Сферическая аберрация это: Сферическая аберрация — Справочник химика 21

Содержание

Что такое сферическая аберрация

Содержание страницы

Сферическая аберрация — это искажение в оптических системах из-за несовпадения фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси.

Несовпадение лучей может снижать качество изображения в светосильных объективах. Решение заключается в использовании одного или нескольких элементов специальной «асферической» формы, которые располагаются в непосредственной близости к отверстию диафрагмы. Это позволяет достичь полного совмещения лучей на всей плоскости изображения и обеспечить высокую четкость и контрастность даже при максимальном значении диафрагмы. Асферические элементы также могут использоваться в других точках оптической схемы для уменьшения искажений. Качественно изготовленные асферические элементы могут сократить общее число оптических элементов в оптической схеме, уменьшая таким образом общий размер и вес объектива.

Сферическая аберрация

Сферическую аберрацию принято рассматривать для пучка лучей, выходящего из точки предмета, расположенной на оптической оси.

Однако, сферическая аберрация имеет место и для других пучков лучей, выходящих из точек предмета, удаленных от оптической оси, но в таких случаях она рассматривается как составная часть аберраций всего наклонного пучка лучей. Причём, хотя эта аберрация и называется сферической, она характерна не только для сферических поверхностей.

В результате сферической аберрации цилиндрический пучок лучей, после преломления линзой (в пространстве изображений) получает вид не конуса, а некоторой воронкообразной фигуры, наружная поверхность которой, вблизи узкого места, называется каустической поверхностью. При этом изображение точки имеет вид диска с неоднородным распределением освещённости, а форма каустической кривой позволяет судить о характере распределения освещённости. В общем случае, фигура рассеяния, при наличии сферической аберрации, представляет собой систему концентрических окружностей с радиусами пропорциональными третьей степени координат на входном (или выходном) зрачке.

Сферическая аберрация линзы

Сферическая аберрация линзы (системы линз) объясняется тем, что её преломляющие поверхности встречают отдельные лучи сколько-нибудь широкого пучка под различными углами. Вследствие чего, более удалённые от оптической оси лучи преломляются сильнее, нежели нулевые лучи, и образуют свои точки схода удалённые от фокальной плоскости.

В отдельных случаях небольшая величина сферической аберрации третьего порядка может быть исправлена за счёт некоторой дефокусировки объектива. При этом плоскость изображения смещается к, так называемой, «плоскости лучшей установки», находящейся, как правило, посередине, между пересечением осевых и крайних лучей, и не совпадающей с самым узким местом пересечения всех лучей широкого пучка (кругом наименьшего рассеяния). Это несовпадение объясняется распределением световой энергии в круге наименьшего рассеяния, образующей максимумы освещённости не только в центре, но и на краю. То есть, можно сказать, что «круг» представляет из себя яркое кольцо с центральной точкой.

Поэтому, разрешение оптической системы в плоскости совпадающей с кругом наименьшего рассеяния будет ниже, несмотря на меньшую величину поперечной сферической аберрации. Пригодность этого метода зависит от величины сферической аберрации и характера распределения освещённости в круге рассеяния.

Остаточная сферическая аберрация приводит к тому, что изображение точки так и не станет точечным. Оно останется кругом, хотя и значительно меньшего размера, чем в случае неисправленной сферической аберрации.

Для уменьшения остаточной сферической аберрации часто прибегают к рассчитанному «переисправлению» на краю зрачка системы, придавая сферической аберрации краевой зоны положительное значение (δs’ > 0). При этом, лучи, пересекающие зрачок на высоте he, перекрещиваются ещё ближе к точке фокуса, а краевые лучи, хотя и сходятся за точкой фокуса, не выходят за границы круга рассеяния. Таким образом, размер круга рассеяния уменьшается и возрастает его яркость. То есть улучшается как детальность, так и контраст изображения.

Однако, в силу особенностей распределения освещённости в круге рассеяния, объективы с «переисправленной» сферической аберрацией часто обладают «двоящим» размытием вне зоны фокуса.

Курсы для фотографа:

Переходники для фотоаппаратов и объективов
Иногда я покупаю фототехнику СССР и не только. Свое предложение можете написать мне. Комментарии можно оставлять без регистрации и смс

Навигация по записям

5.1 — PDF, страница 3

PDF-файл из архива «5.1», который расположен в категории «». Всё это находится в предмете «физика» из раздела «», которые можно найти в файловом архиве МФТИ (ГУ). Не смотря на прямую связь этого архива с МФТИ (ГУ), его также можно найти и в других разделах. .

Подберите оптимальную яркость источника.Измерив расстояние между линзами l, рассчитайте фокусное расстояние рассеивающей линзы: f 0 = a0 − l.Поверните рассеивающую линзу другой стороной к источнику и повторите измерения. Сравните результаты определения фокусных расстояний и оцените случайные ошибки измерений. При значительном расхождении результатовпопытайтесь понять причину расхождения.Определите, какая из линз обладает наибольшей светосилой, какая —наибольшей оптической силой (диоптрийностью).IV. Определение фокусного расстояния сложной оптической системы1. Для создания сложной оптической системы установите в центре оптической скамьи две тонких собирающих линзы на расстоянии, в полтора-двараза превышающем сумму их фокусов, и закрепите рейтеры.

Измерьтерасстояние l12 между линзами.122. Для определения фокусного расстояния системы по формуле (6) расположите экран на дальнем конце скамьи.Установите на осветителе диафрагму диаметром 1 см (по риске наоправе осветителя) и, перемещая осветитель вдоль скамьи, получитена экране резкое изображение диафрагмы. Измерьте расстояние от диафрагмы до первой линзы и величину изображения y1 (см.

рис. 5).Отодвиньте источник на несколько сантиметров от прежнего положения и, передвигая экран, вновь получите резкое изображение диафрагмы. Для повышения точности размеры изображений y1 и y2 должнызаметно отличаться друг от друга. Измерив расстояние от предмета допервой линзы и рассчитав перемещение ∆x, определите фокусное расстояние системы по формуле (6).3. Для нахождения положения главных фокусов системы закрепите зрительную трубу за второй линзой, подвиньте осветитель к первой линзеи отцентрируйте систему с помощью листа бумаги.Медленно отодвигая осветитель от системы, сначала найдите резкоеизображение поверхности стекла в окуляре зрительной трубы, а затем,последовательно уменьшая размер пятна и перемещая пятно с помощьювинта поперечных салазок линзы, настройтесь на край ирисовой диафрагмы.Для точной настройки задиафрагмируйте первую линзу и подберитеподходящую яркость пучка.

Определите положение переднего главногофокуса системы, измерив расстояние ∆ от предмета до первой линзы.4. Поменяйте линзы местами и повторите измерения п. 3, сохранив неизменным расстояние между линзами.5. На миллиметровой бумаге постройте в масштабе чертёж оптической системы.

Укажите на нём положения фокусов каждой из линз.Постройте ход луча, вошедшего в систему слева параллельно главнойоптической оси, последовательно через каждую из линз. Точка пересечения луча, вышедшего из системы, с оптической осью определяет положение одного из главных фокусов системы (F2 на рис. 1). Определитерасстояние ∆ от него до ближайшей линзы.Точка пересечения вышедшего луча с продолжением входящего определяет положение задней главной плоскости системы (P2 ).

Расстояниеот точки h3 пересечения задней главной плоскости с оптической осьюдо заднего главного фокуса F2 равно фокусному расстоянию системы.6. Повторите построение для луча, вошедшего в систему справа и сравните определённые графически величины ∆ с экспериментальными, авеличины фокусных расстояний — с расчётами по формулам (6) и (7).13Б.

Недостатки (аберрации) реальныхоптических системВ идеальных оптических системах лучи, вышедшие из одной точкиобъекта, пересекаются в одной и той же точке изображения независимоот угла испускания и от длины волны света.

2Эqсиальных) пучков света на сфе*1z1:рических поверхностях линз. Рисуzнок 6 поясняет возникновение сфеz:S2 S1S1j* S3рической аберрации.27Лучи (1, 2, 3), преломляющиеся3в линзе на различных расстоянияхот центра, пересекают оптическуюРис. 6. Сферическая аберрацияось в разных точках (S1 , S2 , S3 ). Поэтому преломлённые пучки лучей не гомоцентричны; на экране Э вместоточечного изображения получается расплывчатое пятно (кружок рассеяния).Как следует из рис. 6, этот пучок имеет минимальный размер нев плоскости фокусировки параксиальных лучей (т.

е. не в фокальнойплоскости), а несколько ближе к линзе. Сферическую аберрацию характеризуют с помощью так называемой продольной аберрации δs (рис. 6),равной расстоянию между точками пересечения крайних и центральныхлучей с главной оптической осью. Продольная аберрация зависит от материала линзы и от кривизны её поверхностей.Опуская довольно громоздкийрасчёт продольной аберрации, мыприведём приближённые формулыzR6hS?для плосковыпуклой (или плосковoгнутой) линзы, на плоскую поверх- Or 6 s(h) ность которой падает широкий па?раллельный пучок света (рис.

7).Для лучей, проходящих на расстояРис. 7.

Сферическая аберрациянии h от центра линзы, расстояниеплосковыпуклой линзыs выражается соотношениемR1 n 2 h3s(h) =.1−n−12 R214Для параксиальных лучей (h → 0)s→f =R,n−1что совпадает с известным выражением для фокусного расстояния линзы, ограниченной сферическими поверхностями:111−= (n − 1),(8)fR1R2где n — показатель преломления стекла, а R1 и R2 — радиусы кривизныповерхности.Характеристической кривой сферической аберрации называют зависимость2 21hn1 n 2 h3f.(9)=−δs(h) = s(h) − s(0) = −2 (n − 1)R2 n−1fПри h = r (r — радиус линзы) формула (9) определяет продольнуюсферическую аберрацию линзы.Формула (9) показывает, что собирающая и рассеивающая линзы имеютЭfFсферические аберрации разных знаков.fcЭто даёт возможность составлять комбинации положительных и отрицательных линз с малой сферической аберрацией.

По этой причине большинство со δfхрвременных объективов склеено из двухили большего числа линз. Разумеется,Рис. 8. Хроматическая аберрациясферическую аберрацию можно былобы устранить, делая поверхности линзы несферическими. Однако это представляет значительные технические трудности.Хроматическая аберрация. Хроматическая аберрация (зависимостьфокусного расстояния линзы от длины волны) возникает вследствие дисперсии показателя преломления стёкол, т. е. из-за того, что показательпреломления n = n(λ).

Возникновение хроматической аберрации поясняет рис. 8.В результате хроматической аберрации на экране Э возникает окрашенный кружок. Хроматическую аберрацию принято характеризоватьразностью фокусных расстояний для двух характерных спектральных15линий водорода, расположенных в крайних частях видимой областиспектра: λF = 486,1 нм (голубая линия F водорода), λС = 656,3 нм(красная линия C водорода):δfхр = fF − fC .(10)Для характеристики дисперсионных свойств стёкол часто пользуютсятак называемым коэффициентом дисперсии, или числом Аббе:ν=nD − 1,nF − n C(11)где nF и nC — показатели преломления для линий F и C водорода,а nD — показатель преломления для жёлтой линии D натрия λD == 589,3 нм (среднее значение длины волны жёлтого дублета натрия). Используя формулу (8), можно выразить продольную хроматическуюаберрацию линзы через число Аббе:δnδfхр=−,fn−1илиnF − n C1fD = − fD .(12)nD − 1νКак видно из таблицы, приведенной в конце книги, для тяжёлых стёколс большим показателем преломления число Аббе существенно меньше,чем для лёгких стёкол.

Поэтому хроматическая аберрация у линз, изготовленных из тяжёлых стёкол (тяжёлый флинт), в несколько раз больше, чем у линз из лёгких стёкол (крон, лёгкий крон). Заметим также,что собирающие и рассеивающие линзы имеют хроматические аберрации разных знаков. Это обстоятельство позволяет получать ахроматические объективы (fF = fC ), комбинируя короткофокусную положительную линзу из крона с длиннофокусной рассеивающей линзой из флинта.Чтобы уменьшить потери света на отражение, линзы обычно склеивают,поэтому радиусы вогнутой поверхности отрицательной линзы и выпуклой поверхности положительной линзы делают одинаковыми.δfхр = −ЗАДАНИЕВ этом упражнении предлагается исследовать аберрации плосковыпуклой линзы: набор кольцевых диафрагм позволяет исследовать продольную сферическую аберрацию (зависимость фокусного расстоянияот радиуса кольцевого пучка, падающего на линзу), а набор светофильтров — хроматическую аберрацию (зависимость фокусного расстоянияот длины волны). 16I.

Сферическая аберрация1. Для качественного наблюдения сферической аберрации расположитеосветитель и экран на дальних концах скамьи. Установите линзу № 3(продольная нониусная шкала обращена к наблюдателю) на расстоянииa1 от предмета чуть большем фокусного и наденьте на неё маску минимального размера (диафрагму диаметром 2h = 1 см). Перемещая линзу,получите на удалённом экране резкое изображение ирисовой диафрагмыосветителя.Установите маску максимального диаметра (2h = 4 см) и убедитесь,что при неизменном расстоянии a1 расстояние a2 от линзы до изображения заметно изменилось.2.

Для количественной оценки аберраций установите нониусную шкалупродольного перемещения линзы на 0.Используя зрительную трубу, получите параллельный пучок от линзы для параксиальных лучей (hmin ) и запишите отсчёт по нониуснойшкале линзы. Увеличивая диаметр маски и подстраиваясь к новому положению фокуса при помощи нониусного винта, отмечайте соответствующие отсчёты по нониусной шкале.3.

По результатам измерений рассчитайте отклонения δs(h) от начального положения, соответствующего параксиальным лучам. Постройте график δs(h) и, экстраполируя кривую к величине h = r (радиус линзы),определите продольную аберрацию линзы δs(r) = ∆f (r).4. Поясните, почему аберрация зависит от того, какой стороной линза обращена к источнику, — плоской или сферической.II. Хроматическая аберрация1.

Сферическая аберрация плоской поверхности — Энциклопедия по машиностроению XXL

Сферическая аберрация плоской поверхности  [c.58]

Полагая предмет свободным от сферической аберрации, принимаем S = So тогда разность отрезков s и so выразит величину сферической аберрации плоской преломляющей поверхности  [c.58]

Особенностью этого случая будет являться большая толщина линзы. Однако, используя имеющееся в нашем распоряжении выражение для сферической аберрации плоской преломляющей поверхности, от этого случая можно перейти к случаю плоско-выпуклой линзы произвольной толщины.  [c.303]


Слабые ахроматы с апертурой 0,1—0,15 обычно состоят из одного компонента, склеенного из двух линз. Ахроматы с апертурой до 0,2 имеют два ахроматических компонента. Для увеличения апертуры до 0,3 вводится плоско-выпуклая фронтальная линза, а фронтальная линза определяет фокусное расстояние объектива, а остальные линзы исправляют аберрации ее плоской и сферической поверхностей. Аберрации плоской поверхности в сильных объективах устраняют применением иммерсии.  [c.16]

Таким образом, проведенный анализ показал, что дифракционные линзы и сферические преломляющие поверхности имеют существенно разные аберрационные свойства. Ряд особенностей ДЛ, в полной мере присущих только плоским линзам — хорошая сходимость аберрационного разложения, возможность эффективного управления сферической аберрацией, совпадение коэффициентов различных аберраций — позволяют предполагать, что наибольшие успехи при использовании ДЛ могут быть достигнуты в области создания монохроматических (в силу резко выраженного хроматизма ДЛ) высокоразрешающих объективов.  [c.37]

Добавочные члены пятого порядка, возникающие при пересчете аберраций из плоскости t-ro выходного зрачка в плоскость i1-го выходного зрачка, также будут выражаться через сумму по всем элементам от первого до i-ro включительно. Пересчитывая эти члены в плоскость выходного зрачка системы (что уже делается в соответствии с проективным преобразованием аргументов) и суммируя опять по всем элементам, кроме первого (в плоскости его выходного зрачка не возникает еще никаких добавочных членов, так как на этот элемент падает идеальная сферическая волна), найдем формулу для угловых аберраций пятого порядка оптической системы, состоящей из элементов с плоскими поверхностями (например, дифракционные линзы на плоскопараллельных подложках)  [c.64]

Из последнего выражения ясно, что в условиях малых аберраций дифракционным фокусом будет точка, для которой среднеквадратичная деформация фронта минимальна. При этом дифракционный фокус не только не совпадает с точкой гауссова изображения, но может лежать и в другой плоскости. Однако для объективов, которые проецируют изображение на плоскую поверхность, нельзя оценивать его качество вне этой поверхности и необходимо рассматривать максимальную интенсивность дифракционного изображения в определенной плоскости (например, в плоскости гауссова изображения, хотя это и не обязательно). Нормированная максимальная интенсивность в определенной плоскости представляет собой широко используемый критерий — фактор четкости по Штрелю или интенсивность Штреля [7]. Принято считать, что качество изображения удовлетворительно, если интенсивность Штреля D 0,8, что следует все из того же случая сферической аберрации третьего порядка, рассмотренного Рэлеем.  [c.87]


В главах 1, 2 было показано, что аберрационные свойства ДЛ существенно отличаются от свойств их рефракционных аналогов—сферических преломляющих поверхностей. Отличия заключаются прежде всего в том, что аберрационное разложение плоской осевой ДЛ обладает лучшей сходимостью. Кроме того, технология изготовления ДЛ методом фотонабора (см. гл. 7) позволяет эффективно управлять значением их сферической аберрации, не влияя на полевые аберрации. Наконец, условие Пецваля (2.42), определяющее возможность получения плоского стигматического изображения, выполняется в оптических системах на основе ДЛ автоматически, независимо от оптической силы и значения сферической аберрации элементов системы.[c.104]

Здесь первый член описывает вклад двух аберраций — так называемой наклонной сферической аберрации [821 и кривизны поля, второй член соответствует коме. Минимум зависимости 5 (а) на рис. 5.14, б соответствует равному вкладу обоих членов. Коэффициенты в (5.13) относятся к случаю плоской фокальной поверхности. Для оптимально искривленной фокальной поверхности, имеющей форму параболоида, у которого отклонение от плоскости на отрезке от точки фокусировки до оптической оси  [c.175]

В случае преломления из стекла в воздух п = п, п = I и sin а > sin а тогда os а плоская поверхность приобретает положительную сферическую аберрацию.  [c.58]

Совершенно очевидно, что тогда первая плоская поверхность не сможет внести сферической аберрации и таковая целиком определится сферической аберрацией одной сферической поверхности, что уже и было рассмотрено в 20.  [c.303]

Кривизна поля. Вследствие сферической аберрации косых лучей плоский предмет, перпендикулярный к главной оптической оси, изображается в виде кривой поверхности. Получить такое изображение на экране четким по всем направлениям нельзя. Оно может быть четким либо в центре, либо на краю поля зрения, либо где-то в промежуточном кольце.  [c.14]

Для заданной пары сопряженных точек сферическая аберрация может быть исправлена выбором более сложной формы преломляющих поверхностей. Но на практике для уменьшения сферической аберрации используют комбинацию собирающей и рассеивающей линз со сферическими преломляющими поверхностями (рис. 7.22,6). Метод основан на том, что рассеивающая линза обладает сферической аберрацией противоположного знака. Сферическую аберрацию удается устранить лишь для определенного расстояния до предмета. Для зрительных труб и обычных фотообъективов выбирают удаленный предмет, объективы микроскопов коррегируют для положения предмета непосредственно перед фокусом. Сферическую аберрацию создают не только сферические, но и плоские поверхности. Поэтому объективы микроскопов коррегируют для вполне определенной толщины плоскопараллельных покровных стекол. Поверхностям зеркал телескопов-рефлекторов для устранения сферической аберрации придают форму параболоида вращения.  [c.354]

Несколько иная картина получится, если толщина плоско-выпуклой линзы отличается от второго радиуса. При изменении полевого угла будет наблюдаться некоторое перемещение входного зрачка, обеспечивающего исправление астигматизма, обусловленное сферической аберрацией для главных лучей, вносимой первой плоской поверхностью линзы (фиг. 121).  [c.195]

Исследование изменения сферической аберрации по полю зрения удобнее всего начать с рассмотрения случая плоско-выпуклой линзы при таком положении входного зрачка, когда главный луч проходит вторую преломляющую поверхность по нормали, т. е. без преломления.  [c.203]

При рассмотрении работы плоско-выпуклой линзы со сферическими поверхностями в случае, когда предмет лежит в бесконечности, было установлено, что подобные линзы не дают возможности уничтожить сферическую аберрацию.[c.222]

Как уже было сказано, характер изменения астигматизма при изменении положения зрачка связан с величиной сферической аберрации в наклонных пучках, поэтому возвратимся к рассмотрению астигматизма склеенной линзы, в частности, плоско-выпуклой линзы с нормальной склейкой, имеющей обратную ориентировку по отношению к входному зрачку. Из фиг. 143 следует, что углы I и г» на склеенной поверхности для главного луча быстро возрастают по мере удаления входного зрачка и убывают при приближении зрачка к нашей линзе. Склейка особенно активно влияет на астигматизм в области дальнего положения входного зрачка, приводя к возникновению большого положительного астигматизма, рост которого может превзойти рост отрицательного астигматизма основной плоско-выпуклой линзы, происходящий также с удалением входного зрачка.  [c.245]


Для исправления такого положительного астигматизма в половинке триплета можно отказаться от сохранения плоскости в положительных линзах и сделать плоские поверхности слегка выпуклыми, что будет способствовать росту сферической аберрации в сторону положительных значений.[c.261]

При падении света на плоскую поверхность величина сферической аберрации больше в 4 раза, чем в обратном случае.  [c.197]

Простая плоско-выпуклая линза дает хорошие изображения вплоть до восьмикратного увеличения (т. е. когда ее фокусное расстояние / не менее 3 см). Линза должна быть обращена к глазу плоской стороной. В этом случае, так как предмет помещен вблизи фокуса лупы, преломление лучей происходит практически только на выпуклой поверхности лупы, а не распределяется между обеими поверхностями ее. Это несколько увеличивает сферическую аберрацию. Зато в противоположном случае, когда к глазу обращена выпуклая сторона лупы, значительно увеличиваются аберрации изображений периферийных частей предмета.  [c.164]

Так как выпукло-плоская линза имеет наименьшую сферическую аберрацию при бесконечном (достаточно большом) удалении от изображения, то, очевидно, оптимальной будет форма двухлинзового конденсора, показанного на рис. 149. Для этой системы, если сферические поверхности линз 1 и 2 соприкасаются, оптическая сила Ф = 4- Фа, а при одинаковых линзах Ф — = 2Ф1.  [c.188]

Сопоставим непосредственно аберрационные свойства СПП и ДЛ, причем основное внимание уделим плоским ДЛ. Можно отметить следующие моменты. При одинаковых отрезках s и s коэффициенты аберраций СПП, как правило, больше соответствующих коэффициентов плоских ДЛ. Математически это выражается в наличии членов, пропорциональных 1/г радиус преломляющей поверхности обычно меньше ее отрезков, фокусное расстояние СПП, например, равно n rf(n — п). Физически это следствие того, что при падении на сферическую поверхность световые лучи образуют большие углы с нормалью к поверхности, чем при падении на плоскость. Таким образом, сходимость аберрационного разложения у плоской ДЛ оказывается лучше, чем у СПП.  [c.35]

Практика расчетов дифракционных объектов (см. гл. 4) показывает, что сходимость аберрационного разложения у плоских ДЛ не просто лучше, чем у СПП, а значительно, на порядок, лучше. Компенсация аберраций только третьего порядка малости у дифракционного объектива уже позволяет создать оптическую систему с весьма высокими характеристиками, тогда как рефракционный объектив, свободный от аберраций третьего порядка, в лучшем случае служит только первым приближением для дальнейшего поиска работоспособной схемы. Ясно, что изготовление ДЛ на сферической поверхности сразу же лишает ее указанного преимущества, что следует со всей очевидностью из выражений (1,30).  [c.35]

S = s = г предмет и изображение находятся в плоскости, проходящей через центр поверхности, р = п/п в-третьих, при n s — ns в этом случае s = г(1 -f- п /п) s — г(1 п/п ) р = = п /п . Поверхность, для которой предмет и изображение расположены в указанных плоскостях, а также осевые точки в этих плоско- у, стях называют апланати- ческими. Третий из перечисленных случаев апланатизма называют нетривиальным. Легко показать [44], что в аплана-тических точках равна нулю сферическая аберрация любого порядка, а не только третьего. Кроме того, апланатическая поверхность свободна от первой комы во всех порядках малости [для третьего порядка это следует из выражений (2.38)] и от астигматизма третьего порядка (за исключением случая, когда предмет и изображение расположены в плоскости, проходящей через центр поверхности), что также следует из (2.38).  [c.75]

Дейсоном (1959 г.) была предложена остроумная схема оптики, осуществляющая изображение в натуральную величину прн исправлении всех аберраций 3-го порядка и ряда аберраций высших порядков она была усовершенствована в последнее время Внине [33]. В принципе оиа состоит из сферического зеркала Л1, М М, и призмы с передней сферической поверхностью. Предмет ВЛ располагается на верхней половине плоской поверхности призмы, изображение В А образуется иа ннжней половине этой же поверх-Рис. III.37 и (рнс. 111.37).  [c.314]

Необходимо было искать пути к исправлению остальных аберраций. Это впервые удалось Шмидту [151 в 1931 г. , который использовал сферическое зеркало, в центре кривизны которого располагался компенсатор в виде пластинки с одной плоской стороной н другой асферической. Профиль этой поверхности был рассчитан из условия компенсации сферической аберрации зеркала. Благодаря тому что центр зрачка располагается в центре кривизны, исправляются автоматически кома, астигматизм иди-сторсия. Пластинка служит входным зрачком.  [c.324]

Пластинка Шмидта, центр которой совпадает с центром сферического зеркала, а ррацни которого она исправляет, рассчитывается следующим образом. Одна из поверхностей пластинки принимается плоской. Продольная сферическая аберрация зеркала определяется формулой  [c.345]

Ниже приведена зависимость аначений преломляющего угла а элемента конической поверхности от высоты А = tg и (/ = 1) для случая бесконечно удаленного объекта и первой плоской поверхности при выполненнн условия исправления сферической аберрации (Пд = 1,491).  [c. 518]

Такая линза представлена на рис. 17.3. Рассматривая ход наклонного параллельного пучка лучей через эту линзу, видим, что после преломления на плоской поверхности этот параллельный пучок по-прежнему сохранит свою симметричность по отноп1ению к главному лучу, следствием чего явится отсутствие комы для анастигматической точки на главном луче. Но, вместе с тем, вторая поверхность будет обладать отрицательной сферической аберрацией.  [c.313]

В случае плоско-выпуклой линзы с выходным зрачком, расположенным в центре второй поверхности, и в случае линзы, у которой зрачок входа будет расположен в центре первой поверхности, а вторая поверхность будет апланатичной по отношению к изображению после первой поверхности, величина сферической аберрации по полю зрения либо сохраняется строго постоянной для первого случая, либо мало изменяющейся.  [c.320]


Поэтому, в целях устранения сферической аберрации, можно было бы перейти к отрицательной анастигматической линзе, обладающей некоторой положительной сферической аберрацией. При использовании этой линзы для компенсации отрицательной сферической аберрации базовой плоско-выпуклой линзы ее первая плоская поверхность должна быть заменена на апланатическую. Таким образом, схема симметричного планара могла бы быть представлена в виде  [c.429]

Эти примеры преобразования пучков света иллюстрируют скорее исключения, чем общее правило обычно при отражении или преломлении пучок утрачивает свойство гомоцентричности и не образует стигматического изображения точечного источника. Например, отраженные параболическим зеркалом лучи от бесконечно удаленного источника, не лежащего на оси зеркала, пересекаются не в одной точке, а в некоторой ее окрестности, что ухудшает качество изображения. Используемые на практике оптические системы состоят из линз и зеркал, преломляющие и отражающие поверхности которых, как правило, сферические или плоские. Ход приосевых лучей и образование изображений в центрированных оптических системах рассматриваются в 7.2. Искажения изображений, связанные с нарушением гомоцентричности пучков, называются геометрическими или лучевыми аберрациями оптических систем (см. 7.4). Зависимость показателя преломления от длины волны приводит к появлению хроматической аберрации (см. 7.4). Неизбежные в принципе погрешности отображения можно уменьшить до разумных пределов, используя многолинзовые конструкции. В этом отношении инструментальная оптика достигла замечательных результатов.  [c.335]

В обычных зеркальных телескопах сферическая аберрация устраняется параболизацией отражающей поверхности зеркала. Но такой способ годится только для точек, лежащих на главной оптической оси зеркала. Шмидт предложил устранять сферическую аберрацию коррекционной стеклянной пластинкой, помещаемой перед сферическим зеркалом SxS . Одна поверхность пластинки плоская, вторая — поверхность вращения надлежащей формы, мало отклоняющаяся от плоскости. Это отклонение настолько мало, что оно совершенно незаметно невооруженному глазу.  [c.178]

Пусть пучок лучей апертуры 2и выходит из точки А (рис. 5.17) и падает на плоскую преломляющую поверхность так, что ось его АВ составляет с нормалью к поверхнСсти угол w. Перпендикуляр АО можно рассматривать как оптическую ось. Каждый иа лучей ABi, AB , АВа претерпит преломление. Преломленный пучок лучей перестает быть гомоцентрическим, он, в соответствии с формулой (5.7), приобретет продольную сферическую аберрацию  [c.164]

Как известно, параболические рефлекторы, идеально исправленные в отношении сферической аберрации, обладают очень значительной комой. Последнюю можно устранить применением двух асферических зеркал их форма определяется из условия апланатизма, которое должно выполняться для всего отверстия пучка. Рассмотрим здесь наиболее изящный с математической точки зрения прием Шварцшильда, который привел задачу к системе дифференциальных уравнений первого порядка. Пусть АМ (рис. IX. 13) — меридиональное сечение поверхности первого большого зеркала телескопа ВМ — меридиональное сечение поверхности второго малого зеркала. Луч, падающий на систему параллельно оси, проходит через точки С, А, В, 3. Если точка 5 лежит за первым зеркалом, в ием делается отверстие можно также еще отбросить лучи в сторону с помощью плоского зеркала, как в телескопе Ньютона, Пусть f и — фокусные расстояния большого и малого зеркал ё расстояние между нх верпшнами  [c. 563]

Последнее обстоятельство, которое хотелось бы отметить, это равенство коэффициентов некоторых аберраций для плоской ДЛ, что не имеет места для СПП. Так, в третьем порядке равны коэффиценты астигматизма и кривизны поля, а в пятом имеется три пары равных коэффициентов. Несомненно, что это облегчает компенсацию аберраций в дифракционных объективах. Особо следует обратить внимание на совпадение коэффициентов астигматизма и кривизны поля. Требование одновременной компенсации этих аберраций в рефракционных системах приводит к необходимости выполнения условия Пецваля (см. гл. 2), что заставляет использовать компоненты со сравнительно небольшой оптической силой или вводить в систему как положительные, так и отрицательные линзы и вызывает значительные трудности при создании объективов, особенно с большой числовой апертурой. Отметим, что для ДЛ на сферической поверхности коэффициенты астигматизма и кривизны поля в третьем порядке тоже совпадают, однако обязательное наличие подложки со сферической поверхностью, для которой эти коэффициенты все равно различны, лишает указанное совпадение особого смысла.[c.37]

Рассмотрим преобразование аберраций сферической волны в случае, когда их задают и вычисляют на сферических поверхностях. Общий путь решения остается таким же, как и для плоской задачи, но используемые формулы существенно усложняются, поэтому ограничимся пятым порядком малости. Пусть эйконал аберрированной сферической волны известен на сфере G радиуса г с вершиной в начале координат (рис. 2.2). Требуется найти волновые аберрации на сфере G радиуса г с вершиной на расстоянии t от вершины сферы G (центры обеих сфер лежат на оси z, которая определяет и вершины поверхностей). В частном случае при 1/г= 1/г — 0 приходим к уже рассмотренной плоской задаче.  [c.42]


Сферическая аберрация wiki | TheReaderWiki

Сфери́ческая аберра́ция — аберрация оптических систем из-за несовпадения фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси[1]. Приводит к нарушению гомоцентричности пучков лучей от точечного источника без нарушения симметрии строения этих пучков (в отличие от комы и астигматизма). Различают сферическую аберрацию третьего, пятого и высшего порядков[2].

Сферическую аберрацию принято рассматривать для пучка лучей, выходящего из точки, расположенной на оптической оси. Однако, сферическая аберрация имеет место и для других пучков лучей, выходящих из точек, удаленных от оптической оси, но в таких случаях она рассматривается как составная часть аберраций всего наклонного пучка лучей. Причём, хотя эта аберрация и называется сферической, она характерна не только для сферических поверхностей.

В результате сферической аберрации параллельные лучи после преломления линзой (в пространстве изображений) получает вид не конуса, а некоторой воронкообразной фигуры, наружная поверхность которой вблизи узкого места называется каустической поверхностью. При этом изображение в фокусе имеет вид круга с неоднородным распределением освещённости, а форма каустической кривой позволяет судить о характере распределения освещённости. В общем случае, форма изображения при наличии сферической аберрации представляет собой систему концентрических окружностей с радиусами, пропорциональными третьей степени координат на входном (или выходном) зрачке.

Сферическая аберрация линзы (системы линз) объясняется тем, что её преломляющие поверхности встречают отдельные лучи сколько-нибудь широкого пучка под различными углами[П 1], вследствие чего более удалённые от оптической оси лучи преломляются сильнее, нежели приближённые к оптической оси[П 2] лучи, и образуют свои точки пересечения, удалённые от фокальной плоскости[3].

Расстояние δs’ по оптической оси между точками пересечения приближённых к оптической оси и отдалённых от неё лучей называется продольной сферической аберрацией.

Диаметр δ’ кружка рассеяния при этом определяется по формуле

δ ′ = 2 h 1 δ s ′ a ′ {\displaystyle {\delta ‘}={\frac {2h_{1}\delta s’}{a’}}} ,

где

  • 2h1 — диаметр отверстия системы;
  • a’ — расстояние от системы до точки изображения;
  • δs’ — продольная аберрация.

Для объектов расположенных в бесконечности

a ′ = f ′ {\displaystyle {a’}={f’}} ,

где

Для наглядности сферическую аберрацию, как правило, представляют не только в виде таблиц, но и графически.

Обычно приводят графики продольной δs’ и поперечной δg’ сферической аберраций, как функций координат лучей[4].

Для построения характеристической кривой продольной сферической аберрации по оси абсцисс откладывают продольную сферическую аберрацию δs’, а по оси ординат — высоты лучей на входном зрачке h. Для построения аналогичной кривой для поперечной аберрации по оси абсцисс откладывают тангенсы апертурных углов в пространстве изображений, а по оси ординат радиусы кружков рассеяния δg’

Положительные (собирательные) линзы создают отрицательную сферическую аберрацию, то есть δs’ < 0 для всех зон. Поэтому, на графике, характеристическая кривая продольной аберрации для такой линзы находится слева от оси ординат. Отрицательные (рассеивающие) линзы имеют аберрацию противоположного знака, и соответствующая кривая продольной аберрации будет справа от оси ординат.

Комбинируя такие простые линзы, можно значительно исправить сферическую аберрацию.

Как и другие аберрации третьего порядка, сферическая аберрация зависит от кривизны поверхностей и оптической силы линзы. Поэтому применение оптических стёкол с высокими показателями преломления позволяют уменьшить сферическую аберрацию, посредством увеличения радиусов поверхностей линзы при сохранении её оптической силы.

К тому же, для линз с разной кривизной поверхностей будет иметь значение ориентация линзы относительно хода светового луча. Так, например, сферическая аберрация для плоско-выпуклой линзы, обращенной навстречу лучу своей плоской поверхностью, будет иметь величину бо́льшую, нежели для той же линзы, но встречающей луч своей выпуклой поверхностью. Таким образом, выбор отношения кривизны первой[П 3] поверхности линзы к её второй поверхности так же будет одним из средств, уменьшающих сферическую аберрацию.

Заметное влияние на сферическую аберрацию оказывает диафрагмирование объектива (или иной оптической системы), так как при этом отсекаются краевые лучи широкого пучка. Очевидно, что этот способ непригоден для оптических систем, требующих высокой светосилы.

В отдельных случаях небольшая величина сферической аберрации третьего порядка может быть исправлена за счёт некоторой дефокусировки[П 4] объектива. При этом плоскость изображения смещается к, так называемой, «плоскости лучшей установки», находящейся, как правило, посередине, между пересечением осевых и крайних лучей, и не совпадающей с самым узким местом пересечения всех лучей широкого пучка (кругом наименьшего рассеяния)[П 5]. Это несовпадение объясняется распределением световой энергии в круге наименьшего рассеяния, образующей максимумы освещённости не только в центре, но и на краю[5]. То есть, можно сказать, что «круг» представляет из себя яркое кольцо с центральной точкой. Поэтому, разрешение оптической системы в плоскости совпадающей с кругом наименьшего рассеяния будет ниже, несмотря на меньшую величину поперечной сферической аберрации. Пригодность этого метода зависит от величины сферической аберрации и характера распределения освещённости в круге рассеяния.

Достаточно успешно сферическая аберрация исправляется при помощи комбинации из положительной и отрицательной линз[6]. Причём, если линзы не склеиваются, то, кроме кривизны поверхностей компонентов, на величину сферической аберрации будет влиять и величина воздушного зазора (даже в том случае, если поверхности, ограничивающие этот воздушный промежуток, имеют одинаковую кривизну). При этом способе коррекции, как правило, исправляется и хроматическая аберрация.

Строго говоря, сферическая аберрация может быть вполне исправлена только для какой-нибудь пары узких зон, и притом лишь для определенных двух сопряженных точек. Однако, практически исправление может быть весьма удовлетворительным даже для двухлинзовых систем.

Обычно сферическую аберрацию устраняют для одного значения высоты h0, соответствующего краю зрачка системы. При этом наибольшее значение остаточной сферической аберрации ожидается на высоте he, определяемой по простой формуле
h e h 0 = 0.707 {\displaystyle {\frac {h_{e}}{h_{0}}}={0.707}}

Остаточная сферическая аберрация приводит к тому, что изображение точки так и не станет точечным. Оно останется кругом, хотя и значительно меньшего размера, чем в случае неисправленной сферической аберрации.

Для уменьшения остаточной сферической аберрации часто прибегают к рассчитанному «переисправлению» на краю зрачка системы, придавая сферической аберрации краевой зоны положительное значение (δs’ > 0). При этом, лучи, пересекающие зрачок на высоте he[П 6], перекрещиваются ещё ближе к точке фокуса, а краевые лучи, хотя и сходятся за точкой фокуса, не выходят за границы круга рассеяния. Таким образом, размер круга рассеяния уменьшается и возрастает его яркость. То есть улучшается как детальность, так и контраст изображения. Однако, в силу особенностей распределения освещённости в круге рассеяния, объективы с «переисправленной» сферической аберрацией часто обладают «двоящим» размытием вне зоны фокуса.

В отдельных случаях допускают значительное «переисправление». Так, например, ранние «Планары» фирмы Carl Zeiss Jena имели положительное значение сферической аберрации (δs’ > 0) как для краевых, так и для средних зон зрачка. Это решение несколько снижает контраст при полном отверстии, но заметно увеличивает разрешение при незначительном диафрагмировании.

  1. ↑ Или же можно сказать, что оптическая сила сферической линзы неоднородна, и возрастает по мере удаления от оптической оси
  2. ↑ Эти лучи также именуются параксиальными лучами
  3. ↑ Согласно правилам знаков и ГОСТ 7427-76, преломляющие и отражающие поверхности и разделяющие их среды нумеруются по порядку их следования в направлении распространения света
  4. ↑ Согласно теории аберраций, дефокусировка — это аберрация первого, то есть более низкого, порядка.
  5. ↑ Самое узкое место пересечения всех лучей широкого пучка, проходящего через собирающую линзу, находится слева от гауссовой плоскости (точки фокуса) на расстоянии ¾δs’.
  6. ↑ Эти лучи иногда именуются среднезонными лучами
  1. ↑ Фотокинотехника, 1981, с. 322.
  2. ↑ Волосов, 1978, с. 133, 138.
  3. ↑ Малоформатная фотография, 1959, с. 292.
  4. ↑ Волосов, 1978, с. 115.
  5. ↑ Волосов, 1978, с. 113.
  6. ↑ Малоформатная фотография, 1959, с. 293.
  • Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 322. — 447 с.
  • Д. С. Волосов. Глава II. Оптические аберрации объективов // Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.,: «Искусство», 1978. — С. 91—234. — 543 с.
  • А. Н. Веденов. Недостатки линзы и её исправление в объективе // Малоформатная фотография / И. В. Барковский. — Л.,: Лениздат, 1959.  — С. 291—297. — 675 с.
  • Н. П. Заказнов, С. И. Кирюшин, В. И. Кузичев. Глава V. Детали оптических систем // Теория оптических систем / Т. В. Абивова. — М.: «Машиностроение», 1992. — С. 53—91. — 448 с. — 2300 экз. — ISBN 5-217-01995-6.
  • В. Н. Чуриловский. Глава I. Геометрическая оптика // Теория оптических приборов / А. П. Грамматин. — М.: «Машиностроение», 1966. — С. 28—35. — 274 с. — 14 000 экз.

Сферическая аберрация: причины, диагностика и лечение

Дома Ресурсы | Сферическая аберрация

Анна Барден; отзыв Сони Келли, OD, MS

Сферическая аберрация — одна из многих разновидностей аберрации высшего порядка (ТСВ) глаза. HOA — это тонкие оптические дефекты глаза, которые более сложны, чем аномалии рефракции, такие как астигматизм, близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия).

Аберрации высших порядков часто называют «неправильным астигматизмом» и связаны с дефектами преломления глазом световых лучей, когда они проходят через систему зрения. Аберрации комы и трилистника также считаются ТСЖ.

Оптическая аберрация — это потеря четкости изображения, формируемого глазом, и аберрации могут возникать также в линзах для очков или других оптических устройствах (таких как бинокли или телескопы). Для всех глаз нормально иметь некоторую степень аберрации, но коррекция требуется редко.Однако в тяжелых случаях, вызывающих снижение качества зрения, может потребоваться специальное лечение.

Сферическая аберрация — это особый тип оптической аберрации. Это происходит, когда световые лучи, проходящие через периферию роговицы и хрусталика, фокусируются немного в другом месте, чем световые лучи, проходящие через центр роговицы и хрусталика. Это приводит к снижению качества изображения. Хотя сферическую аберрацию нельзя исправить с помощью обычных очков или мягких контактных линз, в каждом конкретном случае могут быть рекомендованы жесткие контактные линзы или другие более продвинутые варианты.

Что вызывает сферическую аберрацию?

Аберрация (что буквально означает отклонение от обычного или естественного) глаза возникает при наличии аномалии на поверхности роговицы. Как уже упоминалось, некоторая степень аберрации естественна для каждого глаза, хотя есть несколько факторов, которые могут способствовать развитию и/или серьезности аберрации.

В глазах сферическая аберрация имеет тенденцию увеличиваться с увеличением размера зрачка и поэтому более заметна в условиях слабого освещения, чем при ярком солнечном свете.Визуально сферическая аберрация вызывает размытие, потерю контраста и ореолы вокруг источников света.

Операция, такая как LASIK, может ухудшить HOA в глазу, особенно сферические аберрации. Такие процедуры, как кератопластика (пересадка роговицы), также могут увеличить риск развития сферической аберрации.

Сферическая аберрация также может возникать в результате следующего:

Хрусталик глаза, который обеспечивает часть способности глаза фокусировать свет, изменяется как естественная часть старения — это также может способствовать возникновению сферической аберрации.

СМ. СВЯЗАННЫЕ: Риски LASIK и осложнения LASIK 

Диагностика сферических аберраций

Аберрации можно исследовать и диагностировать с помощью технологии волнового фронта (аберрометрии) с использованием прибора, называемого аберрометром.

Аберрометрия измеряет, как свет проходит через хрусталик и роговицу, которые являются светофокусирующими частями глаза. Искажения, возникающие при прохождении света через глаз во время этого исследования, называются аберрациями.

Этот процесс выполняется быстро и состоит из трех этапов:

  1. Когда вы кладете подбородок на упор для подбородка аберрометра, вы смотрите внутрь и фокусируетесь на светящейся точке. В это время измеряется ваш зрачок, так как именно здесь волновой фронт проходит через ваш глаз.

  2. Луч света попадает в ваш глаз и затем отражается сетчаткой. Волновой фронт этого света улавливается и измеряется аберрометром.

  3. Создается карта этой проекции, определяющая форму и выраженность искажений (аберраций), возникающих в вашем глазу.

Карту, созданную с помощью аберрометрии, часто называют «оптическим отпечатком пальца», так как он фиксирует уникальные гребни и впадины глаза, потому что, как и отпечаток пальца, нет двух одинаковых глаз.

Эта информация имеет жизненно важное значение для определения и назначения любой коррекции зрения, которая может потребоваться.

Как сферическая аберрация влияет на зрение?

Наличие некоторой степени аберрации является нормальным явлением, поскольку ни один глаз не идеален, но если она необычно высока, зрение может заметно ухудшиться.

В частности, сферическая аберрация может изменить фокусирующую способность глаза, особенно в темноте или при слабом освещении (контрастная чувствительность).

Люди с большими зрачками могут испытывать более серьезные симптомы сферической аберрации, особенно при плохом освещении, когда зрачки расширяются (или расширяются), чтобы компенсировать слабое освещение.

Некоторые также могут видеть ореолы или звездообразования вокруг огней.

Можно ли лечить сферическую аберрацию?

Аберрации высшего порядка, такие как сферическая аберрация, настолько сложны, что их нельзя исправить с помощью обычных очков или мягких контактных линз.Однако их можно лечить с помощью жестких контактных линз.

Для коррекции сферической аберрации можно использовать некоторые другие дополнительные параметры, которые могут включать одно из следующего:

Если сферическая аберрация (или другой тип ТСГ) начинает искажать ваше зрение, ваш офтальмолог порекомендует наилучшее лечение для вашего конкретного случая. .

Аберрации высшего порядка и аберрации низшего порядка

Каждое предписание по зрению включает определенные числа, которые сопровождают «сферу» и «цилиндр».Эти числа являются аберрациями низшего порядка. Около 85% аберраций низшего порядка способствуют несовершенствам зрения, таким как близорукость, дальнозоркость и астигматизм.

Оставшиеся 15% недостатков зрения связаны с аберрациями более высокого порядка, такими как сферическая аберрация, кома и аберрация трилистника.

СМ. СВЯЗАННЫЕ: Аномалии рефракции и рефракция: как видит глаз

Проверка зрения способствует здоровому зрению ваш глазной врач.

Ежегодные комплексные проверки зрения жизненно важны для вашего зрения и здоровья глаз в целом. Скрининг зрения особенно важен для людей со сферическими аберрациями и другими НОА, поскольку они могут быть связаны с катарактой, нарушениями слезной пленки и различными проблемами роговицы.

Если вы заметили какие-либо изменения в своем зрении, не стесняйтесь обращаться к своему глазному врачу. И если вас беспокоит сферическая аберрация или любой другой тип HOA, спросите об исследовании волнового фронта — исходя из ваших потребностей, вы можете быть хорошим кандидатом.

ЧИТАЙТЕ СЛЕДУЮЩУЮ: Вопросы, которые следует задать врачу-офтальмологу

Страница опубликована в мае 2021 года

Страница обновлена ​​в январе 2022 г.

Медицинское освидетельствование в августе 2021 г.

ассоциации с аметропией, возрастом, кривизной роговицы и качеством изображения

Clin Ophthalmol. 2013; 7: 933–938.

Amanda C Kingston

1 Bausch + Lomb, Rochester, NY, USA

2 Департамент биомедицингии, Университета Рочестер, Рочестер, Нью-Йорк, США

IAN G COX

1 BAUSH + Lomb, Rochester, NY, USA

1 Bausch + Lomb, Rochester, NY, USA

2 Факультет биомедицинской инженерии, Университет Рочестера, Rochester, NY, USA

Корреспондент: Amanda C Kingston, Bausch + Lomb , 1400 N Goodman Street, Rochester, NY 14609, USA Тел.: +1 585 338 5039 Факс: +1 585 338 0383 Электронная почта: [email protected]Авторское право © 2013 Kingston and Cox, издатель и лицензиат Dove Medical Press Ltd

Это статья с открытым доступом, которая разрешает неограниченное некоммерческое использование при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Abstract

Цель

Целью данного анализа было определение значений общей аберрации глазного волнового фронта большой факичной популяции физиологически нормальных аметропических глаз, собранных в соответствии с одним и тем же клиническим протоколом с использованием одного и того же диагностического датчика волнового фронта.

Материалы и методы

Исследования проводились в нескольких центрах Азии, Северной Америки, Европы и Австралии. Аберрометр волнового фронта Bausch + Lomb Zywave II (Рочестер, штат Нью-Йорк, США) использовали для измерения аберраций более низкого и высокого порядка для каждого глаза. Анализ данных проводился с использованием линейного регрессионного анализа для определения взаимосвязи между общей сферической аберрацией, аметропией, возрастом, кривизной роговицы и качеством изображения.

Результаты

Линейный регрессионный анализ не показал корреляции ( r = 0. 0207, P = 0,4874) между степенью аметропии и величиной сферической аберрации. Также не было никакой корреляции, когда население было стратифицировано в герметичные и гиперостонные группы преломления ( R м = 0,0529, P M = 0,0804 и R H = 0.1572, P H = 0,2754). Имелась статистически значимая и слабая положительная корреляция ( r = 0,1962, P < 0,001) между возрастом и величиной сферической аберрации, измеренной в глазу; сферическая аберрация становилась более положительной с возрастом.Также была выявлена ​​статистически значимая и умеренно положительная корреляция ( r = 0,3611, P < 0,001) с крутизной кривизны роговицы; сферическая аберрация становилась более положительной с увеличением мощности передней поверхности роговицы. Оценка качества изображения с использованием программного обеспечения для оптического проектирования (Zemax™, Bellevue, WA < USA) показала, что коррекция средней сферической аберрации в этой группе дает общее преимущество.

Заключение

Анализ этого набора данных дает представление о присущей сферической аберрации типичной факичной популяции с препрессбиопией и дает возможность определить, что вызывает сферическую аберрацию глаза, а также какую потенциальную пользу может принести человеку усиления путем компенсации этой средней сферической аберрации.

Ключевые слова: глазные аберрации, контактные линзы, датчик волнового фронта. С этими расширенными возможностями возникает необходимость в более полной характеристике распределения аберраций человеческого глаза среди большой выборки.

Аберрации волнового фронта более высокого порядка нормального глаза можно точно охарактеризовать путем подгонки коэффициентов Цернике от второго до пятого порядка. Из этих членов аберрации более высокого порядка только сферическая аберрация имеет среднее значение совокупности, значительно отличающееся от нуля. 1 , 2 Эта особенность, а также тот факт, что сферическая аберрация является вращательно-симметричным термином аберрации (в отличие от комы), означает, что большинство коммерчески доступных однофокальных контактных линз, которые пытаются компенсировать аберрации более высокого порядка, в первую очередь нацелены на уменьшение сферической аберрации.

Во многих исследованиях сообщается о возрасте, аномалиях рефракции, биометрии и глазных аберрациях человеческого глаза, но лишь немногие из них были крупномасштабными и проводились по единому клиническому протоколу. 3 9 Из немногих исследований, в которых сообщается о больших размерах выборки, большинство из них представляет собой анализ метавыборки, включающий ряд более мелких исследований с использованием неоднородных протоколов измерения или анализа. 10 Эти различия привели к нескольким методологическим различиям между исследованиями, включая тип используемого датчика волнового фронта и протокол измерения (например, расширение зрачка).Кроме того, большинство этих небольших исследований были ограничены одной расой или возрастной группой испытуемых. Все эти ограничения затрудняют определение истинного среднего значения генеральной совокупности для важных аберраций, таких как сферическая аберрация и другие аберрации волнового фронта более высокого порядка человеческого глаза. Цель этого анализа состояла в том, чтобы определить общие аберрации глазного волнового фронта большой популяции физиологически нормальных аметропических глаз, собранных в соответствии с одним и тем же клиническим протоколом с использованием одного и того же диагностического датчика волнового фронта.

Материалы и методы

Измерение общей аберрации волнового фронта глаза

Субъекты были набраны для участия в серии исследований, предназначенных для изучения клинических результатов процедур коррекции волнового фронта или кератомилеза in situ с лазерным контролем по волновому фронту (LASIK). Исследования проводились на нескольких площадках в Азии (Сингапур, Филиппины, Таиланд), Северной Америке (США, Канада), Европе (Испания, Нидерланды, Германия) и Австралии. Во время предоперационных биометрических измерений использовался аберрометр волнового фронта Bausch + Lomb Zywave II (Bausch + Lomb, Рочестер, штат Нью-Йорк, США) для измерения аберраций более низкого и высокого порядка для каждого глаза на всех участках. Если размер нерасширенного мезопического зрачка субъекта был больше 6,0 мм, измеренный с помощью Zywave, то для измерения волнового фронта не требовалось никакого расширяющего агента. При диаметре мезопического зрачка менее 6,0 мм применяли 2,5% фенилэфрин. Если диаметр расширенного зрачка все же не достигал величины более 6,0 мм, на глаз наносили 0,5% тропикамид.

Субъекты, носившие контактные линзы, должны были отказаться от газопроницаемых линз как минимум на 3 недели и мягких линз по крайней мере на 1 неделю до предоперационной оценки на обрабатываемом глазу.Эти субъекты также должны были иметь два показания центральной кератометрии и два показателя рефракции, сделанные с интервалом не менее 1 недели до операции. Значения рефракции не могли отличаться более чем на 0,50 диоптрии (D), как определено сферическим эквивалентом явной рефракции, а значения кератометрии не могли отличаться от предыдущих значений более чем на 0,50 D в любом меридиане для включения в исследование. Были собраны три отдельных измерения для обоих глаз испытуемого при фиксации на бесконечности с помощью Zywave. Среднее значение этих трех показаний использовалось в качестве меры каждого коэффициента Цернике при анализируемом диаметре 6,0 мм для каждого глаза.

Общий размер выборки составил 1124 глаза (1074 близоруких и 50 дальнозорких). Возраст населения колебался от 19 до 45 лет, средний возраст 31,8 года. показывает распределение сферических эквивалентных мощностей, включенных в этот анализ. Возраст и распределение аномалий рефракции (1) отражают типичную популяцию пациентов с факией, препрессбиопией, нуждающихся в коррекции рефракции для зрения вдаль.В это исследование не были включены субъекты, нуждающиеся в лечении монозрением, или субъекты, нуждающиеся в коррекции пресбиопии.

Сферическое эквивалентное распределение мощности для исследуемой популяции из 1124 глаз.

Сокращение: Д, диоптрий.

Таблица 1

Написательная статистика сферы, цилиндра и сферическая эквивалентная мощность для 1124 Eyes

Сфера Цилиндр Сферический эквивалент
означает ± SD -3. 71 ± 2.40 D -0,74 ± 0,64 D -4.08 ± 2.41 D
Range +6.00 до -10.00 D 0,00 до -4.00 D +5.13 до -10.81 D

Исследование проводилось в соответствии с принципами Хельсинкской декларации и было одобрено Юго-западным независимым наблюдательным советом в дополнение к требованиям, предъявляемым каждым испытательным полигоном. Каждый субъект подписал форму информированного согласия после получения подробного описания исследования.

Определение влияния сферической аберрации на качество изображения

Чтобы определить, какую пользу эта популяция глаз получит от коррекции сферической аберрации, модели глаз были созданы в коммерчески доступном программном обеспечении для оптического проектирования (Zemax™, Bellevue, WA, USA), чтобы соответствовать общие глазные аберрации каждого из 1124 глаз, приведенных выше. Эти модели использовались для теоретического прогнозирования качества изображения сетчатки без коррекции сферической аберрации и коррекции сферической аберрации -0,18 мкМ при диаметре зрачка 6,0 мм (чтобы компенсировать среднее значение +0,18 мкМ в этой популяции).

Прогнозируемый логарифм минимального угла разрешения (logMAR) остроты зрения был рассчитан с использованием новой метрики сопоставления с образцом, которая имитирует качество изображения сетчатки для каждой отдельной модели глаза. 11 Прогнозируемые значения остроты зрения по logMAR для 6.Диаметр зрачка 0 мм был определен для отсутствия коррекции сферической аберрации и коррекции сферической аберрации -0,18 мкм для каждой из 1124 компьютерных моделей глаза.

Результаты

Как упоминалось ранее, из всех терминов аберрации глаза более высокого порядка только сферическая аберрация имеет среднее значение совокупности, значительно отличающееся от нуля. Поэтому в центре внимания анализа было понимание взаимосвязи между сферической аберрацией Цернике, аметропией, возрастом, кривизной роговицы и качеством изображения. Взаимосвязь этих различных показателей была оценена статистически с помощью линейного регрессионного анализа с уровнем ошибки типа I P <0,05. показывает, что, хотя в этой популяции из 1124 глаз присутствует широкий диапазон значений сферической аберрации, 91% глаз демонстрировали положительную сферическую аберрацию со средней сферической аберрацией +0,18 мкМ при диаметре зрачка 6,0 мм.

Распределение сферических аберраций для исследуемой популяции из 1124 глаз (среднее = +0,18 мкм за 6.диаметр зрачка 0 мм).

Есть ли связь сферической аберрации с аметропией?

Предыдущие исследования монохроматических аберраций показали, что сферическая аберрация практически не зависит от степени аметропии. 12 , 13 Эти исследования охватывают диапазон рефракции от +5,0 дптр до -10,0 дптр, что сравнимо со значениями сферического эквивалента, представленными здесь. Исследование взаимосвязи между аметропией и общей сферической аберрацией глаза для всей популяции показано на рис. Линейный регрессионный анализ не показал корреляции ( r = 0,0207, P = 0,4874) между степенью аметропии и величиной сферической аберрации. Эта популяция состоит из субъектов, которые обычно ищут коррекцию рефракции для просмотра вдаль — людей с препрессбиопией. Следовательно, 95,5% субъектов в этом исследовании были близорукими. Чтобы выяснить, повлияло ли на корреляцию меньшее количество субъектов с дальнозоркостью, популяция была стратифицирована по рефракционной группе, затем был повторен линейный регрессионный анализ.Считалось, что у близоруких аномалия рефракции менее 0,0 дптр, тогда как у дальнозорких аномалия рефракции больше 0,0 дптр. Еще не было никакой корреляции между аметропией и сферической аберрацией у близоподъемных или гиперопных групп ( R м = 0,0529, P M = 0,0804 и R H = 0.1572, P H = 0,2754 соответственно). Количество индивидуальных вариаций сферической аберрации испытуемых не коррелировало со степенью их аметропии.

( A ) Сферическая аберрация в зависимости от сферической эквивалентной мощности ( r = 0,0207, P = 0,4874). ( B ) Сферическая аберрация против сферической эквивалентной мощности, стратифицированной в близоруковых и гипероклопных группах ( R м = 0,0529, P M = 0,0804 и R H = 0.1572, P H = 0,2754).

Сокращения: D, диоптрия; м , близорукий; ч , дальнозоркость.

Есть ли связь сферической аберрации с возрастом?

Давно установлено, что монохроматические аберрации меняются с возрастом. 14 16 Величина положительной сферической аберрации увеличивается с возрастом из-за изменений в хрусталике. Эта популяция охватила возрастной диапазон от 19 до 45 лет (типично для факичных, препрессбиопических пациентов, которым требуется рефракционная коррекция для зрения вдаль). Согласно предыдущей литературе, возрастные эффекты невелики в пределах этого ограниченного возрастного диапазона субъектов. 17 20 Связь между возрастом и сферической аберрацией глаза показана на . ANOVA показал статистически значимую и слабую положительную корреляцию ( r = 0,1962, P < 0,001) между возрастом и величиной сферической аберрации, измеренной в глазу; сферическая аберрация становилась более положительной с возрастом. Величина индивидуальной изменчивости в популяции и меньший возрастной диапазон определяют слабую корреляцию. Для этой популяции, хотя анализ показывает, что с возрастом у человека увеличивается положительная сферическая аберрация, возраст не обязательно предсказывает величину сферической аберрации в глазу.

Сферическая аберрация в зависимости от возраста ( r = 0,1962, P < 0,001).

Есть ли связь сферической аберрации со средней кривизной роговицы?

Во многих исследованиях рассматривалась корреляция между кривизной роговицы и ее ролью в сферической аберрации роговицы, но ни в одном из исследований кривизна роговицы не измерялась и не соотносилась с величиной общей сферической аберрации глаза. 16 , 17 , 21 , 22 показывает взаимосвязь между средней кривизной роговицы и общей сферической аберрацией глаза.Выявлена ​​статистически значимая и умеренно положительная корреляция ( r = 0,3611, P < 0,001) между крутизной кривизны роговицы и величиной сферической аберрации. Сферическая аберрация становилась более положительной с увеличением мощности передней поверхности роговицы (более крутой радиус кривизны роговицы).

Сферическая аберрация по сравнению со средней кривизной роговицы ( r = 0,3611, P < 0,001).

Сокращение: Д, диоптрий.

Улучшит ли компенсация сферической аберрации качество изображения?

При рассмотрении объединенной популяции из 1124 моделей глаз Zemax™ 54 ​​% популяции имели лучший прогнозируемый показатель logMAR, по крайней мере, половину строки с коррекцией сферической аберрации −0,18 мкМ. Из общей популяции 66% глаз лучше прогнозировали logMAR по крайней мере на одну букву с коррекцией сферической аберрации -0,18 мкМ по сравнению с отсутствием коррекции сферической аберрации. Для двух исправлений сферической аберрации 14% глаз имели эквивалентный предсказанный logMAR в пределах ± одной буквы, а остальные 20% показали улучшение на одну букву без коррекции сферической аберрации.Из 20 % глаз, у которых сферическая аберрация была лучше на одну букву без коррекции, 99 % имели измеренную сферическую аберрацию менее +0,18 мкм при диаметре зрачка 6,0 мм. Это означает, что величина остаточной сферической аберрации с учетом коррекции для этих объектов будет отрицательной. Распределение предсказанных значений остроты зрения по logMAR для каждого из двух тестовых условий показано на рис.

Распределение прогнозируемого logMAR для 1124 моделей глаз.

Сокращение: logMAR, логарифм минимального угла разрешения.

В целом, коррекция средней сферической аберрации +0,18 мкМ в этой популяции дает преимущество по сравнению с отсутствием какой-либо коррекции сферической аберрации, особенно в глазах с большей величиной положительной сферической аберрации. Это показано графически в распределениях популяции (2) на , при этом распределение коррекции -0,18 мкМ смещено в сторону лучшего, чем прогнозируемое качество изображения 20/20.

Обсуждение

Это исследование населения с большой выборкой поддерживает предыдущие отчеты с меньшими выборками в отношении тенденций, наблюдаемых со сферической аберрацией.Тем не менее, это исследование расширяет эти отношения с помощью выборки, которую можно разделить на аметропию, возраст и кривизну роговицы, чтобы более тщательно изучить влияние этих переменных на общую сферическую аберрацию глаза. Отсутствие корреляции между аметропией и сферической аберрацией глаза с тенденцией вместо умеренной положительной корреляции с крутизной кривизны роговицы показывает, что сферическая аберрация обусловлена ​​передним сегментом, в то время как глазная дефокусировка обусловлена ​​преимущественно осевой длиной.В молодых глазах аберрации роговицы компенсируются внутренними аберрациями хрусталика, что приводит к небольшому количеству полных аберраций в глазах. С возрастом общие аберрации также увеличиваются из-за потери компенсаторного механизма, основанного на изменениях передней части роговицы, а также хрусталика. 23 25 Этот вывод находит свое отражение в статистически значимой и слабой положительной корреляции, которая была обнаружена с увеличением возраста, даже с этим меньшим возрастным диапазоном населения (от 19 до 45 лет).

Результаты этого анализа показывают, что средняя сферическая аберрация в этой большой группе составляет +0,18 мкМ при диаметре зрачка 6,0 мм. Также было показано, что сферическая аберрация может оказывать существенное влияние на общее качество изображения оптической системы как по контрасту, так и по разрешению. Уменьшение величины сферической аберрации глаза может улучшить качество изображения объекта на расстоянии, особенно в условиях низкой освещенности, когда размер зрачка велик.

Исследования уже показали, что уменьшение сферической аберрации глаза с помощью интраокулярных линз или рефракционной хирургии приводит к улучшению остроты зрения и контрастной чувствительности по сравнению со сферической коррекцией, вызывающей положительную сферическую аберрацию. 26 28 Проведенная здесь оценка качества изображения с отдельными компьютерными моделями глаза сравнила снижение сферической аберрации на −0,18 мкм с отсутствием коррекции сферической аберрации.Теоретически разница между этими двумя способами коррекции должна быть меньше, чем если бы мы использовали линзы с положительной сферической аберрацией, но преимущество компенсации сферической аберрации все же можно было бы легко увидеть.

Чтобы дополнительно проиллюстрировать разницу в контрасте и разрешении между глазом без сферической аберрации и средним значением популяции +0,18 мкМ, пользовательская программа MATLAB (MathWorks, Натик, Массачусетс, США), которая сворачивает изображение ВВС США с рассчитанная функция разброса точек для входных аберраций Цернике по 6.Использовался диаметр зрачка 0 мм. Показано увеличение разрешения и контраста без сферической аберрации () по сравнению со сферической аберрацией +0,18 мкМ ().

Качество изображения со сферической аберрацией ( A ) +0,00 мкМ и ( B ) 0,18 мкМ, смоделированное с помощью специального программного обеспечения MATLAB (Mathworks, Натик, Массачусетс, США).

Таким образом, было показано, что сферическая аберрация не коррелирует со степенью аметропии, но коррелирует с возрастом, а также со средней кривизной роговицы.Кроме того, уменьшение количества сферических аберраций в этой популяции показало улучшение прогнозируемого качества изображения сетчатки по сравнению с отсутствием коррекции сферических аберраций. Как в области катаракты, так и в области рефракционной хирургии используется компенсация сферической аберрации, чтобы обеспечить пациентам лучшие визуальные результаты. Контактные линзы, предназначенные для коррекции общей сферической аберрации, присущей человеческому глазу, могут извлечь выгоду из значений, установленных с помощью этого более крупного анализа факичной популяции, и дать отрасли более точное значение для компенсации сферической аберрации глаза.

Сноски

Раскрытие информации

Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов в этой работе.

Ссылки

1. Porter J, Guirao A, Cox IG, Williams DR. Монохроматические аберрации человеческого глаза в большой популяции. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 2001; 18:1793–1803. [PubMed] [Google Scholar]2. Тибос Л.Н., Брэдли А., Хонг Х. Статистическая модель аберрационной структуры нормальных, хорошо скорректированных глаз. Офтальмологический физиол опт. 2002; 22: 427–433.[PubMed] [Google Scholar]3. Тибос Л.Н., Хонг Х., Брэдли А., Ченг Х. Статистическая вариация структуры аберраций и качества изображения в нормальной популяции здоровых глаз. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 2002;19:2329–2348. [PubMed] [Google Scholar]4. Каркит А., Луо Х.Д., Тонг Л., Пила С.М., Тан Д.Т. Рефракционная ошибка и монохроматические аберрации у сингапурских детей. Видение Рез. 2002; 42: 1809–1824. [PubMed] [Google Scholar]5. Леви Ю., Сегал О., Авни И., Садок Д. Глазные аберрации высшего порядка в глазах со сверхнормальным зрением.Am J Офтальмол. 2005; 139: 225–228. [PubMed] [Google Scholar]6. Ван Л., Кох Д. Глазные аберрации высшего порядка у людей, прошедших скрининг на рефракционную хирургию. J Катаракта рефракта Surg. 2003; 29: 1896–1903. [PubMed] [Google Scholar]7. Кастехон-Мочон Дж., Лопес-Гил Н., Бенито А., Артал П. Статистика аберраций волнового фронта глаза у нормальной молодой популяции. Видение Рез. 2002; 42:1611–1617. [PubMed] [Google Scholar]8. Нетто М.В., Амбросио Р., Шен Т., Уилсон С. Анализ волнового фронта у кандидатов на нормальную рефракционную хирургию.J преломление Surg. 2005; 21: 332–338. [PubMed] [Google Scholar]9. Вэй Р.Х., Лим Л., Чан В.К., Тан Д.Т. Глазные аберрации высшего порядка в глазах с близорукостью у населения Китая. J преломление Surg. 2006; 22: 695–702. [PubMed] [Google Scholar] 10. Лосось Т.О., Ван де Поль К. Коэффициенты Цернике для нормального глаза и среднеквадратичные ошибки волнового фронта. J Катаракта рефракта Surg. 2006; 32: 2064–2074. [PubMed] [Google Scholar] 11. Пинто С., Кингстон А., Венкитешвар М., Лудингтон П. Распознавание образов как показатель качества изображения сетчатки.Invest Ophthalmo Vis Sci. 2008;49:E-Abstract 995. [Google Scholar]12. Cheng X, Bradley A, Hong X, Thibos LN. Связь между аномалией рефракции и монохроматическими аберрациями глаза. Optom Vis Sci. 2003; 80: 43–49. [PubMed] [Google Scholar] 13. Легра Р., Шато Н., Чарман В.Н. Оценка едва заметных различий ошибок рефракции и сферической аберрации с помощью визуального моделирования. Optom Vis Sci. 2004; 81: 718–728. [PubMed] [Google Scholar] 14. Калвер Р.И., Кокс М.Дж., Эллиотт Д.Б. Влияние старения на монохроматические аберрации человеческого глаза.J Opt Soc Am A. 1999; 16:2069–2078. [PubMed] [Google Scholar] 15. Амано С., Амано Ю., Ямагами С. и др. Возрастные изменения роговицы и глазных аберраций волнового фронта более высокого порядка. Am J Офтальмол. 2004; 137:988–992. [PubMed] [Google Scholar] 16. Льоренте Л., Барберо С., Кано Д., Дорронсоро С., Маркос С. Близорукие и дальнозоркие глаза: осевая длина, форма роговицы и оптические аберрации. Дж. Вис. 2004; 4: 288–298. [PubMed] [Google Scholar] 17. Artal P, Berrio E, Guirao A, Piers P. Вклад роговицы и внутренних поверхностей в изменение глазных аберраций с возрастом. J Opt Soc Am A. 2002;19:137–143. [PubMed] [Google Scholar] 18. Маклеллан Дж., Маркос С., Бернс С. Возрастные изменения монохроматических волновых аберраций в человеческом глазу. Invest Ophthalmo Vis Sci. 2001;42:1390–1395. [PubMed] [Google Scholar] 19. Брюнетка I, Буэно Дж. М., Родитель М., Хамам Х., Симонет П. Монохроматические аберрации в зависимости от возраста, от детства до преклонного возраста. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2003; 44: 5438–5446. [PubMed] [Google Scholar] 20. Чжан Ф.Дж., Чжоу З., Ю. Ф.Л., Лу З.Л., Ли Т., Ван М.М. Сравнение возрастных изменений аберраций роговицы и глаза у пациентов с миопией молодого и среднего возраста.Int J Офтальмол. 2011; 4: 286–292. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]21. Филип К., Мартинес А., Хо А. и др. Тотальные глазные, передние роговичные и хрусталиковые аберрации высшего порядка в гиперметропических, миопических и эмметропических глазах. Видение Рез. 2012; 52:31–37. [PubMed] [Google Scholar] 22. Scholz K, Messner A, Eppig T, Bruenner H, Langenbucher A. Топографическая оценка передней кривизны и асферичности роговицы в зависимости от возраста, пола и рефракционного статуса. J Катаракта рефракта Surg. 2009; 35:1046–1054.[PubMed] [Google Scholar] 23. Атчисон Д.А., Марквелл Э.Л., Кастуриранган С., Поуп Дж.М., Смит Г., Суонн П.Г. Возрастные изменения оптических и биометрических характеристик эмметропических глаз. Дж. Вис. 2008; 8: 20–21. [PubMed] [Google Scholar] 24. Дуббельман М., Ван дер Хейде Г.Л. Форма стареющего человеческого хрусталика: кривизна, эквивалентный показатель преломления и парадокс хрусталика. Видение Рез. 2001; 41: 1867–1877. [PubMed] [Google Scholar] 25. Смит Г., Кокс М.Дж., Калвер Р., Гарнер Л.Ф. Сферическая аберрация хрусталика глаза человека.Видение Рез. 2001; 41: 235–243. [PubMed] [Google Scholar] 26. Holladay JT, Piers P, Koranyi G, van der Mooren M, Norrby S. Новая конструкция интраокулярной линзы для уменьшения сферической аберрации артифакичных глаз. J преломление Surg. 2002; 18: 683–692. [PubMed] [Google Scholar] 27. Швигерлинг Дж., Снайдер Р. Модели абляции роговицы для коррекции сферической аберрации при фоторефракционной кератэктомии. J Катаракта рефракта Surg. 2000; 26: 214–221. [PubMed] [Google Scholar] 28. Пирс П., Фернандес Э.Дж., Манзанера С., Норрби С., Артал П.Адаптивное оптическое моделирование интраокулярных линз с модифицированной сферической аберрацией. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2004; 45:4601–4610. [PubMed] [Google Scholar]

Какие существуют категории аберраций? | Узнать о микроскопе

Аберрации, снижающие эффективность формирования изображения, подразделяются на следующие категории.

Аберрации Зейделя = «Разброс точек изображения» + «Кривизна поля» + «Геометрическое искажение»

Указанные выше аберрации (1)–(3) означают «разброс точек изображения» в соответствии с требованием (i) для идеального изображения формирования, аберрация (4) означает «кривизну поля» в соответствии с требованием (ii), а (5) означает «геометрическое искажение» в соответствии с (iii). Кроме того, аберрации (6) и (7) означают «хроматическое размытие» изображения, возникающее в зависимости от характеристик материала стекла, используемого для оптической системы. Между тем, чтобы включить эффект дифракции света, «разброс точек изображения» также может называться «аберрацией волнового фронта», также принимая во внимание фазу света, принятого как «волна».


(1) Сферическая аберрация

Когда световые лучи, испускаемые точкой объекта на оси, направляются в линзу, лучи с более высокой числовой апертурой (N.А.) преломляются сильнее, пересекая оптическую ось от идеального положения формирования изображения. Аберрация из-за изменений позиций формирования изображения в зависимости от разницы в числовой апертуре (ЧА) световых лучей на оси известна как «сферическая аберрация». (Сферическая аберрация пропорциональна кубу числовой апертуры (ЧА).)

Известно, что объектив увеличивает разрешающую способность по мере увеличения числовой апертуры (ЧА), но это приводит к ухудшению сферической аберрации. Объективы Olympus обладают отличными оптическими характеристиками, несмотря на высокую числовую апертуру (ЧА) благодаря сложной конструкции и технологиям производства.


(2) Кома аберрации

Даже если сферическая аберрация скорректирована достаточно мало, световые лучи, испускаемые точками объекта вне оси, могут не сходиться в одной точке поля изображения, оставляя асимметричное размытие со шлейфом, как у кометы. Эта аберрация известна как «аберрация комы».


(3) Астигматическая аберрация

Объектив, для которого были исправлены сферическая и кома аберрации, может оказаться неспособным сводить точки объекта вне оси в точку, разделяя эти точки на сегментное изображение в концентрическом направлении и в радиальном направлении. Эта аберрация известна как «астигматическая аберрация». Объектив с любой астигматической аберрацией изменит ориентацию размытия точечного изображения на продольную или латеральную по отношению до или после фокальной точки.


(4) Аберрация кривизны поля

Поле изображения объекта на плоскости, перпендикулярной оптической оси, не всегда представляет собой плоскую поверхность, перпендикулярную оптической оси, а обычно изогнутую поверхность. Это явление называется «аберрацией кривизны поля». Если линза объектива имеет аберрацию кривизны поля, изображение будет отличаться по положению к периферии поля зрения. Поэтому, если центр изображения находится в фокусе, периферия изображения становится не в фокусе.Для получения четкого изображения вплоть до периферии требуется достаточно корректировать эту аберрацию.


(5) Аберрация искажения

Явление, при котором форма на плоскости объекта не становится похожей на форму на поле изображения, известно как «аберрация искажения». Объектив с любой аберрацией искажения деформирует квадратное изображение в форму бочонка или подушкообразную форму.

Оптические системы микроскопов имеют небольшую аберрацию искажения. Эта аберрация искажения может вызвать ошибку измерения в геометрическом измерении.


(6) Хроматическая аберрация

Стекло, используемое для оптической системы, имеет свойство различаться по показателю преломления в зависимости от длины волны света. Это вызывает разницу в фокусном расстоянии для каждой длины волны, что приводит к отклонению позиции формирования изображения. Это явление называется «хроматической аберрацией». В частности, осевое отклонение фокусного расстояния по оптической оси называется «аксиальной хроматической аберрацией» (также называемой боковой хроматической аберрацией), а отклонение в плоскости изображения называется «хроматической аберрацией увеличения» соответственно.Компания Olympus отлично корректирует хроматические аберрации, используя различные типы стекла. Хроматическая аберрация была устранена, в частности, в апохроматическом объективе (MPlanApro) в широком диапазоне от голубовато-фиолетового (g-луч: длина волны 435 нм) до красного (C-луч: длина волны 656 нм).


Связанная ссылка

> Верхняя часть страницы продукта

> Верхняя часть страницы цифрового микроскопа

> Верхняя часть страницы лазерного конфокального микроскопа 

> Линейка объективов UIS2

Полное руководство по сферическим аберрациям

Что такое сферическая аберрация и как она влияет на ваши фотографии?

Сферическая аберрация — довольно технический термин, который не часто используется и часто путают с аналогичными понятиями, такими как хроматическая аберрация.Однако весьма вероятно, что на ваши фотографии влияет сферическая аберрация, потому что большинство объективов на самом деле имеют сферические элементы.

Если вы заметили, что ваши изображения несколько размыты, особенно по краям кадра, возможно, у вас проблема со сферической аберрацией, и эта статья может вам помочь. Ниже вы узнаете, что такое сферическая аберрация и как она влияет на ваши фотографии. Вы также найдете несколько советов, как избежать или уменьшить проблему.

Давайте сразу приступим.

Что такое сферическая аберрация?

Каждый объектив камеры собирает световые лучи от вашей сцены, а затем заставляет их сходиться для формирования изображения.

Посмотрите на две диаграммы ниже. Оба показывают схождение света через элемент линзы, но в то время как верхняя диаграмма изображает идеальную линзу, нижняя диаграмма изображает сферическую аберрацию:

.

Как видите, лучи света сходятся в различных точках за линзой. В частности, свет, проходящий через края линзы, сходится раньше, чем свет, проходящий через центр линзы.

Обратите внимание, что эта оптическая проблема возникает со всеми сферическими объективами, поэтому, если объектив вашей камеры содержит сферические элементы, сферическая аберрация повлияет на ваши фотографии.

Как сферическая аберрация влияет на изображения?

Точка, в которой сходятся световые лучи, называется фокальной точкой , но при наличии сферической аберрации световые лучи, формирующие изображение, будут иметь разные фокусные точки.

Что это значит?

Изображение не будет одинаково резким от угла к углу.В то время как центр кадра может быть резким, световые лучи от краев сцены будут сходиться на более коротком расстоянии и создавать тонкий эффект размытия.

Если вы в основном снимаете объекты с фоном боке, сферическая аберрация может не быть серьезной проблемой, хотя она все же может вызывать ореол, снижать четкость изображения или создавать неравномерную хроматическую аберрацию.

С другой стороны, если вы делаете пейзажную фотографию или пытаетесь сделать плоский натюрморт, вам определенно нужно иметь дело с размытыми краями, вызванными сферической аберрацией, о которой я расскажу в следующем разделе:

Как избежать или уменьшить сферическую аберрацию

Как фотограф, вы можете минимизировать сферическую аберрацию на своих фотографиях несколькими способами.Давайте взглянем.

1. Инвестируйте в хорошие линзы

Материал, покрытие и качество стекла могут как увеличивать, так и уменьшать сферическую аберрацию. Вот почему высококачественные объективы обычно имеют ограниченную сферическую аберрацию (а также минимальные хроматические аберрации и дисторсию объектива).

Фактически, у большинства производителей камер есть линейка асферических линз, в которых используется асферическое стекло для предотвращения сферической аберрации. Поскольку элементы не имеют сферической формы, таким линзам требуется меньше стеклянных элементов для коррекции изображения, поэтому они меньше и легче, чем обычные линзы.

Линзы с градиентным показателем преломления

— это еще один вариант, который предотвращает сферическую аберрацию за счет использования другого показателя преломления, уменьшающегося к краям.

К сожалению, объективы, обеспечивающие более высокое качество изображения, также стоят дороже, а это означает, что они не всегда подходят, если у вас ограниченный бюджет.

2. Избегайте максимальной диафрагмы объектива

Когда вы закрываете диафрагму объектива, то есть апертуру, вы блокируете световые лучи от внешних краев сцены. В результате сферическая аберрация будет менее выражена.

Таким образом, если вы снимаете пейзаж, диафрагмирование до f/8 и выше позволяет заблокировать наиболее подверженные воздействию световые лучи и свести к минимуму сферическую аберрацию.

Конечно, сужение диафрагмы также увеличивает глубину резкости, и если ваша цель состоит в том, чтобы делать снимки с малой глубиной резкости, вам не нужно диафрагмировать объектив. К счастью, размытые края из-за сферической аберрации, вероятно, не будут большой проблемой; в конце концов, если вы не хотите держать все в фокусе, немного размытия — это неплохо, верно?

3.Держите объект подальше от краев кадра

Как я подчеркиваю в этой статье, сферическая аберрация снижает резкость по краям кадра, , а не в центре.

Так что, если ваш объектив подвержен сферической аберрации и вам нужен очень резкий объект, старайтесь держать основной объект или наиболее важные элементы подальше от краев. Это не означает, что вам нужно будет захватывать центральные композиции для всех ваших изображений — поможет просто небольшое перемещение объекта внутрь кадра.

Настройка композиции не предотвратит сферическую аберрацию, но предотвратит влияние аберрации на наиболее важные части изображения. Также стоит попробовать использовать выборочную фокусировку для размытия фона, поскольку сферическая аберрация станет естественной частью снимка, хотя это не всегда возможно в зависимости от вашего стиля и типа фотографии.

Как исправить или уменьшить сферическую аберрацию при постобработке

В отличие от других типов аберраций, таких как дисторсия, виньетирование и хроматическая аберрация, сферическую аберрацию нелегко исправить при постобработке.По-прежнему рекомендуется использовать коррекцию профильной линзы для улучшения качества изображений, но сферическая аберрация не уменьшится.

Вместо этого вы можете использовать следующие методы для устранения сферической аберрации:

1. Используйте выборочную резкость

Большинство программ для редактирования фотографий позволяют выполнять выборочную настройку. Просто примените маску к своей фотографии, а затем добавьте дополнительную резкость к краям кадра.

В зависимости от того, какую программу вы используете, вы можете сделать это с помощью кисти, радиального фильтра или масок слоя.

2. Обрезайте изображения

Я знаю, что это не идеальное решение, но поскольку сферическая аберрация влияет на края изображений, вы всегда можете обрезать кадр, чтобы устранить проблему. Подумайте о том, чтобы сделать композицию слишком широкой, когда вы делаете снимок. Таким образом, после обрезки вы получите желаемую композицию.

Имейте в виду, что вы будете терять пиксели, поэтому вы не сможете печатать в таком большом размере, как без кадрирования. Используйте этот метод только в том случае, если вы снимаете камерой с высоким разрешением, планируете отображать свое изображение только в цифровом виде или печатаете только в небольших форматах.

Руководство по сферической аберрации: заключительные слова

Как видите, сферическая аберрация — это то, с чем в какой-то момент сталкивалось большинство фотографов, хотя то, будет ли это проблемой для вашей фотографии, зависит от типа съемки, которую вы делаете.

Если сферическая аберрация является проблемой, вы можете использовать один из вышеперечисленных методов, чтобы уменьшить ее. К сожалению, единственный способ полностью избежать этого — использовать объективы с высокой ценой.

Теперь к вам:

Вас беспокоит сферическая аберрация? Если да, то как вы планируете уменьшить его на своих фотографиях? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже!

Влияние сферической аберрации на зрительные характеристики и состояние рефракции для стимулов и задач, типичных для ночного видения

Введение:

Сферическая аберрация (СА) является преобладающей аберрацией высшего порядка в глазах человека1,2, которая создает локальные ошибки рефракции, пропорциональные квадрату радиального расстояния от центра зрачка.3,4 В результате край зрачка может быть на 3 диоптрии (D) более близоруким, чем центр зрачка при диаметре зрачка 8 мм, что типично для наблюдения в ночное время.4 Включение этих более близоруких областей по мере расширения зрачка, тем не менее, оказывает незначительное влияние на субъективную рефракцию или не оказывает никакого измеримого влияния на субъективную рефракцию5–8, показывая, что субъективная рефракция определяется рефракционным состоянием центральной области зрачка9.

(с фиксированным размером зрачка и без аккомодации) давали лишь незначительные миопические сдвиги в субъективных аномалиях рефракции, а добавление отрицательного SA вызывало небольшие гиперметропические сдвиги.10,11 Однако величина этих сдвигов значительно варьировалась в зависимости от стимула и зрительной задачи, используемой в процедуре рефракции. Например, SA имеет наименьший эффект, когда наилучшая фокусировка определяется оптимизацией остроты букв или оптимизацией воспринимаемого качества объектов, в которых преобладают высокие пространственные частоты. частоты.7,11 Критерий восприятия, используемый для оптимизации фокуса, также важен.Влияние SA на ошибку рефракции больше, когда испытуемые оптимизировали воспринимаемый контраст букв, чем при оптимизации воспринимаемой резкости тех же букв. López-Gil et al.12 наблюдали миопический сдвиг в аномалиях рефракции глаз при смене стимула с буквенной таблицы на небольшой яркий точечный источник, наблюдаемый на темном фоне. Эти изменения частично были связаны с аккомодацией, но коррелировали с величиной СА в глазах разных испытуемых с R2 0,55.

Учитывая важность стимула, задачи и критерия для определения состояния рефракции в глазах со сферической аберрацией, мы задались вопросом, могут ли миопические сдвиги, о которых обычно сообщают звездочеты,13–15 быть частично связаны с наличием повышенной положительной сферической аберрации ( характеристика больших ночных зрачков) в сочетании с переходом от протяженных объектов с ограниченным контрастом, обычно встречающихся при дневном наблюдении, к точечным источникам света с очень высокой контрастностью, наблюдаемым на темном фоне, обычно встречающимся ночью? Мы рассмотрели этот вопрос с помощью адаптивной оптики, чтобы скорректировать собственные аберрации глаза и систематически вводить контролируемые количества Seidel SA (который не влияет на параксиальную фокусировку) при экспериментальном измерении состояния преломления точечных источников света, отображаемых в темном поле.Испытуемые оптимизировали фокусировку в четырех отдельных задачах: обнаружение одной яркой точки, разрешение двух ярких точек, максимизация воспринимаемой интенсивности ядра изображения яркой точки и минимизация общего воспринимаемого размера изображения яркой точки. . Последняя задача эквивалентна минимизации артефактов звездообразования вокруг точки света.16,17 Результаты этого исследования выявили систематическое влияние СА на состояние преломления, которое зависит от знака и величины аберрации, а также от задачи и используемого критерия. для оценки лучшего фокуса.Эти эффекты соответствовали предсказаниям, основанным на установленных объективных показателях качества изображения сетчатки для точечных источников света.

MethodsApparatus

Система адаптивной оптики (AO), созданная в Университете Мурсии, использовалась для коррекции сферической аномалии рефракции, астигматизма и аберраций более высокого порядка, а затем вызывала различное количество положительной и отрицательной SA Зейделя. Система АО состояла из датчика волнового фронта Шака-Хартмана с микролинзами 40×32 (HASO32, Imagine Eyes) и деформируемого зеркала (Mirao 52e, Imagine Eyes).Низкоинтенсивный (102,5 мкВт) ближний инфракрасный свет (830 нм) использовался для измерения аберраций глаза. Более подробная информация об оптической системе была опубликована в других источниках.18,19 Система АО корректирует и вызывает аберрации более высокого порядка с достаточной точностью: среднеквадратическая ошибка между целевым и измеренным волновыми фронтами, полученная с помощью нашей системы АО, обычно составляла около 0,15 мкм в диапазоне расширенный зрачок наблюдателя более 7 мм в диаметре. Коррекция была стабильной во времени. Испытуемые просматривали стимулы на микродисплее 800×600 (микродисплей SVGA+OLED, eMagin) через искусственный зрачок диаметром 7 мм, сопряженный с входным зрачком глаза.Эффективная яркость дисплея для пятен с полным контрастом определялась по поглощению и отражению от всей промежуточной оптики, в результате чего были получены тестовые стимулы с яркостью пятна около 1000 кдм-2 и фоновой яркостью

кдм-2. Каждое пятно состояло из 2×2 пикселей и простиралось на 0,54 угловых минуты в плоскости зрачка. Нелинейности микродисплея были гамма-корректированы перед экспериментом. Управляемая пользователем система Badal позволяла автоматически изменять вергенцию стимула с помощью компьютерной программы в задачах обнаружения и разрешения, а также субъектом в задачах рефракции наименьшего ядра и общего воспринимаемого размера.Рабочий диапазон системы Бадала превышал 10 дптр. Накусочная пластина использовалась, чтобы максимально ограничить движения головы и совместить глаз с оптической системой. Субъекты

Три субъекта в возрасте 29, 38 и 47 лет, сферическая аномалия рефракции 0,5 дптр, 0,25 дптр и -3,25 дптр, соответственно и менее 1D астигматизма, участвовавших в эксперименте. Тестируемые глаза имели ясную оптику и не имели глазных или систематических заболеваний. Для достижения длительного эффекта расширения зрачка (диаметр зрачка более 7 мм) и парализованной аккомодации, необходимой для этого исследования, были закапаны две капли 1% тропикамида с 5-минутным интервалом между каждой каплей.После коррекции астигматизма и аберраций более высокого порядка с помощью АО были получены субъективные рефракции для циклоплегированных глаз с помощью управляемой пользователем системы Бадала и небольших высококонтрастных букв Снеллена, представленных на микродисплее с разными размерами для каждого уровня индуцированной СА. Испытуемых просили отрегулировать вергенцию стимула для достижения наилучшего субъективного фокуса букв Снеллена. Каждый субъект повторил это задание пять раз для каждого уровня индуцированной СА и рассчитал среднее значение. Наилучшая субъективная фокусировка для состояния SA=0 была принята за эталонное значение нулевой дефокусировки для сообщения экспериментальных результатов.

Экспериментальные протоколы были одобрены институциональным наблюдательным советом Университета. Согласие было получено от всех испытуемых после описания цели и экспериментальных методов. Эксперимент придерживался принципов Хельсинкской декларации.

Экспериментальные процедуры

Каждый субъект выполнил четыре эксперимента для пяти различных уровней Зейделя SA (представленных в случайном порядке), индуцированных для искусственного зрачка диаметром 7 мм. Seidel SA обеспечивает нулевую преломляющую силу в центре зрачка, но для других точек зрачка преломляющая сила пропорциональна квадрату расстояния от центра зрачка. Таким образом, преломляющая сила S аберрации количественно выражается в единицах D мм-2, и эта мера не зависит от диаметра зрачка. Пять уровней Seidel SA: -0,36, -0,18, 0, 0,18 и 0,36 Dмм-2. Обоснование такой количественной оценки СА, возможно, лучше всего понять по аналогии с механикой. Точно так же, как местоположение движущегося объекта может быть пропорционально времени (т. е. постоянная скорость в мс-1) или квадрату времени (постоянное ускорение в мс-2), преломляющая сила или вергенция волнового фронта аберрированного глаза могут быть пропорциональны расстоянию. от центра зрачка (т.грамм. кома, в D мм-1), или к квадрату расстояния (например, SA, в D мм-2). Таким образом, мощность краевых лучей для 7-мм зрачка составляет 1,1 дптр для СА по Зейделю 0,18 дптр/мм2 и 2,2 дптр для СА по Зейделю 0,36 дпмм-2. Чтобы запрограммировать систему АО для зрачка радиусом r, предварительно определенные значения S были преобразованы в коэффициенты аберрации Цернике C40 (Цернике SA) и C20 (Цернике расфокусировка) таким образом20,21:

Оба коэффициента Цернике даны в микронах. Например, для диаметра зрачка 7 мм для получения S = 0,36 D мм-2 Seidel SA требуется C40 = 1 мкм и C20 = 3.87  мкм. Таким образом, пять уровней СА Зейделя соответствуют 0,±0,5 и ±1 мкм СА Цернике для 7-мм зрачка. Мы выбрали эти довольно экстремальные значения, чтобы показать четкий и измеримый эффект в функции рассеяния точки (PSF) на основе нашего предыдущего опыта. . На выполнение всех экспериментов ушло около 2 часов, перерывы делались по мере необходимости по просьбе испытуемого. Двое из испытуемых уже имели опыт подобных экспериментов, а третий субъект прошел несколько тренировочных занятий, пока не был уверен, что понял задачи, которые нужно выполнять в каждом эксперименте, и познакомился с психофизической парадигмой.Диаметр расширенных зрачков оставался больше 7 мм на протяжении всего эксперимента. Перед каждым испытанием вводилась полная коррекция аберраций и желаемый уровень SA с помощью системы АО. Мы не отслеживали манипуляции с волновым фронтом системы АО во время испытания, потому что свет диода, используемого для измерения аберраций, мешал психофизической задаче.

Эксперимент 1. Двухточечное разрешение

Задача испытуемых состояла в том, чтобы увеличить расстояние между двумя яркими световыми пятнами, каждое из которых равнялось 0.54 угловых минуты в диаметре, пока их не удалось разрешить. Две точки имели интенсивность около 1000 кдм-2 и изначально упирались друг в друга, т. е. расстояние между ними было равно нулю. Они были представлены на черном фоне ниже 0,5 кдм-2. Используя восходящие методы пределов, испытуемых проинструктировали увеличивать расстояние до тех пор, пока они не увидят четкое разделение между световыми пятнами. Минимальное угловое расстояние между центрами двух пятен определяется как двухточечное разрешение в угловых мин.22 Задача разрешения была выполнена для 13 вергенций, варьирующихся от -1,5 дптр до 1,5 дптр с шагом 0,25 дптр относительно наилучшего субъективного фокуса для буквенной диаграммы Снеллена для соответствующего количества SA и с пятнами, случайно разделенными по горизонтали, вертикали или диагонали, чтобы получить 4 сквозные кривые порогов дискриминации, по одной для каждого направления разделения. Свет в комнате выключали, а количество индуцированной СА и дефокусировки рандомизировали в каждом испытании.

Кривая сквозного фокуса с ее доверительной полосой 68% для разрешения была получена как среднее значение по четырем направлениям разделения и ±1 стандартная ошибка среднего (SEM).К средним пороговым значениям и SEM был применен метод сглаживания, надежный лёсс23 с параметром размаха 0,85. Этот метод неявно предполагает, что изменения порога и SEM являются непрерывными функциями вергенции стимула. Оптимальная рефракция была получена из сглаженных кривых сквозного фокуса после выбора интервала пороговых точек, которые считались в равной степени действительными кандидатами на оптимальную рефракцию. был выбран 68% доверительный интервал (+1 SEM) для наименьшего порога.Оптимальной рефракцией была медиана этого диапазона выбранных точек сходимости. Рис. 1 иллюстрирует процедуру получения оптимальной рефракции.

При использовании этого критерия оптимальной рефракции, если бы стандартная ошибка среднего была постоянной для всех вергенций кривой сквозного фокуса, максимальное расстояние между минимальным порогом и всеми другими выбранными пороговыми значениями составило бы 2 стандартная ошибка среднего, что соответствует доверительному интервалу Гаусса, равному 95%.

Эксперимент 2. Одиночное световое пятно

Одно пятно диаметром 0,54 угловой минуты было представлено на черном фоне ниже 0.5кдм−2. Первоначально световое пятно было настроено так, чтобы иметь ту же яркость, что и фон. Используя восходящие методы пределов, задача испытуемых состояла в том, чтобы увеличивать яркость пятна до тех пор, пока они не обнаружат его, что было определено как порог обнаружения в этом исследовании. Задача обнаружения была выполнена для 13 вергенций, варьирующихся от -1,5 дптр до 1,5 дптр с шагом 0,25 дптр относительно наилучшего субъективного фокуса для буквенной диаграммы Снеллена для соответствующего количества СА. Эксперимент повторяли 3 раза для каждой вергенции и каждого уровня СА.

Используя ту же процедуру анализа данных, описанную выше для задачи разрешения, мы получили оптимальные рефракции из средних кривых обнаружения через фокус (см. рис. 2).

Эксперимент 3. Наименьший керн

Используя субъективный вид светового пятна с радиусом 0,54 дуги в минуту и ​​интенсивностью 1000 кдм-2 на черном фоне с плотностью ниже 0,5 кдм-2, испытуемые были проинструктированы регулировать вергенцию стимула до тех пор, пока воспринимаемая интенсивность его ядро ​​было самым большим. Субъекты обычно сообщали о том, что наблюдают узор звездообразования, окружающий это маленькое яркое ядро.Эксперимент повторяли 3 раза для каждого уровня СА.

Эксперимент 4. Наименьший общий размер

В тех же экспериментальных условиях, что и в эксперименте 3, испытуемых просили регулировать вергенцию стимула до тех пор, пока общий воспринимаемый размер, включая излучающие звездообразные вспышки, не станет минимальным. Эксперимент повторяли 3 раза для каждого уровня СА.

Компьютерное моделирование

Кривые сквозного фокуса для показателя качества изображения, смещенного с высокой пространственной частотой, визуального коэффициента Штреля из монохроматической оптической передаточной функции (VSOTF)24 были рассчитаны для безаберрационной оптической модели, к которой был добавлен SA.Модель включала аподизацию зрачка, которая имитирует функцию взвешивания зрачка, наблюдаемую психофизически как эффект Стайлза-Кроуфорда.9 Прогнозы модели были включены также для коррекции рефракции, которая минимизирует среднеквадратичную (RMS) ошибку волнового фронта, фокусирует границы зрачка и минимизирует геометрическую ФРТ. size.9,25

Результаты и комментарии

Средние субъективные рефракции для всех четырех критериев ошибки рефракции представлены как функция индуцированной SA на рис. 3. Все рефракции относятся к безаберрационной сферической рефракции при просмотре высококонтрастных черных букв на белый фон высокой яркости.Для сравнения также показаны рефракция с минимальным среднеквадратичным значением (сплошная серая линия), маргинальная рефракция (серая пунктирная линия) и рефракция с оптимальным качеством изображения, полученная с помощью показателя VSOTF (серая пунктирная линия). По замыслу оптимальная параксиальная рефракция всегда равна нулю, независимо от количества индуцируемого Seidel SA.

Относительно параксиальной рефракции оптимальные рефракции варьировались в зависимости от SA со скоростью расфокусировки −1,6 дптр на Dmm−2 SA для наилучшей субъективной рефракции буквенной диаграммы Снеллена, −1.7D расфокусировки на Dmm-2 SA для задачи разрешения, -2,4D на Dmm-2 для задачи обнаружения, -2,0D на Dmm-2 для максимизации воспринимаемой интенсивности ядра яркой точки и -9,2D на Dmm- 2, чтобы свести к минимуму общий воспринимаемый размер, включая излучающие звездообразные вспышки. Минимальная среднеквадратичная рефракция, предсказанная оптической моделью, варьировалась примерно на -6,1 дптр на дмм-2 СА, а маргинальная рефракция вдвое больше при -12,2 дптр на дмм-2 СА. Рефракция VSOTF варьировалась примерно на -1,6 дптр на дмм-2 СА.

Субъективные рефракции для буквенной диаграммы Снеллена, максимальное разрешение по двум точкам и минимальная воспринимаемая интенсивность лучше всего прогнозировались с помощью показателя VSOTF.На преломления, которые оптимизировали точечное обнаружение, уровни SA влияли немного больше, но гораздо меньше, чем на преломления с минимальным среднеквадратичным значением. Рефракции, которые удаляли звездообразные вспышки путем субъективного минимизации общего размера PSF, составляли примерно три четверти тех, которые фокусировали края зрачка, как и предсказывалось геометрической оптикой. аномалии рефракции к аномалиям, вызванным отрицательным SA. Хотя рефракции, предсказанные VSOTF, в целом соответствовали субъективным рефракциям для букв Снеллена, максимизируя двухточечное разрешение и минимизируя воспринимаемую интенсивность, рефракции для субъекта 3 с отрицательной СА Зейделя были систематически более дальнозоркими, чем предполагалось.

Кривые сквозного фокуса для двухточечного разрешения (рис. 1) и одноточечного обнаружения (рис. 2) также показывают влияние SA на оптимальную производительность. На рис. 4 показано среднее разрешение и пороги обнаружения для трех субъектов, когда глаз оптимально сфокусирован для каждого уровня Seidel SA. В этом оптимально сфокусированном состоянии SA не оказывала последовательного влияния на двухточечное разрешение (пороговое разделение в среднем было близко к 6 угловым минутам для всех уровней SA Seidel).

Основное влияние СА на обнаружение заключалось в увеличении межсубъектной дисперсии.Средний порог обнаружения был близок к 80 cdm-2 для -0,18, 0 и +0,18Dmm-2 Seidel SA и примерно на 10% выше при 90cdm-2 для -0,36 и +0,36Dmm-2 Seidel SA.

Обсуждение

Ошибки волнового фронта, создаваемые окулярной СА, зависят от четвертой степени радиуса зрачка, и, следовательно, ошибки вергенции волнового фронта, связанные с избыточной диоптрийной силой, зависят от квадрата радиуса зрачка. 4,9 Давняя загадка заключается в том, что, несмотря на это квадратичное увеличение избыточной преломляющей силы, выставленной на краях зрачка за счет расширения зрачка, субъективная рефракция остается неизменной для фотопических стимулов по мере расширения зрачка.5–8 Классическая часть загадки заключается в том, что расширение зрачка в условиях скопического зрения вызывает значительные миопические сдвиги в субъективной рефракции. 6 Эти результаты скопического исследования выявили потенциальную роль положительной окулярной СА при ночной или сумеречной миопии, когда зрение поддерживается палочками фоторецепторов. Примечательно, что низкие средние уровни яркости — не единственная характеристика ночной среды, которая также изобилует небольшими яркими (фотопическими) точечными источниками света, такими как звезды, уличные фонари и автомобильные фары, на обычном скотопическом фоне.Эта особенность ночной обстановки также может играть роль в наблюдаемой ночной и сумеречной миопии. В недавнем исследовании12 наблюдалось близорукое изменение субъективной рефракции при переключении с буквенной диаграммы на небольшой яркий точечный источник на темном фоне. Эти классические исследования послужили основой для нашего исследования рефракционных сдвигов, связанных с ночным наблюдением, и относительной важности зрительной задачи, зрительной цели и глазных аберраций.

Настоящее исследование было разработано для систематической оценки того, всегда ли небольшие яркие пятна света будут приводить к миопическим сдвигам субъективной рефракции, или же такие сдвиги связаны с уровнями и признаками СА.Поскольку было показано, что влияние SA на субъективную рефракцию зависит от задачи и критерия,11,12 были выбраны четыре различных задачи и критерия для определения наилучшего субъективного фокуса для этих небольших и ярких точечных источников. Результаты показывают, что небольшие точечные источники будут генерировать миопические сдвиги в субъективной рефракции, но только при наличии положительной СА. Противоположный результат получается при отрицательной СА: рефракционные сдвиги в гиперметропическом направлении, эффект, который можно назвать ночной дальнозоркостью. Величина этих сдвигов в решающей степени зависит от задачи, поставленной перед субъектами. Поскольку в неаккомодированных глазах обычно наблюдается положительная СА, СА может быть фактором, способствующим миопическому сдвигу, наблюдаемому при просмотре небольших ярких огней в темноте,15 часто называемой ночной или сумеречной близорукостью.12,14,26,27 Интересно, что СА близок к нулю28 в большинстве глаз, когда они аккомодируются умеренно (примерно 2D), что обычно соответствует точке покоя в полной темноте.29,30 В этих условиях ночью может наблюдаться кажущаяся, но ложная близорукость из-за аккомодации.31

Наблюдаемое здесь отсутствие влияния СА на остроту зрения (см. пороги разрешения на левой панели рис. 4) согласуется с предыдущими наблюдениями.32 Отсутствие влияния СА на порог обнаружения при ±0,18 Дмм-2 СА и увеличение на ±0,36 дптр можно объяснить относительным размером PSF и зоны Рикко. Изменения порога можно было бы ожидать только для значений SA, достаточно больших для распространения света за пределы области Рикко.

Предыдущее исследование11 показало, что положительный SA всегда был связан с миопическими сдвигами со средними значениями наклона -2.0 D на Dmm-2 Seidel SA, которые аналогичны значениям, указанным в текущем исследовании с буквенной диаграммой Snellen (-1,6 D на Dmm-2) и двухточечным разрешением (-1,7 D на Dmm-2) и задачи обнаружения пятна (-2,4 дптр на дмм-2), а также субъективный критерий максимизации яркости ядра (-2,0 дптр на дмм-2). Это совпадение указывает на то, что рефракционные сдвиги, полученные для световых пятен, во многом такие же, как для буквенных диаграмм и других стимулов, типичных для фотопической среды, при условии, что психофизические задачи для оценки наилучшего фокуса аналогичны.Этот вывод был подтвержден экспериментальным исследованием в лаборатории Школы оптометрии Университета Индианы, в котором сравнивалось влияние контролируемых уровней положительной СА, манипулируемых размещением фазовых пластин на зрительном пути21, на субъективную рефракцию для небольших точечных источников света и буквенных диаграмм на одни и те же предметы. Не было никакой разницы во влиянии SA на субъективную рефракцию для остроты букв, двухточечного разрешения, обнаружения точки и максимизации воспринимаемой интенсивности ядра яркой точки, все из которых варьировались в соответствии с метрикой VSOTF (на — 1.4 до -2,0D на Dmm-2 Seidel SA). Эти сравнения показывают, что в высококонтрастных точечных источниках нет ничего, что вызывало бы особенно большие миопические сдвиги (не большие, чем на фотопических буквенных диаграммах).

Однако есть одна особенность изображений сетчатки, генерируемых высококонтрастными точечными источниками (контраст >2000 в данном исследовании), которая уникальна. Хвосты PSF имеют низкую интенсивность и обычно остаются незаметными на ярком фоне, но в ночное время очень контрастные точечные источники генерируют хорошо заметные звездообразные вспышки вокруг небольших огней.16,17,33 Эти звездообразные вспышки увеличивают общий воспринимаемый размер светового пятна, что, по-видимому, является причиной довольно больших значений двухточечного разрешения, представленных на рис. 4. Более того, когда субъективный критерий наилучшего фокуса основан на минимизируя размер, уровни SA могут иметь большое влияние на субъективную рефракцию, как показано на рис. 3, с наклоном, приближающимся к 5-кратному наклону, наблюдаемому для других критериев рефракции. Например, при 0,36Dмм-2 положительной СА Зейделя (рис. 3) преломления были более 3.25D более близорукие, чем базовые ошибки параксиальной рефракции.

Наши результаты показывают, что если астрономы и другие наблюдатели за звездами сфокусируют оптические средства (например, телескопы или очковые линзы) для удаления звездных вспышек, и если их глаза будут иметь типичные уровни окулярной положительной СА и типичные ночные зрачки, то они будут наблюдать значительный миопический сдвиг по сравнению с к их дневным аномалиям рефракции.13,15,34 Например, без какой-либо аккомодации у субъекта с 0,16 Dmm-2 Зейделя SA и 7-миллиметровым зрачком будет наблюдаться ночной сдвиг оптимальной рефракции -1.5D, если вы пытаетесь свести к минимуму вспышки вокруг источников света. Миопический сдвиг на -1,5 дптр при фокусировке точечных источников на периферии 6-мм зрачка также наблюдался Арнульфом и соавторами. измерение неаккомодационных глаз, что могло бы объяснить наблюдения значительных аккомодационных отведений37, о которых сообщалось в этой литературе.

Представленные здесь данные усложняют интерпретацию миопических сдвигов в рефракционном состоянии при низких уровнях освещенности.Хотя непроизвольная аккомодация играет значительную роль в наблюдаемых миопических сдвигах, наблюдаемых при скотопическом уровне освещенности,31,38–40, даже без аккомодации типичные уровни окулярно-позитивной СА, наблюдаемые с большими ночными зрачками, могут вызвать значительную близорукость, если задача состоит в том, чтобы удалить звездообразные вспышки вокруг высококонтрастная световая точка. Эти данные подчеркивают, что положительная СА и расширение зрачка в ночное время могут усиливать влияние аккомодации на ночную и сумеречную миопию, а величина эффекта СА будет зависеть от стимула и субъективного критерия, достигая наибольшего значения, когда испытуемые пытаются убрать какие-либо видимые предметы. звездообразование.Следовательно, если офтальмологическая промышленность должна разработать методы лечения вождения в ночное время, которые корректируют близорукие сдвиги в сферической аномалии рефракции41–43, коррекция, которая оптимизирует остроту зрения в ночное время, не устранит звездообразования, и наоборот.17 Таким образом, добавление большей или меньшей отрицательной мощности к привычная рефракция пациента будет далеко не идеальной, тогда как коррекция их SA должна быть более эффективной стратегией.

Конфликт интересов

У авторов нет конфликта интересов и прав собственности на любой из материалов, упомянутых в этой статье

Понимание хроматической и сферической аберрации объективов

Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация часто описывается как неспособность объектива камеры проецировать все длины волн света, отраженного от объекта, в одну и ту же фокальную плоскость (продольная хроматическая аберрация).Это также известно как дисперсия. Обычно это происходит чаще с более дешевыми качественными объективами (более заметно и часто), но это также явление, которое может повлиять на большинство широкоугольных объективов при съемке изображений с самой широкой диафрагмой. Даже самые современные объективы Canon серии L также подвержены этому. Другой тип хроматической аберрации известен как поперечная хроматическая аберрация, которая возникает из-за того, что различные длины волн света увеличиваются по-разному через элементы линзы.И продольная, и поперечная хроматические аберрации могут возникать одновременно и влиять на цвета изображения. Хроматическая аберрация часто также упоминается как цветовая окантовка. По краям кадра или в местах перехода светлых и темных оттенков заметно заметно перекрытие цветов (или окантовка). Чтобы решить эту проблему, связанную с тем, что свет с разной длиной волны попадает на фокальную плоскость в разных точках, используется набор ахроматических очков. Они имеют разные показатели преломления и могут преломлять световые волны, представляющие разные цвета, под разными углами и, таким образом, проецировать их все на одну и ту же фокальную плоскость.

Хроматическая аберрация также может быть скорректирована с помощью линз, изготовленных из материалов с низкой дисперсией. Объективы Canon на основе элементов UD (сверхнизкой дисперсии) известны своим качеством четкого изображения. Флюорит — это материал, который широко используется в объективах более высокого класса от крупных производителей. Известно, что флюорит имеет меньшую дисперсию по сравнению со стандартными стеклянными элементами в линзах. Таким образом, флюорит может в значительной степени решить проблему дисперсии или хроматической аберрации в камерах.Еще в 1960 году, когда Canon впервые открыла, как успешно создавать кристаллы флюорита, это был своего рода прорыв, который привел к формированию линз даже при широкой диафрагме. Сегодня Canon использует комбинацию флюоритовых элементов, стекла UD и стекла Super UD для уменьшения хроматических аберраций в своих высококачественных объективах серии L.

Сферическая аберрация

Сравнительно сферическая аберрация — это способность элементов объектива отклонять свет, падающий на его края, сильнее, чем свет, падающий на него, по направлению к горизонтальной оси. Таким образом, сферические аберрации возникают, когда параллельные лучи света, падающие на линзу, не сходятся в одной и той же фокальной плоскости. Эффект может быть идентифицирован с менее чем резким качеством изображения. Это особенно влияет на светосильные объективы при съемке с максимально широким углом.

Как правило, объективы более дешевой конструкции страдают от эффектов сферических аберраций больше, чем объективы более качественной конструкции. Таким образом, более дешевые объективы могут быть очень сложными в использовании и временами позволяют получать четкие изображения профессионального качества.Чтобы решить проблему сферической аберрации, производители объективов используют в своих объективах асферические элементы. Эти элементы изогнуты с одной стороны линзы (внутри), что приводит к фокусировке всего преломленного света в одной фокальной плоскости и, таким образом, создает четкое изображение.

Узнайте о сферической аберрации в объективе

Коррекция сферических аберраций в объективе — сложная задача. Как правило, он основан на расстоянии объектива от оптической оси.Выпуклая и вогнутая линзы используются для формирования правильной комбинации. Но всякий раз, когда используется сферическая линза, в определенной степени будет существовать некоторая сферическая аберрация, которую нельзя полностью устранить.

• Установка стопора: Если остановить либо краевые лучи, либо параксиальные лучи, то остальные лучи будут сфокусированы в одной и той же точке, чтобы можно было получить четкое изображение. Например, в фотоаппаратах краевые лучи останавливаются путем размещения перед объективом круглого отверстия.

• С помощью плосковыпуклой линзы: плосковыпуклая линза создает более резкую точку фокусировки, когда падающий луч проходит через ее выпуклую сторону.2} — {\rm{n}} — 4} \right)/{\rm{n}}(1 + 2{\rm{n}})][R1​/R2​=(2n2−n−4 )/n(1+2n)]

Где R1{R_1}R1​ и R2{R_2}R2​ — радиус кривизны двух поверхностей и показатель преломления материала. Если


n = 1,5, тогда R1 / R2 = −1/6 {{\ rm {n}} = 1,5 \ quad {\ rm { then }} \ quad {{\ rm {R}}_1}/{{\ rm {R}}_2} = — 1/6}n=1,5тогда R1​/R2​=-1/6
n=1,66  тогда R1/R2=-1/65{{\rm{n}} = 1,66{\rm { }}\;{\rm{тогда}}\quad {{\rm{R}}_1}/{{\rm{R}}_2} = — 1/65}n=1,66thenR1​/R2​= −1/65


Линзы, имеющие радиус кривизны в этом отношении, называются «скрещенными линзами».• При использовании определенной комбинации двух плосковыпуклых линз: если расстояние между двумя плосковыпуклыми линзами равно разнице между их фокусными расстояниями и лучами, падающими на линзу с большим фокусным расстоянием, то сферическая аберрация практически устраняется в это сочетание. Если f1f_1f1​ и f2f_2f2​ являются фокусными расстояниями, условие минимальной аберрации-

d=f1−f2d = {f_1} — {f_2}d=f1​−f2​

• Используя комбинацию выпуклой и вогнутой линзы, можно также свести к минимуму эту аберрацию.

• С использованием несферической линзы: может потребоваться использование специальной несферической линзы.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.