Первыми попытками создания фотографии являлось использование такого изобретения, как камера обскура. современного фотоаппарата, представляющий собой закрытую коробку с небольшим отверстием в боковой стенке. Внутри ящика напротив выреза находится белое полотно, служащее экраном. Световые лучи, проникая внутрь через отверстие, проецируют на противоположной стороне изображение внешней среды в перевернутом виде.

Немного истории

Одними из первых упоминаний о копировании изображения внешнего мира являются записи в трактатах Аристотеля. В своих наблюдениях он отмечал, что проникающий через ставни в темную комнату дневной свет изображает на противоположной стене уличные предметы. При этом изображение представляется в уменьшенном и перевернутом виде. Размер предметов зависит от того, насколько близко к отверстию находится стена. Чем дальше импровизированный экран, тем крупнее рисунок.

Более точно принцип действия камеры обскура описал арабский ученый Ибн аль-Хайсам Альгазен, наблюдая за затмением солнца. Чтобы уберечь глаза от вредных солнечных лучей, он следил за поведением света, находясь в палатке. Ученым было проделано отверстие в одной из стен камеры обскура. Это позволяло следить за передвижениями небесного тела на противоположной стороне палатки.

Суть работы камеры легко понять и без ящика. Для этого в плотных занавесях, затемняющих комнату, проткнуть небольшое отверстие иголкой или булавкой. Солнечный свет проникнет в комнату и отобразит на противоположной стене все объекты, встречающиеся у него на пути, в перевернутом виде.

Польза в искусстве

Данное устройство также использовали художники для облегчения написания портретов и картин. Они проецировали предметы и людей, находящихся вне камеры на внутреннее полотно, затем рисовали или копировали полученное изображение. С уменьшением размера прибора появилась возможность использования его на природе.

По сути, камера обскура - это темное помещение или комната с небольшим отверстием в одной из стен. Существуют и другие доказательства того, что ученые нескольких столетий использовали данный прибор, со временем совершенствуя и видоизменяя его.

Прибор с оптикой

Значительно упростили работу над эскизами оптические материалы. Так, для изображения в привычном, а не перевернутом виде стали использовать встроенные зеркала, плосковыпуклые линзы, пластины из матового стекла. В трудах итальянского художника Леонардо да Винчи описана идея использования оптической конструкции для зарисовок портретов и пейзажей.

В 1611 году немецким астрономом была создана камера обскура с линзой, которую он помещал в отверстие на стене палатки. Это позволяло наблюдать за появляющимся изображением напротив отверстия и регулировать резкость. Немного позже, поместив около линзы зеркало под наклоном в 45 градусов, Иоганн Цан модернизировал камеру обскура. Это дало возможность обводить контуры изображения, появляющегося на верхней стенке прибора покрытой матовым стеклом и калькой. С использованием оптики размеры изобретения значительно уменьшились.

Изготовление прибора

Для создания камеры обскура своими руками необходимо подготовить плотный картон, линейку, клей, нож, простой карандаш и лейкопластырь. Вырезать две заготовки размерами 52 на 39 см и 32,5 на 20,5 см.

На большем шаблоне из картона начертите схему, приведенную ниже;

Квадратный участок пересеките диагоналями и на их пересечении нанесите окружность шириной 1 см;

Вырежьте созданную модель и прорежьте отверстие;

Продавите ножом внутренние линии чертежа;

Согните конструкцию по пунктирам и склейте стенки с помощью лейкопластыря;

Круглую прорезь закройте бумагой черного цвета;

Из меньшего шаблона вырежьте начерченную модель, а также внутренний квадрат;

Соберите коробку, служащую подвижным экраном;

На квадратное отверстие приклейте белый бумажный лист, смазанный маслом;

Вставьте экран в первую коробку и проткните черную бумагу иголкой.

Мы рассмотрели, как сделать камеру обскура. Далее научимся применять ее в деле.

Использование устройства

Чтобы понять принцип работы прибора, необходимо созданную своими руками камеру обскура направить на интересующий предмет, который отобразится на импровизированном экране. Для фокусировки изображения нужно подвигать экран вперед или назад. Увеличивая размер круглого отверстия с помощью спицы, а также более крупного инструмента, можно наблюдать за изменениями изображаемого предмета. Меняя расстояние между камерой и объектом, вы добьетесь того, что будет меняться четкость картинки. Заменив пропитанный маслом лист на чистый, можно нанести контур изображенного предмета.

Камера обскура из коробки

Данный прибор можно сделать самостоятельно из подручного материала. Рассмотрим несколько достаточно простых способов изготовления камеры с использованием различной емкости.

Маленькая деталь

Простую камеру можно сделать из коробочки от спичек. Объективом, проецирующим изображение, у данной конструкции будет служить специально проделанная прорезь в корпусе коробка. Из дна внутренней части вырезаем окно, равное кадру фотопленки. Внутри емкость закрашиваем черным цветом или оклеиваем бумагой того же оттенка. В центре внешней детали необходимо вырезать отверстие, соответствующее центру окошка для кадра. Сверху с помощью изоленты прикрепите фольгу и в центре сделайте небольшой прокол. Конструкции понадобится счетчик кадра, который можно смастерить из бутылочного кольца и прикрепить к баллончику с пленкой.

При прокрутке механизм, попадая в ячейки, будет отщелкивать кадр, равный десяти ударам. Далее, протяните пленку через спичечный коробок и расположите ее во втором баллончике. Оба контейнера присоедините изолентой к импровизированной камере. У конструкции не должно быть лишних отверстий, пропускающих в устройство свет. Поэтому постарайтесь как можно плотнее перекрыть все прорези коробочки. Данная модель не имеет затвора, поэтому, направив устройство на предмет, откройте объектив пальцем.

Камера в каждом доме

Для создания следующей камеры подойдет любая емкость. Это может быть коробка от кофе или чипсов. Размер и конфигурация заготовки не важны. В центре дна емкости сделайте небольшое отверстие с помощью шила или Противоположную сторону накройте промасленным листом бумаги и плотно закрепите изолентой так, чтобы лишний свет не проникал в конструкцию. Для использования камеры обскура необходимо поместить сторону экрана в темноту, а донышко направить на яркий свет. Можно накрыться плотным пальто, тем самым изолируя одну сторону камеры от яркости. Внутри камеру можно дополнительно покрасить в черный цвет.

Мы рассмотрели, как сделать камеру обскура самостоятельно. Это увлекательное занятие может стать вашим любимым хобби. С помощью самодельной камеры можно производить уникальные и неповторимые в своем роде изображения.

Камера-обскура - это оптическое устройство. Оно состоит из светонепроницаемого ящика, на одной из сторон которого находится отверстие для попадания внутрь лучей света, и экрана на противоположной стороне. В роли экрана могут выступать белый лист бумаги или стекло матовое. Лучи проходят через отверстие и формируют на экране перевернутое изображение.

Первые обскуры были стационарными и большим шагом вперед стало создание переносных устройств. Стационарные камеры представляли из себя небольшие затемненные комнаты с отверстием в стене и белым экраном на противоположной стороне. Переносные камеры позволяли работать с ними более продуктивно. Сначала это были темные палатки, которые могли вращаться, чтобы ученые могли наблюдать за звездным небом, солнцем. Чуть позже появились разборные камеры. Они были очень громоздкими, но появилась возможность расширить область их применения.

Первые упоминания о явлении, которое лежит в основе работы камеры-обскуры, датируется V веком до нашей эры. Китайский философ Мао-Цзы описывал в своих трудах, как ему приходилось наблюдать что-то интересное и загадочное. На стене темного помещения появляется изображение, если в окно проникает световой луч. Об этом также писал Аристотель.

В Х веке арабский ученый Ибн Альхазен объяснил это явление и создал наблюдательную палатку в виде камеры-обскуры. Такое приспособление нужно было для наблюдения за звездным небом и солнечными затмениями. Сначала его использовали только астрономы, но несколько веков спустя Леонардо да Винчи нашел применение камере в живописи. В 1950 году итальянский физик оснастил камеру линзой, а немного позже ученые предложили дефрагментировать линзу.

