Tiểu luận môn điện tử học lượng tử ứng dụng Bản chất và cơ chế điện tử học lượng tử của ánh sáng và màu sắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----

----

BÀI TIỂU LUẬN
MÔN: ĐIỆN TỬ HỌC LƯỢNG TỬ ỨNG DỤNG
Giảng viên hướng dẫn : GS.TSKH Nguyễn Văn Trị
Học viên thực hiện
: Vũ Văn Dần
Lớp
: Cao học kỹ thuật điện tử (KTĐT12.1)

Hưng yên, tháng 3 năm 2013


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


ĐỀ TÀI : ĐỀ TIỂU LUẬN 15
Bản chất và Cơ chế Điện tử học Lượng tử của Ánh sang và Màu sắc
I.

Bản chất và cơ chế điện tử học lượng tử của hiện tượng mắt nhìn thấy
Bức xạ Điện từ và các nàu sắc khác nhau của BXĐT

II.

Ngưỡng nhận ánh sang vàng của võng mạc là 1,7.10-18 W. Hỏi khi đó
có bao nhiêu photon tới võng mạc trong 1 sec? cho biết ánh sang vàng
có bước song trung bình bằng 575 nm.

I.

Bản chất và cơ chế điện tử học lượng tử của hiện tượng mắt nhìn
thấy Bức xạ Điện từ và các nàu sắc khác nhau của BXĐT

Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp (nhân vector) của dao động điện
trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Sóng
điện từ cũng bị lượng tử hoá thành những "đợt sóng" có tính chất như các hạt chuyển
động gọi là photon.

Hình 1: Sóng điện từ (BXDT)

Hình 2:Sóng điện từ lan truyền theo Z
Một trường hợp đặc biệt của sóng điện từ lan truyền theo phương Z, gọi là sóng
phẳng điều hòa với thành phần điện trường chỉ dao đông theo phương Y,
, Còn từ trường dao động điều hòa theo phương X,
Qua nhiều năm nghiên cứu liên tục về ánh sáng và trong thế kỷ 16, 17 đã có
những lý thuyết mâu thuẫn coi ánh sáng có tính chất sóng hay hạt. Ánh sáng lần đầu
tiên được liên kết với điện từ vào năm 1845 khi Michael Faraday nhận thấy ánh sáng
phản ứng với từ trường. Phát hiện đầu tiên về tính chất sóng điện từ của ánh sáng là
vào năm 1800, khi William Herschel phát hiện ra ánh sáng hồng ngoại. Ông đã nghiên
cứu nhiệt độ màu sắc khác nhau bằng cách di chuyển một nhiệt kế qua ánh sáng bị
chia qua một lăng kính. Ông nhận thấy rằng nhiệt độ cao nhất là khi vượt quá màu đỏ.
Ông đưa ra giả thuyết có 'ánh sáng' mà mắt người không thể nhìn thấy. Năm


1801, Johann Ritternghiên cứu ở phía đầu kia của quang phổ và thấy rằng có 'các tia
hóa học' cũng có hành vi tương tự, nhưng xa hơn nữa, tia sáng có thể nhìn thấy màu
cực tím. Sau đó họ đổi tên thành bức xạ cực tím. Trong thập niên 1860 James
Maxwell nghiên cứu trường điện từ và phát hiện chúng truyền ở gần vận tốc ánh sáng.

Ông đã đưa ra 4 phương trình vi phân để giải thích mối tương quan này. Những
phương trình này dự đoán nhiều tần số của sóng điện từ truyền với vận tốc ánh sáng.
Để chứng minh các phương trình của Maxwell, năm 1886 Heinrich Hertz đã chế tạo
một cỗ máy để tạo và phát hiện sóng vô tuyến. Ông có thể quan sát thấy chúng truyền
ở vận tốc ánh sáng và có thể bị phản xạ và khúc xạ. Trong một thí nghiệm sau đó, ông
đã tạo ra và đo được vi sóng. Những sóng mới này đã mở đường cho các phát minh
như điện báo không dây và vô tuyến. Năm 1895 Wilhelm Röntgen phát hiện một loại
bức xạ mới khi đang làm một thí nghiệm. Ông gọi đó tia X và nhận thấy chúng có thể
truyền xuyên qua cơ thể người, nhưng lại bị các vật chất đặc phản xạ, ví dụ như
xương. Sau này tia X được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực y học. Phần cuối cùng
của phổ điện từ được điền đầy với việc phát hiện ra tia gamma. Năm 1900 Paul
Villard nghiên cứu phóng xạ. Đầu tiên ông nghĩ rằng chúng là các hạt tương tự như
các hạt alpha và beta. Tuy nhiên, năm 1910 Ernest Rutherford đo bước sóng của chúng
và thấy rằng chúng là sóng điện từ.
Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng, động lượng và thông tin.
Sóng điện từ với bước sóng nằm trong khoảng 400 nm và 700 nm có thể được quan sát
bằngmắt người và gọi là ánh sáng.
Mọi vật thể đều phát ra bức xạ điện từ, do dao động nhiệt của các phân tử hay
nguyên tử hoặc các hạt cấu tạo nên chúng, với năng lượng bức xạ và phân bố cường
độ bức xạ theo tần số phụ thuộc vào ở nhiệt độ của vật thể, gần giống bức xạ vật đen.
Sự bức xạ này lấy đi nhiệt năng của vật thể. Các vật thể cũng có thể hấp thụ bức xạ
phát ra từ vật thể khác; và quá trình phát ra và hấp thụ bức xạ là một trong các quá
trình trao đổi nhiệt.

Hình 3: Phổ tần số của BXĐT


Hình 4: Biểu đồ phổ điện từ, chỉ ra các thuộc tính khác nhau theo tần số và bước sóng
Sóng điện từ thường được mô tả bởi ba tính chất vật lý bất kỳ sau: tần
số f, bước sóng λ, hoặc năng lượng photon E. Dải tần số từ 2,4×1023 Hz (1 GeV tia

gamma) xuống tần số plasma cục bộ của môi trường giữa các nguyên tử bị ion hóa
(~1 kHz). Bước sóng tỉ lệ nghịch với tần số, do đó tia gamma có bước sóng rất ngắn là
phân số của kích thước nguyên tử, trong khi các bước sóng có thể dài bằng vũ trụ.
Năng lượng photon tỉ lệ thuận với tần số sóng, do đó tia gamma có năng lượng cao
nhất (khoảng một tỉ electronvolt) và sóng vô tuyến có năng lượng rất thấp (khoảng
một femtô electronvolt). Các mối quan hệ được minh họa bằng các phương trình sau:

Trong đó:
•
•

c = 299.792.458 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không
h = 6,62606896(33)×10−34 J s = 4,13566733(10)×10−15 eV s là hằng số Planck.

