kameralinsen

baggrund

kameralinsen er en opfindelse, der forsøger at duplikere driften af det menneskelige øje. Ligesom øjet ser linsen et billede, fokuserer det og overfører dets farver, skarphed og lysstyrke gennem kameraet til den fotografiske film, som ligesom vores hukommelse registrerer billedet til behandling og fremtidig brug. Objektiver er lavet af optisk glas eller plast. De fokuserer lysstråler ved at bryde eller bøje dem, så de mødes eller konvergerer på et fælles punkt.

en simpel linse “ser” godt gennem midten, men dens syn rundt om kanterne har en tendens til at sløre. Sløring, farveændringer, forvrængning af linjer og farvehaloer omkring objekter skyldes defekter i linsen kaldet aberrationer. Nogle afvigelser kan korrigeres i den enkle linse ved at forme en eller begge overflader, så de er asfæriske; asfæriske kurver varierer som kurverne på en parabola snarere end at forblive konstante som krumningen af en kugle. En kameralinse reducerer virkningerne af afvigelser ved at erstatte en simpel linse med en gruppe linser kaldet linseelementer, som er linser i forskellige former og adskillelsesafstande. Linsen bliver mere kompleks, da der opnås større korrektion af synet. Linsen vil også være mere kompleks afhængigt af blændens størrelse—åbningen, der tillader lys at passere igennem—og rækkevidden af vinkler, den “ser.”Objektivdesign plejede at stole på optikerens kunst og betydelige eksperimenter. I dag kan computerprogrammer justere formningen og afstanden mellem linseelementer, bestemme deres virkninger på hinanden og evaluere omkostningerne ved linseproduktion.

linseelementer beskrives normalt ved deres form. Den konvekse linse kurver udad; en bikonveks linse kurver udad på begge sider, og en plano-konveks linse er flad på den ene side og udad buet på den anden. Der er også konkave Lenes, biconcave og plano-konkave linser. Elementerne er ikke nødvendigvis symmetriske og kan kurve mere på den ene side end den anden. Fortykning af midten af linsen i forhold til dens kanter får lysstråler til at konvergere eller fokusere. Linser med tykke kanter og tynde midter gør lysstråler spredt. En kompleks kameralinse indeholder et antal elementer, der er specielt grupperet. Kombinationen af sammensætningen, formen og grupperingen af elementerne maksimerer de enkelte elementers lysbøjningsegenskaber for at producere det ønskede billede. Objektivet er fokuseret ved at flytte det nærmere eller længere væk fra filmen eller brændplanet. Linsen kan vrides, hvilket får linseelementerne til at bevæge sig ind og ud langs en spiralskruetråd, der er bearbejdet i linsens hus. Vridning af linsen bevæger sig også en skala på huset, der viser afstanden til det bedste fokus.

stop eller membran er en specialiseret del af linsen. I enkle kameraer er stopet et fast stop eller en ring af sort metalplade, der er permanent indstillet foran linsen. Bokskameraer, studiekameraer og nogle kameraer af europæisk fremstilling bruger et glidestop, som er en strimmel af metal, der glider over linsens forside mellem riller. Det har to eller flere huller i forskellige størrelser, der er åbningerne. Objektiver med variabelt stop har en bearbejdet ring på ydersiden af objektivbeslaget, trykt med f-stop-numre. Ved at dreje denne ring kan membranen åbnes eller lukkes. Denne iris membran fungerer meget ligesom iris i øjet i at tillade justeringer for varierede lysforhold.

