Оптични инструменти за човешкото око
Части на окото
Роговицата е прозрачна, твърда мембрана, покриваща предната част на окото. Роговицата пречупва светлинния лъч, влизащ в окото.
Зеницата е черната част на окото. Зеницата е черна, следователно поглъща почти цялата светлина. Зеницата е отвор, през който светлината преминава в окото. Колкото по-голям е диаметърът на зеницата, толкова повече светлина навлиза в окото, а колкото по-малък е размерът на зеницата, толкова по-малко светлина навлиза в окото.
Ирисът контролира размера на зеницата. Когато средата около окото е много ярка, ирисът я свива. Обратно, когато средата около очите е по-слабо осветена, ирисът я разширява, така че количеството светлина, влизащо в окото, е голямо. Ако сте наблюдавали разликата между котешкото око през деня и нощта, тогава лесно можете да разберете функцията на ириса.
Цилиарните мускули функционират, за да променят кривината на очната леща. Промените в очната леща влияят на фокусното разстояние на очната леща. Ако окото наблюдава обекти на голямо разстояние, цилиарните мускули се отпускат, така че радиусът на кривината на лещата се увеличава и фокусното разстояние на лещата се увеличава.
Когато окото наблюдава обекти от близко разстояние, цилиарните мускули се свиват, така че радиусът на кривината на лещата намалява и фокусното разстояние на лещата намалява. Така, косвено, функцията на цилиарните мускули е да контролират фокусното разстояние на очната леща, така че окото да може правилно да фокусира изображението на обекта. Промяната във фокусното разстояние на окуляра се нарича акомодация на окото.
Очната леща е събирателна, изпъкнала или положителна леща. Въпреки че в роговицата се наблюдава по-голямо пречупване на светлината, лещата на окото също пречупва и фокусира светлинния лъч, така че изображението да се формира точно върху ретината. Образът трябва да се формира върху ретината, за да могат обектите да се видят ясно. Ретината функционира, за да преобразува светлинните вълни в електрически сигнали, които след това преминават през зрителния нерв към мозъка.
Акомодация от нормално око
Акомодацията на окото е регулирането на фокусното разстояние (f) на очната леща с разстоянието на обекта от окото, така че изображението да може да бъде фокусирано върху ретината. Фокусното разстояние на очната леща е разстоянието между очната леща и фокалната точка на лещата (F). Когато окото се акомодира, кривината на очната леща се променя, което води до промяна на радиуса на кривината на окуляра и следователно фокусното разстояние на очната леща също се променя.
Ако окото наблюдава обект в далечна точка, цилиарният мускул се отпуска, което води до сплескване на очната леща, така че радиусът на кривината и фокусното разстояние на лещата се увеличават. Далечната точка е най-далечното разстояние, върху което окото може да се фокусира, където далечната точка на нормалното око е безкрайна. Когато цилиарните мускули се отпуснат, така че фокусното разстояние на очната леща се удължи и може да се фокусира върху обекта в далечна точка, окото има минимална акомодация.
Когато окото наблюдава обекти от близко разстояние, цилиарните мускули се свиват, което кара очната леща да се извива по-силно, така че радиусът на кривината и фокусното разстояние на лещата намаляват. Разстоянието от обекта до най-близкото око, което все още може да бъде фокусирано от окото, се нарича точка за близко виждане. Средностатистическият човек има точка за близко виждане от 25 см. Когато цилиарните мускули се свият така, че фокусното разстояние на лещата на окото да стане по-късо и да може да фокусира върху обекта в близка точка (25 см), окото има максимална акомодация.
Формиране на образ
Далечната точка
Ако обектът е безкраен, лещата на окото се изравнява, докато фокусното разстояние (f) на лещата стане равно на разстоянието до изображението (di). Разстоянието до изображението е разстоянието между лещата и точката, където светлинният лъч се пречупва от окото и се пресича. Точката, където светлинните лъчи се пресичат, съвпада с ретината. Следователно може да се заключи, че когато окото наблюдава безкраен обект, кривината на лещата на окото се изравнява, докато фокусното разстояние на лещата (f) стане равно на разстоянието между лещата и ретината. Светлинният лъч трябва да се пресече в ретината, за да може светлината да се преобразува в електрически сигнали в ретината.
Следното е математическо доказателство защо, когато даден обект е в безкрайност, фокусното разстояние на лещата (f) е равно на разстоянието до изображението (di). Връзката между фокусното разстояние (f), разстоянието до обекта (do) и разстоянието до изображението (di) се изразява чрез следното уравнение.
1/f = 1/do + 1/di —– Уравнение 1
Очната леща е събирателна леща. Следователно фокусното разстояние (f) е положително. Разстоянието до обекта (do) е безкрайно, така че заменете разстоянието до обекта (do) в уравнение 1 със символ за безкрайност.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– Уравнение 2
Уравнение 2 показва, че при събирателни лещи, ако обектът е на безкрайност, фокусното разстояние (f) е равно на разстоянието до изображението (di).
Близката точка
Ами ако обектът е близо до окото? По-рано беше обяснено, че близката точка на нормалното око или разстоянието до най-близкия обект, върху което нормалното око може да фокусира правилно, е 25 см. Следователно, фокусното разстояние (f) на очната леща трябва да е по-малко от разстоянието до обекта (do) 25 см. Фокусното разстояние на очната леща трябва да е по-малко от разстоянието 25 см, така че лещата на окото да създаде реално изображение. Очната леща е изпъкнала леща, която може да образува виртуално и реално изображение. Реално изображение се получава от изпъкнала леща, когато фокусното разстояние (f) е по-малко от разстоянието до обекта (do). Това беше обсъдено в темата за формирането на изображението от изпъкналата леща.
Оценете фокусното разстояние (f) на системата от очни лещи:
Близката точка на нормалното око е 25 см, така че разстоянието до най-близкия обект (обекти) е 25 см. Разстоянието между роговицата и ретината е около 2.5 см. Изображението е ясно, ако светлинният лъч падне върху ретината, така че разстоянието между роговицата и ретината се счита за разстояние до изображението (di). Следователно, разстоянието до изображението (in) е 2.5 см.
1/f = 1/do + 1/di
1/f = 1/25 + 1/2.5 = 1/25 + 10/25 = 11/25
f = 25/11
f = 2.27 см
Въз основа на резултатите от горните изчисления може да се заключи, че фокусното разстояние (f) е по-малко от разстоянието до изображението (di). Разликата между разстоянието до изображението (di) и фокусното разстояние (f) е 2.5 см – 2.27 см = 0.23 см. Фокусната точка на системата роговица-леща е на 0.23 см вляво от изображението или ретината.
Системата роговица-леща е изпъкнала леща, така че изображението се формира върху ретината, въпреки че е реално, но е обърнато. Въпреки че изображението върху ретината е обърнато, мозъчният нерв го изправя.
