Artikel Optiske instrumenter menneskelige øje
Dele af øjet
Hornhinden er en gennemsigtig, hård hinde, der dækker øjets forside. Hornhinden bryder lysstrålen, der kommer ind i øjet.
Pupillen er den sorte del af øjet. Pupillen er sort og absorberer derfor næsten alt lyset. En pupil er et hul, hvorigennem lys passerer ind i øjet. Jo større pupillens diameter er, desto mere lys kommer der ind i øjet, og jo mindre pupillens størrelse er, desto mindre lys kommer der ind i øjet.
Iris styrer pupillens størrelse. Når omgivelserne omkring øjet er meget lyse, minimerer iris pupillen. Omvendt, når omgivelserne omkring øjnene er mindre lyse, forstørrer iris pupillen, så mængden af lys, der kommer ind i øjet, er stor. Hvis du har observeret forskellen på katteøjet om dagen og natten, kan du nemt forstå iris' funktion.
Ciliarmusklerne har til formål at ændre øjenlinsens krumning. Ændringer i øjenlinsen påvirker øjenlinsens brændvidde. Hvis øjet observerer objekter på stor afstand, slapper ciliarmusklerne af, så linsens krumningsradius øges, og linsens brændvidde øges.
Når øjet observerer objekter på tæt hold, trækker ciliarmusklerne sig sammen, så linsens krumningsradius mindskes, og linsens brændvidde mindskes. Så indirekte er ciliarmusklernes funktion at kontrollere øjenlinsens brændvidde, så øjet kan fokusere billedet af objektet korrekt. Ændringen i okularets brændvidde kaldes øjenakkommodation.
Øjets linse er en konvergent linse, en konveks linse eller en positiv linse. Selvom mere lysbrydning forekommer i hornhinden, bryder og fokuserer øjets linse også lysstrålen, så billedet dannes lige på nethinden. Et billede skal dannes på nethinden, så objekter kan ses tydeligt. Nethindens funktion er at omdanne lysbølger til elektriske signaler, som derefter passerer gennem synsnerven til hjernen.
Akkommodation med et normalt øje
Øjeakkommodation er justeringen af øjelinsens brændvidde (f) i forhold til objektets afstand fra øjet, så billedet kan fokuseres på nethinden. Øjelinsens brændvidde er afstanden mellem øjelinsen og linsens brændpunkt (F). Når øjet akkommoderer, ændres øjelinsens krumning, hvilket får okularets krumningsradius til at ændres, og derfor ændres øjelinsens brændvidde også.
Hvis øjet observerer et objekt i et fjernt punkt, slapper ciliarmusklen af, hvilket får øjenlinsen til at blive flatteret, så krumningsradius og linsens brændvidde øges. Fjernpunktet er den fjerneste afstand, som øjet kan fokusere på, hvor det fjerne punkt for et normalt øje er uendeligt. Når ciliarmusklerne slapper af, så øjenlinsens brændvidde bliver længere, og øjet kan fokusere på objektet i et fjernt punkt, har øjet minimal akkommodation.
Når øjet observerer objekter på tæt hold, trækker ciliarmusklerne sig sammen, hvilket får øjets linse til at blive mere buet, så krumningsradius og linsens brændvidde mindskes. Afstanden fra objektet til det nærmeste øje, som stadig kan fokuseres af øjet, kaldes nærpunktet. Et gennemsnitsmenneske har et nærpunkt på 25 cm. Når ciliarmusklerne trækker sig sammen, så øjets linses brændvidde bliver kortere, og man kan fokusere på objektet i et nærpunkt (25 cm), har øjet maksimal akkommodation.
Dannelse af billede
Det fjerneste punkt
Hvis objektet er uendeligt, bliver øjets linse flad, indtil linsens brændvidde (f) er lig med billedafstanden (di). Billedafstanden er afstanden mellem linsen og det punkt, hvor lysstrålen brydes af øjet. Det punkt, hvor lysstrålerne skærer hinanden, falder sammen med nethinden. Det kan derfor konkluderes, at når øjet observerer et uendeligt objekt, bliver øjets linses krumning flad, indtil linsens brændvidde (f) er lig med afstanden mellem linsen og nethinden. Lysstrålen skal skære hinanden i nethinden, for at lyset kan omdannes til elektriske signaler i nethinden.
Det følgende er et matematisk bevis på, hvorfor linsens brændvidde (f) er lig med billedafstanden (di), når et objekt er uendeligt. Forholdet mellem brændvidden (f), objektafstanden (do) og billedafstanden (di) udtrykkes gennem følgende ligning.
1/f = 1/do + 1/di —– Ligning 1
Øjets linse er en konvergerende linse. Derfor er brændvidden (f) positiv. Objektafstanden (dö) er uendelig, så erstat objektafstanden (dø) i ligning 1 med et uendelighedssymbol.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– Ligning 2
Ligning 2 viser, at hvis objektet er i uendeligheden på konvergerende linser, er brændvidden (f) lig med billedafstanden (di).
Det nærmeste punkt
Hvad hvis objektet er tæt på øjet? Tidligere blev det forklaret, at det normale øjes nærpunkt eller afstanden til det nærmeste objekt, som det normale øje kan fokusere ordentligt på, er 25 cm. Derfor skal øjenlinsens brændvidde (f) være mindre end objektafstanden (dö) på 25 cm. Øjets linses brændvidde skal være mindre end afstanden på 25 cm, så øjets linse producerer det reelle billede. Øjets linse er en konveks linse, der kan danne et virtuelt billede og et reelt billede. Et reelt billede produceres af en konveks linse, når brændvidden (f) er mindre end objektafstanden (dø). Dette er blevet diskuteret i emnet om billeddannelse af den konvekse linse.
Estimer brændvidden (f) for øjets linsesystem:
Nærpunktet for et normalt øje er 25 cm, så afstanden til den/de nærmeste genstand(er) er 25 cm. Afstanden mellem hornhinden og nethinden er omkring 2.5 cm. Billedet er klart, hvis lysstrålen falder på nethinden, så afstanden mellem hornhinden og nethinden betragtes som billedafstanden (di). Så billedafstanden (in) er 2.5 cm.
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 cm
Baseret på resultaterne af ovenstående beregninger kan det konkluderes, at brændvidden (f) er mindre end billedafstanden (di). Forskellen mellem billedafstanden (di) og brændvidden (f) er 2.5 cm – 2.27 cm = 0.23 cm. Brændpunktet for hornhinde-øje-linsesystemet er 0.23 cm til venstre for billedet eller nethinden.
Hornhinde-øje-linsesystemet er en konveks linse, så billedet dannes på nethinden, selvom det er reelt, men inverteret. Selvom billedet på nethinden er inverteret, vender hjernens nerve det oprejst.
