文 齐 备

上海齐备视光学研究所

1 近用视力略论

1.1 近视力的定义

鸡鸣破晓，日出东方，一觉梦回，双眼微启，每一个人都看见了人间万物，因为阳光照耀在眼前每一件物体上，发光体或者反光体都能在人眼的视网膜上成像，被人们所看见并感受。晨起的第一件事也许是戴上眼镜，也许是看时钟，然后是穿衣穿鞋、洗脸刷牙、对镜梳妆、剃须修面，享用早餐，然而有谁想到你无时无刻不在使用近用视力呢？人自出生以来，就能时时刻刻看见远远近近、林林总总、大大小小的想看的或不想看的各种事物和现象，然而有谁想过你看到的目标有远有近、有前有后，你的视觉功能可分为远视力和近视力呢？

黄昏日暮，夕阳西下，年近半百，灯下秉读，人们开始体会了什么是近视力。戴一副老花镜，眼前的电脑屏幕、手机或电子书顿时变得明亮清晰，宛若水洗。近读之余，举目四顾，一时朦胧飘渺，摘下老花镜，远处的景物原形立现，细节分明，于是人们进一步感受了什么是远视力。其实目标无分远近，视力同样并无远近，因为无限远的目标你是看不见的，你能看到的目标只有相对你的距离远近不同，何谓之远？又孰称为近？只是在长期的视光学研究中发现：人眼在注视5m以外的目标物，看近时所发生的生理反应很小，甚至可以忽略，因此将注视5m以外目标物的视力定义为远视力，注视5m以内目标物的视力就定义为近视力。

1.2 近视力的生理概述

远视力和近视力有何不同呢？在注视近目标时，双眼会产生一系列生理反应，至少包括调节、集合、瞳孔缩小等，近目标影像则发生尺寸大小、颜色和清晰度、视差和像差等变化。

(1）光与视觉 人的眼睛之所以能解读宇宙，是因为视细胞具有感光功能，视细胞上的光敏化学物质将光的能量转换成生物电能，经由视路传导至中枢的视觉分析器，使人感受到光的存在。发光体（luminary）分为光源和反光介质两大类，自身可发光的物质称为光源 (illuminant），能不同程度地将光源所发出的光反射的物质称为反光介质（reflect medium）。自然界能够自身发光的物质很少，主要是太阳和电灯等，人眼所看到的目标物绝大多数是反光介质。

将反光介质适当放大，发现所有的反光介质目标物都是由无数个反光点点阵而组成的。若将每一个反光点看作一个点状光源，点状光源发出的光即形成以光源为中心的同心球面，称为波阵面（wavefront），光线（light）实质上是垂直切割波阵面的直线，距离点光源近的波阵面很弯，距离点光源远的波振面则接近于平面（图1-1）。

图1-1 近波阵面远波阵面的对照

相邻的若干光线的组合称为光束，相邻光线走向分散的光束称为散开光束（divergence light beam），任何发光体所发出的光都应该是散开光束，由于距离发光体近的波阵面很弯，垂直切割波阵面的直线呈分散状态，故视光学称距离发光体5m以内的光束为散开光束。而无限远的光源发出的光线，例如太阳光线的散开属性几乎可以忽略，因此将太阳光近似地看成平行光线。距离发光体5m以外相邻光线的分散性质渐弱，因此同样可以忽略其分散性质，称之为平行光束（图1-2）。相邻光线永不相交的光束称为平行光束（parallel light beam）。

相邻光线向空间目标会聚的光束称为集合光束（convergence light beam）。自然界不存在天然的集合光束，只有通过凹面镜和凸透镜才可能获得集合光束。

图1-2 散开光束与平行光束的对照

(2）眼的屈光系统维持良好视觉的基本条件包括眼屈光系统的透明，可容许目标物发出的光线通过；目标物光线经眼屈光系统会聚后所成的影像恰好与视网膜相重合；视网膜、视路和视中枢等视觉分析器具备正常功能，能够将影像所传达的生物光电信息准确地还原为视觉感受。影响近视力的主要因素为眼屈光系统对于近目标光线的会聚量能否使近目标影像与视网膜衔接。

眼的屈光系统由角膜、房水、晶状体和玻璃体等屈光介质组成，其中起到屈光作用的主要为角膜（cornea）、房水（aqueous humor）和晶状体（lens）。

角膜的厚度很薄，约为0.5mm左右，前后表面近似平行弧面，光线通过角膜几乎不折射，仅发生移位，角膜的主要屈光作用有赖于藉自身的弯曲包容房水，形成平凸透镜，产生约40.00D～45.00D屈光焦力，约占眼的总屈光焦力的70%～75%（图1-3）。

