眼睛是人体的视觉器官，通过眼睛可以看到五彩缤纷的世界。那么，眼睛是怎样工作的呢？简要地说，人眼的视觉过程为：由物体发出或由物体反射出来的光线，经过眼的屈光系统产生折射作用，先在视网膜上形成清晰缩小的倒像，这一过程称眼的屈光作用；然后，视网膜上所形成像的光刺激随即转变为电冲动，经视路神经的传导，最后到达大脑的视中枢，经过生理性回转，使我们在主觉上又成为正像，从而形成视觉。由此可以看出，在整个视觉过程中，眼屈光是视觉的开始，是眼睛看清物体的第一个程序。

研究人眼屈光的形成和作用、屈光缺陷及其矫正方法的学科称之为眼屈光学。为了更好地研究眼屈光学，应先了解相关的基础知识。

无论是学习眼屈光学、研究眼屈光理论，还是屈光手术设计，均需了解有关物理光学、几何光学及部分材料学等方面的基本理论、思维方法，相关计算等基本知识与概念，以便能对所涉及的眼屈光临床现象加以解释、计算及说明，为深入地了解眼屈光学建立一定的基础。

人类对光本质(nature of light）的认识经历了漫长的历史阶段。早在17~18世纪，曾有两种主要看法。一种是Isaac Newton(牛顿，1642—1727，英国数学家、科学家、哲学家）所提出的微粒学说：认为光是由光源发射出的极轻的物质微粒。这一学说能够解释光的直线传播及光的反射等现象。另一种为Christian Huygens(惠更斯，1629—1695，荷兰物理学家）所提出的波动学说：认为光的能量依波动的方式由光源向四周传播。用这一理论可解释光的反射、折射，以及光的干涉、衍射等现象。到了19世纪，James Clerk Maxwell(麦克斯韦，1831—1879，英国物理学家）提出了光的电磁波理论：认为光是一种波长很短的电磁波。20世纪初，Albert Einstein(爱因斯坦，1879—1955，犹太裔美籍物理学家，1921年诺贝尔物理奖得主，相对论的发明人）又提出了光的量子学说：认为光不是波而是粒子流，并将这些微粒称光子或光量子(quantum of light），这是光的最小且不可分割的单位，每个光子具有一定的能量。光的量子说虽然可以解释某些光的现象，但却不能解释光的干涉及衍射等现象。直至1924年，Louis de Broglie(路易•德•布罗意，1892—1987，法国物理学家）首先提出了光的波动与粒子的二象性，认为光同时具有波动与粒子的特性，即波动学说和量子学说各反映了光现象的一面。因此，目前认为：光是一种具有电磁波本质的特殊物质，同时具有波、粒二象性。这一结论可以解释眼科屈光原理及眼科领域内的一切屈光现象。

人眼所能看到的电磁辐射范围仅是电磁波谱中的一小部分，其波长范围在400~770nm，称可见光。波长为770~1 000nm的电磁波称为红外线光；在390nm以下至40nm的电磁波称为紫外线光。目前用于行角膜屈光手术的激光工作介质有氟氩(ArF）准分子激光，其波长为193nm，属远紫外线光；飞秒激光(femtosecond laser），其波长为1 043~1 064nm，属近红外线光。

在可见光中，因波长不同，人们会感觉到不同颜色的光。例如：波长在647~723nm的光为红色光，492~575nm的光为绿色光，455~492nm的光为蓝色光。

在自然界中，有些物体能自行发光，因而将这些物体称之为光源(或发光体）。如太阳、烛光等，也称之为原光源。每个小的发光体又包括许多发射体，能同时独立发光。还有一些物体其本身是不发光的，但能将原光源照射来的光向各方向反射出去而成为次光源，但这些物质的本质是不发光的，因而称为非发光体或黑体。当光源之大小可以忽略其径线时就可以认为是一个点光源。

由光源所发出的光是向各方向发射的，呈波浪式前进，所以称之为光波(light wave）。将其中某一方向的部分光称之为光束(light beam）或光笔(light pencil），而光束又由无数的光线所组成，光线是光能流动的方向，是假想的几何线，其传播方向在各向同性的媒质(均匀介质）中，与光波的波阵面或波前(wavefront）相垂直。即光线在均匀介质中是以直线传播的。

光束(light beam）由无数光线集合而成，分为以下三种。

光束内的光线彼此相平行，它由来自无限远的光源所形成的。在眼科临床上，5m以外光源所发出的光线即称平行光。实际上，它是具有0.2D散开力量的散开光。因此，正视眼看5m处的远视力表要用0.2D的调节。

在光束传播过程中，光线间彼此逐渐散开。严格地说，一切发光体发出的光均为发散光束。眼科学上，将5m以内的一点所发之光称散开光。

光束在传播过程中，光线间彼此逐渐会聚，最后在某一点上彼此相交。此种光束多为人工造成的。例如：光经过凹面镜的反射或经凸透镜的折射而聚光，均可产生集合光束。

光在真空中的传播速度以每秒钟3.0×10 ¹⁰cm的速度进行，通常以300 000km/s表示。光的波动性决定着光是按周期性波动的，它具有一定的波长(wavelength）与一定的频率(frequency），我们用 V表示光的传播速度(velocity）， λ代表波长， F代表频率，这三者有以下关系。

上式中速度 V的单位是以每秒所行进的厘米；频率 F的单位是每秒钟光波的振动次数；波长 λ的单位是厘米(有时用更小的单位：纳米，nanometer简写为nm，1μm(微米）=10 ^-6m，1nm=10 ^-9m）。

光在不同媒质中(光传播时所处的介质），其光速是不同的，因为介质的材料性质不同。如在水中的光速为225 000km/s，在玻璃中约为200 000km/s。因此，将在真空中运行的光速称为“绝对光速”，而将在不同介质中运行的光速称为“相对光速”。可以看出，在光密媒质中光的传播速度慢，而在光疏媒质中光的传播速度快，即光线穿过不同密度的媒质时，所受到的阻力不同。如空气光学密度为1，水为1.33，玻璃为1.53。因此，光的传播速度与其所在媒质的折射率(光密度）成反比。如光在两种不同的均匀介质中传播，则

为光束的能量单位，由光源发出的光能，不断地向四周空间辐射出去，在单位时间内通过单位面积的光量称为光通量。单位为流明(lumen，lm）。

为该光源在单位立体角中所发出的光流量。单位可用标准烛光表示。即由鲸蜡所做的蜡烛，以每小时燃烧120格令(grain；1grain=0.064 8g）鲸蜡的速度进行燃烧，此鲸烛称标准烛，其向水平方向发的光称为一个标准烛光(international standard candle）。如光源为一个标准烛光，则每一单位立体角内所发出的光流量称为1lm。即1lm等于在立体角角顶上的1个标准烛光的点光源在单位立体角内所发出的光通量。如以一个标准烛光的点光源为中心，作半径为1m的一个圆球面时，则通过球面上每平方米面积的光通量则为1lm。而一个烛光点光源共发出的光通量为：4πr ²=4×3.14×1 ²=12.56(lm）。

为物体表面被照明的程度。表示物体在单位面积上所得到的光通量的流明值。单位为勒克斯(lux，lx）即lm/m ²。与物体距光源的距离有关。1勒克司表示1流明的光通量均匀分布于1平方米面积上。

视力表的照度应在300~500lx。

在工作面上的照度情况，直接影响着用眼的疲劳程度，光太强或太弱都可使眼睛感到疲劳，同时其均匀性及平稳性也是影响眼疲劳的极其重要的因素。

　眼睛之所以能看见物体，是由于它发出或反射出的光有足够的亮度，亮度与照度及物体对光的反射率成正比。亮度实际上是指眼睛对物体表面反射光强弱的感觉，即单位面积上反射出来的光通量值。亮度的单位可为朗伯(lambert），即1lm/cm ²，或每平方米烛光(cd/m ²）。

适宜的阅读亮度为10~100mlm/cm ²(1lm/cm ²=1 000mlm/cm ²）。

在视野中某一局部，不适当地出现过高的亮度或先、后出现变化过大的亮度，引起视觉不适或降低观察物体的能力，此种照明状态称为眩光。

是物体能见度的另一必要条件，对比度是指物体亮度与其相邻背景亮度的差异程度。差异越大，眼睛越易分辨。如视力表的设计。因此，在一定范围内，提高被视物照度，有利于提高能见度；但照度过高，反而引起眩光。对比视敏度是评价眼分辨对比度的能力。

几何光学就是用光线这一假想的几何线来处理、解释、研究光的性质(如传播、反射、折射等）的学科。几何光学遵循以下几个基本原理及定律：①光线的直线传播(律）；②光束各部分相互独立(律）；③光的反射定律；④光的折射定律；⑤光程可逆性。

光在某一介质中传播，当遇到另一种介质的表面时，会发生以下三种情况。

当光线行进至两介质的界面上时，部分光线由界面返回原介质中，但行进方向发生了变化，这一现象称之为光的反射。

当光线行进至两种介质的界面上时，经界面进入另一介质中，此时光线的行进速度发生了变化，同时传播方向也发生了改变，此种现象称之为光的折射或屈光。

当光线与物体相遇时，就要有一部分光线被吸收，而转化成为其他能量形式，如热能等。其吸收之多少，则视物体表面及其组成该物体的物质结构而定。

当一束平行光触及光滑物体表面时，光线则发生规律性反射，反射后的光线也相互平行(图1-2-1），这种规律性反射称光的单向反射或镜面反射。但物体的光滑程度是相对的，而一般物体的表面多粗糙不平，入射线虽然为平行光线，但反射后的光线则向各个方向分散，此种现象为光的弥散反射或乱反射(图1-2-2）。人眼之所以能看清物体的全貌，主要是靠弥散反射光在眼内的成像。如是全部单向反射的物体表面，不但看不清物体的外貌，还会引起某一方向上的眩光干扰现象。

下面看一看光线在界面 MM′上发生反射的规律(图1-2-3），其中 AO为入射线(incident ray）， O为入射点(point of incidence）， NO为通过入射点并与该点界面相垂直的线称为法线(normal）， OB为反射线(reflected ray），入射线与法线间的夹角为入射角(angle of incidence），用 i表示；反射线与法线间的夹角为反射角(angle of reflection），用 r表示。

光的反射定律：

(1）入射线、反射线和法线三者居同一平面，入射线与反射线分居法线两侧。

(2）入射角等于反射角。

能发生反射的光滑界面称面镜，面镜分为平面镜及球面镜(凸球面镜及凹球面镜）。

能发生反射的光滑平面称平面镜(plane mirror）。根据光的反射定律，可以求出发光点或物体在平面镜里的像(图1-2-4）。设一点光源 S位于平面镜 MM′之前，光线 SO ₁及 SO ₂分别为点光源发出的两条入射光线，经 O ₁及 O ₂两入射点后反射，分别为 O ₁ S ₁及 O ₂ S ₂两条反射光线，此两条反射光线为发散光束。当其射入眼内时，将感觉其如同在 O ₁ S ₁及 O ₂ S ₂两相反延线之交点 S′处发出。 S与 S′与镜面垂直相交于 O点，根据反射定律及三角形 SOO ₁与 S′OO ₁为全等三角形(角、边、角），故 SO等于 OS′，即物距与像距相等，与镜面 MM′相对称， S′为虚像，因实际光线并未从 S′发出，而是眼内所接受的光线与 S′所发出光线的方向是一致的。由此可进一步推导出线段的成像、面的成像及立体成像。

在行远视力检查时，常使用平面镜的反射原理，将平面镜置于距视力表2.5m或3m处的对面，这样可以减少检查视力所需要的空间；同时，更方便视力检查与验光。

根据以上原理可以推出平面镜成像的特点为：物体经平面镜反射所成之像为正立的虚像，物与像的大小相等，左右相反，与镜面等距。

如分隔两不同介质的界面为能反射光线的球面，即称为球面镜(spherical mirror）。球面镜有两种：凹球面镜(concave spherical mirror）及凸球面镜(convex spherical mirror），见图 1-2-5 及图 1-2-6。

在图1-2-5中， MM′为一凹球面镜； C为凹球面镜的曲率中心(也称为光学中心）； CO为主轴； F为焦点； O为球面镜的顶点。

如：有一束平行光 SP沿主轴 CO方向投射到凹球面镜上，经反射后形成反射线 PR，会集在主轴上的一点 F，此焦点为实性焦点。

而经凸球面镜 MM′反射后的光线均散开，沿反射光之反方向延长交于一点 F，此焦点为虚性焦点(图1 -2 -6）。

1）用球面镜成像公式，求出像的大小、方向与虚实。

其中， u为物距， v为像距， f为焦距， r为曲率半径。在此，无论凹或凸球面镜，位于镜面顶点之左为负，右为正。即：物距的倒数与像距倒数之和等于焦距的倒数，或2倍曲率半径的倒数。同时还可以看出：1 /f=2 /r→ r=2 f→ f= r/2。

放大率：即为像长 y′与物长 y的比值。

根据相似三角形的对应边成比例，则可得出

在光学上规定，由轴向上测定为正，向下测定为负，故在确定像的方向(正立、倒立）时，则为

2）用作图法，求出像的位置、大小、虚实和倒正。

a.与主轴平行的入射光线经反射后必经主焦点。

b.过焦点的入射光线反射后必平行于主轴。

c.通过光学中心(曲率中心）的入射线到达镜面后，其反射光线必沿原路返回(即位于同一直线上，方向相反）。

d.向反射镜顶点入射的光线，必依主轴为法线，按入射角等于反射角的反射方向而反射。

以上四条反射光线中，任选两条(常用 A和 C）即可求出某一物点像的位置。图1-2-7及图1-2-8为使用作图法分别求出凹面镜及凸面镜的成像过程。

凹面镜的成像，随物体所处的位置不同，其大小、虚实及倒正均不同；凸面镜的成像，均为直立缩小的虚像，物体距镜面越远其像越小。

当光线遇到两种不同介质的界面时，除一部分光线被反射回原介质中(发生反射）外，还有一部分光线则进入另一种介质中，这部分光线将发生一定程度的光行进方向的改变(转折），这种光的偏折现象称为光的折射或屈光(light refraction）。

当光由一种介质射向另一种介质的界面为一平面时的折射现象(图1-2-9）。

1）入射线、法线、折射线居同一平面。

2）入射线与折射线分居于法线两侧。

3）入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数：

此表达式称为光的折射率公式(也称Snell定律）。其中 n ₂₁为第二种介质对第一种介质的相对折射率。它也代表在不同介质中的速度比。

即光在两种介质中的相对折射率与光在相应介质中的传播速度成反比。

例如：在图1-2-10中，设有一光线 AO射向空气与水交界的 MM′界面上，在进入水中后沿 OC方向传播，作一个半径为1的单位圆，其中 AO为入射线， FG为法线， OC为折射线， i为入射角， γ为折射角， δ为偏斜角。

因为　△ AOD与△ AOF，△ COG与△ COE为全等三角形，所以 FA= OD， CG= EO根据折射定律： n ₂₁=Sin i/Sin r

所以　 n ₂₁=[ FA/OA(半径）]/[ CG/OC(半径）]= FA/CG= OD/EO=8/6=4/3≌1.33

即水对空气的折射率为1.33。

δ= i- γ即：偏斜角为入射角与折射角之差。

某一种介质对真空的折射率称该介质的绝对折射率或称为折射率。光在真空中不受任何阻力，而通过空气时略受阻碍，光线由真空进入空气中时，其折射率为1.000 29，此值与真空值相差甚微。因此，在眼科学中，我们将空气与真空当作同一介质看待，眼屈光物质的折射率均指对空气而言的折射率，如角膜为1.376，晶状体为1.408 5等。

折射率较小的介质称光疏质，而折射率较大的介质称光密质。

如第一种介质的绝对折射率为 n ₁，而第二种介质的绝对折射率为 n ₂，光由第一介质进入第二介质的折射率为 n ₂₁，即第二种介质对第一种介质的相对折射率为

例如：光线由水进入水晶时，其水晶对水的相对折射率为

当光线自光疏质射入光密质时折射线偏向法线(近法线）；而由光密质射入光疏质时，折射线则远离法线。

特别提出的是：光由一种介质进入另一种介质的折射率，不仅和这两种介质的性质有关，同时还与入射光的波长(光的颜色）有关。如水对红色光的折射率为1.329，而对紫色光的折射率为1.344。介质的折射率随光色的不同而有不同数值的这种现象，称光的色散现象(chromatic dispersion）。在眼科屈光检查中的两色法试验或色像差试验(chromatic test）就是应用这一现象及原理而设计的。

三棱镜(prism）是由透明物质(如玻璃）构成的一个三棱柱体(图1-2-11）。它由五个面组成，与棱边垂直的截面称棱镜的主截面(图1-2-12），呈三角形。三棱镜两光学面的夹角称为尖(apex）或顶角(即 α角），对着尖的面称为底(base），由三棱镜顶或尖的中心到底面中心的直线为底尖线。入射光线与经三棱镜折射后的折射光线的反向延长线之间的夹角称为偏向角(angle of deviation），即 δ角。

如图1-2-12所示，入射光线 I投向三棱镜的一个光学面上后发生折射，因为由光疏质进入光密质，因而折射后靠近法线，而当三棱镜内的折射线遇到另一个光学面上时，则发生第二次折射，这次折射却是由光密质进入光疏质，因而折射远离法线，而向三棱镜的基底方向偏折。当我们通过三棱镜观察来自入射线方向 I的一个物体时，则感觉物体位于沿折射线 R延伸线 I′的方向。偏向角度 δ= a ₁+ b ₁，经推导： δ= i ₁+ r ₂- α(因为四边形中2个为直角，另两个角互补， r ₁+ i ₂+ x=180°， α+ x=180°， r ₁+ i ₂= α），即偏向角为入射角与折射角之和减去三棱镜的顶角。因此，光线通过三棱镜后向基底偏折，向尖端投射，即通过三棱镜观察物体时，必觉三棱镜后方的物体向三棱镜的顶角方向移位(图1-2-13）。

在眼科临床上，常应用这一原理进行复视的矫正、隐斜的测量及斜视的检查与训练等。

经过三棱镜的白色光在经历了两次折射后被分解而产生红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的连续光谱，这种现象称为三棱镜的色散作用或称分光作用，即光的分解。这是由于棱镜的介质对不同波长的光线具有不同的折射率，不同波长(颜色）的光虽然入射角相同，但各波长的光各按其固有的折射角折射，于是射出的光线按波长(颜色）分离开。因此，三棱镜也被称为色散棱镜。屈光介质的折射率是随波长的增加而减少的，色散棱镜使可见光中的紫色光偏折最大，红色光偏折最小(图1-2-14）。

根据三棱镜顶角角度的大小而确定其屈光力的强弱。如顶角为5°，则称为5°三棱镜。由于未考虑三棱镜构成材料对光的折射率，所以实用价值不大。

也称为厘弧度，为使入射光线经三棱镜折射后在以1米为半径的圆弧上移位1米弧的百分之一圆弧度来表示，即厘米弧度，称为1个三棱镜度，代表符号为“ ^▽”，可表示为 1 ^▽。 1米圆弧度所对应的角为 57.32°(360°/2π R），因此，1 ^▽可使光线移位 0.57°。

为国际标准三棱镜单位，目前眼科常使用此单位，其定义为：通过三棱镜观察1米处的物体，如物体向棱镜尖端移位1cm，则称为1个三棱镜度，用符号“ ^△”表示，即1 ^△。在眼科临床中，常用的三棱镜均在20 ^△以内，狄氏法及裴氏法相差甚微。

三棱镜常以其底尖线的方向来表示其位置，在眼科临床中，根据不同情况，可将三棱镜的底尖线置于任何方向上。因此，其位置与柱镜的表达完全相同。

眼睛是一个由多球面及若干折射率不同的透明介质所构成的屈光系统，为了更好地研究眼的屈光系统，先看一看光线在单一球面上发生的折射现象。

见图1-2-15， MHM′为一球面分界面，左侧介质的折射率为 n ₁，右侧为 n ₂， A为位于 n ₁介质中的物点， H为球面顶点， C为球心(结点）， HC为主轴(光轴）；其中 n ₁< n ₂，从 A点向球心发出的光线，到达界面 H，由于为垂直入射，故进入第二介质中方向不变，即位于主轴上； AP为另一条入射线，到达界面 P点时发生折射，根据折射定律发生偏折，与主轴相交于 A′， A′即为 A的像点， AH 为物距( u）， HA’为像距( v），如果我们仅研究近轴光线，那么所有的角都很小，Sin i≈ i，根据折射定律可以简写为 n ₁ i= n ₂ r，又有P点距主轴的距离为 h，则

α= h/u， α′= h/ v， β= h/r(因为当角极小时，对边与邻边几乎相等）

因为　 r= β- α′， i= β+(- α）

所以　 n ₁( β- α）= n ₂( β- α′）

n ₁( h/r- h/u）= n ₂( h/ vr- h/ v）

( n ₁ hr）-( n ₁ hu）=( n ₂ hr）-( n ₂ hv）

( n ₂ hv）-( n ₁ hu）=( n ₂ hr）-( n ₁ hr）

( n ₂ v- n ₁ u） h= h( n ₂- n ₁） r

( n ₂/ v）-( n ₁ /u）=( n ₂- n ₁） /r

这一公式即为单一球面近轴光线成像的基本表达式。

在此成像公式中应注意符号规则。

1）所有水平距离：均自界面顶点起进行测量，如物距 u为从 H向 A进行测量，任何与入射线方向一致的距离均为正值(如 r、 v），方向相反为负值(如 u）。

2）与主轴垂直的物与像的距离(即垂直距离）：均自主轴为原点算起，向上者为正值，向下者为负值。

3）入射角与折射角均自法线量起，逆时针为正值，顺时针为负值。

4）光线与主轴的夹角：自光线量至主轴，逆时针为正值，顺时针为负值。

在单一球面的折射系统中，存在四个点、三个面，分别为：前主焦点、后主焦点、顶点(主点）及结点(球心）、前主焦平面、后主焦平面及主平面。

当平行于主轴的光线入射至单一球面界面上时，经球面折射后，在第二介质中会聚于主轴上的一点 F ₂，该点称为第二主焦点(后主焦点），折射面顶点至该点的距离为 f ₂，称为第二焦距，见图1-2-16。

由于物距位于无限远处(即无穷大），故 n ₁ /u=0，此时 f ₂= v，则

同样，在第一介质中的主轴上必有一点F，经过该点的入射光线，到达球面界面上，通过折射后光线平行于主轴。该点即为第一主焦点(前主焦点），折射球面顶点至该点的距离f ₁为第一焦距。

此时由于像距为无限远处， n ₂ /v=0，物距为 f ₁，- n ₁ /f ₁=( n ₂- n ₁） /r

因此，球面的屈光力 D=( n ₂- n ₁） /r= n ₂ /f ₂=- n ₁ /f ₁

其中 r、 f ₁及 f ₂均以米为单位时，屈光力的单位为屈光度。

见图1-2-17，设有一物体 AB位于主轴上，经单一球面折射至第二种介质中，在此用作图法求出其在第二介质中所形成的像。

A物点的像 A′，可以通过以下三条光线中任意两条光线的交点所确定。

a.通过第一主焦点 F ₁的光线，经主平面 CD折射后与主轴平行。

b.通过球心(结点） C的光线，因垂直入射，故经折射后方向不变(因为法线均经过此点）。

c.与主轴平行的光线，经主平面折射后通过第二焦点 F ₂。

透镜(lens）是由玻璃或其他透明物质所制成，其中至少有一个面是球面，其特点是可以使光线成焦。透镜分为球面透镜(球镜）和圆柱面透镜(柱镜）两种。

球面透镜相当于在一个球形实体上切取下一部分而形成的屈光体(图1-2-18）。

因此，球面透镜上各径线的弯曲度相同，其各径线的屈光力相等。球面透镜又分为凸、凹球面透镜，根据球面透镜两面形状的不同组合，每种球镜又分为三种。

凸球镜分为：①双凸球镜；②平凸球镜；③凹凸球镜(图1-2-19）。

凹球镜分为：①双凹球镜；②平凹球镜；③凸凹球镜(图1-2-20）。

以上六种球镜分类，其后面的字决定着镜的性质，凸透镜中间厚两边薄，凹透镜中间薄两边厚。

凸球面透镜(convex spherical lens）：此种透镜相当于由许多基底向中心的三棱镜所组成(图1-2-21）。平行光线经凸球镜折射后向中心集合形成焦点，凸透镜用“+”表示。

凹球面透镜(concave spherical lens）：它相当于由很多尖端向中心的三棱镜所组成(图1-2-22）。平行光线经凹球镜后光线散开，不能结成实性焦点，沿散开光线向后延长，可结为虚焦点，凹透镜用“-”表示。

透镜的折光能力用屈光度(diopter，D）来表示，如平行光线经某一透镜后在离透镜1m远处聚焦，则该透镜的屈光力为一个屈光度(1D，diopter）。如在2m处成焦则为0.5D。如用f代表焦距，则透镜的屈光力(屈光度）=1/主焦距(m），即D=1/f，其中f以米为单位。凸透镜的屈光度代表集合光的能力，凹透镜代表对光的散开能力。

透镜屈光力的大小还取决于透镜物质对光的折射率、透镜表面的弯曲度及透镜所处介质的情况(即透镜周围介质的折射率情况）。

置于空气中的球面透镜其两个面的屈光力， D ₁ D ₂分别为

D ₁=( n-1） /r ₁=( n-1） R ₁

D ₂=(1- n） /r ₂=-( n-1） /r ₂=-( n-1） R ₂

因为 R=1 /r； R为球面曲率，r为球面曲率半径。

如为薄透镜，则其总屈光力为两面屈光力之和。

透镜成像的一般公式：1/ u+1/ v=1/ f

其中 u代表物距， v代表像距， f代表焦距。

在此，无论凸透镜还是凹透镜，实物及实像的距离用正号“+”；虚物及虚像的距离用负号“-”；凸透镜的焦距为 f，凹透镜的焦距为- f。

某一物点，经一球面透镜而成像，则该物点所发出的光线中：

a.与主光轴平行的光线，经折射后，过主焦点。

b.经过光学中心(结点）的光线方向不变。

c.经第一主焦点的光线，经折射后平行于主光轴。

在以上这三条线中任取两条线的交点即为这一物点的像点，依此可以求出整个物体的像。图1-2-23及图1-2-24分别为凸透镜及凹透镜的成像过程。

凸透镜所成的像，则根据物体所在位置不同而各异。

a.物体位于焦点外，为倒立的实像。

b.物体位于焦点上，不能成像(平行光线）。

c.物体位于焦点内，为直立放大虚像。

凹透镜所成的像，总是直立缩小的虚像。

对于一个透镜而言，相当于由多个棱镜构成的屈光体，越近周边部其棱镜效应越强，如图1-2-25所示，为+1D的凸透镜，一束平行光线经凸透镜后会聚于1m处的焦点 F上， B光线具有1 ^△的棱镜力，而E线则具有4 ^△的棱镜力。因此，可以看出越靠周边部其透镜的棱镜力越强。同时透镜度数愈高，其三棱镜效应亦越大。透镜上某点的三棱镜效应 P ^△等于透镜的屈光度 D与距光学中心的距离 d(以厘米为单位）的乘积，即Prentice公式：

如屈光度为1D的凸透镜，距光学中心4cm处的三棱镜效应为

因此，在配镜时，应强调光学中心与视轴的重合，以免产生三棱镜效应，使戴镜后出现眼疲劳及彩色边的感觉。

柱面透镜(简称为柱镜）是从圆柱形的屈光介质实体上纵切下来的一部分(图1-2-26）。或如同塑成圆柱体的外模型的一部分(图1-2-27）。

其剖面与圆柱体轴 y的方向一致。因此，柱镜的轴与圆柱体轴方向相同，由于柱镜在轴的方向上不是曲面，所以沿柱镜轴方向入射的光线，不发生光的屈折；而与轴垂直的方向，其表面为曲面，所以沿此方向入射的光线，则发生折射，凸面者使光线会聚，凹面者使光线发散。以上可以看出柱镜仅一个轴向对光线有折射作用，因此，通过柱镜的光线不是形成一个焦点，而是形成一条焦线(focal line），焦线的方向与轴平行(图1-2-28、图1-2-29）。

在眼科临床上，柱镜即为散光镜片，其中含轴的径线称弱主径线，即轴的位置；与轴直交的径线称强主径线，通常以强主径线的球面屈光力表示柱镜的度数。

球柱联合的光学系统是由球面透镜与柱面透镜结合而成，一般此种透镜的一面为球面透镜，而另一面为圆柱透镜。其屈光情况为：在互相垂直的弱主径线与强主径线上均有屈光能力，但其能力的大小不同，与光学中的施图姆圆锥(Sturmconoid）(史氏光锥）的屈光情况相同(图1-2-30）。

在这一屈光系统中， x为水平子午线，其弯曲度较大， y为垂直子午线，弯曲度较小，当一束平行光线经过这一屈光系统后，因水平子午线的屈光力较强，经折射后先成交于 b(F ₁）处，此时垂直子午线上由于其屈光力较弱还未能成焦，因而形成一缩小的垂直焦线；然后，水平光线继续向前行而散开，而垂直光线仍在集合过程中，当水平光线的散开力量与垂直光线的集合力量相当时即 d处，则形成一个很小的圆形光斑，此圆形斑称为施图姆圆锥中的最小弥散斑；当光继续前行时，垂直光线则在 f(F ₂）处形成一水平的焦线。 b与 f间的距离为焦间距，在以上光学圆锥中没有一处能形成焦点，故所形成的像均不清晰。

在临床上，复性散光的成像与上述成像过程相同，但如视网膜位于以上光锥的不同位置上其屈光性质有所不同，若视网膜位于 a处，则为复性远视散光；位于 b处为单纯远视散光；位于 f处为单纯近视散光；位于 g处为复性近视散光；位于焦间距内，即 b与 f之间为混合性散光。

在光学中，将两个主要子午线具有不同弯曲度的光学面称为复曲面或托力克(toric）面，其形状犹如鼓的侧面。在配制眼镜时，可以做成一面为复曲面，另一面为球面的透镜，即环面透镜(复曲面透镜），也称为托力克镜片(toric lens），其优点为可以消除透镜的像差。

如果在某屈光系统中，折射球面不只一个，而是由多个球面组成，而且这些折射面的曲率中心又均在一条直线上，它所构成的屈光系统即称为共轴球面系统，其中，连接曲率中心的直线即为主光轴。

在共轴球面屈光系统中，可先求出物体通过第一个折射面的像 v ₁，然后再以 v ₁作为第二个折射面的物，再求出其通过第二个折射面的像 v ₂……，依此类推，直至求出通过最后一个( n个）折射面的像为止。这一方法为逐次成像法，又称追加法。其成像公式如下：

n ₁ /v ₁= n/u ₁+( n ₁- n） /r ₁

n ₂ /v ₂= n ₁ /u ₂+( n ₂- n ₁） /r ₂→ n ₂ /v ₂= n ₁ /v ₁+( n ₂- n ₁） /r ₂

……

n _n /v _n= n _{n -1} /u _n+( n _n- n _{n -1}） /r _n

通过以上方程式，最后即可求出某共轴球面屈光系统所成像的位置。

在实际应用中，逐次成像法计算起来很烦琐，因此，常以系统的三对基点简化求像。

薄透镜：是指当透镜的厚度很小，与焦距相比可以忽略不计时即为薄透镜，薄透镜联合研究的是由两个或两上以上的共轴薄透镜组合而成的光学系统的成像及其屈光问题，在此我们仅看一看两个薄透镜的联合。

透镜 L ₁与 L ₂的屈光度分别为 D ₁及 D ₂，两透镜之间的距离为 d，则此系统的屈光度 D为

如果当两个薄透镜紧密相接触时，则d=0，这时屈光系统的屈光度

(1）若轴向相同的薄柱镜重叠在一起(即轴向相同的联合），则联合后的屈光力为两者屈光力的代数和，而轴不变。 C ₁×90 °/C ₂×90°→( C ₁+ C ₂）×90°

举例：-3.00 C×10 °/-0.75 C×10°→-3.75 C×10°

(2）轴向垂直的联合：有以下三种情况。

1）同号同力正交，则成为同号同力球镜

+ C ₁×90 °/+ C ₂×180°，又 C ₁= C ₂时，则为+ C ₁ S 或+ C ₂ S

例如：+1.50 C×90 °/+1.50 C×180°→+1.50 DS

2）同号不同力正交，则为一个同号球镜，度数为较低镜片的屈光度；与一个同号柱镜，度数为两镜片度数之差，轴则与较高镜片的轴一致。

+ C ₁×90 °/+ C ₂×180°，又 C ₁> C ₂时，则+ C ₂ S/+( C ₁- C ₂）×90°

如：+2.00×90 °/+1.25×180°→+1.25 S/+0.75 C×90°

3）反号同力正交(即交叉柱镜），则为一个球镜(度数与其中一个柱镜片的度数及符号相同）与一个柱镜(度数为两柱镜片之和，符号与球镜相反，轴取同符号的轴）。

+ C×90 °/- C×180°→+ CS/-2 C×180°或- CS/+2 C×90°

例如：+2.00 C×90 °/-2.00 C×180°→+2.00 S/-4.00 C×180°或-2.00 S/+4.00 C×90°

(3）柱镜斜交联合即两个柱镜相交即不为0°，也不为90°的任意角。

当两个柱镜 C ₁ C ₂的轴成一定角度α时，若联合后，按Thompson公式

则

其中： C为合成柱镜的屈光力， S为球镜屈光力，φ为合成柱镜与 C ₁的夹角。

厚透镜实质上是由两个球面所组成的共轴球面系统(homocentric system），求其成像可应用共轴球面系统求像法，过程非常繁琐，但应用共轴球面系统的基点概念可大大省略之。且它还适用于所有共轴系统。

(1）两焦点：任何共轴系统的作用不外乎是会聚或发散光线，因此，它也相当于单一透镜的两个主焦点，如把点光源放在主光轴上某一点，使其经折射系统后变为平行光线，那么这一点即为该系统的第一焦点，以 F ₁表示(图1-2-32）；而平行于主光轴的光线经折射系统后与主光轴相交的点，则为第二焦点，以 F ₂表示。通过这两点垂直于主光轴的平面称为焦平面(focus plane）

(2）两主点：通过 F ₁的入射光线与其射出线的反向延线交于一点 A，通过 A作垂直于主光轴的垂线交主光轴于H ₁，该点即为该系统的第一主点。同样，将平行于主光轴的入射线与折射线延长线交于一点 B，该点与主光轴的垂线交主光轴于 H ₂，此点即为该系统的第二主点 H ₂，通过 H ₁ H ₂垂直于主轴的平面称为第一、第二主平面(principal plane），见图1-2-32。

从图中可以看出，无论光线在折射系统中路径是怎样的，但在效果上相当于只在主平面上发生折射。因此，将 H ₁作为入射线侧的原点，即 F ₁至 H ₁间的距离作为第一焦距 f ₁；物到 H ₁的距离为物距 u；而 H ₂作为折射侧的原点，即 F ₂至 H ₂的距离为第二焦距 f ₂；像到 H ₂的距离为像距 v。而通过一个主平面上任一点的光线一定通过另一主平面上位置相当的对应点，如 A 与 A′， B 与 B′。

(3）两结点在共轴系统的主光轴上还存在两个点， N ₁与 N ₂，以任何角度向 N ₁入射的光线都以同一角度由 N ₂射出。 N ₁及 N ₂分别称为第一结点和第二结点，见图1 -2 -32中的③。

无论在多么复杂的共轴屈光系统中，含有多少个折射球面(或透镜）或由任何介质构成的复杂光学系统，只要知道主点 H ₁及 H ₂，主焦点 F ₁及 F ₂，以及结点 N ₁及 N ₂，则可用作图法来成像。根据以下三条线的任意两条即可求出物点的像点(图1-2-33）。

(1）平行于主光轴的光线，在第二主平面折射后过第二焦点 F ₂。

(2）通过第一焦点 F ₁的光线，在第一主平面上折射后平行于主光轴射出。

(3）通过第一结点 N ₁的光线，从第二结点 N ₂平行于原来的方向射出。

图1 -2 -33为物体 AB在厚透镜系统的成像过程。

前面所讲的光学系统的成像问题，均为近轴光线的成像，即为理想的光学成像，但在实际光学系统中不可能达到这一理论要求，因为光学系统本身存在着种种像差，下面就以光学像差中最常见的透镜像差加以说明。

当一束混合光(白光）射向透镜的边缘，相当于射向一棱镜，经棱镜折射后，可使不同波长的光射出时呈分离状态，形成色散；因透镜边缘对波长较短的紫色光线的折射指数较大，因此对紫光的折射程度较强，其焦点距透镜最近；而红色光的波长较长，折射指数较小，焦点距透镜较远，其余颜色光的焦点则依次位于紫色光与红色光之间，这一现象称为色像差(图1-2-34）。

在临床上，配戴高度凸透镜矫正远视时，患者常诉戴镜后看物体都有彩色边，就是由于透镜的色像差所致。

通过透镜周边的光线，因其入射角较大，所以其折射作用也较强，因此，经过透镜周边折射的光线较近轴光线更接近于透镜形成焦点，这种现象称为透镜的球面像差(图1-2-35）。其中 F ₁为近轴光线通过透镜后所形成的焦点， F ₂为周边光线通过透镜后所形成的焦点， F ₁与 F ₂之间的距离表明此透镜存在球面像差。

当入射光线不与主光轴平行，而是成一定角度时，则通过透镜边缘的光线较通过透镜中心的光线所成像的位置不同，因此，在像平面上得到的不是清晰的像点，而是形成一系列的光斑交错叠加着，其形状好像带尾巴的彗星，其尖端亮度较大，这种像差即称为彗形像差(图1-2-36）。

将以通过光心的光线为依据作一辅助光轴，靠近辅助光轴的平行光线1及1′通过透镜后相交于点 F ₁；远离辅助光轴的周边光线2及2 ′通过透镜后相交于另一点 F ₂，如在 F ₂处垂直于光轴置一屏来观看光的成像情况，则可见到如图1 -2 -37所示，形成一个非均等照射的梨形光斑，此现象即为彗形像差所成的像。

当一束斜行光线射向透镜，并通过不含光心的透镜部分所发生的折射现象，其情形恰如sturm光锥一样，平行光线所成的像并不成焦于一点，而是形成两个互相垂直的交线与程度不同、方向不一的许多椭圆形像，这样的像差称为像散现象(图 1-2-38）。

当我们通过透镜来观察一长的直线时，即可见到像场弯曲。此种现象是由于作为物的长直线上各点所发射的光线互向透镜表面倾斜的缘故，所以周边部光线的焦点较中央光线的焦点更近于透镜。因此，各个焦点不是在一个平面上，而是在一个曲面上。将物体各部所成焦点连接起来后，则像呈弯曲的外观，这种现象称为像场弯曲(图1-2-39）。这种现象对眼的成像不会造成影响，因为人眼视网膜是弯曲面。对近轴光线而言，像场弯曲可以忽略不计。

当通过一高度凸透镜看一方格形物体时，则方格的边缘成凹形内陷；而通过高度凹透镜时，则方格的四边成凸形向外隆起，这种现象称为透镜的像畸变。与其他像差不同，像畸变与焦点的锐利度无关，而是与像的形状有关。如果透镜的放大率在所有部分都相同的话，这个物的像才是真实的。但是光线愈近透镜的周边部，则折射后的偏向愈明显。因此，放大率不是恒定的，从而产生像畸变(图1-2-40）。

眼的屈光系统可以大致看作一套复杂的，由多个光学元件所构成的同心共轴屈光系统。光线经过角膜的前表面、角膜基质、角膜后表面、房水、晶状体前表面、晶状体基质及核、晶状体后表面、玻璃体这样一系列的屈光介质的屈光作用，才最终到达视网膜而成像。要明确眼球的屈光状态及各屈光介质在眼屈光中的作用，首先要了解各屈光介质的表面弯曲度、屈光指数及彼此间的位置关系，从而计算出整个屈光系统的屈光力，判断最终成像的位置是否能与眼轴长度相匹配而形成清晰的像。

1.角膜

(1）角膜的直径：角膜前面观略呈椭圆形，由于角膜的上缘部分为返折缘所遮盖，故角膜的水平径为11~12mm，垂直径为10.5~11mm。

(2）角膜厚度：角膜中央部的厚度范围为0.42~0.6mm，一般为0.5~0.57mm，平均为0.515mm。

(3）角膜前表面的曲率半径及屈光力：前表面曲率半径平均为7.7mm，但水平向大于垂直向；前表面屈光力为48.83D，水平向小于垂直向，因此，角膜本身存在生理性角膜散光，平均为0.4D。

(4）角膜后表面的曲率半径及屈光力：后表面曲率半径为6.8mm，后屈光力为-5.88D。

(5）角膜的屈光指数为1.376。

2.前房

(1）房水的屈光指数为1.336 4(略大于玻璃体，约差0.000 3）。

(2）前房深度平均为2.5~3mm(一般男性深于女性）。

3.瞳孔

(1）位置：略偏角膜中心的鼻上方。

(2）形状：呈圆形。

(3）大小：一般照明度下为 2~4mm，平均为 3.35mm(男性大于女性）；暗室内为6.5~7.2mm。

(4）瞳距：平均为57.9mm。

4.晶状体

(1）晶状体前顶点的位置：角膜顶点后方约3.6mm处，如果晶状体前移0.1mm，则眼的总屈光力约增加0.06D。

(2）晶状体前面的曲率半径：10mm。

(3）晶状体后面的曲率半径：6mm。

(4）晶状体的厚度(轴长）：3.6mm(调节时增大）。

(5）晶状体的屈光指数：由于晶状体的纤维细胞不断地分裂增殖，成纤维后即被挤压向晶状体中央部形成薄板，许多薄板紧密相贴，如洋葱状排列(图1-2-41）。因此，晶状体各部位的光学密度不同，屈光指数也各异，即由晶状体外层向内层其屈光指数是逐渐增加的，核的屈光指数最大。Gullstrand测量30岁以下人群的屈光指数为：囊及皮质1.386，核1.406。因此，我们可以把晶状体视如位于晶状体囊内的一个中央双凸镜片两侧各包绕着一个半月形镜片的凸透镜。从光学上的意义而言，晶状体皮质层对核来说是光疏的屈光介质，晶状体实际屈光力较与其同形而由与核等质的屈光介质所构成者更强，晶状体的全屈光指数比晶状体屈光指数中最大的核部还大。据Gullstrand测定，全晶状体屈光指数为1.408 5，当晶状体处于调节状态时较此值更高，约为1.426 5；此外，年长者该指数略高于年幼者。

5.玻璃体屈光指数为1.336 1；厚度约为16mm。

6.眼轴约24mm。

从理论上讲，要想求出某一物体经眼屈光系统所形成的像，需逐一算出物体经过每一个屈光界面及间质的成像情况(即经第一个屈光元件所成的像，作为第二个屈光元件的物再成像……依次类推），但这一过程非常繁琐，为此进行以下简化：从以上各屈光参数中可以看出角膜光学区的前后两面几乎相互平行，光线通过角膜所发生的折射与通过两面平行的玻璃板的情况相同，仅有位移而没有屈折，因此，角膜基质本身未对光线起到屈折作用；房水与玻璃体的屈光指数非常接近，约为1.336，因此，可以将它们视为一种屈光介质，这样就可以将这一复杂的眼屈光系统，看作由位于空气与房水之间的角膜系统和位于房水与玻璃体之间晶状体系统两部分构成。由角膜系统和晶状体系统所构成的屈光系统也有三对基点(两个主焦点、两个主点和两个结点）及六个折射面(角膜前、后面，晶状体皮质前、后面和晶状体核前后面）；经测量及计算出此系统的各屈光参数(表1-2-1），它所构成的单纯屈光系统与眼睛实际的屈光状况相近似，因此称之为设计眼，亦称模型眼(图 1-2-42）。

为了进一步简化计算过程，学者们从设计眼的参数看出两主点与两结点的位置十分接近，故将两点合二为一，取其平均值，这样就简化为了一个主点和一个结点，把眼球的各屈光系统仅用一理想的球面来代替，球面的一侧为空气，另一侧为屈光介质构成。因此，它仅有四个基点(两个焦点、一个主点及一个结点）及一个折射面(图1-2-43），简化眼就是将设计眼进一步简化而成的。

简化眼的数值：简化眼的球面曲率半径为5.73mm，其顶点为简化眼之主点，位于实际角膜顶点后约1.35mm处(即位于两主点平均值的位置上），角膜前空气的屈光指数为1，角膜后眼腔(屈光介质）的屈光指数为1.336；简化眼的结点在实际角膜顶点后 7.08mm，相当于实际晶状体的后表面附近，此点亦为简化眼角膜之球心；简化眼的后主焦点位于其主点后22.78mm处，为实际角膜顶点后24.13mm；简化眼的前主焦点位于其主点前17.05mm，即位于实际角膜顶点前15.7mm(15.7mm+1.35mm=17.05mm），根据 D=1/ f=1/0.017 054(m）=58.64(D），为全眼球之屈光度。此为静态下的屈光状态，当达到最大调节时可为70.6(D），即增加了+12(D）的屈光力，它主要是通过改变晶状体前表面弯曲度来实现的，从而用于视近的需要。

根据设计眼或简化眼的光学常数及相关的光学计算公式，可以计算出眼屈光系统中的角膜屈光系统的屈光力、晶状体屈光系统的屈光力。这有助于医生更好地了解眼屈光系统的屈光状态、屈光不正的形成机制、光学镜片矫正的机制，以及进行屈光手术的设计。

设角膜前表面的屈光力为 D _a，角膜的屈光指数为 n′，空气的屈光指数为 n，角膜前表面曲率半径为 r ₁；根据Gullstrand的研究，角膜前表面曲率半径与角膜前表面屈光力之间具有以下关系。

根据Gullstrand设计眼的光学常数可以计算出

即角膜前表面的屈光力为48.83D。

可以看出，角膜前表面的屈光力大小与角膜屈光指数和角膜前介质的屈光指数之差的大小成正比，与角膜前表面的曲率半径成反比。由于空气与角膜前表面之间的屈光指数相差最大，因此具有很强的屈光力量。如果我们潜入水中，角膜前表面之前水的屈光指数为1.33，则角膜前表面的屈光力仅为5.97D，此时我们的眼睛即呈高度远视状态。同样，如角膜前表面曲率半径为7.0mm，则其屈光力为53.71D。

设角膜后表面屈光力为 D _p，后表面曲率半径为 r ₂，角膜屈光指数为 n′，房水的屈光指数为 n″；则角膜后表面曲率半径与后表面屈光力之间具有以下关系：

根据Gullstrand设计眼的光学常数可以计算出

即角膜后表面的屈光力为-5.88D。

根据两共轴球面系统的屈光力计算公式得出。

角膜总屈光力为43.05D。

同理，根据晶状体的光学常数：晶状体前表面曲率半径为10mm，后表面曲率半径为6mm，晶状体厚度为3.6mm，全晶状体的屈光指数为1.408 5；按Gullstrand计算公式，则：

即晶状体的总屈光力为19.11D。

根据简化眼中的光学常数，可以计算出物体在视网膜上成像(retinal imaging）的大小(图 1-2-44）。

将物体 AB置于眼前，由物体两端向结点( N）各引一直线，分别到达视网膜，而形成一缩小的倒像 ab，两线之间的夹角ANB即为视角，根据相似三角形的原理，可以计算出视网膜成像的大小。

因为　△ ANB≌△ aNb，

所以　ab：AB=bN：BN，

即像的大小=物的大小×像至结点距离/物至结点距离，

其中，像至结点距离=24.13-7.08=17.05(mm）

从光学理论上讲，任何一个光学元件，甚至是最简单的单纯透镜，均有其光学缺陷，前文已经叙及；人类眼睛的屈光系统相当于一个复杂的光学系统，也不例外的会存在其固有的光学缺陷，但由于生物的进化及演变，人类的眼睛要适应在太阳光及昼夜光线变化下的自然界中生活的需要，优胜劣汰，因而人类的眼睛具有一系列相应的结构来减轻或适应这些生理性光学缺陷，如角膜周边的曲率低于中央、瞳孔结构的存在、晶状体中央的屈光指数高于其周边部和网膜的弧形结构等；再者，人类有发达而完善的中枢神经及所形成的条件反射，如眼睛在视近及视远状态下的自动调节作用、在明暗不同环境下的适应过程、视中枢对视网膜所形成像的分辨、分析及综合能力等，这些能力都具有补偿物理性光学缺陷的作用，从而大大降低了生理性光学缺陷对眼成像所造成的影响。但是，由于种种原因，如眼外伤、发育异常、眼部手术、药物的作用及一些疾病等，会造成以上结构及反射的损伤及破坏，从而使这些光学缺陷表现出来，干扰眼的成像及视物的清晰度。因此，我们有必要了解人眼主要的生理性光学缺陷。

前文已有描述，任何一个透镜，其周边部的屈光力量要比中央部强，经周边部的光线会比中央部的光线先聚焦；眼睛亦是由透镜组成的屈光体，因此也有球面像差，即平行光束经正常眼屈光系统后，其周边部的光线成交在视网膜前，而中央部的光线则成像在视网膜上(图1-2-45），即经周边部的光线与经中央部的光线不能结交在同一点上，这种现象称为眼的球面像差。

在生理情况下，眼周边部的光线被虹膜组织所遮挡，光线经瞳孔的中央部进入眼内，从而大大减少了球面像差；另外，晶状体本身由于其屈光指数中央部较周边部更高且核的弯曲度较大，从而使晶状体中央部对光线的屈折能力大于周边部，令其可抵消球面像差的作用；即使瞳孔散大时，由于角膜周边部较平坦，也能消减部分球面像差的影响。由此可见，球面像差对眼的成像影响不大。

它是与光源有关的一种像差；自然界的太阳光是由各色光组成的混合光，由于各种颜色光的波长不同，经眼屈光系统也和经过透镜一样，速度各不相等。其中，波长短的光(如蓝色光）行进速度较慢，在眼屈光系统中被屈折的程度较大，使它比波长较长的红色光先集合成焦点，如果黄色光成焦点在视网膜上，则对蓝光便成焦在视网膜之前，呈近视状态，而对红光则成焦在视网膜之后，呈远视状态，这种现象即称为眼睛的色像差(图1-2-46）。

此光学缺陷能影响视网膜上成像的清晰程度。但在一般情况下，由于瞳孔的作用，此种现象的产生是很不明显的，因为当瞳孔为2mm时，约有70%的光会聚在视网膜附近；再则，如为正视眼，则光谱中最亮的黄色光可在视网膜上形成极为清晰的像，蓝色光及红色光均形成较为模糊的像而易被忽略，并不感到色像差的干扰。只有当瞳孔散大时，才能表现出来。

一个理想的屈光系统的构成，应该是各屈光成分的光学中心是共轴的，这样才能形成最清晰的像。但是，眼睛的各屈光成分的中心(即角膜表面的弯曲中心与晶状体前后两个表面中心）并非共轴，角膜表面弯曲中心略偏光轴的下方，但偏离程度甚微，故可忽略不计；再有，眼睛的视敏度最强的黄斑中心凹，并不位于光轴上，而在其颞下方，因此，便产生了光的偏轴现象，但由于偏离程度轻微，且有瞳孔调节，故在生理上并不发生功能上的障碍与影响，甚至有学者认为，这种偏斜有利于产生色觉的立体视及减少像差，是人类进化的标志。

值得注意的是，在某些特殊情况下，如在角膜屈光手术中矫正高度屈光不正时设计的光学区较小，且由于高度屈光不正的偏斜角度较大，甚至为负的偏斜角时，找到正确的角膜视觉中心的位置是至关重要的，如果手术的角膜视觉中心位置偏离，将导致不规则散光及最佳矫正视力下降。因此，对屈光手术医生来讲，了解屈光的相关轴位与角度非常必要。

为通过角膜中心和晶状体中心的连线(图1-2-47中的 OB），这条线并非恰好落在视网膜黄斑中心凹上，而是落在其鼻侧。眼的结点(于角膜顶点后7.08mm）和旋转中心(角膜顶点后13.4mm）均位于此轴上。

为眼外一注视点( F）通过结点( N）与黄斑中心凹( M）的连线(图1 -2 -47中的 FM），光轴与视轴相交于结点。视轴为一副轴，在光轴的鼻侧与角膜相遇。两轴成4°~5°角。

为注视点( F）与眼球旋转中心( C）的连线(图1 -2 -47中的 FC）。

为视轴与光轴在结点处所成的角度。该角有正负之分，视轴在光轴的鼻侧者为正 α角，视轴在光轴的颞侧者为负 α角。在正视眼约为5°左右，远视眼此角度略大，而近视眼此值变小，高度近视者可为负值。

为光轴与固定轴所成的角。

因在临床上，角膜的(曲率）中心点很难确定，故很难找到光轴的位置，但瞳孔中心较易确定，故由瞳孔中心点作一垂直于角膜的线，称为瞳孔轴(线）。瞳孔轴与视轴所成的角称为 к角(图1-2-48）。瞳孔中心在角膜中心的鼻侧一点，但在临床上可以认为光轴与暗视下瞳孔轴(线）较相近，因此，临床上将 κ角与 α角视为等同。

近二十多年来，随着角膜屈光手术日新月异的发展，屈光手术医生更加认识到，确定角膜视觉中心在角膜屈光手术中至关重要。目前，对确定角膜视觉中心的研究结果表明，光线通过注视时的瞳孔中心刺激视网膜光感受器比其他部位更有效。因此，角膜视觉中心则为注视点与注视该目标位置时瞳孔中心所对应的角膜点。