מכשירי עין אופטיים

חומר מכשיר עין אופטי

העין היא מכשיר אופטי הטבוע בבני אדם. היא מאפשרת לך לקרוא מאמר בפיזיקה 😀 או להביט בפניו של חבר יפה או נאה 🙂 מה אם העיניים שלך לא מתפקדות כראוי? אתה בוודאי יודע את התשובה לשאלה הזו. אז, היה אסיר תודה אם עדיין יש לך עיניים בריאות ואתה יכול לראות בבירור. אדם עיוור בהחלט לא יכול לראות ויכול רק לדמיין את מצב העולם בו אנו חיים כיום.

עיניים בריאות ומתפקדות כראוי הן תקוותם של כולם. עם זאת, המציאות לפעמים אינה עומדת בציפיות. יש אנשים שנועדו לחוות תפקוד לקוי של העיניים, המונע מהם לראות בבירור. התקדמות המדע, ובמיוחד הפיזיקה, אפשרה ליצור עזרי ראייה כמו משקפיים ועדשות מגע.

מאמר זה בוחן כיצד העין פועלת, ומאפשרת לבני אדם לראות. ההסבר על אופן פעולת העין במאמר זה מתייחס לנושא האופטיקה הגיאומטרית , הכוללת את שבירת האור, מיקוד ויצירת תמונות של עצמים על ידי העין. הסבר מפורט על העין וכיצד היא פועלת בפועל חורג מהיקף מאמר זה. תפקוד לקוי של העיניים, כיצד משקפיים ועדשות מגע פועלות, מוסברים במאמרים הבאים.

חלקי העין

הקרנית atau קרום העין הוא קרום קשה ושקוף המכסה את חזית העין. קרני האור הנכנסות לעין נשברות במידה רבה יותר על ידי הקרנית.
תלמיד atau גלגלי עיניים האישון הוא החלק השחור של העין האנושית. האישון שחור, ולכן הוא סופג כמעט את כל האור וכמעט אינו מחזיר דבר בחזרה. האישון הוא הפתח שדרכו אור עובר אל העין. ככל שהאישון גדול יותר, כך יותר אור נכנס לעין, ולהיפך, ככל שהאישון קטן יותר, כך פחות אור נכנס אליה.
קַשׁתִית atau קַשׁתִית הקשתית שולטת בגודל האישון. כאשר הסביבה סביב העין בהירה מאוד, הקשתית מכווץ את האישון, וכאשר הסביבה חשוכה, הקשתית מגדילה את האישון, ומאפשרת ליותר אור להיכנס לעין. אם אי פעם שמתם לב להבדל בין אישוני החתול במהלך היום ובלילה, תבינו בקלות את תפקיד הקשתית.

שריר הריסים מתפקד לשינוי העקמומיות של עדשת העין. שינויים בעקמומיות עדשת העין משפיעים על אורך המוקד של עדשת העין. אם העין צופה בעצם במרחק רב מאוד, שריר הריסים ירפה כך שרדיוס העקמומיות של העדשה יגדל ואורך המוקד של העדשה יגדל. אם העין צופה בעצם במרחק קרוב, שריר הריסים מתכווץ כך שרדיוס העקמומיות של העדשה יורד ואורך המוקד של העדשה יורד. לכן, בעקיפין, תפקידו של שריר הריסים הוא לשלוט באורך המוקד של עדשת העין כך שהעין תוכל למקד את תמונת העצם היטב. שינויים באורך המוקד של עדשת העין נקראים אקומדציית עין.

עדשת העין היא עדשה מתכנסת, המכונה גם עדשה קמורה, או עדשה חיובית . למרות שרוב האור הנכנס לעין נשבר בקרנית, העדשה גם נשברת וממקדת את קרני האור כך שתמונת העצם נוצרת במדויק על הרשתית. התמונה חייבת להיווצר על הרשתית כדי שעצמים ייראו בבירור. הרשתית ממירה גלי אור לאותות חשמליים המועברים לאחר מכן דרך עצב הראייה למוח.

