Diffrazione da apertura
circolare
Limite di risoluzione di uno
strumento ottico
Maria Teresa Tuccio
[email protected]
Dipartimento di Fisica - Università di Genova
Scuola estiva AIF – luglio 2006
Risoluzione dell’occhio umano
Vediamo come è fatto l’occhio
4 7 107 m
visibile
1.22
D
L’occhio
• I raggi luminosi passano attraverso il cristallino e vengono messi
a fuoco sulla retina
• La pupilla controlla la quantità di luce che entra nell’occhio,
variando il proprio diametro D (7-8 mm 2-3 mm)
retina fovea
cristallino
cornea
pupilla
iride
umor
vitreo
nervo ottico
Occhio umano
sistema ottico a f variabile
• diottro (cornea, umor acqueo, e umor vitreo) di indice
di rifrazione 1.33
• lente biconvessa, il cristallino, di indice di rifrazione
1.44, in cui la curvatura della faccia anteriore può
essere modificata dalla contrazione dei muscoli ciliari,
variando così la distanza focale della lente
(accomodamento). Cornea, camera anteriore,
cristallino e camera posteriore nel loro complesso
formano una lente convergente (con distanza focale
variabile fra 2,4 e 1,7 cm) che proietta le immagini sulla
retina, rimpicciolite e capovolte. Una membrana
muscolare, l'iride, al cui centro e' ricavata un'apertura,
la pupilla, serve a diaframmare, cioe' a regolare la
quantita' di luce che entra nell'occhio.
Messa a fuoco
Muscoli ciliari
cristallino
(molti strati sottili
di tessuto cristallino,
“a cipolla”)
fovea
I muscoli ciliari fanno aumentare o diminuire lo spessore del
cristallino per la messa a fuoco (lente a lunghezza focale variabile)
degli oggetti che si trovano a differenti distanze
Occhio miope – ipermetrope e
correzioni necessarie
La retina
• La superficie sensibile dell'occhio e' costituita dai fotorecettori (i coni
ed i bastoncelli), il cui compito è quello di trasformare in impulsi
elettrici le informazioni ricevute dalle reazioni fotochimiche che
vengono attivate dalla radiazione luminosa e di inviare questi
segnali ai
• neuroni retinici - le cellule orizzontali, bipolari, amacrine e
ganglionari - che sono variamente connessi fra di loro ed effettuano
una prima elaborazione del segnale visivo. Gli assoni delle cellule
gangliari si riuniscono in modo da formare il nervo ottico, un cavo
che conduce l'informazione visiva fuori dalla retina fino ai centri
superiori
La luce attraversa tutti i neuroni retinici prima di arrivare sui
fotorecettori e il segnale elettrico viaggia in verso opposto …..
- bastoncelli
fibre nervo ottico
tessuto nervoso
recettori
- coni
impulsi nervosi
Gli impulsi nervosi vengono convogliati dalle fibre del nervo ottico (circa 400.000
fibre) verso la corteccia visiva, che si trova nella parte posteriore del cervello
Fotorecettori
Coni
• sensibili ai colori
• visione diurna
• sono più numerosi al centro
(fovea)
• 6 ml per occhio
bastoncello
cono
Coni
Recettori
• sensibili ai colori
• visione diurna
• sono più numerosi al centro (fovea)
bastoncello
• 6 ml per occhio
cono
Bastoncelli
• sensibili all’intensità della luce, anche alle più
deboli variazioni
• non discriminano i colori
• visione notturna e percezione
del movimento
• sono più numerosi in periferia
• 120 ml per occhio
diversa sensibilità spettrale, diverso adattamento al buio
Attivano processi fotochimici (iodopsina e rodopsina) che generano impulsi elettrici
nelle fibre nervose
Disposizione dei coni e bastoncelli sulla retina
Assenza di
fotorecettori
fovea
Al centro (fovea): visione più acuta; in periferia: visione del movimento
Movimenti oculari
• La percezione visiva dipende dalla capacità di
formare e memorizzare immagini cerebrali, tramite
le informazioni ricevute dall'occhio.
• Visione totale dell'occhio fermo abbraccia un campo
di 140° in senso orizzontale e di circa 120° in senso
verticale, la visione della fovea poco più di 1 grado
Movimenti oculari
• La percezione visiva dipende dalla capacità di
formare e memorizzare immagini cerebrali, tramite
le informazioni ricevute dall'occhio.
• Visione totale dell'occhio fermo abbraccia un campo
di 140° in senso orizzontale e di circa 120° in senso
verticale, la visione della fovea poco più di 1 grado
• Scansione di una scena visiva come l'osservazione
di un quadro o di un panorama, e' strettamente
associata alla visione foveale: movimento istintivo
dell'occhio al fine di portare l'immagine nella zona
centrale della retina, ove si ha la massima capacità
di "vedere"
Quando si osserva una scena
stazionaria
• movimenti saccadici
molto veloci (possono superare i
400°/sec) e molto brevi (20~50 msec)
• fissazioni sui punti da
cui si vuole estrarre
informazione viene acquisita
l’informazione visiva (~60-700 msec)
• diverse strategie di
osservazione a
seconda del compito
(durata tipica saccade+fissazione: 230
msec)
(Yarbus, 1967)
Risoluzione dell’occhio umano
1.22
nD
4 7 10 m
7
Pupilla D = 2 -7 mm
indice di rifrazione dell’occhio n=1.33
risoluzione angolare
dell’ordine di 104 rad
Lunghezza dell’occhio d 2.3 cm
Due punti alla distanza x producono
sulla retina immagini con una
separazione lineare:
6
d 2.3 10 m
dimensioni di un cono nella regione
della fovea
è possibile vedere separati due
oggetti posti alla distanza x se si
trovano al max ad una distanza
L=x/
Auto o moto?
1.22
nD
Due fari a distanza x=1.1 m
1.22
Supponendo di utilizzare una luce =580 nm con una pupilla di D=5mm e
un’indice di rifrazione dell’occhio di 1.33
nD
Otteniamo una separazione angolare 1.1 10-4 rad
L = x / 10 Km è la massima distanza alla quale i fari possono essere
distinti come due sorgenti di luce separati
Pointillisme (e televisione a colori)
I mulini di Signac (1905)
Risoluzione dell’occhio umano
http://server1.fisica.unige.it/~tuccio/SSIS/occhiocervello.htm
Richiami di ottica e cenni sulla visione
nell'uomo e negli animali
SSIS - Classe 59 - "Laboratorio di Didattica della Fisica“
Andrea Frova - Luce colore visione –
Perché si vede ciò che si vede
BUR
