Аберрации оптических систем - OXFORDST.RU

Аберрации оптических систем

Аберрация оптической системы – характеристика и основные виды

Аберрация оптической системы – это искажения изображений, которые возникают на выходе из оптической системы. Название происходит от лат. aberratio — уклонение, удаление. Искажения состоят в том, что оптические изображения не полностью соответствуют предмету. Это проявляется в размытости изображения и называется монохроматической геометрической аберрацией либо окрашенности изображения — хроматической аберрацией оптической системы. Чаще всего оба вида аберрации проявляются вместе.
В приосевой (параксиальной) области оптическая система работает практически идеально, точка отображается точкой, а прямая — прямой и т.д. Однако, по мере отдаления точки от оптической оси, лучи от нее пересекаются в плоскости изображения не в одной точке. Таким образом, возникает круг рассеивания, т.е. возникают аберрации.
Величину аберрации можно определить путем расчёта по геометрическим и оптическим формулам через сравнение координат лучей, а также приближённо при помощи формул теории аберраций.
Существует описание явления аберрации как в лучевой теории (отступление от идентичности описывается через геометрические аберрации и фигуры рассеяния лучей), так и в представлениях волновой оптики (оценивается деформация сферической световой волны по пути через оптическую систему). Обычно, для характеристики объектива с большими аберрациями используются геометрические аберрации, в противном случае применяются представления волновой оптики.

Монохроматические геометрические аберрации

В 1856 году немецкий ученый Зайдель в результате анализа световых лучей установил пять аберраций объектива, появляющихся при прохождении через объектив монохромного света (т.е. света одной волны). Эти аберрации, описанные ниже, называются пятью аберрациями Зайделя. Монохроматические геометрические аберрации оптических систем являются следствием их несовершенства и проявляются в монохроматичном свете. В отличие от идеальной оптической системы, в которой все лучи от какой-либо точки предмета в меридиональной плоскости после прохождения через систему концентрируются в одной точке, в реальной оптической системе пересечение плоскости изображения этими лучами происходит в разных точках. Координаты этих точек зависят от направления луча, координат точки пересечения с плоскостью входного зрачка и конструктивных элементов оптической системы (радиусы поверхностей, толщина оптических элементов, коэффициенты преломления линз и тд.).

Сферическая аберрация

Проявляется в несовпадении фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси, вследствие чего нарушается гомоцентричность пучков лучей от точечного источника, хотя симметрия этих пучков сохраняется. Это единственный вид геометрической аберрации, которая имеет место даже тогда, когда исходная точка расположена на главной оптической оси системы. При сферической аберрации цилиндрический пучок лучей после преломления линзой приобретает вид не конуса, а воронкообразной фигуры. Изображение точки имеет дисковую форму с неоднородной освещённостью. Причиной является тот факт, что преломляющие поверхности линз пересекаются с лучами широкого пучка под различными углами, из-за чего удалённые лучи преломляются сильнее и образуют свои точки схода на некотором отдалении от фокальной плоскости.

Кома

Аберрация Кома нарушает гомоцентричность широких световых пучков, которые входят в систему под углом к оптической оси. На оси центрированных оптических систем кома отсутствует. Каждый участок кольцевой зоны оптической системы, удалённый от оси на расстояние R даёт кольцо изображения точки, радиус которого увеличивается с увеличением R. Из-за несовпадения центров колец происходит их наложение, что приводит к тому, что изображение точки, формируемое оптической системой, принимает форму несимметричного пятна рассеяния с максимальной освещённостью у вершины фигуры рассеяния, напоминающего комету. В сложных оптических системах кому корректируют вместе со сферической аберрацией путем подбора линз. Системы без коматической и сферической аберрации называют апланатами.

Астигматизм

Если для объектива исправлены сферическая аберрация и кома, т.е. точка объекта, расположенная на оптической оси, правильно воспроизводится в виде точки изображения, но при этом точка объекта, не лежащая на оси, воспроизводится на изображении не в виде точки, а в виде эллипса или линии, то такой тип аберрации называется астигматизмом. Причиной возникновения является различная кривизна оптической поверхности в различных плоскостях сечения, а углы преломления лучей пучка зависят от углов их падения. При прохождении через оптическую систему лучи пересекаются на разном расстоянии от преломляющей поверхности. В результате в разных сечениях фокус светового пучка оказывается в разных точках.
Существует такое положение на поверхности изображения, когда все лучи пучка в меридиональной (или перпендикулярной ей сагиттальной) плоскости пересекутся на этой поверхности. Астигматический пучок изображает точку в форме двух астигматических фокальных линий на фокальных поверхностях, имеющих форму поверхностей вращения, и касающихся друг друга в точке оси системы. Если для некоторой точки поля положения этих поверхностей не совпадают, имеет место астигматизм или астигматическую разность меридионального и сагиттального фокусов. Астигматизм называют положительным, если меридиональные фокусы находятся ближе к поверхности преломления, чем сагиттальные, в противном случае — отрицательным.

Кривизна поля изображения

Проявляется в том, что изображение плоского (перпендикулярного к оптической оси) объекта находится на поверхности, вогнутой либо выпуклой по отношению к объективу, что делает резкость неравномерной по полю изображения. При резкой фокусировке центральной части изображения края будут лежать не в фокусе (не резкими) и наоборот. Кривизна поля изображения, как правило, достигает больших значений у простых объективов (до 4 линз). Корректируется подбором кривизны поверхностей и толщины линз, а также расстояний между ними. Для качественного исправления, с учетом других видов аберраций, необходимо присутствие в составе не менее двух отрицательных линз. При диафрагмировании отрицательное влияние кривизны поля на качество изображения уменьшается.

Дисторсия

Дисторсией (искривлением) является изменение линейного увеличения по полю зрения, что приводит к нарушению геометрического подобия между объектом и его изображением. Этот вид аберрации не зависит от координат пересечения луча и плоскости входного зрачка, но зависит от расстояния от источника до оптической оси. Оптическая система без дисторсии называется ортоскопической. В объективах с симметричной конструкцией проявляется незначительно. Для устранения дисторсии применяют подбор линз и других элементов при разработке оптической системы. В цифровой фотографии дисторсия может быть исправлена с помощью компьютерной обработки.

Хроматические аберрации

Излучение большинства источников света характеризуется сложным спектральным составом, что приводит к возникновению хроматических аберраций, которые, в отличие от геометрических, могут возникать и в параксиальной области. Дисперсия (рассеивание) света – зависимость показателя преломления оптического элемента от длины волны света, является причиной возникновения двух видов хроматических аберраций: хроматизма положения фокусов и хроматизма увеличения. В первом случае, который еще называют продольным хроматизмом, возникает смещение плоскости изображения для разных длин волн, во втором — изменяется поперечное увеличение. Хроматические аберрации проявляются в окрашивании изображения, в появлении у него цветных контуров, отсутствующих у источника. К хроматическим аберрациям относят также хроматические разности геометрических аберраций, в частности, хроматическую разность сферических аберраций (сферохроматизм) для лучей различных длин волн и хроматическую разность аберраций наклонных пучков.

Дифракционная аберрация

Причиной дифракционной аберрации является волновая природа света. Возникает, как результат дифракции света на диафрагме и оправе объектива. Препятствует увеличению разрешающей способности фотообъектива. Из-за дифракционной аберрации ограничено минимальное угловое расстояние между точками, разрешаемое объективом. Высококачественные объективы подвержены ей в той же степени, что и простые. Полностью принципиально не устранима, однако может быть уменьшена путем увеличения апертуры оптической системы.

Устранить аберрации полностью в оптических системах невозможно. Важно свести их к минимально допустимым значениям, которые обусловлены техническими требованиями и стоимостью изготовления системы.

Оптические аберрации

Аберрации оптических систем (от лат. — отклонение) — это искажения, погрешности изображения, вызванные несовершенством оптической системы. Аберрации были установлены в 1856 году немецким ученым Ф.Л. Зайделем в результате анализа световых лучей, появляющихся при прохождении через объектив монохромного света (т.е. света одной волны). Аберрациям, в разной степени, подвержены любые объективы, даже самые дорогостоящие. Считается, что чем больше диапазон фокусных расстояний объектива, тем выше уровень его аберраций.

Основные типы аберраций в оптических системах:

Сферическая аберрация.

Большое количество объективов сконструировано с использованием линз со сферическими поверхностями. Такие линзы просты в изготовлении, но сферическая форма линз не идеальна для получения резких снимков. Эффект сферической аберрации проявляется в смягчении контраста и размытии деталей на получаемом изображении.

Как это происходит? Особенность сферической линзы такова, что лучи света, проходящие через линзу вблизи её края, преломляются сильнее, чем лучи, проходящие через центр. Объясняется это тем, что исходно параллельные лучи света падают на сферическую поверхность линзы под разными углами. Чем дальше лежит путь луча от оптической оси объектива, тем больше угол его падения, и тем сильнее он преломляется. В конечном итоге это приводит к невозможности сфокусировать точку иначе как в виде размытого по краям пятна, и всё изображение оказывается нерезким.

Хроматическая аберрация.

Хроматические аберрации – это явление вызванное дисперсией света проходящего через объектив, т.е. разложением луча света на составляющие. Лучи с разной длиной волны (разного цвета) преломляются под разными углами, поэтому из белого пучка образуется радуга. Хроматические аберрации приводят к снижению чёткости изображения и появлению цветной «бахромы», особенно это заметно на контрастных объектах.

Встречаются как в дешевых, так и в дорогих длиннофокусных объективах. Для борьбы с хроматическими аберрациями применяются специальные апохроматические линзы из низкодисперсного стекла, не разлагающего световые лучи на волны.

Коматическая аберрация (кома).

Кома возникает, когда лучи света проходят через линзу под углом к оптической оси. В результате изображение точечных источников света приобретает по периферии кадра вид ассиметричных пятен кометообразной формы.

Форма кометы ориентирована радиально, причем ее хвост направлен либо к центру, либо от центра изображения. Вызываемая этим размытость по краям изображения называется коматической засветкой. Определенной степени улучшения можно добиться диафрагмированием объектива. Кома также может привести к засвечиванию размытых участков изображения, создавая неприятный эффект. В сложных оптических системах кому корректируют вместе со сферической аберрацией путем подбора линз.

Астигматизм.

При объективе, скорректированным на сферическую и коматическую аберрацию, точка объекта на оптической оси будет точно воспроизведена как точка в изображении, но точка объекта, расположенная вне оптической оси, появится не как точка в изображении, а скорее как затемнение или как линия. Такой тип аберрации называется астигматизмом.

Читайте также  Медицинские экспертные системы

При этом виде искажения предметы на фотографии выглядят искривленными, местами размытыми, прямые линии выглядят изогнутыми, возможны затемнения. Можно наблюдать это явление по краям изображения, если слегка сместить фокус объектива в положение, в котором точка объекта резко изображена как линия, ориентированная в радиальном направлении от центра изображения, и опять сместить фокус в другое положение, в котором точка объекта резко изображена в виде линии, ориентированной в направлении концентрического круга. (Расстояние между этими двумя положениями фокуса называется астигматической разницей.)

Астигматизм исправляется сложно, чтобы исправить астигматизм нужно включение в схему объектива дополнительных линз.

Кривизна поля изображения.

При этом виде аберраций плоскость изображения становится изогнутой, таким образом если центр изображения в фокусе, то края изображения не в фокусе и наоборот, если края в фокусе, то центр не в фокусе. Кривизна поля изображения, как правило, достигает больших значений у простых объективов (которые имеют в своем составе до 4 линз). Корректируется подбором кривизны поверхностей и толщины линз, а также расстояний между ними. Для качественного исправления, с учетом других видов аберраций, необходимо присутствие в составе не менее двух отрицательных линз. При диафрагмировании отрицательное влияние кривизны поля на качество изображения уменьшается.

Дисторсия (искажение).

Этот вид аберрации проявляется в искажении прямых линий. Если прямые линии вогнутые дисторсию называют подушкообразной, если выпуклыми — бочкообразной. Объективы с переменным фокусным расстоянием обычно создают бочкообразную дисторсию на «широком угле» (минимальное значение “зума”) и подушкообразную — на максимальном значении “зума”. Ярко выраженный пример оптической дисторсии можно наблюдать у объективов Fish-Eye (Рыбий глаз). Для устранения дисторсии применяют подбор линз и других элементов при разработке оптической системы.

Аберрации оптических систем

Аберра́ции 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 нарушения гомоцентричности [1] в структуре пучков лучей, выходящих из оптической системы.

Величины аберраций могут быть получены как сравнением координат лучей путём непосредственного расчёта по точным геометро-оптическим формулам, так и приближённо — с помощью формул теории аберраций.

При этом, возможно характеризовать аберрации, как критериями лучевой оптики, так и на основе представлений волновой оптики. В первом случае, отступление от гомоцентричности выражается через представление о геометрических аберрациях и фигурах рассеяния лучей в изображениях точек. Во втором случае, оценивается деформация прошедшей через оптическую систему сферической световой волны, вводя представление о волновых аберрациях. Оба способа описания взаимосвязаны, описывают одно и то же состояние, и различаются лишь формой описания.

Как правило, если объектив обладает большими аберрациями, то их проще характеризовать величинами геометрических аберраций, а если малыми, то на основе представлений волновой оптики.

Аберрации можно разделить на монохроматические, то есть присущие монохромным пучкам лучей, и хроматические.

Содержание

Монохроматические аберрации

Такие погрешности изображений присущи всякой реальной оптической системе, и принципиально неустранимы. Их возникновение объясняется тем, что преломляющие поверхности неспособны собрать в точку сколько-нибудь широкие пучки лучей, падающие на них под большими углами. Эти аберрации приводят к тому, что изображением точки является некоторая размытая фигура (фигура рассеяния), а не точка, что, в свою очередь, отрицательно влияет на чёткость изображения и нарушает подобие изображения и предмета.

Теория аберраций

Теория геометрических аберраций устанавливает функциональную зависимость аберраций от координат падающего луча и конструктивных элементов оптической системы — от радиусов её поверхностей, толщин, показателей преломления линз и т. д.

Монохроматические аберрации третьего порядка

Теория аберраций ограничивается приближённым представлением составляющих аберраций (δg ‘ и δG’ ) в виде ряда, члены которого содержат некие коэффициенты (суммы переменных) а1, а2,…аk, зависящие только от конструктивных элементов оптической системы и от положения плоскостей объекта и входного зрачка, но не зависящие от координат луча. Так например, меридиональная [2] составляющая аберрации третьего порядка может быть представлена формулой:

где и — координаты луча, входящие в качестве сомножителей членов ряда.

Число таких коэффициентов аберраций третьего порядка равно пяти и, как правило, они обозначаются буквами SI, SII, SIII, SIV, SV. Причём, в целях упрощения анализа, предполагают, что в формулах только один из коэффициентов не равен нулю, и определяет соответствующую аберрацию.

Каждым из пяти коэффициентов определяется одна из так называемых пяти аберраций Зейделя:

В реальных системах отдельные виды монохроматических аберраций почти никогда не встречаются. В действительности, наблюдается сочетание всех аберраций, а исследование сложной аберрационной фигуры рассеяния методом выделения отдельных видов аберраций (любого порядка) — не более чем искусственный приём, облегчающий анализ явления.

