Martyna Witkowska, Weronika Wirtek, Grupa 13, Grupa zajęciowa 8

Sprawozdanie nr. 6

Wyznaczanie zdolności skupiającej soczewek za pomocą ławy optycznej. Model oka.

1. Podstawy optyki geometrycznej:

• Falowa teoria światła 

to teoria, zgodnie z którą światło traktuje się jako falę elektromagnetyczną. Uważa się dziś, że zjawiska charakterystyczne dla fal, jak na przykład interferencjęświatła można wyjaśnić tylko za jej pomocą. Jednakże w przeciwieństwie do opozycyjnej teorii korpuskularnej teoria falowa nie jest w stanie wyjaśnić innych zjawisk, jak na przykładefektu fotoelektrycznego. Przyjmuje się więc, iż światło ma naturę dualną.

• Odbicie światła

Światło padające na granicę dwóch ośrodków może ulec odbiciu. Dzieje się tak bardzo często, przy czym dodatkowo część wiązki świetlnej może dodatkowo ulegać załamaniu,

Odbiciem rządzi dość proste prawo zwane prawem odbicia.

Prawo odbicia światła

β = α

Kąt odbicia równy jest kątowi padania. 
Kąty -  padania i odbicia leżą w jednej płaszczyźnie.

Typowe, najbardziej nam znane odbicie zachodzi wtedy, gdy drugi ośrodek jest w ogóle nieprzepuszczalny dla światła. Jeżeli dodatkowo w tym drugim ośrodku światło nie jest pochłaniane, to cała wiązka ulega odbiciu. W ten sposób otrzymujemy zwierciadło.

• Załamanie światła

Załamanie różni się zdecydowanie od odbicia, ponieważ w jego wyniku światło zmienia ośrodek w jakim się rozchodzi. Wraz ze zmianą ośrodka dochodzi najczęściej do zmiany kierunku rozchodzenia się światła.

Załamanie światła powoduje szereg ciekawych efektów - m.in. złudzenie "złamania" łyżeczki od herbaty umieszczonej w szklance, nieprawidłowej lokalizacji dna jeziora, gdy patrzymy na nie z brzegu. Załamanie światła jest wykorzystywane do budowy soczewek stosowanych w okularach, obiektywach aparatów, lunetach i innych przyrządach optycznych.

Przykłady. Załamanie występuje m.in. gdy światło przechodzi:

• Z powietrza do wody

• Z wody do powietrza

• Ze szkła do powietrza

• Z powietrza do szkła

• Z warstwy powietrza gęstszego do rzadszego

Ogólnie - światło będzie się załamywać prawie zawsze gdy zmienia się ośrodek.

Warto dość mocno skojarzyć sobie załamanie ze zmianą ośrodka, bo istnieje podobne w nazwie zjawisko optyczne – ugięcie, które może się pomylić z załamaniem. Ugięcie ma inną naturę (zachodzi w jednym ośrodku) i inaczej przebiega, tak więc pomylenie tych zjawisk byłoby poważnym błędem.

Załamanie światła jest podstawowym zjawiskiem na którym opiera się funkcjonowanie soczewek i pryzmatów.

• Rodzaje Soczewek

• Równanie soczewki

Odległością przedmiotu i obrazu od soczewki spełnia zależność zwaną równaniem soczewki.

Wprowadźmy oznaczenia:

x – odległość przedmiotu od soczewki
y - odległość obrazu przedmiotu od soczewki
f – ogniskowa soczewki (odległość ogniska od środka soczewki)

Wtedy równanie soczewki wyrazi się wzorem:

Powyższe równanie soczewki obowiązuje wynika z modelu wprowadzonego dla soczewki idealnej. Rzeczywiste soczewki też oczywiście mają ognisko i (z pewną dokładnością spełniają to równanie). Warto jednak wiedzieć, że rzeczywiste soczewki mogą wykazywać dodatkowe efekty, które nie mieszczą się w powyższej zależności. Efekty te związane są głównie z faktem, że prawdziwe ognisko soczewki nigdy nie jest geometrycznym punktem. Związane jest to z różnym sposobem załamywania promieni o różnych kolorach, a także przechodzącymi dalej i bliżej osi optycznej soczewki. Więcej informacji na ten temat znajduje się w rozdziałach Aberracja chromatyczna, Aberracja sferyczna.

• Powstanie obrazu

W optyce geometrycznej obraz to reprezentacja rzeczywistego przedmiotu (źródła promieni świetlnych). Obraz danego punktu powstaje w miejscu, gdzie promienie świetlne, które wychodzą z tego punktu i przechodzą przez soczewkę, przecinają się (obraz rzeczywisty). Jeżeli promienie te po przejściu przez soczewkę tworzą wiązkę rozbieżną, wówczas w miejscu przecięcia się przedłużeń tych promieni powstaje obraz pozorny.

Przykład konstrukcji obrazu rzeczywistego wytworzonego przez soczewkę skupiającą.

1. Anatomia i funkcjonowanie oka:

• Podstawowe elementy w układzie optycznym oka, budowa i funkcje

Budowa narządu wzroku: A - rogówka, B - tęczówka, C - komora przednia, D - źrenica, E - soczewka, F - plamka żółta, G - mięsień gałki ocznej, H - nerw wzrokowy, I - plamka ślepa, J - ciało szkliste, K - naczyniówka, L - siatkówka

Zmysł wzroku jest chyba najważniejszym zmysłem przystosowującym organizm do życia w jego środowisku. Wzrok dostarcza najwięcej informacji na temat otoczenia. Dzięki organom tego zmysłu możliwe jest rozróżnianie barw, kształtów, jasności i rozmiarów. Wzrok pozwala również śledzić ruch otaczających obiektów i oceniać ruchy własnego ciała.

