카메라 렌즈

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배경

카메라 렌즈는 인간의 눈의 작동을 복제하려는 발명품입니다. 렌즈는 눈과 마찬가지로 이미지를 보고 초점을 맞추고 카메라를 통해 사진 필름 으로 이미지의 색상, 선명도 및 밝기를 전송합니다. 우리의 기억과 마찬가지로 처리 및 향후 사용을 위해 이미지를 기록합니다. 렌즈는 광학 유리 또는 플라스틱으로 만들어집니다. 그들은 광선을 굴절시키거나 구부려 공통점에서 만나거나 수렴하여 광선을 집중시킵니다.

단순한 렌즈는 중심을 통해 잘 "보이지만" 가장자리 주변의 시야는 흐려지는 경향이 있습니다. 물체 주변의 흐림, 색상 변화, 선 왜곡 및 색상 후광은 수차라고 하는 렌즈의 결함으로 인해 발생합니다. 일부 수차는 비구면이 되도록 한쪽 또는 양쪽 표면을 형성하여 단순 렌즈에서 수정할 수 있습니다. 비구면 곡선은 구의 곡률처럼 일정하게 유지되기보다는 포물선의 곡선처럼 다양합니다. 카메라 렌즈는 단순한 렌즈를 다양한 모양과 분리 거리의 렌즈인 렌즈 요소라고 하는 렌즈 그룹으로 교체하여 수차의 영향을 줄입니다. 더 큰 시력 교정이 이루어지면 렌즈는 더 복잡해집니다. 렌즈는 또한 조리개의 크기(빛이 통과할 수 있는 개구부)와 "보는" 각도의 범위에 따라 더 복잡해집니다. 안경사의 기술과 상당한 실험에 의존하는 렌즈 디자인. 오늘날 컴퓨터 프로그램은 렌즈 요소의 모양과 간격을 조정하고 서로에 대한 영향을 결정하며 렌즈 생산 비용을 평가할 수 있습니다.

렌즈 요소는 일반적으로 모양으로 설명됩니다. 볼록 렌즈는 바깥쪽으로 구부러져 있습니다. 양면 볼록 렌즈는 양쪽이 바깥쪽으로 구부러져 있고 평면 볼록 렌즈는 한쪽이 평평하고 다른 쪽이 바깥쪽으로 구부러져 있습니다. 오목 렌즈, 양면 오목 렌즈, 평면 오목 렌즈도 있습니다. 요소는 반드시 대칭일 필요는 없으며 한쪽이 다른 쪽보다 더 많이 휘어질 수 있습니다. 가장자리에 비해 렌즈 중앙을 두껍게 하면 광선이 수렴되거나 초점이 맞춰집니다. 가장자리가 두껍고 중간이 얇은 렌즈는 광선을 분산시킵니다. 복잡한 카메라 렌즈에는 특별히 그룹화된 여러 요소가 포함되어 있습니다. 요소의 구성, 모양 및 그룹화의 조합은 개별 요소의 광 굴절 특성을 최대화하여 원하는 이미지를 생성합니다. 렌즈는 필름이나 초점면에서 더 가까이 또는 더 멀리 이동하여 초점을 맞춥니다. 렌즈가 뒤틀려 렌즈 케이스에 가공된 나선형 나사산을 따라 렌즈 요소가 안팎으로 움직일 수 있습니다. 렌즈를 돌리면 케이스의 눈금이 이동하여 최상의 초점 거리를 표시합니다.

조리개 또는 조리개는 렌즈의 특수 부분입니다. 간단한 카메라에서 조리개는 렌즈 앞에 영구적으로 고정된 고정 조리개 또는 검은색 판금 링입니다. 박스형 카메라, 스튜디오 카메라 및 유럽에서 제조한 일부 카메라는 홈 사이에서 렌즈 전면을 가로질러 미끄러지는 금속 스트립인 슬라이딩 스톱을 사용합니다. 그것은 구멍 인 크기가 다른 두 개 이상의 구멍을 가지고 있습니다. 가변 조리개가 있는 렌즈는 렌즈 마운트 외부에 가공된 링이 있으며 f-스톱 번호가 인쇄되어 있습니다. 이 링을 돌리면 다이어프램을 열거나 닫을 수 있습니다. 이 조리개 조리개는 다양한 조명 조건에 맞게 조정할 수 있다는 점에서 눈의 홍채와 매우 유사하게 작동합니다.

컴팩트 카메라의 렌즈는 일반적으로 우리의 눈이 보는 방식으로 이미지를 촬영하는 표준 초점 거리의 범용 렌즈입니다. 특수 목적을 위해 설계된 렌즈는 고급 카메라에 사용됩니다. 망원 렌즈는 쌍안경이나 망원경 과 매우 유사합니다. 멀리 있는 이미지가 더 가깝게 보이도록 합니다. 광각 렌즈는 이미지를 더 멀리 보이게 합니다. 파노라마 렌즈는 광활한 풍경을 촬영할 때 유용한 광각 렌즈의 일종입니다. 일부 일회용 카메라에는 파노라마 렌즈가 장착되어 있습니다. 어안 렌즈는 또한 이미지를 의도적으로 왜곡하여 중앙 부분이 확대되고 외부 이미지 세부 정보가 압축되는 특수한 종류의 광각 렌즈입니다. 어안 렌즈는 수평선에서 수평선까지의 시야와 같이 매우 넓은 각도를 커버합니다. 또 다른 특수 목적 렌즈는 "줌" 렌즈라고도 하는 가변 초점 렌즈입니다. 움직이는 렌즈 요소를 사용하여 초점 거리를 조정하여 피사체에 더 가까이 또는 더 멀리 확대합니다. 이러한 렌즈는 복잡하며 12~20개의 렌즈 요소를 포함할 수 있습니다. 그러나 하나의 가변 초점 렌즈가 여러 개의 다른 렌즈를 대체할 수 있습니다. 일부 소형 카메라에는 줌, 망원 또는 광각 기능이 제한되어 있습니다. 일안반사(SLR) 카메라는 사진가가 뷰파인더를 통해 렌즈와 동일한 뷰를 볼 수 있도록 만들어졌습니다. 이를 통해 사진사는 다양한 교체 가능한 렌즈의 유연성으로 필름에 나타날 이미지를 계획할 수 있습니다.

연혁

카메라 렌즈는 다른 용도로 개발된 광학 렌즈에서 진화했으며 카메라와 사진 필름과 함께 성숙해졌습니다. 1568년, 베네치아의 귀족 다니엘 바르바로는 카메라 상자의 구멍에 렌즈를 대고 상과 초점의 선명도를 연구했습니다. 그의 첫 번째 렌즈는 노인의 볼록한 안경이었습니다. 천문학자 요한 케플러(Johann Kepler)는 1611년에 단일 렌즈와 복합 렌즈를 설명하고 이미지 반전을 설명하고 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 그룹화하여 이미지를 확대하여 Barbaro의 실험을 자세히 설명했습니다.

1800년대에 최초의 상자형 카메라에는 상자의 구멍에 렌즈가 장착되어 있었습니다. 렌즈는 상자 뒷면의 감광판에서 이미지를 반전시켰습니다. 렌즈를 여는 셔터가 없었습니다. 대신에 렌즈 캡을 몇 초 이상 제거하여 플레이트를 노출시켰습니다. 판의 감도가 향상됨에 따라 노출을 제어하는 ​​방법이 필요했습니다. 렌즈 근처에 삽입하기 위해 다양한 크기의 개구부가 있는 마스크를 만들었습니다. 조리개를 제어하기 위해 조리개 조리개도 개발되었습니다. 그것의 금속 잎은 직경이 다양할 수 있는 원형 구멍을 형성하기 위해 함께 열리고 닫힙니다.

1841년 비엔나의 Joseph Petzval은 조리개가 빠른 인물 렌즈를 설계했습니다. 이전에는 다게레오타입 카메라용으로 제작된 렌즈가 풍경 사진에 가장 적합했습니다. Petzval의 렌즈를 사용하면 인물 사진을 10배 더 빠르게 촬영할 수 있었고 사진이 흐려질 가능성도 적었습니다. 1902년, Paul Rudolph는 지금까지 만들어진 것 중 가장 인기 있는 것으로 여겨지는 Zeiss Tessar 렌즈를 개발했습니다. 1918년 그는 지금까지 만들어진 최고의 카메라 렌즈일지도 모르는 플라스매트 렌즈를 생산했습니다. Rudolph의 뒤를 이어 Max Berek은 미니어처 카메라에 이상적인 선명하고 빠른 렌즈를 설계했습니다.

렌즈 역사의 다른 필수적인 발전으로는 렌즈 코팅 기술, 희토류 유리의 사용, 컴퓨터로 가능해진 계산 방법 등이 있습니다. Katharine B. Blodgett는 1939년에 반사를 제거하고 빛의 투과를 개선하기 위해 비누막으로 렌즈를 얇게 코팅하는 기술을 개발했습니다. C. Hawley Cartwright는 410만분의 1에 해당하는 증발된 마그네슘과 칼슘을 포함한 금속 불화물 코팅을 사용하여 Blodgett의 작업을 계속했습니다. 인치 두께.

디자인

카메라 렌즈의 디자인은 그것을 사용할 사진 작가를 식별하는 것으로 시작됩니다. 시장이 식별되면 렌즈 설계자는 광학 및 기계적 재료, 광학 설계, 기계적 부품을 만드는 적절한 방법, 자동 초점 렌즈의 경우 렌즈와 카메라 사이의 인터페이스 유형을 선택합니다. 매크로, 광각, 망원 렌즈를 비롯한 다양한 범주의 렌즈에 대한 규칙이나 패턴이 있으므로 일부 디자인 측면은 표준화됩니다. 재료의 발전은 디자이너에게 많은 도전 과제를 안겨줍니다. 서로 다른 모양과 분리 거리를 가진 렌즈 요소라고 하는 렌즈 그룹이 카메라 렌즈를 구성합니다. . 안경사의 기술과 상당한 실험에 의존하는 렌즈 디자인. 오늘날 컴퓨터 프로그램은 렌즈 요소의 모양과 간격을 조정하고 서로에 대한 영향을 결정하며 렌즈 생산 비용을 평가할 수 있습니다. 그러나 옵션. 재료를 선택할 때 엔지니어는 구성 요소를 위한 다양한 금속과 렌즈를 위한 다양한 유형의 유리 및 플라스틱을 고려해야 하며 사진 작가의 최종 비용을 염두에 두어야 합니다.

설계자가 설계를 완료하면 컴퓨터 시뮬레이션으로 성능을 테스트합니다. 렌즈 제조업체에 특정한 컴퓨터 프로그램은 설계자에게 렌즈가 렌즈 작동 범위에 대해 이미지 중앙과 가장자리에서 어떤 종류의 이미지나 그림을 생성할 것인지 알려줍니다. 렌즈가 컴퓨터 시뮬레이션 테스트를 통과했다고 가정하면 처음에 선택한 성능 기준을 다시 검토하여 렌즈가 식별된 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 실제 성능을 테스트하기 위해 프로토타입을 제작합니다. 렌즈는 다양한 온도와 환경 조건, 모든 조리개 위치 및 줌 렌즈의 경우 모든 초점 거리에서 테스트됩니다. 실험실의 목표 차트는 다양한 빛과 그림자의 현장 조건과 마찬가지로 사진을 찍습니다. 일부 렌즈는 내구성을 확인하기 위한 실험실 테스트에서 빠르게 노화됩니다.

자동 초점(AF) 모듈이 다양한 카메라 바디와 작동해야 하기 때문에 렌즈가 자동으로 초점을 맞추는 경우 추가 설계 작업이 필요합니다. AF 모듈에는 소프트웨어와 기계 설계가 모두 필요합니다. 복잡한 기능과 소프트웨어가 각 렌즈에 맞게 미세 조정되기 때문에 이러한 렌즈에 대해 광범위한 프로토타입 테스트가 수행됩니다.

원자재

렌즈 자체의 원료, 코팅, 카메라 렌즈의 배럴 또는 하우징, 렌즈 마운트는 아래 제조 섹션에 설명되어 있습니다.

제조
프로세스

렌즈 요소 연마 및 연마

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1 광학 유리는 전문 벤더를 통해 렌즈 제조사에 공급됩니다. 일반적으로 요소가 절단되는 "압착된 판" 또는 얇게 썬 유리판으로 제공됩니다. 유리 요소는 1단계 그라인더인 커브 생성기에서 오목하거나 볼록한 형태로 성형됩니다. 렌즈는 모양에 대한 사양에 도달하기 위해 물에서 입자를 연마하여 연마하는 일련의 공정을 거칩니다. 렌즈가 정제됨에 따라 연마 입자는 각 단계에서 더 작아집니다. 곡선 생성 및 연삭은 광학 재료의 취약성, 부드러움 및 산화 특성에 따라 속도가 다릅니다.

연마 및 연마 후, 렌즈의 외부 가장자리가 렌즈의 중심선 또는 광축을 기준으로 원주에서 완벽하도록 요소의 중심을 맞춥니다. 플라스틱 또는 접합 유리와 수지로 만들어진 렌즈는 동일한 공정으로 생산됩니다. 접합 재료는 비구면 렌즈를 만드는 데 사용되며 이러한 렌즈를 "하이브리드 비구면"이라고 합니다. 이 렌즈의 구면은 센터링 중에 완성됩니다.

코팅 렌즈

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2 성형 렌즈는 산화로부터 재료를 보호하고 반사를 방지하며 "설계된 스펙트럼 전송" 또는 색상 균형 및 표현에 대한 요구 사항을 충족하기 위해 코팅됩니다. 렌즈 표면은 코팅 전에 조심스럽게 청소됩니다. 코팅을 적용하는 기술과 코팅 자체는 제조업체 렌즈의 주요 판매 포인트이며 신중하게 보호되는 비밀입니다. 코팅의 일부 유형에는 금속 산화물, 경합금 불화물 및 진공 공정으로 렌즈와 거울에 적용되는 석영 층이 포함됩니다. 최상의 색상과 빛의 투과를 위해 여러 겹의 코팅을 할 수 있지만 과도한 코팅은 렌즈를 통과하는 빛을 감소시키고 그 유용성을 제한할 수 있습니다.

배럴 생산

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3 배럴에는 다양한 렌즈 요소와 외관을 지지하는 섀시가 포함됩니다. 렌즈의 금속 마운트, 홈 및 움직이는 부분은 렌즈 성능에 매우 중요하며 매우 특정한 공차로 가공됩니다. 렌즈 마운트는 황동, 알루미늄 또는 플라스틱으로 만들 수 있습니다. 대부분의 금속 배럴 구성 요소는 다이캐스트 및 기계 가공됩니다. 금속 마운트는 더 오래 지속되고 치수를 유지하며 더 정밀하게 가공할 수 있으며 필요한 경우 요소를 교체하기 위해 분해할 수 있습니다. 플라스틱 마운트는 더 저렴하고 더 가볍습니다. 배럴이 엔지니어링 플라스틱으로 만들어지면 매우 효율적이고 정밀한 사출 성형 방법으로 생산됩니다. 배럴의 내부 표면도 코팅하여 보호하고 내부 반사 및 플레어를 방지합니다.

렌즈 조립

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4 조리개 및 자동 초점 모듈과 같은 렌즈의 다른 부품은 하위 어셈블리로 생산됩니다. 홍채 조리개는 얇은 금속판에서 잘라낸 구부러진 잎으로 구성됩니다. 금속 잎은 두 개의 판으로 제자리에 고정되어 있습니다. 한 판은 고정되고 다른 판은 움직이며 슬라이딩 핀용 슬롯이 있습니다. 이것은 잎사귀를 배럴 쪽으로 뒤로 밀어서 다이어프램을 열거나 중앙으로 밀어 f-스톱 링을 돌릴 때 구멍을 닫습니다. 렌즈 마운트가 배럴 끝에 부착되면 조리개 어셈블리가 제자리에 고정됩니다. 자동 초점도 추가되고 광학 요소가 배치되고 렌즈가 밀봉됩니다. 최종 조립 후 렌즈는 엄격하게 조정되고 검사됩니다. 광학 해상도, 기계적 기능 및 자동 초점 응답에 대한 설계 표준을 충족해야 합니다. 렌즈는 충격, 낙하 및 진동을 가하여 테스트할 수도 있습니다.

품질 관리

렌즈 제조에 대한 접근 방식은 회사마다 크게 다릅니다. 일부는 산업용 로봇 을 포함한 완전 자동화를 사용합니다. s 제품을 만들기 위해 다른 사람들은 대규모 조립 라인을 사용하고 다른 사람들은 수공예에 자부심을 느낍니다. 그러나 품질과 정밀도는 제조 방식에 관계없이 렌즈 생산에 필수적입니다. 들어오는 재료 및 구성 요소는 품질 및 엔지니어링 사양 준수 여부에 대해 엄격하게 검사됩니다. 자동화된 프로세스도 지속적으로 검사되고 허용 오차 검사를 받습니다. 오랜 훈련을 통해 숙련된 장인들만이 수작업을 수행합니다. 품질 관리 및 스트레스 테스트는 각 제조 단계에 통합되며 요소 및 구성 요소는 정밀 기기로 측정됩니다. 일부 측정 장치는 레이저로 제어되며 렌즈 표면이나 렌즈 중심에서 0.0001밀리미터 미만의 편차를 감지할 수 있습니다.

미래

카메라 렌즈는 많은 분야에서 새로운 발전을 누리고 있습니다. 가장 저렴한 비용으로 최고의 사진에 대한 소비자의 관심은 단순하지만 효과적인 렌즈를 갖춘 일회용 카메라로 이어졌습니다. 전문 사진 작가를 위한 렌즈와 고성능 쌍안경 또는 망원경과 같은 특수 용도를 위한 렌즈는 기존 재료보다 더 민감하고 비싸며 구하기 힘든 이국적인 "비선호" 안경으로 만들어집니다. 이들은 단순한 렌즈처럼 색상이 분산되는 것이 아니라 렌즈를 통과하는 빛의 모든 색상을 병합하여 최상의 이미지를 생성하기 때문에 "비정상 분산" 재료라고 합니다. 물과 기타 액체도 빛을 굴절시키므로 과학자들은 비정상적으로 분산되어 일반 유리 층 사이에 갇혀 이국적인 광학 유리와 동일한 이미지 품질을 생성할 수 있는 액체를 식별했습니다. 일반 또는 "선호하는" 유리(저비용 및 작업성 때문에 선호됨)는 유연한 실리콘 접착제로 액체 주위에 접착됩니다. 결과로 나온 "액체 렌즈"는 전문가용 렌즈의 여러 요소를 대체할 수 있습니다. 또한 액체가 유리의 결함을 채우기 때문에 필요한 코팅과 렌즈 연마의 양을 줄입니다. 렌즈 비용이 절감되고 광투과성이 향상됩니다. 미국, 일본, 유럽의 렌즈 제조사들은 가까운 시일 내에 리퀴드 렌즈 생산을 준비하고 있다.