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Biofísica da Visão

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BIOFÍSICA DA VISÃO 
A Biofísica da Visão trata do funcionamento do olho humano, que é um 
orgão sensor fotoreceptor que percebe a luz, cores, formas, movimentos e 
espaço. 
* óptica geométrica (lentes) * funcionamento *ametropias 
LENTES DELGADAS 
convergentes 
(convexa) 
divergentes 
(concava) 
C = 1/f 
mais grossa a lente convergente, menor a distância focal, mais convergente. 
LENTES DELGADAS 
convergentes 
divergentes 
OLHO HUMANO 
Os componentes principais do olho humano são pela ordem do caminho da luz: 
 
córnea, humor aquoso, íris, cristalino, humor vítreo e retina. 
O olho é basicamente um sistema de lentes convexas que projeta a imagem na retina. 
São a córnea e o cristalino que agem como lente convexa projetando uma imagem 
real e invertida na retina. O centro dessa imagem é projetado na fóvea que é a 
região mais sensível da retina. 
 
córnea por 2/3 e cristalino por 1/3. 
 
Os raios luminosos incidentes na córnea são refratados devido à sua curvatura e 
à diferença de índice de refração em relação ao ar (1.37 – 1.00). 
OLHO HUMANO 
42,24 D 
22,1 D 
Olho -> 64,34 D 
Para vermos claramente um objeto, a imagem deve necessariamente se formar na 
retina. 
 
Em termos de óptica geométrica, isso quer dizer que a distância da imagem 
(independentemente da posição do objeto e sua distância até a lente) deve ser 
sempre igual a distância das lentes até a retina. 
OLHO HUMANO 
Mas, mudando a posição do objeto se muda a posição da imagem! 
Como essa distância (lentes até a retina) não muda, a única maneira de isso 
acontecer (formar a imagem sempre nada retina) é se uma das lentes do olho 
tiver um foco variável para acomodar na retina as imagens desses objetos (que 
estão a diferentes distâncias da lente). 
 
Chamamos esse processo de acomodação. 
 
Isso só é possível por causa do cristalino. Músculos ligados ao cristalino podem 
alterar a forma do mesmo, tornando-o mais ou menos convexo e assim 
mudando a sua capacidade de convergência. 
OLHO HUMANO 
Quando os músculos contraem, o cristalino se torna mais grosso e assim se 
torna uma lente mais convergente trazendo o foco para mais perto. 
 
 
 
Como uma lente mais grossa é mais convergente e distância focal menor, 
quando os objetos estão próximos do nosso olho, os músculos ligados ao olho 
se contraem tornando o cristalino mais grosso. Quando o olho está relaxado vê-
se objetos mais distantes e contraído (mais convexo) vê-se objetos próximos. 
OLHO HUMANO 
É claro, há um limite para a acomodação. A distância mínima = 25 cm para olhos 
normais. A princípio com relação ao cristalino não existe distância máxima, mas 
outras fatores atuam então há uma distância máxima. 
Com a distância focal diminuída, a imagem do objeto 2 também tem sua 
imagem formada corretamente na retina. 
 
Logo após a córnea há o humor aquoso que é um fluido incolor que é responsável 
pela manutenção da pressão ocular de 15 mmHg pois é produzido e eliminado 
(pelo canal de Schlemm) continuamente. O humor aquoso também fornece 
nutrientes para a córnea e cristalino que não são vascularizados. 
OLHO HUMANO 
Após o humor aquoso vem a íris que 
tem coloração e que é um diafragma 
composto por músculos que ao se 
contraírem e distenderam, diminuem e 
aumentam o tamanho da abertura do 
olho por onde entra a luz, a pupila. O 
diâmetro da pupila pode variar de 1.5 
mm até 8 mm. Quando tem muita luz a 
íris fecha a pupila e quando tem pouca 
luz a íris abre a pupila. A íris responde 
mais rapidamente a variações de luz 
quando saímos de um ambiente escuro 
para claro (demora 5 s para fechar) do 
que quando saímos de um ambiente 
luminoso para um escuro (demora 300 
s para se dilatar). 
OLHO HUMANO 
Após a íris temos o cristalino que é responsável por o 1/3 restante da 
convergência da luz e formação da imagem na retina e que já foi discutido 
acima. Após o cristalino temos o humor vítreo que consiste de uma substância 
clara e gelatinosa que mantém os raios luminosos no seu curso. 
OLHO HUMANO 
Após a humor vítreo temos a retina que 
tem uma espessura de 0.5 mm. Ela cobre 
quase toda a superfície interna do olho, é 
altamente vascuralizada e contém uma 
rede de nervos. 
 
A retina é a parte do olho que é sensível a 
luz e que tem células que convertem o sinal 
luminoso em sinal elétrico que são 
enviados e processados pelo cérebro. 
OLHO HUMANO 
Um fóton com energia suficiente 
causa uma reação fótoquímica nas 
células sendo o estímulo para a 
geração do potencial de ação que 
vai levar a informação. 
Um fóton infravermelho não tem energia suficiente para disparar o potencial de 
ação e um fóton de ultravioleta apesar de ter energia suficiente é absorvido e 
não chega a retina, por isso a nossa visão está restrita a comprimentos de onda 
entre 400 – 800 nm. 
Na retina há dois tipos de células, os cones e os bastonetes. 
 
Os cones -> cores e os bastonetes -> luminosidade (visão no escuro). 
Há muito mais bastonetes que cones no olho humano, uma relação de 20 
vezes mais bastonetes que cones (há cerca de 120 milhões de bastonetes). Os 
cones se concentram na fóvea. Os bastonestes se encontram por toda a retina, 
menos na fóvea. 
OLHO HUMANO 
Acredita-se que os cones são de 3 tipos classificados de acordo com sua 
sensibilidade às cores primárias: azul, vermelho ou verde. As cores 
intermediárias são interpretadas pelo cérebro de acordo com a combinação de 
respostas dos vários tipos de cones. Na retina também está o nervo óptico e 
por causa disso esse é um ponto cego da retina e do olho. Experimentam 
também mostram que as células não só respondem a intensidades de luz que 
elas recebem, mas fazem comparação. 
OLHO HUMANO 
Os dois olhos em conjunto e sua disposição na cabeça dá a visão 
tridimensional. Tem uma visão angular muito grande (horizontal 90o e vertical 
50o para cima e 65o para baixo). 
OLHO HUMANO 
Daltonismo: se não exister cones sensíveis há uma determinada cor ocorre o 
daltonismo. 
DEFEITOS VISUAIS OU AMETROPIAS 
Presbiopia: Com a idade, altera-se a capacidade de acomodação do cristalino e 
a pessoa tem dificuldade de enxergar de perto. Pode acontecer com qualquer 
pessoa, mesmo em pessoas que já tem miopia. A correção é feita por lente 
bifocal, a parte de baixo é mais convergente que a de cima. 
 
Astigmatismo: A córnea ou cristalino não é simétrico e a imagem é distorcida. 
A correção é feita com lentes cilíndricas. 
 
Catarata: Ocorre quando o cristalino é opaco. Acontece com a idade. Pode ser 
causado pela luz ultravioleta e nuclear. A solução é remover e o paciente tem 
que usar lentes bifocais pois perde a capacidade de acomodação. 
 
Glaucoma: A pressão alta no olho leva a uma dificuldade de irrigação da retina 
e pode levar a cegueira. 
DEFEITOS VISUAIS OU AMETROPIAS 
Miopia: A pessoa é capaz de ver objetos que estão perto, mas não objetos 
que estão longe. 
 
A imagem de objetos se forma antes da retina por causa da geometria do 
olho da pessoa que é mais alongada e aumenta a distância entre o cristalino 
e a retina. 
 
Para objetos que estão perto o cristalino consegue corrigir essa disfunção, 
mas não para objetos que estão longe. Assim para corrigir a miopia usa-se 
lentes divergentes que divergem um pouco os raios luminosos que vem do 
objeto e levam a imagem a se formar corretamente na retina. 
Hipermetropia: É o contrário da miopia. A pessoa é capaz de ver objetos 
que estão longe, mas não os que estão próximos. 
 
A imagem dos objetos de forma depois da retina pois o olho é mais 
comprimido e a distância entre o cristalino e a retina fica diminuída. 
 
Para objetos que estão longe o cristalino consegue acomodar a imagemna 
retina, mas não consegue para os que estão perto. Para acomodar os que 
estão perto teria que contrair ainda mais o cristalino. Assim para corrigir a 
hipermetropia usa-se lentes convergentes que trazem a imagem para a 
retina. 
DEFEITOS VISUAIS OU AMETROPIAS 
Miopia 
Hipermetropia 
DEFEITOS VISUAIS OU AMETROPIAS 
Miopia Hipermetropia 
Astigmatismo 
DIFRAÇÃO 
Difração é o espalhamento da luz que acontece quando a luz passa por objetos 
ou aberturas bem pequenas. Após a luz ser espalhada pelo objeto tem-se uma 
padrão de difração que consiste em máximos e mínimos de intensidade. 
senθ = 1.22 (λ/d) 
 
 θ ∼ (λ/d) 
 abertura / objeto circular -> 
DIFRAÇÃO E RESOLUÇÃO 
θ  = R/f -> R = θ f = (λ/d) f 
DIFRAÇÃO E RESOLUÇÃO 
θ  = R/f -> R = θ f = (λ/d) f 
λ  = 550 nm 
d = 3 mm 
Θ  = 0,00018 radianos 
R ~4 um 
 
25/2=Y/3,7 – Y = 50 um 
100 um 
 
 
Resolução – região e célula 
1. “Physics, with health science applications” de Paul Peter Urone. 
2. “Física para ciências biológicas e biomédicas” de Emico Okuno. 
3. “Biofísica” de Eduardo Garcia. 
BIBLIOGRAFIA

Outros materiais