왜 프라임 렌즈에 여러 개의 렌즈 요소가 있습니까?

50mm 렌즈의 사양을 살펴보면 7 개 그룹에 8 개의 렌즈 요소가 있다고합니다. 초점 거리가 50mm 인 단일 렌즈 요소가 아닌 이유는 무엇입니까?

실제 두께의 단일 렌즈는 빛의 파장을 약간 다른 각도로 굴절시킵니다. 렌즈의 정확한 광학 중심 이외의 곳에서는 렌즈의 광학 중심에서 멀어 질수록 프리즘 효과가 더욱 두드러집니다. 이것이 우리가 색수차라고하는 것입니다. 단일 렌즈 요소를 사용할 때 발생하는 유일한 광학 수차는 아니지만 가장 눈에 띄는 것일 수 있습니다.

최초의 망원경 (망원경)은 CA와 다른 광학 수차로 인해 큰 어려움을 겪었습니다. 광학 분야는 19 세기 중반 사진이 시작되기 훨씬 전에 망원경에 적용될 때 이러한 불완전 성을 다루기 위해 개발되었으며, 감광성 화학 물질을 사용하여 렌즈로 투사 된 장면을 보존하는 수단으로 사용되었습니다.

1600 년대 Snellius ( 'Snell 's Law'의 기원 )와 Descartes (창조자 또는 데카르트 기하학 )는 가장 초기의 굴절 및 반사 법칙을 체계화했습니다. 1690 년까지 Christiaan Huygens는 데카르트의 작품을 바탕으로 한 'Traité de la Lumière' 또는 'Treatise on Light' 를 썼고 1678 년 파리 과학 아카데미에 수학을 기반으로 한 빛의 파동 이론을 제시했습니다. Isaac Newton 은 1675 년 '빛의 가설' 과 'Optiks'를 출판했습니다.1705 년에 그는 경쟁의 빛 이론을 소체 또는 입자로 제시했다. 그 후 수백 년 동안 뉴턴의 빛 이론은 받아 들여졌고 호이 겐의 파동 이론은 기각되었습니다. 어거스틴-장 프레 넬 (Augustin-Jean Fresnel)은 1821 년에 Huygens의 원리를 채택하기 전까지는 아니었고 Huygens의 파동 이론이 일반적으로 받아 들여지는 빛의 직선 전파 및 회절 효과를 설명 할 수 있음을 보여주었습니다. 이 원칙은 현재 Huygens-Fresnel 원칙으로 알려져 있습니다.

뉴턴은 또한 프리즘이 백색광을 구성 요소 색상의 스펙트럼으로 분해하고 렌즈와 두 번째 프리즘을 사용하여 첫 번째 프리즘을 강타하기 전에 빛과 동일한 특성을 가진 여러 가지 색상의 스펙트럼을 백색광으로 재구성 할 수 있음을 시연했습니다. . 뉴턴의 거대 분자 이론의 세부 사항은 대부분 부정확 한 것으로 나타 났지만, Huygens의 유사한 작업과 함께 색상 및 굴절에 관한 그의 획기적인 발전은 색수차를 보정하기위한 복합 렌즈의 개발로 이어졌습니다.

Huygens는 아직 무채색 렌즈를 개발할 필요없이 자체 복합 망원경을 만들었습니다. 뉴턴은 더 이상 굴절 렌즈 개발을하지 않았다. 그는 굴절로 인한 수차를 피하기 위해 곡면의 제 1 표면 반사 미러를 사용하여 문제를 해결하는 것을 선호했습니다. 사실, 그는 굴절 특성이 다른 두 가지 유형의 유리를 사용할 수 있다고 생각하지 못했기 때문에 색수차를 보정 할 수 없다고 유명하게 선언했습니다.

_{Christiaan Huygens의 복합 튜브리스 굴절 망원경과 뉴턴의 두 번째 반사 망원경.}

최초의 무색 렌즈는 1733 년에 만들어졌습니다. 색수차를 부분적으로 보정하기 위해 굴절률이 다른 두 가지 요소를 사용하여 굴절 망원경을 더 짧고 기능적으로 만들 수있었습니다.

세 가지 요소 apochromat가 곧 뒤따 랐는데, 이는 achromat가 단순 렌즈보다 두 ​​가지 요소 achromat보다 훨씬 개선되었습니다.

렌즈 제조업체가 색수차 보정을 배운 많은 것들도 간단한 렌즈에 내재 된 다른 단색의 광학 수차에도 적용되었습니다.

19 세기에 렌즈로 투사 된 이미지를 보존하는 방법으로 화학 사진이 등장한 후, 사진 용 렌즈를 만든 사람들은 주로 망원경 등에 적용되었던 광학 분야에서 이전에 배운 것을 취했습니다. 그것으로 달렸다. 위에서 논의한 17 세기와 18 세기에 발견 된 광학 원리를 기반으로 한 사진 렌즈 설계의 발전에 대한 훌륭한 조사는 Wikipedia의 '사진 렌즈 설계의 역사' 기사에서 찾을 수 있습니다 . (너무 길고 여기에 요약을 포함시키는 데 관여했습니다.)

복합 렌즈가 다양한 각도로 보정하려고 시도하는 7 개의 "클래식"광학 수차가 있습니다. 이러한 수차는 유의 하지 렌즈의 구조에 결함의 결과이지만 굴절률 물질을 통과 할 때 빛 자체의 성질에 기인한다. 이러한 수차는 이러한 굴절 물질이 수학적으로 완벽하더라도 존재한다.

• 디 포커스 (렌즈와 이미징 평면 사이의 거리를 변경하여 쉽게 수정할 수있는 가장 낮은 차수)
• 구면 수차
• 혼수
• 난시
• 필드 곡률
• 기하학적 왜곡
• 색수차

당신은 이것을 할 수 있습니다. 그래도 이미지는 아주 좋지 않을 것입니다.

굴절 망원경과 단안경의 갈릴레오 갈릴레이 시대로 거슬러 올라가는 광학에서 초기에 단일 유리 요소가 아주 좋은 이미지를 생성하지 못한다는 사실을 알게되었습니다. 날카 로워지지 않는 경향이 있습니다. 색상이 같은 지점에 초점을 맞추지 않기 때문에 색상이 변하는 경향이 있습니다. 왜곡되는 경향이 있습니다.

추가 요소를 추가하면 거의 모든 이러한 나쁜 행동을 중화시킬 수 있습니다. 이미지가 선명 해집니다. 왜곡이 사라집니다. 함께 초점을 맞 춥니 다. 그러나 더 많은 요소를 추가하면 자체 문제가 있습니다. 각 유리 표면은 약간의 빛을 반사합니다. 최신 렌즈에는이를 최소화하기 위해 멀티 코팅 레이어가 있지만 충분한 요소가 있으면 빛의 손실이 눈에 띄기 시작하여 플레어를 유발하여 이미지에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.

결과적으로 일반 렌즈 (특히 풀 프레임 카메라 용 50ish mm 렌즈)는 4 ~ 8 개의 요소 (유리 조각)를 갖는 경향이 있습니다. 대부분의 경우 5-6 개가 잘 작동하지만 디지털 카메라는 필름보다 컬러 프린지에 더 민감하므로 고급 일반 렌즈는 이보다 더 많은 요소를 사용하여 보정을 최대화 할 수 있습니다. 현대 멀티 코팅은이 문제를 20 년 전이나 30 년 전과 같은 수준으로 만들지 않습니다.

줌 렌즈는 다양한 초점 거리를 처리하므로 더 많은 수정이 필요하므로 이러한 렌즈에는 때때로 10, 15, 20 개 이상의 요소가 표시됩니다.

많은 요소 뒤에있는 이유에 대해 짧고 (완전하지 않은) 대답을 하나 드리겠습니다. 모든 요소에는 일종의 배럴 / 핀쿠션 수차와 추가 요소가 "어떻게 싸울"수 있습니다.

또한 (내가 아는 한) 요소 간 조리개 역학을 배치하는 것이 좋습니다 (전체 센서 / 필름 평면에서 균일 한 조명을 달성해야 함).

자동 초점 메카니즘은 상대적으로 무거운 유리 요소를 움직여야하기 때문에 상당히 강력해야합니다 (f / 2는 요소의 직경 25mm를 의미 함).

이미지 손떨림 보정 기능이있는 경우이 그룹은 하나 이상의 요소로 구성된 하나의 그룹입니다. 요소가 하나만 있으면 구성이 매우 복잡 해져서이 수준의 안정화에 도달 할 수 없습니다. 또한 하나의 거대한 요소를 이동해야하기 때문에 열린 조리개에 대한 제한이 매우 큽니다.

일부 간단한 카메라는 단일 요소 렌즈를 사용하여 얻을 수 있지만 실현되는 이미지는 2 등입니다. 오늘날에는 상대성이 뛰어난 저렴한 카메라에도 최대 7 개의 개별 렌즈 요소가 장착되어 있습니다. 카메라 렌즈가 단일 요소 유형 인 경우 이미지 "수차"아래로 떨어지는 몇 가지 결함으로 인해 이미지가 손상됩니다.

이러한 수차 중 하나는 이미지의 대상을 둘러싼 여러 가지 무지개 효과를 볼 수있는 컬러 플링을 나타냅니다. 일어나고있는 일은; 비스타를 구성하는 다양한 색상 각각은 렌즈와 약간 다른 거리에서 초점을 맞 춥니 다. 가장 교체 가능한 바이올렛 라이트 이미지가 먼저 초점을 맞추고리스 교체 가능한 빨간 이미지는 더 다운 스트림으로 초점을 맞 춥니 다. 다른 색상으로 구성된 이미지는 중간에 위치합니다. 이 현상을 색수차라고합니다.

이제 이미지가 렌즈에서 멀어 질수록 더 커집니다. 다시 말해, 색수차를 겪는 렌즈는 여러 이미지를 투사하는데, 각각의 크기는 다릅니다. 결과적으로 색수차와 가장 관련이있는 색상 플링이 발생합니다. 실제로 세로와 가로의 두 가지 유형이 있습니다. 우리는 이중 렌즈 (2 요소 렌즈)를 사용하여 색수차의 유해한 특성을 줄일 수 있습니다. 하나는 크라운 유리와 다른 플리트를 사용하여 만들어집니다. 하나는 강한 양의 힘을 가지고 다른 하나는 약한 부정적인 힘을가집니다. 함께 끼우면 조합이 색수차를 중간으로합니다. 이 2 요소 디자인은 단 두 가지 색상을 수정합니다. 샌드위치를 ​​무채색 삼중 항으로 만드는 세 번째 렌즈를 추가 할 수 있습니다 (색상 오류가없는 방향족 그리스어).

색수차의 전염병 이외에도 완화 될 수있는 6 개의 다른 주요 수차 (이 게시물에서 다른 사람이 언급)가 있습니다. 기술적으로는 각각 모양과 재질에 대한 특수 렌즈가 필요합니다. 이 모든 것 외에도 렌즈 디자이너는 다중 요소 렌즈를 구성해야합니다. 일부 요소는 서로 합쳐져 있습니다. 일부는 공역이며, 일부는 확대 / 축소 및 초점을 맞출 때 그룹으로 이동합니다.

결론 : 충실한 렌즈는 아직 제작되지 않았습니다. 우리의 사용과 즐거움을 위해 이러한 놀라운 것들을 만들어내는 안경점의 모자!