Что такое астигматизм косых лучей

Описание

Хроматическая аберрация состоит в том, что луч белого света, падая на линзу параллельным пучком, разлагается в спектр, каждому цвету которого соответствует своя длина волны. При фокусировании оптической системой спектр имеет не один фокус, а множество. Крайние лучи спектра — коротковолновые (сине-зеленые) — фокусируются ближе к роговице, а длинноволновые (красные) — дальше (рис. 5.1).

Интервал между фокусами для этих лучей может достигать 1,0—1,5 дптр. При этом очертания предметов можно наблюдать окрашенными слабыми цветными каемками. При гиперметропической рефракции каемки красные, при мистической — синие.

Повседневный опыт показывает, что при правильном фокусирования, слабые по своей яркости, глазом не замечаются. При нормальном фокусировании глаза отчетливое изображение на сетчатке дают желтые лучи.

Хроматическая аберрация используется в диагностике аметропий: на ней основаны так называемый дуохромный тест и исследование зоны покоя аккомодации с кобальтовым стеклом.

При применении дуохромного теста пациенту с подобранной коррекцией предъявляют оптотипы на двух полях: красном и зеленом. Если он ярче, четче видит их на зеленом фоне, то установка глаза гиперметропическая, и, следовательно, следует уменьшить силу минусовых линз или увеличить силу плюсовых, и наоборот. Необходимо добиваться одинаковой четкости знаков на красном и зеленом фоне.

Кобальтовое стекло задерживает лучи средней части спектра и пропускает только синие лучи с длинной волны 480 нм и красные с длиной волны 750 нм.

Пациент смотрит через кобальтовое стекло на светящийся источник света, находящийся на конечном расстоянии. Он будет видеть светящуюся точку бесцветной только при идеальном фокусировании на сетчатке. При гиперметропии он увидит синее пятно с красной каймой, при миопии — красное пятно с синей каймой.

При сферической аберрации имеются различия в рефракции между центральной частью зрачка и его периферией.

Если лучи, проходящие через периферические участки зрачка, преломляются сильнее, чем лучи, проходящие через центральную часть зрачка, то такая аберрация называется положительной сферической аберрацией, если наоборот — то отрицательной (рис. 5.2).

Сферическая аберрация возникает из-за индивидуальных особенностей строения оптической системы глаза: кривизны поверхности роговицы и поверхностей хрусталика. Оптические дефекты роговицы компенсируются кривизной поверхностей хрусталика. В афакичных глазах, как правило, аберрации выражены сильнее и могут быть причиной понижения зрения.

Астигматизм — хорошо знакомое офтальмологам явление. Оно возникает из-за несферичности, а точнее, торичности преломляющих поверхностей глаза, и прежде всего роговицы. В сущности, вряд ли в контексте настоящей главы астигматизм при прямом падении лучей на оптическую систему следует относить к аберрациям.

Если на оптическую систему падает узкий пучок лучей, находящихся на значительном расстоянии от ее оси, то он сфокусируется в виде двух взаимно перпендикулярных отрезков, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, образуя коноид Штурма, как и при прямом падении лучей на торическую поверхность. Эта погрешность оптической системы называется астигматизмом косых пучков. В плоскости изображения получается пятно в виде эллипса (рис. 5.3).

При изображении отрезка каждой его точке в Пространстве изображений будет соответствовать 2 изображения, лежащих в сагиттальной и меридиональной плоскостях. Если соединить все точки, получим 2 кривые линии. Под кривизной поля изображения понимают среднюю поверхность между обеими астигматическими поверхностями (рис. 5.4).

Если светящаяся точка, расположенная вне оси оптической системы, посылает широкий пучок, то в плоскости изображения получается светящийся кружок с хвостом (похожий на запятую). Это искажение носит название «кома» (рис. 5.5).

Нарушение подобия изображения и предмета обусловлено тем, что разноудаленные от оптической оси точки предмета изображаются с разным увеличением. Меняется форма изображения в сравнении с предметом, но без нарушения резкости, так как точка изображается точкой (рис. 5.6).

В офтальмологии дисторсией называют также искажения формы предметов, вызванные астигматическими линзами; при этом предметы могут казаться сжатыми или растянутыми в одном направлении.

Статья из книги: Зрительные функции и их коррекция у детей | С.Э. Аветисов, Т.П. Кащенко, А.М. Шамшинова.

Аберрациями глаза называются различного типа искажения изображения, формируемого на сетчатке глаза. Хорошо известными примерами аберраций являются миопия (близорукость), гиперметропия (дальнозоркость) и астигматизм,С этими аберрациями обычно имеют дело при исследовании рефракции в кабинете врача-офтальмолога, и их величина определяет, главным образом, качество нашего зрения без применения средств коррекции зрения.

Однако даже при полной коррекции указанных аберраций зрение может оставаться неудовлетворительным.Существуют и другие аберрации которые влияю назрение в очках. Очки  могут обладать одновременно несколькими видами аберраций. Перечисленные ниже аберрации называют геометрическими. Идеальный глаз (без аберраций) должен собирать пучок параллельных лучей света в точку на сетчатке глаза.Реальный глаз не является идеальной оптической системой, и у него имеется ряд аберраций, которые ухудшают качество изображения.

Линзы, способные собирать свет, исходящий из точечного источника света и формировать точечное изображение, совершенствуются. Но, к сожалению, любой линзе присущи оптические искажения (аберрации), которые Зейдель (Seidel) классифицировал по этим пяти типам.

Аберрации оптических систем

Аберрации оптических систем (от латинского aberratio – отклонение) – искажения, ошибки, или погрешности изображений, формируемых оптическими системами (очками, контактными линзами). Причина их возникновения в то, что луч отклоняется от того направления, по которому в близкой к идеалу оптической системе он должен был бы идти. Различные нарушения гомоцентричности (отчетливости, соответствия или окрашенности) в структуре выходящих из оптической системы пучков лучей характеризуют аберрации. Аберрации оптических систем проявляются в том, что оптические изображения не вполне отчётливы, не точно соответствуют объектам или оказываются окрашенными. Наиболее распространены след, виды :

• Сферическая аберрация — недостаток изображения, при к-ром испущенные одной точкой объекта световые лучи, прошедшие вблизи оптической оси системы, и лучи, прошедшие через отдалённые от оси части системы, не собираются в одну точку. К примеру

лучи света, попадающие на края  линз положительных рефраций, преломляются сильнее, чем лучи вблизи от оптической оси. Поэтому лучи по краям линзы не собираются в фокусе. Это явление в геометрической оптике называется сферической аберрацией.В периферийных зонах очковых линз глаз воспринимает «разброс» рефракций и отклонение от определенной рефракции линзы (сферическая аберрация). Теми, кто носит очки, это воспринимается как нечеткость изображения. 

• Кома — аберрация, возникающая при косом прохождении световых лучей через оптическую систему( из-за наклонного положения линзы). . Кома-абреррация дает изображение, похожее на комету. Кома-аберрация характеризуется тем, что изображение сдвигается тем дальше, чем больший угол наклона имеют лучи 

• Дисторсия – это такая аберрация, при которой изменяется форма объекта  , причем для положительных и отрицательных линз изображения квадрата будут различными

 К Аберрации оптических систем , относится также кривизна поля изображения.

• Кривизна поля изображения: несовпадение положения фокусов в центре и на периферии.

При использовании линз с аберрацией кривизны поля, изображение плоских объектов уже не будет лежать в одной плоскости. Т.е. изображение плоской поверхности искривляется и перестает быть плоским (см. рисунок). Когда мы смотрим через периферическую зону линзы, благодаря вращению глазного яблока изображение идеально плоского объекта,удаленного на бесконечность, находится на сферической поверхности, центром которой является центр вращения глазного яблока. В очковых линзах отклонение точек изображения на эту сферическую поверхность часто принимают за ошибку оптической силы вдоль зрительной линии, проходящей через периферию линзы, а не за кривизну поля изображения. Асферические и прогрессивные линзы контролируют аберрации кривизны поля изображения.

• Астигматизм косых пучков: разница в положении фокальных точек.

Если при прохождении оптической системы  световая волна деформируется так, что пучки лучей, исходящих из одной точки объекта, не пересекаются в одной точке, а располагаются в двух взаимно перпендикулярных отрезках на некотором расстоянии друг от друга, то такие пучки наз. астигматическими, а сама эта аберрация — астигматизмом. 

• Астигматизм косых лучей (пучков) происходит, когда объект изображается линзой вне оптической оси.Точка изображается не как точка, а как изображение двух линий.

Если точка, находящаяся вне оптической оси, рассматривается через сферическую линзу, то в результате косо направленного пучка света возникает астигматизм. В этом случае точка будет восприниматься не как точка, а как черта (отрезок).

Подобное искажение изображения, называемое в геометрической оптике астигматизмом косых пучков, серьезно влияет на качество изображения очковой линзы. При взгляде в сторону через очковую линзу возникает искажение изображений (астигматическая аберрация). Аберрации тем больше, чем больше значение рефракции очковой линзы. 

Астигматизм косых пучков может быть минимизирован с помощью асферических и аторических поверхностей, то есть отдаленных от классической формы сферы. 

В линзах с этим типом аберраций свет, проходящий через линзу в стороне от оптической оси, не фокусируется в одной точке. В таком случае, в зависимости от расстояния от линзы, изображения точки приобретают форму эллипса, круга или отрезка. Отметим, что астигматическая линза – это линза, которая преднамеренно формирует положение фокальных линий, но это не является астигматической аберрацией. Астигматические линзы предназначены для коррекции астигматизма, и их название не означает наличия в них астигматических аберраций. Астигматические аберрации очковых линз – это аберрации, возникающие при определенных условиях, когда взгляд проходит через периферические зоны линз большой оптической силы Асферические и прогрессивные линзы контролируют аберрации астигматизма косых пучков.

В современных условиях коррекция астигматизма становится все более актуальной задачей.

По мнению специалистов, физиологический астигматизм имеется практически у всех жителей Земли, но у большинства из них он незначителен и не влияет на остроту зрения. Хотя, если человек целый день занят работой, требующей сильного зрительного напряжения, приходится корригировать даже астигматизм слабой степени.

Все пациенты с астигматизмом, нуждающиеся в коррекции зрения, имеют характерные признаки и высказывают типичные жалобы:

• нечеткое зрение, которое не устраняется увеличением оптической силы сферы;
• улучшение остроты зрения при наклоне головы;
• затруднение при работе на близком расстоянии (работа на компьютере, чтение);
• постоянная необходимость прищуриваться;
• жалобы на усталость глаз при зрительной нагрузке;
• головные боли;
• монокулярное двоение даже при высокой остроте зрения;
• частое наличие чешуйчатого блефарита, который самопроизвольно проходит при назначении правильной коррекции.

Диагностика астигматизма основывается на субъективных и объективных способах. При этом необходимо определить вид, степень астигматизма, сферический и астигматический компонент и положение главных осей.

Астигматизм не является самостоятельным видом рефракции, а представляет всего лишь меру несферичности глаза.

У большинства людей выявляется астигматизм, и в мире найдется немного глаз, имеющих идеальную форму.

При астигматизме оптические поверхности глаза имеют не сферическую, а эллиптическую или торическую форму. Таким образом, при астигматизме лучи света, пройдя через оптические среды глаза, сходятся не в точку, как при эмметропии, миопии и гипермертропии, а в линию, вследствие чего на сетчатке никогда не получается ясного изображения. Люди, страдающие астигматизмом, жалуются на неясность зрения и на явления астенопии.

