Biofizyka Procesu Widzenia

I. Założenia optyki geometrycznej.

0. Światło rozchodzi się po liniach prostych w ośrodkach jednorodnych, nie rozpraszających i przezroczystych. Założenie to eliminuje możliwość wystąpienia dyfrakcji, czyli ugięcia się fal świetlnych.

1. Przecinające się wiązki światła przenikają się wzajemnie, nie oddziałując ze sobą. Założenie to eliminuje możliwość wystąpienia zjawiska interferencji światła.

II. Równanie soczewki.

Jest to równanie określające zależność pomiędzy odległościami od soczewki przedmiotu i jego obrazu otrzymanego w tej soczewce:

x- odległość przedmiotu od środka soczewki

y- odległość obrazu od środka soczewki

f- ogniskowa

III. Zdolność skupiająca soczewki.

Oznacza odwrotność ogniskowej soczewki:

D- zdolność skupiająca

f- ogniskowa

[1 dioptria] = [m-1]

1 dioptria – to zdolność skupiająca soczewki o długość ogniskowej równej 1m.

IV. Oko

0. narząd zmysłu wrażliwy na bodźce świetlne

1. dostarcza najwięcej informacji

0. nośnikiem informacji jest fala elektromagnetyczna o długości fali 380-700 nm

1. oko jest odbiornikiem, receptorem złożonym z dwóch układów : optycznego i receptorowego

2. prawie połowa kory mózgowej przetwarza informacje wzrokowe.

V. Powstawanie obrazu na siatkówce

Światło wpadające do oka przechodzi przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewkę i ciało szkliste, by dotrzeć do siatkówki. Rogówka wraz z cieczą wodnistą, soczewką i ciałem szklistym skupiają promienie świetlne tak, by na siatkówce pojawił się ostry obraz oglądanego przedmiotu. Zawdzięczamy to soczewce, która może zmieniać kształt, a co za tym idzie moc optyczną. Pozwala to na precyzyjne obserwowanie przedmiotów znajdujących się w różnej odległości od oka. Zdolność tę nazywamy akomodacją. Przechodząc przez soczewkę, promienie załamują się i trafiają na siatkówkę z tyłu oka. Tu powstaje obraz, który za pośrednictwem nerwu wzrokowego jest przekazywany do mózgu.

VI. Czułość oka.

0. oko reaguje na szeroki zakres natężeń 1:10^5, najmniejsza dawka wywołująca ważenie świelne wynosi 2*10^ -7J

1. na silne światło oko reaguje automatycznie skurczem mięśni zmniejszających rozmiary źrenicy.

2. adaptacja- przystosowanie do silniejszych i słabszych wiązek światła.

VII. Akomodacja oka.

Akomodacja- zdolność przystosowawcza oka do widzenia przedmiotów z różnych odległości. Dzięki działaniu mięśni akomodacyjnych rzęskowych, zmienia sięwypukłość soczewki, a tym samym łamliwość optyczna. Gdy patrzymy na przdmioty dalekie soczewka ulega spłaszczeniu, a gdy na bliskie staje się bardziej wypukła.

Promień zmienia się od 5,7 do 10,7 mm.

Istnieją dwa zasadnicze mechanizmy akomodacji:

0. zmiana kształtu soczewki oka, a wskutek tego zmiana jej ogniskowej, zmiana jej zdolności zbierającej.

1. zmiana odległości soczewki od siatkówki

Zakres akomodacji(odległość między punktem bliży i dali wzrokowej) oka człowieka:

0. punkt bliży wzrokowej- najbliższy punkt, jaki oko jest w stanie ostro widzieć dzięki akomodacji soczewki(ok.10 cm)

0. punkt dali wzrokowej-najbliższy punkt powyżej którego soczewka nie akomoduje(ok.6cm)

Zdolności akomodacyjne oka maleją wraz z wiekiem:

0. od 14 dioptrii w wieku 10 lat

1. do 1 dioptrii w wieku 70 lat.

VIII. Wady wzroku.

0. Dalekowzroczność- soczewka skupia wiązkę promieni równoległych za siatkówką i to tym dalej za nią, im bliżej znajduje się obserwowany przedmiot . Dalekowzroczność wyrównuje się szkłami wypukłymi, zbierającymi(tzw. plusy).

1. Krótkowzroczność- soczewka skupia wiązkę promieni równoległych, pochodzącą od odległych przedmiotów przed siatkówką. Krótkowzroczność wyrównują szkła wklęsłe, rozpraszające (tzw. minusy)

IX. Metoda Fouriera.

Analizy widmowej zdeterminowanych sygnałów okresowych dokonuje się wykorzystując szereg Fouriera (w matematyce szereg pozwalający rozłożyć funkcję okresową na sumę funkcji trgonometrycznych.)

Trygonometrycznym szeregiem Fouriera funkcji f nazywamy szereg funkcyjny następującej postaci:

0. Funkcję f przedstawiono jako sumę cosinusoid oraz stałej

1. Częstotliwości przyjmują wartości harmoniczne to znaczy są wielokrotnościami częstotliwości podstawowej ω0:

2. Częstotliwość podstawowa ω0 jest najmniejszą częstotliwością, występującą w szeregu Fouriera, jej okres T0=2π/ω0 jest równy okresowi funkcji f.

X.Bibliografia

- M.A. Herman,A.Kalestyński, L.Widomski, Podstawy fizyki dla kandydatów na wyższe uczelnie i studentów, Wyd. naukowe PWN, Warszawa 1999, ISBN 83-01-08795-1

-Słownik encyklopedyczny biologia, red.W. Głuch, Wyd. EUROPA, ISBN 83-85336-77-X

-Mała encyklopedia powszechna, red. C. Sojecki, Wyd. PWN, Warszawa 1970