人眼的基本結(jié)構(gòu)如圖9-2所示。除了控制眼球運(yùn)動(dòng)的眼外肌和起保持、營(yíng)養(yǎng)作用的鞏膜、脈絡(luò)膜等結(jié)構(gòu)外，眼內(nèi)與視覺(jué)傳入信息的產(chǎn)生直接有關(guān)的功能結(jié)構(gòu)，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(wú)血管分布的組織，它們構(gòu)成了眼內(nèi)的折光系統(tǒng)，使來(lái)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(fù)雜結(jié)構(gòu)，其中包含有對(duì)光刺激高度敏感的視桿和視錐細(xì)胞，能將外界光刺激所包含的視覺(jué)信息轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，并在視網(wǎng)膜內(nèi)進(jìn)行初步處理，最后以視神經(jīng)纖維的動(dòng)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(xué)特性，搞清楚它們?cè)鯓幽馨巡煌h(yuǎn)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(duì)視網(wǎng)膜成像進(jìn)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(dāng)光線由 空氣進(jìn)入另一媒質(zhì)構(gòu)成的單球面折光體時(shí)，它進(jìn)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n1,則關(guān)系式為
n2R／（n2－n1)＝F2 (1)
F2稱為后主焦距或第2焦距（空氣側(cè)的焦距為前主焦距或第一焦距)，指由折射面到后主焦點(diǎn)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(lái)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(dāng)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(fù)值。
主焦距是一個(gè)折光體最重要的光學(xué)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(dāng)物距a趨于無(wú)限大時(shí)，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(shuō)，當(dāng)物體距一個(gè)凸透鏡無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，它成像的位置將在后主焦點(diǎn)的位置。同樣不難看出，凡物距小于無(wú)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(diǎn)更遠(yuǎn)的地方。以上兩點(diǎn)結(jié)論，對(duì)于理解眼的折光成像能力十分重要。
另外，根據(jù)光學(xué)原理，主焦點(diǎn)的位置是平行光線經(jīng)過(guò)折射后聚焦成一點(diǎn)的位置，這一結(jié)論與上面提到的第一點(diǎn)結(jié)論相一致。每一物體的表面，都可認(rèn)為是由無(wú)數(shù)的發(fā)光點(diǎn)或反光點(diǎn)組成，而由每一個(gè)點(diǎn)發(fā)出的光線都是輻散形的；只有這些點(diǎn)和相應(yīng)的折射面的距離趨于無(wú)限大時(shí)，由這些點(diǎn)到達(dá)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(diǎn)所在的面上聚成一點(diǎn)，整個(gè)物質(zhì)就達(dá)個(gè)面上形成物像。當(dāng)然，無(wú)限過(guò)的概念本身決定了它是一個(gè)不可能到達(dá)的位置，實(shí)際上對(duì)人眼和一般光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，來(lái)自6m以外物體的各光點(diǎn)的光線，都可以認(rèn)為是近于平行的，因而可能在主焦點(diǎn)所在的面上形成物像。
（二)眼的折光系統(tǒng)的光學(xué)特性
當(dāng)用上述光學(xué)原理分析眼的折光特性時(shí)，首先遇到的一個(gè)困難是，眼球并非一個(gè)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(jiǎn)單地由式（1)算出，不過(guò)它的最主要的折射發(fā)生在角膜，而按幾何學(xué)原理進(jìn)行較復(fù)雜的計(jì)算，還是可以追蹤出光線經(jīng)眼內(nèi)多個(gè)折光面行進(jìn)的途徑，并得出由這些組合的透鏡組所決定的后主焦點(diǎn)的所在位置。
計(jì)算結(jié)果表明，正常成人眼處于安靜而不進(jìn)行調(diào)節(jié)的狀態(tài)時(shí)，它的折光系統(tǒng)的后主焦點(diǎn)的位置，正好是其視風(fēng)膜所在的位置。這一解剖關(guān)系對(duì)于理解正常眼的折光成像能力十分重要。它說(shuō)明，凡是位于眼前方6m以外直至無(wú)限遠(yuǎn)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(dá)眼的折光系統(tǒng)時(shí)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(jī)主焦點(diǎn)處的底片，可以拍出清晰的遠(yuǎn)景一樣。當(dāng)然，人眼不是無(wú)條件的看清任何遠(yuǎn)處的特體，例如，人眼可以看清楚月亮（或其他更遠(yuǎn)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(lái)自某物體的光線過(guò)弱，或它們?cè)诳臻g處女內(nèi)傳播時(shí)被散射或吸收，那么它們到達(dá)視網(wǎng)膜時(shí)已減弱到不足以興奮感光細(xì)胞的程度，這樣就不可能被感知；另外，如果物體過(guò)小或它們離眼的距離過(guò)大，則它們?cè)谝暰W(wǎng)膜上形成的大小，將會(huì)小到視網(wǎng)膜分辨能力的限度以下，因而也不能感知。
