სტატია ოპტიკური ინსტრუმენტები ადამიანის თვალი
თვალის ნაწილები
რქოვანა თვალის წინა მხარეს გამჭვირვალე, მყარი მემბრანაა. რქოვანა თვალში შემავალი სინათლის სხივს გარდატეხს.
გუგა თვალის შავი ნაწილია. გუგა შავია, ამიტომ თითქმის მთლიანად შთანთქავს სინათლეს. გუგა არის ხვრელი, რომლის მეშვეობითაც სინათლე თვალში გადის. რაც უფრო დიდია გუგის დიამეტრი, მით უფრო მეტი სინათლე შედის თვალში და რაც უფრო პატარაა გუგის ზომა, მით უფრო ნაკლები სინათლე შედის თვალში.
ფერადი გარსი აკონტროლებს გუგის ზომას. როდესაც თვალის გარშემო გარემო ძალიან კაშკაშაა, ფერადი გარსი ამცირებს გუგის ზომას. პირიქით, როდესაც თვალის გარშემო გარემო ნაკლებად კაშკაშაა, ფერადი გარსი აფართოებს გუგას ისე, რომ თვალში შემავალი სინათლის რაოდენობა დიდია. თუ დააკვირდით დღისა და ღამის განმავლობაში კატის თვალის სხვაობას, მაშინ ადვილად გაიგებთ ფერადი გარსის ფუნქციას.
წამწამოვანი კუნთები თვალის ბროლის სიმრუდის შესაცვლელად ფუნქციონირებს. ბროლის ცვლილებები მის ფოკუსურ სიგრძეზე მოქმედებს. თუ თვალი დიდ მანძილზე აკვირდება ობიექტებს, წამწამოვანი კუნთები დუნდება ისე, რომ ბროლის სიმრუდის რადიუსი იზრდება და ბროლის ფოკუსური მანძილიც იზრდება.
როდესაც თვალი ახლო მანძილიდან აკვირდება ობიექტებს, წამწამოვანი კუნთები იკუმშება ისე, რომ ბროლის სიმრუდის რადიუსი მცირდება და ლინზის ფოკუსური მანძილი მცირდება. ამგვარად, ირიბად, წამწამოვანი კუნთების ფუნქციაა თვალის ბროლის ფოკუსური მანძილის კონტროლი, რათა თვალმა სწორად შეძლოს ობიექტის გამოსახულების ფოკუსირება. ოკულარის ფოკუსური მანძილის ცვლილებას თვალის აკომოდაცია ეწოდება.
თვალის ბროლი არის კონვერგენტული, ამოზნექილი ან დადებითი ბროლი. მიუხედავად იმისა, რომ სინათლის უფრო მეტი გარდატეხა რქოვანაში ხდება, თვალის ბროლი ასევე გარდატეხს და ფოკუსირებას უკეთებს სინათლის სხივს ისე, რომ გამოსახულება პირდაპირ ბადურაზე ყალიბდება. გამოსახულება უნდა წარმოიქმნას ბადურაზე, რათა ობიექტები მკაფიოდ დაინახოს. ბადურას ფუნქცია აქვს სინათლის ტალღების ელექტრულ სიგნალებად გარდაქმნას, რომლებიც შემდეგ მხედველობის ნერვის გავლით ტვინში გადადის.
აკომოდაცია ნორმალური თვალით
თვალის აკომოდაცია არის თვალის ლინზის ფოკუსური მანძილის (f) მორგება თვალიდან ობიექტის მანძილზე ისე, რომ გამოსახულება ფოკუსირებული იყოს ბადურაზე. თვალის ლინზის ფოკუსური მანძილი არის მანძილი თვალის ლინზასა და ლინზის ფოკუსურ წერტილს შორის (F). როდესაც თვალი აკომოდირდება, თვალის ლინზის სიმრუდე იცვლება, რაც იწვევს ოკულარის სიმრუდის რადიუსის ცვლილებას და, შესაბამისად, თვალის ლინზის ფოკუსური მანძილიც იცვლება.
თუ თვალი საგანს შორეულ წერტილში აკვირდება, წამწამოვანი კუნთი დუნდება, რაც იწვევს თვალის ბროლის გაბრტყელებას, რის შედეგადაც იზრდება გამრუდების რადიუსი და ლინზის ფოკუსური მანძილი. შორეული წერტილი არის ყველაზე შორეული მანძილი, რომელზეც თვალს შეუძლია ფოკუსირება, სადაც ნორმალური თვალის შორეული წერტილი უსასრულოა. როდესაც წამწამოვანი კუნთები დუნდება ისე, რომ თვალის ბროლის ფოკუსური მანძილი იზრდება და შესაძლებელია შორეულ წერტილში მყოფ ობიექტზე ფოკუსირება, თვალს მინიმალური აკომოდაცია აქვს.
როდესაც თვალი ახლო მანძილზე აკვირდება ობიექტებს, წამწამოვანი კუნთები იკუმშება, რაც იწვევს თვალის ბროლის უფრო მოხრვას, რის შედეგადაც მცირდება გამრუდების რადიუსი და ლინზის ფოკუსური მანძილი. ობიექტის მანძილს უახლოეს თვალამდე, რომლის ფოკუსირებაც თვალს კვლავ შეუძლია, ახლო წერტილი ეწოდება. საშუალო ადამიანის ახლო წერტილი 25 სმ-ია. როდესაც წამწამოვანი კუნთები იკუმშება ისე, რომ თვალის ბროლის ფოკუსური მანძილი მცირდება და შესაძლებელია ახლო წერტილში (25 სმ) მდებარე ობიექტზე ფოკუსირება, თვალს აქვს მაქსიმალური აკომოდაცია.
იმიჯის ფორმირება
შორეული წერტილი
თუ ობიექტი უსასრულოა, თვალის ლინზა ბრტყლად ბრუნავს მანამ, სანამ ლინზის ფოკუსური მანძილი (f) არ გაუტოლდება გამოსახულების მანძილს (di). გამოსახულების მანძილი არის მანძილი ლინზასა და იმ წერტილს შორის, სადაც სინათლის სხივი თვალის მიერ გარდაიქმნება. წერტილი, სადაც სინათლის სხივები იკვეთება, ემთხვევა ბადურას. ამგვარად, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ როდესაც თვალი აკვირდება უსასრულო ობიექტს, თვალის ლინზის სიმრუდე ბრტყელი ხდება მანამ, სანამ ლინზის ფოკუსური მანძილი (f) არ გაუტოლდება ლინზასა და ბადურას შორის მანძილს. სინათლის სხივი უნდა გადაიკვეთოს ბადურაში, რათა სინათლე ბადურაში ელექტრულ სიგნალებად გარდაიქმნას.
ქვემოთ მოცემულია მათემატიკური დასტური იმისა, თუ რატომ უდრის ობიექტი უსასრულობაში მყოფს ლინზის ფოკუსური მანძილი (f) გამოსახულების მანძილს (di). ფოკუსურ სიგრძეს (f), ობიექტის მანძილს (do) და გამოსახულების მანძილს (di) შორის დამოკიდებულება გამოისახება შემდეგი განტოლებით.
1/f = 1/do + 1/di —– განტოლება 1
თვალის ლინზა კონვერგენტული ლინზაა. ამიტომ, ფოკუსური მანძილი (f) დადებითია. ობიექტის მანძილი (do) უსასრულოა, ამიტომ განტოლებაში 1 ობიექტის მანძილი (do) უსასრულობის სიმბოლოთი შეცვალეთ.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– განტოლება 2
განტოლება 2 გვიჩვენებს, რომ კონვერგენციულ ლინზებზე, თუ ობიექტი უსასრულობაშია, ფოკუსური მანძილი (f) ტოლია გამოსახულების მანძილისა (di).
ახლო წერტილი
რა მოხდება, თუ ობიექტი თვალთან ახლოსაა? ადრე ახსნილი იყო, რომ ნორმალური თვალის უახლოესი წერტილი ან უახლოესი ობიექტის მანძილი, რომელზეც ნორმალური თვალი სწორად ფოკუსირებას ახდენს, 25 სმ-ია. ამრიგად, თვალის ბროლის ფოკუსური მანძილი (f) ობიექტამდე მანძილს (do) 25 სმ-ზე ნაკლები უნდა იყოს. თვალის ბროლის ფოკუსური მანძილი 25 სმ-ზე ნაკლები უნდა იყოს, რათა თვალის ბროლმა რეალური გამოსახულება წარმოქმნას. თვალის ბროლი არის ამოზნექილი ლინზა, რომელსაც შეუძლია ვირტუალური და რეალური გამოსახულების ფორმირება. რეალურ გამოსახულებას ამოზნექილი ლინზა წარმოქმნის, როდესაც ფოკუსური მანძილი (f) ობიექტიდან მანძილს (do) ნაკლებია. ეს განხილულია ამოზნექილი ლინზის გამოსახულების ფორმირების თემაში.
შეაფასეთ თვალის ლინზების სისტემის ფოკუსური მანძილი (f):
ნორმალური თვალის უახლოესი წერტილი 25 სმ-ია, ამიტომ უახლოეს ობიექტ(ებ)ს შორის მანძილი 25 სმ-ია. რქოვანასა და ბადურას შორის მანძილი დაახლოებით 2.5 სმ-ია. გამოსახულება მკაფიოა, თუ სინათლის სხივი ბადურაზე ეცემა, ამიტომ რქოვანასა და ბადურას შორის მანძილი გამოსახულების მანძილად (di) ითვლება. ამგვარად, გამოსახულების მანძილი (in) 2.5 სმ-ია.
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 სმ
ზემოთ მოცემული გამოთვლების შედეგების საფუძველზე, შეიძლება დავასკვნათ, რომ ფოკუსური მანძილი (f) უფრო მცირეა გამოსახულების მანძილზე (di). გამოსახულების მანძილს (di) და ფოკუსურ სიგრძეს (f) შორის სხვაობაა 2.5 სმ – 2.27 სმ = 0.23 სმ. რქოვანა-თვალის ლინზის სისტემის ფოკუსური წერტილი გამოსახულების ან ბადურის მარცხნივ 0.23 სმ-ით მდებარეობს.
რქოვანა-თვალის ლინზის სისტემა ამოზნექილი ლინზაა, ამიტომ გამოსახულება ბადურაზე წარმოიქმნება, მიუხედავად იმისა, რომ ის რეალურია, მაგრამ შებრუნებული. მიუხედავად იმისა, რომ ბადურაზე გამოსახულება შებრუნებულია, ტვინის ნერვი მას ვერტიკალურ მდგომარეობაში აბრუნებს.
