Về mặt quang học, mắt hoạt động như một máy chụp hình, vì nó có một hệ thống thấu kính, một hệ thống có thể điều chỉnh lượng ánh sáng ra vào và võng mạc tương đương với phim.
Khi đi từ môi trường này sang môi trường khác có tỉ trọng khác nhau, tia sáng sẽ bị lệch đi, trừ phi chúng đến thẳng góc với bề mặt tiếp giáp giữa hai môi trường. Sự lệch đi của tia sáng so với hướng ban đầu là hiện tượng khúc xạ. Tia sáng khi đi vào mắt sẽ bị khúc xạ tại bốn bề mặt tiếp giáp: (1) giữa không khí và mặt trước giác mạc; (2) giữa mặt sau giác mạc và thủy dịch; (3) giữa thủy dịch và mặt trước thể thủy tinh; (4) giữa mặt sau thể thủy tinh và dịch kính. Nếu gộp chung lại thành một thấu kính duy nhất, thì thấu kính này có khả năng khúc xạ là 59 đi-ốp, với điểm trung tâm cách xa võng mạc 17 mm.
Sự khúc xạ ánh sáng tùy thuộc vào:
– Đặc tính của các tia sáng khi tiếp xúc với thấu kính: nếu cách xa thấu kính từ 6 mét trở lên thì là các tia sáng song song, nếu cách xa thấu kính dưới 6 mét thì là các tia sáng phân kỳ.
– Đặc tính thấu kính: các tia sáng đi qua thấu kính hội tụ sẽ hội tụ tại một điểm phía sau thấu kính gọi là tiêu điểm; các tia sáng đi qua thấu kính phân kỳ sẽ bị phân tán ra.
Với cùng một thấu kính hội tụ các tia sáng phân kỳ sẽ hội tụ tại một tiêu điểm cách xa thấu kính hơn là các tia sáng song song. Chỉ số khúc xạ của thấu kính càng lớn thì tiêu điểm càng gần thấu kính hơn.
2. Cơ chế điều tiết
Thể thủy tinh được cấu tạo bởi các sợi protein trong suốt, bao bọc trong một cái vỏ chun giãn. Khi nhìn xa, cơ thể mi giãn, các dây chằng treo thể thủy tinh ở trạng thái căng, thể thủy tinh hình dẹt; các tia song song hội tụ trên võng mạc. Khi nhìn gần các tia sáng trở nên phân kỳ; nếu thể thủy tinh vẫn dẹt, các tia sáng sẽ hội tụ ở phía sau võng mạc, hình ảnh sẽ bị mờ. Để các tia này vẫn hội tụ trên võng mạc, cơ thể mi phải co lại để các dây chằng chùng xuống, thể thủy tinh phồng lên và tăng thêm độ khúc xạ. Khả năng tăng độ khúc xạ của thể thủy tinh được gọi là sự điều tiết. Vì cơ thể mi chỉ có thể co đến một giới hạn nào đó, nên sự điều tiết tối đa vào khoảng 12 đi-ốp, và quá giới hạn đó hình ảnh sẽ bị mờ. Càng lớn tuổi khả năng điều tiết càng kém, do hiện tượng thoái hóa protein của thể thủy tinh, làm cho các sợi bớt chun giãn. Đó là hiện tượng lão thị, bắt đầu vào khoảng 40-45 tuổi.
3. Sự thay đổi đường kính đồng tử
Đường kính đồng tử có thể thay đổi từ 1.5 milimét đến 8 milimét. Sự thay đổi này nhằm điều chỉnh lượng ánh sáng đi vào mắt: trong tối đồng tử giãn ra và trong sáng đồng tử co lại.
Sự thay đổi đường kính con ngươi còn ảnh hưởng lên chiều sâu hội tụ của mắt. Hình 50.6 cho thấy hai mắt hoàn toàn giống nhau nhưng mắt A có đồng tử thu nhỏ còn mắt B có đồng tử nở lớn.
Đặt hai điểm sáng phía trước hai mắt. Các tia sáng được hội tụ trên võng mạc nên ở cả hai mắt đều thấy rõ hai điểm sáng. Nhưng nếu võng mạc bị chệch ra trước hay phía sau của mặt phẳng hội tụ thì tình hình sẽ khác nhau ở hai mắt. Ở mắt A, kích thước của mỗi điểm sáng không thay đổi nhiều, trong khi ở mắt B kích thước của mỗi điểm sáng tăng lên nhiều, thành một vòng tròn mờ. Hệ thống thấu kính của mắt A được xem là có chiều sâu hội tụ tốt hơn mắt B. Chiều sâu hội tụ càng lớn thì võng mạc có bị chệch đi khỏi mặt phẳng hội tụ hình ảnh vẫn rõ. Chiều sâu hội tụ lớn nhất, khi đường kính đồng tử nhỏ nhất vì khi đó các tia sáng đi qua trung tâm của thể thủy tinh nên ít bị khúc xạ hơn.
4. Sự thành lập hình ảnh trên võng mạc
Trung tâm quang học của mắt là điểm nút, nằm ở giao điểm của 1/3 giữa và 1/3 sau của thể thủy tinh. Các tia sáng khi đi qua điểm nút không bị khúc xạ.
Góc ANB được gọi là góc thị giác, bình thường bằng một phút, nếu hình ảnh trên võng mạc có kích thước là 0.004 milimét. Hình ảnh này bị đảo ngược so với vật quan sát, nhưng vỏ não đã “quen” nhìn hình ảnh theo kiểu đảo ngược này.
5. Thị lực
Thị lực là khả năng nhận thức khoảng cách nhỏ nhất giữa hai đối tượng trong không gian, cho phép phân biệt hai điểm riêng rẽ của một vật, hay thấy được một lỗ hổng nhỏ nhất trong một ảnh liền. Thị lực cao nhất ở lõm trung tâm của điểm vàng. Để thử thị lực người ta dùng những chữ cái, chữ số hoặc vòng hở. Bề dày của các vạch và các kẽ hở đã được tính sao cho chúng được nhìn dưới góc thị giác bằng năm phút. Người được đo thị lực đứng cách xa bảng chữ khoảng 6 mét. Nếu người đó có thể đọc được các chữ cần phải đọc thì thị lực là 1. Nếu phải đứng gần hơn hoặc phải đứng xa hơn so với người bình thường thì thị lực (TL) được tính bằng tỉ số:
TL = khoảng cách để người đo đọc được / khoảng cách để người bình thường đọc được.
