فیزیولوژی پزشکی گایتون و هال؛ چشم: اپتیک بینایی؛ اصول فیزیکی اپتیک

PHYSICAL PRINCIPLES OF OPTICS

Understanding the optical system of the eye requires familiarity with the basic principles of optics, including such factors as the physics of light refraction, focusing, and depth of focus. A brief review of these physical principles is presented in this chapter, followed by discussion of the optics of the eye.

اصول فیزیکی اپتیک

درک سیستم نوری چشم مستلزم آشنایی با اصول اولیه اپتیک از جمله عواملی مانند فیزیک شکست نور، تمرکز و عمق تمرکز است. بررسی مختصری از این اصول فیزیکی در این فصل ارائه شده است و به دنبال آن در مورد اپتیک چشم بحث می‌شود.

Refraction of Light

انکسار نور

Refractive Index of a Transparent Substance. Light rays travel through air at a velocity of about 300,000 km/sec, but they travel much slower through transparent solids and liquids. The refractive index of a transparent substance is the ratio of the velocity of light in air to the velocity in the sub- stance. The refractive index of air is 1.00. Thus, if light travels through a particular type of glass at a velocity of 200,000 km/sec, the refractive index of this glass is 300,000 divided by 200,000, or 1.50.

ضریب شکست یک ماده شفاف. پرتوهای نور با سرعتی در حدود ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه در هوا حرکت می‌کنند، اما از طریق جامدات و مایعات شفاف بسیار کندتر حرکت می‌کنند. ضریب شکست یک ماده شفاف نسبت سرعت نور در هوا به سرعت در ماده است. ضریب شکست هوا ۱.۰۰ است. بنابراین، اگر نور از یک نوع شیشه خاص با سرعت ۲۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه عبور کند، ضریب شکست این شیشه ۳۰۰۰۰۰ تقسیم بر ۲۰۰۰۰۰ یا ۱.۵۰ است.

Refraction of Light Rays at an Interface Between Two Media With Different Refractive Indices. When light rays traveling forward in a beam (as shown in Figure 50-14) strike an interface that is perpendicular to the beam, the rays enter the second medium without deviating from their course. The only effect that occurs is decreased velocity of transmission and shorter wavelength, as shown in the figure by the shorter distances between wave fronts.

انکسار پرتوهای نور در یک رابط بین دو رسانه با ضریب شکست متفاوت. هنگامی‌که پرتوهای نوری که در یک پرتو به جلو حرکت می‌کنند (همانطور که در شکل ۵۰-۱۴ نشان داده شده است) به سطح مشترکی که عمود بر پرتو است برخورد می‌کنند، پرتوها بدون انحراف از مسیر خود وارد محیط دوم می‌شوند. تنها اثری که رخ می‌دهد کاهش سرعت انتقال و طول موج کوتاه‌تر است، همانطور که در شکل با فواصل کوتاه‌تر بین جبهه‌های موج نشان داده شده است.

If the light rays pass through an angulated interface, as shown in Figure 50-1B, the rays bend if the refractive in- dices of the two media are different from each other. In this figure, the light rays are leaving air, which has a refractive index of 1.00, and are entering a block of glass having a refractive index of 1.50. When the beam first strikes the angulated interface, the lower edge of the beam enters the glass ahead of the upper edge. The wave front in the upper portion of the beam continues to travel at a velocity of 300,000 km/sec, whereas that which entered the glass travels at a velocity of 200,000 km/sec. This difference in velocity causes the upper portion of the wave front to move ahead of the lower portion so that the wave front is no longer vertical but is angulated to the right. Because the direction in which light travels is al- ways perpendicular to the plane of the wave front, the direction of travel of the light beam bends downward.

اگر پرتوهای نور از یک رابط زاویه دار عبور کنند، همانطور که در شکل ۵۰-1B نشان داده شده است، اگر ضریب شکست دو محیط با یکدیگر متفاوت باشد، پرتوها خم می‌شوند. در این شکل، پرتوهای نور در حال خروج از هوا هستند که دارای ضریب شکست ۱.۰۰ است و وارد یک بلوک شیشه ای با ضریب شکست ۱.۵۰ می‌شوند. هنگامی‌که پرتو برای اولین بار به رابط زاویه دار برخورد می‌کند، لبه پایینی پرتو جلوتر از لبه بالایی وارد شیشه می‌شود. جبهه موج در قسمت بالایی پرتو با سرعت ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه به حرکت خود ادامه می‌دهد، در حالی که آن چیزی که وارد شیشه می‌شود با سرعت ۲۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کند. این تفاوت در سرعت باعث می‌شود که قسمت بالایی جبهه موج جلوتر از قسمت پایین حرکت کند به طوری که جبهه موج دیگر عمودی نیست بلکه به سمت راست زاویه دار می‌شود. از آنجا که جهت حرکت نور همیشه بر صفحه جبهه موج عمود است، جهت حرکت پرتو نور به سمت پایین خم می‌شود.

This bending of light rays at an angulated interface is known as refraction. Note particularly that the degree of refraction increases as a function of the following: (1) the ratio of the two refractive indices of the two transparent media; and (2) the degree of angulation between the inter- face and the entering wave front.

این خمش پرتوهای نور در سطح مشترک زاویه دار به نام شکست شناخته می‌شود. به ویژه توجه داشته باشید که درجه شکست به عنوان تابعی از موارد زیر افزایش می‌یابد: (۱) نسبت دو ضریب شکست دو محیط شفاف. و (۲) درجه زاویه بین سطح و جبهه موج ورودی.

Application of Refractive Principles to Lenses

کاربرد اصول انکساری در لنزها

Convex Lens Focuses Light Rays. Figure 50-2 shows parallel light rays entering a convex lens. The light rays passing through the center of the lens strike the lens exactly perpendicular to the lens surface and, therefore, pass through the lens without being refracted. Toward either edge of the lens, however, the light rays strike a progressively more angulated interface. The outer rays bend more and more toward the center, which is called convergence of the rays. Half the bending occurs when the rays enter the lens, and half occurs as the rays exit from the opposite side. If the lens has exactly the proper curvature, parallel light rays passing through each part of the lens will be bent exactly enough so that all the rays will pass through a single point, called the focal point.

لنز محدب پرتوهای نور را متمرکز می‌کند. شکل ۵۰-۲ پرتوهای نور موازی را نشان می‌دهد که وارد یک عدسی محدب می‌شوند. پرتوهای نوری که از مرکز عدسی می‌گذرد دقیقاً عمود بر سطح عدسی به عدسی برخورد می‌کند و بنابراین بدون شکست از عدسی عبور می‌کند. با این حال، به سمت هر یک از لبه‌های لنز، پرتوهای نور به یک رابط زاویه‌دارتر برخورد می‌کنند. پرتوهای بیرونی بیشتر و بیشتر به سمت مرکز خم می‌شوند که به آن همگرایی پرتوها می‌گویند. نیمی‌از خمش زمانی رخ می‌دهد که پرتوها وارد عدسی می‌شوند و نیمی‌با خروج پرتوها از طرف مقابل رخ می‌دهد. اگر عدسی دقیقاً انحنای مناسبی داشته باشد، پرتوهای نور موازی که از هر قسمت از عدسی عبور می‌کنند دقیقاً به اندازه‌ای خم می‌شوند که تمام پرتوها از یک نقطه به نام نقطه کانونی عبور کنند.

Figure 50-1.
Light rays entering a glass surface perpendicular to the light rays (A) and a glass surface angulated to the light rays (B). This figure demonstrates that the distance between waves after they enter the glass is shortened to about two-thirds that in air. It also shows that light rays striking an angulated glass surface are bent.

شکل ۵۰-۱.
پرتوهای نور وارد سطح شیشه ای عمود بر پرتوهای نور (A) و سطح شیشه ای زاویه دار به پرتوهای نور (B). این شکل نشان می‌دهد که فاصله بین امواج پس از ورود به شیشه به حدود دو سوم آن در هوا کاهش می‌یابد. همچنین نشان می‌دهد که پرتوهای نوری که به سطح شیشه ای زاویه دار برخورد می‌کنند خمیده می‌شوند.

Figure 50-2.
Bending of light rays at each surface of a convex spherical lens showing that parallel light rays are focused to a focal point.

شکل ۵۰-۲.
خمش پرتوهای نور در هر سطح یک عدسی کروی محدب که نشان می‌دهد پرتوهای نور موازی به یک نقطه کانونی متمرکز شده اند.

Figure 50-3.
Bending of light rays at each surface of a concave spherical lens showing that parallel light rays are diverged.

شکل ۵۰-۳.
خمش پرتوهای نور در هر سطح یک عدسی کروی مقعر که نشان می‌دهد پرتوهای نور موازی واگرا هستند.

Concave Lens Diverges Light Rays. Figure 50-3 shows the effect of a concave lens on parallel light rays. The rays that enter the center of the lens strike an interface that is perpendicular to the beam and, therefore, do not refract. The rays at the edge of the lens enter the lens ahead of the rays in the center. This effect is opposite to the effect in the convex lens, and it causes the peripheral light rays to diverge from the light rays that pass through the center of the lens. Thus, the concave lens diverges light rays, but the convex lens converges light rays.

عدسی مقعر پرتوهای نور را واگرا می‌کند. شکل ۵۰-۳ اثر یک عدسی مقعر را بر پرتوهای نور موازی نشان می‌دهد. پرتوهایی که به مرکز عدسی وارد می‌شوند به رابطی عمود بر پرتو برخورد می‌کنند و بنابراین شکست نمی‌خورند. پرتوهای لبه عدسی جلوتر از پرتوهای مرکز وارد عدسی می‌شوند. این اثر برخلاف اثر در عدسی محدب است و باعث می‌شود پرتوهای نور محیطی از پرتوهای نوری که از مرکز عدسی عبور می‌کنند، فاصله بگیرند. بنابراین، عدسی مقعر پرتوهای نور را واگرا می‌کند، اما عدسی محدب پرتوهای نور را همگرا می‌کند.

Cylindrical Lens Bends Light Rays in Only One Plane Comparison With Spherical Lenses. Figure 50-4 shows both a convex spherical lens and a convex cylindrical lens. Note that the cylindrical lens bends light rays from the two sides of the lens but not from the top or the bottom-that is, bending occurs in one plane but not the other. Thus, parallel light rays are bent to a focal line. Conversely, light rays that pass through the spherical lens are refracted at all edges of the lens (in both planes) toward the central ray, and all the rays come to a focal point.

عدسی استوانه ای پرتوهای نور را فقط در یک صفحه در مقایسه با عدسی‌های کروی خم می‌کند. شکل ۵۰-۴ هم یک عدسی کروی محدب و هم یک عدسی استوانه ای محدب را نشان می‌دهد. توجه داشته باشید که عدسی استوانه ای پرتوهای نور را از دو طرف عدسی خم می‌کند اما از بالا یا پایین خم نمی‌شود – یعنی خم شدن در یک صفحه اتفاق می‌افتد اما در صفحه دیگر خم نمی‌شود. بنابراین، پرتوهای نور موازی به یک خط کانونی خم می‌شوند. برعکس، پرتوهای نوری که از عدسی کروی عبور می‌کنند در تمام لبه‌های عدسی (در هر دو صفحه) به سمت پرتو مرکزی شکسته می‌شوند و همه پرتوها به یک نقطه کانونی می‌رسند.

The cylindrical lens is well demonstrated by using a test tube full of water. If the test tube is placed in a beam of sun- light and a piece of paper is brought progressively closer to the opposite side of the tube, a certain distance will be found at which the light rays come to a focal line. The spherical lens is demonstrated by an ordinary magnifying glass. If such a lens is placed in a beam of sunlight, and a piece of paper is brought progressively closer to the lens, the light rays will impinge on a common focal point at an appropriate distance.

لنز استوانه ای با استفاده از یک لوله آزمایش پر از آب به خوبی نشان داده می‌شود. اگر لوله آزمایش در یک پرتو نور خورشید قرار گیرد و یک تکه کاغذ به تدریج به طرف مقابل لوله نزدیکتر شود، فاصله مشخصی پیدا می‌شود که در آن پرتوهای نور به یک خط کانونی می‌رسند. لنز کروی با یک ذره بین معمولی نشان داده می‌شود. اگر چنین عدسی در یک پرتو نور خورشید قرار گیرد و یک تکه کاغذ به تدریج به عدسی نزدیک شود، پرتوهای نور به یک نقطه کانونی مشترک در فاصله مناسب برخورد خواهند کرد.

