PROJEKT BIOFIZYKA OKO

PODSTAWOWE ZAGADNIENIE

Podstawowe pojęcia Soczewka, układ optyczny, punkty kardynalne,

załamanie, zdolność skupiająca, aberracje, dyfrakcje. Układ optyczny oka Energetyka procesu widzenia Akomodacja i refrakcja oka Zdolność rozdzielcza oka Widzenie fotopowe i skotopowe, widzenie

przestrzenne

PODSTAWOWE POJĘCIA Soczewka

Soczewka - proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet parafiny lub kropli wody).

Typy soczewek

Najczęściej spotykany typ soczewki to soczewka sferyczna, której przynajmniej jedna powierzchnia jest wycinkiem sfery. Każda z powierzchni takiej soczewki może być wypukła, wklęsła lub płaska i stąd mówi się o soczewkach dwuwypukłych, płasko-wklęsłych itd. (patrz rysunek).

RODZAJE SOCZEWEK SFERYCZNYCH

Stosuje się również soczewki będące wycinkiem walca (np. jako lupy w termometrach oraz do czytania, szkła korygujące wady wzroku), nazywane soczewkami cylindrycznymi.

Szczególnym rodzajem soczewki jest soczewka Fresnela.

OGNISKO I OGNISKOWA Podstawową funkcją soczewek jest symetryczne względem

osi skupianie lub rozpraszanie światła. Stąd każda soczewka posiada oś optyczną i punkt, w którym skupia się wiązka równoległa do osi optycznej, zwanej ogniskiem soczewki. Odległość ogniska od środka optycznego soczewki nazywa się jej ogniskową. Ogniskowa f zależy od promieni krzywizny obu powierzchni roboczych R1 i R2 oraz współczynników załamania: materiału, z którego zrobiona jest soczewka n i otoczenia nm (dla powietrza i wzór upraszcza się).

Dla nieskończenie cienkiej soczewki (tzn. soczewki o pomijalnej grubości) wzór przyjmuje postać.

Wzór stosuje się zarówno do wklęsłych, jak i wypukłych soczewek. Przyjęto w nim następującą konwencję: dla powierzchni wypukłej promień krzywizny jest dodatni, a dla wklęsłej ujemny. Jeżeli któraś z powierzchni jest płaska, to jej promień krzywizny jest nieskończony, a jego odwrotność wynosi zero. Czasem używa się też innych konwencji i wtedy powyższy wzór ma nieco inną postać.

Rozważmy dwa proste przykłady: po pierwsze, soczewkę wypukło-wypukłą o takich samych promieniach krzywizny R > 0. Zgodnie z konwencją w powyższym wzorze wstawiamy R1 = R2 = R i przyjmując nm = 1 otrzymujemy.

Dla większości materiałów n > 1, więc taka soczewka będzie miała dodatnią ogniskową i będzie soczewką skupiającą. Im większy współczynnik załamania i mniejszy promień krzywizny, tym krótsza będzie ogniskowa soczewki. Analogicznie, soczewka wklęsło-wklęsła będzie soczewką rozpraszającą.

Soczewka skupiająca Soczewka rozpraszająca

ZASTOSOWANIE SOCZEWEK Soczewki są stosowane w wielu przyrządach optycznych do

tworzenia obrazu lub kształtowania wiązki światła: mikroskopach lunetach lornetkach lupach okularach leczniczych soczewkach kontaktowych spektrofotometrach aparatach fotograficznych kamerach filmowych druku soczewkowym świetlnych semaforach kolejowych

UKŁAD OPTYCZNY

Zespół dwóch lub więcej elementów optycznych, biorących udział w tworzeniu obrazu w przyrządzie optycznym. W zależności od konstrukcji układu optycznego, światło może przez jego poszczególne elementy przechodzić lub odbijać się od nich. W skład układu optycznego mogą wchodzić takie elementy jak: soczewki, zwierciadła, siatki dyfrakcyjne czy pryzmaty. Elementy te mogą stykać się z sobą bezpośrednio lub być od siebie oddalone.

PUNKTY KARDYNALNE

Punkty kardynalne - są to 3 pary punktów leżących na osi układu optycznego, potrzebnych do wyznaczenia parametrów (wielkość i położenie) obrazu utworzonego przez ten układ. Do punków kardynalnych zaliczamy: ogniska układu, punkty węzłowe i punkty główne.

ZAŁAMANIE

Załamanie w fizyce to zmiana kierunku rozchodzenia się fali (refrakcja fali) związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Inna prędkość powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

Załamanie światła Efekty wynikające z załamania światła

PRAWO ZAŁAMANIA Zgodnie ze schematem promień P pochodzący z

Ośrodka 1 w punkcie S załamuje się na granicy ośrodków i podąża jako promień Z w Ośrodku 2. 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. Sinusy tych kątów wiąże następująca zależność:

gdzie:vi prędkość fali w ośrodku i,

n1- współczynnik załamania światła

ośrodka 1, n2- współczynnik załamania światła

ośrodka 2.

