Download - 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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
4/25
'ambar * )pektrum gelombang elektromagnetik.3
9ecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah * #08 m
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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.;
$. ?ifraksi
?ifraksi merupakan suatu fenomena gelombang yang teradi sebagai
respon gelombang terhadap halangan yang berada pada arah rambatnya.
2ada gelombang cahaya, difraksi adalah istilah yang digunakan untuk
menelaskan respon cahaya dengan sinar yang melengkung mengitari
halangan kecil pada arah rambatnya, dan radiasi gelombang yang
menyebar keluar dari sebuah celah.
5
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
6/25
&enomena difraksi pertama kali dielaskan oleh &ransesco +aria 'rimaldi
pada tahun #::4 dengan nama latin diffringere yang berarti to break into
pieces dengan penabaran sifat gelombang yang dapat terurai menadi
potongan"potongan gelombang. 2otongan"potongan gelombang ini dapat
bergabung kembali dalam suatu resolusi optis.3,;
'ambar 4 fenomena difraksi.8
*. ?ispersi
?ispersi adalah peristi(a penguraian cahaya polikromatik menadi
cahaya"cahaya monokromatik pada prisma le(at pembiasan atau
pembelokan. al ini membuktikan bah(a cahaya putih terdiri dari
6
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
7/25
harmonisasi berbagai cahaya (arna dengan panang gelombang yang
berbeda"beda.$,3,;
-abel #. )pektrum (arna ;
'ambar : &enomena dispersi.@
3. 2olarisasi
7
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
13/25
? = #
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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$,@4 ?.
&ungsi utama kornea dalam sistem refraksi adalah meneruskan cahaya. !ntuk
dapat meneruskan cahaya, kornea harus memiliki sifat transparansi. danya sifat
16
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
17/25
transparansi ini disebabkan oleh struktur kornea yang seragam, avaskuler dan
deturgesensi atau keadaan dehidrasi relatif. Oleh karena itu kornea sangat
berperan dalam terbentuknya fungsi penglihatan yang baik mengingat kekuatan
refraksi kornea meliputi ;3% atau 3$,@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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
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
-
7/26/2019 Copy of MATA SEBAGAI SISTEM OPTIK.doc
25/25