При астигматизме в глазу имеется два главных сечения или меридиана: в одном из них преломляющая сила наибольшая, в другом – наименьшая. При этом возможно сочетание различных рефракций или различных степеней одной рефракции.

Схематически астигматический глаз можно рассматривать как торическую линзу, имеющую два радиуса кривизны во взаимно перпендикулярных направлениях. Теоретической моделью хода лучей в астигматическом глазу считают коноид Штурма (рис. 1).

Рис.1 Коноид Штурма. VV, преломляющая поверхность вертикального меридиана, более изогнута, чем HH , горизонтальный меридиан. A,B,C,D,E,F,G- сечения коноида. От B до F – фокусный интервал Штурма. D – сечение, имеющее вид круга, с наименьшим рассеиванием.

Коноид имеет два главных сечения – VV и HH. Пучок света, проходящий в глаз соответственно сильному в оптическом соотношении сечению VV, преломляется в точке В. Пучок света, идущий в оптически слабом сечении НН, преломляется в точке F. Расстояние между двумя фокусами называется интервалом Штурма. При астигматизме поверхность глаза имеет торическую кривизну. В более выпуклом, чаще вертикальном, меридиане отмечается более сильная рефракция и схождение лучей, чем по другим меридианам: следовательно, параллельные лучи, проходя через такую поверхность в вертикальном меридиане, приходят в фокус раньше, чем лучи, проходящие через горизонтальный меридиан.

Если в глаз направить пучок света через зрачок, а сетчатку разместить в сечении А коноида Штурма, то получится горизонтальный овал, потому что вертикальные лучи сходятся в фокус раньше, чем горизонтальные.

В сечении В вертикальные лучи уже в фокусе, а горизонтальные – еще остаются сходящимися, поэтому сечение имеет вид горизонтальной прямой линии; в C, D и Eвертикальные лучи становятся расходящимися, а горизонтальные остаются сходящимися. В сечении D фокусного интервала Штурма вертикальные лучи имеют такое же расхождение от оси, как и конвергирующие к ней горизонтальные лучи; поэтому сечение похоже на круг. В участке F горизонтальные лучи приходят в фокус, в то время как вертикальные расходятся, поэтому сечение имеет вид вертикальной прямой линии. В участке G оба пучка лучей расходятся, поэтому сечение приобретает вид вертикального овала или эллипса.

Если сетчатка расположится в какой-либо точке этих сечений, то ретинальное изображение будет всегда нечеткое, затуманенное.

Если сетчатка пересекает коноид в участке А, где лучи не попадают в фокус ни в одном меридиане и в каждом меридиане имеется схождение лучей, но в различной степени, то это состояние называется гиперметропическим астигматизмом.

Если сетчатка в сечении В, то вертикальный меридиан будет в состоянии эмметропического глаза, в то время как горизонтальный меридиан будет еще в состоянии гиперметропии, — наблюдается простой гиперметропический астигматизм. Сечение В имеет горизонтальную ориентацию. Эта передняя фокальная линия (В) она соответствует меридиану сильной рефракции. В участках С, D и E вертикальный меридиан будет в состоянии миопии, а горизонтальный еще сохраняет гиперметропическую рефракцию, это называется смешанным астигматизмом.

В участке F вертикальный меридиан еще миопический, в то время как горизонтальный имеет эмметропическую рефракцию – это простой миопический астигматизм. Сечение F имеет вертикальную ориентацию. Это задняя фокальная линия и она соответствует меридиану слабой рефракции. Позади F, в участке G, оба меридиана в состоянии осевой миопии – это сложный миопический астигматизм.

Таким образом, в зависимости от положения сетчатки относительно коноида Штурма, и, соответственно, по сочетанию рефракции в двух главных меридианах различают пять видов астигматизма.

1. Сложный гиперметропический астигматизм (HH): сетчатка глаза находится впереди передней фокальной линии, а в обоих главных меридианах имеется гиперметропия, но разной степени.
2.  Простой гиперметропический астигматизм (H): сетчатка находится на уровне передней фокальной линии, в одном меридиане имеется эмметропия, в другом гиперметропия.
3. Смешанный астигматизм (HM или MH): сетчатка находится между фокальными линиями, в одном меридиане имеется гиперметропия, в другом – миопия.
4. Простой миопический астигматизм (M): сетчатка находится на уровне задней фокальной линии, в одном меридиане имеется эмметропия, в другом миопия.
5. Сложный миопический астигматизм (MM): сетчатка находится за задней фокальной линией, в обоих главных меридианах имеется миопия, но в разной степени.

Главные меридианы при астигматизме всегда взаимно перпендикулярны и чаще расположены в вертикальном и горизонтальном направлениях. По взаимному расположению главных меридианов различают три типа астигматизма: прямой, обратный и с косыми осями.

При астигматизме прямого вида меридиан, обладающий наибольшей преломляющей силой, расположен вертикально (90°) или в секторе ± 30° от вертикали (рис.2). При астигматизме обратного вида меридиан с более сильным преломлением расположен горизонтально (180°) или в секторе ± 30° . При астигматизме с косыми осями оба главных меридиана лежат в секторах от 30° до 60° и от 120° до 150° по шкале ТАБО (рис.3).

Рис.2 Положение более сильного преломляющего главного сечения при астигматизме прямого типа, обратного типа и астигматизме с косыми осями.

Рис.3 Очковая градусная сетка системы ТАБО для обозначения меридианов глаза при астигматизме.

За рефракцию астигматического глаза принимают среднюю арифметическую рефракцию двух главных меридианов. Ее называют сферическим эквивалентом данного глаза.

Разность рефракций двух главных меридианов называют астигматической разностью или степенью астигматизма данного глаза.

Оптическая коррекция астигматизма производится астигматическими цилиндрическими и сфероцилиндрическими линзами. При простых видах астигматизма перед глазом помещают цилиндрическую линзу, ось которой параллельна эмметропическому меридиану (рис.4). В результате в этом меридиане лучи продолжают сходиться на сетчатке, а во втором меридиане они сводятся на сетчатку с помощью линзы. Коноид превращается в конус, изображение на сетчатке становится четким.

Рис.4 Коррекция астигматизма цилиндрической линзой.

При сложном и смешанном видах астигматизма коррекцию производят комбинацией сферической и цилиндрической линз. Вначале перед глазом ставят сферическую линзу, компенсирующую аметропию в одном из меридианов, затем к ней добавляют цилиндрическую линзу, соответствующую астигматической разности, ось помещают параллельно ранее корригированному меридиану.

Отсюда следует, что ход лучей в астигматическом глазу можно корригировать двумя комбинациями сферической и цилиндрической линз: в каждой из них сферическую линзу выбирают по рефракции одного из главных меридианов. Из этих комбинаций при сложном астигматизме следует выбирать ту, в которой сферическая и цилиндрическая линзы имеют одинаковый знак, а при смешанном астигматизме – ту, в которой значение сферического компонента меньше.

Геометрический смысл коррекции астигматизма состоит в том, что сферические линзы перемещают коноид вдоль оптической оси, не изменяя его форму, а цилиндрические линзы изменяют форму коноида, превращая его в конус.

Сферические линзы могут улучшать зрение при астигматизме, хотя и не полностью исправляют его. Наилучшее зрение должна обеспечивать линза, соответствующая сферическому эквиваленту астигматического глаза. Именно она помещает на сетчатку круг наименьшего светорассеяния коноида.

Чаще всего астигматизм обусловлен асферичностью роговицы. Кривизна передней поверхности роговицы обычно больше в вертикальном меридиане и, следовательно, преломление сильнее, чем в горизонтальном меридиане. Роговичный астигматизм небольшой степени (не более 0,5 дптр ) присущ всем глазам и называется физиологическим, при этом обычно сохраняется нормальная острота зрения и не отмечаются астенопические явления. Причина его возникновения заключается в деформации глазного яблока в связи с неравномерностью его роста.

