Astigmatismo (sistemas ópticos)
Un sistema óptico con astigmatismo es aquel en el que los rayos que se propagan en dos planos perpendiculares tienen focos diferentes. Si se utiliza un sistema óptico con astigmatismo para formar la imagen de una cruz, las líneas verticales y horizontales estarán nítidas a dos distancias diferentes. El término proviene del griego α- (a-) que significa "sin" y στίγμα (estigma), "una marca, mancha, pinchazo".
Formas de astigmatismo
Hay dos formas distintas de astigmatismo. La primera es una aberración de tercera orden, que se produce para objetos (o partes de objetos) lejos del eje óptico. Esta forma de aberración ocurre incluso cuando el sistema óptico es perfectamente simétrico. Esto se conoce a menudo como una "aberración monocromática", porque ocurre incluso para la luz de una sola longitud de onda. Esta terminología puede ser engañosa, sin embargo, como Monto de aberración puede variar fuertemente con longitud de onda en un sistema óptico.
La segunda forma de astigmatismo ocurre cuando el sistema óptico no es simétrico con respecto al eje óptico. Esto puede ser por diseño (como en el caso de una lente cilíndrica) o debido a un error de fabricación en las superficies de los componentes o a una desalineación de los componentes. En este caso, el astigmatismo se observa incluso para rayos procedentes de puntos de objetos situados en el eje. Esta forma de astigmatismo es extremadamente importante en la ciencia de la visión y el cuidado de los ojos, ya que el ojo humano a menudo presenta esta aberración debido a imperfecciones en la forma de la córnea o el cristalino.
Astigmatismo de tercer orden
En el análisis de esta forma de astigmatismo, es más común considerar los rayos desde un punto dado sobre el objeto, que se propagan en dos planos particulares. El primer avión es el plano tangencial. Este es el plano que incluye tanto el punto objeto bajo consideración como el eje de la simetría. Rayos que se propagan en este avión se llaman rayos tangenciales. Los planos que incluyen el eje óptico son meridional aviones. Es común simplificar los problemas en los sistemas ópticos radialmente simétricos eligiendo puntos de objeto en la vertical ("Sí.") avión sólo. Este avión se conoce a veces como el avión meridional.
El segundo plano utilizado en el análisis es el avión sagittal. Esto se define como el plano, ortogonal al plano tangencial, que contiene el punto objeto que se considera e intersecte el eje óptico en el pupilo de entrada del sistema óptico. Este avión contiene el rayo principal, pero no contiene el eje óptico. Por lo tanto, es Skew avión, en otras palabras no un plano meridional. Los rayos que se propagan en este avión se llaman rayos sagittal.
En el astigmatismo de tercer orden, los rayos sagital y transversal forman focos a diferentes distancias a lo largo del eje óptico. Estos focos se denominan foco sagital y foco transversal, respectivamente. En presencia de astigmatismo, el sistema óptico no capta con nitidez un punto fuera del eje del objeto. En cambio, se forman líneas nítidas en los focos sagital y transversal. La imagen en el foco transversal es una línea corta, orientada en dirección al plano sagital; Las imágenes de círculos centrados en el eje óptico, o líneas tangenciales a dichos círculos, serán nítidas en este plano. La imagen en el foco sagital es una línea corta, orientada en dirección tangencial; Las imágenes de los radios que irradian desde el centro son nítidas en este enfoque. Entre estos dos focos, un círculo redondo pero "borroso" se forma la imagen. Esto se llama enfoque medio o círculo de menor confusión. Este plano suele representar la mejor ubicación de imagen de compromiso en un sistema con astigmatismo.
La cantidad de aberración debida al astigmatismo es proporcional al cuadrado del ángulo entre los rayos del objeto y el eje óptico del sistema. Con cuidado, se puede diseñar un sistema óptico para reducir o eliminar el astigmatismo. Estos sistemas se denominan anastigmats.
Astigmatismo en sistemas que no son simétricos rotacionalmente
Si un sistema óptico no tiene simetría axial, ya sea debido a un error en la forma de las superficies ópticas o debido a una desalineación de los componentes, el astigmatismo puede ocurrir incluso para puntos de objetos en el eje. Este efecto se utiliza a menudo deliberadamente en sistemas ópticos complejos, especialmente en ciertos tipos de telescopios. Algunos telescopios utilizan deliberadamente ópticas no esféricas para superar este fenómeno.
En el análisis de estos sistemas, es común considerar rayos tangenciales (como se define anteriormente) y rayos en un plano meridional (un plano que contiene el eje óptico) perpendicular al plano tangencial. Este plano se llama plano meridional sagital o, de manera confusa, simplemente plano sagital.
Astigmatismo oftálmico
En optometría y oftalmología, los planos vertical y horizontal se identifican como meridianos tangenciales y sagital, respectivamente. El astigmatismo oftálmico es un error de refracción del ojo en el que hay una diferencia en el grado de refracción en diferentes meridianos. Por lo general, se caracteriza por una córnea asférica, sin figura de revolución, en la que la pendiente del perfil corneal y el poder refractivo en un meridiano es menor que el del eje perpendicular.
El astigmatismo provoca dificultades para ver los detalles finos. El astigmatismo a menudo se puede corregir con gafas con lentes que tienen diferentes radios de curvatura en diferentes planos (una lente cilíndrica), lentes de contacto o cirugía refractiva.
El astigmatismo es bastante común. Los estudios han demostrado que aproximadamente una de cada tres personas la padece. La prevalencia del astigmatismo aumenta con la edad. Aunque es posible que una persona no note un astigmatismo leve, cantidades mayores de astigmatismo pueden causar visión borrosa, entrecerrar los ojos, astenopía, fatiga o dolores de cabeza.
Hay una serie de pruebas que utilizan los oftalmólogos y optometristas durante los exámenes oculares para determinar la presencia de astigmatismo y cuantificar la cantidad y el eje del astigmatismo. Una tabla de Snellen u otra tabla optométrica pueden revelar inicialmente una agudeza visual reducida. Se puede utilizar un queratómetro para medir la curvatura de los meridianos más pronunciados y planos en la superficie frontal de la córnea. La topografía corneal también se puede utilizar para obtener una representación más precisa de la forma de la córnea. Un autorrefractor o una retinoscopia pueden proporcionar una estimación objetiva del error refractivo del ojo y se puede utilizar el uso de cilindros cruzados de Jackson en un foróptero para refinar subjetivamente esas mediciones. Una técnica alternativa con el foróptero requiere el uso de un "esfera de reloj" o "rayo de sol" Gráfico para determinar el eje astigmático y la potencia.
El astigmatismo se puede corregir con anteojos, lentes de contacto o cirugía refractiva. Varias consideraciones relacionadas con la salud ocular, el estado refractivo y el estilo de vida determinan con frecuencia si una opción puede ser mejor que otra. En personas con queratocono, las lentes de contacto tóricas a menudo permiten a los pacientes lograr mejores agudezas visuales que los anteojos. Si el astigmatismo es causado por un problema como la deformación del globo ocular debido a un chalazión, el tratamiento de la causa subyacente resolverá el astigmatismo.
Lentes y espejos desalineados o malformados
El esmerilado y pulido de piezas ópticas de precisión, ya sea a mano o a máquina, normalmente emplea una importante presión hacia abajo, lo que a su vez crea importantes presiones laterales de fricción durante los golpes de pulido que pueden combinarse para flexionar y distorsionar localmente las piezas. Estas distorsiones generalmente no poseen simetría en figura de revolución y, por lo tanto, son astigmáticas y lentamente se pulen permanentemente en la superficie si no se corrigen los problemas que causan la distorsión. Las superficies astigmáticas y distorsionadas pueden introducir graves degradaciones en el rendimiento del sistema óptico.
La distorsión de la superficie debido al esmerilado o pulido aumenta con la relación de aspecto de la pieza (relación entre diámetro y espesor). En primer orden, la resistencia del vidrio aumenta con el cubo del espesor. Las lentes gruesas con relaciones de aspecto de 4:1 a 6:1 se flexionarán mucho menos que las piezas con relaciones de aspecto altas, como las ventanas ópticas, que pueden tener relaciones de aspecto de 15:1 o superiores. La combinación de requisitos de precisión de error de superficie o de frente de onda y relación de aspecto de la pieza impulsa el grado de uniformidad del soporte posterior requerido, especialmente durante las presiones descendentes y fuerzas laterales más altas durante el pulido. El trabajo óptico generalmente implica un grado de aleatoriedad que ayuda en gran medida a preservar las superficies en forma de figura de revolución, siempre que la pieza no se doble durante el proceso de esmerilado/pulido.
Astigmatismo deliberado en sistemas ópticos
Los jugadores compactos utilizan una lente astigmática para centrarse. Cuando un eje está más centrado que el otro, características similares a puntos en el proyecto de disco a formas ovaladas. La orientación del oval indica qué eje se centra más, y por lo tanto, qué dirección debe moverse el objetivo. Un arreglo cuadrado de sólo cuatro sensores puede observar este sesgo y utilizarlo para que el objetivo de lectura se centre mejor, sin ser engañado por los agujeros oblong u otras características en la superficie del disco.
En 3D PALM/STORM, un tipo de microscopía óptica de superresolución, se puede introducir una lente cilíndrica en el sistema de imágenes para crear astigmatismo, lo que permite medir la posición Z de una fuente de luz con difracción limitada.
Los niveles de línea láser usan una lente cilíndrica para diseminar un rayo láser desde un punto en una línea.