Изготовление оптики в 18, 19 веках

[AAV]

Lens grinding
Grinding is the key operation performed in optical workshops that gives the
lens surfaces a spherical shape. The tools are similar to those used for preliminary shaping, although the process is more refined. Metal tool plates might have been used at first. Sirtori reports a technique to generate the mild concavity of the plate by means of a curved file (Ill. 6). However, it was observed that this method was quite crude, each stroke removing the plate material along a line and the end results, in terms of surface regularity, were poor. Also, theuse of moulds to examine the actual profile, reported by Sirtori, appears to be difficult to put into practice, considering the mould’s shallowness in cases of long radii of curvature.

[AAV]

Torricelli is generally given credit for first understanding in scientific terms the wear process that produces spherical surfaces during grinding. Following his prescriptions, the tool plate was a disc of glass, firmly attached to a heavy block of material, so that it remained stable during the work. To abrade the plate, so that it acquired a concave shape roughly matching the convex shape of the surface to be ground, Torricelli used a disc of glass of smaller diameter, and sharp emery powder in between the two. In this manner the material removed by abrading occurred over a surface rather than a line, thus averaging out the figure and making it smoother. The end result did not need to be perfect since it was the following operation of lens grinding that adjusted the shape. The principle stated by Torricelli says that abrading two surfaces against each other by means of various and random movements produces a pair of spherical surfaces, one concave and the other convex, or in the limit both plane. For a successful process, however, the surfaces need to be moved over each other with a perpendicular pressure, i.e., with no tilt between them. The use of a handle as in illustrations 3 and 4, instead tends to tilt the glass surfaces, causing an uneven wear of the surfaces which get more abraded at the edges than at the centres. The introduction of the new holder, not claimed by Torricelli as his own invention, effectively reduced the errors at the edges. Going further, but confiding it as a secret to his friend Raffaello Magiotti, he realized the importance of the relative size of the tool plate with respect to that of the lens, and understood the effect of the hot glues then used to attach the lens to the holder, recommending instead cold glues. The lens holder drawn by Torricelli is shown in illustration 7. It consisted of a hemisphere of lead, with the base somewhat larger than the lens to be attached. First, a disc of soft cloth was placed over the bottom (A), and then a piece of soft leather was stretched over it, and secured with a piece of string (BC). The leather was soaked with red wax, and thus became sticky. The lens was therefore easily attached and detached at will, without imparting any thermal stress to the glass. The grinding process was accomplished with the so-called spoltiglia. According to Sirtori, this was a fine abrasive produced from emery, dissolved in a bowl of water and allowed to precipitate partly. The liquid was then transferred to a new bowl, water was added again, and the largest particles in the liquid were allowed to deposit on the bottom. The process was repeated three or more times, so that only the smallest emery particles remained. In the process described by Torricelli, the abrasive was added when needed, until the entire surface was uniformly ground. Then, no more abrasive was added, continuing the grinding with the remaining spoltiglia, only adding a little drop of water, or just breathing on the surfaces if they were drying up. The operation was only terminated when the powder had become white, very fine and greasy ‘like butter’. Carefully carried out, such a process produced very finely ground surfaces, of excellent spherical shape and already almost capable of forming an image.

[AAV]

Lens polishing
The final polishing required a further tool plate to rub against, and particular skills. The previous tool plate could not be used, since the surface would become shiny first at the edge, and only at a far later stage at the centre; the spherical figure of the surface would then be severely impaired. Torricelli used an almost plane tool plate made of slate, worn just a bit to concavity with some pumice. The tool plate was firmly placed on a wooden table; a piece of thin cloth was then stretched over the plate and fixed to the table with nails all around (Ill8). The abrasive then in use was the so-called tripolo, a powder made of extremely minute grains of silicon dioxide. The powder was dampened and spread as an ointment on the cloth, with just a few drops of water. The artisan then vigorously rubbed the lens along various directions on the cloth, adding abrasive and water when needed, until the micro-roughness had
entirely disappeared from the surface. The process was certainly lengthy and laborious. However, Torricelli mentioned
in a letter that he succeeded producing two good objectives out of six in about eight days of work.9 In addition to remarking the mastery of the lens fabrication technology achieved by Torricelli, this letter is interesting because
it points out the common practice of producing lenses in (small) batches, probably using the same tools; at the end the best performing ones were selected, and the others were discarded. On the other hand, due to the production
process described above, Torricelli did not have good control over the radii of curvature of the surfaces he ground, since these depended on the depth of the depression in the tool plate. For this reason, it is interesting to note that
the Museo Galileo in Florence houses a Torricelli lens 11.5 cm in diameter and 6.0 m in focal length, with the inscription Vangelista Torricelli. Fiorenza. 1646. Braccia 10 ., whose characteristics are strikingly similar to those of the
Torricelli lens in the Physics Museum of the University of Naples. Such a lens is shown in ill. 9.

[ekvi]

Lens polishing

Так и хочется - вослед за Ю. Петруниным - сказать: "Всё это - по-английски, а я не верю этим расистам!" Удерживает от такого возражения только ссылка на письмо итальянца Торричелли, приведённая на илл.:

Не удержусь от комментария. Все приведённые технологические "доказательства" подтверждают только стабильность исходного радиуса на инструменте и детали - за счёт значительно большего диаметра инструмента в сравнении с диаметром детали.
Но эти меры не касаются качества поверхности линз Торричелли, подтверждённые интерференционными тестами Ронки.
А вот о методе контроля мне не попалось ни одной фразы.

[ekvi]

Технология производства линз.

Помню, в 1956м мы круглили стекляхи из оконного стекла, обламывая их края между рядами проволоки, притягивающей телеграфные столбы к бетонным пасынкам. Но тогда нам было менее 10 лет, и это было детское баловство. А тут - высокооплачиваемое "магическое действо"! Что угловое увеличение, которое производит зрительная труба, по своему воздействию таинственно , "магично", я убедился в том же, 9-летнем возрасте, впервые заглянув в 8х бинокль.
Само слово magnify (увеличение) и слова "магия"происходят от корня "маг". Думаю, именно это предрасполагало "посвящённых" к неразглашению оптических секретов. Но кончина гениального физика Торричелли в 40-летнем возрасте наводит на мысль, что это была расплата за разглашение тайны. Дж. Бруно, Галилей - в том же ряду.
Так что благодаря этим первопроходцам сегодня мы можем вот так непринуждённо, даже походя рассуждать об этом предмете.

[AAV]

Так и хочется - вослед за Ю. Петруниным - сказать: "Всё это - по-английски, а я не верю этим расистам!" Удерживает от такого возражения только ссылка на письмо итальянца Торричелли, приведённая на илл.:

Но эти меры не касаются качества поверхности линз Торричелли, подтверждённые интерференционными тестами Ронки.

Где тесты Ронки? На каком языке они представлены.

The Development of Telescope Optics in the Middle of the Seventeenth  Century

Further, there exist four objective lenses signed along the rim of  the glass by Evangelista Torricelli, probably made about 1645. Three  of them are in the Science Museum in Florence; the fourth is in the Museum of the Department of  Physical Science at the University of Naples. The latter has a diameter of  111 mm, a uniquely large size for that time. It has been optically tested at the  University and shows an aberration of 0.6 wavelength in the focus, which is too much for  telescopic use. The author has had no opportunity to examine it but, if the reported  high distortion is the value measured with the whole diameter of the lens, and if the  aperture were to have been reduced to a much smaller amount, then we can assume that the  result might be much better. Torricelli was well known in his time for his high- quality objectives.

[AAV]

А вот о методе контроля мне не попалось ни одной фразы.

 Читали  The origins of the telescope Edited by Albert Van Helden Sven Dupré Rob van Gent Huib Zuidervaart
Lens testing
Not very much is known about lens testing practices in seventeenth century. Apart from the visual inspection of the lens itself for defects, the most obvious test was a trial of its performance, mounting the lens (the objective) in the telescope and observing a bright star or planet. In fact it is known that in some cases Galileo suggested oval apertures because of defective optics.10 While this proves the awareness of Galileo that appropriate adjustments could perfect the optical performance of his telescope, it also testifies to his ability to carry out testing procedures: the actual size and shape of the diaphragm should have been a compromise between image quality and brightness, depending on the features of the lens being used. Although the lenses of the same batch were produced under similar conditions, a sizeable fraction did not pass the final test and had to be discarded. Considering the hard work, the time and the cost of producing lenses, the main reason for discarding one was probably something else than an evident defect of the lens material, such as gas bubbles, seeds, glass turbidity and colour: in that case the glass plate would not have been used for lens making. Hidden defects only showed up after the lens was finished and mounted in a telescope. Typical defects of this kind were inhomogeneity of the refractive index due to the presence of swirls and knots within the glass. These distort the light path through the lens and result in image degradation. It was understood that, in spite of some screening that was performed before the glass plate was used for lens making,11 slightly defective material could not be detected and discarded in advance.

The Stars of Galileo Galilei and the Universal Knowledge
of Athanasius Kircher

 The test, which took place on 30 April 1664, consists in reading sentences written in different characters upon some billboards placed at a certain distance: it is rather like having one’s eyes examined.

[ekvi]

Not very much is known about lens testing practices in seventeenth century.

Вы знаете, контроль по звезде, как альтернативный теневому или интерференционному и до сих пор настойчиво рекомендуемый некоторыми, застрявшими в средневековье, отвергнут ещё Максутовым - в том смысле, что аттестационные методы непригодны в процессе изготовления. А Торричелли (я предлагаю не отвлекаться на контроль вообще) - судя по темпам получения качественных линз - очевидно, использовал какой-то оперативный (технологичный) контроль, типа теневого или интерференционного. Так, Ронки склоняется к интерференционному.
По-моему, именно в этом отказывают Торричелли упомянутые Вами историки. Кстати, следует отметить: Ваши документальные "раскопки" и уникальны, и актуальны!

[Yuri P.]

А тут - высокооплачиваемое "магическое действо"! Что угловое увеличение, которое производит зрительная труба, по своему воздействию таинственно , "магично", я убедился в том же, 9-летнем возрасте, впервые заглянув в 8х бинокль.
Само слово magnify (увеличение) и слова "магия"происходят от корня "маг". Думаю, именно это предрасполагало "посвящённых" к неразглашению оптических секретов. Но кончина гениального физика Торричелли в 40-летнем возрасте наводит на мысль, что это была расплата за разглашение тайны.

Магия увеличения линз делала их самыми интересными "игрушками", первый телескоп сделал в 10 лет из объектива военного бинокля (призмы были разбиты) найденного в развалах военной техники металлургического завода. Корпусом служила спортивная граната (на фото) из которой высыпал песок, в узкий конец вставил окуляр. Перевернутое изображение не смущало

А Торричелли скорее всего рано умер из-за множественных опытов со ртутью

[Yuri P.]

the main reason for discarding one was probably something else than an evident defect of the lens material, such as gas bubbles, seeds, glass turbidity and colour: in that case the glass plate would not have been used for lens making

- не совсем корректно
пузырьки, точки, цвет - все что легко увидеть в стекле не имели разрушающего действия на изображение в телескопе и стекла с подобными дефектами малой площади применялись без отбраковки см. примеры ранних линз с множеством пузырей на фото.
 А вот малозаметные неоднородности большой площади кои трудно заметить, определяли качество изображения наряду с формой поверхностей.

[ekvi]

Магия увеличения линз делала их самыми интересными "игрушками",

= развлечение для средневековых богачей.

Корпусом служила спортивная граната

В 1977-м и я купил в спортивном гранату для тех же целей. Но до использования дело не дошло: в январе 1978-го уже работал на ОМЗе, и первый бинокль системы Грегори-Максутова был выточен-изготовлен из дюралевых труб.
Что касается ртути, то в цехе, где работал, под полом стояли её лужи. Все благополучно доживали до естественного пенсионного возраста. Правда, на иждивении долго не задерживались: 2-3 года - и аут. Но это - по причине "ломки" образа жизни.

[ekvi]

с подобными дефектами малой площади применялись без отбраковки

ОТК и сейчас пропускает такие дефекты, даже царапины, размеры которых нормированы ГОСТ. Всё это - по причине "затягивания" волнового фронта после прохождения малоразмерного дефекта.
Но вот обломанный контур у тогдашних линз - это ... нет слов! Благо, их диаметры исчислялись миллиметрами и все краевые дефекты отсекались диафрагмами.

[ysdanko]

Но вот обломанный контур у тогдашних линз - это ... нет слов!

А не могли эти кромки обгрызть уже после?
Я думаю, что это связано со способом крепления линз в медных оправав...Тупо пережимали. Тем более что в основном использовали завальцовку. Ну и большая разница в ТКРЛ, за время существования телескопов могла сыграть свою роль...

[ekvi]

Но вот обломанный контур у тогдашних линз - это ... нет слов!

А не могли эти кромки обгрызть уже после?
Я думаю, что это связано со способом крепления линз в медных оправав...Тупо пережимали. Тем более что в основном использовали завальцовку. Ну и большая разница в ТКРЛ, за время существования телескопов могла сыграть свою роль...

Приводятся снимки разных линз, установленных в оправу однотипно - на трёх штырях.
Думаю, обломаны линзы прорезью в стеклорезе, а сами линзы изготавливались из листового стекла, которым остекляли окна: толщина у линзы Торричелли t = 6  мм при Ф 80х6000 мм - стрелка сферы ~ 0.15 мм.

[ysdanko]

Думаю, обломаны линзы прорезью в стеклорезе,

Думаете, что столь изобретательные предки не до думались, до кругления  заготовок? Как то не верится...

[Yuri P.]

Я думаю, что это связано со способом крепления линз в медных оправав...Тупо пережимали. Тем более что в основном использовали завальцовку. Ну и большая разница в ТКРЛ, за время существования телескопов могла сыграть свою роль...

В "виртуальный музей" я помещал некоторые снимки ранних телескопов: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,119500.140.html
Ответ 151. Основные материалы не cчитая линз: бумага + дерево - достаточно было для великих открытий Галилея
Также слоновая кость, см. там же Ответ 197.
Метал попозже, Ответ 203 на примере японского телескопа.
В Ответе 208 тоже есть метал, но только для колечка стопорного.

[AAV]

Думаю, обломаны линзы прорезью в стеклорезе, а сами линзы изготавливались из листового стекла, которым остекляли окна: толщина у линзы Торричелли t = 6  мм при Ф 80х6000 мм - стрелка сферы ~ 0.15 мм.

Стекло было дорогое удовольствие в то время.
Использовали осколки стекла для зеркал.

[AAV]

Сломанная линза Галилея, хранящаяся в Музее Галилея во Флоренции, Слева: линза в оправе из слоновой кости 1677 года.

[AAV]

The Development of Telescope Optics in the Middle of the Seventeenth Century

Finally, we shall discuss four object glasses, and one instrument of the most important telescope maker of the seventeenth century, namely the Italian optician Giuseppe Campani. In Figures 11a, b, c and d, we see the Foucault and the Ronchi tests of four objectives made by Campani. Figure 11a shows the object glass belonging to the instrument at the Orangerie Museum, part of the Hessisches Landesmuseum in Kassel, Germany. It is a large telescope by Campani, which Landgraf Karl bought in Rome in the year 1700. It is signed along the rim with a diamond: `Giuseppe Campani in Roma anno 1700 zum Cassellischen Kunst Hausse.’ It has a diameter of 78 mm and a focal length of 4.92 m. Its surfaces are nearly perfectly spherical and show only the normal spherical aberration.  Figures 11b and c show the tests on the two large aerial telescope objectives. They belong to the Conservatiore National des Arts et Me! tiers in Paris, France. Here we recognize that the border rim was ¯ attened during the polishing process to a high degree. The result is a striking spherical overcorrection. However, as we shall see below, this overcorrection only has a minor in¯ uence in the quality of the objectives. In Figure 11b, the diameter of the objective is 135 mm, and the focal length is 18.5 m. It is signed along the rim with a diamond: `Giuseppe Campani in Roma Palmi 87’ . In Figure 11c, the diameter of the objective is 158 mm, and the focal length is 25.6 m. It is signed along the rim with a diamond: `Giuseppe Campani in Roma Palmi 120 ’ . To diminish the chromatic aberration to an invisible amount, the ® rst objective needs an aperture stop of diameter 80 mm, and the second an aperture stop of diameter 90 mm. Inside this aperture the image distortion of the spherical overcorrection is so slight that the Rayleigh condition of the fourth part of a wavelength is ful lled. Therefore, we come to the conclusion that these aerial telescope objectives, although far from perfect in the modern sense, nevertheless gave good images. This is for exactly the same reason that I explained in my critical objections concerning the `Galilean telescopes ’ in Florence. Campani had no information about the condition of his lenses in the region covered by the aperture stop, which he needed to eliminate the chromatic aberration. Aspherical aberrations of the lens surfaces are caused by imperfect contact between the ne ground lens and the polishing surface, that is the  ne paper glued to the grinding mould. If Campani noticed with his star tests an imperfect image, then that would be an indication for him that the lens inside the aperture stop is not spherical. Therefore, he reground it and made a new polishing tool. He kept repeating  this process until the star images became perfect.  Already during Campani’s lifetime and especially after his death (1715), some rumours were circulating about special secret methods or tools that he used to make his objectives. However, to me the results of the objective tests indicate that it was his great skill and his tendency to perfectionism that explains his great success. Figure 11d shows a telescope from the present author’ s collection. Again, the surfaces are aspherical such that a very slight overcorrection results, but the imperfection is so slight that it could not have been recognized when observing stars. Now we shall also examine the eyepiece of this telescope, comparing it with the instruments of Wiesel and Divini. As we see in the sketch of the ray trace in Figure 12, the diOEerence from the instruments previously described is that the eyepiece has only three lenses. It seems that Campani was the ® rst to realize clearly that the threelens eyepiece gives as good, or even better, images than the four-lens eyepiece. He never made four-lens eyepieces. For comparison we return to Figure 2, which shows a diagram of the calculated colour defects of several telescopes now discussed here. We see that Johannes Wiesel was without any competition during this lifetime. He was surpassed after his death only by Giuseppe Campani. Campani’s telescopes are the best that was possible to achieve with the non-achromatic objective. On clear nights the resolving power of his best instruments reached the theoretical diOEraction limits. Until the invention of the achromatic objective, no better telescopes than Campani’s in Rome existed in Italy, France or England.

[библиограф]

линза в оправе из слоновой кости 1677 года.

лучшего материала для оправы линзы трудно придумать!
Смотровые окна в аппаратах сверхвысокого давления делали в виде конических пробок из
стекла,  кварца или лейкосапфира, точно пришлифованных к конической расточке в стальном корпусе -
стекло самоуплотнялось давлением изнутри, порядка нескольких тонн для окна небольших размеров.
Тонкую коническую прокладку, передававшую давление стеклянного конуса на корпус точили из
слоновой кости, у нас, с учётом отечественной специфики - из мамонтовой, или
из моржового клыка
Слоновая кость достаточно эластична, но не пластична, не вытекает под нагрузкой и восстанавливает форму после снятия нагрузки.

Потом стали применять вставки из пирофиллита