Kameralinse - Camera lens

Dette afsnit handler om det optiske system. For organismen, se Kamera linse .
Forskellige slags kameralinser, herunder vidvinkel, telefoto og specialitet

En kameralins (også kendt som fotografisk linse eller fotografisk objektiv ) er en optisk linse eller samling af objektiver, der bruges sammen med et kamerahus og en mekanisme til at lave billeder af objekter enten på fotografisk film eller på andre medier, der er i stand til at lagre et billede kemisk eller elektronisk .

Der er ingen principiel forskel mellem en linse, der bruges til et stillkamera , et videokamera , et teleskop , et mikroskop eller andre apparater, men detaljerne i design og konstruktion er forskellige. Et objektiv kan være permanent fastgjort til et kamera, eller det kan udskiftes med objektiver med forskellige brændvidder , blændeåbninger og andre egenskaber.

Selv om det i princippet er tilstrækkeligt med en simpel konveks linse , er det i praksis nødvendigt med en sammensat linse bestående af et antal optiske linseelementer for at korrigere (så meget som muligt) de mange optiske afvigelser, der opstår. Nogle afvigelser vil være til stede i ethvert linsesystem. Det er linsedesignerens opgave at afbalancere disse og producere et design, der er egnet til fotografisk brug og muligvis masseproduktion.

Teori om drift

Typiske retlinede linser kan betragtes som "forbedrede" pinhole "linser" . Som vist er et pinhole "objektiv" simpelthen en lille blænde, der blokerer de fleste lysstråler, ideelt set vælger en stråle til objektet for hvert punkt på billedsensoren. Pinhole -linser har et par alvorlige begrænsninger:

  • Et hulhulskamera med en stor blænde er sløret, fordi hver pixel i det væsentlige er blændeåbningens skygge, så størrelsen er ikke mindre end størrelsen på blændeåbningen (tredje billede). Her er en pixel detektorens område udsat for lys fra et punkt på objektet.
  • Gør pinhullet mindre, forbedrer opløsningen (op til en grænse), men reducerer mængden af ​​fanget lys.
  • På et bestemt tidspunkt forbedrer krympning af hullet ikke opløsningen på grund af diffraktionsgrænsen . Ud over denne grænse gør billedet sløret og mørkere, hvis hullet bliver mindre.

Praktiske linser kan betragtes som et svar på spørgsmålet: "hvordan kan et pinhole -objektiv modificeres for at optage mere lys og give en mindre spotstørrelse?". Et første trin er at placere en simpel konveks linse ved hulhullet med en brændvidde svarende til afstanden til filmplanet (forudsat at kameraet tager billeder af fjerne objekter). Dette gør det muligt at åbne pinhullet betydeligt (fjerde billede), fordi en tynd konveks linse bøjer lysstråler i forhold til deres afstand til linsens akse, hvor stråler rammer midten af ​​linsen, der går lige igennem. Geometrien er næsten den samme som med en simpel pinhole -linse, men i stedet for at blive belyst af enkelte lysstråler, belyses hvert billedpunkt med en fokuseret "blyant" af lysstråler .

  • Princip for et pinhole kamera. Lys stråler fra en genstand passere gennem et lille hul til dannelse af et billede.

  • Med et stort hulhul er billedpletten stor, hvilket resulterer i et sløret billede.

  • Med et lille hulhul reduceres lyset, men diffraktion forhindrer billedpletten i at blive vilkårligt lille.

  • Med et enkelt objektiv kan meget mere lys bringes i skarpt fokus.

Fra kameraets forside ville det lille hul (blændeåbningen) ses. Det virtuelle billede af blænde set fra verden er kendt som objektivets indgangselev ; ideelt set vil alle lysstråler, der efterlader et punkt på objektet, der kommer ind i indgangspupillen, fokuseres på det samme punkt på billedsensoren/filmen (forudsat at objektpunktet er i synsfeltet). Hvis man var inde i kameraet, ville man se objektivet fungere som en projektor . Det virtuelle billede af blænden inde fra kameraet er objektivets udgangspupil . I dette enkle tilfælde er blænden, indgangspupillen og udgangspupillen alle det samme sted, fordi det eneste optiske element er i blændeplanet, men generelt vil disse tre være forskellige steder. Praktiske fotografiske linser indeholder flere linseelementer. De ekstra elementer gør det muligt for linsedesignere at reducere forskellige afvigelser, men funktionsprincippet forbliver det samme: Blyanter af stråler samles ved indgangspupillen og fokuseres ned fra udgangspupillen til billedplanet.

Konstruktion

Uddybende artikler: Fotografisk linse design og historie fotografisk linse design
Den zoomobjektiv samling af Canon Elph

Et kameralinse kan være fremstillet af en række elementer: fra et, som i Box Brownies meniskobjektiv, til over 20 i de mere komplekse zoomer. Disse elementer kan i sig selv omfatte en gruppe linser, der er cementeret sammen.

Det forreste element er afgørende for hele forsamlingens ydeevne. I alle moderne linser er overfladen belagt for at reducere slid, flare og overfladerefleksion og for at justere farvebalancen. For at minimere aberration er krumningen normalt indstillet således, at indfaldsvinklen og brydningsvinklen er ens. I et førsteklasses objektiv er dette let, men i en zoom er der altid et kompromis.

Linsen fokuseres normalt ved at justere afstanden fra linsemodulet til billedplanet eller ved at flytte elementer i linsemodulet. For at forbedre ydeevnen har nogle linser et kamerasystem, der justerer afstanden mellem grupperne, når objektivet er fokuseret. Producenter kalder dette forskellige ting: Nikon kalder det CRC (nærkorrigering); Canon kalder det et flydende system; og Hasselblad og Mamiya kalder det FLE (floating lens element).

Glas er det mest almindelige materiale, der bruges til at konstruere linseelementer, på grund af dets gode optiske egenskaber og modstandsdygtighed over for ridser. Andre materialer bruges også, såsom kvartsglas , fluorit , plastik som akryl (plexiglas), og endda germanium og meteoritisk glas . Plast tillader fremstilling af stærkt asfæriske linseelementer, som er vanskelige eller umulige at fremstille i glas, og som forenkler eller forbedrer linsefremstilling og ydeevne. Plast bruges ikke til de yderste elementer af alle, undtagen de billigste linser, da de let ridser. Støbte plastiklinser har været brugt til de billigste engangskameraer i mange år og har fået et dårligt ry: producenter af kvalitetsoptik har en tendens til at bruge eufemismer som "optisk harpiks". Imidlertid inkluderer mange moderne, højtydende (og høje priser) objektiver fra populære producenter støbte eller hybrid asfæriske elementer, så det er ikke rigtigt, at alle objektiver med plastelementer er af lav fotografisk kvalitet.

Den 1951 USAF opløsning testark er en måde at måle opløsningsevne af en linse. Kvaliteten af ​​materialet, belægninger og konstruktion påvirker opløsningen. Linsens opløsning er i sidste ende begrænset af diffraktion , og meget få fotografiske linser nærmer sig denne opløsning. Dem, der gør det, kaldes "diffraktionsbegrænset" og er normalt ekstremt dyre.

I dag er de fleste linser multi-coatede for at minimere linseflare og andre uønskede effekter. Nogle linser har en UV -belægning for at holde det ultraviolette lys ude, der kan beskadige farve. De fleste moderne optiske cement til limning af glaselementer blokerer også UV -lys, hvilket negerer behovet for et UV -filter. UV -fotografer skal gå langt for at finde linser uden cement eller belægninger.

