从光学角度浅析泳镜的原理

文/谢小燕

从光学角度浅析泳镜的原理

文/谢小燕

游泳是人们最喜爱的体育健身运动之一。游泳者都知道，如果不戴泳镜，水下的世界就会一片模糊，戴上泳镜后，一个清晰的水底世界便立刻呈现在眼前。不仅如此，戴泳镜游泳，还可以避免眼睛与水直接接触，减少细菌、病毒和水中净化用化学物质对眼睛的刺激和伤害。因此，泳镜成为了游泳爱好者基本的、必备的游泳装备之一。

那么究竟是什么原因让游泳者在戴泳镜前后会有如此大的视觉差异？面对种类、材质、品牌繁多的泳镜，如何根据需要选择一副适合自己的泳镜？下面就从光学的角度来解析泳镜的原理。

从正面看角膜，略呈横椭圆形，横径约10.5～11mm，垂径约10.5～11mm，从侧面看，其形状为一凸凹透镜，前表面曲率半径约为7.7mm，后表面曲率半径约为6.8mm，中心厚度为0.5mm，周边厚度为1mm，角膜的折射率约为1.376，角膜前面空气的折射率为1，角膜后的房水折射率为1.336，将上述数据代入公式中可计算出角膜的屈光力：

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

通过计算可以发现，角膜的屈光力为+43.05D，约占眼球总屈光力的2/3，这是人眼能够看清外界物体一个非常重要的因素。

但人在水中看物体情况却发生了很大的变化，此时眼前的介质为水，其折射率为1.336，此时通过计算发现：

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

我们在游泳的时候将头埋在水中看物体，虽然只是简单的眼前的屈光介质由折射率为1的空气变成了折射率为1.336的水，但是角膜的屈光力却发生了巨大的变化，从+43.05D变成了-0.68D，丧失了其巨大的屈光作用，此时，眼的屈光力本来由角膜和晶状体共同完成变成了仅靠晶状体来完成，形成了高度远视状态，所以水下难以看清物体。

但若在眼前加一泳镜，隔绝眼球与水的直接接触，角膜前面依然是空气，其屈光力就不会发生改变，我们仍能清晰看清水下的世界，由此可见，泳镜的技术核心要素就是隔绝水与眼睛的直接接触。为了隔绝水与眼睛的接触，泳镜厂家需要尽量的让泳镜符合人体工程学原理，与人的头部、面部，特别是眼周的的解剖特点相匹配，最好能够是无缝对接，东西方人种由于眼窝解剖特点的差异需要选择不同大小和形状的泳镜以适合其不同的面部特点，另外鼻桥和头带也需要根据个人的差异做出微调，不论其采用何种技术或材料，能够隔绝水与眼睛的直接接触才是泳镜生产技术的核心目标。

在隔绝了水与眼睛的直接接触后，更深层次的要求就是光学性能、妥帖性、舒适性、美观、视野、运动时流水阻力、特殊的功能性等等，不同品牌、不同厂家也在这些方面针对不同的人群做了多方面的设计研究和创新，然而，任何一项功能都必须以隔绝水与眼睛的直接接触即密封作为泳镜的生产基础，否则都是空中楼阁。

作者单位：常州卫生高等职业技术学校眼视光教研室