摘 要：現(xiàn)今中國社會，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、長時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)也會迅速增長，導(dǎo)致大量青少年需頻繁地更換眼鏡。作者設(shè)計的這款變焦眼鏡通過手動改變焦距，并通過簡單的機械裝置來鎖住眼鏡的焦距，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)驗光處方使用此眼鏡。

關(guān)鍵詞：青少年；變焦眼鏡；保護視力；機械裝置

1 研究背景

一般的變焦眼鏡是依據(jù)美國科學(xué)家本杰明·富蘭克林發(fā)明的漸進眼鏡的原理制作而成。這種雙光鏡對于近視眼也有保護視力的效果。但過小的視野讓人們不得不頻繁地移動腦袋，這會讓一些人頭暈眼花甚至頭痛。此外，美國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1，000美元到1，250美元。于是我想通過自己動手，發(fā)明一種適合我國中小學(xué)生佩戴的手動變焦眼鏡。

2 設(shè)計思路及創(chuàng)新點

2.1 設(shè)計思路

隨著年齡的增長，人眼的外層會逐漸失去彈性。此時，人眼不能從遠(yuǎn)端物體向近處物體進行變焦。一種常見的補救方法是佩戴分區(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)近物體之間進行轉(zhuǎn)換時，目光需要在上下鏡片之間移動。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，成為眼鏡市場主流。而現(xiàn)在市場上，變焦眼鏡的價格也很高。因此，我想利用幾何畫板、仿真物理實驗室V3.5軟件進行研究，制作一款造價低廉、簡單易行的手動可調(diào)焦距眼鏡，并在中小學(xué)生群體中進行推廣使用。

2.2 創(chuàng)新點

2.2.1 通過光學(xué)原理實現(xiàn)眼鏡的變焦功能

我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的照相機是通過改變兩個（或多個）透鏡間的距離來實現(xiàn)自動對焦功能。若自制手動調(diào)焦而性能較好的變焦眼鏡，也需通過相同原理實現(xiàn)調(diào)焦功能。

2.2.2 利用機械原理制作手動變焦眼鏡

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

3 研究過程

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

3.1 設(shè)計研究方案與原理

仿照照相機變焦的原理，使用兩個焦距不同的透鏡，通過改變透鏡光心間的距離來改變眼鏡的合焦距。

3.2 設(shè)計控制系統(tǒng)方案階段

經(jīng)過上網(wǎng)學(xué)習(xí)多種不同機械的控制系統(tǒng)以及對于多種眼鏡的實際測量，我設(shè)計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（以下稱為可動鏡片），固定于可動鏡架上。

3.2.2 鏡架基本結(jié)構(gòu)

（1）可動鏡架

可動鏡架只在鏡腿部與普通眼鏡不同?？蓜隅R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3cm的部分沒有鋸齒，這沒有鋸齒的部分是用來增加可動鏡架的穩(wěn)定性的。鏡腿的末端有一個向下突出的部分，用以限制可動鏡架不會從軌道上脫出。鏡腿長度也較短，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，告訴用戶哪個位置對應(yīng)哪個度數(shù)；內(nèi)部中空，可以放置可動鏡架以及控制系統(tǒng)內(nèi)部其他零件。其長度樣式與一般鏡架幾乎相同，其截面會有相應(yīng)擴增。

（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。在外面的一端活動連接小滑塊，在里面的一端活動連接小排鋸齒，杠桿中部有一短軸穿過，軸長僅略大于杠桿寬度。這一小排鋸齒與可動鏡架上的鋸齒為同一規(guī)格。如圖，當(dāng)用戶向下?lián)軇踊瑝K時，這一排鋸齒可以卡入可動鏡架的鋸齒中，達(dá)到抱死可動鏡架、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，并隨可動鏡架一起前后移動。仿照螺旋測微器的原理，用戶可以通過旋轉(zhuǎn)螺絲來調(diào)節(jié)眼鏡的度數(shù)。圖中A桿一端連在可動鏡架上，另一端穿過主體鏡架上的孔，可以自由滑動。A桿上標(biāo)有刻度，用戶可以根據(jù)桿上刻度來調(diào)節(jié)眼鏡度數(shù)。

4 感受及體會

這個變焦眼鏡，是我反復(fù)思考、設(shè)計、計算得出的成果，也是我首次進行的發(fā)明創(chuàng)造。也許我的發(fā)明還有許多待改進的地方，我的敘述語言也可圈可點、稍顯稚嫩，但在我看來，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，就是愛因斯坦、玻爾、海森堡等后人不能望其項背的。這次的發(fā)明，可以說是我把內(nèi)心的愿望與胸中的知識變?yōu)楝F(xiàn)實的一個開端吧。

還有，我意識到，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，與這個人所傾注的心血。意外是會不斷地發(fā)生的，有時是好的，有時是壞的。但我們必須去學(xué)會面對它們、解決它們。也許，這就是追求成功的樂趣所在吧。

參考文獻

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

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