眼睛是定焦頭還是變焦頭

某日，編輯部眾人開完會(huì)后，路過(guò)重慶美女出沒(méi)幾率最高的地點(diǎn)——解放碑廣場(chǎng)，開始了“打望”行動(dòng)。遺憾的是，編輯部除了兩個(gè)美編不用帶眼鏡外，其他人的視力可都不怎么樣，大都需要眼鏡來(lái)幫忙。不過(guò)，地主比較特別，盡管也是近視眼，但是從來(lái)不帶眼鏡，而喜歡用長(zhǎng)焦鏡頭配上單反相機(jī)來(lái)“打望”，時(shí)常說(shuō)自己的眼睛可以變焦。不過(guò)，編輯部里面立馬有人提出了反對(duì)意意——人眼可是定焦的。于是，編輯部?jī)?nèi)部一場(chǎng)激烈的論戰(zhàn)又開始了。

什么是焦點(diǎn)、焦距以及變焦、定焦

要搞清楚這個(gè)問(wèn)題，我們首先要明白變焦和定焦的定義。現(xiàn)在我們開始復(fù)習(xí)。在中學(xué)的物理課上，大家應(yīng)該學(xué)習(xí)過(guò)光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。焦點(diǎn)，在物理學(xué)上指平行光線經(jīng)凹面鏡反射(或凸透鏡折射)后，反射(或折射)光線的相交點(diǎn)叫焦點(diǎn)(F)。根據(jù)透鏡種類、入射光方向和發(fā)散程度，焦點(diǎn)可分成實(shí)焦點(diǎn)、虛焦點(diǎn)、主焦點(diǎn)、副焦點(diǎn)等。

所謂焦距(f)，指從透鏡中心(O)到光聚集之焦點(diǎn)的距離。對(duì)于相機(jī)來(lái)說(shuō)，焦距就是從鏡片中心到底片或CCD這樣的成像平面的距離。

對(duì)于單反相機(jī)的鏡頭來(lái)說(shuō)，分為可以改變焦距的變焦鏡頭(可以將很遠(yuǎn)的物體拉近)和不能改變焦距的定焦鏡頭。當(dāng)然，單反相機(jī)的鏡頭其實(shí)是由多個(gè)透鏡組合而成的。在變焦鏡頭中，不同的鏡頭元件可以前后移動(dòng)，通過(guò)改變特定透鏡之間的距離，就能在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)整個(gè)鏡頭的放大率——焦距。而定焦鏡頭只有一個(gè)固定的焦距，因此它能采用更少的鏡片組以及更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

弄明白了變焦和定焦的區(qū)別，現(xiàn)在新的問(wèn)題來(lái)了：人的眼球到底類似上述哪一種結(jié)構(gòu)呢?它能像單反上的變焦鏡頭一樣調(diào)整自己的焦距嗎?

眼睛的結(jié)構(gòu)

要想解決問(wèn)題，當(dāng)然得從最基礎(chǔ)的知識(shí)說(shuō)起。首當(dāng)其沖的，我們應(yīng)先了解下自己眼球的結(jié)構(gòu)。其實(shí)，我們的眼睛真的很像一部照相機(jī)，具備相機(jī)的很多特征，比如說(shuō)：一個(gè)類似于相機(jī)的光圈的可調(diào)開孔，稱為瞳孔；一套相當(dāng)于相機(jī)鏡頭的晶狀體系統(tǒng)，包括一層透明的覆蓋物(即角膜)以及一個(gè)球形晶狀體；一張可重復(fù)使用的“CCD”，即視網(wǎng)膜；跟相機(jī)的控制電機(jī)作用相同的肌肉組，用來(lái)控制控制開孔的大小、晶狀體系統(tǒng)的形狀和眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)。

對(duì)于人眼來(lái)說(shuō)，它的焦距就是角膜和晶狀體中心到視網(wǎng)膜的成像距離。因此，人眼到底能不能變焦，就取決于角膜和晶狀體的屈光能力(屈光能力的大小由屈光度衡量，屈光度與焦距成反比)能不能在一定幅度內(nèi)進(jìn)行變化。

人是怎樣看見東西的

即使大家知道了眼球各個(gè)部位的名字，但對(duì)于眼球這種復(fù)雜的光電系統(tǒng)，大家知道人是怎么利用眼球看見東西的么?

眼睛跟現(xiàn)在的數(shù)碼相機(jī)一樣，是一個(gè)復(fù)雜的光電系統(tǒng)，相機(jī)最重要的部件是CCD，而人眼最重要的部件則是視網(wǎng)膜。視網(wǎng)膜表面是彎曲的，有視桿感覺(jué)細(xì)胞和視錐感覺(jué)細(xì)胞，它們能將光子轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后傳給大腦，并由大腦解讀。

因此，人的眼睛能看到東西，必須符合3個(gè)要求：圖像必須縮小，才能恰好落在視網(wǎng)膜上；散射光必須匯聚，即對(duì)焦在視網(wǎng)膜表面；圖像必須彎曲，以配合視網(wǎng)膜的曲面。

而光線能否對(duì)焦在視網(wǎng)膜上取決于角膜和晶狀體的形狀。而角膜和晶狀體的形狀又受其固有形狀、伸展性或彈性、眼球的形狀和附著的肌肉控制。因此，人在看東西時(shí)，附著在晶狀體上的肌肉(睫狀肌，位于脈絡(luò)膜的前部)必須拉緊或者放松來(lái)調(diào)節(jié)晶狀體系統(tǒng)的形狀，以使物體對(duì)焦在視網(wǎng)膜上，即使在眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)之時(shí)也如此。這是一個(gè)復(fù)雜的肌肉運(yùn)動(dòng)過(guò)程，由神經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)控制。

因此，人眼如果要變焦，只能依靠眼球中的角膜和晶狀體發(fā)生形變。但人眼不能像鏡頭做得那么大，而且在正常情況下，睫狀肌無(wú)法大幅度地改變晶狀體系統(tǒng)的形狀(眼球的前后徑一般是固定的，即使焦距變了也未必能正常對(duì)焦)來(lái)實(shí)現(xiàn)大幅度變焦的功能。當(dāng)然，凡事總有例外，當(dāng)晶狀體系統(tǒng)發(fā)生病變時(shí)，它的形狀會(huì)發(fā)生較大的改變，屈光能力也會(huì)隨之增強(qiáng)或減弱(焦距縮短或增加)，這就相當(dāng)于“變焦”了——對(duì)，這就是得了近視或遠(yuǎn)視的時(shí)候。不過(guò)，羅馬不是一天建成的，近視也不是一天就能患上的，人眼在極短時(shí)間內(nèi)無(wú)法像相機(jī)鏡頭一樣自由伸縮變焦，得了近視或遠(yuǎn)視之后也沒(méi)法簡(jiǎn)單地變回去，所以結(jié)論應(yīng)該是這樣：從你早上起來(lái)睜開眼睛到晚上回家，這段時(shí)間你的眼睛應(yīng)該算是不具備放大功能的“定焦頭”。可要是你大學(xué)四年老是在床上躺著看書把眼睛從200度看到了500度，那么恭喜你，你有了一對(duì)變焦鏡頭。

人眼“變焦”之謎

近視

遠(yuǎn)處來(lái)的平行光線經(jīng)過(guò)角膜及晶狀體折射對(duì)焦于視網(wǎng)膜之前，造成看遠(yuǎn)處不清，看近物清楚，這種情況就被稱為“近視”。近視了，就得戴眼鏡，不要說(shuō)你不知道近視眼鏡是凹透鏡吧?

就成因而言，近視又可分成三種。第一種是假性近視，是長(zhǎng)時(shí)間看近距離的物體(比如對(duì)著電腦顯示器一連打了72小時(shí)的WOW)，睫狀肌過(guò)度收縮而引起晶狀體變厚，屈光能力隨之增強(qiáng)所造成的短暫性近視。如果你突然哪天發(fā)現(xiàn)自己“不能視物”了，恭喜你，說(shuō)明你得了假性近視并且還有救，這種癥狀可用睫狀肌松弛劑來(lái)治療。第二種是屈折性近視，它的直接成因是角膜(如因角膜病變使角膜弧度變大)或晶狀體(如有白內(nèi)障)的屈光能力變大，使光線對(duì)焦點(diǎn)落于視網(wǎng)膜之前。屈折性近視屬于真性近視，這種情況下要想恢復(fù)視力就得靠戴眼鏡或動(dòng)手術(shù)了。第三種是軸性近視，這就是一般常見的近視，同樣是真性近視，直接的成因是眼球前后徑變長(zhǎng)，光線對(duì)焦干視網(wǎng)膜之前。軸性近視的產(chǎn)生與遺傳及環(huán)境因素都有關(guān)，而長(zhǎng)期的近距離工作(比如編輯)是最為重要的因素。

遠(yuǎn)視

至于“遠(yuǎn)視”的成因，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是由于眼球過(guò)短，或因眼角膜、晶狀體的屈光能力較小，當(dāng)遠(yuǎn)處來(lái)的平行光線經(jīng)角膜及晶狀體折射后，對(duì)焦在視網(wǎng)膜的后面造成看遠(yuǎn)處不清，看近物更不清，這種癥狀就叫做“遠(yuǎn)視”。“遠(yuǎn)視眼”戴的眼鏡是凸透鏡，這也是常識(shí)了。

人眼是怎樣對(duì)焦的?

不管是晶狀體系統(tǒng)病變還是眼軸長(zhǎng)度變化，歸根到底，“人眼昏花”的原因還是由光線無(wú)法在視網(wǎng)膜上正確對(duì)焦所致。所謂的對(duì)焦(focus)，也就是使所有的光線都集中于一點(diǎn)，例如凸透鏡能使平行光線對(duì)焦于透鏡的焦點(diǎn)。對(duì)焦是成像的必要條件，對(duì)焦性能的好壞直接影響像的清晰度。就作用而言，變焦(zoom)是為了改變成像的視角，也就是拉近拉遠(yuǎn)，而對(duì)焦是為了使遠(yuǎn)近不同的物體都能清晰地成像。雖然《Geek》之前已經(jīng)認(rèn)定人眼是“定焦頭”，那么人眼在日常生活中進(jìn)行對(duì)焦時(shí)會(huì)不會(huì)改變焦距呢?首先我們來(lái)復(fù)習(xí)一下透鏡成像公式：

1/焦距=1/像距+1/物距

在物距不同的情況下，有兩種方法可以使該等式成立。一是改變像距，單反相機(jī)的定焦鏡頭和部分手動(dòng)變焦鏡頭就是通過(guò)移動(dòng)鏡頭來(lái)改變像距、實(shí)現(xiàn)對(duì)焦的。拍遠(yuǎn)處的物體就縮小像距，拍近處的物體就增大像距，這種情況下鏡頭的焦距完全不需要改變。第二種方法就是改變焦距，這是具備自動(dòng)對(duì)焦功能的變焦鏡頭常常采用的方法(也就是所謂的內(nèi)對(duì)焦鏡頭)。顯而易見，人眼具備自動(dòng)對(duì)焦功能，而且對(duì)焦速度比單反相機(jī)快得多。此外，前面也說(shuō)過(guò)，光線能否對(duì)焦在視網(wǎng)膜上取決于角膜和晶狀體的形狀(曲率)。具體就是當(dāng)睫狀肌收縮時(shí)，晶狀體受到的拉力減小，并靠自身的彈力變得圓凸，增加了對(duì)光的折射，使眼睛能看清近物；正常眼遠(yuǎn)看時(shí)，睫狀肌放松，晶狀體受到的拉力增加而變得扁平，屈光能力變小。那么，結(jié)論就是：人眼是通過(guò)改變焦距來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)焦的!不過(guò)，人眼的焦距變化范圍十分有限，正常人的像方焦距為23mm，正好可以將無(wú)窮遠(yuǎn)處的物體對(duì)焦：當(dāng)對(duì)焦到250mm的明視距離時(shí)，像方焦距變?yōu)?1mm。折算下來(lái)，相當(dāng)于具有1 19倍的光學(xué)變焦。罷了罷了，還是把你這對(duì)“狗眼”當(dāng)作定焦頭用吧。

Tips：如何檢查視力?

目前，醫(yī)院普遍應(yīng)用的遠(yuǎn)視力表為E形字符的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)視力表，也有采用對(duì)數(shù)視力表。視力表由熒光燈燈箱或充足的自然光照明，光照度需200～500勒(克斯)。病人到視力表的距離為5米，為節(jié)約場(chǎng)地和檢查的方便，可在2.5米處置一平面反光鏡反射視力表，這樣，病人距平面鏡僅2.5米，即可獲得5米檢查距離的效果。檢查時(shí)，雙眼須分別單獨(dú)進(jìn)行，先右后左是眼科檢查的常規(guī)。檢查右眼時(shí)，切實(shí)遮蓋左眼，自最上面的第一個(gè)大視標(biāo)開始，向下依次進(jìn)行，如能夠辨認(rèn)出第一個(gè)大的字符的開口方向，為0.1，然后逐行向下辨認(rèn)，若至第七行時(shí)不能辨出開口方向，則視力為0.6，若第七行只能辨認(rèn)出其中的兩個(gè)，記為0.7+2，正常視力為1.0或以上，這已為人所共知。此外，戴鏡者除了上述的不戴鏡時(shí)所查的裸眼視力外，還應(yīng)戴上眼鏡進(jìn)行檢查，此為戴鏡眼力，亦稱矯正視力。裸眼及戴鏡視力要分別予以記錄。