Silma optiline süsteem

Inimsilm on keeruline optiline süsteem, mis koosneb sarvkestast, eeskambri vedelikust, läätsest ja klaaskehast. Silma murdumisvõime sõltub sarvkesta esipinna, läätse esi- ja tagapinna kõverusraadiuse suurusest, nendevahelisest kaugusest ning sarvkesta, läätse, silma vesivedeliku ja klaaskeha murdumisnäitajatest. Sarvkesta tagapinna optilist võimsust ei arvestata, kuna sarvkesta koe ja eeskambri vedeliku murdumisnäitajad on samad (nagu teada, on kiirte murdumine võimalik ainult erineva murdumisnäitajaga keskkondade piiril).

Tavaliselt võib pidada silma murdumispindu sfäärilisteks ja nende optilised teljed langevad kokku, st silm on tsentreeritud süsteem. Tegelikkuses on silma optilisel süsteemil palju vigu. Seega on sarvkest sfääriline ainult kesktsoonis, läätse välimiste kihtide murdumisnäitaja on väiksem kui sisemistel kihtidel, kiirte murdumise aste kahes teineteisega risti asetsevas tasapinnas ei ole sama. Lisaks erinevad optilised omadused erinevates silmades oluliselt ja neid pole lihtne täpselt määrata. Kõik see raskendab silma optiliste konstantide arvutamist.

Mis tahes optilise süsteemi murdumisvõime hindamiseks kasutatakse tavapärast ühikut - dioptrit (lühendatult - dptr). 1 dptr jaoks võetakse 1 m fookuskaugusega objektiivi võimsus. Diopter (D) on fookuskauguse (F) pöördväärtus:

D=1/F

Seega on 0,5 m fookuskaugusega läätse murdumisvõime 2,0 dptrs, 2 m - 0,5 dptrs jne. Kumerate (koonduvate) läätsede murdumisvõimet tähistab plussmärk, nõgusate (lahknevate) läätsede murdumisvõimet miinusmärk ja läätsi endid nimetatakse vastavalt positiivseks ja negatiivseks.

Positiivse ja negatiivse läätse eristamiseks on olemas lihtne meetod. Selleks tuleb lääts asetada silmast mõne sentimeetri kaugusele ja liigutada seda näiteks horisontaalsuunas. Objekti vaadates positiivse läätse kaudu liigub selle kujutis läätse liikumisele vastupidises suunas ja negatiivse läätse kaudu vastupidiselt samas suunas.

Silma optilise süsteemiga seotud arvutuste tegemiseks pakutakse välja selle süsteemi lihtsustatud skeemid, mis põhinevad suure hulga silmade mõõtmise teel saadud optiliste konstantide keskmistel väärtustel.

Kõige edukam on V. K. Verbitsky 1928. aastal välja pakutud skemaatiline redutseeritud silm. Selle peamised omadused on: põhitasand puudutab sarvkesta tippu; viimase kõverusraadius on 6,82 mm; eesmise-taha telje pikkus on 23,4 mm; võrkkesta kõverusraadius on 10,2 mm; silmasisese keskkonna murdumisnäitaja on 1,4; kogu murdumisvõime on 58,82 dioptrit.

Nagu teisedki optilised süsteemid, on ka silm altid mitmesugustele aberratsioonidele (ladina keelest aberratio - hälve) - silma optilise süsteemi defektidele, mis põhjustavad võrkkesta objekti kujutise kvaliteedi langust. Sfäärilise aberratsiooni tõttu kogunevad punktvalgusallikast lähtuvad kiired mitte punkti, vaid silma optilise telje teatud tsooni. Selle tulemusena moodustub võrkkestale valguse hajumise ring. Selle tsooni sügavus "normaalse" inimsilma jaoks on vahemikus 0,5 kuni 1,0 dioptrit.

Kromaatilise aberratsiooni tagajärjel lõikuvad spektri lühilainelise osa (sinakasrohelise) kiired silmas sarvkestast lühemal kaugusel kui spektri pikalainelise osa (punase) kiired. Nende kiirte fookuste vaheline intervall silmas võib ulatuda 1,0 dioptrini.

