Artikel Optiska instrument mänskliga ögat
Delar av ögat
Hornhinnan är ett genomskinligt, hårt membran som täcker ögats framsida. Hornhinnan bryter ljusstrålen som kommer in i ögat.
Pupillen är den svarta delen av ögat. Pupillen är svart och absorberar därför nästan allt ljus. En pupill är ett hål genom vilket ljus passerar in i ögat. Ju större pupillens diameter är, desto mer ljus kommer in i ögat och ju mindre pupillens storlek är, desto mindre ljus kommer in i ögat.
Irisen styr pupillens storlek. När omgivningen runt ögat är mycket ljus, minimerar irisen pupillen. Omvänt, när omgivningen runt ögonen är mindre ljus, förstorar irisen pupillen så att mängden ljus som kommer in i ögat är stor. Om du har observerat skillnaden mellan kattögat under dagen och natten, kan du lätt förstå irisens funktion.
Ciliarmusklerna fungerar genom att ändra ögonlinsens krökning. Förändringar i ögonlinsen påverkar ögonlinsens brännvidd. Om ögat observerar föremål på långt avstånd slappnar ciliarmusklerna av så att linsens krökningsradie ökar och linsens brännvidd ökar.
När ögat observerar föremål på nära håll drar ciliarmusklerna ihop sig så att linsens krökningsradie minskar och linsens brännvidd minskar. Så indirekt är ciliarmusklernas funktion att kontrollera ögonlinsens brännvidd så att ögat kan fokusera bilden av objektet korrekt. Förändringen i okularets brännvidd kallas ögonackommodation.
Ögonlinsen är en konvergent lins, konvex lins eller positiv lins. Även om mer ljusbrytning sker i hornhinnan, bryts och fokuserar även ögats lins ljusstrålen så att bilden bildas direkt på näthinnan. En bild måste bildas på näthinnan för att objekt ska kunna ses tydligt. Näthinnans funktion är att omvandla ljusvågor till elektriska signaler, som sedan passerar genom synnerven till hjärnan.
Ackommodation med ett normalt öga
Ögonackommodation är justeringen av ögonlinsens brännvidd (f) med objektets avstånd från ögat så att bilden kan fokuseras på näthinnan. Ögonlinsens brännvidd är avståndet mellan ögonlinsen och linsens fokuspunkt (F). När ögat ackommoderar ändras ögonlinsens krökning, vilket gör att okularets krökningsradie ändras och därför ändras även ögonlinsens brännvidd.
Om ögat observerar ett objekt på avstånd, slappnar ciliarmuskeln av, vilket gör att ögonlinsen blir plattare så att krökningsradien och linsens brännvidd ökar. Fjärrpunkten är det längsta avståndet som ögat kan fokusera på, där den avlägsna punkten för det normala ögat är oändlig. När ciliarmusklerna slappnar av så att ögonlinsens brännvidd blir längre och ögat kan fokusera på objektet på avstånd, har ögat minimal ackommodation.
När ögat observerar föremål på nära håll drar ciliarmusklerna ihop sig, vilket gör att ögats lins blir mer böjd så att krökningsradien och linsens brännvidd minskar. Avståndet från objektet till närmaste öga som fortfarande kan fokuseras av ögat kallas närpunkten. En genomsnittlig människa har en närpunkt på 25 cm. När ciliarmusklerna drar ihop sig så att ögats lins brännvidd blir kortare och ögat kan fokusera på föremålet vid en närpunkt (25 cm), har ögat maximal ackommodation.
Bildandet av bilden
Den bortre punkten
Om objektet är oändligt, blir ögats lins platt tills linsens brännvidd (f) är lika med bildavståndet (di). Bildavståndet är avståndet mellan linsen och den punkt där ljusstrålen bryts av ögat skär varandra. Punkten där ljusstrålarna skär varandra sammanfaller med näthinnan. Man kan därför dra slutsatsen att när ögat observerar ett oändligt objekt, blir ögats lins krökning platt tills linsens brännvidd (f) är lika med avståndet mellan linsen och näthinnan. Ljusstrålen måste skära varandra i näthinnan så att ljus kan omvandlas till elektriska signaler i näthinnan.
Följande är ett matematiskt bevis på varför linsens brännvidd (f) är lika med bildavståndet (di) när ett objekt är i oändligheten. Sambandet mellan brännvidd (f), objektavståndet (do) och bildavståndet (di) uttrycks genom följande ekvation.
1/f = 1/do + 1/di —– Ekvation 1
Ögonlinsen är en konvergerande lins. Därför är brännvidden (f) positiv. Objektavståndet (dö) är oändligt, så ersätt objektavståndet (dö) i ekvation 1 med ett oändlighetstecken.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– Ekvation 2
Ekvation 2 visar att om objektet är i oändligheten på konvergerande linser, är brännvidden (f) lika med bildavståndet (di).
Nära punkten
Vad händer om objektet är nära ögat? Tidigare förklarades det att närpunkten för det normala ögat, eller avståndet till det närmaste objektet som det normala ögat kan fokusera på ordentligt, är 25 cm. Således måste ögats lins brännvidd (f) vara mindre än objektavståndet (do) 25 cm. Brännvidden för ögats lins måste vara mindre än avståndet 25 cm så att ögats lins producerar den verkliga bilden. Ögonets lins är en konvex lins som kan bilda en virtuell bild och en verklig bild. En verklig bild produceras av en konvex lins när brännvidden (f) är mindre än objektavståndet (do). Detta har diskuterats i ämnet om bildbildning av den konvexa linsen.
Uppskatta brännvidden (f) för ögats linssystem:
Närpunkten för ett normalt öga är 25 cm, vilket innebär att avståndet till närmaste objekt är 25 cm. Avståndet mellan hornhinnan och näthinnan är cirka 2.5 cm. Bilden är tydlig om ljusstrålen faller på näthinnan, vilket innebär att avståndet mellan hornhinnan och näthinnan betraktas som bildavståndet (di). Bildavståndet (in) är alltså 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
Baserat på resultaten av ovanstående beräkningar kan man dra slutsatsen att brännvidden (f) är mindre än bildavståndet (di). Skillnaden mellan bildavståndet (di) och brännvidden (f) är 2.5 cm – 2.27 cm = 0.23 cm. Brännpunkten för hornhinnan-ögat-linssystemet är 0.23 cm till vänster om bilden eller näthinnan.
Hornhinnan-ögat-linssystemet är en konvex lins, vilket innebär att bilden bildas på näthinnan trots att den är verklig men inverterad. Även om bilden på näthinnan är inverterad, vrider hjärnans nerv den upprätt.
