カメラレンズ

背景

カメラレンズは、人間の目の動作を複製しようとする発明である。 ちょうど目のように、レンズはイメージを見、焦点を合わせ、私達の記憶のように、処理および未来の使用のためのイメージを記録する写真フィルムにカメラを通した色、鋭さおよび明るさを送信する。 レンズは光学ガラスかプラスチックから成っています。 それらは共通点で会うか、または集中するようにそれらを屈折するか、または曲げることによって光線を集中します。

シンプルなレンズは、その中心を通ってよく”見える”が、エッジの周りのビジョンはぼやけがちです。 ぼかし、色の変化、線の歪み、およびオブジェクトの周りのカラーハローは、収差と呼ばれるレンズの欠陥によって引き起こされます。 いくつかの収差は、彼らが非球面であるように一方または両方の表面を整形することによって、単純なレンズで補正することができます。 カメラレンズは、単純なレンズを、異なる形状および分離距離のレンズであるレンズ要素と呼ばれるレンズ群に置き換えることによって、収差の影 レンズは視野のより大きい訂正が達成されると同時により複雑になります。 レンズはまた、開口部の大きさ、すなわち光が通過することを可能にする開口部、およびそれが見る角度の範囲によって、より複雑になる。”レンズのデザインは、眼鏡店の芸術とかなりの実験に依存していました。 今日では、コンピュータプログラムは、レンズ要素の成形と間隔を調整し、互いにその影響を決定し、レンズ製造のコストを評価することができます。

レンズ要素は、通常、その形状によって記述されます。 凸レンズは外側にカーブし、両凸レンズは両側にカーブし、平凸レンズは一方の側で平坦であり、他方の側で外側に湾曲している。 また、凹面レンズ、両凹面レンズ、平凹面レンズもあります。 要素は必ずしも対称ではなく、一方の側で他方の側よりも多く曲線を描くことができます。 レンズの中央をエッジに対して厚くすると、光線が収束または焦点を合わせます。 厚いエッジと薄い中間を持つレンズは、光線を分散させます。 複雑なカメラレンズには、特別にグループ化された多数の要素が含まれています。 要素の構成、形状、およびグループ化の組み合わせにより、個々の要素の光曲げ特性が最大化され、所望の画像が生成されます。 レンズは、フィルムまたは焦点面から近くまたは遠くに移動することによって焦点を当てています。 レンズはねじれることができレンズの要素がレンズの包装に機械で造られる螺線形のねじに沿って出入りするようにします。 レンズをねじることはまた最もよい焦点の間隔を示す包装のスケールを動かす。

絞りや絞りはレンズの特殊な部分です。 単純なカメラでは、停止は固定された停止またはレンズの前に恒久的に設定された黒い板金のリングです。 ボックスカメラ、スタジオカメラ、およびヨーロッパの製造のいくつかのカメラは、溝の間にレンズの前面を横切ってスライドする金属のストリップであるスライディングストップを使用しています。 それに開きである異なったサイズの2つ以上の穴があります。 可変的な停止が付いているレンズにf停止数と印刷されるレンズの台紙の外側の機械で造られたリングがある。 このリングを回すことによって、ダイヤフラムは開くか、または閉めることができます。 このアイリスダイヤフラムはいろいろな光条件のための調節の許可の目のアイリスのように大いに働く。

コンパクトカメラのレンズは、通常、私たちの目のように画像を撮影する標準焦点距離を持つ汎用レンズです。 特別な目的のために設計されたレンズは、より高度なカメラで使用されます。 望遠レンズは双眼鏡や望遠鏡のように機能し、遠くの画像をより近くに見せます。 パノラマレンズは、風景の広い広がりの写真を撮るために有用である広角レンズの特別な種類です。 一部の使い捨てカメラにはパノラマレンズが装備されています。 魚眼レンズは、意図的に画像を歪ませ、中央部分が拡大され、外側の画像の詳細が圧縮される特殊な種類の広角レンズでもあります。 魚眼レンズは地平線に地平線の眺めのような非常に広い角度をカバーする。 もう一つの特別な目的レンズはまた”ズームレンズ”レンズと呼ばれる可変的焦点レンズ、である。 これは、被写体に近いまたは遠くにズームするために焦点距離を調整するために可動レンズ要素を使用しています。 これらのレンズは複雑で、12から20のレンズの要素を含んでいるかもしれない;但し、1つの可変的焦点レンズは他の複数のレンズを取り替えるか コンパクトカメラの中には、ズーム、望遠、広角の機能が限られているものもあります。 一眼レフ（一眼レフ）カメラは、撮影者がファインダーを通してレンズと同じ景色を見るように作られています。 これはカメラマンがいろいろ交換可能なレンズの柔軟性のフィルムで現われるイメージを計画することを可能にする。

