从触觉方面分析眼镜鼻托的设计

2024-06-03郭志峰

中国眼镜科技 2024年3期

关键词：眼镜

郭志峰

关键词：眼镜；鼻托；触觉感知范围；触觉敏感度

有一部分中国消费者在配戴欧洲版镜架时感觉不舒适的原因可能是因为眼镜过重、鼻托结构和镜架整体结构受力不合理。因为现有镜架设计理论是依据欧美人的面颅参数归纳的，而欧美人（图1）与东亚人（图2）的鼻型有明显差异，欧美人的鼻梁处有一明显的凸起，东亚人则相对平滑，按欧美镜架理论设计的鼻托可轻松卡在此处形成支撑点，而东亚人则会因为无鼻托支撑点，镜架容易下滑。

欧洲曾经出现过无镜腿的眼镜（图3），但这种款式在东亚很少见，就是因为东亚人的鼻梁相对平滑，无合适的承力点。此外，欧美人与东亚人在面宽、镜耳距参数方面也有统计学差异，《中国人和西方人的脸型差异》[1]详细剖析了中国人与西方人的脸型差异，如面宽，中国人比西方人宽约5mm，鼻梁比西方人宽且平，中国人头部后端（眼镜脚套接触的位置）的距离比西方人窄5mm等。因此，欧美的镜架设计理论并不适合东亚人，需在原有基础上改变鼻托的位置、形状、角度，调整镜架的宽度、镜腿的拐点，才能设计出适合东亚人的镜架，本文试图通过不同鼻托的配戴感受、触觉感知范围、触觉敏感度和力学分析来探讨镜架设计理论的改进方法。

由于眼镜过重较为直观，在此不做讨论，本文重点探讨鼻托结构对舒适度的影响，因为受力面积越大压强越小，所以传统设计理论认为扩大鼻托的接触面积能降低受力点的压强，增加舒适度，但常规鼻托的舒适度并不总是高于接触面积更小的鼻托，产生此种感觉的原因推测如下：常规鼻托覆盖的面积大，阻碍人体汗液挥发，造成粘腻的不良感受；触觉感知有区域范围，接触范围大则触觉感受多，容易给人造成不良的异物感；接触位置的敏感度有差异。为解析上述三点潜在原因，现通过鼻托舒适度对比测试、触觉感知范围测试和触觉敏感度测试分别进行检验。

1 鼻托稳定舒适度对比测试

1.1 实验目的

通过对比常规鼻托和明灏科技鼻托，检测配戴的落点，分析舒适度不同的原因。

1.2 实验步骤

选用两副同款常规镜架，鼻托型式为常规鼻托（图4），长宽为13mm×6mm，记为托A，鼻托位间距16mm，另一副镜架的鼻托为明灏科技公司设计的MHer鼻托（图5），长宽为12mm×6.5mm，记为托B，鼻托位间距16mm。

分别将鼻托内表面粘上颜料，通过配戴，感受各自的舒适度、稳定度，并记录颜料在鼻梁上留下的痕迹。为保证比对位置偏差和所拍照片的一致性，拍照位置、距离、高度、角度均采用固定位，受试人用脸部专用托具相对固定，并在受试人员的眉心、太阳穴、鼻尖等位置设置特征点，绘制鼻部曲线，特征点与鼻部曲线均贴合时，认为比对合格，由于正前方拍摄时，痕迹投影较小，不利于比对，而正侧方拍摄时眼窝处会被颧骨遮挡，故拍照角度采用侧前方，与正前方成64.3度（图6），图7和图8利用Rhino5.0等比例比对后，发现图片贴合度（图9）符合比对要求，可作为比对依据。

1.3 实验结果分析

利用Rhino5.0缩放到实际尺寸进行比对，图7为托A所留痕迹，上下最长距离为12.97mm（图10），托A所留痕迹基于拍照平面面积为70.4mm2，基本全部贴合；图8为托B所留痕迹，上下最长距离为8.95mm（图10），托B所留痕迹基于拍照平面面积为28.5mm2，仅有部分贴合。经配戴测试，受试人员明显感觉托B的舒适性和稳定性更好，从接触比对图可以看出，托B接触位置比托A的接触位置在沿托A痕迹竖向轴线上移了3.65mm（图11），沿竖向轴线垂直方向后移1.06mm（图12），且接触面积仅为托A的40%。

为何受试人感觉托B更舒适和稳定呢？此时与压强理论相悖的原因需要用触觉感知范围和触觉敏感度实验来验证。

1.4 原因探究

将托A和托B在接触点进行竖向剖面對比可以看出，托A在向上的方向没有约束（图13），在脸部倾斜或向下时鼻托会处于相对自由状态，而托B上移了落点，采用贴合曲线适应鼻根部曲线（图14），鼻托剖面曲线上部与鼻根点上部形成约束结构，在脸部倾斜和向下时由鼻根上部做支撑点以满足稳定的要求，取得了良好的稳定效果。

1.5 镜架整体分析

图15是3种常见的人体姿态，从左到右分别记为a、b、c。当头部处于a姿态时，镜架受两个竖直向上的支撑力与重力成平衡态；当人90°弯腰到b姿态时，镜架重力与耳后的支撑力达到平衡，又因为人不会长期处于稳定的b姿态，会导致镜架晃动；人处于c姿态时，左侧方向没有约束，鼻托位置会产生相对位移，导致镜架配戴失稳。

托B充分考虑了a、b、c三种姿态，并依此进行了设计，故托B在此三种形态下均表现出良好的稳定效果。现有镜架设计理论仅考虑到a姿态，b、c姿态则未考虑。

由于人在活动时会产生各个方向的加速度，必然会导致镜架产生各个方向的运动趋势，b、c两种姿态的镜架受力趋势较为普遍，因此，应考虑利用鼻根上部到眉骨位置及颞骨与耳根处的凹陷处来约束镜架在各种状态下的位移。

2 触觉感知范围实验

在鼻托對比实验中，舒适度并不直接表现为压强大小，由此联想到触觉是否存在感知范围，在一定范围内无法清晰分辨压强的大小。

2.1 实验目的

测试鼻托接触位置触觉感知范围。

2.2 实验步骤

将圆规的插铅换成金属针，以避免不同材质所造成的触感影响，调整圆规两针距离，同时接触闭眼的受试人员的鼻部印痕处（图16位置及附近区域），让受试人员凭触觉说出接触点是一点还是两点，直到受试人员准确说出能感受到两点接触，记录此时圆规针脚间的距离。

2.3 实验结论

受实验人员操作和器材受限等原因，本实验存在一定误差，但从表1所得数据可见，数值区域关联性接近，有参考价值。从表1可以看出，在一定范围内受试人并不能清晰感受触点的数量，往往将多点接触识别为单点接触，这表示人的触觉感知有范围，并且统计结果呈现一定的规律性，可作为触觉感知范围的参考数据。

统计结果表明，鼻托接触点及附近位置的触感存在明显的触觉感知范围。在实验1中，托A所留痕迹上下最长距离为10.2mm，已经超出了实验所测触觉最大范围，托B所留痕迹上下最长距离为8.95mm，虽然超出了触觉感知范围感受的平均数，但仍在最大数据之内，因此，触觉感知范围可能是舒适度提高的原因。从触觉感知范围测试可以看出，接触面在增大时，会产生更多的接触感受。