1、人眼成像原理
人眼相當(dāng)于一架照相機(jī)，晶狀體相當(dāng)于照相機(jī)鏡頭，視網(wǎng)膜相當(dāng)于照相機(jī)的膠片，人眼看物體和凸透鏡成像的原理是一樣的，如圖是眼睛的構(gòu)造，就是一個(gè)凸透鏡。根據(jù)成像條件可知，物體在視網(wǎng)膜上成的倒立、縮小的實(shí)像，來自物體的光線通過瞳孔，經(jīng)過晶狀體成像在視網(wǎng)膜上，再經(jīng)過神經(jīng)系統(tǒng)傳到大腦，經(jīng)過大腦處理，我們就看到物體而產(chǎn)生視覺了。
人眼是一個(gè)共軸光學(xué)系統(tǒng)，觀察物體時(shí)，物體上的光線先經(jīng)過角膜、前房水、瞳孔、晶狀體、后房液，最后到達(dá)眼底視網(wǎng)膜上，成清晰的像。在成像過程中，眼睛如同一只自動(dòng)變焦和自動(dòng)改變光圈大小的照相機(jī)，它是把外界物體成像在眼底視網(wǎng)膜上，再結(jié)合人的大腦的生物作用，形成對(duì)外界客觀事物的感觀認(rèn)識(shí)。從光學(xué)角度看，眼睛的角膜晶狀體對(duì)應(yīng)照相機(jī)中的鏡頭、虹膜與瞳孔相當(dāng)于孔徑光闌、視網(wǎng)膜如同底片或成像接收器。
人眼視軸，是黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方節(jié)點(diǎn)的連線。眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)，使視軸對(duì)準(zhǔn)觀察物體并成像于黃斑為中心的一個(gè)區(qū)域上，視細(xì)胞受到光的刺激而產(chǎn)生視覺信息，通過視神經(jīng)傳遞到大腦，從而產(chǎn)生最清晰視覺。眼睛對(duì)物體的成像是是實(shí)物成實(shí)像，所以視網(wǎng)膜上的像始終是倒像，在神經(jīng)系統(tǒng)和大腦的作用下，人的感覺像是像是正立的。
人觀察物體時(shí)，有一定的視場(chǎng)（角）范圍，其視場(chǎng)角度在水平方向上可以達(dá)到150°，在垂直視場(chǎng)角可以達(dá)到高水平130°，左右可達(dá)70°左右，最清晰的視場(chǎng)范圍是在視軸周圍6°~8°。
人眼結(jié)構(gòu)參數(shù)與光學(xué)參數(shù)折射率如表6-1所示。
2、人眼的調(diào)節(jié)和適應(yīng)
人眼要看清遠(yuǎn)近的物體，也能明辨明暗環(huán)境下的物體，這種自動(dòng)調(diào)節(jié)叫眼睛調(diào)節(jié)，主要靠睫狀肌的收縮和晶體的固有彈性來實(shí)現(xiàn)的。人眼的調(diào)節(jié)主要有兩種類型：瞳孔調(diào)節(jié)和視度調(diào)節(jié)。
1）瞳孔調(diào)節(jié)
人眼的瞳孔是虹膜的中心圓孔，瞳孔可以自動(dòng)調(diào)節(jié)直徑大小來控制進(jìn)入眼睛的光通量，直徑變化范圍是2~8mm之間。白天光線較強(qiáng)時(shí)，光亮度高時(shí)，虹膜收縮，瞳孔變小到2mm，光闌攔住部分光進(jìn)入眼睛；光線暗時(shí)，瞳孔變大到8mm，使進(jìn)入眼睛的光能多。由于瞳孔的調(diào)節(jié)，人眼能夠感受很大范圍的光亮度的變化。在設(shè)計(jì)目視光學(xué)儀器時(shí)必須考慮和人眼瞳孔大小配合。
若外界光很強(qiáng)，瞳孔縮小到2mm時(shí)仍然使人無法適應(yīng)，就容易使視網(wǎng)膜造成傷害。直視太陽(yáng)或正視激光束能在視網(wǎng)膜上燒成一盲斑，使人在觀看任何景象時(shí)，總有一塊或數(shù)塊區(qū)域是黑斑。
眼睛能適應(yīng)不同亮暗環(huán)境的能力稱為適應(yīng)。這種適應(yīng)主要是因?yàn)槿搜鄣耐鬃詣?dòng)增大或縮小完成。適應(yīng)可分為明適應(yīng)和暗適應(yīng)。明適應(yīng)發(fā)生在由暗處到亮處時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬間眩目現(xiàn)象，瞳孔自動(dòng)縮小，導(dǎo)致進(jìn)光量少，明適應(yīng)適應(yīng)過程較快，幾分鐘即可，但敏感度大大降低。暗適應(yīng)發(fā)生在由亮處到暗處時(shí)，開始眼睛眼前一片漆黑，瞳孔自動(dòng)增大并伴隨著暗適應(yīng)過程的逐漸完成，進(jìn)入眼睛的光能量增加，眼睛適應(yīng)于感受微弱的光能，眼睛的敏感度也相應(yīng)地提高，眼睛適應(yīng)了暗環(huán)境才能看清周圍的環(huán)境。人在暗環(huán)境里呆的時(shí)間越長(zhǎng)，眼睛的暗適應(yīng)就越好，敏感度也就越好，約60分鐘后，敏感度達(dá)最大。此時(shí)視桿細(xì)胞在起非常大的作用。眼睛能感受的光亮變化非常大，可達(dá)1012:1的范圍。 ???
當(dāng)人眼適應(yīng)完成后，人眼瞳孔直徑隨所處的環(huán)境光亮度值有一對(duì)應(yīng)值表6-2表出不同亮度條件下，人眼適應(yīng)后瞳孔直徑的平均取值，設(shè)計(jì)目視光學(xué)系統(tǒng)時(shí)要考慮環(huán)境與人眼瞳孔之間的大小配合。
2）視度調(diào)節(jié)
眼睛是一個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)，當(dāng)觀察物體時(shí)，使物體在視網(wǎng)膜上形成一個(gè)清晰的像。在眼球內(nèi)，眼睛主要折射結(jié)構(gòu)晶狀體到視網(wǎng)膜的幾何距離近似固定，對(duì)于眼睛特定的光學(xué)系統(tǒng)，在物距不斷改變，像距不變的情況下，唯一能改變的是改變晶狀體的焦距。睫狀肌收縮時(shí)，牽拉晶狀體的表面曲率半徑變小，可觀察近處物體；當(dāng)睫狀肌放松時(shí)，晶狀體曲率半徑變大，可看清遠(yuǎn)處物體。眼睛成像系統(tǒng)對(duì)任意距離物體成像時(shí)，通過自動(dòng)改變晶狀體曲率達(dá)到調(diào)焦用以看清不同距離物體的過程，稱為眼睛的調(diào)節(jié)。眼睛長(zhǎng)時(shí)間用眼可發(fā)生眼疲勞現(xiàn)象，眼疲勞的癥狀表現(xiàn)為：眼睛發(fā)脹、頭疼、眼花，眼睛酸澀、眼睛發(fā)干等。
為了描述眼睛看清遠(yuǎn)近物體的調(diào)節(jié)能力，引入了視度的概念。假定人眼能看清的物面位置到人眼的距離為l，單位m，則這距離的倒數(shù)就是視度，用SD來表示，單位為屈光度，符號(hào)為D，具體計(jì)算公式為：
正常眼當(dāng)肌肉完全放松時(shí)眼睛看遠(yuǎn)處物體，能看清的最遠(yuǎn)的點(diǎn)叫遠(yuǎn)點(diǎn)；當(dāng)肌肉收縮時(shí)，眼睛看近處時(shí)能看清最近的點(diǎn)叫近點(diǎn)。正常眼所能看到的遠(yuǎn)點(diǎn)在極遠(yuǎn)處，近點(diǎn)在距離眼睛約10厘米處。設(shè)遠(yuǎn)點(diǎn)(far point)距離lr，近點(diǎn)(near point)距離 lp，遠(yuǎn)點(diǎn)視度與近點(diǎn)視度的差就是人眼調(diào)節(jié)的范圍，或者叫人眼的調(diào)節(jié)能力，用符號(hào)表示，其單位為屈光度D。
眼睛是人的重要器官，不同的人眼睛的特點(diǎn)不同，所以近點(diǎn)與遠(yuǎn)點(diǎn)均會(huì)有差異。隨著年紀(jì)的增長(zhǎng)，遠(yuǎn)點(diǎn)近點(diǎn)都會(huì)有所變化，也就是人眼的調(diào)節(jié)能力會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)會(huì)慢慢變差，肌肉收縮的能力也會(huì)衰退，所以近點(diǎn)尤其會(huì)變化明顯，往往會(huì)近點(diǎn)變遠(yuǎn)。年紀(jì)增大到一定年紀(jì)，會(huì)出現(xiàn)老年性遠(yuǎn)視眼或老花眼，這種現(xiàn)象的程度也會(huì)因人而異。表6-3列出了不同年齡段的眼睛的調(diào)節(jié)能力情況。
年齡近點(diǎn)距（CM）P/屈光度遠(yuǎn)點(diǎn)距（CM）R/屈光度=R-P/屈光度。通常情況下，人眼有一個(gè)近距離工作的習(xí)慣距離，稱為明視距離，即正常視力的眼睛在正常照明（50lx）下的習(xí)慣工作距離，長(zhǎng)度為250mm，這個(gè)距離人眼看物體最舒服，它有別于近點(diǎn)距離，近點(diǎn)距離是人眼能夠看清最近距離物體的極限距離。
【例1】：遠(yuǎn)點(diǎn)為2m的近視眼，所需眼鏡的光焦度為-0.5D，即50度。根據(jù)高斯成像公式可得：眼鏡的度數(shù)等于屈光度數(shù)×100=-0 .5×100=50度。
（續(xù)）