Bất cứ khi nào sóng điện từ tồn tại trong một môi trường vật chất, thì bước sóng
của chúng sẽ giảm. Bước sóng của bức xạ điện từ, không bị ảnh hưởng bởi môi trường
mà chúng truyền qua, thường được trích dẫn về mặt bước sóng chân không, mặc dù
điều này không phải lực nào cũng quy định rõ ràng.
Nói chung, bức xạ điện từ được phân loại thành các bước sóng với: sóng vô
tuyến, vi ba, bức xạ terahertz (hay dưới mm), hồng ngoại, vùng ánh sáng nhìn
thấy, cực tím, tia X và tia gamma. Việc bức xạ EM phụ thuộc vào bước sóng của nó.
Khi bức xạ EM tương tác với một nguyên tử và phân tử, hành vi của nó cũng phụ
thuộc vào năng lượng trên mỗi lượng tử (photon) mà nó mang theo.
Quang phổ có thể phát hiện một vùng lớn phổ EM hơn dải ánh sáng nhìn thấy từ
400 nm đến 700 nm. Một phòng thí nghiệm quang phổ thông thường có thể phát hiện
bước sóng từ 2 nm tới 2500 nm. Thông tin chi tiết về tính chất vật lý của đối tượng,
khí hay thậm chí ngôi sao cũng có thể thu được nhờ loại thiết bị này. Kính quang phổ


được dùng rộng rãi trong vật lý học thiên thể. Ví dụ, rất nhiều nguyên tử hydro phát ra

một photon sóng vô tuyến có bước sóng 21,12 cm. Ngoài ra, tần số 30 Hz và thấp hơn
có thể tạo ra và rất quan trọng trong nghiên cứu các sao tinh vân nhất định và tần số
cao như 2,9×1027 Hz đã được phát hiện từ các nguồn vật lý thiên văn.
Ánh sáng khả kiến biểu hiện những tính chất sóng kinh điển, nhưng đồng thời cũng
bộc lộ những tính chất có xu hướng hạt, thể hiện rõ ràng qua những thực thể có năng
lượng và xung lượng (nhưng không có khối lượng), và được gọi là photon. Nguyên tử
là nguồn phát ra mọi bức xạ điện từ, dù là loại nhìn thấy hay không nhìn thấy. Các
dạng bức xạ năng lượng cao, như sóng gamma và tia X, sinh ra do những sự kiện xảy
ra làm phá vỡ trạng thái cân bằng hạt nhân của nguyên tử. Bức xạ có năng lượng thấp,
như ánh sáng cực tím, khả kiến và hồng ngoại, cũng như sóng vô tuyến và vi ba, phát
ra từ những đám mây electron bao quanh hạt nhân hoặc do tương tác của một nguyên
tử với nguyên tử khác. Những dạng bức xạ này xảy ra do thực tế các electron chuyển
động trong những quỹ đạo xung quanh hạt nhân nguyên tử sắp xếp vào những mức
năng lượng khác nhau trong hàm phân bố xác suất của chúng. Nhiều electron có thể
hấp thụ thêm năng lượng từ nguồn bức xạ điện từ bên ngoài , kết quả là chúng nhảy
lên mức năng lượng cao hơn vốn dĩ không bền.
Cuối cùng, electron “bị kích thích” giải phóng năng lượng thừa bằng cách phát ra
bức xạ điện từ có năng lượng thấp hơn, và đồng thời rơi trở lại mức năng lượng bền
trước đó của nó. Năng lượng của bức xạ phát ra bằng với năng lượng ban đầu electron
hấp thụ trừ đi lượng nhỏ năng lượng bị thất thoát qua một số quá trình thứ cấp.
Các mức năng lượng bức xạ điện từ có thể thay đổi đáng kể phụ thuộc vào năng
lượng của nguồn electron hoặc hạt nhân. Ví dụ, các sóng vô tuyến có năng lượng thấp
hơn nhiều so với sóng vi ba, tia hồng ngoại, hoặc ánh sáng khả kiến, và tất cả các sóng
này lại chứa ít năng lượng hơn ánh sáng tử ngoại, tia X và sóng gamma. Như một quy
luật, các năng lượng bức xạ điện từ cao liên quan đến các bước sóng ngắn nhiều hơn
các dạng bức xạ có năng lượng thấp. Mối liên hệ giữa năng lượng của một sóng điện
từ và tần số của nó được cho bởi phương trình:
E = hn = hc/λ
Trong đó: E là năng lượng (kJ/mol), h là hằng số Planck, và các biến khác đã
được định nghĩa ở phần trên. Theo phương trình này, năng lượng của sóng điện từ tỉ lệ

trực tiếp với tần số của nó và tỉ lệ nghịch với bước sóng. Như vậy, khi tần số tăng (với
sự giảm bước sóng tương ứng), thì năng lượng sóng điện từ tăng, và ngược lại. Các
đặc trưng chọn lọc của các loại bức xạ điện từ khác nhau, như được định rõ bởi bước
sóng, tần số và các mức năng lượng của nó, sẽ lần lượt được trình bày trong phần sau
đây.
Mặc dù bức xạ điện từ thường được mô tả bằng bước sóng và tần số của dạng
sóng, nhưng những tính chất đặc trưng khác cũng quan trọng khi xem xét cách thức
sóng truyền trong không gian. Hình 4 biểu diễn các dạng sóng khác nhau tiêu biểu cho
các trạng thái phổ biến thường được dùng để mô tả mức độ đồng đều của bức xạ điện
từ. Do ánh sáng khả kiến là loại bức xạ được nói tới nhiều nhất, nên các ví dụ minh
họa trong hình 4 miêu tả các bước sóng trong vùng phổ này. Ví dụ, ánh sáng đơn sắc
gồm các sóng có cùng bước sóng và tần số, hay ở cấp độ vĩ mô, có cùng màu trong
ánh sáng khả kiến. Trái lại, ánh sáng khả kiến đa sắc thường xuất hiện dưới dạng ánh


sáng trắng do sự đóng góp của hỗn hợp tất cả hay đa số các bước sóng nằm trong vùng
phổ từ 400 đến 700 nanomet.

Hình 5: Dạng sóng của các trạng thái bức xạ điện từ
Khi ánh sáng không phân cực (hình 5), các vectơ điện trường dao động trong
mọi mặt phẳng nằm vuông góc với hướng truyền sóng. Ánh sáng phản xạ từ một bề
mặt phẳng tại góc tới hạn, hoặc truyền qua các bộ lọc phân cực, sẽ định hướng theo
mặt phẳng phân cực, với tất cả các vectơ điện trường dao động trong một mặt phẳng
vuông góc với hướng truyền sóng. Ánh sáng phát ra từ Mặt Trời, và đa số các nguồn
phát ánh sáng khả kiến phổ biến như bóng đèn nóng sáng hoặc huỳnh quang, là không
phân cực, còn ánh sáng nhìn qua các thấu kính phân cực của kính râm bị phân cực theo
chiều đứng. Trong một số trường hợp, ánh sáng có thể bị phân cực elip hoặc phân cực
tròn khi truyền qua những chất có nhiều hơn một chiết suất (các chất khúc xạ kép).
Đa số các nguồn sáng tự nhiên và nhân tạo phát ra ánh sáng không kết hợp, thể
hiện nhiều mối quan hệ pha giữa các bước sóng có mặt trong quang phổ (hình 5).

Trong trường hợp này, các đỉnh và lõm của các trạng thái dao động trong từng sóng
không đồng bộ với nhau trong không gian hoặc thời gian. Ánh sáng kết hợp gồm các
bước sóng đồng pha với nhau, và hành xử theo kiểu rất khác với ánh sáng không kết
hợp đối với các tính chất quang học và tương tác với vật chất. Mặt đầu sóng do ánh
sáng kết hợp tạo ra có các dao động đỉện và từ cùng pha, có góc phân kì thấp, và
thường gồm ánh sáng đơn sắc hoặc các bước sóng có độ phân bố hẹp. Laser là nguồn
phổ biến phát ra ánh sáng kết hợp.
Những sóng ánh sáng có đường đi đồng trục, tương đối không phân kì khi
truyền trong không gian được gọi là chuẩn trực. Dạng có tổ chức này của ánh sáng
không trải ra, hay không phân kì, một mức độ đáng kể trên những khoảng cách tương
đối xa. Ánh sáng chuẩn trực tạo ra chùm tia rất sít sao, nhưng không cần thiết phải có
dải bước sóng hẹp (không cần phải đơn sắc), một mối quan hệ pha chung, hoặc một
trạng thái phân cực đã được định rõ. Mặt đầu sóng của ánh sáng chuẩn trực là mặt
phẳng và vuông góc với trục truyền. Trái lại, ánh sáng phân kì, hay không chuẩn trực,
lại trải ra một mức độ rộng khi truyền trong không gian, và phải cho đi qua một thấu
kính hoặc một lỗ nhỏ mới làm cho nó chuẩn trực, hoặc hội tụ.
---------------------------------------------------------------------------------------------------


Bản chất của màu sắc và ánh sáng, sự cảm nhận màu sắc của mắt người
Ánh sáng khả kiến là một hiện tượng phức tạp được giải thích kinh điển bằng
một mô hình đơn giản dựa trên các tia truyền và mặt đầu sóng, khái niệm được nêu ra
lần đầu tiên vào cuối những năm 1600 bởi nhà vật lí người Hà Lan Christiaan
Huygens. Bức xạ điện từ, một gia đình rộng lớn hơn của những hiện tượng kiểu sóng
mà ánh sáng khả kiến thuộc về nó (cũng còn gọi là năng lượng bức xạ), là phương tiện
truyền năng lượng chủ yếu trong vũ trụ mênh mông. Cơ chế mà ánh sáng khả kiến
được phát ra hoặc bị hấp thụ bởi các chất, và cách thức nó tác động lại dưới những
điều kiện khác nhau khi truyền trong không gian và trong khí quyển, hình thành nên
cơ sở cho sự tồn tại của màu sắc trong vũ trụ.
Dưới những điều kiện bình thường, khi truyền trong một môi trường đồng tính,

như không khí hoặc chân không, ánh sáng truyền theo đường thẳng cho đến khi nó
tương tác với môi trường hoặc vật liệu khác khiến nó đổi hướng, qua sự khúc xạ (bẻ
cong) hoặc phản xạ. Cường độ ánh sáng cũng giảm do sự hấp thụ bởi môi trường. Nếu
sóng ánh sáng truyền qua một khe hẹp hoặc lỗ nhỏ, thì chúng có thể bị nhiễu xạ hoặc
phân tán (tán xạ) tạo nên hình ảnh nhiễu xạ đặc trưng. Phù hợp với định luật nghịch
đảo bình phương nổi tiếng, cường độ (hay độ chói) của bức xạ điện từ tỉ lệ nghịch với
bình phương khoảng cách mà chúng truyền đi. Như vậy, sau khi ánh sáng truyền đi hai
lần một khoảng cách cho trước, thì cường độ của nó giảm đi bốn lần.

Hình 6: Sự hấp thụ và phát xạ
Ánh sáng khả kiến biểu hiện những tính chất sóng kinh điển, nhưng đồng thời
cũng bộc lộ những tính chất có xu hướng hạt, thể hiện rõ ràng qua những thực thể có
năng lượng và xung lượng (nhưng không có khối lượng), và được gọi là photon.
Nguyên tử là nguồn phát ra mọi bức xạ điện từ, dù là loại nhìn thấy hay không nhìn
thấy. Các dạng bức xạ năng lượng cao, như sóng gamma và tia X, sinh ra do những sự
kiện xảy ra làm phá vỡ trạng thái cân bằng hạt nhân của nguyên tử. Bức xạ có năng
lượng thấp, như ánh sáng cực tím, khả kiến và hồng ngoại, cũng như sóng vô tuyến và
vi ba, phát ra từ những đám mây electron bao quanh hạt nhân hoặc do tương tác của
một nguyên tử với nguyên tử khác. Những dạng bức xạ này xảy ra do thực tế các
electron chuyển động trong những quỹ đạo xung quanh hạt nhân nguyên tử sắp xếp
vào những mức năng lượng khác nhau trong hàm phân bố xác suất của chúng. Nhiều
electron có thể hấp thụ thêm năng lượng từ nguồn bức xạ điện từ bên ngoài (xem hình
6), kết quả là chúng nhảy lên mức năng lượng cao hơn vốn dĩ không bền.


Hình 7: Sự nhảy mức không bền của các electron
Cuối cùng, electron “bị kích thích” giải phóng năng lượng thừa bằng cách phát
ra bức xạ điện từ có năng lượng thấp hơn, và đồng thời rơi trở lại mức năng lượng bền
trước đó của nó. Năng lượng của bức xạ phát ra bằng với năng lượng ban đầu electron
hấp thụ trừ đi lượng nhỏ năng lượng bị thất thoát qua một số quá trình thứ cấp.

Hình 8: Dải tần số của ánh sáng nhìn thấy và các màu sắc cơ bản
Màu sắc là cảm giác mang đến cho hệ thần kinh của người từ sự kết hợp tín
hiệu của ba loại tế bào cảm thụ màu ở mắt người. Cảm giác này cũng bị ảnh hưởng


"dài hạn" từ trí nhớ lưu lại quá trình học hỏi từ khi lớn lên trong xã hội, và "ngắn hạn"
bởi các hiệu ứng ánh sáng của phông nền.
Màu sắc của một tia ánh sáng là cảm giác màu mà tia sáng đó gây nên ở mắt
người. Màu sắc của các vật thể là màu sắc của ánh sáng xuất phát từ chúng.
Các dao động của điện trường trong ánh sáng tác động mạnh đến các tế
bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người. Có 3 loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt
người, cảm nhận 3 vùngquang phổ khác nhau (tức ba màu sắc khác nhau). Sự kết hợp
cùng lúc 3 tín hiệu từ 3 loại tế bào này tạo nên những cảm giác màu sắc phong phú. Để
tạo ra hình ảnh màu trên màn hình, người ta cũng sử dụng 3 loại đèn phát sáng ở 3
vùng quang phổ nhạy cảm của người.
Tế bào cảm giác màu đỏ và màu lục có phổ hấp thụ rất gần nhau, do vậy mắt người
phân biệt được rất nhiều màu nằm giữa màu đỏ và lục (màu vàng, màu da cam, xanh
nõn chuối, ...). Tế bào cảm giác màu lục và màu lam có phổ hấp thụ nằm xa nhau, nên
mắt người phân biệt về các màu xanh không tốt.
Hầu hết mắt của các sinh vật nhạy cảm với bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong
khoảng từ 300 nm đến 1200 nm. Khoảng bước sóng này trùng khớp với vùng phát xạ
có cường độ mạnh nhất của Mặt Trời. Như vậy có thể suy luận là việc các loài vật
trên Trái Đất đã tiến hoá để thu nhận vùng bức xạ tự nhiên mạnh nhất đem lại lợi thế
sinh tồn cho chúng. Không hề ngẫu nhiên mà bước sóng ánh sáng (vùng quang phổ
mắt người nhìn được) cũng trùng vào khu vực bức xạ mạnh này.
Màu sắc tự nó không phải là tính chất của ánh sáng, mà nhận thức về màu sắc xảy
ra qua phản ứng kết hợp của hệ cảm giác dây thần kinh não – mắt người.Nhận thức về
màu sắc là kết quả của sự phản ứng mang tính chủ quan của hệ cảm giác của con
người với những vùng tần số phong phú của phổ khả kiến, và những kết hợp đa dạng

của các tần số ánh sáng có thể tạo ra cùng một phản ứng thị giác “nhìn thấy” một màu
cụ thể nào đó. Ví dụ, con người có thể cảm nhận được màu lục, khi phản ứng với sự
kết hợp của ánh sáng có vài màu sắc khác nhau, nhưng trong đó không nhất thiết phải
có chứa bước sóng “lục”.
Vào năm 1672, ngài Isaac Newton đã nghiên cứu tương tác của ánh sáng khả kiến
với lăng kính thủy tinh và lần đầu tiên nhận thấy ánh sáng trắng thật ra là hỗn hợp của
các ánh sáng khác nhau đại diện cho toàn bộ phổ ánh sáng khả kiến. Ánh sáng phát ra
từ các nguồn nóng sáng tự nhiên và nhân tạo phong phú như Mặt Trời, các phản ứng
hóa học (như lửa), và các dây tóc volfram nóng sáng. Phổ phát xạ rộng của các nguồn
thuộc loại này thường được gọi là bức xạ nhiệt. Các nguồn phát ánh sáng khả kiến
khác, như ống phóng điện khí, có khả năng phát ra ánh sáng trong ngưỡng tần số hẹp,
hoàn toàn xác định (tương ứng với một màu) phụ thuộc vào sự chuyển mức năng
lượng đặc biệt trong các nguyên tử chất nguồn. Sự cảm nhận mạnh mẽ về một màu
nào đó cũng là do sự hấp thụ, phản xạ hoặc sự truyền đặc trưng của chất và vật được
rọi sáng bằng ánh sáng trắng.
Sự nhìn màu sắc nổi của con người là một quá trình rất phức tạp đến nay vẫn chưa
được hiểu trọn vẹn, mặc dù hàng trăm năm nghiên cứu và mô phỏng đã trôi qua. Sự
nhìn yêu cầu sự tương tác gần như tức thời của hai mắt và não thông qua mạng lưới


thần kinh, các cơ quan thụ cảm và những tế bào chuyên biệt khác. Bước thứ nhất trong
quá trình cảm giác này là sự kích thích của cơ quan cảm thụ ánh sáng trong mắt, biến
kích thích sáng hoặc hình ảnh thành tín hiệu, và truyền tín hiệu điện chứa thông tin
nhìn từ mỗi mắt đến não thông qua dây thần kinh thị giác. Thông tin này được xử lí
tiếp trong vài giai đoạn, sau cùng thì truyền đến phần vỏ não có liên quan đến thị giác.

Hình 9: Cấu tạo của mắt người
Mắt người có các thành phần quang đa dạng, gồm giác mạc, mống mắt, con
ngươi, thủy dịch và thủy tinh dịch, một thủy tinh thể có tiêu cự thay đổi, và võng mạc
(như minh họa trong hình 9). Những thành phần này phối hợp với nhau, tạo nên ảnh

của các vật rơi vào tầm nhìn của mắt. Khi một vật được quan sát, trước tiên nó hội tụ
qua thành phần giác mạc lồi và thủy tinh thể, hình thành nên ảnh lộn ngược trên mặt
võng mạc, một màng nhiều lớp chứa hàng triệu tế bào thị giác. Để đến được võng mạc,
các tia sáng bị hội tụ bởi giác mạc phải lần lượt đi qua thủy dịch (trong khoang phía
trước), thủy tinh thể, thủy tinh dịch sền sệt, và lớp mạch máu và dây thần kinh của
võng mạc trước khi chúng đi đến phần nhạy sáng bên ngoài của các tế bào hình nón và
hình que. Những tế bào thị giác này nhận diện ảnh và biến nó thành tín hiệu điện
truyền lên não.
Chính giác mạc, chứ không phải thủy tinh thể, mới chịu trách nhiệm chính cho
khả năng khúc xạ toàn bộ của mắt. Nhẵn bóng và trong suốt như thủy tinh, mềm dẻo
và bền như plastic, phần trong suốt, có độ cong cao, nằm phía ngoài này của thành
trước của nhãn cầu cho phép các tia sáng tạo ảnh truyền qua vào phần trong. Giác mạc
cũng bảo vệ mắt bằng cách làm một rào chắn vật lí che chắn phần trong của mắt khỏi
vi sinh vật, bụi bặm, các sợi nhỏ, các chất hóa học và những chất gây hại khác. Mặc dù
chiều rộng nhỏ hơn nhiều so với thủy tinh thể, nhưng giác mạc mang lại khoảng 65%
khả năng khúc xạ của mắt. Đa phần sức mạnh bẻ cong ánh sáng tập trung gần chính
giữa của giác mạc, nơi tròn hơn và mỏng hơn so với các phần ngoại biên của mô.
Như cánh cửa sổ điều khiển ánh sáng đi vào mắt, giác mạc (hình 10) là yếu tố
cần thiết cho sự nhìn tốt và cũng đóng vai trò là bộ lọc ánh sáng tử ngoại. Giác mạc
loại trừ một số bước sóng tử ngoại gây phá hủy nhất có mặt trong ánh sáng Mặt Trời,
do đó bảo vệ được võng mạc dễ thương tổn và thủy tinh thể khỏi bị phá hoại. Nếu giác
mạc cong quá nhiều, như trường hợp cận thị, các vật ở xa sẽ xuất hiện dạng ảnh mờ,
do sự khúc xạ ánh sáng chưa hoàn chỉnh tới võng mạc. Trong trường hợp loạn thị, sự


không hoàn hảo hay không đều ở giác mạc gây ra sự khúc xạ không đồng đều, làm cho
ảnh chiếu lên võng mạc bị méo dạng.

Hình 10: Cấu tạo của giác mạc
Không giống như đa số các mô của cơ thể người, giác mạc không có các mạch

máu nuôi dưỡng hoặc bảo vệ chống lại sự xâm nhiễm. Cả những mao mạch nhỏ nhất
cũng sẽ gây trở ngại cho quá trình khúc xạ chính xác. Giác mạc nhận nuôi dưỡng từ
nước mắt và thủy dịch, chúng chiếm đầy khoang nằm phía sau cấu trúc này. Lớp biểu
mô phía ngoài của giác mạc chứa hàng nghìn đầu mút dây thần kinh nhỏ, khiến cho
giác mạc cực kì nhạy với sự đau đớn khi bị chà xát hoặc cào xước. Chiếm khoảng 10%
chiều dày của mô, lớp ngoài của giác mạc chặn các đối tượng lạ không cho đi vào mắt,
đồng thời mang lại bề mặt nhẵn cho sự hấp thụ oxy và chất dinh dưỡng. Lớp chính
giữa của giác mạc, gọi là chất nền, chiếm khoảng 90% mô, và gồm một mạng sợi
protein bão hòa nước mang lại sức bền, sức đàn hồi, và hình dạng chống đỡ cho biểu
mô. Các tế bào cấp dưỡng chiếm phần còn lại của lớp chất nền. Vì chất nền có xu
hướng hấp thụ nước, nên nhiệm vụ chính của mô màng trong là bơm nước dư thừa
khỏi chất nền. Không có hoạt động bơm này, chất nền sẽ đầy ứ nước, trở nên mờ
sương, và cuối cùng chuyển thành giác mạc mờ đục, tức là mắt bị mù.
Sự mất trong suốt một phần hoặc toàn bộ do thủy tinh thể, hoặc lớp bao ngoài
của nó, gây ra một chứng bệnh phổ biến gọi là đục nhãn mắt Để chữa bệnh đục nhãn
mắt, người ta phẫu thuật cắt bỏ phần thủy tinh thể mờ đục, và thay thế bằng một thủy
tinh thể plastic.

Hình 11: Bệnh đục nhãn mắt


Chức năng của võng mạc giống như sự kết hợp của một bộ cảm biến ảnh kĩ
thuật số (như dụng cụ tích điện kép CCD) với một bộ chuyển đổi tương tự sang số,
như có mặt trong các hệ camera kĩ thuật số hiện đại. Cơ quan thụ cảm bắt lấy ảnh của
mắt, gọi là các tế bào hình nón và hình que, liên kết với các bó sợi dây thần kinh thị
giác qua một loạt tế bào chuyên biệt phối hợp truyền tín hiệu lên não. Lượng ánh sáng
được phép đi vào mỗi mắt được điều chỉnh bởi mống mắt, một màng chắn tròn mở
rộng ở mức ánh sáng thấp và đóng lại nhằm bảo vệ con ngươi (lỗ) và võng mực ở mức
rọi sáng rất cao.
Khi nguồn sáng thay đổi, đường kính của con ngươi (nằm phía trước thủy tinh

thể) tự điều chỉnh kích thước giữa 2 đến 8mm, điều chỉnh lượng ánh sáng đi tới võng
mạc. Khi nguồn chiếu sáng rất chói, con ngươi thu hẹp lại và các phần ngoài của các
thành phần khúc xạ bị chặn khỏi đường đi tia sáng. Kết quả là các tia sáng tạo ảnh bị
quang sai ít hơn và ảnh trên võng mạc trở nên sắc nét hơn. Con ngươi rất hẹp (khoảng
2mm) tạo ra sự nhiễu xạ làm trải rộng ảnh của một nguồn điểm lên trên võng mạc.
Trong não, các sợi dây thần kinh thị giác từ mỗi mắt cắt nhau một tại nơi giao
thoa quang, nơi đó thông tin thị giác từ cả hai phần võng mạc truyền song song tương
quan nhau, giống như vai trò của máy phát đồng bộ thời gian dùng trong máy ghi
video kĩ thuật số. Từ đó, thông tin thị giác truyền qua ống quang đến bộ phận cong gập
hình đầu gối, ở đó tín hiệu được phân bố qua bức xạ quang tới hai phẩn vỏ não thị giác
nằm trên phần phía sau, ở dưới của mỗi bán cầu não. Trong lớp vỏ não ở dưới, thông
tin từ mỗi mắt được duy trì dưới dạng cột vạch trội thị giác. Khi tín hiệu thị giác được
truyền tới lớp trên của vỏ não, thông tin từ hai mắt hợp nhất với nhau và sự nhìn hai
mắt được thiết lập. Trong những trường hợp mắt không bình thường, như mắt xiên,
mắt lác, sự nhìn ảnh nổi bị phá vỡ. Trong trường hợp phẫu thuật mắt không đảm bảo,
thì thấu kính gắn trên kính đeo mắt có thể chữa được một số tật thuộc loại này.
Nguyên nhân gây ra sự gián đoạn đối với sự hợp nhất tín hiệu từ hai mắt có thể do
chấn thương, do bệnh cơ thần kinh, hoặc do khuyết tật bẩm sinh.