Concave cylindrical lenses diverge light rays in only one plane in the same manner that convex cylindrical lenses converge light rays in one plane. Figure 50-54 shows how light is focused from a point source to a line focus by a cylindrical lens.

عدسی‌های استوانه‌ای مقعر پرتوهای نور را فقط در یک صفحه واگرا می‌کنند، به همان صورتی که عدسی‌های استوانه‌ای محدب پرتوهای نور را در یک صفحه همگرا می‌کنند. شکل ۵۰-۵۴ نشان می‌دهد که چگونه نور از یک منبع نقطه ای به یک کانون خطی توسط یک عدسی استوانه ای متمرکز می‌شود.

Combination of Two Cylindrical Lenses at Right Angles Equals a Spherical Lens. Figure 50-5B shows two convex cylindrical lenses at right angles to each other. The vertical cylindrical lens converges the light rays that pass through the two sides of the lens, and the horizontal lens converges the top and bottom rays. Thus, all the light rays come to a single point focus. In other words, two cylindrical lenses crossed at right angles to each other perform the same function as one spherical lens of the same refractive power.

ترکیب دو عدسی استوانه ای در زوایای قائم برابر با یک عدسی کروی است. شکل ۵۰-5B دو عدسی استوانه ای محدب را در زوایای قائمه با یکدیگر نشان می‌دهد. عدسی استوانه ای عمودی پرتوهای نوری را که از دو طرف عدسی می‌گذرد همگرا می‌کند و عدسی افقی پرتوهای بالا و پایین را همگرا می‌کند. بنابراین، تمام پرتوهای نور به یک نقطه متمرکز می‌شوند. به عبارت دیگر، دو عدسی استوانه‌ای که در زاویه‌های قائم به یکدیگر متقاطع شده‌اند، عملکردی مشابه یک عدسی کروی با قدرت انکسار یکسان دارند.

Figure 50-4.
A, Point focus of parallel light rays by a spherical con- vex lens. B, Line focus of parallel light rays by a cylindrical convex lens.

شکل ۵۰-۴.
A، تمرکز نقطه ای پرتوهای نور موازی توسط یک عدسی محدب کروی. B، تمرکز خط پرتوهای نور موازی توسط یک عدسی محدب استوانه‌ای.

Focal Length of a Lens

The distance beyond a convex lens at which parallel rays converge to a common focal point is called the focal length of the lens. The diagram at the top of Figure 50-6 demonstrates this focusing of parallel light rays.

فاصله کانونی یک لنز

فاصله عدسی محدب که در آن پرتوهای موازی به یک نقطه کانونی مشترک همگرا می‌شوند، فاصله کانونی عدسی نامیده می‌شود. نمودار بالای شکل ۵۰-۶ این تمرکز پرتوهای نور موازی را نشان می‌دهد.

In the middle diagram, the light rays that enter the con- vex lens are not parallel but are diverging because the origin of the light is a point source not far away from the lens. Because these rays are diverging outward from the point source, they do not focus at the same distance away from the lens as do parallel rays. In other words, when rays of light that are already diverging enter a convex lens, the distance of focus on the other side of the lens is farther from the lens than the focal length of the lens for parallel rays.

در نمودار میانی، پرتوهای نوری که وارد عدسی محدب می‌شوند، موازی نیستند، اما واگرا هستند، زیرا منشأ نور منبعی نقطه‌ای است که فاصله چندانی با عدسی ندارد. از آنجایی که این پرتوها از منبع نقطه‌ای به سمت خارج منحرف می‌شوند، مانند پرتوهای موازی در همان فاصله دور از عدسی تمرکز نمی‌کنند. به عبارت دیگر، وقتی پرتوهای نوری که از قبل در حال واگرایی هستند وارد یک عدسی محدب می‌شوند، فاصله کانونی در طرف دیگر لنز از لنز دورتر از فاصله کانونی عدسی برای پرتوهای موازی است.

The bottom diagram of Figure 50-6 shows light rays diverging toward a convex lens that has far greater curvature than that of the other two lenses in the figure. In this diagram, the distance from the lens at which the light rays come to focus is exactly the same as that from the lens in the first diagram, in which the lens is less convex but the rays entering it are parallel. This demonstrates that both parallel rays and diverging rays can be focused at the same distance beyond a lens, provided that the lens changes its convexity.

نمودار پایین شکل ۵۰-۶ پرتوهای نور را نشان می‌دهد که به سمت یک عدسی محدب منحرف می‌شوند که انحنای بسیار بیشتری نسبت به دو عدسی دیگر در شکل دارد. در این نمودار، فاصله از عدسی که پرتوهای نور در آن فوکوس می‌کنند، دقیقاً مشابه فاصله عدسی در نمودار اول است که در آن عدسی محدب کمتری دارد اما پرتوهای ورودی به آن موازی هستند. این نشان می‌دهد که هم پرتوهای موازی و هم پرتوهای واگرا می‌توانند در یک فاصله از یک عدسی متمرکز شوند، مشروط بر اینکه عدسی تحدب خود را تغییر دهد.

Figure 50-5.
A, Focusing of light from a point source to a line focus by a cylindrical lens. B, Two cylindrical convex lenses at right angles to each other, demonstrating that one lens converges light rays in one plane, and the other lens converges light rays in the plane at a right angle. The two lenses combined give the same point focus as that obtained with a single spherical convex lens.

شکل ۵۰-۵.
A، تمرکز نور از یک منبع نقطه ای به یک کانون خطی توسط یک عدسی استوانه ای. ب، دو عدسی محدب استوانه‌ای در زوایای قائم به یکدیگر، نشان می‌دهند که یک عدسی پرتوهای نور را در یک صفحه و عدسی دیگر پرتوهای نور را در صفحه با زاویه قائمه همگرا می‌کند. ترکیب دو عدسی همان فوکوس نقطه ای را می‌دهد که با یک عدسی محدب کروی به دست می‌آید.

Figure 50-6.
The two upper lenses of this figure have the same focal length, but the light rays entering the top lens are parallel, whereas those entering the middle lens are diverging. The effect of parallel versus diverging rays on the focal distance is shown. The bottom lens has far more refractive power than either of the other two lenses (i.e., it has a much shorter focal length), demonstrating that the stronger the lens, the nearer to the lens is the focal point.

شکل ۵۰-۶.
دو عدسی بالایی این شکل دارای فاصله کانونی یکسانی هستند، اما پرتوهای نوری که وارد لنز بالایی می‌شوند موازی هستند، در حالی که آنهایی که وارد لنز میانی می‌شوند واگرا هستند. اثر پرتوهای موازی در مقابل پرتوهای واگرا بر روی فاصله کانونی نشان داده شده است. لنز پایینی قدرت انکساری بسیار بیشتری نسبت به دو عدسی دیگر دارد (یعنی فاصله کانونی بسیار کوتاه تری دارد)، نشان می‌دهد که هرچه لنز قوی تر باشد، نقطه کانونی به عدسی نزدیک تر است.

Formation of an Image by a Convex Lens

Figure 50-74 shows a convex lens with two point sources of light to the left. Because light rays pass through the center of a convex lens without being refracted in either direction, the light rays from each point source of light are shown to come to a point focus on the opposite side of the lens directly in line with the point source and the center of the lens.

تشکیل تصویر توسط عدسی محدب

شکل ۵۰-۷۴ یک عدسی محدب با دو منبع نور نقطه ای در سمت چپ را نشان می‌دهد. از آنجایی که پرتوهای نور از مرکز یک عدسی محدب عبور می‌کنند بدون اینکه در هر دو جهت شکست بخورند، پرتوهای نور از هر منبع نور نقطه ای به نقطه ای در طرف مقابل عدسی می‌آیند که مستقیماً در راستای منبع نقطه و مرکز عدسی است.

Any object in front of the lens is, in reality, a mosaic of point sources of light. Some of these points are very bright and some are very weak, and they vary in color. Each point source of light on the object comes to a separate point focus on the opposite side of the lens in line with the lens center. If a white sheet of paper is placed at the focus distance from the lens, one can see an image of the object, as demonstrated in Figure 50-7B. However, this image is upside down with respect to the original object, and the two lateral sides of the image are reversed. The lens of a camera focuses im- ages on film via this method.

هر جسمی‌که در مقابل عدسی قرار می‌گیرد، در واقع موزاییکی از منابع نقطه ای نور است. برخی از این نقاط بسیار روشن و برخی دیگر بسیار ضعیف هستند و رنگ آنها متفاوت است. هر منبع نور نقطه‌ای روی جسم به نقطه‌ای جداگانه در سمت مقابل عدسی در راستای مرکز عدسی می‌رسد. اگر یک صفحه کاغذ سفید در فاصله فوکوس از لنز قرار گیرد، می‌توان تصویری از جسم را مشاهده کرد، همانطور که در شکل ۵۰-7B نشان داده شده است. با این حال، این تصویر نسبت به جسم اصلی وارونه است و دو طرف جانبی تصویر برعکس است. لنز دوربین از طریق این روش، تصاویر را روی فیلم متمرکز می‌کند.

Measurement of the Refractive Power of a Lens- Diopter

The more a lens bends light rays, the greater is its “refractive power.” This refractive power is measured in terms of diopters. The refractive power in diopters of a convex lens is equal to 1 meter divided by its focal length. Thus, a spherical lens that converges parallel light rays to a focal point 1 meter beyond the lens has a refractive power of +1 diopter, as shown in Figure 50-8. If the lens is capable of bending parallel light rays twice as much as a lens with a power of +1 diopter, it is said to have a strength of +2 diopters, and the light rays come to a focal point 0.5 meter beyond the lens. A lens capable of converging parallel light rays to a focal point only 10 centimeters (0.10 meter) beyond the lens has a refractive power of +10 diopters.

اندازه گیری قدرت انکسار لنز-دیوپتر

هر چه عدسی پرتوهای نور را بیشتر خم کند، «قدرت انکسار» آن بیشتر است. این قدرت انکساری بر حسب دیوپتر اندازه گیری می‌شود. قدرت شکست در دیوپترهای یک عدسی محدب برابر با ۱ متر تقسیم بر فاصله کانونی آن است. بنابراین، یک عدسی کروی که پرتوهای نور موازی را به نقطه کانونی ۱ متر فراتر از عدسی همگرا می‌کند، همانطور که در شکل ۵۰-۸ نشان داده شده است، قدرت شکست ۱+ دیوپتر دارد. اگر عدسی قادر به خم کردن پرتوهای نور موازی دو برابر عدسی با قدرت ۱ + دیوپتر باشد، گفته می‌شود که قدرت آن ۲ + دیوپتر است و پرتوهای نور به نقطه کانونی ۰.۵ متر فراتر از عدسی می‌رسند. عدسی که قادر به همگرایی پرتوهای نور موازی به نقطه کانونی تنها ۱۰ سانتی متر (۰.۱۰ متر) فراتر از عدسی است، دارای قدرت شکست ۱۰+ دیوپتر است.

The refractive power of concave lenses cannot be stated in terms of the focal distance beyond the lens because the light rays diverge rather than focus to a point. However, if a concave lens diverges light rays at the same rate that a 1-diopter convex lens converges them, the concave lens is said to have a dioptric strength of -1. Likewise, if the concave lens diverges light rays as much as a +10-diopter lens converges them, this lens is said to have a strength of -10 diopters.

قدرت انکسار عدسی‌های مقعر را نمی‌توان بر حسب فاصله کانونی فراتر از عدسی بیان کرد، زیرا پرتوهای نور به جای تمرکز روی یک نقطه، واگرا می‌شوند. با این حال، اگر یک عدسی مقعر پرتوهای نور را با همان سرعتی که یک عدسی محدب ۱ دیوپتری همگرا می‌کند، واگرا کند، گفته می‌شود که عدسی مقعر دارای قدرت دیوپتری ۱- است. به همین ترتیب، اگر عدسی مقعر پرتوهای نور را به همان اندازه که یک عدسی +۱۰ دیوپتر همگرا کند، پرتوهای نور را واگرا کند، گفته می‌شود که این عدسی دارای قدرت ۱۰- دیوپتر است.

Concave lenses “neutralize” the refractive power of con- vex lenses. Thus, placing a 1-diopter concave lens immediately in front of a 1-diopter convex lens results in a lens system with zero refractive power.