Peaaegu kõigil silmadel esineb veel üks aberratsioon, mis on põhjustatud sarvkesta ja läätse murdumispindade ideaalse sfäärilisuse puudumisest. Sarvkesta asfäärilisust saab näiteks kõrvaldada hüpoteetilise plaadi abil, mis sarvkestale asetades muudab silma ideaalseks sfääriliseks süsteemiks. Sfäärilisuse puudumine viib valguse ebaühtlase jaotumiseni võrkkestal: helendav punkt moodustab võrkkestale keeruka kujutise, millel saab eristada maksimaalse valgustuse alasid. Viimastel aastatel on selle aberratsiooni mõju maksimaalsele nägemisteravusele aktiivselt uuritud isegi "normaalsete" silmade puhul eesmärgiga seda korrigeerida ja saavutada nn supervisioon (näiteks laseri abil).

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Silma optilise süsteemi moodustumine

Erinevate loomade nägemisorgani uurimine ökoloogilisest aspektist annab tunnistust refraktsiooni adaptiivsest olemusest, st silma sellisest kujunemisest optilise süsteemina, mis tagab antud loomaliigile optimaalse visuaalse orientatsiooni vastavalt tema elutegevuse ja elupaiga iseärasustele. Ilmselt pole see juhuslik, vaid ajalooliselt ja ökoloogiliselt tingitud, et inimestel on valdavalt emmetroopiale lähedane refraktsioon, mis tagab kõige paremini nii kaugete kui ka lähedaste objektide selge nägemise vastavalt nende tegevuste mitmekesisusele.

Enamikul täiskasvanutel täheldatud refraktsiooni regulaarne lähenemine emmetroopiale väljendub silma anatoomiliste ja optiliste komponentide vahelises kõrges pöördvõrdelises korrelatsioonis: selle kasvuprotsessis avaldub kalduvus kombineerida optilise aparaadi suuremat murdumisvõimet lühema eesmise-tagumise teljega ja vastupidi, madalamat murdumisvõimet pikema teljega. Järelikult on silma kasv reguleeritud protsess. Silma kasvu ei tohiks mõista kui lihtsat selle suuruse suurenemist, vaid kui silmamuna suunatud moodustumist keeruliseks optiliseks süsteemiks keskkonnatingimuste ja pärilikkuse mõjul koos selle liigi ja individuaalsete omadustega.

Kahest komponendist - anatoomilisest ja optilisest, mille kombinatsioon määrab silma murdumise, on anatoomiline oluliselt "liikuvam" (eelkõige eesmise-taha telje suurus). Peamiselt selle kaudu realiseeruvad keha regulatiivsed mõjutused silma murdumise tekkele.

On kindlaks tehtud, et vastsündinute silmadel on reeglina nõrk murdumisvõime. Laste arenedes murdumisvõime suureneb: hüpermetroopia aste väheneb, nõrk hüpermetroopia muutub emmetroopiaks ja isegi lühinägelikkuseks, emmetroopilised silmad muutuvad mõnel juhul lühinägelikuks.

Lapse elu esimese 3 aasta jooksul toimub silma intensiivne kasv, samuti sarvkesta murdumisvõime ja anteroposterior-telje pikkuse suurenemine, mis 5-7-aastaselt ulatub 22 mm-ni ehk moodustab ligikaudu 95% täiskasvanu silma suurusest. Silmamuna kasv jätkub kuni 14-15-aastaseks saamiseni. Selleks ajaks läheneb silma telje pikkus 23 mm-le ja sarvkesta murdumisvõime 43,0 dioptrile.

Silma kasvades selle kliinilise refraktsiooni varieeruvus väheneb: see suureneb aeglaselt ehk nihkub emmetroopia suunas.

Lapse esimestel eluaastatel on domineerivaks refraktsiooniliigiks kaugnägelikkus. Vanuse kasvades kaugnägelikkuse levimus väheneb, samas kui emmetroopne refraktsioon ja lühinägelikkus suurenevad. Müoopia esinemissagedus suureneb eriti märgatavalt alates 11–14. eluaastast, ulatudes 19–25. eluaastal umbes 30%-ni. Kaugnägelikkuse ja emmetroopia osakaal selles vanuses on vastavalt umbes 30 ja 40%.

Kuigi erinevate autorite antud laste silmamurdumise üksikute tüüpide levimuse kvantitatiivsed näitajad on märkimisväärselt erinevad, jääb ülalmainitud silmamurdumise üldine muutumismuster vanuse kasvades alles.

Praegu püütakse kehtestada laste silmade refraktsiooni keskmise vanuse norme ja kasutada seda näitajat praktiliste probleemide lahendamiseks. Kuid nagu näitab statistiliste andmete analüüs, on samaealiste laste refraktsiooni suuruse erinevused nii suured, et sellised normid saavad olla vaid tingimuslikud.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]