RO126977B1 - Model didactic de aparat optic monocular - Google Patents

Description

I nvenția se referă la un model didactic de aparat optic monocular, destinat evidențierii studiului ochiului și mecanismului vederii umane.

Sunt cunoscute câteva aparate care explică formarea pe retină a imaginii, conform Teoriei Fotografice a vederii și modelului de ochi redus Gulstrand (Emil I. Toader, Aparate Optice, 1995; Dimoftache C, Herman Sonia, 1996), cum sunt: camera obscură, aparatul fotografic simplu, aparatul pentru studiul viciilor de refracție, folosit în învățământul de oftalmologie/biofizică, ochiul artificial, folosit ca material didactic, și ochiul bionic Argus II, folosit ca proteză oculară. Structura și principiul de funcționare al aparatului fotografic simplu sunt următoarele (Emil I. Toader, Aparate Optice, 1995): în locul orificiului circular al camerei obscure, se așază un obiectiv format dintr-o lentilă pozitivă, prevăzută cu un diafragm, un obturator cu diametrul reglabil, iar în locul geamului mat, se așază o placă fotografică, care simulează macula ca suprafață plană, așa fel ca distanța de la planul plăcii fotografice la planul lentilei să fie aproximativ egal cu distanța focală a lentilei. Lentila pozitivă este formată din mai multe sisteme lenticulare, cu scopul de a obține, la polul posterior al aparatului, o imagine clară, nedistorsionată, dar răsturnată. Ochiul Bionic sau proteza oculară Argus II este un dispozitiv creat de compania americană Second Sight Medical Products, ce combină biologia cu electronica, folosit pentru nevăzători, în oftalmologie, la: Centre Hospitalier National d'Ophthalmologie des Quinze-Vingts (Paris, Franța), Hopitaux Universitaires de Geneve (Geneva, Elveția), Manchester Royal Eye Hospital (Manchester, Marea Britanie), Moorfields Eye Hospital, (Londra, Marea Britanie), Institutul de Cercetare Oftalmologică din cadrul Universității Tubingen (Germania) (http://medlive.hotnews.ro/wp-content/uploads/2011/04/ochi-bionic-modificat.jpg). Principile de funcționare ale acestor modele de ochi bionic, care solicită un implant retinal și purtarea de către pacient a unor ochelari de soare cu o cameră video atașată, au ajuns la un număr redus de 64 pixeli, ignoră forma maculei și poziția anatomică a lentilelor. Dar au rămas probleme de biofizică nerezolvate încă: atât ochiul bionic american, cât și modelele didactice de ochi, au la bază Teoria fotografică a vederii (H. Helmholtz, 1864) și se bazează pe o reprezentare prea schematică a globului ocular (Emil I. Toader, Aparate Optice, 1995). Ca exemplu în acest sens, se poate aminti ochiul schematic Helmholtz (1864), simplificat și mai mult de Laurance (1926) și Gullstrand (Emil I. Toader, Aparate Optice, 1995), care nu conține parametrii reali ai ochiului uman, care nu este actualizat și care consideră că pe retină se formează o imagine inversată (I. Baciu, 1977; Hăulică I, 1996; Emil I. Toader, 1995).

Modelele de ochi artificial, folosite ca material didactic în facultăți și oftalmologie (http://vvrww.livescience.com/3919-human-eye-works.html), au componente mărite la scară, dar au numeroase probleme, cum ar fi: nu utilizează lentile (corneene) de forma corectă; au polul macular opac; lentila maculară lipsește total, pentru că se ignoră aspectul real al formei maculei (foveolei), care este numită crater, „depresiune sau „concavitate a liniei de profil anterioare, la polul posterior ochiului; nu se respectă plasarea lentilei cristalin (a centrului nodal) la locul exact, respectiv, între fața anterioară a corneei și focarul acestei fețe; nu se înțelege rolul polarizării luminii și fenomenelor de interferență intraoculară și holograme retiniene, evidențiate de specialiștii actuali (Kanski J. J., 1994; Olteanu Mircea, 1989); se ignoră transformarea laser a luminii în sistemele vii, fapt dovedit și de distribuția anatomică a retinei în zone și sectoare (Grossberg, Kuperstein, 1968) conform distribuției optice a luminii în sisteme confocal sferice cu oglinzi circulare de tip THEM22 (Lengyel Bela, 1968).

Un alt model, ce ilustrează funcționarea ochiului uman, este cel din cererea de brevet US 2010/0002311 A1, în care se prezintă un model de ochi ce include o lentilă convergentă, frontală, a cărui rază a suprafeței exterioară este egală cu raza ochiului uman, o lentilă convergentă posterioară și o deschidere a diafragmei poziționată între cele două oglinzi. Acest model de ochi, deși reprezintă la scară ochiul uman, cu ajutorul unui sistem de lentile, nu ține cont de rolul funcțional al tuturor componentelor ochiului uman real.

RO 126977 Β1

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în modelarea structurii anatomice 1 a ochiului uman și a ilustrării mecanismului de formare a imaginii, în scop didactic.

Modelul didactic de aparat optic monocular, care modelează structura anatomică a 3 ochiului uman, la scara 5:1, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că este constituit dintr-un sistem laser bifocal, format dintr-un soclu rezonator laser bifocal, 5 opac la lumină, ce are rolul de a transforma lumina externă, necoerentă, în radiație coerentă, monocromatică, având dispus coaxial, la cele două poluri opuse, reprezentând polul cornean 7 și polul macular, un sistem dioptrie anterior și, respectiv, un sistem dioptrie posterior, cele două sisteme menționate formând un sistem laser holografic, care are rolul de a modela 9 imaginea, și dintr-un ax optic, în care:

a. sistemul dioptrie anterior este alcătuit: 11

- dintr-o lentilă menise divergentă, destinată transformării coerente, monocromatice și direcționării radiațiilor optice spre un focar propriu, dispus către polul opus al aparatului, 13 focar care produce prima răsturnare a imaginii provenite de la sursa obiect;

