论文光学分析法的应用与研究

如果用照相机来比喻眼睛，巩膜就相当于照相机的主体（机身）；瞳孔是光圈，光圈的大小由虹膜的扩大或缩小所控制；角膜和晶状体像一组镜头；视网膜相当于菲林底片。如果要将远和近的景物摄下来，那么就必须调校焦距，才能让景象清晰地投射在菲林底片上。在真正的照相机里，机制是调整镜片与菲林之间的距离。在眼睛，这个步骤是由睫状肌所控制。睫状肌是围绕晶状体的一组不随意肌。当看近物时，这组肌肉令晶状体的弧度变得较弯，厚度增大，使屈光度增加，这样影像就清楚地投射在视网膜上。相反地，看远景时，睫状肌令晶状体的弯曲度减低，前后表面都变得较为扁平，屈光度数亦相应减低，最后影像仍然是清晰地投影在视网膜上。睫状肌控制晶状体屈光度的功能，称为调节。当眼睛看着无限远的物体时，如果无需调节而影像能清楚地投射到视网膜上，这种屈光状态称为“正视”。反之，如果无限远的景物，在没有调节的情况下，不能清楚地投射在视网膜上，那就称为“屈光不正”，或称为“屈光误差”，也就是我们通常所谈及的近视、远视或散光了。其实，即使有清晰的视网膜影像，不等于我们一定可以“看”得清楚，还在于视觉信息由视神经传到大脑视皮层的过程中是否出现问题。这就是说，眼球、视神经、视觉地带以及大脑视皮层一定要全部正常地运作，我们才能清晰准确地看到外界的影像。当光线由空气进入另一媒质构成的单球面折光体时，它在该物质的折射情况决定于该物质与空气界面的曲率半径R和该物质的折光指数n2；若空气的折光指数为n1，则关系式为：空气侧的焦距为前主焦距或第1焦距。F2称为后主焦距或第2焦距，指由折射面到后主焦点的距离，可以表示此折光体的折光能力；或者用另一种方法，即把主焦距以m（米）作单位来表示，再取该数值的倒数，后者就称为该折光体的焦度（diopter）；如某一透镜的主焦距为10cm，这相当于0.1m，则该透镜的折光能力为10焦度（10D）。通常规定凸透镜的焦度为正值，凹透人眼的折光系统是一个复杂的光学系统。射入眼内的光线，通过角膜、房水、晶状体和玻璃体四种折射率不同的介质，并通过四个屈光度不同的折射面（角膜的前、后表面，晶状体的前、后界面）才能在视网膜上成像，其中，入射光线最主要的折射发生在角膜的前表面。依据几何光学原理进行的计算结果表明，正常成人眼在安静而不进行调节时，它的折光系统的后主焦点的位置正好是视网膜所在的位置。这一解剖关系对于理解正常眼的折光成像能力十分重要。它说明，凡是位于眼前方6m以外直至无限远处的物体，它们发出或反射出的光线在到达眼的折光系统时已近于平行，因而都可以在视网膜上形成清晰的像，这正如放置于照相机主焦点处的底片，可以拍出清晰的远景一样。当然，人眼不是无条件地看清任意远处的物体的。例如，人眼可以看清楚月亮（或其它更远的星体）和它表面较大的阴影，但不能看清楚月球表面更小的物体或特征。其原因是，如果来自某物体的光线过弱，或光线在空间或眼内传播时被散射或吸收，那么它们到达视网膜时已减弱到不足以兴奋感光细胞的程度，这样就不可能被感知；另外，如果物体过小或它们离眼的距离过大，则它们在视网膜上的成像将会小到视网膜分辨能力的限度以下，因此也不能感知。光线通过眼折光系统发生的折射现象，称为屈光（refraction），眼的总折光能力可用屈光度（焦度，diopter， 简称D）表示。屈光度数值等于该折光体主焦距（以m为单位）的倒数。人眼在非调节状态下的总折光能力约为59D。镜的焦度为负值。主焦距是一个折光体最重要的光学参数，由此可算出位于任何位置的物体所形成的折射像的位置。以薄透镜为例，如果物距a是已知的，像距b可由下式算出：由式（2）可以看出，当物距a趋于无限大时，1/a趋近于零，于是1/b接近于1/F2，亦即像距b差不多和F2相等；这就是说，当物体距一个凸透镜无限远时，它成像的位置将在后主焦点的位置。同样不难看出，凡物距小于无限大的物体，它的像距b恒大于F2，即它们将成像在比主焦点更远的地方。以上结论，对于理解眼的折光成像能力十分重要。另外，根据光学原理，主焦点的位置是平行光线经过折射后聚焦成一点的位置，这一结论与上面提到的第一点结论相一致。每一物体的表面，都可认为是由无数的发光点或反光点组成，而由每一个点发出的光线都是辐散形的；只有当这些点和相应的折射面的距离趋于无限大时，由这些点到达折射面的光线才能接近于平行，于是它们经折射后在主焦点所在的面上聚成一点，由这些点再组成物像。当然，无限远是一个不可能到达的位置，实际上对人眼和一般光学系统来说，来自6m以外物体的各光点的光线，都可以认为是近于平行的，因而可以在后主焦点所在的面上形成物像。