Лекція №11. Біофізика зору
Лекція №11. біофізика зору
Структура людського ока
Людське око - чудове досягнення еволюції і відмінний оптичний інструмент. Поріг чутливості очі близький до теоретичної межі, зумовленого квантовими властивостями світла, зокрема дифракцією світла. Діапазон сприймаються оком інтенсивностей становить. фокус може швидко переміщатися від дуже короткого відстані до нескінченності.
Око є системою лінз, яка формує перевернуте дійсне зображення на світлочутливої поверхні. Очне яблуко має приблизно сферичну форму з діаметром близько 2,3см. Зовнішня його оболонка є майже волокнистих непрозорим шаром, званим склерою. Світло надходить в око через рогівку, що представляє собою прозору оболонку на зовнішній стороні поверхні очного яблука. У центрі рогівки розташоване кольорове кільце - радужкою (райдужна оболонка) зі зіницею посередині. Вони діють подібно діафрагмі, здійснюючи регуляцію надходження світла в око.
кришталик являє собою лінзу, що складається з волокнистого прозорого матеріалу. Його форма і, отже, фокусна відстань можуть змінюватися за допомогою циліарних м`язів очного яблука. Простір між рогівкою і лінзою заповнене водянистою рідиною і називається передній камерою. За лінзою розташовано прозоре желеподібна речовина, зване склоподібним тілом .
Внутрішня поверхня очного яблука покрита сітківкою. яка містить численні нервові клітини - зорові рецептори: палички і колбочки, які відповідають на зорові подразнення, генеруючи біопотенціали. Найбільш чутливою областю сітківки є жовта пляма. де міститься найбільша кількість зорових рецепторів. Центральна частина сітківки містить тільки щільно упаковані колбочки. Око обертається, щоб розглянути досліджуваний об`єкт.
Переломлення в оці
Око є оптичним еквівалентом звичайного фотографічної камери. У ньому є система лінз, апертурная система (зіницю) і сітківка, на якій фіксується зображення.
Система лінз очі сформована з чотирьох заломлюючих середовищ: рогівки, водяний камери, кришталика, скляного тіла. Показники їх заломлення не мають значних відмінностей. Вони складають 1,38 для рогівки, 1,33 для водяній камери, 1,40 для кришталика і 1,34 для склоподібного тіла (рис. 2).
Мал. 2. Око як система заломлюючих середовищ (числа є показниками заломлення)
У цих чотирьох заломлюючих поверхнях відбувається заломлення світла: 1) між повітрям і передньою поверхнею роговіци- 2) між задньою поверхнею рогівки і водяний камерой- 3) між водяним камерою і передньою поверхнею хрусталіка- 4) між задньою поверхнею кришталика і склоподібним тілом.
Найбільш сильне заломлення відбувається на передній поверхні рогівки. Рогівка має невеликий радіус кривизни, і показник заломлення рогівки в найбільшою мірою відрізняється від показника заломлення повітря.
Переломлюються здатність кришталика менше, ніж у рогівки. Вона становить близько однієї третини загальної заломлюючої потужності систем лінз очі. Причина цієї відмінності в тому, що рідини, що оточують кришталик, мають показники заломлення, які суттєво не відрізняються від показника заломлення кришталика. Якщо кришталик видалити з ока, оточений повітрям він має показник заломлення майже в шість разів більший, ніж в оці.
Кришталик виконує дуже важливу функцію. Його кривизна може змінюватися, що забезпечує тонке фокусування на об`єкти, розташовані на різних відстанях від ока.
редукований очей
Редукований очей є спрощеною моделлю реального очі. Він схематично представляє оптичну систему нормального очі людини. Редукований очей представлений єдиною лінзою (однієї заломлюючої середовищем). У редуцированном оці всі преломляющие поверхні реального очі підсумовуються алгебраїчно, формуючи єдину заломлення поверхню.
Редукований очей дозволяє провести прості обчислення. Загальна переломлюються здатність середовищ становить майже 59 діоптрій, коли лінза акомодувати на зір віддалених об`єктів. Центральна точка скороченої очі лежить попереду сітківки на 17 міліметрів. Луч з будь-якої точки об`єкта приходить в скороченої очей і проходить через центральну точку без заломлення. Так само, як скляна лінза формує зображення на аркуші паперу, система лінз очі утворює зображення на сітківці. Це зменшене, дійсне, перевернуте зображення об`єкта. Головний мозок формує сприйняття об`єкта в прямому положенні і в реальному розмірі.
