31598 SCAN0018 crop

Właściwości optyczne oka ludzkiego

Ludzkie oko jako układ optyczny

Oczy odgrywają tak istotną rolę w zdolności postrzegania otaczającego świata, że łatwo jest przeoczyć fakt, iż podlegają wielu tym samym regułom, co przyrządy optyczne. Podczas projektowania złożonego układu optycznego, takiego jak np. mikroskop operacyjny, należy wziąć pod uwagę optykę oka ludzkiego podlegającą tym samym zasadom optycznym co mikroskop. W niniejszym rozdziale omówiono modele koncepcyjne („model optyczny oka") opracowane w celu lepszego zrozumienia zasad optycznych istotnych dla funkcjonowania ludzkiego oka. Ponadto, przedstawione zostały metody pomiaru zdolności oka do „widzenia", jak również przegląd wad refrakcji.

Model optyczny oka

Poczyniono wiele starań, by zrozumieć optykę ludzkiego oka. Największe wyzwanie stanowi złożoność niektórych elementów układu optycznego oka, jak również ich „niedoskonałość", w porównaniu z modelami matematycznymi. Uproszczenia i przybliżenia sprawiają, że stworzone modele są łatwiejsze do zrozumienia i zastosowania, ale jednocześnie ograniczają możliwość wyjaśnienia wszystkich złożonych aspektów funkcjonowania układu wzrokowego. Na przykład przednia powierzchnia rogówki nie jest w pełni sferyczna - ulega spłaszczeniu w kierunku rąbka, natomiast środek soczewki oka jest zazwyczaj zdecentrowany w stosunku do rogówki i osi widzenia.

Nad wieloma modelami matematycznymi układu optycznego oka pracowano latami na podstawie szczegółowych pomiarów anatomicznych i równie starannych przybliżonych obliczeń. Najbardziej znaczące projekty zostały opracowane przez Listinga, Dondersa, Tscherninga i von Helmholtza. Gullstrand, szwedzki profesor okulistyki, opracował schematyczny model oka na tyle zbliżony do oka ludzkiego, że osiągnięcie to uznano za warte przyznania Nagrody Nobla w 1911 r. Jego parametry przedstawiono na ryc. 3-1 i w tab. 3-1.

Schemat Gullstranda, pomocny jako model optyki oka, w niektórych obliczeniach okazuje się zbyt skomplikowany, dlatego warto zastosować jego uproszczenie. Ponieważ punkty główne rogówki i soczewki położone są dość blisko siebie, można zastąpić je pojedynczym pośrednim punktem. W podobny sposób punkty węzłowe rogówki i soczewki mogą być połączone w pojedynczy punkt węzłowy oka. W ten sposób oko można traktować jako pojedynczy element refrakcyjny, idealną kulistą powierzchnię oddzielającą dwa ośrodki o różnych współczynnikach załamania - 1,0 dla powietrza i 1,33 dla struktur oka (ryc. 3-2). Ten uproszczony model nazywany jest zredukowanym okiem schematycznym.