نور خواهی، مستعد نور شو      مولانا

اهمیت نور در بینایی چشم

انسان، با استفاده از حواس پنجگانه می تواند بـر محیط پیرامون خود تأثیـر بگذارد و از شرایط محیطی اطراف خود اطلاعات بدست آورد.

یکی از مهمترین این حواس (و شاید بتوان گفت اصلی ترین حس) در ارتباط با محیط و تبادل اطلاعات، حس بینایی می باشد و نور عامل اصلی در عملکرد آن است.

در حقیقت، پرتو نوری رابط بین انسان و جهان، از طریق  چشم است که به جمع آوری اطلاعات در مورد جهان پیرامون ما می پردازد و با ثبت و ارسال آنها به مغز، باعث شناخت ما و برهمکنش ما با دنیای پیرموان می شود.

تابش نوری مستقیماً بر رفتار و نحوه ارتباط ما با یکدیگر تأثیر چشمگیری دارد، زیرا آنچه از طریق بینایی در خودآگاه مشاهده می شود، برای آنالیز به مغز ما ارسال شده و برداشت ها و احساسات ما را تشکیل می دهد.

بنابراین، تابش الکترومغناطیسی جزء جدایی ناپذیر در عملکرد بینایی است و پیوند غیرقابل انکاری بین این دو وجود دارد زیرا که قابلیت دیدن، نتیجه مستقیم تعامل بین امواج الکترومغناطیسی و چشم است و بدون آن، هیچ دیدی وجود نخواهد داشت.

نقش تابش نوری در بینایی بسیار پیچیده است، اما در ادامه برای درک بهتر عملکرد بینایی، نگاهی کوتاه بر چگونگی برهمکنش آن با چشم خواهیم داشت.

عملکرد چشم انسان در برهمکنش با پرتو نوری

انسان همواره حجم عظیمی از اطلاعات را از طریق چشمان خود دریافت می کند و به طور انتخابی به برخی توجه می کند، در حالی که چیزهای دیگر را نادیده می گیرد.

چگونه می توان از چشمان خود برای تشخیص همه این موارد استفاده کرد؟

با در نظر گرفتن عمل دیدن به عنوان انتهای زنجیره ای که منبع نوری را به چشم ها (به عنوان یک آشکارساز نوری) متصل می کند، شروع می کنیم.

بدون دریافت تابش نوری توسط چشم، هیچ دیدی وجود نخواهد داشت و این به این دلیل است که کل مکانیزم بینایی انسان بر اساس میزان تابش وارد شده به چشم تعیین گردیده است.

ما قادر به دیدن هستیم زیرا نور از سوی یک جسم موجود در فضا، حرکت کرده و به چشم ما می رسد.

زمانی که نور از طریق چشم دریافت می شود، پس از طی مراحلی، سیگنال هایی به مغز ارسال می شود و مغز ما اطلاعات را رمزگشایی می کند تا ظاهر، مکان و حرکت اشیایی را که می بینیم را تشخیص دهد.

پرتو نوری در دو حالت کلی به چشم انسان می رسد:

• ساده ترین حالت زمانی است که جسمی که می بینید، خود یک منبع نوری باشد (مانند خورشید، چراغ ها، شعله شمع و ...).
• جسم از خود نوری ندهد. در اینجا منبع تابش، یک منبع نورانی جداگانه از جسم است و تابش منعکس شده است که توسط آشکارساز چشم دریافت می شود (مانند همه اشیای غیر نورانی).

• در شکل زیر، آناتومی چشم نمایش داده شده است. پردازش تکانه های عصبی بینایی با اتصالات متقابل در شبکیه شروع و در مغز ادامه می یابد و عصب بینایی سیگنال های دریافتی چشم را به مغز منتقل می کند.

ابتدا پرتو نوری از قرنیه (لایه شفاف جلویی چشم) که یک عدسی همگراست، عبور می کند. قرنیه به شکل گنبدی (محدب) است و پرتو را متمرکز می کند تا به تمرکز چشم کمک کند و در فاصله ثابتی از عدسی قرار دارد.

مرکز تصویر بر روی حفره‌ای قرار می‌گیرد که دارای بیشترین چگالی گیرنده‌ های نوری و بیشترین شدت (تیزی) در میدان بینایی است (مردمک) و عنبیه (قسمت رنگی چشم) میزان نوری که از طریق مردمک به چشم وارد می شود را کنترل می کند.

مردمک به رنگ سیاه دیده می‌شود، زیرا تقریباً تمام نوری که از جسم دریافت می کند، توسط سلول‌های گیرنده شبکیه جذب می‌ شوند.

