108-117

108. Powstawanie plamki dyfrakcyjnej

Plamka Airy'ego, krąŜek dyfrakcyjny – obraz punktu otrzymywany przy przejściu światła przez układ optyczny
bez aberracji z kołową przesłoną aperturową.

W wyniku ugięcia światła mamy do czynienia z plamką zakłócającą powstałą na ekranie. Według praw

optyki obrazem punktu w świecie makroskopowym powinien być punkt, lecz w fizyce kwantowej, gdzie do
czynienia mamy ze światłem w dogłębnym pojęciu jego dualności korpuskularno-falowej w znacznym
powiększeniu zamiast obrazu punktu otrzymamy obraz dyfrakcyjny: jasną plamkę otoczoną na przemian
jasnymi i ciemnymi pierścieniami (prąŜkami). Powstawanie takich niepunktowych obrazów powoduje,
ograniczenie moŜliwości rozróŜniania szczegółów przez układ optyczny, np. mikroskop czy teleskop. Stąd teŜ
wyznaczana jest zdolność rozdzielcza.

109. Czynniki wpływające na zdolność rozdzielczą oka

Średnica źrenicy decyduje o zdolności rozdzielczej układu optyczneg oka, wpływając w ten sposób na

ostrość widzenia. Kąt widzenia α odpowiadający zdolności rozdzielczej, gdy średnica źrenicy d z indeksem ź= 3
mm, a długość fali λ=600 nm wynosi:

1,22

730 · 10

3/3 0,28 · 10

3 1

Zdolność rozdzielcza oka gwałtownie maleje ze wzrostem kąta widzenia oraz zaleŜne jest od adaptacji.

Związane jest to ze złoŜoną strukturą siatkówki, szczególnie z rozmieszczeniem czopków i pręcików.
Kolejnym czynnikiem ograniczającym ilość światła dochodzącego do siatkówki, są ośrodki przezierne oka.
Zaliczamy do nich rogówkę, ciecz wodnistą, soczewkę oczną, ciałko szkliste i siatkówkę. Następuje tu absorpcja
promieniowania w 50% w zakresie widzialnym, a w 100% nadfioletowego. Krótkofalowy zakres
promieniowania widzialnego około 400nm.
Siatkówka posiada warstwę receptorów, są to dwa rodzaje komórek światłoczułych pręciki i czopki.
Rozmieszczenie ich w siatkówce jest nierównomierne.

110. Analiza widma rodopsyny i jej produktów rozpadu – charakterystyka wzbudzenia

Rodopsyna, purpura wzrokowa – związek chemiczny znajdujący się w narządzie wzroku (dokładniej w
siatkówce) głowonogów, stawonogów i kręgowców. Rodopsyna znajduje się w pręcikach, składa się z białka
opsyny i retinalu (retinenu). Izomer retinalu 11-cis pod wpływem światła docierającego do rodopsyny zmienia
się w jego drugi izomer - formę trans. Forma ta rozpada się, tworzy się metarodopsyna II, która przypuszczalnie
wywołuje reakcję komórek pręcikowych na światło. Metarodopsyna II pod wpływem witaminy A powraca do
formy 11-cis, łączy się z powrotem z opsyną w cząsteczkę rodopsyny gotową do rozpadu. Nazywa się to cyklem
widzenia. Istotny wydaje się być sposób pobudzenia neuronów w siatkówce.

Retinal - aldehyd witaminy A, jest chromoforem dwóch waŜnych pigmentów rodopsyny i bakteriorodopsyny.
Rodopsyna występuje w komórkach wzrokowych: pręcikach i czopkach, a bakteriorodopsyna w błonach
purpurowych bakterii. Retinal jest związany kowalencyjnie za pośrednictwem dodatnio naładowanej zasady
Schiffa z białkiem opsynq lub bakterioopsyną. W retinalu grupę końcową stanowi tlen grupy karbonylowej,
który w zasadzie Schiffa. podstawiony jest atomem azotu lizyny. W Todopsynie absorpcja fotonu powoduje
izomeryzację retinalu od formy 11-cis do formy all-trans. Odtwarzanie struktury 11-cis retinalu zachodzi przy
udziale dehydrogenazy retinalowej i izomerazy retinalowej. Znane są równieŜ inne izomery retinalu 9-cis i 13-
cis retinal. W układach biologicznych najczęściej spotykany jest II-cis retinal, który najsilniej pochłania światło.
Podstawowe pasmo absorpcji retinalu leŜy w pobliŜu 380 nm. Protonowana zasada Schiffa ma pasmo absorpcji
blisko 450 nm, a rodopsyna w pobliŜu 500 nm.
Retinal jest czułym chromoforem, który odbiera bodźce światła - fotony w zakresie światła widzialnego. W
pręcikach związkiem wraŜliwym na światło jest rodopsyna, która jest integralnym białkiem błonowym. Jej masa
cząsteczkowa wynosi około 38 000 Da. Opsyna nie absorbuje światła widzialnego. Rodopsyna składa się z
opsyny i 11-cis retinalu, który jest związany z opsyną poprzez protonowaną zasadę Schiffa. 11cis retinal
rodopsyny tworzy poprzez zasadę Schiffa mostek solny z ujemnym przeciw-jonem. Grupa aldehydowa U-cis
retinalu wiąŜe się z a-aminową grupą specyficznej reszty lizynowej opsyny. W spółczynnik absorpcji rodopsyny
dla A = 500 nm wynosi 40 000 cm-Imo1-1. Rodopsyna jest transmembranowym białkiem dysków pręcika.
Zbudowana jest z dwóch hydrofilowych domen N i C oraz siedmiu a-he1ikalnych struktur hydrofobowych.
Domena N, ze względu na grupę NR; ma ładunek dodatni i jest zwrócona do wewnętrznego obszaru dysku.
Domena C ze względu na grupę COO- ma ładunek ujemny i znajduje się w cytoplazmie komórki
fotoreceptorowej. Retinal znajduje się w kieszonce utworzonej przez domeny hydrofobowe i jest związany z
jedną z nich. Zajmuje on centralne połoŜenie w błonie dysku. Strukturalny model rodopsyny przedstawiony na
został zaproponowany przez E. Dratza i P. Rareravea. Pod wpływem absorpcji kwantu promieniowania zachodzi
w rodopsynie izomeryzacja II-cis retina1u do całkowicie trans (all-trans) retina1u, poprzez obrót łańcucha
zawierającego azot względem osi obrotu Atom azotu zbliŜa się do osi przechodzącej przez 11 i 12 atom węgla
na skutek obrotu retina1u. Wiązanie typu zasady Schiffa zmienia połoŜenie względem pierścienia
chromoforowego o blisko 0,7 nm. Energia fotonu przekształca się w energię elektrochemiczną. W wyniku
absorpcji fotonu połączenie typu zasady Schiffa w rodopsynie jest niestabilne. W naświetlonej rodopsynie
zachodzi seria zmian konformacyjnych prowadząca do hydrolizy wiązania typu zasady Schiffa. Proces ten jest
nazywany w literaturze wybielaniem rodopsyny, poniewaŜ rodopsyna pochłania w widzialnym, a retinal w
nadfioletowym zakresie widma. Pochłonięcie fotonu przez rodopsynę powoduje powstanie pigmentu zwanego
batorodopsyną, którego absorpcja przesunięta jest w kierunku czerwonego zakresu widma (Amax = 543 nm).

