13. Omówić budowę układu optycznego oka. Rogówka, soczewka oczna ich geometria i właściwości.

Oko, jako układ optyczny, składa się z :

• korpusa (całe ciało szkliste, mięśnie, twardówka, naczyniówka, itd.),

• soczewki,

• przesłony irysowej (źrenica),

• detektora (siatkówka, nerwy wzrokowe).

Rogówka - twarda, przezroczysta błona pokryta filmem łzowym, stanowi 2/3 mocy optycznej całego oka, ma asferyczny kształt, co powoduje znaczne korygowanie

aberracji sferycznej oka. Profil rogówki może być przedstawiony w postaci krzywej stożkowej.

Zazwyczaj powierzchnie rogówki (wewnętrzna i zewnętrzna opisuje się jako elipsoidy o osiowych promieniach krzywizny R_oe=7,8mm i R_op=6,5mm

i takich samych mimośrodach e:

Grubość rogówki t(x_e) może być aproksymowana funkcją kwadratową:

Współczynnik załamania rogówki: 1,376

Film łzowy - wygładza powierzchnie rogówki, co w dużym stopniu zapobiega rozproszeniu światła na rogówce, odżywia ją, utlenia, nawilża powierzchnię nabłonka, zawiera bakteriobójczy lizozym i minimalizuje tarcie z powieką.

Składa się z trzech warstw: w. lipidów (zapobiega parowaniu warstwy wodnej, poprawia stabilnosc powierzchni filmu łzowego i zapewnia jej gładkosc), w. wodna (ogólna ochrona rogówki, składniki odżywcze i tlen), w. mucynowa (zmniejsza napiecie powierzchniowe filmu łzowego umożliwiajac w ten sposób warstwie wodnej równomierne pokrycie powierzchni rogówki).

Ciecz wodnista - wypełnia przednią komorę gałki ocznej, ma wsp. załamania równy 1,336

i objętość 0,3 cm³, ciśnienie cieczy wodnistej utrzymuje sprężystość oka i nadaje mu odp. kształt.

Źrenica przysłona - reguluje ilośc wpadającego światła poprzez odpowiednie mięsnie okrężne i promieniste zwierającę i rozwierające.

Soczewka oczna - jest gradientowa, ponieważ jest w niej rozkład wsp. załamania światła, umożliwia to efektywną moc optyczną i jej zmiany we większym zakresie podczas akomodacji, dzięki temu utrzymana jest też korekcja abberacji sferycznej i stała abberacja chromatyczna (jest to możliwe przez odpowiedni rozkład dyspersji wewnątrz soczewki przy rozkładzie gradientu wsp. załamania). Soczewka rośnie, twardnieje i traci zdolności akomodacyjne z wiekiem. Akomodacja to zdolność soczewki do zmiany własnego kształtu w celu polepszenia obrazu widzianego z bliska lub z daleka (mierzona w dioptriach - D).

Ciało szkliste - 80% objetosci gałki ocznej, pełni rolę mechanicznej i termicznej ochrony siatkówki, dociska siatkówke do tylnej sciany gałki ocznej, nadaje jej kształt zbliżony do kuli.

14. Czopki i pręciki na siatkówce oka, rozkład przestrzenny i struktura, widzenie fotopowe i skotopowe, zdolność rozdzielcza oka.

Siatkówka - struktura oka wrażliwa na światło. Sposród wszystkich komórek wchodzących w skład siatkówki najważniejsze są komórki receptorowe:

• Pręciki - (ok 100 mln), odpowiedzialne za widzenie nocne (skotopowe), bardzo wrażliwe na natężenie światła (są w stanie wychwycic pojedynczy foton), pozwalają widzieć w odcieniach szarości przy słabym oświetleniu, ich brak powoduje kurzą ślepotę, czyli zaburzenia widzenia w warunkach słabego oswietlenia.

• Czopki - (ok 7 mln), odpowiedzialne za widzenie dzienne (fotopowe), znacznie mniej czułe na natężenie światła niż pręciki, pozwalają widzieć w kolorach przy dobrym oświetleniu.

Zawieraja trzy rodzaje barwnika (jodopsyny) o trzech różnych widmach absorpcji, rozróżnia się trzy rodzaje czopków: cz. czerwone (65%), cz. zielone (33%), cz. niebieskie (2%).

Rozróżnianie kolorów polega na dodawaniu bodźców z każdego z tych trzech rodzajów czopków. Barwa i jej nasycenie zależy od intensywności bodźca świetlnego (długosci fali) pobudzającego czopek wrażliwy na odpowiednią barwę.

Rozkład czopków i pręcików na siatkówce jest bardzo nierównomierny. W dołku środkowym są jedynie czopki. W miare oddalania sie od dołka środkowego maleje gęstość czopków, a rośnie gęstość pręcików.

oś optyczna - oś symetrii oka

oś widzenia - połączenie środka dołka ze środkiem rogówki

Zdolność rozdzielcza oka - największa w dołku środkowym i wynosi około 1 minuta kątowa.

Kątowa zdolność rozdzielcza siatkówki:

Kątowa zdolność rozdzielcza układu optycznego oka:

15. Dyfrakcja światła w przybliżeniu Fresnela i Fraunhofera.

Dyfrakcja - zjawisko polegające na uginaniu się promieni świetlnych przechodzących w pobliżu przeszkody (np. brzeg szczeliny)

Dyfrakcja Fresnela - dyfrakcja fal kulistych, tzw. dyfrakcja bliskiego pola, dotyczy przypadku, gdy nie mozna zaniedbać sferyczności czół falowych; opiera się ona na podstawowej Zasadzie Huygensa,  zgodnie z którą każdy element powierzchni falowej stanowi źródło kulistej fali wtórnej.

Fresnel uzupełnił tę zasadę o pojęcie interferencji fal wtórnych. Uwzględnienie amplitud i faz tych fal pozwala obliczyć amplitudę fali wypadkowej w dowolnym punkcie przestrzeni (uzupełniona w ten sposób zasada otrzymała nazwę zasady Huygensa-Fresnela).

Za pomocą metody stref Fresnela możemy realizować to zagadnienie w praktyce.

Metoda stref: polega ona na rozbiciu powierzchni falowej strefy, w taki sposób, by odległości od skrajów każdej strefy do punktu, w którym mierzymy natężenie różniły się o pół długości fali: fale wtórne dochodzące do punktu obserwacji od granic sąsiednich stref mają przeciwne fazy. (obserwujemy prążki)

Dyfrakcja Fraunhofera - uproszczony przypadek dyfrakcji fresnelowskiej stosowanej dla sytuacji, w której fala kulista ma tak duzy promień, że możemy ją uznać za „lokalnie” płaską, inaczej: punkt, w którym obserwujemy natężenie jest bardzo oddalony od otworu dyfrakcyjnego.

---