Что такое угол зрения и разрешающая способность глаза

Глаз человека является оптическим прибором, который обладает повышенной чувствительностью к перепадам освещения. Важной характеристикой оптического прибора человека является разрешающая способность глаза. Точки воспринимаются по-разному при попадании на чувствительные рецепторы.

Человеческий глаз — орган сложный по строению. Глазное яблоко имеет форму шара с длиной 24–25 мм и содержит светопреломляющий и световоспринимающий аппарат.

Разрешающей способностью глаза человека считается расстояние между двумя объектами или линиями, видимыми раздельно. Оценить разрешение можно в минутах или миллиметрах, чаще всего выявляют число линий, видимых раздельно в интервале 1 мм. Причиной изменения разрешения глаза становятся анатомические размеры рецепторов и их связи.

Разрешение глаза человека зависит от факторов:

1. Нервные перерабатывают сигнал, поступивший на сетчатку глаза.
2. Оптические — неровности роговицы, нарушение фокусировки, дифракция на радужке, рассеивание света и нарушения глаза.

Контрастность объектов оказывает влияние на разрешение. Отличие можно заметить при дневном и ночном освещении. Днем влияние дифракции увеличивается за счет сужения зрачка, а отклонение роговицы от правильной формы не влияет на изображение. Ночью зрачок расширяется и становится частью периферийной зоны роговицы. Качество зрения снижается при нарушении роговицы, что происходит из-за рассеивания света на фоточувствительных зонах глаза.

Определение разрешающей способности

Для выявления формулы разрешающей способности глаза следует понимать, что разрешающая способность — это показатель, обратный самому маленькому углу между направлениями на 2 точки, при котором получаются разные изображения.

Дифракция света на входном зрачке выглядит, как светлый круг в центре. Первый дифракционный минимум находится под определенным углом от центра. Для определения разрешающей способности глаза необходимо знать диаметр зрачка и длину световой волны. Диаметр зрачка во много раз превышает длину волны.

Более 84% линии света, проходящего через зрачок, попадает в кружок Эйри. Максимальный показатель составит 1,74%, остальные максимумы показывают доли от первого. Таким образом, дифракционную картину считают состоящей из центрального светлого пятна с угловым радиусом. Это пятно проецирует изображение на сетчатку. Так формируется дифракция.

Угол зрения

Установлено, что влияние угла зрения на разрешающую способность глаза велико. В пространстве находятся 2 точки, которые проходят преломляющую среду глаза и соединяются на сетчатке. Лучи после преломления образуют угол, который называется углом зрения.

Величина угла зрения будет зависеть от величины предмета и его расстояния до глаза. Один и тот же предмет, но на разном расстоянии, будет отображаться под разным углом. Чем предмет ближе, тем больше будет угол преломления. Этим объясняется, что чем ближе предмет, тем человек детальнее его может рассмотреть. При этом известно, что человеческий глаз различает 2 точки в том случае, если они отображаются под углом не менее, чем 1 мин. Световой луч должен упасть таким образом на 2 ближайших нервных рецептора, чтобы между ними остался хотя бы один нервный элемент. Поэтому нормальное зрение зависит от разрешающей способности глаза. После преломления угол зрения остается равен 1 мин.

Одной из характеристик органа зрения считается рефракция глаза, от которой зависит острота и отчетливость получаемого изображения. Ось глаза, стороны хрусталика и роговицы влияют на рефракцию. От этих параметров будет зависеть, сходятся лучи на сетчатке или нет. В медицинской практике измеряют рефракцию физически и клинически.

Физический способ производит расчет от хрусталика до роговицы, не учитывая особенности глаза. В этом случае не учитывается, чем характеризуется разрешающая способность глаза, а рефракция измеряется в диоптриях. Диоптрия соответствует расстоянию, через которое преломляемые лучи сходятся в одной точке.

За среднюю величину рефракции глаза берут показатель в 60 диоптрий. Но расчет не эффективен для определения остроты зрения. Несмотря на достаточную силу преломления, человек может не видеть четкого изображения из-за особенностей строения глаза.

Если оно нарушено, то лучи могут не попадать на сетчатку при оптимальном фокусном расстоянии. В медицине используют расчет взаимосвязи рефракции глаза и расположение сетчатки.

Разновидности рефракции

В зависимости от того, где находится главный фокус, спереди или сзади сетчатки глаза, различают следующие виды рефракции: эмметропию и аметропию.

Эмметропия — нормальная рефракция глаза. Преломленные лучи сходятся в сетчатке. Без напряжения человек видит предметы, удаленные на расстоянии нескольких метров. Только 40% людей не имеют зрительных патологий. Изменения происходят после 40 лет. При нормальной рефракции глаза, человек может читать без усталости, что происходит благодаря фокусу на сетчатке.

При несоразмерной рефракции — аметропии, главный фокус не совпадает с сетчаткой, а находится спереди или сзади. Так различают дальнозоркость или близорукость. У близорукого человека самая дальняя точка располагается рядом, причина неправильного преломления скрывается в увеличении глазного яблока. Поэтому такие люди плохо видят предметы, расположенные вдалеке.

Дальнозоркость наступает при слабой рефракции. Параллельные лучи сходятся за сетчаткой, а изображение человеку видится размытым. Глазное яблоко имеет сплющенную форму и четко отображает дальние предметы. Заболевание чаще всего развивается после 40 лет, хрусталик теряет эластичность и не может изменить кривизну.

Цветовая чувствительность глаза

Человеческий глаз обладает чувствительностью к разным участкам спектра. Относительная световая эффективность в спектральном круге равна отношению чувствительности глаза к свету с длиной волны 555 нм.

Глаз видит только 40% солнечного излучения. Человеческий глаз имеет высокую адаптацию. Чем ярче свет, тем меньше становится зрачок. Оптимальным для высокой чувствительности становится зрачок диаметром 2–3 мм.

Днем глаз имеет большую чувствительность к желтой части спектра, а ночью — к сине-зеленой. По этой причине вечернее зрение становится хуже, и снижается восприимчивость цветов.

Недостаток оптической системы глаза

Глаз, как оптический прибор, не лишен недостатков. Наименьшее линейное расстояние между двумя точками, при котором сливаются изображения, называется линейным периодом разрешающей способности глаза. Нарушение строения хрусталика и роговицы приводит к развитию астигматизма.

Оптическая сила в вертикальной плоскости не равняется силе в горизонтальной. Как правило, одна немного больше второй. При этом глаз по вертикали может быть близоруким, а по горизонтали — дальнозорким. Если разница в этих линиях составляет 0,5 дптр или меньше, то ее не корректируют очками и относят к физиологической. При большем отклонении назначают лечение.

Нецентрированность оптической системы глаза

Разрешающая способность глаза зависит от строения оптической системы органа зрения. За оптическую ось принимают прямую, проходящую через центр. Зрительная ось — прямая, которая проходит между узловой точкой глаза и фовеолой.

При этом, центральная ямка не находится на прямой, а располагается внизу, ближе к височной части. Оптическая ось пересекает сетчатку, не задевая центральную ямку и диск зрительного нерва. Нормальный глаз создает угол между оптической и зрительной осями от 4 до 8 о . Угол становится больше при дальнозоркости, при близорукости меньше или отрицательным.

Центр роговицы редко совпадает с оптическим центром, соответственно, система глаза считается нецентрированной. Любое отклонение мешает лучам сходиться на сетчатке и снижает разрешающую способность глаза. Разброс нарушений глаза велик и у каждого человека может отличаться.

Оптическая система глаза

Что такое аккомодация, угол зрения, разрешающая способность. Недостатки оптической системы глаза: близорукость, дальнозоркость, астигматизм и их исправление при помощи линз. Чувствительность глаза к свету и цвету. Биофизические основы зрительной рецепции.

Размещено на http://www.stud.wiki

Размещено на http://www.stud.wiki

Оптическая система глаза

• 1. Оптическая система глаза
• 1. 1 Аккомодация. Угол зрения. Разрешающая способность
• 1. 2 Недостатки оптическ ой системы глаза: б лизорукость, дальнозоркость, асти г матизм и их исправление при помощи линз
• 1. 3 Чувствительность глаза к свету и цвету. Адаптация
• 1.4 Биофизические основы зрительной рецепции 9
• Список использованных источников
• оптический глаз зрение рецепция
• 1. Оптическая система глаза
• Глаз человека является оптическим прибором. Для медиков глаз не только орган, способный к функциональным нарушениям и заболеваниям, но и источник информации о некоторых неглазных заболеваниях.
• Глазное яблоко имеет приблизительно шаровидную форму с длиной в осевом направлении в среднем 24-25 мм и содержит светопреломляющий и световоспринимающий аппарат глаза.
• Глазное яблоко покрыто снаружи плотной белочной оболочкой, или склерой. В передней части склера переходит в твердую прозрачную, несколько более выпуклую роговую оболочку, или роговицу.
• Передняя часть склеры (исключая роговицу) покрыта слизистой оболочкой — конъюнктивой, которая переходит на внутреннюю поверхность век.
• Отдельная от склеры роговица имеет форму сферической чашечки диаметром около 12 мм и толщиной 1 мм. Радиус кривизны ее в среднем 7-8 мм. Показатель преломления вещества роговицы 1,38.
• Под склерой расположена сосудистая оболочка, в передней части глазного яблока она отделяется от склеры, пигментирована и образует радужную оболочку (у различных людей разной окраски). В центре радужной оболочки имеется отверстие — зрачок. Радужная оболочка — это апертурная диафрагма глаза, в ней имеются мышечные волокна, управляемые центральной нервной системой, которые, сокращаясь, изменяют просвет зрачка (от 2 — 3 мм при ярком до 6 — 8 мм при слабом освещении). Таким образом, регулируется количество света, переходящего внутрь глаза.
• Пространство между радужной и роговой оболочками называется передней камерой глаза и заполнено прозрачной жидкостью.
• Непосредственно позади зрачка к склере на круговой связке подвешен хрусталик — прозрачное эластичное тело, по форме близкое к двояковыпуклой линзе. Диаметр хрусталика порядка 8-10 мм. Радиус кривизны передней поверхности (в среднем) 10 мм, задней — 6 мм. Показатель преломления около 1,44.
• Позади хрусталика полость глазного яблока заполнена прозрачной студенистой массой, которая называется стекловидным телом.
• К сосудистой оболочке в задней части, называемой дном глаза, прилегает сетчатая оболочка, или ретина, содержащая световоспринимающий аппарат глаза.
• Вся полость глазного яблока между указанными образованиями заполнена прозрачной жидкостью под избыточным над атмосферным давлением порядка 18-26 мм рт.ст. Это давление называется внутриглазным давлением и способствует сохранению глазом шаровидной формы.
• Преломляющие среды глаза: роговица, влага передней камеры, хрусталик и стекловидное тело — представляют Ц.О.С., для которой может быть указано шесть кардинальных точек. Главная ось системы ОО проходит через геометрические центры роговицы зрачка и хрусталика. В глазу различается еще зрительная ось О’О’, проходящая через центры хрусталика и жесткого пятна и определяющая направление, по которому глаз имеет наивысшую чувствительность.
• Преломляющие среды глаза спереди, со стороны роговицы, граничат с воздухом, с противоположной стороны они соприкасаются непосредственно с сетчатой оболочкой, которая служит световоспринимающим экраном.
• Основное преломление света происходит на внешней поверхности роговицы на границе с воздухом.
• Соответственно роговица имеет наибольшую из всех преломляющих сред глаза оптическую силу порядка 43 дитр. Оптическая сила хрусталика 18-20 дитр, влаги передней камеры и стекловидного тела (вместе) — 3-5 дитр. Общая оптическая сила глазного яблока (в покое аккомодации) — 63-65 дитр.
• Для построения изображения предметов на сетчатой оболочке глаза и анализа, связанных с этим явлений пользуются редуцированным, или приведенным, глазом, который рассматривается как однородная сферическая линза. Она окружена воздухом со стороны пространства предметов и жидкостью с n=1,336 со стороны пространства изображений.
• Различно удаленные предметы должны давать на сетчатке одинаково резкие изображения. Из формулы
• следует, что это можно осуществить, либо изменяя расстояние а2 между главной плоскостью и сетчаткой аналогично тому, как это делают в фотоаппаратах, либо изменяя кривизну хрусталика и, следовательно, фокусные расстояния f1 и f2. В глазу человека регулируется второй случай под действием особой (ресничной) мышцы.
• 1.1 Аккомодация. Угол зрения. Разрешающая способность
• Способность глаза приспосабливать фокусное расстояние хрусталика к расстоянию до наблюдаемого предмета называется аккомодацией.
• Когда предмет расположен в бесконечности, то его изображение в нормальном глазу находится на сетчатке. Хрусталик при этом аккомодирован на бесконечность и его оптическая сила наименьшая. Если предмет приближается к глазу, то у хрусталика увеличивается кривизна; чем ближе предмет, тем больше оптическая сила глаза, ее изменения происходят приблизительно в пределах 6070 дитр.
• У взрослого здорового человека при приближении предмета к глазу до расстояния 25 см аккомодация совершается без напряжения и благодаря привычке рассматривать предметы, находящиеся в руках, глаз чаще всего аккомодирует именно на это расстояние, называемое расстоянием наилучшего зрения.
• Для рассматривания еще более близких предметов приходится уже напрягать аккомодационный аппарат. Наиболее близкое расположение предмета от глаза, при котором еще возможно четкое изображение на сетчатке называют ближней точкой глаза (ближняя точка ясного видения). Расстояние до ближней точки глаза с возрастом увеличивается, следовательно, аккомодация — уменьшается.
• Размер изображения на сетчатке зависит не только от размера предмета, но и от его удаления от глаза, то есть от угла, под которым виден предмет. Это угол зрения, он образован лучами, идущими в глаз от крайних точек предмета.

