Efficienza quantica - Istituto Nazionale di Ottica Applicata

Efficienza quantica
fotometrica dell’occhio
Alessandro Farini
CNR-Istituto Nazionale di Ottica Applicata
CNR-INOA

Efficienza quantica
fotometrica
• L’efficienza quantica fotometrica è il
rapporto tra i fotoni incidenti sulla
cornea e quelli che producono un
segnale neuronale
CNR-INOA

Perdita di efficienza
Tra le cause di perdita di efficienza possiamo
considerare:
• La parte di fotoni che viene assorbita prima di
arrivare sulla retina
• La frazione di fotoni che arrivano sulla retina ma
non sono catturati dai fotorecettori
• La frazione di fotoni che non sono assorbiti dai
fotopigmenti o non isomerizzano le molecole dei
fotopigmenti
CNR-INOA

Riflessione sulla cornea
• La percentuale di fotoni riflessi può
essere ricavata dalla formula di Fresnel:
(
R = n 2
" n ) 2
1
( n 2
+ n ) 2
1
n cornea =1.376
!
CNR-INOA

Trasmittanza dell’occhio
Metti qui immagine figura 4 da pagina
24.10 di charman
CNR-INOA

Trasmittanza della cornea
Packer fig.2.4 a
La cornea nel visibile è quasi trasparente (assorbe
meno del 10% a 800 nm e meno del 20% a 400 nm).
Sotto i 300 nm assorbe il 99%
CNR-INOA

La pupilla
• Tra cornea e cristallino si trova la
pupilla, che non ha particolari
caratteristiche di trasmittanza (essendo
un foro)
CNR-INOA

Il cristallino e altri mezzi
CNR-INOA
Boettner and Wolter, 1962

Trasmittanza del cristallino
CNR-INOA figure from Wyszecki and Stiles, 1982

Trasmittanza e Densità Ottica
• Conoscendo la trasmittanza di una
lente per un certo spessore, è possibile
ottenere la trasmittanza per ogni
spessore
• A tale scopo conviene utilizzare il
concetto di Densità Ottica D che varia
proporzionalmente allo spessore
D=log(1/T)
CNR-INOA

Un esempio
T%=25 %
T= 0.25
Spessore d= 2mm
D=log(1/T)=0.60
Nuovo spessore d’=3mm
D’=(d’/d) . D=0.9
T’=1/10 D’ =0,125
T’%=12,5%
CNR-INOA

Ingiallimento del cristallino
• The absorbance of blue light in the crystalline lens is
commonly referred to as ‘‘yellowing’’ of the human
lens. This yellowing of the lens increases dramatically
as it ages. The lens optical density toward the blue
wavelengths increases by about 0.1 to 0.15 log units
per decade, provided that we assume that
components other than the lens change little as they
age. Accelerations in this rate have been found for
eyes over age 60 (106,107), and it is proposed that
this increase is due to the prevalence of cataract in
that age group.
A.Roorda Human visual system - image formation
CNR-INOA

CNR-INOA

Sviluppo del cristallino
Nei primi mesi di
vita il cristallino
mostra una
piccola
trasmittanza
nell’UV
CNR-INOA

Il pigmento maculare
relative absorbance
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
macular pigment
P435
P410
Picco di
assorbimento
a 458 nm
0
400 450 500 550 600
wavelength (nm)
maximum absorptance
0.3
0.2
0.1
macular pigment
P435
P410
CNR-INOA
0
-1000 -500 0 500 1000
retinal eccentricity (microns)
from Snodderly, IOVS, 1984

Scopo del pigmento maculare
Il pigmento maculare ha uno scopo
• Protettivo (in particolare dalla
degenerazione maculare)
• Miglioramento di contrasto (stile “lenti
gialle”)
• Diminuzione dell’aberrazione cromatica
CNR-INOA

Trasmittanza complessiva
dell’occhio
CNR-INOA

Campionamento retinico
CNR-INOA

Distribuzione dei coni
• Al centro della fovea vi sono circa 200.000
coni/mm 2 .
• A

Ricavare la distanza tra i
centri dei coni
CNR-INOA

Sampling by Foveal Cones
Projected Image Sampled Image
20/20 letter
5 arc minutes
CNR-INOA

Sampling by Foveal Cones
Projected Image Sampled Image
20/5 letter
5 arc minutes
CNR-INOA

Nyquist Sampling Theorem
CNR-INOA

1
Photoreceptor Sampling >> Spatial Frequency
I
0
1
I
0
CNR-INOA
nearly 100% transmitted

1
Photoreceptor Sampling = 2 x Spatial Frequency
I
0
1
I
0
CNR-INOA
nearly 100% transmitted

campionamento
Fig 2.29 di packer
CNR-INOA

1
Photoreceptor Sampling = Spatial Frequency
I
0
1
I
0
CNR-INOA
nothing transmitted

Nyquist theorem:
The maximum spatial frequency that can
be detected is equal to ½ of the sampling
frequency.
foveal cone spacing ~ 120 samples/deg
maximum spatial frequency:
60 cycles/deg (20/10 or 6/3 acuity)
CNR-INOA

CNR-INOA
Primate Central Fovea (0.5 deg)

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Mostra effetto Moirè lavagna
luminosa
CNR-INOA

1 deg
Appearance
of
110 c/deg
RS
Interference
Fringes
DW
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA

Frequency cut-off
for 8 mm pupil
is 250 c/deg!
Slide sequence
courtesy of
Yasuki Yamauchi,
Jason Porter
and
David Williams
Nyquist Limit
Sampling Frequency
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
CNR-INOA