Kameralins - Camera lens
En kameralins (även känd som fotografisk lins eller fotografisk objektiv ) är en optisk lins eller samling av linser som används tillsammans med en kamerahus och mekanism för att göra bilder av föremål antingen på fotografisk film eller på andra medier som kan lagra en bild kemiskt eller elektroniskt .
Det finns ingen större principskillnad mellan ett objektiv som används för en stillbildskamera , en videokamera , ett teleskop , ett mikroskop eller annan apparat, men detaljerna i design och konstruktion är olika. Ett objektiv kan vara permanent fixerat på en kamera, eller det kan vara utbytbart med objektiv med olika brännvidd , bländare och andra egenskaper.
Även om det i princip räcker med en enkel konvex lins , krävs i praktiken en sammansatt lins som består av ett antal optiska linselement för att korrigera (så mycket som möjligt) de många optiska avvikelser som uppstår. Vissa avvikelser kommer att finnas i alla linssystem. Det är linsdesignerns uppgift att balansera dessa och ta fram en design som är lämplig för fotografisk användning och eventuellt massproduktion.
Teori om drift
Typiska rätlinjiga linser kan ses som "förbättrade" hål "linser" . Som visat är ett "hål" -lins helt enkelt en liten bländare som blockerar de flesta ljusstrålar, helst väljer man en stråle till objektet för varje punkt på bildsensorn. Pinhole -linser har några allvarliga begränsningar:
- En hålkamera med stor bländare är suddig eftersom varje pixel i huvudsak är skuggan av bländarstoppet, så dess storlek är inte mindre än bländarens storlek (tredje bilden). Här är en pixel området för detektorn som exponeras för ljus från en punkt på objektet.
- Om du gör hålet mindre förbättras upplösningen (upp till en gräns), men minskar mängden ljus som fångas.
- Vid en viss punkt förbättrar inte krympningen av hålet upplösningen på grund av diffraktionsgränsen . Utöver denna gräns, gör hålet mindre gör bilden suddigare och mörkare.
Praktiska linser kan ses som ett svar på frågan: "hur kan en hållins modifieras för att släppa in mer ljus och ge en mindre fläckstorlek?". Ett första steg är att sätta en enkel konvex lins vid nålhålet med en brännvidd lika med avståndet till filmplanet (förutsatt att kameran tar bilder på avlägsna föremål). Detta gör att pinhålet kan öppnas avsevärt (fjärde bilden) eftersom en tunn konvex lins böjer ljusstrålar i proportion till deras avstånd till linsaxeln, med strålar som träffar linsens mitt genomgående rakt igenom. Geometrin är nästan densamma som med en enkel pinhole -lins, men snarare än att bli upplyst av enstaka ljusstrålar, belyses varje bildpunkt med en fokuserad "penna" av ljusstrålar .
Princip för en hålkamera. Ljusstrålar från ett objekt passerar genom ett litet hål för att bilda en bild.
Med ett stort hål är bildplatsen stor, vilket resulterar i en suddig bild.
Med ett litet nålhål reduceras ljuset, men diffraktion förhindrar att bildfläcken blir godtyckligt små.
Med ett enkelt objektiv kan mycket mer ljus sättas i skarpt fokus.
Från kamerans framsida skulle det lilla hålet (bländaren) ses. Den virtuella bilden av bländaren sett från världen är känd som linsens ingångselev ; helst kommer alla ljusstrålar som lämnar en punkt på objektet som kommer in i ingångseleven att fokuseras till samma punkt på bildsensorn/filmen (förutsatt att objektpunkten befinner sig i synfältet). Om en var inne i kameran skulle man se objektivet fungera som en projektor . Den virtuella bilden av bländaren inifrån kameran är linsens utgångspupil . I detta enkla fall är bländaren, ingångspupillen och utgångspupilen alla på samma plats eftersom det enda optiska elementet är i bländarens plan, men i allmänhet kommer dessa tre att vara på olika platser. Praktiska fotografiska linser innehåller fler linselement. De ytterligare elementen gör det möjligt för linsdesigners att minska olika avvikelser, men funktionsprincipen förblir densamma: strålpennor samlas upp vid ingångspupillen och fokuseras ner från utgångspupilen till bildplanet.
Konstruktion
En kameralins kan vara gjord av ett antal element: från en, som i Box Brownies menisklins, till över 20 i de mer komplexa zoomningarna. Dessa element kan själva innefatta en grupp linser som är cementerade ihop.
Det främre elementet är avgörande för hela enhetens prestanda. I alla moderna linser är ytan belagd för att minska nötning, bloss och ytreflektans samt för att justera färgbalansen. För att minimera aberration är krökningen vanligtvis inställd så att infallsvinkeln och brytningsvinkeln är lika. I ett utmärkt objektiv är detta enkelt, men i en zoom finns det alltid en kompromiss.
Linsen fokuseras vanligtvis genom att justera avståndet från linsenheten till bildplanet eller genom att flytta element i linsenheten. För att förbättra prestanda har vissa linser ett kamsystem som justerar avståndet mellan grupperna när objektivet är fokuserat. Tillverkare kallar detta olika saker: Nikon kallar det CRC (närområdeskorrigering); Canon kallar det ett flytande system; och Hasselblad och Mamiya kallar det FLE (flytande linselement).
Glas är det vanligaste materialet som används för att konstruera linselement, på grund av dess goda optiska egenskaper och motståndskraft mot repor. Andra material används också, till exempel kvartsglas , fluorit , plast som akryl (plexiglas), och till och med germanium och meteoritiskt glas . Plast tillåter tillverkning av starkt asfäriska linselement som är svåra eller omöjliga att tillverka i glas, och som förenklar eller förbättrar linstillverkning och prestanda. Plast används inte för de yttersta elementen av alla utom de billigaste linserna eftersom de lätt repas. Gjutna plastlinser har använts för de billigaste engångskamerorna i många år och har fått ett dåligt rykte: tillverkare av kvalitetsoptik tenderar att använda eufemismer som "optisk harts". Men många moderna, högpresterande (och högprissatta) linser från populära tillverkare inkluderar gjutna eller hybrid asfäriska element, så det är inte sant att alla linser med plastelement har låg fotografisk kvalitet.
Den 1951 USAF upplösning testkarta är ett sätt att mäta upplösningsförmågan hos en lins. Materialets kvalitet, beläggningar och konstruktion påverkar upplösningen. Linsupplösningen är ytterst begränsad av diffraktion , och mycket få fotografiska linser närmar sig denna upplösning. De som gör det kallas "diffraktionsbegränsad" och är vanligtvis extremt dyra.
Idag är de flesta linser mångfärgade för att minimera linsflammor och andra oönskade effekter. Vissa linser har en UV -beläggning för att undvika det ultravioletta ljuset som kan skada färgen. De flesta moderna optiska cement för limning av glaselement blockerar också UV -ljus, vilket förnekar behovet av ett UV -filter. UV -fotografer måste gå långt för att hitta linser utan cement eller beläggningar.
En lins har oftast en bländarjusteringsmekanism, vanligtvis ett irismembran , för att reglera mängden ljus som passerar. I tidiga kameramodeller användes en roterande platta eller reglage med olika stora hål. Dessa Waterhouse -stopp kan fortfarande hittas på moderna, specialiserade linser. En slutare , för att reglera den tid under vilken ljus kan passera, kan införlivas i linsenheten (för bättre bildkvalitet), inuti kameran eller till och med sällan framför linsen. Vissa kameror med lövluckor i objektivet utelämnar bländaren och slutaren gör dubbelt.
Bländare och brännvidd
De två grundläggande parametrarna för en optisk lins är brännvidden och maximal bländare . Objektivets brännvidd bestämmer förstoringen av bilden som projiceras på bildplanet och bländaren ljusintensiteten för den bilden. För ett givet fotografiskt system bestämmer brännvidden synvinkeln , korta brännvidden ger ett bredare synfält än objektiv med längre brännvidd. En bredare bländare, identifierad med ett mindre f-tal, gör det möjligt att använda en snabbare slutartid för samma exponering. Den kamera ekvation , eller G #, är förhållandet av utstrålning når kamerans sensor till irradiansen på fokalplanet av kameralinsen.
Linsens maximala bländare är specificerad som brännvidd eller f-tal , definierat som objektivets brännvidd dividerat med den effektiva bländaren (eller ingångspupillen ), ett måttlöst tal. Ju lägre f-tal, desto högre ljusintensitet vid brännplanet. Större bländare (mindre f-nummer) ger ett mycket grundare skärpedjup än mindre bländare, andra villkor är lika. Praktiska linsaggregat kan också innehålla mekanismer för att hantera ljusmätning, sekundära bländare för minskning av fläckar och mekanismer för att hålla bländaren öppen fram till exponeringsögonblicket för att göra det möjligt för SLR -kameror att fokusera med en ljusare bild med grundare skärpedjup, vilket teoretiskt möjliggör bättre fokusnoggrannhet.
Brännvidden anges vanligtvis i millimeter (mm), men äldre linser kan vara markerade i centimeter (cm) eller tum. För en viss film eller sensorstorlek, specificerad av diagonalens längd, kan en lins klassificeras som:
- Normal lins : bildvinkeln för diagonalen cirka 50 ° och en brännvidd ungefär lika med bilddiagonal.
- Vidvinkelobjektiv : synvinkel bredare än 60 ° och brännvidd kortare än normalt.
- Långfokuslins : alla objektiv med en brännvidd som är längre än filmens eller sensorns diagonala mått. Synvinkeln är smalare. Den vanligaste typen av långfokuslins är teleobjektivet , en design som använder speciella optiska konfigurationer för att göra objektivet kortare än brännvidden.
En bieffekt av att använda objektiv med olika brännvidd är de olika avstånden från vilka ett motiv kan ramas in, vilket resulterar i ett annat perspektiv . Fotografier kan tas av en person som sträcker ut en hand med en vidvinkel, ett normalt objektiv och ett telefoto, som innehåller exakt samma bildstorlek genom att ändra avståndet från motivet. Men perspektivet blir annorlunda. Med vidvinkeln kommer händerna att vara överdrivet stora i förhållande till huvudet. När brännvidden ökar minskar betoningen på den utsträckta handen. Men om bilder tas från samma avstånd och förstoras och beskärs för att innehålla samma vy, kommer bilderna att ha identiskt perspektiv. Ett måttligt långfokus (teleobjektiv) rekommenderas ofta för porträtt eftersom perspektivet som motsvarar det längre fotograferingsavståndet anses se mer smickrande ut.
Det bredaste bländarobjektivet i fotografiets historia tros vara Carl Zeiss Planar 50mm f/0.7 , som designades och gjordes speciellt för NASA Apollo -månprogrammet för att fånga månens bortre sida 1966. Tre av dessa linser köptes av filmaren Stanley Kubrick för att filma scener i hans film Barry Lyndon , med hjälp av levande ljus som enda ljuskälla.
28 mm objektiv
50 mm objektiv
70 mm objektiv
210 mm objektiv
Antal element
Linsens komplexitet - antalet element och deras grad av asfäritet - beror bland annat på synvinkeln, maximal bländare och avsedd prispunkt. En extrem vidvinkelobjektiv med stor bländare måste vara av mycket komplex konstruktion för att korrigera för optiska aberrationer, som är sämre vid fältkanten och när kanten på en stor lins används för bildbildning. En långfokuserad lins med liten bländare kan ha en mycket enkel konstruktion för att uppnå jämförbar bildkvalitet: en dublett (två element) räcker ofta. Vissa äldre kameror var utrustade med konvertibla objektiv (tyska: Satzobjektiv ) med normal brännvidd. Det främre elementet kan skruvas av och lämnar ett objektiv med två gånger brännvidden och hälften av synvinkeln och halva bländaren. Den enklare halvlinsen var av tillräcklig kvalitet för den smala synvinkeln och den lilla relativa bländaren. Uppenbarligen var bälgen tvungen att förlängas till dubbelt den normala längden.
Linser av hög kvalitet med maximal bländare högst f/2,8 och fast, normal brännvidd behöver minst tre (triplet) eller fyra element (handelsnamnet " Tessar " härrör från den grekiska tessera , vilket betyder "fyra"). De bredaste zoomningarna har ofta femton eller fler. Ljusreflektionen vid vart och ett av de många gränssnitten mellan olika optiska medier (luft, glas, plast) försämrade allvarligt kontrasten och färgmättnaden hos tidiga linser, särskilt zoomobjektiv, särskilt där linsen direkt belystes av en ljuskälla. Införandet för många år sedan av optiska beläggningar och framsteg inom beläggningsteknologi genom åren har resulterat i stora förbättringar, och moderna zoomlinser av hög kvalitet ger bilder med ganska acceptabel kontrast, även om zoomobjektiv med många element sänder mindre ljus än linser med färre element (alla andra faktorer som bländare, brännvidd och beläggningar är lika).
Objektivfästen
Många enkla linsreflexkameror och vissa avståndsmätarkameror har avtagbara linser. Några andra typer gör det också, i synnerhet Mamiya TLR-kameror och SLR, mellanformatskameror (RZ67, RB67, 645-1000s) andra företag som producerar mediumformat utrustning som Bronica, Hasselblad och Fuji har liknande kamerastilar som möjliggör utbytbarhet i även linserna och spegelfria kameror med utbytbara objektiv . Linserna fästs på kameran med ett objektivfäste , som innehåller mekaniska länkar och ofta även elektriska kontakter mellan linsen och kamerahuset.
Objektivfäste är en viktig fråga för kompatibilitet mellan kameror och objektiv. Det finns ingen universell standard för objektivfästen, och varje stor kameratillverkare använder vanligtvis sin egen proprietära design, som inte är kompatibel med andra tillverkare. Några äldre manuella objektivfäste, som Leica M39 -objektivfäste för avståndsmätare, M42 -objektivfäste för tidiga spegelreflexkameror och Pentax K -fäste finns på flera märken, men det är inte vanligt idag. Några monteringsdesigner, till exempel Olympus / Kodak Four Thirds System -fäste för DSLR, har också licensierats till andra tillverkare. De flesta storformatskameror tar också utbytbara objektiv, som vanligtvis är monterade i en objektivskiva eller på framsidan.
De vanligaste utbytbara objektivfästena på marknaden idag inkluderar Canon EF , EF-S och EF-M autofokuslinsfästen, Nikon F manuella och autofokusfästen, Olympus/Kodak Four Thirds och Olympus/Panasonic Micro Four Thirds digital-only fästen, Pentax K-fästen och autofokusvarianter, Sony Alpha- fästet (härrörande från Minolta- fästet) och Sony E -fästet endast.
Typer av linser
"Närbild" eller makro
En makroobjektiv som används vid makro- eller "närbild" -fotografering (för att inte förväxla med kompositionsbegreppet närbild ) är alla objektiv som producerar en bild på brännplanet (dvs. film eller en digital sensor) som är en fjärdedel av livsstorlek (1: 4) till samma storlek (1: 1) som motivet som avbildas. Det finns ingen officiell standard för att definiera ett makroobjektiv, vanligtvis ett primärobjektiv , men ett 1: 1 -förhållande anses vanligtvis vara "sant" makro. Förstoring från livsstorlek till större kallas "Mikrofotografering" (2: 1, 3: 1 etc.). Denna konfiguration används i allmänhet för att avbilda närbilder på mycket små motiv. Ett makroobjektiv kan ha valfri brännvidd, den faktiska fokuslängden bestäms av dess praktiska användning, med tanke på förstoring, erforderligt förhållande, tillgång till motivet och belysningsöverväganden. Det kan vara ett speciellt objektiv som korrigeras optiskt för närarbete eller det kan vara vilket objektiv som helst som är modifierat (med adaptrar eller distanser, som också kallas "förlängningsrör".) För att fokalplanet "framåt" för mycket nära fotografering. Beroende på kamerans och motivavståndet och bländaren kan skärpedjupet vara mycket smalt, vilket begränsar det linjära djupet för det område som kommer att vara i fokus. Linser stoppas vanligtvis för att ge ett större skärpedjup.
Zoom
Vissa objektiv, så kallade zoomobjektiv , har en brännvidd som varierar när inre element flyttas, vanligtvis genom att rotera fatet eller trycka på en knapp som aktiverar en elmotor . Vanligtvis kan objektivet zooma från måttlig vidvinkel, genom normal, till måttlig tele; eller från normalt till extremt telefoto. Zoomområdet är begränsat av tillverkningsbegränsningar; Idealet för ett objektiv med stor maximal bländare som kommer att zooma från extrem vidvinkel till extremt telefoto är inte möjligt. Zoomlinser används i stor utsträckning för småformatskameror av alla typer: kameror med stillbilder och kameror med fasta eller utbytbara objektiv. Bulk och pris begränsar deras användning för större filmstorlekar. Motoriserade zoomobjektiv kan också ha fokus, iris och andra funktioner motoriserade.
Speciell anledning
- Apochromat (apo) linser har extra korrigering för kromatisk aberration .
- Processlinser har extrema korrigeringar för avvikelser i geometri ( pincushion distortion , fat distortion ) och är i allmänhet avsedda att användas på ett specifikt avstånd och vid liten bländare.
- Förstoringslinser är gjorda för att användas med fotografiska förstorare (specialiserade projektorer), snarare än kameror.
- Linser för flygfotografering .
- Skiftlinsen gör att objektivet kan höjas eller sänkas i förhållande till filmen på sensorplanet för att korrigera eller överdriva perspektivförvrängning.
- Fisheye-linser : extrema vidvinkelobjektiv med en synvinkel på upp till 180 grader eller mer, med mycket märkbar (och avsedd) snedvridning.
- Stereoskopiska linser , för att producera par fotografier som ger en tredimensionell effekt när de ses med en lämplig tittare.
- Mjuka fokuslinser som ger en mjuk, men inte ur fokus, bild och har en ofullkomligt avlägsnande effekt populär bland porträtt- och modefotografer.
- Infraröda linser
- Ultravioletta linser
- Svängbara linser roterar medan de är fästa vid en kamerahus för att ge unika perspektiv och kameravinklar.
- Skiftlinser och lutnings-/skiftlinser (kollektivt perspektiviska kontrollobjektiv ) möjliggör särskild kontroll av perspektivet på SLR -kameror genom att härma kamerarörelser .
Historia och teknisk utveckling av fotografiska kameralinser
Linsdesign
Några anmärkningsvärda fotografiska optiska linser är:
- Angenieux retrofocus
- Cooke triplet
- Dubbel-Gauss
- Goerz Dagor
- Leitz Elmar
- Rapid Rectilinear
- Zeiss Sonnar
- Zeiss Planar
- Zeiss Tessar
Se även
- Anti-imma behandling av optiska ytor
- Objektiv i stort format
- Lins (optik)
- Linsskydd
- Linsskydd
- Objektiv för SLR- och DSLR -kameror
- Telekonverter
- Teleside -omvandlare
- William Taylor (uppfinnare)
- Optiskt tåg
Referenser
Källor
- Kingslake, Rudolf (1989). En historia om det fotografiska objektivet . Boston: Academic Press. ISBN 978-0-12-408640-1.
- Guy, NK (2012). Linsen: En praktisk guide för den kreativa fotografen . Rocky Nook. ISBN 978-1-933952-97-0.
