodamento.

Poiché il punto vicino di visione chiara corrisponde allo stato del cristallino con la maggiore tensione muscolare, una lunga permanenza in questo stato è estremamente faticosa per l'occhio. La distanza alla quale l'occhio può rimanere in uno stato accomodato per un tempo sufficientemente lungo e la qualità dell'immagine sulla retina è buona, è chiamata distanza di visione migliore. Il suo valore per un occhio normale è di circa 25 cm.Se è necessario esaminare piccoli dettagli, la distanza tra l'oggetto e l'occhio può essere ridotta per breve tempo, rimanendo all'interno dell'area di accomodazione dell'occhio.

Con l’età il potere di accomodamento diminuisce, per cui il punto più vicino di visione chiara si allontana dagli occhi. Ciò accade perché il cristallino diventa meno elastico con l'età e, man mano che le zonule di Zinn si indeboliscono, la sua convessità non cambia o aumenta solo leggermente. Questa condizione è chiamata ipermetropia senile. Pertanto, gli anziani allontanano il libro dagli occhi quando leggono o, se questo non aiuta più, correggono la mancanza di accomodamento con l'aiuto di occhiali biconvessi.

§2. Errori di rifrazione dell'occhio. Riflesso pupillare. Reazioni fotochimiche nei recettori retinici. Visione dei colori.

Esistono due anomalie principali nella rifrazione dei raggi (rifrazione) nell'occhio: miopia, in altre parole, miopia e ipermetropia: ipermetropia. Queste anomalie sono causate, di regola, non dalla mancanza di mezzi rifrangenti, ma dalla lunghezza anormale del bulbo oculare (fig. 125).

Miopia. Se l'asse longitudinale dell'occhio è troppo lungo, l'attenzione principale non sarà sulla retina, ma davanti ad essa, nel corpo vitreo. In questo caso, i raggi paralleli convergono in un punto non sulla retina, ma da qualche parte più vicino ad essa, e sulla retina, invece di un punto, appare un cerchio di diffusione della luce. Un tale occhio è chiamato miope - miope. Per una persona miope, il punto lontano della visione chiara si sposterà dall'infinito a una distanza finita (e abbastanza vicina). La miopia viene eliminata utilizzando occhiali con lenti divergenti (Fig. 126).

Lungimiranza. L'opposto della miopia è l'ipermetropia: l'ipermetropia. Nell'occhio presbite l'asse longitudinale dell'occhio è corto e quindi i raggi paralleli provenienti da oggetti distanti si raccolgono dietro la retina. Sulla retina si ottiene un cerchio di diffusione della luce, cioè un'immagine poco chiara e sfocata di un oggetto. Questa mancanza di rifrazione può essere compensata dallo sforzo accomodativo, cioè aumentando la convessità del cristallino. Pertanto, una persona lungimirante affatica il muscolo accomodativo, guardando non solo vicino, ma anche in lontananza.

Nelle persone ipermetropi, il punto più vicino con visione chiara è più lontano dall’occhio rispetto alle persone con una vista normale. Pertanto, gli sforzi accomodativi durante la visualizzazione di oggetti vicini sono insufficienti. Di conseguenza, per leggere, le persone presbiti devono indossare occhiali biconvessi che migliorano la rifrazione dei raggi.

Figura 127. Lungimiranza e sua correzione.

L'ipermetropia non deve essere confusa con l'ipermetropia senile. Questi due inconvenienti hanno in comune solo il fatto di richiedere l'utilizzo di vetri biconvessi.

Gli occhiali vengono utilizzati per correggere la vista. La formula della lente consente di calcolare la potenza ottica richiesta della lente degli occhiali:

Dove 1/ F = Dochk – potere rifrattivo di una lente per occhiali

F – distanza della migliore visione di un occhio normale ( F= 25 cm = 0,25 m)

D– distanza di migliore visione dell’occhio del paziente.
Esempi:

1. Determinare il potere ottico degli occhiali che compensano le carenze dell'occhio del paziente, la cui migliore distanza visiva è di 15 cm.

Soluzione: 1/f = 1/F – 1/d = 1/0,25 – 1/0,15 = – 2,67 diottrie.

Il segno “–” è caratteristico di un occhio miope.

2. Determinare il potere ottico degli occhiali che compensano le carenze dell'occhio del paziente, la cui migliore distanza visiva è di 100 cm.

Soluzione: 1/f = 1/F – 1/d = 1/0,25 – 1/1,0 = + 3 diottrie.

Il segno “+” è caratteristico di un occhio lungimirante.

Riflesso pupillare e pupillare. La pupilla è il foro al centro dell'iride attraverso il quale passano tutti i raggi di luce che entrano nell'occhio (Fig. 128, a). La pupilla contribuisce alla chiarezza dell'immagine degli oggetti sulla retina, trasmettendo solo i raggi centrali ed eliminando i cosiddetti aberrazione sferica.

