歐英雷

（廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動(dòng)化系，廣東廣州510510）

1 問題的引出

近視在世界各國中十分突出，亞洲國家近視發(fā)生率在70%～90%；美國和歐洲近視發(fā)生率在30%～40%，全世界幾乎所有的人群都存在近視.亞洲人比歐洲人更為常見，女人比男人常見，黑人中近視則較為少見.據(jù)中國、美國、澳大利亞合作開展的防治兒童近視研究項(xiàng)目前期調(diào)查顯示，我國人口近視發(fā)生率為33%，全國近視眼人數(shù)已近4億[1]，已經(jīng)達(dá)到世界平均水平22%的1.5倍.我國是世界上近視發(fā)病率最高的國家之一，近視眼人數(shù)世界第一.從安全、簡便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等因素考慮，眼科學(xué)界認(rèn)為對(duì)于多數(shù)人來說，目前矯正近視的首選方法仍然是配戴框架眼鏡.近視與光的折射有關(guān)，與凸透鏡會(huì)聚光有關(guān)，通常晶狀體通過厚薄調(diào)節(jié)，使像落在視網(wǎng)膜上，也就是焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜上.這樣光匯聚到視網(wǎng)膜上容易使視網(wǎng)膜受傷，晶狀體本能保護(hù)眼睛，致使眼睛的壓力太大，負(fù)擔(dān)太大，晶狀體難以控制，時(shí)間一長，容易導(dǎo)致眼睛受損，引發(fā)白內(nèi)障、青光眼和眼盲，會(huì)出現(xiàn)眼痛、角膜水腫、角膜上皮脫落等癥狀[2].特別是對(duì)在烈日下工作的勞動(dòng)者和戶外活動(dòng)者，如騎車、駕車、滑水、滑雪、登山、高爾夫球、游泳、航海、網(wǎng)球和釣魚愛好者等，強(qiáng)烈的陽光對(duì)近視眼睛的傷害是不容忽視的.本文提出了一種防止強(qiáng)光對(duì)視力近視者的眼睛造成影響的方法，這種方法使視力近視者既可以矯正自己的視力，又可以避免強(qiáng)烈光線的照射對(duì)眼睛的傷害.本方法是在近視眼鏡鏡片的內(nèi)側(cè)加上偏振片或?yàn)V光片.改裝后的眼鏡既不影響對(duì)近視者的視力矯正，又可以有效降低強(qiáng)光對(duì)眼睛的強(qiáng)烈照射，保護(hù)了眼睛的安全，提高了視力.下面就從理論和實(shí)驗(yàn)來論證這種方法的可行性.

2 理論依據(jù)

主要從光強(qiáng)的角度來分析，當(dāng)入射光從透鏡上折射出時(shí)，透射光強(qiáng)度發(fā)生了變化.光能量是對(duì)眼睛造成影響的主要因素，其次是紫外光波的成份，散射光波也將造成一定的影響.

2.1 自然光通過近視眼鏡后的光強(qiáng)

光波入射到凹透鏡上折射時(shí)，其透射光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，光強(qiáng)的計(jì)算為

其中：介質(zhì)為非鐵磁性物質(zhì)，μr＝1.因此入射光和透射光的光強(qiáng)分別為

光入射至界面上以后，能量按一定比例分配到反射光和透射光中去，設(shè)分界面的單位面積上入射光能量和透射光能量的時(shí)間平均值的大小分別為J（i）和J（t），則界面上光的透射率T定義為其中：E為入射光電矢量，θ1和θ2分別為光波的入射角和折射角，n1和n2為入射介質(zhì)和折射介質(zhì)的折射率，ε0和μ0均為電容率.

由菲涅耳定律得知，折射光的振幅與入射光的偏振態(tài)有關(guān)，設(shè)折射光透射率的平行分量和垂直分量為T∥和T⊥，α為入射光電矢量E與入射面所成的方位角，和分別為入射光的平行分量和垂直分量在分界面單位面積上光能量時(shí)間平均值的大小.

式中

假設(shè)光由折射率為n1的介質(zhì)垂直入射至折射率為n2的介質(zhì)表面時(shí)，入射面將失去意義，入射光的平行分量和垂直分量將沒有區(qū)別，由菲涅耳公式得出[3]

對(duì)于近視眼鏡的界面產(chǎn)生于空氣（n1＝1）和玻璃（n2＝1.52）之間，由上式可以算出

理論推導(dǎo)充分證明配載近視眼鏡的近視者，不可避免地將受到強(qiáng)烈光線的照射作用，近視眼鏡只能反射約4%的入射光強(qiáng)，而有將近96%的入射光強(qiáng)將直接射入近視者的眼睛.由于視力有障礙的眼睛相對(duì)于健康眼睛的晶狀體，在調(diào)節(jié)光線聚焦方面有缺陷，從而加強(qiáng)了近視眼睛的眼疲勞、眼痛和視力損害.

