高阶像差——看到的东西到底什么样?

提到高阶像差——尤其是最近几年——好像各厂家提到的特别多:高阶像差优化镜片、矫正高阶像差等等,之所以叫高阶,是因为属于深层次的光学成像瑕疵,主观感受不如近视/远视(离焦)、散光(初级像散)等初阶像差明显,且不易被矫正,易有残留的像差。
那么,如果人眼有这些像差的存在,看东西是什么样子呢?
在网上搜索,结果无非两种,要么是基于泽尼克系数分阶的模拟图,要么是模糊到看不清的伪“示意图”。
作为正常人,完全看不懂。
于是,为了方便大家理解,我根据各类像差的成像特征,做出了几张模拟图,能够比较准确且清晰地反映出各类像差的成像情况。
  • 正常完美成像
    红、黄、蓝、绿四种色块在后,白色色块在前,边缘清晰。
    “完美”的成像,在自然界中并不存在。

  • 离焦(近视、远视)
    离焦,即为离开焦点,当像不能够精准地落在视网膜上时,视网膜感知的图像即为上图所示。

  • 散(散光
    像散即子午线与弧矢面焦点位置不统一,通常我们说的散光,是其中一种比较简单的形式,形成了前后两个焦线,会导致某个方向清晰,而与之垂直的方向模糊。
    这也是散光盘可以判断出散光方向的原因。

  • 球差
    由于球面透镜的本身的光学特性导致,中心区域与周边区域对于光线的偏折能力不同,导致周边与中心的成像焦点不重合。出现中心与周边清晰度不一致的情况。
    球差也是人眼和镜片最容易出现的像差。非球面镜片,就是为了解决这一问题。


  • 彗差
    像彗星一样的拖尾成像,原因是由于透镜的不同位置,对于轴外光线的偏折角度不同,导致焦点出现渐变状的“拖尾”成像。
    如上图,当你注视红色色块时,越偏离红色的区域,成像越模糊。

  • 场曲
    场曲,直白点理解即为“像面弯曲”,一个平面的物体,经过透镜折射成像后,其像面不再是一个平面,而是一个曲面,此时若用平面去接收该像,则会出现清晰度的差异,即整个平面不能够全都清晰。

  • 畸变
    产生畸变的原因很好理解,中心与周边的放大倍率不同。如很多人新戴眼镜后,会感觉手机“鼓出来”或者“凹进去”,就是因为产生了畸变,通常这种变化是由于镜面角或者镜片的光度不均匀导致。

  • 色散
    色散属于对人眼影响比较大的像差了,其产生的原因,是由于同一材质,对于不同光线的折射率是不同的,参考三棱镜的分光实验。
    我们平时所说的1.50、1.60折射率,其实是以D光为标准,也就是波长在589.3nm的黄光的折射率,而相同的材料,对于红光或者绿光,折射率则会发生变化。而与D光偏差比较大的有两个,分别是F光(蓝光,486.1nm),C光(红光,656.3nm)。
    衡量色散程度的参数,就是我们熟知的阿贝数,其定义为:阿贝数=(Nd-1)/(Nf-Nc)。
    对于色散的敏感程度,每个人是不同的,我的一位朋友佩戴阿贝数低于38的镜片就会有感觉,而一些人佩戴劣质的PS镜片(阿贝数<30)或PC镜片(阿贝数<34)也不会有感觉。
    总之,色散是一个比较好形容的异常视觉,若产生此类问题,可以优先考虑更换高阿贝数的镜片。

  • 旋转斜视
    当人眼产生二维以上角度的眼位偏斜耦合异常时,便会出现此类视觉,如旋转斜、进行性AV、DVD、后退征(三个维度),双眼的图像误差已经不再是单纯的左右、上下平移。

  • 三叶草、四叶草
    三叶草与四叶草像差,在光学系统中,是很典型且明显的像差,但在人眼视觉中,很难单独分辨与感知,若眼睛产生该类像差,绝大多数情况下,都是因为角膜不均匀,而不均匀的角膜本就会产生更大的像差,其对视力的影响远远超过三叶草四叶草。

以上,便是人眼能够感知到的各类像差。
目前为止,除了屈光手术外(像差引导补偿),没有任何方式可以针对具体的像差做精准处理,采取最多的方式是佩戴接触镜,利用丰润的泪液来弥补不规则的角膜。
另外,目前市面上所有声称能够矫正高阶像差的镜片,改善的大多都是球差,利用个人数据结合自由曲面定制切削,可以最大限度优化像差。但因眼镜佩戴时的位置、镜眼距等参数都会改变,这些参数一改变,相对于微小的像差矫正,镜片的光度、位置的影响是巨大的,矫正效果自然也会差异巨大。所以框架眼镜对于微小像差的优化也有限。
人眼不可能不存在像差。
好在大脑可以自适应,眼球也可以微调节。
后面有机会我们再聊。

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