С чего начиналась фотография

Большой вклад в разработку теорий сферической и хроматической аберраций и методов их устранения внес другой голландец, астроном Христиан Гюйгенс. Он также продолжительное время работал над теорией оптических инструментов, в первую очередь телескопов и микроскопов. В частности, в 1662 г. Гюйгенсом была предложена новая система окуляра, состоящего из двух положительных линз со значительным расстоянием между ними, что позволило исправить ряд аберраций (хроматическую, астигматизм и др.). Окуляр Гюйгенса по сей день применяется в некоторых оптических системах.
Немало выдающихся открытий в области оптики принадлежит великому английскому ученому Исааку Ньютону. Он успешно занимался многими вопросами, связанными с прикладной оптикой: созданием ахроматических оптических систем, конструированием более совершенных зеркальных телескопов, улучшением технологии изготовления линз и сферических зеркал, устранением различного рода аберраций, изучением спектроскопии.
В 1668 г. Ньютон сделал одно из самых важных открытий в оптике. Он установил, что качество изображения в оптических приборах зависит не только от сферической аберрации, как считалось до этого, но в равной степени и от хроматической аберрации, т. е. от неоднородности световых лучей. При этом он вывел формулу для вычисления хроматической аберрации, и этой формулой без каких-либо существенных изменений пользуются и современные оптики.
В результате сделанного им открытия Ньютон пришел к выводу, что дальнейшее усовершенствование линзовых телескопов не даст желаемых результатов из-за того, что избавиться от присущей линзам хроматической аберрации якобы невозможно. Этот, как выяснилось позже, ошибочный вывод Ньютона, пользовавшегося непререкаемым авторитетом в научных кругах, отрицательно сказался на дальнейшем развитии прикладной оптики, на многие десятки лет затормозив конструирование линзовых телескопов. Выход из положения Ньютон видел в замене линзовых объективов вогнутыми сферическими зеркалами, которые лишены хроматической аберрации (нелишним будет напомнить, что в конструкцию известных советских фотографических объективов типа МТО положена идея Ньютона). В подтверждение своей правоты Ньютон собственноручно построил несколько зеркальных телескопов и добился блестящих результатов. Результаты исследований в области оптики ученый изложил в одном из своих главных научных трудов «Оптика» и в знаменитых «Лекциях по оптике». Таким образом, благодаря Ньютону была открыта новая эра в телескопостроении. В то же время, как говорилось выше, его ошибка явилась причиной длительного застоя в конструировании линзовых оптических систем.
Исправить эту ошибку английского ученого пришлось выдающемуся русскому математику немецкого происхождения, члену Петербургской Академии наук Леонардо Эйлеру. Оптика занимала далеко не последнее место в широком кругу научных интересов талантливого ученого. При этом изучение оптики базировалось у него на солидной математической основе, что позволило Эйлеру внести огромный вклад в теорию расчета и конструирования оптических систем. Эйлер одним из первых выступил против утверждения Ньютона о невозможности устранения в оптических системах хроматической аберрации, а в 1747 г. первым высказался о том, что проблема создания ахроматического объектива является разрешимой. Чтобы подтвердить свои расчеты, Эйлер провел серию успешных опытов, в результате которых путем комбинирования двух линз с различным показателем преломления добился ощутимого уменьшения хроматической аберрации. Так было положено начало созданию ахроматических объективов. В 1758 г., пользуясь результатами исследований Эйлера, известный английский оптик Д. Доллонд, который, кстати, вначале резко отрицательно отнесся к открытию русского ученого, создал первый ахроматический объектив для телескопа, состоящий из двух линз, изготовленных из стекол с различной дисперсией - кронгласа и флинтгласа.
Затем Эйлер произвел расчеты сложных ахроматических систем, число линз в которых доходило до 10. Эти расчеты Эйлера были взяты впоследствии за основу при расчетах и конструировании фотографических объективов-ахроматов.
 
Пользуясь теорией Эйлера, один из его учеников Н. Фусс издал в 1774 г. пособие для оптиков с таблицами для расчета оптических систем, а другой его ученик академик Ф. Эпинус в 1784 г. сконструировал первый в мире ахроматический микроскоп. Таким образом, благодаря трудам Эйлера Россия в XVIII в. вышла на передовые рубежи в мире по достижениям в прикладной оптике.
Большой вклад в развитие прикладной оптики и конструирование различных оптических приборов внес также Михаил Васильевич Ломоносов. Так, в 1756 г. им была создана так называемая ночезрительная труба, положившая начало конструированию светосильных оптических систем. Кроме того, Ломоносов изобрел «горизонтоскоп», который стал прообразом перископа, и «батископ» - прибор для подводных наблюдений, успешно трудился над улучшением телескопов и микроскопов.
В 1819 г. французский физик О. Ж. Френель изобрел оригинальную по конструкции ступенчатую линзу. Она предназначалась для увеличения яркости огней маяков и имела при этом по сравнению с обычными равнозначными линзами незначительные толщину и вес. В наши дни эта линза, известная под названием «линза Френеля», нашла применение в видоискателях некоторых типов фотокамер («Любитель»).
Последним из видных ученых, кто много и плодотворно работал в области прикладной оптики накануне появления фотографии, был немец Йозеф Фраунгофер. Начал он с того, что в корне улучшил технологический процесс варки оптического стекла и разработал новые методы контроля стеклянной массы. Затем Фраунгофер усовершенствовал технологию производства больших ахроматических объектов, создал оригинальные механизмы для полировки и шлифовки линз, внедрил в практику более прогрессивные способы обработки поверхности линз и контроля за качеством этой обработки.
Основной помехой в улучшении качества оптических приборов являлась неточность в определении показателей преломления света в линзах, которая вела к неправильной оценке аберрации. И Фраунгофер задается целью найти способ более точного определения величины относительной дисперсии линз. После многочисленных экспериментов он в 1827 г. впервые применил с этой целью дифракционную решетку для изучения спектра и добился желаемого результата. Это позволило Фраунгоферу заметно улучшить качество производимых им оптических приборов с ахроматической оптикой. Некоторые из них и поныне считаются шедеврами прикладной оптики.
Как уже говорилось вначале, несмотря на явные успехи оптиков, создавших к моменту изобретения фотографии совершеннейшие оптические приборы, хороших объективов у первых фотографов не оказалось, и им пришлось довольствоваться на первых порах простыми линзами для камер-обскур, которыми обычно пользовались художники. Объясняется это тем, что в более совершенных объективах до той поры не было необходимости, а потому никто над ними не работал. Однако оптики к этому были уже готовы и теоретически, и практически и, казалось, только ждали момента, когда понадобятся их знания и умение. И действительно, едва появилась фотография, а вслед за этим возникла потребность в соответствующем объективе, как уже через год такой объектив был создан. Это был портретный объектив «Фойхтлендер» с фокусным расстоянием в 150 мм и светосилой 1: 3,7. Рассчитал и изготовил его в 1840 г. талантливый венгерский математик и физик йозеф Пецваль. Причем оптическая система Пецваля оказалась настолько совершенной, что, взятая за основу в последующих разработках, она господствовала в фотографической оптике чуть ли не целое столетие. Впрочем, и сегодня объективы, в основе которых лежит расчет Пецваля, все еще применяются в некоторых типах кинокамер, кинопроекторов, фотоаппаратов и фотоувеличителей.
Камера-обскура. Принцип действия камеры-обскуры заключается в следующем. Если в одной из стенок темного ящика сделать небольшое отверстие, то на противоположной стенке ящика (внутри его, разумеется) образуется видимое световое изображение всех освещенных предметов, находящихся перед отверстием, при этом изображение будет перевернутым. Размеры изображаемых предметов или, другими словами, масштаб увеличения зависит от расстояния между отверстием и стенкой, на которой возникает изображение. Чем больше это расстояние, тем большими будут выглядеть изображаемые предметы. При этом качество изображения находится в прямой зависимости от величины отверстия. Чем оно меньше, тем резче изображение и тем оно темнее. С увеличением отверстия резкость изображения ухудшается, зато его яркость возрастает.