Wszystkie następne reakcje są reakcjami termicznymi, a fotony światła nie odgrywają w nich Ŝadnej roli. 153
jest przedstawiony schemat procesu wybielania rodopsyny.
Metarodopsyna I pojawia się wokoło 10-5 s po absorpcji fotonu, a metarodopsyna II po upływie 10-3 s. Proces
hydrolizy  zasady  Schiffa  w  metarodopsynie  II  trwa  około  60-100  sekund  i  nie  bierze  udziału  w  procesie
widzenia.  Czas  tworzenia  batorodopsyny  jest  sumą  czasów  dwóch  procesów  izomeryzacji  i  przeniesienia
protonu. Izomeryzacja trwa około 2,2010-12 s. Przeniesienie protonu z jednego przeciw-jonu na Inny, który jest
umieszczony  w  pobliŜu  chromoforu  zachodzi  w  ciągu  0,9010-12_2,4010-12  s.  Proces  przeniesienia  protonu
zachodzi  w stanie podstawowym  molekuły. Naładowane ugrupowania chemiczne,  które umieszczone są blisko
chromoforu (11-cis retinalu) wywołują przesunięcie widma w kierunku czerwieni. Absorpcja fotonu przez II-cis
retinal  wywołuje  w  rodopsynie  zmianę  struktury  białka,  a  na  powierzchni  błony  utworzenie  specyficznego
miejsca wiązania enzymów peryferyjnych. Wzbudzona rodopsyna aktywuje enzym - fosfodiesterazę cyklicznego
GMP (PDE) za pośrednictwem białka G

. To jest z ksiąŜki skąd są wzięte te zdjęcia na slajdach.

111. Rodzaje fotoreceptorów i ich próg czułości

Fotoreceptory - receptory reagujące na światło. Receptory wzrokowe stanowią wyspecjalizowane neurony
siatkówki oka:

•

czopki - odpowiedzialne za widzenie fotopowe

•

pręciki - odpowiedzialne za widzenie skotopowe

Głównym barwnikiem światłoczułym, zawartym w fotoreceptorach jest rodopsyna.

Czopki, dawniej zwane słupkami - światłoczułe receptory siatkówki oka. Czopki umoŜliwiają widzenie kolorów
przy dobrym oświetleniu. Jest to widzenie fotopowe. Jakość wzroku pogarsza się przy zbyt intensywnym świetle
(czopki ulegają przesyceniu).
Ludzkie oko zawiera trzy rodzaje czopków, z których kaŜdy ma inną charakterystykę widmową, czyli reaguje na
światło z innego zakresu barw. Pierwszy rodzaj reaguje głównie na światło czerwone (ok. 700 nm), drugi na
światło zielone (ok. 530 nm) i ostatni na światło niebieskie (ok. 420 nm). WyróŜnienie tych trzech rodzajów
czopków wpłynęło na opracowanie modelu kolorów RGB, stosowanego m.in. w skanerach, aparatach
fotograficznych, monitorach komputerowych i telewizji.
Czopki występują w nieregularnych skupiskach, a najmniej jest czopków niebieskich. WraŜliwość na daną
długość fali zaleŜy od rodzaju barwnika światłoczułego. O ile szympansy i goryle mają podobny system
rozróŜniania barw jak ludzie, to czopki innych kręgowców zawierają odmienne barwniki, a nawet róŜnią się
znacząco budową.
Czopki, których najwięcej skupia się w środkowej części siatkówki, zwanej plamką Ŝółtą (strefa najostrzejszego
widzenia), odpowiadają za widzenie szczegółów obrazu i za widzenie barwne.
Ślepota barw polega na upośledzeniu jednego lub więcej z trzech rodzajów czopków.
Impulsy generowane pod wpływem światła w pręcikach i czopkach są wysyłane do mózgu za pośrednictwem
neuronów, składających się na nerw wzrokowy.

Porównanie własności czopków i pręcików

Pręciki

Czopki

Widzenie nocne

Widzenie dzienne

Około 100 milionów

Około 6 milionów

Chromoproteida/pigment: rodopsyna

Chromoproteida/pigment: jodopsyna

Bardzo duŜa czułość; Czułość na
światło rozproszone

Niewielka czułość; Czułość tylko na światło
bezpośrednie

Ich brak powoduje kurzą ślepotę

Ich brak powoduje ślepotę

Mała ostrość

Wysoka ostrość; lepsza rozdzielczość

Wolna reakcja na światło

Szybka reakcja na światło

Posiadają więcej pigmentu niŜ czopki,
dlatego wykrywają słabsze światło

Posiadają mniej pigmentu niŜ pręciki, dlatego
potrzebują więcej światła do otrzymania
obrazów

Jeden typ światłoczułego barwnika

Trzy typy światłoczułego barwnika (u ludzi)

Pręciki - światłoczułe receptory siatkówki oka. Odpowiadają za postrzeganie kształtów i ruchu.
Pręciki umoŜliwiają czarno-białe widzenie przy słabym oświetleniu. Jest to widzenie skotopowe. Na siatkówce
kaŜdego oka znajduje się około 100 milionów pręcików, głównie na jej obrzeŜach. Nie umoŜliwiają one jednak
uzyskania tak dokładnych obrazów jak w przypadku czopków.
Pręcik jest około 100 razy bardziej czuły na światło niŜ czopek i moŜe zareagować nawet na pojedynczy foton.
Sygnały z wielu pręcików są zbierane i wzmacniane w pojedynczych interneuronach, co powoduje mniejszą
rozdzielczość widzianego obrazu. Drugim z efektów jest duŜa czułość w wykrywaniu poruszających się
obiektów, co umoŜliwia tzw. "zauwaŜanie kątem oka".
Eksperymenty przeprowadzane min. przez George Walda pokazały Ŝe pręciki są bardziej czułe na niebieskie
światło niŜ na czerwone, co powoduje w ciemności tzw. zjawisko Purkiniego.

Bezwzględny próg czułości dla przeciętnego oka wynosi około

14 · 10 17, odpowiada to przy λ=510nm

około 100 kwantom. Bezwzględny próg czułości siatkówki wynosi wartość bardzo małą, równą energii 1-8
kwantów

112. Widzenie fotopowe i ekotopowe.

Widzenie fotopowe, widzenie dzienne — termin oznaczający pracę ludzkiego narządu wzroku w warunkach
normalnych, czyli przy ilości światła wystarczającej do pełnego wykorzystania moŜliwości zmysłu wzroku. W
praktyce widzenie fotopowe dotyczy przewaŜającej większości sytuacji, w których pracuje ludzkie oko.
W rozpoznawaniu bodźców świetlnych biorą wówczas udział wyłącznie czopki (receptory umoŜliwiające
widzenie barwne), nie biorą natomiast udziału pręciki (receptory rozpoznające róŜnice natęŜenia światła tylko w
niemal zupełnej ciemności, robiące to monochromatycznie).
W miarę spadku natęŜenia oświetlenia otoczenia, widzenie fotopowe przechodzi w fazę przejściową zwaną
widzeniem mezopowym (częściowa utrata postrzegania barw), by wreszcie osiągnąć minimalny stan pracy
ludzkiego oka zwany widzeniem skotopowym (świat w skali szarości).

Czopki odznaczają się znacznie mniejszą czułością (rzędu 600

) od pręcików (ok. 1700

). Widzenie dzienne

zapewnia największą czułość dla długości fali, odpowiadającej kolorowi Ŝółtemu (poniewaŜ ewolucja
dostosowała nas do charakterystyki promieniowania naszej gwiazdy - Słońca) co odpowiada długości fali
świetlnej 555 nm. Maksimum widmowe dla widzenia nocnego przesuwa się w kierunku fioletu (w okolice fal o
długości 500nm).

Widzenie dzienne zapewnia największą czułość w miejscu, na które mamy skierowany wzrok. Tylko w wąskim
zakresie kątowym utrzymuje się duŜa czułość i widzenie kolorów. Poza zakresem kątowym ok. 40° nie widzimy
barw, ale często nie zdajemy sobie z tego sprawy z powodu korekcji dokonywanej przez mózg. Za to widzenie
nocne nastawione jest raczej na obserwację pod kątem, w nocy widzimy gorzej obiekty, na które mamy
skierowany wzrok.

Widzenie skotopowe, widzenie nocne – termin oznaczający pracę ludzkiego narządu wzroku w warunkach
skrajnie niekorzystnych, czyli przy znikomej ilości światła. W odbieraniu bodźców świetlnych biorą wtedy
udział wyłącznie pręciki, natomiast czopki są zupełnie nieaktywne. Podczas widzenia skotopowego człowiek
widzi świat pozbawiony barw, czyli np. taki jak na czarno-białym filmie. MoŜliwe jest wtedy wyłącznie
rozróŜnianie stopnia jasności elementów otoczenia, a i to przy niewielkiej gradacji tych stopni, a przy okazji
znacznie spada rozdzielczość oka na rozpoznawanie szczegółów obrazu i nie występuje przy tym zjawisko
szczególnie wysokiej rozdzielczości obrazu w środku pola widzenia, za które odpowiada plamka Ŝółta
(składająca się wyłącznie z czopków).
W miarę wzrostu oświetlenia otoczenia, widzenie skotopowe przechodzi w fazę przejściową zwaną widzeniem
mezopowym (upośledzone postrzeganie barw), by wreszcie osiągnąć normalny stan pracy ludzkiego oka zwany
widzeniem fotopowym (pełne widzenie barwne).

113. Rodzaje kanałów jonowych występujących w fotoreceptorze

W siatkówce oka człowieka występują dwa rodzaje komórek fotoreceptorowych: pręciki i czopki

Pręciki nie rozróŜniają barw i mogą być pobudzane przez pojedynczy foton. Trzy typy czopków wraŜliwych .na
trzy podstawowe barwy: niebieską, zieloną i czerwoną warunkują rozróŜnianie wszystkich barw. Czopki
odbierają bodźce światła o silnym natęŜeniu. W siatkówce oka człowieka znajduje się około 3·106 czopków i
około 1,2·109 pręcików.

Komórka pręcika ma wysmukły kształt o średnicy około 1 µm i długości około 40 µ m. Segment

zewnętrzny łączy się z wewnętrznym przez połączenie rzęskowe. PoniŜej segmentu wewnętrznego znajduje się
jądro zlokalizowane blisko ciała synapsy, które tworzy synapsę z komórką dwubiegunową. Segment zewnętrzny
jest wyspecjalizowany w odbieraniu fotonów. Zamknięte, spłaszczone woreczki dysków o grubości 16 nm, które
są ułoŜone jeden na drugim, wypełniają segment zewnętrzny pręcika. W segmencie zewnętrznym pręcika
znajduje się od 1000 do 2000 dysków zawierających około 40 milionów cząsteczek fotoreceptora - rodopsyny.
Wytwarzanie ATP i aktywna synteza białek zachodzi w szybkim tempie w segmencie wewnętrznym pręcika,
który zawiera liczne rybosomy i mitochondria. W błonie segmentu wewnętrznego pręcika działa pompa sodowo-
potasowa transportująca jony sodu na zewnątrz komórki a jony potasu do jej wnętrza. Oprócz tego w ciemności
jony Na+ są biernie transportowane do wnętrza komórki pręcika przez specyficzne kanały kationowe
zewnętrznej błony segmentu zewnętrznego, aktywowane przez cykliczny GMP. Jony potasu są biernie
transportowane przez błonę segmentu wewnętrznego na zewnątrz. Przez otwarte kanały kationowe aktywowane
przez cGMP do wnętrza komórki wnikają równieŜ (oprócz jonów sodu) jony wapnia, które wpływają hamująco
na produkcję cGMP. Dziesięciokrotne zmniejszenie stęŜenia jonów Ca2+ we wnętrzu komórki (występujące po
zamknięciu kanałów kationowych) jest sygnałem aktywującym cyklazę guanylanową, która katalizuje syntezę
cGMP. Poziom stęŜenia jonów wapnia i sodu we wnętrzu pręcika jest dodatkowo regulowany przez mechanizm
wymiany Na+/Ca2+, K+, który transportuje jony wapnia i potasu na zewnątrz komórki a jony sodu do jej
wnętrza. Mechanizm ten działa niezaleŜnie od procesów pobudzenia komórki fotoreceptorowej. Gdy fotony nie
oddziałują na zewnętrzny segment pręcika stęŜenie cGMP w komórce jest duŜe. cGMP łączy się z kanałami
kationowymi zewnętrznego segmenJu pręcika. Kanały kationowe w tym stanie konformacyjnym są otwarte,
jony sodu i wapnia wnikają więc do komórki. Pobudzenie pręcika przez fotony prowadzi do zmiany
konformacyjnej kanałów kationowych. Kanały kationowe zewnętrznego segmentu pręcika są zamykane,
poniewaŜ stęŜenie Comp w komórce gwałtownie maleje. Maleje więc współczynnik przenikania błony
zewnętrznego 'segmentu pręcika dla jonów sodu i wapnia. W wyniku zamknięcia kanałów kationowych
zmniejsza się dopływ jonów Na+ oraz Ca2+ do komórki, zwiększa się ładunek ujemny w pręciku, a błona
segmentu zewnętrznego ulegahiperpolaryzacji (ryc. 149). Hiperpolaryzacja jest biernie przekazywana przez
zewnętrzną błopę plazmatyczną do ciała synaptycznego. NaleŜy podkreślić, Ŝe bierny transport jonów sodu i
wapnia przez kanały kationowe aktywowane cGMP jest odpowiedzialny za hiperpolaryzację błony zewnętrznej i
wzmocnienie odpowiedzi komórki fotoreceptorowej na bodziec światła - foton. Chromoforem w pręcikach i we
wszystkich trzech rodzajach czopków jest 11-cis retinal. Obserwowane przesunięcia widma są wywoływane
róŜnicami: w konformacji retinalu, wiązaniach chromoforu z białkiem oraz oddziaływaniami chromoforu z
naładowanymi grupami białka (opsyny), które znajdują się w jego sąsiedztwie.

