Книга История очков, или Вооруженный взгляд - Николай Взоров

Увеличительные приборы продолжил совершенствовать Левенгук (1632–1723), голландец, проживавший в таком городе, как Дельфт. Он самостоятельно сконструировал и использовал в исследованиях простые микроскопы, способные увеличивать до трехсот крат.

Именно Левенгук первым составил описание микроскопических организмов (включая и одноклеточных бактерий), опираясь на свои наблюдения: «С величайшим изумлением я увидел в капле великое множество зверюшек, оживленно двигающихся во всех направлениях, как щука в воде. Самое мелкое из этих крошечных животных в тысячу раз меньше глаза взрослой вши».

В 1698 году Петр I, русский царь, нанес визит этому знаменитому исследователю. Петр находился в то время в Голландии и, как известно, интересовался всем новым. Для своей Кунсткамеры, открытой им в Петербурге, он закупил несколько сложных и простых микроскопов. А гораздо позже, уже после открытия Академии наук, они были переданы в распоряжение этой организации. Русские ученые, работой которых руководил М.В. Ломоносов, стали применять в биологических исследованиях купленные Петром I микроскопы. Впоследствии они активно участвовали в их усовершенствовании. Открытия в области увеличительных приборов продолжилось в 1747 году. Именно тогда Л. Эйлер, член Академии наук Петербурга (1707–1783), предложил использовать для микроскопа ахроматический объектив. Фундаментальный труд этого ученого в сфере геометрической оптики – «Диоптрика». Он состоит из трех томов, которые были изданы в 1769–1771 годах. Новый микроскоп, уже ахроматический, был выпущен в 1802 году, после того, как была опубликована работа Элинуса (тоже члена Академии наук Санкт-Петербурга). Такой микроскоп в то время считался совершенным до такой степени, что ученые даже не допускали мысли о том, что его можно улучшить. Открытие это наделало много шума в то время. Устройство увеличительных приборов Элинуса было следующим. Они были снабжены шестью объективами, имелась возможность изменения увеличения плавно, менялось расстояние от предмета до изображения. Именно в нашей стране родилась и воплотилась в жизнь важная для науки идея ахроматического микроскопа, имеющего переменное увеличение. Однако этот замысел в дальнейших разработках не прижился. Изменение увеличения прибора с помощью регулирования длины тубуса тем не менее было важной идеей, внесшей существенный вклад в историю развития оптических приборов. Сегодня один из микроскопов, созданных Элинусом, можно увидеть в Политехническом музее Москвы, который относится к Институту истории, естествознания и техники.

На то время такой микроскоп считался настолько совершенным, что перспектива улучшения даже не допускалась. Этот прибор стал нашумевшим открытием того времени. Положенная в основу построения микроскопа Элинуса схема представляла собой ахроматический микроскоп, укомплектованный шестью объективами и предусматривала возможность плавного изменения увеличения предметов, путем перемены расстояния от исследуемого предмета до изображения. Россия стала страной, где впервые была выдвинута и воплощена в жизнь идея создания ахроматического микроскопа переменного увеличения. В последующие годы замысел изменения увеличения микроскопа за счет регулировки длины его тубуса не прижился в дальнейших разработках. Но факт внедрения той идеи имел значимый вклад в истории развития оптики.

И.Г. Тидеман, немецкий оптик из города Штутгарта, в начале XIX века принялся за создание двух ахроматических микроскопов. Университет Дерпта (сегодня город носит название Тарту) выделил ему денежные средства на осуществление работ. В 1808 году были выпущены эти приборы.

В 1807 году, за год до создания ахроматических микроскопов, Ван Дейл, голландский оптик, опубликовал свой труд. В нем было представлено описание конструкции ахроматического микроскопа, созданного им. Западноевропейские историки считают, что первым таким прибором удовлетворительного качества был созданный именно этим ученым микроскоп. Однако он по всем параметрам уступал сконструированному Элинусом.

Ахроматические микроскопы И. Фраунгофера, выпущенные в 1811 году, отличались еще более несовершенной конструкцией, если сравнивать их с микроскопами Элинуса. В России их производство началось еще в XVIII веке, однако поутихло к началу XIX столетия. Известно, что примерно в 1820 году довольно высокого качества микроскопы производила мастерская по изготовлению оптики, находившаяся при Казанском университете. Однако в России все-таки не наблюдалось бурного развития этой отрасли промышленности, поскольку правительство того времени полагало, что оптимальным вариантом является покупка увеличительных приборов за рубежом.

Амичи Джамбаттиста (1786–1863) – известный итальянский ученый-оптик, астроном и ботаник. Многие годы своей жизни он посвятил развитию микроскопии. В 1827 году Амичи сам сконструировал и сделал ахроматический объектив, имевший апертуру 0,60 и хорошую коррекцию аберраций. Этот же ученый в 1844 году приступил к опытам по применению водной и масляной иммерсий. Благодаря им был начат выпуск объективов с числовой апертурой 1,30 и водной иммерсией.

Немецкий оптик Э. Аббе продолжил развивать теорию формирования изображения в увеличительном приборе. Аббе был руководителем работ по созданию целой серии ахроматических микро-объективов высокого качества. Их числовая апертура достигала 1,50. Эти приборы были выпущены в Йене фирмой «Карл Цейс» (в 1872 году). Созданная в 1846 году мастерская Цейса выпускала к тому времени ежегодно более 100 микроскопов, сравнимых по качеству с приборами других известных фирм. Дальнейшие попытки создать более сложные и совершенные модели, в частности, с иммерсионными объективами, столкнулись с необходимостью перейти от эмпирических методов конструирования к научно обоснованным. В течение нескольких последующих лет Аббе теоретически установил пределы разрешающей способности микроскопа, вывел так называемый «Закон синусов», разработал методы расчёта безаберрационных оптических систем, предложил конструкцию нового осветителя. Благодаря этим и другим исследованиям Аббе качество микроскопов, выпускаемых фирмой «Карл Цейс», существенно повысилось. В 1876 году, отмечая 30-летие со дня основания и выпуск 3 тысяч микроскопов, фирма «Карл Цейс» заключила контракт с Аббе, сделавший его полноправным участником фирмы.

Старинные микроскопы

Эта же компания под руководством Э. Аббе сделала 8 апохроматов. Цейс разработал и наладил производство лучших на тот момент линз. Теоретически, условие синуса могло реализоваться при использовании оптически высококачественного стекла, однако фактически на тот момент такого стекла не существовало. Вскоре доктор Эрнст Аббе встретил Отто Шотта – 30-летнего химика, специалиста по стеклу. В результате их сотрудничества был произведён новый материал, который смог полностью реализовать условие синуса. Этот новый тип стекла проложил путь к созданию нового типа апохроматических линз. А в 1888 году ее сотрудники разработали апохромат, который обладал апертурой 1,60 и имел монобромнафталиновую иммерсию.

Для того чтобы создать самое подходящее условие освещения в микроскопе, сотрудник оптической фирмы «Карл Цейс» Рихтер разработал и запатентовал специальное осветительное устройство для микроскопа. Но проблема корректного соотношения параметров системы освещения и параметров сменных объективов актуальна и на сегодняшний день.