Аберрацию: Недопустимое название — Викисловарь

Содержание

Оптические аберрации (искажения) зрительной системы человека

Как и любой «неидеальной» оптической системе, человеческому глазу свойственны оптические дефекты — аберрации, которые снижают качество зрения, искажая изображение на сетчатке. Аберрация — это любое угловое отклонение узкого параллельного пучка света от точки идеального пересечения с сетчаткой при его прохождении через всю оптическую систему глаза.

В технической оптике качество оптической системы определяется аберрациями плоского или сферического фронта световой волны при прохождении через эту систему. Так, глаз без аберраций имеет плоский волновой фронт и дает наиболее полноценное изображение на сетчатке точечного источника (так называемый «диск Эйри», размер которого зависит только от диаметра зрачка). Но в норме, даже при остроте зрения 100%, оптические дефекты преломляющих свет поверхностей глаза искажают ход лучей и формируют неправильный волновой фронт, в результате чего изображение на сетчатке получается более крупным и асимметричным.

Порядки полиномов Зернике

Количественной характеристикой оптического качества изображения является среднеквадратичное значение ошибок отклонения реального волнового фронта от идеального. Немецкий математик Зернике (Zernike) ввел математический формализм, использующий серии полиномов для описания аберраций волнового фронта. Полиномы первого и второго, т. е. низших порядков, описывают привычные для офтальмологов оптические аберрации — близорукости, дальнозоркости и астигматизма. Менее известны полиномы высших порядков: третий соответствует коме — это сферическая аберрация косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза. В ее основе лежит асимметрия оптических элементов глаза, в результате которой центр роговицы не совпадает с центром хрусталика. К аберрациям четвертого порядка относится сферическая аберрация, которая в основном обусловлена неравномерностью преломляемой силы хрусталика в различных его точках. Более высокие порядки известны как нерегулярные аберрации.

Как измеряется волновой фронт

Оптическая система считается хорошей, если коэффициенты Зернике близки к нулю и, следовательно, среднеквадратичное значение ошибок волнового фронта меньше 1/14 длины световой волны (критерий Марешаля). Исходя из данных этого коэффициента можно прогнозировать остроту зрения, моделируя изображение любых оптотипов на сетчатке. Для определения аберраметрии зрительной системы человека используется специальный прибор — аберрометр. В клиниках «Эксимер» использует аберрометр Wave Scan компании «VISX Inc» (США).

Методы определения аберрации глаза

В настоящее время известно несколько методов определения аберраций глаза, основанных на разных принципах.

Первый из них — это анализ ретинального изображения мишени (retinal imaging aberrometry). На сетчатку проецируются два параллельных лазерных луча с длиной волны 650 нм и диаметром 0,3 мм, один из которых падает строго по зрительной оси и является опорным, а другой расположен на заданном расстоянии от него. Далее регистрируется степень отклонения второго луча от точки фиксации опорного луча, и таким образом последовательно анализируется каждая точка в пределах зрачка.

Второй принцип — анализ вышедшего из глаза отраженного луча (outgoing refraction aberrometry). Широко применялся в астрономии для компенсации аберраций в телескопах при прохождении через атмосферу и космическое пространство. С помощью диодного лазера с длиной волны 850 нм в глаз направляется коллимированный пучок излучения, который, пройдя через все среды глаза, отражается от сетчатки с учетом аберраций и на выходе попадает на матрицу, состоящую из 1089 микролинз. Каждая микролинза собирает неискаженные лучи в своей фокальной точке, а подверженные аберрации лучи фокусируются на некотором расстоянии от нее. Полученная информация обрабатывается компьютером и представляется в виде карты аберраций. На этом принципе построена работа Wave Scan.

Третий принцип основан на компенсаторной юстировке падающего на фовеолу светового пучка. В настоящее время этот способ применяется в качестве субъективного аберрометра, требующего активного участия пациента. В ходе исследования через вращающийся диск с отверстиями 1 мм, расположенный на одной оптической оси со зрачком, в глаз направляется пучок света. При вращении диска узкие параллельные пучки света проходят через каждую точку зрачка и при отсутствии аберраций проецируются на фовеолу, куда направлен другой луч с контрольной меткой в виде крестика. Если у пациента имеется близорукость, дальнозоркость, астигматизм или другие аберрации более высоких порядков, то он заметит несовпадение этих точек с крестиком и с помощью специального устройства должен будет их сопоставить. Угол, на который он смещает точку, отражает степень аберраций.

Разнообразие офтальмологических приборов, созданных с учетом новейших технологий и основанных на различных принципах действия, делает реальным не только качественную, но и количественную оценку аберрации низших и высших порядков, а также влияющих на них факторов.

Основные причины появления аберраций в оптической системе глаза

  • Формы и прозрачность роговицы и хрусталика; состояние сетчатки; прозрачность внутриглазной жидкости и стекловидного тела.
  • Увеличение диаметра зрачка
    . Если при диаметре зрачка равном 5,0 мм превалируют аберрации 3—го порядка, то при его увеличении до 8,0 мм возрастает доля аберраций 4 —го порядка. Рассчитано, что критический размер зрачка, при котором аберрации высших порядков оказывают наименьшее влияние, составляет 3,22 мм.
  • Аккомодация. Отмечено, что с возрастом аберрации увеличиваются, и в период от 30 до 60 лет аберрации высшего порядка удваиваются. Возможно, это связано с тем, что со временем эластичность и прозрачность хрусталика уменьшается, и он перестает компенсировать роговичные аберрации. Аналогично происходит и при спазме аккомодации.
  • Спазм аккомодации встречается достаточно часто у людей разного возраста. В офтальмологии под спазмом аккомодации понимается излишне стойкое напряжение аккомодации, обусловленное таким сокращением ресничной мышцы, которое не исчезает под влиянием условий, когда аккомодация не требуется. Проще говоря, спазм аккомодации — это длительное статичное перенапряжение, глазной мышцы, например, из-за длительной работы за компьютером и возникновение вследствие этого компьютерного синдрома. Спазмы аккомодации могут развиваться при всех рефракциях (включая астигматизм). Спазм аккомодации вызывает ложную близорукость или усиливает близорукость истинную.
  • Состояние слезной пленки. Была обнаружено, что при разрушении слезной пленки аберрации высших порядков увеличиваются в 1,44 раза. Одна из разновидностей нарушения слезной пленки — синдром сухого глаза.
    Синдром сухого глаза возникает в связи с пересыханием поверхности роговицы от редкого моргания и непрерывного смотрения на объект работы. Исследования показали, что при работе на компьютере, а также при чтении человек моргает в три раза реже, чем обычно. В результате чего слезная пленка высыхает и не успевает восстанавливаться. Причинами возникновения синдрома сухого глаза могут быть: большие нагрузки на глаза при чтении и работе за компьютером, сухой воздух в помещениях, неправильное питание с недостаточным количеством витаминов, большая загрязненность воздуха, прием некоторых медикаментов.
  • Ношение контактных линз.
    Выявлено, что мягкие контактные линзы могут вызывать волновые монохроматические аберрации высокого порядка, тогда как жесткие контактные линзы значительно уменьшают аберрации 2-го порядка. Однако асферичность поверхности жестких контактных линз может быть причиной сферических аберраций. Асферические контактные линзы могут вызывать большую нестабильность остроты зрения, чем сферические контактные линзы. Мультифокальные контактные линзы могут индуцировать аберрации по типу комы и 5—го порядка.

В настоящее время разработана методика проведения индивидуализированной коррекции зрения (Super Lasik, Custom Vue) на основе аберрометрии, которая позволяет, максимальным образом компенсируя все возможные искажения в зрительной системе, добиваться отличных результатов в практически любых сложных случаях.

Аберрация сознания

Эта помеха возникает у руководителей, которые достигли определённого успеха при помощи либо только интеллекта, либо при наличии ещё и общей управленческой культуры. Как вы знаете, вера, в отличие от знания, иррациональна.

И, если у руководителя, в глубине души, есть вера в то, что у него уже есть достаточный багаж управленческих знаний, то из окружающего мира он склонен выуживать те факты, которые оправдывают его точку зрения. Он склонен оправдывать своё – и корпоративное – ненапряжение примерами «из жизни».

Звучать это может примерно так: «А у меня есть знакомый, который нигде не учился, а сейчас…» – далее следует описание впечатляющих достижений этого самого знакомого.

Или: «Мы приняли на работу одного руководителя, так он знал всю теорию, просто от зубов отскакивало, а проект завалил».

Я, конечно, позволяю себе упрощать формулировки – в реальной жизни всё излагается гораздо изящней и убедительней.

Анализируем высказывания: на фоне описанных персонажей наш руководитель выглядит просто героем: и книжки - кстати, довольно характерная формулировка, показывающая реальное отношение к предмету обсуждения - почитывает, и дела не заваливает.

Ложный вывод: напрягаться и осваивать теорию управления на более профессиональном уровне необходимости нет! При одновременном снисходительном признании полезности обучения вообще, в принципе.

В книге Питера Сенге «Пятая дисциплина» приведён диалог с человеком, посетившим тренинг по управлению.

Он сказал примерно следующее: « Если бы высшую математику изобрели сегодня, то ни одна из компаний не смогла бы воспользоваться этой дисциплиной. Мы бы посылали сотрудников на трёхдневные курсы, после чего давали бы месяц на то, чтобы увидеть, работают ли «все эти штуки». А когда бы выяснилось, что – не работают, то мы бы начинали искать что-нибудь новенькое».

В математике, для того, чтобы решить какое-нибудь уравнение, необходимо:

  • Знать правила; 
  • Знать, какие правила и когда уместно использовать; 
  • Знать, в каких последовательности/сочетании/ следует их использовать;

К сожалению для некоторых, остаётся ещё раз повторить: стабильного успеха – не путать с удачей – нам не видать до тех пор, пока мы не начнём относиться к управлению как к профессии!

Microsoft обновлением софта улучшила цвета в гарнитурах смешанной реальности Reverb G2 и других

Microsoft выпустила обновление для некоторых моделей очков Windows Mixed Reality.

Обновление повышает чёткость изображения и исправляет дефекты, такие как хроматическая аберрация и утечка света.

Как рассказал в блоге компании Алекс Влахос, экс-сотрудник Valve, перешедший в Microsoft в начале года, «компания потратила много времени на работу по уменьшению хроматической аберрации». 

Хроматическая аберрация — это эффект, вызываемый дисперсией света, когда белый луч раскладывается на свой спектр. Это связано с тем, что лучи с разной длиной волны, проходя через линзы, преломляются под разными углами. Из-за этого эффекта на дисплее белый пиксель будет разделяться на красные, зелёные и синие пиксели, видимые зрителю. Команда Microsoft отрегулировала этот дефект путём предварительного искажения изображения, чтобы для пользователя после преломления линзы белый пиксель выглядел белым, как и предполагалось.

Microsoft также исправила эффект утечки света. Как поясняют в компании, каждая VR-гарнитура оснащена тонкими ЖК-дисплеями. Если чистый зеленый пиксель пропускает немного красного света через фильтр, на экране смартфона или телевизора этого не видно.

Но в VR этот просачивающийся красный свет преломляется через линзы и вызывает цветную окантовку и посторонний оттенок.

Важно отметить, пишет Влахос, что эффекты утечки света отличаются от хроматической аберрации. Хроматическая аберрация обычно проявляется в виде контрастной красной или синей окантовки, тогда как утечка света может проявляться как красная, голубая, зеленая, пурпурная, синяя или желтая окантовка. Утечка света также может повлиять на общий цветовой оттенок изображения. Новые алгоритмы коррекции уменьшают как цветовую окантовку, так и изменение оттенка.

Обновления доступны последней версии платформы Windows Mixed Reality и применимы к Samsung Odyssey+ и оригинальным HP Reverb. Для первых Microsoft поправила хроматическую аберрацию на периферии линз. Для вторых команда смогла «исправить хроматическую аберрацию, уменьшить радиальное искажение, откорректировать утечку света и улучшить производительность рендеринга примерно на 8% в большинстве приложений». Всё это будет работать и с Reverb G2.

Аберрация

Аберрации оптических систем (лат. — отклонение) — искажения, погрешности изображения, вызванные несовершенством оптической системы. Аберрациям, в разной степени, подвержены любые объективы, даже самые дорогие. Считается, что чем больше диапазон фокусных расстояний объектива, тем выше уровень его аберраций.

Наиболее распространённые виды аберраций ниже.

Сферическая аберрация

Большинство 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, так называемое «мыло».

Как это происходит? Параллельно идущие лучи света, при прохождении через сферическую линзу преломляется, лучи проходящие через край линзы, сливаются в фокальной точке ближе к линзе, чем световые лучи, проходящие через центр линзы. Другими словами, края линзы имеют более короткое фокусное расстояние, чем центр.

На изображении ниже наглядно видно как проходит пучок света через сферическую линзу и из-за чего появляются сферические аберрации.

Световые лучи, проходящие сквозь линзу вблизи оптической оси (ближе к центру), фокусируется в области В, дальше от линзы. Световые лучи, проходящие сквозь краевые зоны линзы, фокусируются в области А, ближе к линзе. Таким образом, получается, что края линзы имеют более короткое фокусное расстояние, чем центр.

Хроматическая аберрация

Хроматические аберрации (ХА) — 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 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 или коматическая аберрация это явление, видимое на периферии изображения, которое создается объективом, скорректированным на сферическую аберрацию, и вызывает сведение световых лучей, поступающих на край объектива под каким-то углом, в форме кометы, а не в форме желаемой точки. Отсюда и ее название.

Форма кометы ориентирована радиально, причем ее хвост направлен либо к центру, либо от центра изображения. Вызываемая этим размытость по краям изображения называется коматической засветкой. Кома, которая может иметь место даже в объективах, точно воспроизводящих точку как точку на оптической оси, вызывается разницей преломления между световыми лучами из точки, расположенной вне оптической оси, и проходящими через края объектива, и главным световым лучом от той же точки, проходящим через центр объектива.

Кома увеличивается по мере увеличения угла главного луча и ведет к снижению контрастности по краям изображения. Определенной степени улучшения можно добиться диафрагмированием объектива. Кома также может привести к засвечиванию размытых участков изображения, создавая неприятный эффект.

Ликвидация как сферической аберрации, так и комы для объекта, расположенного на определенном съемочном расстоянии, называется апланатизмом, а объектив, скорректированный таким образом, называется апланатом.

Астигматизм

По этому типу аббераций мало что известно, по крайней мере я искал, всю сеть перерыл, ничего человеко-понятного не нашёл, научное объяснение ниже, нашёл на одном из сайтов.

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.

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.)

Другими словами, лучи света в меридиональной плоскости и лучи света в сагиттальной плоскости находятся в различном положении, поэтому эти две группы лучей не соединяют ся в одной точке. Когда объектив установлен в оптимальное фокусное положение для меридиональной плоскости, световые лучи в сагиттальной плоскости сведены в линию в направлении концентрического круга (это положение называется меридиональным фокусом).

Аналогичным образом, когда объектив установлен в оптимальном фокусном положении для сагиттальной плоскости, световые лучи в меридиональной плоскости образуют линию, ориентированную в радиальном направлении (это положение называется сагиттальным фокусом).

При этом виде искажения предметы на фотографии выглядят искривленными, местами размытыми, прямые линии выглядят изогнутыми, возможны затемнения. Если линза страдает астигматизмом, то её пускают на запчасти, так как это явление не излечимо.

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.

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 — в режиме «телефото» (максимальное значение «зума»).

 

Определение аберрации по Merriam-Webster

аб · эр · рация | \ A-bə-rā-shən \ 1а : факт или случай отклонения или отклонения, особенно от морального стандарта или нормального состояния отклонения характера

б : что-то или что-то, что считается нетипичным и поэтому может быть проигнорировано или сброшено со счетов. Харкинса считали отклонением от нормы среди американских военачальников… - Нил Шихан У.С. истеблишмент относился к этому массовому движению почти как к отклонению, фактически игнорируя его. - Хелен Калдикотт Что касается желания Путина опустошить Чечню, западные лидеры в значительной степени отвергают его как отклонение… - Новая Республика

2 : неспособность зеркала, преломляющей поверхности или линзы обеспечить точное двухточечное соответствие между объектом и его изображением. хроматическая аберрация… телескоп страдает серьезной проблемой фокусировки, состоянием, известным как сферическая аберрация, из-за которого точечные изображения звезд окружены нечеткой дымкой.- М. Митчелл Уолдроп 4 : небольшое периодическое изменение видимого положения небесных тел из-за комбинированного эффекта движения света и движения наблюдателя.

Aberration - The Physics Hypertextbook

Обсуждение

введение

«Ничто не идеально» - заявление без содержания. Это оправдание, которое используется снова и снова, чтобы объяснить, почему все идет не так, как задумано. Это объяснение, которое ничего не объясняет. В науке нет места для таких паллиативных общих заявлений. Наука - это не стремление к совершенству. Совершенство - это глупая концепция.

В оптике отклонение от совершенства называется аберрацией. Точнее, аберрация - это отклонение луча от поведения, предсказываемого упрощенными правилами геометрической оптики. Основное правило, упомянутое здесь, - это правило, согласно которому лучи света, параллельные главной оси линзы или изогнутого зеркала, встречаются в точке, называемой фокусом.Если ваш единственный вариант утверждения состоит в том, что оно истинно или ложно, то это утверждение определенно ложно, как и многие законы физики. Если вы можете мыслить дальше закона исключенного третьего (который сам по себе не является законом, это логическая ошибка), тогда вы сможете оценить реальный ответ с большим количеством нюансов.

От идеальной оптической системы формирования изображения есть два основных требования.

  1. Между точками в пространстве объектов и точками в пространстве изображений существует взаимно однозначное соответствие, то есть точки отображаются в точки, а не в круги, эллипсы или капли.Подобные аберрации приводят к тому, что изображения описываются как размытые, нечеткие или мягкие, а детали краев сопровождаются свечением или ореолом.
  2. Прямые линии в пространстве объекта соответствуют прямым линиям в пространстве изображения. Подобные аберрации приводят к искажению изображения.

Аберрации возникают по одной из двух основных причин.

  1. Хроматические аберрации вызваны дисперсией (изменением показателя преломления среды с частотой).Для изображений с заметной хроматической аберрацией характерны детали по краям с заметными цветными ореолами.
  2. Геометрические аберрации вызваны геометрией (формой линзы или зеркала). Их иногда называют монохроматических аберраций , потому что они возникают даже для изображений, сформированных светом одной частоты. Изображения с заметной геометрической аберрацией характеризуются плохой фокусировкой (изображение выглядит нечетким) или искажением (изображение превращает прямые линии в кривые).

хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация бывает двух типов: осевая и продольная.

Увеличить

Чтобы уменьшить хроматическую аберрацию, в более качественном оптическом устройстве будет использоваться специальный комбинированный объектив, называемый ахроматическим объективом или ахроматическим объективом для краткости. Самая простая такая система состоит из двух линз, сделанных из двух разных очков: собирающей линзы из стекла короны (того, что обычно используется для стаканов для питья и банок с едой) и расходящейся линзы из бесцветного стекла (немного более причудливого вида стекла, используемого в люстры и хрустальные графины).Апохроматическая линза корректирует как хроматические, так и сферические аберрации.

Кажущийся трехмерный вид обложки этого альбома является оптической иллюзией, вызванной хроматической аберрацией глаза.

  • Изменение фокусного расстояния с 390 до 760 нм составляет почти 0,7 мм, или более чем в два раза превышает толщину сетчатки. Монохроматическое освещение дает более высокую остроту зрения, чем белый свет. Наилучшие результаты дает желтый цвет (см.BluBlocker).
  • Корректирующие линзы оптимизированы для желтого света, но ночью глаз оптимизирован для синего света. Это приводит к ошибке рефракции около 1 D, что означает, что ночью следует носить очки с дополнительной коррекцией -1,0 D.
  • Красно-зеленый дуохромный тест основан на монокулярной конечной точке, в которой каждый глаз тестируется отдельно. Это субъективный тест, который требует ответа от пациента и используется для уточнения сферической конечной точки. Хроматическая аберрация, лежащая в основе теста, возникает из-за того, что световые волны различной длины искривляются в разной степени. Более длинная волна (красная) преломляется меньше, чем более короткая (зеленая). Если буквы на красной стороне выделяются больше, прибавьте минусовую мощность; если буквы на зеленой стороне выделяются больше, добавьте плюс мощности. Нейтральность достигается, когда буквы на обоих фонах кажутся одинаково различимыми.
  • Rabbetts (1998) подсчитал, что глаз предпочитает желтый свет с длиной волны 570 нм. Если эта длина волны используется в качестве контрольной точки, как это часто бывает для вольфрамового света, зеленый свет с длиной волны 535 нм фокусируется на 0.25 D перед сетчаткой, а красный свет с длиной волны 620 нм фокусируется на 0,25 D позади нее. Таким образом, используя соответствующие фильтры, можно построить тест, который, сравнивая четкость целей, представленных на красном и зеленом фоне, позволяет практикующему врачу точно сфокусировать желтую эталонную длину волны на сетчатке и достичь максимальной остроты зрения. Такой тест известен как дуохромный тест (рис. 10.3). Точные фильтры, используемые с тестом дуохром, указаны в BS 3668: 1963. Субъективная рефракция: принципы и методы коррекции сферической аметропии, Эндрю Франклин,
  • Тест дуохром также работает для людей с дальтонизмом.

сферическая аберрация

сферический

история или его история

Английский ученый, математик и теолог 17 века Исаак Ньютон интересовался историей оптических иллюзий. Действительно ли там то, что мы видим? С этой целью он экспериментировал над собой таким образом, чтобы его нельзя было повторить. Когда ему было 24 года, он вставил бодкин (тупую иглу, используемую для продевания ленты через кружево) глубоко в лунку между носом и глазным яблоком.

Запись 58 из лабораторной записной книжки Ньютона описывает один из этих экспериментов. Правила орфографии, использования заглавных букв и пунктуации не были хорошо установлены в 17 веке, поэтому некоторые из них могут показаться современным читателям немного странными. Перо, чернила и бумагу было трудно достать (у Ньютона был свой рецепт чернил), поэтому сокращения также были обычным явлением. Буква «y» часто заменялась на «th», так что «the» пишется y e , «that» пишется y t , а «them» пишется y m .

58 Я взял бодкин gh и поместил его между моим глазом и костью e как можно ближе к y e задней стороне глаза, насколько мог: make y e curvature a, bcdef in my eye) появилось несколько белых темных и цветных кругов r, s, t, и c. Какие круги были самыми простыми, когда я продолжал тереть глаз с помощью y e point of y e bodkine, но если бы я держал свой глаз & y e bodkin еще, хотя я продолжал прижимать глаз к нему еще y Круги тускнеют и часто исчезают, пока я не удалю m , перемещая глаз или y e bodkin.

При нажатии иглы на глазное яблоко в его поле зрения появляются цветные круги в точке, противоположной точке иглы. Эти круги, которые могут быть окрашены в сплошной цвет или принимать анимированные геометрические узоры, являются примером визуального явления, известного как фосфен - ощущение света при отсутствии света - в данном случае механического фосфена. В нормальных условиях, когда глаз используется по прямому назначению, свет падает на фоторецепторные клетки сетчатки, что приводит к их возбуждению (формально) или воспламенению (в просторечии).В эксперименте Ньютона с Бодкином фоторецепторные клетки срабатывали, потому что их сдавливали сзади. (По его словам, Ньютон действительно воткнул эту штуку глубоко в глазницу.)

Чтобы подтвердить, что видения, которые он видел, не были созданы светом, Ньютон повторил эксперимент в затемненной комнате.

59 Если бы эксперимент и проводился в светлой комнате, так что, хотя мои глаза были закрыты, какой-то свет проникал бы сквозь их веки. Появился большой широкий, расширенный темный круг на краю (как ts), & w th в этом другом световом пятне srs, цвет которого был очень похож на y t , y e , остальной y e глаз, как на k. Внутри пятна и появилось еще одно пятно, особенно если я сильно прижал глаз к маленькому заостренному телу. И в самом начале показалась граница света.

Затем он сделал что-то действительно глупое (как будто воткнуть иглу в глазницу было недостаточно глупо). Он смотрел на Солнце - возможно. Он, надеюсь, был более рассудительным и смотрел на яркое пятно солнечного света, проецируемое на стену. Взгляд на яркий источник света чрезмерно стимулирует фоторецепторные клетки сетчатки.Это снижает их чувствительность, что позволяет нашей зрительной системе адаптироваться к окружающей среде с разной яркостью. Когда яркий источник удаляется, сверхстимулированные фоторецепторы становятся недостаточно чувствительными (это слово я только что придумал). Человеческая зрительная система сложна, поэтому здесь есть кое-что еще. Скажем так, пристальный взгляд на яркий свет на время ухудшает зрение.

63 Если смотреть на очень светлый объект как y e Солнце или его изображение отражается; некоторое время спустя в моем глазу оставалось впечатление цветов: а именно: белые объекты выглядели красными, и так же все объекты на свету, но если я вошел в темную комнату, y e Phantasma взорвалась.

Мы бы назвали то, что Ньютон видел остаточное изображение , , но в то время этого слова не существовало, и Ньютон не был тем, кто его изобрел. Вместо этого он использовал слово phantasma (φαντασμα по-гречески), которое является вариацией слова фантом или фантом - другими словами, призрак или, по крайней мере, что-то подобное призраку. Это гениально и творчески, но в то же время немного запутанно.

Причина, по которой Ньютон проводил эти эксперименты над собой, заключалась не в том, что он был каким-то тупоголовым мальчишкой из студенческого общества.Скорее, он был очарован различием между объективной реальностью и иллюзией (или даже заблуждением). Один из способов обмануть нас - восприятие цвета. Ньютон показал с помощью серии уже известных экспериментов с использованием стеклянных призм, что белый свет, который до того момента считался чистейшей формой света, на самом деле представляет собой смешанную форму света с разными цветами.

7 Взять призму (угол fbd которого составлял около 60 gr ) в комнату Даркна в w ch y e солнце светило только в одно маленькое круглое отверстие k, и поместив его рядом с отверстием y e k таким образом y t y e лучи, будучи одинаково преломлены при входе и выходе из него (n & h), отбрасывают цвета на y и противоположную стену.Цвета должны были находиться в круглом круге, если бы все лучи были одинаково преломлены, но их форма была продолговатой, оканчивающейся на своих сторонах: и прямыми линиями; Их ширина rs составляет 2⅓ дюйма, , их длина составляет примерно 7 или восемь дюймов, & y e центры y e красные и задутые, (q и p) находятся на расстоянии примерно 2¾ или 3 дюйма. Расстояние y e trsv стены от y e Prisme составляет 260 дюймов .

То, что Ньютон проецировал на стену своей затемненной лаборатории, выглядело примерно так.

Ближе к концу записи 6 в своей записной книжке Ньютон назвал ее «фантомом».

И глядя на него через призму, он выглядел разбитым на два цвета, причем дутая сторона была ближе к призме, чем красная. Так, испускаемые лучи преломляются сильнее, чем красные. Я называю эти выдувные или красные лучи и т. Д., Которые делают Phantome таких цветов.

Шесть лет спустя, описывая эксперимент с призмой в публичном письме в Королевское общество, Ньютон начал переход от греческого заимствованного слова «фантазм» к латинскому заимствованному слову «спектр». Это первый письменный пример слова спектр с его текущим значением.

Сравнивая длину этого цветного Spectrum с его шириной, я обнаружил, что он примерно в пять раз больше; непропорциональность настолько экстравагантная, что возбудила у меня более чем обычное любопытство исследовать, откуда это могло бы исходить….

Однако он не отказался полностью от первоначального слова «фантазм».

Но, чтобы более точно определить, что такое Свет, каким образом преломляется и какими способами или действиями он порождает в нашем сознании Фантазмов Цветов, не так просто. И я не стану смешивать предположения с достоверностью.

Оба слова имели похожие значения в 17 веке - что-то призрачное или не от мира сего. Как и орфография и пунктуация, научная терминология не была систематизирована в 17 веке.Это вполне могло рассматриваться как признак умения смешивать орфографию, расстановку знаков препинания и выбор слов. (Это было примерно в то время, когда, в конце концов, был изобретен тезаурус.) Однако в 21 веке научная терминология достаточно хорошо организована и последовательна, и по не связанным с этим причинам спектр слов утратил все свои сверхъестественные коннотации.

Спектр , который Ньютон впервые увидел и затем назвал, представляет собой цветную полосу света, образованную, когда источник смешанного света был разложен или разбит на компоненты и отсортирован в характеристическую последовательность - отсортированную по частоте, как позже было определено.Это реальная вещь, а не оптическая иллюзия или ментальное заблуждение.

Поскольку Ньютон был чем-то вроде мистика, а семь - это число с мистическим подтекстом, он разделил спектр на семь именованных сегментов, давая детям начальных классов повсюду что-то для запоминания. Он определил их как «основные цвета», но более поздние эксперименты показали, что это представление неверно. (Извините, дети начальной школы.) Предпочтительный термин сейчас - спектральных цветов или призматических цветов для того, что называл Ньютон.(Основные цвета - красный, зеленый и синий - обсуждаются в других разделах этой книги.) В видимом спектре также есть гораздо больше, чем семь различимых цветов света - это Ньютон ясно дает понять в конце этой цитаты.

красный оранжевый желтый зеленый дуло индика фиолетово-пурпурный

Таким образом, существует два вида цветов. Одно оригинальное и простое, другое составлено из всего этого.Исходными или основными цветами являются красный, желтый, зеленый, размытый и фиолетово-фиолетовый, а также оранжевый, индико и неопределенное разнообразие промежуточных градаций.

Ньютон произвел свой спектр с помощью рефракции (изменение направления волны в среде, связанное с изменениями скорости волны) или, точнее, дисперсии (изменение скорости волны в среде с частотой). Все прозрачные среды в той или иной степени являются дисперсными.Следовательно, любая оптическая система, которая использует рефракцию для выполнения своих задач, также будет испытывать дисперсию. Если целью вашей оптической системы является получение спектра, то дисперсия - это нормально. Если цель вашей оптической системы - создать надежное изображение, «увидеть» что-то таким, какое оно есть на самом деле, тогда дисперсия является проблемой.

Может быть, можно обратить вспять дисперсию. Ньютон попробовал вторую призму в рамках эксперимента по «исправлению ошибок». Рассеивайте свет с помощью одной призмы, затем рассеивайте его с помощью второй, чтобы увидеть, есть ли какие-либо искажения, вызванные примесями или неровностями в стекле.

Тогда я заподозрил, что эти цвета могут быть расширены из-за какой-либо неровности в стекле или другой случайной неровности. И чтобы попробовать это, я взял другую призму, похожую на предыдущую, и поместил ее так, чтобы свет, проходящий через них обоих, мог преломляться в противоположных направлениях, и таким образом последняя возвращалась в то направление, от которого первая его отклонила. . Ибо, таким образом, я думал, что обычные эффекты первой призмы будут уничтожены второй призмой, а нерегулярные эффекты будут еще больше усилены множеством преломлений.Событие заключалось в том, что свет, который с помощью первой призмы рассеивался в продолговатую форму , второй уменьшался до округлой формы с такой же регулярностью, как и тогда, когда он вообще не проходил через них. Так что, что бы ни было причиной такой длины, это не было случайным отклонением.

Дисперсия - улица с односторонним движением. Это осознание заставило Ньютона переосмыслить свои работы в оптике. Ни один оптический прибор никогда не смог бы создать «истинное» (за неимением лучшего слова) изображение, если бы он полагался на преломление.Он будет страдать от того, что мы сейчас называем хроматической аберрацией - изначально коллинеарные лучи света следовали бы разными путями в зависимости от их цвета. Не было бы возможности, чтобы все цветные лучи изображения были в фокусе вместе. В то время Ньютон интересовался астрономическими телескопами.

Когда я понял это, я прекратил свои вышеупомянутые стекольные работы; ибо я видел, что совершенство телескопов до сих пор было ограничено не столько из-за отсутствия очков, действительно рассчитанных в соответствии с предписаниями авторов Optick (которые до сих пор представляли себе все люди), сколько потому, что этот Свет сам по себе является гетерогенной смесью . разно преломляемых лучей .Итак, если бы стекло было сконструировано так точно, чтобы собирать в одну точку какие-либо лучи, оно не могло бы собрать и те лучи, которые также в одну точку, которые, имея одинаковое падение на одну и ту же Среду, склонны претерпевать различное преломление.

Чтобы решить эту проблему, удалите хотя бы одну из линз телескопа (большую линзу, ту, которая обращена к звездам, линзу объектива) и замените ее зеркалом.

[иллюстрация телескопа]

Все лучи света одинаково подчиняются закону отражения, независимо от их цвета.Задача решена. Ньютон даже понял, что зеркало необходимо отшлифовать, а затем отполировать по параболической кривизне, чтобы устранить сферическую аберрацию - неспособность сферической поверхности направлять лучи далеко от своей оси в надлежащий фокус. Однако он определенно этого не делал, поскольку метод шлифования параболы намного сложнее, чем шлифования сферы. (Оптические устройства с изогнутыми поверхностями обычно шлифуют до желаемой формы, а не отливают или формуют.)

Это заставило меня принять во внимание отражений и найти их регулярными, так что угол отражения всех видов лучей был равен их углу падения; Я понял, что с их помощью инструменты Optick могут быть доведены до любой мыслимой степени совершенства при условии, что можно будет найти вещество, отражающее , , которое будет полироваться так же тонко, как стекло, и отражать столько света, сколько стекло пропускает , и искусство передачи ему фигуры Parabolick также должно быть достигнуто.

Это был 30-летний Ньютон, когда он размышлял о своих мыслях, которые у него были, когда ему было 24. Столько времени потребовалось отражающему телескопу, чтобы перейти от концепции до рабочего прототипа. (Бубонная чума мало помогла.)

На фоне этих мыслей я был вынужден покинуть Кембридж Промежуточная чума, и прошло более двух лет, прежде чем я продолжил путь. Но потом подумав о нежном способе полировки, подходящем для металла, при котором, как я представлял, фигура также будет исправлена ​​до последнего; Я начал пробовать, что можно было бы осуществить в этом виде, и постепенно усовершенствовал инструмент (в основных его частях, как тот, который я отправил в London ), с помощью которого я мог различать 4 сопутствующих Юпитера, и показал их разное время двум другим моим знакомым.Я также мог различить луноподобную фазу , Венеру , но не очень отчетливо и без некоторой аккуратности в обращении с инструментом.

Телескоп-рефлектор удался. Когда дело дошло до оптики, Ньютон не только продемонстрировал большое теоретическое понимание, но и продемонстрировал, что может применять свои теоретические знания в практических приложениях. В том же году он был принят в члены Королевского общества. Отправленный им прототип телескопа все еще находится в их архивах.Именно телескоп больше, чем что-либо другое, вывел Исаака Ньютона на общественную сцену науки 17 века - больше, чем его работы по гравитации, законам движения или изобретение математического анализа.

геометрические аберрации

кома

искажение

астигматизм

кривизна поля

Aberration - обзор | Темы ScienceDirect

7.3.2 Геометрические аберрации

Эти аберрации по существу такие же, как соответствующие аберрации стеклянных линз (§7.1.4), но гораздо более серьезный. Простейшая осесимметричная аберрация defocus контролируется регулировкой тока линзы объектива. Но есть два осложнения: трудно определить расфокусировку во время работы без увеличения экспозиции и последующего радиационного повреждения; и получение точно сфокусированного изображения не только сложно, но и нежелательно, поскольку это устранило бы основной источник информации о фазовом контрасте (см. главу 9). Таким образом, умеренная (хотя и неизвестная) расфокусировка неизбежна и желательна.

Аналогичные наблюдения применимы к простейшей вращательной асимметричной аберрации, астигматизму . Неизбежные дефекты электронных линз (или зарядка образца) оставляют небольшой астигматизм, который можно частично скорректировать так, как очки корректируют визуальный астигматизм. «Очки», используемые в электронных микроскопах, добавляют специальную линзу (стигматор ) с астигматизмом только , которую можно электрически регулировать по силе и направлению.Но, как и в случае с расфокусировкой, точная коррекция во время микроскопии непрактична, но не нужна, поскольку любой остаточный астигматизм может быть компенсирован обработкой изображения, которая извлекает (небольшую) информацию фазового контраста в процессе.

Сферическая аберрация - наименее значимая аберрация при умеренном разрешении (т.е. около 0,5 нм). В отличие от дефокусировки или астигматизма, сферическая аберрация не может быть исправлена ​​оператором микроскопа. Единственный контроль заключается в выборе линзы объектива с малым коэффициентом сферической аберрации ( C S ).Блоки C S имеют длину, и чем она меньше, тем лучше. C S является наименьшим, когда фокусное расстояние наименьшее (то же самое относится к коэффициенту хроматической аберрации). Самый низкий C S составляет около ½ мм, но это возможно только с линзой объектива, которая накладывает ограниченный угол наклона. Объектив C S , обеспечивающий самые широкие углы наклона, составляет около 6 мм. Хороший компромисс для C S - около 2 мм.

Коррекция сферической аберрации возможна в световой оптике благодаря наличию стеклянных линз с негативом C S . Но Шерцер (1936) показал, что электрические или магнитные линзы могут иметь только положительных сферических аберраций, когда они осесимметричны и статичны. Таким образом, обычные линзы электронного микроскопа имеют положительную сферическую аберрацию, что исключает любую возможность исправления сферической аберрации в обычном электронном микроскопе.Однако с помощью некруглых линз сферическую аберрацию можно скорректировать , и такие линзы используются в материаловедении. Предположительно, они в конечном итоге будут внедрены в биологические электронные микроскопы, но современный микроскоп (в сочетании с обработкой изображений) уже мог бы иметь разрешающую способность, сравнимую с разрешающей способностью рентгеновских снимков хороших кристаллов белка, если бы геометрическая оптика была единственным соображением.

Но общие характеристики электронных линз намного хуже, чем у стеклянных линз; современный электронный микроскоп еще не достиг такого же отношения разрешения к длине волны, как световой микроскоп в 17 веке.Кроме того, существует дополнительная проблема радиационного повреждения, которая переносит решающее ограничение с микроскопа на образец. Итак, мы оставим тему электронов в линзах и обратимся к их более сложным переживаниям при прохождении через образец.

Аберрации в оптических системах - Основы оптической инженерии

«Аберрации» - это общая категория, включающая основные факторы, которые заставляют оптическую систему работать не так, как в идеальном случае. Есть ряд факторов, которые не позволяют объективу достичь своих теоретических характеристик.

Физические аберрации

Однородность оптических материалов и поверхностей - первое требование для достижения оптимальной фокусировки световых лучей и правильного формирования изображения. Очевидно, что однородность реальных материалов имеет верхний предел, определяемый различными факторами (например, включениями материала), некоторые из которых невозможно устранить. Пыль и грязь являются внешними факторами, которые, безусловно, ухудшают характеристики объектива, поэтому их следует по возможности избегать.

Сферические аберрации

Сферические линзы очень распространены, поскольку их относительно легко изготовить.Однако сферическая форма не идеальна для получения идеального изображения - фактически, коллимированные лучи, попадающие в линзу на разном расстоянии от оптической оси, сходятся в разных точках, вызывая общую потерю фокуса. Как и многие оптические аберрации, эффект размытия увеличивается по направлению к краю линзы.

Чтобы уменьшить проблему, часто используются асферические линзы (рис. 16) - их профиль поверхности не является частью сферы или цилиндра, а представляет собой более сложный профиль, позволяющий минимизировать сферические аберрации.Альтернативным решением является работа при высоких значениях F / #, чтобы лучи, попадающие в линзу далеко от оптической оси и вызывающие сферическую аберрацию, не могли достичь датчика.

Линза со сферической аберрацией.

Асферическая линза.

Хроматическая аберрация

Показатель преломления материала - это число, которое описывает угол рассеяния проходящего через него света - по сути, насколько лучи изгибаются или преломляются - и это функция от длины волны света.Когда белый свет попадает в линзу, каждая длина волны проходит по своему пути. Это явление называется дисперсией и вызывает расщепление белого света на его спектральные составляющие, вызывая хроматическую аберрацию. Эффект минимален в центре оптики, увеличиваясь к краям.

Хроматическая аберрация приводит к появлению цветных полос по всему изображению, что приводит к размытым краям, что делает невозможным правильное отображение характеристик объекта. Хотя ахроматический дублет можно использовать для уменьшения аберрации такого рода, простое решение, когда информация о цвете не требуется, - это использование монохромного света.Хроматическая аберрация бывает двух типов: продольная (рис. 17) и боковая (рис. 18), в зависимости от направления падающих параллельных лучей.

Продольная / осевая хроматическая аберрация.

Боковая / поперечная хроматическая аберрация.

Астигматизм


Астигматизм - это оптическая аберрация, которая возникает, когда лучи, лежащие в двух перпендикулярных плоскостях на оптической оси, имеют разные фокусы. Это вызывает размытие в одном направлении, которое отсутствует в другом направлении.Если сфокусировать датчик в сагиттальной плоскости, мы увидим, что круги превращаются в эллипсы в тангенциальном направлении и наоборот.

Аберрация астигматизма.

Кома

Аберрация комы возникает, когда параллельные лучи, попадающие в линзу под определенным углом, фокусируются в разных положениях, в зависимости от их расстояния от оптической оси. Круг в плоскости объекта появится на изображении как элемент в форме кометы, что и дало название этому конкретному эффекту аберрации.

Кома аберрация

Кривизна поля

Аберрация кривизны поля описывает тот факт, что параллельные лучи, достигающие линзы с разных направлений, фокусируются не на плоскости, а на изогнутой поверхности.
Это вызывает радиальную расфокусировку, т.е. для данного положения датчика в фокусе будет только круглая коронка.

Аберрация кривизны поля.

Искажение

С идеальным объективом квадратный элемент трансформируется только в размере, не влияя на его геометрические свойства.И наоборот, настоящий объектив всегда вносит некоторые геометрические искажения, в основном радиально-симметричные (как отражение радиальной симметрии оптики). Это радиальное искажение может быть двух видов: бочкообразное и подушкообразное. При бочкообразном искажении увеличение изображения уменьшается с удалением от оптической оси, создавая видимый эффект изображения, обернутого вокруг сферы. При подушкообразном искажении увеличение изображения увеличивается с удалением от оптической оси. 2 + b * R_a + a`

, где a, b и c - постоянные значения, которые определяют поведение кривой искажения; обратите внимание, что «a» обычно равно нулю, так как искажение обычно равно нулю в центре изображения.В некоторых случаях может потребоваться полином третьего порядка, чтобы получить точную подгонку кривой.

Помимо радиального искажения необходимо учитывать также и трапециевидное искажение. Этот эффект можно рассматривать как ошибку перспективы из-за несовпадения оптических и механических компонентов, следствием чего является преобразование параллельных линий в пространстве объекта в сходящиеся (или расходящиеся) линии в пространстве изображения.

Такой эффект, также известный как «трапеция» или «тонкая призма», можно легко исправить с помощью довольно распространенных алгоритмов, которые вычисляют точку, в которой сходящиеся пучки линий пересекаются друг с другом.

Интересный аспект заключается в том, что радиальное и трапециевидное искажения - это два совершенно разных физических явления, поэтому их можно математически скорректировать с помощью двух независимых функций пространственного преобразования, которые также могут применяться впоследствии.

Альтернативный (или дополнительный) подход - исправить оба искажения локально и сразу: изображение сетки используется для определения величины ошибки искажения и зоны его ориентации по зонам. Конечным результатом является векторное поле, в котором каждый вектор, связанный с определенной зоной изображения, определяет, какая коррекция должна быть применена к измерениям координат x, y в пределах диапазона изображения.

Почему для телецентрических объективов рекомендуется зеленый свет?

Все линзы, работающие в видимом диапазоне, включая телецентрические линзы Opto Engineering®, имеют ахроматизацию во всем видимом диапазоне. Однако параметры, относящиеся к искажению объектива и телецентричности, обычно оптимизируются для длин волн в центре диапазона VIS, то есть зеленого света. Более того, разрешение обычно лучше в диапазоне зеленого света, где ахроматизация почти идеальна.«Зеленый» также лучше, чем «Красный», потому что более короткий диапазон длин волн увеличивает дифракционный предел линзы и максимально достижимое разрешение.

Основы сферической аберрации

Pearl No. 1: Характеристики волнового фронта света можно описать математически с использованием различных систем, включая полиномы Цернике и анализ Фурье. С помощью полиномов Цернике сфера (дефокус) и цилиндр (астигматизм) описывают две аберрации высшего порядка (HOA), которые мы измеряем с помощью фороптеров.Эти аберрации составляют примерно 83% величины волнового фронта света. Следующие по значимости ТСЖ - сферическая аберрация и кома. Сферическая аберрация описывает величину изгиба, возникающего при прохождении света через преломляющую поверхность, такую ​​как роговица, и сравнивает относительное положение фокусных точек для периферийных и центральных световых лучей. Положительная сферическая аберрация возникает, когда периферические лучи фокусируются перед центральными лучами; это значение выражается в микронах.

Pearl No. 2: Волновой фронт человеческого глаза можно измерить с помощью анализаторов волнового фронта, таких как системы Шака-Хартмана и аберрометры Tracey (iTRACE; Tracey Technologies, Corp.). Топографы роговицы могут измерить переднюю поверхность роговицы (рис. 1), и эти данные могут быть преобразованы для определения HOA роговицы. Обычно сферическая аберрация роговицы составляет 6 мм. 1

Жемчуг № 3: В человеческом глазу ТСЖ в основном образуются с передней поверхности роговицы и хрусталика; другие источники - задняя поверхность роговицы и сетчатка.В афакическом глазу на переднюю поверхность роговицы приходится 98% изменений волнового фронта. Операция по удалению катаракты с небольшим разрезом (менее 2,8 мм) вызывает минимальные изменения сферической аберрации глаза и с практической точки зрения может считаться неэффективной. 2

Pearl No. 4: Измерения сферических аберраций передней поверхности роговицы показали, что среднее значение составляет 0,27 мкм с большим стандартным отклонением 0,10 мкм. Из-за такого разброса значение следует измерять для каждого отдельного пациента. 3

Жемчуг № 5: Наличие сферических аберраций может вызвать блики и ореол вокруг источников света. Чем больше степень сферической аберрации, тем больше возникает ореол (рис. 2).

Жемчуг № 6: В хирургии катаракты нацеливание на эмметропию оказывает большее влияние на остроту зрения по Снеллену, чем манипулирование сферической аберрацией. Таким образом, хирурги должны сначала оптимизировать свои формулы для расчета силы ИОЛ, прежде чем корректировать сферическую аберрацию. Асферические ИОЛ улучшают качество зрения за счет большей контрастной чувствительности, а не за счет увеличения остроты зрения по Снеллену.Увеличение сферической аберрации от 0,00 вызывает снижение контрастной чувствительности. 4

Pearl No. 7: Использование асферических ИОЛ повышает безопасность вождения за счет улучшенной контрастной чувствительности. Это особенно очевидно при испытаниях имитации в ночное время, в которых может быть достигнуто преимущество до 45 футов в тормозном пути на скорости 55 миль в час (88,51 км / час). 5

Жемчуг № 8: Влияние сферической аберрации зависит от размера зрачка. Для практических целей сферическая аберрация вступает в игру, когда зрачки больше 4 мм; таким образом, он оказывает наибольшее влияние на мезопические или скотопические состояния и у более молодых пациентов.У пожилых людей могут быть большие зрачки, поэтому зрачки следует измерять для каждого пациента, если будут использоваться асферические ИОЛ.

Pearl No. 9: наиболее четкое изображение обеспечивается, когда общее значение сферической аберрации для глаза равно 0,00. Большая часть эффекта нацеливания на это значение наблюдается в условиях ночного освещения (рис. 3). 6

Pearl No. 10: Ошибка рефракции может компенсировать остаточную сферическую аберрацию. Положительная сферическая аберрация вызывает миопический сдвиг, а отрицательная сферическая аберрация вызывает гиперметропический сдвиг рефракции.Хотя ошибка рефракции не зависит от размера зрачка, сферическая аберрация зависит от размера зрачка; для маленьких учеников он может быть незначительным, но для больших учеников он имеет большое значение. Таким образом, ошибка рефракции будет компенсировать сферическую аберрацию при больших размерах зрачка, но приведет к расфокусировке при меньших размерах зрачка (Рисунок 4). Эта информация может использоваться для настройки результатов для отдельных пациентов в зависимости от выбора асферической ИОЛ. 7

Pearl No. 11: Послеоперационная хирургия роговицы для коррекции астигматизма оказывает минимальное влияние на сферическую аберрацию.

Pearl No. 12: Отрицательные асферические ИОЛ имеют немного большую оптическую силу в центре. Для линзы 20,00 D эта оптическая сила может быть на 0,50 D больше и, таким образом, обеспечивает некоторый псевдоаккоммодативный эффект. Это одно из объяснений увеличения зрения вблизи у пациентов с имплантированными асферическими ИОЛ.

Жемчуг № 13: Сферическая аберрация роговицы и значение Q - не одно и то же. Сферическая аберрация описывает, как волновой фронт отклоняется от идеального после прохождения через преломляющую поверхность. Фактически, это мера воздействия поверхности на свет и измеряется в микронах.Значение Q описывает преломляющую поверхность и является мерой формы поверхности; у него нет единиц. Форма поверхности влияет на сферическую аберрацию. Идеальная сферическая поверхность имеет значение Q 0,00. Вытянутая поверхность имеет отрицательное значение Q; парабола - это вытянутая поверхность, которая устраняет все сферические аберрации и имеет значение Q -0,50. Роговица человека имеет среднее значение Q -0,26; для устранения всех сферических аберраций потребуется значение -0,52. Значение Q хрусталика молодого взрослого составляет -0.25; таким образом, комбинированное значение для молодого факичного глаза приводит к устранению сферической аберрации. По мере старения линзы значение Q изменяется и после 40 лет составляет 0,00. С идеальной единственной преломляющей поверхностью, такой как эллипс, кератометрия и значение Q могут использоваться для расчета сферической аберрации этой поверхности. При значении Q роговицы -0,26 и средней кератометрии 44,00 D расчетная сферическая аберрация составляет 0,18 мкм. Средняя измеренная сферическая аберрация роговицы составляет 0,27 мкм, потому что роговица имеет сложную поверхность, которая более крутая в центре.Обычные асферические ИОЛ корректируют среднюю теоретическую сферическую аберрацию роговицы, среднюю измеренную сферическую аберрацию роговицы или не влияют на нее.

