Módulo de Óptica Universidad del Salvador Facultad de Medicina- Post Grado Carrera de Médico Especialista en Oftalmología: Prof. Dr. Daniel Scorsetti Optica Física y Geométrica Dr. Tomás y Lic. Gabriel Martin Buenos Aires, Junio 2016
Ramas de la Óptica Óptica Óptica Teórica Óptica Aplicada Física Geométrica Oftálmica Instrumental Industrial, etc.
Óptica Física Los fenómenos ópticos en los cuales la naturaleza de la luz comienza a cobrar relevancia, son estudiados por la óptica física
Óptica Física
Óptica Física E Luz azul > E luz roja (azul ejemplo fluoresceina sódica) E = h.v h= 6.626 x 10-34 J/s Cuando la luz interactúa con la materia, cuantos de energía (fotones) son emitidos o absorbidos. La energía por fotón es igual a la constante de Planck x la frecuencia de la onda.
Óptica Física Teoría ondulatoria. Ecuación de una Onda ψ(x, t) = A sen k(x ct) c = λν ν = 1/τ κ= 2π/λ A c λ ν amplitud de onda velocidad de la onda longitud de onda frecuencia τ período
Óptica Física Superposición de Ondas (interferencia) La interferencia ocurre cuando 2 ondas originadas en una misma fuente interactúan entre sí. preferentemente con luz monocromática Interferencia constructiva Interferencia destructiva
Óptica Física Experimento de Young Formación de bandas brillantes Luz coherente l diferencia de camino óptico l = 2λ l = λ l = 0 Patrón de interferenci a Coherencia describe la cualidad de dos haces provenientes de la misma fuente de producir interferencia
Óptica Física Experimento de Young Formación de bandas oscuras Luz coherente l diferencia de camino óptico l = 1.5λ l = 0.5λ Patrón de interferencia Coherencia describe la cualidad de dos haces provenientes de la misma fuente de producir interferencia
Óptica Física Ejemplos de aplicaciones oftálmicas de interferencia y coherencia Interferometría por laser: Evaluación de la función retinal en ojos cataratosos. Biometría con Iol Master. Tomografía de Coherencia Óptica Filtros de interferencia destructiva en gafas (Multicoating)
Óptica Física Anillos de Newton Formación de anillos l diferencia de camino óptico Patrón de interferencia
Óptica Física Interferencia en Película Delgada Formación de bandas l Patrón de interferencia 2l = nλ bandas oscuras 2l = (n+0.5)λ bandas brillantes 2l diferencia de camino óptico
Óptica Física Polarización La luz linealmente polarizada consiste en ondas luminosas que tienen todos sus campos eléctricos en un mismo plano. Planos de Polarización Lineal Planos de Polarización Polarización Circular Ciertos cristales como la calcitra producen polarización. En la naturaleza la luz reflejada especialmente en el agua o la nieve producen polarización parcial que puede ser neutralizada con lentes polarizados.
Óptica Física Difracción Las ondas luminosas son parte de un fenómeno electromagnético. Dos o más pueden interferirse entre sí. Cuando las ondas luminosas tocan bordes son difractadas. Interferencia Difracción
Óptica Física Qué es la difracción? Cada punto de un frente de onda que se propaga es un emisor de ondas secundarias (principio de Huygens). El lugar combinado de estas formas de ondas expansivas forman la onda de propagación. La interferencia entre las ondas secundarias crean un patrón de fleco que rápidamente disminuye en intensidad con un incremento en el ángulo desde la dirección inicial de propagación. La magnitud del fenómeno difractivo es inversamente proporcional al tamaño de la pupila, afectando el límite de resolución Regiones de diferente intensidad de luz y oscuridad total
Óptica Física Lentes difractivas El fenómeno de difracción puede ser utilizado para fabricar Lentes Difractivas, una alternativa a las lentes refractivas convencionales Las Lentes Difractivas pueden ser fabricadas por medio de métodos holográficos u otras tecnologías Las Lentes Difractivas puede dar más de una imagen de un objeto puntual y de esta manera ser útil para la corrección multifocal
Óptica Física Scattering El Scattering posee dos pasos: Excitación y emisión Luz dispersada Luz incidente Partículas
Óptica Física Scattering Genera un velo que disminuye el contraste visual Es un fenómeno típico en pacientes con catarata Afecta negativamente al PSF.
