摘 要：現(xiàn)今中國(guó)社會(huì)，學(xué)生的眼部病變已經(jīng)成為了一種流行病，這多是由眼鏡度數(shù)不合適、長(zhǎng)時(shí)間在近處閱讀書籍所造成的。青少年的身體正處于快速發(fā)育期，其眼睛度數(shù)也會(huì)迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致大量青少年需頻繁地更換眼鏡。作者設(shè)計(jì)的這款變焦眼鏡通過(guò)手動(dòng)改變焦距，并通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置來(lái)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(yuǎn)視、近視人群。使用者只需要調(diào)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(jù)驗(yàn)光處方使用此眼鏡。

關(guān)鍵詞：青少年；變焦眼鏡；保護(hù)視力；機(jī)械裝置

1 研究背景

一般的變焦眼鏡是依據(jù)美國(guó)科學(xué)家本杰明·富蘭克林發(fā)明的漸進(jìn)眼鏡的原理制作而成。這種雙光鏡對(duì)于近視眼也有保護(hù)視力的效果。但過(guò)小的視野讓人們不得不頻繁地移動(dòng)腦袋，這會(huì)讓一些人頭暈眼花甚至頭痛。此外，美國(guó)公司研制的漸變焦眼鏡[6]、電子變焦眼鏡[7]、數(shù)字變焦[8]等鏡智能變焦眼鏡的成本太昂貴，一幅眼鏡售價(jià)1，000美元到1，250美元。于是我想通過(guò)自己動(dòng)手，發(fā)明一種適合我國(guó)中小學(xué)生佩戴的手動(dòng)變焦眼鏡。

2 設(shè)計(jì)思路及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)思路

隨著年齡的增長(zhǎng)，人眼的外層會(huì)逐漸失去彈性。此時(shí)，人眼不能從遠(yuǎn)端物體向近處物體進(jìn)行變焦。一種常見的補(bǔ)救方法是佩戴分區(qū)雙光眼鏡。使用者可以從這種鏡片的上部看遠(yuǎn)處，從下部看近處，但在遠(yuǎn)近物體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，目光需要在上下鏡片之間移動(dòng)。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(huì)引起眩暈和不適感。變焦眼鏡最終將取代這些傳統(tǒng)的雙光眼鏡，成為眼鏡市場(chǎng)主流。而現(xiàn)在市場(chǎng)上，變焦眼鏡的價(jià)格也很高。因此，我想利用幾何畫板、仿真物理實(shí)驗(yàn)室V3.5軟件進(jìn)行研究，制作一款造價(jià)低廉、簡(jiǎn)單易行的手動(dòng)可調(diào)焦距眼鏡，并在中小學(xué)生群體中進(jìn)行推廣使用。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

2.2.1 通過(guò)光學(xué)原理實(shí)現(xiàn)眼鏡的變焦功能

我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的照相機(jī)是通過(guò)改變兩個(gè)（或多個(gè)）透鏡間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦功能。若自制手動(dòng)調(diào)焦而性能較好的變焦眼鏡，也需通過(guò)相同原理實(shí)現(xiàn)調(diào)焦功能。

2.2.2 利用機(jī)械原理制作手動(dòng)變焦眼鏡

仿照螺旋測(cè)微器的原理，用戶可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺絲來(lái)調(diào)節(jié)眼鏡的度數(shù)。圖中A桿一端連在可動(dòng)鏡架上，另一端穿過(guò)主體鏡架上的孔，可以自由滑動(dòng)。A桿上標(biāo)有刻度，用戶可以根據(jù)桿上刻度來(lái)調(diào)節(jié)眼鏡度數(shù)。

3 研究過(guò)程

有了制作變焦眼鏡的想法，我經(jīng)歷了確定研究方向、設(shè)計(jì)研究方案，學(xué)習(xí)相應(yīng)光學(xué)知識(shí)、變焦眼鏡理論參數(shù)階段、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)方案階段、確定透鏡焦距，設(shè)計(jì)鏡架等豐富充實(shí)的過(guò)程。

