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Das Auge ist das Gehirnfenster zur Welt. Es ist ein optisches Instrument, das Photonen in elektrische Signale umwandelt, die der Mensch als Licht und Farbe erkennt. Trotz seiner beeindruckenden Anpassungsfähigkeit hat das Auge - wie jedes optische Instrument - Einschränkungen. Darunter befindet sich der sogenannte Nahpunkt, über den das Auge nicht fokussieren kann. Der Nahpunkt begrenzt die Entfernung, in der Menschen Objekte klar sehen können.
Struktur des Auges
Auf der Vorderseite des Auges befindet sich eine harte, transparente Schicht, die als Hornhaut bezeichnet wird. Sie ähnelt einer festen Linse, die nicht eingestellt werden kann. Hinter der Hornhaut befindet sich eine Flüssigkeit namens Kammerwasser, die den Raum zwischen der Hornhaut und der Linse ausfüllt. Die Linse ist transparent wie die Hornhaut, kann jedoch umgeformt werden, um Objekte in unterschiedlichen Entfernungen zu fokussieren. Von der Linse gelangt Licht durch eine andere Flüssigkeitsschicht, die Glaskörper genannt wird, zur Netzhaut - die Zellschicht im hinteren Augenbereich, die Lichtsignale in Nervenimpulse umwandelt, die sich entlang des Sehnervs zum Gehirn bewegen.
Linsen
Wenn Licht durch eine Linse gelangt, wird es gebogen oder gebrochen. Die Linse biegt parallele Lichtstrahlen, so dass sie sich in einem Brennpunkt treffen. Die Entfernung von der Linse zu ihrem Brennpunkt wird als Brennweite bezeichnet. Wenn Licht von einem Objekt reflektiert wird und dann durch eine Sammellinse fällt, werden die Lichtstrahlen gebogen, um ein Bild zu erzeugen. Der Punkt, an dem sich das Bild bildet, und die Größe des Bildes hängen von der Brennweite des Objektivs und der Position des Objekts relativ zum Objektiv ab.
Die Linsengleichung
Die Beziehung zwischen der Brennweite und dem Ort eines Bildes wird durch die Linsengleichung definiert: 1 / L + 1 / L = 1 / f, wobei L der Abstand zwischen einer Linse und einem Objekt ist, L der Abstand von der Linse zu das Bild, das es bildet, und f ist die Brennweite. Der Abstand von der Augenlinse zur Netzhaut beträgt etwas mehr als 1,7 cm, so dass für das menschliche Auge L immer derselbe ist; Nur L, die Entfernung zum Objekt und f (die Brennweite) ändern sich. Ihr Auge ändert die Brennweite seiner Linse, sodass sich das Bild immer auf der Netzhaut bildet. Um auf ein weit entferntes Objekt zu fokussieren, stellt sich das Objektiv auf eine Brennweite von ca. 1,7 cm ein.
Vergrößerung
Ob eine Linse ein Objekt vergrößert, hängt davon ab, wo sich das Objekt relativ zur Brennweite der Linse befindet. Die Vergrößerung ergibt sich aus der Gleichung M = -L / L, wobei - wie in der vorhergehenden Gleichung - L der Abstand zum Objekt und L der Abstand von der Linse zu dem von ihr erzeugten Bild ist. Das menschliche Auge hat jedoch Grenzen; Es kann nur die Brennweite so weit einstellen, dass es sich nicht eindeutig auf Objekte konzentrieren kann, die näher als der Nahpunkt liegen. Für Menschen mit gutem Sehvermögen beträgt der Nahpunkt normalerweise etwa 25 cm; Mit zunehmendem Alter wird der Nahpunkt größer.
Maximale Vergrößerung
Da L für das menschliche Auge immer gleich ist (1,7 cm), ist der einzige Parameter in der Vergrößerungsgleichung, der sich ändert, das L oder der Abstand zum betrachteten Objekt. Da der Mensch sich nicht auf etwas jenseits des Nahpunkts konzentrieren kann, befindet sich die maximale Vergrößerung des menschlichen Auges - gemessen an der Größe des Bildes, das sich auf der Netzhaut im Vergleich zur Größe des Objekts selbst bildet - am Nahpunkt, wenn M = 1,7 cm / 25 cm = 0,068 cm. Im Allgemeinen wird dies als 1-fache Vergrößerung definiert, und die Vergrößerung für optische Instrumente wie Lupen wird in der Regel durch Vergleich mit der normalen Sicht definiert. Bilder, die sich auf der Netzhaut bilden, sind invertiert oder verkehrt herum, obwohl das Gehirn nichts dagegen hat - es hat gelernt, die empfangenen Informationen so zu interpretieren, als ob das Bild mit der rechten Seite nach oben wäre.