En los viejos documentos de la era pre-cristiana se encuentra ya una referencia indirecta de los errores refractivos del ojo humano al representarse sistemáticamente la imagen de una estrella como una figura de cinco rayos convergiendo en un punto en el antiguo Egipto y de ocho rayos en Babilonia. Tendrían que pasar muchos siglos hasta que Donders, en 1864, interpretara que la imagen radial, ya sea procedente de una estrella brillante o de un punto lejano iluminado (para los cuales el ojo no esté acomodado), se debe a que cada sector del cristalino produce una imagen separada, clasificando esta modalidad de «poliopia» como una manifestación de astigmatismo fisiológico irregular. Tiempo después Gullstrand, en 1910, conjetura que los rayos observados alrededor de un punto luminoso se deben a diferencias en la curvatura del cristalino o a las estrías provocadas por la tensión sobre su superficie de las fibras zonulares.

No existen reseñas en la medicina griega, romana ni por supuesto en la edad media que permitan detectar la sospecha de la existencia un defecto óptico como el astigmatismo, ni siquiera en obras tan trascendentales como las del griego Euclides (330 a.C. - 275 a.C.) o el romano Claudio Ptolomeo (85 d.C.-165 d.C.).

Entre los autores árabes que contribuyeron decisivamente a la óptica y el concepto de visión hay que destacar sin duda la colosal figura del físico, matemático y filosofo iraní Alhazen (Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haytham) (965-1038) que en su obra Kitab-al-Manadhir, por vez primera rechaza la antigua teoría griega de que la visión se realiza por los rayos emitidos desde el ojo y por el contrario sostiene que proceden de su reflexión desde el objeto, formando su conjunto una pirámide visual cuyo vértice se sitúa en el centro del ojo y su base en la superficie de aquél. En otros capítulos del libro menciona las diferentes propiedades que puede apreciar el ojo de un objeto (brillo, color, distancia, etc.), establece una teoría de la reflexión de los espejos y de la refracción de la luz, indicando que el cambio en su propagación se debería a la diferente impedancia que imponen los materiales de distinta densidad al paso de aquélla. Por primera vez hace referencia a la función de una lente indicando que un amplio segmento de esfera de cristal puede emplearse para magnificar los objetos.

Basándose en los trabajos de Alhazen y la influencia de su maestro el inglés Robert Gosseteste (1175-1253) teólogo y fundador del pensamiento científico del Oxford medieval, que tuvo la idea de que era posible acercar los objetos distantes mediante un cuerpo transparente, plasmada en un tratado sobre el arco iris, su discípulo el fraile franciscano inglés Roger Bacon (1214-1242) amplía la observación y en su Opus majus contribuye decisivamente al progreso de la óptica ofreciendo una detallada descripción de la magnificación producida por segmentos de vidrio de superficies esféricas por lo que, generalmente, a su obra se le considera el texto que inició el camino de las gafas.

Transcurrieron dos siglos después de Alhazen para que su manuscrito fuer traducido al latín como Opticae thesaurus Halasen, por el polaco Polonus Vitello (1230- 1275) autor en 1270 de Perspectiva, un extenso texto sobre óptica muy influenciado también por la obra precedente de Euclides y Ptolomeo. Sus teorías sobre cristales de aumento, refracción, el arco y espejos candentes son muy superiores a los de sus predecesores.

Hay que aguardar hasta finales del siglo dieciséis y la primera mitad del siglo diecisiete para que se establezcan los auténticos fundamentos generales de la óptica física y fisiológica.

Francesco Maurolico (1494-1575) (fig. 1), en 1554, por vez primera explica las aberraciones esféricas de las lentes en en su Photismi De Lumine.

Fig. 1. Francesco Maurolico (1494-1575).

Giovanni Battista Della Porta (1538-1615) (fig. 2), en su trabajo de 1558 Magiae Naturalis, describe la cámara oscura comparándola con el ojo y posteriormente en su libro De Refractione optimes, en 1589, varios aspectos de la refracción de la luz y de las lentes.

Fig. 2. Giovanni Battista Della Porta (1538-1615).

Snel Willebrord (Snelius o Snel van Royen) (1580-1626) holandés profesor de matemáticas en Leiden, con grandes conocimientos en óptica geométrica y astronomía, formula en 1621 las leyes de la refracción de la luz en su libro Cyclometricus, que independientemente después expuso Descartes.

Galileo Galilei (1564-1642), entre otros conocidos y geniales descubrimientos y observaciones, tras escuchar que un óptico holandés había logrado unir una lente cóncava y una lenta convexa, permitiendo que los objetos distantes parecieran más cercanos, aplica esa idea y construye un telescopio capaz de ampliar los objetos treinta veces ofreciendo, en 1609, una demostración pública de su uso que le encumbra a la fama (fig. 3).

Fig. 3. Galileo Galilei (1564-1642).

Johannes Kepler (1571-1630) (fig. 4), genial matemático y astrónomo, escribe en 1604, Ad Vitellionem paralipomena, quibus astronomiae pars optica traditur en el que establece la teoría matemática de la cámara oscura y la primera explicación correcta del funcionamiento del ojo destacando la determinante importancia de la refracción en su sistema dióptrico del globo ocular.

Fig. 4. Johannes Kepler (1571-1630).

Explica las consecuencias de una refracción a través del cristalino, comparando el efecto de los rayos axiales («cono directo») con el producido por la refracción oblicua de un objeto para-axial («cono oblicuo») y deduciendo que, si bien ambos interceptan sobre aquél, el cono directo forma una imagen nítida sobre la retina mientras que el oblicuo forma una imagen desenfocada. Considera que el empeoramiento de la visión, a uno o dos grados del eje visual, es debida no sólo la insensibilidad de la retina a ese nivel sino al efecto de la aberración óptica por la incidencia oblicua de los rayos, adelantándose pues al concepto de astigmatismo por incidencia oblicua. En su libro de 1610, Dioptrik, hace un estudio sobre las propiedades de las lentes, introduciendo los «meniscos» y además de describir el telescopio astronómico, establece una nueva teoría de la visión cuyas bases se mantienen prácticamente todavía vigentes.

Christoph Scheiner (1573-1650) (fig. 5), jesuita alemán, matemático, astrónomo y constructor de instrumentos, junto a numerosos hallazgos sobre óptica, la medida del radio de curvatura y las reacciones pupilares, en 1619, en su libro Oculus hoc est: fundamentum opticum, refiere su célebre experiencia, que ilustra brillantemente un concepto fundamental en el estudio de la óptica fisiológica, consistente en que si se mira un pequeño objeto más o menos alejado (por ejemplo, una aguja) a través de una pantalla agujereada por dos pequeños orificios, cuya separación es inferior al diámetro pupilar, se percibe una imagen simple o doble, según la distancia a la que se encuentre el objeto (fig. 6). Sus observaciones, con una clara aplicación tanto teórica como experimental, constituyen la base del diseño de instrumentos ópticos como el optómetro y de varios estudios realizados dos siglos después.

Fig. 5. Christaph Scheiner (1573-1650).

Fig. 6. Experiencia de Scheiner.

Willebrord van Roijen Snell (1580-1626) astrónomo y matemático holandés, profesor en Leyden, en 1621, enuncia una ley general de la refracción que constituye la base sobre la que asienta la moderna óptica geométrica. Sus hallazgos, sin embargo, son publicados por Huygens, en 1703, años después de su muerte prematura.

Benito Daza de Valdés (1592-1634) (fig. 7), cordobés, notario de la Inquisición, con profundos conocimientos en matemáticas y óptica escribe, en 1623, su obra Uso de los antojos para todo género de vistas dedicada a Nuestra Señora de la Fuensanta, que constituye no sólo el primer libro de óptica en castellano sino también uno de los primeros textos de optometría o de óptica fisiológica (fig. 8). Lejos de ser un tratado puramente teórico, contiene abundante información sobre la utilización de las lentes para mejorar la visión, sobre la ambliopía y la operación de cataratas y sobre la corrección óptica de la miopía, la presbicia y la afaquia. Además, aunque en aquel momento la hipermetropía realmente no había sido descrita como una entidad clínica específica, existe evidencia para suponer que ya se la identifica de forma implícita en el libro, antes de ser universalmente reconocida como tal. Se comenta también como con los vidrios de los anteojos «mal labrados» algunas personas logran una mejor visión que con los más perfectos apuntando, de forma inadvertida, la existencia de un defecto óptico diferente como el astigmatismo y su corrección.

Fig. 7. Benito Daza de Valdès (1592-1634).

Fig. 8. Libro de Daza de Valdés (1623).

Bonaventura Cavalieri (1598-1647) (fig. 9), jesuita italiano, escribe sobre matemáticas, óptica, astronomía y astrología y en 1635 en su libro Geometria indivisibilibus continuorum nova quadam ratione promota propone la primera fórmula que relaciona la longitud focal de una lente con el radio de curvatura de sus caras.

Fig. 9. Bonaventura Cavalieri (1598-1647).

René Descartes (1596-1650) (fig. 10), ilustre filósofo y matemático, con conocimientos enciclopédicos que abarcaban la filosofía, la óptica, la física, la química, la anatomía y la medicina, en 1637, formula las leyes de la refracción. Más tarde, en 1645, en su libro La Dioptrique mejora el diseño de las lentes para reducir sus aberraciones y sugiere su practicidad teórica para el recientemente inventado telescopio. En su Discurso 7º, Vía del perfeccionamiento de la visión, describe inicialmente los requisitos básicos para una lente de contacto tubular llena de agua, con el extremo proximal cóncavo adaptado a la córnea y el distal convexo, para realizar la función de magnificación telescópica, si bien posteriormente abandona la idea substituyéndola por el concepto del cono sólido de cristal, en lo que se ha considerado como un esbozo de las futuras lentes de contacto.

Fig. 10. René Descartes (1596-1650).

Durante la segunda mitad del siglo XVII se intensifican los intentos de llevar a la práctica los conceptos teóricos establecidos por Descartes para producir superficies ópticas capaces de evitar las aberraciones esféricas y cromáticas y las originadas por rayos oblicuos (después conocido como astigmatismo de incidencia oblicua), iniciándose la fabricación de lentes asféricas.

El genial físico, astrónomo y matemático holandés Christian Huygens (1629- 1695) (fig. 11), aunque sin duda conocedor de los puntos aplanáticos de una superficie asférica y la utilidad de su aplicación a las lentes, señala las dificultades de su manufactura. En su Dioptrica, de1653, discute las ideas de Descartes, proporciona la primera explicación teórica de las propiedades de magnificación del cristal cónico y descubre una pequeña combinación de lentes que elimina la aberración cromática. A partir de su teoría ondulatoria de la luz deduce las leyes de la reflexión y la refracción y explica el fenómeno de la doble refracción.

Fig. 11. Christian Huygens (1629-1695).

En las Philosophical Transactions de la Royal Society el eminente astrónomo inglés Johannes Hevelius (1611-1687), en 1655, muestra su interés por las lentes de sección cónica y muy poco después Henry Oldemburg (1618-1677) científico alemán, secretario de dicha Sociedad y editor de la publicación, refiere la fabricación por el óptico francés du Son de un cristal parabólico de gran perfección. Posteriormente Robert Hooke (1635-1703) matemático, físico y biólogo inglés, en el prefacio de su Micrographia confirma su interés por las lentes asféricas aplicadas al microscopio intentando, en 1669, la fabricación de cristales elípticos. En 1672, descubre el fenómeno de la difracción de la luz y propone su teoría ondulatoria. Por primera vez determina la agudeza visual.

Casi simultáneamente Christopher Wren (1632-1723), famoso arquitecto y astrónomo inglés publica, en 1669, el diseño de una ingeniosa máquina para tallar superficies convexas, constituida por dos muelas cilindroides acopladas con diferente angulación que por abrasión mutua producen en el vídrio sobre el que actúan una superficie hiperboloide (fig. 12). Sin embargo a quien parece haberle ido mejor que a sus contemporáneos en sus intentos por crear lentes asféricas fue a Francis Smethwick (?-1682) que, en 1668, publica su artículo On grinding optic and burning glasses of non-spherical figures, describiendo un método de fabricación y un telescopio de gran calidad, con un único objetivo y tres oculares compuestos por lentes asféricas plano-convexas.

Fig. 12. Sistema de Wren para fabricar lentes asféricas.

En su libro de 1669, Optica Oculorum, el matemático alemán Georg Albert Hamberger hace referencia a la existencia de presbicia en jóvenes lo que supone el reconocimiento implícito de la hipermetropía, hasta entonces desconocida como defecto de refracción específico, tal como hiciera varios años antes Daza de Valdés.

Philippe de La Hire (1640-1718) (fig. 13), arquitecto, matemático, astrónomo, físico publica en 1673 su primer trabajo sobre secciones cónicas, Nouvelle méthode en géometrie pour les sections des superficies coniques et cylindriques y, en 1675, Sectiones conicae. En su Traité des differents accidents de la vue, publicado en 1694, coloca directamente vidrios sobre la córnea y admite la similitud de los índices de refracción del cristal y de los medios oculares. A diferencia de Descartes, que pretende magnificar los objetos con su lente tubular, su objetivo es la corrección de los defectos de refracción, indicando que la miopía podía ser de origen refractivo (corneal) o axial.

Fig. 13. Philippe de La Hire (1640-1718).

En 1701, Jean Méry (1645-1722) presenta en la Académie Royale des Sciences su observación de que al hundir la cabeza de un gato en el agua, al que pretendía ahogar, neutraliza la irregularidad corneal y puede percibir los elementos del fondo de ojo del animal. En 1709, tras repetir el experimento, Le Hire completa esta observación explicando que el mecanismo óptico de la visualización del fondo de ojo a través del agua se debe a la neutralización de la superficie corneal.

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