Fótons e Óptica da Visão

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Óptica da Visão 
Fótons: é uma partícula elementar quântica da luz, é energia (elétrica e/ou luminosa). Ele sempre 
viaja na velocidade da luz, exceto quando passa por um meio mais denso.
	 É a partícula mediadora da força eletromagnética, mesmo que a radiação eletromagnética 
pareça ser contínua em muitos casos, ela é na verdade composta por quantidades discretas de 
energia, ou quanta, chamadas fótons. 
Propriedade dos fótons: 
• Dualidade partícula-onda: ele pode se comportar como partícula ou como onda. Assim, eles 
possuem frequência e comprimento de onda. Como partículas eles possuem quantidade 
discreta de energia.
• Pacotes de Energia: A energia de um fóton é quantizada, o que significa que ela vem em 
pacotes de uma quantidade específica que depende da frequência.
• Sem Massa de Repouso: Fótons não têm massa de repouso e sempre se movem à velocidade 
da luz no vácuo, que é de aproximadamente (3x10^8) metros por segundo.
• Efeito Fotoelétrico: Fótons podem ser absorvidos por átomos, fazendo com que os elétrons 
sejam ejetados do átomo, um fenômeno conhecido como o efeito fotoelétrico. Esse 
comportamento foi crucial para o desenvolvimento da teoria quântica.
• Invariância de Velocidade: Independentemente do movimento da fonte de luz ou do observador, 
a velocidade do fóton permanece constante.
• Sem Carga Elétrica: Fótons não possuem carga elétrica e, portanto, não são afetados por 
campos elétricos ou magnéticos. No entanto, eles são a causa dos efeitos eletromagnéticos.
• Polarização: Fótons podem ser polarizados, o que significa que a direção do seu campo 
elétrico oscilante pode ser orientada em uma direção específica.
• Interação com a Matéria: Fótons podem interagir com a matéria de várias maneiras, como 
sendo refletidos, refratados, difratados, absorvidos ou emitidos.
• Conservação de Energia e Quantidade de Movimento: Em processos como emissão e 
absorção, a energia e a quantidade de movimento do fóton são conservadas.
Refração da Luz: 
	 Os raios de luz atravessam o ar com velocidade de cerca de 300.000 km/s, mas 
percorrem muito mais lentamente sólidos transparentes e líquidos. O índice refrativo de uma 
substância transparente é a proporção entre a velocidade da luz no ar para a velocidade na 
substância. O índice refrativo do ar é 1 
	 Quando os raios da luz, componentes de um feixe luminoso, atingem uma interface que é 
perpendicular ao feixe, eles entram, no segundo meio, sem se desviar de seu trajeto. O único 
efeito que ocorre é a diminuição da velocidade de transmissão e das ondas de comprimento mais 
curtas, como é mostrado na figura, pelas distâncias mais curtas entre as frentes de ondas.
	 Contudo, se os raios de luz atravessam interface angulada, eles se curvam se os índices 
refrativos dos dois meios forem diferentes entre si. Essa curvatura dos raios de luz, em uma 
interface angulada, é conhecida como refração. 
@maferfiaux
Aplicação da Refração em Lentes: 
Lente Convexa: os raios de luz paralelos entrando em lente convexa. Os raios de luz que 
atravessam o centro da lente a atingem de modo exatamente perpendicular à superfície e, 
portanto, atravessam a lente sem serem refratados. Em direção à borda da lente, contudo, os 
raios de luz atingem a interface progressivamente mais angulada. Portanto, os raios externos se 
curvam cada vez mais em direção ao centro, o que é chamado convergência dos raios.
	 Se a lente tiver exatamente a curvatura apropriada, os raios de luz paralelos que 
atravessam cada parte da lente serão curvados com exatidão o suficiente para que todos os 
raios atravessem em um ponto único, que é chamado ponto focal. 
Lente Côncava: Os raios que entram no centro da lente atingem uma interface que é 
perpendicular ao feixe e, por conseguinte, não refratam. Os raios na borda da lente entram na 
lente à frente dos raios no centro. Esse efeito é oposto ao que ocorre na lente convexa e faz com 
que os raios luminosos divirjam dos raios de luz que atravessam o centro da lente. Desse modo, 
a lente côncava diverge os raios luminosos.
Lente Cilíndrica: a lente cilíndrica curva os raios de luz dos dois lados da lente, mas não de cima 
para baixo, isto é, a curvatura ocorre em um plano, mas não no outro. Assim, raios de luz 
paralelos se curvam, formando uma linha focal. 
@maferfiaux
Medida do Poder Refrativo de uma Lente “Dioptria”: 
	 Quanto mais a lente curvar os raios de luz, maior será seu “poder refrativo”. Esse poder 
refrativo é medido em termos de dioptrias. O poder refrativo em dioptrias de lente convexa é igual 
a 1 metro dividido por sua distância focal. 
	 Desse modo, uma lente esférica que converge raios de luz paralelos para ponto focal 1 
metro além da lente tem poder refrativo de +1 dioptria,. Se a lente for capaz de curvar raios de luz 
paralelos duas vezes mais que a lente com poder de +1 dioptria, dir-se-á que tem força de +2 
dioptrias 
Óptica dos Olhos: 
	 Tem sistema de lentes, sistema de abertura variável (a pupila) e a retina que corresponde 
ao filme. O sistema de lentes do olho é composto por quatro interfaces refrativas: (1) a interface 
entre o ar e a superfície anterior da córnea; (2) a interface entre a superfície posterior da córnea e 
o humor aquoso; (3) a interface entre o humor aquoso e a superfície anterior do cristalino; e (4) a 
interface entre a superfície posterior do cristalino e o humor vítreo. O índice interno do ar é 1; o 
da córnea é 1,38; o do humor aquoso é 1,33; o do cristalino (em média) é 1,40; e o do humor 
vítreo é 1,34. 
	 Cerca de dois terços das 59 dioptrias do poder refrativo do olho são dados pela superfície 
anterior da córnea (não pelo cristalino). A principal razão para esse fenômeno é que o índice 
refrativo da córnea é acentuadamente diferente daquele do ar, enquanto o índice refrativo do 
cristalino não é muito diferente dos índices do humor aquoso e do humor vítreo. 
	 O poder refrativo total do cristalino, que normalmente se situa no olho, cercado por líquido 
de cada lado, é de apenas 20 dioptrias, por volta de um terço do poder refrativo total do olho. 
Entretanto, a importância do cristalino é que, em resposta a sinais nervosos vindos do cérebro, 
sua curvatura pode aumentar acentuadamente, provocando a “acomodação visual”.
@maferfiaux
Formação de uma Imagem na Retina: 
Da mesma forma que uma lente de vidro pode 
focalizar a imagem em folha de papel, o sistema de 
lentes do olho pode focalizar uma imagem na retina. A 
imagem é invertida e reversa com respeito ao objeto. 
No entanto, a mente percebe os objetos na posição em 
pé apesar da orientação da cabeça para baixo na retina, 
porque o cérebro é treinado para considerar a imagem 
invertida como normal. 
Erros Refrativos: 
Emetropia (Visão Normal): o olho é considerado normal ou “emetrópico” se raios de luz 
paralelos de objetos distantes estiverem em foco nítido na retina, quando o músculo ciliar estiver 
completamente relaxado. Isso significa que o olho emetrópico pode ver todos os objetos 
distantes, claramente, com seu músculo ciliar relaxado. No entanto, para focalizar objetos 
próximos, o olho precisa contrair seu músculo ciliar e, assim, fornecer graus apropriados de 
acomodação. 
Hiperopia ou Hipermetropia (Visão Boa para Longe): em geral, se deve a um globo ocular 
curto demais ou, ocasionalmente, a sistema de lentes fraco demais. Nessa condição, os raios de 
luz paralelos não são curvados o suficiente, pelo sistema de lentes relaxado, para chegar ao foco 
quando alcançam a retina. Para superar essa anormalidade, o músculo ciliar precisa contrair-se 
para aumentar a força do cristalino. 
Miopia (Visão Boa para Perto): quando o músculo ciliar está completamente relaxado, os raios 
de luz que vêm de objetos distantes são focalizados antes da retina. Esse distúrbio geralmente se 
deve ao globo ocular longo demais, mas pode resultar de demasiado poder refrativo no sistema 
de lentes do olho. Não existe mecanismo pelo qual o olho possa diminuir a força de sua lentepara menos do que aquela que existe quando o músculo ciliar está completamente relaxado. A 
pessoa míope não tem mecanismo pelo qual focaliza objetos distantes nitidamente na retina. 
Contudo, à medida que um objeto se aproxima do olho da pessoa, ele finalmente chega perto o 
suficiente para que a imagem possa ser focalizada. 
@maferfiaux
Astigmatismo: é uma condição comum e geralmente tratável do olho que causa visão distorcida 
ou borrada. Acontece devido a uma irregularidade na curvatura da córnea ou, em alguns casos, 
da lente do olho. Em um olho sem astigmatismo, a córnea, que é a camada transparente na 
frente do olho, tem uma curvatura suave como a superfície de uma esfera. Isso permite que a luz 
que entra seja focada de maneira uniforme para uma visão clara.
No astigmatismo, a córnea ou a lente tem uma forma mais parecida com a uma bola de 
futebol americano, com uma curvatura mais pronunciada em um eixo do que no outro. Isso causa 
uma refração ou dobra da luz de forma desigual, o que significa que os raios de luz não são 
focados em um único ponto na retina. Como resultado, as imagens podem parecer esticadas e 
distorcidas.
As pessoas com astigmatismo frequentemente têm visão borrada ou distorcida tanto para 
objetos próximos quanto distantes. O astigmatismo pode ocorrer sozinho ou pode estar 
associado com outras condições de visão, como miopia (dificuldade em ver de longe) ou 
hipermetropia (dificuldade em ver de perto). O tratamento para astigmatismo pode incluir o uso 
de óculos ou lentes de contato corretivas que ajudam a compensar a curvatura irregular, ou 
cirurgias a laser que alteram a forma da córnea para uma curvatura mais normal e esférica.
Presbiopia (Perda da Acomodação pelo Cristalino): À medida que a pessoa envelhece, o 
cristalino fica maior e mais espesso e se torna muito menos elástico, em parte devido à 
desnaturação progressiva das proteínas do cristalino. A capacidade do cristalino mudar de forma 
diminui com a idade. O poder de acomodação reduz por cerca de 14 dioptrias em uma criança, 
para menos de 2 dioptrias, quando a pessoa chega aos 45 a 50 anos e diminui, essencialmente, 
a 0 dioptria aos 70 anos de idade. Daí em diante, o cristalino permanece quase totalmente sem 
acomodação, condição conhecida como presbiopia. 
Correção de Miopia e Hiperopia pelo Uso de 
Lentes: se as superfícies refrativas do olho tiverem 
poder refrativo em demasia, como na miopia, esse 
poder refrativo excessivo poderá ser neutralizado 
pela colocação, em frente ao olho, de lente esférica 
côncava, que divergirá os raios.
	Inversamente, em uma pessoa que tenha hiperopia — 
isto é, alguém que tenha sistema de lentes muito 
fraco —, a visão anormal poderá ser corrigida pelo 
acréscimo de poder refrativo, usando-se lente 
convexa em frente ao olho.
Mecanismo de Acomodação: 
- Estímulo Parassimpático;
- Proveniente do núcleo do oculomotor (NC III) 
localizado no tronco encefálico;
- Passa pelo gânglio ciliar (não faz sinapse);
- Contrai ambos os conjuntos de fibras do músculo 
ciliar;
- Relaxam os ligamentos zonulares deixando o cristalino 
mais esférico e aumentando seu poder refrativo;
- A medida que um objeto distante se move em direção 
ao olho, o número de impulsos parassimpáticos que 
invade o músculo ciliar precisa aumentar 
progressivamente para o olho manter o objeto 
constantemente no foco.
@maferfiaux
Diâmetro Pupilar: 
- A pupila controla a quantidade de luz que entra nos olhos, sendo proporcional a área da pupila;
- Variando em até 30 vezes;
- Quanto menor o diâmetro pupilar maior a profundidade de foco;
- A maior profundidade de foco possível ocorre quando a pupila está extremamente pequena. A 
razão para isso é que, com abertura muito pequena, quase todos os raios atravessam o centro 
da lente, e os raios mais centrais sempre estão em foco. 
Retina: é a parte sensível à luz do olho e contém os cones, responsáveis pela visão em cores; e 
os bastonetes que podem detectar a penumbra e são responsáveis principalmente pela visão em 
preto e branco em condições de baixa luminosidade. Quando bastonetes e cones são excitados, 
os sinais são transmitidos, primeiramente, através de sucessivas camadas de neurônios na 
própria retina e, por fim, propagam-se pelas fibras do nervo óptico e para o córtex cerebral. 
Camadas da Retina: 
@maferfiaux
Região da Fóvea Retiniana: é área diminuta, no centro da retina, ocupando área total pouco 
maior que 1 milímetro quadrado; é, sobretudo, capaz de visão acurada e detalhada. A fóvea 
central, com apenas 0,3 milímetro de diâmetro, é composta quase inteiramente por cones. Esses 
elementos têm uma estrutura especial que auxilia na detecção de detalhes na imagem visual, isto 
é, os cones da fóvea têm corpos celulares especialmente longos e delgados, distinguindo-se dos 
cones muito maiores localizados mais perifericamente na retina. 
	 Igualmente, na região da fóvea, os vasos sanguíneos, células ganglionares, camadas 
nuclear interna e plexiforme são todos deslocados para um lado, em vez de repousarem 
diretamente sobre o topo dos cones, o que permite que a luz passe sem impedimento até os 
cones. 
Camada Pigmentar da Retina: o pigmento negro melanina, na camada pigmentar, 
impede a reflexão da luz por todo o globo ocular, o que é extremamente importante para 
a visão nítida. Esse pigmento realiza a mesma função no olho que a cor negra dentro do 
fole de uma câmera. Sem ele, os raios de luz seriam refletidos em todas as direções, 
dentro do globo ocular e causariam iluminação difusa da retina, e não o contraste normal 
entre as manchas escura e clara, necessário para a formação de imagens precisas. 
Suprimento Sanguíneo da Retina: o suprimento sanguíneo nutriente para as camadas 
internas da retina é derivado da artéria central da retina que entra no globo ocular pelo 
centro do nervo óptico e depois se divide para suprir toda superfície retiniana interna. 
Desse modo, as camadas internas da retina têm seu próprio suprimento sanguíneo, 
independente das outras estruturas do olho. 
No entanto, a camada mais externa da retina é aderente à coroide, que também é 
um tecido altamente vascularizado situado entre a retina e a esclera. As camadas 
externas da retina, especialmente os segmentos externos dos bastonetes e cones, 
dependem principalmente da difusão dos vasos da coroide para sua nutrição, 
especialmente para seu oxigênio.
@maferfiaux
Tabela de Snellen: 
• Com o objetivo de ter um método objetivo de 
análise, Snellen então desenvolveu sua tabela 
de avaliação da acuidade visual, a qual possui 
letras, chamadas de optotipos, de 5 minutos de 
arco, em que cada detalhe desses optotipos 
compreende 1 minuto de arco;
• Sugerida por Herman Snellen 1861;
• Snellen atribuiu como referência padrão a 
capacidade de reconhecimento dos optotipos 
de 5 minutos de arco a uma distância de 20 pés 
(correspondente a 6 metros), sendo esta a visão 
de 20/20, ou visão 100%. 
• A capacidade máxima de discriminação  da 
retina humana é de 25 segundos de arco (20/7);
•As diversas linhas de avaliação da tabela 
seguem a referência padrão de maneira 
comparativa, sendo o numerador da fração a 
distância da tabela em que o paciente se 
encontra no momento da avaliação (mais 
comumente denotada em pés), e o denominador 
a distância em que aqueles optot ipos 
compreendem um ângulo visual de 5 minutos de 
arco, e seus detalhes 1 minuto de arco;
• Exemplificando, se um paciente só consegue enxergar até a linha 5, temos que sua acuidade 
visual é de 20/40, ou seja, o que ele está vendo a 20 pés ou 6 metros, se em condições de 
plena capacidade visual, seria visto a 40 pés ou 12 metros.
Como nosso cérebro determina a profundidade? 
• Determinação da distância pelo tamanho de imagens conhecidas;
• Determinação da distância por paralaxe de movimento;
• Determinação da distância por estereopsia ou sobreposição de campos visuais.
Líquido Intraocular: 
	 O olho está cheio de líquido 
intraocular que mantém pressãosuficiente no globo ocular para 
conservá-lo distendido. Assim, esse 
líquido pode ser dividido em duas 
partes — humor aquoso, que se situa à 
frente do cristalino, e humor vítreo, que 
fica entre a superfície posterior do 
cristalino e a retina. 
	 O humor aquoso é líquido com 
fluxo livre, enquanto o humor vítreo, 
algumas vezes, chamado corpo vítreo, 
é uma massa gelatinosa que se 
mantém unida por rede fibrilar fina, 
composta, sobretudo, por moléculas 
de proteoglicanos bastante alongadas. 
Água e substâncias dissolvidas podem 
se difundir lentamente no humor vítreo, 
mas ocorre pouco fluxo de líquido. 
	 O humor aquoso está continuamente sendo formado e reabsorvido. O balanço entre a 
formação e a reabsorção de humor aquoso regula o volume total e a pressão do líquido 
intraocular. 
@maferfiaux