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检影镜的共轭点原理

2012-01-12陈有庚

中国眼镜科技杂志 2012年1期
关键词:光斑屈光透镜

陈有庚/文

大家都知道用检影镜检查屈光不正的主要原理就是找到与被检眼视网膜上的像,形成共轭点的另外一个点(图1为检影镜工作图)。传统理论所述检影镜共轭点原理为:被检眼视网膜上的像(光影)与检查眼视网膜的像形成共轭点。在现实操作中,笔者认为这对共轭点关系并非是绝对的,而是另有其他共轭关系。

什么是检影的共轭点?检影的原理是,被检眼内视网膜上的像与眼屈光系统外的一点成共轭点关系。共轭点的定义是当一个物体放在某个位置上能得到一个实像时,可以把物体移到像的位置,在物体原来所在的位置就会得到一个像,这个可以互换的位置叫做面镜或透镜的共轭点。由此定义可以得知,被检眼视网膜上像(光斑)与检查眼视网膜的像成共轭点,这个结论是对的。但这是否是检影所要找的关键共轭点?答案是否定的。因为人眼观察外界目标时,都会在视网膜上形成一个像。虽然目标可以形成清晰的像或是模糊的像,但不会影响物与像自然形成的共轭点关系。检影时必须清楚,检影镜形成的共轭点是哪两个点。大家都认同被检者视网膜上的像是共轭关系中的其中一个点,但对被检眼屈光系统外的另外一点的争议就比较大了。一种观点认为被检眼视网膜上像(光影)与检查眼视网膜的像成共轭点。另一种观点认为被检眼视网膜上像(光影)与检查眼视网膜的像不成共轭点,而是另有其他点:检影镜光源。第一种观点认为检查眼必须不存在屈光不正或要矫正正常的情况下,否则会出现误差。如果检查眼存在轻度未矫正的屈光不正,只要能辨别被检眼视网膜上的像(光影),对检影结果也没有直接影响,就可以否认第一种观点。

图1

笔者画了两种情况下的检影光路图。图2是第一种观点,认为被检眼视网膜上的像与检查眼视网膜上像成共轭点的示意图。检影镜发出的光线投射到被检眼视网膜上形成一个像,如光影中和不动时,此时被检眼屈光不正已经完全矫正成正视眼状态,此时被检眼视网膜上的像与检查眼视网膜的像是成共轭点。这个共轭点包括被检眼屈光系统、前置补偿镜片、检查眼屈光系统(含屈光不正矫正度数)。如果检查眼存在屈光不正未矫正,检影结果就会出现误差。

图2

图3

第二种观点认为共轭点应该是被检眼视网膜上像点与检影镜光源(光源),如图3。共轭点之间包括:被检眼屈光系统(检影与被检眼距离及被检眼前放置的镜片)、检影镜上中间透明的反射镜、光源前面的聚光用的正透镜。光源前的正透镜主要是把光源变强及让光线成近平行线发射,经过45度反射镜把向上发射的光源改变成水平方向传播并投射到被检眼视网膜上,反射镜及中间的透明孔还有观察眼与光源处于同一直线上,观察时就不会偏离光源发出光线的中心线。

哪一点才是真正检影所找的共轭点呢?实践是检验真理的标准。通过基础光学透镜图可以看出,不同焦距情况下的成像位置不同。

图4

图4 说明:左边红绿蓝3实心点代表检影镜光源运动的3个不同位置(A),B、C、D分别代表3个相对于焦距距离平面位置,也可以代表不同屈光状态下视网膜即正视(B线)、远视(C线)和近视(D线);当聚焦正好在B线上,此时形成红绿蓝3个实点(即是实像)在B位,位置是倒立的,且3个像的间隙非常微小难以分开,位置差异不易察觉。也可以理解为左边A运动时,难以感觉到像也有运动。在此像位置上的光线会在左边A位置3个点上聚焦成像,这个符合共轭点关系。C线代表在焦点前的平面,即平面小于焦距,此时在C位置不能成实像,而是C线后的Cˊ位置上空心红绿蓝3点,是正立放大的虚像。其3色位置与左边A的顺序是一样的,可以说左边的运动方向与像的运动方向一致,也可称为顺动;D线代表在焦点后平面,即平面大于焦距。D线位置上红绿蓝3空心圈代表光线经过聚焦后又继续向前延伸在D平面上成倒立实像。左边A的运动顺序与像位置顺序是相反的,可称为逆动;而在D平面上实像经过透镜又会在左边位置形成新3个倒立的实像,且成像位置顺序与D线上位置顺序相反,通过这次相反,反而与左边A的运动顺序位置相同了。

