눈의 구조

눈은 정교한 광학기구

사람의 눈은 그림에서 볼 수 있는 것처럼 매우 정교한 광학기구이다. 바깥의 사물에서 나온 빛은 투명한 조직인 각막, 수양액, 수정체, 유리체(초자체)를 거쳐서 망막을 자극하여 빛의 존재를 인식하게 되어 있다. 그림에서 각 물질들의 굴절률을 표기해 두었는 데 이 값들은 대체로 1.3~1.4 이어서 거의 단일 구면경계를 가진 광학계로 볼 수 있다. ('구면경계에서의 파면과 광선 모의실험' 참조)

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눈의 구조_ 눈은 수양액수정체 등으로 된 단일 구면경계의 광학계를 하고 있어 물체의 상을 망막에 맺을 수 있다.

이러한 눈은 아래 그림처럼 단순화시켜 표시할 수 있다. 그림에서 표시된 수치는 눈이 가장 이완된 상태의 것으로서 수정체를 지탱하고 있는 근육조직인 모양체에 아무런 자극이 가해지지 않아 편안한 상태이다. 수정체의 중심선을 기준으로 물체초점은 전면의 17mm 되는 지점에 있고, 상초점은 23mm되는 위치, 즉 망막 위에 있게 된다. 이렇게 긴장을 풀었을 경우 사람의 눈은 무한히 먼 거리에 초점을 맞추게 된다. 눈은 단일 구면 경계로 되어 있어 물체초점거리상초점거리가 같지 않다. 이 경우 그림에서 마디점(nodal point) $N$으로 표시한 점으로 들어가는 빛이 굴절되지 않고 곧바로 나아가는 지점이 된다.

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눈의 광학계_ 이완된 사람 눈의 광학계를 단순하게 나타내었다. 주요면의 앞 약 17mm되는 위치에 물체초점($F_o$)이 있으며, 뒤 약 23mm되는 위치에 상초점($F_i$)이 있다. 그리고 주요면의 뒤 약 6mm되는 위치에 마디점이 있어 이를 향하는 광선은 진로가 꺾어지지 않는다. 그림에서 수정체는 지나치게 크게 그려져 있고, 또한 물체가 명시거리보다 안쪽에 있어 상이 망막보다 뒤에 맺히는 상황이다.

사람의 눈은 사진기와 비슷하다고 할 수 있으나 사진기의 경우에는 렌즈와 필름면 사이의 거리를 변화시켜서 초점을 맞추게 되나 눈의 경우에는 렌즈에 해당하는 수정체의 두께를 조절하여 초점거리를 변화시켜서 일정한 거리에 있는 망막에 초점을 맞추게 된다. 이렇게 어떤 위치에 있는 물체를 잘 보기위해 수정체를 긴장시키는 것을 눈의 적응(accommodation of eye)이라 한다.

위 그림에서처럼 모양체의 근육이 이완되어 가장 먼 거리를 볼 수 있는 그 지점을 원점(far point)이라 한다. 한편 모양체가 긴장되어 수정체가 더 볼록해지면 상초점은 앞으로 당겨지게 되고, 이 경우에는 원점보다 가까운 거리에 있는 물체가 망막에 선명한 상을 맺게 될 것이다. 이러한 방법으로 가장 가까이 볼 수 있는 거리를 근점(near point)이라 한다.

정상적인 눈의 경우 원점은 무한대이고, 근점은 약 25cm이다. 이 근점을 명시거리(visual range)라 고도 한다. 우리가 물체를 관찰할 때 우리가 볼 수 있는 가장 가까운 이 거리에 물체를 당겨놓거나 다가가서 관찰하게 된다. 어린이의 근점은 10cm 이하인 데 나이가 들수록 점점 늘어나서 성인이 되면 25cm가 되고 더 나이를 먹어 노안(aged eye)이 되면 적응능력이 떨어져서 이 거리가 1m 이상으로 늘어난다.


_ 구면경계에서의 파면과 광선 모의실험_ 물체초점거리_ 상초점거리_ 주요면_ 굴절률



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