神奇的眼，谈角膜与晶状体的光学特点
2019-09-02 17:50:38 浏览量：
人眼有两个透镜，角膜和晶状体，二者相互配合，缺一不可。
角膜与晶状体的位置
角膜的主要功能是屈光。人眼总的屈光度是+58D，而角膜的屈光度已有+43D，所以人眼的屈光能力主要依靠角膜。
最新的研究发现，在看近的时候，角膜屈光度会有少量的变化；还有研究发现，角膜的光学中心与几何中心并不在一起，所以角膜还具有棱镜效应，可使光线准确到达黄斑中心。
当然角膜并不是一个简单的透镜，角膜中央比较陡，屈光度比较大，周边比较平，屈光度比较小，所以角膜还具有消球差的作用。
图片下方为球差现象
在光学中，球差即球面像差，指在经过透镜等折射的光线，接近中心与靠近边缘的光线不能将影像聚集在一点上的现象。
但角膜作为单透镜，尽管可以具有非球面特性，但最多也只能矫正一些球差。
但晶状体不同，作为人眼中的另外一块透镜，除了有一定的屈光能力外，晶状体最重要的作用是矫正像差、色差。
晶状体由外到内，是“皮囊—上皮细胞—晶状体皮质——晶状体核”的结构，其中，上皮细胞产生晶状体纤维，晶状体纤维又组成了晶状体皮质。
新生儿皮质比较少，主要是皮囊和核，且晶状体中央鼓起（前后径大）。晶状体的核的折算率高，皮质折射率低，所以新生儿晶状体的屈光力非常大。
婴儿出生后，由于上皮细胞不断产生晶状体纤维，皮质层越来越厚，同时挤压晶状体核，导致正常情况下，晶状体变得越来越扁平。
晶状体的生理特点决定了晶状体极其特殊而重要的光学特质。
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从出生起，晶状体的屈光度不断减小，利于人眼的出射光瞳直径减少、像面周边照度减弱。由于新生儿晶状体的屈光度非常大，像面周边照度也非常大，所以周边远视性离焦充分显现，眼轴长得非常快。
随着孩子的成长，晶状体屈光度越来越小，像面周边照度越来越小，周边远视性离焦逐渐掩盖，所以眼轴的生长会越来越慢。人到16岁以后晶状体屈光度最小，此时眼轴发育基本停止了。
如果使用框架镜矫正高度近视，就会导致出射光瞳剧烈增加。
通过晶状体纤维的发育，晶状体会变成一个梯度折射率的透镜，从而使折射率也能相应地呈连续变化。
梯度折射率的特性，使得晶状体可以减少人眼大部分像差。
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从大的折射率结构来看，晶状体分成三个折射面：前皮质、核、后皮质，这是一个典型的贴合双透镜。
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由于晶状体纤维不断生长，所以晶状体皮质是无数层的，这就是一个典型的光学玻璃堆结构。在物理光学，玻璃堆是一种常用起偏方法。该种结构可以使非偏振光转化为偏振光。
无数层的晶状体纤维
相对于非偏振光，偏振光对视网膜的损伤更小。
“角膜—瞳孔—晶状体”，这既是对称结构，也是一种重要的光学参数。
角膜—瞳孔—晶状体
按理说，一个60D的正透镜是有巨大枕形畸变的，但是依赖这种对称光学结构，正常人眼不会有畸变。
但当我们外带框架镜的时候，就会改变这种对称结构，导致显而易见的畸变。
对于正常人来说，当成年后，眼视光系统是近似完美的。如果我们去改变其中任何一样东西，任何一个参数都会破坏这种完美性。
所以我认为，即便人眼出现光学缺陷，以目前人类的光学水平还不足修补这种缺陷，强行修补，会导致问题更加严重！我一直坚持，不要随意地改变人眼的视光学部件。如果万不得已必须去改变，最好是能做到可逆！
我对眼视光的认知非常肤浅，应邀写这篇科普文章，实在有点不知道怎么下笔。把复杂的人眼光学系统知识融汇在一千字的文章里，几乎是不可能的，请大家批评指正。
与我一样学习研究物理光学的同道，请不要苛求本文一些论述和定义的精准性了，仅仅是一篇专业科普文章而已。
