第 20 章 视光学与屈光
眼具有将入射光线聚焦在视网膜上的能力， 从而使视觉信息得以精 述。 '理解这一过 程及其可受影响的 变异或眼病对视觉辅助设施的应用是至关重要的， 这些辅助设施包括框架 眼镜、接触镜、人工晶体、注视器等。几何光学的概念定义为光线在通过不同的光学界面和介质 时的效应。掌握这些概念对理解上述过程是必要的。 几何光学 速度、频率与波长 速度、频率与波长具有下列关系：频率＝速度/波长。在不同的光学媒介中，光线的速度与 波长发生变化，而频率固定不变。色彩是因不同频率产生的，因此当某颜色的光线通过光学介质 时，并不发生改变，除非时选择性不透光介质或荧光素。一种物质的视觉特征只能由特定频率的 光线来描述， 这一点时确定的。 用于制作屈折可见光的晶体材料通常用稀释氢气放电管的钠黄光 D、蓝光F及红光C检测。 真空中所有频率的光线的速度是相等的，即 299792.46 公里每秒（186282.40 法定英里每 秒） 【译者注：1 法定英里（statute mile）=1.609 公里】 。由于红色光的频率约 5.085×1014Hz， 其真空中的波长为 0.5896um，同理，真空中蓝光和红光的波长分别为 0.4861um和 0.6563um。
屈光指数 光学介质改变时，光线的速度改变，折射亦随之发生。某种屈光介质对光线速度的影响通过 屈光指数n来表现。n越高，光线速度越慢，产生的屈折越明显。 屈光指数的热力学系数 屈光指数随光学介质的温度而改变，介质的温度越低，其屈光指数越高。N对温度的依赖性 因介质不同而异。每摄氏度n值改变如下（×10-17） ：玻璃 1，萤石（Caf2）10，塑料 140，水、 房水、玻璃体 185。塑料从而不能用作精确视觉设备的材料（塑料的热扩张度是玻璃的 8 倍） 。 水晶是一种古老的制作材料，但由于其热不稳定性、气化、凝固、易于污染，而不适用。有 是，这些不利因素在眼内不存在，使液态的晶状体在眼内接受存在。 光的 真空中，所有频率的光线速度相同，因此所有颜色的屈光指数也相同。在光学介质中，每种 颜色或频率的n值不同，在光谱的蓝色端大，红色端小。这种差异可用散射值v量化： v=nD-1/nF-nC，nD、nF、nC、分别指钠黄、蓝及红色的氢气指数。 V值越大，颜色光的 越小。表 20-1 给出了眼科相关介质的屈光指数及色 。
光的透射 光学介质对不同频率的光线透射性或透明度不同。 一些透光物质如玻璃几乎对紫外线完全不 能透过，红色玻璃几乎对绿光完全不能透过。应根据所要用到的特定波长光线选择光学介质。 反射及折射定律 反射及折射定律在 1621 年由荷兰天文学家和数学家Leyden大学的Willebrod Snell总结成公 式。这些定律以及Fermat的定律构成了应用几何光学的基础。阐述如下： 1.入射光线、反射光线、折射光线均居于一个平面，称为入射平面；法线与界面成直角。 2.入射角等于反射角，符号相反：I=－I′。 3.入射光线所居介质的屈光指数与入射角的正弦值的乘积等于折射光线屈光指数与折射角 的乘积。折射光线遵循以下定律：nsinI= n′sinI′(Snell定律)。 4.一束光线从某一点折射入另一点经行的路径费时最少。 光学路径长度为屈光指数与实际路 径长度之比。 临界角与全反射
在图 20-2 中， 假设入射光线所居介质的密度更高， 则屈折入密度低的介质后更加偏离法线。 若逐步增加入射角（图 20-3）直到达到一个临界角，则全部光线突然完全反射掉，不产生任何 折射，称为全反射。当高密度介质中的正弦值达到－n/ n′时产生全反射。这也是一个测定屈光 指数的方法。对于水，其屈光指数为 1.330，临界角的正弦值为－1/1.330，即 48.75°。 全反射遵循规则反射的定律，即I=－I′，因此，无需涂层即可产生全反射，从而广泛应用 于 及光纤镜。 图 20-3 中，阴影的区域不能被肉眼从表面所观察。这就是为什么除非用前房角镜，肉眼不 能观察到前房角的原因。在此，房水的屈光指数是决定性的因素，而非一般所述的泪液膜或角膜 的屈光指数。 视光学计算 几何光学原则应用于单一透镜或组合透镜有两种方法。 图解光线追迹法是有效、 精 方法， 因其不像其他通过屈光定律测定的方法一样预先作出假设。 法是一种基于大量假设的体 系，简化了不同透镜系统效应的计算，也导致了精 随着透镜系统复杂度增加而减小。代数计 算法不能用于精 $ ，特别是眼科临床越来越广泛的接触镜、人工晶体、角膜屈光手术等的光 学效应评价。 无论用何种方法进行光学计算，某些因素是相同的。对于每一个光学系统，物体及其像位于 同一共轭平面；物体如被移至其像所在位置，则光学系统在其原来所在平面产生新的像。任何光 学系统对行经的任一方向的光线的效应是相同的。 每一光学系统有无数个对应的共轭平面。 共轭 平面上的对应点称为共轭点。 图解光线追迹法 图解光线追迹法指对某一通过透镜系统的特定光线的通路进行精 图。 通常用于追迹的三 如图 20－4 所示，根据与第一折射面的相对位置命名。边缘线通过透镜周边，近轴线紧靠 主轴（透镜中心） ，带线？位于透镜的平均光通量折射部。在每一折射面，此三线中的每 的

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