המצאת המשקפיים

מבוא

להמצאת המשקפיים קדמה המצאת זכוכית מגדלת.

עוד בתקופת יוון העתיקה, בשנת 150 לספירה, גילה

תָּלְמֵי (Ptolemy)

את חוקי שבירת קרני האור בזכוכית וחקר אותם. במאה ה-11 פרסם

אַבּוּ עַלִי אל-חָסַן אִיבֵּן אל-חַייתָאם (Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haytham)

את ספרו, "הספר של האופטיקה" (The book of Optics), הדן בעקרונות האופטיקה. במאה ה-13 תיאר

רוֹגֶ'ר בֶּייְקוֹן (Roger Bacon)

את פעולת זכוכית המגדלת. אכן בתקופה זו החל המחקר של מדע האופטיקה ושל העדשות לתפוס תאוצה.

לא ידוע מי המציא את המשקפיים, אך ידוע כי המצאתם התרחשה במהלך המחצית השנייה של המאה ה-13, באיטליה. אומני ניפוח הזכוכית בוונציה למדו ושיכללו את אופן ייצור הזכוכית והחלו לייצר עדשות זכוכית קמורות באיכות גבוהה יחסית.

ליקויי ראייה

רוחק ראייה – ליקוי בו עצמים קרובים אינם נראים בבירור
קוצר ראייה – ליקוי בו עצמים רחוקים אינם נראים בבירור


עדשות קמורות מסייעות להתגבר על קשיי ראייה מקרוב, כמו קריאה, ונועדו לכן לאנשים הסובלים מליקוי של רוחק ראייה בלבד. תיעוד שימוש ראשון במשקפים לתיקון ליקוי רוחק ראייה נמצא בצפון איטליה, הייתה זו הפעם הראשונה בה הורכבו עדשות קמורות במסגרת שהוחזקה קרוב לעיניים ולא על דפי הספר כמו אבן הקריאה. מאיטליה התפשט השימוש במשקפיים בכל רחבי אירופה.

כדי להבין כיצד מסייעים משקפיים לתקן את הראייה יש להבין קודם את אופן פעולת העין באופן בסיסי ביותר. קרני האור המוחזרים מעצמים שונים חודרים לחלל הפנימי של העין דרך אישון העין. אישון העין הנו פתח קטן בקרנית. הקרנית מכסה על העדשה הטבעית של העין אשר כיווּצה והרפייתה על-ידי שרירי העין משנים את רמת קשתיותה/קמירותה של העדשה וכך מאפשרים למקד את הראיה על עצמים קרובים או רחוקים.


לאדם בעל ראייה תקינה הקרניים מתלכדות אחרי המעבר בעדשת העין ויוצרות דמות ברורה וחדה על גבי דופן הרשתית שבתוך העין. הדמות שנוצרת היא הפוכה למקור. המוח מפענח את הדמות בעזרת אותות חשמליים המגיעים מהתאים הרגישים לאור שנמצאים ברשתית והופך בחזרה את הדמות כך שתתאים למציאות.

עבור אדם הסובל מליקוי של רוחק ראייה הקרניים שבחלל העין אינן מתלכדות על גבי הרשתית. הן מתלכדות רק בנקודה דמיונית מאחוריה. מסיבה זו יש צורך להציב עדשה קמורה, עדשה מרכזת, בין עדשת העין ובין העצם הנראה. עדשה זו תרכז מעט את קרני האור לפני הגעתן לעדשת העין כך שבסוף תתלכדנה על דופן הרשתית. כך העדשה הקמורה "מתקנת" את ליקוי הראייה והופכת תמונה לא ממוקדת ולא ברורה לתמונה ממוקדת וברורה.

בשנת 1451 יוצרו לראשונה עדשות קעורות בגרמניה על ידי

נִיקוֹלָאס מְקוּסַה (Nicholas of Cusa)

. עם ייצור עדשות קעורות התאפשר להכין משקפיים גם לסובלים מקוצר ראייה, כלומר לאנשים שאינם רואים טוב לרחוק אלא רק עד למרחק קצר. לא ידוע מי הראשון שהכין משקפיים עם עדשות קעורות, אך השנה המיוחסת להמצאה זו היא שנת 1482. מסופר על האפיפיור לִיאוֹ ה-10 (Leo X), שידוע שהיה קצר-רואי, כי היה חובש משקפי ראייה לרחוק בזמן משחקי הצייד והיה מתרברב כי בעזרתם הוא רואה יותר טוב גם מאלה שראייתם תקינה.


עבור אדם הסובל מליקוי של קוצר ראייה הקרניים שבחלל העין אינן מתלכדות על גבי הרשתית. הן מתלכדות רק בנקודה דמיונית לפניה. מסיבה זו יש צורך להציב עדשה קעורה, עדשה מפזרת, בין עדשת העין ובין העצם הנראה. עדשה זו תפזר מעט את קרני האור לפני הגעתן לעדשת העין כך שבסוף תתלכדנה על דופן הרשתית. כך העדשה הקעורה "מתקנת" את ליקוי הראייה והופכת תמונה לא ממוקדת ולא ברורה לתמונה ממוקדת וברורה.

הצורך במשקפיים והיחס אליהם

בשנים שלאחר המצאת מכבש הדפוס על-ידי גוטנברג כמות הספרים הלכה וגדלה בצורה מהירה. בתקופת הרנסאנס ההשכלה התרחבה ויותר אנשים למדו קרוא וכתוב. שני גורמים אלו הביאו לגידול מהיר במספר צרכני המשקפיים לקריאה. רוכלים שבאמתחתם סוגי משקפיים שונים עם מסגרות שונות ועדשות שונות הסתובבו ברחובות הערים באירופה והציעו את מרכולתם לציבור הרחב. על הקונה הייתה מוטלת האחריות למצוא את זוג המשקפיים המתאים לליקוי הראייה שלו וכזה שגם מוצא-חן בעיניו (תרתי משמע!). הופעתם של עיתונים לאחר אמצע המאה ה-17 רק האיצה את גידול אוכלוסיית היעד למשקפי קריאה. עבודתו של סְנֵל (Snellius) בתחום האופטיקה, בתחילת מאה זו, תרמה להבנה של עקרונות מעבר קרני האור בעדשות.

היחס כלפי המשקפיים היה אמביוולנטי למן ההתחלה. מצד אחד נחשבו המשקפיים כאביזר לשימושם של אנשים מלומדים, ולכן יראה מכובדת ומתוחכמת התלוותה למשתמש בהם. ציירים הוסיפו את אביזר המשקפיים בעיקר כמונח לצידם של דמויות מכובדות אותם ציירו כדי להעניק להם המחשה מרומזת לחוכמתם, זאת אפילו אם ברור היה שבתקופת חייהם המשקפיים טרם הומצאו (!). מצד שני היו חברות, בעיקר בקרב האצולות הצרפתיות והאנגליות, בהן השימוש במשקפיים נחשב כלא יאה. בחברות אלו נעשה השימוש במשקפיים בפרטיות בלבד (למשל, לקריאה במיטה לפני השינה) או רק לזמן קצר בחוץ, כדי לזהות אנשים מרחוק, כשלאחר השימוש הקצר מוחבאים המשקפיים רוב הזמן בתיק אופנתי.

משקף

בשכבת האצולה התרווח השימוש במִשְקָף (מוֹנוֹקֶל). המשקף, כשמו כן הוא, חצי משקפיים, כלומר, עדשה אחת בודדת הנתונה בתוך מסגרת. ידית אחיזה אפשרה למשתמש לקרב את המשקף לעין בשעת הצורך ולהרחיקו ממנו במהירות, כדי שלא ייתפס עושה שימוש באביזר לא יאה שכזה. העדשה למעשה יכלה להימצא בכל אביזר אחר שהיה בשימוש כמו בקצה האחיזה של מניפה עבור הגברות או בקצהו של מקל הליכה עבור הגברים. במאה ה-19 ועד לתחילת המאה ה-20 התפשט השימוש במשקף ידני בעל מסגרת וידית אחיזה מפוארת כפריט אופנתי. עם התפתחות אמצעי הייצור הומצא משקף בעל ידית מתקפלת ואף משקפיים שעדשותיהם וידית האחיזה שלהם מתקפלים אחד על גבי השני לפריט קטן ביותר.

מסגרת המשקפים

המשקפיים בתחילת דרכן נבנו עם מסגרת עשוייה מעץ או נחושת שהייתה כבדה ולא נוחה. מאוחר יותר נעשה שימוש במרכיבים קלים יותר כמו עצמות, קרניים של בע"ח ועור. רק בתחילת המאה ה-17 נעשה שימוש בחומרים קלים יותר כמו מתכת דקה. הדגמים הראשונים היו פשוטים ביותר וכללו מסגרת סביב שתי העדשות שחוברה במין אוכף שאיפשר את הנחתה על גשר האף. על מנת שלא תיפול צריך היה להחזיק את המסגרת ביד אחת. מאוחר יותר חוברו לולאות משני צידי המסגרת, אותן ניתן היה לכרוך סביב כל אוזן בנפרד. פתרון אחר הוצע בחוסר הצלחה כדי להחליף את הלולאות הפשוטות. היה זה אופטיקאי בריטי בשם

אֵדוּאַרְד סְקַרְלֵט (Edward Scarlett)

שהמציא, ככל הנראה, בשנת 1718 את מבנה המשקפיים המוכר לנו היום. סקרלט חיבר זרוע מתכת בכל צד של המשקפיים. בקצה הזרוע חובר עיגול מתכת שלחץ על הרקה. כך נמנעה נפילת המסגרת כולה קדימה, אם כי נגרמה אי נוחות מלחץ על הרקות. רק שנים רבות מאוחר יותר הומצאו הזרועות בצידי המסגרת אשר החליפו את הלולאות הפשוטות שנכרכו סביב האוזניים.

חישוב מספר של המשקפיים

מספר העדשה במשקפיים נמדד בערכים של דיאופטרים, והוא נקבע לפי מידת ליקוי הראייה. עדשה בעלת מרחק מוקד של 100 ס"מ היא בעלת יחידת דיאופטר אחת. עדשה בעלת מרחק מוקד של 50 ס"מ היא בעלת שתי יחידות דיא ופטריות, וכן הלאה. ככל שליקוי הראייה הוא גדול יותר כך נדרשת עדשה, מרכזת או מפזרת, בעלת מרחק מוקד קצר יותר. זאת מכיוון שמרחק מוקד קצר של העדשה ירכז או יפזר את קרני האור דרכו במידה גדולה יותר.

לכן, ככל שליקוי הראייה גדול יותר כך העדשה הנדרשת לתיקון הראייה תהיה בעלת מספר דיאופטרים גדול יותר (בערך מוחלט). לתיקון רוחק ראייה העדשה הנדרשת היא קמורה ועבורה נקבע מספר דיאופטרים חיובי. לתיקון קוצר ראייה העדשה הנדרשת היא קעורה ועבורה נקבע מספר דיאופטרים שלילי.


הנה דוגמה לחישוב מספר הדיאופטרים הנדרש לעדשה במקרה של תיקון רוחק ראייה. נניח שאדם מצליח לראות בבירור רק החל ממרחק של 50 ס"מ, איזו מידת דיאופטרים נדרש לעדשה מתקנת כדי שיוכל לראות בבירור ממרחק של 25 ס"מ?

הפיתרון:

1/25 – 1/50 = 1/50

כלומר, נדרשת עדשה קמורה בעלת מרחק מוקד של 50 ס"מ, ומספר הראייה של עדשת המשקפיים הוא 100/50 = 2 דיאופטריות.

