Успехи Галилея в практической оптике явились следствием того, что он первым понял, какую будущность сулят науке оптические приборы, причем приборы высокого качества. И действительно, уже при помощи своих телескопов Галилею удалось увидеть спутники Сатурна, горы и кратеры на Луне, пятна на Солнце, открыть фазы Венеры, рассмотреть сложную структуру Млечного Пути, что принесло ученому заслуженную славу и уважение современников.
Наряду с конструированием телескопов Галилей работал над созданием другого не менее необходимого для науки оптического прибора - микроскопа. И этот труд ученого увенчался успехом - вероятнее всего, в 1619 г. он стал изобретателем микроскопа.
В 1610 г. Галилей издал книгу «Звездный Вестник». Этот труд длительное время являлся ценным пособием для последующих оптиков в деле конструирования и изготовления оптических приборов.
Необходимо заметить, что оптикам первой половины XVII в. не были еще известны такие оптические явления, как интерференция и дифракция света, поэтому они не умели контролировать точность изготовления линз.
И результат их работы зависел, как правило, от воли случая - изготовляли по возможности больше линз и выбирали из них лучшие по качеству. Говоря современным языком, кпд тогдашней оптики был чрезвычайно низким. Тем не менее это считалось в порядке вещей по той причине, что иного выхода из такого положения никто не видел.
Первым, кому удалось открыть секрет контроля качества шлифовки линз, был итальянский математик и физик XVII в. Эванджелиста Торричелли. Искусству изготовления линз и оптических приборов Торричелли учился у Галилея и очень скоро достиг в этом деле невиданных дотоле результатов. Некоторые из сохранившихся в музеях его линз и сегодня поражают чрезвычайно высоким качеством, ни в чем не уступая современным. Причем это были не чисто случайные удачи, а результат открытого Торричелли способа контроля качества изготовления линз, о котором он неоднократно упоминал в письмах к разным лицам. В чем заключался этот способ, осталось тайной. Ученый, к сожалению, так и не открыл своего секрета, хотя, естественно, и стремился к этому. Дело в том, что великий герцог Тосканский, на службе у которого в качестве придворного математика находился Торричелли, категорически запретил разглашать секрет изготовления линз.
Как видим, основы прикладной оптики были заложены итальянскими учеными. В этом есть своя закономерность - могучая культура итальянского Ренессанса оказала огромное влияние на все области науки и техники, в том числе и на оптику. Но уже начиная с XVII в. прикладной оптикой начинают успешно заниматься ученые других европейских стран.
Так, следующий и весьма важный шаг в деле совершенствования прикладной оптики был сделан знаменитым немецким астрономом Иоганном Кеплером. Интерес к оптике у него пробудили занятия астрономией, а точнее, желание иметь телескоп лучший, чем те, которыми располагали в то время ученые. В 1610 г. Кеплер написал фундаментальный труд «Диоптрика», в котором рассмотрел широкий круг вопросов прикладной оптики. Ученый разработал принципиально новую систему телескопа, состоящего из двух положительных линз и дающего перевернутое изображение. В сравнении с трубой Галилея телескоп Кеплера имел целый ряд существенных преимуществ: большее увеличение, больший угол зрения, более отчетливое изображение, возможность получать в фокальной плоскости действительное изображение наблюдаемого объекта. Последнее свойство трубы Кеплера дало возможность использовать ее в качестве визирного инструмента, что позволило впоследствии создавать оптические измерительные приборы.
Сам Кеплер в отличие от Галилея не изготовил телескоп. Вероятнее всего, первым, кто сделал телескоп по схеме Кеплера, был X. Шейнер. Произошло это не позже 1613 г. Свой телескоп Шейнер применял для наблюдений за солнечными пятнами и потому назвал его гелиоскопом.
Зато Кеплер обнаружил, что изображение в центральной части объектива значительно резче изображения по его краям, и пришел к выводу, что наибольшая резкость будет наблюдаться при небольшом отверстии объектива. Другими словами, он установил, что для получения необходимой резкости объектив следует диафрагмировать. Это важное открытие Кеплера нашло со временем свое применение и в фотографии.
Без знания закона преломления света оптики не могли правильно рассчитывать сложные оптические системы. Открыть этот закон суждено было Рене Декарту, выдающемуся голландскому ученому XVII в., внесшему этим значительный вклад в развитие прикладной оптики. Своим открытием Декарт положил начало развитию теории аберраций оптических систем. Чтобы исправить сферическую аберрацию, Декарт применял комбинирование сферических линз с гиперболическими и эллиптическими. Этому вопросу он посвятил восьмую главу своей книги «Диоптрика». Таким образом, Декарт является одним из основоположников асферической оптики.
Большой вклад в разработку теорий сферической и хроматической аберраций и методов их устранения внес другой голландец, астроном Христиан Гюйгенс. Он также продолжительное время работал над теорией оптических инструментов, в первую очередь телескопов и микроскопов. В частности, в 1662 г. Гюйгенсом была предложена новая система окуляра, состоящего из двух положительных линз со значительным расстоянием между ними, что позволило исправить ряд аберраций (хроматическую, астигматизм и др.). Окуляр Гюйгенса по сей день применяется в некоторых оптических системах.
Немало выдающихся открытий в области оптики принадлежит великому английскому ученому Исааку Ньютону. Он успешно занимался многими вопросами, связанными с прикладной оптикой: созданием ахроматических оптических систем, конструированием более совершенных зеркальных телескопов, улучшением технологии изготовления линз и сферических зеркал, устранением различного рода аберраций, изучением спектроскопии.
В 1668 г. Ньютон сделал одно из самых важных открытий в оптике. Он установил, что качество изображения в оптических приборах зависит не только от сферической аберрации, как считалось до этого, но в равной степени и от хроматической аберрации, т. е. от неоднородности световых лучей. При этом он вывел формулу для вычисления хроматической аберрации, и этой формулой без каких-либо существенных изменений пользуются и современные оптики.
В результате сделанного им открытия Ньютон пришел к выводу, что дальнейшее усовершенствование линзовых телескопов не даст желаемых результатов из-за того, что избавиться от присущей линзам хроматической аберрации якобы невозможно. Этот, как выяснилось позже, ошибочный вывод Ньютона, пользовавшегося непререкаемым авторитетом в научных кругах, отрицательно сказался на дальнейшем развитии прикладной оптики, на многие десятки лет затормозив конструирование линзовых телескопов. Выход из положения Ньютон видел в замене линзовых объективов вогнутыми сферическими зеркалами, которые лишены хроматической аберрации (нелишним будет напомнить, что в конструкцию известных советских фотографических объективов типа МТО положена идея Ньютона). В подтверждение своей правоты Ньютон собственноручно построил несколько зеркальных телескопов и добился блестящих результатов. Результаты исследований в области оптики ученый изложил в одном из своих главных научных трудов «Оптика» и в знаменитых «Лекциях по оптике». Таким образом, благодаря Ньютону была открыта новая эра в телескопостроении. В то же время, как говорилось выше, его ошибка явилась причиной длительного застоя в конструировании линзовых оптических систем.
Исправить эту ошибку английского ученого пришлось выдающемуся русскому математику немецкого происхождения, члену Петербургской Академии наук Леонардо Эйлеру. Оптика занимала далеко не последнее место в широком кругу научных интересов талантливого ученого. При этом изучение оптики базировалось у него на солидной математической основе, что позволило Эйлеру внести огромный вклад в теорию расчета и конструирования оптических систем. Эйлер одним из первых выступил против утверждения Ньютона о невозможности устранения в оптических системах хроматической аберрации, а в 1747 г. первым высказался о том, что проблема создания ахроматического объектива является разрешимой. Чтобы подтвердить свои расчеты, Эйлер провел серию успешных опытов, в результате которых путем комбинирования двух линз с различным показателем преломления добился ощутимого уменьшения хроматической аберрации. Так было положено начало созданию ахроматических объективов. В 1758 г., пользуясь результатами исследований Эйлера, известный английский оптик Д. Доллонд, который, кстати, вначале резко отрицательно отнесся к открытию русского ученого, создал первый ахроматический объектив для телескопа, состоящий из двух линз, изготовленных из стекол с различной дисперсией - кронгласа и флинтгласа.
Затем Эйлер произвел расчеты сложных ахроматических систем, число линз в которых доходило до 10. Эти расчеты Эйлера были взяты впоследствии за основу при расчетах и конструировании фотографических объективов-ахроматов.
Пользуясь теорией Эйлера, один из его учеников Н. Фусс издал в 1774 г. пособие для оптиков с таблицами для расчета оптических систем, а другой его ученик академик Ф. Эпинус в 1784 г. сконструировал первый в мире ахроматический микроскоп. Таким образом, благодаря трудам Эйлера Россия в XVIII в. вышла на передовые рубежи в мире по достижениям в прикладной оптике.
Большой вклад в развитие прикладной оптики и конструирование различных оптических приборов внес также Михаил Васильевич Ломоносов. Так, в 1756 г. им была создана так называемая ночезрительная труба, положившая начало конструированию светосильных оптических систем. Кроме того, Ломоносов изобрел «горизонтоскоп», который стал прообразом перископа, и «батископ» - прибор для подводных наблюдений, успешно трудился над улучшением телескопов и микроскопов.
В 1819 г. французский физик О. Ж. Френель изобрел оригинальную по конструкции ступенчатую линзу. Она предназначалась для увеличения яркости огней маяков и имел