Размещено на http://www.stud.wiki

Размещено на http://www.stud.wiki

• Для характеристики разрешающей способности глаза используют наименьший угол зрения, при котором человеческий глаз еще различает две точки предмета. Этот угол 1 что соответствует расстоянию между точками в 70 мкм, если они находятся на расстоянии наилучшего зрения. Размер изображения на сетчатке в этом случае равен 5 мкм, что равно среднему расстоянию между двумя колбочками на сетчатке. Поэтому, если изображение двух точек на сетчатке займет линию короче 5 мкм, то эти точки не разрешатся, то есть глаз их не различает.
• В медицине разрешающую способность глаза оценивают остротой зрения. За норму остроты зрения принимается единица, в этом случае наименьший угол зрения равен одной минуте. При отклонениях острота зрения во столько раз меньше нормы, во сколько раз наименьший угол зрения больше минуты. Если для больного наименьший угол зрения равен 4, то острота зрения равна 1:4 = 0,25.
• 1.2 Недостатки оптической системы глаза: близорукость, дальнозоркость, астигматизм и их исправление при помощи линз
• Аберрации, свойственные линзам, у глаза почти не ощущаются. Сферическая аберрация устраняется тем, что зрачок пропускает в глаз только сравнительно узкий центральный пучок лучей. Хроматическая аберрация не ощущается вследствие того, что глаз наиболее чувствителен к относительно узкой желто-зеленой части спектра.
• Астигматизм наклонных пучков не имеет места из-за того, что глаз автоматически устанавливается в направлении наблюдаемого предмета, и входящие в него лучи являются центральными.
• Однако оптической системе глаза свойственны некоторые специфические недостатки.
• В нормальном глазу при отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой, такой глаз называют эмметропическим и аметропическим, если это условие не выполняется.
• Наиболее распространенными видами аметропии являются близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия). Близорукость — недостаток глаза, состоящий в том, что задний фокус при отсутствии аккомодации лежит впереди сетчатки; в случае дальнозоркости задний фокус при отсутствии аккомодации лежит позади сетчатки. Для коррекции близорукого глаза применяют рассеивающую линзу, дальнозоркого — собирательную.
• Астигматизм исправляют специальными цилиндрическими линзами.
• 1.3 Чувствительность глаза к свету и цвету. Адаптация
• Ощущение света возникает при действии на светочувствительные элементы сетчатой оболочки глаза электромагнитные излучения от 760 до 380 нм. Сетчатая оболочка имеет толщину 0,5 мм и состоит из нескольких слоев, содержащих волокна зрительного нерва, опорные образования и в глубине — светочувствительные клетки (фоторецепторы). Рецепторы светочувствительных клеток обращены в глубь сетчатки и граничат со слоем светопоглощающих эпителиальных клеток, содержащих черный пигмент и образующих наружную оболочку сетчатки.
• Свет, действуя на рецепторные клетки, вызывает в них фотохимические реакции, в результате которых в клетках возникают импульсы возбуждения, передающиеся по нервным путям в головной мозг, где и формируется зрительное ощущение (ощущение света). Ощущение, вызываемое действием света на сетчатую оболочку глаза, имеет две основные оцениваемые субъективно характеристики: качественную — цвет и количественную — яркость. Ощущение цвета в основном обусловлено для монохроматического света длиной волны, а для сложного — спектральным составом.
• Ощущение яркости светового изображения на сетчатке обусловлено мощностью излучения.
• Фоторецепторы сетчатки в соответствии с их формой разделяются на колбочки и палочки. Общее число колбочек порядка (6 7) 106, палочек (110 130) 106.
• Палочки более светочувствительны, но не различают цвета. Колбочки различают цвета, кроме этого, при достаточной яркости предмета они чувствительны к восприятию деталей изображения, поэтому разрешающая способность глаза обусловлена размещением колбочек на сетчатке.
• Палочки относят к аппарату сумеречного и ахроматического зрения, а колбочки — дневного и цветового.
• Первичным актом светового возбуждения являются фотохимические процессы, которые вызывает свет в светочувствительных веществах, содержащихся в колбочках и палочках.
• Светочувствительностью глаза называют величину, обратную пороговой яркости, то есть минимальной яркости, вызывающей зрительное ощущение в данных условиях наблюдения.
• Светочувствительность глаза изменяется в широких пределах благодаря зрительной адаптации — способности глаза приспосабливаться к различным яркостям. Адаптация осуществляется следующими способами:
• 1) изменением диаметра зрачка в пределах от 2 до 8 мм, что изменяет световой поток в 16 раз;
• 2) уменьшением концентрации неразложившегося светочувствительного пигмента;
• 3) экранированием колбочек и палочек темным пигментом, помещаемым в сосудистой оболочке и способным в процессе адаптации перемещаться в направлении стекловидного тела;
• 4) изменением в зависимости от яркости предмета степени участия палочек и колбочек в возбуждении светового ощущения.
• Нижний предел, или абсолютный порог, светочувствительности глаза при полной темновой адаптации соответствует потоку энергии излучения, падающему на площадь зрачка

2 10-10 эрг/сек, что составляет всего несколько десятков фотонов в 1 сек. Верхний безболезненно воспринимаемый предел при максимальной световой адаптации имеет порядок 1 эрг/сек, то есть в 1012 раз выше.

Спектральная чувствительность глаза характеризуется видностью излучения, которая определяется выражением:

,

где dф — световой поток, dф_э— мощность излучения, обусловливающего этот световой поток.

Относительнойвидностью называют отношение

,

где под S понимают максимальнуювидность излучения данного спектра.

На рисунке показана кривая видности дневного зрения (1) и сумеречного (2). Для дневного зрения соответствует = 555 нм, а для сумеречного = 510 нм.

При сумеречном зрении глаз плохо различает цвета, и излучение разных длин волн воспринимается как голубовато-серое.

Максимум кривой видности дневного зрения соответствует максимуму солнечного излучения, прошедшего атмосферу и попавшего на поверхность Земли, в этом проявляется целесообразность организации глаза человека.

Глаз — далеко не совершенный спектральный анализатор: свет различного спектрального состава может оказывать одинаковые цветовые ощущения. Так, например, ощущение белого цвета можно вызвать смешением только двух цветов, каждый из которых является дополнительным по отношению к другому: красный и голубой, желтый и синий, зелено-желтый и фиолетовый и другие.

Все цвета, ощущаемые нашими глазами, можно получить, смешивая три цвета: красный, зеленый и синий. На этом основана трехкомпонентная теория цветового зрения, согласно которой имеется три вида колбочек, содержащие различные светочувствительные вещества.

На рисунке изображена зависимость показателя поглощения D светочувствительных веществ трех различных видов колбочек от , представляющая собой спектр поглощения. Цветовое ощущение зависит от силы возбуждения колбочек, чувствительных к различным интервалам длин волн.

1.4 Биофизические основы зрительной рецепции

Зрение включает поглощение энергии излучения и превращения ее в нервный импульс.

Основа механизма зрения стала хорошо известна в результате работ Уоада и других (Wald G, 1968 год). Как и в фотосинтезе, первичной стадией является поглощение энергии света подходящим хромофором. Хромофором, определяющим поглощение видимого света, служит альдегидироизводное витамина А или ретиналь. В сетчатке глаза находится около 100 млн специализированных клеток, так называемых палочек, и 5 млн колбочек. Между этими клетками и нервными волокнами, соединяющими их с мозгом, находятся синапсы, или соединительные участки (рисунок).

Ретиналь связан с белком, называемым опсином. Существуют четыре вида опсина: один из них находится в палочках, а три других — в колбочках. Комплексы хромофора с опсином в этих различных клетках называются соответственно родопсином и йодопсином. Изменения, происходящие после возбуждения светом, в основе своей одинаковы в родопсине и йодопсине и сводятся к цис-транс-изомеризации хромофорной группы.

На рисунке показана структура 11-цис-ретиналя и изомерного ему полностью транс ретиналя. В действительности возможны шесть геометрических изомеров, однако в процессе зрения существенны лишь эти два. Роль света сводится лишь к изомеризации 11-цис-ретиналя в полностью транс-ретиналь. В этом заключается основное различие между действием света в зрительном процессе и в фотосинтезе.

В фотосинтезе световая энергия используется для подброса электрона против градиента электрохимического потенциала и для синтеза молекул АТФ. В зрительном процессе, по-видимому, поглощение энергии света не приводит ни к каким химическим реакциям. Способность нервных волокон раздражаться при действии света обусловлена тем, что они уже были заранее заряжены за счет химических реакций, которые не имеют никакого отношения к световому возбуждению хромофора. Свет нужен лишь для запуска этого процесса разряда.

Опсин представляет собой белок с молекулярным весом около 30 000 дальтонов. Его структура не определена методом рентгеноструктурного анализа, однако известно, что в родопсине альдегидная группа 11-цис-ретиналя образует шиффово основание с аминогруппой лизинового остатка опсина:

Имеются также данные, свидетельствующие о наличии дополнительных центров связывания, вероятно, с помощью сульфгидрильных групп. Важный момент состоит в том, что соответствие между 11-цис-ретиналем и опсином имеет стереоспецифичный характер, так что после изомеризации прямолинейная молекула полностью транс-ретиналя уже не может связываться с опсином и происходит диссоциация комплекса. Одна или несколько стадий, включающих конформационные переходы, непосредственно следующие за диссоциацией родопсина, каким-то образом индуцируют сигнал, поступающий от клеток сетчатки в нервное волокно.

Термин «конформация» обозначает любое из бесконечного множества расположений атомов в трехметровом пространстве.

По спектрам поглощения удалось обнаружить ряд промежуточных стадий зрительного процесса. Весь зрительный цикл изображен на рисунке. Прелюмиродопсин и люмиродопсин представляют собой конъюгаты полностью транс-ретиналя, однако времена их жизни слишком коротки, чтобы их образование удалось наблюдать в растворе при комнатной температуре. В то же время метародопсин I и метародопсин II достаточно устойчивы, чтобы их можно было обнаружить вблизи комнатной температуры. Максимум поглощения метародопсина I находится при 478 нм, очень близко от максимума поглощения самого родопсина. Это означает, что в прин-ципе поглощение второго фотона той же энергии метародопсином I может привести к обратной изомеризации полностью транс-конформации в 11-цис-ретиналь и, таким образом, — к регенерации родопсина. Если принять, что квантовый выход прямой и обратной реакций одинаков равен единице, то к восприятию света должно было бы приводить только поглощение нечетного числа фотонов молекулой родопсина. Поглощение четного числа фотонов не должно приводить к зрительному процессу. Суммарный процесс иногда называют выцветанием, поскольку исходный материал, родопсин, окрашен в пурпурно-красный цвет, а конечный продукт, полностью транс-ретиналь, поглощает при 387 нм и окрашен в светло-желтый цвет. Наконец полностью транс-ретиналь восстанавливается в спирт, а затем снова окисляется с образованием 11-цис-ретиналя и реконструкцией родопсина.

Примечательна высокая чувствительность сетчатки глаза: для возбуждения палочки достаточно попадания одного кванта света. Однако, чтобы обеспечить зрительное восприятие, требуется все же несколько квантов, возможно, пять. Отсюда следует, что квантовая эффективность начального процесса фотоизомеризации должна быть близка к единице.

Родопсин действует тогда, когда зрительный процесс осуществляется в условиях низкой интенсивности света, например в ночное время. Он не различает цвета, поскольку содержит только один пигмент. Цветное зрение обусловлено йодопсином, который содержит пигменты с максимумами поглощения при 450 нм (синий цвет), 525 нм (зеленый цвет) и 555 нм (желтый цвет). Чувствительность пигмента с максимумом поглощения при 555 нм простирается далеко в красную сторону спектра, что и обеспечивает восприятие также красных тонов. Колбочки гораздо менее чувствительны, чем палочки, так что при слабом освещении все объекты кажутся окрашенными в серые тона.

Помимо людей колбочки содержатся в сетчатке приматов, некоторых видов рыб и птиц, которые способны воспринимать, по крайней мере, некоторые цвета. В сетчатке кошек и коров содержатся преимущественно палочки. Поэтому эти животные не имеют цветного зрения. Отсюда приходится заключить, что матадору вовсе незачем во время корриды пользоваться именно красным плащом.

Существует еще одна интересная гипотеза цветного зрения, предложенная в 1961 году В.П. Козловым. От колбочки через нервное волокно в мозг передаются импульсы, частота которых «V» зависит от общего состояния адаптации и от освещенности «E» на данной колбочке. Зависимость от освещенности прямая, то есть чем больше «E», тем больше «».

В мозгу по получаемым от всех колбочек сигналам воссоздается распределение освещенности на сетчатке и, следовательно, в той картине, на которую обращен глаз.

Однако более поздние исследования показали, что волокна, непрерывно передающие импульсы под действием постоянной освещенности, хотя и существуют, но их очень мало. Сами по себе они не могут обусловить процесс зрения. Преобладают волокна, реагирующие на изменение освещенности. Каждое из этих волокон реагирует группой импульсов: он-волокно-на увеличение овещенности, оff-волокно-на уменьшение, оn-оff-волокно на увеличение и на уменьшение освещенности. Величина изменения освещенности кодируется частотой возникающих импульсов и их общим числом в группе.

Можно предположить, что числом импульсов кодируется яркость (точнее, изменение яркости), а их распределением во времени — цвет.

Гипотеза Козлова позволяет отказаться не только от предположения, что существует три рода колбочек, но и от необходимости допускать существование трех светочувствительных веществ в колбочках. Достаточно допустить наличие одного вещества с определенной спектральной чувствительностью и достаточно выраженной зависимостью инерционных свойств от длины волны.

При измерении спектров поглощения отдельных колбочек оказалось, что каждая колбочка содержит только один вид йодопсина, а типов колбочек всего три. Йодопсины человека имеют максимумы поглощения при 445, 535 и 570 нм. Поглощение света йодопсинами приводит к появлению раннего рецепторного потенциала (РРП). Для измерения спектров действия РРП в колбочки сетчатки вводят микроэлектроды и регистрируют РРП, вызываемые короткими яркими вспышками монохроматического света. В сетчатке карпа таким способом обнаружено три типа колбочек с максимумом спектров действия (а, следовательно, и спектров поглощения пигментов) при 462, 529 и 611 нм (рисунок).

При некоторых генетических заболеваниях нарушается синтез белков-йодопсинов, в результате чего не образуется тот или иной пигмент цветного зрения. Человек утрачивает способность различать цвета. Эта болезнь называется дальтонизмом.

Список использованных источников

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для мед. спец. Вузов. — М.: Высшая школа, 1999. — 616 с.

2. Ливенцев Н.М. Курс физики: Учеб. для вузов. В 2-х т. — М.: Высшая школа, 1978. — т. 1. — 336 с., т. 2. — 333 с.

3. Волькенштейн М.В. Общая биофизика: Монография — М.: Наука, 1978. — 599 с.

4. Биофизика: Учебник / Тарусов Б.Н., Антонов В.Ф., Бурлакова Е В. и др. — М.: Высшая школа, 1968. — 464 с.

5. Аккерман Ю. Биофизика: Учебник. — М.: Мир, 1964. — 684 с.

6. Лекционные демонстрации по физике./ Грабовский М.А., Молодзеевский А.Б., Телеснин Р.В. и др. — М.: Наука, 1972. — 639 с.

Размещено на http://www.stud.wiki

Подобные документы

Оптическая система и виды рефракции глаза. Сущность эмметропии. Виды гиперметропии. Понятие миопии, астигматизма, причины анизометропии. Механизм аккомодации. Скиаскопия и методика миопии. Способы коррекции патологии зрения. Операционная коррекция.

презентация [8,0 M], добавлен 09.05.2016

Изучение строения и свойств глаза человека, основных особенностей роговицы, хрусталика и сетчатки. Характеристика дефектов зрения: близорукости, дальнозоркости, куриной слепоты, дальтонизма. Исследование природы зрительных иллюзий и аккомодаций глаза.

научная работа [5,6 M], добавлен 12.05.2011

Схема горизонтального сечения правого глаза человека. Оптические недостатки глаза и аномалии рефракции. Сосудистая оболочка глазного яблока. Вспомогательные органы глаза. Гиперметропия и ее коррекция с помощью выпуклой линзы. Определение угла зрения.