акомодація
Для ясного бачення об`єкта необхідно, щоб після заломлення променів, зображення формувалося на сітківці. Зміна заломлюючої сили очі для фокусування близьких і віддалених об`єктів називається акомодацією .
Найбільш віддалена точка, на яку фокусується очей, називається дальньої точкою бачення - нескінченність. В цьому випадку паралельні промені, що входять в око, фокусуються на сітківку.
Об`єкт видно в деталях, коли він встановлений якомога ближче до ока. Мінімальна відстань чіткого бачення - близько 7 см при нормальному зорі. В цьому випадку апарат акомодації знаходиться в максимально напруженому стані.
Точка, розташована на відстані 25см. називається точкоюнайкращого бачення. оскільки в даному випадку помітні всі деталі даного об`єкту без максимального напруження апарату акомодації, внаслідок чого око може тривалий час не втомлюватися.
Якщо очей сфокусований на об`єкт в ближній крапці, він повинен відрегулювати свою фокусну відстань і збільшити здатність заломлення силу. Цей процес відбувається шляхом змін форми кришталика. Коли об`єкт підносять ближче до ока, форма кришталика змінюється від форми помірно опуклою лінзи в форму випуклої лінзи.
Кришталик утворений волокнистих желеподібним речовиною. Він оточений міцною гнучкою капсулою і має спеціальні зв`язки, що йдуть від краю лінзи до зовнішньої поверхні очного яблука. Ці зв`язки постійно напружені. Форма кришталика змінюється циліарної м`язом. Скорочення цієї м`язи зменшує натяг капсули кришталика, він стає більш опуклим і через природної еластичності капсули приймає сферичну форму. І навпаки, коли циліарного м`яз повністю розслаблена, заломлююча сила лінзи найбільш слабка. З іншого боку, коли циліарного м`яз знаходиться в максимально скороченому стані, заломлююча сила лінзи стає найбільшою. Цей процес управляється центральною нервовою системою.
Мал. 3. Акомодація в нормальному оці
стареча далекозорість
Переломлюються сила кришталика може збільшуватися від 20 діоптрій до 34 діоптрій у дітей. Середня акомодація становить 14 діоптрій. В результаті загальна заломлююча сила очі становить майже 59 діоптрій, коли око акомодувати для далекого зору, і 73 діоптрій - при максимальній акомодації.
При старінні людини кришталик стає більш товстим і менш еластичним. Отже, здатність лінзи змінювати свою форму зменшується з віком. Сила акомодації зменшується від 14 діоптрій у дитини до менш 2 діоптрій у віці від 45 до 50 років і стає рівною 0 у віці 70 років. Тому лінза майже не аккомодіруют. Це порушення акомодації називається старечої далекозорості. Очі при цьому сфокусовані завжди на постійній відстані. Вони не можуть акомодувати як для ближнього, так і далекого зору. Отже, щоб бачити ясно на різних відстанях, стара людина повинен носити біфокальні окуляри з верхнім сегментом, сфокусованим для далекого бачення, і більш низьким сегментом, сфокусованим для ближнього бачення.
помилки заломлення
емметропія . Вважається, що око буде нормальним (емметропічним), якщо паралельні світлові промені з віддалених об`єктів фокусуються в сітківку при повному розслабленні циліарного м`яза. Такий око бачить ясно віддалені об`єкти, коли розслаблена циліарного м`яз, тобто без акомодації. При фокусуванні об`єктів ближнього діапазону відстаней в оці скорочується циліарного м`яз, забезпечуючи відповідну ступінь акомодації.
Гіперметропія (гіперопія). Гіперметропія також відома як далекозорість. Вона обумовлена або малим розміром очного яблука, або слабкої заломлюючої силою системи лінз очі. В таких умовах паралельні світлові промені не переломлюються системою лінз очі досить для того, щоб фокус (відповідно зображення) перебував на сітківці. Для подолання цієї аномалії циліарного м`яз повинна скоротитися, збільшивши оптичну силу ока. Отже, далекозоре людина здатна фокусувати віддалені об`єкти на сітківці, використовуючи механізм акомодації. Для бачення ближчих об`єктів потужності акомодації не вистачає.
При невеликому резерві акомодації далекозоре людина часто не здатен акомодувати очей досить для фокусування не тільки близьких, але навіть віддалених об`єктів.
Для корекції далекозорості необхідно збільшити здатність заломлення силу очі. Для цього використовують опуклі лінзи, які додають заломлення силу до сили оптичної системи ока.
міопія . При міопії (або короткозорості) паралельні світлові промені з віддалених об`єктів фокусуються перед сітківкою, незважаючи на те, що циліарного м`яз повністю розслаблена. Це буває через занадто довгого очного яблука, а також внаслідок занадто високої заломлюючої сили оптичної системи ока.
Немає механізму, за допомогою якого око могло б зменшити здатність заломлення силу свого кришталика менш, ніж можливо при повному розслабленні циліарного м`яза. Процес акомодації призводить до погіршення бачення. Отже, людина з міопією не може фокусувати віддалені об`єкти на сітківку. Зображення може сфокусуватися тільки, якщо об`єкт знаходиться досить близько від ока. Отже, у людини з міопією обмежена далека точка ясного бачення.
Відомо, що промені, що проходять через увігнуту лінзу, переломлюються. Якщо заломлююча сила очі занадто велика, як при міопії, іноді вона може бути нейтралізована увігнутою лінзою. Використовуючи лазерну техніку, можна також відкоригувати занадто велику опуклість роговиці.
Відео: Андрій Фурсов Лекція 11 Російська держава на початку XVI століття Правління Івана Грозного
астигматизм . У астигматичного оці переломлюються поверхню рогівки є не сферичної, а еліпсоїдальної. Це відбувається через занадто великий кривизни рогівки в одній зі своїх площин. В результаті світлові промені, що проходять через рогівку в одній площині, не заломлюються так само сильно, як промені, що проходять через неї в іншій площині. Вони не збираються в загальному фокусі. Астигматизм не може компенсуватися оком за допомогою акомодації, але коригувати його можна за допомогою циліндричної лінзи, яка виправить помилку в одній з площин.
Корекція оптичних аномалій контактними лінзами
Нещодавно для корекції різних аномалій зору стали використовувати пластичні контактні лінзи. Вони встановлюються проти передньої поверхні рогівки і фіксуються тонким шаром сліз, який заповнює простір між контактної лінзою і рогівкою. Жорсткі контактні лінзи роблять із твердої пластмаси. Їх розміри складають 1мм в товщину і 1см в діаметрі. Також існують м`які контактні лінзи.
Контактні лінзи замінюють рогівку як зовнішню сторону ока і майже повністю анулюють частку заломлюючої здатності ока, яка відбувається в нормі на передній поверхні рогівки. При використанні контактних лінз передня поверхня рогівки не грає істотної ролі в ламанні очі. Основну роль починає виконувати передня поверхня контактної лінзи. Особливо важливо це в осіб з ненормально сформованої рогівкою.
Іншою особливістю контактних лінз є те, що, повертаючись разом з оком, вони дають більш широку область ясного бачення, ніж це роблять звичайні окуляри. Вони є також більш зручними у використанні для художників, спортсменів і т.п.
Гострота зору
Здатність людського ока ясно бачити дрібні деталі обмежена. Нормальний очей може розрізняти різні точкові джерела світла, розташовані на відстані 25 секунд дуги. Тобто, коли світлові промені з двох окремих точок потрапляють в око під кутом більше 25 секунд між ними, їх видно як двох точок. Промені з меншим кутовим розділенням не можуть бути розрізнені. Це означає, що людина з нормальною гостротою зору може розрізнити дві точки світла на відстані 10 метрів, якщо вони один від одного знаходяться на відстані 2 міліметри.
Мал. 7. Максимальна гострота зору для двох точкових джерел світла.
Наявність цієї межі передбачено структурою сітківки. Середній діаметр рецепторів в сітківці становить майже 1,5 мікрометрів. Людина може нормально розрізнити дві окремі точки, якщо в сітківці відстань між ними складає 2 мікрометра. Таким чином, щоб розрізняти два невеликих об`єкта, вони повинні порушити дві різні колбочки. По крайней мере, між ними один буде знаходитися 1 збудженому колбочка.
У сучасному світі багато ділові люди, найчастіше, не мають можливості повністю присвятити себе домашньому господарству і догляду за дітьми. І рано чи пізно настає момент, коли персонал просто необхідний. Підібрати персонал для будинку відповідальне завдання, адже наймаючи, няню, батьки довіряють їй найдорожче в своєму житті - своїх дітей, а помічниця по дому повинна бути професіоналом у своїй справі.
соціальні коментарі Cackle
