從光學(xué)角度淺析泳鏡的原理

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(yùn)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(xì)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(yuǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，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(biāo)。

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(yùn)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(xiàng)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