Figura 128. Pupilla (a), aberrazione sferica (b) e diagramma di innervazione dell'iride (c).

Aberrazione sferica consiste nel fatto che i raggi che colpiscono le parti periferiche della lente vengono rifratti più fortemente dei raggi centrali (Fig. 128, b). I raggi centrali 1-1 sono raccolti nel fuoco f3 giacente sulla retina; i raggi marginali 2-2 e 3-3 sono raccolti nel fuoco f2 - f1, situato davanti alla retina. Le linee verticali A-A davanti all'obiettivo rappresentano un guscio del raggio che non trasmette raggi rossi, il che contribuisce alla chiarezza delle immagini.

Pertanto, se i raggi periferici non vengono eliminati, sulla retina dovrebbero apparire cerchi di diffusione della luce. I muscoli dell'iride sono in grado di modificare le dimensioni della pupilla e quindi regolare il flusso di luce nell'occhio. Se copri l'occhio dalla luce e poi lo apri: la pupilla, dilatata durante l'oscuramento, si restringe rapidamente. Questo restringimento avviene in modo riflessivo.

Nella Fig. 128, c - diagramma dell'innervazione dell'iride e del muscolo ciliare. Nell'iride ci sono due tipi di fibre muscolari che circondano la pupilla: alcune sono circolari, altre radiali. La contrazione del primo provoca la costrizione della pupilla, mentre la contrazione del secondo ne provoca la dilatazione.

Tipicamente, le pupille di entrambi gli occhi sono rotonde e dello stesso diametro. Il diametro medio della pupilla diminuisce con l'età.

Reazione alla luce. Sotto un'illuminazione esterna costante, la quantità di luce che entra nell'occhio per unità di tempo è proporzionale all'area della pupilla. Quando l'intensità della luce esterna diminuisce, la pupilla si dilata di riflesso. Se una persona chiude gli occhi per 10-20 secondi alla luce del giorno, la pupilla si ingrandirà. Quando riapre gli occhi, la pupilla si restringe. Questa reazione alla luce può essere studiata ancora più dettagliatamente se entrambi gli occhi vengono illuminati separatamente (fig. 129). Se illumini un occhio, dopo 0,3-0,8 s la sua pupilla si contrarrà ( reazione diretta alla luce). Anche la pupilla dell'occhio spento si contrarrà (reazione amichevole alla luce).

Figura 129. Diagramma dei riflessi pupillari. Viene mostrata una reazione diretta e amichevole alla luce. Le frecce rappresentano l'illuminazione di un occhio.

È chiaro che la risposta alla luce è un utile meccanismo di regolazione, poiché in condizioni di troppa luce esterna (ad esempio, in una giornata soleggiata), la quantità di luce che cade sulla retina è ridotta, mentre in condizioni di scarsa illuminazione, a causa alla dilatazione della pupilla, la quantità di luce che cade sulla retina aumenta. In questa catena di regolazione a feedback negativo, il sensore sono i recettori retinici e l'oggetto della regolazione è il diametro della pupilla. Nei giovani, il diametro della pupilla può variare da circa 1,5 a 8 mm, il che porta ad una variazione del livello di illuminazione della retina di circa 30 volte.

Reazioni fotochimiche nei recettori retinici. Visione dei colori.

Il rivestimento interno dell'occhio contiene cellule recettoriali visive: bastoncelli e coni.

I bastoncelli della retina umana contengono pigmenti rodopsina, O viola visivo. La rodopsina è un composto ad alto peso molecolare (peso molecolare 270.000) costituito da retinene– vitamina A e proteine ​​aldeidi opsina. Quando esposto alla luce, si verifica un ciclo di trasformazioni chimiche di questa sostanza. Assorbendo la luce, il retinene si trasforma nel suo isomero geometrico, caratterizzato dal fatto che la sua catena laterale si raddrizza, e questo porta alla rottura del legame tra retinene e proteina. In questo caso, si formano prima alcune sostanze intermedie: lumirodopsina e metarodopsina, dopo di che il retinene viene separato dall'opsina. Sotto l'influenza di un enzima chiamato retine reduttasi, quest'ultima si trasforma in vitamina A, che proviene dai segmenti esterni dei bastoncelli nelle cellule dello strato pigmentato.

Quando gli occhi si scuriscono, il viola visivo viene rigenerato, cioè risintesi della rodopsina. Questo processo richiede che la retina riceva l'isomero della vitamina A da cui si forma il retinene. Se la vitamina A è assente nel corpo, la formazione di retinene dalla rodopsina viene bruscamente interrotta, il che porta alla malattia: cecità notturna. La formazione del retinene dalla vitamina A è un processo ossidativo che avviene con la partecipazione di un sistema enzimatico.

La capacità dell'occhio di percepire diversamente la luce di diverse lunghezze d'onda è chiamata visione dei colori. Alla fine del secolo scorso, è stato stabilito che i bastoncelli della retina sono recettori per il sistema visivo monocromatico (bianco e nero o grigio) e che i coni sono recettori per il sistema visivo policromatico (a colori).

La più ampiamente riconosciuta è la teoria a tre componenti della visione dei colori, proposta da M.V. Lomonosov e sviluppata nel secolo scorso da Jung e Helmholtz. Secondo questa teoria i coni retinici si dividono in tre tipologie e contengono diverse sostanze fotosensibili. Ogni colore ha un effetto su tutti e tre i tipi di recettori, ma in misura diversa. Con l'eccitazione isolata di un tipo di cono si creerebbe una sensazione di rosso saturo, con l'eccitazione isolata di un altro, verde saturo, e con l'eccitazione isolata di un terzo, blu saturo. Se due tipi di recettori vengono eccitati contemporaneamente, si verifica la sensazione di un colore intermedio. Ad esempio, quando i recettori del colore verde e blu vengono eccitati, appare una sensazione di colore blu. Quando tutti i tipi di recettori vengono eccitati contemporaneamente, appare una sensazione di colore bianco o grigio. Quindi, secondo questa teoria, la codifica della lunghezza d'onda della luce è dovuta alla presenza di fotorecettori che hanno sensibilità selettiva alle oscillazioni elettromagnetiche di una certa lunghezza d'onda. L'intera varietà delle sensazioni cromatiche è dovuta al rapporto tra il numero di recettori eccitati di diverso tipo.

Lavoro pratico n. 16. Reazione degli alunni alla luce.

Il soggetto è seduto di fronte alla luce. Dopo 1-2 minuti si nota la larghezza delle sue pupille. Fatto ciò si fanno le seguenti osservazioni.

1. Il soggetto chiude un occhio con la mano e osserva il successivo cambiamento nella larghezza della pupilla dell'occhio aperto.

2. Apri e osserva i cambiamenti nella larghezza delle pupille di entrambi gli occhi.

3. Chiudi entrambi gli occhi per 30-60 s. Aprono gli occhi e notano che le pupille sono dilatate. Il grado di dilatazione della pupilla quando entrambi gli occhi sono chiusi viene confrontato con quello osservato quando un occhio è chiuso. Osserva la costrizione delle pupille, che si verifica dopo l'apertura degli occhi.

Trarre una conclusione sulle reazioni riflesse dirette e cooperative degli alunni alla luce.

§3. Acuità visiva, campo visivo, visione binoculare. Visione spaziale. Illusioni di percezione. Calibro oculare.

Acuità visiva. L'acuità visiva è determinata dalla distanza più piccola tra due punti che l'occhio può distinguere.

La misura dell'acuità visiva è l'angolo formato tra i raggi provenienti da due punti di un oggetto verso l'occhio: l'angolo visivo. Più piccolo è questo angolo, maggiore è l'acuità visiva. Maggiore è l'angolo di visione, maggiore è il numero di dettagli sulla superficie di un oggetto visibile all'occhio.

Per la maggior parte delle persone, l'angolo visivo minimo è 1 (un minuto). Questo angolo è considerato la norma e l'acuità visiva dell'occhio con l'angolo visivo più piccolo di 1 minuto è considerata un'unità di acuità visiva.

L'acuità visiva viene misurata utilizzando tabelle speciali (Fig. 133), costituite da diverse file di lettere, figure o cerchi aperti di varie dimensioni. Accanto ad ogni linea c'è un numero che indica la distanza in metri dalla quale un occhio normale dovrebbe distinguere le figure di questa linea con un angolo di 1.

Quando si determina l'acuità visiva, una persona deve trovarsi a una distanza di 5 m dal tavolo appeso al muro. L'indicatore di acutezza è considerato la linea con le lettere più piccole su cui il soggetto può distinguere più lettere o cifre.

Lavoro pratico n. 17. Determinazione dell'acuità visiva.

Per determinare l’acuità visiva, usano la tabella del Dr. Sivtsev, composta da 12 righe di lettere di diverse dimensioni. La dimensione delle lettere in ciascuna riga diminuisce dall'alto verso il basso.

Biologia e genetica

L'analogo fisico dell'occhio ridotto è una lente di vetro con una superficie a contatto con l'aria e l'altra con il liquido con n = 1336. L'apparato diottrico dell'occhio non può essere descritto matematicamente con precisione. Ciò è dovuto al fatto che gli occhi di persone diverse variano notevolmente, nonché alla mobilità del cristallino e ad una serie di altri motivi. Ad esempio, l'asse ottico principale dell'occhio umano è disegnato in modo abbastanza approssimativo.

OCCHIO RIDOTTO

PERSONA

Il modello dell'apparato di rifrazione della luce dell'organo della vista è il cosiddetto occhio ridotto ridotto. Riduzione significa semplificazione, cioè ridurre il complesso a semplice, più accessibile per l'analisi. Un analogo fisico dell'occhio ridotto è una lente di vetro, che ha una superficie a contatto con l'aria e l'altra con un liquido avente N = 1.336. La prima superficie è diretta nello spazio degli oggetti, mentre l'altra superficie dell'obiettivo è diretta verso lo spazio delle immagini.

L'apparato diottrico dell'occhio non può essere descritto matematicamente con precisione. Ciò è dovuto al fatto che gli occhi di persone diverse variano notevolmente, nonché alla mobilità del cristallino e per una serie di altri motivi. Ad esempio, l'asse ottico principale dell'occhio umano è disegnato in modo abbastanza approssimativo. Non coincide con l'asse visivo KK, che passa per i centri geometrici della cornea e della macula della retina. Nella direzione dell'asse visivo, l'occhio ha la migliore risoluzione. L'angolo tra l'asse ottico principale OO e KK , di regola, non supera i 5 gradi. È designatosolitamente preso in considerazione in oftalmologia quando si prescrivono gli occhiali.

Quindi, l'occhio umano può essere considerato in modo molto condizionale come un sistema rifrattivo centrato. La figura mostra una caratteristica quantitativa di uno dei modelli fisici più adeguati dell'occhio umano.

L'occhio come sistema centrato di rifrazione della luce

Dalla figura si vede che la distanza tra H1 e H2 è di circa 0,25 mm. Una distanza così ravvicinata consente la sostituzione di due aerei principali ( h 1 e h 2) su un piano principale. Punti N1 e N 2 coincidono praticamente anche in un unico punto nodale dell'occhio, chiamato centro ottico dell'occhio (tra N1 e N 2). La sostituzione di ciascuna delle coppie di punti cardinali nominate con singoli punti angolari e nodali è il significato della riduzione del sistema diottrico centrato dell'occhio reale. Nel diagramma di Gullstrand c'è un unico piano H e un unico punto nodale N si trovano rispettivamente a una distanza di 1,6 mm e 7,5 mm dalla superficie anteriore della cornea. Tutte le distanze tranne le lunghezze focali ( f1, f 2), contati dalla superficie anteriore della cornea. Quando i raggi entrano nell'occhio, queste distanze hanno un segno "+". Nella direzione opposta (esterna), le distanze hanno un segno “-”.

I numeri che caratterizzano la distanza dei singoli punti principali e nodali dell'occhio sono necessari per calcolare l'apparato diottrico dell'occhio umano.

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Se l'intero sistema rifrattivo centrato si trova in un mezzo omogeneo (n1 = n2), allora N1 coincide con H1 e N2 con H2. Un sistema diottrico centrato relativamente semplice è una lente sottile quando entrambe le sue superfici sono a contatto con l'aria. In una lente sottile il suo spessore può essere trascurato rispetto alla distanza dei fuochi corrispondenti dalle superfici anteriore e posteriore; allora, in questo caso, in un sistema centrato, i punti N1 e N2, H1 e H2 sono il centro della lente lente ottica, cioè si fondono in uno solo. Quando si costruiscono immagini ottenute in una lente sottile circondata da un mezzo omogeneo, la distanza dal centro ottico all'oggetto e la distanza dall'immagine dal centro ottico sono correlate alla lunghezza focale secondo la seguente formula:

Formula di lenti sottili.

Distanza dall'oggetto al centro ottico;

b è la distanza dal centro ottico all'immagine.

Per una lente spessa, che può essere paragonata al sistema centrato dell'occhio, le formule che collegano eb sono molto più complesse; comprendono tutti i punti cardinali del sistema diottrico centrato. Per semplificare i calcoli, ricorrono a modelli di sistemi diottrici reali. Allo stesso tempo, si sforzano di accontentarsi di un numero minimo di punti cardinali nel modello.

Occhio umano ridotto ridotto

Il modello dell'apparato di rifrazione della luce dell'organo della vista è il cosiddetto occhio ridotto ridotto. Riduzione significa semplificazione, cioè ridurre il complesso a semplice, più accessibile per l'analisi. L'analogo fisico dell'occhio ridotto è una lente di vetro, che ha una superficie a contatto con l'aria e l'altra con un liquido con n = 1.336. La prima superficie è diretta allo spazio degli oggetti e l'altra superficie della lente è diretta allo spazio delle immagini.

L'apparato diottrico dell'occhio non può essere descritto matematicamente con precisione. Ciò è dovuto al fatto che gli occhi di persone diverse variano notevolmente, nonché alla mobilità del cristallino e per una serie di altri motivi. Ad esempio, l'asse ottico principale dell'occhio umano è disegnato in modo abbastanza approssimativo. Non coincide con l'asse visivo KK", che passa per i centri geometrici della cornea e della macula della retina. Nella direzione dell'asse visivo dell'occhio ha la migliore risoluzione. L'angolo tra i principali assi ottici l'asse OO" e KK", di regola, non supera i 5 gradi. È designato di solito preso in considerazione in oftalmologia quando si prescrivono gli occhiali.

Quindi, l'occhio umano può essere considerato in modo molto condizionale come un sistema rifrattivo centrato. La figura mostra una caratteristica quantitativa di uno dei modelli fisici più adeguati dell'occhio umano.

L'occhio come sistema centrato di rifrazione della luce

Dalla figura si vede che la distanza tra H1 e H2 è di circa 0,25 mm. Una distanza così ravvicinata consente la sostituzione di due piani principali (h1 e h2) con un piano principale. Anche i punti N1 e N2 coincidono praticamente in un unico punto nodale dell'occhio; è chiamato centro ottico dell'occhio (tra N1 e N2). La sostituzione di ciascuna delle coppie di punti cardinali nominate con singoli punti angolari e nodali è il significato della riduzione del sistema diottrico centrato dell'occhio reale. Nello schema Gullstrand, un singolo piano h e un singolo punto nodale N si trovano rispettivamente a una distanza di 1,6 mm e 7,5 mm dalla superficie anteriore della cornea. Tutte le distanze, tranne quelle focali (f1, f2), sono misurate dalla superficie anteriore della cornea. Quando i raggi entrano nell'occhio, queste distanze hanno un segno "+". Nella direzione opposta (esterna), le distanze hanno un segno “-”. I numeri che caratterizzano la distanza dei singoli punti principali e nodali dell'occhio sono necessari per calcolare l'apparato diottrico dell'occhio umano.

La struttura dell'occhio è otticamente equivalente una normale macchina fotografica. Ha un sistema di lenti, un sistema di apertura variabile (pupilla) e una retina che corrisponde alla pellicola fotografica.

Proprio indice la rifrazione dell'aria è 1, la cornea - 1,38, l'umore acqueo - 1,33, il cristallino (in media) - 1,4 e il vitreo - 1,34.
Occhio ridotto. Se sommiamo algebricamente tutte le superfici rifrangenti dell'occhio e le consideriamo come un'unica lente, l'ottica dell'occhio può essere semplificata e rappresentata schematicamente come un occhio ridotto (questo è utile per semplificare i calcoli). Si ritiene che nell'occhio ridotto vi sia una superficie rifrangente, il suo punto centrale si trova a una distanza di 17 mm davanti alla retina e il potere rifrattivo totale è di 59 diottrie, a condizione che la lente consenta lo sguardo a grande distanza .

Circa 2/3 di 59 diottrie potere rifrattivo totale dell'occhio cade sulla superficie anteriore della cornea (non sul cristallino dell'occhio). Questo perché l'indice di rifrazione della cornea è significativamente diverso da quello dell'aria, mentre l'indice di rifrazione del cristallino non è molto diverso dagli indici dell'umor acqueo e dell'umor vitreo.

Generale potere rifrattivo del cristallino, quando è normalmente situato nell'occhio e circondato da tutti i lati da liquido, è di sole 20 diottrie, cioè rappresenta circa 1/3 del potere rifrattivo totale dell'occhio. Ma l'importanza del cristallino è che, sotto l'influenza della regolazione nervosa, la sua curvatura può aumentare in modo significativo, fornendo l'accomodazione, di cui parleremo più avanti in questo capitolo.

Formazione di un'immagine sulla retina. Proprio come una lente di vetro mette a fuoco un'immagine su un pezzo di carta, il sistema ottico dell'occhio focalizza un'immagine sulla retina. Sebbene l’immagine di un oggetto sulla retina sia invertita, la nostra mente percepisce l’oggetto correttamente perché il cervello è “allenato” a vedere l’immagine invertita come normale.

Nei bambini potere rifrattivo della lente gli occhi possono aumentare da 20 diottrie a 34 diottrie, cioè la sistemazione è di circa 14 diottrie. Ciò si verifica a seguito di un cambiamento nella forma della lente da una lente moderatamente convessa a una lente molto convessa. Il meccanismo di accomodamento è il seguente.

In un giovane lenteè costituito da una capsula elastica resistente riempita con un liquido proteico viscoso ma trasparente. Se la capsula non è distesa, il cristallino ha una forma quasi sferica. Tuttavia, ci sono circa 70 legamenti sospensori disposti radialmente attorno al cristallino, che tirano i bordi del cristallino verso l'orbita esterna del bulbo oculare. Questi legamenti sono attaccati al bordo anteriore della coroide e della retina e sono costantemente tesi. La tensione dei legamenti fa sì che la lente rimanga relativamente piatta in condizioni normali.