下面进行试验。

试验的条件是:检影镜、+20D透镜、一平面、检影距离0.5m、透镜距平面约在5cm左右处。

观察方法:一种方法是从检影镜窥孔观察,同正常检影操作一样;第二种方法是从透镜外侧观察,这样的观察在正常检影操作中是没有的。这时候用检影镜对着透镜的照射光线,移动平面与透镜间的距离,可改变平面在焦距前与后的位置,也可使平面上得到不同情况的像。当得到最清晰最小的光圈时(图上B位置),当摆动检影镜时,像在平面上的形成一个光斑(光带),从检影镜窥孔里经过透镜观察到一个大的不动光斑,经过透镜的外侧面观察是基本上不动小光点。说明聚焦点(清晰的像)在平面B上,此时应该说平面上的光斑(光影)与检影镜光源之间形成共轭点关系。保持检影镜与透镜的距离,改变透镜与平面的距离,当平面与透镜距离变小时(C位置),其焦点在平面外。平面上形成的光斑位置在焦点内,则摆动检影镜时平面上的光斑又会出现移动,通过检影镜窥孔观察平面上略感放大光斑(光影)移动与检影镜摆动方向一致,称为顺动,而通过透镜侧面观察到却是一个缩小的与检影镜移动方向一致的小光斑。要想让光圈不动,则可以改变平面与透镜距离,或增加透镜的数值;保持检影距离,改变透镜与平面的距离,当距离变大的时候(D位置),也就是说其焦点在平面内,平面形成的光斑位置在焦点外,再摆动检影镜时平面上光斑会出现移动的现象,从透镜外侧面可观察到平面上光斑(光影)与检影镜以相反方向移动,称为逆动。要想让光斑不动,可缩短平面到透镜的距离,或减少正镜度数,也可以在原透镜前面加上适当的负镜度数来改变焦距。这3个不同平面位置的试验通过透镜外侧观察光斑运动与作图的结果是一样的:一中和、二顺动、三逆动。但当焦距在平面内时,从检影镜窥孔里观察到的光斑(光影)还是与检影移动方向一致,为顺动。这3个不同平面位置的试验,通过检影镜窥孔里观察光斑运动与作图有所不同:一中和、二顺动,没有逆动出现。为什么会出现这样的结果?试着改变缩小透镜可透光直径(如图5)。

图5

从检影镜窥孔里可以观察到逆动现象。为何缩小过光直径就能改变平面上光斑移动的方向?分析图后可以找到问题原因。通过透镜侧面观察到的是平面上真实的像,通过检影镜窥孔观察到的却是平面像在透镜左边检影镜前形成的新像,也就是图5中的E位的像,它与检影摆动的顺序一样,所以感觉光斑还是顺动。当透镜前面加一个小孔遮挡板F时,透光量不仅减少,而且在平面上的像被在检影镜前再成像部分遮挡,所以只观察到透镜后面平面上的光斑了,也就是只观察到光斑逆动现象,而没有顺动现象。这个遮挡板孔的大小会影响检影结果。这一结果说明,散瞳后观察的光斑与小瞳下检影的光斑存在差异,瞳孔大容易看到干扰光影出现。这里可以假设透镜为被检眼的屈光系统,平面相当于被检眼的视网膜,平面上的光斑(光影)相当于在视网膜上像。同理,近视眼未矫正时,其焦点在视网膜前,相当于平面在焦距外。摆动检影镜时,被检眼视网膜上的光斑会逆动,而远视未矫正时其焦点在视网膜后,相当于平面在焦距内,摆动检影镜时被检眼视网膜上的光斑会顺动。

通过以上试验可得出结论:检影镜的光源与被检眼视网膜上的像(光斑)是成共轭关系的。整个检影操作是由两个共轭关系组成的,一个是检影镜光源(物或像)与被检眼视网膜上的像(像或物);另一个就是被检眼视网膜上的像(物或像)与检查眼视网膜上的像(像或物),上述试验中从检影镜窥孔和透镜外侧面观察的光斑与检查眼视网膜上像也成共轭。由此可见这二个共轭点关系在检影操原理中,起关键作用的共轭点应该是第一个。这个结果推翻了传统理论:被检者视网膜上的像与检查眼视网膜的像成共轭点关系,如果检查眼存在屈光不正,必须先要矫正自己的屈光不正,否则检影结果就会出现误差或者不准确,而且还印证了为什么很多人存在屈光不正,但在矫正与未矫正情况下,检影结果相差不大的原因。检查者屈光不正未矫正时,对检影结果的影响不是绝对因素。只要检查者能清晰观察到被检眼视网膜上光斑移动,对检影结果就没有影响。被检眼视网膜上的像与检查眼视网膜上的像这对共轭点,是对第一个共轭点关系的确认。这对关系可以说明为何检影的操作不是每个人都可以做到得心应手,而必须要有一个训练及经验总结的过程。

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