視覺光學基礎探索視覺世界奧秘理解光學與視覺系統關系課程概述課程目標掌握視覺光學核心理論學習內容光學基礎到臨床應用考核方式第一章：光學基礎知識光的性質同時表現波動性與粒子性電磁波的一種特殊形式光的傳播直線傳播原理光的波動性400nm可見光短波長紫色光波長范圍700nm可見光長波長紅色光波長范圍3×10^8m/s光速光的粒子性光子概念光的能量最小單位能量與頻率成正比光電效應光照射金屬表面釋放電子愛因斯坦理論基礎應用領域太陽能電池光的折射1入射光從第一介質射向界面2折射現象光線在界面改變傳播方向3折射定律n?sinθ?=n?sinθ?4折射率光的反射反射定律入射角等于反射角鏡面反射光滑表面平行反射漫反射光的散射瑞利散射小顆粒散射短波長光米氏散射大顆粒對各波長散射接近現象解釋藍天與白云形成原理日落現象夕陽呈紅色的散射原理光的干涉相干光頻率相同相位關系恒定激光為典型相干光干涉條件必須是相干光源光程差決定干涉類型干涉現象明暗相間條紋肥皂泡彩色光的衍射光遇到障礙物邊緣繞射現象衍射圖樣與孔徑形狀相關第二章：幾何光學光線追跡預測光線傳播路徑成像原理物體成像條件與位置放大率像與物體大小比例平面鏡成像光線入射從物體射向平面鏡反射按反射定律改變方向虛像形成鏡后等距離處形成成像特點等大正立左右相反球面鏡成像凹面鏡反射面向內彎曲可形成放大實像或虛像應用于反射望遠鏡凸面鏡反射面向外彎曲總形成縮小正立虛像應用于安全后視鏡球面鏡成像公式成像公式1/f=1/u+1/v物距u物體到鏡面距離像距v像到鏡面距離焦距f焦點到鏡面距離放大率m=-v/u薄透鏡成像凸透鏡會聚光線凹透鏡發散光線焦點平行光匯聚點成像實像或虛像薄透鏡成像公式1/f=1/u+1/v放大率m=v/u光學系統1復雜系統多透鏡組合2主面與節點簡化復雜系統計算3等效焦距系統整體光學性能4基礎元件各種透鏡和鏡面光闌和瞳孔徑光闌限制通過光線數量入瞳從物方看到的光闌像出瞳從像方看到的光闌像第三章：視覺系統解剖眼球結構前部：角膜、虹膜、晶狀體后部：玻璃體、視網膜視覺通路視網膜→視神經→外側膝狀體視放射→視覺皮層眼部附屬結構眼瞼保護眼球淚腺提供潤滑眼球的光學結構角膜提供約70%眼球屈光力晶狀體可調節焦距房水維持眼內壓玻璃體維持眼球形狀視網膜視網膜結構十層復雜結構感光細胞位于深層視神經纖維在表層視桿細胞約1.2億個負責暗視覺分布于周邊視網膜視錐細胞約600萬個負責色覺和明視覺集中于黃斑區視神經視神經盤視神經纖維匯集處視交叉內側纖維交叉至對側視束傳導信號至外側膝狀體大腦視覺中樞初級視覺皮層位于枕葉邊緣視覺區初步形狀識別色覺區處理顏色信息3高級視覺聯合區復雜圖像識別第四章：眼睛作為光學系統58D眼球總屈光力正視眼標準值43D角膜屈光力約占總屈光力74%20D晶狀體屈光力可通過調節改變角膜的光學作用前表面曲率7.8mm平均曲率半徑屈光力約43屈光度非球面性邊緣較中心平坦晶狀體的光學作用基礎屈光力約20屈光度隨年齡增長逐漸增加調節作用睫狀肌收縮懸韌帶松弛晶狀體彎曲度增加調節范圍年輕約10屈光度45歲降至約4屈光度眼球總折射力角膜晶狀體房水與玻璃體計算方法：角膜+晶狀體+房水玻璃體正常值：58±2屈光度眼軸長度測量方法超聲波測量光學相干斷層掃描正常值成人約23.5mm兒童較短隨年齡增長屈光關系每1mm變化約3屈光度長眼軸易近視屈光狀態正視：光線精確聚焦于視網膜近視：焦點在視網膜前遠視：焦點在視網膜后散光：不同子午線焦點不同調節1調節機制睫狀肌收縮釋放晶狀體張力調節幅度隨年齡減小老視發生調節滯后近距離注視焦點略落后視網膜第五章：視覺質量評估視力分辨細節能力對比敏感度區分明暗差異能力像差光學系統成像缺陷主觀評價患者舒適度反饋視力測量1選擇合適視力表國際標準對數視力表2標準測量距離遠視力5米或6米3標準照明條件85-320cd/m2亮度4記錄方式小數記法或對數記法視力影響因素1心理因素注意力與理解力2神經因素視網膜與大腦處理環境因素照明與對比度光學因素屈光不正與像差對比敏感度定義區分最小亮度差異能力對比閾值倒數測量方法正弦光柵圖Pelli-Robson表CSV-1000表臨床意義評估視功能完整性早期發現病變對比敏感度曲線空間頻率(cpd)正常人白內障患者眼球像差球差邊緣與中心光線焦點不同彗差離軸點成像彗星狀尾跡散光不同子午線焦距不等場曲像面呈曲面而非平面高階像差波前像差理想波前與實際波前偏差Zernike多項式描述復雜像差數學模型自適應光學通過可變形鏡校正像差第六章：色覺光譜感知視錐細胞響應不同波長信號轉導光化學反應產生電信號信息編碼視網膜神經元初級處理大腦解析視覺皮層形成色彩感知色覺原理三原色理論三種視錐細胞響應不同波長對立色理論紅-綠、藍-黃、明-暗對立通道視覺處理視網膜初級處理再傳至大腦色彩感知綜合兩種理論形成完整感知色覺檢查石原圖：快速篩查紅綠色盲Farnsworth測試：精確評估色覺異常程度色覺異常類型全色盲所有視錐缺失僅能感知明暗發生率極低約0.003%紅綠色盲最常見色盲類型男性約8%發生率女性約0.5%發生率藍黃色盲S型視錐異常極為罕見常為后天獲得性第七章：雙眼視覺雙眼視差兩眼看同一物體成像略有差異為立體視覺提供關鍵信息融像能力大腦融合兩眼圖像形成單一視覺感知立體視覺感知深度和距離需要正常雙眼協調功能視網膜對應對應點兩眼視網膜相應位置刺激產生相同方向視感視網膜視差非對應點成像產生深度感知同名視差目標在注視點后異名視差目標在注視點前融像融像范圍：可被融合最大視差Panum氏融像區：可產生單視覺空間區域立體視覺雙眼視差輸入兩眼接收略微不同圖像大腦整合處理視覺皮層計算深度信息立體感知形成產生三維空間感知體驗立體視覺檢查TNO立體視檢查隨機點立體圖Titmus立體視檢查常見"蒼蠅測試"輪廓立體圖輪廓線提供單眼線索Lang測試不需特殊眼鏡的立體圖第八章：屈光矯正眼鏡最常用矯正方式隱形眼鏡直接置于角膜上屈光手術永久性矯正方案角膜塑形夜戴日摘臨時矯正框架眼鏡鏡片類型單焦點鏡片多焦點鏡片特殊功能鏡片鏡架選擇材質：金屬、塑料、鈦重量：輕型更舒適形狀：適合臉型適配要點瞳距準確測量鏡架合適大小鼻托正確調整單焦點鏡片1球鏡矯正近視或遠視2柱鏡矯正散光3球柱組合鏡同時矯正兩種屈光不正多焦點鏡片雙焦點鏡片明顯分界線三焦點鏡片近中遠三區漸進多焦點鏡片無可見分界線職業型多焦點特定工作距離優化特殊功能鏡片防藍光：過濾有害藍光變色鏡片：適應不同光線偏光鏡片：消除眩光高折射率：更輕薄舒適隱形眼鏡軟性隱形眼鏡含水量30-80%舒適度高易適應日拋月拋多種更換周期硬性透氣性隱形眼鏡高氧透過率視覺質量更佳適合不規則角膜特殊隱形眼鏡散光鏡片多焦點鏡片美瞳彩色鏡片角膜塑形鏡0.5D每日矯正度數初期治療階段6D最大矯正度數近視矯正上限8-10h夜間配戴時間維持全天效果1.5D散光矯正上限輕中度散光效果好屈光手術LASIK制作角膜瓣激光切削SMILE小切口微創手術PRK去除上皮激光切削第九章：視覺訓練專業視覺訓練視覺治療師指導家庭訓練日常練習強化效果訓練工具特殊設備和軟件視覺功能視力、雙眼協調、調節弱視屈光不正性斜視性形覺剝奪性混合型弱視定義：最佳矯正視力低于正常關鍵期：8歲前治療效果最佳弱視訓練方法遮蓋療法遮蓋優勢眼促進弱視眼使用藥物治療阿托品使優勢眼視力模糊光學penalization優勢眼處方不足矯正知覺學習特殊視覺刺激訓練雙眼視功能障礙隱斜視潛在眼位偏斜需融像控制