小孔在验光配镜中的作用

严 辉/文

小孔在验光配镜中的作用

严 辉/文

小孔片是辅助验光非常有价值的工具。它相当于光学系统中设置的一光阑，对进入人眼的光束加以限制，起到孔径光阑的作用。小孔片置于眼前对眼屈光系统的成像性质会产生重大影响。

1 人眼的景深

当人眼注视一定距离物体时，由于眼调节，物体成像在视网膜中心凹，而此时在视轴一定范围的物体虽与眼的距离不同，但也可同时被看清楚，这表示在调节不变的情况下，眼的明视有空间深度。实际上，眼不仅要看平面的物体，还可以看前后具一定深度的立体物，理想情况下由成像理论可知，眼的调节一定时，唯有在同一平面内的物点能在眼的视网膜上结成清晰的像点（即二者共轭）。调节不变时，在此平面前后的视轴上物点，其在视网膜上是形成一个像斑，称为模糊圈。如果模糊圈的直径在某个范围内，则模糊圈与清晰像点看不出有何差异。事实上，一定空间深度的物体，如立体物在共轭面前后的一定距离范围内，在不改变调节情况下，眼均能明视。这个范围即谓之depth of field，译为景深、视野深度。若物点的距离比上述深度更远或更近时，不能为眼明视，即要行调节了，如图2所示，与上述景深相共轭的视网膜像位间距离即是焦点深度（depth of focus），简称焦深。

图1 景深与焦深

从几何光学角度探讨，景深显然与视网膜模糊圈的容许直径有关，这取决于人眼的分辨力。当中心视力为1.0，即最小视角为时，外界两点在视网膜上所结像点的模糊圈直径应为，这表明1.0视力者，视网膜上模糊圈直径若到，就能形成鲜明清晰视觉。亦即，对人眼一般而言之，0.005mm为明视所允许的模糊圈直径。

依相似三角形，可得下式：

将a、b代入（1）中，则得：

PF与PN均为明视允许的模糊圈直径，是就应相等，以P代之，即：

以D除该式两边，整理后得：

公式I、II中：

D：物聚散度（即注视物距的倒数）

D：视网膜上允许模糊圈直径，视力 时，该值为 。

D：瞳孔直径。

D：眼光学系统的总折光力，以58.64D计。

例题1：瞳孔直径3.5mm时，求眼注视前方3m物体时的前后景深。

解：已知：d=3.5m , p=0.005m , s=-3.0m

则:

此意即：当眼注视3m物体时，不改变眼的调节而看清的最远点在眼前4.03m，最近点在眼前2.44m。

亦即前景深为：

后景深为：

总景深为：

如果虑及入射光瞳、出射光瞳的因素，由于人眼入射光瞳为真实瞳孔大小的1.1313倍，而出射瞳孔为真实瞳孔大小的1.03倍，故瞳孔倍率R=出射光瞳直径/入射光瞳直径9.0»，所以考虑瞳孔光瞳成像因素，则上述景深公式I、II应为：

例题2：题1所予瞳孔直径 ，严格意义上，其实是瞳孔径角膜折射后所成像的显现大小，即系入射光瞳大小，故其真实瞳孔大小

这表明：当眼注视3m物体时，其从2.49m眼前到3.91m之间的物体同时均能明视。换言之，即在注视3m物体时，不改变眼的调节，在该物体前方及后方之间均可明视。

0.91m为其前景深，0.54m为其后景深，总景深为1.45m。

题（1）与题（2）相比较，数值仅略有差异，故通常为简化起见，多以公式I、II计算之。

由以上计算可知，景深和瞳孔大小、注视物距离的远近有直接关系，而且与人眼的分辨力极限值即最小视角密切相关，盖因最小视角不同，其容许模糊圈直径则不同，景深必将有异。景深问题在临床上也常会遇及，只是未从严格意义上识别，例如测试近点距离，欲测出开始模糊的最近距离时，往往就是测定最大调节时的后景深的近界限点的距离。所以有学者认为，近点值应该说是以景深为基础的值。另外，在测定近用镜或下加光度进行调节幅度测试时，如果该测定欲在 以内的精度进行，瞳孔变小致景深增加，即由此调节的鲜明视觉范围增大，实相当于使测试度变小。

由上所述，不难理解景深增加视力会提高。景深与瞳孔大小负相关，瞳孔小，景深则加大。日常生活中，老视者喜在强光甚至日光下阅读，其视觉感清晰，瞳孔缩小，使景深加大，当然还有像差减少的因素。又如戴上针孔片视力增高，景深增加是其重要原因之一。

从图3可以看到外界物体光进入眼球后在眼内就成为一个光锥，这个锥形的基底由瞳孔裂洞所形成。从图中还可看到瞳孔愈小，光锥的横切面就愈小。因此，瞳孔缩小就可大大降低晶状体周边部所引起的球面像差和色像差，从而提高了视功能。从图中还可以看到当光锥的尖端不是落在视网膜上，小瞳孔对视力的有益效应更为明显。图中O代表物体，当瞳孔由原来的大小a缩小为b时，由O形成的弥散光斑将从缩小到，相应地大大减少了干扰效应。设想瞳孔为时，集合的光笔落在黄斑区域遮盖的面积为，它包括100个锥状细胞。当瞳孔缩小到原瞳孔直径的1/5时，这时像占据的面积仅为原来1/25，即图中的，它仅包括4个锥状细胞。从理论上说，当瞳孔缩小到仅是一个点时，只允许一条光线能够进入眼内时，不管哪种屈光不正，都可以在视网膜上形成清楚的像。这种成像清楚的原理和图4的针孔照相机的原理相同，这个原理对于临床检查有很大的帮助。因为将一个针孔镜片放在眼前可使各种屈光不正的眼提高视力，因此，一个远视眼喜欢在较强的照明下阅读，使瞳孔缩到最小程度；而近视眼在看物体时习惯将眼半闭起来，因而得到裂隙成像的好处。

图3 瞳孔大小的视效应

图4 针孔成像示意图

这种缩瞳方法也有其不利的一面，因为瞳孔缩小，进入眼内的光亦相应减少，因而视力反而降低。更为重要的是，瞳孔过小时即发生光绕射，使视力降低。据Miller（1977）的研究，如瞳孔小于2mm时，即有绕射现象发生，只有用照明予以补偿。当瞳孔直径缩小为0.5mm时，可使±5.0D屈光不正的视力提高到0.5（4.7），再小时由于绕射作用使视力降低。故从理论上讲，瞳孔变小时，可使所有屈光不正得以矫正的说法是有根据的。因此，为了提高屈光不正的视力，虽有两种可以利用的方法，即增加照明强度和缩小瞳孔，但其中每种方法都仅可将视力提高到一定程度。若要得到最好的视力，须在它们两者之间采取适当的折衷选择，最主要的是随着照明情况而改变，在照明强的地方，为了便于产生一个明亮的像，可采用缩小瞳孔的办法；反之，在照明较差的地方，要用较大瞳径使像的亮度增加，才可以得到较好的视力。在一般情况下，最佳的瞳径是3～4mm。

对于屈光不正眼，在光照度适宜的情况下，入瞳直径减小，像差减少，弥散圈减小，景深增大，视力可提高，而光的绕射使视力反而下降，但正效应大于负效应，视力会上升，因此用镜片箱中的小孔镜对患者的视力作检查正是基于这一原理。

2 小孔在验光中的作用

2.1 视力低下的成因

在眼科门诊或眼镜店，常常遇到视力不好戴镜仍不能矫正的情况。笔者就上述问题，从以下几个方面，与眼镜同行进行讨论。视力不良的原因，可归类成屈光性及病理性两大类。

2.1.1 屈光性原因

屈光性原因即是“屈光不正”所导致。屈光不正包括：近视、远视、散光（乱视）。而这3种情况并不是都能通过戴眼镜得到满意矫正。屈光不正是眼镜行业服务的主要对象。

首先，要谈谈屈光不正的问题。眼睛在休息状态时，平行光线进入眼内，经过眼睛的屈光系统（角膜、晶状体、玻璃体）后，光线聚焦于视网膜上，称为“正视眼”。若不聚焦于视网膜上，称为“非正视眼”。非正视眼包含近视、远视、散光3种情形。

2.1.1.1 近视

平行光线经过角膜及水晶体折射聚焦于视网膜之前，称为“近视”。近视眼看远处不清，看近物清楚，须戴凹透镜矫正。

近视又可分为：

a. 屈折性近视。因角膜或水晶体之屈折力变大，使光线聚焦点落于视网膜之前。

b. 轴性近视。是眼球前后径变长，光线聚焦于视网膜之前。

c. 晶状体向前移位所引起的近视。

此外，所谓“假性近视”，是长时间看近距离的物体，睫状肌过度收缩而引起晶状体变厚，屈光能力随之增强所造成的短暂性近视。此种“假性近视”可用睫状肌松弛剂来治疗。

高度近视和进行性近视的眼球往往伴有严重的并发症，所以度数越深矫正越不满意。

2.1.1.2 远视

由于眼球过短，或因眼角膜、水晶体之屈折力较小，当平行光线经角膜及水晶体折射后，聚焦在视网膜的后面，称为“远视”。远视眼看远处清楚，看近物不清楚，须配戴凸透镜矫正。

远视眼又可分为：

a. 轴性远视。即眼的发育过程中，由于内在（遗传）和外界环境的影响使眼球停止发育，眼球轴长不能达到正视眼的长度，因而成年时仍保持婴儿或幼儿时期眼球轴长，称轴性远视眼。

b.曲率性远视。它是由于眼球屈光系统中任何屈光体的表面弯曲度较小所形成，称曲率性远视眼。

c.指数性远视眼。这是由于晶状体的屈光效力减弱所致。这类远视是因年老时所发生的生理性变化及糖尿患病者在治疗中引起的病理变化所造成；再则，晶状体向后脱位也可产生远视，它可能是先天性的不正常或眼外伤和眼病所引起；另外由晶状体缺乏所致的远视。

2.1.1.3 散光

散光大都是由于角膜不规则而造成的。正常人之角膜有如圆滑的球面，光线经角膜折射后能集中成一点。具有散光的角膜，外形有如橄榄球的表面，各个方向的屈光能力都不相同，因此，光线经此角膜折射后，各个方向的光线聚焦点落在不同的地方，无法集中成清晰影像（可能落在视网膜之前或之后），称为“散光”。散光眼须配戴圆柱镜片或手术矫正。散光可分为单纯或混合性散光，近视性或远视性散光。

散光眼中只有规则散光才能戴镜矫正。轻度散光，虽然一部分不规则也能通过戴隐形眼镜来矫正。散光度数过大或者两眼散光参差或者不规则散光，戴镜后都不能满意矫正。

屈光参差中：按两眼屈光参差0.25D，两眼视网膜上影响大小可能发生0.5%的差别。两眼视网膜的相差不能超过5%，否则就不能形成双眼单视。如两眼屈光度相差在-3.5D以上，在矫正视力时，可能要放弃一眼的视力矫正，使屈光度较低一眼的矫正视力作为生活中的注视眼。这样只能成为单眼注视。

以上各种眼产生视力低下是因屈光系统作用下，像不能清晰地聚焦在视网膜上，因而用小孔提高眼的焦深可提高视力。

2.2 病理性原因

病理性原因包括弱视、眼球震颤、屈光系统的病变、眼底病、青光眼、白内障等。

2.2.1 弱视

眼球没有器质性病变而视力又不能矫正到正常的（低于1.0），统称为弱视。弱视患者不可能有良好的双眼单视，更无完善的立体视觉，而后者又是适应科技高速发展所必须具备的高级视功能，弱视的治疗与年龄密切相关，年龄越小疗效越好，成人后则治愈基本无望，早期发现和正确治疗弱视有现实和深远的意义。

弱视可分为斜视性弱视、屈光不正性弱视、屈光参差性弱视、先天性弱视、行觉剥夺性弱视。弱视中又有中心注视和旁中心注视两种：中心注视预后比旁中心注视好，旁中心注视的纠正，必须先把旁中心注视变为中心注视后，再纠正具有中心注视的弱视。

a.斜视性弱视。常见于内斜视，亦见于外斜视，为避免复视，大脑皮层中枢就抑制由斜视眼传入的视觉冲动,从而导致视觉通路的功能特征改变。斜视眼的黄斑功能长期被抑制就形成了弱视。

b.屈光不正性弱视。多为双侧性，多见于远视。这种弱视患者的双眼视力一般相似或相等，没有双眼物像融合障碍，故不引起黄斑功能抑制，而是因为视觉功能长期被剥夺造成的，治疗后，视力自能逐渐提高，但治疗所需时间较长，根据弱视程度而异。

远视眼常常伴有弱视应在4~6岁，视力发育的关键时期，散瞳验光后，配戴足够度数的正镜片后，加强用眼训练，以利视力的恢复和提高。并且每年要复查换镜一次。否则，等到10岁以后，再配镜矫正，不管有没有斜视形成，视力都不能得到矫正。远视眼开始戴镜时，可能比不戴镜的视力还要差，应在医生的配合下，做好远视患儿家长的思想工作，坚持佩戴和训练。在弱视眼视力恢复后，仍不能立即摘掉眼镜。随着患儿眼球的成长，患儿眼球的前后轴越来越接近正常，远视的度数越来越低。只有视力在戴镜与不戴镜的情况下都一样，而且不戴镜时并没有眼疲劳，才可摘掉眼镜。

c.屈光参差性弱视。由于两眼的屈光差较大，在两眼黄斑部所形成物像的清晰度不等。即便屈光不正获得矫正，屈光参差所造成的物像的大小仍然不等，脑皮质中枢不易或不能将双眼清晰度或大小差别太大的物像融合为单一物像，就只能抑制来自屈光不正较大的眼的物像，日久遂发生弱视。

d.先天性弱视。发病机制目前尚不十分清楚，可能是由于出生时视网膜或视路小出血而影响了视功能的正常发育。有些是继发于眼球震颤的。

e.形觉剥夺性弱视。在婴幼儿期由于先天性白内障或上睑下垂遮挡瞳孔，致使光刺激不能充分进入眼内，剥夺了该眼黄斑接受正常光刺激的机会，不能充分参与视觉发育过程造成了弱视。

这些弱视中，除先天性弱视外只有通过早期诊断、及时处理后，再配以合适的眼镜，加强训练，大多能提高部分有用视力。和远视的情况一样，等到10岁以后再处理或者配镜，视力就不能得到矫正。弱视中还有一类视力减退而配镜不能矫正的情况，叫做中毒性弱视。其中有肝功能不好，加上长期大量抽烟、饮酒，引起的烟酒中毒性弱视。在戒烟酒的同时，进行保肝治疗并补充大量维生素B12，渴望能够恢复。另外还有药物中毒性弱视和化学制剂中毒性弱视，其中当然也包括某些中药过量引起的弱视。比如饮用含有甲醇的假酒，可导致弱视甚至失明。对这些配镜不能提高视力的病人，验光师作出判断后，可劝其到眼科医院治疗。

2.2.2 眼球震颤

在验光过程中，有的双眼为一种不由自主的、有节律的颤动，这叫眼球震颤。无论是表现为水平摆动还是有慢相的冲动性，这些症状的病因属于神经眼科学研究的范畴。有眼球震颤的人，双眼不能明确固视一个目标，视力就不一定能得到满意的矫正。

2.2.3 屈光系统的病变

屈光系统中的角膜位于眼球的最前方，外观无色透明，是眼睛屈光间质中的重要组成部分，也是光线进入眼内的重要通道。它与眼球里面的房水、晶状体、玻璃体等透明组织构成眼的屈光系统。这4个部分中的任何一部分发生混浊，都能引起视力下降，而且戴镜不能矫正。角膜面常见的有溃疡、伴翳混浊、胬肉覆盖等，都将直接影响视线，如不在瞳孔区可造成不规则散光，下降的视力戴镜不能矫正。

房水混浊引起的视力下降，是眼病的一种症状，除个别长期慢性炎症外，一般无须验光配镜。即使配镜，下降的视力也不可能矫正。

晶状体混浊，又称白内障。由于晶体混浊的原因而影响视力，配镜后视力不能提高。如果是早期的老年性白内障，晶状体逐渐成熟发展的过程中，配镜后视力不能提高，视力已觉减退，这其中有一部分因晶状体内的含水量增加而出现的屈光改变，验光配镜后能提高视力，这对提高老年人的生活质量很有帮助。白内障手术后，多数安装人工晶体后视力恢复比较满意，但目前的人工晶体还不具备调节功能，看近或者看远还想更清晰，可以加配眼镜。如眼底有病变，术后恢复不理想，配镜也无效。糖尿病人常常感觉到视力突然下降，这是病人体内血糖浓度升高或者骤降，影响到晶状体中含水量，导致晶状体突然改变，屈光也发生改变造成的。如需验光配镜，确能改善视力。

2.2.4 眼底病

少量的玻璃体混浊，不一定影响视力。混浊明显，很可能是出血或者高度近视的并发症。戴镜不能改善视力。

视网膜色素变性，青光眼造成的视神经萎缩，视神经炎造成的视神经萎缩，中毒性的视神经萎缩，眼底的出血、渗出、脱离，都能造成视力的明显障碍，而验光配镜均不能提高视力，以中心视力下降为主要性，配镜也不能提高视力。

2.2.5 青光眼

青光眼是眼科的常见病，青光眼晚期会引起视神经萎缩，配镜不能提高视力。另外，慢性开角型青光眼会造成视力在不知不觉中下降，而患者根本不知道自己的病情。因此，对频繁更换老花镜的患者应该引起足够的重视，不要让慢性开角型青光眼病人错过治疗的时机。然而早期青光眼患者眼前加小孔镜后可提高视力。

以上各种功能性引起的视力低下的病眼不是单单由眼屈光不正引起的，而是由于视神经组织功能发生变化、感光视路功能特征改变和眼屈光介质混浊的影响所造成，因而小孔不能提高视力，戴矫正镜也不能将视力提高。

作者单位：台州市质量技术监督检测研究院