En linse vil oftest have en blændejusteringsmekanisme, sædvanligvis en iris -membran , for at regulere mængden af ​​lys, der passerer. I tidlige kameramodeller blev der brugt en roterende plade eller skyder med huller i forskellige størrelser. Disse Waterhouse -stop findes stadig på moderne, specialiserede objektiver. En lukker , der regulerer den tid, hvorunder lys kan passere, kan inkorporeres i linsemodulet (for billedkvalitet i bedre kvalitet), inde i kameraet eller endda sjældent foran linsen. Nogle kameraer med bladskodder i objektivet udelader blændeåbningen, og lukkeren gør dobbelt arbejde.

Blænde og brændvidde

Forskellige blændeåbninger på det samme objektiv.
Hvordan brændvidde påvirker fotosammensætning: justering af kameraets afstand til hovedmotivet, mens brændvidde ændres, kan hovedmotivet forblive den samme størrelse, mens det andet i en anden afstand ændrer størrelse.

De to grundlæggende parametre for en optisk linse er brændvidden og den maksimale blænde . Objektivets brændvidde bestemmer forstørrelsen af ​​billedet, der projiceres på billedplanet, og blænden lysets intensitet. For et givet fotografisk system bestemmer brændvidden visningsvinklen , korte brændvidder giver et bredere synsfelt end objektiver med længere brændvidde. En større blænde, der er identificeret med et mindre f-tal, gør det muligt at bruge en hurtigere lukkerhastighed til den samme eksponering. Den kamera ligning , eller G #, er forholdet mellem udstråling når kameraet sensoren til bestråling på brændplanet af kameralinsen.

Den maksimale anvendelige blænde for et objektiv er angivet som brændvidde eller f-tal , defineret som objektivets brændvidde divideret med den effektive blænde (eller indgangspupil ), et dimensionsløst tal. Jo lavere f-tal, jo højere lysintensitet ved brændplanet. Større blændeåbninger (mindre f-tal) giver en langt lavere dybdeskarphed end mindre blændeåbninger, andre betingelser er ens. Praktiske linsesamlinger kan også indeholde mekanismer til håndtering af lysmåling, sekundære blænder til reduktion af blænding og mekanismer til at holde blænde åben indtil eksponeringsøjeblikket for at give SLR -kameraer mulighed for at fokusere med et lysere billede med en lavere dybdeskarphed, hvilket teoretisk set tillader bedre fokusnøjagtighed.

Brændvidder er normalt angivet i millimeter (mm), men ældre linser kan være markeret i centimeter (cm) eller tommer. For en given film eller sensorstørrelse, angivet ved diagonalets længde, kan en linse klassificeres som:

  • Normal linse : synsvinklen på diagonalen omkring 50 ° og en brændvidde, der er omtrent lig med billeddiagonalet.
  • Vidvinkelobjektiv : Synsvinkel bredere end 60 ° og brændvidde kortere end normalt.
  • Objektiv med langt fokus : enhver linse med en brændvidde, der er længere end filmens eller sensorens diagonale mål. Synsvinklen er smallere. Den mest almindelige type langfokuslinser er teleobjektivet , et design, der bruger specielle optiske konfigurationer til at gøre linsen kortere end dens brændvidde.

En bivirkning ved brug af objektiver med forskellige brændvidder er de forskellige afstande, hvorfra et motiv kan indrammes, hvilket resulterer i et andet perspektiv . Der kan tages fotografier af en person, der strækker en hånd ud med en vidvinkel, en normal linse og et telefoto, som indeholder nøjagtig samme billedstørrelse ved at ændre afstanden til motivet. Men perspektivet vil være et andet. Med vidvinklen vil hænderne være overdrevent store i forhold til hovedet. Når brændvidden øges, falder vægten på den udstrakte hånd. Men hvis billeder tages fra samme afstand og forstørres og beskæres for at indeholde samme visning, vil billederne have identisk perspektiv. En moderat langfokuslinse (teleobjektiv) anbefales ofte til portrætter, fordi det perspektiv, der svarer til den længere optagelsesafstand, anses for at se mere flatterende ud.

Det bredeste blændeobjektiv i fotografiets historie menes at være Carl Zeiss Planar 50mm f/0.7 , som er designet og fremstillet specielt til NASA Apollo -måneprogrammet til at fange den anden side af månen i 1966. Tre af disse objektiver blev købt af filmskaber Stanley Kubrick for at filme scener i hans film Barry Lyndon ved hjælp af stearinlys som den eneste lyskilde.

Et eksempel på hvordan linsevalg påvirker synsvinklen. Billederne er taget med et 35 mm kamera i en konstant afstand fra motivet.

  • 28 mm objektiv

  • 50 mm linse

  • 70 mm linse

  • 210 mm linse

Antal elementer

Hovedartikel: Fotografisk linsedesign

Kompleksiteten af ​​en linse - antallet af elementer og deres grad af asfæricitet - afhænger af synsvinklen, den maksimale blænde og det tilsigtede prispunkt blandt andre variabler. En ekstrem vidvinkelobjektiv med stor blænde skal være af meget kompleks konstruktion for at korrigere for optiske aberrationer, som er værre ved kanten af ​​feltet, og når kanten af ​​en stor linse bruges til billeddannelse. Et objektiv med lang fokus med lille blænde kan have en meget enkel konstruktion for at opnå sammenlignelig billedkvalitet: en dublet (to elementer) vil ofte være tilstrækkelig. Nogle ældre kameraer var udstyret med konvertible linser (tysk: Satzobjektiv ) med normal brændvidde. Det forreste element kan skrues af, hvilket efterlader et objektiv på det dobbelte af brændvidden, og halvdelen af ​​synsvinklen og det halve blænde. Den enklere halvlins var af passende kvalitet til den snævre synsvinkel og den lille relative blænde. Det var klart, at bælgen måtte strække sig til det dobbelte af den normale længde.

Linser af god kvalitet med maksimal blændeåbning ikke større end f/2,8 og fast, normal brændvidde har brug for mindst tre (triplet) eller fire elementer (handelsnavnet " Tessar " stammer fra den græske tessera , hvilket betyder "fire"). De zoomer med det bredeste område har ofte femten eller flere. Refleksion af lys ved hver af de mange grænseflader mellem forskellige optiske medier (luft, glas, plastik) forringede alvorligt kontrasten og farvemætningen af tidlige linser, især zoomlinser, især hvor linsen blev direkte belyst af en lyskilde. Indførelsen af ​​optiske belægninger for mange år siden og fremskridt inden for belægningsteknologi gennem årene har resulteret i store forbedringer, og moderne zoomobjektiver af høj kvalitet giver billeder af ganske acceptabel kontrast, selvom zoomobjektiver med mange elementer vil transmittere mindre lys end objektiver lavet med færre elementer (alle andre faktorer såsom blænde, brændvidde og belægninger er ens).

Objektivbeslag

Hovedartikel: Objektivmontering

Mange enkeltobjektivrefleks-kameraer og nogle afstandsmåler-kameraer har aftagelige objektiver. Et par andre typer gør det også, især Mamiya TLR-kameraer og spejlreflekskameraer, mellemformatkameraer (RZ67, RB67, 645-1000s) andre virksomheder, der producerer mellemformatudstyr som Bronica, Hasselblad og Fuji har lignende kamerastilarter, der tillader udskiftning i linserne også og spejlfrie kameraer med udskifteligt objektiv . Linserne fastgøres til kameraet ved hjælp af et objektivfæste , som indeholder mekaniske forbindelser og ofte også elektriske kontakter mellem objektivet og kamerahuset.

