Artykuł Instrumenty optyczne ludzkie oko
Części oka
Rogówka to przezroczysta, twarda błona pokrywająca przednią część oka. Rogówka załamuje wiązkę światła wpadającą do oka.
Źrenica to czarna część oka. Źrenica jest czarna, dlatego pochłania prawie całe światło. Źrenica to otwór, przez który światło wpada do oka. Im większa średnica źrenicy, tym więcej światła wpada do oka, a im mniejsza średnica źrenicy, tym mniej światła wpada do oka.
Tęczówka kontroluje rozmiar źrenicy. Gdy otoczenie wokół oka jest bardzo jasne, tęczówka zwęża źrenicę. I odwrotnie, gdy otoczenie wokół oczu jest mniej jasne, tęczówka rozszerza źrenicę, dzięki czemu ilość światła wpadającego do oka jest większa. Jeśli zaobserwowałeś różnicę między kocim okiem w dzień i w nocy, z łatwością zrozumiesz funkcję tęczówki.
Mięśnie rzęskowe zmieniają krzywiznę soczewki oka. Zmiany w soczewce oka wpływają na jej ogniskową. Gdy oko obserwuje obiekty znajdujące się z dużej odległości, mięśnie rzęskowe rozluźniają się, co powoduje zwiększenie promienia krzywizny soczewki i wydłużenie jej ogniskowej.
Gdy oko obserwuje obiekty z bliskiej odległości, mięśnie rzęskowe kurczą się, co powoduje zmniejszenie promienia krzywizny soczewki i zmniejszenie jej ogniskowej. Zatem pośrednio funkcją mięśni rzęskowych jest kontrolowanie ogniskowej soczewki oka, aby oko mogło prawidłowo skupić obraz obiektu. Zmiana ogniskowej okularu nazywa się akomodacją oka.
Soczewka oka jest soczewką skupiającą, wypukłą lub dodatnią. Chociaż rogówka załamuje więcej światła, soczewka oka również załamuje i skupia wiązkę światła, tak aby obraz powstał bezpośrednio na siatkówce. Obraz musi powstać na siatkówce, aby obiekty były wyraźnie widoczne. Siatkówka przetwarza fale świetlne na sygnały elektryczne, które następnie przez nerw wzrokowy docierają do mózgu.
Akomodacja przez normalne oko
Akomodacja oka to dostosowanie ogniskowej (f) soczewki oka do odległości obiektu od oka, tak aby obraz mógł być skupiony na siatkówce. Ogniskowa soczewki oka to odległość między soczewką oka a jej ogniskiem (F). Podczas akomodacji oka zmienia się krzywizna soczewki oka, co powoduje zmianę promienia krzywizny okularu, a tym samym zmianę ogniskowej soczewki oka.
Gdy oko obserwuje obiekt w oddali, mięsień rzęskowy rozluźnia się, powodując spłaszczenie soczewki oka, co powoduje zwiększenie promienia krzywizny i ogniskowej soczewki. Punkt daleki to najdalsza odległość, na której oko może skupić wzrok, podczas gdy punkt odległy zdrowego oka jest nieskończony. Gdy mięsień rzęskowy rozluźnia się, wydłużając ogniskową soczewki oka i umożliwiając skupienie wzroku na obiekcie w oddali, oko ma minimalną akomodację.
Gdy oko obserwuje obiekty z bliskiej odległości, mięśnie rzęskowe kurczą się, powodując zakrzywienie soczewki oka, co powoduje zmniejszenie promienia krzywizny i ogniskowej soczewki. Odległość obiektu od najbliższego oka, na którą oko nadal może skupić wzrok, nazywa się punktem bliży. U przeciętnego człowieka punkt bliży wynosi 25 cm. Gdy mięśnie rzęskowe kurczą się, skracając ogniskową soczewki oka i umożliwiając skupienie wzroku na obiekcie znajdującym się w punkcie bliży (25 cm), oko osiąga maksymalną akomodację.
Kształtowanie obrazu
Daleki punkt
Jeśli obiekt jest nieskończony, soczewka oka staje się spłaszczona, aż ogniskowa (f) soczewki będzie równa odległości obrazu (di). Odległość obrazu to odległość między soczewką a punktem, w którym wiązka światła jest załamywana przez oko. Punkt, w którym promienie światła się przecinają, pokrywa się z siatkówką. Można zatem wnioskować, że gdy oko obserwuje obiekt nieskończony, krzywizna soczewki oka staje się płaska, aż ogniskowa (f) będzie równa odległości między soczewką a siatkówką. Wiązka światła musi się przecinać w siatkówce, aby światło mogło zostać przekształcone w sygnały elektryczne w siatkówce.
Poniżej przedstawiono matematyczny dowód, dlaczego dla obiektu znajdującego się w nieskończoności ogniskowa soczewki (f) jest równa odległości obrazu (di). Zależność między ogniskową (f), odległością obiektu (d0) i odległością obrazu (di) wyraża poniższe równanie.
1/f = 1/do + 1/di —– Równanie 1
Soczewka oka jest soczewką skupiającą. Dlatego ogniskowa (f) jest dodatnia. Odległość od obiektu (d0) jest nieskończona, więc zastąp odległość od obiektu (d0) w równaniu 1 symbolem nieskończoności.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– Równanie 2
Z równania 2 wynika, że w przypadku soczewek skupiających, jeśli obiekt znajduje się w nieskończoności, ogniskowa (f) jest równa odległości obrazu (di).
Punkt bliski
Co jeśli obiekt znajduje się blisko oka? Wcześniej wyjaśniono, że punkt bliski normalnego oka lub odległość najbliższego obiektu, na którym normalne oko może prawidłowo skupić wzrok, wynosi 25 cm. Zatem ogniskowa (f) soczewki oka musi być mniejsza niż odległość przedmiotowa (d0) 25 cm. Ogniskowa soczewki oka musi być mniejsza niż odległość 25 cm, aby soczewka oka wytwarzała obraz rzeczywisty. Soczewka oka jest soczewką wypukłą, która może tworzyć obraz pozorny i obraz rzeczywisty. Obraz rzeczywisty powstaje w soczewce wypukłej, gdy ogniskowa (f) jest mniejsza niż odległość przedmiotowa (d0). Zostało to omówione w temacie tworzenia obrazu przez soczewkę wypukłą.
Oszacuj długość ogniskowej (f) układu soczewek oka:
Punkt bliży zdrowego oka wynosi 25 cm, więc odległość do najbliższego obiektu (obiektów) wynosi 25 cm. Odległość między rogówką a siatkówką wynosi około 2.5 cm. Obraz jest wyraźny, jeśli wiązka światła pada na siatkówkę, więc odległość między rogówką a siatkówką jest uważana za odległość obrazu (di). Zatem odległość obrazu (in) wynosi 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
Na podstawie wyników powyższych obliczeń można stwierdzić, że ogniskowa (f) jest mniejsza niż odległość obrazu (di). Różnica między odległością obrazu (di) a ogniskową (f) wynosi 2.5 cm – 2.27 cm = 0.23 cm. Ognisko układu rogówka-soczewka znajduje się 0.23 cm na lewo od obrazu, czyli siatkówki.
Układ rogówka-soczewka oka jest soczewką wypukłą, dzięki czemu obraz powstaje na siatkówce, mimo że jest rzeczywisty, ale odwrócony. Chociaż obraz na siatkówce jest odwrócony, nerw mózgowy ustawia go pionowo.