Tuttavia, a posto attacco dei legamenti al bulbo oculare C'è un muscolo ciliare contenente due gruppi separati di fibre muscolari lisce: meridionale e circolare. Le fibre meridiane corrono dalle estremità periferiche dei legamenti sospensori fino alla giunzione tra cornea e sclera. Con la contrazione di queste fibre muscolari, le sezioni periferiche dei legamenti del cristallino nel punto del loro attacco si spostano in direzione mediale, verso i bordi della cornea, mentre il grado della loro tensione diminuisce e il cristallino si libera dalla loro trazione.

Fibre circolari si trovano attorno al punto di attacco dei legamenti e quando si contraggono viene svolta un'azione simile a uno sfintere, riducendo il diametro del cerchio attorno al perimetro del quale sono attaccati i legamenti; ciò porta anche ad un allentamento della tensione dei legamenti e al rilascio della capsula del cristallino.

Così, riduzione di qualsiasi insieme le fibre muscolari lisce del muscolo ciliare riducono la tensione dei legamenti e, di conseguenza, della capsula del cristallino, la cui forma, per la sua naturale elasticità, si avvicina a quella sferica.

Alloggio regolato dai nervi parasimpatici. Il muscolo ciliare è quasi interamente regolato dai segnali provenienti dai nervi parasimpatici trasmessi all'occhio lungo il terzo paio di nervi cranici dal suo nucleo nel tronco encefalico. La stimolazione di questi nervi porta alla contrazione di entrambi i gruppi di fibre muscolari ciliari, che allevia la tensione dei legamenti, di conseguenza il cristallino diventa più spesso e il suo potere rifrattivo aumenta. Ciò consente all'occhio di mettere a fuoco oggetti più vicini rispetto a quelli con potere di rifrazione inferiore. Pertanto, per mettere a fuoco continuamente e chiaramente un oggetto mentre si avvicina all'occhio, il numero di impulsi parasimpatici che arrivano al muscolo ciliare deve aumentare gradualmente.

sul tema:

“Occhio ridotto. Potere rifrattivo e ottico. Determinazione della lunghezza focale"

Completato da: Kilmyamyatov Denis

Saransk 2013

Occhio ridotto

Esistono diversi schemi per un occhio ridotto.

Presentiamo i dati dell'occhio ridotto secondo Verbitsky, che è il più vicino ai dati dell'occhio secondo Gulstrand. In un occhio ridotto c'è una sola superficie rifrattiva, la cornea, e l'intero occhio è riempito con un mezzo omogeneo con un indice di rifrazione nr. Ecco perché entrambi i punti nodali si uniscono in uno solo, coincidendo con il centro di curvatura della cornea. Anche i piani principali si fondono in uno solo e un punto principale coincide con l'apice della cornea.

Costruire un'immagine per un occhio ridotto

Costruire un'immagine in un occhio ridotto

semplificato dal fatto che otteniamo il punto B" semplicemente tracciando una retta passante per i punti B e N. Per y" e otteniamo formule simili alle formule (10) e (11); ma al segmento l" si può ora dare un certo significato. Dalla tabella 2 risulta chiaro che il valore calcolato sopra l" = 16,6 mm è vicino nell'occhio ridotto alla lunghezza focale anteriore f, presa con il segno opposto. C'è qualche differenza (0,4 mm), ma, come vedremo ora, non è casuale. Secondo le leggi dell'ottica geometrica, l'immagine parassiale del punto A dovrebbe essere formata sull'asse del sistema in un punto che si trova a distanza f" dal secondo punto principale. In un occhio ridotto, il secondo punto principale coincide con per primo e si trova all'apice della cornea. Da esso si deve misurare la distanza f". Ma f" = 23,8 mm, e l'intera lunghezza dell'occhio è 23,4. Ciò significa che l'immagine parassiale del punto A è dietro la retina, appena 0,4 mm più avanti della retina. Si potrebbe pensare che sia stato commesso qualche errore nella costruzione dell'occhio ridotto Il punto però è che nel nostro ragionamento abbiamo sottolineato due volte che stiamo considerando raggi parassiali, cioè raggi che passano vicino all'asse del sistema, solo che essi, passando paralleli all'asse del sistema, convergono nel punto fuoco principale. I raggi che viaggiano più lontano dall'asse, convergono più vicino al fuoco a causa dell'aberrazione sferica. Pertanto, l'immagine più chiara si ottiene non nel piano focale, ma un po' più vicino - nel piano di migliore messa a fuoco, vicino al quale si trova il punto A sulla retina si trova."

Quindi la differenza tra l e |f| rientra nei limiti dell'errore che ammettiamo quando si sostituisce l'ottica a fascio largo con un'approssimazione parassiale. Pertanto, le formule (10) e (11) possono essere sostituite da formule

y" = αf (12)

βy = -f/l (13)

Quando l'oggetto si avvicina all'occhio, cioè quando il valore assoluto di l diminuisce in modo significativo, le formule (12) e (13) non possono più essere applicate. La ritenzione dell'immagine sulla retina è possibile solo aumentando il potere ottico o, come viene anche chiamata, la rifrazione dell'occhio F. Nell'occhio reale, ciò si ottiene aumentando la curvatura delle superfici della lente. Indichiamo l'aggiunta accomodativa alla rifrazione dell'occhio

▲F = l/|l| (14)

Formalmente, ▲F = 0 solo per |l| = ∞. Infatti l'accomodamento può essere trascurato già per |l| ≥ 5 m, cioè trascurare l'imputazione della rifrazione oculare di 0,2 diottrie. In un occhio ridotto, l'accomodazione viene presa in considerazione con un metodo formale: secondo Verbitsky, per ogni diottria di rifrazione aggiuntiva, l'indice di rifrazione del mezzo oculare deve essere aumentato di 0,004 e il raggio di curvatura della cornea deve essere diminuito di 0,04 mm. Sia ad esempio l = - 25 cm, cioè |l| = 0,25 m e ▲F = 4 diottrie. In cui

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

r" = 6,8 - 4 0,04 = 6,64 mm.

Poiché nell'occhio ridotto è presente una sola superficie rifrangente, possiamo utilizzare la formula derivata per questo caso

dove le distanze dalla sommità della cornea all'oggetto e alla sua immagine sono indicate rispettivamente con l e l"r. Poiché

Sostituendo i valori di magnitudo per F = 4 diottrie nelle formule (16) e (18), otteniamo f"= 22,60 mm e l"r = 24,1 mm. Introduciamo il valore ▲l, il cui cambiamento caratterizza lo spostamento dell'immagine durante l'accomodamento: ▲l = l"r - lr, dove lr è la lunghezza dell'occhio secondo Verbitsky. Con ▲F = 4 diottrie ▲l = 0,7 mm, che è notevolmente maggiore rispetto al resto dell'accomodamento, quando ▲l = 0,4 mm, cioè l'immagine viene spostata di 0,3 mm. Pertanto, il metodo proposto da Verbitsky per prendere in considerazione l'accomodamento, con notevole complessità, dà bassi precisione del calcolo Per tenere conto dell'accomodazione, possiamo assumere un metodo più semplice, che prevede, inoltre, una variazione significativamente più piccola ▲l: quando si aumenta l'accomodazione di una diottria, ridurre il raggio della cornea di 0,1 mm e mantenere il valore di rifrazione costante dell'indice e pari a 1,40, ovvero nelle formule (15) - (18) considerare n"r = nr = 1,40. Il risultato di questo calcolo della differenza ▲l utilizzando le formule (16) e (18) è riportato nella tabella. 3.

Sistemazione dell'occhio ridotto

Si può vedere che ▲l cambia solo entro 0,1 mm e non 0,3 mm, come calcolato da Verbitsky.

Aberrazioni dell'occhio

Come ogni sistema ottico, l'occhio presenta aberrazioni intrinseche. Ne abbiamo già menzionato uno: l'aberrazione sferica. Ora dovremmo dire qualcosa in più sulle aberrazioni oculari.

Aberrazioni di qualsiasi sistema, dando un'immagine, sono chiamate distorsioni che portano al fatto che l'immagine risulta non essere del tutto simile alla proiezione geometrica di un oggetto su un piano (o una superficie di altra forma) e che ogni punto dell'oggetto è raffigurato non come un punto, ma come un punto con una distribuzione della luminosità piuttosto complessa al suo interno.

Sull'asse del sistema si osservano aberrazione sferica e cromatica. Il diagramma dell'aberrazione sferica è mostrato in Fig.:

Diagramma di aberrazione sferica

Quanto più un raggio parallelo ad esso passa dall'asse, tanto più vicino alla lente interseca l'asse. I raggi più lontani dall'asse passeranno da questo a una distanza h = D/2, dove D è il diametro del fascio entrante nella lente, e convergeranno nel punto Ah, situato a distanza ▲f" dal punto A - l'asse fuoco dei raggi parassiali. Il segmento ▲f" è chiamato aberrazione sferica longitudinale, espressa in unità di lunghezza.

Tuttavia, l'aberrazione sferica longitudinale è solitamente espressa in diottrie e calcolata utilizzando la formula

Qui la lunghezza dei segmenti deve essere presa in metri. Se ▲f" ≪ f", la formula può essere semplificata:

Indice di rifrazione nr dipende dalla lunghezza d'onda della luce. Pertanto, se la luce bianca cade su una lente, raggi di colori diversi convergeranno in punti diversi: i raggi viola convergeranno più vicino alla lente. In qualsiasi luogo, invece di un punto bianco, otterrai una macchia e, inoltre, non bianca, ma colorata. Anche in questo caso è possibile effettuare un calcolo simile a quello effettuato con la formula (19) e ottenere il valore di aberrazione cromatica Axp.

