اختراع عکاسی در قرن نوزدهم بانی تکامل سریع در زمینه تجهیزات اپتیکی شد عکاس ها خیلی زود متوجه شدن که علاوه بر کیفیت مواد شیمیایی گیرنده، خود تجهیزات دوربین  نیز در کیفیت عکس تاثیر میذارند دانشمندان در ان دوران به دنبال زمان های نوردهی سریعتر، تصاویر با وضوح بیشتر و کم کردن اعوجاج های نوری و تصویری بودند در این مقاله تلاش مخترعین اولیه در تکامل لنز های اولیه در عکاسی رو بررسی میکنیم.

از تاریکخانه تا اولین لنز های عکاسی

خیلی قبل از اینکه عکس های اولیه گرفته بشند هنرمندان از تاریکخانه که متشکل از یک جعبه سیاه و لنز بود برای پخش عکس استفاده می کردند معمولا از یک شیشه محدب ساده در این تاریکخانه ها استفاده می شد که فقط مرکز تصویر رو با وضوح نمایش میداد.بخاطر محدب بودن شیشه ، تمام اطراف تصویر محو می شد و فقط مرکز تصویر فوکوس باقی می ماند. در سال 1812 دانیشمند بریتانیایی ویلیام هاید وولاستن تونست لنز هایی که از یک طرف منحنی هستند به اسم لنز منیسک رو برای تاریکخانه اختراع کنه که این باعث وضوح بیشتر در اطراف تصویر می شد.

با وجود پیشرفت وولاستن، لنز تک المانی منیسک وی  نتوانست جلوی ابیراهی یا اعوجاج های نوری رو بگیره که این باعث هاله های نوری و مشکلات فوکوس در طول تصویر می شد علاوه بر این لنز وولاستن دیافراگم بسته ای داشت که باعث می شد نور کمی وارد آن بشه بخاطر همین حتی برای عکاسی در طول روز بعضا نیازمند بیست الی سی دقیقه نوردهی برای گرفتن یک عکس بود.

لنز های آکروماتیک منظره ، مناسب برای وضوح و رنگ

یکی از اولین اتفاقات مهم در پیشرفت صنعت عکاسی، استفاده از لنز های دوتایی آکروماتیک برای عکاسی بود این لنز ها از دو مدل شیشه چسبیده به هم استفاده می کردند که باعث میشد اعوجاج های نوری کاهش پیدا کنه و رنگ های نور را با دقت بیشتری فوکوس کنه. از این لنز های اکروماتیک قبلا در میکروسکوپ و تلسکوپ ها استفاده می شد بخاطر همین عکاسان اولیه مجوبر بودن از تکنولوژی اکروماتیک برای ثبت تصویر در صفحه صاف استفاده کنند. اپتیک شناس فرانسوی چارلز شوالیه در سال 1829 توانست لنز اکروماتیکی برای لویی داگر تولید کنه. با اینحال حتی در این مدل عکاسی نیازمند دیافرگام های بسته بعضا تا بالای F16  بودن که تصاویر با وضوح بالا به ثبت برسونه.

سرانجام وقتی لویی داگر در سال 1839 عکاسی داگر رو انجام داد از لنز های شوالیه استفاده کرد یک دوربین داگروتایپ همراه با یک لنز 16 اینچی الفونس ژیرو با دیافراگم شونزده که ساخته شوالیه بود فروخته می شد. با وجود محدودیت های نوری این لنز وضوح بیشتری بر صفحه ایجاد می کرد در اواخر همین سال شوالیه لنز رو به لنز منیسک بهتری تبدیل کرد  تا اعوجاج های نوری کمتری در ثبت تصویر بدست بیاد. از این لنز شوالیه برای ثبت مناظر بخصوص طبیعت و شهر استفاده می شد هرچند که به دلیل بسته بودن دیافراگم برای عکتاسی نیازمند مدت زمان های نوردهی طولانی بودند.

شوالیه تلاش های بیشتری برای کاهش زمان نوردهی انجام داد اما کس دیگری بود که مشکل نور را در آن عصر حل کرد.

انقلاب لنز های پرتره پتزوال

در سال 1840، ریاضیداین به اسم ژوزف پتزول توانست دنیای عکاسی را به طور کامل تغییر بده، پتزول که ساکن وین بود با کمک ارتش اتریش لنزی را تولید کرد که میتونست در مدت زمان نوردهی کم عکس های پرتره را بگیره پتزوال لنز چهار المانی ای طراحی کرد که تا دیافگرام 306 باز می شد که نسبت به لنز شوالیه تا 15 برابر مدت زمان نوردهی را کاهش می داد بخاطر همین این لنز میتونست زیر یک دقیقه با نور خوب عکس پرتره رو ثبت کنه.

طراحی پتزول در سال 1841 با کمک دو المان شیشه ای در جلو و دو در عقب به تولید رسید نتیجه تصویر واضح در مرکز قاب بود با اینحال مشکل لنز پتزول در کم بودن میزان عمق میدان بود و در اطراف تصویر نیز با مشکل تاریکی روبرو بود با اینحال به دلیل کاهش زمان نوردهی برای عکاسی پرتره استفاده می شد.

تاثیر لنز پتزول بی نظیر بود استودیو های عکاسی پرتره به سرعت در سراسر دنیا راه افتاد و لنز پتزوال تا انتهای قرن نوزدهم مهمترین طراحی در گرفتن عکس های پرتره بود.

مشکلات عکاسی زاویه باز و رفع کردن مشکل اعوجاج

با گسترش عکاسی در میانه قرن نوزدهم، عکس ها علاوه بر پرتره گرفتن، از مناظر معماری و مناظر طبیعی عکس میگرفتند با اینحال لنز های موجود در آن دوران نمیتونستند تصاویر واید بدون اعوجاج های زیاد ثبت کنند که باعث میشد خطوط صاف مثل ساختمان ها در عکس های واید به صورت منحنی ثبت بشند همچنین مشکل سیاه شدگی و محو شدگی از دیگر معضلات عکاسی واید در آن دوران بود به همین دلیل طراحی یک لنز واید برای حل کردن این مشکلات  تبدیل به یکی از دغدغه های دانشمندان و اپتیک شناسان آن دوران شد.

بیشتر بخوانید: نور چیست؟ فیزیک دیدن و روشنایی

ژوزف شنیتز در سال 1862 در نیویورک همراه با چارلز هریسون توانستند لنز کروی را اختراع کنند این اختراع که از دو گروه نیم کره آکروماتیک متقارن استفاده می کرد میتوانست یک زاویه میدان دید 80 درجه ای با میزان خیلی کمتر از اعوجاج رو ایجاد کنه با اینحال دیافراگم بسته این لنز باعث می شد که همچنان مدت زمان نوردهی طولانی باشه با اینحال این اختراع باعث شد که دانشمندان متوجه بشن که مشکل اعوجاج در اطراف تصویر قابل حل شدن است.

طراحان اپتیک از قرینه سازی المان های لنز های برای حل ابیراهی استفاده کردند در سال 1866 جان هنری دالمیر در انگلستان و آدولف استاینهل در آلمان به صورت مستقل توانستند طرح های متقارن یکسانی را درست کنند. لنز های این دو نفر مقدار زیادی اعوجاج و ابیراهی رو کاهش داد علاوه بر این با داشتن دیافراگم 8 مدت زمان نوردهی را کاهش دادند بخاطر همین این دو لنز تبدیل به لنز اصلی عکاسی خیابانی در نیمه دوم قرن نوزدهم شدند.

آناستیگماتیسم و مسیر آپتیک نوین

در اواخر قرن نوزدهم، صفحات حساستر باعث کاهش زمان نوری دهی و علاقه بیشتر مردم به عکاسی می شد بخاطر همین تحقیقات بیشتری در زمینه اپتیک عکاسی انجام شد در آلمان فیزیکدان المانی به اسم ارنست آبه توانستند از شیشه های جدید برای لنز استفاده کنند که میزان بیشتری انعکاس نورید اخل خود انجام میداد و پخش منظم تر و بهتری بر صفحه عکاسی داشت. این شیشه های جدید توانستند آستیگماتیسم عکاسی که در آن صفحات افقی و عمودی در صفحات متفاوتی فوکوس می شند را حل کنند.

پل رودولف با استفاده از متریال جدید توانست اولین لنز آناستیگمات که عاری از هرگونه مشکل آستیگماتیسم بود را با لنز زایس آناستیمات خود که بعدا با اسم پروتار فروخته شد را حل کنداین لنز اولین لنزی بود که توانست یک وضوح بالای نسبتا یکسان در سراسر عکس ایجاد کند همچنین از این لنز می شد در دیافگرام های پاین تا 4.5 استفاده کرد خیلی از متخصصین اپتیک لنز پروتار را اولین لنز مدرن عکاسی حساب می کنند.

خیلی زود طراحی جدیدی در سال 1893 توسط شرکت کوک توسط دنیس تیلور در انگلیس انجام شد در این لنز با استفاده از سه المان شیشه ای توانست حتی وضوح و پخش تصویر بر صفحه را بهتر و متوازن تر کند علاوه بر اینکه این لنز از لنز پروتار ارزونتر بود و بخاطر همین از این طراحی در ابتدای قرن بیستم به عنوان استاندارد طراحی لنز استفاده می شد.

در اواخر قرن نوزدهم اولین لنز های تله فوتو ب ااندازه قابل حمل تولید شد که باعث شد عکاسان بتواندد اجسام دور را با کمک این لنز تصویر بکشند. در 1902 پل رودولف لنز چهار المانی زایس تزار که دیافراگم 4.5 داشت را به جهان معرفی کرد.تقریبا تمام لنز هایی که امروز ما استفاده می کنید چه واید، چه نرمال و چه تله، طراحی خود را وامدار طراحی نبوغ آمیز مهندسین اپتیک اواخر قرن نوزدهم هستند.

بیشتر بخوانید: از عکس به تصاویر متحرک

میراث لنز های اولیه در عکاسی مدرن

ابداعات اپتیکی قرن نوزدهم فقط معضلات تکنیکی ثبت تصویر را از بین نبردند بلکه محدودیت های موجود عکاسی برای عوام رو نیز از میان برداشتند لنز های سریعتری مثل پتزول توانستند عکس های پرتره رو امکان پذیر کنند لنز های واید، عکاسی طبیعت و شهر را دگرگون کرد و خیلی از طراحی های لنز قرن بیستم همچنان از طراحی های قدیمی استفاده می شد برای مثال لنز 50 میلی متر 1930 لایکا در حقیقت طارحی دوباره لنز کوک یا تسار بود. امروزه نیز با وجود پیشرفت در طراحی شیشه ها همچنان از خیلی از پایه های طراحی قدیمی در طراحی لنز استفاده میشه.