История изобретения фотографии началась с попыток художников упростить процесс рисования с натуры путём копирования изображений, получаемых в камере-обскуре.
Изобретение камеры-обскуры и ее последующее усовершенствование является наиболее важным периодом в истории развития фотографии. Камерой-обскурой называется темная комната с малым отверстием в одной из ее стен, через которое свет проникает внутрь комнаты, вследствие чего становится возможным получение изображения наружных предметов.
Эффект, даваемой камерой-обскурой, был замечен пытливым человеческим глазом очень давно. Возможно, что поначалу ему придавалось религиозное, сакральное содержание. Так, например, известный польский писатель Болеслав Прус на основе изучения большого количества древнеегипетских документов в 1895 году в своем историческом романе "Фараон", действия которого происходят в середине XI века до н. э., описал, как Верховный жрец Амона Херихор в тёмной палатке показывали своему владыке картины битвы происходящей на освещённой солнцем равнине. При этом повелитель даже не подозревал, что всё виденное им не божественное знамение, а обычное физическое явление. Интересно, что роман был одним из любимых произведений И. В. Сталина.
Впервые упоминание о камере-обскура встречается ещё в V в. до н.э. Китайский философ Мо-цзы (Мо Ди) описал возникновение изображения на стене затемнённой комнаты. Мо-цзы и его последователи вели решительную идейно-теоретическую борьбу против взглядов конфуцианцев, отстаивавших незыблемость господства наследственной аристократии.
Мо-цзы (Мо Ди).Аристотель.Ибн аль-Хайсам.
Самое раннее описание принципа работы камеры-обскуры встречается в трудах Аристотеля. "Проблемы" (ок. 350 г. до н.э.) - своеобразный каталог неразрешенных задач. Аристотель задавался вопросом, каким образом может возникать круглое изображение Солнца, когда оно светит через квадратное отверстие. Там же он отмечал, что свет, проникающий в тёмную комнату через небольшое отверстие в ставне, образует на противоположной стене изображение предметов, находящихся на улице перед окном. Предметы изображаются в точных пропорциях и цветах, но в уменьшенных, по сравнению с натурой, размерах и в перевёрнутом виде. При этом масштаб изображения тем крупнее, чем дальше от окна находится стена.
Арабский физик и математик, переводчик и комментатор Аристотеля Ибн ал-Хайсам (965‑1039), ученый из Басры, известный в Европе под латинским именем Альгазен, посвятил этому вопросу особый трактат - "Книгу о форме затмений", содержащий первую в истории физики теорию того, что мы теперь называем принципом камеры-обскуры. Арабский ученый использовал камеру-обскуру для наблюдения за солнцем, что позволило ему сохранить свое зрение. Кроме того, эксперименты натолкнули ученого на мысль о прямолинейном распространении света. До появления трудов Ибн ал-Хайсама считалось, что человеческое зрение работает по принципу радара - из глаз исходят какие-то лучи, которые исследуют все вокруг, позволяя человеку видеть. Арабский ученый в буквальном смысле перевернул это представление, заявив, что лучи не исходят из глаз, а наоборот - попадают в них, взаимодействуя с человеческим органом.
Опыт с малым отверстием описан также в фундаментальной работе ал-Хайсама "Книга оптики", переработанный средневековым польским учёным Эразмом Витело вариант которой (с включением других оптических трактатов ал-Хайсама) был переведён на латинский язык. Это сочинение представляет собой труд из десяти книг под общим названием "Оптика". Трактат Витело, написанный между 1270 и 1278 годом, стал источником знаний для всех, кого упоминают в связи с историей камеры-обскуры: Роджера Бэкона, Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Джиованни делла Порта, Франческо Мавролика, Иоганна Кеплера. Заслуги Витело в области оптики настолько велики, что один из лунных кратеров назван его именем.
Первая камера-обскура.Эразм Витело.Обложка трактата "Оптика".
В 1267 г. английский ученый и естествоиспытатель Роджер Бэкон пишет трактат "Perspectiva" о луче и спектре разложения света. Правда, в области оптики Бэкон многим обязан Аль Хайсаму, уже упомянутому выше. В этом трактате описание камеры-обскуры так неопределенно, что может быть принято за описание проектирования изображения. В сочинении "Большой труд" (Opus majus) так же присутствуют места, как будто указывающие на его знакомство с принципом камеры-обскуры, но они также столь неясно выражены, что едва ли будет справедливым приписывать Роджеру Бэкону открытие камеры-обскуры.
В 1279 году архиепископ Кентерберийский Джон Пенхан, живо интересовавшийся наукой и не без успеха проводивший научные опыты, высказал мысль, что камеру-обскуру можно использовать для наблюдений за движением солнца. Это был первый случай, когда камеру-обскуру предполагалось применить в качестве оптического прибора для научных опытов.
Описание принципа работы камеры-обскуры можно встретить и в трудах Леонардо да Винчи (1452-1519).
Первое точное и полное ее описание мы находим в рукописи итальянского ученого Джованни Баттиста Вентури "О физико-математических трудах Леонардо да Винчи", опубликованной в Париже в 1797 г. Вентури приводит следующее место из сочинения Леонардо, относящееся к камере-обскуре: "Следующий опыт показывает, каким образом пересекаются лучи от предметов в белковой жидкости внутри глаза. Когда изображения освещенных предметов попадают через малое круглое отверстие внутрь очень темной комнаты, то, поместив на некотором расстоянии от отверстия лист белой бумаги, вы обнаружите на ней все предметы в их соответствующих размерах и цветах. Они будут уменьшенных размеров и обращенными по причине вышеуказанного пересечения лучей. Изображение предмета, освещенного солнцем, будет казаться как бы нарисованным на бумаге, если взять тонкую бумагу и изображение рассматривать сзади. Отверстие должно быть сделано в очень тонком куске листового железа". Далее представлена схема расположения отверстия и экрана и ход световых лучей. Очень важен тот факт, что автор не говорит о камере-обскуре как об изобретении. Из чего можно заключить, что не Леонардо да Винчи первый описал это устройство.
Роджер Бэкон.Леонардо да Винчи.Джованни Баттиста Вентури.
В 1544 году 24 января нидерландский математик, врач, картограф, философ, гравер, мастер астрономических инструментов и создатель одного из старейших глобусов Рейнер Гемм Фризиус наблюдал солнечное затмение при помощи камеры-обскуры. Благодаря Фризиусу появилось первое изображение камеры-обскуры в научных трудах. Это была затемненная комната с отверстием в стене. Изображения предметов, находящихся вне комнаты, проецировались через отверстие на противоположную стену. Люди, находившиеся в комнате, могли наблюдать эти изображения и срисовывать их на бумагу.
Новое устройство захватило умы всех ученых того времени. В разных странах камеры-обскуры испытывались, дополнялись нововведениями, усовершенствовались. Порой это происходило одновременно в разных странах. Теперь трудно с точностью сказать, кто первым предложил поставить линзы и увеличить четкость изображения. Знакомые с наукой люди делали в стенах своих домов отверстия, чтобы, не выходя из дома, наблюдать на противоположной стене, как на экране, происходящее на улице. Камеру-обскуру начинают широко использовать художники эпохи Возрождения для обучения законам перспективы.
В 1568 году ученый и меценат венецианец Даниеле Барбаро впервые дал подробное описание камеры-обскуры с плоско-выпуклой линзой, позволяющей увеличить действующее отверстие для проникающих в камеру лучей и усилить яркость оптического изображения, получаемого с её помощью. А первое подробное описание камеры-обскуры с линзой находим в девятой части его трактата о перспективе "La Pratticadella Prospettiva", изданном в Неаполе в 1568 г.
Итальянский математик и физик Джероламо Кардано (1501–1576) установил в камеру-обскуру линзу, а изображение с помощью зеркала проецировал на матовую стеклянную пластину. Ученый предполагал использовать камеру-обскуру в качестве вспомогательного технического средства при постановке развлекательных зрелищ и на показе всевозможных чудес. Кардано считается изобретателем карданного вала. Механизм был известен ещё Леонардо да Винчи, но Кардано был первым, кто опубликовал изобретение.
В 1570 году итальянец Джамбаттиста делла Порта сконструировал усовершенствованный вариант камеры-обскуры. Позднее он предложил использовать камеру-обскуру для выполнения рисунков и их проектирования (идея проекционного фонаря). Принцип действия камеры-обскуры он также использовал при разработке теории зрения. Он также обсуждал вопрос о соединении выпуклой и вогнутой линз для наблюдения далеких и близких предметов. Вот как делла Порта описывал в 1589 году свою камеру-обскуру: "Теперь сообщу Вам то, о чем доселе молчал и думал, что должен молчать. Если поместить у отверстия чечевицеобразное стекло, то все изображение будет отчетливее; увидишь и лица проходящих людей, платья, цвета, движение, все как будто было вблизи. Зрелище так приятно, что видевшие не могли вдоволь насмотреться".
Чтобы придать перевернутому изображению правильную ориентацию, в 1573-м году Игназио Данти стал использовать зеркала.
10 июля 1600 года великий астроном и физик Иоганн Кеплер сделал для наблюдения солнечного затмения большую камеру-обскуру, а в 1607 году он наблюдал с ее помощью прохождение Меркурием солнечного диска. Первый трактат Кеплера по оптике называется "Дополнения к Вителлию" (издан в 1604 году). В нем был сформулирован один из основных законов фотометрии - закон обратной пропорциональности между освещенностью и квадратом расстояния до источника света, введено понятие фокуса и дана формула линзы. В 1620 году он поставил в поле камеру-обскуру в виде темной палатки, в прорезь палатки вставил линзу и наблюдал изображения, появлявшееся на белой бумаге на противоположной стенке. Кеплер создал оптическую систему для камеры-обскуры, состоящую из вогнутой и выпуклой линз, что позволило увеличить угол поля зрения камеры.
Иоганн Генрих Шульце.Джамбаттиста делла Порта.Иоганн Кеплер.
В XVII в. появляются первые переносные камеры-обскуры. Несмотря на то что они были довольно тяжелыми и громоздкими, такие камеры стали находить уже более широкое применение. Этим камера-обскура во многом обязана Кеплеру, много сделавшему для ее усовершенствования.
В 1644 году немецкий ученый, иезуит, священник из Кима Атанасиус Кирхер соорудил большую камеру-обскуру. Это было передвижное помещение, которое легко переносилось с места на место. Человек забирался в эту комнату через люк. На гравюре он очерчивает, с обратной стороны, изображение на прозрачной бумаге, которая висит напротив одной из линз. Обладавший энциклопедическими знаниями Кирхер написал много трактатов по самым разнообразным предметам. В 1671 году в своей книге "Великое искусство света и теней" описал, как с помощью камеры-обскуры можно проецировать изображение с прозрачной пластинки на стену или экран. Там же дается совет, как использовать камеру-обскуру в качестве приспособления для зарисовок с натуры или "волшебного фонаря" (другими словами, проекционного аппарата).
В 1659 году голландский ученый Христиан Гюйгенс добавил к аппарату фокусирующие линзы для увеличения четкости изображения. Так называемый "окуляр Гюйгенса", состоит из двух плоско-выпуклых линз, обращенных выпуклыми сторонами к объективу. Также Гюйгенс является изобретателем диаскопического проектора.
Камера-обскура с зеркалом, 1685 г.Атанасиус Кирхер.Христиан Гюйгенс.
XIX век внес окончательную ясность в принцип действия камеры-обскуры с помощью открытий Огюстена Жана Френеля (1788-1827), Доминика Франсуа Жана Араго (1786-1853), Джона Уильяма Стретта (лорда Рэлей) (1842-1919).
Французский астроном и физик Араго с позиций теории дифракции Френеля объяснил парадоксальное свойство малого отверстия: освещённость в изображении падает в v2 раз при увеличении его диаметра кратно четному числу зон Френеля, а наименьшая освещённость соответствует двум зонам Френеля. Несколькими десятилетиями позже Рэлей вывел формулу для вычисления диаметра отверстия, соответствующего наиболее резкому и четкому изображению.
Огюстен Жан Френель.Доминик Франсуа Жан Араго.Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей).
Эти открытия показали, что с незапамятных времен природа дала в руки человеку почти идеальный оптический прибор - камеру-обскуру, отягощённую только одной хроматической аберрацией. В дальнейшем эти свойства оптического элемента камеры-обскуры послужили основой для создания специальных видов фототехники, применявшихся в пикториальной фотографии. И сейчас, в век цифровой фотографии, предшественница современного фотоаппарата продолжает привлекать фотографов простотой конструкции, изяществом концепции и работой непосредственно со светом.
Евклид, исследуя ход лучей через малое отверстие, создал всем нам знакомую Евклидову геометрию и заложил основы геометрической, или лучевой, оптики. Леонардо да Винчи первым провёл прямую аналогию между глазом и камерой-обскурой, указывая на сходство происходящих в них физических явлений. Популяризаторская деятельность Джамбаттиста делла Порта доказала объективное существование действительного изображения вне человеческого глаза. По словам С.И. Вавилова «...камера-обскура решительно отделила свет от зрения, и в этом ее историческая теоретико-познавательная роль».