Per ogni punto che non giace sull'asse del sistema occorre tenere conto di altre aberrazioni. I raggi che giacciono nel piano meridionale vengono raccolti in un segmento diritto alla stessa distanza dalla lente, mentre i raggi che giacciono nel piano sagittale (e il piano passante per l'asse del fascio e perpendicolare al piano meridionale) vengono raccolti in un segmento ad una distanza diversa dalla lente, perpendicolare al primo segmento. In qualsiasi luogo, l'immagine di un punto si ottiene sotto forma di un punto asimmetrico sfocato. Questa aberrazione si chiama astigmatismo dei raggi obliqui.

Su alcune superfici questa sfocatura è minima ed è qui che dovrebbe essere posizionato lo schermo per ottenere l'immagine più chiara. Di norma, tale superficie non è piatta, il che in molti casi è molto scomodo, ad esempio per la fotografia, dove la superficie della cornice dovrebbe essere piatta. La deviazione della migliore superficie di messa a fuoco dal piano è chiamata curvatura di campo.

Sono inoltre presenti aberrazioni che distorcono la forma dell'intera immagine. Il più importante di loro è distorsione- variazione dell'ingrandimento con la distanza dall'asse ottico del sistema.

Quali sono le aberrazioni dell'occhio?? Secondo Ivanov, con una pupilla di 4 mm, l'aberrazione sferica dell'occhio è Asf = 1 diottria. L'aberrazione cromatica ha lo stesso significato. È molto o poco? Poiché la rifrazione dell'occhio è di circa 60 diottrie, l'errore relativo della rifrazione dell'occhio è inferiore al 2%.

Più precisamente, le aberrazioni vengono valutate in base al grado della loro influenza sul potere risolutivo dell'occhio o, come viene solitamente chiamato, sull'acuità visiva. L'acuità visiva V è inversamente proporzionale al limite di risoluzione angolare:

V= l/δ; (21)

δ è solitamente espresso in minuti. V è una quantità adimensionale.

Normalmente i medici considerano normale V = 1. In realtà V dipende da molte condizioni, in primo luogo dalla luminosità dello sfondo l.

Il diametro della pupilla dipende anche da vari fattori, anche dalle emozioni di una persona. Tuttavia, sostanzialmente il diametro della pupilla dr dipende dalla luminosità. In media, questa dipendenza è espressa dalla formula

dove th è la tangente iperbolica; dr - ottenuto in millimetri.

Parleremo in dettaglio dell'acuità visiva più tardi. Ora diciamo solo che con luminosità L = 20 cd/m2 dr = 3,7 mm e δ = 0,64". Se passiamo alla formula di diffrazione (3) e calcoliamo δ con d = 0,37 cm, quindi, traducendo i radianti al minuto (l " = 2,91 10-4), otteniamo quasi lo stesso valore δ = 0,63. Pertanto, in effetti, l'acuità visiva è limitata non dalle aberrazioni, ma dalla diffrazione. Questo è proprio il requisito che viene posto agli obiettivi moderni e ben corretti: il loro potere risolvente, almeno al centro del campo visivo, deve essere diffrattivo. Un'ulteriore correzione delle aberrazioni non aiuta più ad aumentare il potere risolutivo.

Aberrazione cromatica, approssimativamente uguale a quello sferico, sembra essere più pericoloso: fornisce non solo un punto di dispersione, ma un punto colorato. Tuttavia, nella vita di tutti i giorni non notiamo mai i bordi colorati attorno agli oggetti visibili. Possono essere rilevati solo in esperimenti appositamente progettati. L'aberrazione cromatica può essere facilmente corretta posizionando una lente davanti all'occhio con aberrazione cromatica di segno opposto. Esperimenti con lenti di questo tipo sono stati effettuati più volte. Tuttavia, il loro utilizzo praticamente non ha modificato né l'acuità visiva dell'occhio né l'aspetto degli oggetti nel campo visivo. Sono stati fatti tentativi per correggere l'aberrazione sferica dell'occhio con lenti. E in questo caso non è stato osservato alcun miglioramento dell’acuità visiva.

Va notato che se calcoliamo il percorso dei raggi in un occhio schematico secondo Gullstrand, otteniamo un'aberrazione sferica che supera quella osservata in un occhio reale. Ciò si spiega con il fatto che Gulstrand considerava costante il raggio di curvatura della cornea, ma in realtà nella zona periferica della cornea il raggio di curvatura è maggiore che nella zona centrale. L'aumento del raggio porta ad una diminuzione del potere di rifrazione, cioè aumentare la lunghezza focale [vedi. formula (16)] e, di conseguenza, ad avvicinare il fuoco dei raggi estremi al fuoco dei raggi parassiali. Negli ultimi tempi, le lenti con superfici asferiche hanno cominciato ad essere utilizzate nella tecnologia, sebbene la loro produzione precisa sia irta di grandi difficoltà.

In questo modo il sistema ottico dell'occhio viene corretto abbastanza bene da sfruttare appieno tutte le possibilità offerte dalla natura ondulatoria della luce.