Lente de la cámara

Antecedentes

La lente de la cámara es una invención que intenta duplicar el funcionamiento del ojo humano. Al igual que el ojo, la lente ve una imagen, la enfoca y transmite sus colores, nitidez y brillo a través de la cámara a la película fotográfica . que, como nuestra memoria, registra la imagen para su procesamiento y uso futuro. Las lentes están hechas de vidrio óptico o plástico. Enfocan los rayos de luz refractando o curvándolos para que se encuentren o converjan en un punto común.

Una lente simple "ve" bien a través de su centro, pero su visión alrededor de los bordes tiende a difuminarse. El desenfoque, los cambios de color, la distorsión de las líneas y los halos de color alrededor de los objetos son causados ​​por defectos en la lente llamados aberraciones. Algunas aberraciones se pueden corregir en la lente simple dando forma a una o ambas superficies para que sean asféricas; Las curvas asféricas varían como las curvas de una parábola, en lugar de permanecer constantes como la curvatura de una esfera. La lente de una cámara reduce los efectos de las aberraciones al reemplazar una lente simple con un grupo de lentes llamados elementos de lente, que son lentes de diferentes formas y distancias de separación. El cristalino se vuelve más complejo a medida que se logra una mayor corrección de la visión. La lente también será más compleja según el tamaño de la apertura (la apertura que permite que pase la luz) y el rango de ángulos que "ve". El diseño de lentes solía depender del arte del óptico y de una considerable experimentación. Hoy en día, los programas de computadora pueden ajustar la forma y el espaciado de los elementos de las lentes, determinar sus efectos entre sí y evaluar los costos de producción de las lentes.

Los elementos de la lente generalmente se describen por su forma. La lente convexa se curva hacia afuera; una lente biconvexa se curva hacia afuera en ambos lados, y una lente plano-convexa es plana en un lado y curvada hacia afuera en el otro. También hay lentes cóncavas, bicóncavas y plano cóncavas. Los elementos no son necesariamente simétricos y pueden curvarse más en un lado que en el otro. El engrosamiento de la mitad de la lente en relación con sus bordes hace que los rayos de luz converjan o se enfoquen. Las lentes con bordes gruesos y medios delgados hacen que los rayos de luz se dispersen. Una lente de cámara compleja contiene una serie de elementos especialmente agrupados. La combinación de la composición, la forma y la agrupación de los elementos maximiza las propiedades de flexión de la luz de los elementos individuales para producir la imagen deseada. La lente se enfoca acercándola o alejándola de la película o del plano focal. La lente se puede torcer, haciendo que los elementos de la lente se muevan hacia adentro y hacia afuera a lo largo de una rosca en espiral mecanizada en la carcasa de la lente. Al girar la lente también se mueve una escala en la carcasa que muestra la distancia del mejor enfoque.

El tope o diafragma es una parte especializada de la lente. En las cámaras simples, el tope es un tope fijo o un anillo de chapa negra que se coloca de forma permanente frente a la lente. Las cámaras de caja, las cámaras de estudio y algunas cámaras de fabricación europea utilizan un tope deslizante, que es una tira de metal que se desliza por la parte frontal del objetivo entre las ranuras. Tiene dos o más agujeros de diferentes tamaños que son las aberturas. Las lentes con tope variable tienen un anillo mecanizado en la parte exterior de la montura de la lente, impreso con números f-stop. Al girar este anillo, el diafragma se puede abrir o cerrar. Este diafragma de iris funciona de manera muy similar al iris del ojo al permitir ajustes para diversas condiciones de luz.

