现在近视的小朋友们很多,所以很多人都有配眼镜的经验。去配眼镜的时候,验光的医生拿一束光照一下眼睛,再比较一下几个镜片,就可以得到近视或远视的度数了。不管是不识字的小孩,还是年纪很大的老头老太,甚至不会说话的动物,都是这么验光的。医生们是怎么做到的?
验光的方法,叫做视网膜检影(retinoscopy),要取得的数据,就是你眼球里晶状体弯曲光线的程度——屈光度(屈光度等于焦距的倒数)。用来做视网膜检影的仪器本质上就是一个会发光的镜子。它的内部基本构造是这样的——验光医生可以通过视网膜检影仪的小洞观察小朋友的眼睛。
实际上医生看的是光照射到你的视网膜上后反射回来的红色光斑,也就是视网膜红反射(red-reflex)的形状和移动规律。这个光斑是红色的,因为你的视网膜上布满了血管,它和照相机拍到的红眼是相同的原理。
咱们知道,晶状体就像一个凸透镜,可以聚光。对于既不近视,也不远视的人来说,这个焦点的位置,恰好就在视网膜上,视网膜上密布着接受光的细胞,所以视力正常的人看到的图像非常清晰。近视眼的人呢,焦点落在视网膜前面,远视眼的焦点落在视网膜后面,所以这两类人看东西都看不太清楚。
如果在晶状体前面加一个镜片,就像给晶状体加一个假肢一样,这样平行光就会聚到视网膜上,那么你就能看得清远处的东西了。不过要这么干,就需要知道你的晶状体的屈光度。这里就要强势插入傅科刀口检验法(foucault knife-edge test)了。
傅科刀口检验法是法国物理学家莱昂·傅科(Léon Foucault)在1858年发明的。它的原理是酱紫的。如果你用一把刀,夸叉砍在光会聚之前,那么随着傅红雪的刀,哦不傅科刀的移动,你看到的光斑应该是逆向躲开的对吧。同理,如果傅科刀劈在光线越过了焦点之后,此时光线已经发散,那么你看到的光斑应该是顺着傅科刀一起走的。当然平行光也是。
如果傅科刀正好劈在焦点上,那么你就会看到一片漆黑,这时候只要傅科刀稍微动一动,你就会看到画面中 chua 突然出现了一个光斑。Emmm,也就是说,我只要搞一把傅科刀来移动一下,不就可以判断你的眼睛射出来的光究竟是平行的,发散的,会聚的,以及是不是会聚在焦点上了吗?换句话说,我不是可以判断你是近视还是远视了吗?
这好办,我再给你搞一块镜片,调整你的四眼整体屈光度,让你的眼睛反射出来的光线正好会聚到傅科刀这里,那么我就可以得到下面这样一个光路。有了这个光路,那么我不就可以根据最基本的光学成像原理算出你的晶状体+镜片的屈光度数了吗?
视网膜检影技术是在1872年由一个叫 Ferdinand Cuignet 的法国军医发明的。这147年来,多少小朋友再也没有借口因为看不清字而不用做作业了。