Unitatea de curs 1

Iuliana LazrBiofizic Noiuni de optic. Ochiul uman

Ochiul omenesc, ca aparat optic

Din punct de vedere anatomic, ochiul este un organ deosebit de complex, servind la transformarea imaginilor geometrice ale corpurilor n senzaii vizuale. Privit ns din punct de vedere al opticii geometrice, el constituie un sistem optic format din trei medii transparente: umoarea apoas, cristalinul i umoarea sticloas (fig.7.48.). Acestea se gsesc n interiorul globului ocular mrginit n exterior de o membran fibroas rezistent numit sclerotic care are o zon transparent n fa (n = 1,377), numit corneea transparent.

Fig.7.48. Structura ochiului uman

Lumina ptrunde n ochi prin cornee, strbate cele trei medii transparente i cade pe retin, unde se formeaz o imagine real i rsturnat a obiectelor privite. Cele trei medii transparente sunt (Fig.7.48):

cristalinul, cu n = 1,42;

umoarea apoas, cu n = 1,337;

umoarea sticloas, cu n = 1,337.

Irisul, reglnd dimensiunile pupilei (ntre 2 i 8 mm n diametru), regleaz fluxul de lumin care intr n ochi. Cristalinul are forma unei lentile nesimetrice biconvexe, ce poate fi bombat mai mult sau mai puin, modificndu-i astfel convergena nct imaginea s cad pe retin. Retina este o membran subire (500 (m) alctuit din prelungirea nervului optic i care conine un numr mare de celule senzoriale, care percep lumina. Retina realizeaz traducerea semnalelor luminoase ntr-o multitudine de semnale bioelectrice (poteniale de aciune), care se propag spre lobii occipitali ai sistemului nervos central. Ea este format din trei straturi de celule nervoase (Fig.7.49), celulele ganglionare, celulele bipolare i celulele fotoreceptoare. Axonii primului strat, al celulelor ganglionare formeaz nervul optic. Dup cum se poate observa, lumina traverseaz dou straturi de celule nainte de a ajunge pe celulele fotoreceptoare. Straturile verticale sunt interconectate prin celule de distribuie orizontale al cror scop este de a analiza imaginea din punct de vedere dinamic (de exemplu pentru a determina direcia unei micri).

Fig.7.49. Distribuia straturilor de celule nervoase n retin

Fotoreceptorii retinieni sunt de dou feluri: celule receptoare cu conuri (aproximativ 7x106) i celulele receptoare cu bastonae (aproximativ 130x106) numite aa dup forma geometric a segmentului receptor. Celulele receptoare cu conuri sunt responsabile de vederea diurn (fotopic), care la om i la unele specii animale este colorat, iar celulele cu bastonae sunt destinate vederii nocturne (scotopice) care este n alb cenuiu negru. Cele dou tipuri de fotoreceptori sunt de fapt complementare, dup cum se poate vedea i din tabelul alturat n care sunt trecute comparativ proprietile lor.BastonaeConuri

Numr130x1067x106

Vederenocturndiurn

Sensibilitatemare, exceptnd roulslab

Acuitate spaialslabputernic

Variaie spectralvedere necoloratvedere colorat

Adaptareimportant i lentslab i rapid

Pigmentunul singurtrei pigmeni

Retina uman este sensibil la radiaii luminoase cu lungimea de und cuprins ntre 400 i 750 nm, interval denumit domeniu vizibil al spectrului.

Din punct de vedere optic, ochiul este o succesiune de dioptrii sferici, avnd urmtoarele proprieti (n absena acomodrii):

dioptrul aer cornee, cu o convergen C ( 48,3 (; dioptrul cornee umoare apoas, cu o convergen C ( - 6,1 (;

dioptrul umoare apoas cristalin, cu o convergen C ( 8 (;

dioptrul cristalin umoare sticloas, cu o convergen C ( 14 (.

Ochiul poate fi nlocuit deci cu dou sisteme optice, corneea, cu o convergen de aproximativ 42 (, i cristalinul, cu o convergen de aproximativ 22 (. O schi simplificat a ochiului din punct de vedere optic este reprezentat n Fig.7.50.a

Parametrii optici ai ochiului pot fi caracterizai tratnd toate mediile optice ale ochiului ca i cum ar forma o singur lentil groas. Un astfel de model se numete ochi redus. Cel mai simplu ochi redus este format dintr-un dioptru sferic unic, de raz r = 5.6 mm, ce delimiteaz exteriorul, de mediul interior considerat omogen, avnd indicele de refracie egal cu 1.336 (Fig.7.50.b).

Un ochi normal, aflat n repaus, are focarul situat pe retin, astfel nct toate obiectele situate la infinit (practic la distane mai mari ca 15 m) formeaz imaginile pe retin fr nici un efort de modificare a convergenei cristalinului.

Apropiind obiectul, cristalinul i modific convergena, adic se acomodeaz, astfel ca imaginea s rmn tot pe retin. Acomodarea se face prin dou mecanisme:

modificarea mecanic a razei de curbur a cristalinului;

modificarea indicelui de refracie a cristalinului. Acest lucru este posibil prin modificarea structurii lamelare a cristalinului.

Acomodarea ochiului este posibil ntre un punct la distana maxim (punct remotum d > 15 m) i un punct la distana minim (punct proximum d ( 15 cm). Ochiul vede cel mai bine la o distan de aproximativ 25 cm, numit distana vederii optime.

Din punct de vedere optic, ochiul poate avea urmtoarele defecte de convergen :

a) ochiul miop se caracterizeaz prin aceea c imaginile nu se formeaz pe retin, ci n faa ei. El nu poate vedea obiecte mai deprtate dect punctul su remotum care este la o distan mic (de civa metri, n funcie de gradul de miopie). Defectul se corecteaz cu ochelari alctuii din lentile divergente, astfel ca imaginea final s se formeze pe retin.

Fig.7.51

b) ochiul hipermetrop are focarul n spatele retinei. Nici acest ochi nu vede obiectele de la infinit n stare relaxat, dar acest lucru se poate realiza doar cu efort de acomodare. Corectarea acestui defect se poate face cu lentile convergente.

c) ochiul prezbit este ochiul oamenilor n vrst i se datoreaz slbirii cu timpul a capacitii de bombare a cristalinului. Deoarece imaginile se formeaz n spatele retinei, corectarea se face cu lentile convergente ca la ochiul hipermetrop.

42

22

n=1,336

6,4 mm

24 mm

5,6 mm

16,8 mm

22,4 mm

(a)

(b)

Schema optic a ochiului. (a) modelul cu dou sisteme optice, corneea i cristalinul; (b) ochiul redus, format dintr-o lentil groas

186185