Oko jako optická soustava

Oko je párový orgán zraku a zároveň nejsložitější smyslový orgán lidského těla. Jeho hlavní částí je spojná optická soustava, která na sítnici vytváří skutečné, zmenšené a převrácené obrazy předmětů. Oko je spojeno zrakovým nervem s mozkem. Zrakový nerv je umístěn v zadní části oka. Zobrazená informace se přenáší zrakovým nervem do mozku v podobě impulsů. Každé oko vnímá sledované předměty z trochu jiného úhlu a vysílá tedy do mozku nepatrně odlišné informace. V raném věku dítěte se mozek učí tyto dva odlišné obrazy skládat dohromady, jinak by člověk viděl dvojitě. Díky složení dvou obrazů lze sledované předměty vnímat prostorově. Díky zpracování přiváděných impulsů v mozku vnímáme sledované předměty ve správné orientaci. Při průchodu světla čočkou se totiž světelné paprsky lámou a rozkládají a na sítnici dopadne obraz vzhůru nohama. Protože je však nepohodlné chodit po hlavě jen proto, abychom předměty viděli správně orientované, mozek obraz otáčí. Mozek ale potřebuje určitý čas, aby se naučil obraz otáčet, a tak malé děti vidí vzhůru nohama.

Oko tvoří oční koule uložená v tukovém polštáři v očnici, jež má tvar pyramidy s vrcholem mířícím dovnitř a jejíž kostěné stěny tvoří pevnou ochranu pro oko. U dospělého zdravého člověka má oční koule průměr asi 24 mm a téměř dokonale kulovitý tvar. Oční koule se skládá ze 3 vrstev. Oční koule je vyplněna čirou, rosolovitou tekutinou, sklivcem, před nímž je průhledná rosolovitá čočka, zavěšená na řasnatém tělese. K němu se upínají čočkovité vazy, jemná vlákénka přidržující čočku na místě. Při akomodaci se vlákénka uvolní stahem svalů tělesa a čočka se stane vypuklejší a tím i lomivější. Čočka tak zaostřuje obraz blízkých předmětů (předměty vzdálené méně než šest metrů nevytvářejí na sítnici ostrý obraz). Při uvolnění svalů se řasnaté těleso oploští, vlákénka se napnou a svým tahem oploští čočku. Tak se tak stává méně lomivou (zaostření na vzdálené předměty). Prostor před čočkou rozděluje duhovka (průměr duhovky ve tmě je 6 mm a na světle 2 mm) na dvě části – přední a zadní oční komoru, které jsou vyplněny komorovou vodou. Ta vzniká přestupem tekutiny z krevní plazmy v řasatém tělese, dodává předním částem oka kyslík a živiny a odvádí odpadní látky. Rohovka, komorová voda, čočka a sklivec tvoří lomivá prostředí (optická média oka) a zajišťují výsledný ostrý obraz na sítnici. Přídatnými orgány oka jsou oční víčka, spojivka a slzné ústrojí. Slzy produkované slznou žlázou chrání oko před vysycháním a zajišťují odplavování nečistot.

Oční čočka je dvojvypuklá spojka, jejíž index lomu se zvětšuje od povrchu k jejímu vnitřku. Její vzdálenost od sítnice je stálá. Zaostřování oka na předměty, které jsou od něho v různých vzdálenostech, tzv. akomodace oka, se uskutečňuje tak, že kruhový ciliární sval (obkružuje čočku) více či méně napíná čočku; tak se mění její zakřivení, a tím i optická mohutnost.

Akomodační schopnost normálního zdravého oka má určité hranice. Nejbližší bod, který se ostře zobrazí na sítnici (při největší akomodaci), se nazývá blízký bod. Body k oku bližší se zobrazují neostře. Nejvzdálenější bod, který se ostře zobrazí na sítnici, se nazývá daleký bod. Pro normální oko je daleký bod v nekonečnu; ciliární sval je uvolněný- oko je bez akomodace. Oko se nejvíce akomoduje při pozorování předmětů v okolí blízkého bodu. Tehdy se nejvíce namáhá a brzy se unaví. Vzdálenost, v níž můžeme předměty dosti dlouho pozorovat (psát, číst…) bez větší únavy, je asi 25 cm. Nazýváme ji konvenční zraková vzdálenost d, pro ni se tedy zavádí hodnota d=25 cm.

Člověk má zrak uzpůsoben k vnímání pásma vlnových délek asi 400 – 750 nm (modrofialová - červená). Při dostatečném osvětlení vidíme naše okolí plně barevně (fotopicky), což je zajištěno čípky (orgány na rozeznávání barev) zelené a červené světlo, při malé intenzitě světla se aktivují tyčinky (orgány citlivé na světlo), které reagují pouze na intenzitu dopadajícího světla a zajišťují černobílé vidění za šera. Největší hustota čípků je v okolí žluté skvrny, kde vidíme obraz nejostřeji a oko instinktivně zaměřuje promítání obrazu na sítnici do tohoto bodu. Naopak ve slepé skvrně nejsou žádné světločivné buňky, a tedy obraz promítnutý do tohoto bodu mozek vůbec neregistruje.

Normální oko vytváří na sítnici obrazy všech předmětů, které jsou mezi blízkým a dalekým bodem. Je-li oční koule příliš dlouhá, tak že rohovka a čočka nemohou obraz dokonale zaostřit na sítnici, nastává krátkozrakost (brýle s rozptylkou, čočka má příliš velkou optickou mohutnost, obraz se tvoří před sítnicí). V opačném případě, když je oční koule relativně krátká, leží ohnisko světelných paprsků až za sítnicí a výsledkem je dalekozrakost (brýle, v nichž je použita spojka, optická mohutnost čočky je malá).

Velikost obrazu na sítnici závisí na velikosti zorného úhlu , který svírají světelné paprsky procházející optickým středem čočky a okraji předmětu. Čím blíže je daný předmět k oku, tím větší je zorný úhel. Oko je schopno rozlišit dva předměty, když je vidí pod zorným úhlem . Když , vnímá je jako jediný bod.

Krátkodobý zrakový vjem při běžném osvětlení předmětu se zachová po dobu asi 0,1 s. Toto zachování vjemu je potřebné pro každodenní život a umožňuje vnímat posloupnost rychle se střídajících obrazů (film, televize) jako plynulý děj.

Vidění oběma očima a následné zpracování podnětů od obou očí v mozku umožňují prostorové vnímání, které se uplatňuje při pozorování předmětů do vzdálenosti asi 450 m.