夜近视是在视杆细胞暗视觉时产生的， 当环境亮度暗蓟 定程度对 视野中物体的细节

夜近视是在视杆细胞暗视觉时产生的， 当环境亮度暗蓟 定程度对 视野中物体的细节

和对比减少或消失，眼睛因失去搜索和注视目标而处于自然放松昀休止状态。由于控制眼睛调

节的交感神经和副交惑神经颉颃作用， 其结果使跟牖自觉不自觉地调焦于眼前某一有限距离

处(称为暗焦点)， 而并不是调焦于与眼睛的光学焦点共轭的无穷远处。

第2娟第2s卷

I 9 91年3月

浙 江 大 学 学 报 (自然科学艋) !№2，Vo1．

Journal of Zhejiang University r Natural Science) March，i99r

激光散斑屈光测试装置

及其在夜近视机制研究中的应用。

章海军解兰昌 王自强 黄峰

(光仪系)

摄 姜

本文验证了人鼠在微光下的夜近视现象，并溯试了在不同微光条件下的夜近视值及效应，介

绍了一种测量人眼屈光度的澈光散斑实验装置，讨论了该转置的原理及其在夜近视研究中的应用。

系统地探讨了夜近视的生理机制和效应，指出眼睛的晴焦休止状态是产生瘦近视的主要原因。

关一诲， 动态散斑， 屈光， 夜近视， 暗焦

0 前 言

具有正常视力的人报，在夜间或微光下会产生相对近视， 这一现象最先由Rayl~igh

(1883年)发现【‘1。由于它具有普遍性，而人们一生中又有相当多的一部分对闯在夜阀生活

和工作，尤其是某些特殊职业的人员．如野战军人和司机，经常在夜间作业，因此，研究．厶眼在

微光下的视觉功能也显得十分重要。．一个多世纪以来，许多学者对此作过独立的研究，提出

过许多理论搜设， 但在夜近视的数值和机制解释上存在很大分歧， 其中主要有球差一瞳孔

效应理论， 色差一Purklnje效应理论I 暗适应理论和轴外象差理论 目前认为这些理论都

不完善，凰为它们都不能正确解释夜近视的生理机翎，并且根据这些假设计算出的夜近视

值，远小于实验中测得的数值I 。

在本研究中，我们系统地探讨了夜近视的效应，并在理论和实验上对这一现象的机制作

出了完整的解释。

l 激光散斑屈光钡4试实验装置 ．

为了精确测量人眼在不同嫩光条件下的夜近视值， 我扪研制了一种精度较高的激光散斑

屈光测试装置。

t．'激始徽斑叠量履光鹿焉理

·车研究属国家自然秘学基盘葫日

奉立于工990年9月2s目收到

196 浙 江 大 学 学 报(自然科学版) 1 9 91车

图1是采用激光散斑测量人眼届光度的

基本原理。

透射的漫射屏P在自身平面内作平移运

动， 速度为1，， 激光器L口以单色高斯光束照

射漫射屏。由动态激光散斑的髋谴特能 }r．

可以证明在衍射场O观察面处，激光散斑平

移运动速度 r表示如下：

yr=1y1-(百A一+1) (I)

图l墩姥散建测量屈光度原理

La一措光器；P一透射漫射屏；H- 瞳孔；

E一^跟；R一抚摸网

由此可知，视网膜R上的散斑象的平移运动速度 ；：

A

1，；：( +1)·专·V (2)

一

～

式中e为光源象点到视网膜的距离，、d为瞳孔到光源象点的距离一

由(2)式可知，当8=0时， ；：o。即散斑象没有平移运动，^眼只观察到其 褥瓣 状

态， 这悃当予正常眼的情况。当e< 0时，看到的散斑平移方向与漫射屏平移方向相反， 这

是近视眼所处状态， 而当e> 0时，情况正相反， 观察到的散斑运动方向与漫射屏运动方 向

一

致， 此即为远视眼 由此即可很容易地区分正常眼、近视眼和远视眼。

。为便于测量，并实现较高的澳}量精度，在上述系统审加入—Ba曲l线性调焦校正机构【 j，

它可使物镜L的轴向平移稠熊量与眼睛的屈光校正值成线性关系。 ‘

1．2实验装置设计 。

根据上述原理设计安装的测量夜近视的激光散斑装置如图2。

。

光源Ld采用Ne—Ne激光器，可由嫡振片P 和P 2’调节其光强， 激光经扩束后投射于低速

旋转噩匀漫射屏P的边缘，这里近似于直线运动。屏转速为2转／分，。t~2g-[：产生动态散斑衍射

场。由一个绕自身轴线高速旋转的长方棱镜s 将点状散斑爱成条纹状， 再卣分裂棱镜r将敖

斑图样在一个视场内分成上、下运动方向相反的两半(雷3)， 以提高分辨精度， 电子快门

SH的开启时问小于0．：秒，以使在整干测试过程中眼睛的瞬时调节状态不受激光刺激的影

响

调节Bada!机构物镜L的轴向位置， 直到受试眼观察到的散斑平移运动趋于静止ii：沸腾

(参见图3)， 数字显示装置将显示出跟睛的远视(正值)或近视(负值)屈光度数。

由于系统可连续线性调焦，而且其中采用了裔遮旋转棱镜种分上下两半视场观察等一系

列提高观察分辨率的措施， 因而测量精度较高， 其测量误差不超过O．I SD【 ，仪器装置由

视度管精确定标 I。。 一

第：期章海军等，漶光散斑屈光测试建置及其在夜近视机制却究I}『的压用 l97

皇

^

S

NF

ⅣF

图2 激光散斑屈光测试装置筒翻

La—世光器；Pl，Pg一墒振片；M1，M 2，MI一生匣射镜 L 一扩牵系统；P一漫射屏jW一光闸；sT一旋转棱镜}

I一分裂棱镑；sfI一电子快n}L—望运物镜；；LB-Badat~ l M一鞫萎半厦棱鼢A_ 工瞳孔；E一曼试

限；NFI，NF 一中性密度J扣．rA—Lan如1t视标

．

近视畦 JF 罪 递规鞋

⑩

图3 动态激光散斑图样

2 实验结果及夜近视机制解释

本研究实验均在暗室中进行，受试艰丑通过人工瞳孔A观察暗环境下的视标TA，暗环境

可由改变备种密度的中性密度片NP,j~NF 来获得。由此测得不同微光条伴下、不同猎孔直

径耐及不同暗适应时间蓿韵人眼夜近视值

2．1裒近视的鼓值范圈

在垒暗的环境下， 我们删定了1 G悄受试眼的夜近视值， 其中近视眼4例， 正常眼8 ，

远观眼4例， 重复测试5次，取平均值， 结果妇表】。

可见，人眼在微光下的夜近视现象确实存在，16例受试眼的夜近视数值范围是一0 43D

一一2．5cD， 平均艟一1．35D

母

①辜．

198 浙 江 大 学 譬 报(自然科学版) 1 9 9 1年

2．2球差一瞳孔效应对夜近视的影响

许多科学家曾认为， 夜近视是固为在暗

环境下瞳孔放大， 从而使眼睛光学系统的球

差变得显著而造成的， 然而实验证咀逮一假

设并不正确，表2所列出的是利用人工瞳孔

测得的夜近视艟，．每一数值都是该瞳孔直径

耐I6例受试眼的夜近视平均值和分布均方

根值 人工瞳孔置于图2装置中A 处，离受试

眼入瞳距离约ll毫米， 其直径分别有； ，4，

5， 6，7，8毫米六种，实验条件同上。

结果表明，瞳孔有效直径的大小并不明

显影响夜近视数值的大小和分布范围， 或者

说，球差不是影响夜近视的主要因素。

近年有学者提出， 眼睛晶状体并不能等

价于一个球差校正不足的单透镜【。I， 据此

我们得到以下结论：

(1)由于眼球角膜边缘部分比中央部分

平坦， 相应地边缘部分折射能力也比预计的

小}而品状体中央部分比边缘部分致密， 因

而折射能力比预计的强。因此， 实际上眼睛

光学系统边缘部分和中

(2)尽管球差不太

位， 而宴际上， 球差

调节的某种强烈的倾向

衰1 16铡受试眼的夜近视值

一

I竺塑 兰 I

li s。j 1 -s

一

0．99

-

2．02

—

2．55

—

0 86

—

1．48

—

1．66

_

一

．

86

一

1．43

一

1．23

—

0．7S

一

1．S6

—

0．43

～

1．SO

一

0．S6

夜近视平均值一1．35D 范围一0．43D呻一2．55D

兰!兰 三 ! !苎蔓 璺竺!．竺，

L l!l!I!

~

⋯

- 1．241-1．311-一

1．18

厂

-

1．34

，一

-

1．26

，一

-

1．31．

黼 】0-56 ¨s

性地增大夜近视数

在暗环境下眼睛

焦于纂一固定点附

近， 此， 必定还俘在球差以外的因素影响着iz．~i视。

2．3暗焦(休止状态)对夜近视的影响

上文提到的固定点称为暗焦点，在微光下，当眼睛处于自然放松的休止状态对，不是调

焦于无限远处， 而是稠舱于眼睛前方一定距离处， 大约为几十厘米， 田观察者不同而异。

下述实验证实了暗焦点的存在， 并揭示了它对瘦近视的影垧 ．． -

将暗环境亮度嘲节到O．0~~d／m ， 分次将视标匿 A置于受试眼薄方 米及 2米距离处

(参见图2)，测试过程中眼睛始终注视于暗环境下的瓤插图，尽量分辨出最小曲一行视

标。适应后开启电子快门，观察叠加在视标图面上的激光散斑图样，调节凋恭旌钮直剥沸腾

状态， 此时的夜近视值即为眼睛的调节状态受到人为限定对的数遣，从表3所示的测试结果

中，可以发现有意义的规律。表中暗焦一列，是在全暗的环境下无法注视视标时所测量得的

眼睛调节状态， 也即夜近视值。

将10例受试结果绘于图4， 以横座标表示暗焦， 纵座标为注视不同距离视标对的夜近视

0 l 2 3 4 5 6

2 3 4 5 6 7 8

第2期幸海军等 斑光散斑屈光刚试装置厦其在夜近视机制研究中 j应用 199

衰3暇一曲暗焦(体止状态)

对夜近视的彤嫡

受试犏号f暗焦‘D’。 米抚标时夜五视l2。厘米据标夜近橱

_ ■广 ～

2 i 一0．7l I 一0．46 I 一0．蚰

一

0．62

—

2．

目

一

1．09

一

1．30

一

口．88

—

2．47

—

0．80

一

1．53

—

0．63

—

2．10

一

工_l5

—

0．96

—

0．77

—

2．09

—

0．75

—

0．80

—

0．

一

2．2，

! ： 州

—

1_38

—

q 26

—

1．22

‘

一

2．6I

一

1．12

一

!．3S

f f

平均值l一1．32 一1．0s l 一工-柏

1 ． 1

均方根l 0．s9 1 0．s5 c O．s5

暗燕(D)

图4 暗焦对夜近视的影响

(1) ：0．2米规标时夜近视值及拟合直线

(2)+： 4米视标时夜近视值及拙台直线

值， 最小二乘处理后得到两条拟台直线。 ‘

按照常规的调节理论， 注视4米处视标， 眼睛调节状态应为 0．25D， 即表3的第二列

数值均应为一0．25D， 且都应落在图4中一0．25D处的一条水平线上}同样， 视标在0．2米处，

表3中第三刊数值均应； 5D， 碰落在图4中一5D处的一条水平线上，但事实并非如此， 考

察其平均值， 4米视标时一1．05D， 位于暗焦一1．32D和-0．25D之间且更接近暗焦处，0．2米

视标时一1．48D， 位于暗焦一1．32D和一5D之阅且更接近睹焦处，参见凰4两拟台直线均靠近

对角线。因此， 眼睛的暗焦休止状态起着主导作用， 它是造成夜近视的直接原因， 在暗环境

下，视野中物体和背景的细节和对比减少或消失， 这时眼晴处于自然休止状态， 控制眼睛调

节的交感神经和副交感神经的颉颃作用的结果， 使眼睛不是调焦于无穷远， 而是在眼前某一

有限距离处。因而在夜间或微光下，人眼显示出近视的特征， 眼睛的暗焦休止状态， 造成了

眼睛的夜近视。

3 结 束语

实验结果证明，在微光下人眼存在明显的夜近视现象，数值大小在一0．5D到一2．5D 之

间， 个刖受试者超过一2． D， 平均一1．35D左右。

夜近视是在视杆细胞暗视觉时产生的， 当环境亮度暗蓟 定程度对 视野中物体的细节

和对比减少或消失，眼睛因失去搜索和注视目标而处于自然放松昀休止状态。由于控制眼睛调

节的交感神经和副交惑神经颉颃作用， 其结果使跟牖自觉不自觉地调焦于眼前某一有限距离

处(称为暗焦点)， 而并不是调焦于与眼睛的光学焦点共轭的无穷远处。此时眼睛显示与近视

3 4 5 6 7 8 9

200 浙 江 太 学 学 振(自然科学脓) 1 9 91年

相类似的特征， 因此， 眼睛在微光下的暗焦休止状态， 是产生夜近视现象的根本机制。

眼睛光学系统的球差不影响夜近视的效席。 。

由于我们研制的激光散斑屈光度测隶仪具有原理先进、测试精度高、操作简便等优点，

因而具有 闸的应用前景。

参考文赫

1 M．~oomen， R．Sc61蚺k， and R．Tousey．A Study of Night~fyopla， J opt Soc．

Am ．． 1951； 41： 80

2 Rob~．rt T．Hennessy： Instrument Myopia， J．Opt．Soc．Am ．． 1975； 65； 1114, 197S

3 T．A~akura and N．Takai．Dynal-aic Laser SpeckJe and Thei~ Applidation to Velocity

M~suromonts oi the Di许u3e O~ect， ADD1．Phys．， 19gll 2 179

4 II．W ．Leibowitz and D．A．Owens： Night Myopia arm The Inter~nedlate Da Focus

01 Accom modat~on， J．Opt．Soc．Am 1975；61：1121

s 章海军，解兰吕等．衣近祝五其研究．竞仪技术，1989~(3】： 1～ 5

6 R．J．M iller Effect of Fupll Si ze o／1 Dark Fucu．~ of^cc{ mrr．od~'tien，Opht 】 Phya l

J988； S： 227 ．

Laser—speckIe refractometer and

．

．

its application to

the study。of mechanism of night谢 bpia

Zhang t~aijun Xie Lanctmng Wang Ziqiang Huang Feng

r Dcp~rtment of Optical Iastrument j

ABSTRACT

The p：mnomenon of night myopia where{n the．normal eye becomes telati e

13" near—sighted．at low brigh：ness， W&S investigated in detail in the paper． A new

laser．speckle refra~tomo~cr applied to IP．e21sur~ eye’s refmtti e and accommodation

s'~afe V~'ag introduced 111e authors futler studied the physiolo c e~ eet and m eeha—

nism of night myopia~ and discussed the principle and the design of the refracto—

motor．It was concluded that night myopia could be pred om inately explained on the

basis of da~'k focus of accommodation of the huroan eyf．

。 l ‘

K时word~： dynamic laser—speckle， reftactio~， night‘myopia, dark focus．