Vid je eno najdragocenejših človeških čutov. Medtem ko je vidni sistem razmeroma zapleten del možganov, proces poganja skromen optični element: oko. Oblikuje slike na mrežnici, kjer fotoreceptorji absorbirajo svetlobo. Z njihovo pomočjo se električni signali prenašajo v vidno skorjo za nadaljnjo obdelavo.
Glavni elementi optičnega sistema očesa: roženica in leča. Zaznavajo svetlobo in jo projicirajo na mrežnico. Omeniti velja, da je naprava očesa veliko enostavnejša kot pri kamerah z več lečami, ustvarjenimi po njegovi podobi. Kljub temu, da le dva elementa igrata vlogo leč v očesu, to ne poslabša zaznavanja informacij.
Svetlo
Inherentna narava svetlobe vpliva tudi na nekatere značilnosti optičnega sistema očesa. Na primer, mrežnica je v osrednjem delu najbolj občutljiva za zaznavanje vidnega spektra, ki ustreza spektru sevanja Sonca. Svetlobo lahko vidimo kot prečnoelektromagnetno valovanje. Vidne valovne dolžine od približno modre (400 nm) do rdeče (700 nm) predstavljajo le majhen del elektromagnetnega spektra.
Zanimivo je, da lahko narava delca svetlobe (foton) pod določenimi pogoji vpliva tudi na vid. Absorpcija fotonov poteka v fotoreceptorjih po pravilih naključnega procesa. Zlasti intenzivnost svetlobe, ki doseže vsak fotoreceptor, določa le verjetnost absorpcije fotona. To omejuje zmožnost videnja pri nizki svetlosti in prilagaja oko temi.
Transparentnost
V umetnih optičnih sistemih se uporabljajo prozorni materiali: steklo ali plastika z lomnim fiksatorjem. Podobno mora človeško oko tvoriti velike slike visoke ločljivosti z uporabo živega tkiva. Če je slika, projicirana na mrežnico, preveč zamegljena, nejasna, vizualni sistem ne bo deloval pravilno. Razlog za to so lahko očesne in nevronske bolezni.
Anatomija očesa
Človeško oko lahko opišemo kot kvazi-sferično strukturo, napolnjeno s tekočino. Optični sistem očesa je sestavljen iz treh plasti tkiv:
- zunanji (sklera, roženica);
- notranji (mrežnica, ciliarno telo, šarenica);
- srednja (choroid).
Pri odraslih ljudeh je oko približna krogla s premerom 24 mm in je sestavljena iz številnih celičnih in neceličnih komponent, ki izhajajo iz ektodermalne in mezodermalne zarodne linijeviri.
Zunanjost očesa je prekrita z odpornim in prožnim tkivom, imenovanim beločnica, razen sprednje strani, kjer prozorna roženica omogoča vstop svetlobe v zenico. Dve drugi plasti pod beločnico: žilnica, ki zagotavlja hranila in mrežnica, kjer fotoreceptorji po oblikovanju slike absorbirajo svetlobo.
Oče je dinamično zaradi delovanja šestih zunanjih mišic, da zajamejo in skenirajo vizualno okolje. Svetlobo, ki vstopa v oko, lomi roženica: tanek prozoren sloj brez krvnih žil, premera približno 12 mm in debeline približno 0,55 mm v osrednjem delu. Vodni solzni film na roženici zagotavlja najboljšo kakovost slike.
Sprednja očesna komora je napolnjena s tekočo snovjo. Šarenica, dva sklopa mišic z osrednjo luknjo, katere velikost je odvisna od krčenja, deluje kot diafragma z značilno barvo, odvisno od količine in porazdelitve pigmentov.
Zenica je luknja v središču šarenice, ki uravnava količino svetlobe, ki vstopa v oko. Njegova velikost se giblje od manj kot 2 mm pri močni svetlobi do več kot 8 mm v temi. Ko zenica zazna svetlobo, se kristalna leča združi z roženico in tvori slike na mrežnici. Kristalna leča lahko spremeni svojo obliko. Obdan je z elastično kapsulo in pritrjen na ciliarno telo z zonulami. Delovanje mišic ciliarnega telesa omogoča, da leča poveča ali zmanjša svojo moč.
mrežnica in roženica
Na mrežnici je osrednja depresija, kjervsebuje največje število receptorjev. Njegovi obrobni deli dajejo manjšo ločljivost, vendar so specializirani za gibanje oči in zaznavanje predmetov. Naravno vidno polje je v primerjavi z umetnim precej veliko in je 160×130°. Makula se nahaja v bližini in deluje kot svetlobni filter, ki domnevno ščiti mrežnico pred degenerativnimi boleznimi, tako da zasenči modre žarke.
Roženica je sferični odsek s sprednjim polmerom ukrivljenosti 7,8 mm, zadnjim polmerom ukrivljenosti 6,5 mm in nehomogenim lomnim količnikom 1,37 zaradi plastne strukture.
Velikost oči in fokus
Povprečno statično oko ima skupno aksialno dolžino 24,2 mm in oddaljeni predmeti so osredotočeni točno na sredino mrežnice. Toda odstopanja v velikosti očesa lahko spremenijo situacijo:
- miopija, ko so slike izostrene pred mrežnico,
- daljnovidnost, ko se zgodi za njo.
Funkcije optičnega sistema očesa so kršene tudi v primeru astigmatizma - nepravilne ukrivljenosti leče.
Kakovost slike na mrežnici
Tudi če je optični sistem očesa popolnoma osredotočen, ne ustvari popolne slike. Na to vpliva več dejavnikov:
- difrakcija svetlobe v zenici (zamegljenost);
- optične aberacije (večja kot je zenica, slabša je vidljivost);
- razprševanje v očesu.
Posebne oblike očesnih leč, variacije lomnega količnika in geometrijske značilnosti so pomanjkljivosti očesnega optičnega sistemav primerjavi z umetnimi analogi. Normalno oko je vsaj šestkrat slabše kakovosti in vsako ustvari izvirno bitno sliko, odvisno od prisotnih aberacij. Tako se na primer zaznana oblika zvezd razlikuje od osebe do osebe.
periferni vid
Osrednje polje mrežnice daje največjo prostorsko ločljivost, pomemben pa je tudi manj pozoren periferni del. Zahvaljujoč perifernemu vidu lahko človek krmari v temi, razlikuje med faktorjem gibanja in ne samim premikajočim se predmetom in njegovo obliko ter krmari v prostoru. Pri živalih in pticah prevladuje periferni vid. Poleg tega imajo nekateri od njih vidni kot vseh 360 ° za večjo možnost preživetja. Vizualne iluzije so izračunane na podlagi značilnosti perifernega vida.
rezultat
Optični sistem človeškega očesa je preprost in zanesljiv ter popolnoma prilagojen zaznavanju sveta okolice. Čeprav je kakovost vidnega nižja kot pri naprednih tehničnih sistemih, izpolnjuje zahteve organizma. Oči imajo številne kompenzacijske mehanizme, zaradi katerih so nekatere možne optične omejitve zanemarljive. Na primer, velik negativni učinek kromatskega defokusiranja je odpravljen z ustreznimi barvnimi filtri in pasovno spektralno občutljivostjo.
V zadnjem desetletju možnost popravljanja očesnih aberacij z uporabo adaptiveoptika. To je trenutno tehnično možno v laboratoriju s korektivnimi napravami, kot so intraokularne leče. Popravek lahko obnovi sposobnost videnja, vendar obstaja odtenek - selektivnost fotoreceptorjev. Tudi če se ostre slike projicirajo na mrežnico, bo za pravilno interpretacijo najmanjše črke, ki jo je treba zaznati, potrebno več fotoreceptorjev. Slike črk, manjših od ustrezne ostrine vida, ne bodo razločene.
Vendar so glavne motnje vida šibke aberacije: defokusiranje in astigmatizem. Ti primeri so bili zlahka popravljeni z različnim tehnološkim razvojem od trinajstega stoletja, ko so izumili cilindrične leče. Sodobne metode vključujejo uporabo kontaktnih in intraokularnih leč ali postopke laserske refrakcijske kirurgije za urejanje strukture bolnikovega optičnega sistema.
Prihodnost oftalmologije je videti obetavna. Pri tem bosta ključno vlogo igrala fotonika in svetlobna tehnologija. Uporaba napredne optoelektronike bi novim protezam omogočila obnovitev daljnovidnih oči brez odstranitve živega tkiva, kot je trenutno. Nova optična koherentna tomografija bi lahko zagotovila popolno 3D vizualizacijo očesa v realnem času. Znanost ne miruje, tako da optični sistem očesa omogoča vsakemu od nas videti svet v vsem njegovem sijaju.