Pearl No. 14: Наклон и децентрация влияют на характеристики асферических ИОЛ. Асферические линзы должны быть децентрированы более чем на 0,8 мм и наклонены более чем на 10 °, прежде чем весь эффект будет потерян. 8

Pearl № 15: оставление сферической аберрации (положительной или отрицательной) в оптической системе улучшает глубину резкости, но за счет потери контрастного зрения.Текущие стратегии включают в себя нацеливание на сферическую аберрацию от -0,30 до -0,40 мкм в одном глазу, чтобы увеличить глубину фокуса без значительного влияния на остроту зрения Снеллена.

Джордж Х. Х. Бейко, BM, BCh, FRCSC, является доцентом офтальмологии в Университете Макмастера и лектором в Университете Торонто, Канада. Доктор Бейко заявляет, что он является консультантом Abbott Medical Optics Inc. С ним можно связаться по электронной почте: george.beiko @ sympatico.ca.

  1. Barbero S, Marcos S, Merayo-Lloves L, Moreno-Barriuso E.Подтверждение оценки аберраций роговицы по видеокератографии при кератоконусе. J Refract Surg. 2002; 18: 263-270.
  2. Guirao A, Tejedor J, Artal P. Аберрации роговицы до и после операции по удалению катаракты с малым разрезом. Инвестируйте Ophthalmol Vis Sci. 2004; 45: 4312-4319.
  3. Beiko GHH, Haigis W, Steinmueller A. Распределение сферической аберрации роговицы в комплексной офтальмологической практике, и может ли кератометрия предсказать значение сферической аберрации роговицы? J Cataract Refract Surg.2007; 33 (5): 848-858.
  4. Песудов К. К. Метаанализ исследований, сравнивающих аберрацию волнового фронта и зрительные характеристики сферических и асферических интраокулярных линз. Документ представлен: ESCRS; Сентябрь 2008 г .; Берлин.
  5. Данные в файле. Вкладыш в пакет TECNIS. Апрель 2004 г. AMO. Санта-Ана, Калифорния.
  6. Beiko GHH. Целенаправленная коррекция сферической аберрации в хирургии катаракты: сравнение 0,00 и 0,10 микрон. Документ представлен на: Ежегодном собрании ASCRS; 4-9 апреля 2008 г .; Чикаго.
  7. Beiko GHH, Zhao H. Нормограмма для имплантации асферических ИОЛ на основе размера зрачка, асферичности роговицы и целевой рефракции. Документ представлен на: Ежегодном собрании ASCRS; 4-9 апреля 2008 г .; Чикаго.
  8. Пирс П.А., Табернеро Дж., Бенито А. и др. Оптические и визуальные характеристики хорошо коррелируют у псевдофакичных глаз. Доклад представлен на симпозиуме ASCRS по катаракте, ИОЛ и рефракционной хирургии; 16 апреля 2005 г .; Вашингтон.

Аберрации | Эдмунд Оптикс

Это Раздел 3.5 Руководства по ресурсам для обработки изображений.

Оптические аберрации - это отклонения характеристик от идеальной математической модели. Важно отметить, что они не вызваны какими-либо производственными дефектами - физическими, оптическими или механическими. Скорее, они присущи конструкции линз и обусловлены дифракцией, преломлением и волновой природой света. Таким образом, не существует «идеального» объектива. Эффекты от различных аберраций в конструкции объектива в конечном итоге проявляются в характеристиках и влияют на функцию передачи модуляции (MTF), размер пятна, телецентричность, глубину резкости (DOF) и другие.Теория аберраций - абстрактный и сложный предмет. Однако понимание того, как аберрации влияют на производительность, важно для успеха приложения.

Общие типы аберраций

Хотя теория аберраций - обширный предмет, базовые знания нескольких фундаментальных концепций могут облегчить понимание: сферическая аберрация, астигматические аберрации, кривизна поля и хроматическая аберрация.

Сферическая аберрация

Сферическая аберрация означает фокусировку лучей на разных расстояниях в зависимости от того, где они взаимодействуют с линзой, и является функцией размера диафрагмы.Чтобы описать сферическую аберрацию, необходимо знать угол падения света. Этот угол возникает там, где лучи света падают на изогнутую поверхность линзы, и представляет собой угол между лучом и поверхностью. Чем круче угол падения, тем больше будет преломляться свет (, рис. 1, ). Рисунок 1 показывает, что когда параллельные лучи в пространстве объекта сталкиваются с линзой, угол падения увеличивается по мере того, как они попадают на поверхность линзы выше. Качество изображения от объективов с большой апертурой (малое f / # s) с большей вероятностью страдает от сферической аберрации из-за большего угла падения.Объективы, страдающие сферической аберрацией, можно улучшить, увеличив f / # путем закрытия диафрагмы, но есть предел того, насколько это улучшает качество изображения. Слишком сильное закрытие диафрагмы приводит к более быстрому снижению производительности дифракции (см. Предел дифракции в разделе «Диск Эйри и предел дифракции»). Оптические конструкции, включающие стекло с высоким показателем преломления или дополнительные элементы, используются для коррекции сферической аберрации в светосильном (малом f / #) объективе; Эти конструкции уменьшают величину преломления на каждой поверхности и, как следствие, величину сферической аберрации.Однако это увеличивает размер, вес и стоимость линзы в сборе.

Рисунок 1: Пример сферической аберрации. Свет, падающий на края линзы, фокусируется быстрее из-за более высокого угла падения. Обратите внимание, что лучи ближе к оптической оси (меньший угол падения) преломляются меньше).

Астигматическая аберрация

Астигматизм - это функция углов поля зрения. Подводя итог, астигматическая аберрация возникает, когда линза должна работать в широком поле, но производительность в направлении поля снижается по сравнению с характеристикой, ортогональной к полю (соответственно, сагиттальной или тангенциальной).Если посмотреть на серию полос, которые наполовину горизонтальны (тангенциальные) и наполовину вертикальны (сагиттальные), полосы в одном направлении будут в фокусе, но полосы в другом направлении будут не в фокусе (показано на , рис. 2а). и 2b ). Это вызвано тем фактом, что лучи, находящиеся далеко от центра объекта, не проходят через осесимметричные поверхности, как это делают осевые лучи (, рис. 3, ). Чтобы исправить это, должны произойти две вещи: конструкция линз должна быть симметричной относительно апертуры, а лучи поля должны иметь малые углы падения.Сохранение симметричности конструкции приводит к форме, подобной двойной гауссовой линзе. Обратите внимание, что симметричные конструкции не позволяют использовать телефото или обратный телефото, что может привести к тому, что конструкции с длинным фокусным расстоянием будут большими, а конструкции с коротким фокусным расстоянием - маленькими задними фокусными расстояниями. Для уменьшения углов падения, как и для сферической аберрации, требуются очки с более высоким показателем преломления и дополнительные элементы, что приводит к увеличению размера линз, их веса и стоимости. Упрощенное определение, используемое здесь, намеренно объединяет эффекты астигматизма и комы для простоты понимания.

Рисунок 2: Полевая точка без астигматизма (a) и полевая точка с астигматизмом (b).

Рисунок 3: Внеосевая асимметрия. Обратите внимание, что касательная и сагиттальная точки фокусировки разные.

Кривизна поля

Кривизна поля ( Рис. 4 ) - это аберрация, которая описывает величину изгиба плоскости изображения из-за кривизны конструкции линзы. Эта аберрация вызвана тем, что сумма фокусных расстояний линз в системе (умноженная на показатели преломления) не равна нулю.Если сумма положительна (типично для объектива, формирующего изображение), плоскость изображения будет иметь вогнутую кривизну. Поскольку изгиб плоскости изображения почти никогда не подходит для линз машинного зрения, разработчик оптики должен вставить корректирующие элементы с отрицательным питанием, чтобы уменьшить эту сумму. Это делает линзы длиннее и заставляет отрицательную линзу приближаться к плоскости изображения, уменьшая заднее фокусное расстояние линзы.

Рисунок 4: Пример кривизны поля, показывающий неплоскую поверхность с наилучшей фокусировкой.

