2.6: Jicho

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Kuelewa fizikia ya msingi ya jinsi picha zinaundwa na jicho la mwanadamu
• Kutambua hali kadhaa za maono yasiyoharibika, pamoja na kanuni za optics za kutibu hali hizi.

Fizikia ya Jicho

Jicho ni ajabu kwa jinsi inavyounda picha na katika utajiri wa undani na rangi inaweza kuchunguza. Hata hivyo, macho yetu mara nyingi yanahitaji marekebisho ili kufikia kile kinachoitwa “kawaida” maono. Kweli, maono ya kawaida inapaswa kuitwa “bora” maono kwa sababu karibu nusu ya idadi ya watu inahitaji aina fulani ya marekebisho ya macho, hivyo kuhitaji glasi ni kwa maana hakuna “isiyo ya kawaida.” Uundaji wa picha kwa macho yetu na marekebisho ya kawaida ya maono yanaweza kuchambuliwa na optics zilizojadiliwa mapema katika sura hii.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha anatomy ya msingi ya jicho. Kornea na lens huunda mfumo ambao, kwa makadirio mazuri, hufanya kama lens moja nyembamba. Kwa maono wazi, picha halisi inapaswa kupangwa kwenye retina nyeti ya mwanga, ambayo iko umbali uliowekwa kutoka kwa lens. Lens rahisi ya jicho inaruhusu kurekebisha radius ya curvature ya lens ili kuzalisha picha kwenye retina kwa vitu kwa umbali tofauti. Katikati ya picha huanguka kwenye fovea, ambayo ina wiani mkubwa wa receptors mwanga na acuity kubwa (ukali) katika uwanja wa kuona. Ufunguzi wa kutofautiana (yaani, mwanafunzi) wa jicho, pamoja na kukabiliana na kemikali, inaruhusu jicho kuchunguza nguvu za mwanga kutoka chini kabisa inayoonekana hadi mara ¹⁰ zaidi (bila uharibifu). Hii ni aina ya ajabu ya kugundua. Usindikaji wa msukumo wa neva wa kuona huanza na kuingiliana katika retina na unaendelea katika ubongo. Mishipa ya optic hutoa ishara zilizopokelewa na jicho kwa ubongo.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kornea na lens ya jicho hufanya pamoja ili kuunda picha halisi kwenye retina ya kuhisi mwanga, ambayo ina mkusanyiko wake mkubwa wa receptors katika fovea na doa kipofu juu ya ujasiri wa optic. Radi ya curvature ya lens ya jicho ni kubadilishwa ili kuunda picha kwenye retina kwa umbali tofauti wa kitu. Vipande vya tishu na fahirisi tofauti za kukataa katika lens zinaonyeshwa hapa. Hata hivyo, wameondolewa kutoka picha nyingine kwa uwazi.

Fahirisi za kukataa katika jicho ni muhimu kwa uwezo wake wa kuunda picha. Jedwali\(\PageIndex{1}\) linaorodhesha fahirisi za kukataa zinazofaa kwa jicho. Mabadiliko makubwa katika ripoti ya kukataa, ambayo ndio ambapo mionzi ya mwanga hupigwa zaidi, hutokea kwenye interface ya hewa ya kamba badala ya interface ya maji ya humor-lens. Mchoro wa ray katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) inaonyesha malezi ya picha na kamba na lens ya jicho. Kornea, ambayo yenyewe ni lens inayobadilika yenye urefu wa takriban 2.3 cm, hutoa nguvu nyingi za kuzingatia jicho. Lens, ambayo ni lens inayobadilika yenye urefu wa urefu wa 6.4 cm, hutoa lengo la finer linalohitajika ili kuzalisha picha wazi kwenye retina. Kornea na lenzi zinaweza kutibiwa kama lens moja nyembamba, ingawa mionzi ya mwanga hupitia tabaka kadhaa za nyenzo (kama vile konea, ucheshi wa maji, tabaka kadhaa katika lenzi, na ucheshi wa vitreous), kubadilisha mwelekeo katika kila kiolesura. Picha iliyoundwa ni sawa na ile iliyozalishwa na lens moja ya convex (yaani, picha halisi, inverted). Ingawa picha zilizojengwa katika jicho zimeingizwa, ubongo huwaingiza tena ili kuwafanya waonekane sawa.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Fahirisi za refractive Zinazohusiana na Jicho*Hii ni thamani ya wastani. Ripoti halisi ya kukataa inatofautiana katika lens na ni kubwa katikati ya lens.

Material	Ripoti ya kukataa
Maji	1.33
Air	1.0
Kornea	1.38
Ucheshi wenye maji	1.34
Lens	1.41 ^*
Vitreous ucheshi	1.34

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Katika jicho la mwanadamu, fomu za picha kwenye retina. Mionzi kutoka juu na chini ya kitu hufuatiliwa ili kuonyesha jinsi picha halisi, iliyoingizwa inazalishwa kwenye retina. Umbali wa kitu sio kiwango.

Kama ilivyoelezwa, picha lazima kuanguka kwa usahihi juu ya retina kuzalisha maono wazi-yaani, umbali wa picha d _i lazima sawa umbali lens-to-retina. Kwa sababu umbali wa lens-to-retina haubadilika, umbali wa picha d _i lazima iwe sawa kwa vitu katika umbali wote. Misuli ya ciliary kurekebisha sura ya lens ya jicho kwa kuzingatia vitu vya karibu au mbali. Kwa kubadilisha sura ya lens ya jicho, jicho hubadilisha urefu wa lens. Utaratibu huu wa jicho huitwa malazi.

Kipengele cha karibu kitu kinaweza kuwekwa ili jicho liweze kuunda picha wazi kwenye retina inaitwa sehemu ya karibu ya jicho. Vile vile, hatua ya mbali ni umbali wa mbali zaidi ambapo kitu kinaonekana wazi. Mtu mwenye maono ya kawaida anaweza kuona vitu wazi kwa umbali kutoka cm 25 hadi kwa kiasi kikubwa. Kiwango cha karibu kinaongezeka kwa umri, kuwa mita kadhaa kwa watu wengine wakubwa. Katika maandishi haya, tunazingatia hatua ya karibu kuwa sentimita 25.

Tunaweza kutumia equations nyembamba-lens kwa quantitatively kuchunguza malezi ya picha na jicho. Kwanza, tunafafanua nguvu ya macho ya lens kama

\[P=\frac{1}{f} \nonumber \]

na urefu wa focal wa kutolewa kwa mita. Vitengo vya nguvu za macho huitwa “diopters” (D). Hiyo ni, 1D=1/m, au ^{1m -1}. Optometrists kuagiza miwani ya kawaida na lenses mawasiliano katika vitengo vya diopters. Kwa ufafanuzi huu wa nguvu za macho, tunaweza kuandika upya equations nyembamba-lens kama

\[P=\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i}. \nonumber \]

Kufanya kazi na nguvu za macho ni rahisi kwa sababu, kwa lenses mbili au zaidi karibu pamoja, nguvu ya macho ya mfumo wa lens ni takriban jumla ya nguvu za macho ya lenses ya mtu binafsi:

\[P_{total}=P_{lens~1}+P_{lens~2}+P_{lens~3}+⋯ \label{sumlens} \]

Mfano\(\PageIndex{1}\): Effective Focal Length of the Eye

Lens ya kamba na jicho ina urefu wa urefu wa 2.3 na 6.4 cm, kwa mtiririko huo. Pata urefu wa focal wavu na nguvu ya macho ya jicho.

Mkakati

Nguvu za macho za lenses zilizo karibu zinaongeza, hivyo\(P_{eye}=P_{cornea}+P_{lens}\).

Suluhisho

Kuandika equation kwa nguvu katika suala la urefu focal anatoa

\[\frac{1}{f_{eye}}=\frac{1}{f_{cornea}}+\frac{1}{f_{lens}}=\frac{1}{2.3cm}+\frac{1}{6.4cm} \nonumber. \nonumber \]

Kwa hiyo, urefu wa jicho (kamba na lens pamoja) ni

\[f_{eye}=1.69cm. \nonumber \]

Nguvu ya macho ya jicho ni

\[P_{eye}=\frac{1}{f_{eye}}=\frac{1}{0.0169m}=59D. \nonumber \]

Kwa maono wazi, umbali wa picha\(d_i\) lazima uwe sawa na umbali wa lens-to-retina. Maono ya kawaida yanawezekana kwa vitu katika umbali wa\(d_o=25\, cm\) infinity. Mfano unaofuata unaonyesha jinsi ya kuhesabu umbali wa picha kwa kitu kilichowekwa karibu na jicho.

Mfano\(\PageIndex{2}\): Image of an object placed at the near point

Urefu wa urefu wa jicho fulani la mwanadamu ni 1.7 cm. Kitu kinawekwa kwenye sehemu ya karibu ya jicho. Je, ni mbali gani nyuma ya lens ni picha iliyozingatia?

Mkakati

Sehemu ya karibu ni cm 25 kutoka jicho, hivyo umbali wa kitu ni d _o =25 cm. Tunaamua umbali wa picha kutoka kwa usawa wa lens:

\[\frac{1}{d_i}=\frac{1}{f}−\frac{1}{d_o}. \nonumber \]

Suluhisho

\[d_i=(\frac{1}{f}−\frac{1}{d_o})^{−1} \nonumber \]

\[=(\frac{1}{1.7cm}−\frac{1}{25cm})^{−1} \nonumber \]

\[=1.8cm \nonumber \]

Kwa hiyo, picha huundwa 1.8 cm nyuma ya lens.

Umuhimu

Kutoka kwa formula ya kukuza, tunapata\(m=−\frac{1.8cm}{25cm}=−0.073\). Tangu m<0, picha inaingizwa katika mwelekeo kuhusiana na kitu. Kutoka thamani kamili ya m tunaona kwamba picha ni ndogo sana kuliko kitu; kwa kweli, ni 7% tu ya ukubwa wa kitu.

Marekebisho ya Maono

Uhitaji wa aina fulani ya marekebisho ya maono ni ya kawaida sana. Ukosefu wa maono ya kawaida ni rahisi kuelewa na optics ya kijiometri, na baadhi ni rahisi kurekebisha. Kielelezo\(\PageIndex{3}\) unaeleza mbili kasoro ya kawaida maono. Uangalifu, au myopia, ni uwezo wa kuona vitu karibu, wakati vitu vya mbali ni vyema. Jicho juu hujiunga na mionzi ya karibu sawa kutoka kwa kitu cha mbali, na mionzi huvuka mbele ya retina. Mionzi tofauti zaidi kutoka kwa kitu cha karibu hugeuka kwenye retina kwa picha wazi. Umbali wa kitu cha mbali ambacho kinaweza kuonekana wazi huitwa hatua ya mbali ya jicho (kwa kawaida hatua ya mbali iko kwenye infinity). Uangalifu, au hyperopia, ni uwezo wa kuona vitu vilivyo mbali, wakati vitu vilivyo karibu ni vyema. Jicho la mbali halijabadilisha mionzi kutoka kwa kitu kilicho karibu ili kufanya mionzi kukutana kwenye retina.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): (a) jicho la karibu (myopic) linajiunga na mionzi kutoka kwenye kitu cha mbali mbele ya retina, kwa hiyo wamepiga wakati wanapiga retina, huzalisha picha nyekundu. Lens ya jicho ambayo ina nguvu sana inaweza kusababisha uangalifu, au jicho linaweza kuwa ndefu sana. (b) Jicho la mbali (hyperopic) haliwezi kuunganisha mionzi kutoka kwenye kitu cha karibu kwenye retina, na kuzalisha maono ya karibu ya shamba. Lens ya jicho yenye nguvu ya kutosha ya macho au jicho ambalo ni fupi sana linaweza kusababisha uangalifu.

Kwa kuwa jicho la karibu linajiunga na mionzi ya mwanga, marekebisho ya nearsightedness yanajumuisha kuweka lens ya macho ya macho mbele ya jicho, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Hii inapunguza nguvu ya macho ya jicho ambayo ni yenye nguvu sana (kumbuka kwamba urefu wa focal wa lens inayotofautiana ni hasi, hivyo nguvu zake za macho ni hasi). Njia nyingine ya kuelewa marekebisho haya ni kwamba lens inayojitokeza itasababisha mionzi inayoingia kugeuza zaidi ili kulipa fidia kwa muunganiko wa kupindukia unaosababishwa na mfumo wa lens wa jicho. Picha iliyotengenezwa na lens ya macho ya macho inayotengana hutumika kama kitu (macho) kwa jicho, na kwa sababu jicho haliwezi kulenga vitu zaidi ya hatua yake ya mbali, lens ya kupindua lazima iunda picha ya vitu vya mbali (kimwili) kwenye hatua iliyo karibu zaidi ya sehemu ya mbali.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Marekebisho ya uangalifu wa karibu inahitaji lens inayojitokeza ambayo inafadhili zaidi ya kuunganishwa kwa jicho. Lens diverging hutoa picha karibu na jicho kuliko kitu kimwili. Picha hii hutumika kama kitu cha macho kwa jicho, na mtu aliye karibu anaweza kuiona wazi kwa sababu ni karibu kuliko hatua yao ya mbali.

Mfano\(\PageIndex{3}\): Correcting Nearsightedness

Ni nguvu gani ya macho ya lens ya macho inahitajika ili kurekebisha maono ya mtu aliyeonekana ambaye umbali wake ni 30.0 cm? Tuseme lens ya kurekebisha ni fasta 1.50 cm mbali na jicho.

Mkakati

Unataka mtu huyu aliyeonekana kuwa na uwezo wa kuona vitu vya mbali wazi, ambayo inamaanisha kwamba lens ya macho inapaswa kuzalisha picha 30.0 cm kutoka jicho kwa kitu kisicho na mwisho. Picha 30.0 cm kutoka jicho itakuwa 30.0 cm-1.50 cm=28.5 cm kutoka lens ya macho. Kwa hiyo, ni lazima tuwe na d _i =-28.5cm wakati d _o =\(\infty\). Umbali wa picha ni hasi kwa sababu ni upande mmoja wa lens ya macho kama kitu.

Suluhisho

Kwa kuwa d _i na dodo wanajulikana, tunaweza kupata nguvu ya macho ya lens ya macho kwa kutumia Equation\ ref {sumdiv}:

\[P=\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i}=\frac{1}{\infty}+\frac{1}{−0.285m}=−3.51D. \nonumber \]

Umuhimu

Nguvu ya macho hasi inaonyesha lens (au concave) lens, kama inavyotarajiwa. Kama kuchunguza miwani kwa ajili ya watu nearsighted, utapata lenses ni thinnest katika kituo cha. Zaidi ya hayo, ikiwa unachunguza dawa ya miwani kwa watu wasio na macho, utapata kwamba nguvu ya macho iliyowekwa ni hasi na imetolewa katika vitengo vya diopters.

Kurekebisha uangalifu hujumuisha tu kutumia aina tofauti ya lens kama kwa uangalifu (yaani, lens inayobadilika), kama inavyoonekana kwenye Mchoro\(\PageIndex{5}\).

Lens hiyo itazalisha picha ya vitu vya kimwili ambavyo ni karibu zaidi kuliko karibu na umbali ulio kati ya karibu na hatua ya mbali, ili mtu aweze kuona picha wazi. Kuamua nguvu za macho zinazohitajika kwa ajili ya kusahihisha, lazima kwa hiyo ujue karibu na mtu, kama ilivyoelezwa katika Mfano\(\PageIndex{4}\).

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Marekebisho ya uangalifu hutumia lens inayobadilisha ambayo inafadhili kuunganishwa chini na jicho. Lens inayogeuka hutoa picha mbali na jicho kuliko kitu, ili mtu aliyeonekana anaweza kuiona wazi.

Mfano\(\PageIndex{4}\): Correcting Farsightedness

Ni nguvu gani ya macho ya lens ya macho inahitajika ili kuruhusu mtu aliyeonekana, ambaye karibu naye ni 1.00 m, kuona kitu wazi ambacho ni 25.0 cm kutoka jicho? Tuseme lens ya kurekebisha ni fasta 1.5 cm kutoka jicho.

Mkakati

Wakati kitu ni 25.0 cm kutoka kwa macho ya mtu, lens ya macho inapaswa kuzalisha picha 1.00 m mbali (karibu), ili mtu aweze kuiona wazi. Picha 1.00 m kutoka jicho itakuwa 100cm-1.5cm=98.5cm kutoka lens ya macho kwa sababu lens ya macho ni 1.5 cm kutoka jicho. Kwa hiyo, d _i =-98.5cm, ambapo ishara ndogo inaonyesha kwamba picha iko upande mmoja wa lens kama kitu. Kitu ni 25.0cm-1.5cm=23.5cm kutoka lens ya macho, hivyo d _o =23.5cm.

Suluhisho

Kwa kuwa d _i na dodo wanajulikana, tunaweza kupata nguvu ya macho ya lens ya macho kwa kutumia Equation\ ref {sumlens}:

\[P=\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i}=\frac{1}{0.285m}+\frac{1}{-0.985m}=+3.24D. \nonumber \]

Umuhimu

Nguvu nzuri ya macho inaonyesha lens inayobadilika (convex), kama inavyotarajiwa. Ikiwa unachunguza miwani ya watu wenye farsighted, utapata lenses kuwa thickest katikati. Kwa kuongeza, miwani ya dawa kwa watu wenye kuona mbali ina nguvu ya macho iliyoagizwa ambayo ni chanya.