图1-3 角膜的屈光

角膜的屈光焦力可计算如下：

式中D为角膜焦力，r为角膜的前曲率半径，n为角膜和房水的综合折射率。

例1：设角膜前曲率半径为8mm，角膜和房水的综合折射率为1.3375，求角膜的屈光焦力。

晶状体核心密度高，折射率较大，平均折射率约为1.406，前方和后方的房水、玻璃体的折射率约为1.336。后表面比前表面弯，曲率半径约为6mm，前表面在看远时曲率半径约为10mm，在看近时发生调节，前曲率半径适度变弯，藉以增加焦力。晶状体依靠自身的弯曲度和与前后屈光介质的折射率差异产生约16.00D～20.00D屈光焦力，约占眼的总屈光焦力的25%～30%（图1-4）。

图1-4 晶状体的屈光和眼的屈光系统

例2：设晶状体前曲率半径为10mm，晶状体后曲率半径为6mm，折射率为1.406，房水、玻璃体的折射率约为1.336，求晶状体的焦力。

眼屈光系统的焦力包括角膜约为40.00D～45.00D、晶状体约为16.00D～20.00D，全部焦力约为56.00D～65.00D，平均约为58.00D，眼的屈光系统可看成由角膜和晶状体组成的准共轴系统，在注视近目标时，根据近目标的距离注视眼会产生相应的调节，屈光系统的焦力会适量增加。

(3）散开光束与眼的调节如图1-4所示，眼的屈光系统大致为角膜向前凸起，晶状体向后凸起的双凸透镜（biconvex lens）。由于远目标发光点的波阵面较平坦，垂直于波阵面的光线近似于平行光束，平行光束入射凸透镜发生折射后与主光轴的交点称为主焦点（principal focus）。注视眼在看远时眼的屈光系统的静态焦距必须与眼的后前轴长度相匹配，若注视眼存在近视、远视或散光等屈光不正，则眼屈光系统的总焦力就不能将入眼平行光束所形成的主焦点送达视网膜，矫正的方法是配戴矫正眼镜，即采用光学透镜的聚散度补偿眼屈光系统的异常量值，使镜-眼联合屈光系统的焦距与眼的后前轴长度相契合。矫正眼镜的焦度计算如下：

式中Dl为矫正眼镜焦力，n玻璃体的折射率，d眼的后主焦距，De为眼屈光系统的总焦力。

例3：设眼的屈光系统总焦力为58.00D，眼的后主焦距为24.3mm，玻璃体的折射率为1.336，求补偿眼镜的量值。

讨论近视力的基础是远视力基本正常，即远目标发出的平行光束可以在视网膜上结像。此时将目标移到近距离，注视眼所产生的生理反应完全是由于近目标诱发的，即注视眼在看近时不受眼的屈光不正的干扰。

设：远平行光束自左侧入射3.00D凸透镜，若不受其他因素的干扰，应该在凸透镜右侧主光轴0.33m处结为主焦点，透镜的主焦点只有一个。一发光点位于3.00D凸透镜左侧主光轴1m处，则在凸透镜右侧主光轴0.5m处结为焦点，若光点位于凸透镜左侧主光轴0.5m处，则在凸透镜右侧主光轴1m处结为焦点，由于近发光点的位置不定，焦点的位置不定，故近发光点的焦点有无数个，称为寻常焦点（图1-5）。

图1-5 远平行光束与近发光点入射凸透镜的对照

将眼屈光系统大致看成凸透镜，远平行光束入射注视眼，若不受屈光不正的干扰，应该在注视眼的视网膜上结像。将注视目标移至近距离，由于近目标的发光点波阵面较弯曲，垂直于波阵面的光线近形成散开光束，如图6所示，散开光束入射注视眼则在视网膜后方形成焦点，发光点距离注视眼越近，对于注视眼发出的散开度越大，焦点像向视网膜后方移位的距离越远，发生近离焦（near deviate focus）现象。此时就需要注视眼根据近目标的距离产生恰到好处的调节，增加晶状体的会聚度，消解近目标的散开度。因此调节需求的量值等于近目标光线的散开度，可计算如下。

式中Da为调节需求，d为注视距离。

例4：设近目标位于眼前25cm，求为看清该目标眼的调节需求。

图1-6 注视近目标时眼的调节反应

(4）近三联反射注视近目标时，调节需求的动员是显而易见的。其实双眼集合同样重要，因为人有双眼，若在看近时双眼的视线不能准确地指向注视目标，则双眼所看到的目标像就不能精确地整合为同一影像，从而发生双眼复视，故而在动员调节解决近离焦的同时，必须动员集合解决近融像的问题。在调节和集合反应的同时还发生瞳孔缩小反应，注视近目标时瞳孔缩小，可以使近目标影像具有较大的景深，在注视近目标时可利用近景深减少一定量的调节和集合的需求量，缓解看近时的注视疲劳，被称为生理性的调节滞后和生理性的外斜视。在注视近目标时，通常调节、集合和瞳孔缩小是同时发生的，兴奋度量值相对应，受副交感神经控制，称为近三联反射。

1.3 近视力问题的分类

说到近视力人们常联想到老花眼，其实近视力所诱发的问题遍及整个人群，只是不如老视导致的生活不便那么明显。通常将近视力问题分为老视和非老视近视力异常两类。

(1）老视 40岁以后，人们在看近时发生头痛眼胀，称为调节疲劳。在初看近时，短时间不能看清，称为调节迟钝；后来发展为近读以后，短时间看远一片模糊，称为调节痉挛。一般认为老视发生于40岁以后，实则调节衰退几乎贯穿于人的一生，当调节中枢发育完成后，人的调节力即开始逐年衰退，图1-7所示为年龄与调节功能的相关曲线，可以看出10岁的儿童平均调节力为15.75D，调节近点距离为6.5cm，而20岁的青年平均调节力为13.00D，调节近点距离为7.7cm，这一近用清晰点的移远很难引起人们的关注。

图1-7 年龄与调节功能的相关曲线

人们的习惯注视距离为25～40cm，调节需求约为2.50D～4.00D。研究证实，在看近时必须保留1/2至1/3的调节力作为调节储备，才能避免近读带来的调节疲劳。人在40岁时，调节力的平均低值为5.00D，其中2.50D为储备调节，可用调节只有2.50D，在习惯注视距离为25～40cm近读，调节需求均≥2.50D。注视眼只有2.50D可用调节是不够的，为避免调解疲劳，只好将阅读物放置于40cm以外。年龄超过40岁，调节功能进一步衰退，可用调节不足2.50D时只有寻求老视眼镜补充可用调节。

(2）非老视近视力异常 非老视近视力异常的范围很广，种类繁杂。由于不能集中形成某个多发病种，常被忽视。有史以来，人类生存方式以看远人群为主，随着电子技术的发展，电子产品迅猛介入人类生活，且在继续发展。从电脑办公到上网，从电子邮件到微博，从手机到电子书，从平板电脑到电子相机，无一不在使用、消耗和考验着近用视力。近用视力的使用比例，从15年前的50%～65%锐增至80%～95%，近视力问题变得异常尖锐。过去眼科医生和验光师常常忽略的问题现在均暴露出来，例如以往很多年儿童弱视的诊断都是以远视力为标准，而弱视训练则主要是强化锻炼近视力，并未引起验光人员的深思。一个人戴着远用眼镜长时间地近读，看近时瞳距和散光轴位的改变不适应远用眼镜，继而导致视近困难同样未引起验光师的重视。

非老视近视力异常大致可以分为调节功能异常，包括调节不足、调节维持不良、调节灵活度不良、假性集合不足和调节超前等；集合功能异常，包括集合不足、集合过度、融像性集合功能低下等。

4.近视力的衍生史 通常认为功能是进化的选择，也就是说动物眼睛的视觉功能是在进化的过程中根据生存的需要逐步改进的。例如最原始的眼睛仅仅能够感受光线，后来的眼睛能够分辨光线的明暗度，当有了瞳孔以后，开始能定位光线的方向，并且能依靠小孔成像的原理感受外界的目标影像。当最早的鱼类和鸟类的眼睛出现了晶状体以后（图1-8），外界目标影像的清晰度和亮度都获得了大大的提高，因此只有当眼睛内出现了晶状体，才能算是真正意义上的眼睛。

图1-8 鱼类和鸟类的晶状体

当动物有了视觉质量较好的眼睛以后，开始试图用眼睛来注视远近不同距离的目标，但是动物注视近距离目标的方式与人类大不相同。最早是蛇类在看近时，采用眶周组织挤压眼球，使玻璃体内压力升高使眼睛变得细长，眼底向后移动来接受近目标在视网膜后方的形成的影像，从而看清近目标。以后是鸟类和家禽类在看近时，适量使眼睛的前表面向外凸出，依靠增加角膜对于光线的会聚力来看清近目标。再后来是鱼类在看近时，将晶状体向前移位，使晶状体对于眼底显示更大的会聚力来看清近目标。鱼的看近方法对于人类的看近功能有所启发，人类在看近时除了晶状体向前移动，同时晶状体表面变得凸起，这样看近时的视觉质量和效率都大大地提高了（图1-9）。

图1-9 蛇类、鸟类、鱼类和人类看近时的差异

哺乳类动物的睫状肌发育较为健全，开始有了真正意义上的调节，食草类动物眼睛的调节功能较为发达，马眼的调节力可以达到15.00D。啮齿类动物眼睛的调节功能则不够强大，家猫眼睛的调节只有1.00D，因此猫的远视力较好，在看近时则是十足的老花眼，主要是靠高度缩小瞳孔增加景深来注视1m以内的近目标（图1-10）。

图1-10 马和家猫看近的比较

（未完待续）