Objektivmonteringsdesignet er et vigtigt problem for kompatibilitet mellem kameraer og objektiver. Der er ingen universel standard for objektivfæster, og hver større kameraproducent bruger typisk sit eget proprietære design, der er inkompatibelt med andre producenter. Et par ældre design til objektivmontering med manuelt fokus, såsom Leica M39 -objektivfæste til afstandsmålere, M42 -objektivmontering til tidlige spejlreflekskameraer og Pentax K -fatning findes på tværs af flere mærker, men det er ikke almindeligt i dag. Et par monteringsdesign, f.eks. Olympus / Kodak Four Thirds System -mount til DSLR'er, er også blevet licenseret til andre producenter. De fleste storformatkameraer tager også udskiftelige objektiver, som normalt er monteret i et linsebræt eller på forsiden.

De mest almindelige udskiftelige objektivholdere på markedet i dag omfatter Canon EF , EF-S og EF-M autofokus objektivfæster, Nikon F manuelle og autofokus fatninger, Olympus/Kodak Four Thirds og Olympus/Panasonic Micro Four Thirds digital-only mounts, Pentax K mount og autofokus varianter, Sony Alpha mount (afledt af Minolta mount) og Sony E digital-only mount.

Objektivtyper

"Nærbillede" eller makro

Et makroobjektiv, der bruges til makro- eller "close-up" -fotografering (ikke at forveksle med sammensætningsbegrebet nærbillede ) er enhver linse, der producerer et billede på brændplanet (dvs. film eller en digital sensor), der udgør en fjerdedel af livsstørrelse (1: 4) til samme størrelse (1: 1) som motivet, der skal fotograferes. Der er ingen officiel standard for at definere et makroobjektiv, normalt et prime -objektiv , men et 1: 1 -forhold betragtes typisk som "sand" makro. Forstørrelse fra livsstørrelse til større kaldes "mikro" fotografering (2: 1, 3: 1 osv.). Denne konfiguration bruges generelt til at afbilde nærbilleder af meget små motiver. Et makroobjektiv kan have en hvilken som helst brændvidde, idet den faktiske fokuslængde bestemmes af dets praktiske anvendelse i betragtning af forstørrelse, det nødvendige forhold, adgang til motivet og belysningshensyn. Det kan være en speciel linse, der er korrigeret optisk til nærarbejde, eller det kan være en hvilken som helst linse, der er modificeret (med adaptere eller afstandsstykker, som også er kendt som "forlængerrør".) For at bringe fokusplanet "fremad" til meget tæt fotografering. Afhængigt af kameraet til motivafstand og blænde kan dybdeskarpheden være meget snæver, hvilket begrænser den lineære dybde af det område, der vil være i fokus. Normalt stoppes linser for at give en større dybdeskarphed.

Zoom

Hovedartikel: Zoomobjektiv

Nogle objektiver, kaldet zoomobjektiver , har en brændvidde, der varierer, når indre elementer flyttes, typisk ved at dreje tønden eller trykke på en knap, der aktiverer en elektrisk motor . Almindeligvis kan objektivet zoome fra moderat vidvinkel, gennem normal til moderat telefoto; eller fra normal til ekstrem telefoto. Zoomområdet er begrænset af fremstillingsbegrænsninger; idealet om et objektiv med stor maksimal blænde, der vil zoome fra ekstrem vidvinkel til ekstremt telefoto, kan ikke opnås. Zoomobjektiver bruges i vid udstrækning til småformatkameraer af alle typer: still- og cine-kameraer med faste eller udskiftelige objektiver. Bulk og pris begrænser deres anvendelse til større filmstørrelser. Motoriserede zoomobjektiver kan også have fokus, iris og andre funktioner motoriseret.

Særligt formål

Et tilt/shift -objektiv, der er indstillet til dets maksimale hældningsgrad i forhold til kamerahuset.

Historie og teknisk udvikling af fotografiske kameralinser

Yderligere information: Historie om fotografisk linse design

Objektivdesign

Hovedartikel: Fotografisk linsedesign

Nogle bemærkelsesværdige fotografiske optiske linsedesign er:

Sammenklappelig Leica afstandsmålerobjektiv

Se også

Referencer

Kilder

eksterne links