Астигматизм что это физика
У этого термина существуют и другие значения, см. Астигматизм.
Астигматизм наклонного пучка лучей.
М — меридиональная фокальная поверхность.
S — сагиттальная фокальная поверхность.
Астигмати́зм — аберрация, при которой изображение точки, находящейся вне оптической оси, и образуемое узким пучком лучей, представляет собой не круглое пятно рассеяния, а два отрезка прямой. Эти отрезки расположены перпендикулярно друг другу на разных расстояниях от плоскости безаберрационного фокуса (плоскости Гаусса)[1]. Астигматизм полностью отсутствует в осевом пучке и нарастает по мере увеличения наклона пучка относительно оптической оси. В результате изображение на границах угла поля зрения получается нерезким и не может быть сфокусировано одновременно для горизонтальных и вертикальных линий[2].
Физический смысл[править | править код]
Астигматизм возникает вследствие того, что лучи наклонного пучка имеют различные точки сходимости — точки меридионального или сагиттального фокусов бесконечно тонкого наклонного пучка.
Астигматизм объясняется зависимостью углов преломления лучей пучка от углов их падения.[П 1]
Так как отдельные лучи наклонного пучка падают на преломляющую поверхность под разными углами, то и преломляются на разные углы, пересекаясь на разном же расстоянии от преломляющей поверхности. Причём, можно найти такое положение для поверхности изображения, когда все лучи пучка расположенные в одной из плоскостей (меридиональной или сагиттальной)[П 2] пересекутся на этой поверхности. Таким образом, астигматический пучок формирует изображение точки в виде двух астигматических фокальных линий, на соответствующих фокальных поверхностях, которые имеют форму поверхностей вращения кривых с различными параметрами, и касаются одна другой в точке оси системы.
Если положения этих поверхностей, для некоторой точки поля, не совпадают, то говорят о наличии астигматизма, понимая под этим астигматическую разность меридионального и сагиттального фокусов.
При этом, если меридиональные фокусы располагаются ближе к поверхности преломления, нежели сагиттальные, то говорят о положительном астигматизме, а если дальше, то об отрицательном. В случае совпадения фокальных поверхностей астигматическая разность равна нулю, астигматический пучок вырождается в гомоцентрический, фигура рассеяния переходит в точку, а кривизна результатирующей поверхности будет определять кривизну поля изображения.
В теории аберраций третьего порядка астигматизм характеризуется третьей суммой (коэффициентом) Зейделя (SIII) и рассматривается совместно с кривизной поверхности изображения, характеризуемой четвёртой суммой Зейделя (SIV). Такое совместное рассмотрение обусловлено зависимостью проявлений этих аберраций.
Причём, формулы, с помощью которых определяются астигматические фокусы, включают оба этих коэффициента.
Так, например, меридиональная составляющая для некоторой точки изображения расположенной на высоте может быть определена как
,
где — фокусное расстояние системы.
Графическое представление астигматизма[править | править код]
Астигматизм оптической системы часто описывают графически — на основании расчёта положений астигматических фокусов элементарных пучков, откладывая по оси ординат углы наклона главных лучей, а по оси абсцисс расстояния астигматических фокусов от плоскости Гаусса[3].
Полученные кривые позволяют судить о форме астигматических фокальных поверхностей, и на основании этого о некоторых особенностях исследуемой системы.
Так, например, астигматизм положительного знака, как правило, соответствует случаю, когда система, так же, имеет и кривизну поверхности изображения (понимая под последней поверхность, расположенную между обеими поверхностями астигматических фокусов). В этом случае фигура рассеяния для периферийной точки плоского объекта будет представлять собой размытый овал. Одновременная же фокусировка на все точки плоского объекта для такой системы будет невозможна.
Значительный отрицательный астигматизм позволяет «совместить» поверхность изображения с плоскостью Гаусса. Однако, по причине того, что периферийные точки плоского объекта изображаются недостаточно сфокусированным лучами, резкое изображение точек такого объекта будет возможно только в центре поля.
