مقاله ابزارهای نوری چشم انسان
بخش‌هایی از چشم
قرنیه غشایی شفاف و سخت است که جلوی چشم را پوشانده است. قرنیه پرتو نوری را که وارد چشم می‌شود، می‌شکند.
مردمک چشم، قسمت سیاه چشم است. مردمک سیاه است، بنابراین تقریباً تمام نور را جذب می‌کند. مردمک سوراخی است که نور از طریق آن به چشم وارد می‌شود. هرچه قطر مردمک بزرگتر باشد، نور بیشتری وارد چشم می‌شود و هرچه اندازه مردمک کوچکتر باشد، نور کمتری وارد چشم می‌شود.
عنبیه اندازه مردمک را کنترل می‌کند. وقتی محیط اطراف چشم بسیار روشن است، عنبیه مردمک را کوچک می‌کند. برعکس، وقتی محیط اطراف چشم کم‌نورتر است، عنبیه مردمک را بزرگ می‌کند تا میزان نور ورودی به چشم زیاد باشد. اگر تفاوت بین چشم گربه در روز و شب را مشاهده کرده باشید، می‌توانید به راحتی عملکرد عنبیه را درک کنید.
عضلات مژگانی برای تغییر انحنای عدسی چشم عمل می‌کنند. تغییرات در عدسی چشم بر فاصله کانونی عدسی چشم تأثیر می‌گذارد. اگر چشم اشیاء را در فاصله زیادی مشاهده کند، عضلات مژگانی شل می‌شوند به طوری که شعاع انحنای عدسی افزایش می‌یابد و فاصله کانونی عدسی افزایش می‌یابد.
وقتی چشم اشیاء را در فاصله نزدیک مشاهده می‌کند، عضلات مژگانی منقبض می‌شوند به طوری که شعاع انحنای عدسی کاهش می‌یابد و فاصله کانونی عدسی کم می‌شود. بنابراین، به طور غیرمستقیم، عملکرد عضلات مژگانی کنترل فاصله کانونی عدسی چشم است تا چشم بتواند تصویر شیء را به درستی متمرکز کند. تغییر در فاصله کانونی عدسی چشمی، تطابق چشم نامیده می‌شود.
عدسی چشم یک عدسی همگرا یا محدب یا عدسی مثبت است. اگرچه شکست نور بیشتر در قرنیه رخ می‌دهد، عدسی چشم نیز پرتو نور را می‌شکند و متمرکز می‌کند تا تصویر درست روی شبکیه تشکیل شود. برای اینکه اشیاء به وضوح دیده شوند، باید روی شبکیه تصویر تشکیل شود. شبکیه امواج نوری را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند که سپس از طریق عصب بینایی به مغز منتقل می‌شوند.
اقامت با چشم معمولی
تطابق چشم، تنظیم فاصله کانونی (f) عدسی چشم با فاصله جسم از چشم است، به طوری که تصویر روی شبکیه متمرکز شود. فاصله کانونی عدسی چشم، فاصله بین عدسی چشم و نقطه کانونی عدسی (F) است. هنگامی که چشم تطابق پیدا می‌کند، انحنای عدسی چشم تغییر می‌کند و باعث تغییر شعاع انحنای عدسی چشم می‌شود و بنابراین فاصله کانونی عدسی چشم نیز تغییر می‌کند.
اگر چشم جسمی را در نقطه‌ای دور مشاهده کند، عضله مژگانی شل می‌شود و باعث می‌شود عدسی چشم مسطح شود، به طوری که شعاع انحنا و فاصله کانونی عدسی افزایش یابد. نقطه دور، دورترین فاصله‌ای است که چشم می‌تواند روی آن تمرکز کند، جایی که نقطه دور چشم طبیعی بی‌نهایت است. وقتی عضلات مژگانی شل می‌شوند، فاصله کانونی عدسی چشم طولانی‌تر می‌شود و می‌تواند روی جسم در نقطه‌ای دور تمرکز کند، چشم حداقل تطابق را دارد.
وقتی چشم اشیاء را در فاصله نزدیک مشاهده می‌کند، عضلات مژگانی منقبض می‌شوند و باعث می‌شوند عدسی چشم خمیده‌تر شود، به طوری که شعاع انحنا و فاصله کانونی عدسی کاهش می‌یابد. فاصله جسم تا نزدیکترین چشم که هنوز می‌تواند توسط چشم متمرکز شود، نقطه نزدیک نامیده می‌شود. یک انسان معمولی دارای نقطه نزدیک ۲۵ سانتی‌متر است. وقتی عضلات مژگانی منقبض می‌شوند، فاصله کانونی عدسی چشم کوتاه‌تر می‌شود و می‌تواند روی شیء در یک نقطه نزدیک (۲۵ سانتی‌متر) متمرکز شود، چشم حداکثر تطابق را دارد.