Несмотря на то, что изначально камера-обскура была исключительно инструментом астрономов, художники начали использовать ее активно. Они применяли ее для создания портретов, пейзажных картин, получая нужное изображение на стене и обводя контуры углем, красками и другими материалами, а затем дорисовывая детали. Это существенно облегчало их работу. Уже доказано, что многие гениальные картины великих художников, поражающие обилием деталей, были написаны с применением обскуры.

В какой-то момент физики задумались о том, как можно зафиксировать изображение на экране. Так на основе старинного приспособления был создан первый фотоаппарат.

Принцип действия камеры-обскуры

Принцип действия устройства достаточно прост. Лучи, попадающие в отверстие, достигают экрана или бумажного щита и "рисуют" на нем перевернутое изображение того объекта, который находится перед лицевой стороной прибора. Чем больше расстояние между отверстием и экраном, тем больший размер имеет полученная картина.

Качество изображения на экране или бумаге зависит от диаметра отверстия. Чем оно меньше, тем более резкой получается картинка, но при этом она темнее. Сделать изображение ярче можно путем увеличения диаметра окошка, но в этом случае в камеру будут попадать посторонние лучи и изображение окажется размытым.

Темная комната в отверстием в стене является стационарной камерой-обскурой. По такому же принципу устроены глаза человека. Видеть более резко и четко людям помогает усиление оптической схемы хрусталиком и глазным яблоком.

Усовершенствованные и современные камеры-обскуры

С момента создания камеры-обскуры устройство постоянно совершенствовалось и продолжает совершенствоваться в настоящее время. Все современные фотоаппараты можно назвать улучшенной модификацией камеры-обскуры. Они работают по такому же принципу.

В 1550 году итальянские ученые предложили вставлять в устройство линзу. Это позволяло получать более резкое изображение и управлять резкостью. Заднюю стенку обскуры сделали передвижной.

В 1686 году Йоганесс Цан модернизировал устройство, создав портативную камеру. Изображение на ее экране уже не было перевернутым. Этого удалось добиться путем использования зеркал. Ученый расположил их внутри камеры под углом. Применять обскуру стало гораздо удобнее.

Обскура, сконструированная французским физиком, представляла собой пирамиду четырехгранную. Она состояла из четырех реек. в верхней части рейки соединялись муфтами. В качестве экрана ученый предложил использовать белый фон, на который впоследствии начали наносить специальные закрепляющие реактивы.

Использование камеры в жизни

Зная принцип действия камеры-обскуры, можно использовать это явление для создания примитивных фотоаппаратов и даже домашних кинотеатров. В давние времена люди просверливали небольшое отверстие в стенах, выходящих на улицу, и имели возможность наблюдать на стене противоположной то, что происходит за окном. Когда в домах не было телевизоров, это было вполне интересным развлечением.

В настоящее время это потеряло актуальность, но многие начинающие художники используют такой прием. Чтобы расписать стены, изобразить на них красивый пейзаж, можно создать импровизированную камеру, завесив шторы и сделав в плотном материале небольшое отверстие. Используя крупные линзы, можно перевернуть изображение и сделать наброски, а затем доработать картину.

Современные фотографы для создания интересных работ используют стеноп. Он является современной модификацией камеры-обскуры. Внешне он выглядит как обычный фотоаппарат, но объектив закрыт крышкой, в котором просверлено небольшое отверстие. Фотографии получаются необычными, с четко выраженной линией перспективы.

В настоящее время примитивные камеры-обскуры используют для:

• науки и образования;
• получения необычных фотографий;
• демонстрации.

В некоторых городах камеры установлены в музеях или даже на открытых площадках, чтобы люди могли своими глазами увидеть то, чем пользовались их предки, а также понять, как работает данное изобретение.

Как сделать камеру-обскуру самостоятельно

Поэкспериментировать со светом и изображением могут даже люди, не имеющие отношения к фотографии и живописи. Для создания примитивной камеры-обскуры нужно взять спичечный коробок, проделать в нем небольшое отверстие, а на противоположную боковую внутреннюю часть прикрепить фотобумагу. Коробок нужно поставить на подоконник или на открытую площадку на 4-6 часов, после чего его можно будет открыть и оценить результат. На фотобумаге проявится изображение. По такому же принципу камеру-обскуру можно сделать из жестяной банки из под чая, из обувной коробки.

В данном опыте можно использовать также фотопленку, но только не засвеченную. Диаметр отверстия в коробке должен быть совсем небольшим. Если сделать его более крупным, эксперимент не удастся из-за засвечивания пленки.

Фотолюбители могут сделать более сложную модель камеры. Для этого потребуются:

• крышка от корпуса камеры;
• кусок алюминия квадратный (можно вырезать из пивной банки);
• иголка;
• бумага наждачная;
• изолента черного цвета.

В крышке корпуса камеры необходимо просверлить отверстие. Диаметр отверстия - 5 мм. Все неровности следует зашлифовать бумагой наждачной.

В кусочке алюминия также нужно проделать отверстие. Далее нужно соединить алюминиевый квадрат с корпусом. Сделать это удобно при помощи изоленты. Важно, чтобы отверстия совпадали. Далее нужно прикрепить крышку к объективу и приступить к съемке.Так как диафрагма в данном случае будет максимально закрытой, рекомендуется использовать штатив. Так снимки получатся более четкими.

Саша Санникова рассказывает о том, что предшествовало появлению фотографии.

Изобретение Камеры-обскуры.

Развитие фотографии до опубликования в 1839 г. изобретения Ньепса и Дагерра имело долгую и сложную предысторию, начиная от попыток упростить процесс рисования с натуры путём копирования изображений, получаемых в камере-обскуре, до первых опытов использования светочувствительности некоторых химических соединений. Об этом периоде я и расскажу в своей работе.

Фотография была открыта не сразу и не одним человеком. В это изобретение вложен труд учёных многих поколений разных стран мира.

Фотография стала возможна в тот самый день, когда открытие светочувствительности галоидных соединений серебра позволило зафиксировать и запечатлеть световые лучи, испускаемые по-разному освещенными объектами. Но еще задолго до фотографии было и кадрирование художником будущего сюжета полотна, и перспектива, изобретенная Альберти, и оптика камеры-обскуры.

Окружающий человека мир постоянно меняется. Поэтому неудивительно, что люди всегда стремились найти способ, который не требовал бы долгого и утомительного труда художника, и позволил бы сохранить на долгие годы жизнь во всем ее многообразии. Некоторые предпосылки для этого существовали уже в далёкие времена.

Изобретение камеры-обскуры и ее последующее усовершенствование составляет наиболее важный период в истории фотографии. Камера -латинское слово, первоначально обозначавшее огороженное место со сводчатым или арочным перекрытием. С течением времени это слово приобрело значение "комната". Таким образом, 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.

Время, когда была изобретена камера-обскура и кому принадлежит сама идея, в точности не известны.

Принцип проекции окружающего пространства на плоскость был известен очень давно многим исследователям, но никто не обращал на него особого внимания до тех пор, пока один из экспериментаторов не пожелал изучить причину данного явления и возможность его практического применения.

Изобретателем камеры-обскуры долгое время ошибочно считали итальянского физика Джованни Батиста делла Порта, описавшего в "Натуральной магии" (1560) сам прибор и способ повышения яркости изображения при замене отверстия линзой. На самом деле эффект, даваемой камерой-обскурой был скорее замечен пытливым человеческим глазом в естественных условиях. Возможно, что поначалу ему придавалось религиозное, сакральное содержание. Так, например, известный польский писатель Болеслав Прус на основе изучения большого количества древнеегипетских документов в своем историческом произведении "Фараон" описал, как жрецы 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.

По всей видимости, явление камеры обскуры было известно ещё тысячи лет назад кочевым племенам Северной Африки, которые жили в палатках из кож животных. Крошечное отверстие в палатке проецировало изображение происходящего снаружи.

