Аберрации оптической системы

Глава 5

АБЕРРАЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА

ТЛ. Корнюшина, Ю.З. Розенблюм

 

Аберрация (лат. aberratio — уклонение) оптической системы — погрешность изображений, даваемых оптической системой.

В идеальной оптической системе ка-ждой точке предмета соответствует одна точка изображения. В реальных оптических системах этого не проис-ходит. Широкие пучки лучей, вышед-шие из одной точки предмета, не обра-зуют одну точку, изображение может быть размытым, не соответствовать предмету по форме, оказаться окра-шенным.

Ошибка или погрешность изобра­жения в оптической системе, обуслов-ленная отклонением луча от того на-правления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе, и представляет собой сущ-ность аберрации.

Аберраци и, присущие оптической системе, разделяют на хроматические и монохроматические. Монохромати­ческие аберрации в свою очередь раз­деляют на сферические аберрации, кому, астигматизм, кривизну поля изображения и дисторсию.

Эти погрешности оптических сис-тем присуши и глазу человека. Мате-матически они могут быть описаны уравнениями либо так называемыми

полиномами Зернике I, II, III порядка. Но, кроме этого, каждому глазу прису­ши волновые аберрации, зависящие от неправильной формы преломляющих поверхностей, смещения их центров и от оптической неоднородности пре­ломляющих сред. В офтальмологии их называют неправильным астигматиз-мом.

Аберрации оптической системы

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 фоку-сировании оптической системой спектр имеет не один фокус, а множе-ство. Крайние лучи спектра — коротко-волновые (сине-зеленые) — фокусиру-ются ближе к роговице, а длинновол-новые (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 гиперметро-пической рефракции каемки красные, при миопической — синие.

Повседневный опыт показывает, что при правильном фокусирова-ний цветовые круги светорассея-ния, слабые по своей яркости, гла-зом не замечаются. При нормаль­ном фокусировании глаза отчет-ливое изображение на сетчатке дают желтые лучи, к

Рис. 5.1. Хроматическая аберрация. A — источник белого света; А_с — фокус для синих лучей; А_к — фокус для крас­ных лучей.

Рис. 5.2. Сферическая аберра-ция. a — положительная; б — отрица­тельная. A — источник света, Ац — тонка сходимости лучей, прошедших че-рез центральную часть зрачка; Ак — точка сходимости лучей, прошедших через край зрачка.

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

следует

При применении дуо-хромного теста пациенту с подобранной коррекцией предъявляют оптотипы на двух полях: красном и зеле­ном. Если он ярче, четче ви-дит их на зеленом фоне, то установка глаза гиперметро-пическая, и, следовательно уменьшить силу минусовых линз или увеличить силу плюсовых, и наоборот. Необходимо добиваться одинаковой четкости знаков на красном и зеленом фоне.

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

Пациент смотрит через кобальтовое стёкло на светящийся источник света, находящийся на конечном расстоя-нии. Он будет видеть светящуюся точ-ку бесцветной только при идеальном фокусировании на сетчатке. При ги-перметропии он увидит синее пятно с краеной каймой, при миопии — крас­ное пятно с синей каймой.

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

Если лучи, проходящие через пери­ферические участки зрачка, преломля-ются сильнее, чем лучи, проходящие через центральную часть зрачка, то та-кая аберрация называется положи-

тельной 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 косых пучков. Астигма­тизм — хорошо знакомое офтальмоло-гам явление. Оно возникает из-за не-сферичности, 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 от­нос ить 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 погреш-ность оптической системы называется астигматизмем косых пучков. В плос­кости изображения получается пятно в виде эллипса (рис. 5.3).

Кривизна поля изображения. При изображении отрезка каждой его точке в пространстве изображении будет со-ответствовать 2 изображения, лежащих в сагиттальной и меридиональней плоскостях. Если соединить вее точки, получим 2 кривые линии. Под кривиз­ной поля изображения понимают среднюю поверхность между обеими астигматическими поверхностями (рис. 5.4).

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

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

В офтальмологии дисторсией назы-вают также искажения формы предме­тов, вызванные астигматическими линзами; при этом предметы могут ка-заться сжатыми или растянутыми в од­ном направлении.

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: