Kameralinsen

Bakgrunn

kameralinsen er en oppfinnelse som forsøker å duplisere operasjonen av det menneskelige øye. På samme måte som øyet ser linsen et bilde, fokuserer det og overfører farger, skarphet og lysstyrke gjennom kameraet til fotografisk film, som, som vårt minne, registrerer bildet for behandling og fremtidig bruk. Objektiver er laget av optisk glass eller plast. De fokuserer lysstråler ved å bryte eller bøye dem slik at de møtes eller konvergerer på et felles punkt.

en enkel linse » ser » godt gjennom midten, men synet rundt kantene har en tendens til å bli uskarpt. Uskarphet, fargeendringer, forvrengning av linjer og fargehaloer rundt objekter skyldes feil i linsen som kalles avvik. Noen avvik kan korrigeres i den enkle linsen ved å forme en eller begge overflater slik at de er asfæriske; asfæriske kurver varierer som kurvene til en parabola, i stedet for å holde seg konstant som krumningen til en sfære. En kameralinse reduserer effekten av avvik ved å erstatte en enkel linse med en gruppe linser som kalles linseelementer, som er linser av forskjellige former og avstander av separasjon. Linsen blir mer kompleks ettersom større korreksjon av syn oppnås. Linsen vil også være mer kompleks avhengig av størrelsen på blenderåpningen-åpningen som lar lyset passere gjennom-og rekkevidden av vinkler det » ser.»Brilleglassdesign pleide å stole på optikerens kunst og betydelige eksperimenter. I dag kan dataprogrammer justere formen og avstanden mellom linseelementer, bestemme deres effekter på hverandre og evaluere kostnadene ved linseproduksjon.

Linseelementer er vanligvis beskrevet av deres form. Den konvekse linse kurver utover; en bikonveks linse kurver utover på begge sider, og en plano-konveks linse er flat på den ene siden og utover buet på den andre. Det er også konkave lener, biconcave og plano-konkave linser. Elementene er ikke nødvendigvis symmetriske og kan kurve mer på den ene siden enn den andre. Fortykning av midten av linsen i forhold til kantene fører til at lysstråler konvergerer eller fokuserer. Objektiver med tykke kanter og tynne middler gjør at lysstråler sprer seg. En kompleks kameralinse inneholder en rekke elementer spesielt gruppert. Kombinasjonen av sammensetning, form og gruppering av elementene maksimerer lysbøyningsegenskapene til de enkelte elementene for å produsere det ønskede bildet. Linsen er fokusert ved å flytte den nærmere eller lenger fra filmen eller fokusplanet. Linsen kan vrides, slik at linseelementene beveger seg inn og ut langs en spiralskruegjeng som er maskinert inn i linsens foringsrør. Vridning av linsen beveger også en skala på foringsrøret som viser avstanden til det beste fokuset.

stopp eller membran er en spesialisert del av linsen. I enkle kameraer er stoppet et fast stopp eller en ring av svart metallplate som er permanent satt foran linsen. Boks kameraer, studiokameraer og noen kameraer Av Europeisk produksjon bruker et glidestopp, som er en stripe av metall som glir over forsiden av linsen mellom sporene. Den har to eller flere hull i forskjellige størrelser som er åpningene. Objektiver med variabel stopp har en maskinert ring på utsiden av linsefestet, trykt med f-stop-tall. Ved å dreie denne ringen kan membranen åpnes eller lukkes. Dette iris membran fungerer mye som iris i øyet i å tillate justeringer for varierte lysforhold.

objektivet i et kompaktkamera er vanligvis en generell linse med en normalbrennvidde som tar bilder av et bilde slik øynene våre ser det. Objektiver designet for spesielle formål brukes med mer avanserte kameraer. Teleobjektiver fungerer mye som kikkert eller teleskoper, og gjør et fjernt bilde vises nærmere. Vidvinkelobjektiver gjør at bildet vises lenger unna; en panoramalinse er en spesiell type vidvinkelobjektiv som er nyttig for å ta bilder av brede utvann av natur. Noen engangskameraer er utstyrt med panoramalinser. En fiskeøyelinse er også en spesiell type vidvinkelobjektiv som bevisst forvrenger bildet slik at den sentrale delen forstørres og de ytre bildedetaljene komprimeres. Fiskeøyelinser dekker svært brede vinkler som horisont til horisont. Et annet spesialobjektiv er variabelfokuslinsen, også kalt et» zoom » – objektiv. Den bruker bevegelige linseelementer til å justere brennvidden for å zoome nærmere eller lenger unna motivet. Disse linsene er komplekse og kan inneholde 12 til 20 linseelementer; imidlertid kan en variabel fokuslinse erstatte flere andre linser. Noen kompaktkameraer har også begrensede zoom -, tele-eller vidvinkelfunksjoner. Speilreflekskameraet (SPEILREFLEKSKAMERAET) er laget slik at fotografen ser samme visning som objektivet gjennom søkeren. Dette gjør det mulig for fotografen å planlegge bildet som skal vises på film med fleksibiliteten til en rekke utskiftbare objektiver.

Historie

kameralinsen utviklet seg fra optiske linser utviklet for andre formål, og modnet med kamera og fotografisk film. I 1568 plasserte En Venetiansk adelsmann, Daniel Barbaro, en linse over hullet i en kameraboks og studerte skarphet av bilde og fokus. Hans første linse var fra en gammel manns konvekse briller. Astronomen Johann Kepler utdypet Barbaros eksperimenter i 1611 ved å beskrive enkle og sammensatte linser, forklare bildeomvending og forstørre bilder ved å gruppere konvekse og konkave linser.

på 1800-tallet hadde de første boksekameraene et objektiv montert i åpningen i esken. Linsen inverterte bildet på en lysfølsom plate på baksiden av boksen. Det var ingen lukker for å åpne linsen; i stedet ble en linsedeksel fjernet i flere sekunder eller lenger for å avsløre platen. Forbedringer i følsomheten til platen nødvendiggjorde måter å kontrollere eksponeringen på. Masker med forskjellige størrelser åpninger ble laget for innsetting nær linsen. Irismembranen ble også utviklet for å kontrollere blenderåpningen. Metallet går åpent og tett sammen for å danne en sirkulær åpning som kan varieres i diameter.

I 1841 designet Joseph Petzval Fra Wien et portrettobjektiv med rask blenderåpning. Tidligere var linser laget for daguerreotypikameraer best egnet for landskapsfotografering. Petzvals linse tillot portretter å bli tatt ti ganger raskere, og fotografiet var mindre sannsynlig å bli uskarpt. I 1902 utviklet Paul Rudolph Zeiss tessar-objektivet, ansett som det mest populære Noensinne laget. I 1918 produserte Han Plasmatlinsen, som kan være den fineste kameralinsen som noen gang er laget. Rudolph ble fulgt kort tid Av Max Berek, som designet skarpe, raske linser som var ideelle for miniatyrkameraer.

Andre viktige utviklinger i linsens historie inkluderer linsebeleggsteknologi, bruk av sjeldne jordartsglass og beregningsmetoder som er muliggjort av datamaskinen. Katharine B. Blodgett utviklet teknikker for tynnbeleggende linser med såpefilm for å fjerne refleksjon og forbedre lysoverføringen i 1939. C. Hawley Cartwright fortsatte Blodgetts arbeid ved å bruke belegg av metalliske fluorider, inkludert fordampet magnesium og kalsium som var fire-en-milliondeler av en tomme tykk.

