波前像差（波陣面像差）的基本知識
2018-06-19
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人眼并非理想的光學(xué)系統(tǒng)，由于角膜和晶狀體的光學(xué)性能并非完美，因而存在著各種像差，限制著人眼的視覺質(zhì)量。盡管人眼視網(wǎng)膜視力可達(dá)到3.0-4.0，但由于像差的存在，人眼視力只能是2.0、1.0或以下。即使配戴準(zhǔn)確度數(shù)的框架眼鏡或隱形眼鏡使眼睛屈光處于最佳狀態(tài)，由于正常人眼仍存在高階像差，其對成像質(zhì)量產(chǎn)生影響，故矯正視力并不很理想。當(dāng)瞳孔直徑相對較小（≤2mm）時，像差作用減弱，但衍射限制人眼光學(xué)性能；當(dāng)瞳孔較大時，限制人眼視覺質(zhì)量的主要因素則是各種像差。
一、像差的概念
所謂像差就是指光學(xué)系統(tǒng)中的成像缺陷。幾何光學(xué)上把像差（幾何像差）分為單色光像差和色光像差，前者包括球差、彗差、像散、場曲和畸變，后者包括位置色差和倍率色差。而物理光學(xué)上把像差稱之為波前像差或波陣面像差。是點光源發(fā)出的球面波經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后形成的波形與理想球面波之間的距離。而波前像差的內(nèi)涵可以通過Zernike多項式周期表或球差彗差等幾何像差來表達(dá)。理想的鏡片是它們的曲面隨處方屈光度而變，曲面部分經(jīng)計算以校正單個透鏡的各種像差和畸變。在設(shè)計中應(yīng)首先考慮減少和消除斜散像差（oblique astigmatism），因為這種像差經(jīng)常會給戴鏡者帶來不適。然而，鏡片像差有5種：球面像差（spherical aberration）、彗形像差（coma）、像彎像差（curvature of image）、畸變（distortion）、斜散像差。
1、球差是指軸上點光源發(fā)出的光線經(jīng)屈光系統(tǒng)后，近軸光線與邊緣光線像點的距離。存在球差的光學(xué)系統(tǒng)形成的像是對稱的彌散圓。
2、彗差是指軸外點光源發(fā)出的光線經(jīng)屈光系統(tǒng)后，上光線和下光線的交點離開主光線的距離。存在彗差的光學(xué)系統(tǒng)形成的像是不對稱的彌散斑。
3、像散是子午面上的像點和弧矢面上的像點的距離。子午面為通過光軸的平面，而弧矢面為垂直于子午面并通過主光線的平面。
4、場曲為平面物體通過光學(xué)系統(tǒng)后形成的矢狀彎曲（面）。在人眼，作為成像屏幕的視網(wǎng)膜是球形向后彎曲狀，正好能補(bǔ)償眼屈光系統(tǒng)產(chǎn)生的這種成像缺陷。
5、畸變?yōu)榉叫挝矬w通過光學(xué)系統(tǒng)后周邊各點產(chǎn)生了不同棱鏡像移所致。
6、位置色差即軸位色差，白光中不同波長的光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后形成像點的距離，短波長的交點近于長波長的交點。
7、倍率色差某一物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后不同波長的光線在物像大小上的差異。
人眼是一復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，存在波前像差。波前像差分為低階像差和高階像差。按照Zernike多項式周期表，1-2階為低階像差，3階以上為高階像差。屈光不正屬于低階像差。
二、像差產(chǎn)生的原因
人眼產(chǎn)生像差原因是多方面的，包括各屈光面固有的成像缺陷、調(diào)節(jié)時的動態(tài)變化和各屈光面間的相互影響。
1、角膜角膜前表面不是理想的球面，確切地說是非球面。然而中央4毫米區(qū)域近似球形，因而產(chǎn)生球差。角膜頂點處較陡，邊緣部較扁平。但頂點并不總在角膜的幾何中心，往往偏下偏顳側(cè)，不規(guī)則角膜的頂點偏離幾何中心可達(dá)2mm以上。角膜各部分的厚度和曲率半徑在各測量點上并不一致，這些就是角膜的不對稱性和表面不規(guī)則性。調(diào)節(jié)時角膜屈光力可增加0.6-0.7D。
2、晶狀體晶狀體前表面較平坦，可抵消80%的角膜球差，但晶狀體前表面并不平滑。隨年齡增加，晶狀體增厚，核發(fā)生硬化，各部位屈光指數(shù)不一致。晶狀體的調(diào)節(jié)變化，除晶狀體屈光力發(fā)生改變外，還可有X、Y、Z軸的變化。晶狀體亦存在不對稱性和表面不規(guī)則性。
3、其他玻璃體的變性、液化、混濁、后脫離等。淚膜的不均勻和不穩(wěn)定，如干眼癥或用藥等影響。房水的改變。高度近視患者的視網(wǎng)膜形態(tài)變化等。
4、角膜和晶狀體的光學(xué)中心不一致；與入瞳中心不一致。
5、光軸和視軸本身的偏差。
6、瞳孔的影響瞳孔除隨光線的強(qiáng)弱發(fā)生改變外，人群中存在相當(dāng)大的生理差異。瞳孔增大，像差明顯增加。入瞳中心并不在角膜的幾何中心的對應(yīng)點上。
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波前像差