《视觉光学基础》课件

视觉光学基础探索视觉世界奥秘理解光学与视觉系统关系课程概述课程目标掌握视觉光学核心理论学习内容光学基础到临床应用考核方式第一章：光学基础知识光的性质同时表现波动性与粒子性电磁波的一种特殊形式光的传播直线传播原理光的波动性400nm可见光短波长紫色光波长范围700nm可见光长波长红色光波长范围3×10^8m/s光速光的粒子性光子概念光的能量最小单位能量与频率成正比光电效应光照射金属表面释放电子爱因斯坦理论基础应用领域太阳能电池光的折射1入射光从第一介质射向界面2折射现象光线在界面改变传播方向3折射定律n₁sinθ₁=n₂sinθ₂4折射率光的反射反射定律入射角等于反射角镜面反射光滑表面平行反射漫反射光的散射瑞利散射小颗粒散射短波长光米氏散射大颗粒对各波长散射接近现象解释蓝天与白云形成原理日落现象夕阳呈红色的散射原理光的干涉相干光频率相同相位关系恒定激光为典型相干光干涉条件必须是相干光源光程差决定干涉类型干涉现象明暗相间条纹肥皂泡彩色光的衍射光遇到障碍物边缘绕射现象衍射图样与孔径形状相关第二章：几何光学光线追迹预测光线传播路径成像原理物体成像条件与位置放大率像与物体大小比例平面镜成像光线入射从物体射向平面镜反射按反射定律改变方向虚像形成镜后等距离处形成成像特点等大正立左右相反球面镜成像凹面镜反射面向内弯曲可形成放大实像或虚像应用于反射望远镜凸面镜反射面向外弯曲总形成缩小正立虚像应用于安全后视镜球面镜成像公式成像公式1/f=1/u+1/v物距u物体到镜面距离像距v像到镜面距离焦距f焦点到镜面距离放大率m=-v/u薄透镜成像凸透镜会聚光线凹透镜发散光线焦点平行光汇聚点成像实像或虚像薄透镜成像公式1/f=1/u+1/v放大率m=v/u光学系统1复杂系统多透镜组合2主面与节点简化复杂系统计算3等效焦距系统整体光学性能4基础元件各种透镜和镜面光阑和瞳孔径光阑限制通过光线数量入瞳从物方看到的光阑像出瞳从像方看到的光阑像第三章：视觉系统解剖眼球结构前部：角膜、虹膜、晶状体后部：玻璃体、视网膜视觉通路视网膜→视神经→外侧膝状体视放射→视觉皮层眼部附属结构眼睑保护眼球泪腺提供润滑眼球的光学结构角膜提供约70%眼球屈光力晶状体可调节焦距房水维持眼内压玻璃体维持眼球形状视网膜视网膜结构十层复杂结构感光细胞位于深层视神经纤维在表层视杆细胞约1.2亿个负责暗视觉分布于周边视网膜视锥细胞约600万个负责色觉和明视觉集中于黄斑区视神经视神经盘视神经纤维汇集处视交叉内侧纤维交叉至对侧视束传导信号至外侧膝状体大脑视觉中枢初级视觉皮层位于枕叶边缘视觉区初步形状识别色觉区处理颜色信息3高级视觉联合区复杂图像识别第四章：眼睛作为光学系统58D眼球总屈光力正视眼标准值43D角膜屈光力约占总屈光力74%20D晶状体屈光力可通过调节改变角膜的光学作用前表面曲率7.8mm平均曲率半径屈光力约43屈光度非球面性边缘较中心平坦晶状体的光学作用基础屈光力约20屈光度随年龄增长逐渐增加调节作用睫状肌收缩悬韧带松弛晶状体弯曲度增加调节范围年轻约10屈光度45岁降至约4屈光度眼球总折射力角膜晶状体房水与玻璃体计算方法：角膜+晶状体+房水玻璃体正常值：58±2屈光度眼轴长度测量方法超声波测量光学相干断层扫描正常值成人约23.5mm儿童较短随年龄增长屈光关系每1mm变化约3屈光度长眼轴易近视屈光状态正视：光线精确聚焦于视网膜近视：焦点在视网膜前远视：焦点在视网膜后散光：不同子午线焦点不同调节1调节机制睫状肌收缩释放晶状体张力调节幅度随年龄减小老视发生调节滞后近距离注视焦点略落后视网膜第五章：视觉质量评估视力分辨细节能力对比敏感度区分明暗差异能力像差光学系统成像缺陷主观评价患者舒适度反馈视力测量1选择合适视力表国际标准对数视力表2标准测量距离远视力5米或6米3标准照明条件85-320cd/m²亮度4记录方式小数记法或对数记法视力影响因素1心理因素注意力与理解力2神经因素视网膜与大脑处理环境因素照明与对比度光学因素屈光不正与像差对比敏感度定义区分最小亮度差异能力对比阈值倒数测量方法正弦光栅图Pelli-Robson表CSV-1000表临床意义评估视功能完整性早期发现病变对比敏感度曲线空间频率(cpd)正常人白内障患者眼球像差球差边缘与中心光线焦点不同彗差离轴点成像彗星状尾迹散光不同子午线焦距不等场曲像面呈曲面而非平面高阶像差波前像差理想波前与实际波前偏差Zernike多项式描述复杂像差数学模型自适应光学通过可变形镜校正像差第六章：色觉光谱感知视锥细胞响应不同波长信号转导光化学反应产生电信号信息编码视网膜神经元初级处理大脑解析视觉皮层形成色彩感知色觉原理三原色理论三种视锥细胞响应不同波长对立色理论红-绿、蓝-黄、明-暗对立通道视觉处理视网膜初级处理再传至大脑色彩感知综合两种理论形成完整感知色觉检查石原图：快速筛查红绿色盲Farnsworth测试：精确评估色觉异常程度色觉异常类型全色盲所有视锥缺失仅能感知明暗发生率极低约0.003%红绿色盲最常见色盲类型男性约8%发生率女性约0.5%发生率蓝黄色盲S型视锥异常极为罕见常为后天获得性第七章：双眼视觉双眼视差两眼看同一物体成像略有差异为立体视觉提供关键信息融像能力大脑融合两眼图像形成单一视觉感知立体视觉感知深度和距离需要正常双眼协调功能视网膜对应对应点两眼视网膜相应位置刺激产生相同方向视感视网膜视差非对应点成像产生深度感知同名视差目标在注视点后异名视差目标在注视点前融像融像范围：可被融合最大视差Panum氏融像区：可产生单视觉空间区域立体视觉双眼视差输入两眼接收略微不同图像大脑整合处理视觉皮层计算深度信息立体感知形成产生三维空间感知体验立体视觉检查TNO立体视检查随机点立体图Titmus立体视检查常见"苍蝇测试"轮廓立体图轮廓线提供单眼线索Lang测试不需特殊眼镜的立体图第八章：屈光矫正眼镜最常用矫正方式隐形眼镜直接置于角膜上屈光手术永久性矫正方案角膜塑形夜戴日摘临时矫正框架眼镜镜片类型单焦点镜片多焦点镜片特殊功能镜片镜架选择材质：金属、塑料、钛重量：轻型更舒适形状：适合脸型适配要点瞳距准确测量镜架合适大小鼻托正确调整单焦点镜片1球镜矫正近视或远视2柱镜矫正散光3球柱组合镜同时矫正两种屈光不正多焦点镜片双焦点镜片明显分界线三焦点镜片近中远三区渐进多焦点镜片无可见分界线职业型多焦点特定工作距离优化特殊功能镜片防蓝光：过滤有害蓝光变色镜片：适应不同光线偏光镜片：消除眩光高折射率：更轻薄舒适隐形眼镜软性隐形眼镜含水量30-80%舒适度高易适应日抛月抛多种更换周期硬性透气性隐形眼镜高氧透过率视觉质量更佳适合不规则角膜特殊隐形眼镜散光镜片多焦点镜片美瞳彩色镜片角膜塑形镜0.5D每日矫正度数初期治疗阶段6D最大矫正度数近视矫正上限8-10h夜间配戴时间维持全天效果1.5D散光矫正上限轻中度散光效果好屈光手术LASIK制作角膜瓣激光切削SMILE小切口微创手术PRK去除上皮激光切削第九章：视觉训练专业视觉训练视觉治疗师指导家庭训练日常练习强化效果训练工具特殊设备和软件视觉功能视力、双眼协调、调节弱视屈光不正性斜视性形觉剥夺性混合型弱视定义：最佳矫正视力低于正常关键期：8岁前治疗效果最佳弱视训练方法遮盖疗法遮盖优势眼促进弱视眼使用药物治疗阿托品使优势眼视力模糊光学penalization优势眼处方不足矫正知觉学习特殊视觉刺激训练双眼视功能障碍隐斜视潜在眼位偏斜需融像控制