Kameran objektiivi

Tausta

kameran linssi on keksintö, joka yrittää monistaa ihmissilmän toimintaa. Samoin kuin silmä, linssi näkee kuvan, tarkentaa sen ja välittää sen värit, terävyyden ja kirkkauden kameran kautta valokuvausfilmille, joka muistimme tavoin tallentaa kuvan käsittelyä ja tulevaa käyttöä varten. Linssit on valmistettu optisesta lasista tai muovista. Ne tarkentavat valonsäteitä taittamalla tai taivuttamalla niitä niin, että ne kohtaavat tai yhtyvät yhteisessä pisteessä.

yksinkertainen linssi ”näkee” hyvin keskuksensa läpi, mutta sen näkö reunoilla pyrkii hämärtymään. Sumentuminen, värimuutokset, viivojen vääristyminen ja värien halot esineiden ympärillä johtuvat linssin vioista, joita kutsutaan aberraatioiksi. Jotkut poikkeavuudet voidaan korjata yksinkertaisessa linssissä muotoilemalla toinen tai molemmat pinnat siten, että ne ovat Asfäärisiä; asfääriset käyrät vaihtelevat kuten paraabelin käyrät, sen sijaan, että pysyisivät vakiona kuten pallon kaarevuus. Kameraobjektiivi vähentää poikkeamien vaikutuksia korvaamalla yksinkertaisen linssin linssielementeiksi kutsutulla linssiryhmällä, jotka ovat erimuotoisia ja eripituisia linssejä. Linssi muuttuu monimutkaisemmaksi, kun näkökykyä korjataan enemmän. Linssi on myös monimutkaisempi riippuen aukon koosta—aukosta, jonka läpi valo pääsee-ja sen näkemistä kulmista.”Linssisuunnittelu perustui optikon taiteeseen ja mittaviin kokeiluihin. Nykyään tietokoneohjelmat voivat säätää linssielementtien muotoilua ja välitystä, määrittää niiden vaikutukset toisiinsa ja arvioida linssien valmistuskustannuksia.

linssielementit kuvataan yleensä niiden muodon perusteella. Kupera linssi kaartuu ulospäin; kaksoiskupera linssi kaartuu ulospäin molemmilta puolilta, ja plano-kupera linssi on toiselta puolelta litteä ja toiselta ulospäin kaareva. On myös kovera lenes, biconcave, ja plano-kovera linssit. Elementit eivät ole välttämättä symmetrisiä, ja ne voivat kaartua toisella puolella enemmän kuin toisella. Linssin keskikohdan paksuuntuminen suhteessa sen reunoihin saa valonsäteet yhtymään eli tarkentumaan. Paksureunaiset ja ohuet keskivälit saavat valonsäteet hajaantumaan. Monimutkainen kameran linssi sisältää useita elementtejä erityisesti ryhmitelty. Elementtien koostumuksen, muodon ja ryhmittelyn yhdistäminen maksimoi yksittäisten elementtien valoa taivuttavat ominaisuudet halutun kuvan tuottamiseksi. Objektiivi tarkennetaan siirtämällä sitä lähemmäs tai kauemmas filmistä tai fokustasosta. Objektiivia voidaan vääntää, jolloin linssielementit liikkuvat sisään ja ulos linssin koteloon työstettyä spiraaliruuvilankaa pitkin. Linssin kiertäminen liikuttaa myös kotelossa olevaa asteikkoa, joka näyttää parhaan tarkennuksen etäisyyden.

pysäytys eli kalvo on linssin erikoisosa. Yksinkertaisissa kameroissa pysäytys on kiinteä pysäytys tai mustasta peltilevystä valmistettu rengas, joka on asetettu pysyvästi linssin eteen. Laatikkokameroissa, studiokameroissa ja joissakin Eurooppalaisvalmisteisissa kameroissa käytetään liukupysähdystä, joka on kaistale metallia, joka liukuu linssin etuosan poikki urien välissä. Siinä on kaksi tai useampia erikokoisia reikiä, jotka ovat aukkoja. Muuttuvalla pysäytyksellä varustetuissa linsseissä on objektiivin kiinnityksen ulkopuolella koneistettu rengas, johon on painettu f-stop-numerot. Tätä rengasta kääntämällä pallea voidaan avata tai sulkea. Tämä iiris pallea toimii paljon kuin iiris silmän mahdollistaa säädöt monipuolinen valo-olosuhteissa.

kompaktikameran objektiivi on yleensä yleiskäyttöinen objektiivi, jonka polttoväli on normaali ja joka ottaa kuvan sellaisena kuin silmämme sen näkevät. Erikoistarkoituksiin suunniteltuja objektiiveja käytetään kehittyneempien kameroiden kanssa. Teleobjektiivit toimivat paljolti kiikarien tai kaukoputkien tavoin ja saavat kaukaisen kuvan näyttämään lähempää. Laajakulmaobjektiivit saavat kuvan näyttämään kauempaa; panoraamaobjektiivi on erityinen laajakulmaobjektiivi, josta on hyötyä laajojen maisemien kuvaamisessa. Jotkut kertakäyttökamerat on varustettu panoraamalinsseillä. Kalansilmäobjektiivi on myös erityinen laajakulmaobjektiivi, joka tarkoituksella vääristää kuvaa niin, että keskiosa suurenee ja ulkokuvan yksityiskohdat tiivistyvät. Kalansilmäobjektiivit peittävät hyvin laajoja kulmia, kuten horisonttiin ulottuvia näkymiä. Toinen erikoiskäyttöön tarkoitettu linssi on muuttuvatarkennuslinssi, jota kutsutaan myös ”zoom”-objektiiviksi. Siinä käytetään liikuteltavia objektiivielementtejä, joiden avulla polttoväli voidaan säätää lähemmäksi kohdetta tai kauemmaksi siitä. Nämä linssit ovat monimutkaisia ja voivat sisältää 12-20 linssielementtiä; yksi muuttuvatarkennuslinssi voi kuitenkin korvata useita muita linssejä. Joissakin kompaktikameroissa on myös rajalliset zoomaus -, tele-tai laajakulmaominaisuudet. Yhden objektiivin refleksi (SLR) – kamera on tehty siten, että kuvaaja näkee etsimen läpi saman näkymän kuin Objektiivi. Näin kuvaaja voi suunnitella filmille tulevan kuvan erilaisten vaihdettavien linssien joustavuuden avulla.

historia

kameran objektiivi kehittyi muihin tarkoituksiin kehitetyistä optisista linsseistä ja kypsyi kameran ja valokuvausfilmin kanssa. Vuonna 1568 venetsialainen aatelismies Daniel Barbaro asetti kameran laatikon reiän päälle linssin ja tutki kuvan terävyyttä ja tarkennusta. Hänen ensimmäinen linssinsä oli vanhan miehen kuperista silmälaseista. Tähtitieteilijä Johann Kepler tarkensi Barbaron kokeita vuonna 1611 kuvaamalla yksi-ja yhdistelmälinssit, selittämällä kuvan kääntymisen ja suurentamalla kuvat ryhmittelemällä kuperat ja koverat linssit.

1800-luvulla ensimmäisissä laatikkokameroissa oli objektiivi, joka oli asennettu laatikon aukkoon. Linssi käänsi kuvan valoherkälle levylle laatikon takaosaan. Objektiivin avaamiseen ei ollut suljinta, vaan linssisuojus poistettiin useaksi sekunniksi tai pidemmäksi aikaa levyn paljastamiseksi. Levyn herkkyyden parantaminen edellytti keinoja altistuksen hallitsemiseksi. Linssin lähelle laitettavaksi tehtiin Maskit, joissa oli erikokoiset aukot. Myös iiriskalvo kehitettiin aukon ohjaamiseksi. Sen metalli jättää auki ja lähekkäin muodostaen pyöreän aukon, jonka halkaisija voi vaihdella.

vuonna 1841 wieniläinen Joseph Petzval suunnitteli pika-aukolla varustetun muotokuvalinssin. Aiemmin dagerrotypiakameroihin tehdyt linssit soveltuivat parhaiten maisemakuvaukseen. Petzvalin linssi mahdollisti muotokuvien ottamisen kymmenen kertaa nopeammin, ja valokuva oli vähemmän todennäköisesti sumea. Vuonna 1902 Paul Rudolph kehitti Zeiss Tessar-linssin, jota pidetään kaikkien aikojen suosituimpana. Vuonna 1918 hän valmisti Plasmat-objektiivin, joka saattaa olla hienoin koskaan valmistettu kameralinssi. Rudolphia seurasi pian Max Berek, joka suunnitteli pienikokoisiin kameroihin sopivat terävät, pikaobjektiivit.

muita linssin historian oleellisia kehitysvaiheita ovat linssien pinnoitustekniikka, harvinaisten maametallien käyttö ja tietokoneen mahdollistamat laskentamenetelmät. Katharine B. Blodgett kehitti vuonna 1939 tekniikoita ohutpinnoitettaviin linsseihin saippuakalvolla heijastuksen poistamiseksi ja valonläpäisyn parantamiseksi. C. Hawley Cartwright jatkoi Blodgettin työtä käyttämällä metallifluorideja, muun muassa haihdutettua magnesiumia ja kalsiumia, jotka olivat neljän tuuman miljoonasosan paksuisia.

suunnittelu

kameran linssin suunnittelu aloitetaan tunnistamalla kuvaaja, joka sitä käyttää. Kun markkinat tunnistetaan, linssisuunnittelija valitsee optiset ja mekaaniset materiaalit, optisen suunnittelun, sopivan menetelmän mekaanisten osien valmistamiseen ja automaattitarkennuslinssien osalta linssin ja kameran välisen pinnan tyypin. Eri linssiluokille, kuten makro -, laajakulma-ja teleobjektiiveille, on olemassa konventioita tai kuvioita, joten jotkut muotoilunäkökohdat on standardoitu. Materiaalien kehitys antaa suunnittelijoille monia haastavia

ryhmä objektiivielementtejä eli linssielementtejä, jotka ovat erimuotoisia ja erotusetäisyydeltään erilaisia, muodostavat kameran linssin. Linssisuunnittelu nojasi ennen optikon taiteeseen ja mittaviin kokeiluihin. Nykyään tietokoneohjelmat voivat säätää linssielementtien muotoilua ja välitystä, määrittää niiden vaikutukset toisiinsa ja arvioida linssien valmistuskustannuksia.

vaihtoehdot kuitenkin. Valitessaan materiaaleja, insinööri on otettava huomioon erilaisia metalleja komponenttien ja erilaisia Lasit ja muovit linssit, kaikki samalla mielessä lopulliset kustannukset valokuvaaja.

kun suunnittelija on suorittanut suunnitelman, sen suorituskyky testataan tietokonesimulaatiolla. Objektiivinvalmistajille ominaiset tietokoneohjelmat kertovat suunnittelijalle, millaisen kuvan tai kuvan objektiivi tuottaa kuvan keskelle ja sen reunoille Objektiivin toiminta-aluetta varten. Olettaen, että linssi läpäisee tietokonesimulaatiotestin, ensin valitut suorituskykykriteerit tarkistetaan uudelleen sen varmistamiseksi, että linssi täyttää havaitut tarpeet. Prototyyppi valmistetaan testaamaan todellista suorituskykyä. Objektiivi testataan vaihtelevissa lämpötila-ja ympäristöolosuhteissa, jokaisella aukkoasennolla ja jokaisella polttovälillä zoom-objektiiveille. Laboratoriossa kuvataan kohdekarttoja, kuten myös vaihtelevan valon ja varjon kenttäolosuhteita. Osa linsseistä vanhenee nopeasti laboratoriokokeissa niiden kestävyyden tarkistamiseksi.

lisää suunnittelutyötä tarvitaan, jos objektiivi tarkenee automaattisesti, koska auto focus (Af) – moduulin on toimittava useilla kamerarungoilla. Af-moduuli vaatii sekä ohjelmiston että mekaanisen suunnittelun. Näillä linsseillä tehdään laajoja prototyyppitestauksia niiden monimutkaisten toimintojen vuoksi ja siksi, että ohjelmisto on hienosäädetty jokaiseen linssiin.

raaka-aineet

itse linssien raaka-aineet, kameran linssin pinnoite, piippu tai kotelo sekä Objektiivin kiinnikkeet on kuvattu alla valmistusosiossa.

valmistusprosessi

hionta – ja kiillotuslinssielementit

• 1 optista lasia toimittavat linssivalmistajille erikoistuneet myyjät. Yleensä se tarjotaan ”puristettuna levynä” tai viipaloituna lasilevynä, josta elementit leikataan. Lasielementit muotoillaan koveriksi tai kuperiksi käyrägeneraattorikoneella, joka on ensimmäisen vaiheen hiomakone. Saavuttaakseen muotonsa vaatimukset linssi käy läpi prosessin, jossa se jauhetaan kiillottamalla hiukkasia vedessä. Kiillotushiukkaset pienenevät jokaisessa vaiheessa, kun linssiä hiotaan. Käyrän synty ja sitä seuraava hionta vaihtelevat nopeudessa riippuen optisten materiaalien hauraudesta, pehmeydestä ja hapettumisominaisuuksista.

  hionnan ja kiillotuksen jälkeen elementit keskitetään siten, että linssin ulkoreuna on ympärysmitaltaan täydellinen suhteessa linssin keskilinjaan eli optiseen akseliin. Muovista tai liimatusta lasista ja hartsista valmistettuja linssejä valmistetaan samoilla prosesseilla. Sidotuista materiaaleista valmistetaan objektiiveja, joissa on ei-pallomaisia pintoja, ja näitä linssejä kutsutaan ”hybrideiksi asfääreiksi.”Näiden linssien asfääriset pinnat valmistuvat keskityksen aikana.

pinnoituslinssit

• 2 muotoillut linssit on päällystetty materiaalin suojaamiseksi hapettumiselta, heijastusten estämiseksi ja ”suunnitellun spektrin siirron” tai väritasapainon ja luovuttamisen vaatimusten täyttämiseksi. Linssin pinnat puhdistetaan huolellisesti ennen pinnoittamista. Pinnoitteiden levitystekniikat ja itse pinnoitteet ovat valmistajan linsseille tärkeitä myyntivaltteja, ja ne ovat tarkoin varjeltuja salaisuuksia. Eräitä pinnoitteita ovat metallioksidit, kevytmetallifluoridit ja kvartsikerrokset, joita levitetään linsseihin ja peileihin tyhjiöprosessilla. Parhaan värin ja valonläpäisyn saavuttamiseksi voidaan käyttää useita pintakerroksia, mutta liiallinen pinnoitus voi vähentää linssin läpi kulkevaa valoa ja rajoittaa sen käyttökelpoisuutta.

piipun tuottaminen

• 3 piippu sisältää alustan, joka tukee erilaisia linssielementtejä ja kosmeettista ulkokuorta. Metalliset kiinnikkeet, urat ja linssin liikkuvat osat ovat kriittisiä linssin suorituskyvyn kannalta, ja ne on työstetty hyvin spesifisiin toleransseihin. Linssin kiinnikkeet voivat olla messinkiä, alumiinia tai muovia. Useimmat metalli tynnyrin osat ovat valettu ja koneistettu. Metallikiinnikkeet kestävät pidempään, säilyttävät mittansa, niitä voidaan työstää tarkemmin ja tarvittaessa purkaa osien vaihtamiseksi. Muoviset kiinnikkeet ovat halvempia ja kevyempiä. Jos piippu on valmistettu insinöörimuovista, se tuotetaan erittäin tehokkaalla ja tarkalla ruiskuvalumenetelmällä. Piipun sisäpinnat on myös pinnoitettu niiden suojaamiseksi sekä sisäisen heijastumisen ja leimahduksen estämiseksi.

linssin kokoaminen

• 4 muita Objektiivin osia, kuten kalvoa ja automaattitarkennusmoduulia, tuotetaan osakokonaisuuksina. Iiriskalvo rakentuu ohuista metallilevyistä leikatuista kaarilehdistä. Metallilehtiä pitää paikoillaan kaksi levyä. Yksi levy on kiinteä, toinen liikkuu, ja siinä on paikat liukutapeille. Nämä sujauttavat lehdet takaisin kohti piippua avatakseen pallean tai keskelle sulkemaan aukon f-pysäytysrengasta käännettäessä. Kalvokokonaisuus kiinnitetään paikalleen, kun linssikiinnitys kiinnitetään piipun päähän. Automaattitarkennus lisätään myös, optiset elementit sijoitetaan ja linssi suljetaan. Lopullisen asennuksen jälkeen linssi säädetään ja tarkastetaan tarkasti. Sen on täytettävä optisen resoluution, mekaanisen toiminnan ja automaattisen tarkennuksen vasteen suunnittelustandardit. Linssejä voidaan testata myös altistamalla ne iskuille, pudotuksille ja tärinälle.

laadunvalvonta

lähestymistavat linssien valmistukseen vaihtelevat suuresti yritysten välillä. Jotkut käyttävät tuotteissaan täyttä automaatiota, mukaan lukien teollisuusrobotit, toiset käyttävät suuria kokoonpanolinjoja, ja toiset taas ylpeilevät käsityöllä. Objektiivituotannossa laatu ja tarkkuus ovat kuitenkin välttämättömiä valmistustavasta riippumatta. Saapuvat materiaalit ja komponentit tarkastetaan tarkasti laadun ja teknisten eritelmien noudattamisen varmistamiseksi. Automaattisia prosesseja myös tarkastetaan jatkuvasti ja niille tehdään toleranssitarkastuksia. Käsityötä tekevät vain taitavat käsityöläiset, joilla on pitkä koulutus. Laadunvalvonta ja stressitestit sisällytetään jokaiseen valmistusvaiheeseen, ja elementit ja komponentit mitataan tarkoilla mittareilla. Jotkut mittalaitteet ovat laserohjattuja ja voivat havaita alle 0,0001 millimetrin poikkeamat linssin pinnassa tai linssikeskuksessa.

tulevaisuuden

Kameraobjektiivit saavat monin paikoin uutta kehityskulkua. Kuluttajan kiinnostus parhaisiin valokuviin halvimmalla on johtanut kertakäyttökameroihin, joissa on yksinkertaiset mutta tehokkaat linssit. Ammattivalokuvaajien ja erikoistarkoituksiin, kuten korkean suorituskyvyn kiikarit tai kaukoputket, tarkoitetut linssit valmistetaan eksoottisista ja ”ei-suosituista” laseista, jotka ovat herkempiä, kalliimpia ja vaikeampia saada kuin perinteiset materiaalit. Näitä kutsutaan ”epänormaaleiksi dispersiomateriaaleiksi”, koska ne yhdistävät kaikki linssin läpi kulkevan valon värit tuottaakseen parhaat kuvat sen sijaan, että antaisivat värien hajaantua yksinkertaisen linssin tavoin. Vesi ja muut nesteet taivuttavat myös valoa, ja tutkijat ovat tunnistaneet nesteitä, jotka ovat poikkeuksellisen dispersiivisiä ja voivat jäädä tavallisen lasin väliin tuottamaan saman kuvanlaadun kuin eksoottinen optinen lasi. Tavallinen tai” edullinen ” lasi (edullinen, koska alhaiset kustannukset ja työstettävyys) on sidottu nesteen ympärille joustavalla silikoniliimalla. Tuloksena oleva ”nesteobjektiivi” voi korvata useita elementtejä ammattitason Objektiivissa. Se vähentää myös tarvittavaa pinnoitusta ja linssien kiillotuksen määrää, koska neste täyttää lasin epätäydellisyydet. Linssin hinta pienenee ja valonläpäisyominaisuudet paranevat. Linssien valmistajat Yhdysvalloissa, Japanissa ja Euroopassa valmistautuvat valmistamaan nestemäisiä linssejä lähitulevaisuudessa.