Obiettivo della Fotocamera

Sfondo

L’obiettivo della fotocamera è un’invenzione che tenta di duplicare il funzionamento dell’occhio umano. Proprio come l’occhio, l’obiettivo vede un’immagine, la mette a fuoco e trasmette i suoi colori, la nitidezza e la luminosità attraverso la fotocamera alla pellicola fotografica, che, come la nostra memoria, registra l’immagine per l’elaborazione e l’uso futuro. Le lenti sono fatte di vetro ottico o plastica. Mettono a fuoco i raggi di luce rifrangendoli o piegandoli in modo che si incontrino o convergano in un punto comune.

Una semplice lente “vede” bene attraverso il suo centro, ma la sua visione intorno ai bordi tende a sfocarsi. La sfocatura, i cambiamenti di colore, la distorsione delle linee e gli aloni di colore intorno agli oggetti sono causati da difetti nella lente chiamati aberrazioni. Alcune aberrazioni possono essere corrette nella lente semplice modellando una o entrambe le superfici in modo che siano asferiche; le curve asferiche variano come le curve di una parabola, piuttosto che rimanere costanti come la curvatura di una sfera. Un obiettivo della fotocamera riduce gli effetti delle aberrazioni sostituendo un obiettivo semplice con un gruppo di lenti chiamate elementi di lenti, che sono lenti di diverse forme e distanze di separazione. L’obiettivo diventa più complesso man mano che si ottiene una maggiore correzione della vista. L’obiettivo sarà anche più complesso a seconda delle dimensioni dell’apertura—l’apertura che permette alla luce di passare attraverso—e la gamma di angoli che “vede.”Il design delle lenti si basava sull’arte dell’ottico e su una notevole sperimentazione. Oggi, i programmi per computer possono regolare la sagomatura e la spaziatura degli elementi dell’obiettivo, determinarne gli effetti l’uno sull’altro e valutare i costi di produzione dell’obiettivo.

Gli elementi dell’obiettivo sono solitamente descritti dalla loro forma. La lente convessa curva verso l’esterno; una lente biconvessa curva verso l’esterno su entrambi i lati e una lente piano-convessa è piatta su un lato e curva verso l’esterno sull’altro. Ci sono anche lenti concave, biconcave e lenti plano-concave. Gli elementi non sono necessariamente simmetrici e possono curvare più da un lato rispetto all’altro. L’ispessimento del centro dell’obiettivo rispetto ai suoi bordi fa convergere o mettere a fuoco i raggi di luce. Lenti con bordi spessi e medi sottili fanno disperdere i raggi di luce. Un obiettivo della fotocamera complesso contiene un numero di elementi appositamente raggruppati. La combinazione di composizione, forma e raggruppamento degli elementi massimizza le proprietà di flessione della luce dei singoli elementi per produrre l’immagine desiderata. L’obiettivo è focalizzato spostandolo più vicino o più lontano dal film o dal piano focale. La lente può essere attorcigliata, causando gli elementi della lente di muoversi dentro e fuori lungo una filettatura a spirale lavorata nell’involucro della lente. Torcendo l’obiettivo si sposta anche una scala sull’involucro che mostra la distanza della messa a fuoco migliore.

L’arresto o il diaframma è una parte specializzata dell’obiettivo. Nelle fotocamere semplici, l’arresto è un arresto fisso o un anello di lamiera nera che viene posizionato permanentemente davanti all’obiettivo. Telecamere Box, telecamere da studio, e alcune telecamere di fabbricazione europea utilizzano un arresto scorrevole, che è una striscia di metallo che scorre attraverso la parte anteriore della lente tra scanalature. Ha due o più fori di diverse dimensioni che sono le aperture. Gli obiettivi con arresto variabile hanno un anello lavorato all’esterno del supporto dell’obiettivo, stampato con i numeri f-stop. Ruotando questo anello, il diaframma può essere aperto o chiuso. Questo diaframma a iride funziona molto come l’iride dell’occhio nel consentire regolazioni per varie condizioni di luce.

