윗그림: 우리 눈의 구조
아랫그림: 우리 눈의 각 부분의 곡률반경과 매질의 굴절율. 왼쪽 반쪽은 멀리 볼 경우, 오른쪽 반쪽은 10cm 앞의 물체를 볼 경우임.
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우리에 눈
우리 몸에는 가장 첨단 렌즈 시스템이 있습니다. 그것은 ‘우리에 눈’입니다. 어떤 카메라나 망원경보다도 콤팩트하면서 완벽하게 작동해줍니다. 혹시 우리는 이 좋은 눈을 혹사하고 있지나 않는지요. 눈을 혹사하여 빛을 잃어버리면 그 슬픔은 이루 말할 수없겠지요. 저도 젊은 시절에는 시력이 2.0이었습니다. 좀 어두운데서 검사를 하면 1.5 정도가 나왔습니다. 군대 입대 신체검사에서도 그렇게 나왔는데, 지금은 어두우면 영 보이지를 않습니다. 답답하지요. 직장시절에 도면을 그리면서 급격하게 시력이 하락되었습니다.
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1. 홍채(虹彩)
우리 눈에서 조리개 역할을 합니다. 밝고 어두움에 따라 자동적으로 크기를 조절해줍니다. 직경이 2~7mm 사이의 작은 조리개이지만 잘 작동해줍니다. 즉 우리눈의 조리개는 렌즈 앞쪽 피사체 쪽에 위치한 조리개입니다..
사람의 눈처럼 조리개가 렌즈 앞에 위치하는 설계방식은 반도체제조에 사용되는 노광기를 들수 있습니다. 노광기 조리개는 렌즈 위치보다 초점거리 정도 앞족에 있으므로 홍채와는 약간 다릅니다만 이 적용 목적은 렌즈와 필름면의 거리가 다소 변하더라도 필름면에 맺히는 상의 치수가 크게 변하지 않게 하기위해서입니다.
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2. 수정체
이것이 카메라렌즈와 같습니다. 각막이라는 필터를 통하여 들어온 빛을 여기서 굴절을 일으킵니다. 수정채 상태가 좋지않으면 백내장이라는 병에 걸리게 된답니다. 이 수정채는 두께를 스스로 조절하는 기능을 가지고 있어 우리눈은 10cm~무한원까지 핀트를 맞추어 볼 수 있습니다. 이 어찌 최첨단 렌즈가 아니리요.
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3. 망막
이것이 ccd면입니다. 이 시야는 거의 180도에 가까우므로 우리는 눈알을 좌우로 굴리면 거의 180도 공간을 볼 수 있습니다. 그야말로 최첨단 ccd면입니다. 곁눈질도 할 수 있고, 뚫어져라 정면을 쳐다볼 수도 있고, 힐끔힐끔 봐도 상황을 판단할 수있게 해 주는게 망막의 도움입니다. 우리눈의 ccd면도 술을 마시면 온도가 올라가게되어 노이즈가 많이 발생하여 눈에 보이는게 없게 됩니다. 느닷없이 핫픽셀인 별이 보이기도 합니다.
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우리눈의 ccd면은 2종류의 화소로 나누어져 있습니다.
1)추체(錐體) 화소: 입사광이 밝을 때 작동하고, 총 화소수는 약 700만개, 직경 1.5~5.5 마이크론입니다. 추체 한 화소는 3종류의 세포로 구성되어 색을 분별합니다.
2)간체(杆體) 화소: 입사광이 어두울 때 작동하고, 총 화소수는 약 1억 3천만개. 간체 직경은 약 2마이크론입니다. 간체 화소는 색 판별 불가능하고, 간체의 피크 감도는 추체보다 단 파장 쪽입니다.
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인간의 눈 ccd면의 감도는 휘도(밝기) 차이의 log값에 비례한다고합니다. 이 또한 얼마나 편리한 작동구조인가요. 예를들어 두 물체의 밝기 차이가 10000배라면 log10000=4이므로 대략 4배의 밝기로만 인식하기 때문입니다. 만약 물리량의 그대로 인식한다면 너무 밝아졌다 어두워졌다 정신도 없을거고, 좀 밝은 것은 ccd면이 타버려서 피사체 인식도 못하게 되겠지요.
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4. 중심와(中心窩, fovea centralis)
'와(窩)'란 ‘움푹파진 곳’, ‘움집’을 의미합니다. 망막면의 수정체와 바로 마주보는 정면 족에 약간 움푹파진 곳이 있는데 여기가 중심와입니다. 중심와에서 ccd상(망막상)을 판독하여 해상도를 결정해줍니다. 이 와(窩)의 분해능이 랜들씨환(環)의 60초각을 분리해주면 시력1.0이고 30초각을 분리해주면 시력2.0입니다. 45초각을 분리해주면 시력1.5입니다. 45초각을 분리해주면 달의 크레이터를 식별할 수 있는 수준이므로 고대에 공기가 맑았을 때 인간은 충분히 달의 크레이터를 인식할 수 있었습니다.
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인간의 눈은 전자기파 파장 380~770나노메타까지를 볼 수있다고 합니다. 그러나 눈에 최고로 민감한 파장 555나노메타(황색) 감도를 1로 보았을 때 다른 파장의 시감도는 400nm에서는 0.0004, 730nm에서는 0.0005이므로 실제로는 400~730nm 정도까지만 가시광선이라고 합니다. 그러므로 수은등 h선(404.66nm)은 꽤 보기 어려운 빛입니다. 약간 어두울 때는 507nm부근이 가장 민감하게 됩니다. 더 어둡게 되면 간체세포가 담당하게 되어 색상을 구분할 수 없게됩니다.