התאמה מקסימלית ומינימלית

התאמה לעיניים הוא התאמת אורך המוקד (f) של עדשת העין למרחק העצם הנראה על ידי העין, כך שניתן למקד את תמונת העצם על הרשתית. אורך המוקד של עדשת העין הוא המרחק בין העדשה לנקודת המוקד של העדשה (F). שינויים בעקמומיות העדשה גורמים לרדיוס העקמומיות של העדשה להשתנות ולכן אורך המוקד של העדשה משתנה, כפי שמוצג בתמונה.
אם העין מתבוננת בעצם על נקודה רחוקה, שריר הריסים מתרפה (מתרפה) וגורם לעדשת העין להיות שטוחה יותר כך שרדיוס העקמומיות ואורך המוקד של העדשה גדלים. הנקודה הרחוקה היא המרחק הרחוק ביותר שהעין יכולה להתמקד בו, כאשר הנקודה הרחוקה הרגילה של העין היא אינסוף. כאשר העין מתאימה את אורך המוקד של העדשה כדי להתמקד בעצמים בנקודה רחוקה או עצמים באינסוף, העין מינימום לינה.

מצד שני, כאשר העין מתבוננת בעצם מטווח קרוב, שריר הריסים מתכווץ (מתפתל), מה שגורם לעדשת העין להתעקם יותר כך שרדיוס העקמומיות ואורך המוקד של העדשה גדלים. המרחק של העצם הקרוב ביותר לעין שהעין עדיין יכולה להתמקד בו נקרא נקודה קרובהלאדם ממוצע יש נקודת קרבה של 25 ס"מ. כאשר העין מתמקדת באובייקט בנקודה קרובה (25 ס"מ), העין מתאימה את עצמה בצורה מקסימלית. 
 
היווצרות צל של אובייקט

מרחק אובייקט רחוק מאוד

אם מרחק העצם הוא אינסופי, עדשת העין הופכת שטוחה כך שאורך המוקד של העדשה גדל, כאשר אורך המוקד (f) חייב להיות שווה למרחק התמונה (s'). מרחק התמונה הוא המרחק בין העדשה לנקודה שבה אלומות האור השבורות של העין מצטלבות. הנקודה שבה אלומות האור מצטלבות חופפת לרשתית. לכן ניתן להסיק שכאשר העין צופה בעצם במרחק אינסופי, עקמומיות עדשת העין הופכת שטוחה עד שאורך המוקד של העדשה (f) שווה למרחק בין עדשת העין לרשתית. אלומות האור חייבות להצטלב ברשתית כדי שהאור יוכל להיות מומר לאותות חשמליים על ידי תאי העצב ברשתית ולאחר מכן מועבר למוח על ידי עצב הראייה.

להלן הוכחה מתמטית מדוע כאשר מרחק העצם (s) רחוק מאוד או אם מניחים שהעצם רחוק אינסופי, אורך המוקד של העדשה (f) חייב להיות זהה למרחק התמונה (s'). הקשר בין אורך המוקד (f), מרחק העצם (s) ומרחק התמונה (s') מבוטא באמצעות המשוואה הבאה.
1/f = 1/s + 1/s' —– משוואה 1
העינית היא עדשה מתכנסת, לכן אורך המוקד (f) חיובי. מרחק העצם (s) הוא אינסופי, לכן החלף את מרחק העצם (s) במשוואה 1 בסמל האינסוף.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– משוואה 2
משוואה 2 מראה שבעדשה מתכנסת או עדשה קמורה, אם מרחק העצם הוא אינסופי אז אורך המוקד (f) זהה למרחק התמונה (s').
 
