小心变焦眼镜伤了你的眼睛

2014-06-03 admin1 117

  一直以来,依照本杰明·富兰克林发明的双光眼镜的原理,传统的变焦眼镜需要牺牲眼睛一半的视野。最新研制的隐形透镜眼镜系统原型,可以为佩戴者带来2.8倍的光学变焦能力。但对普通人而言,佩戴变焦眼镜可谓多此一举。

  1784年,美国人本杰明·富兰克林发明了远近视两用眼镜,它是将两种折射率不同的镜片上下接合或者熔合在一片镜片上,以缩小一半视野的代价来换取不必换眼镜的便利。可以说,这是可变焦眼镜的最早实践。如今,来自加州大学圣迭戈分校和瑞士联邦理工学院的研究人员研制出了一副变焦隐形眼镜,一辈子只需要一副眼镜,真的可以变为现实了吗?

  人眼也是可变焦的

  “如果把人的眼睛比作一部照像机,那么,瞳孔就好比相机中可调节的光圈;角膜和晶状体系统则组成了相机镜头;视网膜就是底片或者图像传感器 (CCD);而附着在晶状体上的睫状肌运动正是相机的机电控制系统。”北京大学物理学院现代光学研究所教授张家森告诉记者,众所周知,单反相机的镜头分为定焦镜头和变焦镜头。变焦镜头焦距拉长,成像大、视野窄;焦距缩短,则成像小、视野广。

  显然,人的眼睛在看任何事物的时候成像大小都不会发生改变,因此,人的眼睛常常被认为是“定焦镜头”。

  “在光学上,所谓的焦距,是指从透镜中心到光聚集之焦点的距离。”张家森解释。

  对于相机来说,焦距就是从镜片中心到底片或CCD的成像距离。而对人眼来说,焦距就是角膜和晶状体中心到视网膜的成像距离。事实上,人眼的视野不变,只是因为人眼轴长度,也就是镜屏距不变,而不是焦距不变。人眼的焦距主要决定成像的清晰度。

  人眼到底能不能变焦,其实就取决于角膜和晶状体的屈光能力(焦距与屈光度成反比),也就是睫状肌运动的能力。具体来说,当睫状肌收缩时,晶状体受到的拉力减小,并靠自身的弹力变得圆凸,增加了对光的折射,使眼睛能看清近物,此时,焦距最小;正常远看时,睫状肌放松,晶状体受到的拉力增加而变得扁平,屈光能力变小,焦距变大。

  因此,正常的人眼的确是通过变焦来实现对焦,从而远近事物都能看清。不过,张家森表示,人眼的变焦范围十分有限,相当于1.19倍的光学变焦,自身很难察觉。

  普通的近视或者远视,一般是因为晶状体形状发生突变,人眼也就出现了大幅度的变焦,远处来的平行光线经角膜及晶状体的折射后,对焦在了视网膜的前方或者后方,造成看近物或者远物变得模糊。但是,在这种情况下,睫状肌依然可以正常收缩,只是原有的收缩范围不足以使人眼调整到能够正常对焦。

  此时,在一副定焦的近视眼镜或者老花镜的帮助下(200度近视眼睛的焦距为1/200),人眼与眼镜叠加后的有效焦距又可以恢复到正常的范围内。

  眼镜变焦不成熟

  “但是,有的老年人角膜、晶状体的屈光能力退化,或者接受过人工晶体手术的患者,睫状肌都无法进行正常调节,过近或过远的景物都不能够在视网膜上有效成像。”北大眼科中心主任医师王乐今在接受记者采访时表示,普通的定焦眼镜不足以帮助他们对焦,一副变焦眼镜就显得尤为重要了。

  一直以来,依照本杰明·富兰克林发明的双光眼镜的原理,传统的变焦眼镜是将两种折射率不同的镜片上下接合或者熔合在一片镜片上,可如此一来,会缩小眼睛一半的视野。

  早在2002年,亚利桑那大学光子学与激光实验室的研究小组就开始研制基于液晶的可变焦距眼镜,他们在两层玻璃之间镀上了环状的透明电极,夹上一层5mm厚的液晶材料,再将它们连接到镜架上安装的传感器、处理器和电池上。

  他们所使用的液晶是一种特殊的填充材料,由棒状的分子组成,在光学性质上类似单轴晶体。在这类材料上,光轴和分子的长轴方向一致,在电场的驱动下,长轴会倾斜,光轴和折射率也会随之变化。液晶折射率的大小和电压有关,只需要几伏电压,就可以获得很大的改变。通过传感器对距离和视线落点的判断,这种眼镜可以在几微秒之内完成调焦的过程,使用者几乎感觉不到变化。

  这种变焦眼镜有两种使用方法,一是使用者通过镜架一侧的按钮进行手动调节。按下电钮后,会有微弱的电流通过镜片,使镜片中的液晶层改变折射属性,实现焦距的调节;另一种是自动调节,当镜架中的动作传感器察觉到使用者低下头准备看书的时候,焦距就可以自动调节。

  不过,它的致命缺点在于,这种眼镜的原型太过笨重,不但镜片很厚,而且两侧还分别挂着巨大的电池和电子设备。至今,并没有大规模的市场推广。

  变焦眼镜不适用于普通人

  加州大学圣迭戈分校和瑞士联邦理工学院的研究人员研制的隐形透镜眼镜系统原型,厚度只有1.17mm,但可以为佩戴者带来2.8倍的光学变焦能力。

  其中,透镜负责缩放,通过镜片切换正常视野和放大后的视角。透镜由几个同轴部分组成,光线穿透过中间的区域提供正常视力,而特殊设计的透镜边缘反射光线并放大目标。

  它的工作原理是在透镜上添加或移除一个偏振滤光器。有滤光器时,光线穿过透镜正常区域;无滤光器时,光线穿过放大区域。

  据张家森介绍,目前的光学器件要达到变焦的效果,一种是使用透镜组合,比如,单反相机的变焦镜头就属于这一类;另一种是通过液体变焦,而这种镜头主要被研究用于手机的拍照功能,因为手机镜头要求比较薄。

  他同时表示,就相机而言,一般变焦镜头在变焦过程中会对成像有所影响,而定焦镜头相对于变焦机器的最大好处就是对焦速度快,成像质量稳定。不少拥有定焦镜头的数码相机所拍摄的运动物体图像清晰而稳定,对焦非常准确,画面细腻,颗粒感非常轻微,测光也比较准确。“因此,要提升变焦眼镜的对比度和图像质量还是存在很大难度的。”

  王乐今也表示,目前,临床上还没有成熟的外戴式的变焦眼镜,更何况是可植入的。“如何选择材料使镜片最大限度地变薄;如何提供能量;控制系统是否能集成到如此薄的镜片中,这一系列技术还极其不成熟。”他坦言。

  该项研究的小组也对外表示,当前,试验用的材料相对于人眼来说也过于死板,图像质量也还无法保证,最重要的是,该眼镜尚未在人眼上测试。

  “事实上,对很多普通的近视或者远视患者来说,佩戴变焦眼镜不仅是多此一举,还可能损伤眼睛。”张家森告诉记者,“人的视力在一个较长的时间段内是保持稳定的,因此,并不需要频繁改变焦距。而一旦人眼适应了工具调节,自我调节能力就会减弱。”

  王乐今还补充道:“对于散光的患者,变焦眼镜更是起不到任何作用。”

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