探索人眼成像原理：物理与生活的紧密联系，从眼睛看世界

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物理学是一门与现实生活密切相关的科学。学以致用是学习物理的最大乐趣。今天我们来聊聊与眼睛有关的话题。

1. 人眼如何看到图像

简单地说，人眼是一个可调节的凸透镜系统，类似于相机。如下图：

我们知道，当物体位于2倍焦距以外时，图像是倒立缩小的实像，像位置在1～2倍焦距之间。相机调节镜头的焦距，使图像准确定位在胶片上，从而获得清晰的照片。

人眼也是如此。通过眼睛相关肌肉的调节，改变晶状体的凹凸程度，使图像准确地出现在视网膜上。通过感光细胞的感知和视神经的传导，大脑最终可以“看到”场景。如下图：

等等，图中视网膜的图像是颠倒的，但是我们平时看世界的时候，是感觉不到自己的头和脚的，对吧？这是因为人脑会根据生活经历调整所看到的图像。有科学家推测，人在出生后的前2、3个月内看到的世界是颠倒的，是通过后天的经验来“纠正”的。遗憾的是，这一观点无法得到证实。谁能记得出生后不久所看到的一切？

等一下，凸透镜形成的实像并不限于2倍焦距。难道不能在1倍到2倍焦距之间形成倒立的放大实像吗？哈哈，人的眼球能有多大，所以人眼的焦距也很短，一般只有2.2cm左右。 1、2倍焦距之间的物体距眼睛仅2-5cm。你不妨试试在这个距离能看清楚的东西。

2.什么是近视？

有些人用眼过多，眼部肌肉长期处于比较紧张的状态，使得晶状体的屈光力过强，使光线提早聚焦在焦点处，而焦点仍在前方。视网膜。还有一些人的眼球前后直径过长，导致光线过早聚焦。还有很多其他原因。总之，近视是指焦点位于视网膜前方，眼球的调节能力不足以矫正而导致的视力模糊，如下图所示：

光线提前会聚并继续传播，直到在视网膜上变成一个圆点，不再是一个点，所以看到的图像是模糊的。

那么为什么近视眼不戴眼镜看远处看不清楚，而看近处却没有问题呢？这是因为当物体距离眼睛较近时，注意它仍然大于2倍焦距。虽然图像仍然在1到2倍焦距之间，但是焦点位置会向后移动，这样就可以在视网膜上成像，从而可以看到清晰的物体。

如何治疗近视？想办法让光线在进入眼球之前更加“发散”，从而使实际的会聚点向后移动。如果能准确的汇聚在视网膜上，问题不就迎刃而解了吗？这正是近视眼镜的原理。可见，近视眼镜一定是凹透镜。

另一种处理思路是镜片的聚光能力太强。如果我们能把它“剪”得更薄，增加焦距，让焦点落在视网膜上，问题不也迎刃而解了吗？事实上，激光手术治疗近视也是如此。

3. 远视是怎么回事？

一旦了解了近视的原理，远视就会变得更容易。总之，远视是指焦点位于视网膜后面，眼球的调节能力不足以矫正而导致的视力模糊，如下图所示：

光线先到达视网膜后会聚，得到的不是一个点而是一个圆斑，所以从远视看近处的东西是模糊的。

如果物体离眼睛较远，焦点位置就会向前移动，在视网膜上成像，所以远视眼实际上可以看清远处的物体。

与近视眼镜类似，远视眼镜的作用是使光线提前会聚，因此远视眼镜必须是凸透镜。

4. 什么是散光？

散光的原理比较复杂。简单来说，由于病变等原因，眼球不再是一个凸透镜系统，而是多个系统，从而不只是一个而是多个焦距，如下图所示：

所以散光会造成重影，最终还是不清楚。

散光分为规则散光和不规则散光。前者可以用镜片矫正，即适当的柱面镜片，而后者则很难用镜片矫正。

如何将理论知识与实践相结合？学好物理并不难，对吧？