عدسی‌های مقعر قدرت انکساری عدسی‌های محدب را خنثی می‌کنند. بنابراین، قرار دادن یک عدسی مقعر ۱ دیوپتری بلافاصله در مقابل یک عدسی محدب ۱ دیوپتری منجر به یک سیستم عدسی با قدرت انکسار صفر می‌شود.

The strengths of cylindrical lenses are computed in the same manner as the strengths of spherical lenses, except that the axis of the cylindrical lens must be stated in addition to its strength. If a cylindrical lens focuses parallel light rays to a line focus 1 meter beyond the lens, it has a strength of +1 diopter. Conversely, if a cylindrical lens of a concave type diverges light rays as much as a +1-diopter cylindrical lens converges them, it has a strength of -1 diopter. If the focused line is horizontal, its axis is said to be 0 degrees. If it is vertical, its axis is 90 degrees.

نقاط قوت عدسی‌های استوانه ای مانند نقاط قوت عدسی‌های کروی محاسبه می‌شود، با این تفاوت که محور عدسی استوانه ای باید علاوه بر استحکام آن ذکر شود. اگر یک عدسی استوانه‌ای، پرتوهای نور موازی را به فوکوس خطی ۱ متر فراتر از عدسی متمرکز کند، قدرت آن ۱+ دیوپتر است. برعکس، اگر یک عدسی استوانه ای از نوع مقعر، پرتوهای نور را به همان اندازه که یک عدسی استوانه ای +۱ دیوپتر همگرا کند، پرتوهای نور را واگرا کند، قدرت آن ۱- دیوپتر است. اگر خط متمرکز افقی باشد، محور آن ۰ درجه است. اگر عمودی باشد، محور آن ۹۰ درجه است.

Figure 50-7.
A, Two point sources of light focused at two separate points on opposite sides of the lens. B, Formation of an image by a convex spherical lens.

شکل ۵۰-۷.
A، دو منبع نور نقطه ای متمرکز در دو نقطه مجزا در طرف مقابل عدسی. ب، تشکیل تصویر توسط یک عدسی کروی محدب.

Figure 50-8.
Effect of lens strength on the focal distance.

شکل ۵۰-۸.
تاثیر قدرت لنز بر فاصله کانونی

Figure 50-9.
The eye as a camera. The numbers are the refractive indices.

شکل ۵۰-۹.
چشم به عنوان دوربین اعداد ضریب شکست هستند.

OPTICS OF THE EYE

The lens system of the eye (Figure 50-9) is composed of four refractive interfaces: (1) the interface between air and the anterior surface of the cornea; (2) the interface between the posterior surface of the cornea and the aque- ous humor; (3) the interface between the aqueous humor and the anterior surface of the lens of the eye; and (4) the interface between the posterior surface of the lens and the vitreous humor. The internal index of air is 1, the cornea, 1.38, the aqueous humor, 1.33, the crystalline lens (on average), 1.40, and the vitreous humor, 1.34.

اپتیک چشم

سیستم عدسی چشم (شکل ۵۰-۹) از چهار رابط انکساری تشکیل شده است: (۱) رابط بین هوا و سطح قدامی‌قرنیه. (۲) رابط بین سطح خلفی قرنیه و زلالیه. (۳) رابط بین زلالیه و سطح قدامی‌عدسی چشم. و (۴) رابط بین سطح خلفی عدسی و زجاجیه. شاخص داخلی هوا ۱، قرنیه ۱.۳۸، زلالیه ۱.۳۳، عدسی کریستالی (به طور متوسط)، ۱.۴۰ و زجاجیه ۱.۳۴ است.

Consideration of All Refractive Surfaces of the Eye as a Single Lens-The “Reduced” Eye. If all the refractive surfaces of the eye are added together algebraically and then considered to be one single lens, the optics of the nor- mal eye may be simplified and represented schematically as a “reduced eye?” This representation is useful in simple calculations. In the reduced eye, a single refractive surface is considered to exist, with its central point 17 millimeters in front of the retina and a total refractive power of 59 di- opters when the lens is accommodated for distant vision.

در نظر گرفتن تمام سطوح انکساری چشم به عنوان یک عدسی منفرد – چشم “کاهش یافته”. اگر تمام سطوح انکسار چشم به صورت جبری با هم جمع شوند و سپس به عنوان یک عدسی در نظر گرفته شوند، اپتیک چشم طبیعی ممکن است ساده شده و به صورت شماتیک به عنوان یک “چشم کاهش یافته” نمایش داده شود. این نمایش در محاسبات ساده مفید است. در چشم کاهش یافته، یک سطح انکساری منفرد در نظر گرفته می‌شود که نقطه مرکزی آن ۱۷ میلی متر جلوتر از شبکیه قرار دارد و قدرت انکساری کل آن ۵۹ دیوپتر زمانی که عدسی برای دید از راه دور قرار می‌گیرد.

About two-thirds of the 59 diopters of refractive power of the eye is provided by the anterior surface of the cornea (not by the eye lens). The principal reason for this phenomenon is that the refractive index of the cornea is markedly different from that of air, whereas the refractive index of the eye lens is not greatly different from the indices of the aqueous humor and vitreous humor.

حدود دو سوم از ۵۹ دیوپتر قدرت انکساری چشم از سطح قدامی‌قرنیه (نه عدسی چشم) تامین می‌شود. دلیل اصلی این پدیده این است که ضریب شکست قرنیه به طور قابل توجهی با هوا متفاوت است، در حالی که ضریب شکست عدسی چشم تفاوت زیادی با شاخص‌های زلالیه و زجاجیه ندارد.

The total refractive power of the internal lens of the eye, as it normally lies in the eye surrounded by fluid on each side, is only 20 diopters, about one third the total refractive power of the eye. However, the importance of the internal lens is that in response to nervous signals from the brain, its curvature can be increased markedly to provide “accommodation,” which is discussed later in the chapter.

مجموع قدرت انکسار عدسی داخلی چشم، همانطور که به طور معمول در چشم قرار دارد که از هر طرف با مایع احاطه شده است، تنها ۲۰ دیوپتر است که حدود یک سوم قدرت انکساری کل چشم است. با این حال، اهمیت عدسی داخلی در این است که در پاسخ به سیگنال‌های عصبی از مغز، انحنای آن را می‌توان به طور قابل توجهی افزایش داد تا “انطباق” ایجاد کند، که بعداً در این فصل مورد بحث قرار می‌گیرد.

Formation of an Image on the Retina. In the same manner that a glass lens can focus an image on a sheet of paper, the lens system of the eye can focus an image on the retina.The image is inverted and reversed with respect to the object. However, the mind perceives objects in the upright position despite the upside-down orientation on the retina because the brain is trained to consider an inverted image as normal.

تشکیل تصویر روی شبکیه چشم. همانطور که یک لنز شیشه ای می‌تواند یک تصویر را روی یک صفحه کاغذ متمرکز کند، سیستم عدسی چشم نیز می‌تواند تصویر را روی شبکیه متمرکز کند. تصویر نسبت به جسم معکوس و معکوس می‌شود. با این حال، ذهن اشیاء را در وضعیت عمودی، علیرغم جهت گیری وارونه روی شبکیه، درک می‌کند، زیرا مغز آموزش دیده است که یک تصویر وارونه را طبیعی در نظر بگیرد.

MECHANISM OF “ACCOMMODATION”

In children, the refractive power of the lens of the eye can be increased voluntarily from 20 diopters to about 34 diopters, which is an “accommodation” of 14 diopters. To make this accommodation, the shape of the lens is changed from that of a moderately convex lens to that of a very convex lens.

مکانیسم “تطابق”

در کودکان، قدرت انکسار عدسی چشم را می‌توان به طور داوطلبانه از ۲۰ دیوپتر به حدود ۳۴ دیوپتر افزایش داد که “تطابق” ۱۴ دیوپتر است. برای ایجاد این تطبیق، شکل عدسی از یک عدسی محدب متوسط ​​به یک عدسی بسیار محدب تغییر می‌کند.

In a young person, the lens is composed of a strong elastic capsule filled with viscous, proteinaceous, but transparent fluid. When the lens is in a relaxed state, with no tension on its capsule, it assumes an almost spherical shape, owing mainly to the elastic retraction of the lens capsule. However, as shown in Figure 50-10, about 70 suspensory ligaments attach radially around the lens, pulling the lens edges toward the outer circle of the eyeball. These ligaments are constantly tensed by their attachments at the anterior border of the choroid and retina. The tension on the ligaments causes the lens to remain relatively flat under normal eye conditions.

در یک فرد جوان، عدسی از یک کپسول الاستیک قوی پر از مایع چسبناک، پروتئینی، اما شفاف تشکیل شده است. هنگامی‌که لنز در حالت شل است، بدون کشش روی کپسول خود، شکل تقریبا کروی به خود می‌گیرد، که عمدتاً به دلیل پس رفتگی الاستیک کپسول لنز است. با این حال، همانطور که در شکل ۵۰-۱۰ نشان داده شده است، حدود ۷۰ رباط آویزان به صورت شعاعی در اطراف عدسی قرار می‌گیرند و لبه‌های عدسی را به سمت دایره بیرونی کره چشم می‌کشند. این رباط‌ها به طور مداوم توسط اتصالات خود در مرز قدامی‌مشیمیه و شبکیه منقبض می‌شوند. کشش روی رباط‌ها باعث می‌شود که عدسی در شرایط عادی چشم نسبتا صاف بماند.

Also located at the lateral attachments of the lens ligaments to the eyeball is the ciliary muscle, which has two separate sets of smooth muscle fibers-meridional fibers and circular fibers. The meridional fibers extend from the peripheral ends of the suspensory ligaments to the corneoscleral junction. When these muscle fibers contract, the peripheral insertions of the lens ligaments are pulled medially toward the edges of the cornea, thereby releasing the ligaments’ tension on the lens. The circular fibers are arranged circularly all the way around the ligament attachments so that when they contract, a sphincter-like action occurs, decreasing the diameter of the circle of ligament attachments; this action also allows the ligaments to pull less on the lens capsule.

همچنین در اتصالات جانبی رباط‌های عدسی به کره چشم، عضله مژگانی قرار دارد که دارای دو مجموعه مجزا از رشته‌های عضلانی صاف – رشته‌های نصف النهار و فیبرهای دایره‌ای است. الیاف نصف النهاری از انتهای محیطی رباط‌های تعلیقی به محل اتصال قرنیه اسکلرال امتداد دارند. هنگامی‌که این فیبرهای عضلانی منقبض می‌شوند، درج‌های محیطی رباط‌های عدسی به سمت لبه‌های قرنیه کشیده می‌شوند و در نتیجه کشش رباط‌ها بر روی عدسی آزاد می‌شود. الیاف دایره ای به صورت دایره ای در اطراف اتصالات رباط چیده شده اند به طوری که وقتی آنها منقبض می‌شوند، یک عمل اسفنکتر مانند رخ می‌دهد و قطر دایره اتصالات رباط را کاهش می‌دهد. این عمل همچنین به رباط‌ها اجازه می‌دهد تا کمتر روی کپسول لنز بکشند.

Thus, contraction of either set of smooth muscle fibers in the ciliary muscle relaxes the ligaments to the lens capsule, and the lens assumes a more spherical shape, like that of a balloon, because of the natural elasticity of the lens capsule.

بنابراین، انقباض هر یک از رشته‌های عضلانی صاف در عضله مژگانی باعث شل شدن رباط‌ها به کپسول عدسی می‌شود و عدسی به دلیل خاصیت ارتجاعی طبیعی کپسول عدسی، شکل کروی‌تری مانند شکل بالون به خود می‌گیرد.

Accommodation Is Controlled by Parasympathetic Nerves. Ciliary muscle is controlled almost entirely by parasympathetic nerve signals transmitted to the eye through the third cranial nerve from the third nerve nucleus in the brain stem, as explained in Chapter 52. Stimulation of parasympathetic nerves contracts both sets of ciliary muscle fibers, which relaxes the lens ligaments, thus allowing the lens to become thicker and increase its refractive power. With this increased refractive power, the eye focuses on objects nearer than when the eye has less refractive power. Consequently, as a distant object moves toward the eye, the number of parasympathetic impulses impinging on the ciliary muscle must be progressively increased for the eye to keep the object constantly in focus. Sympathetic stimulation has an additional effect in relaxing the ciliary muscle, but this effect is so weak that it plays almost no role in the normal accommodation mechanism; the neurophysiology of this mechanism is discussed in Chapter 52.

