Линзовые войны: Эпизод V - Петцваль наносит ответный удар

Для меня удивительно, что мы быстро приближаемся к 200-летию со дня создания первой фотографии: «Вид Ньепса из окна Ле Гра», сделанного в 1827 году. Моя последняя публикация завершилась матчем по клетке для камеры в стиле WWF, который был началом фотография. Дагер и Фокс Талбот были главными противниками. Сэр Джон Гершель судил матч довольно беспристрастно и одинаково помогал обеим сторонам (и фотографам). Ипполит Байярд драматично прыгнул через верхнюю веревку после того, как битва в основном закончилась, но это никак не повлияло на ситуацию. Наконец, Фредерик Скотт Арчер вышел из раздевалки и стал последним на ринге.

Портретная линза Петцваля, около 1890 г., из собрания автора.

Но это не то, о чем я хочу сегодня говорить. История раннего развития линз, пожалуй, еще более неприятная. Изготовление линз было уважаемым занятием до того, как кто-либо начал фотографировать - например, очки, оперные бинокли, микроскопы, телескопы и тому подобное. Клиенты Lensmakers были зажиточными людьми. Правильные манеры и благородное поведение были в порядке вещей в кругах производителей линз. За исключением Джона Долланда; Долланд был неряшливым, предвещающим будущее.

Когда появились фотоаппараты, в производстве объективов внезапно перестали быть должные и благородные вещи. Начались все великие традиции фотографии: воровство, мошенничество, нарушение патентов и авторских прав, использование личных оскорблений для опровержения фактов и безудержный национализм. Вот о чем я хочу поговорить в этой статье.

Объективы перед фотографией

Люди производили стеклянные линзы, по крайней мере, с древних египтян. Изобретение очков около 1300 г. создало достаточно большой рынок, чтобы сделать производство линз стоящим, хотя и нишевым, бизнесом. Рынок линз рос на протяжении 1600-х годов, поскольку линзы стали использоваться в телескопах, микроскопах и камерах-обскурах. К 1700-м годам в большинстве городов было несколько магазинов по производству линз. Как правило, это были семейные предприятия, где отцы обучали своих сыновей этому ремеслу.

Линзы в основном были простыми; одиночные вогнутые или выпуклые куски стекла. Они подходили для очков, но имели массивную хроматическую аберрацию, которая была проблемой для телескопов и микроскопов. Ньютон предположил, что можно комбинировать разные типы стекла, чтобы противодействовать «цветности», создавая «ахроматические» линзы. Английский изобретатель Честер Мур Холл придумал способ сделать это около 1730 года. Он хотел сохранить эту идею в секрете, надеясь, что у него будет лучший телескоп, чем у его коллег. Таким образом, он заплатил одному производителю линз за изготовление элемента из коронного стекла (стекло с низким коэффициентом преломления), другому - за изготовление соответствующего элемента из бесцветного стекла («свинцового» стекла с высоким коэффициентом преломления) и сам планировал объединить элементы.

Почему они назвали это короной и кремневым стеклом?

Термин "коронное стекло" пришел из ранних методов изготовления окон. Это было обычное известково-натриевое стекло, содержащее кремний и немного калия. Чтобы сделать окно, из стекла выдували сферу, которую затем прикрепляли к стержню и вращали так, что центростремительная сила расплющивала его в лист. Плоские части листа разрезались на оконные стекла, толстая центральная часть, где он крепился к трубе, называлась «короной». Если вы хотите увидеть, как изготавливают коронное стекло, посмотрите это.

Коронки из стекла, использованные в раннем окне. Ангелика Кауфманн – музей в Шварценберге, Австрия.

Флинт стекло содержит высокий процент свинца, который повышает показатель преломления. Первоначальным источником силиката свинца были кремневые конкреции, обнаруженные в Юго-Восточной Англии. Из этого стекла делали хрустальные бокалы и тому подобное; высокое преломление придает огранкам блестящий цвет. Свинцовое стекло больше не используется в линзах из-за проблем, связанных с окружающей средой; сегодня диоксид титана и диоксид циркония обычно используются в высокопреломляющем стекле.