Монохроматические аберрации высших порядков

Как правило, картину распределения лучей в фигурах рассеяния заметно осложняет то, что на комбинацию всех аберраций третьего порядка налагаются аберрации высших порядков. Это распределение заметно меняется с изменением положения точки объекта и отверстия системы. Так например, сферическая аберрация пятого порядка, в отличие от сферической аберрации третьего порядка, отсутствует в точке на оптической оси, но при этом растёт пропорционально квадрату удаления от неё.

Влияние аберраций высших порядков возрастает, по мере роста относительного отверстия объектива, причём настолько быстро, что, на практике, оптические свойства светосильных объективов определяются именно высшими порядками аберраций.

Величины аберраций высших порядков учитываются на основании точного расчёта хода лучей через оптическую систему (трассировки). Как правило, с применением специализированных программ для оптического моделирования (Code V, OSLO, ZEMAX и пр.)

Хроматические аберрации

Хроматические аберрации, обусловленные дисперсией оптических сред, из которых образована оптическая система, то есть зависимостью показателя преломления оптических материалов, из которых изготовлены элементы оптической системы, от длины проходящей световой волны. Могут проявляться в постороннем окрашивании изображения, и в появлении у изображения предмета цветных контуров, которые у предмета отсутствовали.

К этим аберрациям относятся хроматическая аберрация (хроматизм) положения, иногда называемая «продольным хроматизмом», и хроматическая аберрация (хроматизм) увеличения.

Так же к хроматическим аберрациям принято относить хроматические разности геометрических аберраций, в основном, хроматическую разность сферических аберраций для лучей различных длин волн (так. наз. «сферохроматизм»), и хроматическую разность аберраций наклонных пучков.

«Дифракцио́нная аберрация»

Возникает вследствие дифракции света на диафрагме и оправе фотообъектива. Дифракционная аберрация ограничивает разрешающую способность фотообъектива. Из-за этой аберрации минимальное угловое расстояние между точками, разрешаемое объективом, ограничено величиной λ/D радиан, где λ (лямбда) — длина электромагнитной волны светового диапазона (волны с длиной от 400 нм до 700 нм), а D — диаметр объектива.

В оптических системах полностью устранить аберрации невозможно. Их доводят до минимально возможных значений, обусловленных техническими требованиями и ценой изготовления системы. Иногда, также, минимизируют одни аберрации за счёт увеличения других.

Примечания

  1. Гомоцентрическим (гомоцентричным) называется пучок световых лучей, испускаемых светящейся точкой или сходящихся в одной точке.
  2. То есть, лежащая в меридиональной плоскости.
    Меридиональной плоскостью, в оптических системах с центральной симметрией, будет любая плоскость, к которой принадлежит оптическая ось системы. 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.

Литература

  • Волосов Д. С. Фотографическая оптика. М., «Искусство», 1971.
  • Русинов М. М. Композиция оптических систем. Л., «Машиностроение», 1989.
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. М., «Наука», 1985.
  • Перевод раздела про оптическую терминологию из «Canon Lens Work II»

См. также

  • Аберрации входного зрачка
  • Адаптивная оптика

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Ван Сент, Гас
  • Аквитания (историческая область Франции)

Смотреть что такое «Аберрации оптических систем» в других словарях:

АБЕРРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ — (от лат. aberratio уклонение), искажения, погрешности изображений, формируемых оптич. системами. А. о. С, проявляются в том, что оптич. изображения не вполне отчётливы, не точно соответствуют объектам или оказываются окрашенными. Наиболее… … Физическая энциклопедия

Аберрации оптических систем — искажения изображения оптического, вызванные неидеальностью оптических систем и применением немонохроматического света (см. Монохроматическое излучение). Проявляются в том, что изображения становятся не вполне отчетливыми, неточно соответствуют… … Астрономический словарь

Аберрации оптических систем — (лат. aberratio уклонение) погрешности изображений, даваемых оптическими системами. Проявляются в том, что оптические изображения в ряде случаев не вполне отчётливы, не точно соответствуют объекту или оказываются окрашенными. Наиболее… … Большая советская энциклопедия

АБЕРРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ — (от лат. aberratio уклонение) искажения изображений, получаемых в оптич. системах (линзах, фотообъективах, микрообъективах и т. д.). Различают геом. и хроматич. А. о. с. Геометрические А. о. с. искажения изображений, возникающие вследствие… … Большой энциклопедический политехнический словарь

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

Аберрации объектива — 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

Аберрации входного зрачка — дефект изображения, создаваемого оптической системой, связанный с изменением положения входного зрачка для разных углов поля и/или изменением формы зрачка. Иногда встречается в оптических системах с небольшими относительными отверстиями, а так же … Википедия

АБЕРРАЦИИ — (от латинского aberratio уклонение) оптических систем, искажения изображений, вызванные неидеальностью оптических систем: изображение не вполне отчетливое, искажается по форме или окрашено … Современная энциклопедия

Аберрации — (от латинского aberratio уклонение) оптических систем, искажения изображений, вызванные неидеальностью оптических систем: изображение не вполне отчетливое, искажается по форме или окрашено. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Аберрации — Искажения изображений в оптических системах, обусловленные недостатками самих систем. Различают следующие виды аберраций: сферическую, хроматическую, кому, астигматизм и дисторсию … Краткий толковый словарь по полиграфии

Читайте также  Дискуссионные вопросы сущности и функций финансов 2

Публикации

Аберрации оптических систем

Что такое аберрации?

Когда мы, врачи, назначаем очки, мы преследуем только одну цель – переместить фокус глаза на сетчатку. Положительные линзы перемещают фокус вперед, а отрицательный линзы – назад. Перемещение тем сильнее, чем выше преломляющая сила линзы (на бытовом языке – чем больше номер линзы).

Однако, помимо этого основного действия, у оптических линз есть еще как минимум пять свойств, которые мы не можем отменить и к которым пациент должен адаптироваться. Эти дополнительные свойства мы называем аберрациями. Выраженность аберраций напрямую зависит от оптической силы линзы. При слабых линзах аберрации почти не ощущаются. Но примерно с 4,0-5,0 Д я предупреждаю пациентов о возможных неудобствах, а выше 7,0 Д – жалуются практически все.

Давайте разберемся подробно с каждой аберрацией!

1. Изменение величины изображения на глазном дне. Положительные линзы увеличивают изображение, отрицательные уменьшают его. Чем больше сила линзы, тем больше изменяется изображение предмета относительно его реальной величины. Дальнозоркие люди, как правило, на это не жалуются: из-за увеличения изображения у них повышается острота зрения. А вот у близоруких людей из-за уменьшения изображения снижается острота зрения с коррекцией, примерно выше -7,0 Д стопроцентное зрение получить уже трудно, выше -10,0 Д — невозможно. При высокой близорукости получается такая ситуация: без очков предметы размытые, но большие, а в очках – резкие, но маленькие; без очков предметы не разглядеть из-за расплывчатости очертаний, а в очках их не разглядеть из-за уменьшения размера. Отдельная проблема, когда глаза разные,и для коррекции требуются разные линзы. Из-за разной величины изображений на глазном дне расстраивается бинокулярное зрение, то есть слить изображения двух глаз в один образ становится невозможно. Как правило, мы не выписываем очки, в которых линзы отличаются больше, чем на 2,0 Д, более сильную разницу люди не переносят. Однако детей с раннего возраста можно приучить и к таким очкам. У меня есть пациентка (ей сейчас 6 лет), у которой правое стекло в очках +0,5 Д, а левое +5,0 Д, и девочка их спокойно носит. Адаптировалась!

2. Радужные контуры по краям рассматриваемых объектов. Напомню, что угол преломления зависит от длины волны: чем короче волна, тем сильнее преломление. Поэтому солнечный свет, проходя через линзу, распадается на радугу. Эта радуга видна в очках большой силы по контуру предметов (как и все аберрации, эта тоже тем сильнее выражена, чем больше оптическая сила линзы).

3. Параллакс – смещение изображения при движении линзы. Параллакс тем больше, чем сильнее линза и чем ближе к глазам рассматриваемый предмет. Отрицательные линзы смещают изображение в ту же сторону, положительные – в противоположную. Именно из-за параллакса возникает головокружение при ношении очков большой силы, пациенты жалуются, что все плывет перед глазами.

4. Изменения в поле зрения. Эта аберрация связана с тем, что центральная часть пространства видна через очки, а периферическая часть – мимо очков. При положительных собирающих стеклах есть часть пространства, которая не видна ни через очки, ни мимо очков. Это так называемая кольцевая скотома (скотома – выпадение внутри поля зрения). Предметы, попавшие в эту зону, становятся невидимками, как будто растворяются в пространстве. При рассеивающих отрицательных стеклах, наоборот,часть пространства видна и через стекла, и мимо них. В этой зоне получается удвоение предметов. Если сейчас на вас очки, попробуйте скосить глаза в сторону и посмотреть на что-то через край очков. Вы поймете, о чем я говорю. Опыт выполним даже при очках силой 1,0 Д. При сильных очках этот феномен мешает жить.

5. Астигматизм косого падения или астигматизм косых лучей. Мы помним, что угол преломления зависит от угла падения и от кривизны поверхности, на которую падает луч. Для сферических линз рассчетная сила достижима строго по центру линзы. Если рассматривать изображение через край линзы, там кривизна поверхности другая и лучи падают под другим углом. Значит преломление на периферии линзы совсем другое, чем в центре. Сферическая линза на периферии ведет себя как торическая, то есть появляется астигматизм косого падения. Если ребенок смотрит не через центр очков, а через их верхний край (так бывает, когда переносица оправы слишком широкая и очки съезжают на кончик носа) острота зрения может снижиться на две-три строчки. С другой стороны, ко мне на прием пришла дама с жалобами, что через центр своих минусовых сферических очков она видит плохо, а через их верхне-правую периферию зрение четкое, в итоге у нее ноет шея из-за постоянного вынужденного положения головы. Оказалось, что у нее не просто близорукость, а сложный близорукий астигматизм, который она сама случайно нашла способ нейтрализовать. Правильно подобранные торические стекла в ее случае решили проблему.

Астигматические линзы имеют, кроме описанных, еще свои специфические аберрации. В первую очередь это искажение предметов. Это своеобразное проявление аберрации №1 – изменение величины изображения. Астигматическая линза будет менять его по разному в разных меридианах. В итоге предметы либо вытянуты в высоту, либо растянуты в ширину. В любом случае реального изображения через астигматические очки не получится.

Это особенно заметно на лестнице. Те, кто впервые надел астигматические очки, жалуются, что либо верхние ступеньки выше нижних, либо наоборот (это зависит от положения сильного меридиана). В итоге повышенный травматизм при пользовании лестницей: человек либо промахивается, либо спотыкается, в любом случае – опасность упасть. Другая астигматическая аберрация проявляется только в том случае, если неправильно определена ось линзы: появляется излом прямых линий. Допустим, Вы смотрите на дверь, или на оконный переплет, или на дерево, или на любую другую прямую линию. Часть ее видна Вам через очки, а часть – мимо очков. Если ось установлена неправильно, через стекло эта линия будет видна под углом к реальной линии, угол излома тем больше, чем больше отклонение оси линзы от слабого меридиана астигматического глаза.

А теперь – самое главное. К аберрациям можно адаптироваться. Допустим, Вам выписали очки. Вы их надели, и на Вас навалились аберрации. Неделю-другую будет трудно, а потом Вы привыкнете и перестанете их замечать. Это не значит, что аберрации исчезли, но они перестанут Вас отвлекать. Это как фоновая музыка, которую сначала слышишь, а потом увлекаешься чем-то и не замечаешь ее. В организме возникают новые связи, и нога перестает промахиваться на ступеньках, при повороте головы не появляется головокружение и т.п. Это и называется адаптация.

Именно поэтому я детям сразу сильные очки не выписываю – из-за аберраций они отказываются их носить. Силу стекол детям я поднимаю ступенчато, на 1-1,5 Д каждые 3-4 месяца (если начинать с 3,0 Д), чтобы дать им время адаптироваться.

Не забывайте, уважаемые читатели, что у детей адаптационные способности очень сильны, а взрослые этим похвастаться не могут. Детей можно приучить носить практически любые очки. Взрослые же к аберрациям привыкают с трудом. Насколько я заметила, после 35 лет адаптироваться к астигматическим очкам практически невозможно.

Поэтому у окулистов есть золотое правило: детям мы очки назначаем, а взрослым подбираем. Детей не спрашивают, комфортно ли им в очках, они привыкнут. И носить очки мы их заставляем любыми способами, чтобы после 15 лет они сами могли решать, носить очки или нет: навык ношения сформировался, адаптация к аберрациям работает, в любой момент очки можно надеть снова. Если же человек зрелого возраста впервые надевает очки, будет выраженный дискомфорт. Обычно мы просим подождать две-три недели. Если за это время дискомфорт не проходит, приходится жертвовать остротой зрения ради переносимости очков, то есть выписывать очки послабее, в которых зрение хуже, но аберраций меньше.

К слову сказать, если очки подобраны правильно, дети их носят с удовольствием, потому что зрение в них лучше, а к аберрациям они быстро привыкают. Я все время говорю родителям: если ребенок отказывается носить назначенные мною очки, берите очки, берите ребенка и идите ко мне, буду разбираться. Дело в том, что когда очки не подходят, взрослый человек пожалуется на боли в надбровных дугах, чувство распирания в глазах, тяжесть в лобной части головы, в конце концов на дискомфорт. Дети так пожаловаться не могут; не жалуются они, если оправа трет или давит, если очки на нос сползают. Они в таких случаях их просто снимают, и никакими силами родители не могут заставить их носить. И я должна посмотреть, как очки сидят на ребенке, чтобы понять, почему он их не носит.

В принципе, любой окулист должен отвечать за свою работу и подбирать очки так, чтобы дети их носили. Но это приходит с опытом. Да еще оптики, случается, готовят очки не по рецепту: или оси сместят, или стекло вставят другое, потому что выписанного в наличии нет. Я с этим много раз сталкивалась. Наши оптики хором уверяли меня, что они имеют право усилить или ослабить линзу на 0,5 Д, им, видите ли, так в лекциях объясняли. И спорить с ними было бесполезно, пришлось голосовать рублем. Я перестала посылать своих пациентов в те оптики, где с моими рецептами обращались слишком вольно. Теперь те, кто хотят со мной работать, при отсутствии нужной линзы звонят и спрашивают, какой линзой ее можно заменить.

Совет тем, кто не доволен очками, заказанными по рецепту: сначала пойдите к другому оптику (не к тому, у которого очки заказывали) и попросите проверить Ваши очки на диоптриметре (это аппарат, который может определить силу линзы в главных меридианах и положение осей) и результат выдать письменно, затем с этим документом и с рецептом на очки пойдите к врачу, который Вам очки выписал, и спросите его, в чем дело. Пусть разбирается, его это ошибка или оптика.

Читайте также  Общее представление о бурение нефтяных и газовых скважин

В заключение хочу привести письмо, которое я нашла в Живом Журнале (есть такой в Интернете). Цитирую:

«У меня в последнее время было -6/-6.5 Последние 10 лет все время носила линзы. На прошлой неделе пошла к американскому офтальмологу за очередным рецептом. Во-первых, он сказал, что у меня -10 на оба глаза (аппаратура в офисе супер-современная). Во-вторых, он сказал, что сосуды (?) подбираются к сетчатке, и мне полгода минимум нельзя носить линзы. Если я сейчас не одену очки, то линзы не смогу носить никогда. Об операции речи на ближайший год быть не может (а там посмотрим). Но проблема, собственно, не в этом. Сегодня я получила свои очки. Сказать, что я в ужасе — это ничего не сказать. Сплошные искажения — на меня падают с боку стены, валятся книжные полки, взятая в руки книга выглядит как трапеция (даже если держать прямо перед глазами). Монитор из плоского превратился в шарообразный. Жуткая хроматическая абберация. Ходить могу с трудом — постоянно натыкаюсь на предметы, которые в моем представлении должны быть в метре от меня. Работать тоже не могу — на экране монитора все выглядит в два раза меньше, и в жутких диспропорциях. На мои недоумения врач сказал не волноваться и подождать дня два — мол, глаза просто привыкают. Это действительно так? Неужели между линзами и очками должна быть настолько существенная разница? Я не помню, делались ли при выписке линз поправки на астигматизм (компьютерная диагностика показала, что он есть и достаточно серьезный) — но в линзах я никогда в жизни не ощущала никакого дискомфорта. Помогите, пожалуйста, советом, потому что я просто в ужасе, как с этим жить дальше — я практически ничего не могу делать.»

Я привела это письмо, потому что оно очень наглядно показывает, что такое аберрации. Здесь необходимо пояснение. Контактные линзы радикально отличаются от очков одним свойством: они не являются отдельной оптической системой, как очки, а встраиваются в оптическую систему глаза, изменяя ее в нужную сторону. Поэтому контактные линзы в отличие от очковых линз обладают только одним свойством — изменяют положение фокуса относительно сетчатки. В контактных линзах мы имеем реальные размеры изображения, реальное поле зрения, отсутствие радужной каймы вокруг предметов и т.д. Женщина 10 лет носила контактные линзы. Надев в зрелом возрасте очки, она остро чувствует аберрации.

Давайте вчитаемся. «Сплошные искажения — на меня падают с боку стены, валятся книжные полки, взятая в руки книга выглядит как трапеция (даже если держать прямо перед глазами). Монитор из плоского превратился в шарообразный.» — это из-за астигматической аберрации, которая дает искажение контуров предметов. «Ходить могу с трудом – постоянно натыкаюсь на предметы, которые в моем представлении должны быть в метре от меня» — минусовые стекла уменьшают и отдаляют изображения предметов, а контактные линзы давали реальное изображение. Это письмо — наглядная иллюстрация, какую проблему создают впервые надетые очки. Представьте себе, наши дети испытывают то же самое, когда им впервые очки надевают, только они сказать об этом не могут. Поэтому они отказываются их носить. Поэтому к коррекции высоких степеней рефракции я подхожу ступенчато, постепенно увеличивая силу очков — так дети к ним легче адаптируются.

Аберрации — это что такое? Какие бывают аберрации?

Аберрация — многозначный термин, который применяется в различных сферах знаний: астрономии, оптике, биологии, фотографии, медицине и других. Что такое аберрации и какие существуют виды аберраций, будет рассмотрено в данной статье.

Значение термина

Слово «аберрация» происходит из латинского языка и буквально переводится как «отклонение, искажение, удаление». Таким образом, аберрация — это явление отклонения от определенного значения.

В каких научных областях можно наблюдать явление аберрации?

Аберрация в астрономии

Вам будет интересно: Адрон — это. Понятие, определение, состав, структура и назначение

В астрономии используется понятие аберрации света. Под ней понимают визуальное смещение небесного тела или объекта. Вызвано оно скоростью распространения света относительно наблюдаемого объекта и наблюдателя. Иными словами, движущийся наблюдатель видит объект не там, где наблюдал бы его, находясь в состоянии покоя. Обусловлено это тем, что наша планета находится в постоянном движении, поэтому состояние покоя наблюдателя физически невозможно.

Поскольку явление аберрации вызвано перемещением Земли, выделяют два типа:

  • суточная аберрация: отклонение вызвано суточным вращением Земли вокруг своей оси;
  • годичная аберрация: обусловлена обращением планеты вокруг Солнца.

Вам будет интересно: Электрический разряд: понятие, виды, энергия и единицы измерения

Данное явление было открыто в 1727 году, и с тех пор немало ученых уделяли внимание аберрации света: Томас Юнг, Эйри, Эйнштейн и другие.

Аберрация оптической системы

Оптическая система — это набор оптических элементов, преобразующих световые пучки. Самой важной для человека системой такого рода является глаз. Также такие системы используются для конструирования оптических приборов — фотоаппаратов, телескопов, микроскопов, проекторов и т. д.

Оптические аберрации — это различные искажения изображений в оптических системах, отражающиеся на конечном результате.

Когда объект отдаляется от так называемой оптической оси, возникает рассеивание лучей, конечное изображение получается нечетким, несфокусированным, размытым или имеющим цвет, отличный от исходного. Это и есть аберрация. При определении степени аберрации могут применяться специальные формулы для ее расчета.

Аберрация линз разделяется на несколько видов.

Монохроматические аберрации

В совершенной оптической системе луч от каждой точки предмета на выходе также концентрируется в одной точке. На практике такого результата добиться невозможно: луч, достигая поверхности, концентрируется в разных точках. Именно это явление аберрации обуславливает нечеткость конечного изображения. Данные искажения присутствуют в любой реальной оптической системе и избавиться от них невозможно.

Хроматическая аберрация

Данный тип аберраций обусловлен явлением дисперсии — рассеивания света. Разные цвета спектра имеют различные скорости распространения и степени преломления. Таким образом, фокусное расстояние оказывается разным для каждого цвета. Это приводит к появлению на изображении цветных контуров или разной окрашенности участков.

Явление хроматической аберрации может быть снижено при использовании специальных ахроматических линз в оптических приборах.

Сферическая аберрация

Идеальный пучок света, в котором все лучи идут только через одну точку, называют гомоцентрическим.

При явлении сферической аберрации лучи света, проходящие на разных расстояниях от оптической оси, перестают быть гомоцентрическими. Данное явление происходит даже тогда, когда исходная точка находится непосредственно на оптической оси. Несмотря на то что лучи идут симметрично, удаленные лучи подвергаются более сильному преломлению, и конечная точка приобретает неоднородную освещенность.

Снизить явление сферической аберрации можно, используя линзу с увеличенным радиусом поверхности.

Дисторсия

Явление дисторсии (искривления) проявляется в несовпадении формы исходного объекта и его изображения. В результате на изображении появляются искаженные контуры объекта. Это искажение может быть двух типов: вогнутость контуров или их выпуклость. При явлении комбинированной дисторсии изображение может иметь сложный характер искажений. Данный тип аберрации обусловлен расстоянием между оптической осью и источником.

Явление дисторсии может быть скорректировано специальным подбором линз в оптической системе. Для коррекции фотографий могут применяться графические редакторы.

Если световой пучок проходит под углом по отношению к оптической оси, то наблюдается явление комы. Изображение точки в этом случае имеет вид рассеянного пятна, напоминающего комету, что объясняет название данного типа аберраций. При фотографировании кома часто проявляется во время съемки на открытой диафрагме.

Корректировать данное явление можно, как в случае сферических аберраций или дисторсии, подбором линз, а также диафрагмированием — уменьшением сечения светового пучка с помощью диафрагм.

Астигматизм

При данном типе аберраций точка, лежащая не на оптической оси, может приобретать в изображении вид овала или линии. Эта аберрация вызвана различной кривизной оптической поверхности.

Исправляется это явление подбором особой кривизны поверхности и толщины линз.

Таковы основные аберрации, характерные для оптических систем.

Аберрации хромосом

Этот тип аберрации проявляется мутациями, перестройками в структуре хромосом.

Хромосома — это структура в ядре клетки, ответственная за передачу наследственной информации.

Аберрации хромосом обычно возникают при делении клетки. Они бывают внутрихромосомными и межхромосомными.

  • делеция — потеря участка хромосом;
  • дупликация — удвоение участка хромосом;
  • инверсия — переворот участка;
  • транслокация — перенос участка.

Причины хромосомных аберраций следующие:

  • воздействие патогенных микроорганизмов — бактерий и вирусов, проникающих в структуру ДНК;
  • физические факторы: радиация, ультрафиолет, экстремальные температуры, давление, электромагнитное излучение и т. д.;
  • химические соединения искусственного происхождения: растворители, пестициды, соли тяжелых металлов, окись азота и т. д.

Хромосомные аберрации приводят к серьезным последствиям для здоровья. Вызываемые ими заболевания обычно носят названия специалистов, описавших их: синдром Дауна, синдром Шершевского-Тернера, синдром Эдвардса, синдром Клайнфельтера, синдром Вольфа-Хиршхорна и другие.

Чаще всего заболевания, спровоцированные данным типом аберраций, затрагивают умственную деятельность, строение скелета, сердечно-сосудистую, пищеварительную и нервную системы, репродуктивную функцию организма.

Вероятность возникновения данных заболеваний не всегда удается предсказать. Тем не менее, уже на этапе перинатального развития ребенка с помощью специальных исследований можно увидеть имеющиеся патологии.

Аберрация в энтомологии

Энтомология — раздел зоологии, изучающий насекомых.

Данный тип аберрации проявляется спонтанно. Обычно он выражается в малозначительном изменении структуры тела или окраски насекомых. Чаще всего аберрация наблюдается у чешуекрылых и жесткокрылых.

Причинами ее возникновения служит воздействие на насекомых хромосомных или физических факторов на стадии, предшествующей имаго (взрослая особь).

Таким образом, аберрация — это явление отклонения, искажения. Данный термин появляется во многих научных отраслях. Чаще всего он используется применительно к оптическим системам, медицине, астрономии и зоологии.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: