第2章第1节与视觉有关的眼球生物和光学特性 - 眼镜学

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第2章第1节与视觉有关的眼球生物和光学特性

2009-11-27 15:58:35 来源:网络作者:阿波罗【大中小】浏览:5642次评论:0条

九眼睛是以光作为适宜刺激的视觉生物器官，外界物体发出或反射出来的光线，经过眼的屈光系统将发生折射，在视网膜上形成清晰缩小的倒像。眼睛生理上的变化和屈光方面的变化将改变人的视觉状况或质量，因此，了解眼球的生物特性和光学特性至关重要。
眼球的生物结构和功能是了解眼球屈光状况和解决屈光问题的知识基础，同时，眼球作为人的整体中的一部分，人体的任何变化，如大脑、肢体、内分泌、心理因素等变化或不健康均会引起眼球或者视觉的变化。因此，在学习和工作中必须建立眼睛与人的整体概念
眼睛是以光作为适宜刺激的视觉生物器官，外界物体发出或反射出来的光线，经过眼的屈光系统将发生折射，在视网膜上形成清晰缩小的倒像。眼睛生理上的变化和屈光方面的变化将改变人的视觉状况或质量，因此，了解眼球的生物特性和光学特性至关重要。
眼球的生物结构和功能是了解眼球屈光状况和解决屈光问题的知识基础，同时，眼球作为人的整体中的一部分，人体的任何变化，如大脑、肢体、内分泌、心理因素等变化或不健康均会引起眼球或者视觉的变化。因此，在学习和工作中必须建立眼睛与人的整体概念

（一）眼的生物特性

人眼包括眼球、视路和眼附属器三部分。眼球近似球形，有如两个不同曲率半径的球面对合而成，其前面曲率半径的中央部分是透明的角膜，其余大部分为白色的巩膜。正常成人的眼球前后径平均为24mm 、垂直径为23mm、水平径为23.5mm。

眼球有眼球壁和眼球内容物构成，从外至里，与视觉信息传递和反应有关的主要结构构成如下：

１．角膜　为稍向前凸的透明组织，略呈横椭圆形，横径约11.5～12mm，垂直径约10.5～11mm。直径小于10mm 或大于13mm为异常。角膜中央厚度约0.5~0.55mm，从中央３°外开始增厚，周边部约1mm。角膜内无血管，以保持角膜的透明性。

２．泪膜　泪液被吸附在球结膜、睑结膜和角膜上皮上，面积为16cm2，它润滑了整个眼球前表面，有助于保持光滑的角膜前屈光面。泪膜本身是透明的，并保持一定的厚度，从光学的角度看，相当于一个透镜。

３．巩膜　质地坚韧，呈白色，由致密且相互交错的胶原纤维组成，前接角膜；在后部，与视神经交接处，巩膜分为内外两层，外2／3移行于视神经鞘膜，内1／3呈网眼状，称为巩膜筛板。

４．虹膜　为一圆盘状膜，自睫状体伸展到晶状体前面。虹膜的中央有一2.5～4mm的圆孔称为瞳孔。受交感神经和副交感神经支配，瞳孔可以扩大或缩小，以调节进入眼内的光线，从光学角度看，类似光学仪器中的全自动光圈。

５．前房和后房　前房的前界为角膜的后面，后界为虹膜和瞳孔区晶状体的前面，前房内充满房水，容积约为0.2ml，前房中央深约2.5～3mm。后房为虹膜后面，睫状体内侧，晶状体悬韧带及玻璃体前侧面的环形间隙。后房内充满房水，容积约0.06mml。房水功能为营养角膜，晶状体及玻璃体，维持一定的眼内压。

６．晶状体　形如双凸透镜，富有弹性。由晶状体悬韧带与睫状体联系，使其固定于虹膜后面，玻璃体前面。前后两面交接处称晶状体赤道部，两面的顶点分别为晶状体的前极和后极。

７．玻璃体　为透明的胶质体，充满于玻璃体腔内，主要成分为水。玻璃体为重要的屈光介质。此外，主要对视网膜和眼球壁起支持作用。

８．视网膜　是一层透明的膜，后界位于视乳头周围，前界位于锯齿缘。视网膜后极部有一直径约２mm的浅漏斗状凹陷区，称为黄斑，其中央有一小凹，称为黄斑中心凹，是视网膜上视觉最敏锐的部位。视网膜有丰富的血管，神经和视觉色素，外界物体在视网膜上成像后，通过光-化学反应，形成视觉神经冲动，经过多个神经元传递，沿视路将视觉信息传递到视觉中枢，形成视觉。

９．大脑视觉中枢　在视网膜上成像后，通过光-化学反应，形成视觉神经冲动，经过多个神经元传递，沿视路将视觉信息传递到视觉中枢。从视网膜图像到大脑视皮质的视觉形成，其过程不是一个简单的传递，而是一个错综复杂的信息处理过程，其中包含图像的点点对应，左右眼的图像融合等。视网膜感受细胞之间拥有非常复杂的连接，大脑对外界景物的各种点，线，空间频率，水平或垂直方向等均有特定的渠道或区域进行识别，因此眼睛和大脑是目前任何电脑无法比拟的信息处理器。

１０．双眼视觉　人类拥有两只眼睛，两只眼睛分别以细微偏差的角度注视物体，获得三维空间信息，如立体视。两只眼睛在注视外界物体时，或静态注视，或运动扫视，或会聚阅读，双眼非常协同，大脑同时获得分别来自左右眼的信息，进行融合后获得精细的视觉，这就是双眼视。任何破坏双眼协同的问题，如斜视，隐斜视等都会产生严重的视觉问题。

（二）眼的光学特性

从光学角度，可以将眼睛的角膜和晶体作为这个复合光学系统的两个子系统，其各个表面的中心近似位于共同轴，即光轴上。光轴通常交于视网膜黄斑中心凹鼻侧并稍上方一点，在水平方向上为４°～５°，而垂直方向上略大于１°。

１．角膜　角膜的前表面分隔着空气和角膜实质，角膜前表面的曲率半径约为7.7mm，角膜实质的折射率为1.376，角膜后面与房水接触，曲率半径约为6.8mm，其形态类似新月形透镜。角膜的折射力，根据Gullstrand的模型眼，通过折射力公式，可得：

若考虑到厚度，则整个角膜的等价折射力是＋43.05Ｄ。

２．晶状体　晶状体形状类似双凸透镜，其前面离角膜前顶点约3.6mm，晶状体是眼球屈光介质的重要组成部分，折射率约为1.44，对进入眼内的光线有折射功能，而且能滤去部分紫外线，对视网膜有保护作用；眼的调节功能也主要靠晶状体来执行。如图3-２所示，当无调节时，晶状体前表面的曲率半径为10mm，后表面的曲率半径为5mm，整个晶状体的折射力为＋19.00D。当眼睛调节对近点聚焦时，晶状体折射力增加，主要是前表面曲率增加，最大时曲率半径达5.33mm，后表面曲率少许增加。晶状体相当于一个非常灵敏的调焦镜，不知不觉地进行飞速的调焦工作。正常状态下的晶状体，无论景物远近，都能通过调节作用，使外界物体在视网膜上清晰成像。

３．模型眼、简化模型眼和简略眼　光线通过角膜和晶状体后，行进于玻璃体而到达视网膜，玻璃体的折射率与房水的折射率相同，将上述角膜和晶状体的基本形态和折射力的平均值画出，并确定玻璃体的深度平均值，可作成一种模型眼，便于从理论上研究眼球的光学成像。

模型眼参数基本包括了角膜和晶状体的前后等各个折射面的参数，并能用比较精确的数据标示出眼球整体屈光状态的主点、节点和焦点，这样的模型眼称为精密模型眼，如Gullstrand精密模型眼。

为了方便临床计算或使用，可以简化眼睛光学系统，如Gullstrand简化模型眼，其特征是分别使用单一面代表角膜和晶状体的整体效果。

在临床上，还可以将简化模型眼再进一步简化，其中比较简单且比较普及使用的是Emsley改良简略眼（图２-４）。

此种光学模型眼将所有的光学折射面综合成单一折射面，此折射面于角膜后5／3mm，分隔空气和折射率为4／3的媒质。折射面的折射力（Ｄe）取＋60.00D，所以，折射面的曲率半径（r）可由下式得出：

得r=5.55mm，即曲率中心位于距离折射面顶点5.55mm 处，形成此光学系统的单一结点。眼的前焦距（fe）是－1／De米，即－16.67mm，而后焦点（f′e）是4／3×16.67，即22.22mm。

如果简略眼是正视状态，则其长度是22.22mm，即视网膜与折射面必须保持的距离，相当于距离真实角膜的距离为23.89mm（22.22＋1.67）。各基点的位置显示于图２-４，Ａ是折射面的顶点，Ｎ是结点，Ｆ是前主焦点，F′是后主焦点。在正视眼中，视网膜落在F′上，图２-５中也显示了从远处轴上物点发出的平行光束的通路。

图２-５所示为与光轴呈一定角度的远物的成像情况。假设远物立于直线FN上，从物体最低点发出的平行光束a经眼睛折射后，聚焦于F′。平行光束b表示物体最顶点发出的平行光束，与直线FN成ω夹角。平行光束b中的一条光线通过结点Ｎ而没有发生偏折，交视网膜于B′（因为正视眼，故视网膜通过F′）。B′的位置也可由光束b中通过前焦点Ｆ的光线确定，此光线经折射后平行于光轴。于是，F′B′是远物的倒置的实像，其高度h′
的计算公式为：

公式２-１仅应用于正视眼。如果ω很小，则其正切值以角度本身（以弧度为单位）来替代。

例２-１　视力表6／6（1.0）行的视标在６米处所对角度为５′，求它在＋60.00Ｄ正视眼中的视网膜像的大小。

解：ω＝５′　　Ｄe＝＋60.00Ｄ

根据公式２-１，得：

因此，像大小为0.024mm，负号表示倒像。

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责任编辑：peijingshi

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