狐狸貓望著鏡中的自己

仔細觀察那一雙明亮的眼睛

回想著昨天才從生物課堂裡學到的眼睛構造

在眼球的前方有負責聚光的水晶體

眼球後方則是負責將資訊傳遞到大腦的視網膜

狐狸貓仔細想了想

水晶體的形狀是中間厚 周圍薄

而且又可以把光聚焦

這樣的性質不就是一個凸透鏡嗎

所以 我們能清楚看見各種物體

是因為水晶體扮演了凸透鏡的角色

將外界物體的成像精準的投影在視網膜上

再讓視網膜將物體的資訊傳遞到大腦

麥麥想起學習凸透鏡成像時

當物體在兩倍焦距外的位置

成像會在凸透鏡後的兩倍焦距與一倍焦距之間

但是當物體的位置變近時 成像會往兩倍焦距的方向移動

如果原本在遠方的物體成像在視網膜上

當物體靠近眼球時

成像就會往視網膜的後方移動 不會被會聚在視網膜的位置上

如此一來 我們看到的影像就會變模糊了

但是 我們確實是可以看清楚遠方和近處的物體啊

那麼 眼睛到底是如何解決這個成像會在不同位置的問題呢

狐狸貓寫下目前的問題 以及眼睛可能的解決方法

光學成像的問題

遠近不同的物體

其光線穿透水晶體時會被成像在不同距離的位置上

但只有會聚在視網膜上的成像才能有清晰的影像

眼睛需要的結果

讓不同遠近的物體 都能成像在視網膜的位置上

可能的解決方法

改變水晶體的焦距

讓我們來看一下

究竟改變凸透鏡的焦距 能不能解決問題呢

假設有一個長焦距和一個短焦距的凸透鏡

物體在離這個兩個凸透鏡相同距離的位置

對於焦距短的凸透鏡來說

物體的成像會在比較接近透鏡的位置

如果將物體靠近短焦距的凸透鏡

則會發現成像開始遠離透鏡

因此可以發現 藉由不同焦距的凸透鏡

可以讓不同遠近的物體成像 會聚在同樣的位置上

其實 眼睛正是透過利用連接水晶體的肌肉

讓肌肉拉伸去改變水晶體的厚度

藉此改變水晶體的焦距

因此我們才能看清楚不同遠近的物體

麥麥聽得津津有味

想更理解不同遠近的物體 水晶體需要怎樣不同的焦距

螢幕前的你 能不能和狐狸貓們一起來回答這個問題呢

因為物體變近時 成像會往視網膜後方移動

需要把水晶體的焦距變小 才能把成像往前拉

麥麥覺得好神奇 就算我們很快地移動物體的距離

水晶體的調整都能非常快速的跟上

所以我們才能無時無刻都看到清楚的世界

狐狸貓接著想 那麼一些眼睛的疾病

像是近視和遠視 又是怎麼回事呢

麥麥試著應用剛剛對於水晶體焦距改變的知識

來瞭解近視眼的問題

近視的人可以看清楚近處的物體

表示近物的成像會在視網膜上

但當物體的距離開始變遠 如果水晶體的焦距不變的話

那麼成像就會往視網膜前方移動

當成像不在視網膜上 我們就看不清楚物體了

近視眼的狀況 是遠方物體會成像在視網膜的前方

而其中的成因 可能是因為水晶體的焦距太短

或者是水晶體到視網膜的距離太長導致的

以此類推 無法看清楚近物的遠視眼

則是因為水晶體到視網膜的距離太短

或者水晶體的焦距太長

導致近處物體成像在視網膜的後方

那麼 要如何解決近視眼的問題呢

近視眼是因為物體的光太快聚焦 導致成像在視網膜前方

如果能讓光線先發散 就可以讓光線聚焦的位置延後

而近視眼鏡正是運用了這樣的原理

讓近視的人能重新看清楚遠方的物體

近視眼鏡由凹透鏡組成 凹透鏡會讓入射的光線往外發散

因此當這些更發散的光線進入水晶體後

就能讓遠方物體的成像位置清楚的投射在視網膜上了

親愛的你 如果是遠視眼的話

要配帶哪一種鏡片來改善呢

因為凸透鏡會讓光線向內會聚

因此在水晶體前先讓光線會聚

能幫助光線進入眼睛後更快的聚焦 投射在視網膜上

最後 我們來做個小測驗吧

狐狸貓們將今天學到的知識 做了一個重點整理

物體和眼睛的距離變近時

水晶體的焦距需要變短 才能看清楚物體

近視眼的成像是在視網膜前方

遠視眼的成像是在視網膜後方

近視眼鏡是能讓光線發散的凹透鏡

遠視眼鏡是能讓光線會聚的凸透鏡

最後 和狐狸貓們一起來腦力激盪吧

物體在凸透鏡兩倍焦距外的成像 是倒立的實像

因此經過水晶體投射在視網膜上的物體成像

其實是倒立的

那麼 為什麼我們看到的世界不是上下顛倒的呢