linsen i et kompakt kamera er normalt en generel linse med en normnal brændvidde, der tager billeder af et billede, som vores øjne ser det. Objektiver designet til specielle formål bruges med mere avancerede kameraer. Teleobjektiver fungerer meget som kikkert eller teleskoper og får et fjernt billede til at se nærmere ud. Vidvinkellinser får billedet til at vises længere væk; en panoramalinse er en speciel slags vidvinkelobjektiv, der er nyttig til at tage billeder af brede vidder af kulisser. Nogle engangskameraer er udstyret med panoramalinser. En fiskeøjeobjektiv er også en speciel slags vidvinkelobjektiv, der bevidst fordrejer billedet, så den centrale del forstørres, og de ydre billeddetaljer komprimeres. Fiskeøje-linser dækker meget brede vinkler som horisont-til-Horisont-udsigter. En anden linse med specielt formål er linsen med variabel fokus, også kaldet en “forstørrelsesglas”. Det bruger bevægelige linseelementer til at justere brændvidden for at forstørre tættere på eller længere væk fra motivet. Disse linser er komplekse og kan indeholde 12 til 20 linseelementer; dog kan en linse med variabel fokus erstatte flere andre linser. Nogle Kompakte kameraer har også begrænset forstørrelse, telefoto eller vidvinkelfunktioner. Spejlreflekskameraet (spejlreflekskamera) er lavet, så fotografen ser den samme visning som linsen gennem søgeren. Dette gør det muligt for fotografen at planlægge det billede, der vises på film med fleksibiliteten i en række udskiftelige linser.

historie

kameralinsen udviklede sig fra optiske linser udviklet til andre formål og modnet med kameraet og fotografisk film. I 1568 placerede en venetiansk adelsmand, Daniel Barbaro, en linse over hullet i en kameraboks og studerede skarphed i billede og fokus. Hans første linse var fra en gammel mands konvekse briller. Astronomen Johann Kepler uddybede Barbaros eksperimenter i 1611 ved at beskrive enkelt-og sammensatte linser, forklare billedvending og forstørre billeder ved at gruppere konvekse og konkave linser.

i 1800-tallet havde de første kassekameraer en linse monteret i åbningen i kassen. Linsen vendte billedet på en lysfølsom plade bag på kassen. Der var ingen lukker til at åbne linsen; i stedet blev en linsehætte fjernet i flere sekunder eller længere for at udsætte pladen. Forbedringer i pladens følsomhed nødvendiggjorde måder at kontrollere eksponeringen på. Masker med åbninger i forskellige størrelser blev lavet til indsættelse nær linsen. Irismembranen blev også udviklet til at styre blænden. Dens metal Blade åbne og tæt sammen for at danne en cirkulær åbning, der kan varieres i diameter.

i 1841 designede Joseph Petsval fra Vienna et portrætobjektiv med en hurtig blænde. Tidligere var linser lavet til daguerreotype kameraer bedst egnet til landskabsfotografering. Petsvals linse gjorde det muligt at tage portrætter ti gange hurtigere, og fotografiet var mindre sandsynligt at være sløret. I 1902 udviklede Paul Rudolph Tessar-objektivet, der betragtes som det mest populære, der nogensinde er skabt. I 1918 producerede han Plasmat-objektivet, som måske er det fineste kameralinse, der nogensinde er lavet. Rudolph blev kort efterfulgt af maks Berek, der designede skarpe, hurtige linser, der var ideelle til miniaturekameraer.

andre væsentlige udviklinger i linsehistorien inkluderer linsebelægningsteknologi, brug af sjældne jordarters glas og beregningsmetoder muliggjort af computeren. Katharine B. Blodgett udviklede teknikker til tyndbelægningslinser med sæbefilm for at fjerne refleksion og forbedre lystransmissionen i 1939. Han fortsatte Blodgett ‘ s arbejde ved at bruge belægninger af metalliske fluorider, herunder fordampet magnesium og calcium, der var fire-en-milliontedele af en tomme tyk.

