Людина має одну з найбільш дивовижних зорових систем. Основні властивості людського ока включають: бездоганно скоригований оптичний дизайн, точна геометрія матеріалів, контроль мозком, обробка інформації сітківки ока, взаємозв'язок з мозком з шести різних рівнів сенсорних клітин в сітківці, кольоровий зір, стиск даних, які направляються в мозок, а також високоспеціалізований склад матеріалів і орієнтація, яка дає можливість кожному оку функціонувати і забезпечує запам'ятовування цілих картинок. (Див. Будова очі людини)
Рис 1. Анатомія ока
Після досягнення зрілості очні яблука дорослої людини становлять приблизно 0,9 дюймів (24 мм) в діаметрі і злегка сплюснуті як спереду, так і ззаду. Шари сетчаток кожного ока унікальні. Зовнішній волокнистий шар, що покриває і захищає очні яблука, складається з рогової оболонки ока і склери. Зовнішня одна шоста волокнистого шару є прозорою рогівкою, яка функціонує в якості коригуючої лінзи, щоб допомогти викривляти вступник світло на кришталик всередині очі для освіти на сітківці виразного зображення з високою роздільною здатністю. Потім тонка мембрана покриває рогівку. Частина, що залишилася волокнистого шару очі - це щільне, міцне, непроникне покриття, білкову оболонку ока. Зовнішній шар яблука містить кровоносні судини, які утворюють «налитий кров'ю очей», коли він роздратований. Середній шар очного яблука є густо пигментированним, добре оснащеним кров'ю, і включає основні складні структури. Найбільш глибокий шар включає сітківку ока. В середині очей складається з передньої порожнини, наповненої водянистою рідиною. Задня порожнину наповнена гелеобразной склоподібної рідиною. Внутрішній тиск (внутрішньоочний тиск), яке проводиться рідиною всередині ока, підтримує форму передньої порожнини, в той час як рідина з утримує тканиною підтримує форму задньої порожнини ока. Очне яблуко неправильної форми призводить до неефективної концентрації світла на сітківці. Людина може бути «короткозорим» або «далекозорим». Обидва стану можна виправити за допомогою окулярів або контактних лінз. Ці стани можуть потребувати сферичної і / або циліндричної корекції.
Проблеми, пов'язані з фокусуванням, можуть також виникати через м'язів, які контролюють очей. Це також можна виправити за допомогою контактних лінз або окулярів. Такі стани як «амблиопичного очей» (затуманений зір) або «косою очей» вимагає особливих засобів корекції. Модель основних компонентів людського ока далі детально описані з тим, щоб відобразити єдину систему зору у відомих термінах.
1. РАЙДУЖНА ОБОЛОНКА ОЧІ
Райдужка - це кругла регульована діафрагма з центральним отвором (зіницею). Вона розташована в порожнині за рогівкою. Райдужна оболонка надає оку його колір, в залежності від кількості присутнього пігменту. Якщо пігменту багато, то райдужна оболонка коричнева. Якщо ж його мало, то вона блакитна. У деяких випадках може взагалі не бути пігменту, в цих випадках очей світлий. Різні пігменти забарвлюють очі різним чином, щоб створити кольори, які ви бачите, такі як сірі, зелені і т.д. При яскравому світлі м'язи райдужної оболонки ока скорочують зіницю, тим самим зменшуючи кількість світла, що потрапляє в око. І навпаки, зіниця розширюється при тьмяному освітленні, щоб збільшити кількість що надходить на сітківку світла. Так як знижується кількість світла, то можливість розрізняти кольори зменшується.
Рис 2. Механізм райдужної оболонки
Райдужка - це продовження великої гладкою м'язи, яка також приєднується до кришталика за допомогою великої кількості суспензерних зв'язок. Ці м'язи розширюються і скорочуються, змінюючи форму лінзи, щоб фокусувати зображення на сітківку. Тоненька мембрана, яка розташована за кришталиком, забезпечує наявність світлонепроникної середовища всередині ока, таким чином, не дозволяючи розсіяному світлі порушувати зорові зображення на сітківці. Це надзвичайно важливо для чистого контрастного зору з хорошим дозволом.
