안구는 광학적으로 공통적인 축을 지닌 다수의 렌즈 합성체로 여겨지며 안구의 굴절 상태는 각 구면의 곡률 반경과 안축 길이와 매체 간의 굴절률 차로 만들어진다.
안구로 들어가는 광선은 각막과 눈물층에서 꺾여 방수를 지나가고 수정체에서 또 꺾여 굴절되고 그 후 유리체를 지나간 뒤 카메라의 필름과 비슷한 역할인 망막에 상을 맺으며 각막의 굴절력은 약 43 디옵터이고 안구의 중요한 굴절면을 이루고 초점 거리가 픽스되어 있는데 수정체에는 조절 기능이 있기에 굽은 상태와 두께가 변해서 원거리와 근거리의 물체를 보게 하며 젊은이에게서 수정체의 굴절력은 19~33D로 매번 바뀔 수 있으며 안구 굴절력은 대게 수정체의 굴절력과 각막과 안축 길이에 의해 정해진다. 조절을 하지 않고 6미터 이상의 사물에서 온 평행 광선이 안구에 들어와 망막에 초점이 맺히면 이것을 정시안이라 부르며 굴절에 이상이 없는 것으로 보며 망막보다 앞쪽에서 초점이 맺히면 근시이고 망막보다 뒤쪽에 맺히면 원시라고 부르며 안구의 굴절력이 모든 경선에 다른 상황 즉 완전한 둥근 모양이 아니므로 평행 광선이 한 지점에서 초점을 맺게 하지 못하는 것은 난시라 부르며 이 난시와 원시와 근시와 같은 굴절 이상을 비 정시안이라 부른다. 근시인 상황에서 사물이 무한대 지점에 있으면 망막의 앞쪽에 상이 맺히지만 사물을 점점 안구에 접근시키면 어느 한 지점에 일러 망막에 상이 맺히며 이렇게 조절하지 않은 상황에서 망막에 상이 맺히는 사물의 위치를 원점이라 부르고 안구의 앞 주 초점과의 간격을 원점 거리라 하며 원점의 지점은 근시에서는 안구 앞에 유한한 거리 안에 있으며 정시에서는 무한대 원거리에 있고 원시에서는 안구 뒤의 유한 거리에 있는 것으로 보며 비 정시안의 굴절이상은 원점 거리의 역수 디옵터로 나타낸다. 원시에서는 평행 광선이 안구 뒤에 상을 맺고 이 상이 망막에 맺도록 하는 것은 볼록렌즈이며 이 렌즈의 굴절력을 원시 도라 하며 난시는 빛이 굴절한 후 2개의 초선을 생성하며 각각을 전초선(앞 초선)과 후 초선(뒤 초선)이라 부르며 두 초선 사이의 거리를 슈투름 간격이라 하고 그 지점의 광속 형태를 슈투름 원추라 부르며 슈투름 간격 안에는 점의 상이 정원형으로 되는 지점이 있으며 이것을 최소 착란원이라 부르며 난시는 원주 렌즈로 교정한다. 사람이 태어날 당시에는 대게 +2~+3D 정도의 원시안 상태이고 이때의 안축 길이는 16.8mm 정도이며 태어난 지 3년 정도 되었을 때 안축 길이는 약 4mm 길어지고 그 이후에 해마다 약 0.1mm 정도 길어져서 대게 14살 정도가 되면 어른과 비슷한 사이즈가 되며 수정체와 각막도 안축 길이가 길어질 때 만곡이 감소해서 안구는 점점 정시로 되는데 일부분에서는 근시나 원시 등의 상태로 된다. 출생 시 평균 굴절이상은 +0.62±2.24D(+2~3D)이고 성인의 평균 굴절이상은 +0.75±1.5D이며 출생 시 안축장은 16.8mm이고 성인의 안축장은 23.6mm이다. 출생 시 각막의 굴절력은 51.2D이고 성인의 각막 굴절력은 43.5D이다.
출생 시 수정체의 굴절력은 34.4D이고 성인의 수정체 굴절력은 18.8D이다.
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