Структура глаз
Глаз состоит из таких элементов, как роговица , ирис , хрусталик, стекловидное тело и водная жидкость. Свет, когда он попадает в глаз, должен пройти через все эти элементы. Каждый такой компонентный элемент выполняет определенные конкретные задачи, и, к сожалению, он не свободен от определенных недостатков. Тем не менее, в общем и целом, это действительно замечательная оптическая система, которая прекрасно работает. До настоящего времени, в эпоху огромного технического прогресса, человек все еще не мог создать оптическую систему, которая соответствовала бы человеческому глазу с точки зрения гибкости, функциональности и эффективности. Как известно, задача человеческого глаза - регистрировать изображения из окружающего мира. Это делается путем регистрации входящего в него света. Этот свет сначала падает на защитную мембрану глаза - роговицу. Впоследствии он проходит через переднюю камеру глаза, а затем проходит через отверстие радужной оболочки - через зрачок. Задача ученика - регулировать количество света, проникающего внутрь нашего глаза. Как мы можем наблюдать, наблюдая за своим глазом, в случае, когда мы имеем дело с сильным источником света, зрачок сжимается. Однако, когда мы находимся в условиях недостаточного освещения, оно значительно увеличивается, чтобы обеспечить как можно больше света. Максимальный размер зрачка - 7-8 мм, а минимальный - 2-3 мм. Однако, если мы посмотрим на изменение интенсивности света, вызванное уменьшением ширины зрачка, мы заметим, что оно уменьшится примерно на 12 дБ. Если вы сравните это значение общего рабочего диапазона зрительной системы, которое составляет около 140 дБ, вы можете сделать вывод, что основная задача ученика - не ограничивать количество поступающего света. Это чтобы получить максимально возможную глубину изображения при заданном освещении. Размер зрачка в дополнение к факторам, связанным с освещением, также влияет на состояние нервной системы. Он принимает разные размеры в зависимости от эмоционального состояния человека, а также от состояния его / ее психического состояния.
Когда свет уже прошел через зрачок и проникает дальше в глаз, он сталкивается с линзой. Задача объектива, как легко догадаться, - сфокусировать поступающий свет. Этот свет сфокусирован на сетчатке. Однако, как мы знаем из оптики, дальнейшие объекты фокусируются иначе, чем те, которые находятся на более близком расстоянии. Эта проблема по своей природе решается тем, что существуют определенные части специализированных мышц, отвечающие за контроль толщины хрусталика, благодаря которому изображение, поступающее от объекта, расположенного дальше или ближе, соответствующим образом фокусируется. Это явление называется аккомодацией глаза, то есть способностью получать четкое изображение предметов далеко и близко. Это связано в основном с высокой упругостью объектива. Его край концентрически связан со многими связками. Когда они выпущены, линза расслабляется и пытается принять форму как можно более сферической. Таким образом, способность фокусировать лучи света увеличивается. Такие связки высвобождаются в результате так называемого сокращения мышц ресничка, которая имеет форму кольца и окружает всю линзу. Однако линза не лишена определенных дефектов, характерных для линз, то есть хроматической и сферической аберрации. Кроме того, он также подвергается старению, поэтому человек у пожилых людей объекты намного хуже, чем у молодого человека. Сама система фокусировки изображения происходит автоматически, без участия нашего сознания. Тем не менее, мы можем контролировать это сами, если захотим, что вызывает изменение резкости наблюдаемых объектов.
Свет после прохождения через хрусталик распространяется в стекловидном теле глаза и затем падает на сетчатку. волейбол он оснащен огромным количеством светочувствительных элементов, которые соответствующим образом реагируют на падающий на них свет. Объективы обладают тем свойством, что они приводят к обращению изображения по отношению к оригиналу. Это не отличается в этом случае. Изображение, сформированное на сетчатке, перевернуто к 1800 году.
Сетчатка расположена на задней части глаза и представляет собой вогнутую поверхность, которая покрыта слоем ткани, состоящей из нескольких слоев клеток. Его задача - зарегистрировать падающий на него свет путем преобразования его в соответствующие физиологические реакции, которые, в свою очередь, преобразуются в соответствующие нервные импульсы и переносятся в мозг. Сетчатка состоит из 3 слоев клеток, из которых существует 5 типов. Первый слой представляет собой слой, состоящий из так называемых клетки катушки и отвечает за транспорт нервных импульсов. Средний слой является своего рода связующим звеном между первым и третьим слоями и состоит из двух типов биполярных клеток: горизонтальных и амакриновых. Благодаря этому существует связь между ганглиозными клетками и фоторецепторами, расположенными в третьем слое. Этот слой, который уже является последним, состоит из двух типов клеток - фоторецепторов, это так называемые тычинки и суппозитории , Тычинки являются рецепторами, ответственными за регистрацию интенсивности света, а суппозитории - это те, которые различают отдельные цвета. То, что мы видим перед тем, как свет достигнет клеточного слоя, ответственного за его регистрацию, должно преодолеть два слоя других клеток. Только благодаря тому, что эти слои прозрачного света достигают рецепторов, не будучи значительно рассеяны и ослаблены.
Кроме того, на сетчатке можно выделить две характерные области: макулу и слепое пятно. Желтое пятно, которое также называют средним отверстием, представляет собой область диаметром около 1,5 мм, которая соответствует положению центра нашего зрения. На данный момент существует только один тип рецепторов - суппозитории, которые максимально сконцентрированы (их здесь около 2 миллионов). Здесь вообще нет стержней. Следовательно, желтое пятно является областью, ответственной за наиболее интенсивное зрение.
Однако слепое пятно - это место, расположенное на расстоянии 160 от макулы и в котором оно находится нерв оптика выходит из наших глаз. Следовательно, в этом месте нет рецепторов, то есть это место полностью слепо для падающего света. Хотя в этот момент глаз не записывает изображение, мы не чувствуем недостатка во времени зрения, и это потому, что мозг дополняет возникающие недостатки.
Теперь стоит рассмотреть, сколько рецепторов у нас на глазу. Ну, там гораздо больше палочек, чем суппозиториев. Есть 120 миллионов палочек и только 6 миллионов суппозиториев. Это указывает на огромное разрешение нашего глаза. Если сейчас мы сравним его, например, с разрешением изображения, отображаемым на мониторе, то оно обычно составляет 1024x768 точек или около 768 000. Вы можете видеть, что значение очень мало по сравнению с тем, что предлагает нам наш глаз.
Тычинки являются рецепторами, ответственными за зрение в условиях недостаточного освещения, поэтому они являются рецепторами, которые очень чувствительны к свету и распределены по внешней части сетчатки. Суппозитории - это рецепторы, которые менее чувствительны и чувствительны к свету, достигающему их, и поэтому отвечают главным образом за видение в течение дня и за различение цветов. Они расположены в центральной части сетчатки. Что важно, плотность рецепторов неодинакова на всей поверхности сетей, есть области, где концентрация суппозиториев более концентрирована (как в случае макулы), и наоборот (есть место, где плотность палочек составляет 160 000 на расстоянии 200 от макулы) / мм2)
Однако что происходит с информацией, предоставленной рецепторами. Как она идет в наш мозг. Ну, это опосредуется несколькими типами клеток. Мы можем разделить их на два типа, из-за связей между ними, в принципе, это различие учитывает два типа визуальных путей.
Первый тип такой организации (направления) - это вертикальная организация. Он отвечает за транспортировку полученных нервных сигналов от рецепторов к мозгу. Вторая - горизонтальная организация, которая отвечает за обмен информацией между соседними ячейками. Когда речь идет о вертикальной организации, транспортируемый нервный импульс проходит через два синапса. Первая расположена между рецептором и биполярной клеткой (расположена в среднем слое сетчатки), а вторая расположена между биполярной клеткой и ганглиозной клеткой (которая находится в первом слое сетчатки). Что касается ганглиозных клеток, их аксоны являются основой зрительного нерва, выходящего из глаза. В случае горизонтальной организации, которая отвечает за передачу информации между соседними сотами, эта информация передается с использованием так называемой горизонтальные клетки для самих рецепторов. В случае связи между ганглиозными клетками и биполярными клетками здесь используются клетки амакрина. Оба этих типа клеток, то есть амакринные и горизонтальные клетки, ответственны за то, сколько рецепторов видимы и получены одной клеточной бандой. Еще одно различие между амакринами и горизонтальными ячейками заключается в том, что первые собирают информацию из более отдаленных районов. Однако количество горизонтальных связей между клетками не везде одинаково и различается в зависимости от конкретной области сетчатки. И так в случае областей сетчатки, удаленных от центра глаза, учитывая клетка Катушка может собирать информацию от сотен и даже тысяч рецепторов. Однако в областях сетчатки, расположенных в центре глаза, то есть в области макулы, одна ячейка банды извлекает информацию только из одного суппозитория. Клетки, так непосредственно связанные друг с другом, называются карликовыми биполярными клетками или ганглиозными клетками, в основном из-за их небольшого размера. Принимая во внимание тот факт, что в случае области макулы только несколько рецепторов - суппозитории - принадлежат каждой ганглиозной клетке, эта область определяется как поле зрения около 0,03 градуса. Однако в случае областей, расположенных на периферии сетчатки, где, как уже было сказано, каждая ячейка катушки собирает информацию от очень большого числа рецепторов, эта область называется полем зрения около 3 градусов. Эти места значительно влияют на разрешающую способность нашего глаза, а также на то, сколько деталей мы можем видеть в нашем поле зрения. Связь между такими клетками, как горизонтальные клетки, биполярные клетки или рецепторы, осуществляется посредством изменения градиентного потенциала. Однако в случае других типов клеток, то есть амакринных и ганглиозных клеток, эта связь происходит через генерируемые потенциалы действия. Использование различных типов потенциальных изменений оправдывается тем, что в случае градиентных потенциалов они обеспечивают быструю передачу информации. Напротив, функциональные потенциалы позволяют передавать информацию на значительные расстояния, чего невозможно достичь с помощью градиентных потенциалов.
Ячейки катушки дополнительно связаны с так называемыми приемные, которые являются специальными местами для волейбола. Это место вызывает в том случае, когда свет на них изменяет активность ганглиозной клетки, которая связана с этой областью. Таким образом, если мы проведем луч света через сетчатку, мы можем привести к двум типам изменений в активности ганглиозных клеток. Мы можем стимулировать ее или препятствовать ей. Фактором, ответственным за тип реакции, является способ объединения этих ганглиозных клеток с рецепторами сетчатки. Изменение активности данной ячейки катушки связано с изменением количества потенциалов действия, генерируемых в единицу времени. Эти изменения позволяют определить яркость наблюдаемого объекта по отношению к окружающей среде. Благодаря такому механизму мы можем определять края и контуры конкретного объекта, что, в свою очередь, позволяет сжать и упростить предоставленную информацию.
Как мы упоминали в начале, даже если глаз является отличным оптическим инструментом, часто бывает так, что он не свободен от определенных дефектов. Такие дефекты возникают в структуре глаза, способствуют снижению аккомодационных способностей хрусталика, а также роговицы и приводят к определенным дефектам глаза, таким как миопия, гиперметропия, астигматизм и другие Эти недостатки можно устранить с помощью дополнительных оптических систем в виде корректирующих очков (очков, контактных линз).
Близорукость - это проблема, связанная с тем, что глазное яблоко не имеет идеально сферической формы, поскольку оно в некоторой степени вытянуто. Следовательно, световые лучи от удаленных объектов не сфокусированы точно на сетчатке, и записанное изображение не сфокусировано. Этот тип дефекта исправляется с помощью дополнительной вогнутой линзы. Линза благодаря своей способности рассеивать световые лучи позволяет ей фокусироваться на сетчатке.
Дальнозоркость - эта проблема также касается формы глазного яблока, в данном случае она слишком короткая. Лучи света фокусируются в области за сетчаткой, что также приводит к регистрации размытого изображения окружающей обстановки. В этом случае для исправления такого дефекта следует использовать выпуклую линзу, которая заставляет проходящие через нее световые лучи становиться более сходящимися и, следовательно, проходя через хрусталик глаза, надлежащим образом фокусируются на сетчатке.
Астигматизм - этот дефект связан с тем, что хрусталик глаза не имеет определенных неровностей в своей кривизне, что не фокусирует световые лучи, проходящие в разных плоскостях в разных точках, это преломление несферического света. В результате этого механизма получающиеся изображения искажаются - они расширяются или расширяются. Чтобы избавиться от таких дефектов глаза, используются дополнительные цилиндрические линзы, чтобы обеспечить адекватную фокусировку солнечных лучей в требуемых плоскостях.
Катаракта - это состояние, которое очень часто приводит к полной потере зрения. Это не что иное, как затуманивание хрусталика глаза, которое, в свою очередь, вызвано болезнью, травмой или просто результатом процесса старения. Решением этой проблемы является замена такого объектива на искусственный протез. Этот процесс является относительно простым, но не всегда окончательным. Очень часто случается, что недавно вставленный протез «врастает» в клетки, которые остаются в глазу после процедуры. Эти клетки размножаются и ведут к вторичной катаракте. Этот процесс можно предотвратить с помощью лазерной терапии, которая, к сожалению, является очень дорогой процедурой. Однако недавно британские ученые смогли найти дешевое решение этой проблемы. Они сделали это, покрыв протез хрусталика веществом, полученным из травы, такой как борщ. Такая процедура приводит к ингибированию поглощения кальция клеткой, что в свою очередь приводит к остановке размножения клеток.
дальтонизм то есть дальтонизм - может встречаться как частичный или полный, но при любом разнообразии это расстройство, которое не позволяет людям различать цвета. Тотальный дальтонизм проявляется в том, что человек видит мир вокруг себя только в оттенках серого - ахроматически. В случае частичной дальтонизма, в глазу нет одного типа суппозитория. Затем выделяются следующие варианты дальтонизма:
- дейтеранопия - человек не различает зеленый цвет
- протанопы - человек не различает цвет красного
- тританопия - человек не различает фиолетовый цвет.
Частичная дальтонизм может также проявляться в том, что человек гораздо менее чувствителен к цветным различиям, чем человек, лишенный этой болезни.
Глаукома - это состояние, возникающее в результате повышения давления в глазном яблоке. Давление в глазном яблоке также может уменьшиться, также внезапно и быстро. Это тот случай, когда выполняются различные типы операций во времени, когда определенные количества жидких веществ попадают в глаз. Однако обычно через несколько десятков минут ситуация нормализуется.
Оптические инструменты.
Люпа - это не что иное, как объектив, у которого фокусное расстояние относительно короткое. Когда дело доходит до строительных сложностей, это самое простое оптическое устройство из всех возможных. Помимо того, что он состоит из линзы, он также оснащен ручкой, которая позволяет правильно удерживать его. Объектив используется в качестве фокусирующего типа, в результате чего получается видимое увеличенное простое изображение наблюдаемого объекта. Для лучшего эффекта объект должен находиться в непосредственной близости от увеличительного стекла. На практике самое большое увеличение, предлагаемое увеличительным стеклом, составляет 10 раз.
микроскоп - в случае увеличительного стекла увеличение изображения довольно мало. Однако, если нам нужно смотреть на очень маленькие объекты или вещества, микроскоп является идеальным инструментом для этого. С его помощью вы можете видеть вещи, которые невидимы невооруженным глазом. История микроскопа восходит к 1600 году, когда он был впервые построен голландским оптиком ван Янсеном. В то время это был довольно простой инструмент и, в сущности, немного лучшая лупа, позволяющая видеть бактерии или яйца насекомых. Микроскоп, подобный современным микроскопам, был изготовлен в 1665 году и был сконструирован Робертом Хуком - английским физиком. Этот микроскоп состоял из двух оптических систем - окуляра и объектива. Эта система в целом действовала как очень сильная лупа. Благодаря устройству, сконструированному таким образом, Хук смог провести детальные исследования по конструированию клеток растений и человека. В настоящее время сконструированные оптические микроскопы позволяют увеличивать изображения до 1800 раз. Изображение в микроскопе создается следующим образом: наблюдаемый препарат освещается светом, отраженным от зеркала; в непосредственной близости от препарата находится линзовая система линз, которая дает изображение препарата около окуляра - следующий набор линз; Окуляр дополнительно увеличивает создаваемый образ препарата.
Основными элементами микроскопа являются:
- объектив - это элемент, изготовленный из объектива, фокусное расстояние которого составляет несколько миллиметров. Этот объектив создает сильно увеличенное изображение препарата внутри микроскопа. Современные микроскопы чаще всего оснащены множеством линз.
- окуляр - это система из нескольких линз, используемая для наблюдения за изображением, созданным линзой. Это изображение также увеличено, так что изображение препарата еще больше увеличено. Чаще всего очки в современных микроскопах можно заменить.
- полевая линза - очень часто в микроскопах полевая линза вставляется в место изображения, создаваемого линзой. Его задача - сфокусировать лучи, идущие от объектива, чтобы они давали правильное изображение на окуляре.
- зеркало - используется для хорошего освещения препарата, отражает свет, исходящий от лампы или окна.
- конденсатор - система линз, которая направлена на то, чтобы сфокусировать свет от зеркала, чтобы лучше осветить препарат.
устройство фотографический - устройство, используемое для сохранения изображений в цвете или оттенках серого. Эти изображения зарегистрированы на так называемых фотопленка. История камеры восходит к 1939 году, когда 7 января на собрании Французской академии была представлена первая фототехника - дагерротип. Основными элементами, из которых состоит камера, являются: объектив, затвор, затвор, прицел, светочувствительная система обмена. В более новых камерах мы также можем найти дальномер, экспонометр, метр сделанных фотографий, видоискатель или фонарик, а также ряд других улучшений. Давайте посмотрим на эти элементы по очереди:
- Объектив - это самый важный элемент камеры. Он встроен в светонепроницаемый корпус устройства. Обычно он состоит из нескольких линз, которые в целом действуют как фокусирующая линза. В результате линзы изображение, которое мы хотим захватить, сфокусировано на фотопленке. Созданное таким образом изображение уменьшается и переворачивается.
- Диафрагма - это элемент, который призван регулировать количество света, попадающего на объектив. Отверстие выполнено из множества металлических пластин, расположение которых позволяет изменять диаметр створки - размер проема. Благодаря этому вы можете регулировать количество света, попадающего в объектив. Максимальный размер диафрагмы позволяет максимальному количеству света проникать внутрь камеры.
- Затвор - это механическая или электронная система, определяющая, как долго она должна быть открыта для освещения или как долго должна экспонироваться фотопленка.
- Видоискатель - это элемент, облегчающий съемку фотографий, поскольку он позволяет наблюдать изображение, которое вы хотите сфотографировать.
Описывая работу камеры, вы можете представить их таким образом, чтобы затвор открывал путь света на определенное время, свет после прохождения через затвор (что еще больше уменьшает его количество) падает на объекты, где он фокусируется на светочувствительном материале (фотопленке), вызывая таким образом, его разоблачение.
Телескоп - в отличие от микроскопа, который позволял наблюдать объекты на очень близком расстоянии, телескоп позволяет наблюдать объекты, расположенные на значительном расстоянии. Телескоп выглядит как длинная трубка, а его основными элементами, как в микроскопе, являются также объектив и окуляр. Они размещены на общей оси, проходящей вдоль трубы, и расположены на противоположных концах. Длина трубки, а также объектив и окулярные линзы выбираются таким образом, чтобы сфокусированное объектами изображение находилось в фокусе окуляра. Таким образом, телескоп - это тип системы фокусных точек, что означает, что в случае параллельного луча света, попадающего в объектив, он выходит из окуляра, также как параллельный луч. Телескоп не является оптической системой, которая создает увеличенное изображение наблюдаемого объекта. Его действие основано на увеличении угла, под которым мы наблюдаем объект. Эффект от этого лечения заключается в том, что нам кажется, что объект гораздо ближе. До конца неизвестно, кто на самом деле первым спроектировал телескоп. Считается, что это было 12-е изобретение английского философа Роджера Бэкона, но более вероятным является тот факт, что арабские ученые были первыми, кто это сделал.
Есть два типа телескопов
- Телескоп Кеплера, также называемый астрономическим телескопом, впервые был описан Кеплерой в 1611 году. Благодаря этому вы можете наблюдать за звездами, планетами или другими небесными телами. Он состоит из двух линз, которые действуют как линза и окуляр. Объектив фокусирует световые лучи от удаленного объекта. Он фокусирует их в фокусе линзы окуляра, поэтому сформированное изображение наблюдает окуляр. Между линзой и окуляром также установлена дополнительная линза - полевая линза, задача которой состоит в том, чтобы направлять световые лучи на окуляр, что обеспечивает еще большее угловое увеличение изображения. Если мы используем объектив с большим фокусным расстоянием, мы получим большее угловое увеличение изображения, т. Е. Чем длиннее телескоп, тем более удаленные объекты мы можем видеть. В настоящее время астрономический телескоп широко используется для простых наблюдений за небом.
- телескоп Галилея - это телескоп, конструкции которого были изобретены Галилеем. Он сконструировал его, чтобы иметь возможность проводить более детальные исследования неба. В этом типе области видимости основными элементами также являются две линзы. Однако один из них является фокусирующей линзой, а другой - отвлекающей. В результате такой системы полученное изображение объекта является увеличенным и простым изображением. Благодаря своему устройству Галилей сделал много революционных открытий в астрономии, мин. он увидел, что солнце, подобно Земле, тоже вращается вокруг своей оси. Принцип построения прицела Галилео теперь используется в оперном бинокле, где используются два таких телескопа.
Телескоп - это устройство, которое используется для точного наблюдения небесных тел. Он используется для фокусировки световых лучей от очень далеких объектов, чтобы получить реальную картину. Существует два типа телескопов: прожекторы и рефракторы. Фары так называемые телескопы зеркала, в которых вогнутые зеркала используются для концентрации луча света. Рефракторы - это телескопы так называемого линзовидная, в которой фокусировка светового луча достигается с помощью фокусирующей линзы. Структура телескопа идентична структуре телескопов Галилея. В зеркальном телескопе луч света направляется на вогнутое зеркало, а затем фокусируется в фокусе. В фокусе уже может быть система записи изображения, но может также быть дополнительное зеркало, которое отбирает свет из области зеркала. Используемые в настоящее время зеркальные телескопы имеют зеркала диаметром от нескольких до десятка метров, из которых вес Это может быть несколько сотен тонн.
Проектор - это устройство, принцип работы которого очень похож на обычный проектор, отображающий слайд-изображение на экране. Однако в этом случае небольшие слайды не используются, и соответствующие большие пленки, которые чаще всего имеют размер листа А4. Он также оснащен лампой, которая дает очень сильный сильный свет, который выделяет информацию, содержащуюся в фильме. Основным элементом такого устройства является так называемая линза. шагнул, задача которого правильно освещать пленку и направлять луч света на предметы. В объективе свет отражается от плоского зеркала и направляется на экран.
Призматический бинокль - это устройство, позволяющее просматривать удаленные объекты обоими глазами. Устройство действительно представляет собой два телескопа, соединенных между собой. В случае призматических биноклей основными элементами являются линза и окуляр. Обе эти системы имеют дополнительное фокусное расстояние. Между ними также есть призма, задача которой состоит в том, чтобы перевернуть изображение с объектива. Благодаря этому изображение, пройдя через окуляр, становится простым изображением.
