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「ea平台与ag平台比较好」配眼镜的时候,为什么医生拿光照一照眼睛就能知道度数?
发布时间:2020-01-10 10:23:00文字选择:    

「ea平台与ag平台比较好」配眼镜的时候,为什么医生拿光照一照眼睛就能知道度数?

ea平台与ag平台比较好,本文由公众号 “把科学带回家” 提供

给孩子最好的科学教育

作者 七君

现在近视的小朋友们很多,所以很多人都有配眼镜的经验。去配眼镜的时候,验光的医生拿一束光照一下眼睛,再比较一下几个镜片,就可以得到近视或远视的度数了。不管是不识字的小孩,还是年纪很大的老头老太,甚至不会说话的动物,都是这么验光的。医生们是怎么做到的?

验光的方法,叫做视网膜检影(retinoscopy),要取得的数据,就是你眼球里晶状体弯曲光线的程度——屈光度(屈光度等于焦距的倒数)。

用来做视网膜检影的仪器本质上就是一个会发光的镜子。

它的内部基本构造是这样的——

验光医生可以通过视网膜检影仪的小洞观察小朋友的眼睛。

那么,医生看的是什么呢?

实际上医生看的是光照射到你的视网膜上后反射回来的红色光斑,也就是视网膜红反射(red-reflex)的形状和移动规律。这个光斑是红色的,因为你的视网膜上布满了血管,它和照相机拍到的红眼是相同的原理。

那么,视网膜检影的具体原理是什么?

咱们知道,晶状体就像一个凸面镜,可以聚光。

那么远方来的一束平行光聚在哪里呢?就是晶状体的焦点的地方。

对于既不近视,也不远视的人来说,这个焦点的位置,恰好就在视网膜上,视网膜上密布着接受光的细胞,所以视力正常的人看到的图像非常清晰。

近视眼的人呢,焦点落在视网膜前面,远视眼的焦点落在视网膜后面,所以这两类人看东西都看不太清楚。

远视眼的晶状体焦点落在视网膜后面

如果在晶状体前面加一个镜片,就像给晶状体加一个假肢一样,这样平行光就会聚到视网膜上,那么你就能看得清远处的东西了。不过要这么干,就需要知道你的晶状体的屈光度。

有些人可能会说,这谁都知道啊,中学老师都会教,也太简单了吧。

是很简单,可是问题在于,我怎么在不切开眼睛的情况下知道晶状体的屈光度是多少呢?

就拿视力正常,晶状体焦点落在视网膜上的人来说吧,如果入射光是一束平行光,那么它们都会汇聚到视网膜上焦点的位置;而这些光线在视网膜上反射后,从晶状体中射出来的光线总是一束平行光——

同理,近视眼里射出来的光是会聚的,就像这样——

远视眼里射出来的光是发散的,就像这样——

好了,那么问题就来了,验光医生不是站在边上看,他们是正对着你的眼睛看,所以他们怎么知道射出来的是什么样的光,这束光会聚在哪里呢?

这里就要强势插入傅科刀口检验法(foucault knife-edge test)了。

傅科刀口检验法是法国物理学家莱昂·傅科(léon foucault)在1858年发明的。它的原理是酱紫的。

如果你用一把刀,夸叉砍在光会聚之前,那么随着傅红雪的刀,哦不傅科刀的移动,你看到的光斑应该是逆向躲开的对吧。

同理,如果傅科刀劈在光线越过了焦点之后,此时光线已经发散,那么你看到的光斑应该是顺着傅科刀一起走的。当然平行光也是。

如果傅科刀正好劈在焦点上,那么你就会看到一片漆黑,这时候只要傅科刀稍微动一动,你就会看到画面中 chua 突然出现了一个光斑。

emmm,也就是说,我只要搞一把傅科刀来移动一下,不就可以判断你的眼睛射出来的光究竟是平行的,发散的,会聚的,以及是不是会聚在焦点上了吗?

换句话说,我不是可以判断你是近视还是远视了吗?

那么屈光度咋算呢?

这好办,我再给你搞一块镜片,调整你的四眼整体屈光度,让你的眼睛反射出来的光线正好会聚到傅科刀这里,那么我就可以得到下面这样一个光路。

有了这个光路,那么我不就可以根据最基本的光学成像原理算出你的晶状体+镜片的屈光度数了吗?

加个正确屈光度的镜片,就能得到像这样子的光路,接着就可以用基本的光学成像原理(1/(f) = 1/(do) + (1/di))计算晶状体的屈光度了。f是焦距,do是物体和镜头的距离,di是像和镜头的距离。

再根据镜片的屈光度,不就能算出你的晶状体的度数了吗?简直天才。

那么,要到哪里去找这么好用的傅科刀呢?

这不视网膜检影仪本身就是吗。视网膜检影仪既可以观察光线,上面的观测孔也可以移来移去切割光线,变成傅科刀。

所以利用傅科刀口检验法,验光医生想要看到的完美结果是一个圆不溜丢的光斑,而且仪器一旦移动,这个光斑就会消失。效果差不多就是这样的——

只要能看到这个光斑,就说明视网膜检影仪正好位于你眼睛射出来的光会聚而成的焦点上。这样就可以计算出你的眼睛屈光度了。

但是在这之前,验光医生要先判断你到底是近视还是远视。这很简单。

比如你是远视眼。

我们刚才说过,远视眼的晶状体焦点在视网膜后面,入射光无法汇聚在视网膜上,所以在被视网膜反射,再经过晶状体折射以后,它们是发散的,会跟着视网膜检影仪一起运动,也就是说跟着图片里眼睛边上的光条运动——

然后医生给你加一块镜片,继续观察。如果加的度数对,那么你眼睛里的光斑就会越来越亮,因为接近焦点的光线更为集中。反之会越来越暗。

同理,对于近视眼来说,晶状体焦点在视网膜前面,眼睛里反射出来的光是会聚的,而且它的移动方向恰好和入射光相反(against movement)。所以凭这一点验光医生可以判断这个人有近视眼。

近视眼的话,在晶状体前面加一块凹透镜,就可以让反射出来的光线会聚到视网膜检影仪这里,大功告成。

还有些小朋友是散光,散光其实是晶状体横轴和纵轴的焦距不一致造成的。验光医生比对2个方向的屈光度,也可以帮你制作特殊的镜片。

散光的人,晶状体(黑色)的横轴(红色)上的焦点,和纵轴(绿色)上的焦点不在一起。

最后,验光医生看一眼那个适用于你的晶状体的玻璃片的度数后,还要再根据光学原理减去一个工作距离(working distance),就可以得到你的真实的屈光度了。

视网膜检影技术是在1872年由一个叫 ferdinand cuignet 的法国军医发明的。这147年来,多少小朋友再也没有借口因为看不清字而不用做作业了。

军医叔叔的发明简直大(sang)快(xin)人(bing)心(kuang)啊!

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