Geschiedenis lensconstructie


Fotografie » TechTalk » Fysica » Lensconstructie (historiek) » Apochromatische lenzen

Inleiding: lens theorie. Ondertussen is men niet stil gebleven. De eerste lenzen (meniscus lenzen) waren gebaseerd op deze theorie. De volgende stap, de asferisch geslepen enkelvoudige lenzen waren moeilijk te slijpen en hadden talrijke gebreken.

Vroeger waren de emulsies orthochromatisch (enkel gevoelig voor groen/blauw licht). Daarom kon de film onder rood licht behandeld worden. Fotogevoelig papier voor zwart/wit foto's heeft een orthochromatische emulsie en er mag een rode lamp blijven branden in de doka bij het maken van reproducties (bij de laatste generatie fotogevoelig papier met variabel contrast is dit minder het geval, maar we dwalen gevaarlijk af).

Chromatische aberratie
De eerste foto rechts is door de collimatorlens van een projector getrokken. Deze lens dient om het licht van de projectielamp te concentreren. Kleurfouten spelen hier geen rol en de lens moet niet gecompenseerd zijn. De lens is trouwens een gewoon sferisch geslepen meniscus lens.


Achromatisch doublet
De tweede foto rechts is door de objectieflens van dezelfde projector getrokken. Het geprojecteerd beeld mag geen kleurfouten vertonen en daarom is de lens kleur-gecompenseerd. De versterking van de (even dikke) lens is duidelijk minder. Deze lens is asferisch geslepen (zijkanten geven een even scherp beeld als het midden).


Van zodra men met emulsies ging werken die gevoelig waren voor alle kleuren (panchromatische emulsies) of kleurfilm gebruikte had men problemen met de beeldscherpte (bij zwart/wit film) of de kleurweergave. Dit fenomeen, chromatische aberratie genaamd, wordt veroorzaakt door de veranderlijke brekingsindex van de lens voor licht van verschillende kleuren (dispersie of kleurschifting). De lens werkt als een klein prisma en breekt het wit licht in een regenboog. Een zwart-wit foto is niet scherp te krijgen en kleurenfoto's vertonen kleurfouten (de verschillende kleuren liggen niet goed over elkaar, zie voorbeeld hierboven). Dit effekt kan men verminderen door gebruik te maken van speciaal glas, maar kan nooit volledig vermeden worden als men met een enkele lens blijft werken.

Doublet lenzen

De enige oplossing voor dit probleem was gebruik te maken van een tweede lens (dit keer een holle lens) die het effekt van de eerste lens tegenwerkte. De gecombineerde lens was weliswaar minder "sterk" (de holle lens werkt namelijk de bolle lens tegen), maar het resultaat was wel dat chromatische aberratie tot een minimum herleid werd.

Men bestrijd als het ware het kwade met het kwade. De holle lens moet een hoge mate van chromatische aberratie (dispersie) hebben om het effekt van de sterkere bolle lens te compenseren. Deze twee lenzen werden aan elkaar bevestigd (zodat men slechts 3 overgangen had in plaats van 4) en werd een achromatisch doublet genoemd. De achromatische lenzen gebruiken kroonglas (potassiumhoudend) voor de bolle hoofdlens en flintglas (loodhoudend) voor de holle correctielens. Flintglas heeft een zeer hoge dispersie. Deze doublet lenzen hadden een correctie op twee frekwenties (kleuren).

Deze vorm van correctie is vergelijkbaar met de tegenkopping (negatieve terugkoppeling) zoals die gebruikt wordt in hifi-versterkers. Men bekomt een betere geluidsweergave, ten koste van de versterking. Het aantal verstrekertrappen moet verhoogd worden om dit verlies te compenseren.

Uiteindelijk ging men fluorietglas gebruiken in plaats van kroonglas. Fluorietglas heeft een lagere dispersie waardoor correctie eenvoudiger is. De chromatische aberratie is op drie frekwentiepunten onderdrukt: apochromatische lenzen. Canon is de voorloper op dit vlak geweest en was de eerste die fluorietglas kon maken (in de jaren '60). Canon noemt zijn lenzen “Low Dispersion (LD)” en “Ultra low Dispersion (UD)”.

Ter verduidelijking: het natuurkundig fenomeen (kleurschifting) heet dispersie, het gevolg in de praktijk is chromatische aberratie.

Meer uitleg over de kleurfouten is hier te vinden: het is onmogelijk de kleurfouten totaal te onderdrukken, en de gevolgen zijn soms zichtbaar.

Het vervolg ...

Na de doublet-lens begon men te experimenteren met andere combinaties van enkelvoudige lenzen: dit zijn de gecombineerde lenzen.

Diffractive optics

Om het grootste nadeel van apochromatische lenzen weg te werken (namelijk het feit dat de gecombineerde lens minder sterk is dan een enkelvoudige lens) heeft Canon “Diffractive Optics” lenzen geproduceerd. Deze optieken zijn ongeveer half zo groot als identieke niet-DO-optieken.

Vergelijk de afmetingen van de EF 70-300mm ƒ/4.5-5.6 DO IS USM met de niet DO-versie EF 75-300mm ƒ/4-5.6 IS USM.

Bij diffractie zijn de kleurfouten namelijk omgekeerd als bij refractie (beide zijn bolle lenzen). Je kan dus twee complementaire bolle lenzen achter elkaar plaatsen: de versterking is dubbel en de kleurfout nihil.

Maar het beeld van een diffractieve lens is niet zo scherp en het is alsof er een waas over de foto hangt (het zwakkere contrast valt op in de praktijk maar kan gecorrigeerd worden). DO-lenzen worden gekenmerkt door een groene ring (in plaats van de rode ring bij L-lenzen) en een overdreven prijs. Er zijn twee DO-lenzen in het gamma van Canon, de EF 70-300mm ƒ/4.5-5.6 DO en de EF 400mm f/4 DO IS USM.

III: Apochromatische lenzen


Enkelvoudige lens Doublet lens


Een doublet lens in de praktijk


“Diffractive Optics”

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren