Articol Instrumente optice ochiul uman
Părți ale ochiului
Corneea este o membrană transparentă și dură care acoperă partea din față a ochiului. Corneea refractă fasciculul de lumină care intră în ochi.
Pupila este partea neagră a ochiului. Pupila este neagră, prin urmare absoarbe aproape toată lumina. O pupilă este un orificiu prin care lumina trece în ochi. Cu cât diametrul pupilei este mai mare, cu atât mai multă lumină intră în ochi, iar cu cât pupila este mai mică, cu atât mai puțină lumină intră în ochi.
Irisul controlează dimensiunea pupilei. Când mediul din jurul ochiului este foarte luminos, irisul minimizează pupila. În schimb, când mediul din jurul ochilor este mai puțin luminos, irisul mărește pupila astfel încât cantitatea de lumină care intră în ochi este mare. Dacă ați observat diferența dintre ochiul pisicii în timpul zilei și cel al nopții, atunci puteți înțelege cu ușurință funcția irisului.
Mușchii ciliari au rolul de a modifica curbura cristalinului. Modificările cristalinului afectează distanța focală a acestuia. Dacă ochiul observă obiecte aflate la o distanță mare, mușchii ciliari se relaxează, astfel încât raza curburii cristalinului crește, iar distanța focală a acestuia crește.
Când ochiul observă obiecte de la mică distanță, mușchii ciliari se contractă astfel încât raza curburii cristalinului scade și distanța focală a acestuia scade. Așadar, indirect, funcția mușchilor ciliari este de a controla distanța focală a cristalinului, astfel încât ochiul să poată focaliza corect imaginea obiectului. Modificarea distanței focale a ocularului se numește acomodare oculară.
Cristalinul este o lentilă convergentă, o lentilă convexă sau o lentilă pozitivă. Deși are loc o refracție mai mare a luminii în cornee, cristalinul ochiului refractă și focalizează, de asemenea, fasciculul de lumină, astfel încât imaginea se formează direct pe retină. O imagine trebuie formată pe retină pentru ca obiectele să poată fi văzute clar. Retina are rolul de a converti undele luminoase în semnale electrice, care apoi trec prin nervul optic către creier.
Acomodarea de către un ochi normal
Acomodarea ochiului este ajustarea distanței focale (f) a cristalinului cu distanța dintre obiect și ochi, astfel încât imaginea să poată fi focalizată pe retină. Distanța focală a cristalinului este distanța dintre cristalin și punctul focal al cristalinului (F). Atunci când ochiul se acomodează, curbura cristalinului se modifică, determinând modificarea razei de curbură a ocularului și, prin urmare, și a distanței focale a cristalinului.
Dacă ochiul observă un obiect aflat la distanță, mușchiul ciliar se relaxează, provocând aplatizarea cristalinului, astfel încât raza de curbură și distanța focală a acestuia cresc. Punctul îndepărtat este cea mai îndepărtată distanță pe care ochiul o poate focaliza, unde punctul îndepărtat al ochiului normal este infinit. Când mușchii ciliari se relaxează astfel încât distanța focală a cristalinului devine mai mare și poate focaliza obiectul aflat la distanță, ochiul are acomodare minimă.
Când ochiul observă obiecte de la mică distanță, mușchii ciliari se contractă, determinând curbarea cristalinului, astfel încât raza de curbură și distanța focală a acestuia scad. Distanța obiectului până la cel mai apropiat ochi, care poate fi încă focalizată de ochi, se numește punct de apropiere. Omul obișnuit are un punct de apropiere de 25 cm. Atunci când mușchii ciliari se contractă astfel încât distanța focală a cristalinului devine mai scurtă și poate focaliza obiectul într-un punct de apropiere (25 cm), ochiul are acomodare maximă.
Formarea imaginii
Punctul îndepărtat
Dacă obiectul este infinit, cristalinul se aplatizează până când distanța focală (f) a cristalinului este egală cu distanța față de imagine (di). Distanța față de imagine este distanța dintre cristalin și punctul în care fasciculul de lumină este refractat de ochi se intersectează. Punctul în care razele de lumină se intersectează coincide cu retina. Prin urmare, se poate concluziona că atunci când ochiul observă un obiect infinit, curbura cristalinului se aplatizează până când distanța focală a cristalinului (f) este egală cu distanța dintre cristalin și retină. Fasciculul de lumină trebuie să se intersecteze în retină, astfel încât lumina să poată fi transformată în semnale electrice în retină.
Următoarea este o demonstrație matematică a motivului pentru care, atunci când un obiect este la infinit, distanța focală a lentilei (f) este egală cu distanța față de imagine (di). Relația dintre distanța focală (f), distanța față de obiect (do) și distanța față de imagine (di) este exprimată prin următoarea ecuație.
1/f = 1/do + 1/di —– Ecuația 1
Lentila ochiului este o lentilă convergentă. Prin urmare, distanța focală (f) este pozitivă. Distanța față de obiect (do) este infinită, așadar înlocuiți distanța față de obiect (do) din ecuația 1 cu simbolul infinit.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– Ecuația 2
Ecuația 2 arată că, în cazul lentilelor convergente, dacă obiectul este la infinit, distanța focală (f) este egală cu distanța față de imagine (di).
Punctul apropiat
Ce se întâmplă dacă obiectul este aproape de ochi? Anterior, s-a explicat că punctul de apropiere al ochiului normal sau distanța față de cel mai apropiat obiect, asupra căruia ochiul normal poate focaliza corect, este de 25 cm. Astfel, distanța focală (f) a lentilei trebuie să fie mai mică decât distanța față de obiect (do) de 25 cm. Distanța focală a lentilei ochiului trebuie să fie mai mică decât distanța de 25 cm, astfel încât lentila să producă imaginea reală. Lentila este o lentilă convexă care poate forma o imagine virtuală și o imagine reală. O imagine reală este produsă de o lentilă convexă atunci când distanța focală (f) este mai mică decât distanța față de obiect (do). Acest lucru a fost discutat în subiectul formării imaginii lentilei convexe.
Estimați distanța focală (f) a sistemului cristalin:
Punctul de vedere apropiată al ochiului normal este de 25 cm, astfel încât distanța până la cel mai apropiat obiect (obiecte) este de 25 cm. Distanța dintre cornee și retină este de aproximativ 2.5 cm. Imaginea este clară dacă fasciculul de lumină cade pe retină, astfel încât distanța dintre cornee și retină este considerată distanța față de imagine (di). Deci, distanța față de imagine (in) este de 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
Pe baza rezultatelor calculelor de mai sus, se poate concluziona că distanța focală (f) este mai mică decât distanța față de imagine (di). Diferența dintre distanța față de imagine (di) și distanța focală (f) este de 2.5 cm – 2.27 cm = 0.23 cm. Punctul focal al sistemului cornee-cristalin se află la 0.23 cm la stânga imaginii sau a retinei.
Sistemul cornee-cristalin este o lentilă convexă, astfel încât imaginea se formează pe retină, chiar dacă este reală, dar inversată. Chiar dacă imaginea de pe retină este inversată, nervul creierului o întoarce în poziție verticală.
