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I. I. - - Óptica de Fotorreceptores Óptica de Fotorreceptores II. II. - - Óptica Óptica Adaptativa Adaptativa Clase del 1 de junio de 2010 Prof. Maria L. Calvo
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I.I.-- Óptica de FotorreceptoresÓptica de FotorreceptoresII.II.-- Óptica Óptica AdaptativaAdaptativa
Clase del 1 de junio de 2010
Prof. Maria L. Calvo
I.I.-- Óptica de fotorreceptoresÓptica de fotorreceptores
• Estudia el comportamiento de los conos y bastones de la retina como guías de onda ópticas.
• Estas guías de onda biológicas tienen la capacidad de confinar la luz de una forma eficiente.
• Se caracterizan por ser guías de onda absorbentes e inhomogéneas con una geometría particular.
EstructuraEstructura de la retinade la retina
AnatomíaAnatomía de de loslos bastonesbastones y y loslos conosconos
Segmento externo (OS: outer segment)– Compuesto por discos o estructuras de
membranas biológicas.– Un total de 1000 discos– Contiene pigmentos visuales
• rodopsina - bastones• iodopsina - conos
– Está embebido en la capa pigmentaria de la retina
BastonesBastones
• Más numerosos que los conos, 130 milliones/retina• Detectan la presencia (o ausencia) de fotones con
independencia de la longitud de onda de emisión. Dando lugar a mecanismos para:
• Visión nocturna y visión periférica– Percepción de los niveles de grises
• Molécula: Rodopsina ------> escotopsina + retinal– Retinal: es un derivado de la vitamina A– Se necesitan del orden de 5 minutos para
regenerar el 50% de la rodopsina blanqueada en los bastones.
– La estimulación de un bastón es casi instantáneaen la recepción de fotones.
FotorrecepciónFotorrecepción -- ConosConos
• Visión de color• 6,5 millones de conos en la retina• La fotoquímica de los conos tiene casi las misma
composición química que la rodopsina de losbastones.
• Proteina: fotopsina– iodopsina ------> fotopsina + retinal– Tiempo: 90 s. para regenar el 50% de
iodopsina en los conos• 3 tipos diferentes de fotoquímicos:
–– RRed (erythrolobe)- 74% - 558 nm–– GGreen (chlorolobe)- 10% - 531 nm–– BBlue (cyanolobe)- 16% - 420 nm
5 arc min
JW 1 deg nasal JW 1 deg temporal
AN 1 deg nasal macaque 1.4 deg nasal
EstructuraEstructura de un de un fotorreceptorfotorreceptor
En 1958 Jay M. Enoch descubrió el comportamiento de losfotorreceptores de la retina como guías de onda óptica.
La radiación óptica se confina en los conos y los bastonescuando incide sobre la apertura de entrada.
Resultado fundamental: Observación de la estructura de los modos confinados. Estudio en muestras de retina de salamandra.
AlgunasAlgunas característicascaracterísticas fundamentalesfundamentales:
* Los fotorreceptores son células biológicas altamentemodificadas. Son responsables de una parte del mecanismo de procesado de la información visual: óptico+ electro-óptico.
Antecedentes históricosAntecedentes históricos
Confinamiento de modosConfinamiento de modos
En la luz dispersada contribuyen la suma de modos transversales confinados y el scattering por la guía.
Observación de los modos en una Observación de los modos en una muestra de retina de salamandramuestra de retina de salamandra
Efecto Efecto StilesStiles--CrawfordCrawford (1933)(1933)Un observador presenta diferente sensibilidad hacia la luz dependiendo del punto por el que el haz luminoso entra en la pupila del ojo.
Se muestra la variación del logaritmo de la luminancia relativa en función de la localización espacial en la pupila de un observador sin patologías (V. Lakshminarayanan, 1986).
• Consecuencia:Consecuencia:
Los fotorreceptores de la retina se comportan como centros de scattering.
SensitividadSensitividad espectralespectral de de loslosfotorreceptoresfotorreceptores
EstimulaciónEstimulación del del FotopigmentoFotopigmento
Photoisomerization
TransducciónTransducción
Hiperpolarización de los bastones
Mecanismo de Mecanismo de generación de respuesta generación de respuesta
del fotorreceptor:del fotorreceptor:
A: Invertebrados
Se produce una despolarización en el mecanismo de transducción
B. Vertebrados:
Se produce una hiperpolarización
II.II.-- Óptica Óptica AdaptativaAdaptativa
• Proporciona un procedimiento óptico para manipular la geometría y fase del frente de aberración generado en un sistema óptico.
• Esta manipulación altera la información de la fase de forma particular compensando la aberración del sistema.
AberrAberróómetrometro: : TTéécnicascnicas del del manipulacimanipulacióónnóópticaptica del del frentefrente de de ondasondas
Interferómetro de Hartmann-Shack
Aberrómetro Tscherning
Skiascopio diferencial
Trazado de rayos
FundamentosFundamentos
FundamentosFundamentos: Hartmann Shack: Hartmann Shack
Sensor de Sensor de frentefrente de de ondasondas HartmannHartmann--SharkShark
Referencia: Thibos, Journal of Refractive Surgery, 16, S563-S565, 2000
Sensor de Sensor de frentefrente de de ondaonda HartmannHartmann--SharkShark
Referencia: Thibos, Journal of Refractive Surgery, 16, S563-S565, 2000
Sensor de Sensor de frentefrente de de ondaondaHartmannHartmann--ShackShack
H/S Photo of patient with tight eye lid courtesy David WilliamsH/S Photo of patient with tight eye lid courtesy David Williams
La corrección de aberraciones mejora la calidad de la imagen retineana
Aplicaciones
For more information on this technology, link to www.cvs.rochester.edu/williamslab
vision.berkeley.edu/roordalab
CorrecciónCorrección de de aberracionesaberraciones con con ópticaóptica adaptativaadaptativa
Referencia: Roorda Journal of Refractive Surgery Volume 16 S602-S607 2000
Los fotorreceptores se hacen visibles
CorrecciónCorrección de de aberracionesaberraciones con con ópticaóptica adaptativaadaptativa
J Neurosci, Oct 2005
Los fotorreceptores de hacen visibles
CorrecciónCorrección de de aberracionesaberraciones con con ópticaóptica adaptativaadaptativa
Hofer, H. et al. J. Neurosci. 2005;25:9669-9679
CorrecciónCorrección de de laslas aberracionesaberraciones con con ópticaópticaadaptativaadaptativa
http://vision.berkeley.edu/roordalab/
AberrAberróómetrometro de de TscherningTscherning
MétodoMétodo de de trazadotrazado de de rayosrayos
Position sensitive detector
Objective lens
Eye optics
Retina
Ray TracingInput BeamInput Beam
Posición del detector
Lente ocular
Retina
TrazadoTrazado de de rayosrayos
Óptica del ojo
Posición deldetector
Lente ocular
Óptica del ojo
Retina
TrazadoTrazado de de rayosrayos
Posición deldetector
Lente ocular
Òptica del ojo
Retina
TrazadoTrazado de de rayosrayos
Posición deldetector
Lente ocular
Óptica del ojo
Retina
TrazadoTrazado de de rayosrayos
Posición deldetector
Lente ocular
Óptica del ojo
Retina
TrazadoTrazado de de rayosrayos
Posición deldetector
Lente ocular
Óptica del ojo
Retina
TrazadoTrazado de de rayosrayos
Conclusiones:Conclusiones:• El sistema visual humano realiza operaciones de procesamiento, empaquetamiento, binarización, muestreado e interpolación no lineal de señales. Se definen operaciones multicanales de procesado.
• Las operaciones visuales están altamente funcionarizadas.
• Cada ojo humano presenta una respuesta particular a los estímulos visuales.
• La cuantificación de la calidad de la imagen requiere la consideración de funciones características: MTF, CSF, OTF, PSF, LSF así como métodos optimizados para su obtención experimental.
• Hay que considerar mediante el análisis de Fourier y la teoría de la difracción los límites que presenta la calidad la imagen retiniana.
• Las nuevas tecnologías (óptica adaptativa) permiten una mejora en la calida de la imagen retiniana. Aspectos actualmente en desarrollo e investigación.
