眼镜片设计

作者：GREGORY L. STEPHENS and JOHN K. DAVIS      

译者： Lisa Huang                                                            

原文出处：http://www.eyecalcs.com/DWAN/pages/v1/v1c051b.html#ato

一块眼镜片只有它的中间部分才能矫正患者的屈光不正；也就是说，只有在患者沿着光轴观看的时候才能帮助他矫正。当患者的视线不通过镜片中心时，不需要的光学作用（像差）就会出现并限制离轴光学性能，以致减少视野清晰的范围。当患者不通过眼镜片中心观看时，所得到的眼镜处方就会存在一些偏差，而眼镜片设计的主要目的就是最大程度地降低这类偏差。这就需要恰当地选择镜片前表面的度数或基弯，同时也要考虑其他一些变量，例如顶点距离或镜片的配戴距离，物体与患者的距离，以及怎样保持正常的双眼视觉。随着高指数轻型镜片材料使用的增加，和可用于任何度数的非球面镜片设计的发展，镜片设计已变得日趋重要。

屈光不正，视敏度，和对比度

临床经验表明，患者对屈光不正存在各种不同的反应和接受程度。某些患者会注意到由于视敏度或对比度降低造成的最细微的屈光不正，而某些患者对于2.00或3.00度的模糊也能欣然接受。在某种程度上，屈光不正的情况下，视敏度的差异是由于焦深造成的。对于平均大小的瞳孔，一个20/25 （6/7.5）高对比度的目标，无论是从近视还是远视的角度看，都会失焦至少0.20度，因此对目标分辨度不会有明显影响（图1）。分辨度有50%的可能性会有大约0.33度的模糊。对于更亮的目标和更小的瞳孔，焦深甚至会更大。焦深在低亮度（大瞳孔）和物体对比度降低的情况下则会大大缩小。^[1],[2]

图1为20/25（6/7.5）目标的分辨率概率用离焦量表示的函数曲线。曲线的宽度代表分辨率概率给定的情况下眼睛的焦深。瞳孔大小为4.6毫米。（由Schwartz JT, Ogle KN: The depth of focus of the eye. Arch Ophthalmol 61:578, 1959. © 1959 American Medical Association修改所得）

视敏度的变化也许来源于感知。我们有时认为我们“看见”了一个物体但实际上却没有，因为我们是通过识别而不是鉴别或视敏度来看这个物体。举个例子，字母A在能见度差的情况下仍经常能被识别出来是因为它有一个三角形的形状。C， O和Q由于它们形状的相似便较难被区别开来。而一条街的名字也许因为它的长度而被识别出来。因此，“阅敏度”是不需要细节分辨率就有可能实现的。

当周围情况不利而我们需要在熟悉的区域进行导航的时候，我们会趋向于根据地标建筑的识别来导航，而不是看路标或是看一些低对比度的细节，例如一个路障或凸起的交通安全岛。然而，当不熟悉周围或是路上出现未预计到的物体时，好的视敏度就变得非常重要。如果我们在陌生的高速公路上，我们必须能够阅读路标。如果我们正在靠近一个不发光的物体，我们必须马上将它从漆黑的背景中分辨出来。察觉较大物体需要很好地区分出物体的边缘，这是一项视敏度的关键任务。

一旦超出了焦深，屈光不正便会降低视敏度。每0.25度近视屈光不正（焦深以外），在斯内伦视力表^[3],[4]上测试视力的视敏度就会降低一行，当表上的字越来越大时，视敏度可降低到约20/100。远视屈光不正对于视敏度的影响要小的多，因为可以通过自身调节来补偿屈光不正。散光屈光不正所产生的影响大约为近视屈光不正影响的80%。正如球面镜或散光屈光不正，眼镜片的离轴像差也会对视敏度产生类似的度数偏差。

Allen在测量刹车距离时（眩光下靠近不发光车辆）^[5]，强调了屈光不正的重要性以及精确屈光矫正的需要。每0.01度的屈光不正，会减少1英寸可达到的刹车距离（100英尺/度）。

低亮度和低对比度也会降低视敏度，这个现象对于年长的患者尤为严重。在低亮度的情况下，只有年轻患者的视敏度可以达到20/20（6/6）（图2）。如果要获得同样水平的视敏度，在其他条件相同的情况下，一位60岁的患者要比一位20岁的患者需要多10倍的光或是多2到3倍的对比度才行。^[6]-[8] 如果要分辨20/20的物体，年轻人尚且需要至少30%的对比度。年长的人则需要至少40%的对比度才能看清20/20（6/9）的物体。^[7]

图2. 为视敏度（以角分为单位）在不同亮度下和不同年龄层中用目标对比度表示的函数。34.3坎德拉每平米（cd/m2）的亮度是白天视线充足的最低标准。典型的高速公路晚上的亮度范围在0.343到3.43cd/m2之间。1角分的视敏度等于20/20斯奈伦。（Richards OW: Vision at levels of night road illumination: XII. Change of acuity and contrast sensitivity with age. Am J Optom Arch Am Acad Optom 43:313, 1966. 由Davis JK: Prescribing for visibility. Probl Optom 2:131, 1990修改所得）。

因此，当亮度和对比度不够时，以及当需要分辨物体而非识别物体时，适合的镜片设计和准确的折射率尤为重要。夜间行车或天气恶劣时，由于普遍的低亮度和低对比度，视线情况是最受到挑战的。当面朝着位置较低的太阳开车时，以及阅读背光路标或辨认路边细节时，也是非常困难的。还有做某些运动时，或者在黑板上写粉笔字，也会有对比度和亮度低的情况。未能消除本可防止的屈光不正或离轴像差会进一步降低患者视线范围内的对比度，使这些情况变得更加困难。

要使对比度达到最大，需要准确的折射率和适合的镜片参数，尤其是基弯。大部分患者对镜片度数波动在0.25-D时比较敏感，而有些患者则可以区分出0.12（1/8）-D的变化。美国国家标准协会（ANSI）在Z80.1-1995的镜片标准中规定，大部分镜片处方的生产可允许0.12D的误差^[9]，所以镜片的中心出现0.12D的误差并不是罕见的情况。即使是在最优的设计中，离轴误差仍然会存在。眼科医生或验光师可以通过精细调节折射度到最近的0.25D来最大程度的降低这种误差，如果必要的话，可调节到最近的0.12D。判断的最后一步应该是从度数为负的方向，让患者自我适应来补偿残差。当视敏度测试目标为低对比度物体时，由于增加了患者对于屈光不正的敏感度，能使处方也考虑到能见度困难的情况。

夜近视会对夜晚开车造成问题。在低亮度的情况下，眼睛的适应能力会暂时处于“休息”状态，使得眼睛关注在一些较近的位置而不是远处，此时眼睛就近视了^[10]。然而，路标和路灯经常给眼睛的适应能力足够的刺激使得夜近视不会变成一个问题。如要给可能的夜近视患者开处方，也许有必要先给他们提供试戴的镜片。在最终决定处方前，患者应在夜间乘坐在车里，然后检验测试镜片是否合适。

参考文献

1. Schwartz JT, Ogle KN: The depth of focus of the eye. Arch Ophthalmol 61:578, 1959

2. Campbell FW: The depth of field of the human eye. Optica Acta 4:157, 1957

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5. Allen MJ: Vision and Highway Safety, p 56. Philadelphia: Chilton, 1970

6. Davis JK: Prescribing for visibility. Probl Optom 2:131, 1990

7. Richards OW: Vision at levels of night road illumination: XII. Change of acuity and contrast sensitivity with age. Am J Optom Arch Am Acad Optom 43:313, 1966

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