La lente de una cámara compacta suele ser una lente de uso general con una distancia focal normal que toma fotografías de una imagen tal como la ven nuestros ojos. Los objetivos diseñados para propósitos especiales se utilizan con cámaras más avanzadas. Los teleobjetivos funcionan de forma muy parecida a los binoculares o telescopios . y hacer que una imagen distante parezca más cercana. Las lentes de gran angular hacen que la imagen parezca más lejana; Una lente panorámica es un tipo especial de lente gran angular que es útil para tomar fotografías de grandes extensiones de paisaje. Algunas cámaras desechables están equipadas con lentes panorámicas. Una lente ojo de pez es también un tipo especial de lente gran angular que distorsiona deliberadamente la imagen de modo que la parte central se agranda y los detalles exteriores de la imagen se comprimen. Las lentes de ojo de pez cubren ángulos muy amplios como vistas de horizonte a horizonte. Otra lente de propósito especial es la lente de enfoque variable, también llamada lente de "zoom". Utiliza elementos de lentes móviles para ajustar la distancia focal para acercar o alejar al sujeto. Estas lentes son complejas y pueden contener de 12 a 20 elementos de lente; sin embargo, una lente de enfoque variable puede reemplazar a varias otras lentes. Algunas cámaras compactas también tienen funciones limitadas de zoom, telefoto o gran angular. La cámara réflex de objetivo único (SLR) está diseñada para que el fotógrafo vea la misma vista que el objetivo a través del visor. Esto permite al fotógrafo planificar la imagen que aparecerá en la película con la flexibilidad de una variedad de lentes intercambiables.

Historial

La lente de la cámara evolucionó a partir de lentes ópticas desarrolladas para otros fines y se desarrolló con la cámara y la película fotográfica. En 1568, un noble veneciano, Daniel Barbaro, colocó una lente sobre el orificio de la caja de una cámara y estudió la nitidez de la imagen y el enfoque. Su primer lente fue de los anteojos convexos de un anciano. El astrónomo Johann Kepler elaboró ​​los experimentos de Barbaro en 1611 describiendo lentes simples y compuestas, explicando la inversión de imágenes y ampliando imágenes agrupando lentes convexas y cóncavas.

En la década de 1800, las primeras cámaras de caja tenían una lente montada en la abertura de la caja. La lente invirtió la imagen en una placa sensible a la luz en la parte posterior de la caja. No había obturador para abrir la lente; en cambio, se quitó una tapa de lente durante varios segundos o más para exponer la placa. Las mejoras en la sensibilidad de la placa requirieron formas de controlar la exposición. Se hicieron máscaras con aberturas de diferentes tamaños para su inserción cerca de la lente. El diafragma de iris también se desarrolló para controlar la apertura. Sus hojas de metal se abren y se cierran para formar una abertura circular de diámetro variable.

En 1841, Joseph Petzval de Viena diseñó una lente para retratos con una apertura rápida. Anteriormente, los objetivos hechos para cámaras de daguerrotipo eran los más adecuados para la fotografía de paisajes. La lente de Petzval permitía tomar retratos diez veces más rápido y era menos probable que la fotografía saliera borrosa. En 1902, Paul Rudolph desarrolló la lente Zeiss Tessar, considerada la más popular jamás creada. En 1918, produjo la lente Plasmat, que puede ser la lente de cámara más fina jamás fabricada. Rudolph fue seguido en breve por Max Berek, quien diseñó lentes nítidos y rápidos que eran ideales para cámaras en miniatura.

Otros desarrollos esenciales en la historia de las lentes incluyen la tecnología de recubrimiento de lentes, el uso de vidrio de tierras raras y los métodos de cálculo hechos posibles por la computadora. Katharine B. Blodgett desarrolló técnicas para lentes de capa delgada con película de jabón para eliminar el reflejo y mejorar la transmisión de la luz en 1939. C. Hawley Cartwright continuó el trabajo de Blodgett utilizando recubrimientos de fluoruros metálicos, incluidos el magnesio y el calcio evaporados, que eran cuatro millonésimas. de una pulgada de espesor.

Diseño

El diseño de la lente de una cámara comienza identificando al fotógrafo que la usará. Cuando se identifica el mercado, el diseñador de lentes selecciona los materiales ópticos y mecánicos, el diseño óptico, el método apropiado para fabricar las partes mecánicas y, para los lentes de enfoque automático, el tipo de interfaz entre el lente y la cámara. Existen convenciones o patrones para las diferentes categorías de lentes, incluidos los lentes macro, gran angular y telefoto, por lo que algunos aspectos del diseño están estandarizados. Los avances en materiales brindan a los diseñadores muchos desafíos Un grupo de lentes llamados elementos de lentes, que tienen diferentes formas y distancias de separación, forman el lente de la cámara. . El diseño de lentes solía depender del arte del óptico y de una considerable experimentación. Hoy en día, los programas de computadora pueden ajustar la forma y el espaciado de los elementos de las lentes, determinar sus efectos entre sí y evaluar los costos de producción de las lentes. opciones, sin embargo. Al seleccionar los materiales, el ingeniero debe considerar una variedad de metales para los componentes y varios tipos de anteojos y plásticos para las lentes, teniendo en cuenta el costo final para el fotógrafo.

