Возникновение фотографии от оптики до линз френеля

Возникновение фотографии — это параллельная работа двух наук: физики и химии. Та фотография, которую мы сегодня знаем, невозможна без фотоаппарата с различными объективами и химических процессов по ее закреплению. Но, до наступления времени начальных поисков способов фиксации снимков, которые получались в камере-обскуре, оптика и фотохимия развивались отдельно, каждая в своем направлении.

Фотография возникла не сразу

Задача статьи Возникновение фотографии — проследить историю развития оптики, усовершенствование камеры-обскуры и открытия светочувствительных веществ, предшествовавших изобретению фотографии, то есть до 1839 года - года открытия фотографии.
Своему рождению фотография обязана тесному сотрудничеству двух наук: физики и химии. А если быть точнее, то разделу физики — оптика и отдельной науке — химии.

Сегодняшняя фотография повседневно встречающаяся нам, просто не мыслима без фотокамеры с линзой френеля, объективом и фотохимических либо фотоэлектрических процессов проходящих в период образования фотоснимка.
До того времени, когда начались осмысленные поиски способов закрепления изображений, полученных в камере — обскура, все три составляющих фактора фотографии того времени, развивались и совершенствовались, независимо друг от друга.

- Оптика -



Оптика — имеет, пожалуй, самую продолжительную историю, равную нескольким тысячелетиям.
Несмотря на достаточно хорошие успехи в развитии различных линз и разных оптических приборов, на момент изобретения фотографии, объективы для фотоаппаратов того времени были очень далеки от совершенства. Даже наверное в то время их как таковых — не было.
Первые фотографы пользовались простыми двояко выпуклыми и менисковыми линзами, которые размещались в оправе называемой — тубусом.

Выпуклая линза
Двояко выпуклая линза увеличивающая изображение

Вогнутая линза
Вогнутая менисковая линза уменьшающая изображение

Тубус камеры-обскура
Камера-обскура с тубусом и встроенной в него линзой




Эти первые объективы фотографы повзаимствовали у художников, делавших при помощи камеры — обскура и этих объективов зарисовки ландшафтов.
Такое в заимствование объектива объясняется достаточно просто. Ученые XV – XVIII в., работающие в области прикладной оптики, большое внимание уделяли усовершенствованию телескопов и микроскопов, которые очень требовались в то время достаточно интенсивно развивающейся науке.
А художники пользующиеся камерой — обскура для своих зарисовок, использовали просто линзы и особых требований объективам не выдвигали. Только после появления фотографии ученые работавшие с оптикой начали конструировать объективы специально для фотографии.

- Первые линзы -




Первые линзы дошедшие до нас делались из горного хрусталя были изготовлены примерно 4800 лет назад, а именно около 2500г. до нашей эры. Они были обнаружены при раскопках города Трои Генрихом Шлиманом.
Так же некоторое количество линз с различным увеличением, были обнаружены в древней Сарагоне (Месопотамия). Примерная дата их изготовления 600-400 г. до нашей эры. Цели для которых в Месопотамии того времени изготавливались линзы не установлены.
Правда хорошо известно, что в Древней Греции линзы имели практическое применение. Ими от солнечных лучей разжигали «жертвенный огонь», т.е. Огонь посланный с неба богом Гелиосом. Это использование линз в древней Греции упоминается в трактатах написанных в 423 г. до нашей эры.
Еще одним практическим применением первых линз можно назвать использование отполированного изумруда для улучшения зрения римским императором Нейроном. Он его использовал как увеличительное стекло для четкого рассмотрения своего собеседника.
А за долго до этого выдающиеся древние ученые Евклид и Аристотель выводят два основных закона оптического явления:
  1. Прямолинейное распределение света;
  2. Отражение света от зеркальных поверхностей;
  3. Преломление световых лучей на стыке двух неоднородных светопроницаемых сред (воды и воздуха или воздуха и стекла);
А уже начиная с Герона Александрийского исследование оптик в трактатах ученых начинает делиться на: ДИОПТРИКУ И КАНОПТИКУ.


Диоптрикой называли науку - о преломлении света.

Кантоптикой называли науку - об отражении света.

Далее пути развития в этом направлении мало известны, но начиная с Х века нашей эры ученые начинают свои научные исследованиям в этой области.
Об этом свидетельствуют трактаты написанные арабским ученым Альхазейном (Ибн аль-Хайсан), он уже начинает обращать внимание в своих трактатах на то, что сферические стекла способны увеличивать рассматриваемые через него предметы.
В XIII в. пишет свои научные труды, посвященные оптике, гениальный ученый средневековья французский монарх Роджер Бэком.
В 1271г. свой трактат в десяти томах посвященных оптике, пишет Польский ученый Вителло.