Впервые упоминание о камере-обскура встречается ещё в V в. до н.э. - китайский философ Ми Ти описал возникновение изображения на стене затемнённой комнаты

Самое раннее упоминание принципа обскуры мы встречаем в приписываемых Аристотелю «Проблемах» (ок. 350 г. до н.э.) — своеобразном каталоге неразрешенных на тот момент вопросов, где, между прочим, описывается несколько случаев наблюдения Солнца и солнечных затмений. В одном месте автор задаётся вопросом о том, почему солнечный свет, пройдя сквозь прямоугольное отверстие, формирует изображение круглого Солнца. В другом — ещё один нерешённый вопрос: «Почему при затмении солнца, если его наблюдать через сплетенные пальцы рук или листву деревьев, лучи образуют на земле полумесяц? Не связано ли это с тем же принципом, что и образование изображения в виде круга при прохождении солнечного света через небольшое прямоугольное отверстие?». Там же Аристотель отметил, 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. Опыт с малым отверстием описан также в фундаментальной работе ал-Хайсама «Книга оптики», переработанный ал-Фариси вариант которой (с включением других оптических трактатов ал-Хайсама) был переведён на латинский язык. Этот перевод, непосредственно или через трактат Вителлия, стал источником знаний для всех, кого упоминают в связи с историей камеры: Роджера Бэкона, Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Джиованни делла Порта, Франческо Мавролика, Иоганна Кеплера и других.

У Бэкона в его "Perspectiva", появившейся в 1267 г. есть указание, которое некоторые ученые считают первым описанием камеры-обскуры, но оно так неопределенно, что также может быть принято за описание проектирования изображения. В сочинении Бэкона "Opus Majus" присутствуют места, как будто указывающие на его знакомство с принципом камеры-обскуры, но они также столь неясно выражены, что едва ли будет справедливым приписывать Бэкону это открытие.

В 1279 году архиепископ Кентерберийский Джон Пенхам высказал мысль, что с помощью камеры-обскуры можно наблюдать за движением солнца.

В средневековье, 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.

Принцип работы камеры - обскуры (стенопа) описал в своих трудах Леонардо да Винчи(1452-1519).

Первое точное и полное ее описание мы находим в рукописи Вентури "О физико-математических трудах Леонардо да Винчи", опубликованной в Париже в 1797 г., автор 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 Леонардо да Винчи приводит схему расположения отверстия и экрана и ход световых лучей. Следует отметить, что он не говорит о камере-обскуре как об изобретении. Из чего можно заключить, что не Леонардо да Винчи первый описал это устройство.

В 1544 году 24 января голландский физик и математик 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.

В 1568 г. 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 Джироламо Кардано (1501-1576) установил в нее линзу, а изображение с помощью зеркала проецировал на матовую стеклянную пластину.

Усовершенствованная и работающая камера-обскура была изготовлена и итальянцем Баттистой дел-ла Порта. А усовершенствованием была линза, вставленная в отверстие. Вот как Баттиста 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».

Камеру - обскуру использовали художники эпохи Возрождния для обучения законам перспективы.

10 июля 1600 года великий астроном и физик Иоганн Кеплер сделал для наблюдения солнечного затмения большую камеру-обскуру. 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.

В 1644 году была сооружена большая камера-обскура монахом-иезуитом из Кима Атанасиусом Кирхером. Это было передвижное помещение, которое легко переносилось с места на место. Человек забирался в эт комнату через люк. На гравюре он очерчивает, с обратной стороны, изображение на прозрачной бумаге, которая висит напротив одной из линз. Кирхер в своей книге "Великое искусство света и теней" описал, как с помощью камеры-обскуры можно проецировать изображение с прозрачной пластинки на стену или экран.

В 1659 году голландский ученый Христиан Гюйгенс добавил к аппарату фокусирующие линзы для увеличения четкости изображения.
Для развлечения публики строились камеры- обскуры величиной с комнату.

Сверху делали маленькое отверстие. Проецировали на отверстие изображение природы или предметов с помощью зеркала и получали внутри затемненной камеры - комнаты на горизонтальной поверхности, например стола, изображения внешних объектов.

В 18 веке одна придворная дама записала впечатления от своей прогулки с камерой-обскурой:

" Я приказала своему арапу принести камеру-обскуру и поставить ее напротив коллонады на другой стороне от озера, чтобы можно было срисовать этот прекрасный вид. Озеро было широко, и я находилась на очень выгодном для перспективы расстоянии. Камера-обскура была очень удобна и велика, в нее можно было войти до пояса и хорошо упереться руками. Я стала работать.
В это время на другой стороне озера шла графиня Бранницкая. Она заметила мой прибор, но не могла понять, что это такое, и остановилась. Рассматривая этот четырехугольный предмет и зеленую занавес, падающую до земли, она спросила своего лакея, что, по ее мнению, это может быть такое. Глупый, но самоуверенный, тот отвечал: "Это госпожа Эстергази лечится электричеством..."

Даже несмотря на всю привлекательность работы художника с камерой-обскурой, этот процесс был очень трудоемким. Не одну сотню лет ученые пытались «остановить мгновение» и каким-то образом зафиксировать изображения, полученные камерой-обскурой. Лишь развитие химии позволило создать устойчивое во времени изображение.
Первые неисчезающие изображения с помощью камеры-обскуры были получены Жозефом Нисефором Ньепсом в 1826 году.

Камера обскура и художники.

Рефлексный тип камеры-обскуры создал Иоханн Цан в 1685 году. Его ящик имел то преимущество, что зеркало помещалось внутри под углом 45 градусов к линзе и изображение отражалось в верхней части ящика. Здесь он помещал матовое стекло, покрытое калькой, и легко мог обводить изображение.

Если художники продемонстрировали ученым, как нужно видеть мир, то теперь ученые платили им за эту услугу. Судя по всему, первым использовать камеру-обскуру для зарисовок с натуры стал Леонардо да Винчи, а изобразительное искусство шестнадцатого столетия, особенно в Венеции и Северной Италии, отразило огромный интерес к оптическим явлениям, и в семнадцатом столетии он стал почти всеобщим. Архитекторы, сценографы, скульпторы стали жертвами любви к иллюзии. Фантазия видения художников была безгранична. Некоторые голландцы — Карел Фабрициус, Ян Вермеер, Сэмуэль ван Хугстратен — и испанец Веласкес шли даже дальше воспринимаемых возможностей невооруженного глаза и рисовали явления, которые можно было видеть лишь с помощью зеркала или линз.

Для художников семнадцатого, восемнадцатого и начала девятнадцатого веков камера-обскура стала приносить большую практическую пользу, хотя размер камеры все время уменьшался. Стало возможным пользоваться камерой-обскурой на природе, и для этой цели в семнадцатом веке были модифицированы закрытые кресла и тенты.

Особенность творческого процесса Вермера заключалась в том, что он не пользовался подготовительными рисунками (не известно ни одного его графического листа), а создавал композицию сразу на холсте. О том, что художник сознательно стремился достичь совершенной уравновешенности, откристаллизованной точности и ясности композиции, говорят многочисленные — и весьма существенные! — исправления, обнаруженные почти в каждой его картине при рентгеновском или радиографическом исследовании.

Живопись Вермера отличает особая сила впечатления стереометричности интерьеров, повышенная осязаемость фактуры предметов, необычайная чистота цветов, четкость силуэтов, созданных сильным контрастом света и тени. Этих оптических эффектов художник добивался, используя камеру-обскуру.

Как убедился на собственном опыте современный английский художник Дэвид Хокни, много времени посвятивший исследованию вопроса о применении оптических устройств старыми мастерами, пользоваться камерой было совсем не просто, это требовало определенной сноровки, и она ни в коей мере не подменяла глаз живописца, а просто служила одним из вспомогательных средств. Вермер разделял интерес к экспериментам с оптикой с другими художниками Делфта, например с Карелом Фабрициусом, в картине которого «Вид Делфта с продавцом музыкальных инструментов на первом плане» уголок города изображен как бы увиденным в выпуклом зеркале. Если вспомнить, что изобретатель микроскопа Антони Левенгук жил в Делфте, был современником, а возможно, и знакомым Вермера (после смерти художника он нес обязанности душеприказчика), то эти факты не выглядят столь поразительными или исключительными.

Чтобы точнее провести сокращающиеся в перспективе линии (плиток пола, оконных рам и пр.), художник сначала намечал их по натянутым нитям, крепившимся к иголке в точке схода — маленькие проколы в этих местах в разных картинах указали на такую практику.

Свет, его взаимодействие с предметами, фигурами и пространством — вот ведущая художественная тема творчества Вермера, и на этом пути он выступил истинным новатором. Художник писал картины с натуры при естественном дневном освещении и стал использовать технику цветных теней и рефлексов (в то время как его голландские современники предпочитали полутемные интерьеры и изображали тени или темные оттенки, используя разведенную черную или коричневую краску). Стремясь достичь тончайших эффектов мерцания и бликов света на разных поверхностях, Вермер прибегал то к нанесению краски отдельными точечными капельками, то — чтобы сделать убедительно осязаемой поверхность вещей или особенно интенсивно заставить гореть тот или иной цвет, — накладывал ее густыми, рельефными мазками. Все эти приемы значительно отличались от эмалево-гладкого письма, характерного для других голландских живописцев. Картина Вермеера «Девушка в красной шляпе», например, представляется нам так, будто сделана фотокамерой, которая дает «беспорядочные круги» вокруг ярко освещенных мест, когда не каждый луч в потоке света четко сфокусирован. Можно с уверенностью сказать, что камера-обскура помогла художнику в исследовании особенностей освещения и игры света и тени при работе над этой картиной.

В его колорите доминируют любимые лимонно-желтый и сине-голубой, причем последний он писал, широко используя натуральный ультрамарин, получаемый из ляпис-лазури. Этот пигмент, представлявший растертый в порошок полудрагоценный минерал, был очень дорогим, и огромное большинство голландцев его вообще не использовали в своей палитре. Важно, однако, подчеркнуть, что все живописные ухищрения не были направлены на достижение иллюзионистического натурализма — этим скорее мы можем обмануться в картинах других жанристов. Художник не копирует реальность, а воссоздает ее подобие. Мы всегда ощущаем предметы, ткани, различные поверхности одновременно и как реально существующие и осязаемые, и как принадлежащие живописной материи. Точно так же отступления от математической строгости в перспективе, расположении теней, ракурсах, встречающиеся у Вермера, продиктованы не неумением, а сознательной «погрешностью» в деталях ради выразительности целого.

Применяя камеру-обскуру, Вермер достиг в своих городских видах, их всего два — «Улочка» (Государственный музей, Амстердам) и «Вид Дельфта» (Маурицхейс, Гаага) удивительной, почти фотографической объективности, соединив ее с привычной своей мягкой поэзией. Насколько известно историкам искусства, иных пейзажей, кроме этих, в наследии Яна Вермера нет.

"Вид Делфта" по праву считается одним из шедевров пейзажной живописи. Автор отважился здесь на очень опасный шаг - он погрузил в тень передний план пейзажа. На ближний к зрителю ряд домов падает тень от свинцовых облаков, плывущих по небу. Только художник, в совершенстве владеющий искусством создавать эффекты освещения (таковым художником и был Вермер), может заставить такую композицию "заиграть". Вермер уверенно ведет взгляд зрителя к фокальной точке композиции - шпилю Новой церкви, на которую падает пробивающийся сквозь облака солнечный луч. Интересно решены также и отражения зданий в воде. Они слишком велики (невозможно представить, чтобы отражение двух башенок ворот, расположенных в правой части полотна, могло растянуться на всю ширину канала), но это-то и требовалось мастеру. Без этих отражений передний план оказался бы изолированным от остального пространства картин

Что касается содержательной стороны произведений, то одним из самых распространенных способов расширить смысловой контекст сцены у Вермера выступает прием изображения «картины в картине». Интересно отметить, что все такие картины на полотнах Вермера (как, например, «Улочка в Делфте») отождествляются с реально существующими или позволяют указать на их реальные прототипы, и в свое время они находились в доме художника.

В Венеции 18 в. жанр ведуты достиг необыкновенного расцвета. Возглавил венецианский ведутизм, выделившийся в самостоятельный жанр, Джованни Антонио Канале, по прозвищу Каналетто.

Канелетто родился в Венеции 18 октября 1697. Начал работать как живописец в декоративной мастерской своего отца, Бернардо Канале. В 1719 отправился в Рим, где, посвятив себя живописи, писал пейзажи. В Риме на него большое влияние оказал голландский художник Гаспар ван Виттель, который познакомил Каналетто с известным в Голландии жанром ведуты (ит. veduta, букв. - «увиденная») - пейзаж, документально точно изображающий вид определенной местности или города.

Вернувшись в Венецию (ок. 1720), Каналетто стал работать самостоятельно и быстро прославился. Он тщательно воспроизводил виды города, работал под открытым небом, что в то время было новшеством, делал зарисовки карандашом с натуры, помечая на них соответствующие цвета.

Мир, созданный Каналетто, поражает своим колоритом, топографической точностью и ароматом "живой" жизни. Но особое очарование полотнам художника придает искусно написанный свет. Они, эти полотна, словно светятся изнутри. Современники Каналетто считали художника непревзойденным реалистом. Один из них с восхищением писал: "Его картины настолько точны и правдивы, что начинаешь верить тому, что видишь перед собой подлинную вещь, а не ее изображение". Наверное, в этой оценке есть доля преувеличения, но она весьма характерна, ибо формулирует вполне определенный идеал живописи. Для любого воспитанного в классических традициях художника высшим достижением было умение правдиво изобразить реальность, даже если при этом приходилось прибегать к иллюзионистским приемам. Поклонники Каналетто объясняют его небывалый реализм тем, что он пользовался камерой-обскурой. Он применял этот аппарат в целях точного копирования "реальности". Позже подобную практику сочли не слишком уместной, утверждая, что она свидетельствует о недостаточности художественного дарования. Но поначалу техническое новшество вызывало сплошные восторги. "Лучшим современным художникам из итальянцев, - писал один из ценителей прекрасного, живший в XVIII веке, - камера-обскура необыкновенно помогает в их трудах; быть может, именно благодаря ей, их картины так похожи на настоящую жизнь". Каналетто, впрочем, с камерой-обскурой обращался творчески. "Художник нашел правильный способ использования оптической камеры и знает об опасности, которая поджидает художника, если он начинает слепо следовать линиям перспективы, создаваемым этим прибором. Каналетто чувствует, когда научная точность начинает противоречить здравому смыслу". Известно, что он не очень доверял техническим новинкам. Рисунки художника свидетельствуют о том, что он часто использовал линейку и циркуль, явно предпочитая их громоздкой камере. Кроме того, камера-обскура работала лишь при ярком свете; сам же художник при этом должен был сидеть с накрытой одеялом головой. Условия, таким образом, были не самыми идеальными для копирования контуров очередной ведуты. Каналетто прибегал к помощи камеры-обскуры весьма осторожно. И эта практика предполагала, что техническое новшество не должно ограничивать творческую волю художника. Как только тут намечался конфликт, выбор тут же делался в пользу художнической свободы. Композиции Каналетто часто составлены из видов, взятых под разными ракурсами. Это своеобразное мозаичное зрение (напоминающее нам, кстати, о художественных исканиях начала XX века - того же кубизма, например). Оно бросается в глаза в его панорамах, скомпонованных под "невозможным" углом в 180°. Еще заметнее эта особенность перспективы Каналетто в обычных (не панорамных) видах. Так, на картине "Рио деи Мендиканти: вид с юга" фасад церкви Сан-Лаззаро развернут вверх так, словно художник смотрит на него с точки, отнесенной вправо от центра композиции. Подобные тонкие манипуляции с перспективой можно обнаружить в работе "Посещение дожем церкви и школы Сан-Рокко" (ок. 1735). Написанная площадь не превышает в ширину двадцати метров, и для того чтобы увидеть ее такой, какой она изображена на картине, художнику пришлось бы висеть на стене здания. Обманывают нас и здешние тени. , ставший темой картины, происходит в августе, а в этом месяце солнечный свет не может падать с той стороны, с которой он падает на полотне. Выполнение подобных художественных трюков доступно только живописцу, отлично знающему все тонкости обращения с перспективой и умеющему "лепить" в целое несколько изображений. Сохранившиеся рисунки Каналетто позволяют проследить процесс создания описанной искаженной перспективы. Художник рисовал для этого один и тот же объект с разных точек, а затем как бы "суммировал" их, творя собственное головокружительное пространство. Но при этом он, разумеется, не был пустым фантазером и не экспериментировал ради самого экспериментаторства. У Каналетто все нарушения логики строго мотивированы. Острота и точность его взгляда, а может, и камера-обскура, фиксирует говорящие детали - блики на фасаде каменного здания, строительные леса на крыше, обвалившуюся штукатурку, водную рябь на поверхности канала. Он писал не абстрактный образ Венеции, но живой, меняющийся у него на глазах город.

Камера художника хранится в музее Коррер.

Хотя не сохранилось прямых свидетельств, Ученые давно подозревали, что знаменитый итальянский художник Микеланджело да Караваджопри создании своих удивительных реалистических полотен пользовался техникой фотографии. Недавно на его холстах были обнаружены следы соли ртути, которая, как известно, является светочувствительным веществом и используется при изготовлении фотопленки.

Исследователи творчества великого живописца с большой уверенностью заявляют, что Караваджо был одним из первых живописцев, использовавших технику «темной комнаты» (или «камеры обскуры»). Он проделал в потолке своей мастерской дыру, свет из которой освещал его модель. Потом изображение проецировалось на холст с помощью линз и зеркал. Недавно исследователь из флорентийского Института SACI Роберта Лапуччи заявила, что Караваджо покрывал холст «пленкой» из светочувствительных материалов для того, чтобы запечатлеть на ней изображение. «Фотография» исчезала через тридцать минут, и живописцу было необходимо за это время сделать набросок. Для этого художник использовал смесь свинцовых белил с различными химикатами и минералами. Эти вещества светились в темноте, что помогало ему писать полотна в своей «камере обскуре». Лапуччи сделала предположение, что Караваджо добавлял в смесь порошок из светлячков. В те годы такой порошок использовался для создания спецэффектов в театрах.

Одним из главных составляющих флуоресцирующей смеси была ртуть. Известно, что это ядовитое вещество оказывает пагубное воздействие на здоровье человека, в том числе на работу центральной нервной системы. Люди, чей организм постоянно подвергается воздействию ртути, часто бывают очень раздражительными, и Караваджо не был исключением. Художник славился своим буйным темпераментом. Он постоянно устраивал драки, а однажды даже убил одного из своих врагов, молодого человека по имени Рануччо Томассони.

Роберта Лапуччи считает, что идею создавать «фотографии» художнику подсказал его друг— известный физик Джованни Баттиста делла Порта. Караваджо много общался с учеными, занимающимися вопросами оптики.

По мнению Лапуччи, новое открытие объясняет тот факт, что Караваджо не оставил предварительных набросков. Кроме того, ее теория дает основания предположить, почему многие персонажи картин художника являются левшами. Как говорит исследователь, это объясняется тем, что при создании своих произведений он использовал зеркала.

Заключение.

Век девятнадцатый внес окончательную ясность в принцип действия камеры-обскуры с помощью открытий О.Френеля (1788-1827), Ф.Араго (1786-1853), лорда Дж. Рэлея (1842-1919). Французский астроном и физик Ф. Араго с позиций теории дифракции О. 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 Дж.Рэлей вывел формулу для вычисления диаметра отверстия, соответствующего наиболее резкому и четкому изображению. Эти открытия показали, что с незапамятных времен природа дала в руки человеку почти идеальный оптический прибор - камеру-обскуру с отверстием, отягощённую только одной аберрацией - хроматической. Эти свойства оптического элемента камеры-обскуры послужили основой для создания специальных видов фототехники, применявшихся в пикториальной фотографии.

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. Популярность камеры-обскуры в 16 веке и популяризаторская деятельность Батиста Порта доказали 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». Изучение камеры-обскуры с отверстием, а также создание теории дифракции на малом отверстии позволили в 19 веке решить одну из важнейших задач в области фотографической оптики.

И всё же потребовались столетия, прежде чем технология позволила пионерам фотографии начала XIX столетия закреплять изображения на светочувствительной поверхности.

Первая попытка получить изображение с помощью камеры-обскуры была предпринята в Англии в 1802 г. Гемфри Дэви и Томасом Веджвудом, которые экспонировали в камере обычную бумагу, пропитанную раствором азотнокислого серебра и поваренной соли. С помощью такой бумаги, между волокнами которой образовывался в результате пропитки хлорид серебра, можно было получить изображение различных фигур. Правда, вскоре эксперименты были прекращены, так как экспонирование длилось часами, а изображение получалось малоконтрастным и при рассмотрении на свету полностью исчезало.

Совместил обскуру и светочувствительный материал француз Луи Дагерр, но первое закреплённое изображение, нарисованное непосредственным действием света, получил другой француз, естествоиспытатель Нисефор Ньепс. Его первые «светорисунки-гелиогравюры» были сделаны в 1822 году. Самая большая проблема заключалась в том, как зафиксировать фотографическое изображение. Метод фиксации был обнаружен астрономом и учёным Джоном Гершелем в 1839 году. Это вызвало резкий скачок развития фотографии.

Необходимо отметить, что изображение, формируемое в камере-обскуре, довольно тёмное. Чтобы увеличить его яркость дополнительно могли устанавливать собирающую линзу. Именно такие модифицированные камеры-обсукуры и использовали Ньепс и Дагерр в своих фотографических опытах. Но даже в этом случае время экспозиции составляло несколько часов. Английский учёный Дэвид Брюстер был одним из первых, кто делал фотографии с помощью пинхола. В 1850-х годах в его книге «Стереоскоп» впервые было определено слово «пинхол». Другой англичанин, «отец археологии» Флиндресс Питре, в 1880-х годах сделал множество фотографий с помощью пинхола во время раскопок в Египте. Его фотографии можно встретить в Лондонских музеях. Популяризации пинхол-фотографии способствовали появляющиеся многочисленные публикации. «Пинхол-фотография» Фредерика Миллса и Арчибальда Понтона (издание 1895 года) одно из первых исследований величины отверстия пинхола от экспозиции, угла зрения и других основ теории.

Альфред Уоткинс, пионер определения экспозиции и изобретатель одного из первых экспонометров, автор знаменитого «Руководства Уоткинса» (1902 года). Его интерес к фотографии начинался с пинхола.

Были сторонники пинхола и в нашей стране. Вот один интересный пример. В 1907 году на международной выставке в Турине за серию фотографический пейзажей русский художник Б.И. Камзолкин (в последствии автор эмблемы «Серп и молот») получил премию. Все работы были сделаны пинхол камерой.

И сейчас, в век цифровой фотографии, камера-обскура продолжает привлекать фотографов простотой конструкции, изяществом концепции и работой непосредственно со светом.

Список литературы.

David Brewster (Дэвид Брюстер) в книге «Стереоскоп: его история, теория и конструкция» (1856)

Norbert Shneider, «Vermeer. The complete paintings». Tashen 2004.

Pignatti Т., A. CanaldettoilCanaletto, Mil.-Firenze, 1976

Filippo(1995) Canaletto "Giunti". 48 pages.

Macfall, Haldane. (2004) A History of Painting "Kessinger Publishing".

Tecco, Betsy Dru. (2004) How to Draw Italy"s Sights and Symbols "The Rosen Publishing Group". .

J.G. Links, Canaletto and his patrons, Granada Publishing/Paul Elek Ltd., London 1977. p. 1.

Fletcher, C. A. and Spencer, T.(2005) Flooding and Environmental Challenges for Venice and Its LagoonCambridge UniversityPress.

Morris, Edward.(2001) Public Art Collections in North-West England "Liverpool University Press".

Canaletto, Antonio. (1971) Views of Venice by Canaletto "Courier Dover Publications".

Eglin, John.(2001) Venice Transfigured: The Myth of Venice in British Culture, 1660-1797 "Palgrave".

Белов В. С точностью до десятых долей микрона. // Журнал "Foto & video" №11 ноябрь 2004г. С. 72-75.

Р. Бедэ, Каналетто, Будапешт, 1963;.

Журба Ю.И. Краткий справочник по фотографическим процессам и материалам.- М.: Искусство,

Клемин А. Осваиваем цифровой фотоаппарат! // Журнал "Потребитель" №33 (16) зима 2003г. С. 94-103.

Морозов С. Первые русские фотографы - художники. - М.: Госкиноиздат, 1952г. - 120с.

Фомин А.В. Общий курс фотографии. Учебник для средн. спец. учеб. заведений. Изд. 2-е, испр. и доп. М., "Легкая индустрия", 1978. 312с.

Щепанский Г.В. Техника фотографии. - М.: Искусство, 1987. -157с.

Энциклопедический словарь юного техника /Сост. Б.В. Зубков, С.В. Чумаков. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Педагогика, 1987.- 464с.

Краткий справочник фотолюбителя / Сост. и общ. ред. Н.Д. панфилова и А.А. Фомина. - 4-е изд., доп. - М.: Искусство, 1985. - 368 с.

Энциклопедия фотокинотехника. Гл. ред. Е.А. Иофис.- М.: "Советская энциклопедия"; 1981г.- 447с.

Интернет-ресурсы:

Зарождение фотографии. Камера обскура.- Фотоландия. http://www.coolfold.com/PhotoLandia/articleprint.php?art_id=42

Камера обскура http://kaless.narod.ru/Index.htm .

Михайлов И.О.. Предшественники фотографии. Из истории развития фотографии и кинематографии. http://mi-kron.narod.ru/student/txt/foto/istorij/000.htm

Фомин А. Кто же изобрел фотографию?.- Фотошкола. http://www.foto-art.land.ru

Принципы работы и технические характеристики цифровых фотоаппаратов. Азбука криминалистики. Наследники Холмса. http://www.expert.aaanet.ru/sovet/digfoto.htm

Устройство фотоаппарата. http://fotografiya.ru

Сурдин В., Карташев М. Камера-обскура //Квант. - 1999. - № 2. - С. 12-15.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

История

Рис. 1. Старинная камера-обскура с проекцией изображения на полупрозрачный экран

На латинском языке «камера-обскура» означает просто «темная комната». Эта забава известна с античных времен: закрывшись в солнечный день в темной комнате и проделав в шторе окна маленькую дырочку, вы можете увидеть на противоположной, желательно белой, стене изображение улицы и прохожих... вверх ногами (рис. 1). Принцип действия камеры- обскуры, по-видимому, был известен еще древним грекам, ею пользовались арабские ученые, а в Европе ее впервые подробно описал Леонардо да Винчи (конец XV века). Однако широкого применения классическая камера-обскура не находила: если отверстие для света сделать большим, то изображение получается размазанным, а крохотное отверстие дает резкое, но очень тусклое изображение; кроме того, для наблюдений необходимы абсолютно темное помещение и адаптированные к мраку глаза.

Рис. 2. Камера-обскура с зеркалом (АВ ) и линзовым объективом (Е ), которую не изобрел, но подробно описал в своих книгах неаполитанский естествоиспытатель Дж Порта

Но уже к середине XVI века камеру-обскуру оснастили линзовым объективом и зеркалом, в результате чего изображение в ней стало ярким и прямым, и она приобрела большую популярность, в особенности среди не очень умелых художников, использовавших ее для точной зарисовки пейзажей. Существовали крупные обскуры - в человеческий рост, а были и портативные. Сегодня мы называем этот нехитрый оптический прибор прототипом фотоаппарата (рис. 2 и 3).

Рис. 3. Старинная линзовая портативная обскура

К сожалению, после введения линзового объектива камера-обскура не изменила своего названия. Поэтому некоторые исторические сообщения вызывают недоумение. Так, можно прочитать, что для первых опытов по фотографии в 20 - 30 годах XIX века использовались камеры-обскуры. Ну, тут уж совершенно очевидно, что речь идет о линзовых камерах. Однако встречаются и более туманные сообщения. Известно, например, что независимо от Галилея пятна на Солнце открыл в 1611 году немецкий астроном Й.Фабрициус, используя для наблюдений телескоп и камеру-обскуру. Если с телескопом все более или менее ясно, то как Фабрициус мог заметить солнечные пятна с помощью простой обскуры - непонятно. Впрочем, еще в 1609 году Кеплер опубликовал сообщение о наблюдении 18 мая 1607 года на изображении солнечного диска в камере-обскуре маленького темного пятна, принятого им по ошибке за Меркурий. Такая ошибка простительна: диаметр центральной темной части (так называемой тени) типичного солнечного пятна составляет около 15 тыс. км, т.е. немногим больше диаметра такой планеты, как Земля или Венера. Меркурий вдвое меньше Земли, но и располагается к нам (проходя перед Солнцем) почти вдвое ближе солнечной поверхности, так что угловой размер Меркурия в этот момент близок к размеру солнечного пятна, и оба они составляют около 0,3". Вопрос в том, можно ли вообще заметить объект столь малого углового размера при помощи обыкновенной обскуры?

Конечно, простую обскуру можно использовать для наблюдения частных фаз солнечного затмения (рис.4). Тут и труда большого не нужно: даже щелки между листьями дерева успешно работают как настоящая обскура. Как-то раз одному из авторов этой статьи пришлось в утренние часы наблюдать затмение Солнца с помощью дырочки, проделанной кончиком карандаша в тетрадной обложке, - изображение было отличное. Но темные пятна - это довольно мелкая деталь на диске Солнца. Скорее всего, Фабрициус использовал линзовую обскуру. Иначе почему пятна на Солнце не были открыты задолго до появления телескопа? Линзовая обскура - это почти телескоп, это результат высоких технологий эпохи Возрождения. Ее необходимо отличать от простой, или классической, камеры-обскуры с объективом-дырочкой, изготовление которой было доступно людям во все века. Попробуем выяснить, на что способен именно такой, простейший прибор.

Практика

Сделайте обскуру и увидите сами, как это просто. Берете любую коробку сантиметров 15 - 30 в длину (годится жестянка от кофе или плотный пакет от молока). В донышке делаете дырочку тонким шилом или толстой иглой (недаром американцы называют этот прибор не только «camera obscura», но и «pinhole camera»), a верхнее отверстие затягиваете промасленной бумагой. Идеально для этой цели подойдет круглая и длинная коробка от чипсов с белой матовой крышечкой - вам нужно только съесть чипсы и легким ударом шила проделать дырочку в донышке.

Теперь, внимание: для наблюдений требуется яркий свет снаружи и темнота со стороны экрана. Поэтому лучше проводить опыт в солнечный день, находясь в помещении и тщательно изолировав экран от постороннего света. Для этого можно использовать трубу из плотной бумаги длиной 30 - 40 см, приставив ее одним концом к экрану, а другим - к лицу. Однако, если ваша камера круглая, лучше использовать пальто, накинув его на голову и вставив камеру в рукав. Для сравнения «объективов» сделайте в передней стенке несколько отверстий разных диаметров; каждый раз можно наблюдать с одним, закрывая остальные старой жевательной резинкой.

Итак, поэкспериментировав с обскурой, можно убедиться, что дырочка - неплохой объектив: все предметы, независимо от расстояния, получаются одинаково резкими, причем чем меньше отверстие, тем резче изображение. Правда, с совсем маленькой дырочкой трудно наблюдать: яркости не хватает. Но фотопленки сейчас очень чувствительные, уж они-то с этим справятся.

И появляется закономерная мысль - почему бы не делать у фотоаппарата вместо дорогого объектива маленькую дырочку? Тем более, что с некоторыми приборами до сих пор так и поступают: например, астрономы устраивают рентгеновские телескопы в виде свинцовой камеры-обскуры, поскольку для жестких рентгеновских лучей фокусирующих объективов не существует. Однако в оп- ! тическом диапазоне возможности обскуры весьма ограничены. И вот почему.

Теория

Будем рассуждать так. От каждой светящейся точки удаленного объекта на нашу камеру падает пучок практически параллельных лучей света. Проходя сквозь отверстие диаметром D , пучок рисует на экране кружок такого же диаметра. Пусть расстояние до экрана F . Если угловое расстояние между двумя соседними точками объекта меньше чем \(~\frac DF\) (в радианах, разумеется), то их кружки на экране будут частично перекрываться. При каком перекрытии кружков мы еще сможем различить соседние точки изображения - вопрос не простой. Многое зависит от контраста деталей исходного объекта, от яркости его изображения и т.п. Различить детали слабо контрастной картины удается в том случае, если световые кружки совсем не перекрываются. Но поскольку пятна на Солнце выглядят весьма контрастно, будем считать картину различимой, если центры кружков раздвинуты на величину их радиуса. Тогда легко определить минимальный угловой размер различимых деталей объекта, или, как говорят оптики, предельный угол разрешения , обусловленный конечным размером пучка:

\(~\alpha_1 = \frac{D}{2F}\) . (1)

До сих пор мы рассматривали свет как поток прямолинейно распространяющихся лучей. Такой подход характерен для геометрической оптики. Однако известно, что свет - это разновидность электромагнитных волн, и, как любая волна, он подвержен явлениям дифракции и интерференции. Если на входное отверстие инструмента падает волна с плоским фронтом (т.е. пучок параллельных лучей), то за отверстием фронт становится немного изогнутым (а пучок - расходящимся). Это - дифракция; именно она ограничивает применимость законов геометрической оптики. Пройдя сквозь малое отверстие камеры-обскуры, пучки света становятся расходящимися, картинка на экране - размытой. А чтобы узнать, насколько размытой, необходимо вспомнить способность света к интерференции, т.е. к взаимному сложению волн, приходящих в одну точку экрана от разных источников.

Рис. 5. Дифракционная картина изображения точечного источника круглым объективом

В нашем случае независимыми источниками света можно считать бесчисленное множество точек входной апертуры, ведь каждая из них из-за дифракции посылает свет во всех направлениях (принцип Гюйгенса - Френеля). Падающие на экран волны складываются друг с другом в соответствии со своими фазами, в некоторых точках усиливая друг друга, а в некоторых ослабляя. В результате получается следующая картина: пройдя сквозь маленькое круглое отверстие, пучок параллельных (вначале) лучей даст на экране светлое пятнышко, окруженное концентрическими темными и светлыми кольцами спадающей яркости (рис. 5). Можно считать, что камера-обскура отображает на экране каждую точку светящегося объекта в виде такого светлого пятна, окруженного «зеброй» колечек. Обычно считается, что изображения двух соседних точек объекта можно различить на экране, если центры их светлых пятен раздвинуты не менее чем на радиус первого темного кольца (критерий Рэлея). Угол α 2 , под которым этот радиус виден от входного отверстия, можно оценить из тех соображений, что разность путей света от ближайшей и наиболее удаленной точек объектива до любой из точек на темном кольце должна быть порядка длины волны света λ . Тогда мы получим \(~\alpha_2 \approx \frac{\lambda}{D}\). А точный расчет дает следующее значение предельного угла разрешения, обусловленного дифракцией:

\(~\alpha_2 = 1,22 \frac{\lambda}{D}\) . (2)

Поскольку оба указанных эффекта - геометрический размер пучка и дифракция - накладываются друг на друга, можно считать, что полный предельный угол разрешения камеры составляет α = α 1 + α 2 . В зависимости от размера отверстия он изменяется так, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Предельный угол разрешения α камеры-обскуры в зависимости от диаметра ее отверстия D . Расстояние от экрана до отверстия 4,6 см; длина световой волны λ = 4300 А. Пунктирные линии соответствуют уравнениям (1) и (2), сплошная линия - их сумма, черные точки - экспериментальные значения

Очевидно, что при некотором оптимальном диаметре отверстия (D opt) достигается наилучшая разрешающая способность камеры данного размера (F ), которую характеризует минимальное значение угла разрешения (α min). Найти эти параметры нетрудно. Тем, кто знаком с производной, ясно, что своего минимального значения а достигает в точке, соответствующей условию α’ = 0. А для остальных тоже вполне очевидно из рисунка 6, что минимум достигается в той точке, где α 1 = α 2 . Оба эти условия тождественны. Из них мы получим

\(~D_{opt} = \sqrt{2,4 \lambda F}\), и \(~\alpha_{min} = \sqrt{\frac{2,4 \lambda}{F}}\) . (3)

На что же способна оптимальная классическая камера-обскура? Для визуальных наблюдений примем длину волны видимого света λ = 5500 А. Тогда можно представить наш результат в удобном для оценок виде:

D opt = 1,2 мм · \(~\sqrt{F}\), и α min = 4" · \(~\sqrt{\frac{1}{F}}\) , (4)

где F измеряется в метрах. Как видим, у камеры «человеческого» размера (F = 2 - 5 м) предельный угол разрешения больше, чем у здорового глаза (около 1"). Значит, с ее помощью мы не увидим на поверхности Солнца более мелких деталей, чем позволяет видеть наш невооруженный глаз - разумеется, защищенный плотным светофильтром. В прежние времена роль такого светофильтра с успехом выполняли облака, дым пожара или просто толстый слой воздуха, сквозь который мы видим Солнце на восходе и на закате. В летописях некоторых народов упоминается о пятнах на Солнце, наблюдавшихся сквозь облака или дым и выглядевших «аки гвозди». В принципе, это возможно: хотя среднее солнечное пятно имеет угловой размер около 0,3". изредка на Солнце появляются очень крупные пятна или их группы. Например, в марте 1947 года наблюдалась группа пятен размером около 200 тыс. км; похожие группы пятен наблюдались в 1957 и 1968 годах. Их угловой размер - 4" - без труда ощутим даже для не очень зоркого глаза, что и было доказано наблюдениями сквозь плотный светофильтр.

Внимание ! Мы не зря уже второй раз упомянули о светофильтре - без него на Солнце смотреть нельзя! Причем это должен быть очень темный фильтр, а вовсе не солнечные очки. Подойдет стекло сварщика или алюминированный целлофан, в который заворачивают букеты цветов.

Итак, хотя в древние времена люди изредка могли наблюдать солнечные пятна невооруженным глазом, научным фактом эти эпизодические наблюдения не стали: мало ли что может привидеться! Надежных и систематических наблюдений поверхности Солнца в древности не проводили (или сведения об этом не дошли до нас). Ну а в принципе могли бы астрономы, например, Древней Греции систематически наблюдать солнечные пятна при помощи классической обскуры? Как видно из формул 4, сделав камеру длиной 20 - 30 метров, можно получить прибор более зоркий, чем человеческий глаз. А со 100-метровой камерой можно было бы наблюдать солнечные пятна систематически. Уж не упустили ли древние греки свой шанс?

Вспомним, что с удалением экрана от объектива возрастает угловой размер изображения и, следовательно, падает яркость. Видимый диаметр солнечного диска около 0,5°, точнее - 32", диаметр его изображения на экране простой камеры-обскуры составит \(~\frac{F}{107}\). При размере камеры в 100 м диаметр изображения солнечного диска будет около 1 м. Сюда придет свет, прошедший сквозь отверстие объектива диаметром 1,2 см, значит, освещенность ослабнет почти в 10 тысяч раз. Не слишком ли тусклым будет изображение? Как известно, освещенность земной поверхности Солнцем составляет 10 5 лк; следовательно, освещенность нашего изображения будет около 10 лк. Это в десятки раз больше, чем когда Луна освещает Землю в полнолуние. Без особого труда можно различать буквы в тексте, а ведь размер солнечных пятен на метровом изображении его диска будет около 1 см - такие детали трудно будет не заметить.

Итог: теоретически древние греки могли бы использовать классическую обскуру для изучения поверхности Солнца!

Опыт

Для проверки наших теоретических представлений о качестве изображения в камере-обскуре мы поставили опыт: заменили объектив у фотоаппарата «Зенит» кусочком фольги с булавочным отверстием и сфотографировали с помощью этого «объектива» специально изготовленную таблицу (рис. 7). Расстояние от таблицы до отверстия было 30 см, а от отверстия до пленки - 4,6 см. Мы испытали три отверстия с диаметрами 170, 420 и 840 мкм. Таблица освещалась настольной лампой, чувствительность фотопленки была 64 ед., а экспозиции составляли от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от диаметра отверстия. Сделав отпечатки с негативов, мы определили по видимости линий таблицы на фотографиях предельный угол разрешения камеры. Он оказался даже немного меньше расчетного, что, по-видимому, объясняется очень высокой контрастностью исходного изображения и его линейным характером: прямые линии легче выявляются среди шумов изображения, чем точки. В целом же наша простая теория, как видим, вполне согласуется с экспериментом.

Рис 7. Тестовая таблица (а) и ее изображение (б), сфотографированное камерой-обскурой на основе фотоаппарата «Зенит» (D = 0,42 мм, F = 4,6 см)

Убедившись в этом, мы решили, что пора наблюдать Солнце и попытаться с помощью камеры-обскуры увидеть на нем пятна. Эксперимент был поставлен 19 мая 1998 года в Астрономическом институте им. П.К.Штернберга (МГУ) при любезном содействии старшего научного сотрудника отдела исследования Солнца И.Ф.Никулина. Создать камеру длиной 100 и даже 50 метров нам, к сожалению, не удалось. Мы использовали в качестве корпуса обскуры трубу вертикального солнечного телескопа длиной 17 м. Зеркальный объектив этого инструмента находится в его нижней части, поэтому труба до объектива представляет просто светозащищенный объем без оптических элементов. Удобно и то, что система плоских зеркал (целостат) перед трубой телескопа постоянно поддерживает направление его оптической оси на Солнце. Входное отверстие трубы мы закрыли плотной крышкой с круглой дырочкой диаметром 5 мм. В нижней части трубы на листе белой бумаги мы увидели яркое изображение Солнца диаметром 16 см с хорошо различимой группой из двух пятен. Это был момент торжества - солнечный телескоп-обскура действует!

Последующее изучение Солнца в нормальный оптический инструмент показало, что в этот день на поверхности нашего светила действительно были пятна: группа из двух больших пятен с размерами 15" и 17", разделенных расстоянием в 1", а также несколько маленьких с размерами 3 - 5". Маленьких пятен с помощью обскуры мы не заметили, а два больших пятна (впрочем, вполне рядовых для Солнца) были весьма отчетливо видны по отдельности. Мы продолжили наблюдения и в последующие дни, отмечая по движению пятен вращение Солнца. На фото на рисунке 8 показана поверхность Солнца в день 2 июня 1998 года, сфотографированная с помощью солнечного телескопа (а) и полученная на экране нашего телескопа-обскуры (б).

Рис. 8. Изображения поверхности Солнца, полученные 2 июня 1998 года с помощью оптического телескопа (а) и комеры-обскуры (б)

Галилей и Фабрициус открыли солнечные пятна лишь после изобретения оптического телескопа, хотя, как мы теперь видим, такая возможность существовала еще во время египетских пирамид. Быть может, эта мысль натолкнет читателей «Кванта» на размышления о неиспользованных возможностях нашего времени? Кстати, Фабрициусу, когда он открыл солнечные пятна, было немногим более 20 лет.

В современном мире фотография и является очень распространенным видом творчества. А использовать фотоаппарат может каждый, кто умеет жать на кнопки. Но, может быть, не каждый знает, что проецировать изображение окружающего мира на плоскость, племена Северной Африки, могли уже тысячи лет назад.

На латыни «camera» - комната, а «obscurа» - тёмная, вместе - «тёмная комната». Камера обскура представляет собой темную комнату, с маленьким отверстием в стене. Изображение, проходя через отверстие, отображается на противоположной стене, в перевернутом виде.

Принцип камеры обскуры очень наглядно описан Аристотелем, на примере того, как изображение солнца, образованное световыми лучами, проходящими через небольшое квадратное отверстие, имело круглую форму. Кто первым открыл принцип камеры обскуры, и кто первым его использовал, точно неизвестно. Но первое полное описание ее принадлежит перу самого Леонардо Да Винчи. Он же дал такое название этому устройству, и использовал камеру обскуру для зарисовок пейзажей.

То есть он срисовывал уменьшенное цветное изображение, которое отображалось на стене, покрытой белой бумагой, противоположной стене с отверстием.

Способ зарисовки с помощью камеры обскуры стали очень популярны среди профессиональных художников.

Но, как-то не очень удобно: все вверх ногами, к тому же, камера стационарная - особо в сюжетах не разгуляешься! И тогда, в 1686 году, Йоганнес Цан спроектировал портативную камеру оснащённую зеркалом, расположенным под углом 45°. Теперь не приходилось стоять вниз головой, чтобы получить желаемый объект на бумаге.

Далее камера-обскура все более совершенствовалась: в нее добавлялись линзы, сначала для увеличения угла обозрения, затем для улучшения четкости изображения, из стационарной, она стала мобильной и меньших размеров.

В средневековье, многие, знакомые с эффектом камеры-обскуры делали в своих стенах отверстия, и наблюдали на противоположной стене, как на экране, происходящее на улице. А что - телевидения и интернета еще не было, а зрелища людям всегда были нужны, ну помимо хлеба, конечно!

Кстати, в природе, эффект камеры обскуры можно наблюдать во время частичного солнечного затмения - тогда на земле появляются серповидные тени, повторяющие форму Солнца, закрытого Луной.

Стеноп или пинхол - производные от камеры обскуры

Стеноп - «глазок» (от греч.) , это устройство для проекции изображения, с помощью отверстия (а не объектива, как у фотоаппарата). Делают их обычно из старых зеркальных фотокамер, например из «Зенита» (хотя можно смастерить и из «цифры»). Также это направление имеет второе название «пинхол».

И, надо сказать, в наше время очень много любителей этого направления, они образуют нечто вроде кружка, секты, где очень трепетно и почтительно относятся к своим коробочкам с отверстием вместо объектива, и черными внутренними стенками.

В «интернетах» есть множество сайтов и сообществ любителей и профессионалов пинхола, где каждый может найти информацию, и смастерить свой прибор, ну хоть из коробки из под чая!

Периодически проходят выставки пинхол-фотографий, различные тематические мастер-классы. И для кого-то пинхол становится инетерсным, живым хобби, а для кого вполне серьезным страстным увлечением. Чем же так привлекает фотографов и любителей этот способ получения изображения?

Дело в том, что пинхол воспроизводит совершенно правильную перспективу, охватывает угол до 130°, имеет очень хорошую глубину резкости, но, правда, дает очень мягкие изображения, похожие на снимки, выполненные специальной мягкорисующей оптикой. Можно сказать, что пинхол передает изображение практически так, как его видит человеческий глаз!

Нужно отметить, что при «фотографирования» пинхолом, выдержка составляет от нескольких минут до нескольких часов. Определяется эта величина в зависимости светочувствительности фотобумаги (пленки), освещения, диаметра отверстия…