Articolo Strumenti ottici occhio umano
Parti dell'occhio
La cornea è una membrana trasparente e rigida che ricopre la parte anteriore dell'occhio. La cornea rifrange il fascio di luce che entra nell'occhio.
La pupilla è la parte nera dell'occhio. Essendo nera, assorbe quasi tutta la luce. La pupilla è un foro attraverso il quale la luce entra nell'occhio. Maggiore è il diametro della pupilla, maggiore è la quantità di luce che entra nell'occhio, mentre minore è il diametro, minore è la quantità di luce che entra nell'occhio.
L'iride controlla le dimensioni della pupilla. Quando l'ambiente circostante è molto luminoso, l'iride restringe la pupilla. Al contrario, quando l'ambiente circostante è meno luminoso, l'iride dilata la pupilla in modo che la quantità di luce che entra nell'occhio sia maggiore. Se avete osservato la differenza tra l'occhio di un gatto di giorno e di notte, allora potete facilmente comprendere la funzione dell'iride.
I muscoli ciliari hanno la funzione di modificare la curvatura del cristallino. Le variazioni del cristallino influenzano la sua lunghezza focale. Quando l'occhio osserva oggetti molto distanti, i muscoli ciliari si rilassano, aumentando così il raggio di curvatura del cristallino e, di conseguenza, la sua lunghezza focale.
Quando l'occhio osserva oggetti a distanza ravvicinata, i muscoli ciliari si contraggono in modo che il raggio di curvatura del cristallino diminuisca e la sua lunghezza focale si riduca. Quindi, indirettamente, la funzione dei muscoli ciliari è quella di controllare la lunghezza focale del cristallino in modo che l'occhio possa mettere a fuoco correttamente l'immagine dell'oggetto. La variazione della lunghezza focale dell'oculare è chiamata accomodazione oculare.
Il cristallino dell'occhio è una lente convergente, convessa o positiva. Sebbene la rifrazione della luce avvenga principalmente nella cornea, anche il cristallino rifrange e focalizza il fascio luminoso in modo che l'immagine si formi sulla retina. La formazione di un'immagine sulla retina è fondamentale per poter vedere chiaramente gli oggetti. La retina ha la funzione di convertire le onde luminose in segnali elettrici, che vengono poi trasmessi al cervello attraverso il nervo ottico.
Accomodazione da parte di un occhio normale
L'accomodazione oculare è la regolazione della lunghezza focale (f) del cristallino in base alla distanza dell'oggetto dall'occhio, in modo che l'immagine possa essere messa a fuoco sulla retina. La lunghezza focale del cristallino è la distanza tra il cristallino e il punto focale della lente (F). Quando l'occhio si accomoda, la curvatura del cristallino cambia, causando una variazione del raggio di curvatura dell'oculare e, di conseguenza, anche della lunghezza focale del cristallino.
Quando l'occhio osserva un oggetto lontano, il muscolo ciliare si rilassa, provocando l'appiattimento del cristallino in modo che il raggio di curvatura e la lunghezza focale del cristallino aumentino. Il punto remoto è la distanza massima su cui l'occhio può mettere a fuoco, mentre per un occhio normale il punto remoto è infinito. Quando i muscoli ciliari si rilassano, aumentando la lunghezza focale del cristallino e consentendo la messa a fuoco dell'oggetto lontano, l'occhio raggiunge l'accomodazione minima.
Quando l'occhio osserva oggetti a distanza ravvicinata, i muscoli ciliari si contraggono, causando una maggiore curvatura del cristallino, con conseguente diminuzione del raggio di curvatura e della lunghezza focale della lente. La distanza dell'oggetto più vicino all'occhio che può ancora essere messo a fuoco è chiamata punto prossimo. In media, l'occhio umano ha un punto prossimo di 25 cm. Quando i muscoli ciliari si contraggono, riducendo la lunghezza focale del cristallino e consentendo la messa a fuoco dell'oggetto a 25 cm, si parla di massima accomodazione.
Formazione dell'immagine
Il punto più lontano
Se l'oggetto è infinito, la curvatura del cristallino si appiattisce fino a quando la sua lunghezza focale (f) non è uguale alla distanza dell'immagine (di). La distanza dell'immagine è la distanza tra il cristallino e il punto in cui il fascio di luce viene rifratto dall'occhio. Il punto di intersezione dei raggi luminosi coincide con la retina. Si può quindi concludere che, quando l'occhio osserva un oggetto infinito, la curvatura del cristallino si appiattisce fino a quando la sua lunghezza focale (f) non è uguale alla distanza tra il cristallino e la retina. Il fascio di luce deve intersecarsi con la retina affinché la luce possa essere convertita in segnali elettrici.
Di seguito viene fornita una dimostrazione matematica del perché, quando un oggetto si trova all'infinito, la lunghezza focale della lente (f) è uguale alla distanza dell'immagine (di). La relazione tra la lunghezza focale (f), la distanza dell'oggetto (do) e la distanza dell'immagine (di) è espressa dalla seguente equazione.
1/f = 1/do + 1/di —– Equazione 1
La lente dell'occhio è una lente convergente. Pertanto, la lunghezza focale (f) è positiva. La distanza dell'oggetto (do) è infinita, quindi sostituiamo la distanza dell'oggetto (do) nell'equazione 1 con il simbolo dell'infinito.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– Equazione 2
L'equazione 2 mostra che, nel caso di lenti convergenti, se l'oggetto si trova all'infinito, la lunghezza focale (f) è uguale alla distanza dell'immagine (di).
Il punto più vicino
Cosa succede se l'oggetto è vicino all'occhio? In precedenza, è stato spiegato che il punto prossimo dell'occhio normale, ovvero la distanza dell'oggetto più vicino che può essere messo a fuoco correttamente dall'occhio normale, è di 25 cm. Pertanto, la lunghezza focale (f) del cristallino deve essere inferiore alla distanza dell'oggetto (do) di 25 cm. La lunghezza focale del cristallino deve essere inferiore alla distanza di 25 cm affinché il cristallino produca un'immagine reale. Il cristallino è una lente convessa in grado di formare un'immagine virtuale e un'immagine reale. Un'immagine reale viene prodotta da una lente convessa quando la lunghezza focale (f) è inferiore alla distanza dell'oggetto (do). Questo argomento è stato trattato nella sezione relativa alla formazione dell'immagine da parte di una lente convessa.
Stimare la lunghezza focale (f) del sistema di lenti oculari:
Il punto prossimo dell'occhio normale è di 25 cm, quindi la distanza dell'oggetto più vicino (s) è di 25 cm. La distanza tra la cornea e la retina è di circa 2.5 cm. L'immagine è nitida se il fascio di luce cade sulla retina, quindi la distanza tra la cornea e la retina è considerata la distanza dell'immagine (di). Pertanto, la distanza dell'immagine (in) è di 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
In base ai risultati dei calcoli precedenti, si può concludere che la lunghezza focale (f) è inferiore alla distanza dell'immagine (di). La differenza tra la distanza dell'immagine (di) e la lunghezza focale (f) è pari a 2.5 cm – 2.27 cm = 0.23 cm. Il punto focale del sistema cornea-lente si trova a 0.23 cm a sinistra dell'immagine o della retina.
Il sistema cornea-cristallino è una lente convessa, per cui l'immagine si forma sulla retina, sebbene sia reale ma capovolta. Nonostante l'immagine sulla retina sia capovolta, i nervi del cervello la raddrizzano.