• Wrażenie wzrokowe

Związane jest z percepcją fal świetlnych wpadających do oka. W ich odbiorze istotną rolę spełnia siatkówka, która jest błoną oka wrażliwą na bodźce świetlne.

Elementy światłoczułe siatkówki

- pręciki: odbierają światło o małym natężeniu i nie reagują na różnicę kolorów

- czopki: reagują na światło o większym natężeniu i są wrażliwe na barwy

Pręciki i czopki przekazują impulsy do kory mózgowej. Promienie świetlne o różnej długości fali pobudzają różne układy receptorowe, a impulsy są rozpoznawane w mózgu i uświadamiane osobie spostrzegającej fale świetlne. Widzenie barw zależne jest od trzech rodzajów barwników znajdujących się w czopkach (niebieskiej, zielonej, czerwonej).

W odbiorze wrażeń wzrokowych występują dwa rodzaje zaburzeń:

-wadliwe lub całkowite nierozróżnianie barw: polega głównie na nieodróżnianiu kolorów zielonego od czerwonego i nazywa się daltonizmem,

-złudzenia optyczne: powstają na skutek niedokładnego spostrzeżenia przedmiotów lub zjawisk, zdarzeń, sytuacji.

• Rozróżniamy trzy klasyczne wady wzroku:

KRÓTKOWZROCZNOŚĆ - Miopia

W oku krótkowzrocznym gałka oczna jest wydłużona,  a promienie świetlne skupiane są przed siatkówką, zamiast na niej. Oko takie jest niezdolne do ostrego widzenia odległych obiektów.

NADWZROCZNOŚĆ - Hiperopia

Oko dalekowzroczne ma trudności z ostrym widzeniem bliskich obiektów spowodowane skupianiem promieni świetlnych za siatkówką. Gałka oka nadwzrocznego jest krótsza.  Od nadwzroczności należy odróżnić presbiopię, czyli dalekowzroczność starczą, często pogłębiającą się  z wiekiem, spowodowaną naturalnym procesem utraty zdolności akomodacyjnych soczewki.

ASTYGMATYZM - Astigmatism

Astygmatyzm, czyli niezborność, spowodowany jest nieregularną krzywizną rogówki. Promienie świetlne skupiają się w różnych punktach, co powoduje powstawanie nieostrego obrazu. Często astygmatyzm występuje jednocześnie z któtkowzrocznością czy nadwzrocznością. Laserowa korekcja wad wzroku stosowana jest od kilkunastu lat jako trwała metoda pozwalająca na wyeliminowanie konieczności noszenia okularów lub soczewek kontaktowych (trwała korekcja wzroku). Skorzystało z niej już z powodzeniem kilkanaście milionów pacjentów na całym świecie. Krótkowzroczność, dalekowzroczność, astygmatyzm oraz kombinacje tych wad koryguje wiązka lasera excimerowego. Zasada jego działania opiera się na wykorzystaniu zjawiska fotoablacji, polegającego na usuwaniu kolejnych warstw rogówki o grubości od 0,5 do 1 mikrona. Laserową korekcję można wykonać następującymi metodami : …………………… LASIK - LASER IN-SITU KERATOMILEUSIS - jest to metoda korekcji wzroku polegająca na utworzeniu i odchyleniu płatka rogówki o grubości od 130 do 180 µm i działaniu wiązką lasera na zrąb rogówki. Po skorygowaniu krzywizny rogówki płatek jest umieszczany na swoim miejscu. Metoda Lasik pozwala na powrót pacjenta do zwykłego trybu życia nawet następnego dnia po zabiegu, ponieważ ostrość widzenia uzyskuje się już po kilku godzinach, a gojeniu się oka zwykle nie towarzyszy ból. PRK - PHOTOREPHRACTIVE KERATECTOMY - jest to metoda korekcji wzroku polegająca na usunięciu nabłonka rogówki i modelowaniu wiązką lasera jej powierzchniowych warstw. Po zabiegu PRK rogówka potrzebuje kilku dni na odbudowę nabłonka - na ten czas zakładana jest opatrunkowa soczewka kontaktowa, która jest usuwana po ok. 5 dniach. Poprawa ostrości wzroku następuje stopniowo, a rekonwalescencja po zabiegu trwa około dwóch tygodni. LASEK - podobnie jak w procedurze PRK wiązka lasera modeluje powierzchniową warstwę rogówki. Różnica polega na tym, że jest ona wtórnie pokrywana przesuniętą wcześniej warstwą komórek nabłonka. Stanowią one naturalną ochronę operowanego miejsca  i zmniejszają dolegliwości bólowe gojącego się nabłonka. EPILASIK - procedura korekcji wzroku polegająca na utworzeniu płatka nabłonka rogówki  o grubości 50 - 60 µm, czyli 2 - 3 razy cieńszego niż w przypadku LASIK. Dzięki temu penetracja lasera ogranicza się do zewnętrznej warstwy zrębu rogówki, po czym płatek wraca na swoje miejsce. Zaletami tej procedury laserowej korekcji wad wzroku jest szybsze gojenie się rogówki oraz mniejsze ryzyko powikłań pooperacyjnych niż w procedurze LASIK. Soczewka skupiająca.

1. Soczewka rozpraszająca.