從觸覺方面分析眼鏡鼻托的設計

郭志峰

關鍵詞：眼鏡；鼻托；觸覺感知范圍；觸覺敏感度

有一部分中國消費者在配戴歐洲版鏡架時感覺不舒適的原因可能是因為眼鏡過重、鼻托結構和鏡架整體結構受力不合理。因為現有鏡架設計理論是依據歐美人的面顱參數歸納的，而歐美人（圖1）與東亞人（圖2）的鼻型有明顯差異，歐美人的鼻梁處有一明顯的凸起，東亞人則相對平滑，按歐美鏡架理論設計的鼻托可輕松卡在此處形成支撐點，而東亞人則會因為無鼻托支撐點，鏡架容易下滑。

歐洲曾經出現過無鏡腿的眼鏡（圖3），但這種款式在東亞很少見，就是因為東亞人的鼻梁相對平滑，無合適的承力點。此外，歐美人與東亞人在面寬、鏡耳距參數方面也有統計學差異，《中國人和西方人的臉型差異》[1]詳細剖析了中國人與西方人的臉型差異，如面寬，中國人比西方人寬約5mm，鼻梁比西方人寬且平，中國人頭部后端（眼鏡腳套接觸的位置）的距離比西方人窄5mm等。因此，歐美的鏡架設計理論并不適合東亞人，需在原有基礎上改變鼻托的位置、形狀、角度，調整鏡架的寬度、鏡腿的拐點，才能設計出適合東亞人的鏡架，本文試圖通過不同鼻托的配戴感受、觸覺感知范圍、觸覺敏感度和力學分析來探討鏡架設計理論的改進方法。

由于眼鏡過重較為直觀，在此不做討論，本文重點探討鼻托結構對舒適度的影響，因為受力面積越大壓強越小，所以傳統設計理論認為擴大鼻托的接觸面積能降低受力點的壓強，增加舒適度，但常規鼻托的舒適度并不總是高于接觸面積更小的鼻托，產生此種感覺的原因推測如下：常規鼻托覆蓋的面積大，阻礙人體汗液揮發，造成粘膩的不良感受；觸覺感知有區域范圍，接觸范圍大則觸覺感受多，容易給人造成不良的異物感；接觸位置的敏感度有差異。為解析上述三點潛在原因，現通過鼻托舒適度對比測試、觸覺感知范圍測試和觸覺敏感度測試分別進行檢驗。

1 鼻托穩定舒適度對比測試

1.1 實驗目的

通過對比常規鼻托和明灝科技鼻托，檢測配戴的落點，分析舒適度不同的原因。

1.2 實驗步驟

選用兩副同款常規鏡架，鼻托型式為常規鼻托（圖4），長寬為13mm×6mm，記為托A，鼻托位間距16mm，另一副鏡架的鼻托為明灝科技公司設計的MHer鼻托（圖5），長寬為12mm×6.5mm，記為托B，鼻托位間距16mm。

分別將鼻托內表面粘上顏料，通過配戴，感受各自的舒適度、穩定度，并記錄顏料在鼻梁上留下的痕跡。為保證比對位置偏差和所拍照片的一致性，拍照位置、距離、高度、角度均采用固定位，受試人用臉部專用托具相對固定，并在受試人員的眉心、太陽穴、鼻尖等位置設置特征點，繪制鼻部曲線，特征點與鼻部曲線均貼合時，認為比對合格，由于正前方拍攝時，痕跡投影較小，不利于比對，而正側方拍攝時眼窩處會被顴骨遮擋，故拍照角度采用側前方，與正前方成64.3度（圖6），圖7和圖8利用Rhino5.0等比例比對后，發現圖片貼合度（圖9）符合比對要求，可作為比對依據。

1.3 實驗結果分析

利用Rhino5.0縮放到實際尺寸進行比對，圖7為托A所留痕跡，上下最長距離為12.97mm（圖10），托A所留痕跡基于拍照平面面積為70.4mm2，基本全部貼合；圖8為托B所留痕跡，上下最長距離為8.95mm（圖10），托B所留痕跡基于拍照平面面積為28.5mm2，僅有部分貼合。經配戴測試，受試人員明顯感覺托B的舒適性和穩定性更好，從接觸比對圖可以看出，托B接觸位置比托A的接觸位置在沿托A痕跡豎向軸線上移了3.65mm（圖11），沿豎向軸線垂直方向后移1.06mm（圖12），且接觸面積僅為托A的40%。

為何受試人感覺托B更舒適和穩定呢？此時與壓強理論相悖的原因需要用觸覺感知范圍和觸覺敏感度實驗來驗證。

1.4 原因探究

將托A和托B在接觸點進行豎向剖面對比可以看出，托A在向上的方向沒有約束（圖13），在臉部傾斜或向下時鼻托會處于相對自由狀態，而托B上移了落點，采用貼合曲線適應鼻根部曲線（圖14），鼻托剖面曲線上部與鼻根點上部形成約束結構，在臉部傾斜和向下時由鼻根上部做支撐點以滿足穩定的要求，取得了良好的穩定效果。

1.5 鏡架整體分析

圖15是3種常見的人體姿態，從左到右分別記為a、b、c。當頭部處于a姿態時，鏡架受兩個豎直向上的支撐力與重力成平衡態；當人90°彎腰到b姿態時，鏡架重力與耳后的支撐力達到平衡，又因為人不會長期處于穩定的b姿態，會導致鏡架晃動；人處于c姿態時，左側方向沒有約束，鼻托位置會產生相對位移，導致鏡架配戴失穩。

托B充分考慮了a、b、c三種姿態，并依此進行了設計，故托B在此三種形態下均表現出良好的穩定效果。現有鏡架設計理論僅考慮到a姿態，b、c姿態則未考慮。

由于人在活動時會產生各個方向的加速度，必然會導致鏡架產生各個方向的運動趨勢，b、c兩種姿態的鏡架受力趨勢較為普遍，因此，應考慮利用鼻根上部到眉骨位置及顳骨與耳根處的凹陷處來約束鏡架在各種狀態下的位移。

2 觸覺感知范圍實驗

在鼻托對比實驗中，舒適度并不直接表現為壓強大小，由此聯想到觸覺是否存在感知范圍，在一定范圍內無法清晰分辨壓強的大小。

2.1 實驗目的

測試鼻托接觸位置觸覺感知范圍。

2.2 實驗步驟

將圓規的插鉛換成金屬針，以避免不同材質所造成的觸感影響，調整圓規兩針距離，同時接觸閉眼的受試人員的鼻部印痕處（圖16位置及附近區域），讓受試人員憑觸覺說出接觸點是一點還是兩點，直到受試人員準確說出能感受到兩點接觸，記錄此時圓規針腳間的距離。

2.3 實驗結論

受實驗人員操作和器材受限等原因，本實驗存在一定誤差，但從表1所得數據可見，數值區域關聯性接近，有參考價值。從表1可以看出，在一定范圍內受試人并不能清晰感受觸點的數量，往往將多點接觸識別為單點接觸，這表示人的觸覺感知有范圍，并且統計結果呈現一定的規律性，可作為觸覺感知范圍的參考數據。

統計結果表明，鼻托接觸點及附近位置的觸感存在明顯的觸覺感知范圍。在實驗1中，托A所留痕跡上下最長距離為10.2mm，已經超出了實驗所測觸覺最大范圍，托B所留痕跡上下最長距離為8.95mm，雖然超出了觸覺感知范圍感受的平均數，但仍在最大數據之內，因此，觸覺感知范圍可能是舒適度提高的原因。從觸覺感知范圍測試可以看出，接觸面在增大時，會產生更多的接觸感受。

3 觸覺敏感度測試

在觸覺感知范圍實驗中，能明顯感覺到針刺感受敏感度在各處不一致，特進行此項測試。

3.1 實驗目的

測試圖16所標記位置的觸覺敏感度。

3.2 實驗步驟

用圓規的單針接觸圖16所標記處的紅點，目測所接觸點的凹痕深度，待受測人員說出已感受到針刺時停止，并記下此時的凹坑深度，依次由上往下進行測試。

3.3 實驗結果

此位置的觸覺敏感度由上往下增強，即靠上的位置觸覺敏感度比較低，靠下的位置觸覺敏感度高。

4 結論

實驗結果表明，觸覺感受有明顯的感受范圍，較小的鼻托接觸面設計因為接觸的觸覺感受器少，異物感受也少，因此舒適度要高于傳統鼻托。由于鼻托接觸位置附近的觸覺靈敏度由上往下呈增強趨勢，鼻托接觸點落點設計比傳統位置高時，能感受到更高的舒適度。

此外，設計鼻托時加入上弧度貼合設計，增加鼻根上部到眉骨位置及顳骨與耳根處等位置的凹槽處，有利于共同約束鏡架在各種狀態下位移的鼻托結構，保證鏡架配戴的穩定性。

參考文獻：

[1] 《中國人和西方人的臉型差異》[N].新京報，2011-7（8）.

作者單位：五度睛制（北京）科技有限公司