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Johannes

Hartmann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。

到了1971年，Dr. Roland Shack 和Dr. Ben Platt进一步改良这个概念，使用小透镜组成的阵列感应器来取代位于焦点位置的荧幕，这个感应器就是现在广为采用的Hartmann-Shack sensor。Hartmann-Shack sensor现在广泛的应用在军事、天文学以及眼科。

德国医师Dr. Josef Bille是第一个将Hartmann-Shack sensor应用在眼科上的人，其他波前的先驱包括Dr. Junzhong Liang 和Dr. David Williams，这些医师不断的改进波前

检查的仪器设备，不过仪器还是十

分的复杂。一直到Dr. Williams 和

Dr. Liang在1994年首次应用

Hartmann-Shack原理准确、客观的

测量了人眼像差。发展出现在使用

的全自动波前检查仪，才真正能够

快速、准确的运用在临床检查。该

技术不仅可对传统像差进行精确的

描述，还发现了非常规的更高阶像

差，使人们对像差有了更深入的了

解。

1997年，Dr. Liang和Dr. Williams在ARVO (The Association for Research in Vision and Ophthalmology)发表论文，讨论早期的临床检查结果。这个时候，眼科医师才开始认真的思考，波前技术应用在视力矫正手术的可能性，几个主要的激光视力矫正设备厂商，包括VISX，开始和Drs. Bille, Williams, and Liang合作发展各自的波前分析仪器。

通过不断的技术创新和进步，现在波前像差引导的个体化激光矫视手术已经成为效果最好的激光视力矫正手术的主流。

二、波前像差的概念

在几何光学理论中，一般都假设从物点发出的所有光线均可聚焦成一共轭像点。平面物体像落在一个平面上，并形成一个按准确比例的物体复制像。但实际的光学系统并非如此简单，总有入射光线远离主光轴或成像光束的波长不同，系统的折射率不为常数。因此，实际光学系统的成像与理想光学系统所得结果不同，这种光学成像相对于近轴成像的偏离被称为像差。物理光学将光形容为光波，各个方向均为球面波。波前像差（Wavefront aberration）从物理光学描述是指理想光学系统之参考波阵面与实际测量光学系统波阵面之间的差别。

人眼屈光系统及晶状体经常被描述为屈折光线，也可定义为传播光的形状。眼底黄斑发出的光线如果经过屈光系统有问题的眼睛，光波会变形。近视眼波阵面形状如碗形。周边比中央更早聚焦。远视眼波阵面可为小山状，中央波面聚焦较早。而不规则散光或存在高阶像差的眼，其形状不规则。

随着技术的发展，现在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。因此，目前常将像差分

为低阶像差和高阶像差。低阶像差

是指离焦、散光等传统屈光问题；

高阶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

每一阶中包括许多项，例如高阶像

差第三阶包括彗差、三叶草差等四

项内容。越高阶像差内容越复杂，不同像差内容对人眼的视觉质量影响不同。

三、波前像差测量及重建方法

波前像差的测量和数据捕获需要一种探测设备，用以收集人眼的波前像差数据信息。数据采集好以后需要把光电信号转换为数字信号并使用数学手段来描述并重建眼睛的实际屈光情况，最终呈现给医师和患者的因该是数值和二维或者三维的图形。

波前像差的测量：

波前像差分析允许我们更精确的刻画个性化的屈光系统特征，但是，我们如何测量波前像差呢？人眼像差的测量在激光矫视领域基本上全部采用光学像差测量。此方法多以光线追踪理论为基础，通过贯穿入瞳的列阵光线斜率的整合重现像差。现在基本分三类：1、以Hartmann-Shack 原理为基础的出射型光学像差仪。它通过测量聚焦于系列镜片光线上每点离焦程度显示像差。基于此方法的有美国VISX 公司的WaveScan 系统、博士伦公司的Zyoptix 系统、爱尔康公司的CustomCornea 系统以及德国Zeiss 的Wasca 系统。是目前市场上的主流技术，其广泛的适用性、高度的可重复性、可预测性及其出色稳定的术后效果都令人称道。2、Tscherning 原理为代表的入射型光学像差仪。应用视网膜栅格照相技术，将视网膜每点成像与理想成像的位移予以记录并计算。Wavelight 和Schwind 属于此类。3、光学路径差异型。将出瞳处任一点（x ，y ）的光线长度与瞳孔中心的光线长度比较。通过测量光学路径长度的差异计算出像差。日本尼德克公司的OPD 扫描系统即为此类型。

CCD-映像Hartmann-Shack 像差仪

波前像差的重建方法

目前有两种主要的数学方法用来描述并重建波前像差图形。分别是Zernike 多项式和Fourier 分析，它们都是以其发明者的名字命名的数学分析方法。

Zernike 多项式可对单色像差进行定量分析。Zernike 多项式是正交于单位圆上的一组函数。表示形式Z n m （r ，θ），r 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，描述方位角正弦频率成分。

Zernike 多项式广泛应用于光学领域，而且与经典像差紧紧相连，按其绘制的图谱至今仍是教学的经典，对其重点项的分析目前仍是学术界讨论的热点。但此算法的缺点和局限性也不容忽视。它对波前细节有滤波效应，重建的图形比较粗糙，不能显示更高阶的像差。而且其边界效应使其图象边缘不为零，影响精确性。Zernike 多项式简单的描述了“最佳拟合”表面，没有利用所有Hartmann-Shack 探头采集到的数据，它把视觉系统拆分成单独的项从而难以获得临床的相关性。在实际应用中它的运算也稍慢。

Fritz Zernike 建立光学像差的数学模型

Zernike 多项式可以很好的描述没有任何实质性病变的正常眼，然而我们需要一种更强大的运算法则来描述更复杂的视觉系统，而且人类波前像差超出了六阶Zernike 多项式的解决范围。此时，Fourier 分析则更具优势。

Fourier

分析方法是采用一系列的正弦波来描述一个复杂的图形，

其系列式表示为： 。应用快速傅立叶

变换可以最大限度的提高数据处理速度，缩短检查时间。因为正弦波边缘皆为零，所以没有边界效应，傅立叶叠加法可以使边界很平滑。??+=dudv vy ux i v u c y x W )](2exp[),(),(π

傅立叶分析可以优化取值，且没有滤波效应，重建的波前图形更为精细，显示出更高阶的像差细节。而且Fourier 系列可以直接变换成Zernike 多项式，大大增进了与经典像差的联系，更利于医师进行分析判断。同样，傅立叶分析也存在缺点，那就是这种数学描述方式在圆孔径下非正交归一，但是，傅立叶分析可以通过叠加法解决此问题。 Fourier 和Zernike 的互换

Fourier 变成 Zernike:

Zernike 变成 Fourier:

测量人类的Hartmann Shack (HS)图像时，努力使HS 图像的每一点都符合人眼像差的真实情况，然后Fourier 分析会计算到所有的这些数据点，而Zernike 多项式可能仅使用了其中的少部分数据点，如果想达到Fourier 重建的精确度，你可能需要使用高达20阶的Zernike 多项式。同时，Fourier 比Zernike 在计算时会快很多。

Joseph Fourier 创建Fourier 数学分析方法

四、波前像差技术在现代屈光手术中的应用

虽然在十三世纪人们就开始使用眼镜矫正离焦，十九世纪进而可以矫正散光，但是直到今天，普通的眼镜仍不能矫正球差、彗差及其他不规则像差。这些像差因人而异，相互叠加，相互作用，直接影响到人们的视觉质量。角膜接触镜可中和角膜表面的屈光异常以达到部分矫正像差的目的，方法简单、经济，但是其有效性和可预测性不甚理想。

??

=k d k U k a c i i 2*),(),(1φφπ),(),(0φφk U c k a i i i ∑∞==

眼科医生对于视力矫正品质的追求是永不满足的，甚至尝试追求超越一般眼镜和隐形眼镜的矫正效果。在此同时，波前像差技术的理论不断完善，技术不断发展，波前像差分析仪也被正式的应用在眼科临床检查和激光矫视手术中。波前像差分析可以发现人类整个屈光系统的不完美。而且影响人们视力和视觉质量的像差组成因人而异，千差万别。如同指纹一般，每只眼睛的波前像差图形都是独一无二的，与他人无法完全相同，单纯的依靠球镜和柱镜或者非球面修边等程式无法解决全部的问题。基于Hartmann Shack技术和Fourier分析方法的波前像差技术成功地矫正了人眼像差，尤其是对高阶像差眼的矫正，取得了非常满意的临床结果，解决了眼镜和隐形眼镜不能解决的不规则散光问题。这种个性化的手术应该是激光矫视手术的未来。

波前像差仪在眼科的应用现状

波前像差仪在眼科的应用现状 摘要】眼科屈光手术的发展使波前像差仪的应用日益广泛，本文对临床常用的 波前像差仪的原理和波前像差仪的应用领域加以综述。 【关键词】波前像差仪;原理;临床应用【中图分类号】R473【文献标识码】A 【文章编号】2096-0867（2015）-08-129-03Application of Wavefront Aberration in ophthalmologyGuo-Feng Fang1, Ya－Qin Jiang2，Xu－Dong Huang3AbstractRapid development of ophthalmic refractive surgery lead to aberrometer used widely, the review is to introduct principles andapplications of Aberrometer.KEYWORDS: aberrometer; Principle ;clinical application 引言随着眼科学的发展，人们日趋关注对视觉质量的研究，通过矫正像差 来改善视功能[1, 2]已越来越受到人们的重视。怎样精确地测量像差显得尤为重要，波前像差仪可作为一种客观的检查仪器, 检测人眼的像差, 分析人眼光学系统中存 在的各种像差并评价人眼的成像质量[3]。 波前像差仪的分类和原理临床上较为常用的波前像差仪中，设计原理主要包 括Hartmann-Shack（H-S）原理、光路追迹原理、Tcherning 原理或视网膜检影原理。其基本原理是一致的，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[4]。 1.Hartmann-Shack 原理假设眼睛是无像差的正视眼，射入眼内的光束从眼睛 出射的是平面波前,若出射波是平面波，光线就会聚焦在光轴的焦点上，否则将会 根据局部波前的倾斜程度和方向发生位移。CCD 相机上的不规则点像阵列,与理想 位置点像的偏差及显微透镜的焦距, 推导出主光线斜率和波前的整体形式。这种 波前检测方法的局限性为：黄斑下脉络膜的干扰产生的散射会引起干扰性的回波，激光光源中的小斑点、黄斑部被照亮的程度以及质量,也是限制波前检测的准确性 的因素。而采集频率的提高有助于波前探测达到一个理想的程度[5]。代表仪器包 括WASCA 波前像差仪、Mult ispot-1000波前像差仪和Zywave 波前像差仪。 2.光路追迹原理由红外激光束(波长785nm )发出的平行激光光束经瞳孔进入 眼底, 由CCD 相机采集视网膜图像。屈光介质的存在使投射到视网膜上的光线发 生偏移, 其偏移可以通过投射在视网膜上的格栅观察到, 根据偏移的结果计算出相 应的波阵面像差。该系统逐点连续性的扫描,限制了实时性方面的应用[4]，可在人眼调节状态下进行测量的特点,适用于各种类型和大小的瞳孔[7]。代表仪器是ITrace 波前像差仪。 3．Tcherning 原理视网膜检影原理据测得的时间差来计算人眼的波前像差。 与光路追迹原理比较，其测量像差的范围更广, 分辨率更高。但不可避免双通道 引起的偏差的影响，逐点连续性的扫描,同样限制了其实时性方面的应用[4]。代表仪器OPD-ScanARK-10004波前像差仪在眼科的应用1.泪膜视物模糊是干眼症的症 状之一，泪膜的厚度或规则性的改变会导致眼像差的增加[9]。波前像差仪的应用 可以定量评价视觉质量以及干眼症患者的治疗效果[10]。Robert Montés-Micó等[11]发现干眼症患者有更多的像差，包括高阶像差、彗差和球面像差，并指出角 膜表面泪膜的不规则性导致像差的出现。Kaevalin Lekhanont 等[8]选取50 位干眼 症患者，对患者随机选取一只眼滴入0.18%低渗透明质酸钠溶液，另一只眼滴入0.9%生理盐水，测量结果发现，透明质酸钠并不能减少干眼症患者的高阶像差。 2.白内障波前像差仪在白内障方面的应用价值广泛。 2.1 观察早期晶状体混浊变化及评估早期白内障患者视觉质量王开杰等[12]对

相位差检测电路

课程设计报告 课程电子测量与虚拟仪器 题目相位差检测电路 系别物理与电子工程学院 年级08级专业电子科学与技术 班级08电科（3）班学号0502083（02 14 23 24）学生姓名崔雪飞陈祥刘刚李从辉 指导教师徐健职称讲师 设计时间2011-4-25~2011-4-29

目录 第一章绪论 (2) 第二章题目及设计要求 (3) 2.1题目要求 (3) 2.2设计要求 (3) 第三章方案设计与论证 (4) 3.1移相电路设计 (4) 3.2检测电路设计 (4) 3.3显示电路设计 (5) 第四章结构框图等设计步骤 (6) 4.1设计流程图 (6) 4.2模块分析 (7) 4.2.1 移相电路 (7) 4.2.2 检测电路 (7) 4.2.3 显示电路 (8) 4.3结果显示 (9) 4.4总电路图 (11) 第五章误差分析 (12) 第六章总结体会 (13) 第七章参考文献 (14) 附录 (15)

第一章绪论 随着电子技术和计算机技术的发展,电子设计自动化(E-DA) 技术使得电子电路设计人员在计算机上能完成各种电路的设计,性能分析和有关参数的测试等大量的工作。Multi-sim2001是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本,是一个专门用于仿真与设计的工具软件,它丰富的元件库中提供数千种电路元件,随时可以调用;它提供了多种测试仪器仪表,可方便的对电路参数进行测试和分析。移相器在新一代移动通信、电子战、有源相控阵和智能天线等系统中获得广泛的应用。移相器在电子系统中的主要作用是调整系统接收 /发射时电路中的信号相位。本文将介绍用Multisim软件的部分集成电路和控制部件等各种元件来完成移相电路的设计和仿真。 使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 相位差的测量是研究网络相频特性中必不可少的重要方面，如何使相位差的测量快速、精确已成为生产科研中重要的研究课题。 测量相位差的方法很多，主要有：用示波器测量；把相位差转换为时间间隔，先测量出时间间隔，再换算为相位差；把相位差转换为电压，先测量出电压，再换算为相位差；与标准移相器进行比较的比较法（零示法）等。在测量相位差中主要有四种方法，即用示波器测量相位差、相位差转换为时间间隔进行测量、相位差转换为电压进行测量、零示法测量相位差。在此课程设计中主要用到的是相位差转换成计数脉冲数进行测量。

波前像差简介 (2)

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，

波前像差仪的标准操作规程

波前像差仪的标准操作规程（SOP） SOP编号：SOP-YK-YQGL-005-1 页数：3 制定人：审核人：批准人： （签名、日期）（签名、日期）（签名、日期）生效日期：颁发日期： 仪器型号:Wavelight ALLEGRO ANALYGER 1071－1－704德国 一、用途 检测屈光系统的像差，引导个体化手术。 二、结构 1.彩色显示屏 2.电脑主机 3.波前像差检查系统

三、操作方法 1.开机 1.1连接UPS后打开计算机开关,打开像差仪开关,进入波前监测系 统。 1.2调整头架位置，去掉镜头盖。 1.3进入病人资料系统，点击新病人，根据检查结果输入病人资料。 注意确认病人姓名，性别和出生日期，防止重名。 1.4注意术前和术后检查次数的正确输入。 2.检查 2.1病人散瞳2次后，瞳孔直径7mm以上进行检查。 2.2调整病人头位，使其保证为水平位置。 2.3每眼每次检查4次为益，从中选择理想图像。 2.4注意是否为中心测试。建议X轴Y轴在0.05以内，Z 轴在0.08 以内。

2.5注意泪膜的完整性，建议在瞬目后拍摄。 2.6图像中心良好标志：十字在瞳孔中心，虚线在瞳孔缘，X,Y,Z 轴在允许范围内。 3.结果分析 3.1初始图象是否为中心，各点分布是否均匀。 3.2X,Y,Z轴是否在允许范围内。 3.3临床检查屈光结果与像差结果的差异。 3.4均方根的结果在光学区为4mm时小于0.24。C7,C8,C12过大 时，均方根小于0.24也应个体化切削。 四、维护 1.操作时不要震动机器。 2.每个月建议进行测试眼的矫正。 3.连接UPS后使用。

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Johannes Hartmann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。

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 出射型像差仪 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 视网膜像型像差仪 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（532 nm）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 入射可调式屈光计 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

波前像差简介

波前像差简介 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

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出射型像差仪 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。

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（作者:___________单位: ___________邮编: ___________） 【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广,由其引发的术后夜间视力下降、对比敏感度下降、眩光等一系列问题将像差与屈光手术牢牢地联系在一起,将这一物理光学的基本概念带入了一个新舞台,波前像差检查技术的出现为准分子激光角膜屈光手术后的视觉质量评价提供了一个客观的方法，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)所获得的结果不同，有一定的偏离，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遇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;而实际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 path difference,opd)即称为波阵面像差(wavefront aberration)，直译为波前像差[1]。 根据人体生理学，对于人眼系统，其像差主要来源于其光学系统的缺陷：角膜和晶状体的表面不理想，其表面曲度存在局部偏差;角膜与晶状体、玻璃体不同轴;角膜和晶状体以及玻璃体的内含物质不均匀，使折射率有局部偏差。各种光通过人眼的折射率不同，不可避免地产生色差。研究显示各种像差对人的视觉质量都具有重要的影响，在正常人眼的像差中，球差和色差是影响视网膜成像的重要因素。而像散和彗差等轴外像差居于次要地位[2]。在瞳孔小于3 mm时，人眼的像差主要是离焦、散光、彗差、球差等常规的像差，当瞳孔增大超过7.3 mm时，影响人眼的视觉质量和视网膜分辨率的主要原因是非常规像差[3]。单色像差和瞳孔的大小(即调节作用)有明显相关性，随调节程度加强像差明显升高，而且对于PRK、LASIK术后大瞳孔(7 mm)患者像差明显高于小瞳孔(3 mm)的患者[4]。这些结构上的偏差使得经过偏差部位的光线偏离理想光路，以至物体上一点在视网膜的对应点上不是一个理想的像点，而是一个发散的光斑，其结果是整个视网膜像对比下降，视觉模糊。实践证明，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。 2 视觉质量 目前公认的评价视觉质量的指标包括视力、对比敏感度检查和主

Zywave波前像差仪测量屈光不正的准确性研究

Zywave波前像差仪测量屈光不正的准确性研究 刘后仓;龙克利;王海燕 【期刊名称】《中华眼视光学与视觉科学杂志》 【年(卷),期】2007(009)001 【摘要】目的评价Zywave波前像差仪测量近视眼屈光不正的准确性.方法对56例行屈光不正矫正术的患者(106只眼)分别用电脑验光(睫状肌麻痹和非睫状肌麻痹下)、显然验光、Zywave波前像差仪法测量眼屈光不正,并将患者按屈光不正度数分为三组:低度近视组(-0.50～-3.00 D),中度近视组(-3.25～-6.00 D),高度近视组(-6.25 D～).对测量的结果进行单因素方差分析(ANOVA).结果四种验光方法测量的验光结果(球镜、柱镜、等效球镜)除低度近视组电脑验光和睫状肌麻痹状态下验光的球镜度数(P=0.029)及等效球镜度数之间的比较差异有显著性(P=0.024)外,余在低度近视组、中度近视组及高度近视组两两之间比较差异均无显著性(ANOVA,P＞0.05).Zywave波前像差仪和显然验光及睫状肌麻痹状态下验光测量结果比较,随屈光不正度数增加,球镜相符率降低,柱镜相符率升高.结论Zywave波前像差仪测量屈光不正有较高的准确性,可以很好地用于Zywave系统个体化切削治疗使用,但与显然验光和睫状肌麻痹状态下验光比较仍有差异,可以作为以上两种验光方法的参考和补充. 【总页数】4页(20-23) 【关键词】Zywave 波前像差仪;屈光不正;显然验光;电脑验光 【作者】刘后仓;龙克利;王海燕 【作者单位】山东省眼科研究所,山东,青岛,266071;山东省眼科研究所,山东,青岛,266071;山东省眼科研究所,山东,青岛,266071

电子测量与仪器 第六章 时域测量

第六章时域测量（示波器） 6．1 通用示波器由哪些主要电路单元组成?它们各起什么作用？它们之间有什么联系？6．2 通用示波器垂直偏转通道包括哪些主要电路？它们的主要作用是什么？它们的主要工作特性是什么？ 6．3 简述通用示波器扫描发生器环的各个组成部分及其作用？ 6．4 在示波器的水平和垂直偏转板上都加正弦信号所显示的图形叫李沙育图形。如果都加上同频、同相、等幅的正弦信号，请逐点画出屏幕上应显示图形；如果两个相位差为90°的正弦波，用同样方法画出显示的图形。 6．5 现用示波器观测一正弦信号。假设扫描周期（T x）为信号周期的两倍、扫描电压的幅度V x＝V m时为屏幕X方向满偏转值。当扫描电压的波形如图6.42的a、b、c、d所示时，试画出屏幕上相应的显示图形。 解： a b c d

Vx 6．6 试比较触发扫描和连续扫描的特点。 6．7 一示波器的荧光屏的水平长度为10cm ，现要求在上面最多显示10MHz 正弦信号两个周期（幅度适当），问该示波器的扫描速度应该为多少？ 解：正弦信号频率为10MHz ，T ＝s f T 76101101011-?=?== ，要在屏幕上显示两个周期，则显示的时间为s 71022T t -?==，扫描速度为 s cm /10501021067?=?- 6．8 示波器观测周期为 8ms ，宽度为 1ms ，上升时间为 0.5ms 的矩形正脉冲。试问用示波器分别测量该脉冲的周期、脉宽和上升时间，时基开关（ t/cm ）应在什么位置（示波器时间因数为 0.05μs ～0.5s ，按 1－2－5 顺序控制）。 解： 在示波器屏幕上尽量显示一个完整周期，而水平方向为10cm ，所以 测量周期时，8ms/10cm ＝0.8ms/cm ，时基开关应在1ms 位置， 测量脉宽时，1ms/10cm ＝0.1ms/sm ，时基开关应在100μs 位置， 测量上升时间时，0.5ms/10cm ＝50μs/cm 时基开关应在50μs 位置 6．9 什么是非实时取样？取样示波器由哪些部分组成？各组成部分有何作用？说明取样示波器观察重复周期信号的过程。 解：由r t BW /35.0=，可知MHz BW 7)1050/(35.09 =?=-，选择示波器时，信号上升时间应大于3~5 t R （示波器上升时间），或者带宽大于3～5f M ，这样只有（2）和（4）满足，而（4）的上升时间最小，观察效果最好，但价格贵。 6．10欲观察上升时间t R 为50ns 的脉冲波形，现有下列四种技术指标的示波器，试问选择哪一种示波器最好？为什么？

一种软件测量相位差方法研究

一种软件测量相位差方法研究 作者：杨明1姜万东1宋国云2 （1.珠海万力达电气股份有限公司，广东珠海 519085； 2.酒泉超高压输变电公司，甘肃酒泉 735000) 摘要：传统测相位的办法是通过定时采样信息，经过快速傅立叶变换进行分析，这种做法要求采样点是整个周期的信息，还要进行复杂的作商、求反正切计算，运算量大，对系统时间造成一些浪费。作者根据传统测量方法进行拓展，提出了一种新颖的相位差测量方法，计算量小，用时少，精度高，特别适用于单片机环境下的软件测相位使用。 关键词：相位差；快速傅立叶变换（FFT）；单片机；软件测相位 相位差测量是工频交流电气测量技术的一个很重要的部分，电力系统中研究相位差是实现系统并列、准同期、无扰动合闸等工艺的重要前提条件，对系统稳定运行具有重要的意义。 传统的软件测相位的办法是通过定时采样一个周波的信息，利用快速傅立叶变换（FFT），将两个电气测量量的实部、虚部求出，然后对虚部差、实部差之商经过一次反正切计算，得出相位差。该方法运算量大，对系统资源浪费严重，对一些时间性要求比较苛刻的场合应用有局限性。为解决这一矛盾，本文利用考核过零点的时间差，求的相位差，研究数字滤波器，对提高测量精度有重要的意义。 1 信号采样 电气测量一般为50Hz的正弦波，为了满足测量精度、获得充裕的系统应用时间，本方 15电角度。通过单片机的定时中断，法使用的是每周24点的采样密度，既每个采样间隔是 读取中断时刻AD中各路模拟量的数值，分别储存至相应的寄存器数组中，如通道A、B的寄存器分别为AD_BUF_A[order]、AD_BUF_B[order]，其中order表示采样点次序，通道A、B采样点次序严格一致。 相位测量对所测的电气量的谐波要求比较严格，所以采样电路的前级的滤波措施要得当，专门的带通滤波器电路，可以很好地解决谐波问题，但是由于滤波回路会产生一些相角偏移，所以滤波器件的选型要严格。为了使测量误差尽可能的降低，为此，软件的滤波措施也要考虑。 2采样数据处理 以通道A为基本相位,研究通道A与通道B过零点的时间差，进而求解两者之间的相位

波前像差技术的应用

波前像差技术的应用 眼科学运用波前像差的方法：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。 波前像差技术在眼科的应用几乎都集中在屈光手术上。同PRK手术一样，LASIK术后像差的增加屡见报道。无论远视还是近视患者，屈光手术都引起了低阶和高阶像差的增加。为了尽可能的减少手术引起的像差增加和矫正患者原有的像差，在过去的两年里，波前像差引导的屈光手术已经有所开展，波前引导技术增加了对波前像差的矫正，但结果尚不能令人满意。基于对一些涉及到年龄、调节和色像差等问题的基础研究已经向我们提出了实现完美矫正的严峻挑战。现在尽管我们的技术远未达到实现完美矫正的境界，如何优化波前引导的屈光手术仍是一个非常重要的问题。 自去年以来，人们已经观察到同正常眼相比白内障和青光眼术后眼的波前像差增加。今年亦发现行角膜切口和巩膜切口的白内障患者术后像差存在差别。这些结果提示手术有待改进，但相应的技巧还未实现。 补偿光学和检眼镜的结合为眼科医生和视光学医师得到清晰的视网膜像带来了新的希望。目前这样一种装置已在一些实验室用于科学研究，但用于临床的这种仪器尚处于研制阶段。 在视光学领域，最近人们正在研究像差测量和传统验光的关系。人们亦发现波前像差能为传统的屈光不正提供良好的预测。接触镜能够影响波前像差，但是不同类型的接触镜有不同的效应，对于近视眼，RGP接触镜能够减少低阶像差，而软性接触镜则能导致更大的像差，且主要为高阶像差。总之，波前技术在眼科和视光学的临床应用正在蓬勃发展，前景广阔。 大家都是坐着接受术前检查而是躺着做手术，体位变化，眼位也会有变化，手术过程中眼球也会转动，这些都会影响手术质量。虹膜定位波前像差就解决了这一难题 虹膜定位能在准分子激光手术过程中自动跟踪记录。根据患者眼球的旋转运动，自动追踪和补偿旋转的角度，从原有的XYZ三维追踪，扩展为四维旋转追踪，为近视患者“量体裁衣”，进一步提高了个性化准分子激光手术治疗近视、散光、远视的精确性。每个人虹膜纹理都是不同的，目前世界上还没有发现虹膜特征重复的案例，即使同一个人的左右眼虹膜特征也有很大区别。对于需要更高视觉质量的患者，虹膜定位是必须的，虹膜定位激光近视手术能降低手动定位的人为因素误差，使术后的效果更好。 传统准分子激光近视手术有一个隐忧，在手术过程中无论眼球在有意识或是无意识情况下任何的转动，都会造成检测数据与激光治疗吻合度的误差，而目前所有的术前检查都没办法躺着做，手术时却又要患者躺下治疗，无法准确把握患者的动态，可能诱发多余的像差，影响术后视觉质量，这就意味着即使运用精密

理解波前像差与Zernike多项式

理解波前像差与Zernike多项式 科技的发展总是给眼视光学医生提供更先进的“武器”用来矫正患者的屈光不正。准分子角膜激光手术就是近年以来这一领域的重大突破性进展。现在，我们又开始进入下一个重大突破发生的阶段：波前像差引导的角膜屈光手术。这一技术引起了人们很大的关注，因为它有可能让患者获得“超视力”（Super-normal Vi sion ）。 波前像差（Wavefront aberrations ，波阵面像差，波面像差）和Zernike 多项式是这一研究领域专家学者在文章和会议上进行讨论的核心。但这些概念来自于经典的物理光学和数学领域，由于知识背景的原因，可能大多数的眼科医生对此难以做清晰、透彻的理解，更难以在临床工作中向患者进行解释说明，以获得他们的理解与配合。本文以此为目的进行阐述，供读者参考。 1. 什么是高阶像差？ 对波前像差的描述中，研究者似乎更关注高阶像差（higher-order aberrations ），那么什么是高阶像差？回忆历史，在波前像差的概念以前，球镜度、柱镜度、散光轴向三个数据的组合代表了眼视光学临床上对患者眼屈光状态的全部描述。无论是电脑自动验光，还是主觉验光或检影验光，以及医生开具的验配处方，这三者组合是主要并关键的数据（图 1 ）。 图 1

我们这样做了100 年。但这些是否反映患者全部的屈光误差呢？答案是否定的。我们忽略了高阶像差，而它们是人眼屈光误差的组成部分。 2. 高阶像差为什么越来越重要？ 根据分析，长期以来人眼屈光的高阶像差被眼科或者视光学医师忽略的原因可能在于：（ 1 ）这些屈光误差量很少，或者对视功能仅有轻微的影响。（ 2 ）临床上缺乏有效手段对它们进行准确测量。（ 3 ）即使发现并可以测量高阶像差，但缺乏有效的消除手段。 随着研究和认识的进展，人眼的高阶像差已经难以继续被忽略，而将逐渐成为眼视光学临床上常规的检查和评价内容。原因在于：（1 ）发现大量的常规屈光手术病例术后存在不同程度的视力问题，这些问题与术眼的高阶像差相关。角膜屈光手术在对角膜进行重新塑性，有效切削矫正球柱镜的同时，导致术眼高阶像差的显著增加。这些手术病例，没有明显的残留球柱性屈光不正，由于高阶像差的影响而导致不同程度的视力问题。（ 2 ）新的检查仪器，即像差计（aberrometers ）投入临床应用，可测量人眼高阶像差。（ 3 ）临床上诞生了可用于矫正高阶像差的治疗办法，即波前像差引导的角膜屈光手术（LASIK 和PR K ）------ 可望很快成为屈光手术的新标准。同样的针对接触镜的研究也正在进行，目的在于提供可个性化设计的接触镜处方，以矫正高阶像差。 总之，高阶像差是球、柱性屈光不正之外的屈光误差。由于大量常规屈光手术病例术后存在不同程度因术眼高阶像差而导致的视力问题，使得高阶像差如今必须得到重视。同时在未来，患者也会更趋向于选择波前像差引导的角膜屈光手术，以获得最佳视力。 3. 超视力 如果我们不仅矫正患者的球、柱镜屈光不正，而且矫正高阶像差，就有可能为患者提供几乎完美的屈光矫正效果，使之获得“超视力”。也就是说，患者的眼睛将拥有完美的屈光系统。这个时候，视觉将不再受眼球屈光系统的限制，而仅受限于视网膜分辨力。理论上，这样的屈光系统允许最佳矫正视力为20/8 ，比20/20 整整高出四行的视力！ 超视力引起人们的无限遐想，并且成为Science News ，Physics Today ，Scientific American 等杂志媒体报道的主题。 4. 什么是波前像差探测器（像差计）？它的原理是什么？

测量相位差的主要方法

一二测量相位差的方法主要有哪些？ 测量相位差可以用示波器测量，也可以把相位差转换为时间间隔，先测量出时间间隔，再换算为相位差，可以把相位差转换为电压，先测量出电压，再换算为相位差，还可以与标准移相器进行比较的比较法(零示法)等方法。 怎么用示波器来测量相位差? 应用示波器测量两个同频正弦电压之间的相位差的方法很多，本节介绍具有实用意义的直接比较法。将u1、u2分别接到双踪示波器的Y1通道和Y2通道，适当调节扫描旋钮和Y增益旋钮，使荧光屏显示出如图2.42所示的上、下对称的波形。 比较法测量相位差 设u1过零点分别为A、C点，对应的时间为t A、t C；u2过零点分别为B、D点，对应的时间为t B、t D。正弦信号变化一周是360°，u1过零点A比u2过零点B提前t B-t A出现，所以u1超前u2的相位。 u1超前u2的相位，即u1与u2的相位差为 (2.56) T为两同频正弦波的周期; ΔT为两正弦波过零点的时间差。 数字式相位计的结构与工作原理是什么?