Optyka w miejsce prędkości fal świetlnych posługuje się współczynnikami załamania. Prawo załamania zostało doświadczalnie odkryte przez Willebrorda Snella i nazywane jest prawem Snella lub Snelliusa. Prawo to można wyprowadzić z zasady Fermata lub zasady Huygensa.

ZAŁAMANIE ŚWIATŁA NA GRANICY PRÓŻNI - OŚRODEK

Przyjmując ośrodek 1 jako próżnię i oznaczając prędkość światła jako c, to prędkość światła w ośrodku o współczynniku załamania nop opisuje zależność:

gdzie:•vo - prędkość światła w ośrodku, •c - prędkość światła w próżni, •nop - współczynnik załamania światła

(współczynnik refrakcji) ośrodka względem próżni.

Bardziej złożony przykład refrakcji światła przez szkło

ZMIANA DŁUGOŚCI FALI

Przejście fali elektromagnetycznej z próżni do ośrodka powoduje zmianę długości fali zgodnie z zależnością:

gdzie:•λo - długość fali w

ośrodku, •λ - długość fali w próżni.

PRZYRZĄDY OPTYCZNE

Zjawisko załamania pozwala na zbudowanie soczewek ogniskujących fale świetlne. Ognisko może być rzeczywiste lub pozorne (wówczas powstaje wiązka rozbieżna). Jeżeli w ośrodku prędkość rozchodzenia się fali zależna jest od jej częstotliwości, możliwe jest wykonanie pryzmatu. Światło o różnych długościach fali załamuje się pod różnymi kątami, co powoduje rozszczepienie światła - powstaje barwne widmo fali. Jeżeli kąt padania fali jest zbyt duży, to załamanie nie zachodzi, a pojawia się całkowite odbicie wewnętrzne.

Jeżeli substancja ma zmienny współczynnik załamania, powoduje to powstanie zakłóceń w kierunku rozchodzącej się fali i zniekształcenie obrazu. Przykładem tego może być powietrze o zmieniającej się temperaturze. Nawet niewielkie przypadkowe fluktuacje gęstości powietrza mogą zakłócać obrazy teleskopów optycznych umieszczonych na powierzchni Ziemi.

ZDOLNOŚĆ SKUPIAJĄCA

Zdolność skupiająca (zdolność zbierająca, moc optyczna) - wielkość definiowana dla pojedynczych soczewek i dla układu optycznego oznaczająca odwrotność ogniskowej soczewki lub układu.

Gdzie: D - zdolność skupiająca, f - ogniskowa.

Domyślnie wzór ten stosuje się dla powietrza. Jeżeli dana soczewka znajduje się w ośrodku materialnym, którego współczynnik załamania wynosi n, zdolność skupiającą wyraża wzór:

Gdzie : f jest ogniskową układu w powietrzu. Zatem zastosowanie cieczy immersyjnej w mikroskopie zwiększa zdolność skupiającą obiektywu.

Dodatnia zdolność zbierająca oznacza soczewkę lub układ optyczny skupiający, a ujemna - soczewkę lub układ rozpraszający. Zerowa zdolność zbierająca oznacza brak zmiany kierunku promieni po przejściu przez soczewkę (obie powierzchnie robocze płaskie i równoległe do siebie - może wystąpić najwyżej przesunięcie równoległe, gdy kąt padania promieni będzie różny od zera).

Zdolność zbierającą mierzymy w dioptriach [D]. Wymiarem dioptrii jest odwrotność metra.

ABERRACJA OPTYCZNA

Wada pojedynczej soczewki, układu optycznego, obiektywu a także zwierciadła niepłaskiego, polegająca na deformacji uzyskanego obrazu, a w szczególności zniekształceniu jego kształtu, ostrości lub kolorów. Aberrację zmniejsza się stosując zamiast pojedynczej soczewki zespół soczewek wykonanych z różnych gatunków szkła.

Wadami zaliczanymi do aberracji są: aberracja chromatyczna aberracja chromatyczna lateralna aberracja komatyczna (koma) aberracja sferyczna astygmatyzm dystorsja krzywizna pola Wadami nie zaliczanymi do aberracji są m.in. flara winietowanie

DYFRAKCJA

Dyfrakcja to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.

Dyfrakcja używana jest do badania fal, oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i kryształów, ogranicza zdolność rozdzielczą układów optycznych.

Jeden z najprostszych przykładów zjawiska dyfrakcji zachodzi, gdy równoległa wiązka światła (np z lasera) przechodzi przez wąską pojedynczą szczelinę zwaną szczeliną dyfrakcyjną. Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt szczeliny o szerokości d, jest nowym źródłem fali. Między źródłami zachodzi interferencja, co powoduje wzmacnianie i osłabianie światła rozchodzącego się w różnych kierunkach. Dla pojedynczej szczeliny jasność w funkcji kąta odchylenia od osi przyjmuje postać:

gdzie:I – intensywność światła, I0 – intensywność światła w maksimum czyli dla kąta równego 0, λ – długość fali, d – szerokość szczeliny, funkcja sinc(x) = sin(x)/x.

