Artikel Optische instrumenten menselijk oog
Delen van het oog
Het hoornvlies is een transparant, hard membraan dat de voorkant van het oog bedekt. Het hoornvlies breekt de lichtstraal die het oog binnenkomt.
De pupil is het zwarte gedeelte van het oog. Omdat de pupil zwart is, absorbeert hij bijna al het licht. Een pupil is een opening waardoor licht het oog binnenkomt. Hoe groter de diameter van de pupil, hoe meer licht er het oog binnenkomt, en hoe kleiner de pupil, hoe minder licht er het oog binnenkomt.
De iris regelt de grootte van de pupil. Wanneer de omgeving rond het oog erg licht is, verkleint de iris de pupil. Omgekeerd, wanneer de omgeving rond de ogen minder licht is, vergroot de iris de pupil zodat er meer licht het oog binnenkomt. Als je het verschil tussen het oog van een kat overdag en 's nachts hebt gezien, begrijp je gemakkelijk de functie van de iris.
De ciliaire spieren zorgen ervoor dat de kromming van de ooglens verandert. Veranderingen in de ooglens beïnvloeden de brandpuntsafstand ervan. Wanneer het oog objecten op grote afstand observeert, ontspannen de ciliaire spieren zich, waardoor de kromtestraal van de lens toeneemt en de brandpuntsafstand groter wordt.
Wanneer het oog objecten van dichtbij observeert, trekken de ciliaire spieren samen, waardoor de kromtestraal van de lens afneemt en de brandpuntsafstand van de lens kleiner wordt. Indirect is de functie van de ciliaire spieren dus het regelen van de brandpuntsafstand van de ooglens, zodat het oog het beeld van het object correct kan scherpstellen. Deze verandering in de brandpuntsafstand van het oculair wordt oogaccommodatie genoemd.
De ooglens is een convergente lens, een convexe lens of een positieve lens. Hoewel het hoornvlies een groot deel van het licht breekt, breekt en focust de ooglens de lichtstraal ook, zodat het beeld direct op het netvlies wordt gevormd. Een beeld op het netvlies is noodzakelijk om objecten scherp te kunnen zien. Het netvlies zet lichtgolven om in elektrische signalen, die vervolgens via de oogzenuw naar de hersenen worden gestuurd.
Accommodatie door een normaal oog
Accommodatie is de aanpassing van de brandpuntsafstand (f) van de ooglens aan de afstand van het object tot het oog, zodat het beeld op het netvlies scherp gesteld kan worden. De brandpuntsafstand van de ooglens is de afstand tussen de ooglens en het brandpunt van de lens (F). Wanneer het oog zich aanpast, verandert de kromming van de ooglens, waardoor de kromtestraal van het oculair verandert en dus ook de brandpuntsafstand van de ooglens.
Als het oog een object op grote afstand observeert, ontspant de ciliaire spier, waardoor de ooglens platter wordt en de kromtestraal en de brandpuntsafstand van de lens toenemen. Het vertepunt is de verste afstand waarop het oog kan scherpstellen, terwijl het vertepunt van een normaal oog oneindig is. Wanneer de ciliaire spieren ontspannen, waardoor de brandpuntsafstand van de ooglens langer wordt en het oog kan scherpstellen op een object op grote afstand, spreekt men van minimale accommodatie.
Wanneer het oog objecten van dichtbij waarneemt, trekken de ciliaire spieren samen, waardoor de ooglens meer gebogen wordt en de kromtestraal en de brandpuntsafstand van de lens afnemen. De afstand van het object tot het dichtstbijzijnde oog waarop het oog nog scherp kan stellen, wordt het nabijheidspunt genoemd. De gemiddelde mens heeft een nabijheidspunt van 25 cm. Wanneer de ciliaire spieren samentrekken, waardoor de brandpuntsafstand van de ooglens korter wordt en het oog nog steeds kan scherpstellen op een object van dichtbij (25 cm), spreekt men van maximale accommodatie.
Beeldvorming
Het uiterste punt
Als het object oneindig is, wordt de ooglens afgevlakt totdat de brandpuntsafstand (f) van de lens gelijk is aan de beeldafstand (di). De beeldafstand is de afstand tussen de lens en het punt waar de lichtbundel, gebroken door het oog, de lens kruist. Het punt waar de lichtstralen elkaar kruisen, valt samen met het netvlies. Hieruit kan worden geconcludeerd dat wanneer het oog een oneindig object waarneemt, de kromming van de ooglens afvlakt totdat de brandpuntsafstand van de lens (f) gelijk is aan de afstand tussen de lens en het netvlies. De lichtbundel moet het netvlies kruisen zodat het licht in het netvlies kan worden omgezet in elektrische signalen.
Hieronder volgt een wiskundig bewijs waarom, wanneer een object zich op oneindige afstand bevindt, de brandpuntsafstand van de lens (f) gelijk is aan de beeldafstand (di). De relatie tussen brandpuntsafstand (f), objectafstand (do) en beeldafstand (di) wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking.
1/f = 1/do + 1/di —– Vergelijking 1
De ooglens is een convergerende lens. Daarom is de brandpuntsafstand (f) positief. De objectafstand (do) is oneindig, dus vervang de objectafstand (do) in vergelijking 1 door een oneindigheidssymbool.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– Vergelijking 2
Vergelijking 2 laat zien dat bij convergerende lenzen, als het object zich op oneindig bevindt, de brandpuntsafstand (f) gelijk is aan de beeldafstand (di).
Het nabije punt
Wat als het object zich dicht bij het oog bevindt? Eerder werd uitgelegd dat het nabijheidspunt van een normaal oog, oftewel de afstand tot het dichtstbijzijnde object waarop een normaal oog scherp kan stellen, 25 cm is. De brandpuntsafstand (f) van de ooglens moet dus kleiner zijn dan de objectafstand (do) van 25 cm. De brandpuntsafstand van de ooglens moet kleiner zijn dan de afstand van 25 cm, zodat de ooglens een reëel beeld produceert. De ooglens is een bolle lens die zowel een virtueel als een reëel beeld kan vormen. Een reëel beeld wordt door een bolle lens geproduceerd wanneer de brandpuntsafstand (f) kleiner is dan de objectafstand (do). Dit is besproken in het hoofdstuk over beeldvorming door een bolle lens.
Schat de brandpuntsafstand (f) van het ooglenssysteem:
Het nabijheidspunt van een normaal oog is 25 cm, dus de afstand tot het dichtstbijzijnde object (s) is 25 cm. De afstand tussen het hoornvlies en het netvlies is ongeveer 2.5 cm. Het beeld is scherp als de lichtstraal op het netvlies valt, dus de afstand tussen het hoornvlies en het netvlies wordt beschouwd als de beeldafstand (di). De beeldafstand (in) is dus 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
Op basis van de resultaten van bovenstaande berekeningen kan worden geconcludeerd dat de brandpuntsafstand (f) kleiner is dan de beeldafstand (di). Het verschil tussen de beeldafstand (di) en de brandpuntsafstand (f) is 2.5 cm – 2.27 cm = 0.23 cm. Het brandpunt van het hoornvlies-ooglenssysteem bevindt zich 0.23 cm links van het beeld of het netvlies.
Het hoornvlies-ooglenssysteem is een bolle lens, waardoor het beeld op het netvlies wordt gevormd, ook al is het reëel maar omgekeerd. Ondanks dat het beeld op het netvlies omgekeerd is, zorgt de zenuw in de hersenen ervoor dat het weer rechtop komt te staan.
