Виктор Лаврус

Кто изобрел увеличительное стекло?

Если оставить в стороне отрывочные данные, которые восходят еще к античным временам, то увеличительные стекла стали объектом научного рассмотрения уже в эпоху раннего средневековья. Еще Альхазен исследовал увеличение, создаваемое стеклянной сферой, рассматривая его как оптическую иллюзию. Позже появились очки, которые не могли быть результатом теоретического рассмотрения, ибо нельзя себе представить, чтобы при средневековой теории зрения можно было даже прийти к мысли о возможности исправления его дефектов. Открытие это было, вероятно, случайным, и вполне вероятно допустить, что его автором является кто-то из изготовителей стекла.

То, что это открытие было сделано ремесленниками, подтверждается и народным происхождением слова "lente" (линза) от слова "lenticchia" (чечевица), которое ученые XVI века решили несколько облагородить, латинизировав его.

Впервые линзы для целей науки применил Бэкон. Известно, что он использовал их во многих опытах и даже поднес одну папе Клименту IV, прося его попробовать применить ее. Бэкон избегает специального названия и говорит о «приспособлении». Даже в XVI веке Иероним Кардан, всегда туманно изъясняющийся латинист, называет линзы "orbem e vitro" – выражение, которое его французский переводчик то ли не понял, то ли не смог правильно выразить по-французски и прямо перевел "rotondite faite du verre" (округлость, сделанная из стекла).

В течение трех веков после Бэкона в трудах ученых нельзя было отыскать упоминания об «очках для старых», как назывались двояковыпуклые стекла, или «очках для молодых» – двояковогнутых стеклах для коррекции близорукости.

Двояковогнутые стекла появились, очевидно, позже двояковыпуклых и тоже, видимо, случайно были изобретены мастерами-стекольщиками или явились результатом элементарного рассуждения: если выпуклые стекла помогают зрению стариков, то вогнутые должны, наоборот, помогать зрению молодых. К середине XIV века 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 из Прованса

В 1743 г. французский естествоиспытатель Бюффон Жорж Луи Леклерк предложил окклюзию (лат. occlusio – запирание, скрывание) здорового глаза с целью исправления косоглазия и восстановления остроты зрения больного глаза. Этим методом пользуются и сейчас.

Коррекция зрения

Коррекция зрения осуществляется за счет четырех видов действия оптических линз.

Сферическое, или, как его еще называют, стигматическое действие. Оно заключается в перемещении фокуса вдоль оптической оси: положительные линзы (а) приближают, а отрицательные (б) – удаляют фокус от линзы.

Рис. 2. Сферическое действие оптических линз

Благодаря сферическому действию линз очки могут исправлять зрение при близорукости, дальнозоркости, при возрастном ослаблении зрения, при отсутствии хрусталика после операции катаракты. В первом случае назначают очки с отрицательными линзами, в остальных трех – с положительными.

Астигматическое действие – изменение формы сходимости лучей – его обеспечивают линзы с цилиндрической поверхностью.

Рис. 3. Астигматическое действие оптических линз

Благодаря такому действию линз очки исправляют зрение при астигматизме – дефекте, при котором глаз имеет не сферическую, а приближенно эллипсоидную форму. Если нормальный глаз может быть уподоблен апельсину, то астигматический глаз – лимону. Астигматизм обычно сочетается с другими дефектами зрения – близорукостью или дальнозоркостью, поэтому астигматические очки содержат чаще всего и сферические, и цилиндрические элементы.

Призматическое действие заключается в перемещении фокуса перпендикулярно к оптической оси (вправо, влево, вверх и вниз).

Рис. 4. Призматическое действие оптических линз

Благодаря этому действию можно исправить зрение при явном и скрытом косоглазии, а также при недостаточном сведении двух глаз, когда рассматривают предмет вблизи, то есть недостаточной конвергенции.

Эйконическое действие заключается в уменьшении или увеличении изображения.

Рис. 5. Эйконическое действие оптических линз

Благодаря ему можно исправлять такой дефект зрения, как неодинаковые размеры предмета, видимые каждым глазом. Эйконическое действие позволяет увеличивать изображение при заболевании световоспринимающей системы глаза – сетчатки и зрительного нерва.

Следует сказать, что первыми двумя видами действия линз пользуются намного чаще, чем остальными, однако все их используют для оптической коррекции зрения.

Казалось бы, задача врача состоит в том, чтобы измерить величину каждого дефекта зрения и назначить очки с соответствующей комбинацией видов действия. На деле это не всегда возможно. Виды оптического действия линз, как правило, сопряжены. Все сферические линзы обладают уменьшением или увеличением, а на краю (периферии) линзы всегда имеются астигматическое и призматическое действие. Они вместо полезного начинают давать вредный, паразитный эффект, искажать восприятие окружающего мира.

Искажение восприятия

В большинстве случаев искажения малы и к ним быстро привыкают. Неудобств от них значительно меньше, чем польза от очков. Но при сильных стеклах, с большим числом диоптрий, они бывают непереносимы и заставляют пациента вновь обращаться к врачу.

Что же это за искажения? Само сферическое действие почти не дает зрительных феноменов. Только при очень сильных положительных линзах часть предметов может выпадать на периферии поля зрения. Медики называют это явление кольцевой скотомой. Объясняется оно тем, что на краю линзы есть мертвая зона (c), внутри которой лучи не попадают в глаз; чаще всего это бывает у людей с удаленным хрусталиком, носящих очки порядка +10,0...+12,0 диоптрий. Они иногда жалуются, что, переходя улицу, не видят боковым зрением идущий транспорт: машины внезапно появляются совсем близко перед ними (рис. 6).

Рис. 6.	Рис. 7.

Бороться с этим эффектом можно только поворотами головы в стороны. Этого неприятного недостатка лишены контактные линзы.

Астигматическое действие проявляется в искажении формы предметов, вытягивании их в длину или в ширину. Но это становится заметным только при очень сильных астигматических очках, в которых цилиндр больше 4,0 диоптрий.

Гораздо более неприятен другой эффект – изменение расстояний до предметов. Сужая или расширяя видимую панораму мира, астигматическая линза уменьшает угловое расстояние в вертикальном и увеличивает в горизонтальном направлении или наоборот. Поэтому человеку, впервые надевшему очки с цилиндрами, ступеньки лестницы начинают казаться либо ближе, либо дальше того места, где они есть в действительности. Первое время это может мешать ходить, но если носить очки постоянно, к этому быстро привыкают.

Призматическое действие бывает у любых очков. Оно проявляет себя кажущимся движением предметов при движениях головы. Чтобы этот эффект стал нагляднее, снимите ваши очки, отодвиньте их немного от глаз и, глядя на какой-либо предмет, перемещайте их медленно вправо и влево: предмет при 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 не через центр, а через край стекол (рис. 7).

Очень неприятно может проявиться призматическое действие, если стекла очков имеют разную силу. В этих случаях отклоняющий угол призмы при взгляде через край стекла может быть так велик, что изображения двух глаз не сливаются: возникает двоение. Оно может появляться, например, при чтении в очках с очень большой разницей в силе стекол (3,0...4,0 диоптрии): строка начинает двоиться – одна видна выше, другая ниже. В таких случаях следует просить врача выписать очки с меньшей разницей оптической силы линз.

Но и очки с одинаковыми линзами могут давать призматический эффект, когда, например, центры линз смещены в сторону от центров зрачков. Мода на большие оправы с большими световыми проемами побуждает выбирать оправу с расстоянием между центрами проемов больше расстояния между центрами зрачков. Пациенты упрашивают оптика не обращать внимания на цифру, указанную в рецепте. При установке линз центры линз смещают наружу (то есть от переносицы к ушам). В рецепте, например, было указано 62 мм, а делают очки с расстоянием между центрами линз 66 мм (рис. 8).

Рис. 8.

При этом иногда пациент ничего плохого не чувствует, а иногда жалуется на неудобство, особенно при чтении в очках. Так происходит, как правило, при очках с положительными линзами, причем достаточной силы (+3,0 диоптрии и больше). Характерна жалоба на кажущееся увеличение предметов и приближение их центральной части к глазам: книга становится как бы выпуклой.

Чтобы понять сущность этой иллюзии, следует разобраться в природе призматического действия положительных и отрицательных линз. Первые при смещении их центров к периферии работают как призмы, расположенные основаниями к виску, а вторые – основаниями к носу. Призмы основаниями к виску разгружают конвергенцию, а к носу, наоборот, – требуют ее дополнительных усилий. Поэтому смещение центров наружу в минусовых очках переносится хорошо, а в плюсовых – плохо. Дополнительное усиление конвергенции создает у пациента ощущение увеличения предмета и его приближения к глазам.

Своеобразные искажения восприятия окружающего создает эйконическое действие. При одинаковом увеличении или уменьшении изображения на двух глазах они обычно мало ощущаются пациентом, а замечаются только при очень сильных очках (выше 10,0 диоптрий) и к ним достаточно быстро привыкают.

А вот разное увеличение (уменьшение) на двух глазах приводит к интересному явлению. Оно возникает при разнице в силе стекол или разном знаке стекол двух глаз.

При сферических линзах такая разница, начиная с определенной величины (у взрослых с 2,0...3,0 диоптрии, у детей с 5,0...6,0 диоптрии), просто не переносится: наступает двоение предметов, и человек срывает очки.

При разной же силе (или разном направлении осей) цилиндров могут возникать такие искажения восприятия: пространство как бы перекашивается, комната, в которой находится человек, представляется ему уже не прямоугольным параллелепипедом, а неправильным восьмиугольником: стены становятся косыми, один угол выше другого, люди в одном углу кажутся ниже ростом, чем в другом.

Еще удивительнее превращения близких предметов: книга, которую человек читает в таких очках, становится несимметричной, правая страница больше левой или наоборот. В этих случаях надо обратиться к врачу и попросить уравнять (или хотя бы сблизить) цилиндры на двух глазах.

Да, когда смотришь на мир сквозь очки, они могут преподнести много сюрпризов. Но большинство из них вполне безобидны и никак не обесценивают колоссальных преимуществ, которые дает коррекция зрения очками. Обычно к очкам быстро привыкают. И очень редко приходится вновь обращаться к врачу с просьбой что-то изменить. Поэтому, выписывая очки, врач-офтальмолог просит пациента регулярно пользоваться ими две недели и лишь после решить, подошли ему очки или нет.

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.