Объектив камеры

<час />

Фон

Объектив камеры - это изобретение, которое пытается воспроизвести работу человеческого глаза. Как и глаз, объектив видит изображение, фокусирует его и передает его цвета, резкость и яркость через камеру на фотопленку, который, как и наша память, записывает изображение для обработки и использования в будущем. Линзы изготавливаются из оптического стекла или пластика. Они фокусируют световые лучи, преломляя или изгибая их, так что они встречаются или сходятся в общей точке.

Простая линза хорошо "видит" через свой центр, но ее обзор по краям имеет тенденцию размываться. Размытие, изменение цвета, искажение линий и цветовых ореолов вокруг объектов вызваны дефектами линзы, называемыми аберрациями. Некоторые аберрации можно исправить в простом объективе, придав одной или обеим поверхностям асферическую форму; асферические кривые меняются, как кривые параболы, а не остаются постоянными, как кривизна сферы. Объектив камеры уменьшает влияние аберраций, заменяя простой объектив группой линз, называемых элементами линз, которые представляют собой линзы разной формы и разного расстояния между ними. Хрусталик усложняется по мере достижения большей коррекции зрения. Линза также будет более сложной в зависимости от размера апертуры - отверстия, через которое проходит свет, - и диапазона углов, которые он «видит». Раньше при создании линз полагались на искусство оптика и значительные эксперименты. Сегодня компьютерные программы могут регулировать форму и расстояние между элементами линз, определять их влияние друг на друга и оценивать затраты на производство линз.

Элементы линз обычно описывают по их форме. Выпуклая линза выгибается наружу; двояковыпуклая линза изогнута наружу с обеих сторон, а плосковыпуклая линза плоская с одной стороны и изогнута наружу с другой. Также существуют вогнутые линзы, двояковогнутые и плосковогнутые линзы. Элементы не обязательно должны быть симметричными и могут изгибаться больше с одной стороны, чем с другой. Утолщение середины линзы относительно ее краев заставляет световые лучи сходиться или фокусироваться. Линзы с толстыми краями и тонкими серединами рассеивают световые лучи. Сложный объектив камеры содержит ряд специально сгруппированных элементов. Комбинация композиции, формы и группировки элементов максимизирует свойства преломления света отдельных элементов для создания желаемого изображения. Объектив фокусируется, перемещая его ближе или дальше от пленки или фокальной плоскости. Линза может скручиваться, в результате чего элементы линзы перемещаются внутрь и наружу по спиральной резьбе, нарезанной на корпусе линзы. При повороте линзы на корпусе также перемещается шкала, показывающая расстояние наилучшей фокусировки.

Стоп или диафрагма - это специализированная часть объектива. В простых камерах упор представляет собой фиксированный упор или кольцо из черного листового металла, которое постоянно устанавливается перед объективом. В корпусных камерах, студийных камерах и некоторых камерах европейского производства используется скользящий упор, который представляет собой полосу металла, которая скользит по передней части объектива между канавками. Он имеет два или более отверстий разного размера, которые являются апертурами. Объективы с регулируемым упором имеют обработанное кольцо на внешней стороне оправы объектива, на котором напечатаны числа диафрагмы. Поворачивая это кольцо, можно открывать или закрывать диафрагму. Эта ирисовая диафрагма работает так же, как радужная оболочка глаза, позволяя регулировать различные условия освещения.

Объектив в компактной камере обычно представляет собой объектив общего назначения с нормальным фокусным расстоянием, который делает снимки изображения так, как его видят наши глаза. Объективы специального назначения используются с более совершенными фотоаппаратами. Телеобъективы работают так же, как бинокли или телескопы, и сделать отдаленное изображение более близким. Широкоугольные объективы заставляют изображение казаться дальше; Панорамный объектив - это особый широкоугольный объектив, который используется для съемки обширных пейзажей. Некоторые одноразовые фотоаппараты оснащены панорамными линзами. Линза «рыбий глаз» - это также особый вид широкоугольной линзы, которая намеренно искажает изображение, поэтому центральная часть увеличивается, а детали внешнего изображения сжимаются. Линзы "рыбий глаз" закрывают очень широкие углы, например, вид от горизонта до горизонта. Другой объектив специального назначения - это объектив с переменным фокусным расстоянием, также называемый «зум-объективом». Он использует подвижные элементы объектива для регулировки фокусного расстояния, чтобы приблизить или отдалить объект. Эти линзы являются сложными и могут содержать от 12 до 20 линзовых элементов; однако одна линза с переменным фокусным расстоянием может заменить несколько других линз. Некоторые компактные камеры также имеют ограниченные возможности увеличения, телефото или широкоугольного обзора. Однообъективная зеркальная (SLR) камера сделана так, что фотограф видит в видоискателе то же самое, что и объектив. Это позволяет фотографу спланировать изображение, которое появится на пленке, с помощью множества сменных объективов.

История

Объектив камеры эволюционировал из оптических линз, разработанных для других целей, и превратился в камеру и фотопленку. В 1568 году венецианский дворянин Даниэль Барбаро поместил линзу над отверстием в ящике для камеры и изучил резкость изображения и фокусировку. Его первая линза была из выпуклых очков старика. Астроном Иоганн Кеплер подробно остановился на экспериментах Барбаро в 1611 году, описав одиночные и составные линзы, объяснив инверсию изображения и увеличив изображения путем группирования выпуклых и вогнутых линз.

В 1800-х годах в первых коробчатых камерах линзы устанавливались в проеме коробки. Линза переворачивала изображение на светочувствительной пластине в задней части коробки. Затвор, открывающий линзу, отсутствовал; вместо этого крышка объектива снималась на несколько секунд или дольше, чтобы обнажить пластину. Улучшение чувствительности пластины потребовало способов управления экспозицией. Для установки рядом с линзой изготавливались маски с отверстиями разного размера. Ирисовая диафрагма также была разработана для управления диафрагмой. Его металлические створки открываются и закрываются, образуя круглое отверстие, диаметр которого может варьироваться.

В 1841 году Йозеф Петцваль из Вены сконструировал портретный объектив с светосилой. Раньше для пейзажной фотографии лучше всего подходили линзы для дагеротипических фотоаппаратов. Объектив Петцваля позволял снимать портреты в десять раз быстрее, и фотография не получилась размытой. В 1902 году Пол Рудольф разработал объектив Zeiss Tessar, который считается самым популярным из когда-либо созданных. В 1918 году он произвел объектив Plasmat, который, возможно, стал лучшим из когда-либо созданных объективов для фотоаппаратов. Вскоре за Рудольфом последовал Макс Берек, который разработал резкие светосильные линзы, идеально подходящие для миниатюрных фотоаппаратов.

Другие важные достижения в истории линз включают технологию покрытия линз, использование редкоземельного стекла и методы расчета, которые стали возможными благодаря компьютеру. Кэтрин Б. Блоджетт разработала методы нанесения тонких покрытий линз мыльной пленкой для устранения отражения и улучшения светопропускания в 1939 году. К. Хоули Картрайт продолжил работу Блоджетт, используя покрытия из фторидов металлов, включая испаренный магний и кальций, которые составляли четыре-одну миллионную. толщиной в дюйм.

Дизайн

Дизайн объектива камеры начинается с определения фотографа, который будет его использовать. Когда рынок определен, разработчик линз выбирает оптические и механические материалы, оптическую конструкцию, соответствующий метод изготовления механических деталей, а для объективов с автоматической фокусировкой - тип сопряжения между объективом и камерой. Существуют условные обозначения или шаблоны для различных категорий объективов, включая макро, широкоугольные и телеобъективы, поэтому некоторые аспекты дизайна стандартизированы. Достижения в области материалов ставят перед дизайнерами множество сложных задач. Группа линз, называемая элементами линз, которые имеют разную форму и расстояние между ними, составляют объектив камеры. . Раньше при создании линз полагались на искусство оптика и значительные эксперименты. Сегодня компьютерные программы могут регулировать форму и расстояние между элементами линз, определять их влияние друг на друга и оценивать затраты на производство линз. варианты, однако. При выборе материалов инженер должен учитывать ряд металлов для компонентов и различные типы очков и пластмассы для линз, не забывая при этом окончательную стоимость для фотографа.

Когда проектировщик завершил проектирование, его работоспособность проверяется компьютерным моделированием. Компьютерные программы, предназначенные специально для производителей линз, сообщают дизайнеру, какое изображение или картинку линза будет создавать в центре изображения и по его краям для диапазона работы линзы. Предполагая, что линза прошла испытание на компьютерном моделировании, критерии характеристик, которые были выбраны изначально, пересматриваются снова, чтобы подтвердить, что линза удовлетворяет выявленным потребностям. Изготовлен прототип для проверки реальных характеристик. Объектив тестируется при различных температурах и условиях окружающей среды, при любом положении диафрагмы и при любом фокусном расстоянии для зум-объективов. Карты целей в лаборатории фотографируются, как и полевые условия с переменным освещением и тенями. Некоторые линзы быстро состариваются при лабораторных испытаниях, чтобы проверить их долговечность.

Если объектив фокусируется автоматически, необходимы дополнительные проектные работы, поскольку модуль автофокусировки (AF) должен работать с рядом корпусов камеры. Модуль AF требует как программного обеспечения, так и механической конструкции. Эти объективы проходят всесторонние испытания прототипов из-за их сложных функций и из-за того, что программное обеспечение настроено для каждого объектива.

Сырье

Сырье для самих линз, покрытие, тубус или корпус для объектива камеры и крепления объектива описаны ниже в разделе, посвященном производству.

Производственный
процесс

Шлифовка и полировка линз

• 1 Оптическое стекло поставляется производителям линз специализированными поставщиками. Обычно это «прессованная пластина» или нарезанная стеклянная пластина, из которой вырезаются элементы. Стеклянным элементам придают вогнутую или выпуклую форму с помощью машины для создания кривых, которая является шлифовальной машиной первого этапа. Чтобы достичь спецификации своей формы, линза проходит последовательность процессов, в ходе которых она шлифуется путем полировки частиц в воде. Частицы полировки становятся меньше на каждом этапе по мере улучшения линзы. Создание кривой и последующее измельчение различаются по скорости в зависимости от хрупкости, мягкости и окислительных свойств оптических материалов.

  После шлифовки и полировки элементы центрируются так, чтобы внешний край линзы был идеальным по окружности относительно центральной линии или оптической оси линзы. Линзы из пластика или связанного стекла и смолы производятся одним и тем же способом. Связанные материалы используются для изготовления линз с несферической поверхностью, и эти линзы называются «гибридными асферическими». Асферические поверхности этих линз завершаются во время центрирования.

Покрытие линз

• 2 Формованные линзы имеют покрытие для защиты материала от окисления, предотвращения отражений, а также для соответствия требованиям «пропускания заданного спектра» или цветового баланса и передачи. Поверхности линз перед нанесением покрытия тщательно очищают. Методы нанесения покрытий и сами покрытия - главные аргументы в пользу производителей линз и тщательно охраняемые секреты. Некоторые типы покрытий включают оксиды металлов, фториды легких сплавов и слои кварца, которые наносятся на линзы и зеркала с помощью вакуумного процесса. Для наилучшего цветопередачи и светопропускания можно нанести несколько слоев покрытия, но чрезмерное покрытие может уменьшить количество света, проходящего через линзу, и ограничить ее полезность.

Изготовление бочки

• 3 Тубус включает в себя шасси, на котором крепятся различные элементы объектива и внешний вид. Металлические оправы, канавки и движущиеся части линзы имеют решающее значение для характеристик линзы и обрабатываются с очень специфическими допусками. Крепления линз могут быть изготовлены из латуни, алюминия или пластика. Большинство металлических компонентов ствола отливаются под давлением и подвергаются механической обработке. Металлические опоры служат дольше, сохраняют свои размеры, их можно обрабатывать более точно, а при необходимости их можно разобрать для замены элементов. Пластиковые опоры дешевле и легче. Если ствол изготовлен из инженерного пластика, он производится высокоэффективным и точным методом литья под давлением. Внутренние поверхности ствола также имеют покрытие для защиты и предотвращения внутреннего отражения и бликов.

Сборка объектива

• 4 Другие части объектива, такие как диафрагма и модуль автофокусировки, производятся в виде узлов. Ирисовая диафрагма состоит из изогнутых листов, вырезанных из тонких листов металла. Металлические листы удерживаются двумя пластинами. Одна пластина неподвижна, другая подвижна и имеет прорези для выдвижных штифтов. Они сдвигают створки назад к стволу, чтобы открыть диафрагму, или в центр, чтобы закрыть отверстие при повороте кольца диафрагмы. Узел диафрагмы закрепляется на месте, когда байонет объектива прикрепляется к концу тубуса. Также добавлен автофокус, позиционируются оптические элементы, герметизируется линза. После окончательной сборки линза регулируется и тщательно проверяется. Он должен соответствовать стандартам проектирования в отношении оптического разрешения, механических функций и реакции автофокуса. Линзы также можно проверить, подвергнув их ударам, падению и вибрации.

Контроль качества

Подходы к производству линз у разных компаний сильно различаются. Некоторые используют полную автоматизацию, включая промышленного робота . s для производства своей продукции, другие используют большие сборочные линии, а третьи гордятся ручным трудом. Однако качество и точность важны для производства линз, независимо от производственного подхода. Поступающие материалы и комплектующие тщательно проверяются на качество и соответствие техническим условиям. Автоматизированные процессы также постоянно проверяются и подвергаются проверкам на допуски. Ручная работа выполняется только опытными мастерами с многолетним обучением. Контроль качества и стресс-тесты включаются в каждый этап производства, а элементы и компоненты измеряются с помощью точных инструментов. Некоторые измерительные устройства управляются лазером и могут обнаруживать отклонения менее 0,0001 миллиметра на поверхности линзы или в центрировании линзы.

Будущее

Объективы для фотоаппаратов претерпевают новые разработки во многих областях. Интерес потребителей к лучшим фотографиям по самой низкой цене привел к появлению одноразовых фотоаппаратов с простыми, но эффективными объективами. Линзы для профессиональных фотографов и для специализированных целей, таких как высокопроизводительные бинокли или телескопы, изготавливаются из экзотических и «нежелательных» очков, которые более чувствительны, дороги и труднодоступны, чем традиционные материалы. Эти материалы называются материалами с «аномальной дисперсией», потому что они объединяют все цвета света, проходящего через линзу, для получения наилучшего изображения, а не позволяют цветам рассеиваться, как в простой линзе. Вода и другие жидкости также изгибают свет, и ученые определили жидкости, которые обладают аномальной дисперсией и могут быть захвачены между слоями обычного стекла, чтобы обеспечить такое же качество изображения, как у экзотического оптического стекла. Обычное или «предпочтительное» стекло (предпочтительное из-за низкой стоимости и обрабатываемости) приклеивается вокруг жидкости с помощью гибкого силиконового клея. Полученная «жидкая линза» может заменить несколько элементов в объективе профессионального качества. Это также уменьшает необходимое покрытие и объем необходимой полировки линз, поскольку жидкость заполняет дефекты стекла. Стоимость линзы снижается, а свойства светопропускания улучшаются. Производители линз в США, Японии и Европе готовятся к производству жидких линз в ближайшем будущем.