מרחק אובייקט קרוב מאוד

מה אם העצם קרוב לעין? עדשה קעורה יכולה ליצור גם תמונות וירטואליות וגם תמונות אמיתיות. תמונה אמיתית נוצרת על ידי עדשה קמורה כאשר מרחק העצם (s) גדול מאורך המוקד של העדשה (f). נושא זה נדון בנושא. תמונה של עדשה קמורה.
בעבר הוסבר כי העצם הקרוב ביותר שעין רגילה יכולה למקד כראוי הוא 25 ס"מ. לכן, אורך המוקד חייב להיות קטן מ-25 ס"מ. הוא גם לא יכול להיות 25 ס"מ, כי אם כן, התמונה תהיה באינסוף, דבר שאינו סביר בהתחשב בגודלו הקטן של האישון.

חישוב להערכת אורך המוקד (f) של מערכת עדשות העין:
1/f = 1/s + 1/s' —– משוואה 1
נקודת הקירבה של עין רגילה היא 25 ס"מ, לכן מרחק העצם הקרוב ביותר (s) הוא 25 ס"מ. המרחק בין הקרנית לעין הוא כ-2,5 ס"מ. התמונה נראית ברורה אם קרן האור נופלת על הרשתית, לכן המרחק בין הקרנית לעדשה נחשב למרחק התמונה (s').
1/f = 1/s + 1/s'
1/f = 1/25 + 1/2,5 = 1/25 + 10/25 = 11/25
f = 25/11
f = 2,27 ס"מ
ההפרש בין מרחק התמונה (s') למרחק המוקד (f) הוא 2,5 ס"מ – 2,27 ס"מ = 0,23 ס"מ. בהתבסס על תוצאות החישוב לעיל, ניתן להסיק שמרחק המוקד (f) קטן ממרחק התמונה (s'). נקודת המוקד של העין נמצאת 0,23 ס"מ משמאל לנקודת התמונה או הרשתית.
עדשת העין מתכנסת, כך שהתמונה שנוצרת על הרשתית, למרות שהיא אמיתית, היא הפוכה. למרות שהתמונה על הרשתית הפוכה, עצבי המוח גורמים לה להיות זקופה. כיצד ניתן להסביר זאת? 🙂

שאלות לדוגמה על מכשירי עין אופטיים

1. EBTANAS-SMP-01-15

תיאור היווצרות התמונה בפגמי עין קצרי ראייה הוא...

דִיוּן

קוצר ראייה או קוצר ראייה היא הפרעה אופטית של העין שבה העין אינה יכולה לראות עצמים מרחוק בבירור.

הסיבה לקוצר ראייה היא מערכת קרנית-עדשה מעוקלת יותר (החלק האופקי של גלגל העין ארוך מדי) כך שאורך המוקד של מערכת הקרנית-עדשה מצטמצם, מה שגורם לקרני אור מנקודות רחוקות להתמקד מול הרשתית. קרני אור אינסופיות אינן ממוקדות ברשתית כך שתאי עצב ברשתית אינם יכולים להמיר את גלי האור לאותות חשמליים שיועברו למוח.

התשובה הנכונה היא ב'.

2. EBTANAS-SMP-02-15

היווצרות צללים אצל אנשים עם קוצר ראייה מוצגת בתמונה הנכונה...

דִיוּן

קוצר ראייה או קוצר ראייה היא הפרעה אופטית של העין שבה העין אינה יכולה לראות עצמים מרחוק בבירור.

הסיבה לקוצר ראייה היא מערכת קרנית-עדשה מעוקלת יותר (החלק האופקי של גלגל העין ארוך מדי) כך שאורך המוקד של מערכת הקרנית-עדשה מצטמצם, מה שגורם לקרני אור מנקודות רחוקות להתמקד מול הרשתית. קרני אור אינסופיות אינן ממוקדות ברשתית כך שתאי עצב ברשתית אינם יכולים להמיר את גלי האור לאותות חשמליים שיועברו למוח.

התשובה הנכונה היא ג'.