Људско око, као део чула вида, има две основне функције. Једна је стварање оптичке слике на пријемним ћелијама мрежњаче, и друга је претварање те слике у сложени електрични сигнал који се оптичким нервом преноси у мозак, где се на основу њега ствара коначна слика коју видимо. Као таква, оптичка функција ока је део функције чула вида, које такође укључује физиологију ока, начин на који оно опажа оптичку слику, и њену неуралну обраду у мозгу.

Око је биолошки склоп за стварање оптичке слике, у ком су оптички елементи ткива ока са оптичким својствима и/или снагом. У ужем оквиру, предмет оптике су својства ока као оптичког склопа, и непосредно везана с овим својства оптичке слике коју оно ствара. У ширем оквиру, предмет су такође оптичка својства пријемних ћелија за светлост на мрежњачи, која је биолошки оптички детектор.

Историја

Још од античких времена, људи су покушавали да објасне начин на који људско око омогућава да видимо ствари око себе. Старогрчки мислиоци, који нису знали за природу светлости, су се слагали у томе да је око испуњено водом, у којој се ствара слика, а Демокрит је чак учио да то није обична слика, него слика настала из повезаности ока и мозга. Арапски мислиоци, као Алхазен, помогли су да се ова учења пренесу до периода ренесансе.

thumb|Слика 1: ЉУДСКО ОКО ПРЕМА ШАЈНЕРОВОМ ЦРТЕЖУ ИЗ 1619 Почетком 17. века, Кристоф Шајнер (Christoph Scheiner, 1573–1650) први експериментално показује да (животињско) око ствара оптичку слику на мрежњачи. Шајнер је творац првог знаног оптичког модела људског ока (1619). На основу њега је направио први оптометар (справа за мерење фокусне грешке ока).

Пре Шајнера (1604), Кеплер је схватио да око ствара изврнуту оптичку слику предмета на мрежњачи, као и да су кратковидост и далековидост последица грешке у фокусирању ове слике. Разумевање начина на који сочива помажу да се отклони кратковидост и далековидост - што се примењивало још од 13. века - био је један од основних мотива да се схвате оптичка својства ока.

Даљи допринос сазнањима о оптичким својствима ока даје Декарт, који између осталог схвата да очно сочиво мора да мења облик да би било у стању да створи слику на мрежњачи за различите даљине посматраног предмета.

Хајгенс прави први физички модел ока, који се састоји од две сферне површине: једне за површину рожњаче, и друге, три пута веће, за површину мрежњаче. Обе хемисфере су биле испуњене водом, са отвором који је представљао зеницу између њих.

Са даљим развојем оптике као науке и рачунарске технологије, као и с новим сазнањима о анатомији људског ока, постали су могући тачнији модели ока који су се појавили у 19. и, нарочито, 20. веку.

Људско око као оптички склоп

thumb|Слика 2: ОТВОР ЗЕНИЦЕ ОКА Основна својства оптичког склопа су пречник отвора (P) и жижна даљина (ƒ), који одређују његов жижни или фокални рацио F=ƒ/P. Просечна жижна даљина биолошког ока је око 23мм, док се пречник отвора, одређен отвором зенице, креће између 2 и 8мм, углавном у зависности од нивоа осветљења, мада је и старосно доба чинилац (слика десно). Сходно томе, жижни рацио биолошког ока се креће од ƒ/11,5 при 2мм отвору зенице, до ƒ/2,9 при 8мм отвору.

Жижна даљина од 23 мм је стварна, физичка жижна даљина ока. Међутим, пошто се слика ствара у оптичкој средини са индексом преламања n=1,33 (воденаста течност стакластог тела), пречник Ери диска, дат са 2,44λ/n, где је λ таласна дужина светлости, је мањи у сразмери са 1/n. Ово је последица тога што се таласна дужина светлости у гушћој средини смањује у обрнутој сразмери са индексом преламања, тј. у том погледу одговара таласној даљини λ/n у ваздуху; пошто је величина Ери диска сразмерна таласној дужини, она је у биолошком оку утолико мања него што би била у ваздуху. Према томе, одговарајућа жижна даљина ока у ваздуху била би око 17,3мм, што у том оквиру одређује и фокални рацио за дати отвор зенице.

