强光对视力近视者的影响及其对策

欧英雷

（广东工贸职业技术学院电气自动化系，广东广州510510）

1 问题的引出

近视在世界各国中十分突出，亚洲国家近视发生率在70%～90%；美国和欧洲近视发生率在30%～40%，全世界几乎所有的人群都存在近视.亚洲人比欧洲人更为常见，女人比男人常见，黑人中近视则较为少见.据中国、美国、澳大利亚合作开展的防治儿童近视研究项目前期调查显示，我国人口近视发生率为33%，全国近视眼人数已近4亿[1]，已经达到世界平均水平22%的1.5倍.我国是世界上近视发病率最高的国家之一，近视眼人数世界第一.从安全、简便、经济、实用等因素考虑，眼科学界认为对于多数人来说，目前矫正近视的首选方法仍然是配戴框架眼镜.近视与光的折射有关，与凸透镜会聚光有关，通常晶状体通过厚薄调节，使像落在视网膜上，也就是焦点在视网膜上.这样光汇聚到视网膜上容易使视网膜受伤，晶状体本能保护眼睛，致使眼睛的压力太大，负担太大，晶状体难以控制，时间一长，容易导致眼睛受损，引发白内障、青光眼和眼盲，会出现眼痛、角膜水肿、角膜上皮脱落等症状[2].特别是对在烈日下工作的劳动者和户外活动者，如骑车、驾车、滑水、滑雪、登山、高尔夫球、游泳、航海、网球和钓鱼爱好者等，强烈的阳光对近视眼睛的伤害是不容忽视的.本文提出了一种防止强光对视力近视者的眼睛造成影响的方法，这种方法使视力近视者既可以矫正自己的视力，又可以避免强烈光线的照射对眼睛的伤害.本方法是在近视眼镜镜片的内侧加上偏振片或滤光片.改装后的眼镜既不影响对近视者的视力矫正，又可以有效降低强光对眼睛的强烈照射，保护了眼睛的安全，提高了视力.下面就从理论和实验来论证这种方法的可行性.

2 理论依据

主要从光强的角度来分析，当入射光从透镜上折射出时，透射光强度发生了变化.光能量是对眼睛造成影响的主要因素，其次是紫外光波的成份，散射光波也将造成一定的影响.

2.1 自然光通过近视眼镜后的光强

光波入射到凹透镜上折射时，其透射光的强度会发生变化，光强的计算为

其中：介质为非铁磁性物质，μr＝1.因此入射光和透射光的光强分别为

光入射至界面上以后，能量按一定比例分配到反射光和透射光中去，设分界面的单位面积上入射光能量和透射光能量的时间平均值的大小分别为J（i）和J（t），则界面上光的透射率T定义为其中：E为入射光电矢量，θ1和θ2分别为光波的入射角和折射角，n1和n2为入射介质和折射介质的折射率，ε0和μ0均为电容率.

由菲涅耳定律得知，折射光的振幅与入射光的偏振态有关，设折射光透射率的平行分量和垂直分量为T∥和T⊥，α为入射光电矢量E与入射面所成的方位角，和分别为入射光的平行分量和垂直分量在分界面单位面积上光能量时间平均值的大小.

式中

假设光由折射率为n1的介质垂直入射至折射率为n2的介质表面时，入射面将失去意义，入射光的平行分量和垂直分量将没有区别，由菲涅耳公式得出[3]

对于近视眼镜的界面产生于空气（n1＝1）和玻璃（n2＝1.52）之间，由上式可以算出

理论推导充分证明配载近视眼镜的近视者，不可避免地将受到强烈光线的照射作用，近视眼镜只能反射约4%的入射光强，而有将近96%的入射光强将直接射入近视者的眼睛.由于视力有障碍的眼睛相对于健康眼睛的晶状体，在调节光线聚焦方面有缺陷，从而加强了近视眼睛的眼疲劳、眼痛和视力损害.

2.2 自然光通过偏振片后的光强

若在凹透镜后面加上一片偏振片或滤光片时，自然光入射到偏振片或滤光片上后折射出来的光强度也要发生变化.自然光由大量振幅相等、初始相位随机分布的线偏振光组成，由马吕斯定律，透射光强是每束线偏振光的光强在偏振片透振方向上的投影分量之和.由理论推导，得出自然光通过偏振片后，透射出来的光强度I为入射光强I0的一半[4]，即，透射光强度只占入射光强度的50%.其他线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光通过偏振片后，其透射光强均有所折损，其值均在透射光强度的极大值IM和极小值Im之间，即Im＜I＜IM.

2.3 自然光分别通过近视眼镜和偏振片的光强

自然光入射到近视眼镜的镜片上时，从近视眼镜镜片中折射出来的光线，又会入射到偏振片镜片或滤光片上，最后从偏振片或滤光片中透射出来，再射入人的眼睛中，这部分入射光的光强度是经过2次折射以后的结果[5].已知近视镜片界面上光的透射率为T，偏振片界面上光的透射率为I′，则入射的自然光通过近视眼镜和偏振片后，总的透射率M为

通过上面的理论推导得知，入射光波入射到近视眼镜上，并从偏振片中透射出来时，其光强度确实发生了明显的变化，其强度只是原来入射光强的47.87%，光强的减弱程度正好符合我们对降低强光对视力近视者眼睛影响的要求，使眩眼的强烈光线或紫外线，强度减少了约50%，光线对视力近视眼睛的伤害已降低到了合理范围.因此，这套方法具有了理论上的依据，保证了它的科学性和实用性.

3 实验证明

3.1 偏振片或滤光片

图1 滤光偏振片

根据上述理论推导，设计出来的一款滤光偏振片，如图1所示其形状和大小完全依据近视眼镜的框架尺寸大小来设计，材料选型采用符合光学理论中提出的，折射光强度占入射光强度的百分比例来选择[6].它不但对折射光强的大小有要求，在滤除紫外光和散射光方面也要发挥良好的作用[7].

3.2 安装与使用

图2是滤光偏振片未安装在近视眼镜框架上时的情况，图3是将偏振片或滤光片放入近视眼镜镜片内侧的情况，偏振片或滤光片上具有起固定作用的扣槽，使用该扣槽可以将偏振片或滤光片紧紧地扣在近视眼镜的框架上，让二者紧密的贴在一起，使偏振片或滤光片和近视眼镜之间保持稳固、可靠的连接结构.在强光环境中将偏振片或滤光片安装到近视眼镜的框架上，光线正常的环境下将偏振片或滤光片卸下.

图2 偏振片和眼镜

图3 安装后的眼镜

3.3 透射光强的观测

图4（a）是未安装上偏振片或滤光片时，直接通过近视眼镜来观察强烈太阳光照射时的情况；图4（b）是在近视眼镜框架内侧扣夹上偏振片或滤光片后，通过偏振片和近视眼镜二者来观察强烈太阳光线时的情况.对二者进行比较可看出明显区别，图4（b）所观测的光强要比图4（a）减弱了许多.这种方法对烈日下的太阳光有抑制作用，对其他类型的强光也有削弱效果.

图4 未安装偏振片和安装偏振的对比照片

4 结束语

在近视眼镜的内侧加装一片偏振片或滤光片，既可以有效地防止强烈光线对视力近视者眼睛的伤害作用，又可以不影响其对近视者视力的矫正效果.同时在实际应用上也切实可行，在重量、结构、操作、保存和美观等方面，具有其优势.

[1] 于荷.近视眼手术到底危险不？[J].新健康，2010（5）：26.

[2] 刘婧.如何选择太阳镜[N].健康咨询报，2011，21（3）：14.

[3] 季家镕.高等光学教程·光学的基本电磁理论[M].北京：科学出版社，2007：71－73.

[4] 郑植仁.光学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006：66.

[5] 宧强，崔璐，栾丽.平面镜演示实验仪器的研制和成像分析[J].物理实验，2010，30（6）：19.

[6] 杜木，程世红，张丽.镱铕共掺硅酸盐玻璃光致发光谱及上转换分析[J].物理实验，2010，30（2）：9.

[7] 胡亚范，朱二旷，陈海良.测量棱镜色散规律的方法改进[J].物理实验，2010，30（1）：29.