Lente da câmera

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Antecedentes

A lente da câmera é uma invenção que tenta duplicar o funcionamento do olho humano. Assim como o olho, a lente vê uma imagem, foca e transmite suas cores, nitidez e brilho através da câmera para o filme fotográfico, que, como nossa memória, grava a imagem para processamento e uso futuro. As lentes são feitas de vidro óptico ou plástico. Eles focalizam os raios de luz refratando-os ou dobrando-os para que se encontrem ou convergam em um ponto comum.

Uma lente simples "enxerga" bem através de seu centro, mas sua visão em torno das bordas tende a ficar embaçada. Desfoque, alterações de cor, distorção de linhas e halos de cor em torno dos objetos são causados ​​por defeitos nas lentes chamados aberrações. Algumas aberrações podem ser corrigidas nas lentes simples modelando uma ou ambas as superfícies para que fiquem asféricas; as curvas asféricas variam como as curvas de uma parábola, em vez de permanecer constantes como a curvatura de uma esfera. Uma lente de câmera reduz os efeitos de aberrações, substituindo uma lente simples por um grupo de lentes chamadas elementos de lente, que são lentes de diferentes formatos e distâncias de separação. A lente se torna mais complexa à medida que uma maior correção da visão é alcançada. A lente também será mais complexa dependendo do tamanho da abertura - a abertura que permite a passagem da luz - e da gama de ângulos que ela "vê". O design de lentes costumava contar com a arte do óptico e considerável experimentação. Hoje, os programas de computador podem ajustar a forma e o espaçamento dos elementos das lentes, determinar seus efeitos uns sobre os outros e avaliar os custos de produção das lentes.

Os elementos da lente são geralmente descritos por sua forma. A lente convexa se curva para fora; uma lente biconvexa se curva para fora em ambos os lados, e uma lente plano-convexa é plana de um lado e curva para fora do outro. Existem também lentes côncavas, bicôncavas e plano-côncavas. Os elementos não são necessariamente simétricos e podem se curvar mais de um lado do que do outro. Engrossar o meio da lente em relação às suas bordas faz com que os raios de luz convergam ou foquem. Lentes com bordas grossas e meios finos fazem os raios de luz se dispersarem. Uma lente de câmera complexa contém vários elementos especialmente agrupados. A combinação da composição, forma e agrupamento dos elementos maximiza as propriedades de curvatura da luz dos elementos individuais para produzir a imagem desejada. A lente é focalizada movendo-a para mais perto ou mais longe do filme ou plano focal. A lente pode ser torcida, fazendo com que os elementos da lente se movam para dentro e para fora ao longo de uma rosca de parafuso em espiral usinada na caixa da lente. Torcer as lentes também move uma escala na caixa que mostra a distância do melhor foco.

O batente ou diafragma é uma parte especializada da lente. Em câmeras simples, o batente é um batente fixo ou um anel de chapa preta que é colocado permanentemente na frente da lente. Câmeras de caixa, câmeras de estúdio e algumas câmeras de fabricação europeia usam um batente deslizante, que é uma tira de metal que desliza na frente da lente entre ranhuras. Possui dois ou mais orifícios de tamanhos diferentes que são as aberturas. As lentes com stop variável têm um anel usinado na parte externa da montagem da lente, impresso com números f-stop. Girando este anel, o diafragma pode ser aberto ou fechado. Este diafragma de íris funciona de forma muito semelhante à íris do olho, permitindo ajustes para várias condições de luz.

A lente em uma câmera compacta é geralmente uma lente de uso geral com uma distância focal normal que tira fotos de uma imagem da maneira como nossos olhos a veem. Lentes projetadas para fins especiais são usadas com câmeras mais avançadas. Lentes telefoto funcionam como binóculos ou telescópios, e fazer uma imagem distante parecer mais próxima. As lentes grande-angulares fazem a imagem parecer mais distante; uma lente panorâmica é um tipo especial de lente grande angular útil para tirar fotos de grandes extensões de cenário. Algumas câmeras descartáveis ​​são equipadas com lentes panorâmicas. Uma lente olho de peixe também é um tipo especial de lente grande angular que distorce deliberadamente a imagem para que a parte central seja ampliada e os detalhes externos da imagem sejam comprimidos. As lentes olho de peixe cobrem ângulos muito amplos, como vistas de horizonte a horizonte. Outra lente para fins especiais é a lente de foco variável, também chamada de lente "zoom". Ele usa elementos de lente móveis para ajustar a distância focal para aproximar ou afastar do assunto. Essas lentes são complexas e podem conter de 12 a 20 elementos de lente; entretanto, uma lente de foco variável pode substituir várias outras lentes. Algumas câmeras compactas também possuem recursos limitados de zoom, telefoto ou grande angular. A câmera reflex de lente única (SLR) é feita para que o fotógrafo tenha a mesma visão que a lente através do visor. Isso permite que o fotógrafo planeje a imagem que aparecerá no filme com a flexibilidade de uma variedade de lentes intercambiáveis.

História

A lente da câmera evoluiu a partir de lentes óticas desenvolvidas para outros fins e amadurecidas com a câmera e o filme fotográfico. Em 1568, um nobre veneziano, Daniel Barbaro, colocou uma lente sobre o orifício em uma caixa de câmera e estudou a nitidez da imagem e do foco. Suas primeiras lentes eram de óculos convexos de um velho. O astrônomo Johann Kepler elaborou os experimentos de Barbaro em 1611, descrevendo lentes simples e compostas, explicando a reversão de imagens e ampliando imagens agrupando lentes convexas e côncavas.

No século 19, as primeiras câmeras box tinham uma lente montada na abertura da caixa. A lente inverteu a imagem em uma placa sensível à luz na parte traseira da caixa. Não havia obturador para abrir a lente; em vez disso, a tampa da lente foi removida por vários segundos ou mais para expor a placa. As melhorias na sensibilidade da placa exigiram maneiras de controlar a exposição. Máscaras com aberturas de tamanhos diferentes foram feitas para inserção perto da lente. O diafragma de íris também foi desenvolvido para controlar a abertura. Suas folhas de metal abertas e fechadas para formar uma abertura circular que pode variar em diâmetro.

Em 1841, Joseph Petzval de Viena projetou uma lente de retrato com uma abertura rápida. Anteriormente, as lentes feitas para câmeras de daguerreótipo eram mais adequadas para fotografia de paisagem. As lentes de Petzval permitiam que os retratos fossem tirados dez vezes mais rápido e a fotografia tinha menos probabilidade de ficar desfocada. Em 1902, Paul Rudolph desenvolveu as lentes Zeiss Tessar, consideradas as mais populares já criadas. Em 1918, ele produziu a lente Plasmat, que pode ser a melhor lente de câmera já feita. Rudolph foi seguido logo por Max Berek, que projetou lentes rápidas e nítidas que eram ideais para câmeras em miniatura.

Outros desenvolvimentos essenciais na história das lentes incluem tecnologia de revestimento de lentes, uso de vidro de terras raras e métodos de cálculo possibilitados pelo computador. Katharine B. Blodgett desenvolveu técnicas para lentes de revestimento fino com película de sabão para remover o reflexo e melhorar a transmissão de luz em 1939. C. Hawley Cartwright continuou o trabalho de Blodgett usando revestimentos de fluoretos metálicos, incluindo magnésio evaporado e cálcio que eram quatro-um-milionésimos de uma polegada de espessura.

Design

O design de uma lente de câmera começa com a identificação do fotógrafo que a usará. Quando o mercado é identificado, o designer de lentes seleciona os materiais ópticos e mecânicos, o design óptico, o método apropriado para fazer as peças mecânicas e, para lentes de foco automático, o tipo de interface entre a lente e a câmera. Existem convenções ou padrões para as diferentes categorias de lentes, incluindo lentes macro, grande angular e telefoto, portanto, alguns aspectos do design são padronizados. Os avanços nos materiais oferecem aos designers muitos desafios Um grupo de lentes chamado elementos de lente, que são de diferentes formas e distâncias de separação, constituem a lente da câmera . O design de lentes costumava contar com a arte do óptico e considerável experimentação. Hoje, os programas de computador podem ajustar a forma e o espaçamento dos elementos das lentes, determinar seus efeitos uns sobre os outros e avaliar os custos de produção das lentes. opções, no entanto. Ao selecionar os materiais, o engenheiro deve considerar uma variedade de metais para os componentes e vários tipos de óculos e plásticos para as lentes, sempre atento ao custo final para o fotógrafo.

Quando o projetista conclui o projeto, seu desempenho é testado por simulação de computador. Programas de computador específicos para fabricantes de lentes dizem ao designer que tipo de imagem ou imagem a lente produzirá no centro da imagem e em suas bordas para a faixa de operação da lente. Supondo que a lente passe no teste de simulação de computador, os critérios de desempenho escolhidos inicialmente são revisados ​​novamente para confirmar se a lente atende às necessidades identificadas. Um protótipo é fabricado para testar o desempenho real. A lente é testada em condições ambientais e de temperatura variáveis, em todas as posições de abertura e em todas as distâncias focais para lentes de zoom. Os gráficos de alvos em um laboratório são fotografados, assim como as condições de campo de luz e sombra variáveis. Algumas lentes envelhecem rapidamente em testes de laboratório para verificar sua durabilidade.

O trabalho de design adicional é necessário se a lente focar automaticamente, porque o módulo de foco automático (AF) deve funcionar com uma variedade de corpos de câmera. O módulo AF requer software e design mecânico. Testes extensivos de protótipo são realizados nessas lentes por causa de suas funções complexas e porque o software é ajustado para cada lente.

Matérias-primas

As matérias-primas para as próprias lentes, o revestimento, o cilindro ou o invólucro das lentes da câmera e os suportes das lentes são descritos abaixo na seção de fabricação.

O processo de fabricação

Lixar e polir elementos de lentes

• 1 O vidro óptico é fornecido aos fabricantes de lentes por fornecedores especializados. Normalmente, é fornecido como uma "placa prensada" ou placa de vidro fatiado da qual os elementos são cortados. Os elementos de vidro são moldados em formas côncavas ou convexas por uma máquina geradora de curvas que é uma retificadora de primeira etapa. Para atingir as especificações de seu formato, uma lente passa por uma sequência de processos em que é moída pelo polimento de partículas em água. As partículas de polimento tornam-se menores a cada etapa à medida que a lente é refinada. A geração da curva e a moagem subsequente variam em velocidade dependendo da fragilidade, maciez e propriedades de oxidação dos materiais ópticos.
  Após lixar e polir, os elementos são centralizados de forma que a borda externa da lente tenha uma circunferência perfeita em relação à linha de centro ou eixo óptico da lente. As lentes feitas de plástico ou vidro e resina aglutinados são produzidas pelos mesmos processos. Materiais colados são usados ​​para fazer lentes com superfícies não esféricas, e essas lentes são chamadas de "asféricas híbridas". As superfícies asféricas dessas lentes são completadas durante a centralização.
  

Lentes de revestimento

• 2 As lentes moldadas são revestidas para proteger o material da oxidação, para evitar reflexos e para atender aos requisitos de "transmissão de espectro projetada" ou equilíbrio e reprodução de cores. As superfícies das lentes são cuidadosamente limpas antes do revestimento. As técnicas de aplicação de revestimentos e os próprios revestimentos são os principais argumentos de venda para as lentes de um fabricante e são segredos cuidadosamente guardados. Alguns tipos de revestimentos incluem óxidos de metal, fluoretos de liga leve e camadas de quartzo que são aplicados a lentes e espelhos por um processo a vácuo. Várias camadas de revestimento podem ser aplicadas para obter a melhor cor e transmissão de luz, mas o revestimento excessivo pode reduzir a luz que passa pela lente e limitar sua utilidade.

Produzindo o barril

• 3 O cilindro inclui o chassi que suporta os vários elementos da lente e o exterior cosmético. Montagens de metal, ranhuras e partes móveis da lente são essenciais para o desempenho da lente e são usinados para tolerâncias muito específicas. Os suportes das lentes podem ser feitos de latão, alumínio ou plástico. A maioria dos componentes do barril de metal são fundidos sob pressão e usinados. Os suportes de metal duram mais, mantêm suas dimensões, podem ser usinados com mais precisão e podem ser desmontados para substituir elementos, se necessário. Os suportes de plástico são mais baratos e mais leves. Se o barril for feito de plástico de engenharia, ele é produzido por um método altamente eficiente e preciso de moldagem por injeção. As superfícies internas do cano também são revestidas para protegê-las e evitar reflexos internos e alargamento.

Montagem da lente

• 4 Outras partes da lente, como o diafragma e o módulo de foco automático, são produzidas como subconjuntos. O diafragma de íris é construído com folhas curvas cortadas em finas folhas de metal. As folhas de metal são mantidas no lugar por duas placas. Uma placa é fixa, a outra se move e tem ranhuras para pinos deslizantes. Estes deslizam as folhas de volta em direção ao cilindro para abrir o diafragma ou no centro para fechar a abertura quando o anel f-stop é girado. O conjunto do diafragma é preso no lugar quando a montagem da lente é fixada na extremidade do cilindro. O foco automático também é adicionado, os elementos ópticos são posicionados e a lente é selada. Após a montagem final, a lente é ajustada e inspecionada rigorosamente. Ele deve atender aos padrões de design para resolução óptica, função mecânica e resposta de foco automático. As lentes também podem ser testadas submetendo-as a choques, quedas e vibrações.

Controle de qualidade

As abordagens para a fabricação de lentes variam muito entre as empresas. Alguns usam automação completa, incluindo robô industrial s para fazer seus produtos, outros usam grandes linhas de montagem e outros ainda se orgulham do artesanato. Qualidade e precisão são essenciais para a produção de lentes, no entanto, independentemente da abordagem de fabricação. Os materiais e componentes que chegam são rigorosamente inspecionados quanto à qualidade e conformidade com as especificações de engenharia. Os processos automatizados também são inspecionados constantemente e submetidos a verificações de tolerância. O artesanato é executado apenas por artesãos qualificados com longos anos de treinamento. O controle de qualidade e os testes de estresse são incorporados em cada etapa da fabricação, e os elementos e componentes são medidos com instrumentos precisos. Alguns dispositivos de medição são controlados por laser e podem detectar desvios de menos de 0,0001 milímetros na superfície da lente ou na centralização da lente.

O Futuro

As lentes das câmeras estão desfrutando de novos desenvolvimentos em muitas áreas. O interesse do consumidor pelas melhores fotos pelo menor custo tem levado a câmeras descartáveis ​​com lentes simples, mas eficazes. As lentes para fotógrafos profissionais e para usos especializados, como binóculos ou telescópios de alto desempenho, são feitas com óculos exóticos e "não preferidos" que são mais sensíveis, caros e mais difíceis de obter do que os materiais tradicionais. Eles são chamados de materiais de "dispersão anormal" porque mesclam todas as cores na luz que passa pelas lentes para produzir as melhores imagens, em vez de permitir que as cores se dispersem como uma lente simples. Água e outros líquidos também distorcem a luz, e os cientistas identificaram líquidos que são anormalmente dispersivos e podem ficar presos entre camadas de vidro comum para produzir a mesma qualidade de imagem do vidro óptico exótico. O vidro comum ou "preferido" (preferido por causa do baixo custo e facilidade de trabalho) é colado ao redor do líquido com adesivo de silicone flexível. A "lente líquida" resultante pode substituir vários elementos em uma lente de qualidade profissional. Também reduz o revestimento necessário e a quantidade de polimento de lente necessária porque o líquido preenche as imperfeições do vidro. O custo da lente é reduzido e as propriedades de transmissão de luz são aprimoradas. Os fabricantes de lentes nos EUA, Japão e Europa estão se preparando para produzir lentes líquidas em um futuro próximo.