第四章 透镜
一、透镜及面镜
（一）透镜
透镜能被绝大部分光线透过的称透镜，包括凸球镜片、凹球镜片、凸柱镜片、凹柱镜片、三棱镜片。市面上常见的有眼镜、放大镜、望远镜、显微镜等。
（二）面镜
面镜又称平面镜，能看到自己相貌的镜子就是面镜。由于它表面平滑，能把物像原样反射出来。面镜反射时上下对称，左右相反，假设你对着镜子用右手写字，镜子中则是用左手握笔写字。
二、凸球镜片和凹球镜片
（一）凸球镜片屈光强度单位的来历
凸球镜片屈光强度的单位是屈光度，可通过两种公式求得，其中焦度的计算法比较简单。焦度计算法是1899年Gullstvand根据凸球镜片能把平行光束聚成焦点这一现象提出的。他认为屈光力越强的凸球镜片到焦点的距离（焦距）就越小，因而把凸球镜片焦距以米为单位的倒数作为屈光力的单位，即D＝1/F。在这里D为透镜的屈光度，F为以米为单位的像侧焦距。例如焦距为2米，即D＝1/2＝0.5D。焦距为1米，即D＝1/1＝1D，焦距为0.5米，即D＝1/0.5＝2D等。故屈光度又称焦度，是目前全世界通用的镜片折射力的单位。
另一种计算方法较复杂，它是根据几何光学球面屈光度的公式计算的，即F＝n′－n/r，其中F为球面屈光度，r为球面的曲率半径（以米为单位），n′和n为此球两侧屈光介质的折射率。眼镜常用的冠玻璃折射率为1.523(n′)，另一侧为空气（n），则可当作1.00，当r为0.25米时此球面的折射力为：
F＝（1.523－1.00）/0.25＝0.523/0.25＝2.092D。
当r＝0.5米时，此球面的折射力F＝(1.523+1.00)/0.5＝0.523/0.5＝1.046 1。因镜片都有两个球面，它的折射力则是两个球面折光力的代数和，也就是D＝F1＋F2。如镜片较厚，属厚透镜，计算起来更复杂。所以一般都用焦度来表示。验光处方上的DS就是球面（S）透镜的屈光度。DC是柱状（C）透镜的屈光度。
（二）凸球镜片的成像
前面谈到凸球镜片可以聚光，聚光为什么就能成像呢？因为平行光线通过凸球镜片后可在一定距离上汇成一点，这个点就称后焦点；假设从相反的方向射来的平行光线通过凸球镜片后也会形成一个焦点，这个焦点称前焦点。如果凸球镜片两侧的曲率相同，前后焦点是对称的。这些光线聚焦后继续前进，落到视屏就成了倒像。
物体是可以反光的。自然界的物体可以接收各个方向上来的光线，一般物体都不是绝对平滑的，反射出来的光属乱反射。光线从物体表面反射出来时就带上了该物体表面的信息。这些光线通过凸球镜片时其规律是：①通过凸球镜片光心的光线不折射；②平行光线穿过凸球镜片后被曲折通过后焦点；③通过前焦点的光线通过凸球镜片曲折后平行；④物距与像距成反比（即物距大，像距小；物距小，像距就大），因此由物体上某一点反射出的光线（由两条线代表）带着物体上的信息通过凸球镜片曲折到对侧又集合到一点，各点有序排列组成像。就像拆开的积木又按原来的方位排列起来一样又呈现出了原来的形状、颜色等，只是颠倒了一下而已，故称倒像。
（三）凸球镜成像的像距要大于焦距
凸球镜片成像时通过前焦点的光线与通过后焦点的光线加上通过光心的光线相遇时就显现出了物像，此为凸球镜片成像。所以凸球镜片成像的焦距和像距是不同的。可是许多书中表示正常眼、近视眼和远视眼时常只表示焦点是否在视网膜。
因为凸球镜片成像的公式为1/U＋1/V＝1/F，其中U代表物距，V代表像距，F代表焦距。通常画的图是平行光曲折的情况，平行光的物距（U）属无限大，1/U就无限小，可以忽略不计，因此可视为1/V＝1/F，故把焦点和成像点画在一起是对的。但有的书对有限远来的光线也将焦点和成像点画在一起就值得商榷。也有的书中在表示眼折光异常和矫正的图中，把平行光经过眼的折射在视网膜前形成焦点，在视网膜上形成像，也值得商榷。
（四）人眼是凸球镜片成像
人眼是凸球镜片成像，构成凸球镜片主要有角膜和晶状体。角膜像个单侧凸球镜片，光线是由空气直接射入角膜，空气和角膜的密度差别很大，而角膜的前表面曲率又很大，故光线由空气射入角膜的界面上有最大的曲折，光线入眼后的几个界面上其曲折都小于它，此处的屈光力有4 000多度（40D以上）。晶状体前面是房水，后面是玻璃体，都没有晶状体的密度大，而其前后表面都存在着正的曲率，如同前后面曲率半径不同的双凸球镜片，故可产生除角膜以外的最大屈光力，由于晶状体的曲率半径可变，所以看远时它只有1 000多度的屈光力，而看近时可达到3 000度以上。也就是当看近时眼的凸球镜片度数可达7 000度以上。所以人眼可使入眼光线在晶状体后十几毫米汇聚成像。从物体一点反射出的光线通过眼像通过凸球镜片折射一样在眼内聚焦成像。
（五）人眼凸球镜度数与眼球长度匹配得好，视力才可以好
人眼是凸球镜片成像，人眼凸球镜片的屈光力上边已谈过，这只是影响视力的一方面，影响视力的还有凸球镜的度数与眼球长度的匹配问题，正常视力之所以能正常就是匹配得好。什么是正常视力呢？就是平行光线（5米以外远处来的光线）通过静息（睫状肌放松）眼的屈光系统后恰好成像在视网膜上，称为正视眼。
正视眼还分标准正视眼和非标准正视眼。眼的总屈光力包括角膜、房水、晶状体和玻璃体为一组的总屈光介质，其主焦点在视网膜上，也就是正视眼者的屈光系统和屈光力与眼球的轴长（即眼球前后的长度）相适应。其中眼的总屈光力正常，眼球长度也正常的为标准正视眼。眼球总屈光力大而眼球长度小，或眼的总屈光力小而眼球长度大者均为非标准正视眼。
正视眼的屈光度为0度，远点（在不调节的状态下能看清的最大距离）在无限远，其实屈光度为“0”的正视眼并不多见，而只见于少数人，因此，常是把极轻度的屈光不正视力正常者也列为正视眼之内。视力正常的正视眼其生理正常值的范围界定为－0.25～＋0.5度（度为屈光度：D），1.00度常以1.00D表示，通常说为100度。“－”表示近视，需用凹球镜片矫正。“＋”表示远视，需用凸球镜片矫正。儿童视力的正常范围向远视偏移，4～5岁为＋2.10～＋2.20度，6岁者为＋1.6～1.7度。对学龄前儿童而言，屈光度≤＋1.75度者只要远视力正常，都属正视眼。为什么＋1.75度远视力还会正常呢？因为加＋1.75的镜片眼不用调节，不加镜片时看远是动用1.75的调节看清的。这样轻度远视的青少年不仅看远视力正常，看近时视力也可正常，只是动用调节力更大而已，例如＋2.00度的远视眼离25厘米读写是动用600度的调节看清的。
（六）凹球镜片矫正近视眼的原理
凹球镜片（旧称凹透镜），镜片的周边厚而中心薄，故呈凹形。凹球镜片能使远处来的平行光线散开，散开后的光线入近视眼的长眼球，成像点就向后延了，延到视网膜上就看清远处了。故凹球镜片有矫正近视眼的作用。
三、凸柱镜片和凹柱镜片
（一）凸柱镜片和凹柱镜片结构介绍
凸柱镜片相当于圆柱体切下的一部分，凹柱镜片相当于可和一圆柱密切相接的部分。
（二）凸柱镜片和凹柱镜片的功能
凸柱镜片和凹柱镜片都有一个没有曲度的轴，与轴垂直方向上才有曲度和屈光作用，它是用来矫正散光眼的，凸柱镜片矫正远视散光，凹柱镜片矫正近视散光。