Zjawisko dyfrakcji zachodzi również, kiedy fale przechodzą przez wiele blisko siebie położonych warstw. Jeżeli odległość między warstwami jest stała, kolejne maksima fali można opisać zależnością:

gdzie:•d – stała siatki, •θ – kąt od osi wiązki światła, •λ – długość fali, •m – przyjmuje wartości całkowite dodatnie od 1,2,3,...

UKŁAD OPTYCZNY OKA Oko niczym najdoskonalsza kamera filmowa rejestruje

obrazy otaczającego nas świata i za pośrednictwem nerwu wzrokowego przesyła je do mózgu, gdzie powstają wrażenia wzrokowe. Jest jednym z najważniejszych zmysłów, dzięki niemu odbieramy ok. 80% wrażeń.

Zdjęcie preparatu histopatologicznego

OKO ma postać prawie kulistą  zbudowana jest z 3 błon: zewnętrzna błona włóknista -

twardówka + rogówka, środkowa błona naczyniowa - tęczówka + ciało rzęskowe + naczyniówka, wewnętrzna błona czuciowa - siatkówka

twardówka - tzw. białko oka, w przedniej części staje sie przezroczysta  i tworzy rogówkę; jest słabo unaczyniona i mało czuła

tęczówka może mieć różne zabarwienie - szare, jasnoniebieskie, zielonkawe lub brązowe; w jej środku znajduje się czarny okrągły otwór - źrenica

źrenica - jej szerokość jest niezależna od naszej woli i zmienia się odruchowo pod wpływem różnych bodźców; pod wpływem światła zwęża się i chroni oko przed nadmiernym olśnieniem  

rogówka - ma kształt wycinka kuli, kształtem przypomina szkiełko zegarowe; jest przezroczysta, nie posiada naczyń krwionośnych; jest silnie unerwiona czuciowo, natychmiast reaguje bólem lub łzawieniem na dotyk lub ciało obce; stanowi główną część optyczną oka

ciało rzęskowe - silnie unaczyniony twór zbudowany z mięśni gładkich, otacza obszar za tęczówką; pod wpływem jego skurczów lub rozkurczów soczewka zmienia swój kształt i dostosowuje układ optyczny oka do różnych odległości     

naczyniówka - gęsta sieć naczyń krwionośnych; odżywia zewnętrzne warstwy siatkówki

siatkówka - najbardziej wewnętrzna błona gałki ocznej; ma połączenie nerwowe z całym układem mięśniowo-szkieletowym; pozwala to na odruchowe reakcje ustroju pod wpływem bodźców wzrokowych 

ciało szkliste - wypełnia centralną część oka pomiędzy soczewką a siatkówką; stanowi 2/3 objętości gałki ocznej; przezroczysta galaretowata substancja, w 99% składa się z wody; nie posiada nerwów ani naczyń krwionośnych; głównym jego zadaniem jest utrzymanie kształtu oka; reguluje także ciśnienie wewnątrzgałkowe, bierze udział w załamywaniu promieni świetlnych, amortyzuje wstrząsy i ruchy; z wiekiem ciało szkliste obkurcza się i może sie odłączyć od tylnego bieguna oka

soczewka - znajduje się pomiędzy tęczówką a ciałem szklistym; to przezroczysty, dwuwypukły twór załamujący światło; posiada zdolność przystosowywania oka do ostrego widzenia z różnych odległości; z wiekiem ta zdolność maleje

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.

Aberracje układów optycznych Aberracja - słowo wywodzące się z greki i łaciny

oznacza odchylenie od normy. Używane jest w wielu dziedzinach życia i nauki. My zajmiemy się opisem aberracji w układach optycznych. Idealny układ optyczny powinien spełniać następujące warunki odwzorowania.

a) Obrazem punktu powinien być punkt. b) Obrazem płaszczyzny powinna być

płaszczyzna. c) Przedmiot i jego obraz powinny mieć takie

same kształty. Nie ma idealnych układów optycznych, ponieważ

nie ma idealnych soczewek, z których te układy są budowane. Wady soczewek, zwane aberracjami zostały opisane matematycznie i sklasyfikowane przez Seidel'a w 1856 roku.

Wpadające do oka promienie świetlne są załamywane przez układ optyczny oka - rogówkę i soczewkę. Warunkiem ostrego widzenia jest skupianie promieni świetlnych na siatkówce. Takie oko nazywane jest okiem miarowym, czyli normowzrocznym.

Widzenie prawidłowe

Krótkowzroczność, czyli miopia, występuje wówczas, gdy promienie świetlne skupiają się przed siatkówką, zamiast na niej. Układ optyczny oka jest za silny. Korekcja laserowa osłabi go poprzez spłaszczenie rogówki.

Krótkowzroczność

Wyróżnia się trzy stopnie krótkowzroczności: małą - w zakresie do -3dpt. średnią - poniżej -6dpt. wysoką - powyżej -6dpt. Przy wysokiej krótkowzroczności w późniejszym okresie życia mogą wystąpić zmiany zwyrodnieniowe naczyniówki, siatkówki i ciała szklistego. Krótkowzroczność rozwija się najczęściej w okresiedojrzewania płciowego.

Tak widzi krótkowidz.

Nadwzroczność, potocznie dalekowzroczność, czyli hypermetropia, występuje wówczas, gdy promienie świetlne skupiają się za siatkówką. Układ optyczny oka jest za słaby. Korekcja laserowa wzmocni go poprzez uwypuklenie rogówki.

Dalekowzroczność

Tak widzi osoba w wadą nadwzroczności.

Niezborność, czyli astygmatyzm, powstaje w oku z nieregularną krzywizną rogówki lub soczewki (kształtem przypominają one wycinek piłki do rugby). Promienie świetlne skupiają się w różnych punktach, co powoduje powstanie nieostrego obrazu. Korekcja laserowa wyrówna krzywiznę rogówki i doprowadzi do skupiania się promieni świetlnych w jednym punkcie, na siatkówce.

Astygmatyzm

ENERGETYKA PROCESU WIDZENIA Proces widzenia człowieka zaczyna się w oku.

Obraz zarejestrowany przez siatkówkę oka jest przez nią wstępnie przetworzony i nerwem wzrokowym skierowany do mózgu. Tam przez odpowiednie ośrodki jest rejestrowany, przetwarzany i interpretowany. Dzięki temu zdobywamy około 83% informacji, które docierają do nas z otoczenia.

Dwie funkcje widzenia połączone w jednym narządzie.

Unikalne właściwości oka to ogromny zakres wrażliwości w połączeniu z dużą zdolnością rozdzielczą i możliwością rozróżniania pomiędzy 100000 odcieni kolorów (przy dobrym oświetleniu). Uwzględniając procesy adaptacyjne, oko ludzkie może odbierać sygnały w zakresie od 0,000001 cd/m2 do 100000 cd/m2. Właściwości te przypisywane są faktowi, że oko łączy w sobie dwie funkcje widzenia w jednym narządzie.

Za funkcje te odpowiedzialne są pręciki i czopki. Pręciki są wysoce światłoczułe i głównie odpowiedzialne za wykrywanie kształtu i ruchu. Nie mogą one jednak rozróżniać kolorów. Z drugiej strony czopki są mniej wrażliwe na światło, ale posiadają zdolność rozróżniania kolorów. Umożliwiają one nam również postrzeganie drobnych szczegółów.

Proces widzenia ma charakter elektrochemiczny. Kiedy w siatkówce komórki pręcikowe lub czopki zostają pobudzone światłem, to chemiczna kompozycja pigmentu zmienia się chwilowo. Powoduje to bardzo mały prąd elektryczny, który przechodzi do mózgu poprzez włókna nerwowe. Około sto pręcików jest połączonych z pojedynczym włóknem nerwowym. W efekcie tego grupy pręcików są wysoce światłoczułe z powodu efektu sumowania się ich stymulacji. Z drugiej strony, ostrość jest niska, ponieważ mózg nie potrafi rozróżnić pojedynczych pręcików w grupie. W warunkach widzenia wyłącznie pręcikowego otrzymuje się raczej zamazany obraz. Pręciki nie rozróżniają kolorów, ale wrażliwość pigmentu pręcika różni się dla różnorodnych kolorów widmowych. Maksymalna wrażliwość występuje przy falach o długości 507 nm (światło zielone).

Uproszczony schemat budowy siatkówki oka

A - czopki i pręciki podłączone do włókna nerwowego; B - pojedyncze czopki podłączone do włókna nerwowego; C - grupa pręcików podłączona do włókna nerwowego

Czopki występują rzadko na powierzchni całej siatkówki, ale są gęsto upakowane w żółtej plamce (rys 2). Inaczej niż pręciki, każdy czopek w dołku środkowym jest połączony indywidualnie z mózgiem. Rezultatem tego jest wysoka zdolność rozdzielcza. Z drugiej strony wrażliwość na światło jest o wiele niższa dla czopków niż dla pręcików. Z tego powodu, przy poziomach luminancji 3,5 cd/m2 i mniejszych, czopki stopniowo przestają działać. Punkt maksymalnej czułości czopków występuje dla fali o długości 555 nm (kolor jasno żółty). Przy bardzo niskim poziomie oświetlenia, gdy czopki przestają już funkcjonować, działanie przejmują pręciki. Kolory niebieskie stają się wtedy jaśniejsze w porównaniu z barwami czerwonymi. Zjawisko to zostało odkryte w 1825 roku przez czeskiego fizjologa o nazwisku Johann Evangelista Purkinje i jest od tego czasu zwane zjawiskiem Purkinjego (w literaturze można również spotkać określenia "przesunięcie Purkinjego" oraz "objaw Purkinjego".

Rozkład pręcików i czopków na siatkówce oka

POŁĄCZENIE OKA Z MÓZGIEM

Sposób, w jaki siatkówki obu oczu, połączona jest z korą wzrokową półkul mózgowych w obu częściach mózgu, nie jest tak prosty jak można by oczekiwać. Nerwy wzrokowe obu oczu łączą się bezpośrednio przed wejściem do wgłębienia czaszki, tworząc tak zwane skrzyżowanie wzrokowe. Później dzielą się one ponownie na dwa rozgałęzienia, tak zwane drogi wzrokowe, które łącząc się z ciałem kolankowatym bocznym prowadzą do obu części kory wzrokowej półkul mózgowych (rys. 3). Skrzyżowanie wzrokowe jest miejscem, gdzie nerw wzrokowy z każdego oka rozdziela się na dwie drogi wzrokowe w taki sposób, że każda z nich zawiera włókna wzrokowe pochodzące z obu oczu. W układzie tym lewa połowa kory wzrokowej przetwarza informacje wizualne pochodzące z lewej strony siatkówki obu oczu (prawa strona pola widzenia), natomiast prawa połowa kory wzrokowej zajmuje się prawą stroną każdej z siatkówek (lewa strona pola widzenia).

Schemat ideowy drogi wzrokowej, pokazujący jak siatkówki obu oczu są połączone z oboma połówkami kory wzrokowej (1 - siatkówka, 2 - nerw wzrokowy, 3 - skrzyżowanie wzrokowe, 4 - droga wzrokowa, 5 - ciało kolankowate boczne, 6 - kora wzrokowa)

Każde włókno nerwowe tworzy połączenia pomiędzy jego końcem na siatkówce i szczegółowo zdefiniowanym miejscem w płatach potylicznych kory mózgowej. Z tego powodu możliwe jest przyporządkowanie określonej powierzchni siatkówki do punktów kory wzrokowej. Godny uwagi jest fakt, że obszar żółtej plamki zajmuje proporcjonalnie o wiele większy region kory wzrokowej niż pozostałe obszary siatkówki.

Wrażenie wzrokowe powstaje pod wpływem pewnej minimalnej ilości energii świetlnej, zwanej absolutnym progiem widzenia, przy czym próg ten jest uzależniony od długości fal padającego światła. Wartości progu widzenia dla oka ludzkiego zawierają się w granicach od 2,1 * J

do 5,7 *J, a czułość oka jest największa dla promieni świetlnych o długości około 510 nm. Liczby oszacowane są doświadczalne.

Na podstawie tych danych można przede wszystkim zdefiniować energię E kwantu światła, na które oko jest najbardziej wrażliwe: E= hv=h*c/

E= 3,8 * J Ponieważ próg widzenia zawiera się w graniach

wyżej podanych, więc z łatwością można obliczyć minimalną i maksymalna liczbę kwantów, które mogą wywołać wrażenie wzrokowe:

Do oka musi wpaść 54-148 kwantów światła, aby wywołać wrażenie wzrokowe. Dane te odpowiadają czułości całego oka i dlatego mówią niewiele o energetyce procesów fotochemicznych związanych z widzeniem. Zanim dojdzie do właściwej absorpcji światła w światłoczułych pigmentach siatkówki, ulega ono znacznemu osłabieniu w aparacie optycznym oka , tak że w rzeczywistości do wywołania wrażenia wzrokowego wystarcza mniejsza ilość kwantów. Odbicie światła od rogówki, pochłonięcie go w optycznych układach oka oraz absorpcja w rodopsynie zużywają tyle energii, że ostatecznie z 54-148 pozostaje 5-14 kwantów. Stąd wnosi się, że absolutny próg widzenia siatkówki zawiera się w graniach 5-15 kwantów. Być może rzeczywista czułość jest jeszcze wyższa. Oko podlega prawu Webera- Fechnera: wrażenie wzrokowe jest funkcją logarytmiczną natężenia padającego światła.

AKOMODACJA I REFRAKCJA OKA

Akomodacja - zjawisko dostosowania się oka do oglądania przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach. Dostosowanie to polega na odpowiednim doborze ostrości widzenia.

Akomodacja zmniejsza się z wiekiem, dzieci mogą czytać książki trzymając je tuż przed oczami, dorośli natomiast muszą je odsuwać, przynajmniej na ok. 15 cm. Akomodacja jest możliwa dzięki soczewce i ciału rzęskowemu. Soczewka u ludzi nie może się przesuwać, co jest możliwe np. u ryb, nie może też być wymieniona na inną. Ma ona jednak możliwość zmiany kształtu. Naturalny kształt soczewki jest zachowany np. podczas snu lub przy patrzeniu na daleko położone przedmioty. Przy oglądaniu czegokolwiek, położonego blisko, soczewka zmienia stopień swojej wypukłości, co dzieje się dzięki działaniu mięśnia rzęskowego z ciała rzęskowego. Mięsień rzęskowy w stanie spoczynku napina obwódkę rzęskową, a ona z kolei - torebkę soczewki. Wtedy możliwe jest widzenie obiektów dalekich. Przy napięciu mięśnia rzęskowego natomiast torebka soczewki odpoczywa i soczewka staje się bardziej wypukła - widzimy przedmioty położone blisko oka. Na dłuższą metę jest to męczące i konieczne jest umożliwienie oku odpoczynku, np. przez skierowanie wzroku w dal, lub zasłonięcie oka powiekami, tak jak się dzieje podczas snu.

Istnieją dwa zasadnicze mechanizmy akomodacji:

zmiana kształtu soczewki oka, a wskutek tego zmiana jej ogniskowej i co za tym idziezmiana jej zdolności zbierającej

zmiana odległości soczewki od siatkówki.

Ten pierwszy mechanizm występuje u ssaków, a drugi u ryb. U ptaków występują oba mechanizmy, a u stawonogów zjawisko akomodacji w ogóle nie występuje.

Elastyczna soczewka oka może zmieniać swój kształt dzięki mięśniom rzęskowym.

Zakres akomodacji (odległość między punktem bliży i dali wzrokowej) oka człowieka

Punkt bliży wzrokowej - najbliższy punkt, jaki oko jest w stanie ostro widzieć dziękiakomodacji soczewki (ok. 10 cm).

Punkt dali wzrokowej - najbliższy punkt powyżej którego soczewka nie akomoduje (ok. 6m)

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.

Przystosowanie pozwala oku widzieć ostro na różnych dystansach

Refrakcja (załamanie światła), która jest konieczna do utworzenia obrazu na siatkówce, występuje głównie w rogówce, gdzie światło wpada do oka. Dalsza refrakcja ma miejsce w cieczy wodnistej i soczewce oka. Łącznie tworzą one system optyczny oka. Soczewka jest przeźroczystym elastycznym ciałem, które, gdy jest w spoczynku, jest raczej płaskie i ma zdolność skupiającą około jednej dioptrii*. Obiekty odległe są wtedy widziane ostro. Gdy patrzymy na obiekty bliskie, obraz na siatkówce nie będzie już ostry. W aparatach fotograficznych, problem ten jest rozwiązywany poprzez zwiększenie odległości pomiędzy soczewką a kliszą filmową, natomiast w oku konieczna jest zmiana ogniskowej soczewki. Zmiana ta jest dokonywana poprzez mięśnie, umocowane wokół soczewki, zmieniające krzywiznę soczewki. Gdy zostają one skurczone, soczewka staje się bardziej wypukła zmieniając przez to jej ogniskową. Ten proces nazywamy akomodacją

TOR ŚWIATŁA W OKU, GDY PATRZY SIĘ NA DUŻĄ ODLEGŁOŚĆ (A),I Z SOCZEWKĄ PRZYSTOSOWANĄ DLA WIDZENIA BLISKIEGO OBIEKTU (B).W DRUGIM PRZYPADKU, SOCZEWKA JEST GRUBSZA I BARDZIEJ WYPUKŁA W WYNIKU SKURCZENIA MIĘŚNI WOKÓŁ SOCZEWKI

A

B

JAKIE SĄ NAJCZĘŚCIEJ SPOTYKANE ZABURZENIA AKOMODACJI:

a) wykorzystanie zbyt małej części amplitudy akomodacji;b) za mała sprawność (wytrzymałość) akomodacji;c) nierówne akomodacje;

ad. a) Pomimo potencjalnie dużej amplitudy oko wykorzystuje tylko niewielką jej część, zbyt małą aby swobodnie czytać lub pisać. Moc oka nie odpowiada odległości na jaką patrzymy i obraz powstaje niewyraźny.ad. b) Oko jest w stanie utworzyć ostry, wyraźny obraz, ale nie może go utrzymać przez dłuższy czas. Podczas częstej zmiany odległości na jaką patrzymy (blisko - daleko) po kilku cyklach akomodacja działa coraz wolniej, aż do zauważalnego zjawiska pogorszenia się ostrości zarówno daleko jak i blisko.ad. c) Podczas gdy jedno oko widzi wyraźnie drugie tworzy obraz zamazany ponieważ ustawia się na inną niż wymagana odległość. W skrajnych wypadkach prowadzi to do dwojenia obrazu.

W wyniku zaburzeń akomodacji oka i zaburzeń widzenia obuocznego dzieci mają trudności w nauce czytania i pisania. Ponieważ tekst na który patrzą jest nieostry, rozdwojony, przemieszczający się lub pulsujący. Jego ostrość jest chwilami lepsza, chwilami gorsza, przez co obraz jest niestabilny. Dziecko, które ma zaburzenia widzenia nie wie, że źle widzi, nie ma porównania, w konsekwencji nie umie powiedzieć nam o swoich problemach.

Zaburzenia akomodacji oka i widzenia obuocznego nie są chorobą, nie są wadą wzroku, choć mogą być z nią powiązane, są najczęściej czasową dysfunkcją - którą w większości przypadków można usunąć odpowiednią higieną życia i ćwiczeniami w gabinetach optometrycznych bądź okulistycznych.

REFRAKCJA OKA Gałkę oczną można porównać do aparatu

fotograficznego, gdzie obiektywem jest układ łamiący (optyczny) oka, a błoną, na której powstają obrazy, jest siatkówka. Zdolność i siła (określana w dioptriach) załamywania promieni świetlnych przez układ optyczny oka nazywa się łamliwością lub refrakcją.Wiązka promieni wpadająca do oka i dążąca do siatkówki musi przejść przez cały układ optyczny oka (rogówka, komora przednia, soczewka i ciało szkliste) i na poszczególnych jego elementach ulega załamywaniu. W układzie tym rogówka najsilniej załamuje światło i na nią przypada 2/3 mocy optycznej. Drugim ważnym elementem jest soczewka, która w spoczynku ma 1/3 mocy optycznej. Reszta ośrodków optycznych oka nie ma tak istotnego znaczenia w refrakcji oka.

Wada refrakcji

Jest to wada wzroku nie pozwalająca promieniom świetlnym na skupianie się w pojedynczym ognisku na siatkówce.

  Wyróżniamy następujące wady refrakcji: krótkowzroczność. nadwzroczność. astygmatyzm, czyli niezborność wzrokowa

Omówione w wcześniejszych slajdach.

BADANIE WAD REFRAKCJI OKA

SkiaskopiaSkiaskopia (z greckiego skia = cień) polega na obserwacji cienia poruszającego się w obrębie źrenicy przy oświetleniu oka. Kierunek ruchu cienia w źrenicy zależy od refrakcji oka.

Badanie wady refrakcji metodą skiaskopii

OftalmometriaOftalmometria określa krzywiznę powierzchni załamujących (tu rogówki) oka na podstawie wielkości i ustawienia obrazów odbitych od tych powierzchni jak od zwierciadła wypukłego.

RefraktometriaRefraktometria polega na obserwacji figur testowych rzutowanych przez dwa źródła świetlne, które po odbiciu się od siatkówki i przejściu przez układ optyczny oka dają ostry obraz widziany w przyrządzie zwanym refraktometrem.

Metoda subiektywna DondersaMetoda subiektywna Dondersa polega na dobieraniu szkieł korekcyjnych, przy których uzyskuje się najlepszą ostrość wzroku. Jest to metoda niedokładna i powinna być stosowana po obiektywnym określeniu wady wzroku.

ZDOLNOŚĆ ROZDZIELCZA OKA

Rozdzielczość – zdolność do wyróżnienia szczegółów w obrazie. Oko człowieka jest mniej wrażliwe na powolne i szybkie zmiany jakości w płaszczyźnie obrazu, ale bardziej wrażliwe na średnie zmiany. Rozdzielczość szczegółów spada ze wzrastającą odległością od osi optycznych. Największą rozdzielczość oko ludzkie osiąga dla obiektu oddalonego od oka o 25 cm przy oświetleniu żarówka 60W z odległości 40 cm. Przy takich warunkach odległość miedzy dwoma rozróżnialnymi punktami wynosi 0,16mm.

Zdolność rozdzielcza oka zależy od zdolności rozdzielczej jego układu optycznego, czułości elementów fotoczułych i ich wymiarów.

Element ustalający przekrój wiązek światła tworzących obraz w oku stanowi teczówka, która przez odpowiednie ośrodki mózgowe i układ nerwowy jest połączona z siatkówką. Średnica źrenicy decyduje o zdolności rozdzielczej układu optycznego oka, wpływając w ten sposób na ostrość widzenia.

Czynnikiem ograniczającym ilość światła dochodzącego do siatkówki są ośrodki przezierne oka. Zliczamy do niech rogówkę, ciecz wodnistą, soczewce oczną, ciałka szkliste i siatkówkę. W ośrodkach tych następuje absorpcja promieniowania, natomiast całkowicie absorbują one promieniowania nad fioletowe.

Siatkówka ma wielowarstwową strukturę komórkową i receptorową jednak jej budowa nie jest jednakowa w całym obszarze, co ma swoje odbicie w widzeniu. Warstwy receptorów stanowią dwa rodzaje komórek światłoczułych: pręciki i czopki, które są nierównomiernie rozmieszczone na siatkówce oka.

WIDZENIE FOTOPOWE

Widzenie fotopowe, widzenie dzienne — termin oznaczający pracę ludzkiego narządu wzroku w warunkach normalnych, czyli przy ilości światła wystarczającej do pełnego wykorzystania możliwości zmysłu wzroku. W praktyce widzenie fotopowe dotyczy przeważającej większości sytuacji, w których pracuje ludzkie oko.

W rozpoznawaniu bodźców świetlnych biorą wówczas udział wyłącznie czopki (receptory umożliwiające widzenie barwne), nie biorą natomiast udziału pręciki (receptory rozpoznające różnice natężenia światła tylko w niemal zupełnej ciemności, robiące to monochromatycznie).

W miarę spadku natężenia oświetlenia otoczenia, widzenie fotopowe przechodzi w fazę przejściową zwaną widzeniem mezopowym (częściowa utrata postrzegania barw), by wreszcie osiągnąć minimalny stan pracy ludzkiego oka zwany widzeniem skotopowym (świat w skali szarości).

Czopki odznaczają się znacznie mniejszą czułością (rzędu 600 lm/W) od pręcików (ok. 1700 lm/W). Widzenie dzienne zapewnia największą czułość dla długości fali, odpowiadającej kolorowi zielonemu (najmnej absorbowana dlugość fali przez atmosfere i najlepiej transmitowana dlugość fali w wodzie, która jest podstawowym składnikiem ciałka szklistego w oku) co odpowiada długości fali świetlnej 555 nm. Maksimum widmowe dla widzenia nocnego przesuwa się w kierunku fioletu (w okolice fal o długości 500 nm).

Widzenie dzienne zapewnia największą czułość w miejscu, na które mamy skierowany wzrok. Tylko w wąskim zakresie kątowym utrzymuje się duża czułość i widzenie kolorów.

Poza zakresem kątowym ok. 40° nie widzimy barw, ale często nie zdajemy sobie z tego sprawy z powodu korekcji dokonywanej przez mózg. Za to widzenie nocne nastawione jest raczej na obserwację pod kątem, w nocy widzimy gorzej obiekty, na które mamy skierowany wzrok.

WIDZENIE SKOTOPOWE

Widzenie skotopowe (widzenie nocne, sklotopiczne) – termin oznaczający pracę ludzkiego narządu wzroku w warunkach skrajnie niekorzystnych, czyli przy znikomej ilości światła. W odbieraniu bodźców świetlnych biorą wtedy udział wyłącznie pręciki, natomiast czopki są zupełnie nieaktywne. Podczas widzenia skotopowego człowiek widzi świat pozbawiony barw, czyli np. taki jak na czarno-białym filmie. Możliwe jest wtedy wyłącznie rozróżnianie stopnia jasności elementów otoczenia, a i to przy niewielkiej gradacji tych stopni, a przy okazji znacznie spada rozdzielczość oka na rozpoznawanie szczegółów obrazu i nie występuje przy tym zjawisko szczególnie wysokiej rozdzielczości obrazu w środku pola widzenia, za które odpowiada plamka żółta (składająca się wyłącznie z czopków).

W miarę wzrostu oświetlenia otoczenia, widzenie skotopowe przechodzi w fazę przejściową zwaną widzeniem mezopowym (upośledzone postrzeganie barw), by wreszcie osiągnąć normalny stan pracy ludzkiego oka zwany widzeniem fotopowym (pełne widzenie barwne).

WIDZENIE PRZESTRZENNE

Widzenie przestrzenne jest sumą wielu czynników, wśród których widzenie dwuoczne odgrywa chyba najważniejszą rolę. Właśnie widzenie z dwóch punktów stanowi podstawę stereoskopii. Inne czynniki spotykamy w malarstwie: światłocień i perspektywę powietrzną. Oto siedem czynników, którym zawdzięczamy przestrzenne

widzenie świata: Paralaksa Konwergencja Akomodacja:

Perspektywa geometryczna Perspektywa powietrzna Cienie i połysk powierzchni Ruch U osób, które nie widzą przestrzennie

wskutek choroby zezowej postrzeganie przestrzeni (a ściślej wnioskowanie o przestrzennym układzie przedmiotów) odbywa się na podstawie przesłanek nr 4, 5, 6 i 7, a ponadto dzięki doświadczeniu, czyli wiedzy lub podświadomej pamięci o sposobie rozmieszczenia przedmiotów (np. mebli w mieszkaniu) i ich wzajemnych proporcjach (gabarytach).

DZIĘKUJEMY….

Prezentacje przygotowały:Natalia Janeczek

Joanna Kuziara

Magdalena Janczenkow

Ania Basicz

Marta Dunikowska

Ewa Iwanowska

Ewa Duława

Anna Grabowska

Natalia Gabrielczyk

Justyna Macha

Mariola Janio

Mariola Uliczka

Joanna Cebula

Katarzyna Jaźwińska – Wierszak

Aleksandra Halkiewicz