Схемы и чертежи Леонардо да Винчи



В конце XV в. научные исследования Леонардо да Винчи в области оптики дают четкое направление развития в сторону практической оптики.
В этих исследованиях его интересовал достаточно большой круг вопросов, а именно:

Леонардо да Винчи автопортрет
На фото: Леонардо да Винчи (автопортрет)


  • Физиологическая оптика (изучение природы зрения).
  • Строение человеческого и животного глаза.
  • Геометрическая оптика (изучение хода лучей в линзах и камере — обскура).
  • Аберрация оптических систем.
  • и Т.Д.

В 1509г. Леонардо да Винчи конструирует станок для шлифования линз и зеркал имеющих вогнутую форму.
На фотографиях ниже представлены собственно ручные рисунки
Леонардо да Винчи его шлифовальных станков и станки сделанные и этих зарисовок

Рисунок шлифовального станка Леонардо да Винчи
Фото первого шлифовального станка рисунок Леонардо да Винчи

Чертеж шлифовального станка Леонардо да Винчи
Чертеж второго шлифовального станка Леонардо да Винчи

Шлифовальный станок Леонардо да Винчи
Первый шлифовальный станок Леонардо да Винчи

Шлифовальный станок Леонардо да Винчи
Второй шлифовальный станок Леонардо да Винчи

Стремясь лучше понять принцип действия глаза как оптической системы, он строит камеру — обскура, являющуюся далеким прообразом современного фотоаппарата.
Изучая глаза он пришел к выводу, что величина зрачка обратно пропорциональна количеству света, попадающему в глаз:
  • Чем больше света — тем уже зрачок;
  • Чем меньше света - тем шире зрачок.

Диафрагма объектива это механический аналог зрачка человека.

Еще одно не маловажное предположение, что телескоп изобрел тоже Леонардо да Винчи. Его рисунки свидетельствуют этому.

Чертеж телескопа да Винчи
Схема чертежа телескопа Леонардо да Винчи

Схема телескопа да Винчи
Схема телескопа Леонардо да Винчи

Франческо Мавролико, Галилео Галилей и
Эванджелиста Торричелли



Стоит уделить внимание еще одному итальянцу физику и математику Франческо Мавролико.
Изучая линзы, он смог установить, что выпуклые линзы имеют свойство собирать световые лучи, а вогнутые — рассеивать их. А, его же исследования о преломлении в линзе световых лучей, он вплотную приблизился к открытию явления сферической аберрации.
Это не весь перечень итальянских ученых того времени которые работали в прикладной оптике. Больших успехов добились так же такие ученые как Галилео Галилей, Эванджелиста Торричелли и многие другие.

FRANCESCO_MAUROLICO
На фото: Франческо Мавролико

Галилео Галилей
На фото: Галио Галилей

Эваджелиста Торричелли
На фото: Э. Торриче́лли
Из выше указанного можно увидеть, что основы прикладной оптики заложены итальянскими учеными. На это повлияла могучая сила Итальянского Ренессанса. Но уже начиная с XVII в. прикладной оптикой активно начинают заниматься ученые других стран.

- Иоганн Кеплер -



Так, очень важный шаг в усовершенствовании прикладной оптики сделал немецкий астроном Иоганн Кеплер.

Иоган (Иоханес) Кеплер
На фото: Иоганн Кеплер


Он рассчитал и разработал новую систему телескопа. Его телескоп уже состоял из двух положительных линз дающих перевернутое изображение и имел целый ряд преимуществ:
  1. Большее увеличение чем телескоп разработанный Галилеем.
  2. Его телескоп обладал большим углом зрения.
  3. Его телескоп имел более четкое изображение.
  4. Ему удалось получать в фокальной плоскости телескопа реальное изображение наблюдаемых объектов.

Так же Кеплер стал родоначальником визирных инструментов, позволивших в дальнейшем создавать оптические измерительные приборы.
Расчеты и схемы Кеплера для разработки своего телескопа использовал и внедрил Х. Шейнер в 1613г. Этот телескоп использовался для наблюдения за пятнами на солнце.

Телескоп Шейнера
На фото: Телескоп Шейнера для наблюдением за солнцем


Этот телескоп назывался - гелиоскопом.


Следует отметить еще одно открытие Кеплера.
Им было установлено, что для получения достаточно четкой резкости объектив телескопа необходимо диафрагмировать. Это открытие Кеплера в дальнейшем стало активно применяться в фотосъемке.

- Исаак Ньютон -



Достаточно большее количество открытий в прикладной оптике принадлежит англичанину Исааку Ньютону.

Иссак Ньютон
На фото: Исаак Ньютон

Так, в 1668г. Ньютон делает одно из важных открытий касающегося качества изображений.

Им установлено, что качество изображения зависит в равной степени от сферической и хроматической аберрации.

Опираясь на свое открытие Ньютон выводит формулу вычисления хроматической аберрации линз, эта формула используется оптиками для расчетов и сегодня.

- Леонард Эйлер -



Опираясь на расчеты Ньютона русский ученый Леонард Эйлер производит расчеты сложных ахроматических систем, доказывая неправильную теорию Ньютона "о не возможности создания ахроматических линз".

Леонардо Эйлер
На фото: Леонард Эйлер

Эйлер возражает Ньютону и комбинируя материалы с различными оптическими составами расчитывает новую оптическую систему с количеством линз равняющимся десяти. В 1758 году Леонардо Эйлер на основании своих расчетов убеждает английского оптика Джона Доллонда соеденить две линзы из стекла разного состава и сделать первую в мире ахроматическую линзу.

Эта система и расчеты Эйлера в дальнейшем были использованы как основные при конструировании фотообъективов — ахроматов.

Николай Фусс, Франц Эпинус и Михаил Ломоносов



Используя теорию Эйлера его ученики Николай Иванович Фусс и Франц Ульрих Теодор Эпинус делают ряд важных в прикладной оптике изобретений и дополнений, а именно:
  1. В 1774г. Н. Фусс разрабатывает и издает таблицы для расчета оптических систем.
  2. В 1784г. Ф. Эпинус конструирует первый в мире ахроматический микроскоп.

Николай Иванович Фусс
На фото: Николай Иванович Фусс

Франц Эпинус
На фото: Франц Ульрих Теодор Эпинус

На этом труды российских ученых не закончились. Активное участие в развитии прикладной оптики внес Михаил Васильевич Ломоносов.

М. Ломоносов
На фото: М.Ю. Ломоносов

Так в 1756г. М.В. Ломоносов создает свою «ночезрительную трубу» и своими разработками ставит начальную точку в разработке и конструировании светосильных оптических систем.

Так же можно отметить такие изобретения Ломоносова как:
  • Горизонтоскоп.
  • Батископ.


Горизонтоскоп — является прообразом современного перископа.
Батископ — оптический прибор для подводных наблюдений.


Таким образом благодаря трудам Эйлера, Фусса, Эпинуса и Ломоносова в XVIIв. Россия выходит на лидирующие позиции в мире по прикладной оптике.

- Огюстен Френель и линза Френеля -



Мировые исследования ученых в прикладной оптике продолжаются и в 1819г. французский физик Огюстен Жан Френель изобретает ступенчатую линзу.

Огюстен Френель
На фото: Огюстен Жан Френель

Линза Френеля
Линза Френеля и ее разрез на маяке

Основное ее назначение было увеличение яркости огней морских маяков, но эта линза нашла применение и в фотоаппаратах. В наши дни линза Френеля используется в видоискателях фотоаппаратов и фарах автомобилей.

- Йозеф Фраунгофер, Йозеф Петцваль
и объектив Петцваля -



Ну и на по следок не забудем рассказать о немецком ученом Йозефе Фраунгофере, добившимся больших успехов в прикладной оптике до открытия в 1839г. Фотографии.
На счету Фраунгофера так же есть важные открытия и доработки в области прикладной оптики:

Joseph Fraunhofer
На фото: Йозеф Фраунгофер


  • Улучшение технологии варки оптического стекла.
  • Разработка новых методов контроля стеклянной массы.
  • Усовершенствование производственного процесса больших ахроматических объективов.
  • Внедрение в производство новых технологичных способов обработки и контроля качества поверхностей линз.
  • Он в 1827г. в первые разработал и применил для улучшения дисперсии линз, дифракционную решетку.

Заключение


Исходя из этого обзора о развитии прикладной оптики можно сделать такие выводы:
  1. Несмотря на хорошие успехи в развитии прикладной оптики, к моменту изобретения фотографии хороших объективов у фотографов того промежутка времени не было.
  2. Фотографы пользовались простыми линзами вставляемыми в отверстие камеры — обскура.
Объяснением того, что фотографами того времени не требовались хорошие объективы простое — в совершенных объективах на период изобретения фотографии не было нужды.

По мере развития фотографии возникла потребность в технически совершенных объективах. И вот в 1840г. Был создан первый портретный объектив «Фойхлендер» (объектив Петцваля). Создал его венгерский математик и физик Йозеф Петцваль.

Йозеф Петцваль На фото: Йозеф Петцваль

Объектив Петцваля
На фото: Первый портретный объектив Петцваля

Объектив Петцваля актуален и сейчас
На фото: Объектив Петцваля актуален и сейчас

Объектив Петцваля обладал такими характеристиками: Фокусное расстояние равное 150 мм. и Светосила 1:3,7
Этот портретный объектив Петцваля в практике оказался настолько совершенным, что был лидером на рынке объективов почти 100 лет.
К этому моменту фотография уже бурно развивается и наращивает свою популярность.



Эти статьи раздела История фотографии Вам тоже будут интересны:

  • Просмотров: 3071

NETDO.RU

Лучший конструктор сайтов