Око як оптичний прилад

Оновлено: 27 травня 2025

Автор: Superlens Experts

Око – це не просто орган зору, а високоточний оптичний прилад, який забезпечує нам сприйняття навколишнього світу. Функціонально та конструктивно людське око дійсно нагадує складну оптичну систему, подібну до фото- або відеокамери, де світ перетворюється на зображення. Розуміння того, як працює око як оптична система, дозволяє краще усвідомити принципи зору, а також причини виникнення різних порушень та методи їх корекції.

Будова ока: Оптична система в мініатюрі

Очне яблуко, цей оптичний прилад людини, являє собою майже ідеальну сферу діаметром близько 25 мм. Ця сфера не цільна, а багатошарова, і складається з трьох основних оболонок:

• Зовнішня (фіброзна) оболонка: Включає в себе склеру – непрозору білу частину, що становить більшу частину очного яблука, і рогівку – передню прозору область. Рогівка, маючи менший радіус кривизни (близько 8 мм проти 12 мм у склери), виступає вперед, будучи основним заломлюючим середовищем ока.
• Проміжна (судинна) оболонка: Багата кровоносними судинами, що живлять око. Вона розділена на три частини: власне судинна оболонка (хоріоідея), яка вистилає склеру зсередини; циліарне (війчасте) тіло, розташоване в передній частині і яке бере участь в акомодації та виробленні внутрішньоочної рідини; і райдужна оболонка (райдужка) – кольорова мембрана з отвором по центру, званим зіницею. Дві групи м'язів райдужки – сфінктер і дилататор – регулюють розмір зіниці, контролюючи кількість світла, що потрапляє в око.
• Внутрішня оболонка (сітківка): Тонка плівка, що вистилає судинну оболонку зсередини. Саме на сітківці відбувається формування зображення та його перетворення на нервові імпульси, які потім передаються в мозок.

Всередині порожнини, обмеженої сітківкою, розташовується ядро ока, що включає до свого складу склоподібне тіло, кришталик і водянисту вологу. Всі ці структури, поряд з рогівкою, є прозорими заломлюючими середовищами, що формують оптичну систему ока.

Від світла до зображення: Як мозок отримує картинку через очі

Перетворення світлового інформаційного сигналу на нервовий імпульс здійснюється завдяки особливим клітинам сітківки, званим **фоторецепторами**. За своїми функціями та можливостями фоторецептори поділяються на два типи:

• Колбочки: Дуже чутливі до перепадів освітленості, особливо при високих значеннях світла. Мають здатність розпізнавати колір і високу роздільну здатність, відповідаючи за денний зір та кольоросприйняття.
• Палички: Збуджуються навіть при низькій освітленості, оскільки дуже чутливі до світла. Вони відповідають за сутінковий (нічний) зір та периферичний зір, не розрізняючи кольорів.

Палички переважно розташовуються по периферії сітківки, тоді як колбочки сконцентровані в центральній частині заднього полюса очного яблука – в області, званій **жовтою плямою (макулою)**. У центрі жовтої плями знаходиться **центральна ямка (фовеа)** – ділянка діаметром близько 0,3 мм, особливо чутлива до світла і відповідає за **гостроту зору**, тобто здатність розрізняти дрібні предмети та їх деталі.

Гострота зору вимірюється десятковими дробами (0,1; 0,2; ... 1,0; ... 1,2 тощо). Значення 1,0 вважається нормою і відповідає здатності ока ідентифікувати як роздільні дві точки, промені від яких утворюють кут в 1 хвилину (1'). При цьому промені від таких точок потрапляють і збуджують дві колбочки, розташовані через одну незбуджену колбочку. Проте, 1,0 – далеко не межа, і гострота зору може бути значно вищою, що багато в чому залежить від індивідуальних особливостей ока та умов дослідження.

Розрахункова гострота зору обчислюється як величина, обернена до величини кута між двома чітко розрізнюваними на певній відстані точками, вираженої в хвилинах. Саме гострота зору стає базовим показником при підборі засобів корекції зору, таких як окуляри або контактні лінзи.

Заломлюючі середовища ока

Досить складну будову має і внутрішня частина очного яблука, що містить **прозорі внутрішньоочні середовища**, які, як і лінзи у фотоапараті, заломлюють світло:

• Рогівка: Передня прозора частина фіброзної оболонки. Це найсильніша заломлююча структура ока.
• Водяниста волога: Прозора рідина, що заповнює передню камеру (між рогівкою та райдужкою) та задню камеру (між райдужкою та кришталиком) ока. Вона забезпечує живлення рогівки та кришталика, а також підтримує внутрішньоочний тиск.
• Кришталик: Еластичне та щільне лінзоподібне утворення, розташоване відразу за райдужною оболонкою. Є найважливішою функціональною складовою оптичної системи ока, здатною змінювати свою кривизну і, відповідно, заломлюючу силу для фокусування на об'єктах, що знаходяться на різній відстані (процес **акомодації**).

Фіксується кришталик на війчастому тілі за допомогою безлічі фіброзних «тяжів», званих **війчастою зв'язкою (цінновою зв'язкою)**.

• Склоподібне тіло: Желеподібна маса, що заповнює більшу частину об'єму очного яблука за кришталиком. Підтримує форму ока та бере участь у заломленні світла.

У сукупності всі ці середовища представляють собою злагоджену функціональну систему, яка і називається **оптична система ока**.

Радянський офтальмолог Вербицький зумів розрахувати та систематизувати ключові показники для **редукованого ока** (спрощеної моделі ока), звівши їх до кількох характеристик:

• Радіус кривизни рогівки – 6,82 мм.
• Довжина по «передньозадній осі» - 23,4 мм.
• Сумарна заломлююча здатність ока – 58,82 діоптрій.
• Коефіцієнт заломлення внутрішньоочного середовища – 1,4.

Перераховані вище характеристики є середньостатистичними, насправді ці показники дуже істотно варіюють. Так для кришталика розбіг значень становить, в середньому, 15-23 діоптрій, для рогівки коефіцієнт заломлення варіюється в межах 38-46 діоптрій, довжина осі коливається в межах 19-30 мм, а сумарна заломлююча здатність ока – 52-71 діоптрій.

Акомодація: Наведення різкості

Як ми зазначали вище, око можна порівняти з приладом, здатним транслювати зображення, наприклад – з телекамерою. Як і справжні теле- та фотокамери, людське око має можливість «наводити об'єктив» на об'єкт за допомогою окорухового апарату, а також регулювати «в автоматичному режимі» різкість та контрастність зображення предметів, які знаходяться на різній відстані, що досягається за допомогою **апарату акомодації**.

Функцію «пошуку» та фіксації об'єкта на центральній ямці ока окоруховий апарат виконує завдяки групі зовнішніх м'язів ока — по 6 в кожному оці. Узгоджена робота внутрішнього та зовнішнього, верхнього та нижнього прямих та косих м'язів забезпечує моментальний «стрибок» - поворот для оптимальної ідентифікації зображення центральною ямкою.

Зверніть увагу, що лінія, яка з'єднує центральну ямку з об'єктом, що розглядається, називається **зоровою лінією**. Вона не збігається з **оптичною віссю ока**, яка проходить через центральні точки заломлюючих поверхонь рогівки та кришталика. Кут, що утворюється між цими двома лініями, називається **кутом гамма**.

Вплив оптичної системи ока на вибір контактних лінз

Розуміння оптичних властивостей ока та принципів його роботи як зорового апарату критично важливе при підборі контактних лінз. Контактні лінзи, по суті, стають частиною оптичної системи ока, коригуючи заломлюючу силу і дозволяючи світлу фокусуватися точно на сітківці.

