從觸覺方面分析眼鏡鼻托的設(shè)計

郭志峰

關(guān)鍵詞：眼鏡；鼻托；觸覺感知范圍；觸覺敏感度

有一部分中國消費者在配戴歐洲版鏡架時感覺不舒適的原因可能是因為眼鏡過重、鼻托結(jié)構(gòu)和鏡架整體結(jié)構(gòu)受力不合理。因為現(xiàn)有鏡架設(shè)計理論是依據(jù)歐美人的面顱參數(shù)歸納的，而歐美人（圖1）與東亞人（圖2）的鼻型有明顯差異，歐美人的鼻梁處有一明顯的凸起，東亞人則相對平滑，按歐美鏡架理論設(shè)計的鼻托可輕松卡在此處形成支撐點，而東亞人則會因為無鼻托支撐點，鏡架容易下滑。

歐洲曾經(jīng)出現(xiàn)過無鏡腿的眼鏡（圖3），但這種款式在東亞很少見，就是因為東亞人的鼻梁相對平滑，無合適的承力點。此外，歐美人與東亞人在面寬、鏡耳距參數(shù)方面也有統(tǒng)計學(xué)差異，《中國人和西方人的臉型差異》[1]詳細(xì)剖析了中國人與西方人的臉型差異，如面寬，中國人比西方人寬約5mm，鼻梁比西方人寬且平，中國人頭部后端（眼鏡腳套接觸的位置）的距離比西方人窄5mm等。因此，歐美的鏡架設(shè)計理論并不適合東亞人，需在原有基礎(chǔ)上改變鼻托的位置、形狀、角度，調(diào)整鏡架的寬度、鏡腿的拐點，才能設(shè)計出適合東亞人的鏡架，本文試圖通過不同鼻托的配戴感受、觸覺感知范圍、觸覺敏感度和力學(xué)分析來探討鏡架設(shè)計理論的改進方法。

由于眼鏡過重較為直觀，在此不做討論，本文重點探討鼻托結(jié)構(gòu)對舒適度的影響，因為受力面積越大壓強越小，所以傳統(tǒng)設(shè)計理論認(rèn)為擴大鼻托的接觸面積能降低受力點的壓強，增加舒適度，但常規(guī)鼻托的舒適度并不總是高于接觸面積更小的鼻托，產(chǎn)生此種感覺的原因推測如下：常規(guī)鼻托覆蓋的面積大，阻礙人體汗液揮發(fā)，造成粘膩的不良感受；觸覺感知有區(qū)域范圍，接觸范圍大則觸覺感受多，容易給人造成不良的異物感；接觸位置的敏感度有差異。為解析上述三點潛在原因，現(xiàn)通過鼻托舒適度對比測試、觸覺感知范圍測試和觸覺敏感度測試分別進行檢驗。

1 鼻托穩(wěn)定舒適度對比測試

1.1 實驗?zāi)康?/h4>

通過對比常規(guī)鼻托和明灝科技鼻托，檢測配戴的落點，分析舒適度不同的原因。

1.2 實驗步驟

選用兩副同款常規(guī)鏡架，鼻托型式為常規(guī)鼻托（圖4），長寬為13mm×6mm，記為托A，鼻托位間距16mm，另一副鏡架的鼻托為明灝科技公司設(shè)計的MHer鼻托（圖5），長寬為12mm×6.5mm，記為托B，鼻托位間距16mm。

分別將鼻托內(nèi)表面粘上顏料，通過配戴，感受各自的舒適度、穩(wěn)定度，并記錄顏料在鼻梁上留下的痕跡。為保證比對位置偏差和所拍照片的一致性，拍照位置、距離、高度、角度均采用固定位，受試人用臉部專用托具相對固定，并在受試人員的眉心、太陽穴、鼻尖等位置設(shè)置特征點，繪制鼻部曲線，特征點與鼻部曲線均貼合時，認(rèn)為比對合格，由于正前方拍攝時，痕跡投影較小，不利于比對，而正側(cè)方拍攝時眼窩處會被顴骨遮擋，故拍照角度采用側(cè)前方，與正前方成64.3度（圖6），圖7和圖8利用Rhino5.0等比例比對后，發(fā)現(xiàn)圖片貼合度（圖9）符合比對要求，可作為比對依據(jù)。

1.3 實驗結(jié)果分析

利用Rhino5.0縮放到實際尺寸進行比對，圖7為托A所留痕跡，上下最長距離為12.97mm（圖10），托A所留痕跡基于拍照平面面積為70.4mm2，基本全部貼合；圖8為托B所留痕跡，上下最長距離為8.95mm（圖10），托B所留痕跡基于拍照平面面積為28.5mm2，僅有部分貼合。經(jīng)配戴測試，受試人員明顯感覺托B的舒適性和穩(wěn)定性更好，從接觸比對圖可以看出，托B接觸位置比托A的接觸位置在沿托A痕跡豎向軸線上移了3.65mm（圖11），沿豎向軸線垂直方向后移1.06mm（圖12），且接觸面積僅為托A的40%。

為何受試人感覺托B更舒適和穩(wěn)定呢？此時與壓強理論相悖的原因需要用觸覺感知范圍和觸覺敏感度實驗來驗證。

1.4 原因探究

將托A和托B在接觸點進行豎向剖面對比可以看出，托A在向上的方向沒有約束（圖13），在臉部傾斜或向下時鼻托會處于相對自由狀態(tài)，而托B上移了落點，采用貼合曲線適應(yīng)鼻根部曲線（圖14），鼻托剖面曲線上部與鼻根點上部形成約束結(jié)構(gòu)，在臉部傾斜和向下時由鼻根上部做支撐點以滿足穩(wěn)定的要求，取得了良好的穩(wěn)定效果。

1.5 鏡架整體分析

圖15是3種常見的人體姿態(tài)，從左到右分別記為a、b、c。當(dāng)頭部處于a姿態(tài)時，鏡架受兩個豎直向上的支撐力與重力成平衡態(tài)；當(dāng)人90°彎腰到b姿態(tài)時，鏡架重力與耳后的支撐力達(dá)到平衡，又因為人不會長期處于穩(wěn)定的b姿態(tài)，會導(dǎo)致鏡架晃動；人處于c姿態(tài)時，左側(cè)方向沒有約束，鼻托位置會產(chǎn)生相對位移，導(dǎo)致鏡架配戴失穩(wěn)。

托B充分考慮了a、b、c三種姿態(tài)，并依此進行了設(shè)計，故托B在此三種形態(tài)下均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定效果?，F(xiàn)有鏡架設(shè)計理論僅考慮到a姿態(tài)，b、c姿態(tài)則未考慮。

由于人在活動時會產(chǎn)生各個方向的加速度，必然會導(dǎo)致鏡架產(chǎn)生各個方向的運動趨勢，b、c兩種姿態(tài)的鏡架受力趨勢較為普遍，因此，應(yīng)考慮利用鼻根上部到眉骨位置及顳骨與耳根處的凹陷處來約束鏡架在各種狀態(tài)下的位移。

2 觸覺感知范圍實驗

在鼻托對比實驗中，舒適度并不直接表現(xiàn)為壓強大小，由此聯(lián)想到觸覺是否存在感知范圍，在一定范圍內(nèi)無法清晰分辨壓強的大小。

2.1 實驗?zāi)康?/h4>

測試鼻托接觸位置觸覺感知范圍。

2.2 實驗步驟

將圓規(guī)的插鉛換成金屬針，以避免不同材質(zhì)所造成的觸感影響，調(diào)整圓規(guī)兩針距離，同時接觸閉眼的受試人員的鼻部印痕處（圖16位置及附近區(qū)域），讓受試人員憑觸覺說出接觸點是一點還是兩點，直到受試人員準(zhǔn)確說出能感受到兩點接觸，記錄此時圓規(guī)針腳間的距離。

2.3 實驗結(jié)論

受實驗人員操作和器材受限等原因，本實驗存在一定誤差，但從表1所得數(shù)據(jù)可見，數(shù)值區(qū)域關(guān)聯(lián)性接近，有參考價值。從表1可以看出，在一定范圍內(nèi)受試人并不能清晰感受觸點的數(shù)量，往往將多點接觸識別為單點接觸，這表示人的觸覺感知有范圍，并且統(tǒng)計結(jié)果呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，可作為觸覺感知范圍的參考數(shù)據(jù)。

統(tǒng)計結(jié)果表明，鼻托接觸點及附近位置的觸感存在明顯的觸覺感知范圍。在實驗1中，托A所留痕跡上下最長距離為10.2mm，已經(jīng)超出了實驗所測觸覺最大范圍，托B所留痕跡上下最長距離為8.95mm，雖然超出了觸覺感知范圍感受的平均數(shù)，但仍在最大數(shù)據(jù)之內(nèi)，因此，觸覺感知范圍可能是舒適度提高的原因。從觸覺感知范圍測試可以看出，接觸面在增大時，會產(chǎn)生更多的接觸感受。

3 觸覺敏感度測試

在觸覺感知范圍實驗中，能明顯感覺到針刺感受敏感度在各處不一致，特進行此項測試。

3.1 實驗?zāi)康?/h4>

測試圖16所標(biāo)記位置的觸覺敏感度。

3.2 實驗步驟

用圓規(guī)的單針接觸圖16所標(biāo)記處的紅點，目測所接觸點的凹痕深度，待受測人員說出已感受到針刺時停止，并記下此時的凹坑深度，依次由上往下進行測試。

3.3 實驗結(jié)果

此位置的觸覺敏感度由上往下增強，即靠上的位置觸覺敏感度比較低，靠下的位置觸覺敏感度高。

4 結(jié)論

實驗結(jié)果表明，觸覺感受有明顯的感受范圍，較小的鼻托接觸面設(shè)計因為接觸的觸覺感受器少，異物感受也少，因此舒適度要高于傳統(tǒng)鼻托。由于鼻托接觸位置附近的觸覺靈敏度由上往下呈增強趨勢，鼻托接觸點落點設(shè)計比傳統(tǒng)位置高時，能感受到更高的舒適度。

此外，設(shè)計鼻托時加入上弧度貼合設(shè)計，增加鼻根上部到眉骨位置及顳骨與耳根處等位置的凹槽處，有利于共同約束鏡架在各種狀態(tài)下位移的鼻托結(jié)構(gòu)，保證鏡架配戴的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1] 《中國人和西方人的臉型差異》[N].新京報，2011-7（8）.

作者單位：五度睛制（北京）科技有限公司