歴史

カメラレンズは、他の目的のために開発された光学レンズから進化し、カメラと写真フィルムで成熟しました。 1568年、ヴェネツィアの貴族、ダニエル・バルバロは、カメラボックスの穴の上にレンズを置き、画像と焦点の鮮明さを研究しました。 彼の最初のレンズは老人の凸眼鏡からでした。 天文学者のヨハン・ケプラーは、1611年にバルバロの実験について、単一レンズと複合レンズを記述し、画像の反転を説明し、凸レンズと凹レンズをグループ化することによって画像を拡大することによって詳しく説明した。

1800年代、最初のボックスカメラはボックスの開口部にレンズが取り付けられていました。 レンズは、ボックスの背面にある感光板上の画像を反転させました。 レンズを開くためのシャッターはなく、代わりにレンズキャップを数秒間以上取り外してプレートを露出させた。 プレートの感度の改善は、露出を制御する方法を必要とした。 レンズの近くに挿入するために、大きさの異なる開口部を有するマスクを作製した。 絞り絞りも絞りを制御するために開発されました。 その金属の葉は、直径を変えることができる円形の開口部を形成するために一緒に開閉する。

1841年、ウィーンのジョゼフ-ペッツヴァルは、絞りの速いポートレートレンズを設計しました。 以前は、ダゲレオタイプカメラ用に作られたレンズは、風景写真に最も適していました。 ペッツヴァルのレンズは、肖像画を十倍速く撮影することを可能にし、写真はぼやけにくい可能性が高かった。 1902年、ポール-ルドルフはツァイス-テッサール-レンズを開発し、これまでで最も人気があると考えられていた。 1918年、彼はこれまでに作られた最高のカメラレンズであるかもしれないPlasmatレンズを製造しました。 ルドルフはすぐにマックス-ベレクに続き、ミニチュアカメラに最適なシャープで高速なレンズを設計しました。

レンズの歴史におけるその他の重要な発展には、レンズコーティング技術、希土類ガラスの使用、コンピュータによる計算方法などがあります。 キャサリン-B. ブロジェットは、1939年に反射を除去し、光透過性を向上させるために、石鹸膜を用いた薄膜レンズの技術を開発しました。 C.Hawley Cartwrightはブロジェットの仕事を続け、蒸発したマグネシウムとカルシウムを含む金属フッ化物のコーティングを使用して厚さ410万分の1インチの厚さにした。

デザイン

カメラレンズのデザインは、それを使用するカメラマンを特定することから始まります。 市場が特定されると、レンズ設計者は、光学材料および機械材料、光学設計、機械部品を製造するための適切な方法、およびオートフォーカスレンズの場合、レ マクロレンズ、広角レンズ、望遠レンズなど、さまざまなカテゴリのレンズに慣習やパターンがあるため、いくつかの設計面が標準化されています。 材料の進歩は、設計者に多くの挑戦を与えます

レンズエレメントと呼ばれるレンズ群は、異なる形状と分離距離のもので、カメラレンズを構成しています。 レンズのデザインは、眼鏡店の芸術とかなりの実験に依存していました。 今日では、コンピュータプログラムは、レンズ要素の成形と間隔を調整し、互いにその影響を決定し、レンズ製造のコストを評価することができます。 ただし、

オプション。 材料を選択する際には、エンジニアは、コンポーネントのための金属の範囲とレンズのためのガラスやプラスチックの様々なタイプを考慮しなければな

設計者が設計を完了すると、その性能はコンピュータシミュレーションによってテストされます。 レンズメーカーに固有のコンピュータプログラムは、レンズ操作の範囲のために、レンズが画像の中心とその端にどのような画像または画像を生成する レンズがコンピュータシミュレーションテストに合格したと仮定すると、最初に選択された性能の基準が再び見直され、レンズが特定されたニーズを満 試作品は、実際の性能をテストするために製造されています。 レンズはさまざまな温度および環境条件の下で、あらゆる開きの位置とズームレンズのためのあらゆる焦点距離でテストされる。 実験室内のターゲットチャートは、光と影の変化のフィールド条件があるように、撮影されます。 あるレンズは実験室試験で耐久性を点検するために急速に老化します。

オートフォーカス（AF）モジュールは、カメラボディの範囲で動作する必要があるため、レンズが自動的に焦点を合わせる場合は、追加の設計作業が必要です。 AFモジュールはソフトウェアおよび機械設計を両方要求する。 複雑な機能と各レンズに合わせてソフトウェアが微調整されているため、これらのレンズで広範なプロトタイプテストが行われます。

原材料

レンズ自体の原材料、カメラレンズのコーティング、バレル、ハウジング、レンズマウントについては、製造セクションで以下に説明します。

製造プロセス

研削-研磨レンズ素子

• 1 光学ガラスは専門の売り手によってレンズの製造業者に供給されます。 通常、それは要素が切られる”押された版”かスライスされたガラス板として提供されます。 ガラス要素は第一歩の粉砕機であるカーブの発電機機械によって凹面か凸の形態に形づきます。 その形状の仕様に達するために、レンズは水中の粒子を研磨することによって粉砕される一連のプロセスを経る。 研磨粒子は、レンズが洗練されるにつれて、各ステップで小さくなります。 カーブの生成およびそれに続く粉砕は光学材料の虚弱、柔らかさおよび酸化特性によって速度で変わる。

  研削および研磨後、レンズの外縁がレンズの中心線または光軸に対して円周が完全になるように要素を中心にします。 プラスチック製またはガラスと樹脂を接着したレンズは、同じプロセスで製造されます。 接合された材料が非球形の表面が付いているレンズを作るのに使用されこれらのレンズは”雑種のaspherics”と呼ばれます。”これらのレンズの非球面は、センタリング中に完成します。

コーティングレンズ

• 2 形成されたレンズは、酸化から材料を保護し、反射を防止し、”設計されたスペクトル透過”またはカラーバランスおよび演出の要件を満たすためにコーテ レンズの表面はコーティングの前に注意深くきれいになります。 コーティングとコーティング自体を適用するための技術は、メーカーのレンズのための主要なセールスポイントであり、慎重に守られた秘密です。 いくつかの種類のコーティングには、金属酸化物、軽合金フッ化物、および真空プロセスによってレンズおよびミラーに適用される石英の層が含まれる。 コーティングの複数の層は最もよい色および光通信のために加えられるかもしれません余分なコーティングはレンズを通るライトを減らし、有用性

• 3 バレルには、様々なレンズ要素と化粧品の外観をサポートするシャーシが含まれています。 レンズの金属の台紙、溝および移動部分はレンズの性能に重大で、極めて特殊な許容に機械で造られます。 レンズマウントは、真鍮、アルミニウム、またはプラスチックでできていてもよいです。 ほとんどの金属のバレルの部品はダイカストで形造られ、機械で造られます。 金属の台紙はより長く持続し、次元を維持し、より正確に機械で造ることができ要素を取り替えるために必要ならば分解することができる。 プラスチック台紙はより少なく高く、より軽い重量です。 バレルが工学プラスチックから成っていれば、射出成形の非常に能率的で、精密な方法によって作り出されます。 バレルの内部の表面はまたそれらを保護し、内部反射および火炎信号を防ぐために塗られる。

• 4 レンズの他の部分は、ダイヤフラムおよび自動焦点モジュールのような、小組立部品として作り出される。 虹彩絞りは、金属の薄いシートから切り取られた湾曲した葉で構成されています。 金属の葉は2つのプレートによって所定の位置に保持されます。 一方のプレートは固定され、他方のプレートは移動し、ピンをスライドさせるためのスロットを有する。 これらはf停止リングが回ると同時に開始を閉めるためにダイヤフラムをまたは中心に開けるためにバレルの方に葉を滑らせます。 レンズマウントがバレルの端に取り付けられると、ダイヤフラムアセンブリが所定の位置に固定されます。 オートフォーカスも追加され、光学要素が配置され、レンズが密閉されます。 最終組立ての後で、レンズは厳格に調節され、点検されます。 それは光学決断、機械機能および自動焦点の応答のための設計基準に合わなければなりません。 レンズはまた衝撃、低下および振動にそれらを服従させることによってテストされるかもしれません。

品質管理

レンズ製造へのアプローチは、企業によって大きく異なります。 いくつかは、自社製品を作るために産業用ロボットsを含む完全な自動化を使用し、他の人は大規模な組立ラインを使用し、まだ他の人は手作りに自 しかし、製造アプローチにかかわらず、レンズの生産には品質と精度が不可欠です。 入って来る材料および部品は工学指定の質そして承諾のために厳格に点検されます。 自動化されたプロセスはまた絶えず点検され、許容点検に服従する。 手仕事は長年の訓練の巧みな職人によってだけ行われます。 品質管理および耐久度テストは各製造業のステップで組み込まれ、要素および部品は精密な器械によって測定される。 ある測定装置はレーザー制御され、レンズの表面またはレンズの集中の0.0001ミリメートル以下の偏差を検出できる。

将来の

カメラレンズは多くの分野で新しい開発を楽しんでいます。 低コストで最高の写真への消費者の関心は、シンプルだが効果的なレンズを備えた使い捨てカメラにつながっています。 プロの写真家や高性能双眼鏡や望遠鏡などの特殊な用途のためのレンズは、従来の材料よりも敏感で高価で入手が困難なエキゾチックで”非優先” これらは、単純なレンズのように色を分散させるのではなく、レンズを通過する光の中のすべての色をマージして最高の画像を生成するため、”異常分散” 水や他の液体も光を曲げ、科学者たちは、異常に分散しており、エキゾチックな光学ガラスと同じ画質を生成するために、通常のガラスの層の間に閉じ込められる可能性のある液体を特定しました。 通常のまたは”好ましい”ガラス（低コストおよび作業性のために好ましい）は、柔軟なシリコーン接着剤で液体の周りに接着される。 得られた”液体レンズ”は、プロ品質のレンズのいくつかの要素を置き換えることができます。 それはまた液体がガラスの欠陥を満たすので必要なコーティングおよび必要とされるレンズの磨くことの量を減らす。 レンズの費用は減り、光通信の特性は改善されます。 米国、日本、欧州のレンズメーカーは、近い将来、液体レンズの生産を準備しています。