眼睛的成像原理是什麼?使用者2063509186240072019-12-02 17:33:05

人眼睛的構造 早在17世紀初就發現了人眼存在離焦和像散,並且採用球-柱面透鏡實現了離焦和像散的矯正。到20世紀80 年代,鐳射角膜手術的興起又提供了新的屈光矯正的臨床手段。20世紀末期,隨著可以應用於臨床的各類眼波前像差儀的出現,人眼高階像差的測量及其在眼視光學臨床上的應用取得了明顯的進展。今天,人眼波前像差的測量和校正已經成為世界範圍的研究趨勢之一。 人類為了拓展視覺以看清微小和遠處的物體,發明了顯微鏡和望遠鏡,至今已有500年的歷史了。這一類的光學儀器稱為目視光學儀器。人類為獲得更豐富的視覺資訊,發明了各種型別的光電影象儀器。另有一類與眼睛相關的儀器是人眼檢測儀器,如人眼視網膜相機。上述兩類儀器都是和人眼相配合使用,眼睛也參加了其中的成像,其效能依賴於儀器自身和人眼的特性。制定目視光學儀器效能指標,要充分考慮到眼睛的特點,另外在光學儀器設計中有時要引進人眼的構造。因此充分了解人眼的構造、成像特點、像差的表述、視覺缺陷和矯正、雙目視覺等是十分重要的。度量眼睛光學系統會聚能力用折光度為單位,在視光領域對一個折光度稱為100度。眼睛構造和標準眼 (1)淚膜 淚膜是覆蓋於眼睛前表面的一層液體,分為三層:表層的脂質層、中間的水液層和底部的蛋白質粘層。淚膜厚度約為7um,總量約為7。4ug。它的生理作用是潤滑眼球表面,防止角膜乾燥,保持角膜光學特性和保護眼球表面 抵禦異物和微生物。淚膜成分的改變、眼球表面的不規則以及眼球於眼瞼之間的運動不協調,均可導致淚膜的異常,影響眼睛的成像效能。(2) 角膜 眼球被一層堅韌的膜所包圍,前面突出的透明部分稱為角膜,其餘部分稱為鞏膜。角膜是由角質構成的透明球面,中央部厚度為0。5~ 0。55mm,周邊約為1mm,橫徑為11。5~12mm,垂直徑為10。5~11mm,折射率約為1。377,前表面的曲率半徑為7。8mm,後表面的曲率半徑約為 6。5mm。它是眼睛主要的折光介質,承擔眼睛三分之二以上的折光度,相當於43D的凸透鏡 。外界光線首先透過角膜進入眼內。角膜的組織結構規則有序,具有良好的自我保護和修復特性。角膜富含感覺神經,因此感覺十分敏銳。角膜無血管。(3)前房角膜後面到晶體狀的空間稱為前房,室中充滿了折射率為1。3377的透明液體,稱為房水。房水具有維持眼內組織代謝和調節眼壓的作用。前房的深度約為3。05mm。 (4) 虹膜 虹膜位於晶狀體的前面,中央是一個圓孔,能限制進入眼睛的光束孔徑,稱為瞳孔。虹膜的主要功能是根據外界光線的強弱,相應地使瞳孔縮小或擴大,以調節進入人眼內的光能量,以保證視網膜上的成像。瞳孔大小與年齡、屈光狀態、精神狀態等因素有關,直徑一般為2。5~4mm(5)睫狀體 睫狀體位於虹膜根部與脈絡膜之間,為6~7mm寬的環狀組織,由睫狀肌和睫狀上皮細胞組成,透過睫狀肌的收縮對晶狀體起調節作用。(6)晶狀體 晶狀體是眼屈光介質的重要部分,是由多層薄膜構成的一個雙凸透鏡,直徑約為9mm,中心厚度約為4mm,承擔約19D的折光度。各層的折射率不同,內層約為1。41,最外層約為1。38。在自然狀態下,其前表面的曲率半徑約為10,1mm,後表面的曲率半徑約為6。1mm。藉助於睫狀肌的收縮或放鬆的調節,可使晶狀體前表面的曲率半徑發生變化,從而改變眼睛的折光度,使不同距離的物體都能成像在視網膜上。晶狀體可濾去部分紫外光線,對視網膜有保護作用。晶狀體無血管。(7)玻璃體 晶狀體的後面直到視網膜的空間是玻璃體,它是眼屈光介質的組成部分,並對晶狀體、視網膜等周圍組織有支援、減震和代謝的作用。玻璃體主要成分是水和膠質,其折射率為1。336。正常狀態下,玻璃體呈凝膠狀態,具有塑形性、粘彈性和抗壓縮性。(8)視網膜 眼睛後方的內壁與玻璃體緊貼的部分是由視神經末梢組成的視網膜,它是眼睛光學系統成像的接收器。視網膜是一個凹球面,其曲率半徑為12。5mm。視網膜有非常複雜的結構,共有10層。 視網膜上的兩種感光細胞除了光譜響應特性和空間分佈特性不同外,他們與視網膜其他神經元的聯絡方式也有所不同,由此決定了她們的感光靈敏度和空間解析度的差異。(9)脈絡膜 視網膜的外面包圍著一層黑色膜,介於視網膜和虹膜之間,平均厚度為0。25mm,稱為脈絡膜,包含豐富的黑色素,起到吸收透過視網膜的光線,把後房變成一個暗室對的作用。脈絡膜血管豐富。因此還有眼部溫度調節作用。(10)黃斑 黃斑是距離盲點中心15度30分、向太陽穴方向的一個橢圓區域,大小為1mm*0。8mm。黃斑的中心有一個0。3mm*0。2mm的凹部,稱為中心凹。中心凹密集了大量的感光細胞,是視網膜上視覺最靈敏的區域。當眼睛觀察外界物體時,會本能地轉動眼球使像成在中心凹上,透過眼睛節點和中心凹的直線是眼睛的視軸。眼睛的視軸和光軸成約5度夾角。(11)盲點 在視神經進入眼腔處附近的視網膜上,有一個橢圓形的區域,該區域內沒有感光細胞,不產生視覺,稱為盲點。通常人們感覺不到盲點的存在,這是因為眼球在眼窩內不時轉動的原因。(12)鞏膜鞏膜是一層不透明的乳白色外皮,可將整個眼球包圍起來。它由緻密且相互交錯的膠原纖維組成,前部和角膜相接,後部與視神經交接處分為內外兩層。 眼睛作為一個光學系統,其各種引數可由專門的儀器測出。根據大量的測量結果,可以定出眼睛的各光學常數,包括角膜、房水、晶狀體和玻璃體的折射率,個光學表面的曲率半徑,各元件之間的間距。滿足這些常數的眼模型稱為標準眼。標準眼設計的目的是建立一個適用於眼球光學系統研究的模擬人眼光學結構。具有一定的普適性。在標準演的設計中會忽略很多非重點的複雜部分。由於所針對的研究領域上的差異,不同的標準眼所簡略上的部分也就有所不同。 眼睛的調節 為使不同距離的物體都能在視網膜上成清晰地像,隨著物體距離的而改變,相應地改變眼睛中晶狀體的折光度。這種過程稱為眼睛的調節。當肌肉完全放鬆時,眼睛所能看清的最遠點稱為遠點;當肌肉在最緊張時,眼睛所能看清的最近的點稱為近點。必須指出,近點距離並不就是明視距離,後者是指正常的眼睛在正常照明下最方便和最習慣的工作距離,國際上規定為250mm。 近點距離和遠點距離是隨年齡而變化的。隨著年齡的增大,肌肉調節能力的衰退,近點逐漸變遠,而且調節範圍變小。青少年時期,近點離眼睛很近,調節範圍很大。到45歲時,近點已在明視距離250mm以外。因此稱45歲以後的眼睛為老年性遠視眼或老花眼。而當年齡至70歲以上時,眼睛就失去了調節能力。end(圖片來自網路)