باز شدن متغیر مردمک، این امکان را ایجاد می کند تا چشم بتواند شدت تابش را از کمترین میزان قابل مشاهده تا میلیون ها برابر بیشتر (بدون آسیب) تشخیص دهد که واقعاً باورنکردنی است.

سپس پرتو نوری از لنز یا عدسی (نوع همگرا) بخش داخلی شفاف چشم عبور می کند. دقت داشته باشید که عملکرد عدسی و قرنیه مکمل همدیگر است تا تابش نوری به درستی روی شبکیه متمرکز شود.

انعطاف پذیر بودن عدسی چشم این امکان را فراهم می کند که بطور خودکار شعاع انحنای عدسی را تنظیم شود تا تصویری را بر روی شبکیه، برای اشیای در فواصل مختلف ایجاد کند.

قرنیه و عدسی را (با همدیگر) می توان به عنوان یک عدسی نازک منفرد در نظر گرفت و تصویر ایجاد شده بسیار شبیه تصویری است که توسط یک عدسی محدب (یعنی یک تصویر واقعی و وارونه) تولید می شود.

اگرچه تصاویری که در چشم ایجاد می‌ شوند معکوس هستند، مغز پس از آنالیز، یک بار دیگر آنها را برعکس می‌ کند تا عمودی به نظر برسد.

هنگامی که تابش به شبکیه (لایه ای از بافت حساس به نور در پشت چشم) برخورد می کند، توسط سلول های خاصی به نام گیرنده های نوری، به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شود.

این سیگنال های الکتریکی، از طریق عصب بینایی به مغز می رسند و سپس مغز سیگنال ها را به تصاویری که می بینید، تبدیل می کند.

دو نوع گیرنده نوری وجود دارد:

• گیرنده های میله ای یا استوانه ای
•  گیرنده های مخروطی

گیرنده های نوری نوع استوانه ای، به سطوح کم نور حساس ‌تر هستند و امکان دیدن در محیط‌ های کم نور را فراهم می کنند.

در حالی که انواع مخروطی، مسئول دید رنگی هستند و در محیط روشن بهترین عملکرد را دارند. آنها به  طول موج های مختلف پاسخ متفاوتی می دهند و بنابراین، ترکیبی از پاسخ های آنها مسئول دید رنگ است.

به علاوه، آنها قادر به درک جزئیات دقیق تر و تغییرات سریع تر در تصاویر هستند زیرا زمان پاسخ آنها به محرک ها سریع تر از انواع استوانه ای است.

چشم انسان، امواج الکترومغناطیسی را در محدوده طول موج تقریبی 400 تا 700 نانومتر حس می کند و سیگنال هایی را از طریق بافت عصبی به مغز می فرستد. در حقیقت، چشم یک آشکارساز تابش مرئی است و بیشتر به پرتو سبز با طول موج حدود 530 نانومتر حساس است.

گیرنده های مخروطی چشم، معمولاً یکی از سه نوع زیر هستند که هر کدام حساسیت طیفی متفاوتی دارند:

• گیرنده های مخروطی نوع S، حساس به طول موج های مرئی کوتاه (طیف آبی، nm 420)
• گیرنده های مخروطی نوع M، حساس به طول موج های مرئی متوسط (طیف سبز، nm 530)
• گیرنده های مخروطی نوع L، حساس به طول موج های مرئی بلند (طیف قرمز، nm 560)

از آنجایی که انسان دارای این سه نوع گیرنده های مخروطی است که منحنی های پاسخ طیفی متفاوتی دارند و در نتیجه به تغییرات رنگ به روش های مختلف پاسخ می دهند، اصطلاحاً گفته می شود که انسان بینایی سه رنگی دارد.

تغییر این گیرنده ها می تواند عاملی بر کوررنگی باشد و برخی گزارش‌ها، افرادی با چهار نوع گیرنده مخروطی تأیید می کنند که به آن‌ها دید تترارنگی (چهار رنگی) می‌دهد.

در حقیقت، این گیرنده ها حاوی رنگدانه هایی با حساست طیفی متفاوت هستند و افراد مختلف، گیرنده های مخروطی با حساسیت رنگ متفاوت خواهند داشت.

هنگامی که اطلاعات به مغز می رسد، تحت پردازش پیچیده ای قرار می گیرد تا درک بینایی ایجاد شود. مغز ورودی هر دو چشم را ترکیب می کند تا تصویری سه بعدی با عمق و پرسپکتیو مشخصی ایجاد کند.

این فرآیند همچنین شامل ادغام اطلاعات حواس دیگر مانند شنوایی، لامسه و تعادل است که به ما کمک می کند تا در محیط خود حرکت کنیم و در آن تعامل داشته باشیم.

