第11章第1节镜片的常见像差及处理 - 眼镜学

TOP

第11章第1节镜片的常见像差及处理

2009-11-27 15:57:00 来源:网络作者:凯越【大中小】浏览:76265次评论:0条

眼睛以镜片进行视力矫正时，必须使镜片的后焦点与眼的远点相重合，由于远点与视网膜黄斑中心凹为共轭关系，进入瞳孔的光束必须聚焦于黄斑中心凹。正常情况下，瞳孔的直径约3~4mm，故镜片每次被用到的仅为极小部分。所以讨论镜片时，可以近轴光线为主。当眼睛向前正视时所处的位置为原始位置，如图11-1所示，通过瞳孔中心P以及中心凹（FC）的直线称为眼的主线。

图11-1所示为远视眼在原始位置配戴矫正镜片的情况。要使镜片在此位置不产生棱镜效果，镜片的光轴应与眼的主线重合。镜片的后焦点F′应与眼的远点（FP）相重合。当我们转动眼睛注视不在主线上的远处物体时，与中心凹保持共轭的远点也随之转动，如图11-2所示。由于眼睛能绕着中心R转至无数不同的方向，其远点也有无数不同的位置，但所有位置均与眼转动中心保持不变距离。由此可以想象，远点的移动构成了一个球面，以眼的转动中心为球心，此球面称为远点球面。

对远视者而言，远点球面在眼的后方；对近视者而言，远点球面则在眼的前方。
由于连接瞳孔中心和中心凹的直线通常通过R，不会因视线方向的改变而改变，可假设有一固定光阑置于R，眼镜片设计的目的使得镜片能将近轴光线折射通过R而聚集于远点球面上。光束无论平行于透镜的光轴，还是斜射，都能在远点球面上成像。

光通过镜片成像时，其像的形状与物体很相似，但不完全相同，多少有些差异，这种差异叫像差，像差造成镜片成像不完美等问题。

像差使点光源发出的光线经过矫正镜片后没有获得完美的成像。影响成像质量的镜片像差有许多种类，主要分为两大类：色差和单色像差。

色差与颜色相关，使像产生彩色条纹。当光源只存在一种波长（一种颜色）时，产生单色像差。

（一）色差

光因波长不同，其折射率也不同，因此成像位置有所差异，这种现象叫色差。色差有两种表现，即纵向色差和横向色差。纵向色差是由不同波长组成的点光源经镜片沿光轴方向形成的一系列点像。每个像的颜色各不相同，并且每个像的焦距存在微小差异。横向色差依赖于光线的颜色，在镜片焦距处产生大小差异细微的像。

1．纵向色差（也称为轴向色差）因为每一种颜色或波长入射同一曲率表面后发生的偏折现象存在轻微的差异，纵向色差使镜片光轴上产生了一系列焦距（图11-3）。因此，纵向色差可以表示为可见光两种端点蓝光（FF）红光（FC）之间的屈光力差异。纵向色差的公式为：

FF－FC 公式11-1

纵向色差与棱镜效应没有直接关系。因此，平光棱镜不会产生纵向色差。
通常玻璃或树脂镜片材料具有特定的折射率。实际上，镜片材料针对不同的波长，其折射率有轻微差异。我们常用的某一镜片材料的折射率实际上是指黄光的折射率。
2．阿贝数因为色散值是小数，所以使用并不广泛，而使用其倒数表示却非常容易。色散力的倒数是一个整数。ω（色散力）的倒数用希腊字母nu或者v表示。
1 / ω= v 公式11-2
ν值有三个不同的名字。nu值、收敛、阿贝数或者阿贝值，由此我们得到术语阿贝数。
阿贝数最常用于鉴别镜片的色散量。阿贝数越高，镜片产生的色散就越少。阿贝数越低，通过镜片将越有可能发现彩色条纹，并且高屈光力镜片周边的视敏度将下降。
使用阿贝数与纵向色差的关系可以写成：
纵向色差 = F / v 公式11-3
3．横向色差及“色力”（也称为垂轴色差或放大率色差）横向色差既可以用成像放大率的差异来表示，又可以用棱镜效应的差异来表示。
（1）放大率差异：对于屈光矫正镜片，根据放大率差异来考虑横向色差。放大率差异是指两种不同波长成像之间的差异，例如红光和蓝光（图11-3）。
棱镜效果差异：当量化棱镜效应时，棱镜的横向色差是两种不同波长光的棱镜效应的差异（图11-4）。

