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Perché i raggi di luce divergono in tutte le direzioni dalla loro fonte, l’insieme dei raggi da ogni punto dello spazio che raggiungono la pupilla devono essere focalizzati. La formazione di immagini focalizzate sui fotorecettori della retina dipende dalla rifrazione (piegatura) della luce da parte della cornea e della lente (Figura 11.2). La cornea è responsabile della maggior parte della rifrazione necessaria, un contributo facilmente apprezzabile considerando le immagini sfocate sperimentate quando si nuota sott’acqua. L’acqua, a differenza dell’aria, ha un indice di rifrazione vicino a quello della cornea; di conseguenza, l’immersione in acqua elimina virtualmente la rifrazione che normalmente avviene all’interfaccia aria/cornea. La lente ha un potere di rifrazione notevolmente inferiore a quello della cornea; tuttavia, la rifrazione fornita dalla lente è regolabile, permettendo agli oggetti a varie distanze dall’osservatore di essere messi a fuoco sulla superficie retinica.

I cambiamenti dinamici nel potere di rifrazione del cristallino sono chiamati accomodazione. Per la visione di oggetti lontani, la lente è resa relativamente sottile e piatta e ha il minor potere di rifrazione. Per la visione da vicino, la lente diventa più spessa e più rotonda e ha il maggior potere di rifrazione (vedi Figura 11.2). Questi cambiamenti risultano dall’attività del muscolo ciliare che circonda la lente. Il cristallino è tenuto in posizione da bande di tessuto connettivo disposte radialmente (chiamate fibre zonule) che sono attaccate al muscolo ciliare. La forma del cristallino è quindi determinata da due forze opposte: l’elasticità del cristallino, che tende a mantenerlo arrotondato (rimosso dall’occhio, il cristallino diventa sferoidale), e la tensione esercitata dalle fibre dello zonulo, che tende ad appiattirlo. Quando si osservano oggetti lontani, la forza delle fibre dello zonulo è maggiore dell’elasticità della lente, e la lente assume la forma più piatta appropriata per la visione a distanza. La messa a fuoco di oggetti più vicini richiede il rilassamento della tensione nelle fibre dello zonulo, permettendo all’elasticità intrinseca della lente di aumentare la sua curvatura. Questo rilassamento è realizzato dalla contrazione del muscolo ciliare. Poiché il muscolo ciliare forma un anello intorno alla lente, quando il muscolo si contrae, i punti di attacco delle fibre dello zonulo si spostano verso l’asse centrale dell’occhio, riducendo così la tensione sulla lente. Sfortunatamente, i cambiamenti nella forma della lente non sono sempre in grado di produrre un’immagine focalizzata sulla retina, nel qual caso un’immagine nitida può essere focalizzata solo con l’aiuto di lenti correttive aggiuntive (vedi Box A).

Anche le regolazioni nella dimensione della pupilla (cioè l’apertura circolare nell’iride) contribuiscono alla chiarezza delle immagini formate sulla retina. Come le immagini formate da altri strumenti ottici, quelle generate dall’occhio sono affette da aberrazioni sferiche e cromatiche, che tendono a sfocare l’immagine retinica. Poiché queste aberrazioni sono maggiori per i raggi di luce che passano più lontano dal centro della lente, restringere la pupilla riduce sia l’aberrazione sferica che quella cromatica, proprio come chiudere il diaframma a iride di un obiettivo fotografico migliora la nitidezza dell’immagine. Ridurre la dimensione della pupilla aumenta anche la profondità di campo, cioè la distanza entro la quale gli oggetti sono visti senza sfocature. Tuttavia, una pupilla piccola limita anche la quantità di luce che raggiunge la retina e, in condizioni di scarsa illuminazione, l’acuità visiva diventa limitata dal numero di fotoni disponibili piuttosto che dalle aberrazioni ottiche. Una pupilla regolabile fornisce quindi un mezzo efficace per limitare le aberrazioni ottiche, pur massimizzando la profondità di campo nella misura in cui i diversi livelli di illuminazione lo permettono. La dimensione della pupilla è controllata dall’innervazione delle divisioni simpatiche e parasimpatiche del sistema motorio viscerale, che sono a loro volta modulate da diversi centri del tronco encefalico (vedi capitoli 20 e 21).