Thị giác là một trong những giác quan quý giá nhất của con người. Trong khi hệ thống thị giác là một phần tương đối phức tạp của não, quá trình này được điều khiển bởi một yếu tố quang học khiêm tốn: mắt. Nó hình thành các hình ảnh trên võng mạc, nơi ánh sáng được hấp thụ bởi các thụ thể quang. Với sự trợ giúp của họ, các tín hiệu điện được truyền đến vỏ não thị giác để xử lý thêm.
Các yếu tố chính của hệ thống quang học của mắt: giác mạc và thủy tinh thể. Họ cảm nhận ánh sáng và chiếu nó lên võng mạc. Điều đáng chú ý là thiết bị của mắt đơn giản hơn nhiều so với các máy ảnh có nhiều thấu kính được tạo ra giống như của nó. Mặc dù thực tế là chỉ có hai yếu tố đóng vai trò của thấu kính trong mắt, nhưng điều này không làm giảm khả năng nhận biết thông tin.
Nhẹ
Bản chất vốn có của ánh sáng cũng ảnh hưởng đến một số đặc điểm của hệ thống quang học của mắt. Ví dụ, võng mạc nhạy cảm nhất ở phần trung tâm để nhận biết quang phổ khả kiến, tương ứng với phổ bức xạ của Mặt trời. Ánh sáng có thể được coi là ánh sáng xuyênsóng điện từ. Các bước sóng nhìn thấy được từ khoảng xanh lam (400 nm) đến đỏ (700 nm) chỉ chiếm một phần nhỏ của quang phổ điện từ.
Điều thú vị cần lưu ý là bản chất của hạt ánh sáng (photon) cũng có thể ảnh hưởng đến thị lực trong những điều kiện nhất định. Quá trình hấp thụ photon xảy ra trong tế bào cảm quang theo quy luật của một quá trình ngẫu nhiên. Đặc biệt, cường độ ánh sáng tới mỗi cơ quan thụ cảm chỉ xác định xác suất hấp thụ một photon. Điều này làm hạn chế khả năng nhìn ở độ sáng thấp và mắt thích nghi với bóng tối.
Minh bạch
Trong hệ thống quang học nhân tạo, vật liệu trong suốt được sử dụng: thủy tinh hoặc chất dẻo với chất cố định khúc xạ. Tương tự, mắt người phải tạo ra hình ảnh kích thước lớn, độ phân giải cao bằng cách sử dụng mô sống. Nếu hình ảnh chiếu lên võng mạc quá mờ, mờ, hệ thống thị giác sẽ hoạt động không hiệu quả. Nguyên nhân có thể là do các bệnh về mắt và thần kinh.
Giải phẫu của mắt
Mắt người có thể được mô tả như một cấu trúc bán cầu chứa đầy chất lỏng. Hệ thống quang học của mắt bao gồm ba lớp mô:
- ngoại (củng mạc, giác mạc);
- nội (võng mạc, thể mi, mống mắt);
- trung gian (choroid).
Ở người trưởng thành, mắt là một hình cầu có đường kính xấp xỉ 24 mm và bao gồm nhiều thành phần tế bào và không tế bào có nguồn gốc từ mầm ngoại bì và trung bìnguồn.
Bên ngoài của mắt được bao phủ bởi một lớp mô dẻo và bền gọi là củng mạc, ngoại trừ phía trước nơi giác mạc trong suốt cho phép ánh sáng đi vào đồng tử. Hai lớp khác dưới màng cứng: màng mạch để cung cấp chất dinh dưỡng và võng mạc, nơi ánh sáng được hấp thụ bởi các thụ thể quang sau khi hình thành hình ảnh.
Mắt có tính năng động do hoạt động của sáu cơ bên ngoài để thu nhận và quét môi trường thị giác. Ánh sáng đi vào mắt bị khúc xạ bởi giác mạc: một lớp mỏng trong suốt không có mạch máu, đường kính khoảng 12 mm và dày khoảng 0,55 mm ở phần trung tâm. Phim nước mắt trên giác mạc đảm bảo chất lượng hình ảnh tốt nhất.
Khoang trước của mắt chứa đầy chất lỏng. Mống mắt, hai tập hợp cơ có lỗ trung tâm có kích thước phụ thuộc vào sự co lại, hoạt động giống như một màng ngăn với màu đặc trưng tùy thuộc vào số lượng và sự phân bố của các sắc tố.
Đồng tử là lỗ ở trung tâm của mống mắt có chức năng điều chỉnh lượng ánh sáng đi vào mắt. Kích thước của nó từ dưới 2 mm trong ánh sáng đến hơn 8 mm trong bóng tối. Sau khi đồng tử cảm nhận ánh sáng, thủy tinh thể kết hợp với giác mạc để tạo thành hình ảnh trên võng mạc. Thấu kính kết tinh có thể thay đổi hình dạng của nó. Nó được bao quanh bởi một nang đàn hồi và được gắn vào thể mi bằng các zonules. Hoạt động của các cơ trong thể mi cho phép ống kính tăng hoặc giảm công suất của nó.
Võng mạc và giác mạc
Có một vùng lõm trung tâm trong võng mạcchứa số lượng lớn nhất các thụ thể. Các bộ phận ngoại vi của nó cho độ phân giải thấp hơn, nhưng chuyên dụng cho chuyển động của mắt và phát hiện vật thể. Trường nhìn tự nhiên khá lớn so với trường nhân tạo và là 160 × 130 °. Điểm vàng nằm gần đó và có chức năng như một bộ lọc ánh sáng, được cho là bảo vệ võng mạc khỏi các bệnh thoái hóa bằng cách lọc ra các tia màu xanh lam.