可用公式表示：
横向色差 = 蓝光的棱镜效应－红光的棱镜效应
或者
横向色差 = △蓝－△红公式11-4
镜片的棱镜效应取决于到镜片光学中心的距离。我们知道当我们远离镜片中心注视时，棱镜效应增加。可以用Prentice规则来测定镜片上某一点的棱镜效应。Prentice规则，
△= c F 公式11-5
c是到镜片光学中心的距离，单位是厘米；F是镜片的屈光力。有时候，字母d（指距离）会被用来代替c（指厘米）。这是横向色差作用的情况。因此，既然
△蓝
= d FF △红 = d FC
且横向色差 = △蓝－△红
那么　　横向色差 = d FF
－d FC = d (FF－FC )
对于纵向色差，两个公式都是有用的，并且彼此相等。
纵向色差 = FF－FC
和纵向色差 = F / v
因此 FF－FC = F / v 公式11-6
如果等式两边乘上d（移心），我们可以发现，
d (FF－FC ) = d F / v
注意等式左边的条件，我们发现是横向色差的公式，则横向色差也可以表示为，
横向色差 = d F / v = 棱镜效应/ v = △/ v 公式11-7
因为v是阿贝数，所以如果知道镜片的阿贝数（v），就可以很快得到横向色差。
当横向色差指棱镜效应差异时，有时也称为色力。当棱镜效应增加时，色差变得更强，因此也更容易扰乱视觉。
4．色差降低视敏度设想某人正戴着一副屈光矫正镜片，且从镜片光学中心视物，正好没有棱镜效应，因此也没有色力。
当戴镜者从镜片的周边区视物，镜片的棱镜效应增加，产生色力。色力增加越多（横向色差），成像越模糊。高屈光力镜片周边的棱镜效应比低屈光力的要大。因此，高屈光力镜片的周边视敏度比低屈光力的下降的快。
色差越高，阿贝数越低。阿贝数越低，周边的相对视敏度降低越快。
相对视敏度 = 测量视敏度/最大视敏度
所幸，通常眼镜片配戴时，较少使用镜片周边区域仔细视物。如果有时需要仔细看时，通常转头。
为了减少色差可能带来麻烦，对于低阿贝数镜片（PC和一些高折射材料），应该考虑的主要配镜因素如下。
（1）测量单眼瞳距；
（2）测量主参考点高度，考虑倾斜角度；
（3）减小镜眼距离；
（4）足够的倾斜角度，但对于高屈光力镜片，倾斜角度小于10度；
（5）注意边缘厚度的比较（光学中心太高于基准线（中线）会引起镜片的上方和下方边缘厚度明显差异）。

（二）单色像差

当入射镜片的光线只有一种颜色时，即产生单色像差。

1．球差光线通过镜片时，离光轴近的光线（近轴光线）几乎全部集中在镜片的焦点上，而离光轴越远的光线，折射越强，成像位置离镜片越近，因此不能成像于一点而呈斑状，称之为弥散光斑（图11-5）。为了减少这种现象，可以在镜片前放置光阑以遮挡周边的光线，或将球面镜制成非球面。

2．慧差与光轴呈斜向入射的光线不在一点上成像。通过镜片边缘的光线，全部成像于通过光轴光线的单侧，呈非对称性的形似彗星状光斑的集合，这种现象叫慧差（图11-6）。

用望远镜看天上的星星时，离开视野中心的星星的像，似乎有尾巴似的，尾巴有时朝内方，有时朝外方，这就是因慧差引起的。
3．斜向像散从光轴外发出的光，与镜片呈斜向入射时，在含有镜片的光轴和物点的平面（主子午面）内光线的集合位置，会与此垂直平面（弧矢面）内光线集合位置相偏离。因此，通过镜片后的成像不是一点，而是呈椭圆形，这叫斜向像散（简称像散，图11-7）。这时像的大小与光阑的半径成比例，也就是视野越大（即光线入射角越大），则像越大。排除像散的镜片叫矫正像散镜片。

4．场曲（也称屈光力误差）与光轴垂直的物体的像被弯曲，看起来像碗似的，这就是由场曲引起的（图11-8）。若使中心部的像清晰，周边部的像模糊；当周边部清晰时，中心部又模糊，这就是由像面弯曲像差而产生的现象。但是，由于眼球自身的视网膜呈弯曲状，所以这个像差可以忽略不计。

5．畸变就镜片光学中心到周边不同距离的区域而言，这些不同区域的放大率各不相同，从而产生了畸变。畸变与像的清晰度无关，而是与形状相关的像差。对正镜片而言，放大率往周边按适当比例增加；而负镜片，放大率往周边按适当比例减少。通过高度的正镜片观察方形窗，窗角比窗框中央更远离镜片中心。这意味着窗角被放大更多，使窗看似枕垫。这就是所谓的枕垫畸变。对于负镜片而言，窗角没有窗框中央放大的多，形成了桶状畸变（图11-9）

可以通过折射率及曲率半径不同的多个聚焦和发散镜片的组合，以及调节光阑位置等方法，来消除大部分像差，但不能同时将所有的像差消除。事实上，少量的像差即使存在也没有多大的影响。

根据所消除的像差的不同类型，可将镜片分成以下几类：
（1）消色差镜片：消除纵向色差和单色球差的镜片。
（2）复消色差镜片：消除两种以上颜色的轴向色差和球差的镜片。
（3）矫正像散镜片：消除像散和场曲及其他一些像差的镜片。
（4）消球差镜片：消除轴向色差、球差、慧差的镜片。
眼镜片所成的像当然有各种像差，由于位于眼转动中心处的光阑很小，球差和慧差均很小，可忽略不计。色差虽然存在，但配戴消色差镜片又嫌太笨重。其实，戴镜所关注的主要是横向色差。而横向色差若不超过0.1，则影响不大。例如，+3.00D皇冠玻璃镜片，在镜径为4mm范围内，其横向色差不超过此值。若为+10.00D镜片，镜径则不宜大于12mm。而且由于眼睛对光谱两端敏感度降低，镜片色散几乎不易觉察，故色差也显得不很严重。设计者主要考虑的只有斜向像散和畸变，要克服此类像差，我们可通过控制以下变量：
（1）由镜片后顶点至眼转动中心的距离；
（2）镜片厚度；
（3）镜片折射率；
（4）在总屈光力保持一定值F的情况下，可调整面屈光力F1和F2的值（即可改变镜片的片形）。
我们可以设制一曲率半径等于－f n的Petzval像面来消去斜向像散。眼镜片设计的基本原则是使远处物点所成的像点位于远点球面上。所以应设法使Petzval面与远点球面重合。已知远点球面的曲率半径为s – fV′。通常都假定为薄透镜，fV′= f，故当s – f =－f n，即当f = s / ( 1－n )时，两者重合。
由于s及n一般都已决定，剩下只有一个f值可使像点落于远点球面上。通常弯曲镜片成某一特别形式，才有此可能消除斜向像散。设s = 25mm，n = 1.5，则f =
－ 50mm，即F =
－ 20.00DS(图11-10)。此透镜－20.00DS的形式可为F1 = 0及F2 =
－20.00D，或F1 = +8.7D及F2 =
－28.7D。

至于其他屈光力镜片，则无法使点像落于远点球面上。不过，在没有斜向像散的情形下，使点像落于Petzval曲面上仍有可能。对于一位远视者，当眼睛转动离开原始位置，并逐渐增加其调节，可迫使Petzval曲面勉强与远点球面重合。可是对于一位－20.00D以下的近视者，就必须减小调节才能使Petzval面与远点球面勉强重合，然而此时他的眼睛已处于完全松弛状态，无法再放松了。

顶一下

您看到此篇文章时的感受是：

Tags：镜片常见处理

责任编辑：peijingshi

【大中小】【打印】【繁体】【投稿】【收藏】【推荐】【举报】【评论】【关闭】【返回顶部】

分享到:

上一篇：第10章第5节眼镜的其他特殊设计

下一篇：第11章第2节镜片设计最佳形式

推荐图文

好视力眼镜遭..	明星追时髦戴..	小林志玲胡辰..	棱镜眼镜的加..	戴眼镜妹妹如..	O.D.C在上海开..
戴上更适合亚..	陈道明戴眼镜..	配眼镜，暗房..	验光配镜必须..	访雷朋眼镜Lux..	笔笔甩掉眼镜..