3.1 設(shè)計(jì)研究方案與原理

仿照照相機(jī)變焦的原理，使用兩個(gè)焦距不同的透鏡，通過(guò)改變透鏡光心間的距離來(lái)改變眼鏡的合焦距。

3.2 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)方案階段

經(jīng)過(guò)上網(wǎng)學(xué)習(xí)多種不同機(jī)械的控制系統(tǒng)以及對(duì)于多種眼鏡的實(shí)際測(cè)量，我設(shè)計(jì)出了如下的控制眼鏡合焦距（度數(shù)）的方案：

3.2.1 鏡片安置

兩個(gè)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(duì)于眼睛位置是固定的，并安裝在主體鏡架上；離眼睛較遠(yuǎn)的透鏡為凸透鏡（以下稱為可動(dòng)鏡片），固定于可動(dòng)鏡架上。

3.2.2 鏡架基本結(jié)構(gòu)

（1）可動(dòng)鏡架

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

（2）主體鏡架

固定鏡架與普通鏡架的區(qū)別也在于鏡腿上，頂部有滑軌，用于放置滑塊，滑軌上標(biāo)明刻度，告訴用戶哪個(gè)位置對(duì)應(yīng)哪個(gè)度數(shù)；內(nèi)部中空，可以放置可動(dòng)鏡架以及控制系統(tǒng)內(nèi)部其他零件。其長(zhǎng)度樣式與一般鏡架幾乎相同，其截面會(huì)有相應(yīng)擴(kuò)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(cè)，另一端則伸入主體鏡架內(nèi)部。在外面的一端活動(dòng)連接小滑塊，在里面的一端活動(dòng)連接小排鋸齒，杠桿中部有一短軸穿過(guò)，軸長(zhǎng)僅略大于杠桿寬度。這一小排鋸齒與可動(dòng)鏡架上的鋸齒為同一規(guī)格。如圖，當(dāng)用戶向下?lián)軇?dòng)滑塊時(shí)，這一排鋸齒可以卡入可動(dòng)鏡架的鋸齒中，達(dá)到抱死可動(dòng)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(dòng)鏡架沒有鏡腿，其鏡框的一側(cè)開有孔洞，其中套有螺絲，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并隨可動(dòng)鏡架一起前后移動(dòng)。仿照螺旋測(cè)微器的原理，用戶可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺絲來(lái)調(diào)節(jié)眼鏡的度數(shù)。圖中A桿一端連在可動(dòng)鏡架上，另一端穿過(guò)主體鏡架上的孔，可以自由滑動(dòng)。A桿上標(biāo)有刻度，用戶可以根據(jù)桿上刻度來(lái)調(diào)節(jié)眼鏡度數(shù)。

4 感受及體會(huì)

這個(gè)變焦眼鏡，是我反復(fù)思考、設(shè)計(jì)、計(jì)算得出的成果，也是我首次進(jìn)行的發(fā)明創(chuàng)造。也許我的發(fā)明還有許多待改進(jìn)的地方，我的敘述語(yǔ)言也可圈可點(diǎn)、稍顯稚嫩，但在我看來(lái)，這次的發(fā)明應(yīng)該是最有意義的。就像艾薩克·牛頓先生創(chuàng)立近代力學(xué)一樣，雖然其理論大多也已被證明“不正確”，但他卻是使科學(xué)脫離了附庸、婢女的身份的第一人，單憑這一點(diǎn)，就是愛因斯坦、玻爾、海森堡等后人不能望其項(xiàng)背的。這次的發(fā)明，可以說(shuō)是我把內(nèi)心的愿望與胸中的知識(shí)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的一個(gè)開端吧。

還有，我意識(shí)到，想做成任何一件事，前方都不是一帆風(fēng)順、一馬平川的，其中必定夾雜著汗水、淚水，與這個(gè)人所傾注的心血。意外是會(huì)不斷地發(fā)生的，有時(shí)是好的，有時(shí)是壞的。但我們必須去學(xué)會(huì)面對(duì)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(xiàn)

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

[2]宋勝仿，李華.近視流行病學(xué)調(diào)查研究進(jìn)展[J].國(guó)際眼科雜志，2011（3）.