تطابق توسط اعصاب پاراسمپاتیک کنترل می‌شود. همانطور که در فصل ۵۲ توضیح داده شد، تقریباً به طور کامل توسط سیگنال‌های عصبی پاراسمپاتیک که از طریق عصب سوم جمجمه ای از هسته عصبی سوم در ساقه مغز از طریق عصب سوم جمجمه ای به چشم منتقل می‌شود، کنترل می‌شود. با افزایش قدرت انکساری، چشم بر روی اجسام نزدیک‌تر از زمانی که چشم قدرت انکساری کمتری دارد تمرکز می‌کند. در نتیجه، همانطور که یک جسم دور به سمت چشم حرکت می‌کند، تعداد تکانه‌های پاراسمپاتیکی که به عضله مژگانی برخورد می‌کنند باید به تدریج افزایش یابد تا چشم بتواند جسم را دائماً در فوکوس نگه دارد. تحریک سمپاتیک یک اثر اضافی در شل کردن عضله مژگانی دارد، اما این اثر آنقدر ضعیف است که تقریباً هیچ نقشی در مکانیسم سازگاری طبیعی ندارد. فیزیولوژی عصبی این مکانیسم در فصل ۵۲ مورد بحث قرار گرفته است.

Figure 50-10.
Mechanism of accommodation (focusing).

شکل ۵۰-۱۰.
مکانیسم تطابق (تمرکز).

Presbyopia-Loss of Accommodation by the Lens. As a person grows older, the lens grows larger and thicker and becomes far less elastic, partly because of progressive denaturation of the lens proteins. The ability of the lens to change shape decreases with age. The power of accommodation decreases from about 14 diopters in a child to less than 2 diopters by the time a person reaches 45 to 50 years and to essentially O diopters at age 70 years. There- after, the lens remains almost totally nonaccommodating, a condition known as presbyopia.

پیرچشمی-از دست دادن انطباق توسط لنز. با افزایش سن، عدسی بزرگ‌تر و ضخیم‌تر می‌شود و خاصیت ارتجاعی بسیار کمتری پیدا می‌کند، تا حدی به دلیل دناتوره شدن تدریجی پروتئین‌های عدسی. توانایی لنز برای تغییر شکل با افزایش سن کاهش می‌یابد. قدرت تطبیق از حدود ۱۴ دیوپتر در کودک به کمتر از ۲ دیوپتر تا زمانی که فرد به ۴۵ تا ۵۰ سالگی برسد و اساساً در ۷۰ سالگی به دیوپتر O کاهش می‌یابد. پس از آن، عدسی تقریباً کاملاً غیر سازگار باقی می‌ماند، وضعیتی که به عنوان پیرچشمی‌شناخته می‌شود.

Once a person has reached the state of presbyopia, each eye remains focused permanently at an almost constant distance; this distance depends on the physical characteristics of each person’s eyes. The eyes can no longer accommodate for both near and far vision. To see clearly both in the distance and nearby, an older person must wear bifocal glasses, with the upper segment focused for far-seeing and the lower segment focused for near-seeing (eg, for reading).

هنگامی‌که فرد به حالت پیرچشمی‌می‌رسد، هر چشم به طور دائم در یک فاصله تقریبا ثابت متمرکز می‌شود. این فاصله به خصوصیات ظاهری چشم هر فرد بستگی دارد. چشم‌ها دیگر نمی‌توانند دید نزدیک و دور را در خود جای دهند. برای دیدن واضح در دوردست و نزدیک، یک فرد مسن باید از عینک دو کانونی استفاده کند که قسمت بالایی برای دید دور و بخش پایینی برای دید نزدیک (مثلاً برای خواندن) متمرکز باشد.

PUPILLARY DIAMETER

The major function of the iris is to increase the amount of light that enters the eye during darkness and to decrease the amount of light that enters the eye in daylight. The reflexes for controlling this mechanism are considered in Chapter 52.

قطر مردمک چشم

عملکرد اصلی عنبیه افزایش نور ورودی به چشم در هنگام تاریکی و کاهش نور ورودی به چشم در نور روز است. رفلکس‌های کنترل این مکانیسم در فصل ۵۲ در نظر گرفته شده است.

The amount of light that enters the eye through the pupil is proportional to the area of the pupil or to the square of the diameter of the pupil. The pupil of the human eye can become as small as about 1.5 millimeters and as large as 8 millimeters in diameter. The quantity of light entering the eye can change about 30-fold as a result of changes in pupillary aperture.

مقدار نوری که از طریق مردمک وارد چشم می‌شود با مساحت مردمک یا مربع قطر مردمک متناسب است. مردمک چشم انسان می‌تواند به کوچکی حدود ۱.۵ میلی متر و قطر آن به ۸ میلی متر برسد. مقدار نور وارد شده به چشم می‌تواند در نتیجه تغییر در روزنه مردمک حدود ۳۰ برابر تغییر کند.

“Depth of Focus” of the Lens System Increases With Decreasing Pupillary Diameter. Figure 50-11 shows two eyes that are exactly alike except for the diameters of the pupillary apertures. In the upper eye, the pupillary aperture is small and, in the lower eye, the aperture is large. In front of each of these two eyes are two small point sources of light; light from each passes through the pupillary aperture and focuses on the retina. Consequently, in both eyes, the retina sees two spots of light in perfect focus. If the retina is moved forward or backward to an out of focus position (dashed lines), the size of each spot will not change much in the upper eye, but in the lower eye the size of each spot will increase greatly, becoming a “blur circle.” In other words, the upper lens system has far greater depth of focus than the bottom lens system. When a lens system has great depth of focus, the retina can be displaced consider- ably from the focal plane, or the lens strength can change considerably from normal, and the image will still remain nearly in sharp focus, whereas when a lens system has a “shallow” depth of focus, moving the retina only slightly away from the focal plane causes extreme blurring.

“عمق فوکوس” سیستم لنز با کاهش قطر مردمک افزایش می‌یابد. شکل ۵۰-۱۱ دو چشم را نشان می‌دهد که به جز قطر روزنه‌های مردمک کاملاً شبیه هم هستند. در چشم فوقانی، روزنه مردمک کوچک و در چشم تحتانی، روزنه بزرگ است. در مقابل هر یک از این دو چشم، دو منبع کوچک نقطه ای نور قرار دارند. نور هر کدام از روزنه مردمک عبور می‌کند و روی شبکیه متمرکز می‌شود. در نتیجه، در هر دو چشم، شبکیه دو نقطه نور را در فوکوس کامل می‌بیند. اگر شبکیه به سمت جلو یا عقب حرکت داده شود و در موقعیتی خارج از فوکوس (خطوط چین) قرار گیرد، اندازه هر نقطه در چشم فوقانی تغییر چندانی نمی‌کند، اما در چشم تحتانی اندازه هر نقطه به شدت افزایش می‌یابد و به یک “دایره تاری” تبدیل می‌شود. به عبارت دیگر، سیستم لنز بالایی دارای عمق فوکوس بسیار بیشتری نسبت به سیستم لنز پایینی است. هنگامی‌که یک سیستم لنز عمق فوکوس زیادی دارد، شبکیه می‌تواند به طور قابل توجهی از صفحه کانونی جابجا شود، یا قدرت لنز می‌تواند به طور قابل توجهی از حالت عادی تغییر کند، و تصویر همچنان تقریباً در فوکوس واضح باقی می‌ماند، در حالی که هنگامی‌که یک سیستم عدسی عمق فوکوس “کم” دارد، جابجایی شبکیه فقط اندکی از صفحه کانونی باعث تاری شدید می‌شود.

The greatest possible depth of focus occurs when the pupil is extremely small. The reason for this is that with a very small aperture, almost all the rays pass through the center of the lens, and the central most rays are always in focus, as explained earlier.

بیشترین عمق تمرکز ممکن زمانی رخ می‌دهد که مردمک بسیار کوچک باشد. دلیل این امر این است که با دیافراگم بسیار کوچک، تقریباً تمام پرتوها از مرکز عدسی عبور می‌کنند و همانطور که قبلاً توضیح داده شد، بیشتر پرتوهای مرکزی همیشه در فوکوس هستند.

Errors of Refraction

خطاهای انکسار

See Video 50-1.

Emmetropia (Normal Vision). As shown in Figure 50-12, the eye is considered to be normal, or emmetropic, if parallel light rays from distant objects are in sharp focus on the retina when the ciliary muscle is completely relaxed. This means that the emmetropic eye can see all distant objects clearly with its ciliary muscle relaxed. However, to focus objects at close range, the eye must contract its ciliary muscle and thereby provide an appropriate degree of accommodation.

ویدئو ۵۰-۱ را ببینید.

امتروپیا (بینایی طبیعی). همانطور که در شکل ۵۰-۱۲ نشان داده شده است، اگر پرتوهای نور موازی از اجسام دور در زمانی که عضله مژگانی کاملاً شل شده است، به وضوح روی شبکیه متمرکز شوند، چشم طبیعی یا آمتروپیک در نظر گرفته می‌شود. این بدان معنی است که چشم همتروپیک می‌تواند تمام اجسام دور را با شل شدن ماهیچه مژگانی خود به وضوح ببیند. با این حال، برای تمرکز اجسام در فاصله نزدیک، چشم باید ماهیچه مژگانی خود را منقبض کند و در نتیجه درجه مناسبی از تطابق را فراهم کند.

Hyperopia (Farsightedness). Hyperopia, also known as “farsightedness,” is usually due to either an eyeball that is too short or, occasionally, to a lens system that is too weak. In this condition, as seen in the middle panel of Figure 50-12, parallel light rays are not bent sufficiently by the relaxed lens system to come to focus by the time they reach the retina. To overcome this abnormality, the ciliary muscle must contract to increase the strength of the lens. By using the mechanism of accommodation, a farsighted person is capable of focusing distant objects on the retina. If the person has used only a small amount of strength in the ciliary muscle to accommodate for the distant objects, he or she still has much accommodative power left, and objects closer and closer to the eye can also be focused sharply un- til the ciliary muscle has contracted to its limit. In old age, when the lens becomes “presbyopic,” a farsighted person is often unable to accommodate the lens sufficiently to focus even on distant objects, much less on near objects.

دوربینی (دور بینایی). دوربینی، همچنین به عنوان “دوربینی” شناخته می‌شود، معمولاً یا به دلیل کوتاه بودن کره چشم یا گاهی اوقات به دلیل سیستم عدسی بسیار ضعیف است. در این شرایط، همانطور که در پانل میانی شکل ۵۰-۱۲ مشاهده می‌شود، پرتوهای نور موازی به اندازه کافی توسط سیستم لنز آرام خم نمی‌شوند تا زمانی که به شبکیه می‌رسند، فوکوس شوند. برای غلبه بر این ناهنجاری، ماهیچه مژگانی باید منقبض شود تا قدرت عدسی افزایش یابد. با استفاده از مکانیسم تطبیق، یک فرد دور بین قادر است اجسام دور را روی شبکیه متمرکز کند. اگر فرد فقط مقدار کمی‌از قدرت در عضله مژگانی برای قرار دادن اشیاء دور استفاده کرده باشد، هنوز قدرت تطبیق زیادی برای او باقی مانده است و اجسام نزدیک و نزدیک به چشم نیز می‌توانند به شدت متمرکز شوند تا زمانی که عضله مژگانی تا حد خود منقبض شود. در سنین بالا، زمانی که عدسی به “پیر چشمی” تبدیل می‌شود، یک فرد دوربین اغلب نمی‌تواند لنز را به اندازه کافی در خود جای دهد تا حتی بر روی اجسام دور نیز تمرکز کند، خیلی کمتر بر روی اجسام نزدیک.

Figure 50-11.
Effect of small (top) and large (bottom) pupillary apertures on depth of focus.

شکل ۵۰-۱۱.
تاثیر مردمک‌های کوچک (بالا) و بزرگ (پایین) مردمک بر عمق فوکوس.

Figure 50-12.
Parallel light rays focus on the retina in emmetropia, behind the retina in hyperopia, and in front of the retina in myopia.

شکل ۵۰-۱۲.
پرتوهای نور موازی در آمتروپی روی شبکیه، در دوربینی پشت شبکیه و در نزدیک بینی جلوی شبکیه متمرکز می‌شوند.

Myopia (Nearsightedness). In myopia, or “nearsightedness,” when the ciliary muscle is completely relaxed, the light rays coming from distant objects are focused in front of the retina, as shown in the bottom panel of Figure 50-12. This condition is usually due to too long an eyeball but also can result from too much refractive power in the lens system of the eye.

نزدیک بینی (نزدیک بینی). در نزدیک بینی یا “نزدیک بینی”، زمانی که عضله مژگانی کاملا شل است، پرتوهای نوری که از اجسام دور می‌آیند، در جلوی شبکیه متمرکز می‌شوند، همانطور که در پانل پایینی شکل ۵۰-۱۲ نشان داده شده است. این عارضه معمولاً به دلیل طولانی بودن کره چشم است، اما همچنین می‌تواند به دلیل قدرت انکساری بیش از حد در سیستم عدسی چشم باشد.

No mechanism exists whereby the eye can decrease the strength of its lens to less than that which exists when the ciliary muscle is completely relaxed. A myopic person has no mechanism to focus distant objects sharply on the retina. However, as an object moves nearer to the person’s eye,it finally gets close enough that its image can be focused. Then, when the object comes still closer to the eye, the per- son can use the mechanism of accommodation to keep the image focused clearly. A myopic person has a definite limiting “far point” for clear vision.

هیچ مکانیسمی‌وجود ندارد که به موجب آن چشم بتواند قدرت عدسی خود را به کمتر از زمانی که عضله مژگانی کاملاً شل شده است کاهش دهد. یک فرد نزدیک‌بین هیچ مکانیزمی‌برای متمرکز کردن اجسام دور به شدت روی شبکیه ندارد. با این حال، با نزدیک‌تر شدن یک جسم به چشم فرد، در نهایت به اندازه‌ای نزدیک می‌شود که بتوان تصویر آن را فوکوس کرد. سپس، هنگامی‌که جسم همچنان به چشم نزدیک‌تر می‌شود، فرد می‌تواند از مکانیسم تطبیق برای متمرکز نگه داشتن تصویر به وضوح استفاده کند. یک فرد نزدیک‌بین دارای یک “نقطه دور” محدود کننده برای دید واضح است.

Correction of Myopia and Hyperopia Through Use of Lenses. If the refractive surfaces of the eye have too much refractive power, as in myopia, this excessive refractive power can be neutralized by placing a concave spherical lens in front of the eye, which will diverge rays. Such correction is shown in the upper diagram of Figure 50-13.

اصلاح نزدیک بینی و دوربینی با استفاده از لنز. اگر سطوح انکسار چشم، مانند نزدیک بینی، قدرت انکساری بیش از حد داشته باشند، می‌توان با قرار دادن یک عدسی کروی مقعر در جلوی چشم، این قدرت انکساری بیش از حد را خنثی کرد که باعث واگرا شدن پرتوها می‌شود. چنین اصلاحی در نمودار بالای شکل ۵۰-۱۳ نشان داده شده است.

Conversely, in a person who has hyperopia—that is, someone who has too weak a lens system-the abnormal vision can be corrected by adding refractive power using a convex lens in front of the eye. This correction is demonstrated in the lower diagram of Figure 50-13.

برعکس، در فردی که دوربینی دارد – یعنی فردی که سیستم عدسی بسیار ضعیفی دارد – می‌توان دید غیرطبیعی را با افزودن قدرت انکساری با استفاده از عدسی محدب جلوی چشم اصلاح کرد. این تصحیح در نمودار پایینی شکل ۵۰-۱۳ نشان داده شده است.

One usually determines the strength of the concave or convex lens needed for clear vision by “trial and error”- that is, by first trying a strong lens and then a stronger or weaker lens until the one that gives the best visual acuity is found.

معمولاً قدرت عدسی مقعر یا محدب مورد نیاز برای دید واضح را با «آزمایش و خطا» تعیین می‌کنید – یعنی ابتدا یک عدسی قوی و سپس یک عدسی قوی‌تر یا ضعیف‌تر را امتحان می‌کنید تا زمانی که عدسی که بهترین حدت بینایی را دارد پیدا شود.

Astigmatism. Astigmatism is a refractive error of the eye that causes the visual image in one plane to focus at a different distance from that of the plane at right angles. Astigmatism usually results from too great a curvature of the cornea in one plane of the eye. An example of an astigmatic lens would be a lens surface like that of an egg lying sidewise to the incoming light. The degree of curvature in the plane through the long axis of the egg is not nearly as great as the degree of curvature in the plane through the short axis.

آستیگماتیسم. آستیگماتیسم یک عیب انکساری چشم است که باعث می‌شود تصویر بینایی در یک صفحه در فاصله‌ای متفاوت از صفحه در زوایای قائم متمرکز شود. آستیگماتیسم معمولاً از انحنای بیش از حد قرنیه در یک صفحه چشم ناشی می‌شود. نمونه‌ای از عدسی‌های آستیگمات، سطح عدسی مانند سطح تخم مرغی است که در کنار نور ورودی قرار دارد. درجه انحنای صفحه از طریق محور بلند تخمک به اندازه درجه انحنای صفحه از طریق محور کوتاه نیست.

Because the curvature of the astigmatic lens along one plane is less than the curvature along the other plane, light rays striking the peripheral portions of the lens in one plane are not bent nearly as much as the rays striking the peripheral portions of the other plane. This effect is demonstrated in Figure 50-14, which shows rays of light originating from a point source and passing through an oblong, astigmatic lens. The light rays in the vertical plane, indicated by plane BD, are refracted greatly by the astigmatic lens because of the greater curvature in the vertical direction than in the horizontal direction. By contrast, the light rays in the horizontal plane, indicated by plane AC, are not bent nearly as much as the light rays in vertical plane BD. Therefore, light rays passing through an astigmatic lens do not all come to a common focal point because the light rays passing through one plane focus far in front of those passing through the other plane.

از آنجایی که انحنای عدسی آستیگماتیک در امتداد یک صفحه کمتر از انحنای در امتداد صفحه دیگر است، پرتوهای نوری که به بخش‌های محیطی عدسی در یک صفحه برخورد می‌کنند، تقریباً به اندازه پرتوهایی که به بخش‌های محیطی صفحه دیگر برخورد می‌کنند خم نمی‌شوند. این اثر در شکل ۵۰-۱۴ نشان داده شده است که پرتوهای نور را نشان می‌دهد که از یک منبع نقطه ای منشا گرفته و از یک عدسی مستطیلی و آستیگماتیک می‌گذرد. پرتوهای نور در صفحه عمودی، که با صفحه BD نشان داده می‌شوند، به دلیل انحنای بیشتر در جهت عمودی نسبت به جهت افقی، به شدت توسط عدسی آستیگماتیک شکست می‌شوند. در مقابل، پرتوهای نور در صفحه افقی، که با صفحه AC نشان داده شده اند، تقریباً به اندازه پرتوهای نور در صفحه عمودی BD خم نمی‌شوند. بنابراین، پرتوهای نوری که از یک عدسی آستیگماتیک می‌گذرند، همه به یک نقطه کانونی مشترک نمی‌رسند، زیرا پرتوهای نوری که از یک صفحه می‌گذرند، بسیار جلوتر از آن‌هایی که از صفحه دیگر عبور می‌کنند، متمرکز می‌شوند.

The accommodative power of the eye can never compensate for astigmatism because, during accommodation, the curvature of the eye lens changes approximately equally in both planes; therefore, in astigmatism, each of the two planes requires a different degree of accommodation. Thus, without the aid of glasses, a person with astigmatism never sees in sharp focus.

قدرت انطباق چشم هرگز نمی‌تواند آستیگماتیسم را جبران کند، زیرا در طول اقامت، انحنای عدسی چشم تقریباً در هر دو صفحه تغییر می‌کند. بنابراین، در آستیگماتیسم، هر یک از دو صفحه نیاز به درجه متفاوتی از سازگاری دارند. بنابراین، بدون استفاده از عینک، فرد مبتلا به آستیگمات هرگز در فوکوس تیز نمی‌بیند.

Correction of Astigmatism With a Cylindrical Lens. One may consider an astigmatic eye as having a lens system made up of two cylindrical lenses of different strengths and placed at right angles to each other. To correct for astigmatism, the usual procedure is to find a spherical lens by trial and error that corrects the focus in one of the two planes of the astigmatic lens. Then, an additional cylindrical lens is used to correct the remaining error in the remaining plane. To do this, both the axis and the strength of the required cylindrical lens must be determined.

اصلاح آستیگماتیسم با عدسی استوانه ای. شاید بتوان چشم آستیگمات را دارای سیستم عدسی دانست که از دو عدسی استوانه‌ای با قدرت‌های مختلف تشکیل شده و در زوایای قائم با یکدیگر قرار گرفته‌اند. برای اصلاح آستیگماتیسم، روش معمول یافتن یک عدسی کروی با آزمون و خطا است که فوکوس را در یکی از دو صفحه عدسی آستیگمات اصلاح می‌کند. سپس از یک لنز استوانه ای اضافی برای تصحیح خطای باقی مانده در صفحه باقی مانده استفاده می‌شود. برای این کار باید هم محور و هم قدرت عدسی استوانه ای مورد نیاز مشخص شود.

Several methods exist for determining the axis of the abnormal cylindrical component of the lens system of an eye. One of these methods is based on the use of parallel black bars of the type shown in Figure 50-15. Some of these parallel bars are vertical, some are horizontal, and some are at various angles to the vertical and horizontal axes. After placing various spherical lenses in front of the astigmatic eye, a strength of lens that causes sharp focus of one set of parallel bars but does not correct the fuzziness of the set of bars at right angles to the sharp bars is usually found. It can be shown from the physical principles of op- tics discussed earlier in this chapter that the axis of the out of focus cylindrical component of the optical system is parallel to the bars that are fuzzy. Once this axis is found, the examiner tries progressively stronger and weaker positive or negative cylindrical lenses, the axes of which are placed in line with the out of focus bars, until the patient sees all the crossed bars with equal clarity. When this goal has been accomplished, the examiner directs the optician to grind a special lens combining both the spherical correction and the cylindrical correction at the appropriate axis.

روش‌های مختلفی برای تعیین محور جزء استوانه ای غیرعادی سیستم عدسی چشم وجود دارد. یکی از این روش‌ها مبتنی بر استفاده از میله‌های مشکی موازی از نوع نشان داده شده در شکل ۵۰-۱۵ است. برخی از این میله‌های موازی عمودی، برخی افقی و برخی در زوایای مختلف نسبت به محورهای عمودی و افقی هستند. پس از قرار دادن لنزهای کروی مختلف در مقابل چشم آستیگمات، معمولاً قدرت عدسی که باعث فوکوس واضح یک مجموعه از میله‌های موازی می‌شود اما تیرگی مجموعه میله‌ها را در زوایای قائم به میله‌های تیز اصلاح نمی‌کند، یافت می‌شود. می‌توان از اصول فیزیکی اپتیک که قبلا در این فصل بحث شد نشان داد که محور جزء استوانه ای خارج از فوکوس سیستم نوری موازی با میله‌هایی است که فازی هستند. هنگامی‌که این محور پیدا شد، معاینه کننده به تدریج لنزهای استوانه ای مثبت یا منفی قوی تر و ضعیف تر را امتحان می‌کند که محورهای آنها در راستای میله‌های خارج از فوکوس قرار می‌گیرند تا زمانی که بیمار تمام میله‌های متقاطع را با وضوح یکسان ببیند. هنگامی‌که این هدف محقق شد، معاینه‌کننده بینایی‌شناس را هدایت می‌کند تا یک عدسی ویژه را که هم تصحیح کروی و هم اصلاح استوانه‌ای را در محور مناسب ترکیب می‌کند، آسیاب کند.

Figure 50-13.
Correction of myopia with a concave lens (top) and correction of hyperopia with a convex lens (bottom).

شکل ۵۰-۱۳.
تصحیح نزدیک بینی با عدسی مقعر (بالا) و تصحیح دوربینی با عدسی محدب (پایین).

Figure 50-14.
Astigmatism, demonstrating that light rays focus at one focal distance in one focal plane (plane AC) and at another focal distance in the plane at a right angle (plane BD).

شکل ۵۰-۱۴.
آستیگماتیسم، نشان می‌دهد که پرتوهای نور در یک فاصله کانونی در یک صفحه کانونی (صفحه AC) و در فاصله کانونی دیگر در صفحه در زاویه قائم (صفحه BD) متمرکز می‌شوند.

Correction of Optical Abnormalities With Contact Lenses. Glass or plastic contact lenses that fit snugly against the anterior surface of the cornea can be inserted. These lenses are held in place by a thin layer of tear fluid that fills the space between the contact lens and the anterior eye surface.

اصلاح ناهنجاری‌های نوری با لنزهای تماسی. لنزهای تماسی شیشه ای یا پلاستیکی که به خوبی روی سطح قدامی‌قرنیه قرار می‌گیرند می‌توانند وارد شوند. این لنزها توسط لایه نازکی از مایع اشک آور که فضای بین لنز تماسی و سطح قدامی‌چشم را پر می‌کند در جای خود نگه داشته می‌شوند.

A special feature of the contact lens is that it nullifies the re- fraction that normally occurs at the anterior surface of the cornea almost entirely. The reason for this nullification is that the tears between the contact lens and the cornea have a refractive index almost equal to that of the cornea, so the anterior surface of the cornea no longer plays a significant role in the eye’s optical system. Instead, the outer surface of the contact lens plays the major role. Thus, the refraction of this surface of the con- tact lens substitutes for the cornea’s usual refraction. This factor is especially important in people whose eye refractive errors are caused by an abnormally shaped cornea, such as those who have an odd-shaped, bulging cornea, a condition called keratoconus. Without the contact lens, the bulging cornea causes such severe abnormality of vision that almost no glasses can correct the vision satisfactorily; when a contact lens is used, however, the corneal refraction is neutralized, and normal re- fraction by the outer surface of the contact lens is substituted.

ویژگی خاص لنز تماسی این است که انکساری را که معمولاً در سطح قدامی‌قرنیه رخ می‌دهد تقریباً به طور کامل از بین می‌برد. دلیل این پوچ شدن این است که پارگی بین لنز تماسی و قرنیه دارای ضریب شکست تقریباً برابر با قرنیه است، بنابراین سطح قدامی‌قرنیه دیگر نقش مهمی‌در سیستم نوری چشم ندارد. در عوض، سطح بیرونی لنز تماسی نقش اصلی را ایفا می‌کند. بنابراین، شکست این سطح از لنز تماسی جایگزین انکسار معمول قرنیه می‌شود. این عامل به ویژه در افرادی که عیوب انکساری چشم آنها ناشی از شکل غیرطبیعی قرنیه است، مانند افرادی که قرنیه عجیب و برآمده دارند، که به آن بیماری قوز قرنیه می‌گویند، اهمیت دارد. بدون لنز تماسی، برآمدگی قرنیه باعث ناهنجاری شدید بینایی می‌شود که تقریباً هیچ عینکی نمی‌تواند دید را به طور رضایت بخشی اصلاح کند. با این حال، هنگامی‌که از لنز تماسی استفاده می‌شود، انکسار قرنیه خنثی می‌شود و انکسار طبیعی توسط سطح خارجی لنز تماسی جایگزین می‌شود.

The contact lens has several other advantages as well, including the following: (1) the lens turns with the eye and gives a broader field of clear vision than glasses; and (2) the contact lens has little effect on the size of the object the person sees through the lens, whereas lenses placed about 1 centimeter in front of the eye do affect the size of the image in addition to correcting the focus.

لنز تماسی چندین مزیت دیگر نیز دارد، از جمله موارد زیر: (۱) لنز با چشم می‌چرخد ​​و میدان دید واضح تری نسبت به عینک ایجاد می‌کند. و (۲) لنز تماسی تأثیر کمی‌بر اندازه جسمی‌که شخص از طریق لنز می‌بیند دارد، در حالی که لنزهایی که حدود ۱ سانتی متر جلوی چشم قرار می‌گیرند علاوه بر اصلاح فوکوس، بر اندازه تصویر نیز تأثیر می‌گذارند.

Cataracts Opaque Areas in the Lens. “Cataracts” are an especially common eye abnormality that occurs mainly in older people. A cataract is a cloudy or opaque area (or areas) in the lens. In the early stage of cataract formation, the proteins in some of the lens fibers become denatured. Later, these same proteins coagulate to form opaque areas in place of the normal transparent protein fibers.

آب مروارید نواحی مات در عدسی. “آب مروارید” یک ناهنجاری چشمی‌شایع است که عمدتا در افراد مسن رخ می‌دهد. آب مروارید ناحیه ای ابری یا مات (یا نواحی) در عدسی است. در مراحل اولیه تشکیل آب مروارید، پروتئین‌های برخی از الیاف عدسی دناتوره می‌شوند. بعداً، همین پروتئین‌ها منعقد می‌شوند و به جای الیاف پروتئینی شفاف، نواحی مات تشکیل می‌دهند.

When a cataract has obscured light transmission so greatly that it seriously impairs vision, the condition can be corrected by surgical removal of the lens. When the lens is removed, the eye loses a large portion of its refractive pow- er, which must be replaced by placing a powerful convex lens in front of the eye; usually, however, an artificial plastic lens is implanted in the eye in place of the removed lens.

هنگامی‌که آب مروارید انتقال نور را به شدت مختل می‌کند که به شدت بینایی را مختل می‌کند، می‌توان با برداشتن عدسی با جراحی این وضعیت را اصلاح کرد. هنگامی‌که عدسی برداشته می‌شود، چشم بخش زیادی از قدرت انکساری خود را از دست می‌دهد، که باید با قرار دادن یک عدسی محدب قدرتمند در جلوی چشم جایگزین شود. اما معمولاً به جای لنز برداشته شده، یک لنز پلاستیکی مصنوعی در چشم کاشته می‌شود.

Figure 50-15.
Chart composed of parallel black bars at different an- gular orientations for determining the axis of astigmatism.

شکل ۵۰-۱۵.
نمودار متشکل از میله‌های سیاه موازی در جهت‌های زاویه ای مختلف برای تعیین محور آستیگماتیسم.

VISUAL ACUITY

Theoretically, light from a distant point source, when focused on the retina, should be infinitely small. However, because the lens system of the eye is never perfect, such a retinal spot ordinarily has a total diameter of about 11 micrometers, even with maximal resolution of the normal eye optical system. The spot is brightest in its center and shades off gradually toward the edges, as shown by the two-point images in Figure 50-16.

حدت بینایی

از نظر تئوری، نور از یک منبع نقطه ای دور، زمانی که روی شبکیه متمرکز می‌شود، باید بی نهایت کوچک باشد. با این حال، از آنجا که سیستم عدسی چشم هرگز کامل نیست، چنین نقطه شبکیه معمولاً دارای قطر کلی حدود ۱۱ میکرومتر است، حتی با حداکثر وضوح سیستم نوری چشم عادی. همانطور که توسط تصاویر دو نقطه ای در شکل ۵۰-۱۶ نشان داده شده است، این نقطه در مرکز خود درخشان ترین است و به تدریج به سمت لبه‌ها سایه می‌اندازد.

The average diameter of the cones in the fovea of the retina-the central part of the retina, where vision is most highly developed is about 1.5 micrometers, which is one-seventh the diameter of the spot of light. Nevertheless, because the spot of light has a bright center point and shaded edges, a person can normally distinguish two separate points if their centers lie up to 2 micrometers apart on the retina, which is slightly greater than the width of a foveal cone. This discrimination between points is also shown in Figure 50-16.

متوسط ​​قطر مخروط‌ها در حفره شبکیه – قسمت مرکزی شبکیه، جایی که بینایی بسیار توسعه یافته است، حدود ۱.۵ میکرومتر است که یک هفتم قطر لکه نور است. با این وجود، از آنجایی که نقطه نورانی دارای یک نقطه مرکزی روشن و لبه‌های سایه‌دار است، اگر مرکز آنها تا ۲ میکرومتر روی شبکیه قرار داشته باشد، که کمی‌بیشتر از عرض یک مخروط فووئال است، معمولاً می‌توان دو نقطه مجزا را تشخیص داد. این تمایز بین نقاط نیز در شکل ۵۰-۱۶ نشان داده شده است.

The normal visual acuity of the human eye for discriminating between point sources of light is about 25 seconds of arc. That is, when light rays from two separate points strike the eye with an angle of at least 25 seconds between them, they can usually be recognized as two points instead of one. This means that a person with normal visual acuity looking at two bright pinpoint spots of light 10 meters away can barely distinguish the spots as separate entities when they are 1.5 to 2 millimeters apart.

حدت بینایی طبیعی چشم انسان برای تمایز بین منابع نقطه ای نور حدود ۲۵ ثانیه قوس است. یعنی وقتی پرتوهای نور از دو نقطه مجزا با زاویه حداقل ۲۵ ثانیه بین آنها برخورد می‌کند، معمولاً می‌توان آنها را به جای یک نقطه دو نقطه تشخیص داد. این بدان معناست که فردی با حدت بینایی معمولی که به دو نقطه نورانی روشن در فاصله ۱۰ متری نگاه می‌کند، به سختی می‌تواند این لکه‌ها را در فاصله ۱.۵ تا ۲ میلی‌متری از هم تشخیص دهد.

The fovea is less than 0.5 millimeter (<500 micrometers) in diameter, which means that maximum visual acuity occurs in less than 2 degrees of the visual field. Outside this foveal area, the visual acuity becomes progressively poorer, decreasing more than 10-fold as the periphery is approached. This is caused by the connection of more and more rods and cones to each optic nerve fiber in the non- foveal, more peripheral parts of the retina, as discussed in Chapter 52.

قطر فووآ کمتر از ۰.۵ میلی متر (کمتر از ۵۰۰ میکرومتر) است، به این معنی که حداکثر حدت بینایی در کمتر از ۲ درجه میدان بینایی رخ می‌دهد. در خارج از این ناحیه فووئال، حدت بینایی به تدریج ضعیف‌تر می‌شود و با نزدیک شدن به محیط، بیش از ۱۰ برابر کاهش می‌یابد. این به دلیل اتصال بیشتر و بیشتر میله‌ها و مخروط‌ها به هر فیبر عصب بینایی در بخش‌های غیر فووئال و محیطی شبکیه است که در فصل ۵۲ بحث شد.

Clinical Method for Stating Visual Acuity. The chart for testing eyes usually consists of letters of different sizes placed 20 feet away from the person being tested. If the person can see well the letters of a size that he or she should be able to see at 20 feet, the person is said to have 20/20 vision that is, normal vision. If the person can see only letters that he or she should be able to see at 200 feet, the person is said to have 20/200 vision. In other words, the clinical method for expressing visual acuity is to use a mathematical fraction that expresses the ratio of two distances, which is also the ratio of a person’s visual acuity to that of a person with normal visual acuity.

روش بالینی برای بیان حدت بینایی. نمودار برای آزمایش چشم معمولاً شامل حروفی با اندازه‌های مختلف است که در فاصله ۲۰ فوتی از فرد مورد آزمایش قرار می‌گیرند. اگر شخص بتواند حروف اندازه ای را که باید بتواند در ارتفاع ۲۰ فوتی ببیند به خوبی ببیند، گفته می‌شود که فرد دارای دید ۲۰/۲۰ است، یعنی دید طبیعی. اگر فرد بتواند تنها حروفی را ببیند که باید در ارتفاع ۲۰۰ فوتی آنها را ببیند، گفته می‌شود که بینایی ۲۰/۲۰۰ دارد. به عبارت دیگر روش بالینی برای بیان حدت بینایی استفاده از کسری ریاضی است که نسبت دو فاصله را بیان می‌کند که این نسبت بینایی فرد به فرد با حدت بینایی طبیعی نیز می‌باشد.

Figure 50-16.
Maximum visual acuity for two point sources of light.

شکل ۵۰-۱۶.
حداکثر دقت بینایی برای دو منبع نور نقطه ای.

DETERMINATION OF DISTANCE OF AN OBJECT FROM THE EYE-“DEPTH PERCEPTION”

A person normally perceives distance by three main means: (1) the sizes of the images of known objects on the retina; (2) the phenomenon of moving parallax; and (3) the phenomenon of stereopsis. This ability to determine distance is called depth perception.

تعیین فاصله یک شی از چشم – “درک عمق”

یک فرد معمولاً فاصله را با سه وسیله اصلی درک می‌کند: (۱) اندازه تصاویر اشیاء شناخته شده روی شبکیه. (۲) پدیده اختلاف منظر متحرک. و (۳) پدیده stereopsis. این توانایی برای تعیین فاصله، درک عمق نامیده می‌شود.

Determination of Distance by Sizes of Retinal Images of Known Objects. If one knows that a person being viewed is 6 feet tall, one can determine how far away the person is simply by the size of the person’s image on the retina. One does not consciously think about the size, but the brain has learned to calculate automatically from image sizes the distances of objects when the dimensions are known.

تعیین فاصله با اندازه تصاویر شبکیه اجسام شناخته شده. اگر کسی بداند که فردی که در حال مشاهده است ۶ فوت قد دارد، می‌توان به سادگی با اندازه تصویر شخص روی شبکیه، تعیین کرد که چقدر فاصله دارد. شخص آگاهانه به اندازه فکر نمی‌کند، اما مغز یاد گرفته است که به طور خودکار از اندازه تصویر فاصله اشیاء را زمانی که ابعاد مشخص است محاسبه کند.

Determination of Distance by Moving Parallax. Anoth- er important means whereby the eyes determine distance is that of moving parallax, a displacement in the apparent position of an object viewed along two different lines of sight. If a person looks off into the distance with the eyes completely still, he or she perceives no moving parallax, but when the person moves the head to one side or the other, the images of nearby objects move rapidly across the retinas, whereas the images of distant objects remain almost completely stationary. For example, by moving the head 1 inch to the side when the object is only 1 inch in front of the eye, the image moves almost all the way across the retinas, whereas the image of an object 200 feet away from the eyes does not move perceptibly. Thus, by using this mechanism of moving parallax, one can tell the relative distances of different objects even though only one eye is used.

تعیین فاصله با متحرک اختلاف منظر. وسیله مهم دیگری که چشم‌ها فاصله را تعیین می‌کنند، اختلاف منظر متحرک است، جابه جایی در موقعیت ظاهری یک جسم که در امتداد دو خط دید متفاوت مشاهده می‌شود. اگر شخصی با چشمان کاملاً ثابت به دوردست نگاه کند، اختلاف منظر متحرکی را درک نمی‌کند، اما زمانی که فرد سر را به یک طرف یا آن طرف حرکت می‌دهد، تصاویر اشیاء نزدیک به سرعت در سراسر شبکیه حرکت می‌کنند، در حالی که تصاویر اجسام دور تقریباً کاملاً ثابت می‌مانند. به عنوان مثال، با حرکت دادن سر به اندازه ۱ اینچ به طرفین هنگامی‌که جسم تنها ۱ اینچ جلوتر از چشم است، تصویر تقریباً در تمام طول شبکیه حرکت می‌کند، در حالی که تصویر یک جسم در فاصله ۲۰۰ فوتی از چشم به طور محسوسی حرکت نمی‌کند. بنابراین، با استفاده از این مکانیسم اختلاف منظر متحرک، می‌توان فواصل نسبی اجسام مختلف را تشخیص داد، حتی اگر فقط از یک چشم استفاده شود.

Determination of Distance by Stereopsis Binocular Vision. Another method whereby one perceives parallax is that of binocular vision. Because one eye is a little more than 2 inches to one side of the other eye, the images on the two retinas are different from each other. For example, an object 1 inch in front of the nose forms an image on the left side of the retina of the left eye but on the right side of the retina of the right eye, whereas a small object 20 feet in front of the nose has its image at closely corresponding points in the centers of the two retinas. This type of parallax is demonstrated in Figure 50-17, which shows the images of a red spot and a yellow square actually reversed on the two retinas because they are at different distances in front of the eyes. This gives a type of parallax that is always present when both eyes are being used. It is almost entirely this binocular parallax (or stereopsis) that gives a person with two eyes far greater ability to judge relative distances when objects are nearby than a person who has only one eye. However, stereopsis is virtually useless for depth perception at distances beyond 50 to 200 feet.

تعیین فاصله با دید دوچشمی‌استریوپسیس. روش دیگری که در آن فرد اختلاف منظر را درک می‌کند، بینایی دو چشمی‌است. از آنجایی که یک چشم کمی‌بیشتر از ۲ اینچ با یک طرف چشم دیگر فاصله دارد، تصاویر روی دو شبکیه با یکدیگر متفاوت است. به عنوان مثال، یک جسم ۱ اینچی در جلوی بینی تصویری را در سمت چپ شبکیه چشم چپ اما در سمت راست شبکیه چشم راست تشکیل می‌دهد، در حالی که یک جسم کوچک ۲۰ فوتی جلوی بینی تصویر خود را در نقاط نزدیک به هم در مرکز دو شبکیه دارد. این نوع اختلاف منظر در شکل ۵۰-۱۷ نشان داده شده است، که تصاویر یک نقطه قرمز و یک مربع زرد را نشان می‌دهد که در واقع بر روی دو شبکیه معکوس شده اند، زیرا آنها در فواصل مختلف جلوی چشم قرار دارند. این یک نوع اختلاف منظر ایجاد می‌کند که همیشه هنگام استفاده از هر دو چشم وجود دارد. تقریباً تماماً این اختلاف منظر دوچشمی‌(یا استریوپسیس) است که به فردی با دو چشم توانایی بسیار بیشتری برای قضاوت در فواصل نسبی هنگامی‌که اشیاء در نزدیکی هستند نسبت به شخصی که فقط یک چشم دارد می‌دهد. با این حال، استریوپسیس عملاً برای درک عمق در فواصل بیش از ۵۰ تا ۲۰۰ فوت بی فایده است.

Figure 50-17.
Perception of distance by the size of the image on the retina (1) and as a result of stereopsis (2).

شکل ۵۰-۱۷.
درک فاصله با اندازه تصویر روی شبکیه (۱) و در نتیجه استریوپسیس (۲).

FLUID SYSTEM OF THE EYE- INTRAOCULAR FLUID

The eye is filled with intraocular fluid, which maintains sufficient pressure in the eyeball to keep it distended. Figure 50-18 demonstrates that this fluid can be divided into two portions-aqueous humor, which lies in front of the lens, and vitreous humor, which is between the posterior surface of the lens and the retina. The aqueous humor is a freely flowing fluid, whereas the vitreous humor, some- times called the vitreous body, is a gelatinous mass held together by a fine fibrillar network composed primarily of greatly elongated proteoglycan molecules. Both water and dissolved substances can diffuse slowly in the vitreous humor, but there is little flow of fluid.

سیستم مایع چشم – مایع داخل چشمی

چشم پر از مایع داخل چشمی‌است که فشار کافی را در کره چشم حفظ می‌کند تا آن را متسع نگه دارد. شکل ۱۸-۵۰ نشان می‌دهد که این مایع را می‌توان به دو قسمت تقسیم کرد: زلالیه که در جلوی عدسی قرار دارد و زجاجیه که بین سطح خلفی عدسی و شبکیه قرار دارد. زلالیه مایعی است که آزادانه جریان دارد، در حالی که مایع زجاجیه که گاهی اوقات جسم زجاجیه نامیده می‌شود، یک توده ژلاتینی است که توسط یک شبکه فیبریلار ظریف تشکیل شده است که عمدتاً از مولکول‌های پروتئوگلیکان بسیار کشیده تشکیل شده است. آب و مواد محلول می‌توانند به آرامی‌در زجاجیه پخش شوند، اما جریان کمی‌از مایع وجود دارد.

Aqueous humor is continually being formed and reabsorbed. The balance between formation and reabsorption of aqueous humor regulates the total volume and pressure of the intraocular fluid.

زلالیه به طور مداوم در حال تشکیل و بازجذب است. تعادل بین تشکیل و بازجذب زلالیه، حجم کل و فشار مایع داخل چشم را تنظیم می‌کند.

FORMATION OF AQUEOUS HUMOR BY THE CILIARY BODY

Aqueous humor is formed in the eye at an average rate of 2 to 3 μL/min. Essentially all of it is secreted by the ciliary processes, which are linear folds projecting from the ciliary body into the space behind the iris where the lens ligaments and ciliary muscle attach to the eyeball. A cross section of these ciliary processes is shown in Figure 50-19, and their relation to the fluid chambers of the eye can be seen in Figure 50-18. Because of their folded architecture, the total surface area of the ciliary processes is about 6 square centimeters in each eye-a large area, considering the small size of the ciliary body. The surfaces of these processes are covered by highly secretory epithelial cells, and immediately beneath them is a highly vascular area.

تشکیل مایع زلالیه توسط جسم مژگانی

زلالیه با سرعت متوسط ​​۲ تا ۳ میکرولیتر در دقیقه در چشم تشکیل می‌شود. اساساً تمام آن توسط فرآیندهای مژگانی ترشح می‌شود، که چین‌های خطی هستند که از جسم مژگانی به فضای پشت عنبیه که در آن رباط‌های عدسی و عضله مژگانی به کره چشم متصل می‌شوند، بیرون می‌آیند. مقطعی از این فرآیندهای مژگانی در شکل ۵۰-۱۹ نشان داده شده است و ارتباط آنها با محفظه‌های مایع چشم در شکل ۵۰-۱۸ قابل مشاهده است. به دلیل معماری چین خورده، سطح کل فرآیندهای مژگانی حدود ۶ سانتی متر مربع در هر چشم است – یک ناحیه بزرگ، با توجه به اندازه کوچک جسم مژگانی. سطوح این فرآیندها توسط سلول‌های اپیتلیال بسیار ترشحی پوشیده شده است و بلافاصله در زیر آنها یک ناحیه بسیار عروقی وجود دارد.

Aqueous humor is formed almost entirely as an active secretion by the epithelium of the ciliary processes. Secretion begins with active transport of sodium ions into the spaces between the epithelial cells. The sodium ions pull chloride and bicarbonate ions along with them to maintain electrical neutrality. Then, all these ions together cause osmosis of water from the blood capillaries lying below into the same epithelial intercellular spaces; the resulting solution washes from the spaces of the ciliary processes into the anterior chamber of the eye. In addition, several nutrients are transported across the epithelium by active transport or facilitated diffusion, including amino acids, ascorbic acid, and glucose.

زلالیه تقریباً به طور کامل به عنوان یک ترشح فعال توسط اپیتلیوم فرآیندهای مژگانی تشکیل می‌شود. ترشح با انتقال فعال یون‌های سدیم به فضاهای بین سلول‌های اپیتلیال شروع می‌شود. یون‌های سدیم یون‌های کلرید و بی کربنات را به همراه خود می‌کشند تا خنثی الکتریکی را حفظ کنند. سپس، همه این یون‌ها با هم باعث اسمز آب از مویرگ‌های خونی در زیر همان فضاهای بین سلولی اپیتلیال می‌شوند. محلول حاصل از فضاهای فرآیندهای مژگانی به اتاق قدامی‌چشم شسته می‌شود. علاوه بر این، چندین ماده مغذی از جمله اسیدهای آمینه، اسید اسکوربیک و گلوکز از طریق انتقال فعال یا انتشار تسهیل شده در سراسر اپیتلیوم منتقل می‌شوند.

Figure 50-18.
Formation and flow of fluid in the eye.

شکل ۵۰-۱۸.
تشکیل و جریان مایع در چشم.

Figure 50-19.
Anatomy of the ciliary processes. Aqueous humor is formed on surfaces.

شکل ۵۰-۱۹.
آناتومی زائده‌های مژگانی. زلالیه روی سطوح تشکیل می‌شود.

Figure 50-20.
Anatomy of the iridocorneal angle showing the system for outflow of aqueous humor from the eyeball into the conjunctival veins.

شکل ۵۰-۲۰.
آناتومی زاویه iridocorneal که سیستم خروج زلالیه از کره چشم به وریدهای ملتحمه را نشان می‌دهد.

OUTFLOW OF AQUEOUS HUMOR FROM THE EYE

After aqueous humor is formed by the ciliary processes, it first flows, as shown in Figure 50-18, through the pupil into the anterior chamber of the eye. From here, the fluid flows anterior to the lens and into the angle between the cornea and the iris, then through a meshwork of trabeculae, and finally entering the canal of Schlemm, which empties into extra- ocular veins. Figure 50-20 demonstrates the anatomical structures at this iridocorneal angle, showing that the spaces between the trabeculae extend all the way from the anterior chamber to the canal of Schlemm. The canal of Schlemm is a thin-walled vein that extends circumferentially all the way around the eye. Its endothelial membrane is so porous that even large protein molecules, as well as small particulate matter up to the size of red blood cells, can pass from the anterior chamber into the canal of Schlemm. Even though the canal of Schlemm is actually a venous blood vessel, so much aqueous humor normally flows into it that it is filled only with aqueous humor rather than with blood. The small veins that lead from the canal of Schlemm to the larger veins of the eye usually contain only aqueous humor; they are called aqueous veins.

خروج مایع زلالیه از چشم

پس از تشکیل زلالیه توسط زائده‌های مژگانی، ابتدا همانطور که در شکل ۵۰-۱۸ نشان داده شده است، از طریق مردمک به اتاقک قدامی‌چشم جریان می‌یابد. از اینجا، مایع در جلوی عدسی و به زاویه بین قرنیه و عنبیه جریان می‌یابد، سپس از طریق شبکه ای از ترابکول‌ها، و در نهایت وارد کانال شلم می‌شود که به وریدهای خارج چشمی‌تخلیه می‌شود. شکل ۵۰-۲۰ ساختارهای آناتومیکی را در این زاویه iridocorneal نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که فضاهای بین ترابکول‌ها از اتاق قدامی‌تا کانال شلم امتداد دارند. کانال شلم یک سیاهرگ با دیواره نازک است که به طور محیطی تا اطراف چشم امتداد دارد. غشای اندوتلیال آن به قدری متخلخل است که حتی مولکول‌های پروتئینی بزرگ و همچنین ذرات کوچک تا اندازه گلبول‌های قرمز خون می‌توانند از محفظه قدامی‌وارد کانال شلم شوند. اگرچه کانال شلم در واقع یک رگ خونی وریدی است، اما معمولاً آنقدر مایع آبی در آن جریان می‌یابد که به جای خون، فقط با زلالیه پر می‌شود. وریدهای کوچکی که از کانال شلم به وریدهای بزرگتر چشم منتهی می‌شوند معمولاً فقط حاوی زلالیه هستند. آنها وریدهای آبی نامیده می‌شوند.

INTRAOCULAR PRESSURE

The average normal intraocular pressure is about 15 mm Hg, with a range from 12 to 20 mm Hg

فشار داخل چشمی

متوسط ​​فشار داخل چشمی‌طبیعی حدود ۱۵ میلی متر جیوه با دامنه بین ۱۲ تا ۲۰ میلی متر جیوه است.

Measuring Intraocular Pressure by Tonometry. Because it is impractical to pass a needle into a patient’s eye to measure intraocular pressure, this pressure is measured clinically by using a “tonometer,” the principle of which is shown in Figure 50-21. The cornea of the eye is anesthetized with a local anesthetic, and the footplate of the tonometer is placed on the cornea. A small force is then applied to a central plunger, causing the part of the cornea beneath the plunger to be displaced inward. The amount of displacement is recorded on the scale of the tonometer, and this is calibrated in terms of intraocular pressure.

اندازه گیری فشار داخل چشم با تونومتری. از آنجایی که عبور سوزن به چشم بیمار برای اندازه گیری فشار داخل چشم غیر عملی است، این فشار به صورت بالینی با استفاده از “تونومتر” اندازه گیری می‌شود که اصل آن در شکل ۵۰-۲۱ نشان داده شده است. قرنیه چشم با بی حسی موضعی بی حس می‌شود و صفحه پای تونومتر روی قرنیه قرار می‌گیرد. سپس نیروی کمی‌به یک پیستون مرکزی وارد می‌شود و باعث می‌شود بخشی از قرنیه زیر پیستون به سمت داخل جابجا شود. مقدار جابجایی بر روی مقیاس تونومتر ثبت می‌شود و از نظر فشار داخل چشم کالیبره می‌شود.

Figure 50-21. Principles of the tonometer.

شکل ۵۰-۲۱. اصول تونومتر

Regulation of Intraocular Pressure. Intraocular pressure remains constant in the normal eye, usually within ±۲ mm Hg of its normal level, which averages about 15 mm Hg. The level of this pressure is determined mainly by the resistance to outflow of aqueous humor from the anterior chamber into the canal of Schlemm. This outflow resistance results from the meshwork of trabeculae through which the fluid must percolate on its way from the lateral angles of the anterior chamber to the wall of the canal of Schlemm. These trabeculae have minute openings of only 2 to 3 micrometers. The rate of fluid flow into the canal increases markedly as the pressure rises. At about 15 mm Hg in the normal eye, the amount of fluid leaving the eye via the canal of Schlemm usually averages 2.5 μl/min and equals the inflow of fluid from the ciliary body. The pressure normally remains at about this level of 15 mm Hg.

تنظیم فشار داخل چشم.فشار داخل چشم در چشم طبیعی ثابت می‌ماند، معمولاً در محدوده ± ۲ میلی متر جیوه از سطح طبیعی آن، که به طور متوسط ​​حدود ۱۵ میلی متر جیوه است. سطح این فشار عمدتاً با مقاومت در برابر خروج زلالیه از محفظه قدامی‌به کانال شلم تعیین می‌شود. این مقاومت خروجی ناشی از شبکه ترابکول است که از طریق آن مایع باید در مسیر خود از زوایای جانبی محفظه قدامی‌به دیواره کانال شلم نفوذ کند. این ترابکول‌ها دارای دهانه‌های دقیقه ای فقط ۲ تا ۳ میکرومتر هستند. با افزایش فشار، سرعت جریان سیال به داخل کانال به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. در حدود ۱۵ میلی متر جیوه در چشم طبیعی، مقدار مایعی که از طریق کانال شلم از چشم خارج می‌شود معمولاً ۲.۵ میکرولیتر در دقیقه است و برابر است با جریان مایع از جسم مژگانی. فشار معمولاً در این سطح ۱۵ میلی متر جیوه باقی می‌ماند.

Mechanism for Cleansing the Trabecular Spaces and Intraocular Fluid. When large amounts of debris are present in the aqueous humor, as occurs after hemorrhage into the eye or during intraocular infection, the debris is likely to accumulate in the trabecular spaces leading from the anterior chamber to the canal of Schlemm; this debris can prevent adequate reabsorption of fluid from the anterior chamber, sometimes causing “glaucoma,” as explained subsequently. However, on the surfaces of the trabecular plates are large numbers of phagocytic cells. Immediately outside the canal of Schlemm is a layer of interstitial gel that contains large numbers of reticuloendothelial cells that have an extremely high capacity for engulfing debris and digesting it into small molecular substances that can then be absorbed. Thus, this phagocytic system keeps the trabecular spaces cleaned. The surface of the iris and other surfaces of the eye behind the iris are covered with an epithelium that can phagocytize proteins and small particles from the aqueous humor, thereby helping maintain a clear fluid.

مکانیسم پاکسازی فضاهای ترابکولار و مایع داخل چشمی. هنگامی‌که مقادیر زیادی زباله در زلالیه وجود دارد، همانطور که پس از خونریزی در چشم یا در طول عفونت داخل چشمی‌اتفاق می‌افتد، احتمالاً زباله‌ها در فضاهای ترابکولار منتهی به اتاق قدامی‌به کانال شلم جمع می‌شوند. این زباله‌ها می‌توانند از بازجذب کافی مایع از محفظه قدامی‌جلوگیری کنند که گاهی باعث ایجاد گلوکوم می‌شود، همانطور که در ادامه توضیح داده شد. با این حال، روی سطوح صفحات ترابکولار تعداد زیادی سلول فاگوسیتی وجود دارد. بلافاصله در خارج از کانال شلم لایه ای از ژل بینابینی وجود دارد که حاوی تعداد زیادی سلول رتیکولواندوتلیال است که ظرفیت بسیار بالایی برای جذب زباله‌ها و هضم آن‌ها به مواد مولکولی کوچکی دارند که سپس می‌توانند جذب شوند. بنابراین، این سیستم فاگوسیتی، فضاهای ترابکولار را تمیز نگه می‌دارد. سطح عنبیه و سایر سطوح چشم در پشت عنبیه با یک اپیتلیوم پوشیده شده است که می‌تواند پروتئین‌ها و ذرات کوچک زلالیه را فاگوسیت کند و در نتیجه به حفظ مایع شفاف کمک می‌کند.

“Glaucoma” Causes High Intraocular Pressure and Is a Principal Cause of Blindness. Glaucoma, one of the most common causes of blindness, is a disease of the eye in which the intraocular pressure becomes pathologically high, sometimes rising acutely to 60 to 70 mm Hg. Pres- sures above 25 to 30 mm Hg can cause loss of vision when maintained for long periods. Extremely high pressures can cause blindness within days or even hours. As the pressure rises, the axons of the optic nerve are compressed where they leave the eyeball at the optic disc. This compression is believed to block axonal flow of cytoplasm from the retinal neuronal cell bodies into the optic nerve fibers leading to the brain. The result is lack of appropriate nutrition of the fibers, which eventually causes death of the involved fibers. It is possible that compression of the retinal artery, which enters the eyeball at the optic disc, also adds to the neuronal damage by reducing nutrition to the retina.

“گلوکوم” باعث فشار داخل چشمی‌بالا می‌شود و یکی از دلایل اصلی نابینایی است. گلوکوم، یکی از شایع ترین علل نابینایی، بیماری چشمی‌است که در آن فشار داخل چشم به طور پاتولوژیک بالا می‌رود و گاهی اوقات به طور حاد به ۶۰ تا ۷۰ میلی متر جیوه می‌رسد. فشارهای بالای ۲۵ تا ۳۰ میلی‌متر جیوه می‌تواند باعث از دست دادن بینایی شود، در صورتی که برای مدت طولانی حفظ شود. فشارهای بسیار بالا می‌تواند در عرض چند روز یا حتی چند ساعت باعث نابینایی شود. با افزایش فشار، آکسون‌های عصب بینایی در جایی که کره چشم را در دیسک بینایی ترک می‌کنند، فشرده می‌شوند. اعتقاد بر این است که این فشرده‌سازی جریان آکسونی سیتوپلاسم را از بدن سلول‌های عصبی شبکیه به فیبرهای عصبی بینایی منتهی به مغز مسدود می‌کند. نتیجه عدم تغذیه مناسب الیاف است که در نهایت باعث مرگ الیاف درگیر می‌شود. ممکن است فشردگی شریان شبکیه که در دیسک بینایی وارد کره چشم می‌شود نیز با کاهش تغذیه شبکیه به آسیب نورونی اضافه کند.

In most cases of glaucoma, the abnormally high pressure results from increased resistance to fluid outflow through the trabecular spaces into the canal of Schlemm at the iridocorneal junction. For example, in acute eye inflammation, white blood cells and tissue debris can block these trabecular spaces and cause an acute increase in intraocular pressure. In chronic conditions, especially in older persons, fibrous occlusion of the trabecular spaces appears to be the likely culprit.

در بیشتر موارد گلوکوم، فشار بالای غیرعادی ناشی از افزایش مقاومت در برابر خروج مایع از طریق فضاهای ترابکولار به کانال شلم در محل اتصال iridocorneal است. به عنوان مثال، در التهاب حاد چشم، گلبول‌های سفید و بقایای بافتی می‌توانند این فضاهای ترابکولار را مسدود کرده و باعث افزایش شدید فشار داخل چشم شوند. در شرایط مزمن، به ویژه در افراد مسن، انسداد فیبری فضاهای ترابکولار به نظر می‌رسد مقصر احتمالی باشد.

Glaucoma can sometimes be treated by placing drops in the eye that contain a drug that diffuses into the eyeball and reduces the secretion or increases the absorption of aqueous humor. When drug therapy fails, operative techniques to open the spaces of the trabeculae or make channels to al- low fluid to flow directly from the fluid space of the eyeball into the subconjunctival space outside the eyeball can often reduce the pressure effectively.

گاهی اوقات می‌توان گلوکوم را با گذاشتن قطره‌هایی در چشم که حاوی دارویی است که در کره چشم منتشر می‌شود و ترشح را کاهش می‌دهد یا جذب زلالیه را افزایش می‌دهد، درمان کرد. هنگامی‌که درمان دارویی با شکست مواجه می‌شود، تکنیک‌های جراحی برای باز کردن فضاهای ترابکول یا ایجاد کانال‌هایی برای جریان یافتن مستقیم مایع از فضای مایع کره چشم به فضای زیر ملتحمه خارج از کره چشم اغلب می‌تواند فشار را به طور موثر کاهش دهد.