реферат [88,5 K], добавлен 22.04.2014

Глаза насекомых и других членистоногих – сложные органы. Особенности зрения животных, ночных и хищных птиц. Понятие «куриная слепота». Специфика строения глаза человека. Сетчатка как важнейший элемент человеческого глаза. Понятие «слепое пятно».

презентация [1,2 M], добавлен 08.11.2011

Изучение оптической системы глаза. Рассмотрение структуры сетчатки и чувствительности ее рецепторов. Характеристика аккомодации (способность ясно видеть удаленные предметы), восприятия цветов и пространства. Определение роли движения глаз для зрения.

реферат [28,7 K], добавлен 15.03.2010

Значение зрения для человека. Внешнее строение зрительного анализатора. Радужная оболочка глаза, слезный аппарат, расположение и строение глазного яблока. Строение сетчатки, оптическая система глаза. Бинокулярное зрение, схема движения взгляда.

презентация [804,4 K], добавлен 21.11.2013

Понятие об анализаторе. Строение глаза, его развитие после рождения. Острота зрения, близорукость и дальнозоркость, профилактика этих заболеваний. Бинокулярное зрение, развитие пространственного зрения у детей. Гигиеническое требование к освещению.

контрольная работа [317,7 K], добавлен 20.10.2009

Основные задачи офтальмологии. Хрусталик и стекловидное тело. Проведение и фокусирование световых лучей на сетчатку. Схема строения глазного яблока. Вспомогательный аппарат глаза. Мышцы, приводящие в движение глазное яблоко. Сосудистая оболочка глаза.

презентация [1,2 M], добавлен 04.12.2016

Внешнее и внутреннее строение глаза, рассмотрение функций слезных желез. Сравнение органов зрения у человека и животных. Визуальная зона коры больших полушарий и понятие аккомодации и светочувствительности. Зависимость цветового зрения от сетчатки.

презентация [1,2 M], добавлен 14.01.2011

Структура анализаторной системы. Этапы деятельности анализатора. Строение глаза, его мышцы и зрительные пути. Механизм аккомодации глаза. Схема строения сетчатки. Распределение палочек, колбочек в сетчатке. Виды фоторецепторов, потенциалы клеток сетчатки.

презентация [14,3 M], добавлен 13.12.2013

Аккомодация. Угол зрения. Разрешающая способность

Способность глаза приспосабливать фокусное расстояние хрусталика к расстоянию до наблюдаемого предмета называется аккомодацией.

Когда предмет расположен в бесконечности, то его изображение в нормальном глазу находится на сетчатке. Хрусталик при этом аккомодирован на бесконечность и его оптическая сила наименьшая. Если предмет приближается к глазу, то у хрусталика увеличивается кривизна; чем ближе предмет, тем больше оптическая сила глаза, ее изменения происходят приблизительно в пределах 6070 дитр.

У взрослого здорового человека при приближении предмета к глазу до расстояния 25 см аккомодация совершается без напряжения и благодаря привычке рассматривать предметы, находящиеся в руках, глаз чаще всего аккомодирует именно на это расстояние, называемое расстоянием наилучшего зрения.

Для рассматривания еще более близких предметов приходится уже напрягать аккомодационный аппарат. Наиболее близкое расположение предмета от глаза, при котором еще возможно четкое изображение на сетчатке называют ближней точкой глаза (ближняя точка ясного видения). Расстояние до ближней точки глаза с возрастом увеличивается, следовательно, аккомодация — уменьшается.

Размер изображения на сетчатке зависит не только от размера предмета, но и от его удаления от глаза, то есть от угла, под которым виден предмет. Это угол зрения, он образован лучами, идущими в глаз от крайних точек предмета (рисунок-3).

Рисунок 3 — Угол зрения, образованнный лучами, идущими в глаз от крайних точек предмета

Для характеристики разрешающей способности глаза используют наименьший угол зрения (формула 2), при котором человеческий глаз еще различает две точки предмета. Этот угол 1 что соответствует расстоянию между точками в 70 мкм, если они находятся на расстоянии наилучшего зрения. Размер изображения на сетчатке в этом случае равен 5 мкм, что равно среднему расстоянию между двумя колбочками на сетчатке. Поэтому, если изображение двух точек на сетчатке займет линию короче 5 мкм, то эти точки не разрешатся, то есть глаз их не различает.

В медицине разрешающую способность глаза оценивают остротой зрения. За норму остроты зрения принимается единица, в этом случае наименьший угол зрения равен одной минуте. При отклонениях острота зрения во столько раз меньше нормы, во сколько раз наименьший угол зрения больше минуты. Если для больного наименьший угол зрения равен 4, то острота зрения равна 1:4 = 0,25.

IV. Угол зрения. Разрешающая способность глаза.

Угол зрения — угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через узловую точку (оптический центр глаза).

Узловая точка N — аналогична оптическому центру тонкой линзы .

Размер изображения на сетчатке «b» зависит только от угла β, под которым виден предмет «В». Этот угол называют углом зрения.

Из рисунка следует, что tgβ = B/L = b/l. Учитывая эти соотношения, можно записать следующую формулу для размера изображения на сетчатке:

Где l ≈ 17 мм – это расстояние от узловой точки до сетчатки.

Для малых углов зрения ( ) справедлива приближенная формула:

Разрешающая способностьглаза – это свойство глаза видеть раздельно два предельно близко расположенных малых объекта или их детали.

В медицинской практике РС называют остротой зрения.

В клинической медицинской практике различают 2 вида РС:

1. Абсолютная РС ( γ ) – характеризуется величиной, обратной предельному углу разрешения:

γ [град -1 ] — абсолютная острота зрения

φ [гр] — предельный угол разрешения

Предельный угол (φ) – это угол, под которым глаз видит раздельно на расстоянии r, равном 25см, две близко расположенных точки.

(угловые мин.)

х – линейный размер объекта (м)

у – расстояние до объекта (м)

k — коэффициент пропорциональности ≈ 3,438 угловых минут.

2.Относительная РС (V) – характеризуется отношением стандартного

предельного разрешающего угла к фактически разрешенному для

данного расстояния углу.

V = φ_о / φ _факт (безразмерна)

φ_о — стандартный предельный угол, под которым с определенного расстояния, при остроте зрения, равной 1, испытуемый должен различать тестовый табличный знак с угловым размером в 1 минуту.

φ _факт — фактический угол, под которым испытуемый различает этот же тестовый знак.

«V» зависит от :

размера объекта, расстояния до него, формы объекта, его цвета, контраста объекта с фоном, освещенности таблицы, особенности глаза.

На практике РС (остроту зрения) определяют при помощи специальных таблиц и знаков (буквы, кольца, различные фигуры), принятых за Международный стандарт.

РС (остроту зрения) определяют с расстояния 25-30 см или с расстояния 5 м.

Дата добавления: 2017-12-05 ; просмотров: 111 ;

49. Оптическая система глаза. Аккомодация. Угол зрения. Разрешающая способность глаза.

Глаз человека — оптический прибор. Глаз может быть представлен как центрированная оптическая система, образованная роговицей, жидкостью передней камеры и хрусталиком (четыре преломляющие поверхности) и ограниченного спереди воздушной средой, сзади — стекловидным телом. Главная оптическая ось (ОО1) проходит через геометрические центры роговицы (I) зрачка (2) и хрусталика (3).

MN — зрительная ось, направление наибольшей светочувствительности

глаза. Для упрощения можно заменить глаз линзой, окруженной воздухом

со стороны пространства предметов(I) n1=1; и жидкостью с показателем

преломления n2 = 7,336 со стороны пространства изображений (II).

Основное преломление происходит на внешней границе роговицы,

оптическая сила которой D1=40днтp, хрусталика — D2 = 20дитр; всего глаза D=D1+D2.

Различно удалённые предметы должны давать на сетчатке одинаково

резкие изображения, этого добиваются тем, что хрусталик может изменить

свой радиус кривизны, т.е. фокусное расстояние. Приспособление глаза к

четкому видению различно удаленных предметов — «наводка на резкость» —

называется аккомодация. 25 см — расстояние до предмета носит название

расстояния наилучшего зрения. Размер изображения зависит от угла зрения

(бета), угла, под которым виден предмет (а он зависит от расстояния до

предмета). бета = В/L, где В — размер предмета, L — расстояние от предмета до

Разрешающая способность глаза — (наименьший угол зрения) или наименьшие размеры предмета, которые дадут изображения на сетчатке.

Бета с ин. min= 1` (одна минута). Bmin = 5*10^(-6)м = 0,005мм.

56 Оптические атомные эмиссионные спектры. Молекулярные спектры. Применение спектрофотометрии в медицине и биологии.

Атомные спектры — спектры испускания (или поглощения), которые возникают при квантовых переходах между уровнями свободных или

слабовзаимодейтвующих атомов. Атомные спектры испускания возникают при переходе атомов возбуждённых (нагреванием, электрическим разрядом, химической реакцией и др.). При переходе атомов с различных возбуждённых энергетических уровней на один и тотже испускаются спектральные серии: серия Леймана (переход на первый энергетический уровень), атом испускает фотоны ультрафиолетовой области; серия Больцмана — переход на 2-ой энергетический уровень — видимый свет; серия Пашена — переход на 3-ий уровень — область инфракрасного излучения. Анализ эмиссионных спектров излучения в поглощения в медицине и биологии служат для определения микроэлементов в тканях организма, небольшого количества атомов металлов в консервированных продуктах, некоторых элементов в трупных тканях для целей судебной медицины др.

Молекулярные спектры (испускания и поглощения) возникают при квантовых переходах молекул с одного энергетического уровня на другой —

полосатые спектры, состоящие из тесно расположенных линий. Сложность их по сравнению с атомным обусловлена большим разнообразием энергетических переходов в молекуле.

Специфичность индивидуальность спектров отдельных молекул лежит в основе качественного и количественного спектрального анализа. Они являются важным источником информации о биологически функциональных молекулах и широко используются в современных биохимических и биофизических работах.

52. Оптический микроскоп. Ход лучей. Увеличение и т.д.

Для больших увеличений используют систему короткофокусных линз – объектив – окуляр. Такая система носит название – микроскоп. Изображение получается в фокальной плоскости окуляра.

АВ — предмет; A1B1- изображение; А2В2 — изображение, даваемое окуляром (оно увеличенное перевёрнутое мнимое). Для получения микрофотографий объектив (или окуляр) отодвигают, тогда A1B1 получается за передним фокусом F2, а изображение будет действительным, увеличенным справа от окуляра. Бета = А2В2/АВ — увеличение микроскопа Бета = L*S/F1F2, где L — длинна тубуса; S — расстояние наилучшего зрения. Но полученное увеличение зависит от разрешающей способности глаза Zгл. = 70мкм; и микроскопа, которое связано с дифракцией на мелких структурах;

Z= лямбда/2n sin фи;

n — показатель преломления веществ между объективом и предметом;

фи — апертурный угол (между крайними лучами входящими в объектив); лямбда -длинна волны света, освещающего предмет.

Г=Zгл/Z — полезное увеличение микроскопа.

Для увеличения разрешающей способности необходимо уменьшить предельное разрешение Z; для этого увеличивают n, вводя иммерсионную жидкость с показателе преломления близким к n — стекла между предметом и объективом.

Разрешающая способность и острота глаза

Разрешающей способностью глаза называют способность раздельно восприни- мать (различать) близко расположенные друг к другу точки, линии или другие фигуры. Разрешающую способность характеризуют величиной минимального угла между конту- рами раздельно воспринимаемых объектов или числом раздельно видимых линий на 1°. Способность глаза различать две точки с минимальным углом между ними в 1секунду считается нормой.

Остротой зрения называют способность глаза замечать мелкие детали или различать их форму. Остроту зрения чаще всего определяют величиной минимального углового размера объекта, воспринимаемого глазом при максимальном контрасте.

Для нормального глаза в оптимальных условиях осмотра острота зрения составляет 1 секунду. Средняя острота зрения равна 2-4 секунды. При остроте зрения 2 секунды на расстоянии наилучшего зрения (250 мм) глаз может различать детали размером не ме- нее 0,15 мм. Острота зрения и разрешающая способность характеризуют возможность глаза видеть мелкие объекты.

Острота зрения и разрешающая способность зависят от освещенности объекта, диа- метра зрачка глаза, продолжительности осмотра, спектральной характеристики объекта и других факторов. Но в первую очередь эти свойства глаза обусловлены структурой сетчатки и дифракцией света в глазных средах.

Если изображение предмета умещается в одном элементе сетчатки, глаз восприни- мает этот предмет в виде точки, не различая его формы. Две точки глаз различает раз- дельно, если изображения их на сетчатке будут находиться на разных ее элементах, разделенных не менее чем одним нераздраженным элементом.

При дневном зрении разрешающая способность максимальна в центральной ямке сетчатки, где наиболее плотно расположены колбочки. Здесь разрешающая способность достигает в оптимальных условиях 50 — 70 линий на 1º. С удалением от центральной ям- ки сетчатки разрешающая способность быстро падает, составляя 0,33 от максимальной в 5° от центра и 0,1 от максимальной в 20° от центра. Это связано с изменением струк- туры сетчатки, увеличением диаметра палочек и колбочек, а также с увеличением ре- цептивных полей: к одному нервному волокну здесь сходятся сигналы от сотен палочек и десятка колбочек. Кроме того, уменьшение разрешающей способности связано с меньшей резкостью изображения, создаваемого хрусталиком в периферийных участках сетчатки.

Каждая рассматриваемая точка вследствие дифракции и рассеяния света в глазных средах воспринимается глазом в той или иной степени не резко, в виде дифракционного кружка рассеяния.

Дифракционный кружок при средней освещенности и средней длине волны 550 нм, составляет 0,009 мм. Так как диаметр самых маленьких рецепторов зрения — колбочек в центральной ямке сетчатки составляет около 0,001 мм, то разрешающая способность глаза и острота зрения в таких условиях, как видно, ограничиваются только дифракцией света.

Наиболее высокая острота зрения наблюдается при диаметре зрачка 3-4 мм, что со- ответствует общей освещенности от 100 до 1000 лк. При диаметре зрачка больше 4 мм острота зрения снижается из-за погрешности (аберрации) оптики глаза, при диаметре 2,5 — 3 мм (что соответствует общей освещенности 2000 — 2500 лк) она падает из-за ди- фракции света. В связи с этим при осмотре деталей нет необходимости делать общую освещенность более 2000 — 2500 лк. Местная освещенность в системе комбинированно- го освещения при этом может быть больше до 4000 — 5000 лк. Но для уменьшения отри- цательного влияния дифракции света на остроту зрения в этих случаях принимают меры для снижения отражающей способности фона.

Минимальное расстояние между точками, воспринимаемыми глазом раздельно равно

R = L Sinα,

где L — расстояние от глаза до плоскости точек;a— минимальный разрешаемый угол поля зрения.

Для нормального глаза с разрешающей способностью 1(a = 1 сек; L = 250 мм) при хорошей освещенности расстояние между раздельно воспринимаемыми точками со- ставляет 0,075 мм. Приближенно эту величину принимают равной 0,1 мм.

При снижении общей адаптирующей освещенности разрешающая способность уменьшается. При сумеречном (палочковом) зрении она в 15 — 20 раз ниже, чем при дневном. Минимальный интервал между раздельно воспринимаемыми точками, нахо- дящимися на расстоянии наилучшего зрения (250 мм), в этом случае составляет 0,9 — 1,15 мм. Этим явлением объясняется снижение разрешающей способности зрения при люминесцентном и магнитно-люминесцентном контроле при отсутствии дополнительной подсветки контролируемой поверхности видимым излучением, хотя чувствительность к обнаруживаемым дефектам при этом остается высокой.

На разрешающую способность и остроту зрения оказывает влияние также иррадиа- ция, которая заключается в кажущемся увеличении размеров светлых предметов на темном фоне. Чем светлее предмет, тем он кажется крупнее. Это явление при нормаль- ной освещенности повышает остроту зрения, однако снижает разрешающую способ- ность глаза. Мелкие светлые одиночные объекты, например, тонкий рисунок трещины при люминесцентном контроле, из-за иррадиации легко обнаружить. Однако две близко расположенные линии могут быть восприняты как одна. Изломы, изгибы люминесци- рующего рисунка трещин скрадываются, что затрудняет их анализ, определение харак- тера дефекта и различение действительных дефектов среди ложных.

При осмотре деталей в условиях малой освещенности возможна отрицательная ир- радиация — кажущееся уменьшение размеров светлых объектов на темном фоне.

Вследствие этого затруднено обнаружение мелких светлых несветящихся объектов при освещенности ниже рекомендуемой.

На остроту зрения влияет также цвет объектов и фона. Высокая острота зрения при наблюдении желто-зеленых объектов на темном фоне и красных объектов на белом яв- ляется одной из причин применения именно этих цветов при люминесцентной и цветной дефектоскопии.

Цветоощущение

Цвета делят на ахроматические (черный, белый, серые) и хроматические (все прочие цвета) (рис.2.32). Хроматические цвета отличаются цветовым тоном, яркостью (свет- лотой) и насыщенностью. Под насыщенностью цвета понимают степень отличия данного цвета от одинакового по светлоте серого цвета.

Рис. 2.32. Хроматические (сверху) и ахроматические (снизу) цвета

При некотором повышении освещенности объекта, находящегося, первоначально в полной темноте, он становится видимым. Наименьшее значение освещенности, созда- ваемой объектом на зрачке наблюдателя, при котором объект становится заметен, на- зывают световым порогом. При дальнейшем увеличении освещенности глаз начинает различать цвет. Наименьшее значение освещенности на зрачке наблюдателя, соответ- ствующее этому моменту, называют цветовым порогом. Каждой длине волны света со- ответствует разное значение светового порога: раньше других становятся заметными синие объекты, позже всех — красные. Цветовой порог также зависит от цвета объекта: сначала обнаруживают цвет красных объектов, позже других — сине-фиолетовых и жел- тых.

Отношение величины цветового порога к соответствующему значению светового по- рога называют ахроматическим интервалом. Значения ахроматического интервала для некоторых цветов приведены в табл. 2.3.

Дата добавления: 2016-12-05 ; просмотров: 1800 | Нарушение авторских прав