Біологічний турнір 2013 / маме / oftalm

y

x

МПФ(νxθ)

1

2

0,5

1

νxθ гр

νxθ

в

Рисунок 2.21 – Модуляційна передавальна функція оптичної системи ока:

а– міра в просторі об’єктів; б – зображення міри на сітківці ока;

в– графіки функції: 1 – безабераційної, дифракційно обмеженої;

2 – абераційної

Проте величина контрасту суттєво зменшується на середніх просторових частотах. До цього призводить наявність у ока аберацій, що

101

розглянуті у попередньому розділі. Чим ближче наближається графік модуляційної передавальної функції на середніх просторових частотах до горизонтальної осі, тим гіршим є зображення об’єктів на сітківці. Це дає змогу оцінювати якість зображень на сітківці і через вигляд модуляційної передавальної функції досліджувати вплив тих чи інших аберацій на якість цих зображень.

2.8. Поглинання і пропускання випромінювання середовищами

ока

Для вибору оптимального та безпечного для ока світлового випромінювання, яке використовується в офтальмологічних приладах, а також для вибору лазерного випромінювання для лікування очних захворювань, необхідно знати характеристики поглинання очних середовищ.

Середовища ока по-різному поглинають світло в залежності від довжини хвилі випромінювання. Тканини рогівки поглинають випромінювання з довжиною хвилі, меншою за 0,35 мкм і більшою за 1,5 мкм. Кришталик інтенсивно поглинає випромінювання в найближчій ультрафіолетовій області спектра та у діапазоні від 0,9 до 1,4 мкм. Склоподібне тіло прозоре у видимій області спектра, але поглинає, в основному, в інфрачервоній області від 0,86 до 1,35 мкм. Сумарна крива поглинання прозорими оптичними середовищами ока представлена на рис. 2.22.

Криву поглинання зображено з розривом у видимій області спектра, оскільки поглинання оптичними середовищами ока в цій області є малим. З рис. 2.22 видно, що оптичні середовища ока, поглинаючи частину

102

падаючого світла у відповідності зі своїми спектральними характеристиками, значно послаблюють падаюче випромінювання. Тому сітківки досягають, переважно, промені видимої та ближньої інфрачервоної області спектра.

Коефіцієнт

поглинання

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

Рисунок 2.22 – Сумарне поглинання прозорими оптичними середовищами ока

У видимій області спектра середовища ока є досить прозорими. До сітківки надходить близько 80 % видимого випромінювання. На рис. 2.23 показані графіки світлопропускання рогівки і всієї системи ока.

Оболонки і структурні елементи сітківки також по-різному взаємодіють з променями різних довжин хвиль. Так, судини сітківки, що містять гемоглобін, найбільше поглинають промені жовто-зеленої частини спектра з довжиною хвилі 0,50…0,58 мкм та майже цілком відбивають

103

Коефіцієнт поглинання

0,8

0,4

0

Рисунок 2.24 – Графік поглинання світла в пігментному епітелії сітківки і судинній оболонці ока людини

Коефіцієнт відбиття сітківки в %

Вік

λ[мкм]

Рисунок 2.25 – Графіки відбиття світла від сітківки як залежності від довжини хвилі та віку людини

105

2.9. Освітленість сітківки

Важливою характеристикою зображення на сітківці є його освітленість, яку оцінюють при світлотехнічних розрахунках та при проектуванні офтальмологічних оптичних приладів. Освітленість на сітківці ока можна розрахувати за допомогою формули:

де L – яскравість простору об’єктів; τ – коефіцієнт світлопропускання оптичної системи ока; n – показник заломлення скловидного тіла, n =1,337;

2σ′a – задній апертурний кут ока, sin s¢a @ 2Df ¢ , D – діаметр вхідної зіниці ока, f ′ – задня фокусна відстань оптичної системи ока.

Відомо, що f ′n = - f – передня фокусна відстань оптичної системи ока, тому вираз (2.18) можна представити у вигляді

При значеннях τ=0,8, f = -17,05 (за Гульстрандом, див. табл. 2.1),

вираз (2.18) спрощується до вигляду:

де параметр L має розмірність [ніт]=[лм/м2·стер], а D має розмірність [мм]. За нормами освітлення для читання та письмової роботи, освітлений аркуш білого паперу як вторинного випромінювача повинен мати яскравість не меншу, ніж 10 кд/м2. Прийнявши діаметр зіниці ока D= 2,5 мм, з формули (2.19) отримаємо величину освітленості на сітківці Енорм ~

0,14 лк.

106

43…130 лк. При погляді на Сонце (його яскравість L~109 кд/м2) освітленість на сітківці становить приблизно 107 лк. Така освітленість навіть при дуже короткочасній дії може привести до незворотних змін у тканинах сітківки (до фотокоагуляції тканин сітківки).

2.10.Контрольні питання до розділу 2

1.Що таке схематичне око і на які типи за кількістю оптичних поверхонь воно розділяється?

2.Яке схематичне око називають редукованим?

3.Перелічіть найвідоміших авторів схематичних очей.

4.Які моделі оптичної системи ока використовують в сучасній офтальмології та сучасному оптичному приладобудуванні і чим вони відрізняються від класичних моделей?

5.Що таке оптична, зінична, візуальна вісь та лінія зору?

6.В чому полягає суть теорії акомодації Гельмгольця?

7.Якими параметрами характеризують функцію акомодації ока?

8.Що таке аберації оптичної системи ока?

9.Які фактори призводять до появи аберацій ока?

10.Де можуть локалізуватися аберації ока?

11.Як фізично проявляються аберації оптичної системи ока?

12.Як клінічно проявляються аберації оптичної системи ока?

13.Що є універсальною характеристикою монохроматичних аберацій ока?

107

14. Які поліноми найшли найбільше поширення в оптиці та в офтальмології для апроксимації функції хвильової аберації оптичної системи ока?

15.Що означають індекси n та m в поліномах Церніке та в апроксимаційних коефіцієнтах при них?

16.Які аберації ока відносять до нижчих, а які до вищих степеневих порядків?

17.Які аберації ока є найбільш поширеними?

18.Що таке еметропічне око, аметропічне око?

19.Якими параметрами характеризують аметропію та астигматизм ока?

20.Від чого залежить якість зображення на сітківці ока і просторова роздільна здатність ока?

21.Що таке дифракційна просторова роздільна здатність ока?

22.Що таке гострота зору і як вона визначається?

23.Що таке модуляційна передавальна функція?

24.В якому спектральному діапазоні оптичні середовища ока є прозорими для світла?

25.Яку долю світлового потоку, відбиває та розсіює сітківка у видимій області спектра?

26.Яку освітленість сітківки вважають нормальною?

108

РОЗДІЛ 3 ПАРАМЕТРИ І ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКА ЯК

ФОТОПРИЙМАЧА ЗОБРАЖЕНЬ

3.1. Адаптація ока

Око має надзвичайно важливу біологічну здатність пристосовуватися (адаптуватися) до спостереження об’єктів, яскравість яких змінюється в діапазоні 10–6…105 кд/м2 (в 1011 разів) [6, 16, 24, 26]. При постійному рівні яскравості простору об’єктів око приймає стан відповідної адаптації до такої яскравості. При різкій зміні яскравості виникає розрив між яскравістю і станом зорової системи, що слугує сигналом для включення механізмів адаптації. До таких механізмів відносяться:

1)перехід сітківки від ковбочкового зору до паличкового і навпаки;

2)зміна діаметру отвору зіниці;

3)зміна поглинаючих властивостей пігментного шару сітківки, який розсіює світло, і тим самим запобігає надлишковому освітленню паличок і ковбочок;

4)зміна площі ділянки на сітківці, на якій інтегрується світловий потік;

5)зміна часу інтегрування світлового потоку;

6)зміна концентрації світлочутливої речовини в зорових рецепторах;

7)зміна чутливості мозкових центрів зору

Найбільш помітною адаптивною реакцією ока є зміна діаметра зіниці в діапазоні від 2 мм до 8 мм (в 4 рази), завдяки чому освітленість сітківки може змінюватися в 16 разів. Проте цього абсолютно недостатньо для перекриття діапазону 1011. Тому око має найбільш радикальний механізм

109

адаптації – зміну чутливості сітківки. Коли око починає пристосовуватися до темноти, то в ковбочках чутливість збільшується в декілька десятків разів по відношенню до чутливості денного зору.

При настанні темряви чутливість паличок змінюється більш повільно, але в повній темряві вона є більшою в сотні тисяч разів.

В залежності від зміни яскравості простору, що оточує людину, відрізняють два типи адаптації:

1)темнову адаптацію, яка виникає при зменшенні яскравості фона від значення попередньої адаптації до значення 10-6 кд/м2, тобто практично до темряви;

2)світлову адаптацію, що виникає при збільшенні яскравості від її найменшого значення 10-6 кд/м2 до деякого вищого рівня.

На рис. 3.1 показана типова крива, яка показує хід темнової адаптації ока в часі. Хід темнової адаптації залежить від попереднього стану зорового органу [6, 25].

палички

10-3

ковбочки

10-4

10-5

палички

10-6

Рисунок 3.1 – Процес темнової адаптації при високому рівні яскравості фону (по осі ординат – чутливість)

110