Design

Utformingen av en kameralinse begynner med å identifisere fotografen som skal bruke den. Når markedet er identifisert, velger linsedesigneren de optiske og mekaniske materialene, den optiske designen, den riktige metoden for å lage de mekaniske delene, og for autofokuslinser, typen inter-face mellom linsen og kameraet. Det er konvensjoner eller mønstre for de ulike kategoriene linser, inkludert makro -, vidvinkel-og teleobjektiver, så noen designaspekter er standardiserte. Fremskritt i materialer gir designere mange utfordrende

en gruppe linser kalt linseelementer, som er av forskjellige former og avstander av separasjon, utgjør kameralinsen. Brilleglassdesign pleide å stole på optikerens kunst og betydelige eksperimenter. I dag kan dataprogrammer justere formen og avstanden mellom linseelementer, bestemme deres effekter på hverandre og evaluere kostnadene ved linseproduksjon.

alternativer, men. Ved valg av materialer må ingeniøren vurdere en rekke metaller for komponentene og ulike typer briller og plast for linsene, hele tiden oppmerksom på den endelige prisen for fotografen.

når designeren har fullført designet, testes ytelsen ved datasimulering. Dataprogrammer som er spesifikke for linseprodusenter, forteller designeren hva slags bilde eller bilde linsen vil produsere i midten av bildet og ved kantene for objektivets rekkevidde. Forutsatt at linsen passerer datasimuleringstesten, blir kriteriene for ytelse som ble valgt i utgangspunktet, gjennomgått igjen for å bekrefte at linsen oppfyller de identifiserte behovene. En prototype er produsert for å teste faktiske ytelsen. Objektivet testes under varierende temperatur-og miljøforhold, ved hver blenderåpning og ved hver brennvidde for zoomobjektiver. Target diagrammer i et laboratorium er fotografert, som er feltforhold av varierende lys og skygge. Noen linser eldes raskt i laboratorietester for å sjekke deres holdbarhet.

Ytterligere designarbeid er nødvendig hvis objektivet fokuserer automatisk, FORDI autofokusmodulen (AF) må fungere med en rekke kamerahus. AF-modulen krever både programvare og mekanisk design. Omfattende prototypetesting utføres på disse linsene på grunn av deres komplekse funksjoner og fordi programvaren er finjustert til hvert objektiv.

Råvarer

råmaterialene til linsene selv, belegget, fatet eller huset til kameralinsen og linsefestene er beskrevet nedenfor i produksjonsseksjonen.

Produksjonsprosessen

Sliping og polering av linseelementer

• 1 Optisk glass leveres til linseprodusenter av spesialiserte leverandører. Vanligvis er det gitt som en «presset plate» eller skiver glassplate hvorfra elementene er kuttet. Glasselementene er formet til konkave eller konvekse former av en kurve generator maskin som er en første-trinns jeksel. For å nå spesifikasjonene for sin form, går en linse gjennom en sekvens av prosesser der den er malt ved polering av partikler i vann. Poleringspartiklene blir mindre i hvert trinn ettersom linsen er raffinert. Kurvegenerering og påfølgende sliping varierer i hastighet avhengig av svakheten, mykheten og oksidasjonsegenskapene til de optiske materialene.

  etter sliping og polering er elementene sentrert slik at den ytre kanten av linsen er perfekt i omkrets i forhold til linsens midtlinje eller optiske akse. Linser laget av plast eller limt glass og harpiks er produsert av de samme prosessene. Bonded materialer brukes til å lage linser med ikke-sfæriske overflater, og disse linsene kalles » hybrid aspherics.»De asfæriske overflatene på disse linsene er fullført under sentrering.

Belegg linser

• 2 Formede linser er belagt for å beskytte materialet mot oksidasjon, for å hindre refleksjoner, og for å møte krav til «designet spektrumoverføring» eller fargebalanse og overføring. Linseflatene rengjøres forsiktig før belegget. Teknikker for å påføre belegg og beleggene selv er store salgsargumenter for produsentens linser og er nøye bevoktede hemmeligheter. Noen typer belegg inkluderer metalloksider, lyslegeringsfluorider og lag av kvarts som påføres linser og speil ved en vakuumprosess. Flere lag med belegg kan påføres for den beste farge-og lysoverføringen, men overdreven belegg kan redusere lyset som passerer gjennom linsen og begrense bruken.