Найбільша передня камера, безпосередньо за рогівкою і перед райдужною оболонкою, містить чисту водяну рідину, яка сприяє гарному зору. Вона дозволяє підтримувати форму ока, регулюючи внутрішньоочний тиск і забезпечуючи підтримку внутрішнім структурам, постачає поживні речовини кришталика і рогівки, видаляє метаболічні відходи очі. Задня камера передньої порожнини знаходиться за райдужною оболонкою і перед кришталиком. Вона допомагає забезпечувати оптичну корекцію зображення на сітківці. Деякі останні оптичні інструменти також використовують пов'язані рідини для підвищеної ефективності і кращої корекції.
2. кришталика
Типовий, двоопуклий (викривлений зовні на обох поверхнях) кришталик - це кришталево-чистий, прозорий оптичний елемент, який є напівтвердих і пружним. Він має форму довгастого кулі. Вся поверхня кришталика гладенька, не містить кров'яних судин і поміщена в еластичну мембрану. Кришталик утримується на місці за допомогою суспензорной зв'язок, які можуть змушувати лінзу ставати або товщі, або тонше. Складні системи контролю автоматично змінюють її фокусну відстань, щоб точно сфокусувати зображення на сітківці в залежності від того, куди мозок направляє очей, щоб щось побачити. Будь-які зміни в зорі людини, обумовлені дефектами лінз, на сьогоднішній день можна коригувати майже до ідеального зору, використовуючи нові лазерні технології, контактні лінзи, або ж звичайні окуляри.
Рис 3. Кришталик
3.СЕТЧАТКА ОЧІ
Сітківка є найбільш глибоким шаром, складаючи оптичний шлях ока. Це тонка, чутлива, надзвичайно складна сенсорна тканина, яка складається з шести шарів світлочутливих клітин. Сітківка охоплює задню частину ока. Клітини фоторецепторів (палички і колбочки) перетворюють світло спочатку в хімічну енергію, а потім в електричну. Палички функціонують в тьмяному освітленні, забезпечуючи обмежене нічний зір. Палички використовуються для можливості бачити зірки; вони не розрізняють колір, але вони розрізняють рухи і дрібні деталі. Існує приблизно 126 мільйонів паличок в кожному оці і приблизно 6 мільйонів колбочок. Для порівняння, в більшості цифрових камер всього лише один мільйон сенсорних елементів. Колбочки найкраще функціонують при яскравому освітленні і дають можливість розрізняти кольори. Колб особливо багато в невеличкій ямі з заднього боку сітківки. Густі області паличок і колбочок знаходяться в колоподібної області, яка оточує цю високочутливу територію з високою роздільною здатністю. Далі назовні густота колбочок зменшується, а співвідношення паличок до колбочкам збільшується до тих пір, поки вони повністю не зникнуть на краях сітківки. Це дає нам можливість бачити набагато більше деталей на обмеженій ділянці поля зору, ніж більшість телевізійних камер. Оптичний нерв з'єднує очей з мозком.
Рис 4. Шари сітківки
Тисячі волокон нервових оптичних клітин проходять по поверхні сітківки і сходяться для того, щоб вийти з ока в оптичному диску (або сліпу пляму), область складає приблизно 0,06 дюймів (1,5 мм.) В діаметрі, і розташована в нижній задній частині сітківки. Волокна цього нерва складені з великої кількості клітин, кожна з яких має тисячі з'єднань, щоб переносити електричні імпульси від сітківки до мозку. У разі пошкодження оптичного нерва зір втрачається.
Зорова система людського ока паралельно обробляє шість різних рівнів сприйняття в сітківці перед тим, як інформація надходить в мозок для кінцевої обробки. Ці шість різних рівнів представляють собою шість різних типів клітин, які складають чутливий елемент сітківки. Кожен чутливий рівень відіграє різну роль у зорі і розпізнавання. Стиснення даних з кожного з цих рівнів чутливих елементів проявляється в значному стисненні ключових зорових даних, які направляються в мозок. Така паралельна обробка забезпечує швидке розпізнавання складну інформацію.
Щоб прочитати цікаву статтю Пітера Джені про сітківці ока, перейдіть до статті Чи дійсно наша «перевернута» сітківка є поганим дизайном?