適于青少年群體使用的手動變焦眼鏡研制

摘 要：現今中國社會，學生的眼部病變已經成為了一種流行病，這多是由眼鏡度數不合適、長時間在近處閱讀書籍所造成的。青少年的身體正處于快速發育期，其眼睛度數也會迅速增長，導致大量青少年需頻繁地更換眼鏡。作者設計的這款變焦眼鏡通過手動改變焦距，并通過簡單的機械裝置來鎖住眼鏡的焦距，而且其變焦范圍較廣，又有三種不同的鏡片搭配，適于各種遠視、近視人群。使用者只需要調整鏡架上的螺絲，就可以輕松地、自由地改變眼鏡焦距。而在其他方面與普通眼鏡也沒有太大不同。用戶完全可以自己根據驗光處方使用此眼鏡。

關鍵詞：青少年；變焦眼鏡；保護視力；機械裝置

1 研究背景

一般的變焦眼鏡是依據美國科學家本杰明·富蘭克林發明的漸進眼鏡的原理制作而成。這種雙光鏡對于近視眼也有保護視力的效果。但過小的視野讓人們不得不頻繁地移動腦袋，這會讓一些人頭暈眼花甚至頭痛。此外，美國公司研制的漸變焦眼鏡[6]、電子變焦眼鏡[7]、數字變焦[8]等鏡智能變焦眼鏡的成本太昂貴，一幅眼鏡售價1，000美元到1，250美元。于是我想通過自己動手，發明一種適合我國中小學生佩戴的手動變焦眼鏡。

2 設計思路及創新點

2.1 設計思路

隨著年齡的增長，人眼的外層會逐漸失去彈性。此時，人眼不能從遠端物體向近處物體進行變焦。一種常見的補救方法是佩戴分區雙光眼鏡。使用者可以從這種鏡片的上部看遠處，從下部看近處，但在遠近物體之間進行轉換時，目光需要在上下鏡片之間移動。雙光眼鏡的視野有限，使用者如果想看到附近物體，便需要向下看，在某些情況下，這可能還會引起眩暈和不適感。變焦眼鏡最終將取代這些傳統的雙光眼鏡，成為眼鏡市場主流。而現在市場上，變焦眼鏡的價格也很高。因此，我想利用幾何畫板、仿真物理實驗室V3.5軟件進行研究，制作一款造價低廉、簡單易行的手動可調焦距眼鏡，并在中小學生群體中進行推廣使用。

2.2 創新點

2.2.1 通過光學原理實現眼鏡的變焦功能

我們日常生活中經常使用的照相機是通過改變兩個（或多個）透鏡間的距離來實現自動對焦功能。若自制手動調焦而性能較好的變焦眼鏡，也需通過相同原理實現調焦功能。

2.2.2 利用機械原理制作手動變焦眼鏡

仿照螺旋測微器的原理，用戶可以通過旋轉螺絲來調節眼鏡的度數。圖中A桿一端連在可動鏡架上，另一端穿過主體鏡架上的孔，可以自由滑動。A桿上標有刻度，用戶可以根據桿上刻度來調節眼鏡度數。

3 研究過程

有了制作變焦眼鏡的想法，我經歷了確定研究方向、設計研究方案，學習相應光學知識、變焦眼鏡理論參數階段、設計控制系統方案階段、確定透鏡焦距，設計鏡架等豐富充實的過程。

3.1 設計研究方案與原理

仿照照相機變焦的原理，使用兩個焦距不同的透鏡，通過改變透鏡光心間的距離來改變眼鏡的合焦距。

3.2 設計控制系統方案階段

經過上網學習多種不同機械的控制系統以及對于多種眼鏡的實際測量，我設計出了如下的控制眼鏡合焦距（度數）的方案：

3.2.1 鏡片安置

兩個鏡片一前一后：離眼睛較近的鏡片為凹透鏡（以下稱為固定鏡片），其相對于眼睛位置是固定的，并安裝在主體鏡架上；離眼睛較遠的透鏡為凸透鏡（以下稱為可動鏡片），固定于可動鏡架上。

3.2.2 鏡架基本結構

（1）可動鏡架

可動鏡架只在鏡腿部與普通眼鏡不同。可動鏡架的鏡腿一側帶有密集的小鋸齒，可與齒輪咬合。鏡腿的后部有長3cm的部分沒有鋸齒，這沒有鋸齒的部分是用來增加可動鏡架的穩定性的。鏡腿的末端有一個向下突出的部分，用以限制可動鏡架不會從軌道上脫出。鏡腿長度也較短，只有9cm，較一般眼鏡減短了（6±1）cm（依據不同品牌、不同型號的眼鏡架而不同）。

（2）主體鏡架

固定鏡架與普通鏡架的區別也在于鏡腿上，頂部有滑軌，用于放置滑塊，滑軌上標明刻度，告訴用戶哪個位置對應哪個度數；內部中空，可以放置可動鏡架以及控制系統內部其他零件。其長度樣式與一般鏡架幾乎相同，其截面會有相應擴增。

（3）抱死裝置

抱死裝置由一小排鋸齒、小杠桿、小滑塊組成。小杠桿安裝在主體鏡架的鏡腿前端，一端在主體鏡架外側，另一端則伸入主體鏡架內部。在外面的一端活動連接小滑塊，在里面的一端活動連接小排鋸齒，杠桿中部有一短軸穿過，軸長僅略大于杠桿寬度。這一小排鋸齒與可動鏡架上的鋸齒為同一規格。如圖，當用戶向下撥動滑塊時，這一排鋸齒可以卡入可動鏡架的鋸齒中，達到抱死可動鏡架、固定眼鏡焦距的目的。

3.2.3 決定方案

此方案中的可動鏡架沒有鏡腿，其鏡框的一側開有孔洞，其中套有螺絲，可以自由轉動，并隨可動鏡架一起前后移動。仿照螺旋測微器的原理，用戶可以通過旋轉螺絲來調節眼鏡的度數。圖中A桿一端連在可動鏡架上，另一端穿過主體鏡架上的孔，可以自由滑動。A桿上標有刻度，用戶可以根據桿上刻度來調節眼鏡度數。

4 感受及體會

這個變焦眼鏡，是我反復思考、設計、計算得出的成果，也是我首次進行的發明創造。也許我的發明還有許多待改進的地方，我的敘述語言也可圈可點、稍顯稚嫩，但在我看來，這次的發明應該是最有意義的。就像艾薩克·牛頓先生創立近代力學一樣，雖然其理論大多也已被證明“不正確”，但他卻是使科學脫離了附庸、婢女的身份的第一人，單憑這一點，就是愛因斯坦、玻爾、海森堡等后人不能望其項背的。這次的發明，可以說是我把內心的愿望與胸中的知識變為現實的一個開端吧。

還有，我意識到，想做成任何一件事，前方都不是一帆風順、一馬平川的，其中必定夾雜著汗水、淚水，與這個人所傾注的心血。意外是會不斷地發生的，有時是好的，有時是壞的。但我們必須去學會面對它們、解決它們。也許，這就是追求成功的樂趣所在吧。

參考文獻

[1]李麗華.青少年配戴漸進多焦點眼鏡其近視變化的研究[J].中國眼鏡科技雜志，2004（1）.

[2]宋勝仿，李華.近視流行病學調查研究進展[J].國際眼科雜志，2011（3）.