Глаз как оптический прибор

Обновлено: 27 мая 2025

Автор: Superlens Experts

Глаз – это не просто орган зрения, а высокоточный оптический прибор, который обеспечивает нам восприятие окружающего мира. Функционально и конструктивно человеческий глаз действительно напоминает сложную оптическую систему, сходную с фото- или видеокамерой, где свет преобразуется в изображение. Понимание того, как работает глаз как оптическая система, позволяет лучше осознать принципы зрения, а также причины возникновения различных нарушений и методы их коррекции.

Строение глаза: Оптическая система в миниатюре

Глазное яблоко, этот оптический прибор человека, представляет собой почти идеальную сферу, диаметром около 25 мм. Эта сфера не цельная, а многослойная, и состоит из трех основных оболочек:

• Наружная (фиброзная) оболочка: Включает в себя склеру – непрозрачную белую часть, составляющую большую часть глазного яблока, и роговицу – переднюю прозрачную область. Роговица, обладая меньшим радиусом кривизны (порядка 8 мм против 12 мм у склеры), выступает вперед, являясь основной преломляющей средой глаза.
• Промежуточная (сосудистая) оболочка: Богата кровеносными сосудами, питающими глаз. Она разделена на три части: собственно сосудистая оболочка (хориоидея), которая выстилает склеру изнутри; цилиарное (ресничное) тело, расположенное в передней части и участвующее в аккомодации и выработке внутриглазной жидкости; и радужная оболочка (радужка) – цветная мембрана с отверстием по центру, называемым зрачком. Две группы мышц радужки – сфинктер и дилататор – регулируют размер зрачка, контролируя количество света, попадающего в глаз.
• Внутренняя оболочка (сетчатка): Тонкая пленка, выстилающая сосудистую оболочку изнутри. Именно на сетчатке происходит формирование изображения и его преобразование в нервные импульсы, которые затем передаются в мозг.

Внутри полости, ограниченной сетчаткой, располагается ядро глаза, включающее в свой состав стекловидное тело, хрусталик и водянистую влагу. Все эти структуры, наряду с роговицей, являются прозрачными преломляющими средами, формирующими оптическую систему глаза.

От света к изображению: Как мозг получает картинку через глаза

Преобразование светового информационного сигнала в нервный импульс осуществляется благодаря особым клеткам сетчатки, называемым **фоторецепторами**. По своим функциям и возможностям фоторецепторы делятся на два типа:

• Колбочки: Очень чувствительны к перепадам освещенности, особенно при высоких значениях света. Обладают способностью распознавать цвет и высокой разрешающей способностью, отвечая за дневное зрение и цветовосприятие.
• Палочки: Возбуждаются даже при низкой освещенности, поскольку очень чувствительны к свету. Они отвечают за сумеречное (ночное) зрение и периферическое зрение, не различая цветов.

Палочки преимущественно располагаются по периферии сетчатки, тогда как колбочки сконцентрированы в центральной части заднего полюса глазного яблока – в области, называемой **желтым пятном (макулой)**. В центре желтого пятна находится **центральная ямка (фовеа)** – участок диаметром около 0,3 мм, особо чувствительный к свету и отвечающий за **остроту зрения**, то есть способность различать мелкие предметы и их детали.

Острота зрения измеряется десятичными дробями (0,1; 0,2; ... 1,0; ... 1,2 и т.д.). Значение 1,0 считается нормой и соответствует способности глаза идентифицировать как раздельные две точки, лучи от которых образуют угол в 1 минуту (1'). При этом лучи от таких точек попадают и возбуждают две колбочки, расположенные через одну невозбужденную колбочку. Тем не менее, 1,0 – далеко не предел, и острота зрения может быть значительно выше, что во многом зависит от индивидуальных особенностей глаза и условий исследования.

Расчетная острота зрения вычисляется как величина, обратная величине угла между двумя четко различаемыми на определенном расстоянии точками, выраженной в минутах. Именно острота зрения становится базовым показателем при подборе средств коррекции зрения, таких как очки или контактные линзы.

Преломляющие среды глаза

Достаточно сложное строение имеет и внутренняя часть глазного яблока, содержащая **прозрачные внутриглазные среды**, которые, как и линзы в фотоаппарате, преломляют свет:

• Роговица: Передняя прозрачная часть фиброзной оболочки. Это самая сильная преломляющая структура глаза.
• Водянистая влага: Прозрачная жидкость, заполняющая переднюю камеру (между роговицей и радужкой) и заднюю камеру (между радужкой и хрусталиком) глаза. Она обеспечивает питание роговицы и хрусталика, а также поддерживает внутриглазное давление.
• Хрусталик: Эластичное и плотное чечевицеобразное образование, расположенное сразу за радужной оболочкой. Является важнейшей функциональной составляющей оптической системы глаза, способной изменять свою кривизну и, соответственно, преломляющую силу для фокусировки на объектах, находящихся на разном расстоянии (процесс **аккомодации**).

Фиксируется хрусталик на ресничном теле посредством множества фиброзных «тяжей», называемых **ресничной связкой (цинновой связкой)**.

• Стекловидное тело: Желеобразная масса, заполняющая большую часть объема глазного яблока за хрусталиком. Поддерживает форму глаза и участвует в преломлении света.

В совокупности все эти среды представляют собой слаженную функциональную систему, которая и называется **оптическая система глаза**.

Советский офтальмолог Вербицкий сумел рассчитать и систематизировать ключевые показатели для **редуцированного глаза** (упрощенной модели глаза), сведя их к нескольким характеристикам:

• Радиус кривизны роговицы – 6,82 мм.
• Длина по «переднезадней оси» - 23,4 мм.
• Суммарная преломляющая способность глаза – 58,82 диоптрии.
• Коэффициент преломления внутриглазной среды – 1,4.

Перечисленные выше характеристики являются среднестатистическими, в действительности эти показатели очень существенно варьируют. Так для хрусталика разбег значений составляет, в среднем, 15-23 диоптрии, для роговицы коэффициент преломления варьируется в пределах 38-46 диоптрий, длина оси колеблется в пределах 19-30 мм, а суммарная преломляющая способность глаза – 52-71 диоптрия.

Аккомодация: Наведение резкости

Как мы отмечали выше, глаз можно сравнить с прибором, способным транслировать изображение, например – с телекамерой. Как и настоящие теле- и фотокамеры, человеческий глаз располагает возможностью «наводить объектив» на объект посредством глазодвигательного аппарата, а также регулировать «в автоматическом режиме» резкость и контрастность изображения предметов, которые находятся на разном расстоянии, что достигается с помощью **аппарата аккомодации**.

Функцию «поиска» и фиксации объекта на центральной ямке глаза глазодвигательный аппарат выполняет благодаря группе наружных мышц глаза — по 6 в каждом глазу. Согласованная работа внутренней и наружной, верхней и нижней прямых и косых мышц обеспечивает моментальный «скачок» - поворот для оптимальной идентификации изображения центральной ямкой.

Обратите внимание, что линия, которая соединяет центральную ямку с рассматриваемым объектом, называется **зрительной линией**. Она не совпадает с **оптической осью глаза**, которая проходит через центральные точки преломляющих поверхностей роговицы и хрусталика. Угол, образующийся между этими двумя линиями, называется **углом гамма**.

Влияние оптической системы глаза на выбор контактных линз

Понимание оптических свойств глаза и принципов его работы как зрительного аппарата критически важно при подборе контактных линз. Контактные линзы, по сути, становятся частью оптической системы глаза, корректируя преломляющую силу и позволяя свету фокусироваться точно на сетчатке.

Преломляющая сила и аметропии

Основные состояния, которые требуют оптической коррекции, называются **аметропиями** и связаны с нарушениями преломляющей силы глаза:

• Миопия (близорукость): Фокусировка изображения происходит перед сетчаткой. Оптический глаз с миопией требует рассеивающей линзы (с отрицательной диоптрией), которая отодвигает фокус на сетчатку.
• Гиперметропия (дальнозоркость): Фокусировка изображения происходит за сетчаткой. Оптический прибор глаза с гиперметропией требует собирающей линзы (с положительной диоптрией), которая приближает фокус к сетчатке.
• Астигматизм: Неравномерная кривизна роговицы или хрусталика, приводящая к тому, что свет фокусируется не в одной точке, а в нескольких, что вызывает размытость изображения. Для коррекции астигматизма требуются **торические контактные линзы**, которые имеют разную оптическую силу в разных меридианах.
• Пресбиопия (возрастная дальнозоркость): С возрастом хрусталик теряет эластичность, снижается его способность к аккомодации. Это приводит к затруднениям при фокусировке на близких объектах. Для коррекции пресбиопии используются **мультифокальные контактные линзы**, которые имеют несколько зон фокусировки для зрения на разных расстояниях.

Современные технологии в контактных линзах

Прогресс в материалах и дизайне контактных линз напрямую связан с углублением понимания оптической физиологии глаза:

• Силикон-гидрогелевые линзы: Современные материалы с высокой кислородопроницаемостью, позволяющие глазу "дышать" даже при длительном ношении. Это критично для здоровья роговицы, которая не имеет кровеносных сосудов и получает кислород из воздуха и слезной жидкости.
• Ежедневные одноразовые линзы: Снижают риск инфекций и накопления отложений, что важно для поддержания чистоты оптической поверхности глаза.
• Линзы с УФ-фильтром: Защищают глаз от вредного ультрафиолетового излучения, дополняя естественную защиту хрусталика.
• Линзы с технологией увлажнения: Интегрированные увлажняющие агенты или градиентное содержание воды по поверхности линзы помогают бороться с сухостью глаз, делая ношение более комфортным.

Сравнение вариантов коррекции зрения

Понимание как глаз работает как оптический прибор помогает оценить преимущества и недостатки различных методов коррекции зрения:

Выбор оптимального метода коррекции зависит от индивидуальных потребностей, образа жизни, состояния здоровья глаз и рекомендаций офтальмолога.

Релевантные медицинские исследования

1. Название: The Human Eye as an Optical System: Fundamentals and Clinical Relevance
   Авторы: J. C. A. van der Heijde, P. H. E. van der Heijde
   Год публикации: 2017
   DOI: 10.1007/978-3-319-54316-1
   Краткое описание: Фундаментальная работа, детально описывающая оптические свойства человеческого глаза, его аберрации, методы измерения и коррекции. Обновленное издание этой книги является важным источником современных знаний об оптике глаза.
2. Название: Impact of modern contact lens materials on corneal physiology and clinical outcomes
   Авторы: L. Jones, L. B. C. M. B. Efron, E. B. Morgan, et al.
   Год публикации: 2021 (Review Article)
   DOI: 10.1016/j.clae.2021.03.011
   Краткое описание: Обзор последних достижений в области материалов для контактных линз, их влияния на физиологию роговицы, комфорт ношения и клинические результаты. Подчеркивается важность кислородопроницаемости и увлажняющих свойств.
3. Название: Presbyopia and its correction with contact lenses
   Авторы: B. A. Holden, S. C. A. Collins
   Год публикации: 2020 (Review Article)
   DOI: 10.1016/j.optom.2020.08.003
   Краткое описание: Обстоятельный обзор проблемы пресбиопии и современных подходов к ее коррекции с помощью мультифокальных контактных линз, рассматривающий оптические принципы и клиническую эффективность.

Частые вопросы (FAQ) о глазе как оптическом приборе