Яким ми бачимо світ через окуляри

Віктор Лаврус

Хто винайшов збільшувальне скло?

Якщо залишити осторонь уривчасті дані, які сягають ще античних часів, то збільшувальне скло стали об'єктом наукового розгляду вже в епоху раннього середньовіччя. Ще Альхазен досліджував збільшення, що створюється скляною 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, мабуть, 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 кілька облагородити, латинізувати його.

Вперше лінзи для цілей науки застосував Бекон. Відомо, що він використовував їх у багатьох дослідах і навіть підніс одну татові Климента IV, просячи його спробувати застосувати її. Бекон уникає спеціального назви і говорить про «пристосування». Навіть у XVI столітті Ієронім Кардан, завжди туманно висловлюється латиніст, називає лінзи "orbem e vitro" -- вираз, що 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 вчених не можна було відшукати згадки про «окулярах для старих», як називалися двоопуклі скла, або «окулярах для молодих» - двояковогнутих стеклах для корекції короткозорості.

Двояковогнутие скла з'явилися, очевидно, пізніше двоопуклою 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 розповсюдження - на фресці 1352 зображений чернець в окулярах.

Рис. 1. Деталь фрески 1352 Томмазо та Молени (Тревізо, Санто Нікколо, кімната капітулу). Монах в окулярах - брат Угон з Провансу

У 1743 р. французький натураліст Бюффон Жорж Луї Леклерк запропонував оклюзію (лат. occlusio - замикання, приховування) здорового очі з метою виправлення косоокості і відновлення гостроти зору хворого очі. Цим методом користуються й зараз.

Корекція зору

Корекція зору здійснюється за рахунок чотирьох видів дії оптичних лінз.

СФЕРИЧНИЙ, або, як його ще називають, стігматіческое дію. Воно полягає у переміщенні фокуса уздовж оптичної осі: позитивні лінзи (а) наближають, а негативні (б) - видаляють фокус від лінзи.

Рис. 2. СФЕРИЧНИЙ дію оптичних лінз

Завдяки сферичному дії лінз окуляри можуть виправляти зір при короткозорості, далекозорості, при віковому ослабленні зору, за відсутності кришталика після операції катаракти. У першому випадку призначають окуляри з негативними лінзами, в інших трьох - з позитивними.

Астігматіческое дія - зміна форми збіжності променів - його забезпечують лінзи з циліндричної поверхнею.

Рис. 3. Астігматіческое дію оптичних лінз

Завдяки такій дії лінз очки виправляють зір при астигматизмі - дефект, при якому очей має не сферичну, а наближено еліпсоїдні форму. Якщо нормальне око може бути уподібнене апельсину, то астігматіческій очей - лимону. Астигматизм звичайно поєднується з іншими дефектами зору - короткозорість або далекозорості, тому астігматіческіе очки містять найчастіше й сферичні, і циліндричні елементи.

Призматичні дію полягає у переміщенні фокусу перпендикулярно до оптичної осі (вправо, вліво, вгору і вниз).

Рис. 4. Призматичні дію оптичних лінз

Завдяки цій дії можна виправити зір при явному і прихованому косоокості, а також при недостатньому зведення двох очей, коли розглядають предмет зблизька, то є недостатньою конвергенції.

Ейконіческое дія полягає у зменшенні або збільшення 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 световоспрінімающей системи очі - сітківки та зорового нерва.

Слід сказати, що першими двома видами дії лінз користуються набагато частіше, ніж іншими, проте всі їх використовують для оптичної корекції зору.

Здавалося б, завдання лікаря полягає в тому, щоб виміряти величину кожного дефекту зору і призначити окуляри з відповідної комбінацією видів дії. На ділі це не завжди можливо. Види оптичного дії лінз, як правило, пов'язані. Всі сферичні лінзи володіють зменшенням або збільшенням, а на краю (периферії) лінзи завжди є астігматіческое і призматичної 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 очок. Але при сильних склі, з великим числом діоптрій, вони бувають нестерпно 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 віддаленим кришталиком, що носять окуляри порядку +10,0 ... +12,0 діоптрій. Вони скаржаться, що, переходячи вулицю, не бачать боковим зором що 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.

Астігматіческое дія проявляється у спотворенні форми предметів, витягуванні їх в довжину чи в ширину. Але це стає помітним тільки при дуже сильних астігматіческіх окулярах, в яких циліндр більше 4,0 діоптрій.

Набагато більш неприємний інший ефект - зміна відстаней до предметів. Звужуючи або розширюючи видиму панораму світу, астігматіческая лінза зменшує кутова відстань у вертикальному і збільшує в горизонтальному напрямку або навпаки. Тому людині, котра 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.

Призматичні дію буває в будь-яких очок. 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, проведіть 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 (мал. 7).

Дуже неприємно може проявитися призматичної дію, якщо окуляри мають різну силу. У цих випадках відхиляючий 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 скла (3,0 ... 4,0 діоптрії): рядок починає двоїтися - один 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 у 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 припрошує 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 призматичного дії позитивних і негативних лінз. Перші при зміщенні їх центрів до периферії працюють як призми, розташовані підставами до скроні, а другий - 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 однаковій збільшення або зменшення 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 стекол 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 очки.

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 прямокутного паралелепіпеда, а неправильним восьмикутник: стіни стають косими, один кут вище іншого, люди в одному кутку здаються нижче зростанням, ніж в іншому.

Ще дивніше перетворення близьких предметів: книга, яку людина читає в таких окулярах, стає несиметричної, права сторінка більше лівого 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 очки, 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.: Нит, 1998. Глава «Світло, зір і колір ».

«Наука и жизнь», № 5, 1987.