我们身边有一项极具影响力的发明，却鲜少有人留意。事实上，这项发明的设计初衷本就不是为了被看见，而是为了让人 透过 它看清世界。没错，我说的就是眼镜。据 2025 年的估算，全球约有 57% 的人口佩戴屈光矫正眼镜（参考文献 1）。如果再把老花镜、太阳眼镜或隐形眼镜等其他形式的眼镜计算在内，这个数字还会更高。我自己也是戴眼镜的，于是我决定去探究一下这项看似寻常却影响深远的技术的发展历史。
眼镜的雏形
阅读石
人类最早利用透镜辅助视力的例子，其实并不是眼镜，而是一块小小的石英石。这种石头被称为 “阅读石（Reading Stones）”，由石英、绿柱石或玻璃雕刻而成，其形态呈半球状，恰好能充当凸透镜。视力衰退的人只需将它平放在纸面上，上面的文字就会被放大。这类阅读石通常被认为是 9 世纪的波斯数学家 Ibn Sahl 发明的，但实际上，类似的阅读石在世界各地的考古发掘中都有发现，包括 瑞典的维京人墓葬中。
荷兰 Archeon 历史主题公园内的一块玻璃阅读石。图片采用 Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International 许可，通过 Wikimedia Commons 提供。
太阳眼镜
我们今天所熟知的矫正眼镜还有另一个早期的雏形：太阳镜。世界上多个文明都曾独立发展出 太阳镜，已知最早的例子之一出现在 12 世纪的中国，镜片使用的是扁平的烟色石英。早期非矫正类护目器具的另一个典型例子，是因纽特人传统的雪镜。这种雪镜通常由鹿角、浮木或象牙雕刻而成，能够减少阳光直射，并有助于防止积雪反射造成的眩光。
两副来自阿拉斯加的因纽特雪地护目镜。图片采用 Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International license 许可，通过 Wikimedia Commons 提供。
早期矫正镜片
大多数资料认为，最早的矫正镜片诞生于 13 世纪末的意大利，尽管其发明者已无从考证。早期的历史资料也印证了这一点，因为大约在同时期，欧洲各地的绘画和布道文稿中开始出现镜片的相关内容。另有证据表明，到了 14 世纪威尼斯文艺复兴时期，人们已经为早期的镜片工匠制定了相关的规章条例。不过，那时的 ‘眼镜’ 看起来和今天的款式大相径庭：它们大多需要用手拿着，由两片放大镜固定在一对铆接手柄上，形成一个类似剪刀的形状。
一副法国的“剪刀眼镜”。图片来自 Wikimedia Commons 采用公共领域授权许可。
眼镜的工作原理是什么？
我们如何看见？
在探讨眼镜的工作原理之前，我们首先需要了解视觉本身。视觉形成耗时仅数毫秒，但过程极其复杂。从宏观层面来看，可以大致将眼睛看作两个聚焦透镜，它们将进入的光线投射到视网膜上形成图像。角膜作为眼球的最外层结构，会将进入的光线折射向晶状体，晶状体再将光线精准聚焦在视网膜上。视网膜上分布着视杆细胞和视锥细胞等感光细胞，负责吸收光线。随后，这些感光细胞将电信号传递给大脑，大脑再对这些信号进行解析，从而让我们“看见”事物。为了看清不同距离的物体，微小的肌肉会改变晶状体的形态，以此来调节焦距。最后两个关键要素是位于角膜和晶状体之间的虹膜与瞳孔。虹膜是呈环状圆盘形的肌肉组织，瞳孔则是其中心的圆孔。虹膜通过扩张或收缩来调节瞳孔的大小，从而控制进入视网膜的光线量。
视觉异常可能发生在上述任何一个环节，但大多由眼球形态先天缺陷引发。这类缺陷包括眼球形态畸变（如眼球过度拉长）、角膜表面凹凸不平或凸度不够，以及晶状体受损等。随着年龄的增长，晶状体还会逐渐硬化，进而有可能引发老花眼。
眼镜如何帮助我们？
眼镜通过镜片在光线进入眼睛之前使其发生折射，并根据不同的眼部状况重新汇聚光线。以近视为例，光线在到达视网膜之前就已经提前聚焦，导致远处的物体看起来模糊不清。凹透镜可以帮助将光线的焦点向后推移，使其落在视网膜上。远视的情况则恰好相反，因此需要使用凸透镜，将光线的焦点向前拉近至视网膜。而当角膜不平整时，也就是我们常说的散光，就需要使用形状更为复杂的镜片来进行矫正。
上：凸透镜通过将光束的焦点向视网膜方向拉近，从而矫正远视。下：凹透镜通过将焦点向远离视网膜的方向推移，从而矫正近视。图片采用 Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International 许可，通过 Wikimedia Commons提供。
眼镜是如何演变的？
双光眼镜
双光眼镜的发明 通常归功于本杰明·富兰克林。据说他在法庭上会使用这种眼镜，既能看清法国发言人的唇语，又能同时记录和阅读笔记。坊间传闻，富兰克林是将自己两副眼镜的镜片各锯成两半，然后再拼接到一个新的镜框中，从而制作出了双光眼镜。不过，现代的双光眼镜制造工艺已经大不相同，通常是将一块高倍数的镜片区段直接熔铸（或模压）在普通的矫正镜片上制作而成。
一副双光眼镜。图片采用 Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 许可，通过 Wikimedia Commons提供。
渐进多焦点镜片是双光镜片的升级款，一副镜片内具备三种及以上放大倍率，佩戴者可看清不同距离的物体。
现代镜片技术
早在 19 世纪末，玻璃就已经取代了昂贵的石英和绿柱石，成为制作镜片的主要材料。在德国， 物理学家 Ernst Abbe 和化学家 Otto Schott 通过实验，尝试在熔融的玻璃中添加其他元素，以此来提升镜片的耐用性、清晰度并减轻重量。而到了 21 世纪，许多镜片开始采用特种塑料制作。这不仅进一步降低了成本和重量，还让镜片变得更加坚固耐用。
现代镜片技术的其他新发展还包括防蓝光、防刮花、防眩光以及光致变色等。这些技术通常是通过在镜片表面镀膜，或将各种特殊材料渗入镜片内部来实现的。其中，防眩光镜片最初是在第二次世界大战期间为军用光学设备研发，直到 20 世纪 40 年代末才向公众开放使用。这种镀膜镜片不仅能避免拍照时眼镜反光造成的成像畸变，还能在光线明暗不均或强光环境下（例如夜间驾驶或看电脑屏幕时）有效提升视力清晰度。此外，光致变色镜片材料（可以作为涂层附着在镜片表面，或直接融入镜片内部）具有紫外线感应特性，在阳光照射下会自动变暗。这让人再也不用同时备着一副近视镜和一副太阳镜了。
未镀膜的眼镜（上）与带有防眩光镀膜的眼镜（下）对比。请注意，上图镜片中反射出了摄影师的身影，而下图镜片中反射的则是带有蓝色调的灯光。图片采用 Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 许可，通过 Wikimedia Commons提供。
隐形眼镜
与框架眼镜相比，隐形眼镜能提供更好的周边视野，且受天气条件的影响更小。早在 16 世纪，列奥纳多·达·芬奇就提出了隐形眼镜的雏形设想，他建议将装满水的玻璃半球体戴在眼睛上。到了 19 世纪，最早的隐形眼镜被研发出来，但它们质地坚硬，由玻璃和蜡制成。直到 20 世纪 60 年代初，现代软性隐形眼镜才被发明出来。
展望未来
虽然我们在本文中介绍了一些矫正眼镜领域近期的一些研究进展，但未来还有更多创新值得期待。例如，研究人员已经借助计算机模拟技术，开发出了能够动态调整光焦度（屈光度）的液体透镜以减轻使用 AR/VR 设备时的眼部疲劳。此外，还有人正在利用虚拟仿真技术，研发更轻便、更耐用的眼镜镜框 以及 眼镜的专用镀膜。随着眼部护理技术的不断进步，智能眼镜等可穿戴技术设备日益普及，这项技术未来将引领我们走向何方，我们拭目以待。
为了推动眼科技术及其他光学系统的创新，众多工程师开始借助射线光学仿真技术。COMSOL Multiphysics® 的附加产品——射线光学模块，支持通过射线追踪对电磁波的传播进行模拟。该方法将传播中的电磁波表征为可以进行反射、折射或被吸收的光线。点击下方按钮，了解关于该模块的更多信息。
参考文献
- O. Wilson, “What Percentage of People Wear Glasses? The Global Vision Correction Reality,” GLASSON, 18 Dec. 2025; https://www.glasson.app/blog/what-percentage-of-people-wear-glasses-the-global-vision-correction-reality/.
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