กำลังขยายสูงสุดของดวงตามนุษย์คืออะไร?

ดวงตาเป็นหน้าต่างของสมองในโลก เป็นเครื่องมือเกี่ยวกับการมองเห็นซึ่งแปลงโฟตอนเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่มนุษย์เรียนรู้ที่จะรับรู้เป็นแสงและสี อย่างไรก็ตาม สำหรับความสามารถในการปรับตัวที่น่าประทับใจ ดวงตา—เหมือนกับอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็น—มีข้อจำกัด ในบรรดาสิ่งเหล่านี้เรียกว่าจุดใกล้ซึ่งเกินกว่าที่ตาไม่สามารถโฟกัสได้ จุดใกล้จะจำกัดระยะทางที่มนุษย์สามารถมองเห็นวัตถุได้อย่างชัดเจน

ที่ด้านหน้าของดวงตามีชั้นกระจกตาที่แข็งแรงและโปร่งใส ซึ่งเปรียบเสมือนเลนส์คงที่ที่ปรับไม่ได้ ด้านหลังกระจกตามีของเหลวที่เรียกว่าน้ำ ซึ่งเติมช่องว่างระหว่างกระจกตากับเลนส์ เลนส์มีความโปร่งใสเหมือนกระจกตา แต่สามารถปรับรูปร่างเพื่อโฟกัสที่วัตถุในระยะห่างต่างๆ ได้ จากเลนส์, แสงเดินทาง ผ่านชั้นของเหลวอีกชั้นหนึ่งที่เรียกว่า vitreous humour ไปยังเรตินา ซึ่งเป็นชั้นของเซลล์ที่อยู่ด้านหลัง ตาที่แปลสัญญาณแสงเป็นแรงกระตุ้นของเส้นประสาทซึ่งเคลื่อนที่ไปตามเส้นประสาทตาไปยังสมอง

เมื่อแสงเดินทางผ่านเลนส์ แสงจะโค้งงอหรือหักเห เลนส์โค้งแสงคู่ขนานเพื่อให้มาบรรจบกันที่จุดโฟกัส ระยะทางจากเลนส์ถึงจุดโฟกัสเรียกว่าทางยาวโฟกัส หากแสงสะท้อนจากวัตถุแล้วเดินทางผ่านเลนส์บรรจบ รังสีของแสงจะโค้งงอเพื่อสร้างภาพ จุดที่ภาพก่อตัวและขนาดของภาพขึ้นอยู่กับทางยาวโฟกัสของเลนส์และตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับเลนส์

ความสัมพันธ์ระหว่างทางยาวโฟกัสกับตำแหน่งของภาพถูกกำหนดโดยสมการของเลนส์: 1/L + 1/L' = 1/f โดยที่ L คือระยะห่างระหว่างเลนส์กับวัตถุ L' คือระยะห่างจากเลนส์ไปยังภาพที่มันก่อตัวและ f คือจุดโฟกัส ความยาว. ระยะห่างจากเลนส์ตาถึงเรตินามากกว่า 1.7 ซม. เล็กน้อย ดังนั้นสำหรับดวงตามนุษย์ L' จะเท่ากันเสมอ เฉพาะ L ระยะห่างจากวัตถุ และ f (ความยาวโฟกัส) เปลี่ยนไป ตาของคุณเปลี่ยนทางยาวโฟกัสของเลนส์เพื่อให้ภาพเกิดขึ้นที่เรตินาเสมอ ในการโฟกัสวัตถุที่อยู่ไกล เลนส์จะปรับทางยาวโฟกัสประมาณ 1.7 ซม.

เลนส์จะขยายวัตถุหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่วัตถุสัมพันธ์กับทางยาวโฟกัสของเลนส์ กำลังขยายถูกกำหนดโดยสมการ M = -L' / L โดยที่ L คือระยะห่างจากเลนส์ไปยังภาพที่ปรากฏในสมการก่อนหน้านี้ เช่นเดียวกับในสมการก่อนหน้า และ L' คือระยะห่างจากเลนส์ไปยังภาพที่มันก่อตัวขึ้น อย่างไรก็ตาม ดวงตาของมนุษย์นั้นมีขีดจำกัด มันสามารถปรับทางยาวโฟกัสได้จนถึงตอนนี้ ดังนั้นจึงไม่สามารถโฟกัสสิ่งที่ใกล้กว่าจุดใกล้ได้อย่างชัดเจน สำหรับคนสายตาดี จุดใกล้จะอยู่ที่ประมาณ 25 ซม. เมื่ออายุมากขึ้น จุดใกล้จะมากขึ้น

เนื่องจาก L' สำหรับดวงตามนุษย์จะเท่ากันเสมอ—1.7 ซม.—พารามิเตอร์เดียวในสมการกำลังขยายที่เปลี่ยนแปลงคือ L หรือระยะห่างจากวัตถุที่มอง เนื่องจากมนุษย์ไม่สามารถเพ่งความสนใจไปที่สิ่งใดที่อยู่นอกเหนือจุดใกล้ นั่นคือกำลังขยายสูงสุดของดวงตามนุษย์—ในแง่ของขนาด ภาพที่ก่อตัวขึ้นบนเรตินาเมื่อเทียบกับขนาดของวัตถุเอง—อยู่ที่จุดใกล้ เมื่อ M = 1.7 ซม. / 25 ซม. = .068 ซม. โดยทั่วไป ค่านี้ถูกกำหนดให้เป็นกำลังขยาย 1 เท่า และกำลังขยายสำหรับอุปกรณ์ออปติคัล เช่น แว่นขยาย มักจะถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบกับการมองเห็นปกติ ภาพที่ก่อตัวขึ้นบนเรตินาจะกลับด้านหรือกลับหัว แม้ว่าสมองจะไม่สนใจ แต่ก็เรียนรู้ที่จะตีความข้อมูลที่ได้รับราวกับว่าภาพหันขวาแทน