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第七章 眼睛 §1 结 构 人的眼睛可看为一个复杂的光学成像系统。图7－1 给出它的结构，角膜是透明的，钠 灯Ｄ线处它的折射率n=1.376，巩膜厚度为0.1～1.1 毫米，几乎不透明的白色膜，前房充满 水状液，Ｄ线处折射率n=1.336，水状液内有是虹膜，其中心是直径为1.4～8.0 毫米的瞳孔， 虹膜由环状肌和径向肌组成，起着光阑作用，控制进入瞳孔的光通量，照明亮环境下瞳孔 缩小到1.4 毫米，在黑暗时使瞳孔扩大到8.0 毫米，它也有聚焦作用，虹膜决定眼睛是蓝色， 褐色，灰色，绿色，或淡褐色等，水晶体也叫眼球，它是一个复杂的分层纤维体，外包着 一层弹性膜，其大小和形状很像一粒豆子，结构则像透明的，由约 22000 片很薄的层组成 的洋葱头，多层结构使光程由不连续的线段组成，它的折射率从内核的n=1.406 变到外层的 n=1.386 （钠灯Ｄ1 线，589 .6 nm），而且是非线性变化的，改变水晶体形状将有精细聚焦的 功能，可以认为眼睛是一个可变焦距的复杂的光学成像系统。为了方便，经常采用古氏 （Gullstrand ）平均眼来描述，把眼睛看成一个由多个球面组成的共轴球面系统。这种模型 也叫古氏精密眼。有时还可采用更简单的简约眼模型，将眼球简化为单球面折射系统。 图7-1a 眼球结构 后房玻璃状体是充满透明胶状物的腔房，巩膜壁内有一个黑色的内壳层叫脉络膜，其 内布满血管和黑色素，它有吸收杂散光的功能，即将腔房变成暗室，吸收透过视网膜的光 线。视网膜覆盖巩膜内表面的大部分区域，它是一薄层（约0.5 毫米）可感受光的神经细胞 和神经纤维组成，是眼睛的感光部位，是成像的屏幕，结构较复杂，有十层，前八层对光 无吸收而且也不感光，第九层是视神经细胞组成感光层，光的扰动直接对它们起作用，注 意，是光的频率而不是光波长对视神经细胞起作用，由于光的刺激，便产生视觉。大约在 网膜中间，有黄色的椭圆形小区域是黄斑。该椭圆长轴约为1 毫米，短轴约为0.8 毫米。黄 斑有直径约 0.25 毫米的中心凹坑，在此区域密集大量的感光细胞，所以，黄斑是视网膜上 视觉最灵敏的地方。在神经纤维出口处，没有感光细胞，在该处无视觉，叫做盲点。从上 述可知，外界的光经角膜，水晶体等，最后成像在黄斑上，因此，可画出一条直线为视轴。 视轴和光轴的夹角约为 5 度。请注意，在视网上成像是倒立的，由于眼睛的神经系统内部 的调节作用，人感觉到的是正立的像。 84 图7-1b 古氏平均眼 图7-1c 简约眼 §2 特 征 ● 色灵敏度 人眼睛对光的颜色很灵敏，图7－2 表示人眼睛对颜色相对灵敏度随光波长的变化曲线， 即人眼睛的视见函数曲线。 在明亮条件下，眼睛对黄绿色（550 纳米）要比同样振幅或功率的其它颜色亮，例如， 在同样输出功率下，氦氖激光（633 纳米）比半导体激光二极管激光（670 纳米）大约亮八 倍。在较黑暗环境里，眼睛对绿色（约 510 纳米）最灵敏。以最灵敏波长处颜色的相对视 觉亮度为100％，有同等功率的其它颜色在眼睛里的相对亮度百分数为该颜色的视见函数φ ( λ) 。即 φ( λ) ＝Ｉ(550nm）／I ( λ) （7－1） 实验测定，1 毫瓦的绿色（555 纳米）和2.5 瓦的紫色（400 纳米）在眼睛里的感觉相 同，即400 纳米处的视见函数φ（400nm ）＝0.0004。同理，有7000 纳米处的视见函数φ （700nm）＝0.0041。 85 图7-2 人眼睛的色灵敏度 ● 亮暗适应性 由于强光下眼睛瞳孔收缩，其直径可小于1.5 毫米，在弱光下，眼睛瞳孔扩大，其直径 可大于8.0 毫米，即通光面积相差近30 倍，如图7－3 曲线所示，不同视场亮度下的瞳孔直 径是不同的。考虑视网膜里视神经细胞可自动调节色灵敏度的感光特性，使到眼睛可感觉 的最低和最高光强度相差几百亿倍，存在