copy of mata sebagai sistem optik.doc

7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc

1/25

MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK

PENDAHULUAN

Organ indera yang paling penting adalah mata, pada umumnya kita

menerima lebih dari 80% informasi tentang lingkungan dari melihat. Oleh karena

itu, melihat dengan benar adalah sangat penting. Interpretasi yang tepat

mengenai informasi visual bergantung pada kemampuan mata memfokuskan

berkas cahaya yang datang ke retina di mana selanutnya diubah menadi energi

listrik yang ditransmisikan melalui nervus optik ke otak. !ntuk mencapai

pemahaman terhadap proses ini kita perlu mempelaari konsep"konsep optik. #,$

Ilmu optik dalam oftalmologi dapat dibagi dalam tiga komponen, yaitu

fisika optik, geometri optik dan fisiologi optik. &isika optik mempelaari tentang

cahaya itu sendiri, termasuk teori perambatan cahaya dan spektrum

elektromagnetik. 'eometri optik mempelaari tentang efek berkas cahaya

se(aktu melalui berbagai permukaan dan media. )edangkan fisiologi optik

meliputi mekanisme dan fisiologi penglihatan. $,*

+ata seperti layaknya sebuah kamera, di mana bagian depan terdapat

kornea yang transparan agar dapat dilalui berkas cahaya, pupil sebagai

diafragma yang dapat berubah"ubah diameternya sesuai umlah cahaya yang

masuk dan lensa untuk memusatkan cahaya pada reseptor retina yang dapat

disamakan dengan film.

)elanutnya pada sari pustaka ini akan dibahas mengenai sistem optik

pada mata dengan sedikit mengulas tentang fisika optik dan geometri optik.

1


2/25

FISIKA OPTIK

ahaya termasuk gelombang elektromagnetik. -erdapat dua teori yang

berhubungan dengan perambatan cahaya, yaitu wave theory yang dikemukakan

oleh hristian uygens dan diperkuat oleh /oung dan +a(ell, serta

corpuscular theoryyang dikemukakan oleh 1e(ton dan didukung oleh 2lank.3

+enurut corpuscular theory, energi cahaya berasal dari suatu sumber

cahaya, sama seperti peluru kecil yang ditembakkan keluar dalam satu garis

lurus. -eori ini membantu dalam memahami pembentukan image dan pantulan

cermin.

Wave theorymenyebutkan bah(a cahaya seperti suatu gelombang yang

mele(ati media transparan. 2enerapan teori ini dapat terlihat pada studi tentang

bagaimana cahaya dibelokkan oleh berbagai media. -idak diketahui dengan

pasti teori yang betul, tetapi nampaknya cahaya memiliki gambaran kedua hal

tersebut di atas, yaitu corpuscular dan wave.3,4

2erambatan gelombang cahaya dapat dianalogkan dengan riak"riak

gelombang dalam air yang tenang, mempunyai puncak dan lembah.4

'ambar #. 'elombang air dan bentuk gelombang.4

2


3/25

'ambar $. )kema gelombang cahaya.3

2ada gambar tersebut di atas terlihat bah(a ada dua karakteristik suatu

gelombang, yaitu panang gelombang 567 dan amplitude 57. 2anang

gelombang adalah arak antara puncak dan puncak, sedangkan amplitudo

adalah nilai maksimum yang dicapai oleh medan listrik. 9arakteristik ketiga yang

tak nampak pada gambar di atas adalah frekuensi yaitu umlah puncak

gelombang yang melintasi satu titik tertentu dalam setiap detik. 3,4,:

ahaya merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik. )pektrum

gelombang elektromagnetik dapat dilihat pada gambar berikut, mulai dari sinar

terpendek 5kosmic7 sampai yang terpanang . )pektrum yang berada diantara

spektrum ultraviolet dan inframerah disebut sebagai visible light yang dapat

menstimulasi fotoreseptor retina untuk menghasilkan suatu respon visual.

2anang gelombang terpendek yang dapat dideteksi oleh retina adalah *80 nm

dan panang gelombang terpanang sekitar ;:0 nm.*,3,:

3


4/25

'ambar * )pektrum gelombang elektromagnetik.3

9ecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah * #08 m


5/25

merusak. >ersifat membangun ika beda fase kedua gelombang sama

sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penumlahan dari kedua

gelombang tersebut. >ersifat merusak ika beda fasenya adalah #80

deraat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan.;

'ambar 3 Interferensi antar dua gelombang.;

$. ?ifraksi

?ifraksi merupakan suatu fenomena gelombang yang teradi sebagai

respon gelombang terhadap halangan yang berada pada arah rambatnya.

2ada gelombang cahaya, difraksi adalah istilah yang digunakan untuk

menelaskan respon cahaya dengan sinar yang melengkung mengitari

halangan kecil pada arah rambatnya, dan radiasi gelombang yang

menyebar keluar dari sebuah celah.

5


6/25

&enomena difraksi pertama kali dielaskan oleh &ransesco +aria 'rimaldi

pada tahun #::4 dengan nama latin diffringere yang berarti to break into

pieces dengan penabaran sifat gelombang yang dapat terurai menadi

potongan"potongan gelombang. 2otongan"potongan gelombang ini dapat

bergabung kembali dalam suatu resolusi optis.3,;

'ambar 4 fenomena difraksi.8

*. ?ispersi

?ispersi adalah peristi(a penguraian cahaya polikromatik menadi

cahaya"cahaya monokromatik pada prisma le(at pembiasan atau

pembelokan. al ini membuktikan bah(a cahaya putih terdiri dari

6


7/25

harmonisasi berbagai cahaya (arna dengan panang gelombang yang

berbeda"beda.$,3,;

-abel #. )pektrum (arna ;

'ambar : &enomena dispersi.@

3. 2olarisasi

7


8/25

2olarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yaitu ika cahaya bergerak

beroscilasi dengan arah tertentu. ahaya termasuk gelombang

eletromagnetik yang artinya cahaya mempunyai medan listrik dan uga

medan magnet, keduanya berposisi tegak lurus satu sama lain dan tegak

lurus terhadap arah rambatan. rah rambatan suatu gelombang dicirikan

arah vektor bidang listrik gelombang tersebut. )ebagai arah polarisasi

dicirikan dari arah vector bidang magnetnya. >eberapa macam enis

polarisasi polarisasi linear, polarisasi melingkar, polarisasi elips.;

'ambar : 2olarisasi.;

4. )cattering

8


9/25

)cattering adalah proses fisis cahaya yang terdeviasi dari arah rambatnya

akibat adanya ketidakteraturan di dalam medium rambat. 9etidakteraturan

medium dapat berupa partikel, gelembung udara dalam air, tetes air,

cairan, permukaan yang kasar, sel"sel organisme.3,;

'ambar ; &enomena scattering.#0

'AO+A-BI O2-I9

'eometri optik menabarkan perambatan cahaya sebagai vektor yang

disebut sinar. ahaya dapat merambat melalui berbagai media seperti udara,

kaca, plastik, cairan, kristal, beberapa aringan tubuh, ruang hampa udara dan

uga beberapa logam yang menghasilkan suatu image. 9ecepatan rambat

cahaya berbeda pada media yang berbeda pula. ahaya merambat lebih cepat

pada ruang hampa udara dan lebih lambat pada media lainnya. pabila

kecepatan suatu berkas cahaya berubah akibat perubahan medium optik, maka

9


10/25

akan teradi pula pembiasan < refraksi berkas cahaya tersebut. Afek suatu media

optik pada kecepatan cahaya dinyatakan sebagai indeks refraksi 5n7. ?alam

hampa udara, n memiliki nilai #,00000. 1ilai indeks refraksi suatu media

diperoleh melalui rasio antara kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara dan

media. )emakin tinggi indeks semakin lambat kecepatan dan semakin besar

efek pembiasan.$,3,:,;

-abel $ 1ilai indeks refraksi berbagai media.#$

HUKUM REFLEKSI DAN REFRAKSI

9etika cahaya merambat dari medium yang satu ke medium lainnya,

maka sebagian cahaya tersebut akan dipantulkan kembali dan sebagian

mengalami pembiasan ke medium berikutnya, tetapi ika medium kedua bersifat

opak maka semua cahaya akan dipantulkan kembali ke medium pertama.

ahaya yang dipantulkan 5refleksi7 dan dibelokkan 5refraksi7 tersebut sesuai

dengan hukum refleksi dan refreksi.3,:,;,##

Hukum Refleksi

- )inar datang dan sinar pantul terletak dalam satu bidang.

- )udut sinar pantul membentuk sudut yang sama dengan sinar datang.

10


11/25

'ambar 8 ukum refleksi.

Hukum Refraksi

- )inar datang dan sinar diteruskan terletak dalam satu bidang

- )udut sinar datang dan sudut refraksi mengikuti rumus

nisin Ci= ntsin Ct

dimana ni= indeks refraksi medium pertama

nt= indeks refraksi medium kedua

Ci= besarnya sudut datang

Ct= besarnya sudut refraksi

9etika sinar datang dari medium dengan indeks refraksi rendah ke

medium dengan indeks refraksi tinggi, maka sinar tersebut dibiaskan mendekati

garis normal dan sebaliknya dari medium dengan indeks refraksi tinggi ke

rendah, maka sinar tersebut akan dibiaskan menauhi garis normal.

11


12/25

'ambar @ 2eralanan sinar pada medium dengan indeks refraksi yang

berbeda.;

REFRAKSI PADA LENSA

)alah satu medium yang dapat membiaskan cahaya adalah lensa. Densa

dapat menyebabkan cahaya atuh pada suatu fokus yang disebut titik fokus

5focal point7. )emakin meningkat kekuatan suatu lensa,focal pointakan semakin

dekat ke lensa. Earak antara pusat lensa dan focal pointdisebut panang fokus

5focal length7.*

'ambar @ &ocal point dan focal length.*,##

9ekuatan refraksi lensa diukur dalam bentuk dioptri 5?7. 9ekuatan refraksi

lensa tersebut berbanding terbalik dengan panang fokus.

12


13/25

? = #


14/25

'ambar #0 2rinsip refraksi dan pembentukan bayangan yang dibentuk oleh

lensa konveks.*,;,#$

Prinsip Refraksi Lensa Konkaf

Densa konkaf adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dari bagian

tepinya. Densa ini bersifat divergen atau menyebarkan sinar.

)inar datang seaar dengan aksis dari arak auh yang masuk tepat pada

bagian tengah lensa konkaf tidak mengalami refraksi. )inar pada bagian tepi

akan mengalami divergensi 5menyebar7 dalam setiap posisi dan akan

membentuk bayangan obek yang semu, tegak lebih kecil dan berada di depan

lensa. *,3,#$

14


15/25

'ambar ## 2rinsip refraksi dan pembentukan bayangan oleh lensa konkaf.*,3

OPTIK PADA MATA

)ebagaimana yang telah disebutkan pada pendahuluan bah(a mata

seperti layaknya sebuah kamera, di mana bagian depan terdapat kornea yang

transparan agar dapat dilalui berkas cahaya, pupil sebagai diafragma yang dapat

berubah"ubah diameternya sesuai umlah cahaya yang masuk dan lensa untuk

memusatkan cahaya pada reseptor retina yang dapat disamakan dengan film.#*

SHEMATI E!E

+ata merupakan suatu sistem optik yang kompleks karena terdiri dari

beberapa media refrakta mulai dari kornea, humor aFuous, lensa dan corpus

vitreus. !ntuk memudahkan pemahaman terhadap sistem optik pada mata,

schematic eyetelah dikembangkan untuk maksud tersebut. 'ullstrand, seorang

ahli oftalmologi berkebangsaan )(edia mengembangkan model schematic eye

yang kira"kira menyerupai

mata manusia.*,3,#3,#4

15


16/25

'ambar #$ 'ullstrand schematic eye.*

9omponen optik yang penting pada mata adalah sebagai berikut #$

Kornea

+enurut 'ullstrand, indeks refraksi kornea manusia adalah #,*;:. Badius

kurvatur permukaan anterior adalah ;,; mm dan permukaan posterior :,8 mm.

?ari radius kurvatur kornea tersebut diperoleh kekuatan refraksi 38,8* ? di

permukaan anterior dan "4,88 ? pada permukaan posterior. 2ermukaan posterior

memiliki nilai negatif oleh karena cahaya merambat dari indeks refraksi tinggi

5kornea #,*;:7 ke indeks refraksi lebih rendah 5indeks refraksi humor aFuous

#,**:7, dengan demikian total kekuatan refraksi kornea adalah 3$,@4 ?.

&ungsi utama kornea dalam sistem refraksi adalah meneruskan cahaya. !ntuk

dapat meneruskan cahaya, kornea harus memiliki sifat transparansi. danya sifat

16


17/25

transparansi ini disebabkan oleh struktur kornea yang seragam, avaskuler dan

deturgesensi atau keadaan dehidrasi relatif. Oleh karena itu kornea sangat

berperan dalam terbentuknya fungsi penglihatan yang baik mengingat kekuatan

refraksi kornea meliputi ;3% atau 3$,@4 ? dari total 48,: ? kekuatan mata orang

normal.$,*,#4,#:,#;

Pupil

2upil analog dengan diafragma sebuah kamera. !kuran diameter pupil

yang ideal untuk menghasilkan kualitas penglihatan yang baik adalah $"4 mm.

2upil yang lebih kecil dari $ mm dapat menyebabkan teradinya difraksi dan

ketika ukuran pupil lebih dari 4 mm, spherical aberration dapat teradi.*

Lensa

Densa mata terdiri atas $ bagian besar yaitu korteks yang merupakan

bagian terluar mengelilingi nukleus yang merupakan bagian terdalam. Indeks

refraksi korteks #,*8: sedangkan indeks refraksi inti #,30:. )ecara keseluruhan

dianggap indeks refraksi lensa #,3$. 9etika lensa berada dalam keadaan tidak

berakomodasi, kekuatan refraksinya adalah #@,## ?.

2ada mata orang normal, sinar"sinar yang seaar dari arak auh akan

difokuskan oleh lensa ke retina. Eika sinar dari arak dekat 5kurang dari : meter7

akan difokuskan di belakang retina dan dibutuhkan kemampuan untuk

memfokuskan bayangan tersebut ke retina melalui mekanisme perubahan

bentuk kurvatur lensa sehingga teradi perubahan kekuatan refraksi mata yang

17


18/25

disebut akomodasi. 9ekuatan maksimum lensa saat berakomodasi maksimum

adalah **,0:. Badius kurvatur anterior #0,0 mm dalam keadaan tidak

berakomodasi dan 4,** selama akomodasi maksimum. )edangkan radius

kurvatur posterior adalah :,0 mm dan berkurang menadi 4,** mm selama

akomodasi maksimum.*,3,#;

9etika mata membutuhkan untuk fokus pada suatu obek yang dekat,

muskulus siliaris menerima sinyal untuk berkontraksi. Gonula Hinnii yang

menghubungkan muskulus siliaris ke lensa menadi kendur dan lensa menadi

lebih cembung dengan kekuatan penuh. )aat itu terlihat permukaan anterior

lensa di bagian tengah lebih menonol, sedangkan bagian perifer sedikit lebih

menikung untuk mengurangi abrasi spherical. 2upil berkontraksi selama

akomodasi untuk meningkatkan kedalaman pandangan dan lebih lanut

mengurangi abrasi spherical.

)ayangnya, kemampuan mata untuk berakomodasi berkurang seiring umur.

-eori umum terbanyak yang menelaskan hilangnya kemampuan akomodasi

adalah penurunan secara kontinyu elastisitas lensa yang disebabkan oleh

perubahan komposisi kimia(i. !ntuk kebanyakan orang, kemampuan akomodasi

mulai berkurang sekitar umur 34 tahun. &enomena ini disebut presbiop dan

diterapi dengan kacamata baca. *,#4,#:,#;

18


19/25

'ambar #* akomodasi

-abel 3

Axial Length

ial length diukur dari dari permukaan anterior kornea ke makula, rata"

rata pada mata emetrop $3,3 mm. )etiap pertambahan # mm pada aksis bola

mata dapat menginduksi kelainan refraksi sebanyak * dioptri. Eika bola mata

tumbuh lebih besar dari normal maka dapat menginduksi teradinya miopia,

sedangkan hipermetrop dapat teradi ika bola mata lebih pendek dari normal.*

REDUED E!E

Schematic eyeyang dikemukakan oleh 'ullstrand terdiri dari berbagai

permukaan refraksi dan menadi tidak praktis. al ini dapat disederhanakan lebih

19


20/25

lanut. 2enyederhanaan mata yang dikenal dengan reduced eye diperkenalkan

oleh Disting yang mereduksi model mata menadi single refracting element.

Disting menggabungkan principal point dan nodal point kornea serta lensa

menadi satuprincipal pointdan nodal pointuntuk mata, dengan indeks refraksi

yang seragam yaitu #,***. ?engan demikian kita dapat mempelaari mata

sebagai satu media refraksi. 3,#0,#3

'ambar #3 ?imensi reduced schematic eye.3

2ada gambar tersebut di atas diperoleh bah(a permukaan anterior

kornea 5verte7 digambarkan dengan , nodal point mata yang disederhanakan

517 dan fovea 5&7. Earak darinodal pointke fovea adalah #; mm, dan arak dari

permukaan anterior kornea 5verte7 ke nodal point adalah 4,: mm. Indeks

refraksi udara #,000 dan indeks refraksi mata yang disederhanakan adalah

#,***.3

?engan menggunakan konsep reduced eye, ukuran image retina 5retinal

image size7 dari suatu obek dapat diukur, seperti huruf snellen. )inar yang

datang dari uung suatu obek langsung kearah nodal pointakan diteruskan ke

20


21/25

retina tanpa mengalami pembiasan. Retinal image sizedapat dihitung dengan

menggunakan prinsip geometri

Betinal image height = arak nodal point ke retina

)nellen letter height arak kartu ke mata

)ebagai contoh, ika arak antara nodal pointdan retina #; mm, arak antara

kartu dan mata $0 feet 5:000 mm7 dan tinggi huruf snellen :0 mm, maka hasil

ukuran image pada retina adalah 0,#; mm.

'ambar #4 2embentukan bayangan pada retina.#3

PENUTUP

Interpretasi yang tepat mengenai informasi visual tergantung pada

kemampuan mata memfokuskan berkas cahaya yang datang ke retina. +ata

mempunyai suatu sistem optik yang berperan penting yaitu permukaan anterior

kornea, humor akuous, lensa dan vitreus di mana ada perbedaan indeks bias

dan kemampuan akomodasi sehingga memungkinkan cahaya tiba di retina yang

selanutnya diubah menadi energi listrik yang ditransmisikan melalui nervus optik

ke otak.

21


22/25

)istem refraksi mata sangat kompleks sehingga disederhanakan dalam

bentuk reduced eye, di mana bayangan yang atuh di retina berbentuk terbalik

dan lebih kecil.

DAFTAR PUSTAKA

#. +c>ride, ?yan. -he uman Aye and ision, available

http


23/25

3. Diesegang -E, ?eutsch -. linical optics, section *, merican cademy

of Ophthalmology, )an &ransisco, $0#0"$0## #"#08.

4. 2edrotti, Deno ). >asic physical optics, in &undamental of photonic,

available http


24/25

#3.9atH, +ilton and 2hilip > 9ruger. -he uman eye as an optical system in

?uaneKs clinical ophthalmology on ?"BO+, $00*.

#4.)nell, Bichard ). linical anatomy of the eye. $ nded. >lack Jell )cience

Inc, Jashington ?, #@@8 #@;"$0;.

#:.+alacara, ?aniel. andbook of optical design. $nded. +arcel ?ekker inc,

1e( /ork, $003.

#;.+iller,?avid. 2hysiologic optics and refraction in dlerKs physiology of the

eye. #0 th ed. )t.Douis, +issouri, +osby, $004 #:#"88.

24


25/25

copy of mata sebagai sistem optik.doc

Documents