Ottica visuale. Corso di laurea in Ottica ed Optometria. Facoltà di Scienze M.F.N. Università del Salento Vincenzo Martella optometrista

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1 Ottica visuale Parte 3 Il percorso della luce nell occhio Corso di laurea in Ottica ed Optometria Facoltà di Scienze M.F.N. Università del Salento Vincenzo Martella optometrista Contatti: 0833/

2 Il percorso della luce attraverso i mezzi ottici dell occhio Ciascuno dei mezzi ottici dell occhio, produce effetti soprattutto di rifrazione ma anche di riflessione ed assorbimento della luce

3 Il percorso della luce nell occhio

4 Il rapporto emmetropico Come già detto, affinché le immagini provenienti dall infinito cadano a fuoco sulla fovea,, occorre che la distanza focale dei mezzi ottici dell occhio sia uguale alla distanza antero-posteriore dell occhio stesso (emmetropia). In pratica occorre che F/L = 1 dove F = distanza focale dei mezzi ottici dell occhio ed L lunghezza del bulbo oculare. F/L = 1 è detto rapporto emmetropico.

5 Riepilogo degli indici di rifrazione dell occhio Consideriamo anche l aria, l mezzo ottico in cui passano i raggi incidenti, n = La lacrima oscilla tra n = 1.30/1.34 Cornea n = Acqueo n = Vitreo n = Cristallino n = 1.41 (spesso si considera ).

6 Potenza del diottro lacrimale dell occhio Applichiamo la formula D=(n2 n1)/r al primo diottro (aria-liquido lacrimale): n1 = aria. n2 = 1.34 liquido lacrimale. R = 7.80 mm = m raggio medio esterno corneale. D1 = ( )/ = potenza diottro lacrimale.

7 Potenza della superficie anteriore della cornea Applichiamo la formula D=(n2 n1)/r alla superficie anteriore della cornea. n1 = 1.34 liquido lacrimale n2 = cornea R = 7.80 mm = m raggio medio corneale. D2 = ( )/ = potenza della superficie anteriore della cornea

8 Potenza della superficie posteriore della cornea Applichiamo la formula D=(n2 n1)/r alla superficie posteriore della cornea. n1 = cornea. n2 = acqueo (per praticità assumiamo lo stesso n del vitreo invece di 1.333). R = 6.8 mm = m raggio medio superficie interna della cornea. D3 = ( )/ = = potenza della superficie posteriore della cornea. Il segno è in quanto è divergente e si sottrae ai precedenti.

9 Potenza del cristallino in massima disaccomodazione Per praticità consideriamo l indice l di rifrazione dell umore acqueo uguale a quello del vitreo (1.336 per entrambi). Applichiamo la formula (n2 n1) (1/R1 1/R2). n1 = acqueo. n2 = medio del cristallino. R1 = 10.2 mm = m (raggio della superficie anteriore in massima disaccomodazione). R2 = -66 mm = m raggio della superficie posteriore del cristallino (segno in quanto concava rispetto alla direzione della radiazione). D4 = ( ) (1/ / ) = potenza del cristallino in massima disaccomodazione.

10 Potenza del cristallino in massima accomodazione all et età di circa 14 anni Per praticità consideriamo l indice l di rifrazione dell umore acqueo uguale a quello del vitreo. Applichiamo la formula (n2 n1) (1/R1 1/R2). n1 = vitreo n2 = cristallino accomodato (l indice di rifrazione è un po diverso quando accomoda). R1 = R2 = 5.33 mm = m raggi di curvatura faccia anteriore e posteriore. Per praticità consideriamoli uguali. D4 = ( ) (1/ / ) =

11 Potenza totale dell occhio Dt = D1 + D2 + D3 +D (-( 5.882) = potenza totale dell occhio totalmente disaccomodato (-( 5.882) = potenza totale dell occhio alla massima accomodazione all et età di circa 14 anni.

12 Come è possibile far quadrare tutto?

13 L emmetropizzazione Non tutti i processi che conducono allo sviluppo antero- posteriore e l organizzazione l di tutto il sistema diottrico dell occhio sono noti. In questo sono di sicuro coinvolti fattori genetici, congeniti, ambientali. Gli aspetti determinanti sembrano essere la nitidezza dell immagine e la legge del minimo sforzo. Questo tentativo di equilibrio tra lunghezza assiale e focale (F/L.A.P. =1 rapporto di emmetropizzazione), inizia sin dalla nascita con l occhio l anatomicamente piccolo (ipermetrope) e prosegue soprattutto nell adolescenza. Esso non è biologicamente in grado di riconoscere l infinito come punto d arrivo. d

14 Quale è il punto zero? Il processo è unidirezionale. Ipermetropia emmetropia miopia

15 Quando termina il tentativo di emmetropizzazione Esso segue prevalentemente l accrescimento l corporeo. Ma può proseguire in molti soggetti anche oltre il raggiungimento della maturità corporea se lo stimolo adattivo è molto intenso ed associato a condizioni di forte stress visivo prossimale. La miopia detta funzionale è ormai assodato essere un protrarsi del processo adattivo dell occhio nel tentativo di ottimizzare percezione e minimo sforzo nelle attività visivamente stressanti da vicino.

16 Un equilibrio di vari difetti Stando a tutte le imperfezioni dell occhio l immagine l retinica risultante dovrebbe essere un pastrocchio. Le superfici non sono sferiche, i diottri non sono centrati su un solo asse ottico, l omogeneitl omogeneità e l isotropia l dei mezzi non è sempre uguale in tutti i punti. Nonostante ciò,, in condizioni normali, l immagine l risulta nitida a tutte le distanze. E come se un provetto ingegnere ottico ponesse progressivamente rimedio ad errori di percorso che la luce produce nel suo avanzare attraverso i mezzi ottici. La profondità di fuoco e l elaborazione l psichica delle informazioni riducono ulteriormente questi difetti.

17 Luoghi geometrici necessari per la simulazione del cammino ottico La definizione dei parametri che caratterizzano un sistema ottico fa sìs che si possa simulare il comportamento del sistemi ottici dell occhio. Si ricorda che ogni radiazione elettromagnetica che attraversi un diottro si comporta in modo diverso dalle altre sia pur coerentemente alle leggi dell Ottica Geometrica. Per convenzione si utilizza una radiazione monocromatica di 600 nm.

18 Definizione di punti focali Nelle lenti si individuano due punti focali per ogni lunghezza d onda d di radiazione elettromagnetica che attraversa una lente spessa. Fuoco oggetto è quel punto sull asse ottico in cui deve essere posto un radiatore puntiforme monocromatico affinchè i raggi emanati da esso, o loro prolungamenti, emergano dalla lente in direzione parallela all asse asse ottico. Fuoco immagine è quel punto sull asse ottico dove convergono i raggi rifratti dalla lente, o i loro prolungamenti, emanati da un radiatore puntiforme monocromatico posto all infinito.

19 Lenti sottili e lenti spesse Una lente si dice sottile o spessa se il suo spessore è rispettivamente inferiore o maggiore di 1/100 della distanza focale.

20 Definizione dei piani principali Si individuano due piani principali per una radiazione elettromagnetica di 600 nm che attraversa una lente spessa. Piano oggetto: è quel piano, perpendicolare all asse asse ottico, passante per l intersezione l dei prolungamenti del raggio incidente emanato da un radiatore puntiforme posto nel punto sull asse ottico che individua il fuoco oggetto della lente, e del suo raggio rifratto che fuoriesce parallelo all asse asse ottico. Piano immagine: è quel piano, perpendicolare all asse asse ottico, passante per l intersezione l dei prolungamenti del raggio incidente parallelo all asse asse ottico e del raggio rifratto,, convergente nel punto posto sull asse ottico che individua il fuoco immagine della lente. Su questi piani le dimensioni delle immagini dell oggetto sono uguali. La distanza tra di essi rappresenta l effetto l che lo spessore della lente produce sullo spostamento dell immagine. Nelle lenti sottili la loro distanza è ininfluente e si fanno coincidere in un solo piano.

21 Definizione dei punti principali Si individuano sull asse ottico due punti principali per una radiazione elettromagnetica di 600 nm che attraversa una lente spessa. I punti principali sono i punti d intersezione d dei piani principali con l asse l ottico. Da questi punti si definiscono le distanze focali della lente. Nelle lenti sottili si considerano coincidenti e nel centro della lente.

22 Immagini dei piani e punti principali

23 Punti nodali Si individuano due punti nodali per una radiazione elettromagnetica di 600 nm che attraversa una lente spessa. Essi sono posti sull asse ottico della lente ed individuano i centri ottici della lente. Il raggio incidente, che incontra il punto nodale oggetto, fuoriesce dal punto nodale immagine parallelo a se stesso. In altre parole, nei punti nodali il raggio incidente ed il raggio rifratto formano con l asse l ottico lo stesso angolo. Nelle lenti sottili si considerano coincidenti e nel centro della lente.

24 Immagini dei punti nodali

25 Definizione di distanza focale La distanza focale oggetto è la distanza tra il piano principale oggetto ed il fuoco oggetto. La distanza focale immagine è la distanza tra il piano principale immagine ed il fuoco immagine. Nelle lenti sottili, siccome i piani principali si fanno coincidere con il centro della lente, le distanze focali si misureranno da quest ultimo. ultimo.

26 Gli assi ed angoli dell occhio Se tutto il sistema ottico fosse centrato, si individuerebbe un solo asse che dall oggetto entra perpendicolarmente all apice apice della cornea, attraversa il centro perfetto della pupilla, passa per il centro ottico (i punti nodali), per tutti i centri di curvatura di tutti i diottri, e converge perfettamente sulla foveola centralis, ma non è così!

27 Punti di riferimento sul fondo: Q = Polo posteriore, M = Macula, F = Fovea,, P = Papilla

28 Asse ottico Retta che attraversa i centri ottici di cornea e cristallino. Esso incontra il fondo retinico molto vicino alla macula. Su di esso si possono individuare l apice l anteriore e posteriore, i punti principali ed i punti nodali. Esso è approssimativo, in quanto in realtà non c èc allineamento tra i vari diottri.

29 Asse visivo Retta che attraversa il punto di fissazione, passa per il punto nodale e la foveola centralis.. E E l asse più importante. Esso attraversa la cornea a circa 1 mm dal lato nasale

30 Angolo alfa α È l angolo formato dall asse asse ottico e l asse l visivo. Esso, misurato al punto nodale, misura circa 5 5

31 Asse di fissazione Retta che attraversa il punto di fissazione con il centro di rotazione dell occhio, fulcro immaginario di tutti i movimenti oculari. È l unico che non passa per il punto nodale.

32 Angolo delta δ Angolo formato tra l asse l ottico e l asse l di fissazione

33 Asse pupillare Retta che attraversa il centro del foro pupillare ed il punto nodale. Si discosta poco dall asse asse ottico, e di più dall asse asse visivo. Con questo forma un angolo di circa

34 Angolo k Angolo formato tra l asse l pupillare e l asse l visivo

35 M = Centro geometrico, O = Centro di rotazione, A = Polo anteriore B = Polo posteriore, F = Fovea, N = Punto nodale, P = Centro del foro pupillare, C = Punto di fissazione, AO = Asse ottico, AP = Asse pupillare, AV = Asse visivo, AF = Asse di fissazione o linea di sguardo, α = Angolo alfa tra AO e AP, δ = Angolo delta tra AF e AO, κ = Angolo kappa tra AV e AP.

36 Occhio schematico Da quando gli studiosi si sono interessati all ottica visuale, si sono sempre trovati di fronte alla necessità di disporre di modelli geometrici in grado di simulare, sia pur teoricamente, il comportamento dell occhio. Da qui l ideazione l dei così detti occhi schematici.

37 Un po di storia sui modelli degli occhi schematici

38 Gullstrand mette a punto due modelli di occhio schematico Uno detto impropriamente esatto ipermetrope, sia rilassato che accomodato Ed uno semplificato emmetrope

39 Occhio schematico di Gullstrand detto esatto sei diottri

40 Raggi di curvatura delle 6 superfici dell occhio schematico di Gullstrand detto esatto

41 Indici di rifrazione dei mezzi rifrangenti dell occhio schematico di Gullstrand detto esatto

42 Occhio schematico semplificato di Gullstrand (emmetrope)

43 Occhio emmetrope schematico semplificato di Gullstrand Solo tre diottri Raggi di curvatura dei tre diottri: 1-Corneale = +7,80 mm 2-Anteriore del cristallino = 10 mm 3-posteriore del cristallino = -66 mm Lunghezza assiale = 24,17 mm

44 Occhio emmetrope schematico semplificato di Gullstrand Indici di rifrazione dei tre mezzi refrattivi: Indice di rifrazione dell acqueo n=1,336 Indice di rifrazione del vitreo n=1,336 Indice di rifrazione del cristallino aumentato per compensare la perdita di convergenza dei diottri negativi n=1,416

45 Emsley propone un ulteriore ulteriore semplificazione Un solo diottro equivalente al comportamento refrattivo finale di tutto il sistema ottico dell occhio. Un solo indice di rifrazione equivalente al comportamento finale sulla radiazione elettromagnetica. Il diaframma (pupilla) è situato sullo stesso piano del diottro.

46 Occhio schematico ridotto di Emsley emmetrope

47 Parametri dell occhio ridotto di Emsley Raggio di curvatura dell unico diottro equivalente =+5,55 mm Indice di rifrazione equivalente =1,3333 Lunghezza assiale =22,22 mm Potere totale del diottro =+60 dt

48 Occhio ridotto standard

49 L occhio ridotto standard emmetrope

50 0cchio ridotto non standard emmetrope

51 Confronto tra l occhio l ridotto di Emsley e l occhio l semplificato di Gullstrand Gullstrand Emsley

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53 Perdita di energia luminosa Aria 1.00 Liquido lacr Cornea Acqueo Cristallino Vitreo 1.336

54 Immagini di Purkinje Proiettando una luce in un occhio con un angolazione di 30 /50 /50 è possibile osservare attraverso la pupilla quattro immagini riflesse dall occhio; esse sono dette immagini di Purkinje.

55 Jan Evangelista Purkinje Nato in Boemia 1787/1869 Famosi i suoi studi sul cervello, in particolare sulle cellule del cervelletto, e sul cuore. È molto noto anche per lo studio sulla sensibilità cromatica dell occhio al variare della luminanza (effetto Purkinje) ) e per lo studio delle immagini riflesse dall occhio.

56 Le immagini di Purkinje 1 immagine prodotta dalla superficie della cornea. 2 immagine prodotta dalla superficie interna della cornea. 3 immagine prodotta dalla superficie esterna del cristallino. 4 immagine prodotta dalla superficie interna del cristallino.

57 Caratteristiche delle immagini di Purkinje La N 1 N 1 appare molto luminosa La N 2 N 2 appare molto simile alla prima La N 3 N è molto più fioca della prima, circa 1/100 La N 4 N è la più fioca di tutte circa 1/125 di quella corneale. Poiché le dimensioni delle immagini dipendono dalla curvatura del diottro (più è curva e più si rimpiccioliscono), in fase di accomodazione è possibile notare il rimpicciolimento della N 3 N (immagine della superficie anteriore del cristallino che è quella che si incurva di più).

58 Immagini del cristallino

59 Utilità delle immagini di Purkinje Attraverso lo studio e l utilizzo l di queste immagini è possibile: Misurare i movimenti dell occhio. Misurare la curvatura corneale. Misurare l accomodazione l e la posizione del cristallino. Individuare i vari assi dell occhio.