Hình 12: Sự phân bố tế bào hình que và hình nón trên võng mạc
Hố mắt giữa nằm trong khu vực gần chính giữa võng mạc, và nằm thẳng dọc
theo trục chính của mỗi mắt. Cũng gọi là “điểm vàng”, hố mắt nhỏ (dưới 1mm 2),


nhưng rất chuyên biệt. Những vùng này chứa các tế bào hình nón chi chít, mật độ cao
(trên 200.000 tế bào hình nón/mm2 đối với mắt người trưởng thành, xem hình 12). Hố
mắt giữa là khu vực nhìn sắc nét nhất, và tạo ra độ phân giải không gian, độ tương
phản và màu sắc rõ nhất. Mỗi mắt có chừng bảy triệu tế bào hình nón, chúng rất mỏng
(đường kính 3mm) và thon dài. Mật độ tế bào hình nón giảm ở bên ngoài hố mắt do tỉ
lệ tế bào hình que so với tế bào hình nón tăng dần lên (hình 12). Tại vùng rìa của võng

mạc, tổng số cả hai loại cơ quan thụ cảm thị giác này đều giảm về cơ bản, gây ra sự
mất mát sâu sắc độ nhạy thị giác tại rìa ngoài của võng mạc. Điều này có thể bù lại bởi
thực tế thì người ta nhìn liên tục các vật trong tầm nhìn (do cử động mắt nhanh tự
nhiên), nên ảnh nhận được có độ nét đồng đều. Trong thực tế, khi ảnh bị ngăn cản
không cho chuyển động tương đối so với võng mạc (thông qua một quang cụ nào đó),
thì mắt không còn cảm nhận được cảnh sau một vài giây.
Sự sắp xếp của các cơ quan cảm giảc trong các phần bên ngoài của võng mạc
một phần xác định giới hạn độ phân giải trong những vùng khác nhau của mắt. Để
phân giải ảnh, một hàng cơ quan thụ quang ít bị kích thích phải nằm giữa hai hàng cơ
quan thụ quang bị kích thích cao. Nếu không thì không thể phân biệt được sự kích
thích xuất phát từ hai ảnh nằm rất gần nhau hay từ một ảnh nối đến hai hàng cơ quan
thụ cảm. Với khoảng cách tâm-nối-tâm biến thiên từ 1,5 đến 2 mm đối với các tế bào
hình nón trong hố mắt giữa, kích thích quang có độ phân tách chừng 3 đến 4 mm sẽ
tạo ra một bộ phân giải cường độ trên võng mạc. Lấy ví dụ tham khảo, bán kính của
cực tiểu thứ nhất đối với hình ảnh nhiễu xạ hình thành trên võng mạc khoảng chừng
4,6 mm đối với ánh sáng 550nm và đường kính con ngươi 2mm. Như vậy, sự sắp xếp
của các thành phần cảm giác trong võng mạc sẽ xác định độ phân giải giới hạn của
mắt. Một nhân tố khác, gọi là độ sắc nét thị giác (khả năng của mắt nhận ra những vật
nhỏ và phân giải độ phân tách của chúng), thay đổi theo nhiều thông số, bao gồm định
nghĩa của thuật ngữ và phương pháp người ta đo độ sắc nét. Trên võng mạc, độ sắc nét
thị giác nói chung cao nhất ở hố mắt giữa, hố này mở rộng ra tầm nhìn chừng 1,4 độ.
Sự sắp xếp không gian của các tế bào hình que và hình nón cũng với sự liên kết
của chúng với các dây thần kinh trong võng mạc được biểu diễn trong hình 13. Các tế
bào hình que, chỉ chứa sắc tố vàng, có độ nhạy cực đại với ánh sáng xanh dương-xanh
lá (bước sóng khoảng 500nm), mặc dù chúng biểu hiện sự phản ứng rộng đối với toàn
phổ khả kiến. Chúng là những tế bào thụ cảm thị giác chủ yếu nhất, với mỗi mắt chứa
khoảng 125-130 triệu tế bào hình que. Độ nhạy sáng của tế bào hình que gấp 1000 lần
so với tế bào hình nón. Tuy nhiên, ảnh phát sinh chỉ bởi sự kích thích tế bào hình que
thì tương đối không sắc nét và có bóng xám phía ngoài, giống như ảnh chụp đen trắng.
Sự nhìn hình que thường được gọi là sự nhìn tối do trong điều kiện ánh sáng yếu, hình

dạng và độ sáng của vật có thể phân biệt được, nhưng màu của chúng thì không. Cơ
chế thích nghi tối này cho phép nhận dạng ra con mồi và động vật ăn thịt thông qua
hình dáng và chuyển động ở nhiều loài động vật có xương sống.
Hệ thị giác của con người phản ứng theo hàm mũ, chứ không tuyến tính, cho
khả năng nhận một phạm vi độ sáng khó tin đến trên 10 bậc. Trong ánh sáng ban ngày,
người ta có thể nhận dạng các vật dưới ánh sáng chói chang từ Mặt Trời, còn vào ban
đêm, những vật lớn có thể được nhận ra bởi ánh sáng sao khi Mặt Trăng tối đen. Ở độ
nhạy ngưỡng, mắt người có thể phát hiện sự có mặt của khoảng 100-150 photon ánh
sáng xanh dương-xanh lá (500nm) đi vào con ngươi. Đối với bảy bậc độ sáng trên, sự


nhìn sáng chiếm ưu thế, và sự cảm quang chủ yếu do các tế bào hình nón trên võng
mạc mang lại. Trái lại, đối với bốn bậc độ sáng thấp, được gọi là sự nhìn tối, thì các tế
bào hình que đóng vai trò chính.