thumb|Слика 3: ОПТИЧКИ СКЛОП ОКА Слика десно приказује просторни изглед оптичког склопа ока, које се састоји од четири оптичке средине: рожњаче, воденастог тела, очног сочива и стакластог тела. Разлика у индексу преламања између воденастог тела и рожњаче, као и између све три унутрашње средине је мала, због чега је највећи део оптичке снаге ока, око две трећине, на првој површини рожњаче, док очно сочиво доприноси највећи део остатка. Мањи пресеци лево приказују положај граничног отвора (тј. зенице ока), као и збирање зрака за две величине граничног отвора приближно на два супротна краја распона његове величине. Чак и на овако малој скали видљиво је да се зраци при великом отвору зенице не сабирају у тачку, тј. да са порастом пречника зенице расту оптичке аберације ока, како у спољним деловима слике, тако и у самом средишту.

Као сваки сложен оптички склоп, са више оптичких површина и средина, око је описано са положајем улазног и излазног отвора, као и шест кардиналних тачака: предњом и задњом жижом, првом и другом главном тачком, и првом и другом чворном тачком.

Оптички нацрт ока

Оптички склоп ока се обично представља као нацрт ока, или тзв. шематско око (енг. -{schematic eye}-). Овакав нацрт користи просечне вредности величина и закривљености био-оптичких делова ока, као и осно поравнате и обртно симетричне, савршене површине. Као такво, шематско око је идеализација стварног ока - које није строго центрирано, нема савршене обртне површине, и мења оптичка својства у току прилагођавања (тј. фокусурања на ближе предмете), као и отвор зенице са нивоом осветљења - али је корисно како за утврђивање његових својстава као оптичког склопа, тако и утврђивање основних својстава слике коју производи.

Постоји већи број различитих нацрта оптичког склопа ока, од оних најједноставнијих, са једниом сферном преламајућом површином, до оних са два сочива, асферичним површинама и променљивим индексом преламања. Сложенији модели, у начелу, боље представљају оптичка својства слике коју око производи, али су за већину намена једноставни модели довољно тачни за средишњи, најважнији део слике. Такође, разлике у односу на сложене моделе су и за веће видне углове често мање од разлика од једне до друге особе.

thumb|Слика 4: ОПУШТЕНО И ПРИЛАГОЂЕНО ОКО Основни облик модела ока је тзв. опуштено око (енг. -{relaxed eye}-), стање у ком је око кад посматра удаљене предмете, и кад је притисак на очно сочиво најмањи. Често се даје и модел ока за врло блиске предмете, близу границе фокусне моћи ока, тзв. прилагођено око (енг. -{accommodated eye}-). Једина разлика између опуштеног и прилагођеног ока је у облику и оптичкој снази очног сочива; у овом другом, очно сочиво је због притиска кружног мишића задебљано и оптички јаче, тј. са краћом жижном даљином. Промена оптичке снаге сочива такође узрокује промену положаја осталих пет кардиналних тачака, као што слика десно приказује на примеру Галстранд-Емзлијевог ока (енг. -{Gullstrand-Emsley schematic eye}-, 1953), Галстрандово #2 око поједностављено изостављањем друге површине рожњаче што, због врло мале разлике у индексу преламања између рожњаче и воденастог тела, има занемарљиве последице по својства слике). Даљина предмета за прилагођено око на слици је око 10 диоптрија, тј. 0,1м.

thumb|Слика 5: ОПТИЧКИ СКЛОП ЉУДСКОГ ОКА Нацрт на слици десно се заснива на Галстрандовом поједностављеном шематском оку (#2, 1911). Зеница ока је гранични отвор склопа; његова слика од стране претходног оптичког елемента (рожњаче) је улазни отвор - који је привидни (геометријски) граничник улазним зрацима из тачке предмета - на око 3 мм иза предње површине рожњаче, и 13% већи од зенице. Слика граничног отвора од стране оптичког елемента иза њега је излазни отвор склопа - који је привидни (геометријски) граничник улазним зрацима из тачке слике - незнатно мањи од зенице. Излазни отвор се приближно поклапа са зеницом ока.

Пошто је индекс преламања средине у којој се ствара слика различит (већи) од индекса средине предмета, удаљеност предње жиже од прве главне равни је различита (мања) од удаљености задње жиже од друге главне равни, тј. склоп има неједнаке жиже (енг. -{unequifocal}-). Услед тога, чворне тачке су изван преломних или главних равни, и налазе се са обе стране задње површине очног сочива.

Начин стварања слике у склопу неједнаких жижа (у различитим размерама; главне и чворне тачаке су шире раздвојене, ради јасноће; такође, слика је даље од задње жиже, F', што је својстено тзв. прилагођеном оку). Висина слике тачке одређена је пресеком два зрака који полазе из тачке предмета, један нормалан на 2-гу главну раван, и други, који пролази кроз предњу жижу (F) и прелама се паралелно са осом на 1-вој главној равни. Слика тачке је такође одређене пресеком једног од ова два зрака и зрака који долази из друге чворне тачке (N'). Значај чворних тачака је у томе што зрак из тачке предмета усмерен ка првој чвоној тачки (N) излази из 2-ге чворне тачке под истим углом. Другим речима, чворне тачке одређују стварно видно поље. Привидно поље је одређено зраком који пролази кроз центар излазног отвора - тј. главним зраком - који пресеца оптичку осу у тачки између чворних и главних тачака (P,P'), и мање је од стварног поља (за ово шематско око, у сагласности са сталним рациом од око 0,82).

Слика створена оком често може да се довољно тачно представи користећи врло једноставан модел ока, са само једном преламајућом површином. Постоји више сличних модела ове врсте, звани "једноставно око" (енг. -{reduced eye}-); најједноставнији је Емзлијево поједностављено око (енг. -{Emsley reduced eye}-), код ког се, са граничним отвором на тој површини, улазни и излазни отвор поклапају са граничним, а такође се поклапају и прва и друга главна, и прва и друга нодална тачка (доле десно). Оптичка снага је 60 диоптрија (1/60=0,167м жижна даљина у ваздуху). Претпостављено је да се средиште фовее поклапа са задњом жижом, тако да се и оптичка и видна оса такође поклапају.

Осе ока

Оптичка оса оптичког склопа ока је дефинисана као за сваки центриран, обртно симетричан склоп, као линија која пролази кроз средишње тачке површина. У случају ока, поред оптичке осе, постоје и друге које могу бити од значаја: видна оса, линија вида, оса отвора и оса средишта.

Видна оса је линија која повезује средиште фовее и другу чворну тачку (најчешћа дефиниција; неки извори је дефинишу као линију која спаја средиште фовее са средиштем улазног отвора).

Линија вида је изломљена линија која спаја тачку предмета са средиштем фовее кроз средишта улазног и излазног отвора (у офталмологији, линија вида се посматра као главни зрак, што је нетачно са становишта оптичке теорије, по којој је главни зрак онај који пролази кроз средиште граничног отвора).

Оса отвора је дефинисана као нормала на предњу површину рожњаче; у шематском оку, она је увек усмерена на средиште закривљености ове површине (као и претходна, у неким изворима посматрана као једнака главном зраку).

Најзад, оса средишта спаја тачку предмета и тачку обртне симетрије ока (у Гулстранд-Емзлијевом оку, тачка обртне симетрије је тачка на оптичкој оси на мање од половине - 0,39 - растојања између сочива и задње жиже од сочива).

Оптичке аберације ока

Оптичке аберације ока су, због једноставности оптичког склопа и несавршености облика и поравнања његових био-оптичких површина, у начелу велике, нарочито при већим отворима зенице. Ово важи како за једнобојне (монохроматске) тако и за хроматске аберације. Ове прве се састоје како од коничних аберација, узрокованим одступањем целе површине од потребног коничног пресека, тако и локалних аберација, проузрокованих насумичним местимичним одступањима од потребне површине.

Међутим, делом због малог увећања слике, и делом због исправљања од стране мозга, ове аберације - са изузетком дефокуса и, у мањој мери, астигматизма - немају значајан утицај на каквоћу слике коју видимо.