明るい場所で瞳孔が小さくなることと、近くの文字へピントを合わせることは、同じ操作でしょうか。目では光の通る口の大きさを変える働きと、光の曲がり方を調節して網膜へ像を結ぶ働きがあります。どちらも見え方に関わりますが、役割を一つにまとめないことが理解の出発点です。
瞳孔は黒い物質の板ではなく、虹彩の中央にある光の通り道です。その奥に水晶体があります。正面から見た黒い丸だけを目のレンズと思うと、部位と働きが入れ替わってしまいます。入り口の大きさ、透明なレンズ、像ができる面を別々に図へ書き込みましょう。
虹彩が調節するのは、瞳孔の大きさ
虹彩の働きで瞳孔が狭くなったり広くなったりし、目の中へ入る光の量が調節されます。ただし、入ってくる光の量は瞳孔の大きさだけで決まるものではありません。外の明るさも関わります。同じ直径でも、明るい場所と暗い場所では条件が違います。
瞳孔を円として扱う計算では、直径の比をそのまま面積の比にしないことが重要です。直径が二倍なら、円の面積は四倍です。ただしそれを現実の目の感じる明るさが四倍、と言い換えることもできません。光を受け取る側の働きまで含めた知覚と、開口部を通る量の模型は分けて考えます。
図は光の通り道を順番に並べた模式図です。角膜と水晶体が光を曲げ、網膜に像ができます。特に水晶体は形を変えることで、見る距離に応じた調節に関わります。入り口を小さくするだけの図と、水晶体の形を変える図を見比べて、どの条件が操作されているかを確かめてください。
ピントを変える働きは、穴の開閉とは別
近い物と遠い物から目へ入る光は、広がり方が異なります。水晶体の形を調節することなどによって、網膜の位置に像ができるようにします。網膜そのものをカメラの画面のように前後へ大きく動かして合わせる、と考えるのではありません。
一方、穴を小さくすると像のぼけ方に影響することもあります。小さな穴で見える範囲が変わる現象があるため、「瞳孔とピントには何の関係もない」と言い切るのも大まかすぎます。本稿で区別したいのは、光の量を調節する主要な働きと、水晶体の形による距離への調節という二つの仕組みです。
近くを見るときには、瞳孔の大きさや両眼の向きも連動して変わります。ですから、写真で瞳孔が小さかったという一つの記録だけで、その原因を周囲の明るさだけに決めることはできません。実験の問題では、観察する物までの距離と照明の条件をそれぞれ確認しましょう。
例題1：直径が半分になったら
光の強さが一様で、通過する光の量が穴の面積に比例する架空の模型です。円い穴の直径が6mmから3mmになりました。同じ時間に通る光の量は、元の何分の一になりますか。
答え・解説： 直径の比は3÷6＝2分の1、面積の比はその二乗なので4分の1です。直径が半分だから光も半分、とはしません。ただし外から当たる光の強さを変えれば、この割合だけでは通る量を比べられません。また、これは穴を通る量の問題で、本人が感じる明るさを測った結果ではありません。
例題2：二つの条件を一度に変えてよい？
架空の観察で、暗い部屋の遠い壁を見た後、明るい机上の近い文字を見たら瞳孔が小さくなりました。この結果だけから、変化は全て明るさによるもの、と結論できますか。明るさの影響を比較するなら、何をそろえますか。
答え・解説： 明るさと見る距離の両方が変わっているため、原因を明るさだけには決められません。比較する物までの距離や視線の向きをそろえ、照明条件を変えた資料で考えます。実際の目を強い光で照らす実験を勧めるものではなく、条件整理のための例です。
目の図は、物体から光が出て、目へ入り、網膜へ届く順にたどると整理できます。目から光を出して文字を照らしているのではありません。さらに、光の量、像の大きさ、ピントの合い方を一つの「よく見える」にまとめず、何を調べたのかを具体的な言葉へ直してみましょう。部品の名前を覚えるだけでなく、その働きに対応する観察を選ぶことが大切です。
凸レンズを半分隠したときの像と、顕微鏡の倍率と視野も、光の通り道と見える範囲を分けて読むための関連記事です。
図や記録を読むときの確認
例えば、同じ文字を写した二枚の画像があり、一方は暗いけれど輪郭がはっきりし、もう一方は明るいけれど輪郭がぼけているとします。この場合、明るい方がピントも合っているとはいえません。光の量を比較する問いなのか、輪郭のぼけを比較する問いなのかを、まず問題文から選び取ります。目の断面図でも、瞳孔を網膜上の像ができる場所として指ささないようにしましょう。瞳孔は光が通る入口側の開口で、網膜は入ってきた光を受け取る奥の部分です。図の丸い形だけで部品を覚えると、この前後関係を見失います。水晶体が描かれた位置から網膜まで線を延ばし、その途中に何があるかを確認すると、名称と役割を結びつけやすくなります。