镜片像差
出处：按学科分类—医药、卫生 上海医科大学出版社《视光学手册》第26页（3398字）
最佳形式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。简而言之，在设计中应首先考虑减少和消除会产生的斜散像差(oblique astigmatism)，因为这种像差经常会给戴镜者带来不适。然而，斜散仅仅是5种单色像差中的一种。5种像差是：球面像差(sphericalaberration)、彗形像差(coma)、像弯像差(curvature of image)、畸变(distortion)、斜散像差。
2．4．1 球面像差
只有近轴光线(入射光线与主光轴夹角非常小，以至于入射角约等于其正弦值)才能通过第二主焦点F’(图2－13)。球面像差的发生是由于镜片边缘光线的折射偏离更大，其焦距f’短于近轴光线的焦距所致。
图2－13 球面像差
对于有些镜片，我们在设计时对球面像差作了一些处理。在镜片的边缘改变其曲率，使其稍平些，正如依视路公司生产的白内障手术后镜片(Omega)和远用非球面镜片(Hyperal，图2－14)。
图2－14 依视路公司的部分镜片
事实上，球面像差并不十分重要，因为我们可以通过孔径加以限制。戴镜者有他们特殊的孔径即他们的瞳孔。两折射面还可以分担对光线的偏离，因此改变镜片的形状也可以减少球面像差(图2－15)。
图2－15 镜片形状对球面像差的作用
2．4．2 彗形像差
轴外的一个点不能形成一个像点，而是一个彗形光斑(comatic flare)，它是由一系列半径逐渐增加的重叠的光圈所组成。当光线通过镜片的光学中心时，在光屏上会产生一个点，它位于光斑的顶部。如果将镜面看作二维空间(two－dimensionnally)，镜面中产生一个圈形像(图2－16)。
图2－16 彗形像差
如果球面像差被消除的话，彗形像差也会减少，但不会消除，除非镜片的曲面被改变，镜片的不同部分具有相同的放大率(阿贝正弦条件，Abbe′s sine condition；图2－17)。
图2－17 阿贝正弦条件
与球面像差的情况一样，人眼的瞳孔会限制通过镜片的光成为足够小的光束，这样就可消除大部分的彗形像差。
2．4．3 像弯像差
如果物体相对于镜片比较宽大，并且是一个垂直于主光轴的二维平面，那么，它所形成的像是一个曲面，称为Petzval曲面(图2－18)。
图2－18 像弯像差
像弯像差对戴镜者来说影响并不大。在设计眼镜时，Petzval曲面的半径为－nf。
在人眼视网膜上聚焦的光线，可看成是从位于眼的远点(far point of the eye)的光源所发出的。当眼球转动时，远点沿着一个球面，即远点球面(FPS)转动。远视眼的远点在眼的后面，而近视眼的远点在眼的前面。
理想的情况是借助于眼镜片将Petzval曲面与远点球面重合。对于这种情况，远点球面的半径必须与Petzval曲面的半径相等。即：
z－f=－nf
f=z／(1－n)
式中Z为眼球的转动中心与镜片间的距离。如果z=25mm，n=1．5，我们可以求得远点球面与Petzval曲面重合时的屈光度。即：
f=z／(1－n)
=0．025／(1－1．5)
=－0．05(m)
事实上，在镜片设计时没有镜片(在所有形状的镜片中)的像点都能落在远点球面上，因此，几乎所有镜片都存在像弯像差。
2．4．4 畸变
畸变像差是由于方形物体周边各点离镜片光学中心的距离不同，物像通过镜片时各点产生了不同的棱镜像移所致。
在一个光学系统中，当物像从主光轴向周边移开时，其放大率(manification)会逐渐变化。同样，相同尺寸固定物体的不同区域也会因不同放大率的作用而有不同的变化。这种放大率变化的结果是像的变形。它能产生两种不同形式的结果，即“枕形畸变”(pincushion)和“桶形畸变”(barrel)。
如果物像随着离开光学中心其放大率是逐渐增加的，则我们会发现畸变像差形成枕形变形，也就是一个方形像变成枕形。如果物像随着离开光学中心其放大率是逐渐减小的，则我们看到的是桶形畸变，也就是一个方形像变成桶形了。
在人眼的光学系统中，有一个光阑位于镜片的后面，即瞳孔。我们通过会聚的镜片会看到一个枕形畸变(图2－19)，而通过一个发散的镜片会看到桶形畸变(图2－20)。
图2－19 枕形畸变
图2－20 桶形畸变
这种畸变相对于主光轴呈放射性对称(ratial symmetry)，畸变作用仅仅发生在物体相对于主光轴不呈放射性对称的形状，比如方形，畸变后形成了桶形或枕形。但对于圆形并不变形，只是改变了尺寸。如果物体呈格子状，物像就会出现图2－21的图形。
图2－21 格子状物像的畸变
在实际应用中，畸变像差只是在高度的正镜片或负镜片时才能感觉到。比如说，戴高度正镜片的无晶体眼(aphake)，一根垂直的或水平的线条会被看成是一根弯曲的线条。新戴镜者需要一个适应时期。
对于一般的单光镜片，畸变像差作用并不显着。因此在单光镜片的设计时并不作主要考虑。
2．4．5 斜散像差
这是所有眼镜片像差中最主要的一种。消除斜散像差意味着镜片表面横向和纵向子午线所形成的像相互重合。在很大的屈光度范围内，可以用正确选择镜片的形状来达到这个目的。一片无斜散像差的镜片被称为点焦镜片(point focal)。
如果斜散被消除了，点焦图像通常仅处于一个曲面上，即我们所称之为的Petzval曲面上。图2－22显示+8．00D透镜的各种形式和像面。在图2－22(1)中，横向和纵向面的曲率非常大，无法接近远点球面。当镜片变凸和趋于新月形时，曲率和散光都减少了。在图2－22(4)中，显示了这种镜片的最佳片形，散光减少了，两曲面很接近远点球面曲面。
图2－22 +8．00D透镜的各种形式
当点光源以一个很细的光束，从一个斜角穿过镜片而形成点光源的两条像线(图2－23)，此即为斜散像差。当戴镜者倾斜时，光线是斜穿过球面镜片的边缘部，其效果就像通过柱镜片视物一样。所以，戴镜者倾斜视物时便会产生模糊。
图2－23 斜散像差
斜散像差对戴镜者来说是最令人讨厌的，因此必须选择最佳片形。屈光度越高，越接近镜片的边缘，其斜散像差越明显。