Мы вправе сравнивать глаз с любым самым совершенным техническим устройством для передачи изображений – фотоаппаратом, кинокамерой, передающим монитором телевизионной системы и т. д. Ведь и там, и там есть три основные составляющие: отверстие для прохождения световых лучей; структура, преломляющая эти лучи, и поверхность, на которой они фокусируются. В глазу свет пропускает зрачок, преломляет оптическая система глаза и воспринимает сетчатка.

При этом основные составляющие оптической системы глаза – это роговица и хрусталик, о которых мы уже говорили в главе 1. Водянистую влагу и стекловидное тело как жидкое и гелеобразное образования мы в расчет не принимаем, хотя они имеют свой показатель преломления (1,336), пусть и более слабый, чем у роговицы (1,376) и особенно у хрусталика (1,386). Плотные же образования оптической системы – роговица и хрусталик – имеют кривизну с радиусами различного значения. Так, по расчетным данным, передняя поверхность роговицы имеет радиус 7,7 мм, а задняя – 6,8 мм. У хрусталика разница еще больше – 10,0 мм передняя поверхность и 6,0 мм задняя. Общая преломляющая сила роговицы при этом составляет 43,05 Д, а хрусталика – 19,11 Д. В живом глазу эти параметры значительно варьируют: преломляющая сила роговицы колеблется в пределах 38,0–46,0 Д, а хрусталика – 15,0–23,0 Д. Общая же преломляющая сила глаза составляет 52,0–71,0 Д (в среднем 60,0 Д) при длине передне-задней оси глаза от 19,0 до 30,0 см (в среднем 23,0–23,5 см). Таким образом, суммарная преломляющая сила оптической системы, как мы видим, существенно превышает значения, которыми мы оперируем, говоря об увеличительных линзах. Глаз преломляет свет значительно сильнее.

Нужно сказать, что многие известные ученые прошлых веков, пытаясь понять и четко определить преломляющую способность живого глаза, разрабатывали так называемый «схематический глаз». Основывались подобные разработки на очень сложных расчетах, как, например, схематическая модель глаза по Гульстранду. Этому шведскому оптику удалось наиболее удачно описать оптическую систему нормального человеческого глаза (рис. 5) и дать точные параметры, на которые мы уже ссылались. Я не стану вдаваться в такие детали, как передний главный фокус (F₁), задний главный фокус (F₂), главные плоскости и фокусные расстояния. Я просто хочу продемонстрировать сложность тончайших расчетов при оценке оптики глаза.

Рис. 5. Строение оптики глаза по Гульстранду:

F₁ – передний главный фокус; F₂ – задний главный фокус; f1 – переднее фокусное расстояние; f₂ – заднее фокусное расстояние; Н₁ и Н₂ – передняя и задняя главные плоскости; f_{в. п} – переднее вершинное (т. e. отсчитанное от вершины роговицы) фокусное расстояние; f_{в. з} – заднее вершинное фокусное расстояние

Есть и более простые схемы оптической системы глаза, в которых для легкости изложения принимается в расчет только одна из преломляющих поверхностей, – это так называемый редуцированный глаз. Показатели его наиболее полно были рассчитаны советским офтальмологом В. К. Вербицким.

Но все эти подходы и расчеты относятся к идеальному, усредненному глазу. В реальности все намного сложнее, и заниматься этими вопросами приходится в рамках таких разделов науки, как физиологическая оптика и медицинская оптометрия. Ведь в живом человеческом глазу нужно привести в гармоническое состояние два основных параметра – длину передне-задней оси и преломляющую силу оптической системы. И тот и другой параметр, как мы уже говорили выше, варьируют в широких пределах, и исключительно редки случаи, когда они укладываются в классические расчеты. И здесь в дело включается аккомодация. О строении аккомодационной (ее еще называют цилиарной) мышцы мы говорили в главе 1. Теперь давайте посмотрим, как она работает.

Когда глаз в спокойном состоянии направлен на отдаленный объект (в офтальмологии принято называть далеким расстояние более 5 м), аккомодационная мышца находится в состоянии относительного покоя и равновесия. Ведь ее задача – помочь глазу рассмотреть более мелкие и близко расположенные предметы. Если аппарат аккомодации не включен, воспринимаемый глазом близкий предмет проецируется на сетчатке нечетко, контуры его размыты. При этом автоматически посылается сигнал в мозг, и оттуда приходит приказ начинать действовать цилиарной мышце. Она сокращается, меняется сила натяжения цинновых связок, поддерживающих хрусталик, и его кривизна тоже меняется. Чтобы можно было рассмотреть мелкие объекты на близком расстоянии, хрусталик должен стать более выпуклым. Преломляющая сила глаза при этом увеличивается. Когда взгляд переводится опять вдаль, цилиарная мышца автоматически расслабляется, циннова связка натягивается и хрусталик приобретает более плоскую форму; преломляющая сила оптической системы глаза при этом уменьшается.

Этот процесс кажется очень сложным, когда о нем говоришь словами. На самом деле все происходит легко и быстро, в доли секунды. И тем легче и быстрее, чем больше глаз человека натренирован в переводе взгляда с близкого расстояния вдаль и обратно. Смотреть вдаль действительно очень полезно. Цилиарная мышца при этом хорошо расслабляется и потом меньше устает при напряжении. Причем в пределах города наша «даль» ограничена десятками, в лучшем случае сотнями метров. Настоящая «даль» – на природе. Недаром раньше, в эпоху парусного флота, считалось, что наилучшее зрение имеют моряки – ведь они часто и долго всматриваются в даль, отстоящую на десятки и сотни километров.