[科普中國]-波前像差

波前像差即是由實際波前和理想的無偏差狀態(tài)的波前之間的偏差來定義。

定義光線是一個行進的電磁波，波前是光波的連續(xù)性的同相表面， 因此，波前是一個面而不是一條線。在沒有像差時，進入人眼的波前可以很好的在視網(wǎng)膜上會聚成一個焦點，波前像差即是由實際波前和理想的無偏差狀態(tài)的波前之間的偏差來定義。 人眼存在的像差有低階像差和高階像差。低階像差包括近視、遠視、散光；高階像差包括球差、彗差、不規(guī)則散光等。

分類1．傳統(tǒng)光學

（1）單色像差：由單色光成像時產(chǎn)生的像差，包括球差、彗差、像散、像場彎曲與畸變。其中球差和彗差發(fā)生于對軸上和靠近軸的點狀粗光束成像的光學系統(tǒng)中，稱軸上像差；像散、像場彎曲和畸變發(fā)生于遠離光軸的物體成像的光學系統(tǒng)中，稱軸外像差。

（2）色像差：多色光（即由不同波長的光構(gòu)成復合光）成像時，由于介質(zhì)折射率隨光的不同波長而改變所引起的像差。

2．現(xiàn)代概念

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，不僅可以測量一些經(jīng)典的像差，如球差、彗差等，還可以再現(xiàn)一些非常規(guī)的更高階像差。

（1）低階像差（10w order aberration）：指第1、2階像差。概括地說，是指離焦、散光等傳統(tǒng)屈光問題。第1階像差是指x、Y軸的傾斜。第2階像差包括離焦和0°與45°方向的散光三方面內(nèi)容。

（2）高階像差（high order aberration）：第3階及其以上像差。指不規(guī)則散光等屈光系統(tǒng)存在的其他光學缺陷。高階像差的每一階各包括許多項，每一項代表不同的內(nèi)容。例如：高階像差第三階包括彗差、三葉草樣散光等4項內(nèi)容。第4階不僅包括球差，還涉及更多項不規(guī)則散光等內(nèi)容。越高階，像差內(nèi)容越復雜。一些研究顯示，不同像差內(nèi)容對人眼視覺功能影響不相同，但有些項的真正光學含義與視覺功能之問的關(guān)系尚需進一步研究探討。1

測量法自1961年Smirnov等首次應用主覺檢測技術(shù)測量出人眼像差以來，特別是在過去的十年測量技術(shù)有較大的突破后，出現(xiàn)了許多種類的像差測量儀。目前，均是應用光線追蹤原理（ray-tracing），基本分客觀式測量方法和主觀式測量方法（心理物理學方法）兩大類。

1．客觀式測量法

通過貫穿入瞳的列陣光線斜率的整合重現(xiàn)像差。

（1）以Hartman—Shack原理為基礎的出射型光學像差儀：通過測量聚焦于系列鏡片光線上每點離焦程度顯示像差。

（2）Tscherning原理為代表的入射型光學像差儀：應用視網(wǎng)膜格柵照相術(shù)，將視網(wǎng)膜每點成像與理想成像的位移予以記錄并計算。

（3）光學路徑差異型（optical path difference，OPD）：將出瞳處任一點（x，y）的光線長度與瞳孑L中心的光線長度比較。通過測量光學路徑長度的差異計算出像差。

2．主觀式測量法

（1）設計原理是假設眼睛處于衍射的極限并聚焦于無限遠之點光源處，光線通過瞳孔的不同區(qū)域進入眼內(nèi)。如無像差存在，應聚焦于視網(wǎng)膜同一點。通過測量光線在瞳孔的位移而計算出該點的像差。

（2）基本結(jié)構(gòu)包括測試通路、瞳孑L監(jiān)視通路、固視通路及屈光控制通路。該方法無須散瞳，準確性好，不受輕度屈光間質(zhì)混濁的干擾，但需要被檢者的合作。1

用途1、部分人驗光配鏡后，視力達不到理想效果，這是由于傳統(tǒng)驗光儀器無法對眼睛的像差進行測量，同時對于人眼像差對視力影響的認識也不足。波前像差儀能夠替代傳統(tǒng)的驗光儀器，成為新一代的驗光儀器，這是像差儀產(chǎn)品在視光學領(lǐng)域的延伸及發(fā)展趨勢。波前像差儀可作為視力常規(guī)檢查儀器，能夠?qū)佑|鏡配戴后眼睛光學質(zhì)量進行準確描述，評價效果并依此定制接觸鏡;在用于兒童波前像差的早期檢查，對兒童近視眼的早期防治具有重要意義。

2、波前像差儀可以用于研究人眼空間視力的單色像差效果，研究眼睛調(diào)焦對像差的影響，研究屈光度的變化對像差的影響，研究角膜和晶狀體像差產(chǎn)生的根源以及視銳度、視力辨別率、近視眼形成與像差的關(guān)系等。

3、波前像差儀為在臨床應用上真正實現(xiàn)像差儀與準分子激光個性化切削手術(shù)的完美結(jié)合.引導激光進行角膜切削。主要技術(shù)創(chuàng)新之處在于：實現(xiàn)波前像差儀與準分子激光治療機的直接連接，測完像差之后可以馬上在1500Hz高速跟蹤頻率下進行準分子激光個性化超小光斑飛點式切削，消除人眼像差，使激光矯正后的人眼視力達到理想程度，成功的將波前像差引導準分子激光個性化切削術(shù)矯正人眼視力達到一定的水平。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

杜強 - 高級工程師 - 中國科學院工程熱物理研究所