Produserer fatet

• 3 tønnen inneholder chassiset som støtter de ulike linseelementene og det kosmetiske eksteriøret. Metallfester, spor og bevegelige deler av linsen er kritiske for linsens ytelse, og er maskinert til svært spesifikke toleranser. Objektivfester kan være laget av messing, aluminium eller plast. De fleste metall fat komponenter er støpt og maskinert. Metallfester varer lenger, opprettholder dimensjonene, kan bearbeides mer presist, og kan demonteres for å erstatte elementer, om nødvendig. Plastfester er billigere og av lettere vekt. Hvis fatet er laget av ingeniørplast, produseres det ved en svært effektiv og presis metode for sprøytestøping. De indre overflatene på fatet er også belagt for å beskytte dem og for å hindre intern refleksjon og bluss.

Montering av objektivet

• 4 andre deler av linsen, som membran og autofokusmodul, produseres som underenheter. Irismembranen er konstruert av buede blader kuttet ut av tynne metallplater. Metallbladene holdes på plass av to plater. En plate er fast, den andre beveger seg, og har spor for glidende pinner. Disse skyver bladene tilbake mot fatet for å åpne membranen eller inn i midten for å lukke åpningen når f-stop-ringen er vendt. Membranaggregatet festes på plass når linsefestet er festet til enden av fatet. Autofokus er også lagt til, de optiske elementene er plassert, og linsen er forseglet. Etter endelig montering blir linsen justert og inspisert nøye. Det må oppfylle designstandardene for optisk oppløsning, mekanisk funksjon og autofokusrespons. Objektiver kan også testes ved å utsette dem for støt, slippe og vibrasjon.

Kvalitetskontroll

Tilnærminger til linseproduksjon varierer sterkt blant selskaper. Noen bruker full automatisering, inkludert industrial robot s for å lage sine produkter, andre bruker store samlebånd, og andre er stolte av håndarbeid. Kvalitet og presisjon er imidlertid avgjørende for linseproduksjonen, uavhengig av produksjonstilnærming. Innkommende materialer og komponenter blir grundig inspisert for kvalitet og samsvar med tekniske spesifikasjoner. Automatiserte prosesser blir også inspisert hele tiden og utsatt for toleransekontroller. Håndverk utføres kun av dyktige håndverkere med lange års trening. Kvalitetskontroll og stresstester inngår i hvert produksjonstrinn, og elementer og komponenter måles med presise instrumenter. Noen måleinstrumenter er laserstyrte og kan oppdage avvik på mindre enn 0,0001 millimeter i en linseoverflate eller i linsesentrering.

Fremtiden

Kameralinser nyter nye utviklinger på mange områder. Forbrukerens interesse for de beste bildene til laveste pris har ført til engangskameraer med enkle, men effektive linser. Objektiver for profesjonelle fotografer og for spesialiserte bruksområder som kikkert eller teleskoper med høy ytelse er laget med eksotiske og «ikke-foretrukne» briller som er mer følsomme, dyre og vanskeligere å oppnå enn tradisjonelle materialer. Disse kalles» unormale dispersjonsmaterialer » fordi de fusjonerer alle fargene i lyset som passerer gjennom linsen for å produsere de beste bildene, i stedet for å la farger spre seg som en enkel linse. Vann og andre væsker bøyer også lys, og forskere har identifisert væsker som er unormalt dispersive og kan fanges mellom lag av vanlig glass for å produsere samme bildekvalitet som eksotisk optisk glass. Det vanlige eller» foretrukne » glasset (foretrukket på grunn av lav pris og bearbeidbarhet) er bundet rundt væsken med fleksibelt silikon lim. Den resulterende «flytende linse» kan erstatte flere elementer i en profesjonell kvalitet linse. Det reduserer også belegget som kreves og mengden linsepolering som trengs fordi væsken fyller ufullkommenheter i glasset. Kostnaden for linsen er redusert, og lysoverføringsegenskapene forbedres. Linseprodusenter i USA, Japan og Europa forbereder seg på å produsere flytende linser i nær fremtid.