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 una imagen de una cruz , las líneas verticales y horizontales estarán nítidamente enfocadas a dos distancias diferentes. El término proviene del griego α- ( a- ) que significa "sin" y στίγμα ( estigma ), "una marca, mancha, punción". [1]
Existen dos formas distintas de astigmatismo. La primera es una aberración de tercer orden , que se produce en objetos (o partes de objetos) alejados del eje óptico . Esta forma de aberración se produce incluso cuando el sistema óptico es perfectamente simétrico. A menudo se la denomina "aberración monocromática", porque se produce incluso en el caso de luz de una sola longitud de onda . Sin embargo, esta terminología puede ser engañosa, ya que la cantidad de aberración puede variar mucho con la longitud de onda en un sistema óptico.
La segunda forma de astigmatismo se produce cuando el sistema óptico no es simétrico respecto del 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 en el eje. Esta forma de astigmatismo es extremadamente importante en la ciencia de la visión y el cuidado ocular, ya que el ojo humano a menudo presenta esta aberración debido a imperfecciones en la forma de la córnea o del cristalino .
En el análisis de esta forma de astigmatismo, lo más habitual es considerar rayos que parten de un punto dado del objeto y se propagan en dos planos concretos. El primer plano es el plano tangencial . Este es el plano que incluye tanto el punto del objeto en consideración como el eje de simetría. Los rayos que se propagan en este plano se denominan rayos tangenciales . Los planos que incluyen el eje óptico son planos meridionales . Es habitual simplificar los problemas en sistemas ópticos radialmente simétricos eligiendo puntos del objeto únicamente en el plano vertical (" y "). A este plano se lo denomina a veces plano meridional.
El segundo plano utilizado en el análisis es el plano sagital . Se define como el plano ortogonal al plano tangencial que contiene el punto objeto considerado y que corta el eje óptico en la pupila de entrada del sistema óptico. Este plano contiene el rayo principal , pero no contiene el eje óptico. Por lo tanto, es un plano oblicuo , es decir, no un plano meridional. Los rayos que se propagan en este plano se denominan rayos sagitales .
En el astigmatismo de tercer orden, los rayos sagitales y transversales 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 del objeto que se encuentre fuera del eje. En cambio, se forman líneas nítidas en los focos sagitales y transversales. La imagen en el foco transversal es una línea corta, orientada en la dirección del 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 la dirección tangencial ; las imágenes de radios que irradian desde el centro son nítidas en este foco. Entre estos dos focos, se forma una imagen redonda pero "borrosa", llamada foco medial 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 que salen 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 anastigmatos .
Si un sistema óptico no es axisimétrico, ya sea por un error en la forma de las superficies ópticas o por una desalineación de los componentes, puede producirse astigmatismo incluso en puntos del objeto que se encuentran en el eje. Este efecto se suele utilizar deliberadamente en sistemas ópticos complejos, especialmente en ciertos tipos de telescopios . Algunos telescopios utilizan deliberadamente una óptica no esférica para superar este fenómeno. [ ¿Por qué? ] [3] [ Verificación fallida ]
En el análisis de estos sistemas, es común considerar rayos tangenciales (como se definió anteriormente) y rayos en un plano meridional (un plano que contiene el eje óptico) perpendicular al plano tangencial. Este plano se denomina plano meridional sagital o, de manera confusa, simplemente plano sagital .
En optometría y oftalmología , los planos vertical y horizontal se identifican como meridianos tangencial 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. [4] Se caracteriza típicamente 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 se puede corregir a menudo con gafas con lentes que tienen diferentes radios de curvatura en diferentes planos ( lentes cilíndricas ), lentes de contacto o cirugía refractiva . [5]
El astigmatismo es bastante común. Los estudios han demostrado que aproximadamente una de cada tres personas lo padece. [6] [7] [8] La prevalencia del astigmatismo aumenta con la edad. [9] Aunque una persona puede no notar un astigmatismo leve, una cantidad mayor de astigmatismo puede causar visión borrosa, estrabismo, astenopía , fatiga o dolores de cabeza . [10] [11] [12]
Existen varias 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 mismo. [13] Una tabla de Snellen u otra tabla optométrica puede revelar inicialmente una agudeza visual reducida . Se puede utilizar un queratómetro para medir la curvatura de los meridianos más empinados y más planos en la superficie frontal de la córnea. [14] También se puede utilizar la topografía corneal para obtener una representación más precisa de la forma de la córnea. [15] 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. [16] [17] [18] Una técnica alternativa con el foróptero requiere el uso de una "esfera de reloj" o una tabla "sunburst" para determinar el eje y la potencia astigmáticos. [19] [20]
El astigmatismo se puede corregir con anteojos , lentes de contacto o cirugía refractiva . [21] [22] [23] Varias consideraciones que involucran la salud ocular, el estado refractivo y el estilo de vida con frecuencia determinan si una opción puede ser mejor que otra. En aquellos 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.
El pulido y esmerilado de piezas ópticas de precisión, ya sea a mano o a máquina, generalmente emplea una presión descendente significativa, que a su vez crea presiones laterales de fricción significativas durante los movimientos de pulido que pueden combinarse para flexionar y distorsionar localmente las piezas. Estas distorsiones generalmente no poseen simetría de figura de revolución y, por lo tanto, son astigmáticas y lentamente se pulen de manera permanente en la superficie si no se corrigen los problemas que causan la distorsión. Las superficies astigmáticas y distorsionadas pueden introducir degradaciones graves 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 diámetro/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 más. La combinación de los requisitos de precisión de error de superficie o frente de onda y la relación de aspecto de la pieza determina el grado de uniformidad de soporte posterior requerido, especialmente durante las presiones descendentes y las 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 con figura de revolución, siempre que la pieza no se flexione durante el proceso de esmerilado/pulido.
Los reproductores de CD utilizan una lente astigmática para enfocar. Cuando un eje está más enfocado que el otro, las características en forma de puntos del disco se proyectan en formas ovaladas. La orientación del óvalo indica qué eje está más enfocado y, por lo tanto, en qué dirección debe moverse la lente. Una disposición cuadrada de solo cuatro sensores puede observar este sesgo y utilizarlo para enfocar mejor la lente de lectura, sin ser engañada por hoyos oblongos u otras características en la superficie del disco. [ cita requerida ]
En 3D PALM/STORM , un tipo de microscopía óptica de súper resolución , 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 limitada por difracción. [24]
Los niveles de línea láser utilizan una lente cilíndrica para distribuir un rayo láser desde un punto hasta una línea.