2.2 自然光通過偏振片后的光強(qiáng)

若在凹透鏡后面加上一片偏振片或?yàn)V光片時(shí)，自然光入射到偏振片或?yàn)V光片上后折射出來的光強(qiáng)度也要發(fā)生變化.自然光由大量振幅相等、初始相位隨機(jī)分布的線偏振光組成，由馬呂斯定律，透射光強(qiáng)是每束線偏振光的光強(qiáng)在偏振片透振方向上的投影分量之和.由理論推導(dǎo)，得出自然光通過偏振片后，透射出來的光強(qiáng)度I為入射光強(qiáng)I0的一半[4]，即，透射光強(qiáng)度只占入射光強(qiáng)度的50%.其他線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光和部分偏振光通過偏振片后，其透射光強(qiáng)均有所折損，其值均在透射光強(qiáng)度的極大值IM和極小值Im之間，即Im＜I＜IM.

2.3 自然光分別通過近視眼鏡和偏振片的光強(qiáng)

自然光入射到近視眼鏡的鏡片上時(shí)，從近視眼鏡鏡片中折射出來的光線，又會(huì)入射到偏振片鏡片或?yàn)V光片上，最后從偏振片或?yàn)V光片中透射出來，再射入人的眼睛中，這部分入射光的光強(qiáng)度是經(jīng)過2次折射以后的結(jié)果[5].已知近視鏡片界面上光的透射率為T，偏振片界面上光的透射率為I′，則入射的自然光通過近視眼鏡和偏振片后，總的透射率M為

通過上面的理論推導(dǎo)得知，入射光波入射到近視眼鏡上，并從偏振片中透射出來時(shí)，其光強(qiáng)度確實(shí)發(fā)生了明顯的變化，其強(qiáng)度只是原來入射光強(qiáng)的47.87%，光強(qiáng)的減弱程度正好符合我們對(duì)降低強(qiáng)光對(duì)視力近視者眼睛影響的要求，使眩眼的強(qiáng)烈光線或紫外線，強(qiáng)度減少了約50%，光線對(duì)視力近視眼睛的傷害已降低到了合理范圍.因此，這套方法具有了理論上的依據(jù)，保證了它的科學(xué)性和實(shí)用性.

3 實(shí)驗(yàn)證明

3.1 偏振片或?yàn)V光片

圖1 濾光偏振片

根據(jù)上述理論推導(dǎo)，設(shè)計(jì)出來的一款濾光偏振片，如圖1所示其形狀和大小完全依據(jù)近視眼鏡的框架尺寸大小來設(shè)計(jì)，材料選型采用符合光學(xué)理論中提出的，折射光強(qiáng)度占入射光強(qiáng)度的百分比例來選擇[6].它不但對(duì)折射光強(qiáng)的大小有要求，在濾除紫外光和散射光方面也要發(fā)揮良好的作用[7].

3.2 安裝與使用

圖2是濾光偏振片未安裝在近視眼鏡框架上時(shí)的情況，圖3是將偏振片或?yàn)V光片放入近視眼鏡鏡片內(nèi)側(cè)的情況，偏振片或?yàn)V光片上具有起固定作用的扣槽，使用該扣槽可以將偏振片或?yàn)V光片緊緊地扣在近視眼鏡的框架上，讓二者緊密的貼在一起，使偏振片或?yàn)V光片和近視眼鏡之間保持穩(wěn)固、可靠的連接結(jié)構(gòu).在強(qiáng)光環(huán)境中將偏振片或?yàn)V光片安裝到近視眼鏡的框架上，光線正常的環(huán)境下將偏振片或?yàn)V光片卸下.

圖2 偏振片和眼鏡

圖3 安裝后的眼鏡

3.3 透射光強(qiáng)的觀測

圖4（a）是未安裝上偏振片或?yàn)V光片時(shí)，直接通過近視眼鏡來觀察強(qiáng)烈太陽光照射時(shí)的情況；圖4（b）是在近視眼鏡框架內(nèi)側(cè)扣夾上偏振片或?yàn)V光片后，通過偏振片和近視眼鏡二者來觀察強(qiáng)烈太陽光線時(shí)的情況.對(duì)二者進(jìn)行比較可看出明顯區(qū)別，圖4（b）所觀測的光強(qiáng)要比圖4（a）減弱了許多.這種方法對(duì)烈日下的太陽光有抑制作用，對(duì)其他類型的強(qiáng)光也有削弱效果.

圖4 未安裝偏振片和安裝偏振的對(duì)比照片

4 結(jié)束語

在近視眼鏡的內(nèi)側(cè)加裝一片偏振片或?yàn)V光片，既可以有效地防止強(qiáng)烈光線對(duì)視力近視者眼睛的傷害作用，又可以不影響其對(duì)近視者視力的矯正效果.同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用上也切實(shí)可行，在重量、結(jié)構(gòu)、操作、保存和美觀等方面，具有其優(yōu)勢.

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