Вернуться к созданию линз

Оба изготовителя линз, с которыми Холл заключил контракт, были довольно заняты, поэтому каждый заплатил третьему производителю линз, Джорджу Бассу, за изготовление двух линз. Басс заметил, как эти два элемента подходят друг к другу, и выяснил ахроматическую природу парных линз, но он отправил две отдельные линзы обратно производителям линз, ничего не сказав. По крайней мере, им. Он сам незаметно сделал несколько ахроматических дублетов, а несколько других производителей линз скопировали их.

Спустя годы Басс упомянул об этом ахроматическом объективе Джону Доллонду, чей сын Питер был изготовителем линз. Наш мальчик Джон основал грязную сторону изготовления линз, воспроизведя эти линзы и написав статью в «Философских трудах Королевского общества» 1758 года, в которой утверждалось, что он сам все понял. Долланд, конечно же, запатентовал изобретение. Басс и около половины Англии подали в суд на Доллонда из-за патента. Суды согласились, что Долланд не открыл ахромат, но, поскольку он был первым, заявившим о бизнес-заявке, его патент был оставлен в силе. Он стал довольно богатым, получая роялти от каждого ахроматического объектива, сделанного в течение нескольких лет.

В 1812 году Уильям Хайд Волласстон придумал, как изгибать линзы, разработав менисковую линзу. Это уменьшило искажение и кривизну поля, что сделало менисковые линзы популярными для обскур камеры. Поскольку он уже был богат, Волласстон не стал патентовать мениск.

Слева направо: выпуклая линза, менисковая линза и ахроматическая дуплетная линза. Роджер Чикала, 2021 год.

Итак, эти три типа линз использовались, когда изобретались камеры: простые выпуклые и вогнутые элементы, менисковая линза и ахроматический дублет (срок действия патента на который истек). Ньепс использовал менисковую линзу, чтобы сделать первый снимок, но вскоре он и Дагер перешли на ахроматические дуплетные линзы.

Шевалье был первым

Шарль Шевалье, парижский производитель линз, предоставил эти линзы Дагеру и Ньепсу для их экспериментов с камерой и, вероятно, познакомил этих двух мужчин друг с другом. По мере того, как Дагер продвигал свои эксперименты, он обнаружил, что ахроматические дублеты и менисковые линзы неадекватны из-за кривизны поля и хроматических аберраций. Последнее затрудняло фокусировку, особенно для Дагера, поскольку его процесс был наиболее чувствителен к синему свету, в то время как он в основном фокусировал желто-зеленый свет. Шевалье узнал, что перестановка дуплета (который был разработан для телескопов) несколько сглаживает поле зрения, что помогло. В конце концов, он разработал ахроматический дублет в форме мениска, который уменьшил хроматическую аберрацию, еще больше сгладил поле и упростил фокусировку линзы.

Эти линзы, впоследствии известные как французские ландшафтные линзы, использовались в первых камерах дагеротипа. У них был угол обзора около 50 ° (примерно эквивалент 45-миллиметрового объектива на сегодняшней полнокадровой камере) и диафрагма F16. Шевалье заслужил (но не получил) похвалы за вклад в изобретение Дагером камеры.

Хотя Шевалье не получил должного признания, в финансовом отношении у него все было хорошо, поскольку он был связан с Дагером, который был ловким бизнесменом еще до того, как изобрел фотографию. Шевалье изготовил линзы для первых фотоаппаратов, которые Дагер и Жиру выпустили сразу после объявления Дагера, и продолжал продавать свои линзы для французского пейзажа, пока фотография быстро развивалась.

Шарль-Луи Шевалье. Штриховая гравюра Э. Розотте после себя. Коллекция Wellcome. Всеобщее достояние

Шевалье получает первый выстрел

В течение нескольких месяцев после объявления камеры дагерротипа были повсюду (кроме Англии), и дагерротипы снимались со всего (кроме вещей в Англии). Но были проблемы. «Французский пейзажный объектив» Шевалье имел максимальную диафрагму F16, что требовало времени выдержки от 15 до 45 минут. Он все еще имел значительную кривизну поля и хроматическую аберрацию. И он был с любым фокусным расстоянием, которое вы хотели, при условии, что оно составляло 45 мм (эквивалент).

Так, Французское общество поощрения национальной промышленности объявило конкурс на приз за лучший фотообъектив с широкой диафрагмой. Это не должно было быть честным соревнованием. Общество находилось во Франции. Судьи были французами. Шевалье был второстепенным французским национальным героем; вероятно, единственный компьютерный компьютерщик во всей истории, получивший такой статус. А сам фотоаппарат французы считали своим изобретением.

Однако Шевалье был хорошим дизайнером объективов и сразу же попал в конкурс на крутой объектив. Он обнаружил, что использование двух ахроматических линз, а не одной, дает больше света, делая линзу примерно F6. Гениальным ходом он сделал линзу из нескольких частей, так что ствол между двумя элементами можно было удлинить. Добавление бочкообразного удлинителя значительно изменило фокусное расстояние, так что в основном фотограф получил два разных фокусных расстояния в одном объективе. Он назвал это Photographe à Verres Combiné (Комбинированный фотографический объектив) и сразу же принял участие в конкурсе. Какое-то время казалось, что никто другой не пойдет, и Шевалье по умолчанию выиграет.

Принципиальная схема объектива Chevaliers Photographe à Verres Combinés. Роджер Чикала, 2021 год.

Объектив Chevaliers Photographe à Verres Combinés Изображение Дадро, общественное достояние, через Wikimedia Commons

На очереди Петцваль

Йозеф Петцваль не был дизайнером линз. Его родители планировали, чтобы он стал сапожником в их родной Венгрии. Как и многие современные сыновья, он отверг планы родителей относительно его оплачиваемой работы и провел десять лет в колледже, потому что даже тогда учиться в колледже было веселее, чем делать обувь. В колледже он имел репутацию одаренного математика, превосходного фехтовальщика и человека, который не возражал, чтобы другие знали, что они неправы. На самом деле он скорее любил позволять другим понять, что они неправы. Он жил ради этого.

Йозеф Петцваль, 1854 г., рисунок Адольфа Дуатаге. Изображение находится в открытом доступе.

Он получил степень в области математики и гражданского строительства в Университете Пешта. (Позже Пешт объединился с городом Буда, на другом берегу Дуная, и стал Будапештом.) В конце концов Петцваль стал председателем математического факультета Венского университета. У него были исключительно широкие интересы, он читал лекции по оптике, дифференциальным уравнениям, механике, баллистике, технике и «звуковым колебаниям». Он постоянно спорил с администрацией университетов о том, что считал их устаревшими методами обучения. (Очевидно, он был прав, поскольку его лекции были одними из самых популярных в университете.)

Петцваль со всеми спорил

Быть блестящим - это хорошо, но Петцваль, может быть, зашел слишком далеко; он считал неправым любого, кроме Петцвала. Он много лет работал над тем, что мы сегодня называем преобразованиями Лапласа, написав много статей и двухтомную книгу по этой теме. Сегодня их вполне можно было бы назвать преобразованиями Петцваля, за исключением того, что у Петцваля была ожесточенная вражда со студентом, который в ответ заявил, что Петцваль заимствовал работу Лапласа (а он этого не сделал), и в итоге Лаплас получил признание.

Позже, в серии уродливых дебатов, которые длились годами, Петцваль спорил с Кристианом Доплером по поводу принципа Доплера. По сути, Петцваль использовал математические доказательства, чтобы утверждать, что принцип Доплера неверен, несмотря на горы экспериментальных доказательств, показывающих, что он был правильным. Оказывается, хотя принцип Доплера был правильным, в его математических расчетах были ошибки. Петцваль обнаружил ошибки и, следовательно, счел принцип Доплера ложным.

На заседании Австрийской академии наук Петцваль публично назвал Доплера «маленьким ученым», потому что он проводил эксперименты, в то время как «великие ученые», то есть такие ученые, как Петцваль, занимались математикой. Проблема заключалась в том, что Доплер открыл этот принцип путем экспериментов; он просто пытался использовать математику, чтобы объяснить это. Петцваль, обнаружив, что математики не хватает, предположил, что не хватает и теории.

О, да. Вернуться к объективу Петцваля

Узнав о французском конкурсе, Петцваль решил, что математику и геометрию следует использовать для улучшения конструкции линз, и для этого организовал лабораторию в заброшенном монастыре. Австро-венгерский математик, который никогда не проектировал линзы, участвовал в конкурсе французских линз против француза, которого судил француз, с такой же вероятностью, как зимнее вторжение в Россию. Но я уверен, что Петцваль считал, что он занимается математикой «великий ученый», а Шевалье просто проводил эксперименты, так что это сработало.

Математика была сложна, и Стив Джобс еще не изобрел компьютер (отказ от раздела комментариев в 3, 2 ...), поэтому Джозеф воспользовался тем, что было доступно. Артиллерия была одной из областей, где использовалась продвинутая математика, такая как тригонометрия и логарифмы, поэтому Петцваль пошел к генералу эрцгерцогу Людвигу, заклятому врагу всего французского, и объяснил свой план вторжения в французскую оптику. Людвиг приказал назначить восемь канониров и трех капралов, чтобы помочь Петцвалю с его расчетами; по сути, давая Петцвалю человеческий параллельный компьютер. Даже с такой помощью на расчеты ушло полгода.

В конце того времени Петцваль разработал математические формулы для кривизны поля (кривизны Пецваля) и некоторых аберраций, придумал некоторые способы их исправления и сконструировал две линзы. Первый, названный портретной линзой Петцваля, разместил апертуру в центре линзы и разделил один из дуплетов, оставив между ними воздушное пространство. Это позволило ему изгибать элементы отдельно, исправляя искривление Пецваля. Объектив был удивительно резким в центре, имел диафрагму F3,6 или около того и имел мягкое туманное боке вдали от центра.

Схема портретных линз Петцваля. Роджер Чикала, 2021 год.

Поздний (около 1890 г.) портретный объектив Петцваля. Роджер Чикала, 2020

Petzval заключил контракт с Петером Вильгельмом Фридрихом фон Фойгтландером на производство этого первого объектива, чтобы он мог участвовать в конкурсе.

Итак, как это сработало?

Конечно, вам интересно, победила ли блестящая математика Петцваля, верно? Не так много. Объектив Petzval Portrait был значительно светлее (F3,6) и явно резче, чем у Chevalier Photographe à Verres Combinés, и имел более приятное боке. Но Французское общество вручило Шевалье Платиновую медаль и приз, пропустило золото и наградило Пецваля серебряной медалью в качестве приза за участие.

Но фотографов не волновали платиновые медали; им не понравились линзы Шевалье, и он продал их очень мало. Портретные линзы Petzval стали ОБЪЕКТАМИ, которые должен был быть у каждого фотографа. В общем, в Париже, родном городе Шевалье, было продано больше линз Petzval, чем в любом другом городе на Земле. Почему Пэрис? Потому что Париж 1850-х годов был одним из немногих мест на земле, где разрешалось печатать «художественные» (произносимые «порнографические») фотографии. «Французская открытка» (названная так из-за ее размера; пересылать их по почте было незаконно) поддерживала большее количество фотографов (включая многих из первых выдающихся фотографов), чем все другие типы изображений вместе взятые.

Несмотря на успех своего объектива, Петцваль также потерпел неудачу в финансовом отношении. Петцваль, конечно, запатентовал свой объектив и продал Фойгтлендеру права на производство 600 из них для использования в цельнометаллической цельной камере, разработанной Фойгтландером, что-то вроде эквивалента «наведи и снимай» 1845 года.

Копия оригинальной камеры Voigtländer Daguerreotype. Экспонат в Музее Текниска, Стокгольм, Швеция. Дадро, CC0, через Wikimedia Commons

Фойгтлендер приступил к изготовлению тысяч линз Petzval не только для своей камеры, но и для любой камеры. Когда Petzval подал на него в суд, Voigtländer упаковал свою фабрику и переехал в Брауншвейг (сегодня это, конечно, Германия, но в то время это было независимое государство), где патенты Petzval не были в силе. Voigtländer продал почти 60 000 линз Petzval без уплаты гонораров и заработал состояние. Пецваль почти ничего не сделал.

Петцваль разработал вторую линзу, названную Dialyte. Это был ландшафтный объектив с меньшей диафрагмой, но отличной резкостью от края до края. В 1856 году он начал бизнес с другим австрийским производителем линз, Карлом Дицлером, чтобы произвести этот объектив, но Дицлер обанкротился еще до того, как этот объектив был произведен. В 1859 году дом Петцваля был ограблен. Единственное, что украли, - это конструкции его линз и все его оптические рукописи. Voigtländer почти сразу же начал производить Orthoskop, который примерно в то время был точной копией Dialyte. Стечение обстоятельств? Петцваль так не думал и был непреклонен в том, что Фойгтландер ограбил его дом, но не смог этого доказать.

Петер Фридрих фон Фойгтлендер, 1843 год, фотография Иоганна Баптиста Изенринга. Изображение в свободном доступе.

А потом...

Петцваль сделал много другого, о чем вы, возможно, не знали. Он разработал лучшие оперные очки, бинокли и прожекторы, а также усовершенствовал микроскопы и преломляющие телескопы. Он разработал зеркальные лампы, используемые в проекторах дня (в большинстве из которых также использовались линзы Петцваля), и опубликовал теорию о том, что нагрев некоторых твердых тел до тех пор, пока они не начнут светиться, излучает гораздо больше света, чем просто горящие газы, - так был изобретен лаймовый свет.

В 1851 году Доплер предложил Австрийской академии наук провести собственный конкурс на улучшение фотографии, как это сделали французы. Петцваль наложил вето на это предложение, хотя мы не знаем, было ли это потому, что он не любил все, что касается Доплера, он чувствовал, что это было посягательством на его территорию, или это был просто еще один пример того, что Петцваль был Петцвалем.

После потери рукописей в 1859 году Петцваль полностью отказался от оптики и больше не работал в этой области. Он переехал в свою заброшенную монастырскую мастерскую и женился на своей экономке. Она умерла несколько лет спустя, и Петцваль оставил преподавательскую работу и жил в монастыре один до своей смерти в 1891 году, имея в качестве компаньона только свою лошадь. В его честь названы ледник Петцваль в Антарктиде и кратер Петцваль на темной стороне Луны. Почему-то расположение этих дани кажется подходящим.

Тем временем Шевалье продолжал свой умеренно успешный оптический бизнес до своей ранней смерти в 1859 году.

Фойгтлендер в значительной степени позволял своему бизнесу развиваться самостоятельно, пока он баловался австрийской и немецкой политикой до своей смерти в 1878 году. Voigtländer Optics стала публичной компанией в 1898 году, затем была подразделением Schering AG, а затем частью Zeiss. В конце концов Zeiss продала его компании Rollei, которая обанкротилась. Ringfoto и ALFO Marketing выкупили имя Voigtländer в результате процедуры банкротства Rollei и передали лицензию на это имя японскому производителю линз Cosina, который сегодня использует его для брендинга некоторых своих линз.

Круг замкнулся. Сегодняшние линзы Voigtländer, как и те первые линзы Voigtländer, - это, по сути, имя Voigtländer, наложенное на чей-то хороший дизайн.