Hình 13: Cấu trúc hiển vi của võng mạc
Sự thích nghi của mắt cho phép sự nhìn thực hiện chức năng dưới những điều kiện độ
sáng cực đoan như thế. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian trước khi sự thích nghi xảy
ra, mỗi người có thể cảm nhận một phạm vi độ sáng chỉ trong khoảng ba bậc. Một vài
cơ chế là nguyên nhân làm cho mắt thích nghi với những mức độ sáng cao. Sự thích
nghi có thể xảy ra trong vài giây (bằng phản ứng con ngươi lúc đầu) hoặc có thể mất
vài phút (đối với sự nhìn tối), tùy thuộc vào mức thay đổi độ sáng. Độ nhạy của tế bào
hoàn toàn hình nón đạt chừng 5 phút, trong khi đó phải mất khoảng 30 phút để thích
nghi từ sự nhạy sáng vừa phải sang sự nhạy tối hoàn toàn bởi các tế bào hình que.
Khi hoàn toàn thích nghi với ánh sáng, mắt người có phản ứng bước sóng từ
khoảng 400 đến 700nm, với độ nhạy cực đại ở 555nm (trong vùng xanh lá cây của phổ
ánh sáng khả kiến). Mắt thích nghi tối phản ứng với phổ bước sóng thấp hơn, từ 380
đến 650nm, với cực đại tại 507nm. Đối với cả sự nhìn sáng lẫn nhìn tối, những bước
sóng này là không tuyệt đối, mà thay đổi theo cường độ ánh sáng. Sự truyền ánh sáng
qua mắt trở nên thấp hơn dần ở những bước sóng ngắn. Trong vùng xanh dương-xanh

lá (500nm), chỉ khoảng 50% ánh sáng đi vào mắt tới được điểm ảnh trên võng mạc. Ở
400nm, giá trị giảm xuống còn vừa đúng 10%, kể cả mắt người trẻ tuổi. Sự tán xạ và
hấp thụ ánh sáng bởi các thành phần trong thủy tinh thể góp phần làm giảm thêm độ
nhạy ở màu xanh dương nhạt.
Các tế bào hình nón gồm có ba loại, mỗi loại “điều khiển” một phản ứng bước
sóng riêng có cực đại tập trung tại 430, 535, hoặc 590nm. Cơ sở cho từng cực đại là
việc sử dụng ba sắc tố quang khác nhau, mỗi sắc tố có một phổ hấp thụ ánh sáng khả
kiến đặc trưng. Các sắc tố thay đổi thể cấu tạo của chúng khi một photon được phát
hiện, cho phép chúng phản ứng với transducin khởi động một đợt sự kiện thị giác.
Transducin là một loại protein có mặt trong võng mạc và có khả năng chuyển hóa hiệu
quả năng lượng ánh sáng thành tín hiệu điện. Số lượng tế bào hình nón nhỏ hơn nhiều
so với tế bào hình que, với mỗi mắt chứa từ 5 tới 7 triệu cơ quan thụ cảm màu sắc
thuộc loại này. Sự nhìn màu sắc thực do sự kích thích của các tế bào hình nón mang
lại. Cường độ tương đối và sự phân bố bước sóng ánh sáng đi tới mỗi một trong ba


loại cơ quan thụ cảm hình nón xác định màu sắc nhìn được, theo kiểu tương tự như
màn hình video RGB cộng màu hoặc camera màu CCD.
Một chùm sáng chứa chủ yếu là bức xạ xanh dương bước sóng ngắn làm kích thích
các tế bào hình nón phản ứng với ánh sáng 430nm ở quy mô lớn hơn nhiều so với hai
loại tế bào hình nón kia. Chùm này sẽ kích hoạt sắc tố màu xanh dương trong những tế
bào hình nón nhất định, và ánh sáng đó nhận được là màu xanh dương. Ánh sáng có đa
số bước sóng tập trung ở khoảng 550nm được nhìn là màu xanh lá cây, và chùm tia
chứa hầu hết là bước sóng 600nm hoặc dài hơn được trông có màu đỏ. Như đã nói ở
phần trên, sự nhìn thuần túy bằng tế bào hình nón được gọi là sự nhìn sáng, và nó
chiếm ưu thế ở các mức sáng bình thường, cả trong nhà và ngoài phố. Đa số động vật
có vú là loài nhị sắc, thường có thể chỉ phân biệt được giữa các thành phần màu hơi
lam và hơi lục. Trái lại, một số động vật bậc cao (đáng chú ý nhất là con người) biểu
hiện sự nhìn màu tam sắc, phản ứng đáng kể với các kích thích sáng đỏ, lục, và lam.
Minh họa trong hình 14 là phổ hấp thụ của bốn sắc tố thị giác của con người, biểu

hiện cực đại trong vùng đỏ, lục, và lam của phổ ánh sáng khả kiến như mong đợi. Khi
cả ba loại tế bào hình nón được kích thích như nhau, thì ánh sáng nhận được sẽ không
có màu, hoặc màu trắng. Ví dụ, ánh sáng Mặt Trời lúc giữa trưa có vẻ là ánh sáng
trắng đối với con người, do nó chứa các lượng ánh sáng đỏ, lục, và lam hầu như bằng
nhau. Một bằng chứng khác cho phổ màu sắc từ ánh sáng Mặt Trời là sự chặn ánh
sáng bằng một lăng kính thủy tinh, nó làm khúc xạ (hoặc bẻ cong) các bước sóng khác
nhau ở mức độ khác nhau, làm trải ánh sáng thành các màu thành phần của nó. Sự cảm
nhận màu sắc của con người phụ thuộc vào tương tác của tất cả các tế bào thụ cảm với
ánh sáng, và sự kết hợp này mang lại sự kích thích gần như tam sắc. Có sự lệch độ
nhạy màu sắc theo sự thay đổi mức độ sáng, nên màu xanh trông tương đối sáng hơn
trong ánh sáng lờ mờ và màu đỏ trông sáng hơn trong ánh sáng chói chang. Hiệu ứng
này có thể quan sát bằng cách trỏ một ngọn đèn flash vào một bản in màu, sẽ thấy
ngay là màu đỏ trông sáng hơn nhiều và đậm hơn.
Trong những năm gần đây, sự quan tâm đến độ nhạy màu sắc thị giác của con
người đã dẫn đến những thay đổi trong thực tế lâu nay của việc sơn các xe tình trạng
khẩn cấp, như xe chữa cháy và xe cấp cứu, toàn là màu đỏ. Mặc dù màu này dành cho
các xe dễ nhìn thấy và tránh né, nhưng sự phân bố bước sóng không dễ nhìn thấy ở
mức ánh sáng yếu và gần như trông tối đen vào ban đêm. Mắt người nhạy hơn nhiều
với màu vàng-lục hoặc các màu tương tự, đặc biệt vào ban đêm, và ngày nay đa số các
xe tình trạng khẩn cấp ít nhất phải có một phần sơn màu xanh hơi vàng sặc sỡ hoặc
màu trắng, thường vẫn giữ lại một số chỗ nổi bật nhất sơn màu đỏ theo sở thích truyền
thống.


