Geschiedenis lensconstructie


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

Inleiding: lens theorie. De eerste lenzen (meniscus lenzen) waren gebaseerd op deze theorie. Maar al vlug voldeed de theorie niet meer.

Een eerste probleem van de enkelvoudige lens is dat het focuspunt van lichtstralen die door de buitenkant van de lens passeren niet samenvalt met het focuspunt van lichtstralen die meer aan de binnenkant van de lens gaan. Dit heeft men pas begrepen toen men de lenzen wiskundig ging benaderen (men dacht eerst dat de fouten veroorzaakt waren door een onregelmatige slijping).

Dergelijke eenvoudige lenzen hadden ook andere problemen zoals astigmatisme (schuine evenwijdige lichtstralen komen niet in één punt samen) dat het "coma" of veegeffekt veroorzaakte. Het heeft als gevolg dat het beeld in het algemeen onscherp is bij grote openingen, en scherper wordt als de opening verkleind wordt. Alle vroegere fototoestellen hadden daar last van. Lange tijd was men verplicht zeer kleine openingen te gebruiken om aanvaardbare beelden te bekomen. Met onze eenvoudige bolle lenzen waren deze problemen nauwelijks op te lossen.

Sferische aberratie en astigmatisme werden min of meer opgelost door asferische lenzen te gebruiken (dus lenzen waarvan de curve niet bolvormig is). Omdat de berekening van de curvature (de bolling) heel complex is, en omdat er geen geschikte toestellen waren om de lens tot een juiste vorm te slijpen en te polijsten bleef het effekt heel lang merkbaar.

De anaclastische lens is een lens die evenwijdige lichtstralen in één punt laat samenkomen. Dit kan niet verwezenlijkt worden met een sferische lens. De benaming is afkomstig van anaclastische breking: de zichtbare breking van bijvoorbeeld een stok in het water. Al sinds de middeleeuwen was men op zoek naar zo'n perfecte lens, maar de realisatie ervan was heelwat moeilijker. Men kon bijna perfekte sferische lenzen maken, maar dit was niet het geval voor asferische lenzen.

De anaclastische lens is dus de "perfekte" asferische lens, maar op zich is een anaclastische lens niet voldoende om een optiek te maken (een lenzensysteem zoals gebruikt in een fototoestel): er wordt bijvoorbeeld geen rekening gehouden met de kleurschifting of dispersie: daarvoor zijn optieken nodig die bestaan uit lenselementen met verschillende samenstelling. We lopen dus weer voor...

Het slijpen en polijsten van een asferische lens kan niet gebeuren met dezelfde middelen als bij normale sferische lenzen.. De curvatuur (bolling) is niet constant. Tegenwoordig worden de betere lenzen individueel geslepen door middel van computer-gestuurde machines.

Met asferisch geslepen lenzen kon men een wat grotere opening gebruiken, maar echt lichtsterk waren deze lenzen nog altijd niet. Zowel theoretisch (de berekening van de curvature) als praktisch (het juist slijpen en polijsten van de oppervlakte) waren asferische lenzen moeilijk te maken. In de meeste optieken beperkt men de sferische aberratie door meervoudige lenzen te gebruiken.

Het is grappig dat asferische lenzen nu vooral gebruikt worden in brol toestellen uitgerust met plastiken lenzen. Deze lenzen worden immers niet geslepen en gepolijst, maar gegoten. Met één enkele asferische lens kan men de vervormingen tegengaan, terwijl men anders meerdere normale lenzen zou moeten gebruiken (Zeiss-Tessar of dubbele Gauss opstelling). De optische kwaliteiten van gegoten plastieken lenzen is echter niet goed.

Met de betere slijptechnieken (laser ablatie) zijn de glazen asferische lenzen weer in optocht, waar ze vooral gebruikt worden bij lichtsterke en/of breedhoeklenzen. De twee uitersten: de goedkoopste brol-toestellen en de duurste lenzen gebruiken asferische lenzen! Allebei om het met minder lenzen te doen, maar het streefdoel is verschillend: goedkopere constructie voor de brol-toestellen, betere optische eigenschappen voor de toplenzen.

De Sigma 24-70 ƒ/2.8 is daar het beste voorbeeld van: deze lens is lichter dan equivalente lenzen van de concurrentie (met name de Canon EF 24-70 f2.8), laat meer licht door (minder glas-lucht overgangen = betere transmissie-waarde) en heeft uitstekende optische eigenschappen (als je een goed exemplaar kan vinden, tenminste).

Een nieuwe trend is het gebruik van normaal geslepen (sferische) lenzen die een hybride samenstelling hebben, namelijk een speciale optische haars die in de juiste vorm geslepen wordt. De Sigma 24-60mm F2.8 EX DG IF ASP (waarbij de ASP voor 'asferisch' staat), maakt gebruik van deze techniek en combineert een zeer lage prijs met goede optische eigenschappen en een laag gewicht voor een ƒ/2.8 zoomlens. Deze lens wordt niet meer gemaakt (wordt vervangen door de 5× duurdere 24-70 met HSM), maar als je die tweedehands kan kopen, dan moet je het zeker niet laten.

Bepaalde optische systemen zoals spiegellenzen kunnen zodanig gebouwd worden dat de optische fouten elkaar grotendeeld opheffen, dit is bijvoorbeeld het geval van de Manginspiegel die in bepaalde spiegellenzen toegepast wordt.

Onion bokeh

Meer en meer lenzen worden uitgerust met asferische lenselementen. Terwijl deze lenselementen vroeger één voor één geslepen werden, kunnen deze asferische elementen tegenwoordig ook gegoten worden. De voorgevormde lens die zijn uiteindelijke vorm moet krijgen wordt in de gietvorm geplaatst en opgewarmd tot het glas week begint te worden. Dan worden de twee helften tegen elkaar gedrukt en bekomt men de juiste vorm.

De gietvorm zelf wordt gesleten met een diamantnaald in een heel nauwkeurige draaibank. De naald laat echter microscopische krassen achter in de gietvorm, en die krassen worden dan overgezet op het glas. Asferische lenzen worden doorgaans slecths zeer beperkt gepolijst (om de asferische vorm niet te verliezen), waardoor de microscopische streepjes in het glas overblijven. Deze cirkelvormige krasjes ziet men terug in de bokeh van de lens (voorbeeldfoto onderaan rechts).

Het vervolg ...

Van zodra men met panchromatische zwart-wit emulsies ging werken (zwart-wit film dat gevoelig is voor alle kleuren) in plaats van orthochromatische emulsies (enkel gevoelig voor groen/blauw licht) voldeden deze lenzen niet meer. Men moest de lenzen chromatisch compenseren: a(po)chromatische lenzen.


Residual spherical aberration

Lenzen voor fotografie (optieken) zijn nooit volledig sferisch gecompenseerd. Meer uitleg is te vinden op de pagina over residual spherical aberration.

II: Asferische lenzen


Sferische aberratie


Coma-vervorming ten gevolge van astigmatisme


Anaclastische lens


Sigma 24-70 ƒ/2.8 lens
met drie asferisch geslepen lenzen


Onion bokeh

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren