視覺器官:視覺器官、眼的折光系統(tǒng)、眼的調(diào)節(jié)、簡化眼、視敏度

( 關鍵詞：視覺器官；眼的折光系統(tǒng)；眼的調(diào)節(jié)；簡化眼；視敏度；近視；遠視；散光；瞳孔；視網(wǎng)膜；視桿細胞；視錐系統(tǒng)；視網(wǎng)膜信息處理；三原色學說 )

引起視覺的外周感受器官是眼，它由含有感光細胞的視網(wǎng)膜和作為附屬結構的折光系統(tǒng)等部分組成。人眼的適宜刺激是波長370-740nm的電磁波；在這個可見光譜的范圍內(nèi)，人腦通過接受來自視網(wǎng)膜的傳入信息，可以分辨出視網(wǎng)膜像的不同亮度和色澤，因而可以看清視野內(nèi)發(fā)光物體工反光物質(zhì)的輪廓、形狀、顏色、大小、遠近和表面細節(jié)等情況。自然界形形色色的物體以及文字、圖形等形象，通過視覺系統(tǒng)在人腦得到反映。據(jù)估計，在人腦獲得的全部信息中，大約有95%以上來自視覺系統(tǒng)，因而眼無疑是人體最重要的感覺器官。

　　人眼的基本結構如圖9-2所示。除了控制眼球運動的眼外肌和起保持、營養(yǎng)作用的鞏膜、脈絡膜等結構外，眼內(nèi)與視覺傳入信息的產(chǎn)生直接有關的功能結構，是位于眼球正中線上的折光系統(tǒng)和位于眼球后部的視網(wǎng)膜。由角膜經(jīng)房水、晶狀體、玻璃體直至視網(wǎng)膜的前表面，都是一些透明而無血管分布的組織，它們構成了眼內(nèi)的折光系統(tǒng)，使來自眼外的光線發(fā)生折射，最后成像在視網(wǎng)膜上，視網(wǎng)膜具有同神經(jīng)組織類似的復雜結構，其中包含有對光刺激高度敏感的視桿和視錐細胞，能將外界光刺激所包含的視覺信息轉變成為電信號，并在視網(wǎng)膜內(nèi)進行初步處理，最后以視神經(jīng)纖維的動作電位的形式傳向大腦。因此，形容眼的功能首先要研究眼內(nèi)折光系統(tǒng)的不學特性，搞清楚它們怎樣能把不同遠近的物體成像在視網(wǎng)膜上以及形成清晰物像的限度；其次要闡明視網(wǎng)膜是怎樣對視網(wǎng)膜成像進行換能和編碼的。

圖9-2 眼球的水平切面（右眼)

　　一、眼的折光系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)

　　當光線由 空氣進入另一媒質(zhì)構成的單球面折光體時，它進入物質(zhì)的折射情況決定于該物質(zhì)與空氣界面的曲率半徑R和該物質(zhì)的折光指數(shù)n₂;若空氣的折光指數(shù)為n_1,則關系式為

　　n₂R／（n₂－n₁)＝F₂　　　　　　　(1)

　　F₂稱為后主焦距或第2焦距（空氣側的焦距為前主焦距或第一焦距)，指由折射面到后主焦點的距離，可以表示這一折光的折光能力。表示折光體的折光能力還可用另一種方法，即把主焦距以m（米)作單位來表示，再取該數(shù)值的倒數(shù)，后者就稱為該折光體的焦度（diopter)；如某一透鏡的主焦距為10cm，這相當于0,1m，則該透鏡的折光能力為10焦度（10D)。通常規(guī)定凸透鏡的焦度為正值，凹透鏡的焦度為負值。

　　主焦距是一個折光體最重要的光學參數(shù)，由此可算出位于任何位置的物體所形成的折射像的位置。以薄透鏡為例，如果物距α是已知的，像距b可由下式算出：

　　1/a＋1/b＝1/F₂　　　　　　　(2)

　　由式（2)可以看出，當物距a趨于無限大時，1/a趨近于零，于是1/b接近于1/F₂，亦即像距b差不多和F₂相等；這就是說，當物體距一個凸透鏡無限遠時，它成像的位置將在后主焦點的位置。同樣不難看出，凡物距小于無限大的物體，它的像距b恒大于F₂，即它們將成像在比主焦點更遠的地方。以上兩點結論，對于理解眼的折光成像能力十分重要。

　　另外，根據(jù)光學原理，主焦點的位置是平行光線經(jīng)過折射后聚焦成一點的位置，這一結論與上面提到的第一點結論相一致。每一物體的表面，都可認為是由無數(shù)的發(fā)光點或反光點組成，而由每一個點發(fā)出的光線都是輻散形的；只有這些點和相應的折射面的距離趨于無限大時，由這些點到達折射面的光線才能接近于平行，于是它們經(jīng)折射后在主焦點所在的面上聚成一點，整個物質(zhì)就達個面上形成物像。當然，無限過的概念本身決定了它是一個不可能到達的位置，實際上對人眼和一般光學系統(tǒng)來說，來自6m以外物體的各光點的光線，都可以認為是近于平行的，因而可能在主焦點所在的面上形成物像。

　�。ǘ�)眼的折光系統(tǒng)的光學特性

　　當用上述光學原理分析眼的折光特性時，首先遇到的一個困難是，眼球并非一個薄透鏡或單球面折光體，而是由一系列由率半徑和折光指數(shù)都不相同的折光體所組成的折光系統(tǒng)。顯然，人眼折光系統(tǒng)的后主焦距不能簡單地由式（1)算出，不過它的最主要的折射發(fā)生在角膜，而按幾何學原理進行較復雜的計算，還是可以追蹤出光線經(jīng)眼內(nèi)多個折光面行進的途徑，并得出由這些組合的透鏡組所決定的后主焦點的所在位置。

　　計算結果表明，正常成人眼處于安靜而不進行調(diào)節(jié)的狀態(tài)時，它的折光系統(tǒng)的后主焦點的位置，正好是其視風膜所在的位置。這一解剖關系對于理解正常眼的折光成像能力十分重要。它說明，凡是位于眼前方6m以外直至無限遠處的物體，根據(jù)式（2)或由于由它們發(fā)出或反射出的光線在到達眼的折光系統(tǒng)時已近于平行，因而都可以在視網(wǎng)膜上形成基本清晰的像，這正如放置于照相機主焦點處的底片，可以拍出清晰的遠景一樣。當然，人眼不是無條件的看清任何遠處的特體，例如，人眼可以看清楚月亮（或其他更遠的星體)和它表面較大的陰影，但不能看清楚月球表面更小的物體或特征。造成后一限制的原因是，如果來自某物體的光線過弱，或它們在空間處女內(nèi)傳播時被散射或吸收，那么它們到達視網(wǎng)膜時已減弱到不足以興奮感光細胞的程度，這樣就不可能被感知；另外，如果物體過小或它們離眼的距離過大，則它們在視網(wǎng)膜上形成的大小，將會小到視網(wǎng)膜分辨能力的限度以下，因而也不能感知。

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