基本光學系統眼科光學儀器種類繁多，按臨床作用分成測量設備、診斷檢查設備、手術治療設備和綜合設備。測量設備有屈光測量和眼參數測量；診斷檢查設備有眼前節和眼后節診斷檢查，即從眼外到眼內直到眼底。手術治療設備有屈光手術和眼疾病手術等。

　　因此儀器的光學應用原理不同，測量類的應用有采用光學成像法或光學折、反射法等；手術類的有采用光學輻射機理的和瞬態光能引發的物理反應等；成像類的光學成像原理也可歸納兩類：第一類為直接光學成像原理，第二類為非直接光學成像原理。

　　直接光學成像原理包括望遠系統，如眼底照相機、間接檢眼鏡等；顯微系統，如手術顯微鏡、裂隙燈顯微鏡等。非直接成像原理是基于光學測量數據的圖像重建，常規方法是光學相干斷層成像技術OCT等。下面主要介紹成像類的原理。

　　望遠系統望遠系統是幫助人眼對遠距圖像進行觀察或成像的光學系統。遠處物體對人眼的視角極小，由于人眼受椎細胞密度所限，分辨率不佳。望遠系統通過光學系統的角放大作用提高了人眼對物體的觀察視角，以提高分辨率。

　　一個伽利略式目視望遠系統，由正、負片構成正像，其他形式還有開普勒式。常規望遠系統由兩組光學系統組成，其中向著物體的系統稱物鏡，人眼觀察的系統稱目鏡。當用在觀看無限遠的物體時，物鏡的第二焦點與目鏡的第一焦點重合，即兩個系統的光學間隔為零，構成了無焦系統。望遠系統是平行光傳遞系統，成像原理很簡單：無窮遠的物方光線經物鏡后，在目鏡焦面聚焦形成一個像（中間像），再通過目鏡后平行光輸出，最后由眼睛接收。由于物鏡焦距fo大于目鏡焦距fe，其物方視角通過目鏡后放大為。因此望遠系統的視角放大率可如下計算：Tan/Tan，或：fo/fe（1）常規望遠鏡系統的入瞳一般與物鏡重合，然而，用于眼科設備的望遠鏡系統應盡可能設計成入瞳外移形式，使入瞳與眼瞳孔重合，這樣光能才能有效的進出眼睛。

　　顯微系統為了微小物體的細節觀察，我們必須提高視角，以達到所需的分辨能力。由于人眼的調節有限，靠移近物體來提高視角是有限的，因此常規的方法是借助于光學系統的視角放大功能。顯微鏡的目的就是完成這種功能而設計的，其常規結構如。

　　圖中的物鏡系統和目鏡系統組成了顯微系統的基本模式，有限距物A通過物鏡成像于目鏡的焦平面為A，由目鏡傳遞至觀察者。該系統的視角放大率可如下計算：=e，或：250/f（2）式中：是物鏡的垂軸放大率，A/A；e是目鏡的視角放大率；f是物鏡與目鏡的合焦距，f=fofe/，其中為為光學間隔。

　　視角放大率的常規公式如下：e=250/fe（3）視角放大率是以目鏡對像的觀察視角的正切值與裸視時以250mm作為明視距對應的視角的正切值的比值，這是基本定義。

　　眼科顯微鏡系統中，現在技術的發展已出現實物觀察距自動跟蹤的可變工作距的手術顯微鏡，如頭戴式手術顯微鏡，對于這種系統，實際應用的視角放大率應是：以目鏡對像的觀察視角的正切值除以物鏡對物視角的正切值，因此上述公式可變形為：e=L/fe（4）式中：L是物鏡到物體的距離。

　　顯微鏡系統除了放大率之外，還有一個關鍵指標數值孔徑NA，該指標直接涉及分辨率和有效光能的大小。分辨距的理論公式按瑞利判定原則如下：P=061/NA（5）點物的有效光能的計算公式如下：=Id=2%I1-NA2（6）式中：I是物點的發光強度；d是物點所張的單位立體角。

　　理想的顯微系統是有合適的數值孔徑以及分辨率匹配的放大率，所謂合適的數值孔徑，除保證所需的分辨率外，還要考慮景深的因素，這是眼科用的顯微系統特別要注意的。過大的數值孔徑會帶來極小的景深。

　　客觀測量式的主流方式有兩種：第一種是Goldman陣列微鏡法，該方法是用一束激光照射至眼底，利用眼底視網膜的漫射特性，類似于在眼底安置了一個點光源，點光源發出的散射光線經眼系統后射出，通過陣列微鏡系統，在CCD像面上形成各陣列微鏡的對應的像點，各像點與各微鏡軸上像點的偏移可通過極距和極角的測量獲得，從而得到了對應眼前波面的偏差。第二種是掃描成像測量法，一束平行于視軸的激光按坐標對位掃描，測量該光束眼底的像點，計算該像點與視軸中心產生的極距和極角得到偏移，從而可換算至眼前波面的偏差。為了分析波前像差所產生的現象，目前的方法是利用Zernik函數方法，各點的波像差擬合構成Zernik系數。該系數呈金字塔形排列，分為8階，分別代表像差的低級和高級像差，所表征的像差有球差、慧差、像散等，對應于不同的像差的影響結果。Zernik函數的方法利于醫生對眼像差的現象分類。

　　客觀測量的兩種方法各有優缺點，微鏡方法可使測量同步，減少了掃描式的眼抖動等誤差，缺陷是，微鏡的密度將影響測量的范圍，從而取樣點少，測量的準確度受限。另外進入眼底的光功率較大，光輻射危害的風險大。掃描法理論上可得到足夠密度的取樣點，并且不受局部像差過大所限，精度較高，然而掃描時間內的眼波動影響限制了該儀器的準確度，另外光能量的積累也是必須考慮的安全因素。

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