L’obiettivo di una fotocamera compatta è solitamente un obiettivo generico con una lunghezza focale normale che scatta foto di un’immagine come la vedono i nostri occhi. Gli obiettivi progettati per scopi speciali sono utilizzati con fotocamere più avanzate. I teleobiettivi funzionano molto come binocoli o telescopi e fanno apparire un’immagine lontana più vicina. Le lenti grandangolari rendono l’immagine più lontana; una lente panoramica è un tipo speciale di obiettivo grandangolare che è utile per scattare foto di ampie distese di paesaggi. Alcune fotocamere usa e getta sono dotate di obiettivi panoramici. Una lente fish-eye è anche un tipo speciale di obiettivo grandangolare che distorce deliberatamente l’immagine in modo che la parte centrale sia ingrandita e i dettagli dell’immagine esterna siano compressi. Le lenti fish-eye coprono angoli molto ampi come le viste da orizzonte a orizzonte. Un altro obiettivo speciale è l’obiettivo a fuoco variabile, chiamato anche obiettivo “zoom”. Esso utilizza elementi di lenti mobili per regolare la lunghezza focale per ingrandire più vicino o più lontano dal soggetto. Questi obiettivi sono complessi e possono contenere da 12 a 20 lenti; tuttavia, un obiettivo a fuoco variabile può sostituire diversi altri obiettivi. Alcune fotocamere compatte hanno anche limitato zoom, teleobiettivo, o grandangolo caratteristiche. La fotocamera reflex a lente singola (SLR) è realizzata in modo che il fotografo veda la stessa vista dell’obiettivo attraverso il mirino. Ciò consente al fotografo di pianificare l’immagine che apparirà sulla pellicola con la flessibilità di una varietà di obiettivi intercambiabili.

Storia

L’obiettivo della fotocamera si è evoluto da obiettivi ottici sviluppati per altri scopi e maturato con la fotocamera e la pellicola fotografica. Nel 1568, un nobile veneziano, Daniel Barbaro, mise una lente sopra il foro in una scatola della fotocamera e studiò la nitidezza dell’immagine e della messa a fuoco. Il suo primo obiettivo era da occhiali convessi di un vecchio. L’astronomo Johann Kepler elaborò gli esperimenti di Barbaro nel 1611 descrivendo lenti singole e composte, spiegando l’inversione dell’immagine e ingrandendo le immagini raggruppando lenti convesse e concave.

Nel 1800, le prime fotocamere a scatola avevano un obiettivo montato nell’apertura nella scatola. L’obiettivo ha invertito l’immagine su una piastra sensibile alla luce sul retro della scatola. Non c’era otturatore per aprire l’obiettivo; invece, un copriobiettivo è stato rimosso per diversi secondi o più a lungo per esporre la piastra. I miglioramenti nella sensibilità della piastra richiedevano modi per controllare l’esposizione. Maschere con aperture di diverse dimensioni sono state realizzate per l’inserimento vicino all’obiettivo. Il diaframma a iride è stato anche sviluppato per controllare l’apertura. Le sue foglie di metallo si aprono e si chiudono insieme per formare un’apertura circolare che può essere variata in diametro.

Nel 1841, Joseph Petzval di Vienna progettò una lente da ritratto con un’apertura veloce. In precedenza, gli obiettivi realizzati per le fotocamere dagherrotipo erano più adatti per la fotografia di paesaggio. L’obiettivo di Petzval consentiva di scattare ritratti dieci volte più velocemente, e la fotografia aveva meno probabilità di essere sfocata. Nel 1902, Paul Rudolph sviluppò l’obiettivo Zeiss Tessar, considerato il più popolare mai creato. Nel 1918, ha prodotto la lente Plasmat, che può essere il miglior obiettivo della fotocamera mai realizzato. Rudolph è stato seguito a breve da Max Berek, che ha progettato sharp, lenti veloci che erano ideali per le fotocamere in miniatura.

Altri sviluppi essenziali nella storia delle lenti includono la tecnologia del rivestimento delle lenti, l’uso del vetro delle terre rare e i metodi di calcolo resi possibili dal computer. Katharine B. Blodgett sviluppò nel 1939 tecniche per lenti a rivestimento sottile con film di sapone per rimuovere la riflessione e migliorare la trasmissione della luce. C. Hawley Cartwright continuò il lavoro di Blodgett utilizzando rivestimenti di fluoruri metallici, tra cui magnesio evaporato e calcio che erano spessi quattro-un milionesimo di pollice.

Design

La progettazione di un obiettivo della fotocamera inizia identificando il fotografo che lo utilizzerà. Quando viene identificato il mercato, il progettista di lenti seleziona i materiali ottici e meccanici, il design ottico, il metodo appropriato per realizzare le parti meccaniche e, per gli obiettivi a fuoco automatico, il tipo di inter-face tra l’obiettivo e la fotocamera. Ci sono convenzioni o modelli per le diverse categorie di obiettivi, tra cui macro, grandangolari e teleobiettivi, quindi alcuni aspetti del design sono standardizzati. I progressi nei materiali danno ai progettisti molte sfide

Un gruppo di lenti chiamate lenti, che sono di diverse forme e distanze di separazione, costituiscono l’obiettivo della fotocamera. Il design delle lenti si basava sull’arte dell’ottico e su una notevole sperimentazione. Oggi, i programmi per computer possono regolare la sagomatura e la spaziatura degli elementi dell’obiettivo, determinarne gli effetti l’uno sull’altro e valutare i costi di produzione dell’obiettivo.

opzioni, tuttavia. Nella scelta dei materiali, l’ingegnere deve considerare una gamma di metalli per i componenti e vari tipi di occhiali e plastica per le lenti, per tutto il tempo consapevole del costo finale per il fotografo.

Quando il progettista ha completato il progetto, le sue prestazioni vengono testate mediante simulazione al computer. I programmi per computer specifici per i produttori di lenti indicano al progettista che tipo di immagine o immagine l’obiettivo produrrà al centro dell’immagine e ai suoi bordi per la gamma di funzionamento dell’obiettivo. Supponendo che l’obiettivo superi il test di simulazione al computer, i criteri per le prestazioni inizialmente scelti vengono riesaminati per confermare che l’obiettivo soddisfi le esigenze identificate. Un prototipo è prodotto per testare le prestazioni effettive. L’obiettivo è testato in diverse condizioni di temperatura e ambientali, ad ogni posizione di apertura e ad ogni lunghezza focale per obiettivi zoom. I grafici di destinazione in un laboratorio sono fotografati, così come le condizioni di campo di luce e ombra variabili. Alcune lenti vengono invecchiate rapidamente in test di laboratorio per verificarne la durata.

È necessario un ulteriore lavoro di progettazione se l’obiettivo si concentra automaticamente, poiché il modulo di messa a fuoco automatica (AF) deve funzionare con una gamma di corpi macchina. Il modulo AF richiede sia software che progettazione meccanica. Su questi obiettivi vengono eseguiti test approfonditi del prototipo a causa delle loro funzioni complesse e perché il software è ottimizzato per ogni obiettivo.

Materie prime

Le materie prime per gli obiettivi stessi, il rivestimento, la canna o l’alloggiamento per l’obiettivo della fotocamera e i supporti dell’obiettivo sono descritti di seguito nella sezione produzione.

Il processo di fabbricazione

Molatura e lucidatura lenti

• 1 Il vetro ottico viene fornito ai produttori di lenti da fornitori specializzati. Di solito, viene fornito come una” piastra pressata ” o lastra di vetro affettata da cui vengono tagliati gli elementi. Gli elementi in vetro sono sagomati a forme concave o convesse da una macchina generatore di curva che è una smerigliatrice primo passo. Per raggiungere le specifiche per la sua forma, una lente passa attraverso una sequenza di processi in cui viene macinata lucidando le particelle in acqua. Le particelle di lucidatura diventano più piccole in ogni fase man mano che la lente viene raffinata. La generazione della curva e la successiva rettifica variano in velocità a seconda delle proprietà di fragilità, morbidezza e ossidazione dei materiali ottici.

  Dopo la molatura e lucidatura, gli elementi sono centrati in modo che il bordo esterno della lente è perfetto in circonferenza rispetto alla linea centrale o asse ottico della lente. Le lenti in plastica o vetro legato e resina sono prodotte con gli stessi processi. I materiali legati sono usati per realizzare lenti con superfici non sferiche e queste lenti sono chiamate “asferiche ibride.”Le superfici asferiche di queste lenti sono completate durante il centraggio.

Lenti di rivestimento

• 2 Le lenti formate sono rivestite per proteggere il materiale dall’ossidazione, per prevenire i riflessi e per soddisfare i requisiti di “trasmissione dello spettro progettata” o bilanciamento del colore e resa. Le superfici delle lenti vengono accuratamente pulite prima del rivestimento. Le tecniche per applicare i rivestimenti e i rivestimenti stessi sono i principali punti di forza per le lenti di un produttore e sono segreti accuratamente custoditi. Alcuni tipi di rivestimenti includono ossidi metallici, fluoruri in lega leggera e strati di quarzo applicati a lenti e specchi mediante un processo di vuoto. Diversi strati di rivestimento possono essere applicati per la migliore trasmissione del colore e della luce, ma un rivestimento eccessivo può ridurre la luce che passa attraverso l’obiettivo e limitarne l’utilità.

Produzione della canna

• 3 La canna include il telaio che supporta i vari elementi delle lenti e l’esterno cosmetico. Supporti metallici, scanalature e parti mobili dell’obiettivo sono fondamentali per le prestazioni dell’obiettivo e sono lavorati secondo tolleranze molto specifiche. I supporti per lenti possono essere in ottone, alluminio o plastica. La maggior parte dei componenti del barile di metallo sono pressofusi e lavorati. I supporti metallici durano più a lungo, mantengono le loro dimensioni, possono essere lavorati in modo più preciso e possono essere smontati per sostituire gli elementi, se necessario. I supporti in plastica sono meno costosi e di peso più leggero. Se la canna è fatta di plastica di ingegneria, è prodotta da un metodo di stampaggio ad iniezione altamente efficiente e preciso. Anche le superfici interne della canna sono rivestite per proteggerle e per prevenire riflessi e flare interni.

Montaggio della lente

• 4 Altre parti dell’obiettivo, come il diaframma e il modulo di messa a fuoco automatica, sono prodotte come sottoassiemi. Il diaframma a iride è costruito con foglie curve ritagliate da sottili fogli di metallo. Le foglie di metallo sono tenute in posizione da due piastre. Una piastra è fissa, l’altra si muove e ha slot per perni scorrevoli. Questi fanno scorrere le foglie verso la canna per aprire il diaframma o al centro per chiudere l’apertura mentre l’anello f-stop viene ruotato. Il gruppo diaframma viene fissato in posizione quando il supporto dell’obiettivo è fissato all’estremità della canna. Viene aggiunta anche la messa a fuoco automatica, gli elementi ottici sono posizionati e l’obiettivo è sigillato. Dopo l’assemblaggio finale, l’obiettivo viene regolato e ispezionato rigorosamente. Deve soddisfare gli standard di progettazione per la risoluzione ottica, la funzione meccanica e la risposta di messa a fuoco automatica. Le lenti possono anche essere testate sottoponendole a urti, cadute e vibrazioni.

Controllo di qualità

Gli approcci alla produzione di lenti variano notevolmente tra le aziende. Alcuni usano l’automazione completa, inclusi i robot industriali per realizzare i loro prodotti, altri usano grandi linee di assemblaggio e altri ancora si vantano della lavorazione a mano. Qualità e precisione sono essenziali per la produzione di lenti, tuttavia, indipendentemente dall’approccio di produzione. I materiali e i componenti in ingresso sono rigorosamente controllati per verificare la qualità e la conformità alle specifiche tecniche. Anche i processi automatizzati vengono controllati costantemente e sottoposti a controlli di tolleranza. L’artigianalità viene eseguita solo da abili artigiani con lunghi anni di formazione. Il controllo di qualità e le prove di stress sono incorporati in ogni fase di produzione e gli elementi e i componenti sono misurati con strumenti precisi. Alcuni dispositivi di misurazione sono controllati dal laser e possono rilevare deviazioni inferiori a 0,0001 millimetri in una superficie della lente o nel centraggio della lente.

Il futuro

Obiettivi della fotocamera stanno godendo di nuovi sviluppi in molte aree. L’interesse del consumatore per le foto migliori per il costo più basso ha portato a fotocamere usa e getta con lenti semplici ma efficaci. Le lenti per fotografi professionisti e per usi specializzati come binocoli o telescopi ad alte prestazioni sono realizzate con occhiali esotici e “non preferiti” che sono più sensibili, costosi e più difficili da ottenere rispetto ai materiali tradizionali. Questi sono chiamati materiali “dispersione anomala” perché fondono tutti i colori nella luce che passa attraverso l’obiettivo per produrre le migliori immagini, piuttosto che permettere ai colori di disperdersi come una semplice lente. Anche l’acqua e altri liquidi piegano la luce e gli scienziati hanno identificato liquidi che sono anormalmente dispersivi e possono essere intrappolati tra strati di vetro ordinario per produrre la stessa qualità dell’immagine del vetro ottico esotico. Il vetro ordinario o “preferito” (preferito a causa del basso costo e della lavorabilità) è legato attorno al liquido con adesivo siliconico flessibile. La “lente liquida” risultante può sostituire diversi elementi in un obiettivo di qualità professionale. Riduce anche il rivestimento richiesto e la quantità di lucidatura della lente necessaria perché il liquido riempie le imperfezioni nel vetro. Il costo dell’obiettivo è ridotto e le proprietà di trasmissione della luce sono migliorate. I produttori di lenti negli Stati Uniti, in Giappone e in Europa si stanno preparando a produrre lenti liquide nel prossimo futuro.