La vue est l'un des sens humains les plus précieux. Alors que le système visuel est une partie relativement complexe du cerveau, le processus est piloté par un humble élément optique: l'œil. Il forme des images sur la rétine, où la lumière est absorbée par les photorécepteurs. Avec leur aide, les signaux électriques sont transmis au cortex visuel pour un traitement ultérieur.
Les principaux éléments du système optique de l'œil: la cornée et le cristallin. Ils perçoivent la lumière et la projettent sur la rétine. Il convient de noter que le dispositif de l'œil est beaucoup plus simple que celui des caméras à objectifs multiples créés à sa ressemblance. Malgré le fait que seuls deux éléments jouent le rôle de lentilles dans l'œil, cela n' altère pas la perception de l'information.
Lumière
La nature inhérente de la lumière affecte également certaines caractéristiques du système optique de l'œil. Par exemple, la rétine est la plus sensible dans la partie centrale pour la perception du spectre visible, correspondant au spectre de rayonnement du Soleil. La lumière peut être vue comme transversaleonde électromagnétique. Les longueurs d'onde visibles allant approximativement du bleu (400 nm) au rouge (700 nm) ne représentent qu'une petite partie du spectre électromagnétique.
Il est intéressant de noter que la nature de la particule de lumière (photon) peut également affecter la vision dans certaines conditions. L'absorption des photons se produit dans les photorécepteurs selon les règles d'un processus aléatoire. En particulier, l'intensité de la lumière atteignant chaque photorécepteur ne détermine que la probabilité d'absorber un photon. Cela limite la capacité de voir à faible luminosité et d'adapter l'œil à l'obscurité.
Transparence
Dans les systèmes optiques artificiels, on utilise des matériaux transparents: verre ou plastique avec un fixateur de réfraction. De même, l'œil humain doit former des images à grande échelle et à haute résolution à l'aide de tissus vivants. Si l'image projetée sur la rétine est trop floue, floue, le système visuel ne fonctionnera pas correctement. La raison en est peut-être des maladies oculaires et neuronales.
Anatomie de l'oeil
L'œil humain peut être décrit comme une structure quasi-sphérique remplie de liquide. Le système optique de l'œil se compose de trois couches de tissus:
- externe (sclère, cornée);
- interne (rétine, corps ciliaire, iris);
- intermédiaire (choroïde).
Chez l'homme adulte, l'œil est une sphère d'environ 24 mm de diamètre et se compose de nombreux composants cellulaires et non cellulaires dérivés de la lignée germinale ectodermique et mésodermiquesources.
L'extérieur de l'œil est recouvert d'un tissu résistant et flexible appelé la sclérotique, à l'exception de la face avant où la cornée transparente permet à la lumière de pénétrer dans la pupille. Deux autres couches sous la sclère: la choroïde pour fournir les nutriments et la rétine où la lumière est absorbée par les photorécepteurs après la formation de l'image.
L'œil est dynamique grâce à l'action de six muscles extrinsèques pour capter et balayer l'environnement visuel. La lumière entrant dans l'œil est réfractée par la cornée: une fine couche transparente exempte de vaisseaux sanguins, d'environ 12 mm de diamètre et d'environ 0,55 mm d'épaisseur dans la partie centrale. Le film lacrymal à l'eau sur la cornée garantit la meilleure qualité d'image.
La chambre antérieure de l'œil est remplie d'une substance liquide. L'iris, deux ensembles de muscles avec un trou central dont la taille dépend de la contraction, agit comme un diaphragme dont la couleur caractéristique dépend de la quantité et de la répartition des pigments.
La pupille est le trou au centre de l'iris qui régule la quantité de lumière entrant dans l'œil. Sa taille varie de moins de 2 mm en pleine lumière à plus de 8 mm dans l'obscurité. Une fois que l'élève a perçu la lumière, le cristallin se combine avec la cornée pour former des images sur la rétine. Un cristallin peut changer de forme. Il est entouré d'une capsule élastique et attaché au corps ciliaire par des zonules. L'action des muscles du corps ciliaire permet au cristallin d'augmenter ou de diminuer sa puissance.