Hình 14: Phổ hấp thụ của các sắc tố thị giác của con người
Khi chỉ có một hoặc hai loại tế bào hình nón được kích thích, thì ngưỡng màu
sắc nhận được có giới hạn. Ví dụ, nếu một dải hẹp ánh sáng lục (540-550nm) được
dùng để kích thích tất cả các tế bào hình nón, thì chỉ có một loại chứa sắc tố lục sẽ
phản ứng lại, tạo ra cảm giác nhìn thấy màu lục. Sự cảm nhận của thị giác con nó với
các màu trừ chủ yếu, ví dụ như màu vàng, có thể tăng theo một hoặc hai cách. Nếu tế

bào hình nón đỏ và lục được kích thích đồng thời với ánh sáng đơn sắc vàng có bước
sóng 580nm, thì mỗi cơ quan thụ cảm tế bào hình nón phản ứng lại hầu như bằng nhau
do sự chồng lần phổ hấp thụ của chúng xấp xỉ như nhau trong vùng này của phổ ánh
sáng khả kiến. Cảm giác màu tương tự có thể thu được bằng cách kích thích các tế bào
hình nón đỏ và lục riêng rẽ với hỗn hợp bước sóng đỏ và lục riêng biệt chọn lọc từ các
vùng phổ hấp thụ của cơ quan thụ cảm không có sự chồng lấn đáng kể. Kết quả, trong
cả hai trường hợp, là sự kích thích đồng thời của các tế bào hình nón đỏ và lục tạo ra
cảm giác màu vàng, mặc dù kết quả cuối cùng thu được bằng hai cơ chế khác nhau.
Khả năng nhận được các màu sắc khác đòi hỏi phải kích thích một, hai, hoặc cả ba loại
tế bào hình nón, đến mức độ khác nhau, với bảng màu bước sóng thích hợp.
Mặc dù hệ thị giác của con người có ba loại tế bào hình nón với các sắc tố màu
tương ứng của chúng, cộng với các tế bào hình que cảm thụ ánh sáng cho sự nhìn tối,
nhưng não người bù đắp cho những biến đổi bước sóng ánh sáng và nguồn sáng trong
sự cảm nhận màu sắc của nó. Đồng phân dị vị là các cặp phổ ánh sáng khác nhau được
não người nhận ra dưới dạng cùng một màu. Thật thú vị, các màu có thể nhận thức là
như nhau hoặc tương đương bởi con người đôi khi lại được phân biệt rõ ràng bởi
những động vật khác, đáng chú ý nhất là chim chóc.
Các neuron trung gian chuyên chở thông tin thị giác giữa võng mạc và não
không hề liên kết đơn giản một-nối-một với các tế bào cảm giác. Mỗi tế bào hình nón
và hình que trong hố mắt gởi tín hiệu đến ít nhất là ba tế bào tam cực, trong khi ở
những vùng ngoại vi hơn của võng mạc, tín hiệu từ một số lượng lớn tế bào hình que
cùng đổ về một tế bào hạch trung tâm. Độ phân giải không gian ở những phần ngoài
của võng mạc bị tổn hại bởi có một số lượng lớn tế bào hình que nối với một rãnh,
nhưng có nhiều tế bào cảm giác tham gia vào việc bắt lấy tín hiệu yếu làm cải thiện
đáng kể độ nhạy ngưỡng của mắt. Đặc điểm này của mắt người tương tự như sự hoạt
động của hệ camera kĩ thuật số CCD quét chậm.


Các tế bào cảm giác, tam cực, và các tế bào hạch trung tâm của võng mạc cũng
liên kết với các neuron khác, tạo nên một mạng đường dẫn ngăn chặn và kích thích

phức tạp. Kết quả là tín hiệu từ 5 đến 7 triệu tế bào hình nón và 125 triệu tế bào hình
que trong võng mạc người được xử lí và chuyên chở đến phẩn vỏ não thị giác bằng chỉ
khoảng 1 triệu sợi thần kinh thị giác. Cơ mắt được kích thích và điều khiển bởi tế bào
hạch trung tâm trong phần cong gập hình đầu gối, đóng vai trò như bộ điều khiển phản
hồi giữa võng mạc và vỏ não thị giác.
Mạng đường dẫn kích thích và ngăn cản phức tạp ở võng mạc sắp xếp trong ba
lớp tế bào thần kinh phát sinh từ một vùng đặc biệt của não trong sự phát triển thời kì
đầu. Các mạch điện và vòng phản hồi này mang lại sự kết hợp các hiệu ứng tạo ra sự
sắc nét cạnh, tăng cường độ tương phản, lấy tổng không gian, tính trung bình nhiễu, và
các dạng khác của việc xử lí tín hiệu, có lẽ bao gồm cả một số dạng đến nay chưa
khám phá ra. Trong sự nhìn của con người, một mức độ đáng kể của việc xử lí ảnh xảy
ra trong não, nhưng chính võng mạc cũng có liên quan ở quy mô rộng của nhiệm vụ
xử lí.

Ngưỡng nhận ánh sáng vàng của võng mạc là 1,7.10-18 W. Hỏi khi

II.

đó có bao nhiêu photon tới võng mạc trong 1 sec? cho biết ánh sang
vàng có bước song trung bình bằng 575 nm.
BÀI LÀM:
Ta có h= 6,62606963.10-34J.s
c = 2,99792458.108 m/s
bước song của ánh sáng vàng λ = 575 nm
Đề cho độ nhạy, ta có thể suy ra năng lượng tối thiểu mắt cần nhận từ photon để
có cảm giác ánh sáng
E= P.t = 1,7.10-18J
Năng lượng của 1 photon tương ứng với bước sóng của ánh sáng vàng là.

ε=

hc
λ

=

6,62606963.10 −34.2,99792458.10 8
575.10 −9

= 0,03454688.10-17J

vậy số photon tối thiểu là

n=

E
1,7.10 −18
= 0,03454688.10 −17
ε

= 4,9208

Số hạt là số nguyên, cần lớn hơn nên ta chọn n = 5.
Vậy với ngưỡng nhận ánh sang vàng của võng mạc là 1,7.10-18 W thì sẽ có 5
photon tới võng mạc trong 1s