Narząd wzroku – budowa i funkcje

9

Światło jest promieniowaniem elektromagnetycznym i ma dwoista naturę - falową i kwantową. Zgodnie z naturą falową światła promienie świetlne przechodząc przez granice rozdzielające środowiska o różnych właściwościach optycznych zmieniają kierunek.

W oku jest to wykorzystane do wytwarzania na siatkówce obrazów oglądanych przedmiotów. Dzięki naturze kwantowej światło jest pochłaniane w siatkówce przez światłoczułe barwniki (fotopigmenty).

Budowa oka

Galka oczna ma kształt zbliżony do kuli. Jej ścianę zewnętrzna stanowi mocna błoną włóknista - twardówka. W przedniej części gałki ocznej błona włóknista jest przezroczysta
i nosi nazwę rogówki. Rogówka jest bardziej wypukła od reszty gałki ocznej. Przez rogówkę jest widoczna barwna tęczówka, która stanowi część następnej warstwy gałki ocznej, zwanej błoną naczyniową. Poza tęczówką należy do niej naczyniówka i ciałko rzęskowe. Błona naczyniowa ma naczynia odżywiające gałkę oczna. W środku tęczówki znajduje się otwór, zwany źrenicą. Przez źrenicę wpadają promienie do wnętrza gałki ocznej, których ilość może być regulowana przez stopień rozwarcia źrenicy. Przy jaskrawym oświetleniu źrenica zwęża się dzięki  skurczowi znajdującego się w niej mięśnia zwanego zwieraczem źrenicy. Przy oświetleniu słabym następuje rozszerzenie źrenicy dzięki działaniu w tęczówce włókien mięśnia rozwieracza.

Ciało rzęskowe połączone jest z soczewką za pomocą tzw. obwódki rzęskowej. Napinając się lub rozkurczając powoduje ono pogrubianie się lub spłaszczanie elastycznej soczewki. Pozwala to na nastawienie oka na dokładne widzenie przedmiotów zarówno bliskich, jak i odległych.

Soczewka jest ciałem przezroczystym. Powoduje ona załamywanie się promieni wpadających do oka i powstawanie obrazu na jego tylnej ścianie. Miedzy rogówka
a tęczówką i soczewką znajduje się przestrzeń zwana komorą przednią gałki ocznej, wypełnioną cieczą wodnista. Za soczewką znajduje się ciało szkliste zbudowane z tkanki galaretowatej nadające odpowiednie napięcie gałce. Wypełnia ona przestrzeń między soczewką a siatkówką.

Siatkówka, najgłębsza warstwa gałki ocznej, zbudowana jest z komórek nerwowych, wrażliwych na światło i barwę. Podniety wzrokowe biegną z siatkówki do mózgu droga nerwu wzrokowego, którego miejsce wejścia do gałki ocznej jest niewrażliwe na światło i nosi nazwę plamki ślepej.

Układ optyczny oka

W oku znajduje się szereg elementów optycznych, utworzonych przez przezroczyste struktury gałki ocznej, w których promienie światła odbite od otaczających przedmiotów ulegają załamaniu i skupieniu, aby utworzyć obraz na siatkówce.

Do środowisk optycznych w oku należy rogówka, ciecz wodnista, soczewka i ciało szkliste.

Ogniskiem soczewki lub układu soczewek nazywa się punkt, w którym skupia się wiązka promieni równoległych do osi po przejściu przez układ. W przypadku soczewek
i układów rozpraszających ogniskiem jest punkt, w którym przecinają się przedłużenia promieni wychodzących. Ogniskowa jest to odległość od środka soczewki do ogniska.

W układzie optycznym wyróżniamy dwie płaszczyzny główne - przedmiotową i obrazową.

(rys.1)

Płaszczyzna główna obrazowa - jest zbiorem punktów M', w których przecinają się przedłużenia promieni padających równolegle do osi z przedłużeniami odpowiednich promieni załamanych.(rys.1) Zgodnie z definicja ogniska, kierunki tych załamanych promieni

przecinają się w ognisku obrazowym (F').

Płaszczyzna główna przedmiotowa - jest zbiorem punktów M, w których przecinają się przedłużenia promieni załamanych i biegnących dalej równolegle do osi z przedłużeniami odpowiednich promieni padających. Kierunki promieni padających przecinają się w ognisku przedmiotowym (F). Punkty H i H' przecięcia płaszczyzny odpowiednio przedmiotowej
i obrazowej z osia optyczną układu są punktami głównymi układu optycznego. Za ich pomocą ogniskowa obrazowa jest odległość od punktu H' do punktu F' i odpowiednio ogniskową przedmiotową jest odległość od H do F. Ogniskowa obrazowa - to odległość mierzona od H' do F', i promień krzywizny – to odległość od osiowego punktu krzywizny do jej środka. Układ skupiający ma ogniskową obrazową dodatnia i nazywamy go dodatnim,
a układ rozpraszający ma ogniskową obrazową ujemną nazywamy ujemnym.

(rys. 2)

W układach optycznych wyróżniamy sześć tak zwanych punktów kardynalnych. Ich położenie jednoznacznie ustala bieg promieni przez układ. Te punkty stanowią: dwa ogniska, dwa punkty główne i dwa punkty węzłowe (K, K' – rys.2).

Punkty węzłowe, tak jak pozostałe, są też punktami osi optycznej. Jeśli kierunek promienia padającego pod pewnym katem do osi optycznej przechodzi przez punkt węzłowy przedmiotowy, to kierunek promienia załamanego przechodzi przez punkt węzłowy obrazowy i jest nachylony pod tym samym katem do osi. W większości przypadków punkty węzłowe pokrywają się z punktami głównymi. Ma to miejsce wówczas, gdy ośrodki przed i za układem mają ten sam współczynnik załamania. Do tej większości przypadków oko się nie zalicza
i w nim punkty główne nie pokrywają się z węzłowymi.

Zadaniem układu optycznego jest przekształcenie zbioru punktów tworzących przedmioty, czyli przestrzeni przedmiotowej, w zbiór punktów tworzących obrazy tych przedmiotów, tj. w przestrzeń obrazową. Każdy punkt przedmiotowy ma odpowiadający mu punkt obrazowy, na przykład punkt główny obrazowy jest obrazem punktu głównego przedmiotowego. Wyjątek stanowią ogniska - ognisko obrazowe nie jest obrazem ogniska przedmiotowego. Oba te punkty maja swe odwzorowania w nieskończoności.

(rys. 3)

Zarówno przedmioty, jak i obrazy mogą być rzeczywiste i pozorne (rys.3). Ognisko przedmiotowe soczewki ujemnej jest pozorne, także przedmiotem pozornym dla oka dalekowzrocznego jest obraz utworzony przez soczewkę korekcyjna dodatnia.

Układ optyczny to każdy przezroczysty obszar z przestrzennym rozkładem współczynnika załamania n = f (x, y, z). Środki krzywizny leżą na jednej prostej, zwanej osia optyczna, współczynnik załamania obszaru miedzy dwiema sąsiednimi powierzchniami jest stały. Wyjątki...