波前像差的基本知识

人眼并非理想的光学系统，由于角膜和晶状体的光学性能并非完美，因而存在着各种像差，限制着人眼的视觉质量。尽管人眼视网膜视力可达到3.0-4.0，但由于像差的存在，人眼视力只能是2.0、1.0或以下。即使配戴准确度数的框架眼镜或隐形眼镜使眼睛屈光处于最佳状态，由于正常人眼仍存在高阶像差，其对成像质量产生影响，故矫正视力并不很理想。当瞳孔直径相对较小（≤2mm）时，像差作用减弱，但衍射限制人眼光学性能；当瞳孔较大时，限制人眼视觉质量的主要因素则是各种像差。

一、像差的概念

所谓像差就是指光学系统中的成像缺陷。几何光学上把像差（几何像差）分为单色光像差和色光像差，前者包括球差、彗差、像散、场曲和畸变，后者包括位置色差和倍率色差。而物理光学上把像差称之为波前像差或波阵面像差。是点光源发出的球面波经光学系统后形成的波形与理想球面波之间的距离。而波前像差的内涵可以通过Zernike多项式周期表或球差彗差等几何像差来表达。理想的镜片是它们的曲面随处方屈光度而变，曲面部分经计算以校正单个透镜的各种像差和畸变。在设计中应首先考虑减少和消除斜散像差（oblique astigmatism），因为这种像差经常会给戴镜者带来不适。然而，镜片像差有5种：球面像差（spherical aberration）、彗形像差（coma）、像弯像差（curvature of image）、畸变（distortion）、斜散像差。

1.球差是指轴上点光源发出的光线经屈光系统后，近轴光线与边缘光线像点的距离。存在球差的光学系统形成的像是对称的弥散圆。

2.彗差是指轴外点光源发出的光线经屈光系统后，上光线和下光线的交点离开主光线的距离。存在彗差的光学系统形成的像是不对称的弥散斑。

3.像散是子午面上的像点和弧矢面上的像点的距离。子午面为通过光轴的平面，而弧矢面为垂直于子午面并通过主光线的平面。

4.场曲为平面物体通过光学系统后形成的矢状弯曲（面）。在人眼，作为成像屏幕的视网膜是球形向后弯曲状，正好能补偿眼屈光系统产生的这种成像缺陷。

5.畸变为方形物体通过光学系统后周边各点产生了不同棱镜像移所致。

6.位置色差即轴位色差，白光中不同波长的光线经光学系统后形成像点的距离，短波长的交点近于长波长的交点。

7.倍率色差某一物体经光学系统成像后不同波长的光线在物像大小上的差异。

人眼是一复杂的光学系统，存在波前像差。波前像差分为低阶像差和高阶像差。按照Zernike多项式周期表，1-2阶为低阶像差，3阶以上为高阶像差。屈光不正属于低阶像差。

二、像差产生的原因

人眼产生像差原因是多方面的，包括各屈光面固有的成像缺陷、调节时的动态变化和各屈光面间的相互影响。

1.角膜角膜前表面不是理想的球面，确切地说是非球面。然而中央4毫米区域近似球形，因而产生球差。角膜顶点处较陡，边缘部较扁平。但顶点并不总在角膜的几何中心，往往偏下偏颞侧，不规则角膜的顶点偏离几何中心可达2mm以上。角膜各部分的厚度和曲率半径在各测量点上并不一致，这些就是角膜的不对称性和表面不规则性。调节时角膜屈光力可增加0.6-0.7D。

2.晶状体晶状体前表面较平坦，可抵消80%的角膜球差，但晶状体前表面并不平滑。随年龄增加，晶状体增厚，核发生硬化，各部位屈光指数不一致。晶状体的调节变化，除晶状体屈光力发生改变外，还可有X、Y、Z轴的变化。晶状体亦存在不对称性和表面不规则性。

3.其他玻璃体的变性、液化、混浊、后脱离等。泪膜的不均匀和不稳定，如干眼症或用药等影响。房水的改变。高度近视患者的视网膜形态变化等。

4.角膜和晶状体的光学中心不一致；与入瞳中心不一致。

5.光轴和视轴本身的偏差。

6.瞳孔的影响瞳孔除随光线的强弱发生改变外，人群中存在相当大的生理差异。瞳孔增大，像差明显增加。入瞳中心并不在角膜的几何中心的对应点上。