- dintr-un diafragm prevăzut cu un orificiu, plasat între fața anterioară a lentilei și 15 focarul acesteia, având rol de obturator intern, ce limitează modurile de oscilație a luminii incidente; 17

- dintr-un filtru de polarizare a luminii, care poate fi plasat fie în fața, fie în spatele diafragmului și 19

- dintr-o lentilă biconvexă, cu un centru nodal care trebuie să fie poziționat pe axul optic al aparatului, între fața anterioară a lentilei menise divergente și focarul ei, având rol 21 de corectare a aberațiilor de formă, culoare și mărime a imaginii, neavând rol însă în răsturnarea imaginii; 23

b. sistemul dioptrie posterior este alcătuit:

- dintr-o lentilă menise divergentă cu focar propriu, orientat spre interiorul aparatului, 25 ce are rol de a prelua imaginea de la lentila biconvexă și de a o răsturna pentru a doua oară, aceasta devenind vizibilă pe fața posterioară a lentilei ca pe un ecran, pe care se observă 27 imaginea dreaptă, în culori, în dinamică, mult micșorată a unei surse obiect.

Avantajele invenției sunt următoarele: 29

- rezonatorul este ușor și se poate manevra manual;

- aparatul se poate compune și descompune, ca material didactic, pentru studiul 31 lentilelor și imaginilor;

- structura aparatului optic monocular se bazează pe principiile tehnice actuale, ale 33 laserilor și ale holografiei, în acord cu datele anatomice, recente, ale ochiului uman;

- plasarea lentilei biconvexe în poziția naturală a cristalinului nu influențează poziția 35 imaginii observate la poli, astfel nu cristalinul răstoarnă imaginea, ci focarul corneei;

- oferă pentru prima dată ocazia de a observa în mod direct poziția imaginilor pe 37 retina ochiului uman;

- evidențiază existența a două sensuri de propagare a imaginii și luminii - un sens 39 ziua și un sens contrar noaptea, prin formarea de imagini la un pol sau altul al ochiului;

- aparatul poate fi perfecționat prin nanotehnologie, și astfel, se pot dezvolta proiecte 41 de viitor pentru tehnică și medicină (ochi pentru nevăzători, ochi pentru roboți umanoizi);

- oferă sprijin pentru studiul proprietăților bioluminiscenței etc.43

Se dau, în continuare, două exemple de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 ...10, care reprezintă:45

- fig. 1, model didactic de aparat optic monocular - imagine de ansamblu;

- fig. 2, lentila menise divergentă (calotă sferică) de la unul dintre polii aparatului;47

- fig. 3, diafragmul și orificiul acestuia;

RO 126977 Β1

- fig. 4, filtrul de polarizare a luminii;

- fig. 5, lentila menise divergentă (calotă sferică) de la celălalt pol al aparatului;

- fig. 6, lentila biconvexă cu grosimea maximă;

- fig. 7, soclul conic și elementele sale componente (fără lentile);

- fig. 8, model didactic de aparat optic monocular - varianta sferică;

- fig. 9, ochiul uman - detalii anatomice;

- fig. 10, model didactic de aparat optic monocular - ilustrarea principiului de funcționare laser holografic.

Structura și rolul funcțional al elementelor componente ale ochiului uman normal sunt descrise în tabelul 1 și fig. 9.

în tabelul 1, sunt redate dimensiunile reale ale componentelor ochiului uman și distanța dintre acestea, conform prof. univ. dr. Mircea Olteanu (1989).

în fig. 9, se desene ochiul uman, organ periferic al analizatorului vizual, cu elementele structurale și funcționale.

Peretele ochiului de formă sferică/ovoidală este format din 3 tunici concentrice, coaxiale pe axul optic ax o. Tunica externă - sclerotica 23, rezistentă și elastică, este suport de fixare pentru mușchii extrinseci ai ochiului 38 și se continuă la polul anterior cu corneea 26 transparentă, acoperită de membrana conjunctivală 25. Tunica medie - coroida 22 este bogat vascularizată și asigură răcirea ochiului, menținându-l perfect funcțional la 4O...42°C, iar la polul anterior, coroida se continuă cu irisul 28/diafragm cu un orificiu central reglabil circular- pupila 29, acestea limitând modurile de oscilație ale luminii în funcție de intensitatea luminii și permițând trecerea radiațiilor care au unghi de incidență mic față de axul optic ax o.

O altă componentă este cristalinul 30/lentilă biconvexă, cu structură de celule suprapuse ca un sistem multilenticular convergent - divergent, similar celui din sistemul holografic, plasat în mod natural între fața anterioară a corneei 26 și focarul acesteia 37, căruia i se atribuie rol în prima răsturnare a imaginii.

Tunica internă - retina 21 este formată din retina oarbă cu pigmenți bruni închiși, care dau ochiului aspect de cameră obscură, și zona fotosensibilă a retinei - macula 34, plasată pe axul optic ocular la polul posterior, pe care se înregistrează imaginea. Nervul optic 36 transmite imaginea spre creier.

Ochiul, fiind plasat în capsula lui Tennon 40 din cavitatea orbitară, este protejat de șocurile mecanice care pot tulbura formarea imaginii. Mușchii externi ai globului ocular 38 se prind cu un capăt pe sclerotică și cu celalalt capăt pe un inel comun la fundul orbitei, asigurând posibilitatea de mișcare (limitată) față de 3 axe de rotație și ajutând la orientarea axului optic al ochiului ax o spre sursa ochi S-Ob.

Alte aspecte anatomice particulare ce trebuie remarcate sunt legate de sistemul lenticular coaxial, fiecare componentă având anumite caracteristici, care modelează poziția imaginii pe traseul optic intraocular, din aproape în aproape. Membrana conjunctivală 25 acoperă polul anterior al ochiului întreținând umiditatea și, pe de altă parte, contribuie la polarizarea electrică (±) a ochiului.

Corneea 26 are aspect de calotă sferică, transparentă, cu cavitatea de partea internă a ochiului și de lentilă menise divergentă, cu grosimea centrală mai mică decât grosimea periferică, a cărei principală funcție este de transformare a luminii externe necoerente în lumină coerentă, monocromatică, care interferează în spatele cristalinului, dând franje de interferență. Focarul feței anterioare a corneei 37 se află în spatele cristalinului și nu în fața acestuia. Imaginea reflectată pe fața anterioară a corneei (imagine Purchinje I) este dreaptă, dar imaginea care ne interesează este imaginea refractată care trece prin focarul 37 și care

RO 126977 Β1 ar trebui să răstoarne imaginea ca orice focar. Lichidele din camera anterioară 27, camera 1 posterioară 24, irisul 28 și cristalinul 30 pot corecta aberațiile de formă și culoare, primite de la cornee, redirecționând radiațiile pe direcție convergentă către un focar aflat înaintea 3 fundului ochiului, înaintea maculei, generând franje de interferență, evidențiate de specialiști (Kanski J. J., 1995). 5

De observat faptul că centrul pupilei 29 și centrul nodal 31 al cristalinului sunt plasate între fața anterioară a corneei și focarul feței anterioare a corneei 37, loc de unde nu pot 7 răsturna imaginea primită de la cornee. Focarul feței posterioare a cristalinului 33 este plasat anatomic în spatele corneei la 1,3 mm, această față fiind mai curbată (rază 6,8 mm) decât 9 fața anterioară (rază 10 mm) cu focarul propriu 32, plasat în centrul ochiului.

Pacienții cu cristalin sau fără cristalin (afachie prin operație) percep imaginile tot în 11 poziție dreaptă, deci, din locul unde este plasat cristalinul, acesta să nu poată răsturna imaginea, însă poate face corecția aberațiilor de formă, culoare și mărime a imaginii. 13

Macula (foveola) 34 are o formă reală de calotă sferică, de menise divergentă, cu cavitatea spre interiorul ochiului, un diametru și o înălțime, deci are și un focar pe care l-am 15 consemnat ca focar macular 35, care răstoarnă imaginea a doua oară. Obiectul și lumina reflectată de acesta dau o imagine externă, care se proiectează pe retină, punct cu punct, 17 fiecărui punct obiect corespunzându-i o celulă fotoreceptoare pe maculă, cu refacerea imaginii obiectului. 19

Pleoapele 39 au rol de protecție la șocurile mecanice, dar și de obturator periodic (clipitul), cu rol de umidificare a polului anterior al ochiului. Irisul 28 este un diafragm cu 21 orificiu central circular, cu aceleași dimensiuni cu macula, cu rol de obturator intern, limitând suprafața expusă la lumină a maculei, în funcție de intensitatea luminii externe. 23

De observat că, în literatura medicală, se utilizează termenul de „crater, „depresiune sau „concavitate a liniei de profil anterioare (I. Baciu, 1977; Hăulică I, 1996; P. Cernea, 25 1996; Guyton, 1996), pentru forma maculei (a foveolei) retiniene, termene care au fost înlocuite cu cel care exprimă cel mai bine această caracteristică, cel de calotă sferică și 27 menise divergentă. Aceasta stă la baza invenției de față, pentru că, la construirea aparatului, s-a folosit o lentilă cu aceste caracteristici (prezentată și în tabelul 1). 29

Tabelul 1

Tabel comparativ între dimensiunile componentelor ochiului uman (scara 1:1) și dimensiunile componentelor modelului didactic de aparat optic monocular (scara 5:1), ce face obiectul prezentei invenții

Componente	Indici de refracție In	D=diarnetruminimsimaxim; R=raze	Componente: G = grosime, î = înălțime
Formă	Scara 1:1	Scara 5:1	Scara 1:1	Scara 5:1
1 .Orbită (os)	-	-	D=25 mm		-
2. Glob ocular/ carcasă sferică	-	Sferică (sau ovoidală)	D ant-post= 23,5-24,5 mm în medie=24 mm	Dant-post · 5= 117,5-122,5 mm în medie Dantpost^ 20 mm	^vertical” 23,3 mm DtranSv= 23,6 mm	Dv«5= 116,5 mm 118,0 mm 120 mm
3.Conjunctiva/ filtru de polarizare		Calotă sferică	D=12 mm	12 mm · 5= 60 mm	G=0,3 mm	G=0,3 mm · 5=1,5 mm

RO 126977 Β1

Tabelul 1 (continuare)

Componente	Indici de refracție In	D=diarnetruminimsimaxim; R=raze	Componente: G = grosime, î = înălțime
Formă	Scara 1:1	Scara 5:1	Scara 1:1	Scara 5:1
4.Cornea/ lentila menise divergent (calotă sferică)	1,376	Calotă sferică	D=10 mm înălțime 3,1 mm	D=10 mm • 5=50 mm înălțime 3,1 mm x 5= 15,5 mm	^central 0,5 mm	0,5 · 5= 2,5 mm
Fața anterioară	R=7,8 mm	7,8 mm · 5= 39 mm	^periferic 1mm	G=1«5= 5mm
Fața posterioară	R=7,3 mm	7,3 mm · 5= 36,5 mm
5.Camera anterioară	1,336	-	-		-
6.Irisul/ diafragm	1,336	Diafragm circular	D=12 mm - distanța dintre fața posterioară a corneei și planul tangent la cristalin și iris 3,1 mm	12 mm · 5=60 mm - distanța dintre fața posterioar ă a lentilei 4 și planul tangent la cristalin și iris 3,1 · 5=15,5 mm	G=0,3 mm	G=0,3«5= 1,5 mm
7.Pupila/orificiu	-		Dminim=2mm	2 mm •5=10 mm	D=0,3mm	D=0,3 · 5= 1,5 mm

RO 126977 Β1

Tabelul 1 (continuare)

Componente	Indici de refracție In	D=diarnetruminimsimaxim; R=raze	Componente: G = grosime, î = înălțime
Formă	Scara 1:1	Scara 5:1	Scara 1:1	Scara 5:1
8.Cristalinul/ lentila biconvexă	1=1,454 lri=1,429 lra=1,420	Diametrul	D=10 mm planul central cu Cn la 5,5 mm de fața posterioară a corneei	D=10 · 5=50 mm - planul central cu Cn la 5,5 · 5=27,5 mm pe fața posterioară a lentilei 4	O — maxim 5mm	C' =5· maxim 5=25mm
Raza faței anterioare a cristalinului	R=10 mm	R=10 · 5= 50 mm
Raza feței posterioare	R=6,8 mm	R=6,8 · 5=34 mm
9.Camera posterioară	1,339	-	-		-	-
10. Macula (foveola)/lentila menise divergentă (calotă sferică)		- Calotă sferică cu: -1 strat -în zona centrală -3 straturi periferice, dau forma de menise divergent	D =2 ^mimm mm	D =2 · ^mimm 5=10 mm	I =1 'minim 1 mm	I =1 · 'minim ' 5=5 mm
D maxim-5>θ mm - planul tangent la fața posterioară a calotei sferice este la 24 mm de fața posterioară a corneei	D maxim-5>θ mm«5= 28 mm -planul tangent la fața posterioară a calotei este la 24 · 5=120 mm de fața posterioară a lentilei menise divergent 4	'maxim- 2mm	I maxim 2-5=10 mm
înălțime 0,5 mm 1 mm	înălțime 0,5x5=2,5 mm 1 mm x5=5 mm

RO 126977 Β1 în practică, a fost realizat un model experimental, la scara 5:1 față de modelul biologic (ochiul normal).

Din punct de vedere constructiv, modelul didactic de aparat optic monocular (conform fig. 1), destinat studiului ochiului și mecanismului vederii umane, se compune din combinația unui sistem laser bifocal 1 cu un sistem holografic.

Din sistemul laser bifocal 1, fac parte: la exterior, carcasa formată din două emisfere 1 .a și 1 .b, iar la interior, soclul rezonatorul laser 2, care cuprinde, la polul anterior, un sistem dioptrie anterior 18, format, la rândul său, din lentila menise divergentă 4, diafragmul 7, cu orificiul 8, filtru de polarizare 9 a luminii, iar la polul posterior, un sistem dioptrie posterior 19, care cuprinde lentila 5, cu focarul 12 și inelul de susținere 14. Sistemul holografic este format din elementele din sistemul laser bifocal 1, la care se adaugă lentila biconvexă 10.

La exteriorul sistemului laser, se află o carcasă sferică, dură, cu peretele opac și compact, formată din două emisfere 1.a și 1.b, pe axul optic 13 comun, plasate la polii rezonatorului, care se înșurubează la nivelul șanțului ecuatorial 1* și au două orificii coaxiale, circulare, transparente, cu diametre diferite, un orificiu cu diametrul mare D_bazamare =1,1 D_LC, la polul anterior și un orificiu circular mic cu D_bazamica = 0,9 D_LC, la polul posterior, lungimea carcasei fiind 2,4 D_LC egală cu diametrul (2,4 D_LC).

în interiorul carcasei, se află soclul rezonatorul laser 2 dur, în formă de trunchi de con, coaxial cu carcasa, cu lungimea de L = 2,4 D_LC, aceeași poli, cu grosimea de 0,2 D_LC, având rol de banc de susținere a sistemului laser-holografic (format de sistemul de 3 lentile coaxiale 4, 5 și 10); la polul anterior, se află un capac 15, transparent, cu diametrul D = 1,14 D_lc, cu rol de protecție mecanică a lentilei 4. La polul anterior al soclului rezonatorului, în interior, se fixează un manșon 3, conic, negru, flexibil, opac, care fixează lentila 4 și lentila biconvexă 10 (cu sau fără suport propriu), apoi se răsfrânge pe baza mare a soclului, având rol de amortizare a șocurilor mecanice. La polul posterior soclului 2, în interior, se află un manșon 3*, transparent, dur, conic, care fixează, la un capăt, lentila biconvexă 10 și, la celălalt, fixează lentila menise divergentă 5; deci, lentila biconvexă 10 este susținută de ambele manșoane 3 și 3*; la polul posterior al soclului 2, se află un inel de susținere 14 care fixează lentila menise divergentă 5, și un capac 16 mobil, de protecție mecanică a lentilei 5. Rezonatorul poate fi orientat sau direcționat cu axul optic 13 spre sursa-obiect S-Ob, prin sistemul de mobilizare 20, realizând condiția de direcționare laser spre sursa de lumină S-Ob. Sistemul de răcire al rezonatorului este aerul din camera anterioară 17 și din camera posterioară 17*.

Sistemul laser are lentilele plasate la polii rezonatorului laser, ca lentila 4 și lentila 5, care au rol dublu, de transformare laser (coerentă, monocromatică, direcționare și amplificare energetică în focarele optice) și rol holografic - de formarea a hologramei optice sau a imaginii drepte, în culori, în dinamică.

Sistemul holografic este format din sistemul laser, la care se adaugă lentila biconvexă 10, cu centrul nodal 11, care este plasat între fața anterioară a lentilei 4 și focarul 6 al lentilei 4.

Sistemul dioptrie anterior 18, al sistemul laser - holografic, are elemente coaxiale, fiind plasat la polul anterior al rezonatorului, cu diametrul mare, are o lentilă menise divergentă 4, mai subțire la mijloc și mai groasă la periferie, transparentă, din sticlă (silicați), calotă sferică cu diametrul D = 1,2 D_LC, grosimea G = 0,2 D_LC, cu cavitatea spre interior, către polul opus al aparatului, cu focarul virtual 6 propriu, și face transformarea coerentă, monocromatică, și direcționarea radiațiilor optice spre focarul propriu 6, dar introduce aberații de cromaticitate și sfericitate. Focarul virtual 6 al lentilei 4 produce prima răsturnare a

RO 126977 Β1 imaginii. Camera anterioară 17 conține aer. Diafragmul 7, cu diametrul D = 1 D_LC și grosimea 1 G = 0,2 D_lc, plasat în fața lentilei 10, este prevăzut cu orificiul diafragmului 8 mai mic, cu diametrul între D_minim=0,20 D_ir și D_mayim=0,50 D_ir, cu rol de obturator intern, ce limitează 3 modurile de oscilație ale luminii incidente. Filtrul de polarizare a luminii 9 are aspect de disc, cu diametrul D = 1 D_LC, grosimea G= 0,2 D_LC, și poate fi plasat fie în fața, fie în spatele 5 diafragmului, asigurând o lumină polarizată. Lentila biconvexă 10 are un centru nodal 11, care trebuie să fie poziționat pe axul optic, între fața anterioară a lentilei menise divergentă 7 4 și focarul 6 al acestei lentile, poziție esențială pentru formarea imaginii. Lentila biconvexă are diametrul D_LC = 1 și grosimea G_minima= 0,1 D_LC, G_maxima= 0,5 D_LC. 9

Sistemul dioptrie posterior 19 al sistemului laser-holografic este format din: camera posterioară 17*, ce conține aer, din lentila menise divergentă 5, ce este fixată la polul opus 11 al rezonatorului, de inelul de susținere 14, care are o formă de calotă sferică cu diametrul D= 0,35 D_lc, cu cavitatea și focar virtual propriu 12, orientate spre interiorul aparatului. Focarul 13 propriu 12 al lentilei 5 răstoarnă imaginea a doua oară, această imagine devenind vizibilă pe fața posterioară a lentilei 5, ca ecran pe care se observă o imagine dreaptă, în culori, în 15 dinamică, mult micșorată, și care poate fi fotografiată; succesiunea cursivă de imagini are un aport de energie și informație optică în fiecare secundă, și corespunde vederii diurne și 17 poate fi măsurată. Pe timp de zi, poziția sursei de lumină S-Ob sau imaginea externă se propagă de la sistemul dioptrie anterior 18 spre sistemul dioptrie posterior 19, de la lentila 19 4 spre lentila 5. Pe suprafața externă a lentilei 5, ca un ecran (capacul 16), se pot dispune filme de înregistrare și sisteme de transmisie a imaginii. Când sursa de lumină S-Ob sau 21 imaginea emite de la polul posterior spre polul anterior, imaginea se propagă în sens invers, de la polul posterior spre polul anterior sau de la lentila 5 spre lentila 4, iar pe suprafața 23 externă a lentilei 4, poate apare imaginea mărită, fenomen ce corespunde imaginilor ce apar în somn (visuri) sau în stare de veghe. 25

Aparatul optic monocular însuși îndeplinește rolul de direcționare voluntară a axei optice a aparatului, cu ajutorul mâinii, către axa optică a sursei obiect, până când cele două 27 axe se suprapun, similar cu direcționarea reflexă sau voluntară a axei ochiului uman de către mușchii externi ai globului ocular, după care se pot realiza celelalte transformări 29 laser-holografice, cu ajutorul sistemului de lentile și medii transparente. Cei doi poli transparenți ai aparatului optic permit transmiterea imaginii într-un sens, cu micșorarea 31 imaginii de la lentila 4 către lentila 5, ce corespunde imaginii transmise de ochiul uman, de la cornee spre maculă, dar și în sens invers, de la lentila 5 spre lentila 4, similar cu 33 transmiterea imaginii de la maculă spre cornee, în vise și în gândire. Aparatul dă o imagine dreaptă, similară cu imaginea dreaptă, în spatele lentilei 5, așa cum o percepe orice om. 35 Fiecare lentilă sau componentă ce intră în alcătuirea aparatului optic monocular îndeplinește un rol (a se vedea fig. 10). Astfel, lentila menise divergentă 4 reflectă o imagine 37 dreaptă, similară cu imaginea 1-^ de pe corneea ochiului uman, dar produce refracție-birefringență și dispersia luminii emise de fiecare punct al sursei externe S-Ob în 39 radiații monocromatice corespunzătoare acelui punct S-Ob; lentila produce transformarea coerentă, când un front de undă sferic intersectează suprafața sferică a lentilei - creând un 41 loc geometric de puncte coerente, care emit secundar lumină, toate punctele coerente fiind în aceeași fază, la aceeași distanță de sursa de emisie și de focarul optic 6 al lentilei 4, spre 43 care sunt direcționate aceste radiații; focarul 6 al lentilei 4 produce prima răsturnare a imaginii, dând holograma H₃ în spatele lentilei 10 și prima întârziere de fază de n/2, 45 îndeplinind funcția corneei din ochiul uman. Lentila menise divergentă 5, îndeplinește funcția maculei retiniene; datorită formei de calotă sferică, lentila 5 are un focar propriu 12, ignorat 47

RO 126977 Β1 în oftalmologie, care produce a doua întîrziere de fază de n/2 și a doua răsturnare a imaginii, astfel că, pe fața externă a lentilei 5, se realizează o imagine dreaptă, în culori, în dinamică; grosimea maculei retiniene fiind extrem de mică, de 1...2 mm, aspectul tridimensional 3D poate fi sesizat doar de om, senzor foarte fin, se va încerca pe viitor și o variantă tehnică, cu ajutorul nanotehnologiei, existând șanse cu filmele holografice. Lentila biconvexă 10 corespunde cristalinului din ochiul uman, și dacă este plasată ca în ochiul uman - între fața anterioară a lentilei 4 și focarul acesteia 6 - nu poate răsturna imaginea optică, dar face corecția aberațiilor de cromacitate și sfericitate, aducând toate focarele monocromatice, dispersate de lentila 4, într-un singur focar, astfel că reface și lumina albă; poate apropia sau îndepărta acest focar 6 de lentila 5, similar cu cristalinul ochiului uman, care este elastic și a cărui grosime se poate modela prin întinderea capsulei cristalinului de ligamentele Zinn; din acest motiv, se propun experimente cu lentile biconvexe de grosimi diferite. Imaginea de pe fața lentilei 10 este dreaptă și micșorată - imaginea H₂ din ochiul uman. Imaginea răsturnată H₃ din spatele cristalinului este răsturnată a doua oară de către focarul lentilei 5 și dă imaginea H₄ dreaptă, care se observă prin transparență, în spatele lentilei 5.

Modelul didactic de aparat optic monocular poate fi realizat în două variante: varianta rezonatorului trunchi de con (fig. 1), în care carcasa sferică (1a și 1b) poate lipsi, rămânând doar soclul, și varianta sferică (fig. 8).

Rezonatorul laser bifocal permite formarea imaginii fie la un pol, fie la altul, în funcție de poziția sursei - obiect S-ob și a observatorului. Varianta cu rezonator laser, bifocal, sferic, a aparatului (fig. 8) este forma specifică ochiului uman, fiind varianta care se poate perfecționa pentru nevăzători. în ambele variante ale sistemului laser bifocal 1, dacă la poli se află lentile menise divergente, imaginea formată pe fața posterioară a lentilelor, ca pe un ecran, este dreaptă, nedeformată, în culori, în dinamică. Mărimea imaginii depinde de mărimea lentilei. Imaginea la lentila 5 apare mult micșorată, pe când imaginea la lentila 4 este mai mare și corespunde visurilor. Dacă aparatul are lentile menise divergente la poli, observatorul poate fi la orice distanță față de aparat, pentru a observa imaginea formată de obiectul plasat înaintea aparatului.

în alte variante, pe fața posterioară a lentilelor sau ecranul de observație a imaginii, se poate suprapune un film holografic, sisteme de transmisie a imaginii sau o retină bionică.

Dacă focarele optice ale lentilelor 4 și 5 de la polii rezonatorului aparatului se realizează cu lentile plan convexe, în loc de lentile menise divergente, apare o imagine dreaptă, dar deformată (aberații de formă) și, deoarece aparatul nu poate face adaptarea la distanță, pentru a observa imaginea corectă, trebuie ca observatorul să privească de la

25.. .30 cm distanță de polii aparatului.

Principiile de construcție ale modelului didactic de aparat optic monocular, ce face obiectul prezentei invenții, respectă condițiile tehnice laser holografice (Savii Gh., 1981; Lengyel Bela, 1968; Tarasov L.V., 1990), biofotonice (F.A. Popp, 2003) și datele anatomice (Olteanu Mircea, 1989) și fiziologice (Kanski J. J., 1994; Olteanu Mircea, 1989; Grossberg

5., Kuperstein, 1972; Munteanu Gh., 1985). Studiile de la Institutul Internațional de Biofizică Neuss Germania (Mânu MD, 2007) au confirmat oficial existența substanței active laser biologice (fostat-apă-oxigen molecular) în toate celulele ochiului, substanța activă laser devenind sursă proprie de lumină a sistemelor biologice.

Membranele celulare cu două foițe fosfolipidice fac posibilă transmisia luminii/bioluminiscenței în ambele sensuri și din aproape în aproape fie de la cornee spre retină, fie invers, de la retină spre cornee, în funcție de zona de maximă energie optică. Aceste lucruri justifică modelul experimental propus: sistemul laser bifocal, ca bază a aparatului optic monocular. Propagarea luminii în sens invers este posibilă la întuneric, prin descărcarea energiei acumulate în timpul expunerii la lumină în compușii macroergici și apă, întreținând procesele biologice.

RO 126977 Β1

Tabelul 2

Parametrii componentelor modelului didactic de aparat optic monocular

Componente	Dimensiuni componente oculare*	Grosime componente*
Carcasa formată din două emisfere 1.a și 1.b	Lungime = 2,4 DLC	D= 2,4 Dlc	0,2 Dlc
Soclu rezonatorului 2	Lungime = 2,4 DLC	Dbaza mare” ^LC ^baza mica- θ>θ ^LC	0,2 Dlc
Manșoane 3 și 3*	Lungime=1,2 DLC	^baza mare- >1 ^LC Du =09 D, r' baza mica ^LC	0,2 Dlc
Lentilă menise divergentă 4	Calotă sferică	D= 1,2 Dlc
Fața anterioară Fața posterioară H = 0,14 Dlc	Ri= 0,78 Dlc R2= 0,72 Dlc	o O o O I- 73 I- O O Φ O Φ Φ 3 o' ω “ll o ° - o o
Lentilă menise divergentă 5	Fața anterioară Fața posterioară H=0,14 Dlc	O O ZI ZI g g to g 5 ii ii î 3 P p ii H ro ω o O co co g £ o C 1—| O O O CI o o	^centrala 0,0125 D|_C GDeriferic = [jci 11ei lud 0,0250 Dlc
Diafragm		D=1 Dlc	0,2 Dlc
Inel de susținere 14		^baza mica-θ’θ ^LC	0,2 Dlc
Orificiu 8		Dminim-0,20 DLC Dmaxim-0’50 DLC	0,04 Dlc
Filtru de polarizare 9		D= 1 Dlc	0,05 Dlc
Lentilă biconvexă 10	Fața anterioară Fața posterioară	d d 7) 7) II II II II o σ σ σ Vj o O o o CI o	0 0 3 3 ω =;· x Ξ. § L II Ă o P cn -* o o o o

*Toți parametrii se raportează la diametrul lentilei biconvexe 10, notată D_LC.

în fig. 2, se prezintă parametrii caracteristici lentilei menise divergente 4 - calota sferică, de la unul dintre polii aparatului: diametrul D, înălțimea H, raza mare raza mică R₂, focarul comun al razelor de curbură 6, grosimea la centru Gc și grosimea la periferie Gp.

în fig. 3, se prezintă parametrii caracteristici diafragmului 7: diametrul D, raza R, grosimea G, un orificiu coaxial 8, cu diametrul d și aceeași grosime G.

în fig. 4, se prezintă parametrii caracteristici filtrului de polarizare a luminii 9: diametrul D, raza R și grosimea G.

în fig. 5, se prezintă parametrii caracteristici lentilei menise divergente 5, care este o calotă sferică, plasată la celălalt pol al aparatului, cu diametrul D, înălțimea H, raza mare R^ raza mică R₂, focarul comun al razelor de curbură 12, grosimea la centru Gc și grosimea la periferie Gp.

în fig. 6, se prezintă parametrii caracteristici lentilei biconvexe 10, cu diametrul D, grosimea G, raza feței anterioare R·! și raza feței posterioare R₂, mai mică, și un centru nodal CN 11.

RO 126977 Β1 în fig. 7, se prezintă parametrii caracteristici soclului rezonatorului laser 2, conic, dur (fără lentile), ce are ca elemente: la polul anterior, un diametru mare D, protejat de manșonul 3, elastic, negru, care susține sistemul dioptrie anterior 18; în interior, manșonul 3* transparent, dur, conic, plasat între lentila 10 și lentila 5; la polul posterior, cu diametrul mic d, este fixat inelul 14 de susținere a lentilei 5.

în fig. 8, este reprezentat modelul didactic de aparat optic monocular, varianta sferică, cu carcasa rezonatorului laser formată din emisferele 1.a și 1.b, șanțul de joncțiune 1*, cu axul optic 13, lentila menise divergentă 4, diafragmul 7, cu orificiul 8, filtrul de polarizare 9, inelul de susținere 14 și lentila menise divergentă 5.

în fig. 10, este ilustrat principiul de funcționare laser holografic al modelului didactic de aparat optic monocular.

Aparatul nu este o lupă, nu mărește, ci, din contră, micșorează imaginea care ajunge la polul posterior al sistemului corespunzător maculei, unde se examinează imaginea. Specific acestui model este combinația unui sistem laser bifocal 1 cu un sistem holografic și posibilitatea de mobilizare a axului optic al rezonatorului pe direcția axului obiect.

Din sistemul laser bifocal, fac parte soclul rezonatorul laser 2, lentila menise divergentă 4 și lentila menise divergentă 5, sursa de lumină S-Ob, diafragmul 7, cu orificiul 8 și filtru de polarizare 9 a luminii.

Sistemul holografic este format din sistemul laser, la care se adaugă lentila biconvexă 10.

Sistemul laser bifocal este format din: soclul rezonatorului laser 2 cu doi poli, respectiv, două sisteme dioptrice, coaxiale la poli, cu focarul 6, al lentilei 4 ce aparține sistemului dioptrie anterior (S.D.A.) 18, focar care dă holograma sau imaginea H₃ răsturnată (prima răsturnare a imaginii), și un focar 12, al lentilei 5 din sistemul dioptrie posterior (S.D.P.), care răstoarnă imaginea a doua oară, dând imaginea H₄ dreaptă, în culori, în dinamică. Sursa de lumină S-Ob poate fi orice punct-obiect, care emite fronturi de undă sferice, care ating lentila 4, cu obținerea locului geometric de puncte coerente. Filtrul de polarizare 9 transformă lumina în lumină polarizată, iar radiația este descompunsă în componentele monocromatice, direcționate spre focare monocromatice; raza mai mică a lentilei 5 produce direcționarea radiațiilor sub un unghi de incidență foarte mic, de 0°6'- 9°2', pe suprafața sferică a acestor lentile, și deci se formează condiția laser a unui maximum de intensitate optică, necesară unei holograme clare, cât și condiția acuității maxime a vederii. Mediile de răcire, din camera anterioară și posterioară a aparatului, asigură întreținerea fenomenului laser, a transparenței necesare emisiei continue de radiații secundare de către substanța activă laser, silicații și aerul în cazul lentilelor, fosfații și aerul în cazul ochiului uman. Formarea locului geometric de puncte coerente pe lentila 4, ca urmare a interferenței fronturilor de undă emise de fiecare punct obiect cu suprafața lentilei, asigură coerența, sincronizarea efectelor secundare și formarea unei imagini de fază. Succesiunea de imagini este asigurată de succesiunea de fronturi optice ale obiectului vizat, prin stimulare continuă și amortizare rapidă a efectelor optice, prin absorbția energiei și transmiterea mai departe, sub forme diferite, optice, calorice, electrice, magnetice etc. Direcționalitatea laser a aparatului este asigurată mecanic, prin mobilizare manuală, înlocuind mușchii externi ai globului ocular care orientează axul optic pe direcția sursei S-Ob. Diafragmul 7, cu orificiul 8, reprezintă obturatorul intern ce limitează modurile de oscilație optice, favorizând formarea unei imagini clare. Ceea ce trebuie să urmărim este refracția luminii prin sistemul de lentile și imaginile obținute, nu reflecția luminii. Astfel, prin refracția pe fața anterioară a lentilei menise divergente 4, apare o imagine dreaptă, în culori, în dinamică (prin succesiunea

RO 126977 Β1 a 10¹³ fronturi de lumină/secundă). Lentila 4 are un focar propriu 6, care răstoarnă imaginea 1 prima dată, dând o imagine răsturnată, holograma H₃, în spatele lentilei 10, și apar aberații de formă și culoare (aberații de cromacitate și sfericitate). Pe fața anterioară a lentilei 10, 3 apare tot o imagine dreaptă, holograma H₂. Lentila biconvexă 10, plasată între fața anterioară a corneei și focarul corneei, nu poate să răstoarne imaginea, fapt pentru care 5 lentila 10 poate fi prezentă sau poate lipsi, dar poate face corecția aberațiilor de cromacitate și sfericitate, și poate modifica poziția focarului optic al lentilei 4, și suprapune culorile într-un 7 focar unic, plasat înaintea lentilei 5; lentila 10 ar trebui să aibă cel puțin trei nuclee concentrice, lenticulare (cu straturi de celule alungite), fapt posibil prin nanotehnologie și 9 optică de clasă. Imaginea răsturnată H₃ este proiectată pe lentila 5 menise divergentă, care are focar propriu, și o răstoarnă a doua oară, dând imagini holografice corecte H₄, drepte, 11 în culori, în dinamică. Aparatul lucrează la lumină și permite observarea directă a imaginii la fiecare dintre polii rezonatorului laser bifocal, dat fiind că propagarea luminii (imaginii) 13 poate avea loc în ambele sensuri. Astfel: a. imaginea care se formează la polul posterior, corespunde vederii diurne, când lumina și bioluminiscența se propagă de la cornee spre 15 maculă, iar pe retina maculară se formează o imagine dreaptă, în culori, în dinamică, tridimensională, care reprezintă obiectul punct cu punct, în relația 1:1; b. imaginea ce 17 corespunde vederii nocturne (visele) sau viselor în stare de veghe (cu ochii deschiși) se formează la polul cornean, ca hologramă optică observatorul poate vizualiza imagini 19 drepte, în culori, în dinamică; transmisia corespunde emisiei de luminiscență de la lentila maculară (ce corespunde transmisiei de la creier prin nervii optici) spre lentila corneană. 21 în concluzie, imaginea H₄ pe retină este o hologramă tridimensională, de fază, dreaptă, în culori, în dinamică, ca faze succesive dinamice ce reflectă mișcarea obiectului. 23 Aceste energii se pot amplifica de-a lungul sistemului de transmisie optică. Focarul unic al

S.D.A este imobil la acest aparat. Când focarul S.D.A coincide cu focarul maculei, imaginea 25 este clară și pentru ochiul observatorului (ochi emetrop), iar focarul devine focar unic al globului ocular. Când focarele nu coincid, apare miopia, hiopermetropia sau astigmatismul. 27

Claims (4)

Revendicări

1. Model didactic de aparat optic monocular, care modelează structura anatomică a ochiului uman, la scara 5:1, caracterizat prin aceea că este constituit dintr-un sistem laser bifocal (1), format dintr-un soclu rezonator laser bifocal (2), opac la lumină, ce are rolul de a transforma lumina externă, necoerentă, în radiație coerentă monocromatică, având dispus coaxial, la cele două poluri opuse, reprezentând polul cornean și polul macular, un sistem dioptrie anterior (18) și, respectiv, un sistem dioptrie posterior (19), cele două sisteme menționate formând un sistem laser holografic, care are rolul de a modela imaginea, și dintr-un ax optic (13), în care:

a. sistemul dioptrie anterior (18) este alcătuit:

- dintr-o lentilă menise divergentă (4), destinată transformării coerente, monocromatice și direcționării radiațiilor optice spre un focar propriu (6), dispus către polul opus al aparatului, focar (6) care produce prima răsturnare a imaginii provenite de la o sursă obiect (S-Ob);

- dintr-un diafragm (7) prevăzut cu un orificiu (8), plasat între fața anterioară a lentilei (4) și focarul acesteia (6), având rol de obturator intern, ce limitează modurile de oscilație a luminii incidente;

- dintr-un filtru de polarizare a luminii (9), care poate fi plasat fie în fața, fie în spatele diafragmului (7), și

- dintr-o lentilă biconvexă (10), cu un centru nodal (11) care trebuie să fie poziționat pe axul optic (13) al aparatului, între fața anterioară a lentilei menise divergente (4) și focarul (6), având rol de corectare a aberațiilor de formă, culoare și mărime a imaginii, neavând rol însă în poziționarea (răsturnarea) imaginii;

b. sistemul dioptrie posterior (19) este alcătuit:

- dintr-o lentilă menise divergentă (5) cu focar propriu (12), orientat spre interiorul aparatului, ce are rol de a prelua imaginea de la lentila biconvexă (10) și de a o răsturna pentru a doua oară, aceasta devenind vizibilă, pe fața posterioară a lentilei (5), ca pe un ecran, pe care se observă imaginea dreaptă, în culori, în dinamică, mult micșorată, a unei surse obiect (S-Ob).

2. Model didactic, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că sistemul laser bifocal este alcătuit:

- dintr-o carcasă dură, cu peretele compact și opac, compusă din două emisfere (1a și 1b) care se înșurubează la nivelul unui șanț ecuatorial (1*);

- din soclul (2) dispus în interiorul carcasei, în formă de trunchi de con, coaxial cu carcasa, având rol de banc de susținere a sistemului dioptrie anterior (18), a sistemului dioptrie posterior (19) și a lentilei (10), acestea alcătuind sistemul holografic;

- dintr-un manșon (3) conic, flexibil, opac, dispus în interiorul soclului (2), ce are rolul de a fixa, la polul anterior, lentila menise divergentă (4), diafragmul (7), filtrul de polarizare (9) și lentila biconvexă (10);

- dintr-un alt manșon (3*) plasat în interiorul soclului (2), transparent, dur, conic, plasat între lentila (10) și lentila (5), pe care le fixează;

- dintr-un inel de susținere (14) ce fixeaxă lentila (5) la polul posterior al soclului (2);

- din două camere cu aer, o cameră anterioară (17) și o cameră posterioară (17*), ce utilizează aerul din mediu, pentru răcirea rezonatorului, și

- din două capace plasate la cei doi poli ai rezonatorului, un capac (15) la polul anterior și un capac (16) la polul posterior, cu rol de protecție mecanică a lentilelor menise divergente (4, respectiv, 5).

RO 126977 Β1

3. Model didactic, conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că sistemul laser 1 bifocal (1) poate fi direcționat, cu ajutorul unui sistem de mobilizare (20), spre sursa-obiect (S-Ob). 3

4. Model didactic, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că imaginile se pot transmite în ambele sensuri pe axul optic (13), datorită transparenței celor 2 poli, astfel 5 încât, atunci când imaginile se transmit de la lentila (4) spre lentila (5), se obține o imagine micșorată, în spatele lentilei (5), iar când imaginile se transmit în sens invers, se obține o 7 imagine mărită, la polul opus, în spatele lentilei (4), de asemenea, dreaptă.