Astigmatizm (optik sistemler)

Astigmatizm (veya Astigmatizma) ile bir optik sistemde, iki dik düzlemde yayılan ışınların farklı odaklara sahip olduğu bir sistem sorunudur. Bir çarpı görüntüsünü oluşturmak için astigmatizma ile optik bir sistem kullanılırsa, dikey ve yatay çizgiler iki farklı mesafede keskin odakta olacaktır. Terim, "yok" anlamına gelen Yunanca α- (a- ) ve στίγμα ( stigma), ("bir işaret, nokta, delinme" anlamına gelen") birleşiminden oluşmuştur.

Astigmatizmanın iki farklı formu vardır. Birincisi, optik eksenden uzaktaki nesneler (veya nesnelerin parçaları) için meydana gelen üçüncü dereceden bir sapmadır . Bu sapma biçimi, optik sistem mükemmel şekilde simetrik olduğunda bile meydana gelir. Bu genellikle "tek renkli sapma" olarak adlandırılır, çünkü tek bir dalga boyundaki ışık için bile meydana gelir. Ancak bu terminoloji yanıltıcı olabilir, çünkü bir optik sistemdeki sapma miktarı dalga boyu ile güçlü bir şekilde değişebilir.

Astigmatizmanın ikinci şekli, optik sistem optik eksene göre simetrik olmadığında ortaya çıkar. Bu, tasarımdan (silindirik lens durumunda olduğu gibi) veya bileşenlerin yüzeylerindeki üretim hatasından veya bileşenlerin yanlış hizalanmasından kaynaklanabilir. Bu durumda, eksen üzerindeki nesne noktalarından gelen ışınlar için bile astigmatizma gözlenir. Astigmatizmanın bu formu görme bilimi ve göz bakımında son derece önemlidir, çünkü insan gözü bu sapmayı genellikle kornea veya lens şeklindeki kusurlardan dolayı sergiler.

Astigmatizmanın bu formunun analizinde, nesne üzerindeki belirli bir noktadan gelen ve iki belirli düzlemde yayılan ışınları dikkate almak en yaygın olanıdır. İlk düzlem teğet düzlemdir . Bu, hem incelenen nesne noktasını hem de simetri eksenini içeren düzlemdir. Bu düzlemde yayılan ışınlara teğet ışınlar denir. Optik ekseni içeren düzlemler meridyen düzlemleridir. Yalnızca dikey ("y ") düzlemde nesne noktalarını seçerek radyal simetrik optik sistemlerdeki sorunları basitleştirmek yaygındır. Bu alan bazen meridyonel düzlemi diye anılır.

Analizde kullanılan ikinci düzlem sagital düzlemdir . Bu, göz önünde bulundurulan nesne noktasını içeren ve optik sistemin giriş göz bebeğinde optik ekseni kesen teğetsel düzleme dik düzlem olarak tanımlanır. Bu düzlem baş ışını içerir, ancak optik ekseni içermez. Bu nedenle eğik bir düzlemdir, başka bir deyişle meridyen düzlemi değildir. Bu düzlemde yayılan ışınlara sagital ışınlar denir.

Üçüncü derece astigmatizmada sagital ve enine ışınlar optik eksen boyunca farklı mesafelerde odaklar oluşturur. Bu odaklara sırasıyla sagital odak ve enine odak denir. Astigmatizma varlığında, nesne üzerindeki eksen dışı bir nokta optik sistem tarafından keskin bir şekilde görüntülenmez. Bunun yerine sagital ve enine odaklarda keskin çizgiler oluşur. Enine odaktaki görüntü, sagital düzlem yönünde yönlendirilmiş kısa bir çizgidir; optik eksende ortalanmış dairelerin veya bu dairelere teğet olan çizgilerin görüntüleri bu düzlemde keskin olacaktır. Sagital odaktaki görüntü, teğet yönde yönlendirilmiş kısa bir çizgidir; merkezden yayılan tellerin görüntüleri bu odakta keskindir. Bu iki odak arasında yuvarlak ama "bulanık" bir görüntü oluşur. Buna medial odak veya en az karışıklık çemberi denir. Bu düzlem genellikle astigmatizma olan bir sistemde en iyi uzlaşılmış görüntü konumunu temsil eder.

Astigmattan kaynaklanan sapma miktarı, nesneden gelen ışınlar ile sistemin optik ekseni arasındaki açının karesi ile orantılıdır. Dikkatle, astigmatizmi azaltmak veya ortadan kaldırmak için bir optik sistem tasarlanabilir. Bu tür sistemlere anastigmat denir.

Optik sistem, optik yüzeylerin şeklindeki bir hata veya bileşenlerin yanlış hizalanması nedeniyle eksenel simetrik değilse, eksen üzerindeki nesne noktalarında bile astigmatizma oluşabilir. Bu etki genellikle karmaşık optik sistemlerde, özellikle belirli teleskop türlerinde bilinçli olarak kullanılır. Bazı teleskoplar, bu fenomenin üstesinden gelmek için kasıtlı olarak küresel olmayan optikler kullanır.

Bu sistemlerin analizinde, teğetsel ışınları (yukarıda tanımlandığı gibi) ve teğetsel düzleme dik bir meridyen düzlemindeki (optik ekseni içeren bir düzlem) ışınları dikkate almak yaygındır. Bu düzlem ya sagital meridyen düzlemi ya da kafa karıştırıcı bir şekilde sadece sagital düzlem olarak adlandırılır .

Optometri ve oftalmolojide dikey ve yatay düzlemler sırasıyla teğet ve sagital meridyenler olarak tanımlanır. Oftalmik astigmatizma, farklı meridyenlerde kırılma derecesi farkı olan gözün bir kırılma hatasıdır. Tipik olarak, bir meridyendeki kornea profili eğiminin ve kırılma gücünün dikey ekseninkinden daha az olduğu, asferik, şekilsiz bir dönüş korneası ile karakterize edilir.

Astigmat, ince ayrıntıları görmede zorluklara neden olur. Astigmatizma genellikle farklı düzlemlerde farklı eğrilik yarıçaplarına sahip bir lense sahip gözlüklerle (silindirik bir lens), kontakt lenslerle veya refraktif cerrahi ile düzeltilebilir.

Astigmat oldukça yaygındır. Araştırmalar, yaklaşık üç kişiden birinin bundan muzdarip olduğunu göstermiştir. Astigmatizma prevalansı yaşla birlikte artar. Bir kişi hafif astigmatizmi fark etmese de, daha yüksek miktarlarda astigmatizma bulanık görme, şaşılık, astenopi, yorgunluk veya baş ağrısına neden olabilir.

Astigmatizma varlığını belirlemek ve astigmatizma miktarını ve eksenini ölçmek için göz muayeneleri sırasında göz doktorları ve optometristler tarafından kullanılan bir dizi test vardır. Bir Snellen çizelgesi veya başka bir göz çizelgesi başlangıçta azalmış görme keskinliğini ortaya çıkarabilir. Korneanın ön yüzeyindeki en dik ve en düz meridyenlerin eğriliğini ölçmek için bir keratometre kullanılabilir. Kornea şeklinin daha doğru bir temsilini elde etmek için kornea topografisi de kullanılabilir. Bir otorefraktör veya retinoskopi, gözün kırma hatasının objektif bir tahminini sağlayabilir ve bir foropterde Jackson çapraz silindirlerinin kullanımı, bu ölçümleri subjektif olarak rafine etmek için kullanılabilir. Foropter ile alternatif bir teknik, astigmatik ekseni ve gücü belirlemek için bir "saat kadranı" veya "güneş ışığı" grafiğinin kullanılmasını gerektirir.

Astigmat gözlük, kontakt lens veya refraktif cerrahi ile düzeltilebilir. Göz sağlığı, kırılma durumu ve yaşam tarzını içeren çeşitli düşünceler sıklıkla bir seçeneğin diğerinden daha iyi olup olmayacağını belirler. Keratokonus hastalarında torik kontakt lensler genellikle hastaların gözlükten daha iyi görme keskinliği elde etmelerini sağlar. Astigmatizma, göz küresinin bir şalazyona bağlı deformasyonu gibi bir sorundan kaynaklanıyorsa, altta yatan nedenin tedavi edilmesi astigmatı çözecektir.

Hassas optik parçaların elle veya makineyle taşlanması ve parlatılması, tipik olarak, önemli ölçüde aşağı doğru basınç kullanır ve bu da, parlatma vuruşları sırasında parçaları yerel olarak esnetmek ve deforme etmek için birleşebilen önemli sürtünme yan basınçları oluşturur. Bu bozulmalar genellikle devrim şekli simetrisine sahip değildir ve bu nedenle astigmattır ve bozulmaya neden olan sorunlar düzeltilmezse, yavaş yavaş yüzeye kalıcı olarak parlatılır. Astigmatlı, çarpık yüzeyler, optik sistem performansında potansiyel olarak ciddi bozulmalara neden olur.

Parçanın en boy oranı (çap-kalınlık oranı) ile birlikte taşlama veya cilalama nedeniyle yüzey bozulması artar. İlk olarak, kalınlığın küpü arttıkça camın mukavemeti artar. 4:1 ila 6:1 en boy oranlarındaki kalın lensler, optik pencereler gibi 15:1 veya daha yüksek en boy oranlarına sahip olabilen yüksek en boy oranlı parçalardan çok daha az esneyecektir. Yüzey veya dalga cephesi hata hassasiyeti gereksinimleri ve parça en-boy oranı kombinasyonu, özellikle cilalama sırasında daha yüksek aşağı basınçlar ve yan kuvvetler sırasında gerekli olan arka destek homojenliği derecesini sağlar. Optik çalışma tipik olarak, parçanın taşlama/parlatma işlemi sırasında esnememesi koşuluyla, devrim figürü yüzeylerinin korunmasına büyük ölçüde yardımcı olan bir rastgelelik derecesi içerir.

Kompakt disk oynatıcılar, odaklama için astigmat lens kullanır. Bir eksen diğerinden daha fazla odakta olduğunda, disk üzerindeki nokta benzeri özellikler oval şekillere yansır. Ovalin yönü, hangi eksenin daha fazla odakta olduğunu ve dolayısıyla merceğin hangi yöne hareket etmesi gerektiğini gösterir. Yalnızca dört sensörden oluşan kare bir düzenleme bu önyargıyı gözlemleyebilir ve disk yüzeyindeki dikdörtgen çukurlar veya diğer özellikler tarafından aldanmadan okuma merceğini en iyi odak noktasına getirmek için kullanabilir.

Bir tür optik süper çözünürlüklü mikroskopi olan 3D PALM/STORM'de, kırınımla sınırlı bir ışık kaynağının Z konumunun ölçülmesine izin veren astigmatizma oluşturmak için görüntüleme sistemine silindirik bir lens yerleştirilebilir.