Mắt như cái máy ảnh: cơ chế quang học của mắt

Về phương diện quang học, mắt tương đương như một cái máy chụp ảnh thông thường. Nó có hệ thống các thấu kính, hệ thống ống kính có thể điều chỉnh (lỗ đồng tử), và võng mạc vai trò như một cuộn phim. Các thấu kính của mắt bao gồm bốn bề mặt khúc xạ: (1) bề mặt giữa không khí và mặt trước giác mạc, (2) bề mặt giữa mặt sau giác mạc và thủy dịch, (3) bề mặt giữa thủy dịch và mặt trước thể thủy tinh, and (4) bề mặt giữa mặt sau thể thủy tinh và dịch kính. Chỉ số khúc xạ của các môi trường: của không khí là 1; của giác mạc 1.38; của thủy dịch là 1.33; của thể thủy tinh (trung bình) là 1.40; và của dịch kính là 1.34.

Hình. Mắt như một chiếc máy ảnh. Các con số là chỉ số khúc xạ.

Nghiên cứu tất cả các bề mặt khúc xạ của mắt như một thấu kính duy nhất - làm “đơn giản” mắt đi. Nếu các bề mặt khúc xạ của mắt được tổng hợp lại theo phương diện đại số và sau đó xem nó như một thấu kính duy nhất, thì cơ chế quang học của con mắt thông thường được đơn giản hóa và có thể tượng trưng nó bằng một “con mắt rút gọn”. Sự tượng trưng này rất hữu ích trong những tính toán đơn giản. Trong con mắt rút gọn, nó có một bề mặt khúc xạ duy nhất với điểm trung tâm nằm cách giác mạc 17 mm và tổng độ hội tụ là 59 diopter khi mắt điều tiết để nhìn những vật ở rất xa.

Khoảng hai phần ba độ khúc xạ trong 59 diopter là do bề mặt phía trước của giác mạc tạo nên (không phải bởi thể thủy tinh). Nguyên nhân của sự kì lạ này bởi vì có sự chênh lệch lớn về độ hội tụ giữa giác mạc và không khí, trái lại, chỉ số khúc xạ của thể thủy tinh không có sự khác biệt nhiều so với thủy dịch hay dịch kính.

Tổng độ hội tụ của thể thủy tinh, thường nằm trong mắt và được bao quanh bởi các chất lỏng mọi hướng, chỉ khoảng 20 diopter, khoảng một phần ba tổng độ hội tụ của mắt. Tuy nhiên, nó có vai trò rất quan trọng, đó là đáp ứng với kích thích của xung thần kinh từ não bộ và có thể thay đổi độ cong đáng kể để đưa về “trạng thái nghỉ ngơi”.

Sự tạo thành ảnh trên võng mạc. Cùng với cách mà thấu kính máy ảnh làm hội tụ hình ảnh trên tấm phim, hệ thấu kính của mắt cũng làm hội tụ ảnh trên võng mạc. Hình ảnh này sẽ bị đảo ngược và đổi bên so với vật thực. Tuy nhiên, não bộ có thể hiểu được đồ vật ở vị trí thực dù nó bị đảo ngược vì não bộ đã được rèn luyện để làm điều đó.