ad opticaoftalmica a05

8/14/2019 Ad Opticaoftalmica a05

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UNIVERSIDADE BRAZ CUBAS - Tecnologia em ptica e Optometriaptica Oftlmica aula 5

Alex Dias

Observao: O presente texto destinado a profissionais quenecessitam somente das informaes bsicas relativas a alguns conceitos daptica fsica que se aplicam rea de ptica oftlmica, por isso no existemgrandes desenvolvimentos matemticos ou outra forma de aprofundamentoterico.

WAVEFRONT OU FRENTE DE ONDA

O conceito de frente de onda, em ingls denominado wave front, oureduzido para wavefront, tem ganhado significativa aplicao em pticaoftlmica, para verificar o comportamento da luz atravs de sistemas pticos eindicar as correes necessrias para melhorar a qualidade da imagem obtidaatravs destes sistemas. Esta tcnica se desenvolveu inicialmente naastronomia com o objetivo de melhorar a qualidade das imagens dostelescpios uma vez que os raios de luz so refratados de forma irregular naatmosfera alterando as imagens obtidas. Assim desenvolveram-se uma srie detcnicas que permitiam medir e analisar estas imagens e corrigi-las atravs deprogramas de computador. O instrumento de destaque o aberrmetro deShack-Hartmann, dentre outros tipos de aberrmetros, que tem sido utilizado narea da oftalmologia.

Antes disso precisamos recordar o tradicional modelo utilizado paraexplicar o caminho da luz atravs da lente que representado pelo raio de luz ,chamado de Traado Geomtrico ou Ray Tracing (em ingls), que nos permiteprever a relao existente entre objeto e imagem, atravs pelo menos doisraios de luz com caractersticas especficas, atravessando a lente e associandoos pontos do objeto visualizado sua imagem. Esta tcnica pode considerardiversos pontos da lente ao mesmo tempo para analisar e projetar as lentes,beneficiando-se do desenvolvimento da informtica como suporte a este tipo deanlise.


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Esta tcnica permite a anlise de defeitos pticos caractersticos daslentes oftlmicas, denominados aberraes. Estamos falando das aberraesmonocromticas, descritas inicialmente, por Ludwig Von Seidel (1821-1896) emmeados do sculo 19, e so provocadas pela geometria da lente, isto , oformato de suas curvas e o ngulo de incidncia dos raios luminosos. Para oestudo das aberraes nas lentes oftlmicas adotou-se a cor verde-amareladacomo referncia, pois o olho humano mais sensvel e corresponde a regio

intermediria do espectro visvel. Existe tambm a aberrao cromtica paraqual ainda se buscam melhores solues, mas que est relacionada com omaterial da lente.

Outra estratgia despontou graas ao desenvolvimento de novosinstrumentos que permitem medir com maior preciso o desempenho daslentes projetadas, a tcnica baseada no conceito de wavefront .

Deixando de considerar somente um raio de luz, observemos todos osraios que atravessam a lente ao mesmo tempo, como um peloto em marcha,formando uma frente que denominamos frente de onda ou, em ingls, wavefront. De uma forma mais correta defini-se Frente de Onda como o lugar geomtrico dos pontos que oscilam em mesma fase ou Superfcie de Onda olugar geomtrico de todos os pontos em que a fase de vibrao ou variaoharmnica de uma quantidade fsica a mesma.


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Em um dos experimentosmontados com aberrmetro jcitado emite-se um laser finssimo,de cerca de 0,1 mm, que varre alente ponto a ponto, incidindo pelolado posterior e, ao emergir pelolado anterior, capturado por umsensor formado de minsculaslentes que analisam o desviosofrido pelo raio e constroem odesenho da frente de onda. Emuma lente ideal a frente de ondaque emergisse deveria serperfeitamente plana, mas emfuno de seus defeitos pticosela apresenta-se deformada.Neste experimento simuladainclusive a rotao do olhohumano, que utiliza os maisdiversos pontos da lente, como nocaso da pessoa utilizando lentesprogressivas que movimenta seusolhos do campo de longe paracampo de perto.

Fontes de luz pontuaisgeram frentes de ondas esfricas.Como exemplos clssicos tm a chama de uma vela que, em funo de seupequeno tamanho, pode ser aproximadamente considerada como um pontoluminoso gerando frentes de onda de forma esfrica, outra fonte forma gerafrentes de onda planas o Sol que incide sobre a Terra, onde raios de luz sopraticamente paralelos. No devemos, porm nos esquecer da diferena entreas fontes de luz coerentes ou incoerentes e policromticas ou monocromticas.

Arranjo para medio de frente de ondaNDF filtro, M&PH microscpio, objetiva e furoestenopeico, C colimador com lentes acromticas, C tambor com diversos dimetros de aberturas, PPL lenteem anlise, no caso uma lente progressiva, PC compensador de prisma, L1 e L2 lentes acromticas, FS-sistema corretor de foco, MLS conjunto de micro lentes,HSCCD e HS sistema de captura da imagem do sistemade microlentes. PPL positioner mecanismo posicionadorpara simular inclinao necessria na lente progressiva.Na figura do olho temos:FA eixo de fixao, t ngulo pantoscpico, nguloentre FA e plano da lente e R centro de rotao do olho.


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A melhor visualizao de uma frente de onda obtida atravs de uma fonte deluz coerente e monocromtica. O exemplo do sol e da vela produzem frentes deonda de diversos comprimentos.

Uma lente esfrica ideal produz mudana na forma da frente de ondaquando a luz a atravessa, uma frente de onda paralela, ao atravessar a lente se

tornar esfrica ou vice versa. J na lente real a frente de onda estardeformada. Atravs de um sensor possvel captarmos esta onda deformada eelaborar um mapa que permite descrever as caractersticas desta onda.

Como esta onda deformada muito complexa, mais simples de

entend-la considerando-a como a soma de ondas com formas mais simples,cujos efeitos somados corresponderam frente original, identificando quais so

Sistema ideal sem aberra es

Sistema real com aberra es


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as aberraes que esto presentes. A forma utilizada para esta decomposiofoi desenvolvida por Frederik Zernike (1888-1966), atravs de uma srie defrmulas chamadas de Polinmios de Zernike , onde cada termo descreve umaaberrao especfica e que acabou sendo padro para a anlise das frentes deonda. A descrio de Zernike tem algumas diferenas da proposta por Seidel,apesar da semelhana de algunsnomes.

Para poder visualizar demelhor as aberraes elaborado,

para cada aberrao especfica, ummapa colorido, semelhante a ummapa topogrfico onderepresentamos atravs de cores asdistncias que cada pontoapresenta em relao frente deonda ideal que seria plana. No

desenho abaixo apresentamos ocoma onde os pontos em vermelhoesto mais altos do que a frente deonda plana e os azuis mais baixos ea unidade de medida omicrometro. Quanto mais prximodo verde, mais prximo o pontoestar da frente de onda ideal.

Grfico em 2D

Forma da frente de onda


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Cada tipo de aberrao produzir umaalterao na forma da onda. A aberrao esfrica ,por exemplo, acentua a curvatura da frentetornando-a mais fechada na periferia e mais planano centro, o astigmatismo faz com que a ondaapresente um formato de sela de cavalo, outrasaberraes geram formas mais complexas. Almdisso, elas podem ser de baixa ou de alta ordem .As aberraes esfricas e astigmticas so debaixa ordem e as principais responsveis pelosdefeitos pticos das lentes, e tambm asidentificamos nas dioptrias esfricas e cilndricas,medidas atravs do Lensmetro, cujas variaespodem ser percebidas quando efetuamosmedies prximas ao centro da lente. Com aevoluo da tecnologia, buscando reduzir estasvariaes e as aberraes de alta ordem comeama ser o prximo objetivo, como o coma. Seusefeitos na qualidade da viso so mais sutis como

Forma de onda com lexa

Asti matismo 45 + Esfrico + Astimatismo 90

Coma vertical + Coma Horizontal + Trefoil

Aberra o esfrica

Esfrico

Cilndrico

Trevo ou Trefoil

Forma de onda das principaisaberraes.


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o ofuscamento, a perda de percepo de cores e de contraste. O coma umaaberrao de terceira ordem, cuja deformao na frente de onda plana semelhante a uma ondulao. Existem ainda outras aberraes de ordenssuperiores, quarta, quinta, ou mais, e tudo depende do grau de precisoobjetivado na medio objetivada.

O exemplo dado no artigo do Prof. Paulo Schor interessante: Imaginevoc assistindo uma orquestra, a msica que voc ouve o resultado da somade todos os instrumentos, se a orquestra desafinar necessrio ouvir cadainstrumento separadamente para verificar qual est fora da harmonia paracorrigi-lo.

A tcnica de medio de wavefront busca identificar as deformaes


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existentes na frente de onda e suas causas para que a geometria da lente possaser ajustada de forma a resolver ou minimizar o problema. Um obstculo adificuldade de reduzir duas ou mais aberraes ao mesmo tempo, pois quandose reduz um tipo, outro tipo ganha destaque. Este o motivo de existiremtantos projetos de lente, onde cada fabricante busca reduzir aquelas aberraesque considera mais significativas em suas pesquisas.

A expresso matemtica dos polinmios de Zernick complexa e a cadatermo est atribudo um componente especfico de aberrao dividido emdiversas ordens. Cada aberrao pode ser representada por uma equao ondeos 18 primeiros termos descrevem as aberraes somente at o nvel da quintaordem. Para ter uma idia do nvel de detalhamento mesmo o astigmatismo,identificado normalmente pelo eixo e pela dioptria cilndrica, nestes polinmios

decomposto em dois eixos.

As figuras a seguir so de uma palestra da Universidade de Indiana, que uma escola de Optometria ( http://research.opt.indiana.edu/ ). Para quepossamos fazer uma analogia com a tabela que se segue s figuras necessrio entender que estes polinmios esto expressos em coordenadas

polares que so o raio, normalmente indicado por r ou (r) e o ngulo,

indicado pela letra

(tta)

TABELA

FORMA DAONDA

IMAGEM RETINIANA

ACUIDADEVISUAL


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http://www1.univap.br/irapuan/Exame/zernicke/Appendix-Zernike.htm#Tab1

Pisto

Nomes dos

componentes

Inclinao ou prisma

Astigmatismo (3 e 5) eEsfrico (4)

Coma (7 e 8) e Trefoil,Triflio ou Trevo (6 e 9)

Aberrao esfrica(12)

Coma secundrio(17 e 18)


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A condio de reduzir as aberraes da lente passa ainda pela anlise da

interao entre o olho e lente, fatores como o dimetro da pupila consideradono projeto das lentes, e na tecnologia de anlise por wavefront. A relao entreo movimento de cabea e a utilizao dos movimentos oculares tambm soconsiderados nos novos projetos, para determinar a rea utilizada da lenteconcentrando nestes pontos as melhorias desejadas..

Efeito do tamanho da pupila nasaberraes


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http://scien.stanford.edu/class/psych221/projects/05/rapaport/prime.htm

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