Виктор Лаврус
Кто изобрел увеличительное стекло?
Если оставить в стороне отрывочные данные, которыевосходят еще к античным временам, то увеличительные стекла стали объектомнаучного рассмотрения уже в эпоху раннего средневековья. Еще Альхазенисследовал увеличение, создаваемое стеклянной сферой, рассматривая его какоптическую иллюзию. Позже появились очки, которые не могли быть результатомтеоретического рассмотрения, ибо нельзя себе представить, чтобы присредневековой теории зрения можно было даже прийти к мысли о возможностиисправления его дефектов. Открытие это было, вероятно, случайным, и вполневероятно допустить, что его автором является кто-то из изготовителей стекла.
То, что это открытие было сделано ремесленниками,подтверждается и народным происхождением слова «lente» (линза) отслова «lenticchia» (чечевица), которое ученые XVI века решилинесколько облагородить, латинизировав его.
Впервые линзы для целей науки применил Бэкон.Известно, что он использовал их во многих опытах и даже поднес одну папеКлименту IV, прося его попробовать применить ее. Бэкон избегает специальногоназвания и говорит о «приспособлении». Даже в XVI веке Иероним Кардан, всегдатуманно изъясняющийся латинист, называет линзы «orbem e vitro» –выражение, которое его французский переводчик то ли не понял, то ли не смогправильно выразить по-французски и прямо перевел «rotondite faite duverre» (округлость, сделанная из стекла).
В течение трех веков после Бэкона в трудах ученыхнельзя было отыскать упоминания об «очках для старых», как называлисьдвояковыпуклые стекла, или «очках для молодых» – двояковогнутых стеклах длякоррекции близорукости.
Двояковогнутые стекла появились, очевидно, позже двояковыпуклыхи тоже, видимо, случайно были изобретены мастерами-стекольщиками или явилисьрезультатом элементарного рассуждения: если выпуклые стекла помогают зрениюстариков, то вогнутые должны, наоборот, помогать зрению молодых. К середине XIVвека очки уже получили достаточно широкое распространение – на фреске 1352 г.изображен монах в очках.
/>
Рис. 1. Деталь фрески 1352 г. Томмазо да Молены(Тревизо, Санто Никколо, комната капитула). Монах в очках – брат Угоне изПрованса
В 1743 г. французский естествоиспытатель Бюффон ЖоржЛуи Леклерк предложил окклюзию (лат. occlusio – запирание, скрывание) здоровогоглаза с целью исправления косоглазия и восстановления остроты зрения больногоглаза. Этим методом пользуются и сейчас.
Коррекция зрения
Коррекция зрения осуществляется за счет четырех видовдействия оптических линз.
Сферическое, или, как его еще называют, стигматическоедействие. Оно заключается в перемещении фокуса вдоль оптической оси:положительные линзы (а) приближают, а отрицательные (б) – удаляют фокус отлинзы.
/>
Рис. 2. Сферическое действие оптических линз
Благодаря сферическому действию линз очки могутисправлять зрение при близорукости, дальнозоркости, при возрастном ослаблениизрения, при отсутствии хрусталика после операции катаракты. В первом случаеназначают очки с отрицательными линзами, в остальных трех – с положительными.
Астигматическое действие – изменение формы сходимостилучей – его обеспечивают линзы с цилиндрической поверхностью.
/>
Рис. 3. Астигматическое действие оптических линз
Благодаря такому действию линз очки исправляют зрениепри астигматизме – дефекте, при котором глаз имеет не сферическую, априближенно эллипсоидную форму. Если нормальный глаз может быть уподобленапельсину, то астигматический глаз – лимону. Астигматизм обычно сочетается сдругими дефектами зрения – близорукостью или дальнозоркостью, поэтомуастигматические очки содержат чаще всего и сферические, и цилиндрическиеэлементы.
Призматическое действие заключается в перемещениифокуса перпендикулярно к оптической оси (вправо, влево, вверх и вниз).
/>
Рис. 4. Призматическое действие оптических линз
Благодаря этому действию можно исправить зрение приявном и скрытом косоглазии, а также при недостаточном сведении двух глаз, когдарассматривают предмет вблизи, то есть недостаточной конвергенции.
Эйконическое действие заключается в уменьшении илиувеличении изображения.
/>
Рис. 5. Эйконическое действие оптических линз
Благодаря ему можно исправлять такой дефект зрения,как неодинаковые размеры предмета, видимые каждым глазом. Эйконическое действиепозволяет увеличивать изображение при заболевании световоспринимающей системыглаза – сетчатки и зрительного нерва.
Следует сказать, что первыми двумя видами действиялинз пользуются намного чаще, чем остальными, однако все их используют дляоптической коррекции зрения.
Казалось бы, задача врача состоит в том, чтобыизмерить величину каждого дефекта зрения и назначить очки с соответствующейкомбинацией видов действия. На деле это не всегда возможно. Виды оптическогодействия линз, как правило, сопряжены. Все сферические линзы обладаютуменьшением или увеличением, а на краю (периферии) линзы всегда имеютсяастигматическое и призматическое действие. Они вместо полезного начинают даватьвредный, паразитный эффект, искажать восприятие окружающего мира.
Искажение восприятия
В большинстве случаев искажения малы и к ним быстропривыкают. Неудобств от них значительно меньше, чем польза от очков. Но присильных стеклах, с большим числом диоптрий, они бывают непереносимы изаставляют пациента вновь обращаться к врачу.
Что же это за искажения? Само сферическое действиепочти не дает зрительных феноменов. Только при очень сильных положительныхлинзах часть предметов может выпадать на периферии поля зрения. Медики называютэто явление кольцевой скотомой. Объясняется оно тем, что на краю линзы естьмертвая зона (c), внутри которой лучи не попадают в глаз; чаще всего это бываету людей с удаленным хрусталиком, носящих очки порядка +10,0...+12,0 диоптрий.Они иногда жалуются, что, переходя улицу, не видят боковым зрением идущийтранспорт: машины внезапно появляются совсем близко перед ними (рис. 6).
/> Рис. 6. Рис. 7.
Бороться с этим эффектом можно только поворотамиголовы в стороны. Этого неприятного недостатка лишены контактные линзы.
Астигматическое действие проявляется в искажении формыпредметов, вытягивании их в длину или в ширину. Но это становится заметнымтолько при очень сильных астигматических очках, в которых цилиндр больше 4,0диоптрий.
Гораздо более неприятен другой эффект – изменениерасстояний до предметов. Сужая или расширяя видимую панораму мира,астигматическая линза уменьшает угловое расстояние в вертикальном и увеличиваетв горизонтальном направлении или наоборот. Поэтому человеку, впервые надевшемуочки с цилиндрами, ступеньки лестницы начинают казаться либо ближе, либо дальшетого места, где они есть в действительности. Первое время это может мешатьходить, но если носить очки постоянно, к этому быстро привыкают.
Призматическое действие бывает у любых очков. Онопроявляет себя кажущимся движением предметов при движениях головы. Чтобы этотэффект стал нагляднее, снимите ваши очки, отодвиньте их немного от глаз и,глядя на какой-либо предмет, перемещайте их медленно вправо и влево: предметпри этом будет совершать кажущиеся движения: при положительных линзах –противоположные движению очков (а), при отрицательных – в ту же сторону (б).Такое же движение может возникать и при надетых очках, когда человек смотрит нечерез центр, а через край стекол (рис. 7).
Очень неприятно может проявиться призматическоедействие, если стекла очков имеют разную силу. В этих случаях отклоняющий уголпризмы при взгляде через край стекла может быть так велик, что изображения двухглаз не сливаются: возникает двоение. Оно может появляться, например, причтении в очках с очень большой разницей в силе стекол (3,0...4,0 диоптрии):строка начинает двоиться – одна видна выше, другая ниже. В таких случаяхследует просить врача выписать очки с меньшей разницей оптической силы линз.
Но и очки с одинаковыми линзами могут даватьпризматический эффект, когда, например, центры линз смещены в сторону отцентров зрачков. Мода на большие оправы с большими световыми проемами побуждаетвыбирать оправу с расстоянием между центрами проемов больше расстояния междуцентрами зрачков. Пациенты упрашивают оптика не обращать внимания на цифру,указанную в рецепте. При установке линз центры линз смещают наружу (то есть отпереносицы к ушам). В рецепте, например, было указано 62 мм, а делают очки срасстоянием между центрами линз 66 мм (рис. 8).
/>
Рис. 8.
При этом иногда пациент ничего плохого не чувствует, аиногда жалуется на неудобство, особенно при чтении в очках. Так происходит, какправило, при очках с положительными линзами, причем достаточной силы (+3,0диоптрии и больше). Характерна жалоба на кажущееся увеличение предметов иприближение их центральной части к глазам: книга становится как бы выпуклой.
Чтобы понять сущность этой иллюзии, следуетразобраться в природе призматического действия положительных и отрицательныхлинз. Первые при смещении их центров к периферии работают как призмы,расположенные основаниями к виску, а вторые – основаниями к носу. Призмыоснованиями к виску разгружают конвергенцию, а к носу, наоборот, – требуют еедополнительных усилий. Поэтому смещение центров наружу в минусовых очкахпереносится хорошо, а в плюсовых – плохо. Дополнительное усиление конвергенциисоздает у пациента ощущение увеличения предмета и его приближения к глазам.
Своеобразные искажения восприятия окружающего создаетэйконическое действие. При одинаковом увеличении или уменьшении изображения надвух глазах они обычно мало ощущаются пациентом, а замечаются только при оченьсильных очках (выше 10,0 диоптрий) и к ним достаточно быстро привыкают.
А вот разное увеличение (уменьшение) на двух глазахприводит к интересному явлению. Оно возникает при разнице в силе стекол илиразном знаке стекол двух глаз.
При сферических линзах такая разница, начиная сопределенной величины (у взрослых с 2,0...3,0 диоптрии, у детей с 5,0...6,0диоптрии), просто не переносится: наступает двоение предметов, и человексрывает очки.
При разной же силе (или разном направлении осей)цилиндров могут возникать такие искажения восприятия: пространство как быперекашивается, комната, в которой находится человек, представляется ему уже непрямоугольным параллелепипедом, а неправильным восьмиугольником: стеныстановятся косыми, один угол выше другого, люди в одном углу кажутся нижеростом, чем в другом.
Еще удивительнее превращения близких предметов: книга,которую человек читает в таких очках, становится несимметричной, праваястраница больше левой или наоборот. В этих случаях надо обратиться к врачу ипопросить уравнять (или хотя бы сблизить) цилиндры на двух глазах.
Да, когда смотришь на мир сквозь очки, они могут преподнестимного сюрпризов. Но большинство из них вполне безобидны и никак не обесцениваютколоссальных преимуществ, которые дает коррекция зрения очками. Обычно к очкамбыстро привыкают. И очень редко приходится вновь обращаться к врачу с просьбойчто-то изменить. Поэтому, выписывая очки, врач-офтальмолог просит пациентарегулярно пользоваться ими две недели и лишь после решить, подошли ему очки илинет.
Список литературы
Марио Льоцци. История физики. / Пер. с ит. Э.Л.Бурштейна. М.: Мир, 1970.
Лаврус В.С. Свет и тепло. К.: НиТ, 1998. Глава «Свет,зрение и цвет».
«Наука и жизнь», №5, 1987.