Что такое призма в оптике простым языком
Призматические очки для коррекции зрения
Призматическая коррекция зрительного восприятия — это использование специальной оптической линзы, которая отклоняет изображение в направлении ее основания, при этом картинка смещается в направлении ее вершины.
Призменные линзы изготавливаются из тонких кусочков оптического материала, используемого в рецептурных очках. Их вершина тоньше, а основание толще. С их показателем преломления свет, проходящий через основание, замедляется больше, чем через вершину.
Величина изменения будет зависеть от разности показателя преломления материала линзы и воздуха. Она также зависит от формы и толщины линзы – чем толще основание, тем больше свет изгибается.
Более высокие индексные материалы позволяют производить ультратонкие линзы, улучшающие внешний вид и комфорт очков. Изделия с постоянной толщиной не могут изменять направление света, хотя они все еще могут замедлять его.
Показания к призматической коррекции зрения
Все глазные врачи (оптометристы и офтальмологи) используют различные типы линз для улучшения зрительного восприятия. Независимо от того, это близорукость, дальнозоркость или астигматизм.
Призму используют в следующих случаях:
Двойное зрение имеет много причин, и призма не полезна для всех. Поскольку данный симптом может быть признаком серьезного состояния здоровья, важно выяснить, что вызывает двоение.
Немедленно обратится к врачу, если диплопия — новый симптом, который происходит по неизвестной причине.
Принцип действия коррекции
По сути, оптические линзы сгибают и фокусируют свет, процесс известен под названием рефракция. Для того чтобы видеть ясно, свет входит в каждый глаз, проходит через роговицу и попадает на сетчатку (светочувствительную ткань), выравнивая заднюю часть зрительного органа.
При нормальном бинокулярном зрении органы работают вместе, и мозг видит одно изображение. Это происходит потому, что свет падает на одну и ту же часть сетчатки каждого глаза. При двойном — видны два изображения, потому что свет падает в разных местах на ретину каждого зрительного анализатора.
Призменные очки преломляют солнечные лучи немного иначе. Призма выглядит как пирамида с основанием и заостренной вершиной. Свет, проходящий через нее, будет изгибаться к основанию, в то время как изображение объекта, рассматриваемого ей, движется к вершине.
Призма, используемая в очках, гнет свет, прежде чем он проходит через глаз. Свет перенаправляется так, чтобы он правильно падал на сетчатку. Из-за этого сдвига кажется, что объект, на который пациент смотрит, переместился в этом направлении. Затем мозг выполняет свою обычную работу по слиянию двух изображений, чтобы получить одну четкую картину.
Как и обычные очки, призма измеряется в диоптриях (от 0,5 D, 1,0 D, 1,5 D, и так далее). В зависимости от двойного зрения призма размещается вертикально, горизонтально или по диагонали в одной или обеих линзах очков.
Если человек испытывает побочные эффекты от ношения призматических очков — это означает, что что-то не так. Подобны симптомам диплопии:
Эффективность
Призматическая коррекция зрения получила широкое применение. Использование данной методики в компенсировании содружественного косоглазия приводит к восстановлению ортотропии, уменьшению угла девиации, нормализации бинокулярного зрения и фузионных резервов.
У некоторых больных угол косоглазия при ношении призматических очков увеличился. Использование методики подходит пациентам с диплопией и косоглазием.
Таким больным требуется постоянный контроль, чтобы коррекция зрительного восприятия прошла успешно и не появилась аномальная корреспонденция сетчатки.
Фото этапов проведения призматической коррекции
Пациентке 12 лет провели коррекцию зрения с помощью призматических очков. У девочки множественные переломы орбиты органов зрения.
Общий курс лечения составил 4 месяца. За данный период зрение восстановилось, двоение исчезло.
Полезное видео
Очки с призматическими линзами. Личный опыт.
Очки с призматическими линзами при проблемах с бинокулярным зрением. Личный опыт.
Очки с призматическими линзами требуются пациентам с нарушениями бинокулярной системы. Такие проблемы могут проявляться двоением, ощущением нечеткости зрения, быстрой утомляемостью.
В данной статье мы расскажем на личном примере, как можно решить эту проблему с помощью специальных очков.
Карина, 43 года, контент-менеджер
Симптомы:
Началось всё, как это бывает, незаметно. Сначала стало трудно работать по вечерам за компьютером в темноте. Мой график в декрете иногда был двухсменный: днем – с детьми, вечером, как все улягутся, я за ноутбук. Строчки сливались, приходилось напрягать глаза, чтобы сосредоточиться на тексте. Мне казалось, что не хватает света. И я включала свет в комнате или настольную лампу, что действительно временно помогало. Двоение пропадало утром и начиналось к вечеру. Я приписывала такое состояние зрительному утомлению. Но постепенно стало удобнее читать, прикрывая один глаз. В какой-то момент я поняла, что медленно реагирую на обстановку на дороге, находясь за рулем. Появились сложности с концентрацией внимания. От машины все чаще стала отказываться.
Еще одним неприятным моментом стало то, что мне было тяжело фокусироваться на дальних объектах. Я не могла попросту собрать «глаза в кучу», предметы вдали расплывались даже в контактных линзах и очках.
симптомы, при которых, возможно, показана призматическая коррекция зрения.
Особенности поведения при нарушении бинокулярного зрения
Мне было удобно работать, держа ноутбук на коленях, когда глаза опущены вниз. А вот в нормальном положении за столом – нет. Такое положение глаз изменило привычную посадку головы. Глаза томно опущены, подбородок задран выше. Простите, это не аристократическое высокомерие, просто мне так лучше видно. А при разговоре с человеком я неосознанно наклоняла голову влево, поворачиваясь к собеседнику правой стороной.
Призматическая коррекциия зрения
Выслушав мои жалобы после осмотра, Елена Вильгельмовна Нам посоветовала обратиться к специалисту по призматической коррекции. Наш разговор начался со сбора анамнеза. Выяснили, что на левом глазу у меня амблиопия (синдром ленивого глаза), уходящая корнями в глубокое детство. Что на правом, ведущем глазу, нужно усилить коррекцию. Подбор призм занял особенно много времени. Ну, никак у меня не сходился крестик с кругом в специальном тесте. Сойдутся и снова разбегаются.
Выбор оправы и линз по рецепту с призмами:
Поэтому доверилась специалистам и заказала линзы потоньше.
Трудности адаптации:
Признаюсь, привыкание к очкам было нелегким. Особенно первую неделю. Все предметы казались крупнее, расстояния не соответствовали привычным. Нелегко было ориентироваться в пространстве. Например, я иду по дороге, а дорога выпуклая и двигается на меня.
Возникали сложности с передвижением по лестнице. Несколько раз я порывалась положить очки в футляр и забыть про них. Но вспоминала, что адаптация занимает до 6 недель, что необходимо все это время носить их постоянно. И спустя приблизительно месяц – о, чудо! – все изменилось.
Результат того стоит!
Оказывается, это счастье смотреть перед собой и ВИДЕТЬ. Работать за компьютером, читать, водить машину без утомительного двоения, а, значит, и без зрительной усталости и уже привычной головной боли. В лучшую сторону изменилось сумеречное зрение: люди и автомобили перестали быть темными пятнами, фары больше не слепят глаза. От всей души благодарю врачей, консультантов и мастера за помощь и поддержку!
Если у вас возникли похожие проблемы, не терпите дискомфорт! Обязательно обращайтесь за помощью к опытным специалистам ОПТИК СИТИ в салонах на Таганке, Полянке и на Новослободской
Применение призм в оптометрии
В этой статье мы рассмотрим различные стороны использования призматической очковой коррекции зрения
Введение
Среди многих аспектов науки о подборе очков теория и практика применения призм вызывает больше всего вопросов у врачей-офтальмологов и оптометристов. Вероятно, это связано с тем, что пропорция назначаемых очков с призмами небольшая, поэтому специалисты не очень уверенно их выписывают.
Рис. 1. Преломление света в призме
Назначение призм
Призма – это прозрачная оптическая среда, которая ограничена двумя преломляющими поверхностями, не параллельными друг другу. В оптике их используют для изменения направления хода лучей. На рис. 1 изображено то, как призма преломляет монохроматический пучок лучей (свет одной длины волны) на каждой из поверхностей и тем самым меняет направление их распространения. На нем видно, что пучок лучей при преломлении отклоняется в сторону основания призмы. При этом наблюдатель, смотрящий сквозь нее, отметит отклонение изображения в сторону ее вершины. Величина смещения изображения связана с оптической силой призмы, которая выражается в призменных диоптриях* [1]. Если мы наблюдаем мишень на расстоянии 1 м через призму и ее изображение смещено на 1 см, то призма обладает оптической силой 1 прдптр. На рис. 2 показано, как, используя это определение и треугольники, можно вычислить смещение изображения.
Рис. 2. Смещение изображения призмой:
а – призма с силой 1 прдптр смещает изображение мишени на 1 см, если последняя находится на расстоянии 1 м, и, соответственно, на Х см, если она удалена на Х м;
б – призма с силой P прдптр смещает изображение мишени на Р см, если та удалена на 1 м
В оптометрии призмы используются для того, чтобы помочь пациентам с нарушениями глазодвигательной системы, например в некоторых случаях гетерофории. Призмы можно назначать на оба глаза, тем не менее обычно именно различие в призматической силе между коррекцией левого и правого глаза позволяет решить проблемы с бинокулярным зрением. Дифференциальная призма – это сочетанный призматический эффект от действия призм на правом и левом глазу. Хотя оптометрист может назначить призму лишь на один глаз, ее можно «раскидать» на оба глаза, тем самым нивелируя сильный негативный косметический эффект готовых очков. Некоторые специалисты уже автоматически разделяют призму между глазами; например, призму с силой 6 прдптр основанием кнаружи можно разделить на две призмы с силой 3 прдптр основанием кнаружи – на каждый глаз. Тем не менее при анизометропических рецептах толщина края может быть такой, что приходится делить призму неравномерно или же вообще воздержаться от этого.
Случаи из практики
Случай 1
Оптометрист решил выписать следующие призматические очки:
OD: Sph +1,00; Cyl –0,75; ax 10.
OS: Sph +1,25; Cyl –1,00; ax 155; 3,0 ∆ осн. вверх и 4,0 ∆ осн. кнаружи.
Пациент выбрал легкую оправу в стиле минимализма.
Поскольку рефракция на обоих глазах примерно одинаковая, призму можно равномерно распределить между ними, с тем чтобы в готовых очках не было нежелательных различий в толщине линз и их весе. Дифференциальная призма у нас на левом глазу 3,0 прдптр основанием вверх и 4,0 прдптр основанием кнаружи. При разделении призмы между глазами применяют следующий принцип: «то же самое – по горизонтали, противоположное – по вертикали». Поэтому в нашем случае при разделении призмы по вертикали две новые призмы должны иметь противоположные основания, при этом призма основанием вверх остается на левом глазу, а при разделении ее по горизонтали основания не меняются. Таким образом, если мы делим призму равномерно между левым и правым глазом, рецепт будет выглядеть так:
OD: Sph +1,00; Cyl –0,75; ax 10; 1,5 ∆ осн. вниз и 2,0 ∆ осн. кнаружи.
OS: Sph +1,25; Cyl –1,00; ax 155; 1,5 ∆ осн. вверх и 2,0 ∆ осн. кнаружи.
Специалистам известно, что призма увеличивает толщину очковой линзы по направлению к своему основанию, и это нужно учитывать в рекомендациях пациенту по выбору оправы. В нашем случае внешний край очковой линзы на обоих глазах будет увеличен, поскольку призма у нас основанием кнаружи; то же самое касается низа правой линзы и верха левой линзы.
Как правило, при выполнении заказа на очки оптическая лаборатория изготавливает призматический элемент при обработке линзы, хотя его можно получить и путем децентрирования линзы при вставке ее в оправу. Одно из преимуществ последнего метода – это ускорение исполнения заказа пациента, поскольку на финишном оборудовании можно использовать любые имеющиеся заготовки линз. Опять же это позволяет снизить стоимость заказа для покупателя. Конечно, нужно понимать, что в сложных случаях, например при асферических или лентикулярных линзах, изготовлением призматического элемента должна заниматься лаборатория [2].
Случай 2
У пациента на праздниках сломались очки, и ему срочно нужны другие, потому что ему надо ехать домой. К счастью, у него с собой случайно оказался рецепт, и он пришел к вам заказать очки. У вас в распоряжении есть финишное оборудование и заготовки линз из материала CR-39. Рецепт у него следующий:
OD: Sph –5,25; 5,0 ∆ осн. кнаружи.
OS: Sph –4,75; Cyl +1,75; ax 90.
Как мы уже говорили, во многих случаях для достижения призматического эффекта достаточно децентрировать линзу, если в распоряжении нет уже готовой линзы с нужной призмой. Чтобы определить необходимое значение децентрирования, можно воспользоваться правилом Прентиса и его формулой P = cF. Правда, нужно отметить, что, хотя в большинстве уравнений в физике дистанция указывается в метрах, в данном случае децентрация с измеряется в сантиметрах. Поскольку призма у нас лежит в горизонтальном меридиане, нужно использовать при подстановке в формулу оптическую силу по горизонтали. Поскольку у правой линзы оптическая сила –5,25 дптр, а у левой –3,00 дптр (в горизонтальном меридиане), внешний край правой линзы будет существенно толще. Если всю призму оставить на правой линзе, то косметический вид у готовых очков будет неудовлетворительным. Давайте сначала предположим, что мы разделили эту призму поровну для улучшения внешнего вида очков. В таком случае у каждой линзы будет присутствовать призма 2,5 прдптр основанием кнаружи. Переформулировав правило Прентиса, получим с = P/F. В результате расчет дает следующие значения децентрирования:
OD: c = 2,50/(–5,25) = –0,476 см = –4,76 мм.
OS: c = 2,50/(–3,00) = –0,833 см = –8,33 мм.
При децентрировании собирающих (положительных) линз их нужно смещать в том же направлении, в каком будет ориентировано основание призмы, а рассеивающих (отрицательных) – в противоположном направлении. Отрицательные значения, полученные выше при расчете, говорят о том, что линзы нужно сместить в направлении, противоположном ориентации призмы. Так что их нужно децентрировать к носу, благодаря этому возникнет призма с основанием кнаружи. Сказанное иллюстрирует рис. 3.
Отметим, что в данной статье мы рассматриваем базовые применения правила Прентиса в отношении рецептов на коррекцию сферы, а также астигматизма с осью 90 или 180°. Если вам интересно, как рассчитать децентрирование в целях получения призмы при других направлениях оси цилиндра, рекомендуем обратиться к соответствующим учебникам по оптометрии [3].
Рис. 3. Децентрирование рассеивающей линзы для получения призмы
Если линза децентрируется кнутри, в нашем случае это приведет к тому, что увеличится толщина линз в височной стороне, то есть так же, как было бы, если бы линза была изготовлена в лаборатории с призмой основанием кнаружи. В обсуждаемом примере было бы неплохо разделить призму неравномерно между линзами, выделив большую ее часть левой линзе, с тем чтобы уравновесить толщину края. Однако левая линза имеет небольшую оптическую силу, и это ограничивает наши возможности. Если же распределить силу призмы равномерно между левой и правой линзой, первую придется децентрировать почти в два раза больше, чем вторую. Но если выделить левой линзе большую призму, потребуется еще более сильная децентрация. А это может оказаться невозможным в силу того, что стандартные заготовки линз не позволят это сделать.
Минимальный диаметр заготовки (МДЗ) рассчитывают так:
МДЗ = Эффективный диаметр + (2 × Децентрирование) + 2 мм.
Эта формула позволяет понять, можно ли воспользоваться стандартной заготовкой. Последние 2 мм в формуле отведены исходя из теории допусков и посадок.
Например, если в обсуждаемом случае пациент выберет ободковую овальную оправу с эффективным диаметром 49 мм, а зрачки будут располагаться напротив геометрического центра, МДЗ составит 60,52 мм для правой линзы и 67,77 мм – для левой. Поскольку стандартные заготовки у нас диаметром 70 мм, мы сможем децентрировать линзы так, чтобы получить 2,5 прдптр на каждом глазу. Однако, если мы захотим уравновесить толщину края, выделив больше призмы на левую линзу, стандартная стоковая заготовка не позволит нам этого сделать.
Дисперсия света в призмах
В физике призмы также используются для получения дисперсии полихроматического света (то есть света, образованного разными длинами волн, например солнечного света) – разложения его на составляющие длины волн (цвета). Некогда считалось, что прозрачная призма добавляет цвет к белому свету Солнца. Однако в начале XVIII века Исаак Ньютон провел блестящий эксперимент, опровергнувший такую точку зрения [4]. Он направил солнечный свет на призму, которая разложила его на спектр, состоящий из разных цветов. Затем он изолировал свет определенного цвета и направил его на вторую призму. Если призма действительно добавляет окраску, то тогда входящий цвет при выходе из призмы изменился бы. Однако опыт продемонстрировал, что входящие лучи определенного цвета сохранили его при выходе из призмы. Так Ньютон показал, что солнечный свет образован многочисленными лучами с разной длиной волны.
Дисперсия света объясняется тем, что волны с разной частотой (и разного цвета) распространяются в плотной среде с разными скоростями [5]. Абсолютный показатель преломления материала рассчитывается, исходя из скорости света в вакууме, деленной на скорость света в материале, и это означает, что оптические среды имеют разные показатели преломления для волн с разной частотой (длиной волны). Длинные волны света, например красного цвета, быстрее движутся в оптической среде, чем короткие, например фиолетового цвета. А поскольку пучки света с разной длиной волны будут проходить через среду с разными показателями преломления, угол преломления (его рассчитывают по формуле из закона Снеллена: n1 · sin θ1 = n2 · sin θ2) также будет зависеть от длины волны. В результате при прохождении через прозрачную призму свет с большей длиной волны будет испытывать меньшее преломление, чем свет с меньшей длиной волны, и в итоге она разложит белый свет на цветные составляющие (рис. 4).
Рис. 4. Дисперсия полихроматического света с помощью линзы
Дисперсия света применяется в разных областях физики, например в спектроскопии, которая позволяет изучить химический состав источника света (например, химические элементы, входящие в состав звезд). А вот в оптометрии дисперсия нежелательна. Разные материалы по-разному разлагают свет. В науке об очковых линзах вводится такой показатель, как число Аббе, или число ν. По сути это нечто обратное дисперсии: чем больше число Аббе, тем меньшую дисперсию испытывает свет при прохождении через данную среду. У очковых линз, как правило, с ростом показателя преломления число Аббе уменьшается, хотя есть ряд исключений из этого правила. У поликарбоната, наиболее часто используемого для изготовления очковых линз, показатель преломления средний (1,59), а вот число Аббе наименьшее из существующих материалов для очковых линз (ν = 30) [3].
Свет при прохождении через призматический элемент оптической среды будет подвергаться дисперсии, которая в зависимости от силы призмы и числа Аббе материала может проявляться в виде хроматической аберрации, влияющей на качество зрения: пациенты жалуются на цветное обрамление рассматриваемых объектов (рис. 5). Периферическая часть любой очковой линзы действует как призма, так что на краю поля зрения всегда присутствует хроматическая аберрация. Нужно учитывать это при назначении линзы со значительной призмой. Если призма находится в направлении взора человека, то он может жаловаться на значительную хроматическую аберрацию в центре поля зрения. Для снижения веса и толщины линзы мы, как правило, стремимся выписать линзы из материала с высоким показателем преломления, но у них низкое число Аббе и, соответственно, более выраженная хроматическая аберрация.
Рис. 5. Хроматическая аберрация
Обратите внимание на цветной контур, обрамляющий дерево на краю поля зрения при взгляде на него через линзу
Специальные оптические средства коррекции
Хотя в большинстве случаев в оптометрии призмы отклоняют свет лишь на небольшие углы, есть ряд специальных оптических средств коррекции, в которых призмы преломляют и перенаправляют свет под углом примерно 90° к первоначальному направлению хода лучей (рис. 6) [3]. В общем и целом такие средства именуют призматическими очками. Как правило, их используют для помощи пациентам, вынужденным постоянно находиться в определенной позе. Например, они предоставляют возможность лежачему пациенту, взор которого направлен вверх, смотреть телевизор, находящийся в конце кровати (рис. 6). Есть специальные очки, которые позволяют пациентам видеть объекты, расположенные впереди них, притом что глаза смотрят в пол (рис. 7).
Рис. 6. Преломление света в специальных очках, в которых используется рефракция, отражение и полное внутреннее отражение
Рис. 7. Очки для лежачих пациентов (вверху) и для сгорбленных людей (внизу)
Призмы также эффективно используются в специальных очках для спортсменов, занимающихся скалолазанием. В таких очках страхующий скалолаза партнер может видеть то, что происходит над ним, глядя при этом в обычном горизонтальном направлении. Это позволяет избежать повреждений в шее спортсмена [6] и дать ему возможность долгое время безболезненно наблюдать за своим партнером, который находится над ним (рис. 8).
Рис. 8. Очки для спортсменов, занимающихся скалолазанием
Заключение
В этом статье подчеркнута необходимость для оптометристов внимательно обдумывать то, как призмы влияют на оптический эффект и косметический вид готовых очков. Во время обсуждения с пациентом средства коррекции зрения можно поинтересоваться его стилем жизни и увлечениями; знание этого может указать на возможность предложить ему специальные призматические средства коррекции, например очки для скалолазания.
Список литературы
* Наиболее распространенные варианты сокращенного обозначения призменной диоптрии – прдптр и ∆. – Примеч. ред.
Текст: М. Хиктон, оптик, преподаватель оптометрии в Брэдфордском колледже (Брэдфорд, Великобритания)
Перевод: И. В. Ластовская
Copyright © РА «Веко»
Печатная версия перевода статьи опубликована в журнале «Современная оптометрия» [2019. № 10 (130)].
По вопросам приобретения журналов и оформления подписки обращайтесь в отдел продаж РА «Веко»: