1
WZROK
Prawo odbicia
Jeżeli światło pada na powierzchnię zwierciadlaną, to ulega odbiciu, przy czym promień padający, normalna do powierzchni odbijającej
i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie, a kąt padania jest równy kątowi odbicia.
Prawo załamania
Jeżeli wiązka światła pada ukośnie na granicę dwóch ośrodków, to ulega załamaniu. Promień padający, normalna do powierzchni granicznej i promień załamany leżą w jednej płaszczyźnie, a stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla danych dwóch ośrodków wielkością stałą, którą nazywamy względnym współczynnikiem załamania n12.
Bieg wiązki światła przechodzącej przez granicę dwóch ośrodków jest odwracalny.
Jeżeli światło przechodzi z ośrodka 1 do ośrodka 2 i ugina się na granicy w kierunku do normalnej, to mówimy, że ośrodek 2 jest optycznie gęstszy niż ośrodek 1.
Jeżeli światło przechodzi z ośrodka 1 do ośrodka 2 i ugina się na granicy w kierunku od normalnej, to mówimy, że ośrodek 2 jest optycznie rzadszy od ośrodka 1.
Załamanie w to zmiana kierunku rozchodzenia się (refrakcja fali) związana ze zmianą jej , gdy przechodzi do innego ośrodka. Inna prędkość powoduje zmianę , a pozostaje stała
Prawo Snelliusa
P pochodzący z Ośrodka A w S załamuje się na granicy ośrodków i podąża jako promień Z w Ośrodku B. Kąt padania oraz kąt załamania określa się między odpowiednim promieniem, a prostopadłą do granicy ośrodków w punkcie padania S, można oznaczyć kąt padania θP oraz kąt załamania θZ. tych kątów wiąże następująca zależność:
,
gdzie:
vi prędkość fali w ośrodku i,
n1- współczynnik załamania światła ośrodka A,
n2- współczynnik załamania światła ośrodka B.
Optyka w miejsce prędkości fal świetlnych posługuje się .
BUDOWA OKA
Gałka oczna znajduje się w przedniej części oczodołu i porusza się dzięki ruchom mięśni ocznych w zagłębieniu utworzonym przez tkankę tłuszczową oczodołu i liczne powięzie. Wychodzący z niej nerw wzrokowy przechodzi przez otwór kostny do wnętrza czaszki i dalej do mózgu.
Oko ma w przybliżeniu kształt kuli o średnicy 24 mm, wypełnionej w większości bezpostaciową substancją (ciałkiem szklistym), znajdującej się pod ciśnieniem pozwalającym na utrzymanie jego kształtu.
Twardówka (sclera) jest najbardziej zewnętrzną częścią oka. Zbudowana jest z nieprzeźroczystej błony włóknistej łącznotkankowej. W przedniej części oka przechodzi w rogówkę.
Rogówka (cornea) kształtem przypomina wypukłe szkiełko od zegarka. Zbudowana jest z przeźroczystej błony włóknistej.
Między twardówką i siatkówką leży naczyniówka (choroidea), która wraz z tęczówką (iris) i ciałem rzęskowym (corpus ciliare) tworzy błonę naczyniową, w której znajdują się naczynia krwionośne. Ciało rzęskowe utrzymuje soczewkę w odpowiednim położeniu.
Siatkówka (retina) jest receptorową częścią oka. Składa się z trzech warstw, przy czym najbliższa środka oka warstwa składa się z czopków i pręcików - komórek światłoczułych, a dwie pozostałe z neuronów przewodzących bodźce wzrokowe. Na siatkówce znajduje się plamka żółta, będąca miejscem o największym skupieniu czopków i z tego powodu cechuje się największą wrażliwością na barwy i światło. Nieco niżej znajduje się plamka ślepa - miejsce pozbawione komórek światłoczułych i dlatego niewrażliwe na światło. Jest miejscem zbiegu nerwów łączących komórki światłoczułe z nerwem wzrokowym.
Soczewka (lens) jest zawieszona między tęczówką a ciałem szklistym na obwódce rzęskowej. Składa się z torebki (capsule), kory (cortex) i jądra (nucleus) i ma dwie wypukłe powierzchnie - przednią i tylną. Jeśli wyobrazimy sobie soczewkę jako owoc, to torebka jest jego skórką, kora jego miąższem, a jądro pestką.
Tęczówka (iris) jest umięśnioną częścią błony naczyniowej otaczającej otwór nazywany źrenicą. Dzięki zawartemu w niej pigmentowi jest kolorowa. Mięśnie tęczówki pozwalają na zwiększanie lub zmniejszanie dopływu światła przez regulację wielkości źrenicy.
Wnętrze oka wypełnia przeźroczysta, galaretowata substancja, nazywana ciałem szklistym (corpus vitreum).
Przednia część gałki ocznej i wewnętrzna część powiek pokryte są spojówką (tunica conjuctiva).
W górno - bocznej części oczodołu znajduje się gruczoł łzowy wydzielający łzy mające za zadanie oczyszczać powierzchnię oka z zabrudzeń i nawilżać ją.
Układ optyczny oka przyrównać można do aparatu fotograficznego, przy czym rolę soczewek obiektywu spełniają rogówka i soczewka oka, rolę przysłony - tęczówka, a warstwy światłoczułej kliszy – siatkówka
DZIAŁANIE OKA
Światło wpadające do oka biegnie przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewkę i ciało szkliste, by zakończyć swą podróż na siatkówce wywołując wrażenie wzrokowe przekazywane do mózgu za pośrednictwem nerwów łączących się w nerw wzrokowy. Rogówka, wraz z cieczą wodnistą, soczewką i ciałem szklistym, stanowią układ skupiający promienie świetlne tak, by na siatkówce pojawiał się ostry obraz obserwowanego przedmiotu i dawał jak najostrzejsze wrażenie wzrokowe. Dlatego też soczewka ma możliwość zmiany swojego kształtu, a co za tym idzie mocy optycznej. Pozwala to na ogniskowanie na siatkówce przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach od oka. Zdolność tę nazywamy akomodacją. Ostre widzenie uzyskiwane jest wtedy, gdy ognisko obrazowe pokrywa się z siatkówką. W przypadku, gdy oko nie jest w stanie zogniskować światła dokładnie na siatkówce mówimy o wadach wzroku. Moc optyczna oka nieakomodującego wynosi około +60 dioptrii, przy czym około 2/3 tej mocy przypada na rogówkę.
Na poniższym rysunku widzimy charakterystyczne parametry oka jako układu optycznego. Nad osią symetrii oka znajdują się parametry dotyczące oka nieakomodującego (oznaczone indeksem o), natomiast pod osią - akomodującego (oznaczenie indeksem a). Powierzchnie soczewki zaznaczone są liniami przerywanymi.
Do soczewki ocznej przylega tęczówka spełniająca rolę przysłony aperturowej kurczącej się pod wpływem bodźców świetlnych co powoduje zmianę średnicy źrenicy wejściowej oka. Tęczówka ma zdolność do zmiany apertury wejściowej oka w zakresie od 8 mm w ciemności do 2 mm przy intensywnym oświetleniu.
Układ optyczny z pewnym przybliżeniem uważać można za centryczny. Środki krzywizn rogówki i soczewki leżą na prostej zwanej osią optyczną oka. Występuje jednak rozbieżność osi optycznej i osi widzenia, która jest wynikiem przesunięcia dołka środkowego poza oś optyczną oka. W efekcie występuje obrót osi widzenia względem osi optycznej średnio o około 5 stopni.
Siatkówka jako odbiornik promieniowania elektromagnetycznego zbudowane jest z dwóch rodzajów komórek światłoczułych: czopków i pręcików połączonych za pomocą nerwów z mózgiem. Czopki o względnie niskiej czułości przeznaczone są do obserwacji przy świetle dziennym. Ich maksymalne zagęszczenie występuje w dołku środkowym. Jeśli zatem obraz obserwowanego przedmiotu znajdzie się dokładnie w tym obszarze uzyskujemy wtedy najlepsza zdolność rozdzielczą. Wraz ze spadkiem natężenia światła wpadającego do oka rośnie średnica źrenicy. W momencie, gdy czułość czopków jest niewystarczająca do prowadzenia obserwacji, mimo dużych wymiarów źrenicy, funkcję receptorów przejmują pręciki. Pręciki znajdują się poza dołkiem środkowym, a największe ich zagęszczenie znajduje się w odległości kątowej 15 stopni od jego środka (dlatego widzenie nocne nazywamy widzeniem peryferyjnym). Przy dużym natężeniu światła pręciki chronione są przed nadmiarem światła przy użyciu specjalnego barwnika. Jego działanie możemy zaobserwować przechodząc z ciemnego pomieszczenia do jasnego lub odwrotnie (efekt olśnienia). Proces przystosowania wzroku do warunków oświetlenia nazywamy adaptacją.
W miejscu gdzie połączenia nerwowe elementów światłoczułych z mózgiem tworzą wspólny nerw wzrokowy powstaje plamka ślepa pozbawiona zupełnie czopków i pręcików. Jeśli obraz przedmiotu obserwowanego znajdzie się w tym miejscu wrażenie wzrokowe nie zostanie odebrane i obserwator nie zauważy tego przedmiotu.
RÓŻNE KOLORY
Oko odbiera tylko część promieniowania nań padającego. Związane jest to z własnościami fizyko-chemicznymi rogówki, czopków i pręcików. Odbieramy zatem tylko światło, które mieści się w zakresie tzw. okna optycznego. Okno optyczne to przedział długości fali elektromagnetycznej (światła) od ok. 400nm (co odpowiada do oglądania przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach. Dostosowanie to polega na odpowiednim doborze ostrości .
Istnieją dwa zasadnicze mechanizmy akomodacji:
· zmiana kształtu oka, a wskutek tego zmiana jej i co za tym idzie zmiana jej
· zmiana odległości soczewki od .
Ten pierwszy mechanizm występuje u , a drugi u . U występują oba mechanizmy, a u zjawisko akomodacji w ogóle nie występuje.
Elastyczna soczewka oka może zmieniać swój kształt dzięki .
Zakres akomodacji (odległość między punktem bliży i dali wzrokowej) oka człowieka
· Punkt bliży wzrokowej - najbliższy punkt, jaki oko jest w stanie ostro widzieć dzięki akomodacji soczewki (ok. 10 cm).
· Punkt dali wzrokowej - najbliższy punkt powyżej którego soczewka nie akomoduje (ok. 6 m)
Skupienie wzroku na obiekcie znajdującym się daleko powoduje rozluźnienie mięśnia rzęskowego i spłaszczenie soczewki. Skupienie wzroku na obiekcie znajdującym się blisko powoduje skurcz mięśnia rzęskowego i zaokrąglenie soczewki.
WADY WZROKU I ICH KORYGOWANIE
Krótkowzroczność (Miopia)
Jest jedną z najczęściej spotykanych wad refrakcyjnych ludzkiego. Jest wynikiem zbyt dużych rozmiarów przednio-tylnych oka lub zbyt dużą siłą łamiącą układu optycznego oka.
Promienie równoległe, które w nieakomodującym, zdrowym oku ogniskowane są na siatkówce; w nieakomodującym oku krótkowzrocznym ogniskowane są przed siatkówką. W skutek tego krótkowidz ma obraz nieostry, a nawet lekko zamazany. Żeby dojrzeć przedmiot daleki, krótkowidz musi zbliżyć go do swych . Aby poprawić ostrość krótkowidz stosuje okulary korekcyjne lub soczewki kontaktowe. Są to soczewki rozpraszające; ich moc
optyczną podaje się w dioptrach, dodając znak „-”. Wyróżnia się trzy stopnie krótkowzroczności:
małą – w zakresie do 3 dpt.,
średnią – poniżej 6 dpt.,
wysoką – powyżej 6 dpt.
Przy wysokiej krótkowzroczności w
późniejszym okresie życia mogą wystąpić zmiany zwyrodnieniowe naczyniówki, siatkówki i ciała szklistego. Ten typ wady rozwija się najczęściej w okresie dojrzewania płciowego
Nadwzroczność (Hipermetropia)
Jest to druga, obok krótkowzroczności, najczęściej spotykaną wadą refrakcyjną oka. To wynik zbyt małych rozmiarów przednio-tylnych gałki oczne, lub niewystarczającej siły łamiącej układu optycznego oka. Nadwzroczność wzrasta z wiekiem (tzw. prezbiopia, starczowzroczność) wskutek postępującego osłabienia aparatu nastawczego oka, w wyniku zmniejszenia sprawności mięśnia rzęskowego i elastyczności soczewki. Promienie równoległe, które w nieakomodującym zdrowym oku ogniskowane są na siatkówce, podczas gdy w nieakomodującym oku nadwzrocznym ogniskowane są za siatkówką, co skutkuje wrażeniem nieostrego obrazu. Żeby pacjent dobrze widział przedmiot dalekowidz odsuwa go od oczu. W celu poprawy ostrości widzenia u dalekowidza stosuje się okulary korekcyjne lub soczewki kontaktowe skupiające. Ich moc optyczną również podaje się w dioptrach, dodając znak „+” . Wyróżnia się trzy stopnie dalekowzroczności:
małą – w zakresie do 3 dpt.,
średnią – poniżej 6 dpt.,
wysoką – powyżej 6 dpt.
Brak korekcji u młodych ludzi może prowadzić do tzw. zeza
akomodacyjnego.
Daltonizm
Oko ludzkie przystosowane jest do widzenia barw światła o dł. Fali w zakresie od 400 nm.(kolor fioletowy), do 700 nm.(kolor czerwony). Złe rozpoznawanie barw to właśnie daltonizm. Nazwa wady wywodzi się od nazwiska angielskiego fizyka i chemika, J.Daltona, (który jako pierwszy opisał ślepotę na barwy zieloną i czerwoną). Ta może być wrodzona lub nabyta. Daltonizm wrodzony jest dziedzicznym defektem, na który cierpi
ok. 8 % mężczyzn i 0,5 % kobiet. Daltonizm nabyty może być wynikiem przejścia choroby siatkówki. Wada ta jest często definiowana jako ślepota na barwę czerwono-zieloną. Występuje także ślepota na barwę czerwoną, rzadziej zieloną i bardzo rzadko na fioletową. W większości przypadków osoby źle rozróżniające barwy od urodzenia nie zdają sobie sprawy z
istnienia tej wady, gdyż ostrość wzroku u niech jest zwykle prawidłowa. Całkowita ślepota na barwy jest wynikiem niedorozwoju czopków siatkówki i łączy się ze znacznym obniżeniem ostrości wzroku i trudnością przystosowania się do światła. Wadę tę wykrywa się na podstawie specjalistycznych badań przy użyciu tablic barwnych pseudoizochromatycznych. W razie konieczności wykonania dokładniejszych badań wykorzystuje się przyrząd nazwany anomaloskopem. Pacjent badany ma za zadanie porównanie dwóch barw. Osoby posiadające wadę daltonizmu na jednej z tablic zobaczy liczbę 21, zamiast prawidłowej 74.Osoby źle rozróżniające barwy nie mogą wykonywać wieluzawodów wymagających bezbłędnego rozpoznania barw: kierowca, maszynista, pilot itp.
Zez
Ta wada wzroku zachodzi przy nieprawidłowym ustawieniu gałek ocznych oraz zaburzenia widzenia. W prawidłowych warunkach obie gałki poruszają się zgodnie w różnych kierunkach dzięki działaniu mięśni zewnętrznych oka. W czasie patrzenia ustawiamy oczy
odruchowo w taki sposób, aby obraz przedmiotu padał na część plamkową siatkówki, równocześnie w obu oczach. W przypadku, gdy któreś mięśnie wykazują przewagę czynnościową, następuje odchylenie gałki ocznej od osi optycznej i pozostaje możliwość posługiwania się jednym okiem. Oko odchylone os swej osi optycznej nie może prawidłowo odbierać wrażeń wzrokowych, gdyż obraz ucieka z części plamkowej i powstaje na obwodzie siatkówki. Rozróżniamy dwa podstawowe typy zeza: rozbieżny i zbieżny (najczęściej występujący)
Oczy „zezujące” mogą być ustawione w górę lub w dół. Zez może również dotyczyć
jednego lub dwojga oczu naprzemiennie. Ta wada zdarza się najczęściej we wczesnym
dzieciństwie, kiedy to proces umożliwiający złączenie obrazów odbieranych przez dwoje oczu w jeden (tzw. fuzja) jest słabo wykształcony i nie ma mechanizmu, który mógłby likwidować nieprawidłową fiksację i umożliwić prawidłowe umiejscowienie obrazów symetrycznie na siatkówce obu oczu. W zezie nie ma możliwości poprawnego widzenia obuocznego, ponieważ obraz w oku fiksującym znajduje się w pewnej odległości od plamki żółtej. Powoduje to, iż obraz odbierany z różnych części siatkówki obu oczu, widziany jest podwójnie.
Pacjent, starając się uniknąć tego nieprzyjemnego zjawiska, używa na przemian
raz jednego, raz drugiego oka i w ten sposób powstaje zez naprzemienny. W zezie
tego typu zwykle zachowana jest ostrość obu oczu. Inaczej jest w zezie jednego oka, gdzie oko zezujące przeważnie ma obniżoną ostrość widzenia. Przy trwającym zbyt długo zezie,
niemożność widzenia precyzyjnego widzenia powoduje stopniowe niedowidzenie.
Leczenie polega na stosowaniu odpowiednio dobranych szkieł korekcyjnych, zlikwidowania ewentualnego niedowidzenia, wytworzenia widzenia obuocznego i przywróceniu prawidłowego ustawienia oczu. Leczenie zeza powinno być przeprowadzane jak najwcześniej (szczególnie u dzieci), przed 6 rokiem życia. Kuracja prowadzona przed ukończeniem tego wieku daje duże szanse powodzenia na przywrócenie praw. ustawienia oczu, jak i widzenia obuocznego.
Astygmatyzm
To wada polegająca na zniekształceniu widzenia w skutek niesymetryczności rogówki oka. Chodzi o to, że jeżeli promień krzywizny rogówki oka w płaszczyźnie pionowej jest inny niż
w płaszczyźnie poziomej, to promienie świetlne padają na różne części rogówki, załamywane
są w różnym stopniu. Powoduje to, że obraz widziany przez pacjenta jest zamazany, nieostry. Często zdarza się, że gdy pokazuje się pacjentowi znak księżyca, widzi on tylko jedno jego ramię. Taki astygmatyzm nazywa się regularnym, a oko takie posiada duże ogniskowe. Koryguje się tą wadę przez stosowanie okularów z soczewkami cylindrycznymi. Astygmatyzm nieregularny cechuje się dużą ilością ogniskowych, wywołanej często urazami oka. Aby skorygować taką wadę konieczne jest stosowanie soczewek kontaktowych, lub specjalnych żeli okulistycznych, wyrównujących powierzchnię rogówki. Oko ludzkie posiada zwykle tzw. niezborność fizjologiczną, ale nie wymaga ona korekcji.
SOCZEWKI
Soczewka - proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem płaskich bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet parafiny, lub kropli wody).
Istotą soczewki jest to, że przynajmniej jedna z jej powierzchni roboczych jest wycinkiem sfery, albo hiperboli parabolicznej. W przypadku soczewek posiadający krzywiznę na obu powierzchniach roboczych, muszą one posiadać inny promień główny, lub przeciwny kierunek.
Soczewki będące wycinkiem walca stosuje się jako lupy w termometrach oraz do czytania.
Podstawową funkcją soczewek jest koncentryczne (względem osi) skupianie lub rozpraszanie światła. Stąd każda soczewka posiada oś optyczną i punkt skupienia. Położenie punktu skupienia soczewki zależy od wzajemnego stosunku promieni krzywizny obu powierzchni roboczych oraz stosunku współczynnika refrakcji światła materiału użytego do jej budowy oraz analogicznego współczynnika otoczenia (zwykle powietrza). Odległość położenia tego punktu od środka ciężkości soczewki nazywa się jej ogniskową. Czym większa różnica promieni krzywizny i czym większa różnica współczynników refrakcji materiału soczewki i otoczenia, tym ogniskowa jest mniejsza.
Soczewki są stosowane w:
· mikroskopach
· lunetach
· lornetkach
· lupach
· okularach leczniczych
· szkłach kontaktowych
· spektrofotometrach
· aparatach fotograficznych
· kamerach filmowych
Wady soczewek:
o aberracja chromatyczna - usuwa układ soczewek
o aberracja sferyczna - usuwa soczewka asferyczna
o koma
o astygmatyzm - usuwa układ soczewek anastygmat
o dystorsja
Aberracja chromatyczna to wada soczewki, lub układu optycznego, polegająca na odmiennych d...