眼睛的光学系统

人眼是一个复杂的光学系统，由角膜、前房液、晶状体和玻璃体组成。眼睛的屈光力取决于角膜前表面、晶状体前后表面的曲率半径、它们之间的距离，以及角膜、晶状体、房水和玻璃体的折射率。由于角膜组织和前房液的折射率相同（众所周知，光线的折射仅在不同折射率的介质边界处才可能发生），因此角膜后表面的屈光力不予考虑。

传统上，人们认为眼睛的折射面是球面，且其光轴重合，即眼睛是一个中心系统。但实际上，眼睛的光学系统存在诸多误差。例如，角膜仅在中心区域呈球面，晶状体外层的折射率小于内层，光线在两个相互垂直的平面上的折射程度也不同。此外，不同眼睛的光学特性差异很大，难以准确确定。所有这些都使得眼睛光学常数的计算变得复杂。

为了评估任何光学系统的屈光力，通常使用一个常用单位——屈光度（缩写为 dptr）。1 dptr 指的是主焦距为 1 米的透镜的屈光力。屈光度 (D) 是焦距 (F) 的倒数：

D=1/F

因此，焦距为 0.5 m 的透镜的屈光力为 2.0 dptrs，2 m 的透镜的屈光力为 0.5 dptrs，等等。凸（会聚）透镜的屈光力用加号表示，凹（发散）透镜的屈光力用减号表示，透镜本身分别称为正透镜和负透镜。

有一种简单的方法可以区分正透镜和负透镜。要做到这一点，你需要将透镜放置在距离眼睛几厘米的地方，然后移动它，例如，沿水平方向。当通过正透镜观察物体时，其图像将沿与透镜移动方向相反的方向移动，而通过负透镜则相反，图像将沿相同的方向移动。

为了进行与眼睛光学系统相关的计算，根据测量大量眼睛获得的光学常数的平均值，提出了该系统的简化方案。

最成功的是1928年VK Verbitsky提出的示意性缩小眼，其主要特点是：主平面与角膜顶点相切，角膜曲率半径为6.82毫米，前后轴长度为23.4毫米，视网膜曲率半径为10.2毫米，眼内介质折射率为1.4，总屈光度为58.82屈光度。

与其他光学系统一样，眼睛也容易受到各种像差（源自拉丁语“aberratio”，意为“偏差”）的影响，即眼睛光学系统的缺陷，导致物体在视网膜上的成像质量下降。由于球面像差，点光源发出的光线并非聚集在某个点，而是聚集在眼睛光轴上的某个区域。结果，在视网膜上形成了一个光散射圈。对于“正常”人眼而言，该区域的深度范围为0.5至1.0屈光度。

由于色差，光谱中短波部分（蓝绿）的光线在眼睛中相交处与角膜的距离比光谱中长波部分（红光）的光线更短。这些光线在眼睛中的焦点之间的间隔可达1.0 Dptr。

几乎所有眼睛都会存在另一种像差，这是由于角膜和晶状体的屈光面球形度不够理想造成的。例如，角膜的非球面性可以通过假想的角膜板来消除。将假想的角膜板放置在角膜上，可以使眼睛变成一个理想的球形系统。球形度的缺失会导致视网膜上光线分布不均匀：一个发光点会在视网膜上形成复杂的图像，从而可以区分出最大照明区域。近年来，即使在“正常”眼睛中，这种像差对最大视力的影响也得到了积极的研究，旨在矫正这种像差并实现所谓的“监督”（例如，借助激光）。

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眼睛光学系统的形成

从生态角度考察各种动物的视觉器官，可以证明屈光的适应性，即眼睛作为一种光学系统，能够根据特定动物的生活活动和栖息地特征，为其提供最佳的视觉定向。显然，人类主要拥有接近正视的屈光度并非偶然，而是历史和生态条件所决定的，这最能确保人类能够根据其活动的多样性，清晰地看到远处和近处的物体。

大多数成年人的屈光度数逐渐趋向于正视，这体现在眼球的解剖结构和光学结构之间高度的反比关系上：在眼球生长过程中，屈光度数越高，前后轴越短；反之，屈光度数越低，前后轴越长。因此，眼球生长是一个有规律的过程。眼球生长不应简单地理解为体积的增大，而应理解为眼球作为一个复杂的光学系统在环境条件、遗传因素以及物种和个体特征的影响下，有针对性地形成的过程。

眼球屈光度由解剖结构和光学结构两部分组成，两者共同决定了眼球的屈光度。其中，解剖结构明显更具“灵活性”（尤其是前后轴的长度）。身体对眼球屈光度形成的调节作用主要通过解剖结构来实现。

已证实，新生儿的眼睛通常屈光度较弱。随着儿童的发育，屈光度逐渐增强：远视度数下降，弱远视转变为正视，甚至近视，正视眼在某些情况下会发展为近视。

在儿童出生后的前3年，眼球处于快速生长发育阶段，角膜屈光度和眼轴长度均不断增加。到5-7岁时，眼轴长度达到22毫米，约为成人眼轴长度的95%。眼球的生长发育持续到14-15岁。到这个年龄段，眼轴长度接近23毫米，角膜屈光度达到43.0屈光度。

随着眼睛的生长，其临床屈光的变化性降低：它慢慢增加，即向正视转变。

在儿童出生后的最初几年，主要的屈光类型是远视。随着年龄的增长，远视的患病率下降，而正视屈光和近视的患病率上升。近视的患病率在11-14岁期间尤其明显上升，在19-25岁时达到约30%。在这个年龄段，远视和正视的比例分别约为30%和40%。

虽然不同作者给出的儿童各类眼部屈光不正患病率的量化指标存在很大差异，但上述眼部屈光不正随年龄增长而变化的一般模式仍然存在。

目前，人们正在尝试建立儿童眼部屈光度的平均年龄常模，并利用该指标解决实际问题。然而，统计数据分析显示，同龄儿童的屈光度差异很大，因此这种常模的建立只能是有条件的。

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