Design

Design af et kameralinse begynder med at identificere den fotograf, der vil bruge den. Når markedet identificeres, vælger linsedesigneren de optiske og mekaniske materialer, det optiske design, den passende metode til fremstilling af de mekaniske dele og, for autofokuslinser, typen af inter-face mellem linsen og kameraet. Der er konventioner eller mønstre for de forskellige kategorier af linser, herunder Makro -, vidvinkelog teleobjektiver, så nogle designaspekter er standardiserede. Fremskridt inden for materialer giver designere mange udfordrende

en gruppe linser kaldet linseelementer, som har forskellige former og adskillelsesafstande, udgør kameralinsen. Objektivdesign plejede at stole på optikerens kunst og betydelige eksperimenter. I dag kan computerprogrammer justere formningen og afstanden mellem linseelementer, bestemme deres virkninger på hinanden og evaluere omkostningerne ved linseproduktion.

indstillinger, dog. Ved valg af materialer skal ingeniøren overveje en række metaller til komponenterne og forskellige typer briller og plast til linserne, alt imens han er opmærksom på de endelige omkostninger for fotografen.

når designeren har afsluttet designet, testes dets ydeevne ved computersimulering. Computerprogrammer, der er specifikke for linseproducenter, fortæller designeren, hvilken slags billede eller billede linsen vil producere i midten af billedet og ved dets kanter for rækkevidden af linseoperation. Forudsat at linsen består computersimuleringstesten, gennemgås kriterierne for ydeevne, der oprindeligt blev valgt, igen for at bekræfte, at linsen opfylder de identificerede behov. En prototype fremstilles for at teste den faktiske ydeevne. Objektivet testes under forskellige temperatur-og miljøforhold, ved hver blændeposition og ved hver brændvidde for objektiver. Måldiagrammer i et laboratorium fotograferes, ligesom feltforhold med varierende lys og skygge. Nogle linser ældes hurtigt i laboratorietests for at kontrollere deres holdbarhed.

yderligere designarbejde er nødvendigt, hvis objektivet fokuserer automatisk, fordi autofokusmodulet (af) skal fungere med en række kamerahuse. Af-modulet kræver både programmel og mekanisk design. Omfattende prototype test udføres på disse linser på grund af deres komplekse funktioner, og fordi programmet er finjusteret til hver linse.

råmaterialer

råmaterialerne til selve linserne, belægningen, tønden eller huset til kameralinsen og linsefester er beskrevet nedenfor i afsnittet fremstilling.

fremstillingsprocessen

slibning og polering af linseelementer

• 1 optisk glas leveres til linseproducenter af specialiserede leverandører. Normalt er den tilvejebragt som en” presset plade ” eller skiveskåret glasplade, hvorfra elementerne skæres. Glaselementerne er formet til konkave eller konvekse former af en kurvegeneratormaskine, der er en første-trins slibemaskine. For at nå specifikationerne for dens form gennemgår en linse en række processer, hvor den formales ved at polere partikler i vand. Poleringspartiklerne bliver mindre i hvert trin, når linsen raffineres. Kurvegenerering og efterfølgende slibning varierer i hastighed afhængigt af de optiske materialers skrøbelighed, blødhed og iltningsegenskaber.

  efter slibning og polering er elementerne centreret, så linsens ydre kant er perfekt i omkreds i forhold til linsens midterlinie eller optiske akse. Linser fremstillet af plast eller bundet glas og harpiks fremstilles ved de samme processer. Bonded materialer bruges til at lave linser med ikke-sfæriske overflader, og disse linser kaldes “hybrid aspherics.”De asfæriske overflader på disse linser afsluttes under Centrering.

Coating linser

• 2 formede linser er belagt for at beskytte materialet mod iltning, for at forhindre refleksioner og for at opfylde kravene til “designet spektrumtransmission” eller farvebalance og gengivelse. Linsens overflader rengøres omhyggeligt inden belægning. Teknikker til påføring af belægninger og selve belægningerne er vigtige salgsargumenter for producentens linser og er omhyggeligt beskyttede hemmeligheder. Nogle typer af belægninger omfatter metaloksider, letlegerede fluorider og lag af kvarts, der påføres linser og spejle ved en vakuumproces. Flere lag belægning kan anvendes til den bedste farve-og lystransmission, men overdreven belægning kan reducere lyset, der passerer gennem linsen og begrænse dets anvendelighed.

fremstilling af tønde

• 3 tønden inkluderer chassiset, der understøtter de forskellige linseelementer og det kosmetiske ydre. Metalbeslag, riller og bevægelige dele af linsen er kritiske for linsens ydeevne og bearbejdes til meget specifikke tolerancer. Objektivbeslag kan være lavet af messing, aluminium eller plast. De fleste metal tønde komponenter er trykstøbt og bearbejdet. Metalbeslag holder længere, opretholder deres dimensioner, kan bearbejdes mere præcist og kan demonteres for at udskifte elementer, hvis det er nødvendigt. Plastbeslag er billigere og af lettere vægt. Hvis tønderen er lavet af teknisk plast, fremstilles den ved en meget effektiv og præcis metode til sprøjtestøbning. De indvendige overflader på tønden er også belagt for at beskytte dem og for at forhindre intern refleksion og flare.

samling af linsen

• 4 andre dele af linsen, såsom membranen og autofokusmodulet, produceres som underenheder. Irismembranen er konstrueret af buede blade skåret ud af tynde metalplader. Metalbladene holdes på plads af to plader. Den ene plade er fast, den anden bevæger sig og har slots til glidestifter. Disse glider bladene tilbage mod tønden for at åbne membranen eller ind i midten for at lukke åbningen, når f-stopringen drejes. Membranenheden fastgøres på plads, når linsemonteringen er fastgjort til enden af tønden. Autofokus er også tilføjet, de optiske elementer er placeret, og linsen er forseglet. Efter den endelige samling justeres og inspiceres linsen nøje. Det skal opfylde designstandarderne for optisk opløsning, mekanisk funktion og autofokusrespons. Objektiver kan også testes ved at udsætte dem for stød, fald og vibrationer.

kvalitetskontrol

tilgange til linsefremstilling varierer meget mellem virksomheder. Nogle bruger fuld automatisering inklusive industrirobotter til at fremstille deres produkter, andre bruger store samlebånd, og stadig andre er stolte af håndværk. Kvalitet og præcision er afgørende for linseproduktion, uanset fremstillingsmetode. Indgående materialer og komponenter er nøje inspiceret for kvalitet og overholdelse af tekniske specifikationer. Automatiserede processer inspiceres også konstant og underkastes tolerancekontrol. Håndværk udføres kun af dygtige håndværkere med lange års træning. Kvalitetskontrol og stresstest er indarbejdet i hvert produktionstrin, og elementer og komponenter måles med præcise instrumenter. Nogle måleinstrumenter er laserstyrede og kan registrere afvigelser på mindre end 0,0001 millimeter i en linseoverflade eller i linsecentrering.

fremtiden

kameralinser nyder nye udviklinger på mange områder. Forbrugerens interesse for de bedste fotos til De laveste omkostninger har ført til engangskameraer med enkle, men effektive linser. Linser til professionelle fotografer og til specialiserede anvendelser såsom højtydende kikkert eller teleskoper er lavet med eksotiske og “ikke-foretrukne” briller, der er mere følsomme, dyre og sværere at få end traditionelle materialer. Disse kaldes” unormale dispersionsmaterialer”, fordi de fusionerer alle farverne i lyset, der passerer gennem linsen for at producere de bedste billeder, snarere end at lade farver sprede sig som en simpel linse. Vand og andre væsker bøjer også lys, og forskere har identificeret væsker, der er unormalt dispersive og kan fanges mellem lag af almindeligt glas for at producere den samme billedkvalitet som eksotisk optisk glas. Det almindelige eller” foretrukne ” glas (foretrukket på grund af lave omkostninger og bearbejdelighed) er bundet omkring væsken med fleksibelt silikoneklæbemiddel. Den resulterende” flydende linse ” kan erstatte flere elementer i en linse af professionel kvalitet. Det reducerer også den krævede belægning og mængden af linsepolering, der er nødvendig, fordi væsken fylder ufuldkommenheder i glasset. Omkostningerne ved linsen reduceres, og lystransmissionsegenskaberne forbedres. Linseproducenter i USA, Japan og Europa forbereder sig på at producere flydende linser i den nærmeste fremtid.