Исправленный астигматизм для объективов разных типов (условного монокля и триплета). На схеме также видно как зависит величина астигматизма от угла прохождения лучей света через объектив
Исправление астигматизма[править | править код]
Так как астигматизм присущ не только широким, но и тонким (элементарным) пучкам лучей, то диафрагмирование никак не влияет на его величину. Поэтому, как и другие аберрации, астигматизм корригируется подбором кривизны поверхностей и толщин оптических компонентов, а также воздушных промежутков между ними.
Одним из примеров простейшего объектива, с исправленным астигматизмом, будет объектив монокль конструкции Уоллостона, где, направляемые апертурной диафрагмой, наклонные пучки лучей встречаются поверхностями менискообразной линзы под небольшими углами к нормалям. При этом, положительный астигматизм задней (выпуклой) поверхности мениска оказывается настолько невелик, что может быть скомпенсирован отрицательным астигматизмом передней (вогнутой) поверхности.
Однако, в этом случае, даже при полном устранении астигматизма, кривизна поверхности изображения велика. Таким образом, скорректированный астигматизм ещё не гарантирует резкости по всему полю изображения.
Поэтому, при расчёте, так называемых, анастигматов используются более сложные решения, позволяющие исправить, в пределах некоторого угла, обе эти аберрации. Причём, как правило, даже исправленный астигматизм имеет небольшую отрицательную величину, тем меньшую, чем шире угол зрения объектива.
Астигматизм системы, не обладающей центральной симметрией[править | править код]
Для оптических систем, не имеющих центральной симметрии, астигматизм может быть обусловлен неодинаковостью кривизны преломляющей поверхности в меридиональном и сагиттальном сечениях.
Частным случаем астигматического пучка, образованного такой системой, является пучок, образованный положительной цилиндрической линзой, одно изображение которой находится на отрезке прямой, а другое — в бесконечности.
См. также[править | править код]
- Аберрация оптической системы
- Анастигмат
Примечания[править | править код]
- ↑ Согласно четвёртому закону геометрической оптики, отношение синуса угла падения к синусу угла преломления — величина постоянная и равна обратному отношению показателей преломления сред.
- ↑ В оптических системах с центральной симметрией меридиональной плоскостью, будет любая плоскость, к которой принадлежит оптическая ось системы. Так, например, практически все изображения оптических схем фотографических объективов являются именно меридиональными сечениями. В европейской и американской оптической литературе эта плоскость чаще именуется тангенциальной.
Сагиттальной плоскостью, для любого пучка лучей лежащего в меридиональной плоскости, будет плоскость, включающая главный луч этого пучка, и перпендикулярная меридиональной плоскости.
В аксиально-симметричных оптических системах такое деление очень важно для оценки свойств внеосевых и/или наклонных лучей, хотя может и не иметь смысла для лучей расположенных непосредственно на оптической оси
Источники[править | править код]
Литература[править | править код]
- Д. С. Волосов. Глава II. Оптические аберрации объективов // Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.,: «Искусство», 1978. — С. 91—234. — 543 с.
- Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 28, 29. — 447 с.
- Э. Д. Тамицкий, В. А. Горбатов. Глава I. Техника фотографической съёмки // Учебная книга по фотографии / Фомин А. В., Фивенский Ю. И.. — М.: «Лёгкая индустрия», 1976. — С. 7—128. — 320 с. — 130 000 экз.
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 12 октября 2019;
проверки требует 1 правка.
У этого термина существуют и другие значения, см. Астигматизм.
Астигмати́зм — дефект зрения, связанный с нарушением сферической формы роговицы, которая в этом случае имеет форму не среза шара, а среза тора. Может быть астигматизм, вызываемый изменением структуры хрусталика. В результате наличия астигматизма человек теряет способность к чёткому видению, но наиболее значимым для качества зрения является роговичный астигматизм. Оптическими линзами сферической формы дефект компенсируется не полностью. Если у детей до 7 лет астигматизм не компенсировать правильно подобранными очками, он может привести к амблиопии, т.е. к отсутствию высокой остроты зрения на всю жизнь. При отсутствии коррекции астигматизм может быть причиной низкой остроты зрения у взрослых и вызывать головные боли и дискомфорт в глазах.
