38. Оптическая система глаза. Рецепторный аппарат глаза человека. Биофизический механизм восприятия света фоторецепторами, зрительные пигменты палочек и колбочек. Механизм цветового зрения.

Различают оптическую (преломляющую) систему глаза, формирующую изображение видимых предметов, и рецепторный аппарат – сетчатку. В последней находятся фоторецепторные клетки – колбочки и палочки. Примерно половина объёма этих клеток занята внутренними мембранами (дисками), содержащими особый интегральный белок (зрительный пигмент). В палочках он называется родопсин, а в колбочках - иодопсин.

Родопсин состоит из белка опсина, к которому присоединена группа, называемая ретиналь. Опсин обладает свойствами фермента, но пока к нему присоединён ретиналь, опсин этих свойств не проявляет (он не активен). Структура иодопсина аналогична, но белок в нём несколько отличается по составу.

Когда на рецепторную клетку попадает квант света, он поглощается ретиналем. Энергия кванта вызывает перестройку ретиналя, и он отрывается от опсина. При этом белок (опсин) активируется и катализирует синтез медиатора пока ещё не известной природы. Медиатор воздействует на наружную мембрану рецепторной клетки, изменяя её проницаемость для ионов натрия, в результате чего на мембране возникает сдвиг потенциала (рецепторный потенциал). Величина рецепторного потенциала зависит от числа квантов, одновременно попавших в рецептор. Через синапсы этот рецепторный потенциал преобразуется в потенциалы действия, частота которых тем больше, чем больше был рецепторный потенциал. Эти потенциалы действия по волокну зрительного нерва передаются в зрительный центр мозга, где и происходит восприятие света.

При хорошей освещённости (днём) работают, в основном, колбочки, а при малой освещённости (в сумерки) – в основном палочки, то есть порог восприятия света у палочек значительно ниже, чем у колбочек. Более высокая чувствительность палочек частично зависит от того, что в них больше дисков, но главная причина в другом. Соседние палочки с помощью электрических синапсов объединяются в большие группы (рецептивные поля). Смысл такого объединения в том, что оно повышает отношение полезного сигнала к шуму и позволяет улавливать очень слабый свет.

Колбочки работают при достаточной освещённости, когда световой сигнал во много раз больше шума. Поэтому каждая колбочка связана с отдельным нервным волокном и посылает в зрительный центр свой отдельный сигнал. Для палочек, объединённых в большое рецептивное поле, сигнал поступает от всей группы в целом. Изображения близких предметов попадают на одно рецептивное поле, и зрительный центр не может их различить. В результате разрешающая способность (способность различать близко расположенные предметы) у колбочек много выше, чем у палочек. При недостаточном освещении преобладает палочковое зрение.

Механизм цветового зрения.

Цветовое зрение присуще только колбочкам; изображение, даваемое палочками, одноцветно. Это объясняется тем, что все палочки одинаковы, а колбочек существует три типа; точнее, имеются три вида иодопсина с разными спектрами поглощения. Поэтому у одних колбочек максимум поглощения света лежит в синей части спектра, у других – в зелёной и у третьих – в красной. В зависимости от спектра света, падающего на данный участок сетчатки, соотношение сигналов, поступающих в зрительный центр, будет разным, что и даёт субъективное ощущение цвета.

39. Основы световых измерений (фотометрия). Сопоставление энергетических и светотехнических параметров света. Приведение энергетических параметров света к светотехническим (абсолютная и относительная видность). Кривая видности.

Фотометрия - раздел оптики, связанный с измерением энергии, переносимой световой волной, или с измерением величин, связанных с энергией электромагнитных волн оптического диапазона.

Все приемники оптического излучения можно разделить на два основных класса:

а) широкополосные или неселективные, в основе работы которых лежит тепловое действие света (термоэлементы, болометры). Для них разработана система энергетических характеристик светового потока.

б) селективные, работа которых основана на фотоэлектрическом и фотохимическом действии света (глаз человека, фотоэлементы, фотоумножители) для которых вводится система световых величин и единиц. Энергетические и световые величины взаимосвязаны.

Кривая видности фотопического зрения позволяет осуществить приведение физических величин, характеризующих световую энергию, к так называемым светотехническим величинам, которые выражают ее оценку с учетом особенностей зрительного восприятия. В литературе встречаются и другие названия как физических, так и светотехнических параметров света. Первые иначе называются объективными и энергетическими, а вторые — субъективными, световыми, психофизическими.

Основным энергетическим параметром света служит поток излучения — световая энергия в единицу времени. Энергетическая сила света представляет собой поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла в данном направлении. Под энергетической яркостью понимают энергетическую силу света, отнесенную к единице площади проекции поверхности излучающего тела на направление, перпендикулярное распространению света. Энергетическая освещенность — поток излучения, падающий на единицу площади облучаемой поверхности.

За основную светотехническую величину принята сила света. Ее размерность — кандела, входящая в состав основных единиц СИ. Значение канделы принимается таким, что яркость полного излучателя при температуре затвердевания платины (2042 К) равна 60 кд • см-2. Применявшаяся ранее международная свеча составляет 1,005 кд. Производными параметрами от силы света являются яркость и световой поток. Единицей яркости служит кд • м~2 (1 кд • м~2 характеризует яркость источника, каждый 1 м2 излучающей поверхности которого имеет в данном направлении силу света, равную 1 кд). В медицине широко используются и внесистемные единицы яркости: нит, стильб (сб), апостильб (асб), ламберт (Лб). Между ними существуют следующие соотношения: 1 нит = 1 кд-м-2; 1 сб =1 кд-см-2 = 104 кд-м-2 = 104 нит; 1 асб = 3,18-lO5 сб = = 0,318 нит = 10-4 Лб.

Яркость снега в солнечный день достигает примерно 2,5 104 кд м~2, а яркость земляного грунта беззвездной ночью около 2 10~5 кд м~2