文/謝小燕
從光學(xué)角度淺析泳鏡的原理
文/謝小燕
游泳是人們最喜愛的體育健身運動之一。游泳者都知道,如果不戴泳鏡,水下的世界就會一片模糊,戴上泳鏡后,一個清晰的水底世界便立刻呈現(xiàn)在眼前。不僅如此,戴泳鏡游泳,還可以避免眼睛與水直接接觸,減少細菌、病毒和水中凈化用化學(xué)物質(zhì)對眼睛的刺激和傷害。因此,泳鏡成為了游泳愛好者基本的、必備的游泳裝備之一。
那么究竟是什么原因讓游泳者在戴泳鏡前后會有如此大的視覺差異?面對種類、材質(zhì)、品牌繁多的泳鏡,如何根據(jù)需要選擇一副適合自己的泳鏡?下面就從光學(xué)的角度來解析泳鏡的原理。
從正面看角膜,略呈橫橢圓形,橫徑約10.5~11mm,垂徑約10.5~11mm,從側(cè)面看,其形狀為一凸凹透鏡,前表面曲率半徑約為7.7mm,后表面曲率半徑約為6.8mm,中心厚度為0.5mm,周邊厚度為1mm,角膜的折射率約為1.376,角膜前面空氣的折射率為1,角膜后的房水折射率為1.336,將上述數(shù)據(jù)代入公式中可計算出角膜的屈光力:
角膜前表面屈光力:
角膜后表面屈光力:
角膜屈光力:F=F1+F2-(d/n)×F1×F2
通過計算可以發(fā)現(xiàn),角膜的屈光力為+43.05D,約占眼球總屈光力的2/3,這是人眼能夠看清外界物體一個非常重要的因素。
但人在水中看物體情況卻發(fā)生了很大的變化,此時眼前的介質(zhì)為水,其折射率為1.336,此時通過計算發(fā)現(xiàn):
角膜前表面屈光力:
角膜后表面屈光力:
角膜屈光力:F=F1+F2-(d/n)×F1×F2
我們在游泳的時候?qū)㈩^埋在水中看物體,雖然只是簡單的眼前的屈光介質(zhì)由折射率為1的空氣變成了折射率為1.336的水,但是角膜的屈光力卻發(fā)生了巨大的變化,從+43.05D變成了-0.68D,喪失了其巨大的屈光作用,此時,眼的屈光力本來由角膜和晶狀體共同完成變成了僅靠晶狀體來完成,形成了高度遠視狀態(tài),所以水下難以看清物體。
但若在眼前加一泳鏡,隔絕眼球與水的直接接觸,角膜前面依然是空氣,其屈光力就不會發(fā)生改變,我們?nèi)阅芮逦辞逅碌氖澜?,由此可見,泳鏡的技術(shù)核心要素就是隔絕水與眼睛的直接接觸。為了隔絕水與眼睛的接觸,泳鏡廠家需要盡量的讓泳鏡符合人體工程學(xué)原理,與人的頭部、面部,特別是眼周的的解剖特點相匹配,最好能夠是無縫對接,東西方人種由于眼窩解剖特點的差異需要選擇不同大小和形狀的泳鏡以適合其不同的面部特點,另外鼻橋和頭帶也需要根據(jù)個人的差異做出微調(diào),不論其采用何種技術(shù)或材料,能夠隔絕水與眼睛的直接接觸才是泳鏡生產(chǎn)技術(shù)的核心目標。
在隔絕了水與眼睛的直接接觸后,更深層次的要求就是光學(xué)性能、妥帖性、舒適性、美觀、視野、運動時流水阻力、特殊的功能性等等,不同品牌、不同廠家也在這些方面針對不同的人群做了多方面的設(shè)計研究和創(chuàng)新,然而,任何一項功能都必須以隔絕水與眼睛的直接接觸即密封作為泳鏡的生產(chǎn)基礎(chǔ),否則都是空中樓閣。
作者單位:常州衛(wèi)生高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校眼視光教研室