カメラ レンズ:凸面または凹面の説明

写真レンズは、被写体の像を像面 (つまり、カメラの背面にあるイメージ センサーまたは写真フィルム) に焦点を合わせる光学魔法を生み出すものです。光線を屈折させ、凝縮させ、焦点を合わせます。写真レンズは、カメラ内で起こるすべての魔法を担っています。

70-300 mm L のポイントは何ですか...70-300 mm レンズのポイントとは何ですか?

しかし、写真レンズは実際には、すべてが連携して機能するいくつかの光学要素の合計であることをご存知ですか?

望遠レンズやズームレンズの機能だけでなく、収差の低減など、さまざまな理由から写真レンズの製造には凸レンズ要素と凹レンズ要素の両方が使用されます。最も単純な形では、写真レンズは 1 つの凸レンズで作られます。

写真レンズ (私たちが見慣れているチューブ) を構成する重要なコンポーネントの 1 つは、光を屈折させ、それを収束または発散させて像面に像を形成する実際のレンズ要素です。凸レンズは収束し、凹レンズは光線を発散させます。

凸結合

人間の目とカメラの間には重要な関係が 1 つあります。どちらも凸レンズを使用して対象物に焦点を合わせます。そして、写真レンズが凸レンズを使用するか凹レンズを使用するかにかかわらず、それが今日の私たちの議論のトピックです。

光の屈折

しかし、そこに飛び込む前に、何かを理解する必要があります。それは、光線が常に直進するとは限らないということです。空気のようなある媒体を出て、水やガラスのような別の媒体に入ると曲がります。これは光の屈折として知られています .これが、最も単純な設計の写真レンズに非常に多くの問題があり、それらの問題を修正する必要がある理由です.

レンズの種類

レンズは、凸レンズと凹レンズの 2 つの大きなグループに分けることができます。それぞれに特性があります。どちらも写真レンズの機能に役立ちます。

凸レンズ

凸レンズは、度付き眼鏡や写真用レンズに広く使用されています。凸レンズは、レンズの中央付近が厚くなる傾向があります。これは、凹レンズの正反対です。

凸レンズは、レンズを通過する光を屈折させ、レンズの後ろの一点に収束させる傾向があります。これが、これらのレンズが写真レンズの製造に最も求められる理由です。

凸レンズのもう 1 つの用途は、遠視を矯正する度付き眼鏡の製造です。これは、被験者が近くにある物体を見ることができるという問題です。凸レンズは、目の網膜上に像を形成するのに役立ちます。

凹レンズ

前の定義で読んだように、凹レンズは凸レンズの正反対です。フレームの端に向かって厚くなる傾向があります。凹レンズの目的は、光を外側に屈折させることです。これにより、光線がレンズの前にある点で合体するように「見える」ようになります。

凹レンズは度付き眼鏡の製造にも使用されます。像がレンズの前で融合するように投影されるため、近視を矯正するためのレンズに使用されます。近視の人は目の奥の網膜に像を結べません。これらのレンズはその問題を解決します。

写真レンズの製造での使用

写真レンズの製造には、凸レンズと凹レンズの両方が使用されます。使用例をいくつか見てみましょう。

最もシンプルな写真レンズ

最も単純な形では、写真レンズは単一の凸レンズで作られます。その凸レンズを通過する光は屈折します。

凸レンズでは、光はレンズを通過し、内側にわずかに曲げられます。この現象により、像面に結像される像が上下逆さまになる。学校の物理の授業でピンホールカメラを使った実験を覚えていますか?それは同じ概念です。

ただし、この単純な実験が実際の状況で使用されることはめったにありません。単一の球面凸レンズでは、像面に完全に焦点が合った像を生成することができないためです。

なぜですか?

レンズの端から進む光は、レンズの中心から進む光とは異なる焦点に収束するためです。はい、これは球面凸レンズの曲率が原因で発生します。また、レンズの品質によって異なる点で異なる屈折率を持つ場合もあります。

結果として得られるものは、球面収差として知られています。

とにかく、これは写真で修正する必要があります。そうしないと、画像が奇妙に見えます。この問題を修正するために、非球面レンズ エレメントが使用されています。

望遠レンズ

望遠レンズは、複数の凸面と凹面の典型的な例です。 レンズは光学レンズの製造に使用されます。望遠レンズでは、凹面要素が前面に配置されます。このレンズの役割は、レンズを通ってきた光を屈折させることです。この凹レンズの後には凸レンズが続きます。凸レンズは光線を平行にします。 In effect, the object is magnified.

Finally, there is yet another concave lens element at the back. This lens element condenses the light rays that were magnified by the first two lens elements. What you have in your hand is a simple telephoto lens.

The same principle is used in manufacturing telescopes. Originally, this simple design was used by Galileo to manufacture the Galilean telescope.

The above is an example of a fixed focal length telephoto lens. But if you add another set of convex and concave lenses along with a contraption that will allow the distance between the different pairs of concave and convex lenses to move back and forth within the barrel you will have in your hand a telephoto zoom lens.

Because the manufacturing process is more complicated telephoto zoom lenses cost so much もっと。 Engineers not only have to keep an eye out for precise movement but also the optical quality.

On the other hand, prime telephoto lenses don’t have any moving mechanism inside them, so engineers can focus on only one aspect and that is optical sharpness. Therefore, prime lenses cost less than zoom lenses.

To correct chromatic aberrations

The use of convex and concave lenses is predominant in the correction of chromatic aberrations. But before we try and understand how chromatic aberrations are corrected let’s first get an idea of what these aberrations are.

Chromatic aberrations happen because of the inherent inability of glass elements to not be able to precisely pinpoint all the wavelengths of light onto the same focal point.

Light is composed of many different wavelengths (colors). When light passes through a glass element like a convex lens the glass is unable to make many different wavelengths of light converge at the same point. Meaning some wavelengths (colors) gets converged in front of the image plane while others converge behind the image plane.

For example, red light, which has a longer wavelength, converges at the back of the focal point. On the other hand, blue light, which has a shorter wavelength, converges at the front of the focal point.

The image plane here refers to the sensor or the photographic film on which the light is supposed to converge and form an image.

In the photographic world, this phenomenon is known by many names including color-shifting, and color bleeding, but primarily as chromatic aberrations.

To solve this problem convex and concave lens of different refractive indices are used. This cancels out the issue (the whole process is known as Aberration Correction) and all the light waves are converged on to the same image plane and on to the same point for a sharp image with no image bleeding.

Spherical aberrations

Just like to solve chromatic aberrations convex and concave lenses are joined together, to solve the problem of spherical aberrations, a combination of concave and convex lens are used. It seems that concave and convex lenses work together in a wide variety of situations in the construction of a photography lens.

Below is a good video on how lenses function:

結論

Concave and convex lenses have different sets of properties. Yet they are both used in the manufacturing of photographic lenses. In some lenses, you have convex and concave elements paired together to correct different types of aberrations and for enabling a lens to zoom in on objects that are very far away.

Therefore it is difficult to pick any one kind of lens and be able to say with confidence that this is the only type that is used in the construction of photographic lenses. Both are important in the construction of photographic lenses and are frequently used as such.

To learn more about the various kinds of lenses there are and how to choose a camera lens for yourself read this detailed guide to choosing camera lenses .