Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Оптическая аберрация
Расфокусированное изображение мишени со спицами..svg Расфокусировать

HartmannShack 1lenslet.svg Наклон Сферическая аберрация Астигматизм Кома Искажение Кривизна поля Пецваля Хроматическая аберрация
Сферическая аберрация 3.svg
Astigmatism.svg
Объектив coma.svg
Barrel distortion.svg
Кривизна поля.svg
Диаграмма линз с хроматической аберрацией.svg

Оптическая система с астигматизмом один , где лучи , распространяющиеся в двух перпендикулярных плоскостях имеют разные фокусы . Если для формирования изображения креста используется оптическая система с астигматизмом , вертикальные и горизонтальные линии будут четко сфокусированы на двух разных расстояниях. Термин происходит от греческого α- ( a- ), означающего «без» и στίγμα ( клеймо ), «отметка, пятно, прокол». [1]

Формы астигматизма [ править ]

Визуальный астигматизм (не оптический)

Есть две различные формы астигматизма. Первый - это аберрация третьего порядка , которая возникает для объектов (или частей объектов), удаленных от оптической оси . Эта форма аберрации возникает даже тогда, когда оптическая система идеально симметрична. Это часто называют «монохроматической аберрацией», потому что она возникает даже для света одной длины волны . Однако эта терминология может вводить в заблуждение, поскольку величина аберрации может сильно варьироваться в зависимости от длины волны в оптической системе.

Вторая форма астигматизма возникает, когда оптическая система не симметрична относительно оптической оси. Это может быть связано с конструкцией (как в случае с цилиндрической линзой ) или из-за производственной погрешности поверхностей компонентов или несовпадения компонентов. В этом случае астигматизм наблюдается даже для лучей от осевых точек объекта. Эта форма астигматизма чрезвычайно важна для зрительной науки и ухода за глазами, поскольку человеческий глаз часто демонстрирует эту аберрацию из-за несовершенства формы роговицы или хрусталика .

Визуальный астигматизм (не оптический)

Астигматизм третьего порядка [ править ]

Страница, объясняющая и иллюстрирующая астигматизм [2]

При анализе этой формы астигматизма чаще всего рассматривают лучи из данной точки на объекте, которые распространяются в двух конкретных плоскостях. Первая плоскость - тангенциальная . Это плоскость, которая включает в себя как рассматриваемую точку объекта, так и ось симметрии. Лучи, распространяющиеся в этой плоскости, называются касательными . Плоскости, включающие оптическую ось, являются меридиональными плоскостями. В радиально-симметричных оптических системах обычно упрощают задачи, выбирая точки объекта только в вертикальной (« y ») плоскости. Эта плоскость затем иногда называют в меридиональной плоскости.

Вторая плоскость, используемая в анализе, - это сагиттальная плоскость . Это определяется как плоскость, ортогональная касательной плоскости, которая содержит рассматриваемую точку объекта и пересекает оптическую ось во входном зрачке оптической системы. Эта плоскость содержит главный луч , но не содержит оптической оси. Следовательно, это наклонная плоскость, другими словами, не меридиональная плоскость. Лучи, распространяющиеся в этой плоскости, называются сагиттальными лучами .

При астигматизме третьего порядка сагиттальные и поперечные лучи образуют фокусы на разных расстояниях вдоль оптической оси. Эти очаги называются сагиттальным фокусом и поперечным фокусом соответственно. При наличии астигматизма внеосевая точка объекта не отображается резко оптической системой. Вместо этого в сагиттальном и поперечном фокусах образуются резкие линии . Изображение в поперечном фокусе представляет собой короткую линию, ориентированную в направлении сагиттальной плоскости; изображения кругов с центром на оптической оси или линий, касательных к таким кругам, будут четкими в этой плоскости. Изображение в сагиттальном фокусе представляет собой короткую линию, ориентированную по касательной.направление; изображения спиц, исходящих из центра, получаются резкими в этом фокусе. Между этими двумя фокусами формируется круглое, но «размытое» изображение. Это называется медиальным фокусом или кругом наименьшего замешательства . Эта плоскость часто представляет собой наилучшее компромиссное местоположение изображения в системе с астигматизмом.

Величина аберрации из-за астигматизма пропорциональна квадрату угла между лучами от объекта и оптической осью системы. С осторожностью можно разработать оптическую систему для уменьшения или устранения астигматизма. Такие системы называются анастигматами .

Астигматизм в системах, которые не являются осесимметричными [ править ]

Размытие от астигматической линзы на разном расстоянии.

Если оптическая система не является осесимметричной, либо из-за ошибки в форме оптических поверхностей, либо из-за несовпадения компонентов, астигматизм может возникать даже для осевых точек объекта. Этот эффект часто преднамеренно используется в сложных оптических системах, особенно в некоторых типах телескопов . Некоторые телескопы намеренно используют несферическую оптику, чтобы преодолеть это явление. [ почему? ] [3] [ не удалось проверить ]

При анализе этих систем обычно рассматривают тангенциальные лучи (как определено выше) и лучи в меридиональной плоскости (плоскости, содержащей оптическую ось), перпендикулярной касательной плоскости. Эта плоскость называется либо сагиттальной меридиональной плоскостью, либо, что сбивает с толку, просто сагиттальной плоскостью .

Офтальмологический астигматизм [ править ]

Основная статья: астигматизм

В оптометрии и офтальмологии вертикальная и горизонтальная плоскости идентифицируются как тангенциальный и сагиттальный меридианы соответственно. Офтальмологический астигматизм является ошибкой рефракции в глазах , в которой существует разница в степени преломления в различных меридианах. [4] Он обычно характеризуется асферической роговицей без вращения, в которой наклон профиля роговицы и сила преломления в одном меридиане меньше, чем у перпендикулярной оси.

Астигматизм затрудняет просмотр мелких деталей. Астигматизм часто можно исправить с помощью очков с линзами, которые имеют разный радиус кривизны в разных плоскостях ( цилиндрическая линза), контактными линзами или рефракционной хирургией . [5]

Астигматизм встречается довольно часто. Исследования показали, что этим страдает примерно каждый третий человек. [6] [7] [8] Распространенность астигматизма увеличивается с возрастом. [9] Хотя человек может не замечать легкий астигматизм, более высокий уровень астигматизма может вызвать нечеткое зрение, косоглазие , астенопию , утомляемость или головные боли . [10] [11] [12]

Существует ряд тестов, которые используются офтальмологами и оптометристами во время обследования глаз для определения наличия астигматизма и количественной оценки степени и оси астигматизма. [13] оптотип диаграмма или другая диаграмма глаз может первоначально выявляет уменьшить остроту зрения . Кератометр может быть использован для измерения кривизны самых крутых и плоских меридианов в передней поверхности роговицы. [14] Топография роговицы также может использоваться для получения более точного представления формы роговицы. [15] Autorefractor илиретиноскопия может обеспечить объективную оценку ошибки рефракции глаза, и использование поперечных цилиндров Джексона в фороптере может быть использовано для субъективного уточнения этих измерений. [16] [17] [18] Альтернативный метод с фороптером требует использования «шкалы часов» или диаграммы «солнечных лучей» для определения оси астигматизма и мощности. [19] [20]

Астигматизм можно исправить с помощью очков , контактных линз или рефракционной хирургии . [21] [22] [23] Различные соображения, касающиеся здоровья глаз, рефракционного статуса и образа жизни, часто определяют, может ли один вариант лучше другого. У пациентов с кератоконусом торические контактные линзы часто позволяют пациентам достичь большей остроты зрения, чем очки. Если астигматизм вызван такой проблемой, как деформация глазного яблока из-за халязиона , лечение основной причины устранит астигматизм.

Смещенные или деформированные линзы и зеркала [ править ]

Шлифовка и полировка прецизионных оптических деталей вручную или на машине обычно требует значительного давления, направленного вниз, что, в свою очередь, создает значительные боковые давления трения во время полировальных ходов, которые могут в совокупности приводить к локальному изгибу и деформации деталей. Эти искажения обычно не обладают симметрией фигуры вращения и, таким образом, являются астигматическими и постепенно становятся навсегда врезанными в поверхность, если не устранены проблемы, вызывающие искажение. Астигматические искаженные поверхности могут серьезно ухудшить характеристики оптической системы.

Деформация поверхности из-за шлифовки или полировки увеличивается с увеличением соотношения сторон детали (отношения диаметра к толщине). В первом порядке прочность стекла увеличивается как куб толщины. Толстые линзы с соотношением сторон от 4: 1 до 6: 1 будут изгибаться намного меньше, чем детали с высоким соотношением сторон, такие как оптические окна, которые могут иметь соотношение сторон 15: 1 или выше. Комбинация требований к точности поверхности или погрешности волнового фронта и соотношения сторон детали определяет требуемую степень однородности задней опоры, особенно при более высоких давлениях вниз и боковых силах во время полировки. Оптическая обработка обычно предполагает некоторую степень случайности, которая в значительной степени помогает сохранить поверхность с фигурой вращения, при условии, что деталь не изгибается во время шлифовки / полировки.

Умышленный астигматизм в оптических системах [ править ]

В проигрывателях компакт-дисков для фокусировки используется астигматическая линза. Когда одна ось находится в фокусе больше, чем другая, точечные элементы на диске проецируются в овальные формы. Ориентация овала указывает на то, какая ось больше в фокусе и, следовательно, в каком направлении линза должна двигаться. Квадратное расположение только четырех датчиков позволяет наблюдать это смещение и использовать его для наилучшей фокусировки линзы для считывания, не обманывая себя продолговатыми углублениями или другими особенностями на поверхности диска. [ необходима цитата ]

В 3D PALM / STORM , типе оптической микроскопии сверхвысокого разрешения , цилиндрическая линза может быть введена в систему формирования изображения для создания астигматизма, что позволяет измерять положение Z источника света с дифракционным ограничением. [24]

В лазерных линейных уровнях используется цилиндрическая линза для распространения лазерного луча из точки в линию.

См. Также [ править ]

  • Анастигмат (тип линзы)
  • Стигматизм

Ссылки [ править ]

  1. ^ Харпер, Дуглас (2001). «Интернет-словарь этимологии» . Проверено 29 декабря 2007 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
  2. ^ Фредерик Юджин Райт (1911). Методы петрографо-микроскопических исследований, их относительная точность и область применения . Институт Карнеги Вашингтона.
  3. ^ Sacek, Владимир (14 июля 2006). «Астигматизм телескопа» . Любительская оптика телескопов . Архивировано 19 сентября 2008 года . Проверено 16 октября 2008 года . CS1 maint: discouraged parameter (link)
  4. ^ "Факты об астигматизме | Национальный институт глаз" . nei.nih.gov . Проверено 6 мая 2019 .
  5. ^ "Лазерная хирургия глаза астигматизма" . The Irish Times .
  6. ^ Kleinstein RN, Jones LA, Hullett S, Kwon S, et al. (2003). «Нарушение рефракции и этническая принадлежность у детей» . Arch. Офтальмол . 121 (8): 1141–47. DOI : 10.1001 / archopht.121.8.1141 . PMID 12912692 . 
  7. ^ Garcia CA, Oréfice F, Нобре GF, Souza Dde B, Rocha ML, Vianna RN (2005). «[Распространенность аномалий рефракции у студентов в северо-восточной Бразилии.]» . Arq Bras Oftalmol (на португальском языке). 68 (3): 321–25. DOI : 10.1590 / S0004-27492005000300009 . PMID 16059562 . 
  8. ^ Bourne RR, Дайнин BP, Али С.М., Noorul Huq DM, Джонсон GJ (июнь 2004). «Распространенность аномалии рефракции у взрослых Бангладеш: результаты Национального исследования слепоты и слабовидения в Бангладеш». Офтальмология . 111 (6): 1150–60. DOI : 10.1016 / j.ophtha.2003.09.046 . PMID 15177965 . 
  9. ^ Асано К., Номура Х, Ивано М и др. (2005). «Связь между астигматизмом и старением у японцев среднего и пожилого возраста». Jpn. J. Ophthalmol . 49 (2): 127–33. DOI : 10.1007 / s10384-004-0152-1 . PMID 15838729 . 
  10. ^ Eyetopics.com
  11. ^ Medicinenet.com
  12. ^ Hipusa.com архивации 1 мая 2006, в Wayback Machine
  13. ^ Hipusa.com архивации 26 апреля 2006, в Wayback Machine
  14. ^ Stlukeseye.com архивации 23 марта 2006, в Wayback Machine
  15. ^ Emedicine.com архивации 18 февраля 2006, в Wayback Machine
  16. ↑ Graff T (июнь 1962 г.). «[Контроль определения астигматизма с помощью крестообразного цилиндра Джексона.]». Klin Monatsblätter Augenheilkd Augenarztl Fortbild (на немецком языке). 140 : 702–08. PMID 13900989 . 
  17. ^ Del Приоре LV, Гуйтон DL (ноябрь 1986). «Крестообразный цилиндр Джексона. Переоценка». Офтальмология . 93 (11): 1461–65. DOI : 10.1016 / s0161-6420 (86) 33545-0 . PMID 3808608 . 
  18. ^ Brookman KE (май 1993). «Скрещенный цилиндр Джексона: историческая перспектива». J Am Optom Assoc . 64 (5): 329–31. PMID 8320415 . 
  19. ^ Quantumoptical.com
  20. ^ Nova.edu
  21. ^ «Контактные линзы для коррекции зрения» . Американская академия офтальмологии . 2018-09-01 . Проверено 6 мая 2019 .
  22. ^ «Очки для коррекции зрения» . Американская академия офтальмологии . 2015-12-12 . Проверено 6 мая 2019 .
  23. ^ "LASIK глазная хирургия" . Клиника Мэйо . Проверено 6 мая 2019 .
  24. ↑ Хуанг, Бо (8 февраля 2008 г.). "Трехмерное изображение сверхвысокого разрешения с помощью микроскопии стохастической оптической реконструкции" . Наука . 319 (5864): 810–13. Bibcode : 2008Sci ... 319..810H . DOI : 10.1126 / science.1153529 . PMC 2633023 . PMID 18174397 .  
  • Грейвенкамп, Джон Э. (2004). Полевое руководство по геометрической оптике . SPIE Field Guides vol. FG01 . ШПИОН. ISBN 978-0-8194-5294-8.
  • Хехт, Юджин (1987). Оптика (2-е изд.). Эддисон Уэсли. ISBN 978-0-201-11609-0.

Внешние ссылки [ править ]

  • Статьи об астигматизме
  • Астигматизм и кривизна поля Пола ван Валри