История оптики в своём начальном периоде неразрывно связана с естественнонаучными и философскими работами мыслителей древнего мира. С развитием науки, как социального института, по мере формирования запросов промышленного производства и техники, оптика, оптические наблюдательные и измерительные приборы приобретает всё большое прикладное значение. Этот период ознаменован развитием новой прикладной науки - точной механики и оптики.
Из глубины тысячелетий тянется к нам тонкий оптический луч, с которым связана череда открытий (и развития самой оптики) - от первых хаттских линз и античных стеклянных шаров для разжигания «чистого» огня священных костров, к первым подзорным трубам, телескопам, микроскопам и...к первым объективам в камере- обскуре, а затем к современным фото- и кино- объективам...
Редкое оптическое явление, связанное с преломлением света
Краткая хронология античных времён
Древняя Анатолия. 2500г. до нашей эры: Первые линзы из горного хрусталя найдены в 1890г. Генрихом Шлиманом при раскопках Трои.
Международная комиссия археологов определила, что большинство из них выполнены по технологиям ХIХ века с применением высокотвердых инструментов из стали и с использованием мощной оптики. Научная экспертиза подтвердила, что многие золотые , серебряные и костяные предметы этого периода изготавливались с помощью лупы и пинцета...
Древняя Месопотамия. 600г. до нашей эры: Несколько линз из стекла с различным увеличением были найдены в Саргоне. С какой целью изготовлялись линзы - не известно…
Древняя Греция. 500г. до нашей эры: Стеклянные линзы для разжигания «чистого» жертвенного огня, от лучей, посланного богом Гелиосом. Свидетельства о таком способе зажигания огня, остались в комедии Аристофана «Облака», написанной в 423г. до н.э.
Древний Рим: О зажигательных свойствах стеклянных шаров упоминают в своих произведениях римские писатели Плиний (23-79г. н.э.) и Синека (6-3г. до н.э.).
Древний Восток: В Х веке нашей эры, арабский ученый Ибн- аль-Хайсан пишет трактат «Сокровище оптики». Оказавший большое влияние на дальнейшее развитие оптики в средневековой Европе.
Оптика описывает свойства Света и объясняет связанные с ней явления... Если вы будете смотреть в центр красного креста и двигаться вперед-назад от картинки, то вы увидите оптическую иллюзию - движение.
Средние века и новое время. Фотография
На момент изобретения
фотографии, оптика, как наука уже имела большой опыт в конструировании оптических систем. Первые корректирующие линзы уже были известны в средневековье (Италия 1285 г). В период между XVI и XVII веками были изобретены очки, подзорные трубы и микроскоп.
Уже на момент зарождения фотографии использовались оптические системы с несколькими линзами. Об этом свидетельствует письмо из архивов Нисефора Ньепса, в котором сказано, что 24 марта 1828 года Винсент Шевалье отправил из Парижа Ньепсу «ахроматический объектив с тремя линзами длинной 12 дюймов и диаметром 3 дюйма. Прилагается счет-фактура на сумму 102 франков. Объектив имел фокусное расстояние приблизительно 330 мм и значение диафрагмы f=4.
А записи Даггера 1839 года говорят что он использовал схему мениска.
Мениск (Монокль)
Дешевый объектив типа мениск состоит из одной линзы с углом 60° и апертурой f=11 (в лучшем случае, Уолластон Шевалье иногда устанавливал на первых камерах Даггера мениски с максимальным отверстием f=16).
Монокль имеет сильную дисторсию, сферические и хроматические аберрации на открытой диафрагме. поэтому требует коррекции диафрагмированием. Для разных условий съемки подбиралось свое значение диафрагмы. Чем сильнее прикрыта диафрагма, тем лучше корректируется астигматизм, и самое главное — кривизна поля. Большие значения диафрагмы в сочетании с низкой чувствительностью фотоматериалов требовали экспозиции около получаса на солнце.
Этот тип объектива используется и по сей день в таких устройствах как
веб-камеры и камеры
телефонов. А использование пластика вместо стекла значительно удешевило его производство, фактически это самый дешевый объектив.
Кроме того, сейчас делают асферические мениски, что позволяет исправить большинство дефектов этой схемы.
Объектив Петцваля (Petzval lens)
В 1840 году венгерский математик, профессор Йозеф Петцваль сконструировал портретный объектив с фокусным расстоянием 165 мм (24°) и максимальной диафрагмой f=3,5. В этой схеме были значительно исправлены аберрации. Благодаря высокой светосиле экспозиция сократилась с получаса до менее минуты.
Это было огромным прогрессом в портретной фотографии. Патент на производлство этих объективов был куплен Петром Вильгельм Фридрихом фон Фохтландером за 2000 гульденов.
Эта схема имела огромный успех и использовалась в фотографии до 20-х годов XX столения. Объективы производились разными производителями и разными названиями. Сейчас эта схема продолжила свое существование в проекционных объективах.
Ахроматический мениск (Ландшафтный объектив Шевалье)
Эта схема сконструирована Шевалье в 1850 году. Она имеет склейку, которая частично устраняет астигматизм, хроматические аберрации, кому и дисторсию. Объектив отличается перепадом резкости. При открытой диафрагме он имеет хорошую резкость в центре, но посредственную на периферии.
При закрытии диафрагмы резкость на краях повышается, но дисторсия не исправляется. Объектив имеет угол 30° и максимальную диафрагма f=12. С целью устранения геометрических искажений схема была доработана добавлением такой де части с другой стороны диафрагмы. Это привело к появлению апланатов.
Рапид Ректилинеар (Апланат). Rapid Rectilinear (Aplanat)
Эта схема была изобретена в 1860 году одновременно Хуго Штейнхелем в Германии (Апланат) и Джоном Даллмайером в Великобритании (Рапид Ректилинеар). По сравнению с объективом Петцваля она дает более широкий угол — 50° и имеет апертуру f=8.
Объектив хорошо исправляет хроматические аберрации и кому, но не исправляет астигматизм. Это первая схема, которая исправляет геометрические искажения.
Схема применялась до 1866 года и была вытеснена появлением анастигматов, которые имели меньшую себестоимость изготовления.
Анастигматы
Объективы этого типа решали одновременно несколько задач: коррекцию хроматических аберраций и исправление кривизны поля при меньших значениях диафрагмы. Появление анастигматов стало возможным благодаря открытию нового сорта стекла немецким химиком Фридрихом Отто Шоттом.
Чтобы преодолеть значение диафрагмы f=3 потребовалось уменьшить угол падения лучей на поверхности линз путем увеличения их количества. Но из-за увеличения числа линз увеличилось количетство отражающих поверхностей, что привело к падению контраста и появлению сильных засветок. Решить эту проблему удалось с изобретением просветления линз, которое появилось перед второй мировой войной.
Название «Анастигмат» объединяет в себе большое разнообразие оптических схем. Уже к концу XIX века практически все выпускаемые объективы входили в эту категорию.
Ниже в хронологической последовательности приводятся самые известные схемы. Это схемы универсальных объективов угол которых около 50°.
Гёрц Дагор (Goerz Dagor) — 1892 г
Диафрагма f=6.8. Очень знаменитый объектив. В свое время его рейтинг был выше чем у оптики
Цейса. С этой схемой выпускалось множество вариантов объективов с разными фокусными расстояниями и для разных форматов.
В 1926 году после смерти Карла Пауля Гёрца, компания Goerz была слита с компанией
Carl Zeiss. Объективы Дагор продолжали производиться вплоть до окончания второй мировой войны. А дочерняя фирма в соединенных Штатах в 1926 году стала самостоятельной компанией.
Цейс Протар (Zeiss Protar) — 1893 г
Диафрагма f=7.8. Впервые был выпущен в 1889 году. Поначалу схема состояла из 4 элементов в 2 группах, но позже была модифицирована до 6 элементов в 2 группах. Имеет угол 60°.
Поскольку схема очень похожа на Дагор, компания Goerz подала иск на Carl Zeiss и отсудила исключительное право на использование этой схемы в Германии. Поэтому фирма Цейс выпускала объективы Протар в других странах, где решение суда не действовало.
Триплет Тейлора (Taylor Triplet) — 1893 г
Схема была рассчитана Денисом Тейлором, главным инженером фирмы T. Cooke & Sons и уже в следующем году начала производится. Эти объективы часто называют Триплетом Кука (Cooke triplet).
Из-за своей сравнительной дешевизны схема получила широкое распространение. Объективы схемы Триплет выпускались под марками Trioplan, Novar, Apotar и прочими. Имеет угол 40°. Используется и по сей день.
Цейс Протар серия VII (Zeiss Protar serie VII) — 1895 г
Симметричная схема с двумя группами (60°) можно использовать только заднюю группу (30°). Эта схема продолжает жить в ХХ веке в модели Schneider Kreuznach Symmar.
Цейс Планар (Zeiss Planar) — 1897 г
Позволяет увеличить диафрагму до f=3,3 с углом 50°. Но из-за большого числа элементов такая схема давала очень низкий контраст изображения из-за большого количества переходов воздух-стекло. На практике эту схему начали применять в конце 30-х годов ХХ столетия с изобретением просветляющего покрытия.
Цейс Тессар (Zeiss Tessar) — 1902 г
Эта схема позволяла достигать значения диафрагмы f=5,5 и угла 40°. Она имела большой успех уже с самого начала изобретения. Схема давала хороший контраст, поскольку имела меньшее количество линз чем Планар. Объективы со схемой Тессар применяются и по сей день, особенно в объективах для фотоувеличителей.
Эрнеман Эрностар (Ernemann Ernostar) — 1922 г
Позволяли добиться значения диафрагмы f=2 и угла 30°. Эта схема получила широкое распространение в 1920—1930 гг.
Цейс Планар (Zeiss Planar) — 1927 г
Диафрагма f=1,4 и угол 30°.
Шнейдер Ангулон (Schneider Angulon) — 1931 г
Диафрагма f=6.8, угол 70°. Можно отнести к широкоугольным схемам. И еще преимущество схемы — её компактность.
Бойер Сапфир (Boyer Saphir) — 1931 г
Диафрагма f=4.5. Имеет схему Тессар. Многие считают ее даже лучше оригинала. Но это спорный вопрос.
Цейс Зоннар (Zeiss Sonnar) — 1932 г
Диафрагма f=2. Потомок Ernostar. Эту оптическую схему разрабатывали 20 математиков, в течение 2-х лет.
Изначально ставилась цель разработать легкий объектив, с диафрагмой f=1,5 и габаритами меньше, чем Planar Il. Все таки она проигрывает Планару, тем не менее объективы со схемой Зоннар получили широкое распространение.
Кодак Эктар (Kodak Ektar) — 1939 г
Диафрагма f=1,9 и угол 40°. Эта схема позволила США на время второй мировой войны выпускать свою светосильную оптику, чтобы не пользоваться немецкой.
Ангениукс (Angenieux) — 1953 г
Диафрагма f=1, угол 40°. Объектив с этой схемой был установлен на зонд Ranger IV для исследования Луны в 1964 году. Изобретена во Франции.
Данная схема и ее модификации до сих пор используется для техники в оборонной промышленности.
Телеобъективы
Большое расстояние между передним и заднем блоками линз позволяет увеличить фокусное расстояние. Данное решение используется в телеобъективах среднего и малого формата. Угол 30° и менее.
Широкоугольные объективы
Широкоугольными принято называть объективы, которые имеют угол обзора более чем 50 градусов.
Аптанат Перископ Штейнхеля (Steinhel Aplanat Periscopе) — 1865 г
Диафрагма f=40 и угол 90°. Это единственная широкоугольная схема в начале объективостроения.
Гипергон Герца (Goerz Hypergon) — 1900 г
Угол 140° и диафрагма f=22. Схема имеет отличное качество. Но есть недостатки — сильное виньетрование, что позволяет реально использовать только центральную часть объектива.
Топогон Цейса (Zeiss Topogon) — 1933 г
Угол 90°, диафрагма f=12. Этот тип схемы до сих пор используется в оптике Cosina / Voitglander.
Объектив Роберта Хилла (Robert Hill) — 1924 г.
Угол 180°, диафрагма f=22. Это первый фишай (fish-eye) объектив.
© greenmile
Источники:
Www.Suaudeau.Eu, Перевод: Косареков Иван для Periscope.Com.Ua;
Animamuseum.Ru.
В начало
