“那大圣睁圆火眼金睛，低头看时，原来佛祖右手中指写着‘齐天大圣到此一游’。”这句话引自《西游记》第七回，此时的大圣正在与佛祖斗法，必须看清楚些，可别被佛祖骗了，因此他用尽了力气睁大眼睛去看。不過，在生活中，有些视力不好的人看东西时会尽量眯起眼睛，这样才能看得清楚些。也就是说，瞳孔缩小可以看得更清楚。
　　大圣肯定犯嘀咕：“到底是何方妖孽在作怪？”答案是：人眼像差。当然，它不是妖怪，而是人类，尤其是现代人具有的身体特征。
　　大圣和普通人的矛盾是亘古不变的“理想与现实的差距”。人眼是一个光学成像系统：以角膜和晶状体为主的人眼屈光系统，相当于相机的光学镜头，它把来自物体的光线聚焦在视网膜上，再通过神经传导至大脑，经过处理后，形成物体的像。
　　根据光学成像理论，对于无像差的完美光学系统，增大入射光束的尺寸可以提高分辨率，从而能够看清楚更小的物体或分辨更多的细节。因此，大圣想看得更清楚，就必须尽量睁大眼睛。但是，别忘了，这一操作成立的前提条件是有一双“无像差的眼睛”。在现实生活中，大多数人的眼睛都存在着各种各样、或大或小的像差，根本不是完美的光学系统。睁大眼睛不但无法看得清楚，反而会更模糊，用科学术语描述就是：一个点物在视网膜上成为了一个能量弥散的大光斑图像。如果把眼睛眯起来，只让少量光线进入眼睛，弥散的大光斑图像会明显变小，看上去更接近于点物。这就是“眯眼操作”的正确性。

什么是人眼像差

　　像差就是一种误差，人眼像差就是人们观察外部世界或从外部观察眼内时的非正常视觉功能状态。经过漫长的演化，人眼这一器官已趋完美：来自远处物体上一个点的光线，平行入射眼睛，被屈光系统聚焦在视网膜上，便会形成一个能量集中的清晰点像（如图1）。
　　在有像差的实际眼内传输后，光线在视网膜上无法被聚焦成清晰的点像；波前也不再是球面，而是不规则分布。在人眼瞳面位置处，有像差的实际眼的不规则波前，与无像差的理想眼的平面波前之间的偏离，就是人眼像差（如图2）。
　　像差对视觉的影响，主要表现为：模糊、低对比度、重影、分色和变形等。受像差的影响，我们所看到的物体不再是其本来的样子，而且同一物体对于不同人呈现出不同的样子，这意味着外部世界不再是真实、一致的。

　　我们知道，眼睛是人体的信息采集机构，超过80%的信息都是通过眼睛获得的。如果采集到的大量信息都是不准确的，人们又如何形成对外部世界的正确认识呢？所以，从400多年前出生的天文学家和数学家开普勒开始，人类就一直在不断地认识人眼像差，和它的“斗争”（消除它的影响）也从未停息过。

为什么会产生人眼像差

　　为什么会产生人眼像差？原因有很多，其中三种比较常见。
　　1.眼球形状不规则。比如，在上下和水平切面内不对称，使得眼睛在不同方向的聚焦能力不同，导致光线不能聚焦于同一位置。角膜和晶状体等局部眼组织的形状不规则，也会引起像差（如图3）。
　　2.从最外部的角膜到最深部的视网膜，眼睛由不同的组织构成，它们的形状和折射率等各不相同，使得光线在眼组织中传输时呈不规则路径，而不能聚焦于一点（如图4）。
　　3.眼组织受到损伤（如角膜表面不平整等），病变引起的组织变异（如晶状体浑浊、玻璃体变性、液化和浑浊）、功能丧失（如不能进行屈光调节等）、形成障碍物（如肿块、肿瘤物）以及风吹、过热过冷、环境振动等外界干扰，均会引起人眼像差（如图5）。
　　此外，还有光轴与视轴不重合、角膜与晶状体的光学中心不一致等其他原因。

如何描述和测量人眼像差

　　像差通常采用泽尼克多项式的线性组合来描述，用严格的数学方式来表达，具有标准统一和可量化的特点，便于不同物体之间像差的比对与传递。泽尼克多项式中的每一项都被称为波前模式，表示不同的像差类型。高精度人眼像差通常需采用前35项波前模式来描述，按波面沿径向的变化情况划分为7阶。前2阶为低阶像差，包含5项，其中就有人们所熟知的离焦（近视或远视）和散光；从3阶开始为高阶像差，包含球差、彗差和三叶草等30项像差（如图6）。
　　人眼像差测量就是通常所说的验光，是配镜行业和眼科学中必不可少的基本操作，分为主观和客观两类方法。主观验光又称主觉验光，是使用视力图表和综合验光仪等工具，根据患者主观反映的视力变化，得出其屈光度数的方法。这是目前配镜行业采用最多的方法，具有简单廉价的特点，但只能获得近视、远视和散光等低阶像差。

　　客观验光又称他觉验光，是使用检影镜和电脑验光仪等工具，直接观察患者瞳孔中光标移动的客观变化，得出其屈光度数的方法。目前眼科临床上广泛使用的自动电脑验光仪，就是一种客观检查眼屈光状态的仪器。它通过改变进入眼睛的光线聚焦度，使光标清晰地成像在视网膜上，从而自动计算出眼的屈光度，能获得包括低阶和高阶在内的全部像差。 　　人们通常只听过离焦和散光等低阶像差概念，而对高阶像差知之甚少，这是否意味着高阶像差对视力的影响不大呢？此话有道理，但又不尽然。低阶像差对视觉的影响最大，因此矫正低价像差后，通常就能获得不错的视觉质量，已能满足人们的日常生活需要。
　　随着生活水平的不断提高，高阶像差对生活的影响也会逐渐显现。我们再返回去帮大圣分析下他的操作：瞳孔增大后，高阶像差会相应地增大，如图6所示，仅球差、彗差和三叶草这三项高阶像差，就能使视物模糊不清，因此高阶像差并非无关紧要。无明显高阶像差的最大瞳孔尺寸，通常只有2毫米左右（仍然存在低阶像差），但此时的视觉分辨力已 很低。
　　越來越多高质量的生活用品，正带给人们高品质的生活享受，如像素数不断攀升的手机、电脑和电视屏以及超高清影视节目等，这一切都离不开“能看到”它们的眼睛，否则就浪费了许多美好的事物。因此，美好生活，离不开能看见美的视力。

如何矫正人眼像差

　　像差矫正的基本原理，就是主动使波前发生变形，让它与像差波前的变形大小相等、方向相反。主动产生的矫正波前，与实际的像差波前的变形，就能相互抵消，从而获得无像差的规则波前。可见，像差矫正需具备两个基本条件：能获得像差分布的波前传感器和能使波前发生变形的波前矫正器。
　　目前，人眼像差矫正方式分为非手术矫正和手术矫正两类：前者为采用除临床手术之外的方式，如配镜、物理疗法和药物等，治疗、恢复或提高视觉功能的方法；后者为采用临床手术方式，如人工晶体植入和激光手术等。
　　非手术矫正方式不改变眼组织而是依靠“增加”外物来实现。人们广泛佩戴的框架眼镜和角膜接触镜（隐形眼镜），就是非手术矫正方式中的波前矫正器。来自物体的无像差平面入射波前，通过波前矫正器后“主动”产生了变形，成为图7中红色曲线所示的矫正后波前，它在眼内传输时正好与像差波前相互抵消，使光线聚焦在视网膜上，成为理想的点像，从而能看清物体。
　　手术矫正方式是通过改变眼组织来实现的。通过临床手术植入设计好的人工晶体或者对角膜组织实施各种手术操作，使本应如绿色虚线所示的不规则波前变成红色实线所示的球面波前，使光线聚焦在视网膜上，成为理想的点像。

　　非手术和手术矫正方式各有优缺点，均拥有广大受众。非手术方式具有安全、经济负担轻、可根据视力变化多次更换眼镜等优点，其存在的不足有：只能矫正低阶像差；镜片的度数不连续，不能提供精准的矫正度数，如某人视力-1.85D（ /-表示远视/近视，1D表示100度），只能佩戴接近的-1.75D或-2.0D的标准镜片产品。在某些特殊场合或行业中，人们不便佩戴眼镜，则可采用手术方式矫正视力。目前，手术方式大多通过波前像差引导进行，理论上能矫正低阶像差和高阶像差，且能提供患者正好所需的矫正量，具有矫正准确和生活方便等优点，但也存在术后效果不确定性高、安全风险大和经济负担重等不足。
　　手术矫正方式的利弊，在民间、学术和行业界一直存在争议，至今也无定论。一个人的视力是随着年龄、身体状况、用眼习惯和精神状态等诸多因素的变化而变化的，而手术方式不能根据视力变化多次进行手术。手术会使角膜组织越来越薄，极易引起角膜膨胀等严重后果，反而会使视力急剧恶化，严重者只能通过角膜移植来重建视力。此外，手术创面的恢复，可能与术前设计不一致，导致获得的视力与期望相左；手术创面还存在着局部凹凸不平，这会引起高阶像差。高阶像差增大对生活的影响不容忽视，比如，在夜晚等昏暗环境里驾驶，看到迎面而来的车灯，会出现明显的眩光和光晕等现象，时间久了会引起视觉疲劳和身体不适等反应，对驾驶安全极为不利。

完美的人眼像差矫正方法

　　非手术矫正和手术矫正各有优缺点，那么是否存在完美的人眼像差矫正方法呢？答案是有。这就是基于自适应光学（AO）技术的人眼像差个性化精准矫正方法。在介绍它之前，先来了解一下AO技术的原理。
　　AO技术起源于天文观测领域，用于实时测量和矫正大气扰动引起的波前畸变，使人类能够清晰地观察天体和空中目标。人眼像差也是一种波前畸变，因此美国罗彻斯特大学的威廉姆斯等人于1997年把AO技术引入到人眼领域。利用AO技术来矫正因光瞳扩大而产生的像差，使分辨率达到了2微米水平，人类首次观察到了活体人眼视网膜的细胞图像。此后，AO技术就成为了人眼高分辨率观察必不可少的技术手段。1999年，中国科学院光电技术研究所实现了基于AO技术的活体人眼视细胞成像。

　　基于AO技术的人眼像差个性化精准矫正，是利用AO技术测得精确像差，经计算后获得像差矫正所需的复杂任意面形，再把该面形制作到眼镜、接触镜、人工晶体等矫正器上，还可以通过波前像差引导技术在角膜上加工出该面形。由于测得的像差是患者本人的，据此产生的矫正器也是专门针对患者本人制作的。因此，该方法是一种个性化、高精度的定制化服务，能获得最佳的视觉效果。
　　由于视觉效果是客观生理作用与主观感受相结合的结果，并非矫正全部像差才能获得最佳视觉体验，因此个性化矫正还应考虑个体的主观感受，这可通过视觉仿真器来实现。视觉仿真器也是一种AO技术，可选择矫正不同的像差项和矫正量的多少，通过客观像差测量和主观感受相结合，找到个体的最佳视觉体验，此时的像差矫正情况，即矫正器面形，就是此人的最佳视力矫正处方。
　　通过前面对非手术矫正和手术矫正的对比分析可知，基于AO技术的非手术矫正方式，即把矫正面形加工在眼镜或接触镜上，具有安全、个性化、精确矫正全部像差和可多次更换等特点，是更完美的人眼像差矫正方法。但要实现这一目标，目前还面临一些挑战，主要是矫正器的制作工艺还不太成熟。以眼镜为例，为矫正离焦，需把镜片表面加工成球面；为矫正散光，需加工成柱面；为同时矫正离焦和散光，需加工成球面和柱面的叠加。大家可以想象一下，为了矫正包含低阶和高阶在内的全部像差，镜片表面需加工成什么面形？该面形需加工在对应光线进入眼睛的中心区域约6～8毫米的圆内、加工精度需达10纳米量级，制作难度相当高。

“完美视力”离普通人还有多远

　　当前视力矫正存在的问题和大量的市场需求，正推动着包括学术、行业、政府组织和商业机构等在内的全链条联动，这是完美像差矫正能走向普通人生活的基础。但是，完美像差矫正还需多久才能走进日常生活，主要取决于制作水平、商业模式和市场售价等因素。
　　在制作方面，已有很多机构在开展个性化高阶像差矫正样片的研发工作，例如，罗彻斯特大学的隐形眼镜、博士伦的位相片和中国科学院光电技术研究所的人工晶体。目前，人们主要采用曝光刻蚀、微加工和注塑等方式制作矫正面形。随着超高精密加工业的发展和3D打印等新技术的推广应用，制作出完美矫正人眼像差所需的眼镜和接触镜等产品，已指日可待。
　　商业模式方面，由于加工设施昂贵和技术难度高，制作只能集中在工厂进行。眼镜门店和眼科医院等只需配置像差测量仪，把测得的患者像差信息传递给工厂进行镜片制作，完成后再返回门店或医院加装镜架。这是一种定制服务，且需要一定的等待时间，和目前的立等可取不同。不过，此类商业模式目前已不少见，能为消费者所接受。在售价方面，估计初期会远高于普通眼镜，但会低于手术矫正方式。随着量产、工艺进步和市场成熟等因素的不断发展，产品售价必然会逐渐平民化，使其最终成为普通老百姓的日常用品。
　　走在大街上，你会发现满眼尽是“眼镜族”。因此，视力问题已成为一个社会问题，需各行各业的共同努力才能解决。随着科技的不断发展，人类一定能够解决好人眼像差这个“缺陷”。基于AO技术的人眼像差个性化精准矫正方法的出现，更是为此问题的解决提供了一种完美的解决方案。相信在不久的将来，人类就可以拥有这样的完美视力矫正产品，能够看清美丽世界的更多细节，拥有更加美好的生活。