是一种具有电磁波本质的特殊物质，同时具有波粒二象性。日常生活中所提到的光通常指的是可见光，其真空中的波长范围为400~750nm，小于400nm者为紫外线，大于750nm者为红外线。

一般认为由光源发出的光向周围射出，其前进方向呈波浪式，为之光波(图1-3-1）。物理光学认为电磁波谱段中的可见光为光波，是电磁振荡在空间的传播，光波为横波。

表示光的前进方向的直线为光线；在几何光学中，光线指的是波阵面的法线。在各向同性的均匀介质中，光线均为直线。光线可以分为发散光线、平行光线和会聚光线三种。

在眼屈光学上，通常把5m以内点光源发出的光线视为发散光线，5m以外来的光线视为平行光线，而会聚光线都是人工形成，如光线通过凹面镜的反射或凸面镜的折射均可产生会聚光线。

物体发出的光作为一种物理刺激通过人眼的屈光系统后，成清晰的像于视网膜上，进而使人眼产生视觉。眼科各种屈光手术的最终目的就是通过改变屈光介质的屈光力，使来自外界物体的光线精确清晰地成像于视网膜上。

指光线以一定角度由一种介质进入另一种密度不同的介质时发生一定屈折的现象。

正常人眼的角膜、房水、晶状体及玻璃体等屈光介质就是通过光的折射原理，将来自远处的平行光线聚焦在视网膜上，从而形成清晰的像。由于角膜的屈光力占整个眼屈光力的3/4，所以现代屈光手术多采用改变角膜屈光力的方法使光线重新聚焦到视网膜上，达到矫正屈光不正的目的。

光在传播过程中，能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象，称为衍射。

衍射效应也会对成像质量产生影响。点光源经过没有像差的视觉系统成像时，由于衍射效应的存在，导致点物不能成点像，而形成为一个光斑，这个光斑称艾利(Airy）斑，在视网膜上形成一个模糊的光斑，称Airy盘(图1-3-2）。对于人眼而言，瞳孔直径的大小决定着衍射效应的高低。当瞳孔直径小于2.5mm时，衍射效应明显，会影响成像质量。而没有像差的人眼则是衍射受限系统，随着瞳孔直径的增大，衍射效应将会降低，相应的视觉质量便会得到提高，将此时眼睛的状态称为衍射极限(diffraction-limited）。

指光束通过不均匀介质(如出现微粒或杂质）引起的传播方向向各个方向改变的现象。

正常人眼的角膜对入射光线有轻微的(约10%）散射现象。人眼在病理情况下，眼的屈光介质内可发生散射现象。如在准分子激光角膜切削术后的部分患者，角膜基质水肿破坏了排列紧密的胶原纤维的规则性，引起角膜上皮下雾状混浊，光线透过这样的角膜时，由于散射的增加，导致视网膜成像的对比度降低，可使患者的术后视觉质量暂时性降低。

表示曲面的弯曲度。角膜的曲率半径(curvature radius）指从角膜表面上某一点的内切圆半径，曲率半径的倒数为曲率(curvature）。曲率越大，角膜的弯曲程度越大，屈光力越强。角膜的曲率可以通过曲率计或角膜地形图获得。角膜屈光手术通过准分子激光切削等手段，改变角膜的曲率来矫治眼的屈光不正。

Q值为曲面的非球面参数之一，常用该值表示角膜表面的非球面形态(图1-3-3）。

正常人眼角膜的前表面从中央到周边逐渐变扁平，即周边的屈光力小于中央区，为扁长椭球(prolate）形，Q值为负值；少数人角膜从中央到周边逐渐变陡，为扁圆椭球(oblate），Q值为正值，这种特点的角膜可见于角膜屈光术后。

正常角膜为扁长椭球形，这种特点可以显著降低眼的球面像差，从而提高眼的光学成像质量。近视眼角膜屈光手术后，角膜的非球面性会发生改变，中央区的屈光力降低而周边区相对增加，Q值由负值向正值转化，使角膜由原来的扁长椭球成为术后的扁圆椭球，从而增加了眼的球面像差，影响成像质量。因此，在进行屈光手术的过程中，不仅要考虑到降低角膜的球面像差，还要尽量保持或者接近角膜的椭球状的生理特性，从而达到术后更好的视觉效果。

指由眼外注视点(固视点）通过结点与黄斑中心凹的连线(图1-3-4）。

指通过眼屈光系统各个光学曲面中心的直线。由于眼睛各屈光介质不同轴，事实上眼球的光轴是不存在的。

即注视点与入射光瞳中心之间的连线。

在屈光手术过程中，如果中心定位不准确，可能会造成偏离中心切削，影响视觉效果。

指外界物体与周围环境亮度上的差异。可通过计算得出：( L _max- L _min）/( L _max+ L _min）。其中， L _max指最大亮度， L _min指最小亮度。

指人眼所能识别的最小的对比度。

对比敏感度(contrast sensitivity，CS）：即对比度阈值的倒数，是视觉系统在明亮对比变化下对不同空间频率正弦光栅的识别能力。它反映视觉系统识别边界清晰的视标及微弱亮度变化的能力。其中，空间频率(spatial frequency）指1°视角所含条栅(周期性条纹）的数目，单位为周/度(cycle/degree，C/D）(图 1-3-5）。

是在平均亮度下辨认两个可见区域差别的能力，是人眼刚好能识别出某一空间频率(视标大小、粗细）的黑白相间光栅或条纹阈值的倒数。将对不同空间频率的CSF值连接起来，就构成视觉对比敏感度曲线。

由于传统的视力表检查仅根据视标大小，即空间频率的变化作为检查参数，测试视标的对比度近似100%。对比敏感度检查则通过同时改变空间频率和对比度两个参数来评价视功能，更符合人眼视觉的实际环境，从而更好地反映出患者的视功能状态，有利于临床对视觉问题进行及时、有效的诊断。对比敏感度检查可以作为评价屈光手术前后视功能及手术质量的更为全面、客观、敏感的依据。

物体通过一个特定的光学系统后，所成像的对比度变化是空间频率的函数，称为调制传递函数。显示成像时各种空间频率的对比度的变化。原来对比度为M的正弦光栅经光学系统后，其对比度变为M’，则该空间频率的MTF值为：M’/M，不同的空间频率的光栅经光学系统后的MTF值并不相同，即MTF是空间频率函数。调制传递函数反映了不同空间函数通过光学系统后调制度的变化。

对不同的光学系统，MTF的不同，反映了光学系统成像特性不同。把人的视觉系统作为一个完整的成像系统，可借用MTF的概念来分析成像系统对外界物体的响应能力。

指空间频率一定时，点状物经过光学系统后在成像界面所成的像。

PSF描述了单个点状物体经光学系统所成的像，它可以用来作为评价光学成像质量的基本参数。PSF可以很直观地描述视网膜上成像的质量，在一个完美的光学系统中，PSF为一个像点。如果检查结果表现为三角形、多角形或者是网状结构，表明患者在看外界物点如星状物、车灯时实际看到的便是这些形状。

PSF可以转换为MTF。MTF作为空间频率的函数，使临床医师能够很好地分析患者双眼的总体成像质量。通过比较MTF曲线下和CSF曲线下的区域，临床医师可以正确地判断视觉受损是来自于屈光系统还是神经系统。当CSF与MTF的降低成比例时，受损可能来源于眼的屈光系统；如果患者的MTF正常而CSF降低，则受损可能位于视觉神经系统(如黄斑疾病、视神经炎、视神经病变等）。

指在不同子午线或者在同一条子午线的不同部位，屈光力存在差异的散光。这种散光不能用普通镜片矫正，往往是后天形成的，如外伤或炎症造成的角膜瘢痕，眼部手术后造成的角膜不规则等。

准分子激光角膜屈光手术造成的角膜不规则散光通常有以下几种原因：不均匀激光切削、LASIK等板层手术术后角膜瓣的并发症或术后并发症导致的角膜组织丢失如感染、DLK、或上皮植入等。飞秒激光除在LASIK术中制作角膜瓣外，在SMILE中制作透镜时，激光扫描不理想或透镜取出不完整等也可导致手术后不规则散光的形成。

是指由于视野中存在过亮的物体或者是存在极高的亮度对比，超过了人眼对亮度的耐受能力，引起主观上的不舒适或降低了观察目标和细节能力的一种视觉现象。

导致眩光产生的因素很多，主要有外部因素和眼内因素。外部因素主要为各种照明光源，包括太阳光、照明灯光、公路车灯的直接照明等，同时也包括间接反射，如雪地反射、水面反射、平滑路面反射等。眼内因素主要是由于眼内各种屈光介质或各屈光界面问题，出现对入射光线的漫散射(diffuse scatter）而产生眩光现象如角膜水肿、角膜瘢痕、白内障，以及屈光手术术后。

眩光可分为不适眩光(discomfort glare）和失能眩光(disability glare）。不适眩光指由于散射光线进入眼内导致的主观的视觉不舒适感，不影响分辨力和视力，可通过调整外部环境的照明来解决。失能眩光也称幕罩样眩光(veiling glare），是由于散射光线进入眼内使视网膜的成像产生了重叠，导致成像的对比度下降，从而降低了视觉效能和视觉的清晰度。失能眩光大多由于眼病所致。

环境亮度大于3cd/m ²下的视觉，此时的视觉活动主要由视锥细胞参与。

环境亮度小于0.003cd/m ²下的视觉，此时的视觉活动主要由视杆细胞参与。

环境亮度处于0.003~3cd/m ²之间的视觉，此时的视觉活动由视杆细胞和视锥细胞共同参与。

角膜地形图(corneal topography）全称为计算机辅助的角膜地形分析系统(computer-assisted corneal topographic analysis system）。它通过计算机处理系统对角膜形态进行数字化分析，以获得其特征的彩色形态图和相关参数。现简述其相关光学特性。

1.角膜的光学透明性，主要取决于以下因素。

(1）角膜无血管：正常角膜没有血管，出现血管时则为病理性。新出现的血管可使角膜的散射增加，并影响角膜的透明度。

(2）完善的水合作用(hydration）：正常角膜所含水分约为其重量的78%，超过此值可能导致角膜混浊而影响其透明性。水合作用的维持主要依靠正常角膜组织上皮和内皮的屏障作用。

(3）规则性的结构：角膜组织90%的厚度由角膜基质组成。角膜基质由约200~250层的纤维板层组成，每层平均2μm厚，各层相互平行规则排列，每个胶原纤维之间的距离小于1/2光的波长。此独特的结构确保了角膜的透明性。

2.角膜的非球面性（aspheric shape）　角膜表面不是真正的球形，它的周边部通常较中央更扁平，这种非球面特性能够减少角膜的球面像差。

3.角膜的曲率及曲率半径　正常人眼角膜前表面的曲率半径为7.7mm左右，后表面曲率半径为6.8mm左右。角膜曲率计只能测量出以角膜中央为圆心直径3mm处的曲率，而角膜地形图不仅可以给出角膜全范围的曲率，还可以给出角膜局部范围的曲率，部分仪器还能给出角膜后表面的曲率。

4.角膜的屈光力　决定曲面屈光力的因素主要为介质的折射率( n）和屈光体表面弯曲度(曲率）。

其中， n ₂为第二屈光介质的折射率， n ₁为第一屈光介质的折射率， r为屈光介质的曲率半径(单位为米）。由于角膜的折射率 n通常是恒定的，故已知角膜曲率半径( r）即可得出角膜的屈光力( D）。

角膜表面屈光力的计算公式为 D=1 000( n-1） /r。其中 n为角膜折射率，1为水的折射率， r为角膜的曲率半径(单位为毫米）。

由于空气与角膜的折射率差别大于眼内其他光学介质之间的差别，故人眼的屈光力以角膜为主。单就角膜讲，在折射率不变的情况下，决定因素主要在其曲率。因此，角膜曲率的轻微变化即可造成角膜屈光力的明显改变。这也是为何人眼的屈光矫治手术均在角膜上进行的重要原因之一。在实际测量中，一些角膜地形图也是通过测量角膜前表面的曲率半径来计算得出角膜的屈光力。

进一步讲，角膜为一透镜，对于透镜来说，其屈光力可定义为：

其中 D _a为前表面的屈光力， D _p为后表面屈光力， d为透镜中心厚度， n为透镜折射率。由于透镜厚度对透镜的屈光力影响很小，因此，透镜的屈光力可近似认为 D= D _a+ D _p。

角膜前表面的屈光力约48D，由于角膜后表面的屈光力为负值(约-5.8D），故角膜的总屈光力约为43D，为角膜的主要屈光力。人眼的总屈光力约为58D，可见角膜的屈光力约占眼总屈光力的3/4，为主要的屈光介质，这也是许多屈光手术在角膜前表面实行的主要原因。

Placido盘图像型利用Placido盘，将不同个同心圆环均匀地投射到从中心到周边的角膜表面上，使整个角膜均处于投射分析范围之内，可以直接观察到角膜形态(图1-3-6）。两环之间距离越接近，说明角膜越陡峭，相反，两环之间距离越远，说明角膜越扁平。规则散光映像表现为椭圆环形；不规则散光表现为环行扭曲变形；圆锥角膜表现为梨型。投射环的数量、颜色及宽窄因仪器的不同而不同。测量中心较周边更精确，精确度范围0.1D~0.25D。当角膜不是以严格的球面几何变化时，测量的精确度会受影响。

裂隙扫描型以裂隙扫描光全方位弥漫性后散射为测量原理，测量眼部各屈光界面的表面特征(角膜前表面、后表面、虹膜前表面、晶状体前表面）(图1-3-7）。两条裂隙光扫描各成45度角分别从左、右扫描，测量数据可给出角膜前后表面曲率和高度数据，还可给出角膜厚度图，但角膜厚度在角膜地形图及角膜屈光手术后测量精确性受不同程度的影响。

Scheimpflug图像型利用光学Scheimpflug成像原理，通过旋转测量获得多重眼前节图像产生三维立体图，提供角膜前房和晶状体的各种参数值。一般包括两个整合的摄像机：一个位于中心监测瞳孔并控制定位，另一个旋转拍摄眼前节图像。具有三维立体动态重现功能，通过直接测量角膜高度可得出角膜前后表面的地形情况，表现出真实的角膜形状(图1-3-8）。

表示角膜轴径向的曲率(矢状径）。一般角膜中央的曲率和屈光力可借助轴向屈光力和曲率来描述，常用来描述角膜的规则性散光，而周边角膜或不规则角膜用此评价指标时准确性会受影响。

也称即时屈光力和曲率，表示子午线平面或切线方向的角膜局部曲率，较轴向曲率能准确地反映角膜不同位置尤其是周边部角膜的情况，角膜屈光手术后常用此值。

是测量局部球面两个最大和最小曲率的算术平均值。因它不依赖于表面的共轴，反映局部特征，所以能表示角膜表面局部形状。对角膜疾病及早期圆锥角膜的诊断有一定价值。

不同的角膜地形图有其各自的描述方式和特点，详细内容可见相关章节。

波前像差是物理光学领域的基本概念，它用来反映光学系统的成像优劣。波前(wavefront）指光波在空间中相同位相点组成的虚拟面；像差(aberration）指光线通过光学系统后偏离理想方向，形成的实际波前与理想波前之间的光程差(optical path difference，OPD）。波前像差(wavefront aberration）从物理光学描述的是指理想光学系统的波前与实际测量光学系统的波前之间的差别，也称波阵面像差(图1-3-9）。

为最直观的方法。可将人眼波前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，形似角膜地形图。通过冷色调、暖色调等不同的颜色表示出像差程度和方向。该方法的优点是直接将瞳孔区的像差用图形表示出来，且能较准确地确定像差的具体位置。

可用数学函数法来重构波前像差图，这些数学函数如Taylor多项式，Zernike多项式，傅立叶(Fourier）多项式等。应用数学式可以相对精确地表示像差的大小。由于Taylor多项式的各项不是独立的，这就表明增加多项式的项数后，低阶项的系数也会改变。Fourier变换法是指将离散傅立叶变换方法用于人眼的波前重构，可通过适当频率和振幅的正弦波的组合来描述复杂的像差图形。

目前最常用的数学函数拟合方法是Zernike多项式。Zernike多项式具有利用相对较小的系数集来表示一个完整的波前像差图，其基本函数对应于传统的像差；同时其具有各项正交归一的特点，这使得它成为美国光学学会推荐使用的人眼波阵面像差描述方法。表达式为：

其中， ρ(或表示为 r）为瞳孔一点半径坐标， 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。每个圆形孔径上的任何像差均可用Zernike多项式表示。每一项的波前像差也可以用Zernike系数RMS(Root mean square，均方根）表达，单位一般是微米(μm）(图 1-3-10）。

由单色光即某一特定波长的光成像时产生的像差。

在几何光学中，单色像差包含球差、彗差、像散、场曲与畸变等。其中，球差发生于轴上和靠近轴的束状光成像的光学系统中，称轴上像差；彗差、像散、场曲和畸变发生在远离光轴的物体成像的光学系统中，称轴外像差。近年来，随着技术的发展，不仅可以测量描绘出一些经典的像差，如球差、彗差等，还可以测量一些非常规的更高阶像差。因此，在现代概念中，单色像差分为低阶像差和高阶像差。

低阶像差(lower order aberration）：指第1、2阶像差。概括讲，是指离焦、散光等传统屈光问题。第1阶像差是指x、y轴向的倾斜，第2阶像差包括离焦、0°和45°方向的散光三方面内容。

高阶像差(higher order aberration）：是第3阶及其以上像差。指不规则散光等屈光系统中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3阶包括彗差、三叶草等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同。但有些项的真正光学含义及其与视觉功能之间的关系尚需进一步探讨。

临床上，像差是以联合的方式存在。各种像差可相互补偿。过高像差值会对视觉质量产生一定影响。低阶像差可通过客观和主觉验光来确定，也可通过波前像差仪显示，而高阶像差则需波前像差仪测量并描绘出。

指起因于不同波长的像差。透镜的折射会使白光分成各种波长的光，由于波长的不同，在屈光介质中的行进速度不同，最终成像焦点位置不同。临床上常用的红绿镜片就是利用色像差的原理检测轻微的屈光差别。

通过测量聚焦于系列镜片光线上每点的离焦程度显示像差(图1-3-11）。

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。

通过进入眼内一束可调节的补偿像差的光线而定义。

通过测量光学路径长度的差异计算出像差。