目の光学系

人間の眼は、角膜、前房水、水晶体、硝子体からなる複雑な光学系です。眼の屈折力は、角膜前面、水晶体前面と後面の曲率半径の大きさ、それらの距離、そして角膜、水晶体、房水、硝子体の屈折率によって決まります。角膜組織と前房水の屈折率は同じであるため、角膜後面の屈折力は考慮されません（ご存知のとおり、光線の屈折は屈折率の異なる媒質の境界でのみ可能です）。

従来、眼の屈折面は球面であり、その光軸は一致している、つまり眼は中心系であると考えられてきました。しかし実際には、眼の光学系には多くの誤差があります。例えば、角膜は中心部のみが球面であり、水晶体の外層の屈折率は内層よりも低く、互いに直交する2つの平面における光線の屈折度は一定ではありません。さらに、眼の光学特性は人によって大きく異なるため、正確に測定することは容易ではありません。こうした要因が、眼の光学定数の計算を複雑にしています。

光学系の屈折力を評価する際には、従来から用いられている単位であるディオプター（略称：dptr）が用いられます。1dptrは、主焦点距離が1mのレンズの屈折力を表します。ディオプター（D）は焦点距離（F）の逆数です。

D=1/F

したがって、焦点距離が 0.5 m のレンズの屈折力は 2.0 dptrs、2 m では 0.5 dptrs などになります。凸レンズ (収束レンズ) の屈折力はプラス記号で示され、凹レンズ (発散レンズ) の屈折力はマイナス記号で示され、レンズ自体はそれぞれ正と負と呼ばれます。

正レンズと負レンズを見分ける簡単な方法があります。そのためには、レンズを目から数センチ離し、例えば水平方向に動かします。正レンズを通して物体を見ると、その像はレンズの動きと反対方向に移動します。負レンズを通して見ると、その反対方向に移動します。

眼の光学系に関する計算を実行するために、多数の眼を測定することによって得られた光学定数の平均値に基づいて、このシステムの簡略化されたスキームが提案されています。

最も成功したのは、1928 年に VK ヴェルビツキーが提案した概略縮小眼です。その主な特徴は、主平面が角膜の頂点に接すること、角膜の曲率半径が 6.82 mm、前後軸の長さが 23.4 mm、網膜の曲率半径が 10.2 mm、眼内媒体の屈折率が 1.4、総屈折力が 58.82 ディオプターであることです。

他の光学系と同様に、眼球も様々な収差（ラテン語のaberratio（偏差）に由来）の影響を受けます。これは眼球光学系の欠陥であり、網膜上の物体像の質を低下させます。球面収差により、点光源から発せられた光線は、一点ではなく、眼球の光軸上の特定の領域に集まります。その結果、網膜上に光の散乱円が形成されます。「正常な」人間の眼球の場合、この領域の深さは0.5～1.0ジオプターです。

色収差の結果、短波長側（青緑）の光線は、長波長側（赤）の光線よりも角膜から近い距離で眼球内で交差します。これらの光線の眼球内における焦点間隔は、1.0 Dptrに達することがあります。

ほぼすべての眼には、角膜と水晶体の屈折面が理想的な球面度を欠いているために生じる別の収差があります。例えば、角膜の非球面度は、仮想プレートを角膜上に装着することで解消できます。仮想プレートを角膜上に装着することで、眼は理想的な球面系になります。球面度が欠如すると、網膜上の光の分布が不均一になります。つまり、輝点は網膜上に複雑な像を形成し、その上で最大光量領域が識別されます。近年、この収差が最大視力に及ぼす影響は、「正常な」眼においても積極的に研究されており、その矯正といわゆる監視（例えばレーザーを用いた）の実現を目指しています。

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眼の光学系の形成

様々な動物の視覚器官を生態学的観点から観察すると、屈折の適応的性質、すなわち、それぞれの動物種の生活活動や生息地の特性に応じて最適な視覚的指向性を提供する光学系としての眼の形成が証明されます。明らかに、人間が主に正視に近い屈折特性を持つのは偶然ではなく、歴史的かつ生態学的に条件付けられており、その活動の多様性に応じて遠くの物体と近くの物体の両方を明瞭に見ることができるからです。

ほとんどの成人に見られる正視への屈折の規則的な接近は、眼の解剖学的要素と光学的要素の間に高い逆相関関係として現れます。すなわち、眼の成長過程において、光学装置の屈折力はより大きくなり、前後軸はより短くなる傾向が見られ、逆に屈折力はより小さくなり、前後軸はより長くなる傾向が見られます。したがって、眼の成長は規則的なプロセスです。眼の成長は、単に眼の大きさが大きくなることではなく、環境条件、種や個体特性による遺伝的要因の影響下で、複雑な光学系としての眼球が方向づけられて形成される過程として理解されるべきです。

眼の屈折を決定する二つの要素、すなわち解剖学的要素と光学的要素のうち、解剖学的要素は（特に前後軸の大きさにおいて）はるかに「可動性」が高い。眼の屈折の形成に対する身体の調節的影響は、主に解剖学的要素を通して実現される。

新生児の目は、一般的に屈折力が弱いことが分かっています。子供が成長するにつれて屈折力は増加し、遠視の度合いは減少し、弱い遠視は正視、さらには近視へと変化します。正視の目が近視になる場合もあります。

子どもの生後3年間は、眼球が急速に成長し、角膜の屈折力と眼軸長が増加します。5～7歳になると、眼軸長は22mmに達し、成人の眼の約95%の大きさになります。眼球の成長は14～15歳まで続きます。この年齢になると、眼軸長は23mmに近づき、角膜の屈折力は43.0ディオプターになります。

目が成長するにつれて、臨床的屈折の変動は減少し、ゆっくりと増加して、正視へと向かいます。

生後数年間は、屈折異常の最も一般的なタイプは遠視です。年齢が上がるにつれて、遠視の有病率は低下し、正視と近視の有病率は増加します。近視の有病率は特に顕著に増加し、11～14歳から増加し始め、19～25歳では約30%に達します。この年齢における遠視と正視の割合は、それぞれ約30%と40%です。

さまざまな著者によって示された、小児の眼屈折の個々のタイプの有病率の定量的指標は大きく異なりますが、加齢とともに眼屈折が変化するという前述の一般的なパターンは変わりません。

現在、小児の眼屈折の平均年齢基準を確立し、この指標を用いて実務上の問題を解決しようとする試みがなされています。しかし、統計データの分析が示すように、同年齢の小児における屈折度数の差は非常に大きいため、このような基準は条件付きでしか設定できません。

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