От лупы до микроскопа.

Наш глаз – уникальный и очень сложный орган. Он помогает нам выживать в мире, опознавать предметы, ориентироваться в пространстве, различать цвета. Но как и многие другие части нашего дела, он может быть поврежден или утратить свои возможности со временем. Что бы помочь нашим глазам лучше воспринимать реальность, люди придумали самые разные оптические приборы.

Наверное самым первым и самым простым оптическим прибором является… зеркало!

Археологи обнаружили первые небольшие зеркала из олова, золота и платины, относящиеся к эпохе Бронзы.

Современную историю зеркал отсчитывают с 1240 года, когда в Европе научились выдувать сосуды из стекла. Изобретение настоящего стеклянного зеркала следует отнести к 1279 году, когда итальянский монах-францисканец Джон Пекам описал способ покрывать стекло тонким слоем олова.

Производство зеркала выглядело так. В сосуд через трубку мастер вливал расплавленное олово, которое растекалось ровным слоем по поверхности стекла, а когда шар остывал, его разбивали на куски. Первое зеркало было несовершенным: вогнутые осколки слегка искажали изображение, но оно стало ярким и чистым.

Вогнутые зеркала появились в 1240 году. Выдували стеклянные шары, в которые вливали расплавленное олово, оно растекалось ровным слоем по внутренней поверхности. Затем шар разбивали на куски.

В начале XVI века зеркальщики научились делать плоские зеркала. Горячий цилиндр из стекла разрезался вдоль, и эти половинки раскатывали на медной столешнице, получая листы стекла. Тогда же стали применять амальгамы (жидкие или твердые сплавы ртути с другими металлами) для нанесения отражающего слоя на стекло.

Позднее французы стали получать зеркальные стекла не выдуванием, а литьём. Расплавленное стекло выливали на ровную поверхность и раскатывали вальцом.

В некоторых оптических приборах используются зеркала, работающие за счёт эффекта полного отражения на границе сред с различными показателями преломления.

Как оптический инструмент используются плоские, вогнутые и выпуклые сферические, параболические, гиперболические и эллиптические зеркала.

Зеркала широко используются в оптических приборах — спектрофотометрах, спектрометрах в других оптических приборах:

• Телескопы
• Лазеры
• зеркальные фотоаппараты
• объективы
• перископы и зеркальные псевдоскопы

Лупа(увеличительное стекло) было изобретено в 1250 году Роджером Бэконом. Будучи преподавателем Оксфордского университета, Бэкон провел множество экспериментов с зеркалами, которые объясняли принципы отражения и преломления. Он был известен как Доктор Мирабилис, который является латынью для «замечательного учителя». Хотя Бэкону приписывают первое обнаружение свойств выпуклой линзы, оптические устройства, чтобы сделать объекты более крупными, использовались в течение тысяч лет. В Древнем Египте прозрачные куски кристалла использовались для более четкого представления мелких предметов. Подобным же образом римский император Нерон использовал четкие драгоценные камни, чтобы посмотреть на далеких актеров на сцене.

Очки Ещё римляне заметили, что прозрачный сосуд с водой имеет свойство уменьшать или увеличивать предметы. Такой сосуд и стал прототипом современной выпуклой линзы. Ещё в XIII веке монополисты-венецианцы придумали вставлять отшлифованные линзы в красивые деревянные или металлические оправы. На протяжении сотни лет этот модный аксессуар носили венецианские франты, и лишь спустя век осознали, что такой прибор может компенсировать недостатки зрения.

Долгое время очки были настолько дороги, что короли, князья и богачи тех времен в завещании чуть ли не в первую очередь говорили о них. Однако настоящей потребности в очках до появления книгопечатания люди не ощущали: увеличительными стеклами в оправе пользовались только наиболее образованные люди, которым, собственно, было что почитать. Это, кстати, привело к тому, что многие художники средневековья, не обращая внимания на историческую справедливость, стали изображать апостолов и святых в очках.

Подзорная труба Зрительная труба — так называть её правильнее — со временем стала главным атрибутом мореплавателей. Те, кто бороздят просторы океанов, должны быть обязаны английскому философу Роджеру Бэкону, который в 1268 году описал принцип работы зрительной трубы. «Удивительный доктор», как называли Бэкона современники, соединил в своём устройстве выпуклые линзы и вогнутые зеркала, теоретически обосновав возможность многократного увеличения. По стопам Роджера Бэкона пошёл итальянский художник и учёный Леонардо да Винчи, сделавший в 1509 году рисунок двухлинзовой подзорной трубы. Однако в то время его труды так и остались невостребованными.

Всё кардинально изменилось ровно через сто лет, когда Галилей создал свою первую подзорную трубу, с помощью которой мог делать астрономические наблюдения. Теперь изобретение оценили по достоинству, и к 1624 году итальянский физик смог организовать производство подзорных труб. При этом для экономии саму трубку делали из бумаги, из-за чего линзы часто выпадали и разбивались.

Первым, кто направил зрительную трубу в небо, превратив её в телескоп, и получил новые научные данные, стал Галилео Галилей. В 1609 году он создал свою первую зрительную трубу с трёхкратным увеличением. В том же году он построил телескоп с восьмикратным увеличением длиной около полуметра. Позже им был создан телескоп, дававший 32-кратное увеличение: длина телескопа была около метра, а диаметр объектива — 4,5 см. Это был очень несовершенный инструмент. Тем не менее, с его помощью Галилей сделал ряд открытий.

Название «телескоп» предложил в 1611 году греческий математик Иоаннис Димисианос (Giovanni Demisiani-Джованни Демизиани) для одного из инструментов Галилея. В 20-м веке также наблюдалось развитие телескопов, которые работали в широком диапазоне длин волн от радио до гамма-лучей. Первый специально созданный радиотелескоп вступил в строй в 1937 году. С тех пор было разработано огромное множество сложных астрономических приборов

Телескоп представляет собой трубу (сплошную, каркасную), установленную на монтировке, снабжённой осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Вместо окуляра может помещаться фотоплёнка или приёмник излучения. В таком случае объектив телескопа, с точки зрения оптики, является фотообъективом, а сам телескоп превращается в астрограф.

По своей оптической схеме большинство телескопов делятся на:

• Линзовые — в качестве объектива используется линза или система линз.
• Зеркальные — в качестве объектива используется вогнутое зеркало.
• Зеркально-линзовые телескопы — в качестве объектива используется обычно сферическое главное зеркало, а так же линзы для контроля.

Кроме того, для наблюдений за Солнцем профессиональные астрономы используют специальные солнечные телескопы, отличающиеся конструктивно от традиционных звёздных телескопов.

Микроскоп Первые микроскопы, изобретённые человечеством, были оптическими, и первого их изобретателя не так легко выделить и назвать. Возможность скомбинировать две линзы так, чтобы достигалось большее увеличение, впервые предложил в 1538 году итальянс кий врач Дж. Фракасторо. Самые ранние сведения о микроскопе относят к 1590 году и городу Мидделбург, что в Голландии, и связывают с именами Иоанна Липперсгея (который также разработал первый простой оптический телескоп) и Захария Янсена, которые занимались изготовлением очков [3] . Чуть позже, в 1624 году Галилео Галилей представляет свой составной микроскоп, который он первоначально назвал «оккиолино» [4]  (occhiolino  итал.  — маленький глаз). Годом спустя его друг по Академии Джованни Фабер предложил для нового изобретения термин  микроскоп .

Разрешающая способность микроскопа — это способность выдавать чёткое раздельное изображение двух близко расположенных точек объекта. Степень проникновения в микромир, возможности его изучения зависят от разрешающей способности прибора. Эта характеристика определяется прежде всего длиной волны используемого в микроскопии излучения (видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское излучение). Фундаментальное ограничение заключается в невозможности получить при помощи электромагнитного излучения изображение объекта, меньшего по размерам, чем длина волны этого излучения.

«Проникнуть глубже» в микромир возможно при применении излучений с меньшими длинами волн.

Периско́п  (от др.-греч. «вокруг» + «смотрю») — оптический прибор для наблюдения из укрытия. Перископ не позволяет видеть наблюдателя в пределах прямой видимости.

Простейшая форма перископа — труба, на обоих концах которой закреплены зеркала, наклонённые относительно оси трубы на 45° для изменения хода световых лучей. Эта форма перископа с добавлением двух простых линз служила для наблюдения из окопов во время Первой мировой войны. Военнослужащие также используют перископы в некоторых орудийных башнях и в бронированных машинах. В более сложных вариантах для отклонения лучей вместо зеркал используются призмы, а получаемое наблюдателем изображение увеличивается с помощью системы линз. Они используются на подводных лодках и в различных областях науки.

Прое́ктор  — оптический прибор, предназначенный для создания действительного изображения плоского предмета небольшого размера на большом экране. Появление проекционных аппаратов обусловило возникновение кинематографа, относящегося к проекционному искусству.

Виды проекционных приборов

• Диаскопический проекционный аппарат  — изображения создаются при помощи  диапроекции , то есть лучей света, проходящих через прозрачный носитель с изображением. Это самый распространённый вид аналоговых проекционных аппаратов. К ним относят такие приборы как: кинопроектор, диапроектор, фильмоскоп, фотоувеличитель, проекционный фонарь
• Эпидиаскопический проекционный аппарат (эпидиаскоп)  — универсальный аппарат, пригодный для проекции изображения как прозрачных, так и непрозрачных объектов, то есть как для диапроекции, так и для эпипроекции [2] .
• Мультимедийный проектор  (также используется термин « Цифровой проектор ») — с появлением и развитием цифровых технологий это наименование получили два, вообще говоря, различных класса устройств:
• Лазерный проектор  — выводит изображение с помощью лазерного луча.

• 3D-проектор — воспроизводит объёмное изображение. Как правило лазерный.

Фотоаппара́т  ( фотографи́ческий аппара́т ,  фотока́мера ) — устройство для регистрации неподвижных изображений (получения фотографий). Запись изображения в фотоаппарате осуществляется фотохимическим способом при воздействии света на светочувствительный фотоматериал. Получаемое таким способом скрытое изображение преобразуется в видимое при лабораторной обработке. В цифровом фотоаппарате фотофиксация происходит путём фотоэлектрического преобразования оптического изображения в электрический сигнал, цифровые данные о котором сохраняются на энергонезависимом носителе.

Кинока́мера  — устройство, предназначенное для записи движущегося изображения на киноплёнку. Процесс записи называется киносъёмкой, а полученное в результате изображение используется для создания кинофильма. В процессе киносъёмки при помощи объектива на светочувствительной киноплёнке последовательно фиксируются фотографические изображения отдельных фаз движения объекта съёмки с частотой, превышающей порог человеческого восприятия. В результате при воспроизведении полученного фильма зрители воспринимают последовательность неподвижных изображений как одно непрерывно движущееся. Стандартная частота киносъёмки звукового кинематографа во всём мире составляет 24 кадра в секунду.

До изобретения видеомагнитофона в 1957 году киносъёмочные аппараты были единственным средством фиксации движущегося изображения, и кроме постановочного и документального кино использовались для научных исследований и на телевидении, в том числе для записи телепрограмм.

Видеока́мера  — первоначальное значение — комбинация телевизионной передающей камеры и устройства для видеозаписи. Впоследствии слово «видеокамера» практически вытеснило слова «телевизионная камера» и «телекамера», заменив их. Впервые слово «видеокамера» стало использоваться применительно к миниатюрным ручным телекамерам, предназначенным для записи домашнего видео на бытовой видеомагнитофон. После появления комбинации передающей ТВ-камеры и видеомагнитофона — камкордеров, предназначенных для тележурналистики слово «видеокамера» вошло и в профессиональный обиход.

Наверное самым главным элементом оптического прибора всегда являлась линза !

Ли́нза  (от лат.  lens  — чечевица) — деталь из прозрачного однородного материала, имеющая две преломляющие полированные поверхности, например, обе сферические; или одну — плоскую, а другую — сферическую. В настоящее время всё чаще применяются и «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стёкла, оптические стёкла, кристаллы, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы.

Возраст самой древней линзы — более 3000 лет, это так называемая линза Нимруда. Она была найдена при раскопках одной из древних столиц Ассирии — Нимруде Остином Генри Лэйардом в 1853 году. Линза грубо шлифована, имеет близкую к овалу форму и даёт трёхкратное увеличение. Одна из её сторон выпуклая, другая — плоская.

Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака», где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь.

Такой способ разжигания огня был известен и в Римской империи — там также описан, возможно, первый случай применения линз для коррекции зрения — известно, что Нерон смотрел гладиаторские бои через вогнутый изумруд для исправления близорукости.

Сенека описал увеличительный эффект, который даёт стеклянный шар, заполненный водой.

Арабский математик Альхазен написал первый значительный трактат по оптике, описывающий, как хрусталик глаза создаёт изображение на сетчатке. Линзы получили широкое использование лишь с появлением очков примерно в 1280-х годах в Италии.