Óptica Física El PSF no es afectado solamente por aberraciones y difracción sino también por scattering. El PSF es usualmente calculado desde la aberrometría sin tomar en cuenta el efecto del scattering. Representación 2D Representación 3D Normal Astigmatismo Cataratas En la actualidad el único equipo que mide realmente el PSF es OQAS (Optical Quality Analysis System)
Óptica Geométrica Los fenómenos ópticos en los cuales la luz pueda ser tratada como un rayo sin importar su naturaleza física son estudiados por la óptica geométrica
Propagación de la luz Indices de refracción
Óptica Geométrica Leyes Fundamentales Los rayos incidente, reflejado, refractado y la normal están en un mismo plano θ r =θ i n i senθ i = n R senθ R n R, n i índices de refracción
Óptica Geométrica Angulo Limite Se define Angulo Límite θ c al ángulo de incidencia para el cual el ángulo de refracción es de 90 grados. Si el ángulo de incidencia sobre un medio de mayor índice es mayor que θ c, entonces la luz se reflejará permaneciendo en el medio incidente.
Óptica Geométrica Reflexión en superficies esféricas Superficie Convexa Superficie Cóncava
Óptica Geométrica Formación de Imágenes en Espejos Esféricos Superficie Convexa Superficie Cóncava
Óptica Geométrica Análisis Cuantitativo Superficie Cóncava
Óptica Geométrica Refracción en superficies esféricas Lente Biconvexa Lente Bicóncava
Óptica Geométrica Formación de Imágenes en Lentes Esféricas Lente Biconvexa Lente Bicóncava
Óptica Geométrica Análisis Cuantitativo Lente Biconvexa
Óptica Geométrica Prisma Dispersor Angulo de Desviación
Óptica Geométrica Dioptría Prismática Se define que un prisma tiene un poder de 1 dioptría prismática cuando es capaz de desviar un rayo de luz en 1 cm sobre una pantalla ubicada a 1 metro de distancia. 100c m 1cm
Óptica Geométrica Pinhole Si se hace un orificio en una caja se verá una imagen proyectada sobre la cara opuesta al orificio. Esta imagen estará invertida y su tamaño estará dado por el ángulo subtendido entre las dos líneas rojas mostradas en la figura y la distancia entre ambas caras de la caja.
Óptica Geométrica Concepto de Vergencia Se denomina Vergencia al grado de desviación de un rayo de luz incidente sobre una determinada superficie óptica (dioptra). Se denomina Potencia dióptrica a la recíproca de la distancia en metros respecto del punto en el cual los rayos incidentes se intersecan. Estas magnitudes se relacionan matemáticamente mediante la siguiente ecuación: D = Potencia de la lente U = Vergencia objeto D = V - U V = Vergencia imagen
Óptica Geométrica Concepto de Vergencia y Ecuación de Focos Conjugados f = Distancia focal de la lente s = Distancia objeto-lente s = Distancia imagen-lente D = Potencia de la lente U = Vergencia objeto V = Vergencia imagen 1 1 1 = - f s s D = V - U Equivalencias: D 1 V 1 U 1 = = = f s s
Óptica Geométrica Concepto de Vergencia (Ejemplo) Se desea calcular la posición de la imagen generada por una lente de potencia -2Dpt si la vergencia objeto es -4Dpt. D = V - U V = D + U V = -2Dpt + -4Dpt V = -6Dpt => s = -0.167m = -16.7cm El signo negativo indica que la imagen se forma en el semiplano del objeto. Es decir, se trata de una imagen virtual.
Óptica Geométrica Magnificacion (Ejemplo) Se define Magnificación (m) al cociente entre la altura de la imagen (h ) y la altura del objeto (h). Por razones geométricas esto es equivalente a: h s U m = = = h s V En el ejemplo que hemos visto, -4Dpt m = = 0.67-6Dpt Magnificación menor a uno implica altura imagen menor que altura objeto. Magnificación positiva significa que la imagen es derecha.
H O = Punto Principal o H i = Punto Principal i n F O f O Lentes Gruesas S O H O h O h I H I n 1 S I F o = Foco Objeto F i = Foco Imagen F I f I n Siendo n=1 (vacío) son H o y H i puntos nodales y h o y h i planos principales
iconvexa Lentes Gruesas Disposición de los planos principales de las lentes más comunes Bicóncava Plano Convexa Plano Cóncava Menisco Positivo Menisco Negativo
Poder dióptrico de las lentes gruesas Poder Esferométrico Poder Focal Poder Frontal Posterior Poder Frontal Anterior P s = P 1 + P 2 P f = P 1 + P 2 - P vp = P va = en 1-1 -. P. 1 P 2 P f e n P f e n.. P 1 P 2