تشکیل تصویر
نقطه دوردست
اگر جسم بی‌نهایت باشد، عدسی چشم مسطح می‌شود تا فاصله کانونی (f) عدسی برابر با فاصله تصویر (di) شود. فاصله تصویر، فاصله بین عدسی و نقطه‌ای است که پرتو نور توسط چشم منکسر می‌شود. نقطه‌ای که پرتوهای نور در آن تقاطع می‌کنند، با شبکیه منطبق است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که وقتی چشم یک جسم بی‌نهایت را مشاهده می‌کند، انحنای عدسی چشم مسطح می‌شود تا فاصله کانونی عدسی (f) برابر با فاصله بین عدسی و شبکیه شود. پرتو نور باید در شبکیه تقاطع کند تا نور بتواند به سیگنال‌های الکتریکی در شبکیه تبدیل شود.
در ادامه یک اثبات ریاضی ارائه شده است که چرا وقتی یک جسم در بی‌نهایت است، فاصله کانونی لنز (f) برابر با فاصله تصویر (di) است. رابطه بین فاصله کانونی (f)، فاصله جسم (do) و فاصله تصویر (di) از طریق معادله زیر بیان می‌شود.
1/f = 1/do + 1/di —– معادله 1
عدسی چشم یک عدسی همگرا است. بنابراین، فاصله کانونی (f) مثبت است. فاصله جسم (do) در بی‌نهایت است، بنابراین فاصله جسم (do) را در معادله ۱ با نماد بی‌نهایت جایگزین کنید.
۱/f = ۱/~ + ۱/di
۱/f = ۰ + ۱/di
۱/f = ۱/di
دی = f —– معادله ۲
معادله ۲ نشان می‌دهد که در عدسی‌های همگرا اگر جسم در بی‌نهایت باشد، فاصله کانونی (f) برابر با فاصله تصویر (di) است.
نقطه نزدیک
اگر جسم به چشم نزدیک باشد چه؟ قبلاً توضیح داده شد که نقطه نزدیک چشم طبیعی یا فاصله نزدیکترین جسمی که چشم طبیعی می‌تواند به درستی روی آن فوکوس کند، ۲۵ سانتی‌متر است. بنابراین، فاصله کانونی (f) عدسی چشم باید کوچکتر از فاصله جسم (do) ۲۵ سانتی‌متر باشد. فاصله کانونی عدسی چشم باید کوچکتر از فاصله ۲۵ سانتی‌متر باشد تا عدسی چشم تصویر واقعی ایجاد کند. عدسی چشم یک عدسی محدب است که می‌تواند یک تصویر مجازی و یک تصویر حقیقی تشکیل دهد. یک تصویر حقیقی توسط عدسی محدب زمانی تولید می‌شود که فاصله کانونی (f) کوچکتر از فاصله جسم (do) باشد. این موضوع در مبحث تشکیل تصویر عدسی محدب مورد بحث قرار گرفته است.
فاصله کانونی (f) سیستم عدسی چشم را تخمین بزنید:
نقطه نزدیک چشم طبیعی ۲۵ سانتی‌متر است، بنابراین فاصله نزدیکترین جسم (s) تا آن ۲۵ سانتی‌متر است. فاصله بین قرنیه و شبکیه حدود ۲.۵ سانتی‌متر است. اگر پرتو نور روی شبکیه بیفتد، تصویر واضح است، به طوری که فاصله بین قرنیه و شبکیه به عنوان فاصله تصویر (di) در نظر گرفته شود. بنابراین، فاصله تصویر (in) ۲.۵ سانتی‌متر است.
۱/f = ۱/do + ۱/di
۱/f = ۱/۲۵ + ۱/۲.۵ = ۱/۲۵ + ۱۰/۲۵ = ۱۱/۲۵
f = ۱۵۰/۲
f = 2.27 سانتی‌متر
بر اساس نتایج محاسبات فوق، می‌توان نتیجه گرفت که فاصله کانونی (f) کوچکتر از فاصله تصویر (di) است. تفاوت بین فاصله تصویر (di) و فاصله کانونی (f) 2.5 سانتی‌متر - 2.27 سانتی‌متر = 0.23 سانتی‌متر است. نقطه کانونی سیستم قرنیه-عدسی چشم 0.23 سانتی‌متر در سمت چپ تصویر یا شبکیه است.
سیستم قرنیه-عدسی چشم یک عدسی محدب است به طوری که تصویر روی شبکیه تشکیل می‌شود، اگرچه واقعی است اما معکوس است. اگرچه تصویر روی شبکیه معکوس است، عصب مغز آن را به صورت مستقیم برمی‌گرداند.