Является одной из разновидностей аметропий, однако для оценки его влияния на остроту зрения имеют значение его абсолютные характеристики (сила, положение главных осей), поскольку людей с идеальной сферичностью роговицы (отсутствием геометрического астигматизма) очень мало, но и в данном случае, с клинической точки зрения, у них имеет место обратный астигматизм, требующий коррекции. Идеальное состояние рефракции глаза (не требующее коррекции) будет при условии наличия прямого астигматизма в 0,75 дптр. без наличия миопии или гиперметропии.
Вид тестовой миры при расфокусировке вдоль оси, несколько наклонённой от вертикали
Вид тестовой миры в неискажённом виде (пример)
При астигматизме нарушение равномерной кривизны роговой оболочки глаза и/или структуры хрусталика приводит к ухудшению зрения, за счет искажения фокусируемых в глазу изображений. Световые лучи не сходятся в одной точке на сетчатке, как это происходит в глазу без аметропий, и в результате около сетчатки формируется фокусное изображение в виде сложной объемной структуры, называемой коноид Штурма. В некоторых случаях изображение вертикальных линий может казаться нечётким, в других горизонтальные или диагональные линии выявятся вне зоны фокусировки. Физиологический, правильный астигматизм появляется в раннем возрасте (обычно вместе с дальнозоркостью или близорукостью), детерминирован регуляторной функцией унаследованных от родителей генов и обычно сформировывается уже после первых лет жизни. После серьезных травм роговицы или операций на ней появляется неправильный астигматизм, который очками откоррегировать невозможно.
Симптомами астигматизма является понижение зрения, иногда видение предметов искривлёнными, их раздвоение (если смотреть каждым глазом в отдельности), быстрое утомление глаз при работе, головная боль. При одном из способов диагностики окончательное подтверждение наличия роговичного астигматизма, получают после проведения кератометрии, показывающей силу двух главных меридианов и направление их осей. При расширении зрачков раствором атропина или другими мидриатиками и проведения скиаскопии (теневой пробы) можно определить ориентировочный общий астигматизм глаза, что требуется для подбора очков детям.
Метод диагностики астигматизма изобрёл французский офтальмолог Эмиль Жаваль.
- Сложный дальнозоркий А. — Compound hyperopic astigmatism
- Сложный миопический (близорукий) А. — Compound myopic astigmatism
- Смешанный астигматизм — Mixed astigmatism
Распространённость[править | править код]
У большинства людей встречается врождённый астигматизм до 0,75 диоптрий, обычно не приносящий особого дискомфорта.
Диагностика[править | править код]
Астигматизм легко диагностировать, рассматривая одним глазом лист бумаги с тёмными параллельными линиями — вращая такой лист, астигматик заметит, что тёмные линии то размываются, то становятся чётче.
Специалисты выделяют три степени астигматизма:
- астигматизм слабой степени — до 3 D;
- астигматизм средней степени — от 3 до 6 D;
- астигматизм высокой степени — выше 6 D.
Коррекция[править | править код]
Постоянное ношение очков с астигматическими линзами. Современная оптометрия располагает и другими способами коррекции, такими как торические контактные линзы, контактные линзы ночного использования (ортокератология). Хирургическое лазерное коррекционное лечение применяется по рекомендации окулиста. Такая операция может быть проведена, если нет не пролеченной патологии сетчатки глаза или серьезных глазных заболеваний. Не диагностированный в детстве астигматизм может привести к амблиопии («ленивый» глаз), когда при полной сохранности глаза и внутриглазных структур у пациента наблюдается низкое зрение, не поддающееся улучшению коррекцией или лечением.
