obiectivul camerei

context

obiectivul camerei este o invenție care încearcă să dubleze funcționarea ochiului uman. La fel ca ochiul, obiectivul vede o imagine, o focalizează și transmite culorile, claritatea și luminozitatea prin cameră către filmul fotografic, care, la fel ca memoria noastră, înregistrează imaginea pentru procesare și utilizare ulterioară. Lentilele sunt fabricate din sticlă optică sau plastic. Focalizează razele de lumină refractându-le sau îndoindu-le astfel încât să se întâlnească sau să convergă într-un punct comun.

o lentilă simplă „vede” bine prin centrul său, dar viziunea sa în jurul marginilor tinde să se estompeze. Estomparea, modificările de culoare, distorsiunea liniilor și halourile de culoare din jurul obiectelor sunt cauzate de defectele lentilei numite aberații. Unele aberații pot fi corectate în lentila simplă prin modelarea uneia sau a ambelor suprafețe, astfel încât acestea să fie asferice; curbele asferice variază ca curbele unei parabole, mai degrabă decât să rămână constante ca curbura unei sfere. Un obiectiv al camerei reduce efectele aberațiilor prin înlocuirea unui obiectiv simplu cu un grup de lentile numite elemente ale obiectivului, care sunt lentile de diferite forme și distanțe de separare. Lentila devine mai complexă pe măsură ce se obține o corecție mai mare a vederii. Obiectivul va fi, de asemenea, mai complex în funcție de dimensiunea diafragmei—deschiderea care permite trecerea luminii—și gama de unghiuri pe care le „vede.”Designul lentilelor se baza pe arta opticianului și pe experimentarea considerabilă. Astăzi, programele de calculator pot ajusta modelarea și spațierea elementelor lentilelor, pot determina efectele lor unul asupra celuilalt și pot evalua costurile producției lentilelor.

elementele lentilelor sunt de obicei descrise prin forma lor. Lentila convexă se curbează spre exterior; o lentilă biconvexă se curbează spre exterior pe ambele părți, iar o lentilă plano-convexă este plană pe o parte și curbată spre exterior pe cealaltă. Există, de asemenea, lentile concave lenes, biconcave și plano-concave. Elementele nu sunt neapărat simetrice și se pot curba mai mult pe o parte decât pe cealaltă. Îngroșarea mijlocului lentilei în raport cu marginile sale determină convergența sau focalizarea razelor de lumină. Lentilele cu margini groase și medii subțiri fac ca razele de lumină să se disperseze. Un obiectiv complex al camerei conține o serie de elemente special grupate. Combinația dintre compoziția, forma și gruparea elementelor maximizează proprietățile de îndoire a luminii ale elementelor individuale pentru a produce imaginea dorită. Obiectivul este focalizat mutându-l mai aproape sau mai departe de film sau de planul focal. Obiectivul poate fi răsucit, determinând elementele obiectivului să se deplaseze și să iasă de-a lungul unui fir cu șurub spiralat prelucrat în carcasa obiectivului. Răsucirea obiectivului deplasează, de asemenea, o scală pe carcasă care arată distanța celei mai bune focalizări.

opritorul sau diafragma este o parte specializată a obiectivului. În camerele simple, oprirea este o oprire fixă sau un inel de tablă neagră care este setat permanent în fața obiectivului. Camerele cu cutie, camerele de studio și unele camere de fabricație europeană folosesc un opritor glisant, care este o bandă de metal care alunecă pe partea din față a obiectivului între caneluri. Are două sau mai multe găuri de dimensiuni diferite, care sunt deschiderile. Lentilele cu opritor variabil au un inel prelucrat pe exteriorul suportului obiectivului, imprimat cu numere f-stop. Prin rotirea acestui inel, diafragma poate fi deschisă sau închisă. Această diafragmă iris funcționează la fel ca irisul ochiului, permițând ajustări pentru condiții de lumină variate.

obiectivul unei Camere compacte este de obicei un obiectiv de uz general cu o distanță focală normală care face fotografii ale unei imagini așa cum o văd ochii noștri. Lentilele concepute pentru scopuri speciale sunt utilizate cu camere mai avansate. Teleobiectivele funcționează la fel ca binoclurile sau telescoapele și fac ca o imagine îndepărtată să pară mai aproape. Lentilele cu unghi larg fac ca imaginea să apară mai departe; o lentilă panoramică este un tip special de lentilă cu unghi larg, care este utilă pentru fotografierea unor întinderi largi de peisaje. Unele camere de unică folosință sunt echipate cu lentile panoramice. O lentilă cu ochi de pește este, de asemenea, un tip special de lentilă cu unghi larg care distorsionează în mod deliberat imaginea, astfel încât partea centrală să fie mărită și detaliile imaginii exterioare să fie comprimate. Lentilele pentru ochi de pește acoperă unghiuri foarte largi, cum ar fi vederile de la orizont la orizont. Un alt obiectiv cu scop special este obiectivul cu focalizare variabilă, numit și obiectiv” zoom”. Utilizează elemente de lentile mobile pentru a regla distanța focală pentru a mări mai aproape sau mai departe de subiect. Aceste lentile sunt complexe și pot conține 12 până la 20 de elemente ale obiectivului; cu toate acestea, un obiectiv cu focalizare variabilă poate înlocui alte câteva lentile. Unele camere compacte au, de asemenea, funcții limitate de zoom, teleobiectiv sau unghi larg. Camera reflexă cu un singur obiectiv (SLR) este realizată astfel încât fotograful să vadă aceeași vedere ca obiectivul prin vizor. Acest lucru permite fotografului să planifice imaginea care va apărea pe film cu flexibilitatea unei varietăți de lentile interschimbabile.

istoric

obiectivul camerei a evoluat din lentile optice dezvoltate în alte scopuri și s-a maturizat cu camera și filmul fotografic. În 1568, un nobil venețian, Daniel Barbaro, a plasat un obiectiv peste gaura dintr-o cutie de cameră și a studiat claritatea imaginii și focalizarea. Primul său obiectiv a fost de la ochelarii convexi ai unui bătrân. Astronomul Johann Kepler a elaborat experimentele lui Barbaro în 1611 descriind lentile unice și compuse, explicând inversarea imaginii și mărind imaginile prin gruparea lentilelor convexe și concave.

în anii 1800, primele camere de cutie aveau un obiectiv montat în deschiderea cutiei. Obiectivul a inversat imaginea pe o placă sensibilă la lumină din spatele cutiei. Nu a existat niciun obturator pentru a deschide obiectivul; în schimb, un capac al obiectivului a fost îndepărtat timp de câteva secunde sau mai mult pentru a expune placa. Îmbunătățirea sensibilității plăcii a necesitat modalități de control al expunerii. Au fost făcute măști cu deschideri de dimensiuni diferite pentru introducerea în apropierea obiectivului. Diafragma irisului a fost, de asemenea, dezvoltată pentru a controla diafragma. Frunzele sale metalice se deschid și se închid împreună pentru a forma o deschidere circulară care poate fi variată în diametru.

în 1841, Joseph Petzval din Viena a proiectat un obiectiv portret cu o deschidere rapidă. Anterior, lentilele realizate pentru camerele daguerreotype erau cele mai potrivite pentru fotografia de peisaj. Obiectivul lui Petzval a permis realizarea portretelor de zece ori mai repede, iar fotografia a fost mai puțin probabil să fie neclară. În 1902, Paul Rudolph a dezvoltat obiectivul Zeiss Tessar, considerat cel mai popular creat vreodată. În 1918, a produs obiectivul Plasmat, care poate fi cel mai bun obiectiv de cameră realizat vreodată. Rudolph a fost urmat la scurt timp de Max Berek, care a proiectat lentile ascuțite și rapide, ideale pentru camerele miniaturale.

alte evoluții esențiale în istoria lentilelor includ tehnologia de acoperire a lentilelor, utilizarea sticlei de pământuri rare și metodele de calcul posibile de computer. Alina B. Blodgett a dezvoltat tehnici pentru lentile cu acoperire subțire cu film de săpun pentru a elimina reflexia și a îmbunătăți transmisia luminii în 1939. C. Hawley Cartwright a continuat munca lui Blodgett folosind acoperiri de fluoruri metalice, inclusiv magneziu evaporat și calciu care aveau o grosime de patru milioane de centimetri.

Design

proiectarea unui obiectiv al camerei începe prin identificarea fotografului care îl va folosi. Atunci când piața este identificată, proiectantul de lentile selectează materialele optice și mecanice, designul optic, metoda adecvată pentru realizarea pieselor mecanice și, pentru lentilele cu focalizare automată, tipul de inter-față dintre obiectiv și cameră. Există convenții sau modele pentru diferitele categorii de lentile, inclusiv lentile macro, cu unghi larg și teleobiective, astfel încât unele aspecte de proiectare sunt standardizate. Progresele în materiale oferă designerilor multe provocări

un grup de lentile numite elemente de lentile, care sunt de diferite forme și distanțe de separare, alcătuiesc obiectivul camerei. Designul lentilelor se baza pe arta opticianului și pe experimentarea considerabilă. Astăzi, programele de calculator pot ajusta modelarea și spațierea elementelor lentilelor, pot determina efectele lor unul asupra celuilalt și pot evalua costurile producției lentilelor.

opțiuni, totuși. În selectarea materialelor, inginerul trebuie să ia în considerare o serie de metale pentru componente și diferite tipuri de ochelari și materiale plastice pentru lentile, în timp ce ține cont de costul final pentru fotograf.

când proiectantul a finalizat proiectarea, performanța sa este testată prin simulare pe calculator. Programele de calculator care sunt specifice producătorilor de lentile spun proiectantului ce fel de imagine sau imagine va produce obiectivul în centrul imaginii și la marginile sale pentru gama de funcționare a obiectivului. Presupunând că obiectivul trece testul de simulare pe calculator, criteriile de performanță care au fost alese inițial sunt revizuite din nou pentru a confirma că obiectivul îndeplinește nevoile identificate. Un prototip este fabricat pentru a testa performanța reală. Obiectivul este testat în condiții de temperatură și mediu diferite, la fiecare poziție a diafragmei și la fiecare distanță focală pentru obiectivele cu zoom. Diagramele țintă dintr-un laborator sunt fotografiate, la fel ca și condițiile de câmp de lumină și umbră variate. Unele lentile sunt îmbătrânite rapid în testele de laborator pentru a verifica durabilitatea acestora.

sunt necesare lucrări suplimentare de proiectare dacă obiectivul focalizează automat, deoarece modulul de focalizare automată (AF) trebuie să funcționeze cu o serie de corpuri ale camerei. Modulul AF necesită atât software, cât și design mecanic. Testarea extinsă a prototipurilor este efectuată pe aceste lentile datorită funcțiilor lor complexe și deoarece software-ul este reglat fin pentru fiecare obiectiv.

materii prime

materiile prime pentru lentilele în sine, învelișul, butoiul sau carcasa obiectivului camerei și suporturile obiectivului sunt descrise mai jos în secțiunea de fabricație.

procesul de fabricație

șlefuirea și lustruirea elementelor lentilelor

• 1 sticla optică este furnizată producătorilor de lentile de către furnizori specializați. De obicei, este prevăzut ca o „placă presată” sau placă de sticlă feliată din care sunt tăiate elementele. Elementele de sticlă sunt modelate în forme concave sau convexe de o mașină de generator de curbe care este un polizor în primul pas. Pentru a atinge specificațiile pentru forma sa, o lentilă trece printr-o secvență de procese în care este măcinată prin lustruirea particulelor în apă. Particulele de lustruire devin mai mici în fiecare pas pe măsură ce obiectivul este rafinat. Generarea curbei și măcinarea ulterioară variază în funcție de viteză în funcție de fragilitatea, moliciunea și proprietățile de oxidare ale materialelor optice.

  după măcinare și lustruire, elementele sunt centrate astfel încât marginea exterioară a lentilei să fie perfectă în circumferință față de linia centrală sau axa optică a lentilei. Lentilele din plastic sau sticlă lipită și rășină sunt produse prin aceleași procese. Materialele lipite sunt folosite pentru a face lentile cu suprafețe non-sferice, iar aceste lentile sunt numite „asferice hibride.”Suprafețele asferice ale acestor lentile sunt finalizate în timpul centrării.

lentile de acoperire

• 2 lentilele formate sunt acoperite pentru a proteja materialul de oxidare, pentru a preveni reflexiile și pentru a îndeplini cerințele pentru „transmisia spectrului proiectat” sau echilibrul și redarea culorilor. Suprafețele lentilelor sunt curățate cu atenție înainte de acoperire. Tehnicile de aplicare a acoperirilor și a acoperirilor în sine sunt puncte majore de vânzare pentru lentilele unui producător și sunt secrete atent păzite. Unele tipuri de acoperiri includ oxizi metalici, fluoruri din aliaj ușor și straturi de cuarț care sunt aplicate lentilelor și oglinzilor printr-un proces de vid. Mai multe straturi de acoperire pot fi aplicate pentru cea mai bună transmisie de culoare și lumină, dar acoperirea excesivă poate reduce lumina care trece prin lentilă și poate limita utilitatea acesteia.

producerea butoiului

• 3 cilindrul include șasiul care susține diferitele elemente ale lentilelor și exteriorul cosmetic. Suporturile metalice, canelurile și porțiunile mobile ale obiectivului sunt esențiale pentru performanța obiectivului și sunt prelucrate la toleranțe foarte specifice. Suporturile pentru lentile pot fi realizate din alamă, aluminiu sau plastic. Majoritatea componentelor butoiului metalic sunt turnate sub presiune și prelucrate. Suporturile metalice durează mai mult, își mențin dimensiunile, pot fi prelucrate mai precis și pot fi demontate pentru a înlocui elementele, dacă este necesar. Suporturile din Plastic sunt mai puțin costisitoare și au o greutate mai mică. Dacă butoiul este fabricat din plastic de inginerie, acesta este produs printr-o metodă extrem de eficientă și precisă de turnare prin injecție. Suprafețele interioare ale butoiului sunt, de asemenea, acoperite pentru a le proteja și pentru a preveni reflexia internă și flare.

asamblarea obiectivului

• 4 alte părți ale obiectivului, cum ar fi diafragma și modulul de focalizare automată, sunt produse ca subansambluri. Diafragma irisului este construită din frunze curbate tăiate din foi subțiri de metal. Frunzele metalice sunt ținute pe loc de două plăci. O placă este fixă, cealaltă se mișcă și are sloturi pentru știfturile glisante. Acestea alunecă frunzele înapoi spre butoi pentru a deschide diafragma sau în centru pentru a închide deschiderea pe măsură ce inelul f-stop este rotit. Ansamblul diafragmei este fixat în poziție atunci când suportul obiectivului este atașat la capătul cilindrului. Se adaugă și focalizarea automată, elementele optice sunt poziționate, iar obiectivul este sigilat. După asamblarea finală, obiectivul este reglat și inspectat riguros. Trebuie să îndeplinească standardele de proiectare pentru rezoluția optică, funcția mecanică și răspunsul la focalizarea automată. Lentilele pot fi, de asemenea, testate prin supunerea lor la șocuri, cădere și vibrații.

controlul calității

abordările pentru fabricarea lentilelor variază foarte mult între companii. Unii folosesc automatizarea completă, inclusiv robotul industrial s pentru a-și face produsele, alții folosesc linii mari de asamblare, iar alții se mândresc cu artizanatul manual. Cu toate acestea, calitatea și precizia sunt esențiale pentru producția de lentile, indiferent de abordarea de fabricație. Materialele și componentele primite sunt inspectate riguros pentru calitatea și conformitatea cu specificațiile tehnice. Procesele automate sunt, de asemenea, inspectate în mod constant și supuse verificărilor de toleranță. Artizanatul manual este realizat numai de artizani calificați, cu ani lungi de pregătire. Controlul calității și testele de stres sunt încorporate în fiecare etapă de fabricație, iar elementele și componentele sunt măsurate cu instrumente precise. Unele dispozitive de măsurare sunt controlate cu laser și pot detecta abateri mai mici de 0,0001 milimetri pe o suprafață a lentilei sau în centrarea lentilelor.

viitorul

lentilele camerei se bucură de noi evoluții în multe domenii. Interesul consumatorului pentru cele mai bune fotografii pentru cel mai mic cost a dus la camere de unică folosință cu lentile simple, dar eficiente. Lentilele pentru fotografi profesioniști și pentru utilizări specializate, cum ar fi binoclurile sau telescoapele de înaltă performanță, sunt realizate cu ochelari exotici și „nepreferați”, care sunt mai sensibili, mai scumpi și mai greu de obținut decât materialele tradiționale. Acestea sunt numite materiale de „dispersie anormală”, deoarece îmbină toate culorile din lumina care trece prin lentilă pentru a produce cele mai bune imagini, mai degrabă decât să permită culorilor să se disperseze ca un obiectiv simplu. Apa și alte lichide îndoaie și lumina, iar oamenii de știință au identificat lichide care sunt anormal de dispersive și pot fi prinse între straturi de sticlă obișnuită pentru a produce aceeași calitate a imaginii ca sticla optică exotică. Sticla obișnuită sau „preferată” (preferată din cauza costului redus și a lucrabilității) este lipită în jurul lichidului cu adeziv siliconic flexibil. „Lentila lichidă” rezultată poate înlocui mai multe elemente într-un obiectiv de calitate profesională. De asemenea, reduce acoperirea necesară și cantitatea de lustruire a lentilelor necesare, deoarece lichidul umple imperfecțiunile din sticlă. Costul obiectivului este redus, iar proprietățile de transmisie a luminii sunt îmbunătățite. Producătorii de lentile din SUA, Japonia și Europa se pregătesc să producă lentile lichide în viitorul apropiat.