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光学基础及眼球光学结构
一、 光学基础知识
1、 光与光线
（1） 光线：表示光的传播方向的理论线段
散开光线：光源<5m，成虚焦点
平行光线：光源≥5m，永不聚焦
聚合光线：自然界无，成实焦点
衍射光线：遇到障碍时转弯
（2） 光：电磁波的一种，具有波动性和粒子性
不可见放射线：γ射线、x射线、紫外线
可见光：380nm-780nm
不可见热线：红外线、无线电波
2、光的主要现象
吸收：光能转化为热能
透射：不变方向、无衰减
反射：由界面返回原介质
折射：通过界面并改变方向
散射：部分光偏离主传播方向
色散：复色光分解为单色光
衍射：绕过障碍物继续传播
能量守恒
3、光的几何光学定律--光的传播规律
直线传播定律：光在均匀介质中都直线传播
独立传播定律：不同光束相遇后互不干扰
光的反射定律：入射角=出射角
光的衍射定律：n1sinl-n2simr
光路可逆原理：光可在传播路径上逆向传播
4、 物理光学的描述
（1） 光的传播特征
波动特征：具有周期性、频率、波长、速度、振幅、相位
电磁波特征：速度、电场磁场、方向、干涉和偏振现象等
（2） 光的能量转移
以振动形式在物质中转移
依靠光子随波迁移能量
5、 光学系统
（1） 定义
物理光学系统：由透镜、反射镜、棱镜及光阑等光学元件组成，具有光的折射、反射、衍射等作用
眼球光学系统：由多组光学元件构成的复杂光学系统，负责将进入眼球的光折射并聚焦到视网膜上--屈光系统
（2） 屈光系统的组成
按解剖结构：三屈光单元---角膜、晶状体、玻璃体
按折射功能：两屈光体---角膜、晶状体
按光路追迹：三透镜系统---房水、晶状体、玻璃体
二、 眼球光学结构
眼球光学结构（光学元件）包括从角膜到视网膜的所有结构，它们都参与了人眼的折射成像过程
从光学意义上讲，眼球可视为一台照相机，二者的结构能一一对应
眼睑不参与屈光，但在限制外界光进入眼球，维护眼球表面结构与功能等方面有重大作用
（一） 、眼睑-----照相机镜头盖
1、 应用解剖
眼球前可开合的帘状结构
睑裂长28mm，宽7.5mm
睑缘后唇有数十个睑板腺
睑缘前后有一排睫毛
2、 主要功能
（1） 屏障功能
眼帘：阻隔异物及强光，减少泪液蒸发
睫毛：阻挡灰尘，减弱强光
（2） 瞬目作用
主动性闭睑（保护性）：视听刺激
非随意瞬目（生理性）：眼表刺激
睫毛反射（保护性）：睫毛刺激
（3） 非随意瞬目的生理意义
泪液分布动力
调节泪液蒸发速度
促使睑板腺释放脂质，维持泪膜稳定性、保护眼表
（4) 脂质腺的作用
参与构成泪膜脂质层，防止水分蒸发
润滑眼表，利于眼球活动，防止损伤
3、 受损后果
眼表泪液病
斜、弱视
屈光不正
眼球意外伤害，最终光学性能下降
（二） 、泪液膜-----照相机镜头镀膜
覆盖于角、结膜前表面的一层流动性液体
1、 主要功能
维护眼表：供营养，防干燥，抵御理化伤害
免疫防御：是人眼抗感染免疫第一道防线
光学意义：折射率近视角膜，为眼屈光起点，填补角膜粗糙面，提高折射质量维持角膜透明
2、 受损后果
眼表结构与功能损害----光学性能下降
（三） 、角膜---照相机镜头
眼球最前端的透明纤维薄膜
1、 结构稳定
极坚韧，保护眼球内容意义重大
有弹性，有记忆，屈光力稳定
2、 透光性好
透过率：近红外>可见>其他
反射率<2.5%
吸收率<1%--100%
3、 屈光性能
（1） 为薄膜透镜，屈光力主要来自前表面。
前表面屈光力=+48.83D
后表面屈光力=-5.88D
角膜内屈光力=+0.1D
（2） 角膜前表面特征
中央4mm为球面镜
周边4-7mm为非球面镜
（3） 是决定人眼屈光状态重要因子
在屈光指数相对稳定条件下，屈光状态取决于：角膜前表面曲率与眼轴长度的匹配性
（四） 、巩膜----照相机外壳
眼球外壁后5/6的不透明纤维膜
纤维膜------保护眼球内容物
不透明------遮光暗房作用
较薄弱-------眼轴长短主要变量
角巩膜缘------1.0mm
直肌附着处-----0.3mm
后巩膜------0.5mm
（五） 、虹膜--------暗房结构
含大量色素，构成眼球前1/5的暗房结构
（六） 、瞳孔-------照相机光圈
人眼光路最狭窄处，直径范围1-9mm
1对光反射：依光强自动调整瞳孔径
强光时缩瞳以防止光损伤
弱光时扩瞳以提高入射光能
2近反射：依视距自动改变瞳孔径
看近时双瞳缩小、调节、集合增加
焦深变长，慧差减小，成像质量提高
3孔栅作用：限制人眼分辨极限
瞳孔直径≦2mm达到衍射极限，成像质量变差
（七） 、晶状体-----照相机调焦器
厚约3.6mm的双凸状弹性透明体，可通过变形改变屈光力
1透明性
入射光主要在晶状体被散射，约10%
随晶体不溶蛋白增加，逐年加重
2屈光特性
（1） 梯度折射率透镜
折射率由周边向中央逐渐增加，入射光能平滑聚焦
看远时，晶体不产生球差
（2） 双凸厚透镜
无调节时的晶体屈光力：前表面+7.0D，后表面+11.76D
等价屈光力：二号模型眼+18.74D,精密模型眼+19.11D
调节时的晶体屈光力：前曲率半径减小，厚度增加，前顶点前移、屈光指数增加。
增加的屈光力：D=1/目标距离
全眼静态屈光：+58.64---+60.00D
全眼动态屈光：+70.53D-- +72.00D
（八） 、房水-----照相机前部空隙？房水镜？
充满于角膜和虹膜之间的无色透明液体
1、 主要功能
提供角膜、晶体所需营养
调节眼压：可变体积的眼内容物
2、 光学意义
维持透明：协助角膜和晶体完成物质代谢
屈光作用：屈光系统为三透镜系统，理由：
①角膜构成房水透镜前界面，几无屈光作用
②晶状体屈光指数随厚度变化，并非为一常数
③玻璃体透镜承担了主要的放大效应
（九） 、玻璃体
填充与晶状体与视网膜之间的无色透明凝胶体
①位于视网膜之前，结点之后
放大物象并投射形成视网膜像
②占据眼球内腔4/5
支撑眼球壁，防止塌陷
支撑视网膜，使之与脉络膜相贴
影响眼轴长度
③水占99%，无血管，色素
透光率≥90%
少量框架纤维即可导致液化和混浊
受损后不能再生
（十） 、脉络膜------照相机暗房结构
位于视网膜与巩膜之间
①富含色素
呈黑褐色，构成眼球后5/6的暗房结构
②富含血管
营养视网膜外层和玻璃体
（十一） 、视网膜------照相机胶片
主要由感光细胞组成，感受光刺激
①视锥、视杆细胞分布不均匀
黄斑区分辨力最强：白昼视力、色觉
周边区分辨率较低：夜间视力、视野
②凹形弯曲成像面（R=12mm）
可获取更宽广的视野
部分适应光波特性，成像质量优于平面屏
可消除像场弯曲，但存在周边远视性离焦及其他高阶像差