VISTA ottica geometrica

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1 Corso di Laurea Specialistica in MEDICINA e CHIRURGIA corso integrato FISICA - disciplina FISICA VISTA ottica geometrica - ANATOMIA DELL'OCCHIO - SISTEMA OTTICO - ACUITA' VISIVA - DIFETTI OTTICI DELL'OCCHIO

2 ANATOMIA DELL'OCCHIO nervo ottico asse ottico sclera coroide umor vitreo fovea retina muscolo ciliare D = 22 mm cristallino umor acqueo iride cornea cornea : n =.33 diottro R = 8 mm umor acqueo : n =.33 iride : diaframma r = 2.5 mm cristallino : n =.44 lente biconvessa R = 0 mm (a riposo) R = 6 mm (sotto sforzo) umor vitreo : n =.33 retina : tessuto nervoso fotosensibile 2

3 R 2 SISTEMA OTTICO approssimazioni di Gauss S n p δ q' n 3 R 23 R n 32 2 q D 22 mm δ 5 mm diottro (cornea) + lente (cristallino) n n p + = 2 n q' R 2 + q δ = (n 3 ) δ q' R 23 R 32 3

4 SISTEMA OTTICO n p + q' = n R 2 n + 2 q δ = (n 3 ) δ q' R23 R 32 superficie di messa a fuoco (retina) fissa : q = D 22 mm immagine reale capovolta termini noti n =.33 n 3 =.44 δ 5 mm q = D 22 mm R 2 8 mm R 32 6 mm R 23 variabile dato p incognita R 23 4

5 SISTEMA OTTICO n p + q' = n R 2 + q δ = (n 3 ) δ q' R23 R 32 visione lontana p = q' = 32.2 mm q = 22 mm R 23 = 0 mm cristallino a riposo visione prossima p = d o = 250 mm q' = 35.4 mm q = 22 mm R 23 = 6.78 mm cristallino sotto sforzo d o = distanza minima di visione distinta 5

6 SISTEMA OTTICO n p + q' = n R 2 + q δ = (n 3 ) δ q' R23 R 32 punto prossimo p = 50 mm q = 22 mm R 23 = 3 mm immersione subacquea n =.5 p = q = 22 mm R 23 =.8 mm q' = 35.4 mm cristallino sotto massimo sforzo impossibile mettere a fuoco sulla retina!! 6

7 minimo angolo θ ACUITA' VISIVA sotto cui si osservano due punti distinti θ limiti : a - distanza fra fotorecettori nella retina b - diffrazione del sistema ottico c - aberrazioni del sistema ottico 7

8 ACUITA' VISIVA fotorecettori direzione luce incidente coni 5 µm fovea mammiferi 7 µm 8

9 ACUITA' VISIVA a - limite dalla distanza fra fotorecettori : A B θ r 22 mm B' fotorecettori vicini asse ottico A' A'B' 5 µm retina θ r (fovea) tg θ = A'B' r = 5 µm 22 mm 22 mm θ r rad = ' 9

10 ACUITA' VISIVA b - limite da diffrazione : A θm coordinata sulla retina δ θ o δ intensità n = n aria (B) A θ m (A+B) d m θ m d m B θ m o (A) intensità criterio di Rayleigh = d m.22 λ 2 n senα 0

11 ACUITA' VISIVA d m θ m iride : diaframma r = 2.5 mm α D D = apertura iride D l l senα = 2 senα = D 2l d = 2.22 senα λ =.22 λ D =.22 l λ m 2 D 2 l

12 ACUITA' VISIVA d = 2.22 senα λ =.22 λ D =.22 l λ m 2 D 2 l d m θ m l d tg θ = m m = l λ.22 l D l tg θ m =.22 λ D = l d m λ = cm } D = 0.5 cm θ m rad = 0.4' 2

13 ACUITA' VISIVA θ r rad = ' limite da distanza fra fotorecettori θ m rad = 0.4' limite da diffrazione θ r > θ m (approssimazione di Gauss) acuità visiva umana limitata dalla distanza tra i fotorecettori aberrazione cromatica aberrazione sferica rumore di fondo θ limite rad 3

14 θ limite rad l = d tgθ fari autoveicolo.2 m d θ l d θ rad l = 00 m θ = θ limite rad l = 500 m 4

15 POTERE DIOTTRICO DELLA CORNEA distanza focale f 2 = lim q = p R 2 n distanza focale f 2 =.33 x 8 mm = mm = m potere diottrico Ψ = f 2 Ψ = m = 3.0 diottrie 5

16 f = lim q POTERE DIOTTRICO DEL CRISTALLINO potere diottrico Ψ p = lim p = f (n 3 ) q = R 23 R 32 R 23 = 0 mm (visione lontana) Ψ = (.44.33).33 0 mm 6 mm = 22. diottrie R 23 = 6.78 mm (visione prossima) R 23 = 3 mm (punto prossimo) Ψ = 26 diottrie Ψ = 73 diottrie 6

17 IMMAGINE CAPOVOLTA D 22 mm sistema ottico (cornea e cristallino) asse ottico retina immagine (fuoco sulla retina) f = 22 mm 7

18 mammiferi ACUITA' VISIVA fotorecettori direzione luce incidente coni 5 µm fovea mammiferi 7 µm 8

19 UCCELLI θ r < rad maggiore densità di recettori rispetto alla luce incidente 5 µm fotorecettori 2 µm UOMO θ r rad = ' θ r 0 4 rad = 20" 9

20 occhio emmetrope (normale) DIFETTI OTTICI correzione miopia ipermetropia piano orizzontale piano verticale astigmatismo 20

21 John William Strutt 3 barone Rayleigh (noto come Lord Rayleigh) nato il 2 novembre 842 morto il 30 giugno 99 fisico sperimentale e teorico inglese professore a Cambridge e membro della Royal Society ( ) attività principali : - definizione del potere risolutivo di strumenti ottici - scoperta e isolamento dell'argon (895) (premio Nobel 904) - indagini sulle onde d'urto in acustica - studi sugli spettri atomici in relazione a sistemi in vibrazione - studi teorici e sperimentali sul concetto di 2etere