Cuando el diseñador ha completado el diseño, se prueba su desempeño mediante simulación por computadora. Los programas de computadora que son específicos para los fabricantes de lentes le dicen al diseñador qué tipo de imagen o imagen producirá la lente en el centro de la imagen y en sus bordes para el rango de operación de la lente. Suponiendo que la lente pasa la prueba de simulación por computadora, los criterios de rendimiento que se eligieron inicialmente se revisan nuevamente para confirmar que la lente cumple con las necesidades identificadas. Se fabrica un prototipo para probar el rendimiento real. La lente se prueba en diferentes condiciones ambientales y de temperatura, en cada posición de apertura y en cada distancia focal para lentes con zoom. Se fotografían gráficos de blancos en un laboratorio, al igual que las condiciones de campo de luz y sombra variables. Algunas lentes envejecen rápidamente en pruebas de laboratorio para comprobar su durabilidad.

Se necesita trabajo de diseño adicional si la lente enfoca automáticamente, porque el módulo de enfoque automático (AF) debe funcionar con una variedad de cuerpos de cámara. El módulo AF requiere tanto software como diseño mecánico. Se realizan pruebas exhaustivas de prototipos en estos lentes debido a sus funciones complejas y porque el software se ajusta con precisión a cada lente.

Materias primas

Las materias primas para las lentes en sí, el revestimiento, el cilindro o la carcasa para la lente de la cámara y los soportes de la lente se describen a continuación en la sección de fabricación.

El
proceso de fabricación

Elementos de lentes para pulir y pulir

• 1 El vidrio óptico es suministrado a los fabricantes de lentes por proveedores especializados. Por lo general, se proporciona como una "placa prensada" o placa de vidrio en rodajas de la que se cortan los elementos. Los elementos de vidrio se conforman a formas cóncavas o convexas mediante una máquina generadora de curvas que es una amoladora de primer paso. Para alcanzar las especificaciones de su forma, una lente pasa por una secuencia de procesos en los que se muele puliendo partículas en agua. Las partículas de pulido se vuelven más pequeñas en cada paso a medida que se refina la lente. La generación de curvas y el pulido posterior varían en velocidad según la fragilidad, la suavidad y las propiedades de oxidación de los materiales ópticos.

  Después de pulir y pulir, los elementos se centran de modo que el borde exterior de la lente tenga una circunferencia perfecta en relación con la línea central o el eje óptico de la lente. Las lentes de plástico o de vidrio unido y resina se producen mediante los mismos procesos. Los materiales adheridos se utilizan para fabricar lentes con superficies no esféricas, y estas lentes se denominan "asféricas híbridas". Las superficies asféricas de estas lentes se completan durante el centrado.

Recubrimiento de lentes

• 2 lentes formados están recubiertos para proteger el material de la oxidación, para evitar reflejos y para cumplir con los requisitos de "transmisión de espectro diseñado" o balance y reproducción de color. Las superficies de las lentes se limpian cuidadosamente antes del recubrimiento. Las técnicas para aplicar recubrimientos y los recubrimientos en sí son los principales puntos de venta de las lentes de un fabricante y son secretos cuidadosamente guardados. Algunos tipos de recubrimientos incluyen óxidos metálicos, fluoruros de aleación ligera y capas de cuarzo que se aplican a lentes y espejos mediante un proceso de vacío. Se pueden aplicar varias capas de recubrimiento para obtener el mejor color y transmisión de luz, pero un recubrimiento excesivo puede reducir la luz que pasa a través de la lente y limitar su utilidad.