Заломлююча сила та аметропії

Основні стани, які потребують оптичної корекції, називаються **аметропіями** і пов'язані з порушеннями заломлюючої сили ока:

• Міопія (короткозорість): Фокусування зображення відбувається перед сітківкою. Оптичне око з міопією вимагає розсіювальної лінзи (з негативною діоптрією), яка відсуває фокус на сітківку.
• Гіперметропія (далекозорість): Фокусування зображення відбувається за сітківкою. Оптичний прилад ока з гіперметропією вимагає збираючої лінзи (з позитивною діоптрією), яка наближає фокус до сітківки.
• Астигматизм: Нерівномірна кривизна рогівки або кришталика, що призводить до того, що світло фокусується не в одній точці, а в кількох, що викликає розмитість зображення. Для корекції астигматизму потрібні **торичні контактні лінзи**, які мають різну оптичну силу в різних меридіанах.
• Пресбіопія (вікова далекозорість): З віком кришталик втрачає еластичність, знижується його здатність до акомодації. Це призводить до труднощів при фокусуванні на близьких об'єктах. Для корекції пресбіопії використовуються **мультифокальні контактні лінзи**, які мають кілька зон фокусування для зору на різних відстанях.

Сучасні технології в контактних лінзах

Прогрес у матеріалах та дизайні контактних лінз безпосередньо пов'язаний з поглибленням розуміння оптичної фізіології ока:

• Силікон-гідрогелеві лінзи: Сучасні матеріали з високою киснепроникністю, що дозволяють оку "дихати" навіть при тривалому носінні. Це критично для здоров'я рогівки, яка не має кровоносних судин і отримує кисень з повітря та сльозової рідини.
• Щоденні одноразові лінзи: Знижують ризик інфекцій та накопичення відкладень, що важливо для підтримки чистоти оптичної поверхні ока.
• Лінзи з УФ-фільтром: Захищають око від шкідливого ультрафіолетового випромінювання, доповнюючи природний захист кришталика.
• Лінзи з технологією зволоження: Інтегровані зволожуючі агенти або градієнтний вміст води по поверхні лінзи допомагають боротися з сухістю очей, роблячи носіння комфортнішим.

Порівняння варіантів корекції зору

Розуміння того, як око працює як оптичний прилад, допомагає оцінити переваги та недоліки різних методів корекції зору:

Вибір оптимального методу корекції залежить від індивідуальних потреб, способу життя, стану здоров'я очей та рекомендацій офтальмолога.

Релевантні медичні дослідження

1. Назва: The Human Eye as an Optical System: Fundamentals and Clinical Relevance
   Автори: J. C. A. van der Heijde, P. H. E. van der Heijde
   Рік публікації: 2017
   DOI: 10.1007/978-3-319-54316-1
   Короткий опис: Фундаментальна праця, що детально описує оптичні властивості людського ока, його аберації, методи вимірювання та корекції. Оновлене видання цієї книги є важливим джерелом сучасних знань про оптику ока.
2. Назва: Impact of modern contact lens materials on corneal physiology and clinical outcomes
   Автори: L. Jones, L. B. C. M. B. Efron, E. B. Morgan, et al.
   Рік публікації: 2021 (Review Article)
   DOI: 10.1016/j.clae.2021.03.011
   Короткий опис: Огляд останніх досягнень у галузі матеріалів для контактних лінз, їхнього впливу на фізіологію рогівки, комфорт носіння та клінічні результати. Підкреслюється важливість киснепроникності та зволожуючих властивостей.
3. Назва: Presbyopia and its correction with contact lenses
   Автори: B. A. Holden, S. C. A. Collins
   Рік публікації: 2020 (Review Article)
   DOI: 10.1016/j.optom.2020.08.003
   Короткий опис: Грунтовний огляд проблеми пресбіопії та сучасних підходів до її корекції за допомогою мультифокальних контактних лінз, що розглядає оптичні принципи та клінічну ефективність.

Часті запитання (FAQ) про око як оптичний прилад