Подбор очков[править | править код]
Данный дефект компенсируется очками с цилиндрическими линзами, имеющими различную кривизну по горизонтали и вертикали. Однако, очками полностью коррегировать астигматизм невозможно, поскольку коррегирующее стекло находится на некотором расстоянии от поверхности роговицы. Лучший рефракционный эффект имеет коррекция контактными линзами или рефракционная лазерная операция, которые исправляют оптический дефект (восстанавливают правильную сферичность) самой поверхности роговицы
Чаще всего астигматизм сочетается с близорукостью или дальнозоркостью, поэтому для его компенсации требуются сложные сферо-цилиндрические линзы. Такие линзы (стеклянные и пластмассовые) немногим дороже обычных сферических и не всегда пациент может привыкнуть к использованию таких очков (возможна непереносимость коррекции очками). В таких случаях приходиться либо подбирать очки по сфере-эквиваленту (что ухудшает остроту зрения, но позволяет получить нормальную переносимость коррекции), либо рекомендовать пациенту альтернативный метод коррекции (контактные линзы или лазерную операцию).
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 Disease Ontology release 2019-05-13 — 2019-05-13 — 2019.
- ↑ 1 2 Monarch Disease Ontology release 2018-06-29sonu — 2018-06-29 — 2018.
Ссылки[править | править код]
- Астигматизм // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- AllAboutVision.com article (англ.)
- Medical Info on Astigmatism (англ.)
Источник
Графическое представление астигматизма
Астигматизм оптической системы часто описывают графически — на основании расчёта положений астигматических фокусов элементарных пучков, откладывая по оси ординат углы наклона главных лучей, а по оси абсцисс расстояния астигматических фокусов от плоскости Гаусса.
Полученные кривые позволяют судить о форме астигматических фокальных поверхностей, и на основании этого о некоторых особенностях исследуемой системы.
Так, например, астигматизм положительного знака, как правило, соответствует случаю, когда система, так же, имеет и кривизну поверхности изображения (понимая под последней поверхность, расположенную между обеими поверхностями астигматических фокусов). В этом случае фигура рассеяния для периферийной точки плоского объекта будет представлять собой размытый овал. Одновременная же фокусировка на все точки плоского объекта для такой системы будет невозможна.
Значительный отрицательный астигматизм позволяет «совместить» поверхность изображения с плоскостью Гаусса. Однако, по причине того, что периферийные точки плоского объекта изображаются недостаточно сфокусированным лучами, резкое изображение точек такого объекта будет возможно только в центре поля.
Исправленный астигматизм для объективов разных типов (условного монокля и триплета)
Исправление астигматизма
Так как астигматизм присущ не только широким, но и тонким (элементарным) пучкам лучей, то диафрагмирование никак не влияет на его величину. Поэтому, как и другие аберрации, астигматизм коррегируется подбором кривизны поверхностей и толщин оптических компонентов, а также воздушных промежутков между ними.
Одним из примеров простейшего объектива, с исправленным астигматизмом, будет объектив монокль конструкции Уоллостона, где, направляемые апертурной диафрагмой, наклонные пучки лучей встречаются поверхностями менискообразной линзы под небольшими углами к нормалям. При этом, положительный астигматизм задней (выпуклой) поверхности мениска оказывается настолько невелик, что может быть скомпенсирован отрицательным астигматизмом передней (вогнутой) поверхности.
Однако, в этом случае, даже при полном устранении астигматизма, кривизна поверхности изображения велика. Таким образом, скорректированный астигматизм ещё не гарантирует резкости по всему полю изображения.
Поэтому, при расчёте, так называемых, анастигматов используются более сложные решения, позволяющие исправить, в пределах некоторого угла, обе эти аберрации. Причём, как правило, даже исправленный астигматизм имеет небольшую отрицательную величину, тем меньшую, чем шире угол зрения объектива.
Астигматизм системы, не обладающей центральной симметрией
Для оптических систем, не имеющих центральной симметрии, астигматизм может быть обусловлен неодинаковостью кривизны преломляющей поверхности в меридиональном и сагиттальном сечениях.
Частным случаем астигматического пучка, образованного такой системой, является пучок, образованный положительной цилиндрической линзой, одно изображение которой находится на отрезке прямой, а другое — в бесконечности.
