Ochii noştri sunt extrem de bine formaţi ca instrumente optice. Când ne uitam la un obiect, un sistem de lentile din fata ochiului formează o imagine a obiectului pe retina – un ţesut din spatele ochiului care conţine in jur de 125 de milioane de celule luminoase senzitive. Lumina care cade pe retina impulsionează celulele pentru a trimite semnale electrice nervoase spre creier, iar aceasta ne da impresia vizualizării obiectului.

Instrumentele optice au ajutat la înţelegerea universului. Telescopul ne-a dezvăluit detalii ale corpurilor îndepărtate din spaţiu, iar microscopul a dezlegat multe din misterele naturii, cum ar fi structura celulelor vii.

Funcţionarea lentilelor

Sistemul de lentile al ochiului este alcătuit din lentile convexe cristaline, iar in fata acestora se afla o membrana transparenta numita cornee. Corneea are un rol important in focalizare. Ajustarea finala este făcuta de lentile, forma lor fiind schimbata de un inel de muşchi din jurul lor. Când din cauza unor probleme cu aceşti muşchi ochiul nu mai poate realiza forma necesara, obiectul vizualizat este neclar.

O simpla lentila de ochelari împreuna cu sistemul de lentile al ochiului formează o combinaţie care da posibilitatea ochiului sa focalizeze majoritatea obiectelor. Miopii poarta ochelari cu lentile concave (subţiri la mijloc) care oferă posibilitatea focalizării obiectelor la distanta. Hipermetropii poarta lentile convexe (groase la mijloc) care permit vizualizarea clara a obiectelor din apropiere.

Telescopul

Când lupele au ajuns la îndemâna oricui s-a încercat să se folosească cate doua lupe, una peste alta, pentru a obţine o mărire mai mare. In timp ce se experimenta acest lucru, cineva a descoperit ca o distanta corespunzătoare intre lentile pot determina imagini mărite ale obiectelor de la distanta. Un asemenea aranjament de lentile a pus baza primului telescop. Invenţia telescopului se datorează filozofului englez Roger Bacon, care a trăit in anii 1200. Dar este posibil ca aceasta invenţie sa fi fost făcuta mai devreme de oameni de ştiinţa arabi.

Lupa

Relativ puternice, lentilele convexe sunt adesea folosite ca lupe. Prima intenţie de mărire a unui obiect a apărut acum aproape 2000 de ani in urma. Vechile documente greceşti  si romane descriu cum un vas rotund de sticla umplut cu apa poate fi folosit pentru a mari obiecte. Lentilele de sticla au apărut mult mai târziu si au fost folosite probabil prima data in anii 1000 de călugării care scriau manuscrise. După anii 1200 , ochelarii cu lentile slabe au început sa fie folosiţi pentru a corecta hipermetropia. Dar numai prin anii 1400 s-a descoperit tehnica fabricării ochelarilor cu lentile concave pentru a corecta miopia.

Reflectorul lui Newton

Una din problemele telescopului refractar era ca din cauza unui defect de lentila numit aberaţie cromatica, se producea o margine colorata nedorita in jurul imaginii. Ca sa elimine aceasta problema omul de ştiinţa englez Isaac Newton a proiectat un telescop reflectiv, in 1660. In locul lentilei obiective a folosit o lentila concava care colecta lumina si forma o imagine care nu mai avea acea margine colorata nedorita. O oglinda plata reflecta lumina intr-o lentila convexa aflata in ochean si montata pe latura tubului principal. Acest tip de telescop este cunoscut ca telescopul lui Newton si este folosit de astronomii amatori.

Refractorul lui Galileo

Un telescop construit in 1608 de opticianul olandez Hans Lippershey a atras atenţia omului de ştiinţa italian Galileo, care a realizat cat de util ar fi acesta in astronomie. Galileo a îmbunătăţit rapid modelul lui Lippershey si a început sa construiască o serie din ce în ce mai mai bună de telescoape. Cu ele, el a făcut o serie de descoperiri, incluzând munţii si văile de pe luna si patru din lunile lui Jupiter.

După ce descoperirea lui Galileo a arătat cat de important este telescopul, modelul folosit de el a devenit cunoscut ca fiind telescopul lui Galileo. Lentilele lui convexe adunau lumina de la obiecte, făcându-le astfel vizibile. Iar lumina concava a ocheanului inclina razele de lumina încât forma o imagine mărită si verticala. Lentilele erau montate in tuburi, una alunecând in cealaltă. Aceasta a permis ca separarea dintre lentile sa poată fi ajustata pentru focalizarea imaginii. Acest tip de telescop sta la baza binoclului modern.

Microscopul

Lupa este adeseori numita microscop simplu, pentru ca este utila in observarea obiectelor mici. Pentru o mărire accentuata cu un minimum de deformare a imaginii este folosit un sistem de doua sau mai multe lentile. Un astfel de dispozitiv este numit microscop compus.

Cel mai simplu microscop compus conţine doua lentile convexe. Imaginea mărita de lentilele obiective este mărita mai departe de lentilele ocheanului. Ca si la telescopul astronomic, imaginea este răsturnata, dar acest lucru nu este important la vizualizarea unor mostre minuscule. Multe microscoape compuse au o gama de lentile obiective de diferite puteri.

Fotografia

La începuturile fotografiei, expunerea unei fotografii dura aproximativ o zi. Noua tehnologie a devenit populara atunci când materialele fotosensibile îmbunătăţite au permis realizarea instantaneelor.

Când se face o fotografie, o lentila proiectează o imagine a scenei pe o suprafaţa care este învelita intr-o substanţa chimica fotosensibila. Lumina provoacă schimbări in materialul sensibil, iar modelul acestora este transferat intr-o imagine vizibila prin prelucrarea chimica.

Inginerul francez Nicephore Niepce a făcut prima fotografie in 1826. A durat aproximativ opt ore ca sa înregistreze o scena in aer liber pe placa fotosensibila. Niepce a murit in 1833, înainte sa-si fi perfecţionat procedeul, care utiliza bitumul ca material fotosensibil. Partenerul sau, Louis Daguerre, a continuat sa experimenteze si, in ianuarie 1839, si-a dezvăluit procedeul de tip Daguerre. Iniţial acesta utiliza placi de argint învelite cu iodura de argint. Deşi relativ insensibile după standardele moderne, aceste placi puteau sa înregistreze o imagine in doar 15-30 de minute.

Înainte, asemenea tablouri ale unei scene ţineau de domeniul artiştilor, introducerea fotografiei practice însemna ca oricine putea realiza o imagine realista, astfel încât noua tehnica a atras foarte mult atenţia. In sistemul lui Daguerre, placa expusa in aparatul de fotografiat era prelucrata chimic pentru a forma fotografia finala. De aceea, daca era nevoie de mai multe fotografii, trebuiau sa fie expuse mai multe placi in aparatul de fotografiat.

Acest neajuns urma sa fie curând înlăturat, când englezul William Henry Fox Talbot a demonstrat primul proces negativ-pozitiv la mai puţin de trei săptămâni după dezvăluirea procesului de tip Daguerre.

Cea mai veche fotografie rămasa a lui Fox Talbot datează din 1835 si prezintă un geam al casei sale din Wiltshire. Materialul sau fotosensibil a constat dintr-o bucata de hârtie de scris învelita in clorura de argint, iar expunerea sa a durat circa 30 de minute.