והנה דוגמה לחישוב מספר הדיאופטרים הנדרש לעדשה במקרה של תיקון קוצר ראייה. נניח שאדם מצליח לראות בבירור רק עד למרחק של 20 ס"מ, איזו מידת דיאופטרים נדרש לעדשה מתקנת כדי שיוכל לראות בבירור עד למרחק של מרחק של 40 ס"מ?

הפיתרון:

1/40 – 1/20 = (1-2)/40 = -1/40

כלומר, נדרשת עדשה קעורה בעלת מרחק מוקד של 40 ס"מ, ומספר הראייה של עדשת המשקפיים הוא 100/40 = 2.5 דיאופטריות.

אסטגימציה

לפעמים קורה ומידת עקמומיות עדשת העין אינה שווה בכל הכיוונים. במקרים אלו יש לצרף להרכיב את העדשה ממספר עדשות גליליות (צילינדריות בלעז) בעלות עקמומיות שונה.

משקפים בעלי מוקד כפול (מולטי-פוקליים)

בֶּנְגָ'מִין פְרַנְקְלִין (Benjamen Franklin)

האמריקאי היה בין הראשונים להשתמש במשקפיים עם מוקד כפול. פרנקלין הזדקק למשקפי קריאה וגם למשקפיים לראייה לרחוק. כדי להימנע מהטרדה של להחליף זוג משקפיים אחד בשני בכל פעם הוא חיבר חלק עליון מעדשה קעורה המשמשת לראייה מרחוק לחלק תחתון מעדשה קמורה המשמשת לראייה מקרוב באותה מסגרת בכל צד של המשקף. כך היה די בהעברת המבט מטה או מעלה כדי לשנות את מוקד הראייה.

משקפי שמש

במהלך המאה ה-15 התפשט השימוש במשקפיים כאמצעי ראייה גם למזרח יבשת אסיה. בסין כבר היו קיימים משקפיים בתקופה עתיקה, אך אלה לא כללו עדשות קמורות או קעורות ולא נועדו לתקן ראייה כלל. ההנחה היא כי הן שימשו שופטים כדי להסתיר את עיניהם וכך גם את הבעות פניהם. למעשה הן היו סוג של דגם מוקדם של משקפי שמש, אף שלא הציעו לשמש כחסמים לקרינת קרני השמש.


משקפי השמש הראשונים שהומצאו למטרה זו הוצגו לראשונה בשנת 1929 על-ידי

סֶם פוֹסְטֶר (Sam Foster)

האמריקאי.





[ עמוד ראשי - המצאות | מתמטיקה קדומה | מספרים אי-רציונליים | משפט פיתגורס | גיאומטריה אוקלידית | אלגברה | התפתחות הסְפַרוֹת | משוואות קוביות וקווארדיות | מספרים מורכבים | לוגריתם | חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי | עיקרון הציפה | זכוכית מגדלת | משקפיים | מיקרוסקופ | טלסקופ | חוק סְנֵל | חוק בויל | חוקי התנועה | עיקרון ברנולי | שלושת חוקי התרמודינמיקה | טבלה מחזורית | מדידת מהירות האור | כוח לורנץ | קרינת רנטגן | טרנספורמצית לורנץ | תורת היחסות הפרטית | גילוי האטום | תורת היחסות הכללית | חשמל | חוק קולון | חוק אוהם | חוקי קירכהוף | נורת להט | מנוע קיטור | מנפה כותנה | מצלמה | מקרר | מזגן | מחשב | מכבש דפוס | כתב ברייל | טלגרף | טלפון | רדיו | טלוויזיה | כדור פורח | מצנח | רכבת | אופניים | מכונית | אווירון מדחף | מטוס סילון | אבק שריפה | תותח | רובה מוסקט | מרגמה | אקדח | מוקש | מקלע | רובה-מטען | הוביצר | תת-מקלע | רימון-יד | טנק | רובה-סער | פצצת אטום | תורת האבולוציה | פסטור | תיאוריית התורשה | פניצילין ]