Omdat lichtstralen vanuit hun bron in alle richtingen divergeren, moet de reeks stralen vanuit elk punt in de ruimte die de pupil bereiken, worden gefocusseerd. De vorming van gerichte beelden op de fotoreceptoren van het netvlies is afhankelijk van de breking (buiging) van licht door het hoornvlies en de lens (figuur 11.2). Het hoornvlies is verantwoordelijk voor het grootste deel van de noodzakelijke breking, een bijdrage die gemakkelijk te begrijpen is door te denken aan de wazige onscherpe beelden die men ervaart wanneer men onder water zwemt. Water heeft, in tegenstelling tot lucht, een brekingsindex die dicht bij die van het hoornvlies ligt; bijgevolg elimineert onderdompeling in water praktisch de breking die normaal optreedt op het grensvlak tussen lucht en hoornvlies. De lens heeft aanzienlijk minder brekingsvermogen dan het hoornvlies; de door de lens geleverde breking is echter regelbaar, waardoor voorwerpen op verschillende afstanden van de waarnemer scherp op het netvliesoppervlak kunnen worden afgebeeld.
Figuur 11.2
Diagram van het voorste deel van het menselijk oog in ongeaccommodeerde (links) en geaccommodeerde (rechts) toestand. Accommodatie voor het scherpstellen op nabije voorwerpen omvat de samentrekking van de ciliaire spier, die de spanning in de zonulevezels vermindert en (meer…)
Dynamische veranderingen in de brekingskracht van de lens worden accommodatie genoemd. Bij het zien van objecten in de verte wordt de lens relatief dun en plat gemaakt en heeft de lens de minste brekingskracht. Voor dichtbij zien wordt de lens dikker en ronder en heeft de lens de meeste brekingskracht (zie figuur 11.2). Deze veranderingen zijn het gevolg van de activiteit van de ciliaire spier die de lens omgeeft. De lens wordt op zijn plaats gehouden door radiaal gerangschikte bindweefselbanden (zonulevezels genoemd) die aan de ciliaire spier vastzitten. De vorm van de lens wordt dus bepaald door twee tegengestelde krachten: de elasticiteit van de lens, die de lens bolvormig houdt (als de lens uit het oog wordt gehaald, wordt hij sferoïdaal), en de spanning die wordt uitgeoefend door de zonulevezels, die de lens juist platter maakt. Bij het bekijken van objecten in de verte is de kracht van de zonulevezels groter dan de elasticiteit van de lens, en de lens neemt de plattere vorm aan die geschikt is voor het bekijken van objecten in de verte. Bij het scherpstellen op objecten dichtbij moet de spanning in de zonulevezels worden verminderd, zodat de inherente elasticiteit van de lens de kromming kan vergroten. Deze ontspanning wordt bereikt door contractie van de ciliaire spier. Omdat de ciliaire spier een ring rond de lens vormt, verplaatsen de aanhechtingspunten van de zonulevezels zich naar de centrale as van het oog wanneer de spier samentrekt, waardoor de spanning op de lens afneemt. Helaas zijn veranderingen in de vorm van de lens niet altijd in staat een scherp beeld op het netvlies te produceren; in dat geval kan een scherp beeld alleen worden verkregen met behulp van extra corrigerende lenzen (zie kader A).
Aanpassingen in de grootte van de pupil (d.w.z. de cirkelvormige opening in de iris) dragen ook bij tot de helderheid van de beelden die op het netvlies worden gevormd. Evenals de beelden die door andere optische instrumenten worden gevormd, worden de door het oog gegenereerde beelden beïnvloed door sferische en chromatische aberraties, die de neiging hebben het netvliesbeeld onscherp te maken. Aangezien deze aberraties het grootst zijn voor lichtstralen die het verst van het centrum van de lens passeren, vermindert het vernauwen van de pupil zowel de sferische als de chromatische aberratie, net zoals het sluiten van het irisdiafragma op een cameralens de scherpte van een fotografisch beeld verbetert. Het verkleinen van de pupil vergroot ook de scherptediepte, dat wil zeggen de afstand waarbinnen objecten worden waargenomen zonder dat ze wazig worden. Een kleine pupil beperkt echter ook de hoeveelheid licht die het netvlies bereikt, en onder omstandigheden van zwakke verlichting wordt de gezichtsscherpte beperkt door het aantal beschikbare fotonen in plaats van door optische aberraties. Een instelbare pupil is dus een doeltreffend middel om optische aberraties te beperken en tegelijk de scherptediepte te maximaliseren voor zover verschillende verlichtingsniveaus dat toelaten. De pupilgrootte wordt geregeld door innervatie van zowel sympathische als parasympathische afdelingen van het viscerale motorische systeem, die op hun beurt worden gemoduleerd door verschillende hersenstamcentra (zie de hoofdstukken 20 en 21).