眼睛的折光功能及眼模型简化

（一）眼的折光与成像

眼的折光系统是一个复杂的光学系统，包括角膜、房水、晶状体和玻璃体。这四种折光体都是透明且无血管分布，但其折光率和曲率半径又各不相同。

光线射入眼后，在视网膜上形成物像的过程，与凸透镜成像的过程相似，但眼对光线的折射情况要比单片凸透镜复杂得多，因为眼的折光系统是由四个折光率和曲率半径各不相同折光体所构成的复合透镜。因此，如果要用一般光学的原理画出光线在眼内的行进途径和成像情况，就显得相当复杂。因此有人就设计了与正常眼在折光效果上相同，但更为简单的等效光学系统或模型，称为简化眼（reduced eye）。简化眼是一种假想的人工模型，但其光学参数和其他特征与正常人眼的光学参数相等，故可用来分析成像的情况和进行其他方面的计算。简化眼模型由前后径为20mm的单球面折光体构成，内容物为均匀的折光体，折光率为1.33，外界光线进入球面时，只发生1次折射。此球面的曲率半径为5mm，即节点n在球形界面后5mm的位置，后主焦点在节点后方15mm处，正相当于视网膜的位置。这个模型和正常安静时的人眼一样，正好能使平行光线聚焦在视网膜上，形成一个清晰的物像（图11-2）。

图11-2　简化眼及其成像情况

n为节点；AnB和anb是两个相似三角形；如果物距为已知，就可由物体大小算出物象大小，也可算出两三角形对顶角（即视角）的大小

利用简化眼可以很方便地计算出远近不同的物体在视网膜上成像的大小，如图11-2所示，根据相似三角形原理，其计算公式为：

式中的Bn固定不变，相当于15mm，那么，根据物体的大小和它与眼睛之间的距离，就可以计算出视网膜上物像的大小。此外，利用简化眼可以计算出正常人眼能看清的物体在视网膜上成像大小的限度。实际上，正常人眼在光照良好的情况下，如果物体在视网膜上的成像小于5μm，一般不能产生清晰的视觉，这表明正常人的视力有一个限度。这个限度只能用人所能看清的最小视网膜像的大小来表示，而不能用所能看清楚的物体的大小来表示。因为物像的大小不仅与物体的大小有关，还与物体与眼之间的距离有关。人眼所能看清楚的最小视网膜像的大小，大致相当于视网膜中央凹处一个视锥细胞的平均直径。

（二）眼的调节

在日常生活中，眼睛所观察的物体有各种不同情况，如物体的远近不同和亮度不同等，为了能看清楚所观察的物体，眼睛就要根据所视物体的距离和明暗情况进行调节。眼的调节包括晶状体的调节、瞳孔的调节和眼球会聚，这3种调节方式是同时进行的，其中以晶状体的调节最为重要。

1.晶状体的调节　晶状体是一种富有弹性的双凸透镜形的折光体，它由晶状体囊和晶状体纤维组成。其周边部位由睫状小带与睫状体相连。晶状体的调节是指根据所看物体的远近，通过反射活动来改变晶状体的凸度，从而改变它的折光能力，使射入眼内的光线经折射后总能聚焦在视网膜上。人眼在安静时，晶状体处于扁平状态，这时如果射入眼的光线是平行光线，经折射后所形成的物像正好落在视网膜上。一般认为，6m以外的物体所发出的光线，到达人眼时已接近平行光线。所以，眼睛观看远处（6m以外）物体时，不需要进行调节便可看清物体。当看近物时，其光线呈辐射状，如果人眼不进行调节，物像将落在视网膜的后方，造成视物不清现象，此时必须经过调节才能看清物体。其调节的过程是，当看近物时，在视网膜上形成模糊的物像，此种信息传送到视觉中枢后，反射性地引起睫状肌收缩，导致连接于晶状体囊的睫状小带松弛，晶状体由于自身的弹性而向前和向后凸出，尤其是向前凸起更为明显，因而折光能力增强，使物像前移，正好落在视网膜上。由于看近物时睫状肌处于收缩状态，所以，长时间地看近物，眼睛会感到疲劳。

晶状体的调节能力有一定的限度，这主要取决于晶状体的弹性，弹性越好，晶状体凸起的能力就越强，所能看清物体的距离就越近。晶状体的调节能力可用近点来表示。所谓近点，是指眼睛在尽最大能力调节时所能看清物体的最近距离。近点越近，表示晶状体的弹性越好，也就是调节能力越强。晶状体的弹性与年龄有关，年龄越大，弹性越差，因而调节能力也就越弱。如10岁的儿童近点平均为8.3 cm，20岁时平均为11.8 cm。一般人在45岁以后调节能力显著下降，表现为近点变远，60岁时近点可增加到80 cm。由于年龄的原因造成晶状体的弹性明显下降，导致眼的调节能力降低的人，看近物时不清楚，这种现象称为老视，即通常所说的老花眼。矫正的办法是，看近物时戴凸透镜，以弥补晶状体凸起能力的不足。

2.瞳孔的调节　瞳孔的调节是指通过改变瞳孔的大小而进行的一种调节方式。在生理状态下，引起瞳孔调节的情况有两种，一种是由所视物体的远近引起的调节，另一种是由进入眼内光线的强弱引起的调节。(www.xing528.com)

看近物时，可反射性地引起瞳孔缩小，这种现象称为瞳孔的近反射（near reflex），也称瞳孔调节反射。这种调节的意义在于视近物时，可减少由折光系统造成的球面像差和色像差，使视网膜成像更为清晰。

当用不同强度的光线照射眼时，瞳孔的大小可随光线的强弱而改变。当光线强时，瞳孔会缩小；当光线弱时，瞳孔会变大。瞳孔这种随着光照强弱而改变大小的现象称为瞳孔的对光反射（light reflex），也称光反射。其反射过程是，当强光照射到视网膜时，产生的冲动经视神经传人对光反射中枢，再经动眼神经中的副交感纤维传出，使瞳孔括约肌收缩，瞳孔缩小。瞳孔对光反射的效应是双侧性的，即一侧眼被照射时，不仅被照射眼的瞳孔缩小，另一侧眼的瞳孔也缩小，这种现象称为互感性对光反射或互感反应。瞳孔对光反射的生理意义在于随着所视物体的明亮程度，改变瞳孔的大小，调节进入眼内的光线，使视网膜上的物像保持适宜的亮度，以便既可以在光线弱时能看清物体，又可以避免眼睛在光线强时受到损伤。

瞳孔对光反射的中枢在中脑，反应灵敏，便于检查，因此检查瞳孔的直径和瞳孔对光反射既可反映视网膜、视神经和脑干的功能状态，还可作为判断中枢神经系统病变部位、全身麻醉深度和病情危重程度的重要指标。

3.眼球会聚　当双眼看近物时，两眼视轴向鼻侧会聚的现象，称为眼球会聚。眼球会聚是由两眼球的内直肌收缩来完成的，是一种反射活动，也称辐辏反射。其意义在于，当看近物时，使物体的成像仍落在两眼视网膜的对应点上，从而产生清晰的视觉，避免复视。其反射途径是在上述晶状体调节中传出冲动到达中脑的正中核后，再经动眼神经传到内直肌，引起该肌肉收缩，从而使双眼球会聚。

（三）眼的折光异常

正常人眼在安静状态下，来自远处的平行光线无须作任何调节就可以正好聚焦在视网膜上，因此可以看清远处的物体；经过调节的眼，只要物距不小于近点的距离，也可以看清6m以内的物体，这种眼称为正视眼。有些人因折光系统异常或眼球的形态异常，在安静状态下平行光线不能聚焦在视网膜上，这种现象称为折光异常，或称屈光不正，包括近视、远视和散光。

1.近视　近视（myopia）多数是由于眼球的前后径过长引起的（轴性近视），也有一部分人是由于折光系统的折光力过强引起的（屈光性近视），如角膜或晶状体的球面弯曲度过大等。近视眼看远物时，由远物发来的平行光线聚焦在视网膜之前，在视网膜上形成模糊的图像，故视物含糊不清；当看近物时，由于近物发出的光线呈辐射状，故不需调节或只要作较小程度的调节，就能使光线聚焦在视网膜上。所以能看清近处物体。近视眼的近点和远点都移近。近视眼的形成，部分是由于先天遗传引起的，部分是由于后天用眼不当造成的，如阅读姿势不正、照明不足、阅读距离过近或持续时间过长、字迹过小或字迹不清等。因此，纠正不良的阅读习惯，注意用眼卫生，是预防近视眼的有效方法。矫正近视眼通常使用的办法是配戴合适的凹透镜，使光线适度辐散后再进入眼内（图11-3）。

图11-3　眼的折光异常及其矫正

实线为矫正前的折射情况；虚线为矫正后的折射情况

2.远视　远视（hyperopia）是由于眼球前后径过短引起的（轴性远视）；也可由于折光系统的折光力过弱引起（屈光性远视）。远视眼在安静状态下看远物时，所形成的物像落在视网膜之后，因而不能清晰地成像在视网膜上。远视眼的特点是在看远物时就需要调节，看近物时，需作更大的调节才能看清物体。因此远视眼的近点和远点比正视眼远。由于远视眼不论看近物还是看远物都需要进行调节，故容易发生调节疲劳。远视眼矫正的办法是配戴合适的凸透镜（图11-3）。

3.散光　散光（astigmatism）是由于眼球在不同方位上的折光力不一致引起的。在正常情况下，折光系统的各个折光面都是正球面，球面上每个方位的曲率半径都是相等的，因而到达角膜表面各点的平行光线经折射后均能聚焦在视网膜上。而大多数散光眼的角膜表面在不同方向的曲率半径并不相等，部分经曲率半径较小的角膜表面折射的光线，就聚焦在视网膜前方；部分经曲率半径正常的角膜表面折射的光线，就聚焦在视网膜上；而部分经曲率半径大的角膜表面折射的光线，就聚焦在视网膜后方。因此，平行光线经角膜表面各个方向进入眼睛后，不能在视网膜上形成焦点，而是形成焦线。因而造成视物不清或物像变形。散光眼的矫正方法是配戴合适的圆柱状透镜。使角膜某一方位的曲率异常情况得到纠正。