Астигматизм (оптические системы)

редактировать
  • v
  • t
Оптическая аберрация
Расфокусированное изображение мишени со спицами..svg Расфокусировка.

HartmannShack 1lenslet.svg Наклон. Сферическая аберрация 3.svg Сферическая аберрация. Astigmatism.svg Астигматизм. Lens coma.svg Кома. Barrel distortion.svg Искажение. Поле curvature.svg Кривизна поля Пецваля. Диаграмма хроматической аберрации объектива.svg Хроматическая аберрация

Оптическая система с астигматизмом - это система, в которой лучи распространяются в двух перпендикулярных самолетов имеют разные фокусы. Если для формирования изображения креста используется оптическая система с астигматизмом, вертикальные и горизонтальные линии будут в резком фокусе на двух разных расстояниях. Термин происходит от греческого α- (a-), что означает «без», и στίγμα (клеймо), «отметина, пятно, прокол».

Содержание

  • 1 Формы астигматизма
    • 1.1 Астигматизм третьего порядка
    • 1.2 Астигматизм в системах, которые не являются осесимметричными
      • 1.2.1 Офтальмологический астигматизм
      • 1.2.2 Смещенные или деформированные линзы и зеркала
      • 1.2.3 Умышленный астигматизм в оптических системах
  • 2 См. Также
  • 3 Ссылки
  • 4 Внешние ссылки

Формы астигматизма

Визуальный астигматизм (не оптический)

Есть две различные формы астигматизма. Первый - это аберрация третьего порядка, которая возникает для объектов (или частей объектов), находящихся на удалении 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 с одной длиной волны . Однако эта терминология может вводить в заблуждение, так как 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 цилиндрической линзы ), либо из-за производственной погрешности поверхностей компонентов или несоосности 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 линзы.

Визуальный астигматизм (не оптический)

Астигматизм третьего порядка

Страница, объясняющая и иллюстрирующая астигматизм

При анализе этой формы астигматизма чаще всего рассматривают лучи из данной точки на объекте, которые распространяются в двух специальных плоскостях. Первая плоскость - тангенциальная плоскость. Это плоскость, которая включает в себя как рассматриваемую точку объекта, так и ось симметрии. Лучи, распространяющиеся в этой плоскости, называются тангенциальными лучами. Плоскости, включающие оптическую ось, являются меридиональными плоскостями. Обычно задачи в радиально-симметричных оптических системах упрощаются путем выбора точек объекта только в вертикальной («y ») плоскости. Затем эту плоскость иногда называют меридиональной плоскостью.

Вторая особая плоскость - это сагиттальная плоскость. Он определяется как плоскость, , ортогональная касательной плоскости, которая содержит рассматриваемую точку объекта и пересекает оптическую ось на 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 четко 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 в тангенциальном направлении; изображения спиц, исходящих из центра, получаются резкими в этом фокусе. Между этими двумя фокусами формируется круглое, но «размытое» изображение. Это называется медиальным фокусом или кружком наименьшего смешения. Эта плоскость часто представляет собой наилучшее компромиссное расположение 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.

астигматизмом в системах, которые не являются осесимметричными

Размытие от астигматической линзы на разных расстояниях.

Если оптическая система не является осесимметричной, либо из-за ошибки в форме оптических поверхностей или 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.

При анализе этих систем принято рассматривать тангенциальные лучи (как определено выше) и лучи в меридиональном направлении. плоскость (плоскость, содержащая оптическую ось), перпендикулярная касательной плоскости. Эта плоскость называется либо сагиттальной меридиональной плоскостью, либо, что сбивает с толку, просто сагиттальной плоскостью.

Офтальмологический астигматизм

В оптометрии и офтальмологии вертикальная и горизонтальная плоскости идентифицируются как тангенциальный и сагиттальный меридианы соответственно. Офтальмологический астигматизм - это ошибка рефракции глаза глаза, в которой существует разница в степени рефракции в разных меридианах. Обычно он характеризуется асферической, не имеющей формы вращения роговицей, при которой профиль наклона роговицы и преломляющая сила в одном меридиане меньше, чем у перпендикулярной оси.

Астигматизм вызывает трудности с восприятием мелких деталей. Астигматизм часто можно исправить с помощью очков с линзой, которые имеют разные радиусы кривизны в разных плоскостях (цилиндрическая линза), контактные линзы или рефракционная хирургия.

Астигматизм - довольно распространенное явление. Исследования показали, что этим страдает примерно каждый третий человек. Распространенность астигматизма увеличивается с возрастом. Хотя человек может не замечать легкий астигматизм, более высокий уровень астигматизма может вызвать нечеткое зрение, косоглазие, астенопию, усталость или головные боли.

офтальмологи и оптометристы во время обследования глаз используют ряд тестов для определения наличия астигматизма и количественной оценки степени и оси астигматизма.. Таблица Снеллена или другая диаграмма зрения может первоначально выявить пониженную остроту зрения. кератометр может использоваться для измерения кривизны самых крутых и плоских меридианов на передней поверхности роговицы. Топография роговицы также может использоваться для получения более точного представления формы роговицы. авторефрактор или ретиноскопия может обеспечить объективную оценку ошибки рефракции глаза, и использование в фороптере может использоваться для субъективного уточнения этих измерений. Альтернативный метод с фороптером требует использования «шкалы часов» или диаграммы «солнечных лучей» для определения оси астигматизма и мощности.

Астигматизм можно исправить с помощью очков, контактные линзы, или рефракционная хирургия. Различные факторы, включая здоровье глаз, рефракционный статус и образ 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

Шлифовка и полировка прецизионных оптических деталей вручную или на станке обычно требует значительного давления вниз, что, в свою очередь, создает значительные боковые давления трения во время полировальных движений, которые можно комбинировать, чтобы локально согнуть и исказить детали. Эти искажения, как правило, не обладают симметрией фигуры вращения и, таким образом, являются астигматическими и постепенно становятся навсегда отполированными до поверхности, если проблемы, вызывающие искажение, не устраняются. Астигматические искажения поверхностей 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. Сочетание 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 включает в себя 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

Проигрыватели компакт-дисков используют астигматическую линзу для фокусировки. Когда одна ось находится в фокусе больше, чем другая, точечные элементы на диске выступают 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.

В 3D PALM / STORM, тип 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.

Лазерные линейные уровни используют цилиндрическую линзу для распространения лазерного луча из точки в линию.

См. Также

Ссылки

  • Грейвенкамп, Джон Э. (2004). Полевое руководство по геометрической оптике. SPIE Field Guides vol. FG01 . ШПИОН. ISBN 978-0-8194-5294-8.
  • Hecht, Eugene (1987). Оптика (2-е изд.). Эддисон Уэсли. ISBN 978-0-201-11609-0.

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-12 01:58:34
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте