Sejarah dan perkembangan teknis lensa kamera fotografi

www.cosmonet.org – Sejarah dan perkembangan teknis lensa kamera fotografi. Lensa kamera ( disebut lensa fotografi atau objek fotografi) adalah rakitan lensa atau lensa optik yang dapat digunakan bersama dengan badan kamera dan juga mekanisme untuk mempersiapkan gambar atau elektronik objek atas film fotografi atau media lain yang sangat mampu menyimpan pada bahan kimia.

Pada prinsipnya, tidak banyak perbedaan antara lensa yang digunakan untuk kamera diam, camcorder, teleskop, mikroskop, atau peralatan lainnya, tetapi detail desain dan konstruksinya berbeda. Lensa fotogratif dapat dipasang secara permanen pada kamera, atau dapat ditukar dengan lensa dengan panjang fokus, bukaan, dan karakteristik lain yang berbeda.

Meskipun pada prinsipnya lensa cembung sederhana sudah cukup, dalam praktiknya lensa majemuk yang terdiri dari sejumlah elemen lensa optik diperlukan untuk mengoreksi (sebanyak mungkin) penyimpangan optik yang muncul. Beberapa penyimpangan akan ada pada sistem lensa apa pun. Ini adalah tugas desainer lensa untuk menyeimbangkan ini dan menghasilkan desain yang sesuai untuk penggunaan fotografi dan mungkin produksi massal.

Teori Operasi

Lensa persegi biasa dapat dianggap sebagai lensa “lubang jarum” yang “ditingkatkan”. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, “lensa” lubang jarum hanyalah bukaan kecil yang menghalangi sebagian besar cahaya. Idealnya, berkas cahaya ke objek dipilih untuk setiap titik pada sensor gambar. Lensa lubang jarum memiliki beberapa batasan serius:

1. Kamera lubang jarum dengan aperture besar adalah buram karena setiap piksel pada dasarnya adalah bayangan dari aperture stop, sehingga ukurannya tidak lebih kecil dari ukuran aperture (gambar ketiga). Di sini piksel adalah area detektor yang terkena cahaya dari suatu titik pada objek.
2. Membuat lubang jarum lebih kecil meningkatkan resolusi (hingga batas tertentu), tetapi mengurangi jumlah cahaya yang ditangkap.
3. Pada titik tertentu, menyusutkan lubang tidak meningkatkan resolusi karena adanya batas difraksi. Di luar batas ini, membuat lubang lebih kecil membuat gambar lebih buram dan juga lebih gelap.

Baca Juga: Sejarah Kamera, Dan Juga Perkembangannya

Lensa praktis dapat dianggap sebagai jawaban atas pertanyaan: “bagaimana lensa lubang jarum dapat dimodifikasi untuk menerima lebih banyak cahaya dan memberikan ukuran titik yang lebih kecil?”. Langkah pertama adalah meletakkan lensa cembung sederhana pada lubang jarum dengan panjang fokus yang sama dengan jarak ke bidang film (dengan asumsi kamera akan mengambil gambar dari objek yang jauh).

Hal ini memungkinkan lubang jarum untuk dibuka secara signifikan (gambar keempat) karena lensa cembung tipis membelokkan sinar cahaya secara proporsional dengan jaraknya ke sumbu lensa, dengan sinar yang mengenai bagian tengah lensa melewati lurus. Geometri ini hampir sama dengan lensa lubang jarum sederhana, tetapi bukannya diterangi oleh sinar cahaya tunggal, setiap titik bayangan diterangi oleh “pensil” sinar cahaya yang terfokus.

Dari depan kamera akan terlihat lubang kecil (aperture). Gambar virtual dari aperture yang dilihat dari dunia dikenal sebagai pupil pintu masuk lensa; Idealnya, semua sinar cahaya yang meninggalkan titik pada objek yang masuk ke dalam pupil akan difokuskan ke titik yang sama pada sensor gambar / film (asalkan titik objek berada dalam bidang pandang).

Jika seseorang berada di dalam kamera, orang akan melihat lensanya bertindak sebagai proyektor. Gambar virtual aperture dari dalam kamera adalah pupil keluar lensa. Dalam kasus sederhana ini, bukaan, pupil masuk, dan pupil keluar semuanya berada di tempat yang sama karena satu-satunya elemen optik ada di bidang bukaan, tetapi secara umum ketiganya akan berada di tempat yang berbeda.

Lensa fotografi praktis menyertakan lebih banyak elemen lensa. Elemen tambahan memungkinkan perancang lensa untuk mengurangi berbagai penyimpangan, tetapi prinsip operasinya tetap sama: pensil sinar dikumpulkan di pupil pintu masuk dan difokuskan ke bawah dari pupil keluar ke bidang gambar.

Konstruksi

Lensa kamera dapat dibuat dari sejumlah elemen: dari satu, seperti pada lensa meniskus Box Brownie, hingga lebih dari 20 pada zoom yang lebih kompleks. Elemen-elemen ini sendiri dapat terdiri dari sekelompok lensa yang disatukan.

Elemen depan sangat penting untuk kinerja seluruh perakitan. Pada semua lensa modern, permukaannya dilapisi untuk mengurangi abrasi, flare, dan reflektansi permukaan, serta untuk menyesuaikan keseimbangan warna. Untuk meminimalkan penyimpangan, kelengkungan biasanya disesuaikan sehingga sudut datang dan sudut offset sama. Untuk lensa prima, ini mudah, tetapi zoom selalu merupakan kompromi.

Lensa biasanya difokuskan dengan menyesuaikan jarak dari unit lensa ke bidang gambar, atau dengan memindahkan elemen unit lensa. Untuk meningkatkan performa, beberapa lensa memiliki sistem cam yang menyesuaikan jarak antar grup saat lensa difokuskan. Pabrikan menyebut hal ini berbeda: Nikon menyebutnya CRC (koreksi jarak dekat); Canon menyebutnya sistem mengambang; dan Hasselblad dan Mamiya menyebutnya FLE (elemen lensa mengambang).

Karena sifat optik dan ketahanan goresnya yang baik, kaca adalah bahan yang paling umum digunakan untuk membuat lensa. Bahan lain juga dapat digunakan, seperti kaca kuarsa, fluorit, plastik (seperti kaca akrilik), bahkan kaca germanium dan meteorit. Plastik memungkinkan pembuatan elemen lensa asferis kuat yang sulit atau tidak mungkin dibuat dalam kaca, dan yang menyederhanakan atau meningkatkan produksi dan kinerja lensa.

Plastik tidak digunakan untuk elemen terluar dari semuanya kecuali lensa termurah karena mudah tergores. Lensa plastik cetakan telah digunakan untuk kamera sekali pakai termurah selama bertahun-tahun, dan memiliki reputasi buruk: produsen optik berkualitas cenderung menggunakan eufemisme seperti “resin optik”. Namun banyak lensa modern, performa tinggi (dan harga tinggi) dari pabrikan populer menyertakan elemen asferis cetakan atau hibrid, jadi tidak benar bahwa semua lensa dengan elemen plastik memiliki kualitas fotografis rendah.

Bagan uji resolusi USAF 1951 adalah salah satu cara untuk mengukur daya pisah lensa. Kualitas material, pelapis, dan build memengaruhi resolusi. Resolusi lensa pada akhirnya dibatasi oleh difraksi, dan sangat sedikit lensa fotografi yang mendekati resolusi ini. Yang memang disebut “difraksi terbatas” dan biasanya sangat mahal.

Saat ini, sebagian besar lensa memiliki banyak lapisan untuk meminimalkan pijar lensa dan efek yang tidak diinginkan lainnya. Beberapa lensa memiliki lapisan UV untuk mencegah sinar ultraviolet yang dapat mencemari warna. Semen optik paling modern untuk mengikat elemen kaca juga menghalangi sinar UV, meniadakan kebutuhan akan filter UV. Fotografer UV harus berusaha keras untuk menemukan lensa tanpa semen atau pelapis.

Lensa paling sering memiliki mekanisme penyesuaian apertur, biasanya diafragma iris, untuk mengatur jumlah cahaya yang lewat. Pada model kamera awal, pelat berputar atau penggeser dengan lubang ukuran berbeda digunakan.

Perhentian Waterhouse ini masih dapat ditemukan pada lensa modern khusus. Sebuah rana, untuk mengatur waktu di mana cahaya bisa lewat, dapat digabungkan di dalam unit lensa (untuk kualitas gambar yang lebih baik), di dalam kamera, atau bahkan, jarang, di depan lensa. Beberapa kamera dengan daun jendela di lensa menghilangkan aperture, dan shutter berfungsi ganda.

Bukaan dan panjang fokus

Dua parameter fundamental lensa optik adalah panjang fokus dan apertur maksimum. Panjang fokus lensa menentukan perbesaran gambar yang diproyeksikan ke bidang gambar, dan bukaan intensitas cahaya gambar itu.

Untuk sistem fotografi tertentu, panjang fokus menentukan sudut pandang, panjang fokus pendek memberikan bidang pandang yang lebih luas daripada lensa panjang fokus yang lebih panjang. Apertur yang lebih lebar, yang diidentifikasi dengan f-number yang lebih kecil, memungkinkan penggunaan kecepatan rana yang lebih cepat untuk pencahayaan yang sama. Persamaan kamera, atau G #, adalah rasio pancaran yang mencapai sensor kamera dengan pancaran pada bidang fokus lensa kamera.

Apertur maksimum yang dapat digunakan lensa ditetapkan sebagai rasio fokus atau f-number, yang didefinisikan sebagai panjang fokus lensa dibagi dengan apertur efektif (atau pupil pintu masuk), sebuah bilangan tak berdimensi. Semakin rendah f-number, semakin tinggi intensitas cahaya pada bidang fokus.

Bukaan diafragma yang lebih besar (angka-f lebih kecil) memberikan kedalaman bidang yang jauh lebih dangkal daripada bukaan diafragma yang lebih kecil, kondisi lain dianggap sama. Rakitan lensa praktis juga dapat berisi mekanisme untuk menangani cahaya pengukuran, apertur sekunder untuk reduksi suar, dan mekanisme untuk menahan apertur terbuka hingga saat terpapar untuk memungkinkan kamera SLR fokus dengan gambar yang lebih cerah dengan kedalaman bidang yang lebih dangkal, secara teoritis memungkinkan lebih baik akurasi fokus.

Panjang fokus biasanya ditentukan dalam milimeter (mm), tetapi lensa yang lebih tua mungkin ditandai dalam sentimeter (cm) atau inci. Untuk film atau ukuran sensor tertentu, ditentukan oleh panjang diagonal, lensa dapat diklasifikasikan sebagai:

1. Lensa normal: sudut pandang diagonal sekitar 50 ° dan panjang fokus kira-kira sama dengan diagonal gambar.
2. Lensa sudut lebar: sudut pandang lebih lebar dari 60 ° dan panjang fokus lebih pendek dari biasanya.
3. Lensa fokus panjang: lensa apa pun dengan panjang fokus lebih panjang dari ukuran diagonal film atau sensor. Sudut pandang lebih sempit. Jenis lensa fokus panjang yang paling umum adalah lensa telefoto, desain yang menggunakan konfigurasi optik khusus untuk membuat lensa lebih pendek dari panjang fokusnya.

Baca Juga: Dasar Dasar yang Ada di Photography Wedding

Efek samping penggunaan lensa dengan panjang fokus berbeda adalah jarak yang berbeda dari mana subjek dapat dibingkai, sehingga menghasilkan perspektif yang berbeda. Foto dapat diambil dari seseorang yang merentangkan tangan dengan sudut lebar, lensa normal, dan telefoto, yang berisi ukuran gambar yang persis sama dengan mengubah jarak dari subjek. Tapi perspektifnya akan berbeda.

Dengan sudut lebar, tangan akan terlalu besar jika dibandingkan dengan kepala. Seiring bertambahnya panjang fokus, penekanan pada tangan yang terulur berkurang. Namun, jika gambar diambil dari jarak yang sama, dan diperbesar serta dipotong untuk menghasilkan tampilan yang sama, gambar akan memiliki perspektif yang sama. Lensa fokus panjang sedang (telefoto) sering direkomendasikan untuk potret wajah karena perspektif yang sesuai dengan jarak pemotretan yang lebih jauh dianggap terlihat lebih bagus.

Lensa aperture terlebar dalam sejarah fotografi diyakini sebagai Carl Zeiss Planar 50mm f / 0.7, yang dirancang dan dibuat khusus untuk program bulan Apollo NASA untuk menangkap sisi jauh bulan pada tahun 1966. Tiga dari lensa ini telah dibeli oleh pembuat film Stanley Kubrick untuk memfilmkan adegan dalam filmnya Barry Lyndon, menggunakan cahaya lilin sebagai satu-satunya sumber cahaya.

Jumlah elemen

Kompleksitas lensa – jumlah elemen dan derajat asferisitasnya – bergantung pada sudut pandang, aperture maksimum, dan titik harga yang diinginkan, di antara variabel lainnya. Lensa sudut lebar ekstrem dengan apertur besar harus memiliki konstruksi yang sangat kompleks untuk mengoreksi penyimpangan optik, yang lebih buruk di tepi bidang dan saat tepi lensa besar digunakan untuk pembentukan gambar.

Lensa fokus-panjang dengan aperture kecil bisa dibuat sangat sederhana untuk mendapatkan kualitas gambar yang sebanding: sebuah doublet (dua elemen) seringkali sudah cukup. Beberapa kamera lama dipasangi lensa konvertibel (bahasa Jerman: Satzobjektiv) dengan panjang fokus normal.

Elemen depan bisa dibuka, menyisakan lensa dua kali panjang fokus, dan setengah sudut pandang dan setengah aperture. Setengah lensa yang lebih sederhana memiliki kualitas yang memadai untuk sudut pandang sempit dan apertur relatif kecil. Jelas bellow harus diperpanjang hingga dua kali panjang normalnya.

Lensa berkualitas baik dengan aperture maksimum tidak lebih dari f / 2.8 dan tetap, normal, panjang fokus membutuhkan setidaknya tiga (triplet) atau empat elemen (nama dagang “Tessar” berasal dari bahasa Yunani tessera, yang berarti “empat”). Zoom dengan rentang terluas sering kali memiliki lima belas atau lebih. Pantulan cahaya pada masing-masing dari banyak antarmuka antara media optik yang berbeda (udara, kaca, plastik) secara serius menurunkan kontras dan saturasi warna lensa awal, terutama lensa zoom, terutama di mana lensa diterangi langsung oleh sumber cahaya.

Pengenalan lapisan optik bertahun-tahun lalu, dan kemajuan teknologi pelapisan selama bertahun-tahun, telah menghasilkan peningkatan besar, dan lensa zoom modern berkualitas tinggi memberikan gambar dengan kontras yang cukup dapat diterima, meskipun lensa zoom dengan banyak elemen akan memancarkan cahaya lebih sedikit daripada lensa. dibuat dengan elemen yang lebih sedikit (semua faktor lain seperti apertur, panjang fokus, dan pelapis dianggap sama).

Dudukan lensa

Banyak kamera refleks lensa tunggal dan beberapa kamera pengintai memiliki lensa yang dapat dilepas. Beberapa jenis lainnya juga melakukannya, terutama kamera TLR Mamiya dan SLR, kamera format menengah (RZ67, RB67, 645-1000s) perusahaan lain yang memproduksi peralatan format menengah seperti Bronica, Hasselblad dan Fuji memiliki gaya kamera serupa yang memungkinkan pertukaran di lensa juga, dan kamera mirrorless interchangeable-lens. Lensa dipasang ke kamera menggunakan dudukan lensa, yang berisi hubungan mekanis dan seringkali juga kontak listrik antara lensa dan badan kamera.

Desain dudukan lensa merupakan masalah penting untuk kompatibilitas antara kamera dan lensa. Tidak ada standar universal untuk dudukan lensa, dan setiap pembuat kamera utama biasanya menggunakan desain miliknya sendiri, tidak kompatibel dengan pembuat lainnya.

Beberapa desain dudukan lensa fokus manual yang lebih lama, seperti dudukan lensa Leica M39 untuk pengukur jarak, dudukan lensa M42 untuk SLR awal, dan dudukan Pentax K ditemukan di beberapa merek, tetapi ini tidak umum saat ini. Beberapa desain dudukan, seperti dudukan Olympus / Kodak Four Thirds System untuk DSLR, juga telah dilisensikan ke pembuat lain. Sebagian besar kamera format besar juga menggunakan lensa yang dapat diganti, yang biasanya dipasang di papan lensa atau di standar depan.

Dudukan lensa yang dapat dipertukarkan yang paling umum di pasaran saat ini termasuk dudukan lensa autofokus Canon EF, EF-S dan EF-M, dudukan lensa manual dan fokus otomatis Nikon F, Olympus / Kodak Four Thirds dan Olympus / Panasonic Micro Four Thirds hanya digital dudukan, dudukan Pentax K dan varian fokus otomatis, dudukan Sony Alpha (berasal dari dudukan Minolta) dan dudukan khusus digital Sony E.