Физиологический астигматизм обусловлен несколькими основными факторами: асферичностью преломляющих поверхностей, астигматизмом косо падающих лучей, децентрированием преломляющих поверхностей и неравномерностью оптической плотности преломляющих сред.

Приведем пример распределения рефракции в зрачковой области при физиологическом астигматизме (рис.5).

Рис.5 Один из примеров распределения рефракции в зрачковой области при физиологическом астигматизме.

Беспорядочность структуры физиологического астигматизма обуславливает невозможность коррегирования его цилиндрическими или контактными линзами. Последние способны исправить роговичный астигматизм, но хрусталиковый компонент физиологического астигматизма сохраняется в полной мере.

Величина физиологического астигматизма не может быть измерена традиционным способом – разностью в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Простейшим вариантом оценки может служить разница самой сильной и самой слабой рефракции.

Установлена четкая зависимость между степенью физиологического астигматизма и остротой центрального зрения (табл.1).

Таблица 1 — Зависимость остроты зрения от коэффициента физиологического астигматизма.

Чем меньше физиологический астигматизм, тем выше острота зрения. Эта закономерность справедлива для остроты зрения в диапазоне 1,0-2,0, т.е. для абсолютного большинства нормальных глаз.

Реже астигматизм зависит от неправильной кривизны хрусталика. Хрусталиковый астигматизм редко бывает больших степеней. Величина его чаще находится в пределах 0,25 дптр.

Астигматизм чаще бывает врожденным.

Приобретенный астигматизм обусловлен заболеваниями роговицы (рубцы после перенесенных заболеваний или операций, кератоконус, травмы) и проявляется различной рефракцией на протяжении одного меридиана. Такой астигматизм получил название неправильного в отличие от врожденного – правильного, когда на протяжении одного меридиана отмечается одинаковая рефракция.

О степени астигматизма судят по разности клинической рефракции в двух главных меридианах.

Для выявления вида и степени астигматизма необходимо определить сферический и астигматический компоненты коррекции, а также положение оси астигматической линзы, при которых обеспечивается максимальная острота зрения. Для определения астигматизма часто применяют так называемые астигматические фигуры, а при использовании оптотипов – скрещенные цилиндры.

Метод исследования основан на неравномерном видении астигматическим глазом линий различной ориентации в астигматических фигурах. Эти фигуры применяются как для выявления самого астигматизма, так и для определения его степени и положения главных сечений. Скрещенные цилиндры используют главным образом на заключительной стадии исследования рефракции для уточнения степени астигматизма и положения его главных сечений, т. е. силы и направления оси корригирующего цилиндра.

Пациенты с астигматизмом часто видят предметы вытянутыми в одном меридиане, а вертикальные и горизонтальные детали тестов для определения остроты зрения видны им по-разному.

Поскольку при астигматизме невозможно добиться коррекции с помощью сферических линз, для его коррекции используют цилиндрические и торические очковые линзы, имеющие разную преломляющую способность в двух перпендикулярных меридианах.

При назначении коррекции астигматизма преследуется одна цель: выбор оптимальной коррекции для решения зрительных задач.

Показания к коррекции астигматизма:

1. снижение остроты зрения вследствие астигматизма;
2. развитие и прогрессирование миопии на фоне астигматизма;
3. нарушение зрительной работоспособности — астенопия.

У младенцев ни одно из этих показаний не удается выявить и поэтому корригировать астигматизм приходится лишь в исключительных случаях, например когда степень его выше 4,0 дптр.

В дошкольном возрасте при астигматизме 2,0 дптр и выше, как правило, необходима коррекция. При этом цилиндр стараются назначать, возможно более полный в соответствии с объективно установленной астигматической разностью, а сферу подбирают в соответствии с принципами коррекции гиперметропии и миопии.

Очки с астигматическими линзами всегда назнача?