Оптические недостатки глаза и аномалии рефракции

Система линз современного фотоаппарата дает изображение значительно более высокого качества, чем диоптрический аппарат глаза. Герман фон Гельмгольц (1821-1894), бывший одновременно физиологом и физиком, однажды пошутил, что если бы ему прислали оптический инструмент, сконструированный так небрежно, как глаз, он отослал бы его назад изготовителю. Однако «физиологические» недостатки глаза как фокусирующего устройства в значительной мере компенсируются нейронными механизмами контрастирования (см. с. 253).

Астигматизм. Поверхность роговицы не симметрична относительно оптической оси: обычно кривизна в вертикальной плоскости несколько больше, чем в горизонтальной. Как следует из уравнения (1), это приводит к зависимости преломляющей силы от угла падения лучей (астигматизм, или астигмия). Если разница не превышает 0,5 дп, такой астигматизм называют «физиологическим».

Сферическая аберрация. Как и у всех простых линз, у роговицы и хрусталика фокусное расстояние больше в центральной части, через которую проходит оптическая ось, и меньше на периферии. Возникающая за счет этого сферическая аберрация

делает изображение нерезким. Чем меньше диаметр зрачка, тем меньше участие периферических частей диоптрической системы в построении изображения, а следовательно, и искажения, вызванные сферической аберрацией.

Хроматическая аберрация и аккомодация. Как и все

простые линзы, диоптрический аппарат глаза преломляет свет тем сильнее, чем короче длина его волны. Это приводит к хроматической аберрации. Для точной фокусировки красных частей объекта требуется большая аккомодация, чем для синих. Именно поэтому синие предметы кажутся более удаленными, чем красные, находящиеся на том же самом расстоянии от наблюдателя. Архитекторы готических храмов часто использовали эту физиологическую иллюзию при создании цветных витражей: фон делался синим, а фигуры окрашивались в другие цвета, и как бы выступали на передний план.

Рассеяние света и помутнение диоптрического аппарата. В состав хрусталика и стекловидного тела входят структурные белки и другие макромолекулярные вещества в коллоидном растворе. Поэтому в диоптрическом аппарате происходит некоторое рассеяние света. Однако оно влияет на зрительное восприятие только в случае очень ярких стимулов (см. с. 254). В стекловидном теле даже вполне здорового глаза есть зоны помутнения, которые при рассматривании белого фона заметны как мелкие сероватые кружки или пятна неправильной формы. Когда глаза движутся, они кажутся пролетающими на светлом фоне мошками. У пожилых людей содержание воды в хрусталике может снизиться до такой степени, что он, уплотнившись, станет непрозрачным (старческая катаракта). Если такому больному удалить хрусталик, он будет нормально видеть при соответствующем подборе очков (примерно +13 дп для дали).

Миопия. Суммарная преломляющая сила диоптрического аппарата здорового неаккомодированного глаза составляет 58,6 дп (ср. с. 242). При этом для получения четкого изображения очень далекого объекта нужно, чтобы расстояние между полюсом роговицы и центральной ямкой составляло 24,4 мм. Если осевая длина глазного яблока больше, удаленные объекты невозможно точно сфокусировать, поскольку фокальная плоскость находится перед центральной ямкой (близорукость, или миопия). Чтобы хорошо видеть вдали, близоруким людям нужны очки с вогнутыми линзами (рис. 11.9).

Гиперметропия. Если при обычной преломляющей силе диоптрического аппарата глаза его осевая длина слишком мала, возникает дальнозоркость (гиперопия, или гиперметропия). Лица с таким недостатком отчетливо видят удаленные предметы, пользуясь механизмом аккомодации на ближний план. Однако диапазон аккомодации у них недостаточен для точной фокусировки на сетчатке изображения близко расположенных объектов. Чтобы компенсировать этот недостаток, требуются очки с выпуклыми линзами (рис. 11.10) [12, 23, 26].