Giác mạc là một phần hình cầu với bán kính cong trước là 7,8 mm, bán kính cong sau là 6,5 mm và chiết suất không đồng nhất là 1,37 do cấu trúc phân lớp.
Kích thước và tiêu điểm mắt
Mắt tĩnh trung bình có tổng chiều dài trục là 24,2 mm và các vật ở xa được hội tụ chính xác tại tâm võng mạc. Nhưng sự sai lệch về kích thước của mắt có thể thay đổi tình hình:
- cận thị, khi hình ảnh được lấy nét ở phía trước võng mạc,
- nhìn xa trông rộng khi nó xảy ra sau lưng cô ấy.
Các chức năng của hệ thống quang học của mắt cũng bị vi phạm trong trường hợp loạn thị - một độ cong không chính xác của thấu kính.
Chất lượng hình ảnh trên võng mạc
Ngay cả khi hệ thống quang học của mắt được lấy nét hoàn hảo, nó cũng không tạo ra hình ảnh hoàn hảo. Một số yếu tố ảnh hưởng đến điều này:
- nhiễu xạ ánh sáng trong đồng tử (mờ);
- quang sai (đồng tử càng lớn thì khả năng hiển thị càng kém);
- tán xạ bên trong mắt.
Hình dạng thấu kính cụ thể của mắt, sự thay đổi chỉ số khúc xạ và các đặc điểm hình học là những thiếu sót của hệ thống quang học của mắtso với đối tác nhân tạo. Mắt bình thường có chất lượng thấp hơn ít nhất sáu lần và mỗi mắt tạo ra một ảnh bitmap ban đầu tùy thuộc vào quang sai hiện có. Vì vậy, ví dụ, hình dạng nhận biết của các ngôi sao sẽ khác nhau ở mỗi người.
Tầm nhìn ngoại vi
Trường trung tâm của võng mạc cho độ phân giải không gian lớn nhất, nhưng phần ngoại vi kém cảnh giác hơn cũng rất quan trọng. Nhờ tầm nhìn ngoại vi, một người có thể điều hướng trong bóng tối, phân biệt giữa yếu tố chuyển động và không phải bản thân vật thể chuyển động và hình dạng của nó, và điều hướng trong không gian. Thị lực ngoại vi chủ yếu ở động vật và chim. Hơn nữa, một số trong số chúng có góc nhìn 360 ° để có cơ hội sống sót cao hơn. Ảo ảnh thị giác được tính toán dựa trên các đặc điểm của tầm nhìn ngoại vi.
Kết quả
Hệ thống quang học của mắt người rất đơn giản, đáng tin cậy và hoàn toàn thích nghi với nhận thức của thế giới xung quanh. Mặc dù chất lượng của sinh vật có thể nhìn thấy thấp hơn so với các hệ thống kỹ thuật tiên tiến, nhưng nó đáp ứng được các yêu cầu của sinh vật. Đôi mắt có một số cơ chế bù trừ nên một số hạn chế về quang học tiềm ẩn là không đáng kể. Ví dụ: hiệu ứng tiêu cực lớn của việc làm mờ màu sắc sẽ bị loại bỏ bởi các bộ lọc màu thích hợp và độ nhạy quang phổ thông dải.
Trong thập kỷ qua, khả năng điều chỉnh quang sai của mắt bằng cách sử dụngquang học. Điều này hiện có thể thực hiện được về mặt kỹ thuật trong phòng thí nghiệm với các thiết bị điều chỉnh như kính nội nhãn. Việc chỉnh sửa có thể khôi phục khả năng nhìn, nhưng có một sắc thái - tính chọn lọc của cơ quan thụ cảm ánh sáng. Ngay cả khi hình ảnh sắc nét được chiếu lên võng mạc, chữ cái nhỏ nhất được nhận biết sẽ yêu cầu nhiều cơ quan thụ cảm ánh sáng để giải thích một cách chính xác. Hình ảnh của các chữ cái nhỏ hơn thị lực tương ứng sẽ không được phân biệt.
Tuy nhiên, các rối loạn thị giác chính là quang sai yếu: mất nét và loạn thị. Những trường hợp này đã được sửa chữa dễ dàng bởi những phát triển công nghệ khác nhau kể từ thế kỷ thứ mười ba, khi thấu kính hình trụ được phát minh. Các phương pháp hiện đại liên quan đến việc sử dụng kính áp tròng và kính nội nhãn hoặc các thủ thuật phẫu thuật khúc xạ bằng laser để chỉnh sửa cấu trúc của hệ thống quang học của bệnh nhân.
Tương lai của nhãn khoa có vẻ đầy hứa hẹn. Quang tử và công nghệ chiếu sáng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong đó. Việc sử dụng quang điện tử tiên tiến sẽ cho phép các bộ phận giả mới phục hồi mắt nhìn xa mà không cần loại bỏ mô sống, như hiện nay. Phương pháp chụp cắt lớp kết hợp quang học mới có thể cung cấp hình ảnh 3D theo thời gian thực quy mô lớn về mắt. Khoa học không đứng yên để hệ thống quang học của mắt cho phép mỗi chúng ta nhìn thế giới trong tất cả sự vinh quang của nó.