Produciendo el cañón

• 3 El cuerpo incluye el chasis que soporta los distintos elementos de la lente y el exterior cosmético. Los montajes de metal, las ranuras y las partes móviles de la lente son fundamentales para el rendimiento de la lente y se mecanizan con tolerancias muy específicas. Los soportes de las lentes pueden estar hechos de latón, aluminio o plástico. La mayoría de los componentes del cilindro de metal están fundidos a presión y mecanizados. Los soportes de metal duran más, mantienen sus dimensiones, se pueden mecanizar con mayor precisión y se pueden desmontar para reemplazar elementos, si es necesario. Los soportes de plástico son menos costosos y de menor peso. Si el barril está hecho de plástico de ingeniería, se produce mediante un método de moldeo por inyección altamente eficiente y preciso. Las superficies interiores del cañón también están recubiertas para protegerlas y evitar reflejos internos y destellos.

Montaje de la lente

• 4 Otras partes de la lente, como el diafragma y el módulo de enfoque automático, se producen como subconjuntos. El diafragma del iris está construido con hojas curvas cortadas de finas láminas de metal. Las hojas de metal se mantienen en su lugar mediante dos placas. Una placa es fija, la otra se mueve y tiene ranuras para pasadores deslizantes. Estos deslizan las hojas hacia el barril para abrir el diafragma o hacia el centro para cerrar la abertura cuando se gira el anillo f-stop. El conjunto del diafragma se fija en su lugar cuando la montura de la lente se coloca en el extremo del cilindro. También se agrega el enfoque automático, se colocan los elementos ópticos y se sella la lente. Después del montaje final, la lente se ajusta e inspecciona rigurosamente. Debe cumplir con los estándares de diseño de resolución óptica, función mecánica y respuesta de enfoque automático. Las lentes también se pueden probar sometiéndolas a golpes, caídas y vibraciones.

Control de calidad

Los enfoques para la fabricación de lentes varían mucho entre las empresas. Algunos utilizan la automatización completa, incluido el robot industrial s para fabricar sus productos, otros utilizan grandes líneas de montaje y otros se enorgullecen de su elaboración a mano. Sin embargo, la calidad y la precisión son esenciales para la producción de lentes, independientemente del enfoque de fabricación. Los materiales y componentes entrantes se inspeccionan rigurosamente para verificar la calidad y el cumplimiento de las especificaciones de ingeniería. Los procesos automatizados también se inspeccionan constantemente y se someten a controles de tolerancia. La artesanía la realizan únicamente artesanos expertos con muchos años de formación. El control de calidad y las pruebas de estrés se incorporan en cada paso de la fabricación, y los elementos y componentes se miden con instrumentos precisos. Algunos dispositivos de medición están controlados por láser y pueden detectar desviaciones de menos de 0,0001 milímetros en la superficie de una lente o en el centrado de la lente.

El futuro

Los objetivos de las cámaras están disfrutando de nuevos desarrollos en muchas áreas. El interés del consumidor en las mejores fotos al menor costo ha llevado a cámaras desechables con lentes simples pero efectivas. Los lentes para fotógrafos profesionales y para usos especializados, como binoculares o telescopios de alto rendimiento, se fabrican con lentes exóticos y "no preferidos" que son más sensibles, costosos y más difíciles de obtener que los materiales tradicionales. Estos se denominan materiales de "dispersión anormal" porque fusionan todos los colores de la luz que pasa a través de la lente para producir las mejores imágenes, en lugar de permitir que los colores se dispersen como una simple lente. El agua y otros líquidos también desvían la luz, y los científicos han identificado líquidos que son anormalmente dispersos y pueden quedar atrapados entre capas de vidrio ordinario para producir la misma calidad de imagen que el vidrio óptico exótico. El vidrio ordinario o "preferido" (preferido debido a su bajo costo y facilidad de trabajo) se une alrededor del líquido con adhesivo de silicona flexible. La "lente líquida" resultante puede reemplazar varios elementos en una lente de calidad profesional. También reduce el recubrimiento requerido y la cantidad de pulido de lentes necesario porque el líquido llena las imperfecciones del vidrio. Se reduce el costo de la lente y se mejoran las propiedades de transmisión de luz. Los fabricantes de lentes de EE. UU., Japón y Europa se están preparando para producir lentes líquidos en un futuro próximo.