Rétine et cornée
Il y a une dépression centrale dans la rétine oùcontient le plus grand nombre de récepteurs. Ses parties périphériques donnent moins de résolution, mais sont spécialisées dans le mouvement des yeux et la détection d'objets. Le champ de vision naturel est assez large par rapport à celui artificiel et est de 160×130°. La macula est située à proximité et fonctionne comme un filtre de lumière, censé protéger la rétine des maladies dégénératives en éliminant les rayons bleus.
La cornée est une section sphérique avec un rayon de courbure antérieur de 7,8 mm, un rayon de courbure postérieur de 6,5 mm et un indice de réfraction inhomogène de 1,37 en raison de la structure en couches.
Taille des yeux et mise au point
L'œil statique moyen a une longueur axiale totale de 24,2 mm et les objets distants sont focalisés exactement au centre de la rétine. Mais des écarts dans la taille de l'œil peuvent changer la situation:
- myopie, lorsque les images sont focalisées devant la rétine,
- hypermétropie quand ça arrive derrière elle.
Les fonctions du système optique de l'œil sont également violées en cas d'astigmatisme - une courbure incorrecte de la lentille.
Qualité d'image sur la rétine
Même lorsque le système optique de l'œil est parfaitement focalisé, il ne produit pas une image parfaite. Plusieurs facteurs influencent cela:
- diffraction de la lumière dans la pupille (flou);
- aberrations optiques (plus la pupille est grande, plus la visibilité est mauvaise);
- diffusion à l'intérieur de l'œil.
Les formes spécifiques des lentilles oculaires, les variations de l'indice de réfraction et les caractéristiques géométriques sont des lacunes du système optique de l'œilpar rapport aux homologues artificiels. L'œil normal est au moins six fois de qualité inférieure et chacun crée un bitmap original en fonction des aberrations présentes. Ainsi, par exemple, la forme perçue des étoiles variera d'une personne à l'autre.
Vision périphérique
Le champ central de la rétine donne la plus grande résolution spatiale, mais la partie périphérique moins vigilante est également importante. Grâce à la vision périphérique, une personne peut naviguer dans l'obscurité, distinguer le facteur de mouvement, et non l'objet en mouvement lui-même et sa forme, et naviguer dans l'espace. La vision périphérique est prédominante chez les animaux et les oiseaux. De plus, certains d'entre eux ont un angle de vision de tous les 360 ° pour une plus grande chance de survie. Les illusions visuelles sont calculées sur les caractéristiques de la vision périphérique.
Résultat
Le système optique de l'œil humain est simple et fiable et parfaitement adapté à la perception du monde environnant. Bien que la qualité du visible soit inférieure à celle des systèmes techniques avancés, elle répond aux exigences de l'organisme. Les yeux ont un certain nombre de mécanismes compensatoires qui laissent certaines des limitations optiques potentielles négligeables. Par exemple, l'important effet négatif de la défocalisation chromatique est éliminé par des filtres de couleur appropriés et une sensibilité spectrale passe-bande.
Au cours de la dernière décennie, la possibilité de corriger les aberrations oculaires à l'aide deoptique. Ceci est actuellement techniquement possible en laboratoire avec des appareils correcteurs tels que les lentilles intraoculaires. La correction peut restaurer la capacité de voir, mais il y a une nuance - la sélectivité des photorécepteurs. Même si des images nettes sont projetées sur la rétine, la plus petite lettre à percevoir nécessitera plusieurs photorécepteurs pour être interprétée correctement. Les images de lettres plus petites que l'acuité visuelle correspondante ne seront pas distinguées.
Cependant, les principaux troubles visuels sont les aberrations faibles: défocalisation et astigmatisme. Ces cas ont été facilement corrigés par divers développements technologiques depuis le XIIIe siècle, lorsque les lentilles cylindriques ont été inventées. Les méthodes modernes impliquent l'utilisation de lentilles de contact et intraoculaires ou de procédures de chirurgie réfractive au laser pour modifier la structure du système optique du patient.
L'avenir de l'ophtalmologie s'annonce prometteur. La photonique et la technologie de l'éclairage y joueront un rôle clé. L'utilisation de l'optoélectronique de pointe permettrait à de nouvelles prothèses de restaurer des yeux hypermétropes sans retirer de tissus vivants, comme c'est actuellement le cas. La nouvelle tomographie par cohérence optique pourrait fournir une visualisation 3D en temps réel à grande échelle de l'œil. La science ne s'arrête pas pour que le système optique de l'œil permette à chacun de voir le monde dans toute sa splendeur.