Хроматическая аберрация

Свет с разной длиной волны фокусируется в разных точках, поскольку показатель преломления стекла зависит от длины волны света. Линзы, использующие более длинные волны света, имеют относительно большее фокусное расстояние, чем линзы, использующие более короткие длины волн. Поскольку дисперсия стекла определяет преломляющую способность стекла на разных длинах волн, хроматическую аберрацию можно устранить, сконструировав линзу формирования изображения, которая содержит как положительные, так и отрицательные линзы, сделанные с использованием очков с разной дисперсией.Это показано на рис. 5 , где сравнивается синглет с ахроматической дублетной линзой. Обратной стороной такой конструкции является увеличение количества используемых линз. Чтобы уменьшить аберрацию, необходимо использовать линзы с более низким индексом (с более высокими числами аббе). Как упоминалось ранее, для коррекции сферических и астигматических аберраций необходимы линзы с более высоким коэффициентом преломления; если необходимо выполнить коррекцию сферических, астигматических и хроматических аберраций, необходимы дополнительные линзы. Кроме того, наиболее желательные для цветокоррекции очки часто имеют свойства, которые делают их более дорогими и сложными в производстве.Минимизация хроматической аберрации за счет использования монохроматического света дает значительную экономию средств и сложности.

Рисунок 5: Сравнение пятен синглетной и дублетной линз.

Хроматический сдвиг фокуса

Тип хроматической аберрации, хроматический фокальный сдвиг, описывает, как разные длины волн фокусируются в разных продольных положениях (вдоль оптической оси). Цель большинства конструкций линз для формирования изображений - обеспечить фокусировку всех желаемых длин волн в одной и той же плоскости (где расположен датчик).Получить сингулярную плоскость фокусировки в широком спектральном диапазоне физически невозможно. Однако можно подойти близко. Если длины волн сфокусированы ближе к одной плоскости, на изображении будет наблюдаться меньше проблем.

На рисунке 6 показана кривая хроматического фокального сдвига. Поскольку это пример ахроматической линзы , две длины волны фокусируются в одной плоскости. По оси ординат показано изменение длины волны от короткой до длинной (от синего к красному в видимом спектре).Вертикальная черная линия представляет собой плоскость, в которой может располагаться датчик, а ось абсцисс показывает расстояние от этого местоположения. Синяя изогнутая линия показывает относительное расположение наилучшего фокуса в зависимости от длины волны. Кривая подтверждает, что этот дизайн является ахроматическим, поскольку даже при небольшом перемещении влево или вправо черная линия пересекает синюю кривую только в двух точках / длинах волн.

Рисунок 6: Кривая хроматического смещения фокуса для ахроматического объектива.

Синие, зеленые и красные точки представляют длины волн, связанные с обычными светодиодами 470 нм, 520 нм и 630 нм (синий, зеленый и красный).Обратите внимание, что зеленая точка фокусируется слева от плоскости датчика, а красная и синяя точки - справа; это наиболее сбалансированное положение фокуса системы линз, если используются все длины волн или белый свет (который охватывает все длины волн). Такая конструкция обеспечивает неидеальное качество изображения, поскольку ни одна из длин волн не находится в фокусе. Если используется только одна длина волны, производительность улучшится, поскольку эффекты балансировки, используемые для других длин волн, будут устранены. Хотя этот пример демонстрирует, что красный и синий можно сбалансировать, это не всегда так.Большинство конструкций линз ахроматические, но для очень маленьких пикселей это может быть проблемой.

Показано в том же масштабе, что и Рис. 6 , Рис. 7 показывает апохроматическую линзу . Апохроматическая линза предназначена для фокусировки трех длин волн в одной плоскости. Хотя это гораздо более сложная конструкция, она обеспечивает превосходную балансировку по спектру длин волн. Как показано, все три цвета светодиода можно сфокусировать на одной и той же сенсорной плоскости, что обеспечивает превосходное качество изображения.Конструкции апохроматических линз обладают высокими характеристиками, но малой универсальностью и хорошо работают в меньшем диапазоне увеличений и WD. К тому же это зачастую дорогостоящие конструкции из-за дополнительных элементов из дорогих материалов. Многие высококачественные объективы с большим увеличением (например, объективы микроскопов) апохроматичны.

Рисунок 7: Хроматический фокальный сдвиг для апохроматической линзы.

Позиционная астрономия: аберрация

{Примечание: Если ваш браузер не различает «a, b» и «α, β» (греческие буквы " alpha, beta "), боюсь, вы не сможете понять уравнения на этой странице.}

Ранние попытки измерения расстояний до звезд,
, наблюдая их параллактические эллипсы,
были неудачно, потому что звезды так далеко,
и их параллаксы крайне малы.
Однако был другой эффект. вместо этого обнаружено: аберрация .
Это вызвано тем, что свет движется с конечной скоростью c.

Видимое направление, в котором свет приходит к нам из звезда
представляет собой комбинацию своего истинного направления
и направления Земля движется.
Звезды кажутся слегка сдвинутыми
в направление движения Земли.
(Аналогично тому, как Человек, идущий под дождем
, должен держать зонтик наклоненным вперед.)

Возьмем скорость Земли как v.
Во время интервал времени t,
Земля перемещается на расстояние vt,
, в то время как свет проходит расстояние ct по телескопу.
По плоской тригонометрии,
грех (θ-θ ') / vt = sin (θ') / ct
, где θ - истинный угол
между направлением на звезда, и направление, в котором Земля движется вокруг Солнца,
и θ '- наблюдаемый угол.

Поскольку vt очень мала по сравнению с ct,
θ 'почти равно θ.
Итак, мы можем написать sin (θ-θ ') / vt = sin (θ) / ct
то есть sin (θ-θ ') = sin (θ) v / c

Поскольку отношение v / c очень мало,
sin (θ-θ ') приблизительно равен θ-θ' (в радианы),
, так что мы можем написать:
θ-θ ' = sin (θ) v / c = k sin (θ)
где k, константа аберрации , составляет 20,5 угловых секунд.

Но в каком направлении движется Земля?
Выход на орбиту Земли как круговой,
касательная всегда перпендикулярна радиус.

Таким образом, направление движения Земли всегда
при 90 ° к направлению Солнца.
Таким образом, F, " вершина земной путь ", это
по эклиптика, на 90 ° позади Солнца.
т.е. . λ F = λ S - 90 °.

Геометрия очень похожа на задачу параллакса, со следующими отличиями:
(i) мы должны написать λ F вместо λ S .
(ii) θ-θ 'теперь является аберрационным сдвигом k sin (θ),
не тот параллактический сдвиг Π sin (θ),
, поэтому заменим Π на k.

Итак, находим:
Δλ cos (β) = k sin (λ F -λ) = -k cos (λ S -λ)
Δβ = -k cos (λ F -λ) sin (β) = - k sin (β) sin (λ S -λ)

Опять же, это формула эллипса форма:
x = a cos (θ), у = b sin (θ)
где θ теперь временное сокращение для (λ S -λ).

Аберрационный эллипс имеет
мажорных полузащитников. ось k, параллельная эклиптике,
и малая полуось k sin (β), перпендикулярно эклиптике.

Есть два важных различия между параллактические и аберрационные эллипсы:
1) аберрационные эллипс намного больше.
(k равно 20,5 угловые секунды, тогда как параллакс всегда меньше 1 угловой секунды.)
Также главная ось эллипс аберраций одинаков для всех звезд,
тогда как большая ось параллактического эллипса зависит от звездное расстояние.
2) Фаза другая.
Когда Солнце имеет такую ​​же долготу, что и звезда,
то смещение долготы на равно нулю в параллактическом эллипсе,
, но сдвиг широты нуль в аберрационном эллипсе.


До сих пор мы предполагали, что орбита круговая,
и, следовательно, значение k = v / c постоянно;
в На самом деле орбита эллиптическая, а это означает, что скорость v изменяется с течением времени.

скорость ET на любой эллиптической орбите может быть разделена на две компоненты:
EF = л / с , перпендикулярно радиус-вектору,
EG = eh / p , перпендикулярно большой оси эллипса.
значения EF и EG постоянны.
Это меняющийся угол между этими двумя постоянными компонентами
, что вызывает орбитальный скорость изменяться (Второй закон Кеплера).

Здесь EF - скорость для круговой орбиты, так как предполагалось выше.
EG добавляет члены второго порядка, 0,3 угловой секунды или меньше,
, которые не зависят от положения Земли,
и зависят только от положения звезды.


Сама звезда также имеет собственное движение по небу,
, но это всегда мало и малоизвестно,
, поэтому его часто игнорируют.

Однако для объектов в Солнечной системе
Движение обычно известно, и оно слишком велико, чтобы его игнорировать.
Итак астрометрические наблюдения планеты должны быть скорректированы на светового времени :
время между светом, покидающим планету, и измеряется на Земле.
Планета может переместиться на значительный расстояние за это время.

Годовая аберрация и световое время иногда сгруппированы вместе
и называются они планетарной аберрацией ,
, и в этом случае только годовая аберрация называется звездной Аберрация .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *