波前像差简介 (2)
波前像差简介
常识综述从人类视网膜感光细胞的密度推算出人眼的极限视力可达3.0甚至更高，但由于人类进化过程中对远视力的需要逐渐下降，以及角膜和晶状体等器官的光学性能退化等原因，导致出现各种像差，因此人眼的理想视力只有1.5或更差，并且这些像差不能被现有的眼镜和隐形眼镜矫正。
波阵面像差（波前像差）原本是一项天文学技术，其发展由来已久，主要用来纠正天文望远镜等的像差，以便能更清晰地观测到更远距离的天体。
像差理论做为研究非理想光学系统的基础早已广泛地应用于制造光学精密仪器，当波前像差技术应用于眼科后，才与我们的生活变得更加关系密切。
目前波前像差仪有很多种，可分为客观法和主观法两类。
客观法根据其设计原理，又可分为：可1基于而当受检Zeiss公司），2以Tscherning像差理论为基础，通过计算投射到视网膜上的光线偏移而得出结果。
图6-2图10Allegretto 3以Smirnov-Scheiner理论为基础，其方法是通过对进入中心凹的每一光线进行补偿调整使之在视网膜成像完善。
其原理与临床应用的屈光计、检影镜很相似，所有进入视网膜的光线都向中央一点会聚，通过在各轴向上对瞳孔的快速裂隙扫描而实现，眼底反光被CCD捕捉从而得到眼的波阵面像差。
基于此原理的像差仪包括Emory视觉矫正系统和OPD扫描系统（Nidek公司）等。
图6-3基于Smirnov-Scheiner原理的像差测量示意图二、主观式像差仪根据光路追踪原理设计，利用空间分辨折射仪以心理物理方法测量人眼像差。
假设眼处于衍射的极限时，聚焦在无穷远，因而无穷远的点光源通过瞳孔不同区域进入眼内，将会聚焦在视网膜上的一点。
当眼存在像差时，进入眼内的光线将不会聚焦在同一点上，点光源的像将是一个模糊像，该像点与中心发生了偏移，导致波阵面平面的光线射入眼球后由理论上的球面波变成了不规则的曲面波，通过数学换算，得到放大在瞳孔面上的眼底点扩散函数。
基于此原理的像差仪有WFA-1000人眼像差仪（苏州亮睛公司）。
波前像差如何为飞秒激光指导
波前像差如何为飞秒激光指导?
光线是一个行进的电磁波，波前是光波的连续性的同相表面。
波前与行进方向垂直。
光波在空间传播，因此，波前是一个面而不是一条线。
波前和光线都能用于描述光波的行进(figure1)。
假如一个来自光源的波前通过一个透镜向前传播，在光波通过透镜时，由于透镜的折射率比外周介质(一般是空气)要大，因此传播的速度会减慢，透镜中央较厚，所以会减慢中央的波前，而外周的波前则相对较快。
由于透镜的形状造成光波速度不同的减慢，使入射的发散性的波前转换成了出射时会聚性的波前(Figure2)。
在没有像差时，进入人眼的波前可以很好的在视网膜上会聚成一个焦点(Figure3)。
波前像差即是由实际的波前和理想的无偏差状态下的波前之间的偏差来定义的。
因此，波前像差技术被广泛应用于激光矫治近视手术中，让激光矫正近视手术更加准确、更加安全。
波前像差历史、测量及其描述方法
视觉波前像差的研究及新进展传统的人眼视觉光学系统的成像问题，均为近轴光线的成像，即为理想的光学成像，但是在实际的人眼成像系统中往往不可能达到理想的效果，因为人眼光学系统本身存在波前像差。
随着眼视光学和相关科学技术的突飞猛进，特别是波前像差测量仪器和图形重建技术的突破，使得波前像差理论由单纯的物理光学概念成为可以影响人眼视觉质量的重要因素。
并成为激光矫视领域的研究和应用焦点，在眼科界逐渐被认识且被不断推广。
一、历史回顾波前技术在激光视力矫正手术问世之前很久就已经出现了。
早在几个世纪前，就发现人眼存在单色像差。
约400年前，Scheiner在试验中发现，存在屈光问题的眼睛在通过前方2个孔洞看远方的一个物体时会将其看成2个物象，如果3个孔洞，则会看成3个物象。
这是观察到的最初级的像差。
然而，基于几何光学原理对人眼光学系统特性的传统评价方法存在很大的局限性，直至近代物理学研究发现光具有波粒二象性。
研究光粒子性的领域属于几何学范畴，光的波动性领域则属于物理学范畴。
几何光学是光学最早发展起来的学科。
在几何光学中，仅以光线的直线传播为基础，研究其在透明介质中的传播规律，例如反射和折射定律。
但是有些光学现象，例如衍射、干涉和偏振，不能由反射和折射定律解释，却能很容易由光的横向波动性特征解释，热辐射、光电效应等亦为粒子特性。
根据光的波粒二象性理论可以完整评价和描述人眼成像偏差。
Hartman- Shack波前分析仪最早出现的原因是为了天文学的需要。
1900年，天文学家JohannesHartmann发明了一种测量光线经过反射镜和镜片的像差的方法，这样就可以找出反射镜和镜片上的任何不完美和瑕疵。
Hartmann的方法是使用一个金属圆盘，在上面钻规则间距的孔洞，然后把圆盘放在反射镜或镜片的前面，最后再记录位于反射镜或镜片的焦点的影像。
因此，当光线经过一个完美的反射镜或镜片的时候，就会产生一个规则间距光点的影像。
假如影像不是规则间距的影像，那么就可以测量出反射镜或镜片的像差。
光学系统波前像差的测定 夏克-哈特曼光电测量法-最新国标
目次1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)4 原理 (2)夏克-哈特曼光电测量法 (2)光学系统波前像差测量 (3)光学零件的面形偏差的测量 (4)5 测量条件 (6)测量环境 (6)样品 (6)6 设备及装置 (6)夏克-哈特曼波前像差测量仪 (6)辅助镜头 (7)7 测量步骤 (7)测量前准备 (7)选择波前复原方法 (7)对准 (8)测量与数据的判定 (8)8 测量数据处理 (8)9 精密度 (8)10 测量报告 (9)附录A（资料性）波前复原方法 (10)附录B（资料性）Zernike多项式序列 (13)光学系统波前像差的测定夏克-哈特曼光电测量法1 范围本文件描述了采用夏克-哈特曼光电测量法测量光学系统波前像差的原理、测量条件、设备及装置、测量步骤、测量数据处理、精密度和测量报告。
本文件适用于采用夏克-哈特曼光电测量法测量光学系统波前像差的测试，也适用于采用夏克-哈特曼光电测量法测量光学零件面形偏差的测试。
2 规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。
3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
波前wavefront又称波面。
光波传播时的等相位面。
[来源:GB/T 13962—2009，2.28,有修改]3.2波前像差wavefront aberration又称波像差。
通过光学系统后的实际波前相对于理想波前的偏差。
[来源:GB/T 13962—2009，5.2，有修改]3.3面形偏差surface form deviation被测光学表面相对于参考光学表面的偏差。
[来源：GB/T 2831—2009，3.1]3.4波前重构wavefront reconstruction通过子孔径的斜率计算得到入射波前的相位分布的过程。
3.5口径diameter仪器能够检测的光学零件或系统的通光孔径。
3.6自准直法autocollimation method使平行光管发出的平行光照射在试样上，再由试样反射回平行光管，根据焦点附近像的情况测定试样的倾斜等的方法。
浅谈波前像差
浅谈波前像差很多网友在我的QQ上留言，想做近视手术，但是周围的一些朋友手术后白天视力很好，夜间却存在视觉质量问题，夜视力下降，不知道是什么原因导致。
他（她）们担心自己也会出现类似问题，在是否手术的问题上踌躇不前。
我的博客“日志分类”的“近视手术篇”里，曾经有很多博文讲述过产生这些情况的原因，以及解决的办法。
我的老博友们已经看过多次了，很多博友自己都能够说出个一二三来，希望新的博友们能够在我的博客中耐心地寻找一下，慢慢看，慢慢理解。
本文只对这个问题做一个简单的阐述。
眼球是一个光学成像系统，有近视、远视、散光的眼球不是一个完美的光学系统，外界景物的光线进入眼内后，在视网膜上的成像不能严格地再现物体的原貌，而是产生一些畸变，这种现象称为“像差”。
“像差”分为“色差”和“单色像差”。
其中，“单色像差”又可分为“球面像差、彗星像差、像场弯曲、像场畸变等。
眼睛作为一个光学系统，视网膜成像受“像差”的影响，表现为视力、视觉质量被限制，特别是暗环境下视力、视觉质量、黑白对比敏感度等功能下降。
国外眼科界在此方面的研究走在我们的前面，他们根据不同图形重建的多项式计算法，设计出了各种波前像差设备，并利用波前像差技术较为准确地测量眼球的高阶像差与低阶像差，结合计算机技术创建三维立体定量、直观、容易理解的眼球像差图。
眼球的像差分为6阶、27项，其中第1阶（倾斜）和第2阶（离焦、散光）为低阶像差，低阶像差可以通过普通的准分子激光LASIK手术矫正。
第3～6阶的像差（分别为彗星像差、球面像差、三叶草、二次球差等）为高阶像差，普通的LASIK手术不仅不能矫正高阶像差，还有可能使高阶像差比例增加。
这些残余与新增的高阶像差就会导致夜间视觉质量问题。
普通LASIK手术产生视觉质量问题的原因，可能与准分子激光切削的模式、光学区设定的大小、偏中心切削、中央岛、角膜瓣伤口的愈合反应、角膜表面不规则性散光、患者夜间瞳孔直径过大等等因素有关。
医学课件波前像差基本理论
2
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-1
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3 Dimensional View
-3
-3 -2 -1 0 1 2 3 mm (right-left)
2 Dimensional View
波前像差的表示方法－ Zernike多项式
低阶像差 高阶像差
像差的表示方法－均方根（RMS）
有时也称方均根。Root Mean Square（RMS）. 将N个项的平方和处以N后开平方的结果，即方均根的结果。
RMS =
WF-RMS= ？
像差的表示方法－点扩散函数（PSF）
表示一点经光学系统成像后的光强分布
波前像差的检查方法 基于Shack-hartmann原理的Wavescan
波前像差的检查方法 基于Shack-hartmann原理的Wavescan
Visx S4 IR 的虹膜识别原理
Visx S4 IR 虹膜识别眼球跟踪的意义
什么是波前(Wavefront)?
平行光线
平行光线 什么是波前?
理想波前 变形的波前
模糊成像平行光线来自什么是波前? 理想波前
不规则波前
什么是波前? 不规则波前 理想波前
什么是波前像差? 像差 理想波前
波前像差的表示方法
Wavefront Aberration 3
mm (superior-inferior)
No Image
Visx S4 IR 虹膜识别眼球跟踪的意义
波前像差与普通手术的区别(个体化)
ＷＦ切削厚度≈像差／（n角膜－n空气）＋最小切削厚度 Ｍunnerlyn公式切削厚度 ≈近视屈光度（Ｄ）×光学区２ （mm）÷3
谢 谢！
OPD波前像差分析仪和Pentacam三维眼前节分析仪对正常人眼角膜球差的特征分析
OPD波前像差分析仪和Pentacam三维眼前节分析仪对正常人眼角膜球差的特征分析刘彧琦;王静;于佳明;徐微;李博文;张劲松【摘要】目的探讨不同瞳孔直径下的角膜球差情况,比较OPD波前像差分析仪和Pentacam三维眼前节分析仪在测量角膜球差时的一致性,并探讨不同年龄段人群的角膜球差特征.方法回顾性选取2017年1月至11月在我院入院做过OPD波前像差分析仪或Pentacam三维眼前节分析仪检查的20 ～ 89岁调查对象各350人,分别记作OPD组及Pentaeam组.记录瞳孔直径为3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm时的角膜球差值;分析6 mm瞳孔直径下的角膜球差频数分布情况及不同年龄段人群的角膜球差特征.结果两组比较发现,瞳孔直径在3 mm、4 mm、5 mm、7 mm时,差异均有统计学意义(均为P＜0.05).瞳孔直径为6 mm、8 mm、9 mm时,两组差异均无统计学意义(均为P＞0.05).大瞳孔直径下,两种检查的一致性较好.6 mm瞳孔直径时OPD组和Pentacam组角膜球差值分别为(0.271±0.069) μm、(0.310±0.158) μm,两组角膜球差均具有明显的瞳孔依赖性,并随着瞳孔直径的增大而增高.6 mm瞳孔直径时,OPD组和Pentacam组角膜球差分布于0.10～0.40 μm的比例分别为97.71％和66.28％.Pentacam三维眼前节分析仪测得的角膜球差随着年龄的增长而增大,而OPD波前像差分析仪测得的角膜球差与年龄无明显关系.结论角膜球差随着瞳孔直径的增大而增高.瞳孔较大时,OPD波前像差分析仪和Penta-cam三维眼前节分析仪测得的角膜球差的一致性较好.不同设备测量的角膜球差值随年龄的增长有一定的变化规律.【期刊名称】《眼科新进展》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】4页(P465-468)【关键词】角膜球差;瞳孔直径;OPD波前像差分析仪;Pentacam三维眼前节分析仪【作者】刘彧琦;王静;于佳明;徐微;李博文;张劲松【作者单位】110005辽宁省沈阳市,中国医科大学附属第四医院眼科,中国医科大学眼科医院,辽宁省晶状体学重点实验室;110005辽宁省沈阳市,中国医科大学附属第四医院眼科,中国医科大学眼科医院,辽宁省晶状体学重点实验室;110005辽宁省沈阳市,中国医科大学附属第四医院眼科,中国医科大学眼科医院,辽宁省晶状体学重点实验室;110005辽宁省沈阳市,中国医科大学附属第四医院眼科,中国医科大学眼科医院,辽宁省晶状体学重点实验室;110005辽宁省沈阳市,中国医科大学附属第四医院眼科,中国医科大学眼科医院,辽宁省晶状体学重点实验室;110005辽宁省沈阳市,中国医科大学附属第四医院眼科,中国医科大学眼科医院,辽宁省晶状体学重点实验室【正文语种】中文【中图分类】R772.2人眼并不是一个完美的光学系统，本身存在着缺陷，使得实际人眼不仅存在离焦和散光等低阶像差，还存在彗差、球差等高阶像差[1]，这些高阶像差明显影响着人们的视觉质量。
波前像差的描述方法及测量
根据波像差的概念,波像差实际上就是计算光程差。
所谓光程就是光在一种介质里所走过的几何路程与该介质的折射率之乘积。
根据光学马吕斯定律可知，入射波面上各点到经任意次折射或反射后的出射波面上相应点之间的光程都是相等的〔即出射波面与入射波面之间是等光程的)，只是因为光学系统的像差使出射后的等光程波面偏离了球面而已，此偏离量的大小就是波像差的大小。
1.图形表示最直观的方法。
可将人眼波阵面像差按其在瞳孔面上不同部位引起的位相差直接用二维或三维显示。
2.数学方法由于像差形式多复杂，形状多不规则，应用数学式可以相对精确的表示像差的大小。
目前常用Zernike函数多项式表示。
Zernike多项式可对单色像差进行定量分析。
该多项式是正交于单位圆上的一组函数。
表示形式Znm(ρ，θ)，ρ为瞳孔区一点半径坐标，θ表示瞳孔平面方位角度;n描述阶梯，为标准化函数;m为方位角依赖成分。
每个圆型孔径上的任何像差均可用Zernike多项式表示，即可给出只要能测出的任何阶像差表现形式，同时将每一项的波前像差值以均方根的方式表现出来,单位为μm。
目前美国光学学会推荐采用标准的Zernike多项式描述。
3.波阵面像差的测量分客观性测量方法和心理物理学(主觉方法)两大类。
(1)客观性测量法:多以光线追踪理论为基础。
通过贯穿人瞳的天津眼科医院列阵光线斜率的整合重现像差。
(2)心理物理学方法:该方法设计原理是假设眼睛处于衍射的极限并聚焦于无限远之点光源处，光线通过瞳孔的不同区域进入眼内。
如无像差存在，应聚焦于视网膜同一点。
通过测量光线在瞳孔的位移而计算出该点的像差。
波前像差简介
常识综述从人类视网膜感光细胞的密度推算出人眼的极限视力可达3.0甚至更高，但由于人类进化过程中对远视力的需要逐渐下降，以及角膜和晶状体等器官的光学性能退化等原因，导致出现各种像差，因此人眼的理想视力只有1.5或更差，并且这些像差不能被现有的眼镜和隐形眼镜矫正。
波阵面像差（波前像差）原本是一项天文学技术，其发展由来已久，主要用来纠正天文望远镜等的像差，以便能更清晰地观测到更远距离的天体。
像差理论做为研究非理想光学系统的基础早已广泛地应用于制造光学精密仪器，当波前像差技术应用于眼科后，才与我们的生活变得更加关系密切。
目前波前像差仪有很多种，可分为客观法和主观法两类。
客观法根据其设计原理，又可分为：出射型像差仪、视网膜像型像差仪和入射可调式屈光计三种类型；主观法即心理物理学检查方法。
客观法的优点是快速、可重复性及可靠性好，但需使用较亮的照明光线，大部分还需要散瞳；主观法无需散瞳，可在眼睛存在调节的状态下检查眼的像差，但需对患者进行训练，检查较慢，可重复性较客观法差。
无论是主观法还是客观法像差仪，其基本原理是一样的，即选择性地监测通过瞳孔的部分光线，将其与无像差的理想光线进行比较，通过数学函数将像差以量化形式表达出来。
下面根据其设计原理来逐一介绍。
一、客观式像差仪1基于Schack-Hartmann眼球，穿过一透镜组，聚焦在一个CCD图像。
WASCA像差分析仪（Zeiss公司），Zywave2图即，像差分析仪（Wavelight公司）和视网膜光线追踪仪（Tracy公司）等。
3瞳孔的快速裂隙扫描而实现，眼底反光被CCD捕捉从而得到眼的波阵面像差。
基于此原理的像差仪包括Emory 视觉矫正系统和OPD扫描系统（Nidek公司）等。
图6-3基于Smirnov-Scheiner原理的像差测量示意图二、主观式像差仪根据光路追踪原理设计，利用空间分辨折射仪以心理物理方法测量人眼像差。
假设眼处于衍射的极限时，聚焦在无穷远，因而无穷远的点光源通过瞳孔不同区域进入眼内，将会聚焦在视网膜上的一点。
波前像差的概念
波前像差的概念波前像差（wavefront aberration）是光线通过光学系统（如透镜、反射镜等）后所引起的光的形状失真或偏离预期的理想光源波前的能力。
波前像差是光学系统的一个重要性能指标，它直接影响了成像质量和分辨力。
波前像差产生的原因可以有多种，包括镜面形状不完美、介质非均匀性、光学系统元件之间的相对位移等。
在理想情况下，光线通过光学系统后的波前应该是一个平面波或球面波。
然而，在实际的光学系统中，由于各种原因导致波前变得不规则，这就产生了波前像差。
波前像差通常可以分为两类：低阶像差和高阶像差。
低阶像差是指那些具有较低频率和较大振幅的像差，如球差、像散、色差等。
高阶像差是指那些具有较高频率和较小振幅的像差，如像散、像场弯曲、畸变等。
其中，球差是最常见的低阶像差之一。
球差是由于透镜或反射镜等光学元件的形状不完美所产生的。
当光线经过球面透镜或反射镜时，由于球面形状的非理想性，不同入射角的光线会有不同的折射或反射情况，导致出射光束的焦点位置与理想焦点位置不重合，从而使成像出现模糊或畸变的情况。
像散是另一种常见的低阶像差。
当透镜或反射镜的折射率因波长而变化时，不同波长的光线会有不同的折射角，从而形成不同的焦点位置。
这种颜色分离现象会导致不同波长的光线无法在同一平面上聚焦，从而使成像出现彩色像散的情况。
色差是由于光线经过透镜或反射镜时，由于折射率与波长的关系不同而造成的。
在自然光下，不同波长的光线经过透镜或反射镜后，由于折射率不同，会形成不同的焦点位置，从而使成像出现色差现象。
色差通常可以分为长焦色差和短焦色差两种类型。
除了低阶像差外，光学系统还可能存在各种高阶像差。
像散是高阶像差中的一种，它是指由于透镜或反射镜的形状不完美而引起的像点位置不在同一平面上的情况。
像场弯曲是指成像平面并非完全平坦的情况，而是呈现出一定的弯曲形状。
畸变是指图像中的直线变形，可以分为桶形畸变和枕形畸变两种类型。
为了降低波前像差并提高光学系统的成像质量，可以采取多种措施。
波前高阶像差检查仪的原理
波前高阶像差检查仪的原理波前高阶像差检查仪（wavefront aberrometer），原本应用于太空科技，利用光波回弹的数据来计算银河系星球的光年、形状、大小。
而后为了更深入了解眼球内部结构对屈光度数的整体影响，发展运用在眼球视力的检查上，以便在激光治疗时，为角膜量身订做出专有数据，以达到更佳的视力表现。
现今在施行消除近视、远视、散光的度数的激光视力矫正手术后，患者的视力大多仅能达到术前配镜最好的视力，少有超越原来的配镜视力；而小光斑飞点扫瞄激光搭配波前(Wavefront) 理论，便是以量身订做的概念，为LASIK手术规划了一片美好的远景，让完美视力变得可能何谓虚拟镜片（PreVue Lens）？目前新的准分子激光矫正近视系统，让病患在做完波前像差分析后，可依据该数据透过激光系统对两片“虚拟镜片”进行打磨，病患透过打磨完成的虚拟镜片便可预先体验手术后的视力表现，对目前近视激光手术动辄1.2以上的视力表现，多数人可能打从出生到现在都无缘见识过，透过虚拟镜片便可以让您先行体验并对手术更具信心。
波前是由美国太空总署（NASA）所开发出来的技术，用于改善远距离摄影时所面临的像差问题，以取得清晰的天文相片。
近几年来有厂商将波前技术引进眼科，做为检查像差之用，这样的仪器便是“波前像差分析仪”。
波前像差分析仪可以精确显示每个患者的眼球屈光数据，当数据输入激光系统后，便能为患者“量身订作”设计出最佳手术方案。
何谓像差（Aberration）？光线通过不同的介质，会产生不等的折射，到达观测点时便可能焦点不一的模糊现象，这就是像差。
以人眼来说，角膜，水晶体及眼内的房水，玻璃体都会对光线产生折射，如果其中一项或多项有不规则状况，看到的影像便可能模糊不清。
目前眼科界将像差分成低阶及高阶像差两种：低阶像差就是一般所谓的近视、远视及规则散光等屈光不正现象，高阶像差则是不规则的散光。
传统的视力检查项目只能显示出低阶像差，造成一些本身有高阶像差的患者对雷射手术的结果不甚满意（即使视力已达1.0），甚至质疑医师是否手术不当，让这些医师真是含冤莫辩，不过在波前像差分析仪推出后，这种情况便得以改善。
视光学基础习题集
视光学基础习题集文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-视光学基础习题集——12眼本2班一、名词解释1、视力（Visual Acuity）：即视觉分辨力，双眼所能分辨的外界两物点间的最小距离，常用视角的倒数表达。
2、视角（visual angle）：物体两端与眼第一结点所成的夹角。
3、视觉分辨力极限理论：在正常情况下，人眼对外界物体的分辨力是有一定限度的，该理论被称之为视觉分辨力极限理论。
4、模型眼（Schematic Eye）：一个适合于进行眼球光学系统理论研究且模拟人眼的光学结构。
5、正视化（Emmetropization）：外界的视觉刺激对眼球的生长发育发挥精确的调控作用，眼球壁会向着物像焦点的方向生长，直至屈光状态和眼轴长度达到合适的匹配，此过程称为正视化。
6、正视（Emmetropia）：当眼处于非调节状态，外界平行光线经眼的屈光系统后恰好在视网膜黄斑中心凹聚焦，这种屈光状态称为正视。
7、屈光不正（Refractive Error）：当眼处于非调节状态，外界平行光线经眼的屈光系统后，不能在视网膜黄斑中心凹聚焦，不能产生清晰像的一种屈光状态。
8、近视（Myopia）：在调节静止状态下，外界平行光线进入眼内后聚焦于视网膜感光细胞层之前的一种屈光状态。
9、远视（Hyperopia）：在调节静止状态下，外界平行光线进入眼内后聚焦于视网膜感光细胞层之后的一种屈光状态。
10、远点（Far Point）：当眼处于非调节状态时，与视网膜黄斑中心凹发生共轭关系的物空间物点的位置，称为远点。
11、近点（Near Point）：当眼处于最大调节力时，与视网膜黄斑中心凹发生共轭关系的物空间物点的位置，称为近点。
12、隐性远视（Latent Hyperopia）：即潜伏性远视，在无睫状肌麻痹验光过程中不会发现的远视，隐性远视=全远视-显性远视。
13、显性远视（Manifest Hyperopia）：在常规验光过程中可以表现出来的远视，等于矫正至正视状态的最大正镜的度数。
光学系统波像差
光学系统波像差
波像差是指光学系统中光的波前发生畸变的现象。
在理想的光学系统中，光波的波前应该是一个平面，这样可以确保光线在系统中均匀传播，形成清晰的图像。
然而，在现实情况下，光学系统的元件（如透镜、反射镜等）的形状、材质等因素会导致光波的波前发生畸变。
波像差会影响光学系统的成像质量和分辨率。
波像差可以分为以下几类：
1. 球差：由于透镜或反射镜的形状为球面，光线在通过这些元件时会产生球差。
球差会导致成像模糊，特别是在光圈较大的情况下。
2. 彗差：彗差是由于透镜或反射镜的形状不对称导致的。
彗差会影响成像的对比度，特别是在图像的边缘区域。
3. 像散：像散是由于透镜或反射镜的材料的色散特性导致的。
像散会导致不同颜色的光线在成像平面上聚焦在不同位置，从而产生色斑。
4. 畸变：畸变是由于透镜或反射镜的形状或位置导致的。
畸变会影响成像的几何形状，使成像产生形变。
5. 场曲：场曲是由于透镜或反射镜的形状或位置不均匀导致的。
场曲会导致成像在不同位置处的焦距不同，从而影响成像的清晰度。
波像差的分析和矫正是光学系统设计和制造的关键问题。
通过采用高质量的光学元件、优化光学系统的结构以及使用波前校正技术，可以有效地降低波像差，提高光学系统的成像质量和分辨率。
波前像差
检查注意事项操作步骤优质图选择原则：1、通过SCC且图片暴露面积大 2、重复性好 3、瞳孔圆且十字居中 4、最小OFF值 5、K值靠近平均值
波前相差仪与屈光术前设计
2018 年 1 月
定义：
光线是一个行进的电磁波，波前是光波的连续性的同相 表面， 因此，波前是一个面而不是一条线。在没有像差时 ，进入人眼的波前可以很好的在视网膜上会聚成一个焦点 ，波前像差即是由实际波前和理想的无偏差状态的波前之 间的偏差来定义。 人眼存在的像差有低阶像差和高阶像差。低阶像差包括 近视、远视、散光;高阶像差包括球差、慧差、不规则散光 等。
波前像差与视觉质量关系的研究进展
波前像差与视觉质量关系的研究进展【关键词】波前像差视觉质量研究进展像差在物理光学上已不是一个新概念,近几年来随着角膜屈光手术的推行,由其引发的术后夜间视力下降、对照灵敏度下降、眩光等一系列问题将像差与屈光手术牢牢地联系在一路,将这一物理光学的大体概念带入了一个新舞台,波前像差检查技术的显现为准分子激光角膜屈光手术后的视觉质量评判提供了一个客观的方式，现将像差、视觉质量有关内容及他们的关系综述如下。
1 像差概念和波前像差概述实际工作中光学系统所成的像与近轴光学(Paraxial Optics，高斯光学)所取得的结果不同，有必然的偏离，光学成像相对近轴成像的偏离称像差。
光的传播是以波的形式振荡向前的，一个点光源发出的光波是以球面波的形式向周围扩散，假设该点发出的光波在某一时刻停滞不前，所有光点形成的一个波面，就像战场阵地上士兵组成的阵，因此称为波阵面(wavefront)，直译为波前。
当该球面波向周围扩散传播没有碰到人和不均匀的阻力时，其波面即为理想波面，是以理想像点为中心的一个球面;而事实上该球面波向周围扩散传播时将受到介质中不均匀的阻力，其波面应为实际波面，是以非理想像点为中心的一个波面，理想波面与实际波面之间的光程差(optical pathdifference,opd)即称为波阵面像差(wavefront aberration)，直译为波前像差[1]。
依照人体生理学，关于人眼系统，其像差要紧来源于其光学系统的缺点：角膜和晶状体的表面不睬想，其表面曲度存在局部误差;角膜与晶状体、玻璃体不同轴;角膜和晶状体和玻璃体的内含物质不均匀，使折射率有局部误差。
各类光通过人眼的折射率不同，不可幸免地产生色差。
研究显示各类像差对人的视觉质量都具有重要的阻碍，在正常人眼的像差中，球差和色差是阻碍视网膜成像的重要因素。
而像散和彗差等轴外像差居于次腹地位[2]。
在瞳孔小于3 mm时，人眼的像差主若是离焦、散光、彗差、球差等常规的像差，当瞳孔增大超过7.3 mm时，阻碍人眼的视觉质量和视网膜分辨率的要紧缘故是超级规像差[3]。
波前像差
波前像差波前像差即是由实际波前和理想的无偏差状态的波前之间的偏差来定义。
1定义光线是一个行进的电磁波，波前是光波的连续性的同相表面，因此，波前是一个面而不是一条线。
在没有像差时，进入人眼的波前可以很好的在视网膜上会聚成一个焦点，波前像差即是由实际波前和理想的无偏差状态的波前之间的偏差来定义。
人眼存在的像差有低阶像差和高阶像差。
低阶像差包括近视、远视、散光；高阶像差包括球差、彗差、不规则散光等。
2分类1．传统光学（1）单色像差：由单色光成像时产生的像差，包括球差、彗差、像散、像场弯曲与畸变。
其中球差和彗差发生于对轴上和靠近轴的点状粗光束成像的光学系统中，称轴上像差；像散、像场弯曲和畸变发生于远离光轴的物体成像的光学系统中，称轴外像差。
（2）色像差：多色光（即由不同波长的光构成复合光）成像时，由于介质折射率随光的不同波长而改变所引起的像差。
2．现代概念近年来，随着技术的发展，不仅可以测量一些经典的像差，如球差、彗差等，还可以再现一些非常规的更高阶像差。
（1）低阶像差（10w order aberration）：指第1、2阶像差。
概括地说，是指离焦、散光等传统屈光问题。
第1阶像差是指x、Y轴的倾斜。
第2阶像差包括离焦和0°与45°方向的散光三方面内容。
（2）高阶像差（high order aberration）：第3阶及其以上像差。
指不规则散光等屈光系统存在的其他光学缺陷。
高阶像差的每一阶各包括许多项，每一项代表不同的内容。
例如：高阶像差第三阶包括彗差、三叶草样散光等4项内容。
第4阶不仅包括球差，还涉及更多项不规则散光等内容。
越高阶，像差内容越复杂。
一些研究显示，不同像差内容对人眼视觉功能影响不相同，但有些项的真正光学含义与视觉功能之问的关系尚需进一步研究探讨。
3测量法自1961年Smirnov等首次应用主觉检测技术测量出人眼像差以来，特别是在过去的十年测量技术有较大的突破后，出现了许多种类的像差测量仪。
儿童屈光性弱视波前像差的研究的开题报告
儿童屈光性弱视波前像差的研究的开题报告
一、题目：儿童屈光性弱视波前像差的研究
二、研究背景：
屈光性弱视是指由于视觉系发育不良导致的一种视力低下的情况。
儿童屈光性弱视是常见于儿童青少年的一种疾病，对儿童的成长、发育和学习都会造成一定的影响。
现有的研究大多集中在弱视的诊断和治疗上，而对于其形成机制的研究相对较少。
近
年来，波前像差技术的发展为对弱视的形成机制进行深入研究提供了可能性，然而有
关儿童屈光性弱视的波前像差研究还相对较少。
三、研究目的：
本研究旨在探讨儿童屈光性弱视的波前像差特征及其与屈光缺陷和弱视程度的关系，为进一步理解儿童屈光性弱视的形成机制提供参考。
四、研究方法：
1. 对50名儿童进行视力、屈光检查和波前像差检查；
2. 针对不同程度的屈光缺陷和弱视进行分组分析；
3. 利用数据分析工具对数据进行处理和分析。
五、研究意义：
本研究对于深入理解儿童屈光性弱视的形成机制以及探讨波前像差技术在儿童视觉疾病中的应用具有一定的意义。
同时，研究结果可为儿童屈光性弱视的诊断和治疗
提供一定的参考。
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常识综述从人类视网膜感光细胞的密度推算出人眼的极限视力可达3.0甚至更高，但由于人类进化过程中对远视力的需要逐渐下降，以及角膜和晶状体等器官的光学性能退化等原因，导致出现各种像差，因此人眼的理想视力只有1.5或更差，并且这些像差不能被现有的眼镜和隐形眼镜矫正。
波阵面像差（波前像差）原本是一项天文学技术，其发展由来已久，主要用来纠正天文望远镜等的像差，以便能更清晰地观测到更远距离的天体。
像差理论做为研究非理想光学系统的基础早已广泛地应用于制造光学精密仪器，当波前像差技术应用于眼科后，才与我们的生活变得更加关系密切。
目前波前像差仪有很多种，可分为客观法和主观法两类。
客观法根据其设计原理，又可分为：出射型像差仪、视网膜像型像差仪和入射可调式屈光计三种类型；主观法即心理物理学检查方法。
客观法的优点是快速、可重复性及可靠性好，但需使用较亮的照明光线，大部分还需要散瞳；主观法无需散瞳，可在眼睛存在调节的状态下检查眼的像差，但需对患者进行训练，检查较慢，可重复性较客观法差。
无论是主观法还是客观法像差仪，其基本原理是一样的，即选择性地监测通过瞳孔的部分光线，将其与无像差的理想光线进行比较，通过数学函数将像差以量化形式表达出来。
下面根据其设计原理来逐一介绍。
一、客观式像差仪1基于Schack-Hartmann像差理论而建立，见图6-1。
Schack-Hartmann波阵面感受器通过测量眼底的点光源反射出眼球的视网膜像来测量波阵面像差。
即，使一条细窄光束进入眼球，聚焦视网膜上，光线从视网膜上反射出眼球，穿过一透镜组，聚焦在一个CCD上。
如受检眼无像差，则反射的平面波聚成一个整齐的点阵格子图，每一个点的图像准确地落在相应透镜组的光轴上。
而当受检眼有像差时，则生成扭曲的波阵面，从而出现扭曲的点图像。
通过测量每一个点与其相应透镜组光轴的偏离，就可计算出相应的波阵面像差。
基于此原理的像差仪包括WASCA像差分析仪（Zeiss公司），Zywave像差仪（博士伦公司），Aberrometer（爱尔康公司）等。
2以Tscherning像差理论为基础，通过计算投射到视网膜上的光线偏移而得出结果。
图6-2基于Tscherning原理的像差测量示意图它是由倍频Nd：YAG激光（532nm）发出的有168单点矩阵的平行激光光束经瞳孔进入眼底（彩图10），由连接计算机的高敏感度的CCD采集视网膜图像（彩图11）。
由于屈光介质存在像差，投射到视网膜上的光线达到视网膜后?生偏移，其偏移可以通过投射在视网膜上的格栅观察到，通过视网膜图像分析受检眼的光学像差，即，将视网膜图像上的每个点的位置与它们在理想状态下的相应位置进行比较，根据偏移的结果计算出相应的波阵面像差。
基于此原理的像差仪包括Allegretto像差分析仪（Wavelight公司）和视网膜光线追踪仪（Tracy公司）等。
3以Smirnov-Scheiner理论为基础，其方法是通过对进入中心凹的每一光线进行补偿调整使之在视网膜成像完善。
其原理与临床应用的屈光计、检影镜很相似，所有进入视网膜的光线都向中央一点会聚，通过在各轴向上对瞳孔的快速裂隙扫描而实现，眼底反光被CCD捕捉从而得到眼的波阵面像差。
基于此原理的像差仪包括Emory 视觉矫正系统和OPD扫描系统（Nidek公司）等。
图6-3基于Smirnov-Scheiner原理的像差测量示意图二、主观式像差仪根据光路追踪原理设计，利用空间分辨折射仪以心理物理方法测量人眼像差。
假设眼处于衍射的极限时，聚焦在无穷远，因而无穷远的点光源通过瞳孔不同区域进入眼内，将会聚焦在视网膜上的一点。
当眼存在像差时，进入眼内的光线将不会聚焦在同一点上，点光源的像将是一个模糊像，该像点与中心发生了偏移，导致波阵面平面的光线射入眼球后由理论上的球面波变成了不规则的曲面波，通过数学换算，得到放大在瞳孔面上的眼底点扩散函数。
基于此原理的像差仪有WFA-1000人眼像差仪（苏州亮睛公司）。
参数分析及临床应用一、参数分析波阵面像差的表达方法有很多种。
在临床上，我们常见的有Zernike函数、均方根、调制传递函数、点扩散函数等，其中最常见且便于理解的是Zernike函数。
1Zernike函数是最常用的波阵面像差定量表达方法，是描述眼光学系统波阵面像差的理想的数学模型之一，它是交于单位圆上的序列函数。
通过Zernike函数可以将像差量化并分级，可以表达总体像差和组成总像差的各个像差。
Zernike函数常见的表达形式为8阶45项，可以分成低阶和高阶，其中0到2阶为低阶，3阶以上是高阶。
0阶Ｚ00表示各方向匀称、平整的波阵面，即无像差；1阶Z1-1和Ｚ11分别表示垂直和水平的倾斜（Tilt）；2阶表示离焦（Focusshift）或散光（Astigmatism），Ｚ2-2和Ｚ22分别表示45°/135°和90°/180°方向散光，Ｚ20表示离焦；3阶函数中，Ｚ3-3和Ｚ33表示三叶草形像差，Ｚ3-1和Ｚ31分别表示垂直和水平位彗差（Coma）；4阶为球差（SphericalAberration）和其他复杂像差，Ｚ40表示球差，Ｚ4-4和Ｚ44表示四叶草形像差，Ｚ4-2和Ｚ42表示45°/135°和90°/180°方向二次散光性像差；5至8阶是其他一些不规则像差，如5阶中Ｚ5-1和Ｚ51分别表示垂直和水平位二次彗差等，只有在瞳孔非常大时才显露出来。
其中影响人眼视觉质量较大的主要像差有下列几种：Ｚ20离焦，包括正性和负性离焦，对应于传统球性屈光不正的近视和远视；Ｚ2-2和Ｚ22即45°/135°和90°/180°方向上的散光，Ｚ3-1和Ｚ31即彗差，Ｚ40球差。
Zernike函数可以表示为以n行数（阶），m列数的金字塔形数字数组，称Zernike树，如图6-10所示。
为了能表达得更加直观，可以在以类似于角膜和瞳孔的圆形为基础，将Zernike函数重建成眼的波阵面像差图，形象地描述各种像差的形态，见图6-11。
低阶像差与传统的几何像差相对应，可用框架眼镜、隐形眼镜或传统的屈光手术矫正；高阶像差包括一些非经典的像差，需要进行像差引导的个性化切削才能矫正。
对于人眼，6阶以上的高阶像差对视觉影响很小，可以忽略不计。
临床上进行像差引导的个性化切削时考虑最多的是第3、4和5阶像差。
2meansumofthesquare，RMS）均方根是检测光学系统质量的一种方法，它是通过计算检测面上的各点相对于参考面的高度而得出的标准偏差，表示检测面与参考面的偏离程度，是Zernike函数的系数平方和的方根，可将不规则散光和球性屈光不正量化。
进行波阵面像差分析时，参考面?一个无像差的球面波。
RMS值通常为0～1，若RMS值较小，表示高阶像差所占比例少，接近球-柱镜参数。
3OpticalPathDifference，OPD）可表示OPD=理想波阵面-实际波阵面。
OPD为正值，表示这部分光速较慢，在Zernike函数中表现为峰；OPD为负值，表示这部分光速较快，在Zernike函数中表现为谷。
二、影响因素影响像差的因素很多，如瞳孔直径、调节、年龄、泪膜厚度、观察距离和眼球的转动等均可在很大程度上影响结果，与角膜、晶状体和玻璃体有关的解剖和功能上的改变及视网膜的形态也可影响结果。
另外，还可能受其他尚不清楚的因素的影响。
1瞳孔直径相对较小时（小于或等于2ｍｍ时），限制人眼视觉质量的因素主要是衍射，当瞳孔直径较大时，大量的轴外光线进入眼中，这时像差成为限制人眼视觉质量的主要因素。
人眼的视觉像差与瞳孔大小密切相关，随着瞳孔的增大而增加。
环境光亮度的改变，会引起瞳孔大小的改变，从而使视觉质量发生变化。
在晚上，瞳孔散大时，会出现眩光、光晕、双影和鬼影等现象，导致视觉质量下降。
由于药物作用而使瞳孔散大也可使像差发生变化，见图6-12。
图6-12瞳孔直径与像差的关系2调节人眼作为一个光学系统，为了能看清近距离目标，需要动用调节机制来改变屈光力。
在调节过程中，晶体因睫状肌收缩而快速增厚，表面曲率发生变化，晶体和角膜之间相对位置改变，轴位也发生变化，这使得人眼像差发生改变。
随着调节的增强，晶状体的位置前移，球差减少（从正值向零改变），彗差也发生显着的变化。
随着调节幅度的改变，像差也发生了变化，看远和看近时的像差表现是不同。
因此，像差测量时需评估注视条件所引起的调节。
3随着年龄的增大，晶状体密度不断增加，晶状体内各成份折射率梯度发生变化，而且角膜曲率半径随年龄增长而减小，即角膜更加接近球形，因此像差明显地增加，特别是球差。
4泪膜的破坏可导致的角膜表面不规则性改变，使像差明显增加。
干眼症患者泪膜不稳定，可出现角膜表面呈不规则性改变，角膜表面规则性指数（SRI）及表面不对称指数（SAI）明显升高。
三、临床应用1PK）和现行的准分子激光角膜屈光手术（PRK，LASIK，LASEK和Epi-LASIK）虽然矫正了屈光力，改善了中央视力，但也带来了对比敏感度下降、眩光和光晕等一系列问题。
临床研究表明手术改变了角膜的像差，使其术后的像差变大，并且随着瞳孔的增大而增大，切削越深像差变化越明显。
因此，近年来许多眼科专家致力于改善屈光手术治疗方法，发展像差引导的个性化切削，即根据每位患者不同的眼球屈光资料，设计出最佳切削方案，术中将从眼球像差仪获得的像差数据输入准分子激光机治疗系统引导激光进行切削，消除或减少那些可能导致视力不佳的高阶像差，重塑一个全新的角膜形态，从而显着提高术后裸眼视力和视觉敏感度，改善夜间视力，降低眩光和光晕的发生率，达到提高视觉质量的最终目的。
2（1）软性接触镜：现在多数人认为人眼的平均球差是正性的，因此，从理论上讲，消除了球面像差的镜片会提高人眼整体的成像质量。
但人眼是一种处于不断变化的动态的屈光系统，像差也会随着眼的调节及年龄的增大等因素而变化。
因此，消除了球面像差的软性接触镜只在特定条件下对特定个体有良好作用。
为克服以上不足，现已研制出一种可以个体化矫正不同个体像差的接触镜。
这种镜片的前表面是根据不同个体的实际像差切削的非球面非对称表面，后表面仍为球面，可按照预定产生与个体眼睛相匹配的离焦、散光、球差等，以达到矫正眼睛总体像差的目的。
（2）硬性角膜接触镜（RGP）：RGP可以在一定程度上纠正眼睛的像差，这种改进不仅限于散光，一些不规则的高阶像差也有明显的降低。
由于它的前表面是一接近完美的规则表面，并由泪液填充所有角膜的不规则表面，由于泪膜的屈光指数接近角膜屈光指数，大大减少了角膜散光和像差的影响。
但常规RGP矫正像差存在局限，因为它只能矫正角膜前表面像差，且其矫正像差量还受眼内散光和角膜散光的影响。