Віктор Лаврус
Хто винайшов збільшувальне скло?
Якщо залишити осторонь уривчасті дані, які походять ще до античних часів, то збільшувальне скло стали об'єктом наукового розгляду вже в епоху раннього середньовіччя. Ще Альхазен досліджував збільшення, створюване скляній сферою, розглядаючи його як оптичну ілюзію. Пізніше з'явилися окуляри, які не могли бути результатом теоретичного розгляду, тому що не можна собі уявити, щоб при середньовічної теорії зору можна було навіть прийти до думки про можливість виправлення його дефектів. Відкриття це було, ймовірно, випадковим, і цілком ймовірно припустити, що його автором є хтось із виробників скла.
Те, що це відкриття було зроблено ремісниками, підтверджується і народним походженням слова "lente" (лінза) від слова "lenticchia" (сочевиця), яке вчені XVI століття вирішили дещо облагородити, латинізувати його.
Вперше лінзи для цілей науки застосував Бекон. Відомо, що він використовував їх у багатьох дослідах і навіть підніс одну татові Клименту IV, просячи його спробувати застосувати її. Бекон уникає спеціальної назви і говорить про «пристосуванні». Навіть в XVI столітті Ієронім Кардан, завжди туманно висловлюються латиніст, називає лінзи "orbem e vitro" - вираз, який його французький перекладач чи то не зрозумів, чи то не зміг правильно висловити по-французьки і прямо перевів "rotondite faite du verre" ( округлість, зроблена зі скла).
Протягом трьох століть після Бекона в працях учених не можна було відшукати згадки про «окулярах для старих», як називалися двоопуклі скла, або «окулярах для молодих» - двоввігнуті стеклах для корекції короткозорості.
Двоввігнуті скла з'явилися, очевидно, пізніше двоопуклих і теж, мабуть, випадково були винайдені майстрами-склярями або з'явилися результатом елементарного міркування: якщо опуклі скла допомагають зору людей похилого віку, то увігнуті повинні, навпаки, допомагати зору молодих. До середини XIV століття очки вже отримали достатньо широке поширення - на фресці 1352 зображений чернець в окулярах.
Рис. 1. Деталь фрески 1352 Томмазо та Молени (Тревізо, Санто Нікколо, кімната капітулу). Чернець в окулярах - брат викраденні з Провансу
У 1743 р. французький природодослідник Бюффон Жорж Луї Леклерк запропонував оклюзію (лат. occlusio - замикання, переховування) здорового ока з метою виправлення косоокості і відновлення гостроти зору хворого ока. Цим методом користуються і нині.
Корекція зору
Корекція зору здійснюється за рахунок чотирьох видів дії оптичних лінз.
Сферичне, або, як його ще називають, стігматіческое дію. Воно полягає у переміщенні фокусу вздовж оптичної осі: позитивні лінзи (а) наближають, а негативні (б) - видаляють фокус від лінзи.
Рис. 2. Сферичне дію оптичних лінз
Завдяки сферичному дії лінз окуляри можуть виправляти зір при короткозорості, далекозорості, при віковому ослабленні зору, при відсутності кришталика після операції катаракти. У першому випадку призначають окуляри з негативними лінзами, в інших трьох - з позитивними.
Астигматичних дія - зміна форми збіжності променів - його забезпечують лінзи з циліндричною поверхнею.
Рис. 3. Астигматичних дію оптичних лінз
Завдяки такій дії лінз окуляри виправляють зір при астигматизмі - дефект, при якому око має не сферичну, а наближено еліпсоїдну форму. Якщо нормальне око може бути уподібнений апельсину, то астигматичних очей - лимону. Астигматизм зазвичай поєднується з іншими вадами зору - короткозорість або далекозорість, тому астигматичних окуляри містять найчастіше і сферичні, і циліндричні елементи.
Призматичне дія полягає у переміщенні фокусу перпендикулярно до оптичної осі (вправо, вліво, вгору і вниз).
Рис. 4. Призматичне дію оптичних лінз
Завдяки цій дії можна виправити зір при явному і прихованій косоокості, а також при недостатньому зведенні двох очей, коли розглядають предмет поблизу, тобто недостатньою конвергенції.
Ейконіческое дія полягає у зменшенні або збільшенні зображення.
Рис. 5. Ейконіческое дію оптичних лінз
Завдяки йому можна виправляти такий дефект зору, як неоднакові розміри предмета, видимі кожним оком. Ейконіческое дію дозволяє збільшувати зображення при захворюванні световоспрінімающіх системи очі - сітківки і зорового нерва.
Слід сказати, що першими двома видами дії лінз користуються набагато частіше, ніж іншими, проте не всі їх використовують для оптичної корекції зору.
Здавалося б, завдання лікаря полягає в тому, щоб виміряти величину кожного дефекту зору і призначити окуляри з відповідною комбінацією видів дії. На ділі це не завжди можливо. Види оптичного дії лінз, як правило, пов'язані. Всі сферичні лінзи мають зменшенням або збільшенням, а на краю (периферії) лінзи завжди є астигматичних і призматичне дію. Вони замість корисного починають давати шкідливий, паразитний ефект, спотворювати сприйняття навколишнього світу.
Спотворення сприйняття
У більшості випадків спотворення малі і до них швидко звикають. Незручностей від них значно менше, ніж користь від окулярів. Але при сильних стеклах, з великим числом діоптрій, вони бувають нестерпні і змушують пацієнта знову звертатися до лікаря.
Що ж це за спотворення? Саме сферичне дію майже не дає зорових феноменів. Тільки при дуже сильних позитивних лінзах частина предметів може випадати на периферії поля зору. Медики називають це явище кільцевої скотома. Пояснюється вона тим, що на краю лінзи є мертва зона (c), всередині якої промені не потрапляють в око; найчастіше це буває у людей з видаленим кришталиком, що носять окуляри порядку +10,0 ... +12,0 діоптрій. Вони іноді скаржаться, що, переходячи вулицю, не бачать боковим зором йде транспорт: машини раптово з'являються зовсім близько перед ними (рис. 6).
| Рис. 6. | Рис. 7. |
Боротися з цим ефектом можна тільки поворотами голови в сторони. Цього неприємного недоліку позбавлені контактні лінзи.
Астигматичних дія проявляється у спотворенні форми предметів, витягуванні їх у довжину або в ширину. Але це стає помітним тільки при дуже сильних астигматичних окулярах, в яких циліндр більше 4,0 діоптрій.
Набагато більш неприємний інший ефект - зміна відстаней до предметів. Звужуючи або розширюючи видиму панораму світу, астигматичних лінза зменшує кутова відстань у вертикальному і збільшує в горизонтальному напрямку або навпаки. Тому людині, вперше надів окуляри з циліндрами, сходинки сходів починають здаватися або ближче, або далі того місця, де вони є насправді. Перший час це може заважати ходити, але якщо носити окуляри постійно, до цього швидко звикають.
Призматичне дію буває у будь-яких окулярів. Воно проявляє себе удаваним рухом предметів при рухах голови. Щоб цей ефект став наочніше, зніміть ваші окуляри, відсуньте їх трохи від очей і, дивлячись на який-небудь предмет, переміщайте їх повільно вправо і вліво: предмет при цьому буде здійснювати здаються руху: при позитивних лінзах - протилежні руху очок (а), при негативних - в ту ж сторону (б). Таке ж рух може виникати і при надягнутих окулярах, коли людина дивиться не через центр, а через край скла (рис. 7).
Дуже неприємно може проявитися призматичне дію, якщо скла очок мають різну силу. У цих випадках відхиляє кут призми при погляді через край скла може бути такий великий, що зображення двох очей не зливаються: виникає двоїння. Воно може з'являтися, наприклад, при читанні в окулярах з дуже великою різницею в силі стекол (3,0 ... 4,0 діоптрії): рядок починає двоїтися - одна видно вище, інша нижче. У таких випадках слід просити лікаря виписати окуляри з меншою різницею оптичної сили лінз.
Але й окуляри з однаковими лінзами можуть давати призматичний ефект, коли, наприклад, центри лінз зміщені в бік від центрів зіниць. Мода на великі оправи з великими світловими прорізами спонукає вибирати оправу з відстанню між центрами отворів більше відстані між центрами зіниць. Пацієнти прохають оптика не звертати уваги на цифру, зазначену в рецепті. При установці лінз центри лінз зміщують назовні (тобто від перенісся до вух). У рецепті, наприклад, було зазначено 62 мм, а роблять окуляри з відстанню між центрами лінз 66 мм (рис. 8).
Рис. 8.
При цьому іноді пацієнт нічого поганого не відчуває, а іноді скаржиться на незручність, особливо при читанні в окулярах. Так відбувається, як правило, при окулярах з позитивними лінзами, причому достатньої сили (+3,0 діоптрії і більше). Характерна скарга на удавану збільшення предметів і наближення їх центральній частині до очей: книга стає як би опуклою.
Щоб зрозуміти сутність цієї ілюзії, слід розібратися в природі призматичної дії позитивних і негативних лінз. Перші при зміщенні їх центрів до периферії працюють як призми, розташовані підставами до скроні, а другі - підставами до носа. Призми підставами до скроні розвантажують конвергенцію, а до носа, навпаки, - вимагають її додаткових зусиль. Тому зміщення центрів назовні в мінусових окулярах переноситься добре, а в плюсових - погано. Додаткове посилення конвергенції створює у пацієнта відчуття збільшення предмета і його наближення до очей.
Своєрідні спотворення сприйняття навколишнього створює ейконіческое дію. При однаковому збільшенні або зменшенні зображення на двох очах вони зазвичай мало відчуваються пацієнтом, а помічаються тільки при дуже сильних окулярах (вище 10,0 діоптрій) і до них досить швидко звикають.
А ось різне збільшення (зменшення) на двох очах призводить до цікавого явища. Воно виникає при різниці в силі скла або різному знаку стекол двох очей.
При сферичних лінзах така різниця, починаючи з певної величини (у дорослих з 2,0 ... 3,0 діоптрії, у дітей з 5,0 ... 6,0 діоптрії), просто не переноситься: наступає двоїння предметів, і людина зриває окуляри.
При різній же силі (або різному напрямку осей) циліндрів можуть виникати такі спотворення сприйняття: простір як би перекошується, кімната, в якій знаходиться людина, представляється йому вже не прямокутним паралелепіпедом, а неправильним восьмикутник: стіни стають косими, один кут вище іншого, люди в одному кутку здаються нижчий на зріст, ніж в іншому.
Ще дивніше перетворення близьких предметів: книга, яку людина читає в таких окулярах, стає несиметричною, права сторінка більше лівої або навпаки. У цих випадках треба звернутися до лікаря і попросити зрівняти (або хоча б зблизити) циліндри на двох очах.
Так, коли дивишся на світ крізь окуляри, вони можуть піднести багато сюрпризів. Але більшість з них цілком нешкідливі і ніяк не знецінюють колосальних переваг, які дає корекція зору окулярами. Зазвичай до окулярів швидко звикають. І дуже рідко доводиться знову звертатися до лікаря з проханням щось змінити. Тому, виписуючи окуляри, лікар-офтальмолог просить пацієнта регулярно користуватися ними два тижні і лише після вирішити, підійшли йому окуляри чи ні.
Список літератури
Маріо Льоцці. Історія фізики. / Пер. з іт. Е.Л. Бурштейна. М.: Світ, 1970.
Лаврус В.С. Світло і тепло. К.: Життєпис, 1998. Глава «Світло, зір і колір».
«Наука і життя», № 5, 1987.