شاخص های انکسار نور در چشم

میزان خمش یا شکست پرتو نوری در یک محیط، ضریب شکست نامیده می شود که یک عدد بدون بعد است و تعیین می کند که مسیر تابش در هنگام ورود به یک ماده چقدر خم شده است (بر اساس قانون اسنل-دکارت).

عناصر نوری و شاخص های انکسار آنها در تشکیل تصاویر بسیار مهم است. چشم یک سیستم به خوبی تنظیم شده است و هر گونه تغییر در یک جزء، حتی اگر در سطح زیر بالینی، کل سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد.

عملکرد اصلی سیستم انکساری چشم متمرکز کردن پرتوها بر روی شبکیه است. قرنیه (به ویژه سطح قدامی) مهمترین سطح انکساری چشم است. ضریب انکساری قرنیه به دو عامل بستگی دارد:

• ضریب شکست قرنیه (رابطه مستقیم)
• شعاع انحنا (رابطه معکوس)

دومین ساختار مهم انکساری چشم، عدسی با ضریب شکست متغیر 1.3886-1.406 است.
مرکز (هسته) عدسی دارای حداکثر ضریب شکست (1.46) در بین تمام ساختارهای انکسار چشم است.

در حقیقت، عدسی چشم دارای گرادیان ضریب شکست است که از لبه به مرکز افزایش می یابد و توسط غلظت ساختار پروتئینی ایجاد می شود. این تغییرات برای مطابقت با نیازهای نوری چشم خاص و نیازهای سبک زندگی انسان طراحی شده اند.

آب و زجاجیه و بخش های دیگر نیز به انکسار نوری کمک می کنند و عنبیه میزان نوری را که می تواند به شبکیه برسد را تنظیم می کند.

عامل سوم تعیین کننده قدرت انکسار چشم، طول محوری کره چشم است، به طوری که تغییر 1 میلی متر در طول محوری، منجر به تغییر سه برابری در ضریب شکست می شود.

شباهت چشم انسان و اسپکترومتر

چشم انسان به عنوان یک آشکارساز حساس برای تغییرات رنگ و طول موج های مختلف عمل می کند و به طور موثر در ابزارهای رنگ سنجی تطبیق رنگ استفاده می شود.

اسپکتروفوتومتر ابزاری است که امواج الکترومغناطیسی جذب شده و عبوری توسط یک ماده را اندازه گیری می کند و برای تعیین هویت یا غلظت آن ماده استفاده می کند.

فرایند کلی در یک دستگاه اسپکتروفوتومتر به شکل زیر است:

• منبع تابش از طریق یک شکاف به ماده می تابد.
• پرتو نوری به منشور یا عدسی برخورد کرده و پراکنده می شود.
• سپس طیف پراکنده، با عبور از شکاف خروجی، آشکارسازی می شود.
• طیف نهایی خوانش شده و دیجیتالی می شود. 

در حالی که چشم ها معمولاً با دوربین ها مقایسه می شوند، بررسی ساختار چشم نشان می دهد که می توان آن را به عنوان یک اسپکتروفوتومتر کوچک در نظر گرفت.

ساختار چشم انسان و جزئیات شبکیه بطور مفصل در بخش قبل بررسی شد. گیرنده های نوری مخروطی و استوانه ای، سلول‌های دریافت کننده نور هستند که نور ورودی را به سیگنال‌هایی تبدیل می‌ کنند که از طریق عصب بینایی به مغز منتقل می‌ شوند تا در قالب رنگ ترجمه شوند.

در حقیقت، گیرنده های نوری استوانه ای شدت و انواع مخروطی طیف رنگ را ترجمه می کنند.

در مورد چشم، منبع، پرتو نوری ساطع شده از یک جسم است که از قرنیه عبور می کند که به عنوان یک عدسی شکست عمل می کند.

مردمک به عنوان شکاف یا دیافراگم عمل می کند و سپس تابش نوری از طریق شبکیه عبور می کند، جایی که گیرنده های  استوانه ای و مخروطی به عنوان منشور عمل کرده، پرتو را پراکنده می کنند (تفکیک نور بر اساس شدت و رنگ) و داده ها را به اعصاب بینایی می فرستند تا توسط مغز آنالیز شود.

امیداوریم که این مطلب برای شما مفیده بوده 😍

به شما کاربر عزیز پیشنهاد می کنیم که محصولات شرکت دانش بنیان بلورآزما را نیز مشاهده کنید و در صورت نیاز، می توانید کاتالوگ هر محصول را به صورت جداگانه دانلود نمایید.💐

پیشنهاد می کنیم مقاله اسپکتروفتومتر را برسی کنید

منابع

Wikipedia