三数字相位计框图 将待测信号u1(t)和u2(t)经脉冲形成电路变换为尖脉冲信号，去控制双稳态触发电路产生宽度等于ΔT的闸门信号以控制时间闸门的启、闭。晶振产生的频率为fc的正弦信号，经脉冲形成电路变换成频率为fc的窄脉冲。 在时间闸门开启时通过闸门加到计数器， 得计数值n，再经译码，显示出被测两信号的相位差。这种相位计可以测量两个信号的“瞬时”相位差，测量迅速，读数直观、清晰。 数字式相位计称做“瞬时”相位计，它可以测量两个同频正弦信号的瞬时相位，即它可以测出两同频正弦信号每一周期的相位差。 基于相位差转换为电压方法的模拟电表指示的相位计的测量原理是什么? 如图2.44所示，利用非线性器件把被测信号的相位差转换为电压或电流的增量，在电压表或电流表表盘上刻上相位刻度，由电表指示可直读被测信号的相位差。转换电路常称做检相器或鉴相器。常用的鉴相器有差接式相位检波电路和平衡式相位检波电路两种。 数字相位计框 图

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。 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

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。均是应用光线追踪原理（ray-tracing），基本分客观式测量方法和主观式测量方法（心理物理学方法）两大类。 1．客观式测量法 通过贯穿入瞳的列阵光线斜率的整合重现像差。 （1）以Hartman—Shack原理为基础的出射型光学像差仪：通过测量聚焦于系列镜片光线上每点离焦程度 显示像差。 （2）Tscherning原理为代表的入射型光学像差仪：应用视网膜格栅照相术，将视网膜每点成像与理想成像 的位移予以记录并计算。 （3）光学路径差异型（optical path difference，OPD）：将出瞳处任一点（x，y）的光线长度与瞳孑L中心的光线长度比较。通过测量光学路径长度的差异计算出像差。 2．主观式测量法 （1）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。 （2）基本结构包括测试通路、瞳孑L监视通路、固视通路及屈光控制通路。该方法无须散瞳，准确性好， 不受轻度屈光间质混浊的干扰，但需要被检者的合作。 4用途

实验二 相位差测量

实验二相位差测量 一、实验目的 1、掌握将相位差转换为电压的原理。 2、掌握脉冲电压的脉宽与电压平均值成正比的原理。 3、掌握磁电系仪表的基本读数是电流（电压）的平均值。 4、了解硬件电路的设计方法和基本的硬件调试方法。 二、实验类型 综合型 三、实验仪器 四、实验原理 1、原理图

Y 图1 相位表原理图 2、 电路原理 此电路可以检测-180--+180的相位差。两路输入信号Y1、Y2经整形后成为两路与原信号同频率同相位的方波。方波送入异或门CD4070，CD4070的输出是电压脉冲，脉冲宽度与输入信号的相位差绝对值成正比。用磁电式仪表测CD4070的输出电压（根据磁电系仪表的原理，测量值为电压的平均值），测量值Uo 与脉冲宽度成线性关系。因此可得Uo 与输入信号的相位差绝对值成正比。输入信号的超前、滞后由LED 显示，当Y1超前Y2时，LED1亮；当Y1滞后Y2时，LED2亮。 3、 相位差与时间差的关系 360 ?= T Δt φ 4、 脉冲电压的平均值与脉宽成正比 T U a dt U T dt u T U H a H T av == = ??0 11 其中：a ——脉宽。T ——脉冲电压周期。U H ——脉冲电压高电平。 5、 磁电系电压表的读数是电压的平均值。 五、实验内容和要求 1、内容和要求

搭出相位差测量电路，并在具体电路上验证，调系数。具体要求：掌握基本的硬件插接技术，布线必须正确、接触良好，其次要求布线合理、清晰、美观。 2、测量数据 构造如图2所示的电路，信号发生器产生频率为100Hz的正弦波，调节RC 参数可以改变Y1（电源电压）与Y2（电阻电压，与回路电流同相位）之间的相 位差，记为 j。Y1和Y2作为相位表的输入信号，用磁电系电压表（或万用表0 测量）测量相位表的输出电压，当输出电压测出后，脉宽a就可以算出来，a算出来后，相位差也就可以算出来，记为 j，比较0j和1j。记录发光二极管（LED） 1 的状态，用以确定两路正弦信号的相位关系（超前/滞后）。 表1 阻抗角测量记录表格 Vcc 图2 用相位表测量阻抗角 3、硬件调试方法 制作硬件时，若输出电压值或LED的状态不正确，需调试硬件电路，找出错误并改正。建议采用以下方法调试硬件： （1）用电压表测量各点电压，或者用示波器观察各点波形。