Примечания
- ↑ Согласно четвёртому закону геометрической оптики, отношение синуса угла падения к синусу угла преломления — величина постоянная и равна обратному отношению показателей преломления сред.
- ↑ В оптических системах с центральной симметрией меридиональной плоскостью, будет любая плоскость, к которой принадлежит оптическая ось системы. Так, например, практически все изображения оптических схем фотографических объективов являются именно меридиональными сечениями. В европейской и американской оптической литературе эта плоскость чаще именуется тангенциальной.
Сагиттальной плоскостью, для любого пучка лучей лежащего в меридиональной плоскости, будет плоскость, включающая главный луч этого пучка, и перпендикулярная меридиональной плоскости.
В центрально-симметричных оптических системах, такое деление, очень важно для оценки свойств внеосевых и/или наклонных лучей, хотя может и не иметь смысла для лучей расположенных непосредственно на оптической оси.
Литература
- Бегунов Б. Н. Геометрическая оптика. — М.: Изд-во МГУ, 1966.
- Волосов Д. С. Фотографическая оптика. — М.: Искусство, 1971.
- Русинов М. М. Техническая оптика. — Л.: Машиностроение, 1979.
- Слюсарёв Г. Г. Расчёт оптических систем. — Л.: Машиностроение, 1975.
Категория:
- Аберрации оптической системы
Wikimedia Foundation.
2010.
Смотреть что такое «Астигматизм (аберрация)» в других словарях:
астигматизм — аберрация Словарь русских синонимов. астигматизм сущ., кол во синонимов: 3 • аберрация (10) • … Словарь синонимов
астигматизм (в физической оптике) — астигматизм Аберрация, характеризующаяся тем, что лучи, идущие близко к главному лучу в меридиональной плоскости, собираются в одну точку, а лучи, идущие в сагиттальной плоскости,— в другую. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79.… … Справочник технического переводчика
Астигматизм — (греч. a отрицание, stigmate точка) искажение изображения оптической системой, связанное с тем, что преломление (или отражение) лучей в различных сечениях проходящего светового пучка неодинаково. Более подробно см. в статьях:… … Википедия
аберрация — обман, хроматизм, обольщение, отклонение, ослепление, ошибка, самообольщение, заблуждение, самообман, астигматизм Словарь русских синонимов. аберрация см. заблуждение Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский … Словарь синонимов
АБЕРРАЦИЯ — (лат. aberratio, от ab от и errare блуждать, уклоняться). 1) Отклонение лучей от фокуса собирательного стекла. 2) Астрономическое явление, при котором небесные светила кажутся нам не в той части неба, где они действительно находятся, а несколько… … Словарь иностранных слов русского языка
АБЕРРАЦИЯ — (лат. aberratio уклонение) 1) отклонение от нормы2)] Аберрация оптических систем, искажения изображения, вызванные неидеальностью оптической системы: изображение не вполне отчетливо, неточно соответствует объекту или окрашено. Различают… … Большой Энциклопедический словарь
АБЕРРАЦИЯ — (от лат. aberrare заблудиться, отклониться), в биологии всякое небольшое отклонение от нормального строения в организме; понятие А. трудно отграничить от понятия «вариации», и нередко слово А. употреблялось как синоним небольшой… … Большая медицинская энциклопедия
аберрация — и; ж. [от лат. aberratio отклонение]. 1. Оптич. Искажение изображений, даваемых оптическими приборами. Сферическая а. Хроматическая а. 2. Астрон. Кажущееся смещение местонахождения на небесной сфере наблюдаемого светила относительно его истинного … Энциклопедический словарь
Аберрация оптической системы — Для термина «Аберрация» см. другие значения. Аберрация оптической системы ошибка или погрешность изображения в оптической системе, вызываемая отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической… … Википедия
Аберрация оптических систем — Аберрации оптических систем ошибки, или погрешности изображения в оптической системе, вызываемые отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе. Аберрации характеризуют различного вида… … Википедия
Источник
