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眼睛


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文摘  
集体创作  
Nouvel autodidactique Editions Quillet Paris
发表: 1993/03 网上发布 : 1999/07 中译:2002/03/31, ImageTech
科学文献发布

眼睛是一个相当了不起的器官,它可以实时地对各种情况自我适应。它可以看到从25cm到很远处的物体。它可以承受很大范围的光强变化并识别一定范围的颜色。它不仅对波长在390nm780nm(可见光谱)内的光线敏感,也对 紫外  (直到310 nm) 红外 (直到1 050 nm)的有限区域敏感。

眼睛的描述

眼球近似于球形 (24 mm ,高22 mm) ,被一个充满纤维的白色硬膜包围,称为巩膜。在眼睛前面的巩膜变成透明的:即角膜

当光学进入眼睛,穿过角膜,进入一种液体,称为眼房水。在眼房水中有一个环型肌,称为虹膜,其上有一个孔,即瞳孔。虹膜起着快门的作用,调节瞳孔的开口以控制进入眼睛的光量(瞳孔的直径可在对于强光的2mm到对于弱光的8mm间变化)。在虹膜后面是晶体, 其作用象一片双凸聚焦透镜。它具有象洋葱一样的多层结构,包括22000的薄层。晶体通过收缩变化来改变透镜的聚焦距离,从15.6mm24.3mm。晶体后面有另外一种液体结构,玻璃体。眼底由三层结构组成:外层为巩膜,中间层为阻止光线外出的脉络膜(象一层黑膜),内层为视网膜晶体生成的图像在视网膜上形成。视网膜由两类具有不同功能的感光细胞组成,包括视锥和视杆:视杆对光强敏感但无法区分颜色(这些细胞表现得象对黑白非常敏感的底片),视锥对颜色敏感(这些细胞又包含三种色素,分别对红、绿、蓝颜色敏感)。这些细胞记录下来的信息通过视神经传给大脑。注意,视网膜连接视神经的部分没有任何感光细胞:该处称为盲点。视网膜上还有一个凹下的区域,称为黄斑或视网膜中央凹:该区域只有大量的视锥,而没有视杆,这个区域对“彩色”视觉很重要。

眼的调节- 正常视觉

为了问题的简化,我们可以将眼睛看成一种光学系统,包括:

- 一片焦距可变的聚焦透镜,晶体;
- 一个成像的敏感表面,视网膜类似于与晶体平行的一个平面;
- 一个光圈,虹膜。

对于正常眼睛,当晶体不动,无穷远的物体在视网膜上成像:我们称眼睛没有进行调节。 相反,当眼睛看一个很近的物体,晶体收缩变化焦距以便视网膜上形成图像:我们称眼睛调节。视网膜位置不会变化,是通过眼睛调节(即晶体收缩减小焦距)在视网膜上形成清晰的图像。

注意到视网膜上的图像是颠倒的(聚焦透镜所提供的实物影像):多亏大脑将图像正过来,我们才不会看到颠倒的物体。下面的实验对目前我们还不很清楚的脑机制给出一种看法。研究人员让一些人戴上会颠倒图像的眼镜,开始时,看到的是颠倒的,在一个星期后,开始正过来了。取掉眼镜后的一个星期内,又看到的是颠倒的。大脑需要7-8天来适应情况。

对每只眼睛我们定义 :

- 远视点:眼睛不做调整能看清楚的最远点;
- 近视点:眼睛做最大调整后能看清楚的最近点;
- 最小视见距离 :眼睛和近视点之间的距离。

正常眼睛不做调节可以看清无穷远物体,因此远视点处于无穷远,正常眼睛的近视点取决于年龄:孩子为10cm28-40岁的年轻人为15cm60岁左右的人可达到100cm。通常定义标准眼睛的近视点为25cm

最后注意的一点,尽管将视网膜近似为平面,我们可以看到立体的东西。立体视觉是由于双眼视觉,即我们具有两只眼睛。实际上,每只眼睛朝不同的方向观察(闭上右眼看手拿着的一支铅笔:现在闭上左眼并去看那支铅笔,你会看到它在更左边的地方),这表示每个眼睛所看到的物体图像在视网膜上不是在相同的地方。

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