114. Rola białek G w procesie widzenia

Białko typu G jest uniwersalnym łącznikiem transmisji sygnałów z receptorów błonowych na ich

efektory. Kwanty promieniowania elektromagnetycznego są sygnałami fizycznymi, a hormony i róŜnego typu
neuromediatory naleŜą do grupy sygnałów chemicznych. Sygnał odbierany przez receptor jest następnie
przekazywany na efektor docelowy lub pośredni. Efektorami docelowymi są kanały jonowe błon biologicznych i
translokazy. Efektory pośrednie to enzymy syntetyzujące lub rozkładające substancje chemiczne, które spełniają
rolę przekaźników wtórny,ch. Informacje są przenoszone do róŜnych części komórki za pośrednictwem
przekaźników wtórnych zmieniając przepuszczalność błon, pobudzając lub hamując enzymy itp. Niezwykle
waŜnymi efektorami pośrednimi są cyklaza adenylowa i guanylowa syntetyzujące cykliczny AMP (cAMP) i
cykliczny GMP (cGMP) oraz fosfolipazy A i C. Efektorem pośrednim rodopsyny jest fosfodiesteraza cy-
klicznego GMP (PDE). Wszystkie znane białka G są heterotrimerami, to znaczy składają się z trzech róŜnych
podjednostek a, 13, y. Istotną rolę w działaniu białka G odgrywa podjednostka a. Wykazano istnienie kilku
homologicznych białek G: Gs' Gi, Go oraz GT. Transducyna (T) sprzęgająca rodopsynę z fosfodiesterazą cGMP
i fosfolipazą A jest białkiem GT' Peryferyjne białko GT jest bardzo słabo związane z błoną. Podjednostka a
transducyny występuje w dwóch formach molekularnych. Hingareni i Ho przedstawili model budowy
podjednostki a, która składa się z trzech domen. Domena 1 wiąŜąca nukleotydy guaninowe GTP oraz GDP
składa się z 157 reszt aminokwasowych i wykazuje aktywność GTP-azową. Domena 2 słuŜy wiązaniu efektora
PDE i składa się ze 127 reszt aminokwasowych. W domenie 3 znajduje się obszar wiązania receptora rodopsyny
oraz podjednostek 13 i y. Podjednostki 13 i Y transducyny są silnie ze sobą związane tworząc kompleks j3/y.
Masy cząsteczkowe poszczególnych podjednostek a, 13, y białka T wynoszą odpowiednio około 40 000 Da, 36
000 Da oraz 5 000-8 000 Da. Kompleks j3/y transducyny jest odpowiedzialny za zakotwiczenie białka w błonie
oraz uczestniczy w rozpoznawaniu receptora przez pod jednostkę a. Wolny kompleks białka G moŜe
oddziaływać z podjednostkami a innych białek. Rodopsyna bardzo sprawnie reaguje z białkiem G, które
przekazuje sygnały z muskarynowego receptora acetylocholiny na kanały potasowe oraz z receptorów neuro-
transmiter.ów mi odpowiednie efektory.
Enzym PDE jest pośrednim efektorem rodopsyny. Podobnie jak białko G jest trimerem o podjednostkach a, 13,
y. Kompleks a/j3 fosfodiesterazy cGMP (PDE) jest aktywny, a kompleks a/j3/y jest nieaktywny. PDE naleŜy do
białek peryferyjnych.

115. Widzenie barwne – powstawanie barwy na przykładzie bieli ekwipotencjalnej (trójkąt
barw BGR)

Widzenie barw jest fenomenalnym procesem, o którego mechanizmie wiemy obecnie bardzo wiele. Jego
powszechność i codzienność sprawia, że jest zjawiskiem przez wielu ludzi niemal' niezauważalnym.
Trójskładnikowa teoria Younga-Helmholtza zakłada możliwość otrzymywania wszystkich barw widma z syntezy
trzech barw: czerwonej (R), zielonej (G) niebieskiej (B). Trzy różne sygnały świetlne czerwony ,zielony i
niebieski, dają trzy sygnały elektryczne w mózgu. Sygnały elektryczne w mózgu są istotą i podstawą naszych
wrażeń barwnych. W siatkówce oka oprócz pręcików znajdują się trzy rodzaje czopków: czerwone, zielone oraz
niebieskie. Każdy rodzaj czopków reaguje na impuls światła w bardzo szerokim zakresie widma. Jego wrażliwość
jest jednak największa w ściśle określonym, niewielkim zakresie długości fal, która odpowiada danej barwie.
Problem wrażliwości oka na różne barwy omówiony jest szerzej w rozdziale poświęconym fotorecepcji.
Najbardziej zdumiewającym zjawiskiem w naszym mózgu jest wrażenie bieli. Gdy na oko - zmysł wzroku -
działają jednocześnie trzy barwy: czerwona, zielona i niebieska, których natężenia są zmieszane w
odpowiednim stosunku, to w wyniku syntezy wrażeń świetlnych widzimy biel. Celowo nie używam tu pojęcia
mieszania barw lub fal, ponieważ nie należy mylić tych zjawisk z mieszaniem częstotliwości światła
(generowanie drugiej i trzeciej harmonicznej oraz mieszanie częstotliwości światła laserowego opisuje optyka
nieliniowa). Na śnieżnobiałym. ekranie z trzech różnych źródeł możemy umieścić trzy koła o barwach
czerwonej, zielonej i niebieskiej. W wyniku nałożenia ,na ekranie barwy czerwonej i zielonej widzimy kolor
żółty. Barwa żółta jest syntezą wrażeń świetlnych, które dają sygnały elektryczne w mózgu. Mechanizm
widzenia barw opiera się na trzech bodźcach światła. Dwie barwy podstawowe powinny być wybrane z
krótkofalowych i długofalowego zakresu widma, trzecia średniofalowa z obszaru środkowego widma.
Dział optyki zwany kolorymetrią jest związany z trójbodźcową teorią widzenia barw. W wyniku rozszczepienia
światła białego w pryzmacie otrzymujemy widmo ciągłe, które składa się z nieskończenie wielu fal
monochromatycznych o ściśle określonej długości. Każdej fali monochromatycznej odpowiada inna ściśle
określona barwa. Widmo ciągłe światła białego zawiera nieskończenie wiele barw. Oko ludzkie wyróżnia siedem
barw podstawowych odpowiadających siedmiu przedziałom długości fal.

Tabela 8. Barwy widmowe i odpowiadające im zakresy długości fal

Barwy widmowe

Zakres długości fal [nm]

czerwona

780 - 610

pomarańczowa

610 - 585

żółta

585 - 560

zielona

560 - 495

turkusowa

495 - 485

niebieska

485 - 435

fioletowa

435 - 380

Oko potrafi jednak rejestrować nieskończenie wiele barw widma ciągłego światła białego. Federalna Komisja
Komunikacji (skrót FCC) wybrała dla celów telewizji kolorowej trzy barwy podstawowe: czerwoną (R) - 610 nm
zieloną (G) - 530 nm niebieską (B) - 472 nm

Dowolną barwę widma można zsyntetyzować z trzech barw podstawowych R, G, B. W wyniku nałożenia na
siebie kilku świateł o różnych barwach i o dowolnych natężeniach (mocach) otrzymujemy barwę złożoną. Barwę
złożoną charakteryzuje krzywa zależności natężenia M

od długości fali Moc światła barwy złożonej M

jest

funkcją długości fali i mierzymy ją w .watach. Moc M

jest sumą mocy trzech barw podstawowych:

= M

+ M

Suma mocy względnych barw podstawowych jest równa jedności:

r + b + g = 1.

gdzie:

Gdy liczba r = 0,6 oznacza to, że w barwie złożonej czerwona barwa podstawowa ma 60% udziału. Dowolną bar-
wę można określić za pomocą dwóch bezwymiarowych parametrów, ponieważ trzeci parametr jest od nich
zależny.

g=1-r-b

Wielkość M

jest niezależnym parametrem, który określa natężenie promieniowania.

Na osiach prostokątnego układu współrzędnych odkładamy natężenie M

, M

Równanie określa

płaszczyznę przecinającą osie układu w punktach R(R, O, O), G(O, G, O) oraz B(O, O, B) dla danej mocy M

. Dla

punktów tych mamy odpowiednio r = 1, g = 1 oraz b = 1. Barwy widmowe znajdują się na pewnej linii krzywej
na płaszczyźnie RGB. W środku między tymi punktami znajduje się punkt E, którego współrzędne M

: M

odpowiadają trzem składowym bieli. Dla bieli zwanej "ekwienergetyczną" jest spełniony następujący warunek:

: M

= 73,042 : 1,3974 : 1

W bieli tej rozkład natężenia na różne przedziały długości fal jest stały i jest charakterystyczny dla
promieniowania ciała doskonale czarnego. Trójkąt BGR zawiera niemal wszystkie długości fal. Barwy (nasycone)
czyste znajdują się w pobliżu brzegów trójkąta. W obszarze środkowym występują barwy nienasycone,
pastelowe. W okolicy punktu E barwy pastelowe przechodzą w różne odcienie
bieli. Trójkąt barw BGR nie zawiera wszystkich barw widma ciągłego. W celu otrzymania do dziś
obowiązującego trójkąta barw współrzędne punktów MR, MG, oraz MB poddaje się transformacji liniowej o
określonych bezwymiarowych współczynnikach. Po transformacji otrzymuje się nowe współrzędne X, Y, Z, dla
natężeń barw podstawowych odpowiednio czerwonej, zielonej oraz niebieskiej, a z nich nowe bezwymiarowe
współczynniki X

, Z

spełniają warunek:

Molekularne procesy fotorecepcji zachodzące w oku (opisane w następnym rozdziale) pozwalają na złożenia
dowolnej barwy z trzech barw podstawowych. I tak na przykład jeśli nałożymy na siebie światło czerwone (o
długości fali Acz) i światło zielone (o długości A), to na ekranie obserwujemy obszar żółty, pomimo że w
promieniowaniu odbitym i rozproszonym na ekranie nie występuje światło ekran o długości fali odpowiadającej
barwie żółtej Aż' Wrażenie tej barwy powstało w mózgu dzięki wspomnianym mechanizmom fotorecepcji.
Barwa żółta będzie obserwowana tak samo w przypadku odbicia i rozproszenia na białym ekranie światła
żółtego - o długości.

116. Współdziałanie fotoreceptorów podczas widzenia barwnego
Punkt 112