[ad_1]
Antik çağda, bir bikonveks haline getirilmiş büyüteç kristallerinin örneklerini görüyoruz. MÖ 7. yy kadar erken bir tarihte şekil. O dönemin insanlarının bunları ateş yakmak için mi yoksa görme amacıyla mı kullandığı belli değil. Yine de ünlü olarak Roma İmparatoru Nero’nun bir zümrüt aracılığıyla gladyatör oyunları izledim.
Modern merceklerden aldığımız görüşlerin çok daha gerçekçi olduğunu söylemeye gerek yok. Peki basit büyütme sistemlerinden bugün gördüğümüz karmaşık mercek sistemlerine nasıl geçtik? Kamera ve merceğin tarihçesinde hızlı bir yolculukla başlıyoruz ve akıllı telefon kameraları ve VR kulaklıklar için son teknoloji mercek tasarımına ulaşacağız.
Teori ve pratik
Çoğu kültür ve dönemden filozoflar ve bilim adamları ışık hakkında düşünmüşlerdir. Modern ışık teorilerimiz 1600’lere kadar uzanıyor ve Johannes Kepler, Willebrord Snellius, Issac Newton ve Christiaan Huygens gibi bilim adamlarının çalışmaları. Tabii ki, tartışmasız değildi. Netwon ve diğerleri, ışığın bir ışın gibi düz bir çizgide hareket eden bir parçacık olduğu fikrini öne sürerken, Huygens ve diğerleri ışığın daha çok bir dalga gibi davrandığını öne sürdüler. Bir süre için Newton’un kampı kazandı.
Bu, 1800’lerde Thomas Young’ın girişim deneylerinin hiçbir parçacık teorisinin açıklayamayacağı verileri gösterdiğinde değişti. 1821’de Fresnel, ışığı boyuna dalga olarak değil, enine dalga olarak tanımlamayı başardı. Bu, Maxwell’in elektromanyetik teorisi ortaya çıkana ve klasik optik çağını sonlandırana kadar Huygens-Fresnel ilkesi olarak bilinen fiili ışık teorisi haline geldi.
Bu arada, pratik gözlükler muhtemelen orta İtalya’da 1290 civarında icat edildi. Gözlükler dünyaya yayıldı ve gözlük üreticileri de teleskop yapmaya başladı. Bir teleskop için ilk patent 1608’de Hollanda’da alındı. Ancak, o zamana kadar teleskoplar zaten bir şekilde yaygın olduğu için patent başvurusu kabul edilmedi. Bu kırılma teleskopları oldukça popülerdi ve genellikle basit iki elementli sistemlerdi. Newton’un 1668’de yaptığı gibi yansıtmalı teleskoplar, kısmen onun hakkındaki teorilerini kanıtlamak için inşa edildi. renk sapmaları. Nihayetinde çoğunlukla doğru, lenslerin ışığı bir odak noktasına kırdığını, ancak farklı dalga boylarının farklı şekilde kırıldığını kanıtladı. Bu, renklerin farklı odak noktalarına sahip olduğu ve görüntüyü bozduğu anlamına gelir.
Film olay yerine ulaştığında, kameraların da küresel sapmadan muzdarip olduğu keşfedildi – lens görüntüyü geniş düz bir düzlem üzerinde odaklayamadı. Charles Chevalier, hem kromatik hem de küresel sapmaları kontrol edebilen akromatik bir lens yarattı. Ancak bu, ön taraftaki açıklığın oldukça küçük (f/16) olduğu ve pozlama süresinin yirmi veya otuz dakikaya ulaştığı anlamına geliyordu.
Kameralar için kullanışlı olmasa da, fresnel lens bu sefer 1818’de geldi ve binlerce olmasa da yüzlerce gemi kurtardı. Fransız Deniz Fenerleri Komisyonu, lensi tasarlaması için Fresnel’i tuttu ve oldukça iyi çalıştı. Belki de bu başarıdan dolayı, 1840’ta Fransız hükümeti, kameralarda pozlama sürelerini azaltabilecek bir lens bulabilene bir ödül teklif etti.
Joseph Petzval, sunulan zorluğu üstlenen bir matematik profesörüydü. Sekiz insan topçu bilgisayarı, bir arşidük tarafından projesine altı aylığına ödünç verildi – bu son teknoloji bir tasarımdı. Sonunda, Fransız olmadığı için kendisine ödül teklif edilmedi, ancak lensi o yıl sunulanlar arasında en iyi performansı gösteren oldu.
Petzval’in lensi, ilk dört elementli lens sistemlerinden biriydi ve yeniden amaca uygun bir camera obscura veya teleskop parçası olmaktan ziyade kamera için özel olarak tasarlanmış ilk lenslerden biriydi. Sonuç olarak, gelecek yüzyıl için yaygın bir lens tasarımıydı. Daha fazla ince ayar yaygın olsa da, lensi oluşturan matematiksel temellere geri dönmek yerine çoğunlukla deneme yanılma yoluyla yapıldı.
Bir sonraki sıçrama, 1890’da, farklı kırılma indeksleri ve diğer optik özelliklere sahip yeni cam türleri kullanan Zeiss Protar ile geldi. Farklı gözlüklerin bir araya getirilmesi, neredeyse tüm sapmaları düzelten bir lens ile sonuçlandı. Bu lens türü olarak bilinir bir anastigmatve Protar ilk oldu.
Burada Japon lens üreticilerinin yükselişi ve Alman lens üreticilerinin düşüşü etrafında çok daha fazla tarih var. Ancak akıllı telefona geçeceğiz.
Modern Akıllı Telefon
Bir akıllı telefonu neyin oluşturduğundan bahseden uzun makalemizde kısaca tartıştık. Ancak modern akıllı telefon lensleri, küçükken yeterli ışığı yakalamak zorunda kaldıkları için karmaşıktır. Mükemmel bir kaynak bağlandığımız bu blog yazısı mı yukarıdaki makalede.
Günümüzde pek çok akıllı telefon, büyük ölçüde eski modelden ilham alan üç elemanlı bir lens sistemi kullanıyor. üçlü yemek.
Açıklaması oldukça kolay ve üretimi nispeten basit olma avantajına sahiptir. İlk lens, bu tür sapmaları düzeltemediğimiz için yüksek optik güce ve düşük bir kırılma ve dağılım indeksine sahiptir. İkinci lens, birinci lenste meydana gelen sapmaları dengeler ve farklı bir malzemedir ve birinci lensin ürettiği küresel etkinin azaltılmasına yardımcı olur. Üçüncü mercek, ilk ikisinden kaynaklanan bozulmayı düzeltir ve ışınları görüntü düzleminde düzleştirir.
Sonra aniden böyle bir şeye gidiyoruz. Lenslere bak. Hiçbiri güzel küresel şekiller değil. Bunun yerine, garip ve gizemlidirler.
Bu, bir iPhone 7’nin etrafındaki lens yığını – hangi telefonda hangi patentin kullanıldığı net değil. Ön lensin yüksek optik gücü var ve ikinci lens bunu düzeltmeye çalışıyor. Ancak son dört lensin tümü, bozulma ve küresel sapmayı düzelten çarpık şekillerdir.
Daha büyük kameraların aksine, bir cep telefonundaki lenslerin çoğu aynı malzemedir. Neden? Niye? Basit cevap, zorunda olduklarıdır. Akıllı telefon lensleri, üst üste bindirilmiş camdan ziyade çoğunlukla plastiktir. Düşündüğünüzün aksine, onları plastikten yapmak camdan daha karmaşıktır. Reçine ile çalışan herkes, hatasız şeffaf plastik elde etmenin kolay olmadığını söyleyebilir. Lensler için kullanabileceğimiz plastikler, aralarından seçim yapabileceğiniz iki kırılma indeksi ile yalnızca iki ana çeşitte gelir. Cam, egzotik IoR ve Abbe sayıları elde etmek için çeşitli malzemelerle katkılı bir spektrumda gelir. Aslında, daha egzotik kamera lenslerinin bazılarında toryum gibi radyoaktif maddeler bulunur. Bununla birlikte, plastikler, cama kıyasla benzersiz şekiller oluşturabilir. Camı küre dışında herhangi bir şeye alıştırmak, ölçeklendirmek ve tutarlı bir şekilde üretmek zordur. Plastik kalıplıdır ve istediğiniz herhangi bir formda olabilir.
Ek olarak, harekete tepki olarak lensi hareket ettirmek için MEMS kullanan optik görüntü sabitleme gibi akıllı telefonların sunduğu birçok başka özellik vardır. Elbette bu, bir veya daha fazla merceğin veya hatta kamera modülünün kendisinin hareket ettirilmesini gerektirir, bu da her merceğin sapmaları işlemede belirli bir rolü olduğu için bir dizi soruna neden olur. En yeni iPhone 12’de lensler yerine CMOS görüntü sensörü hareket ediyor. Bu, lenslerin sapmaları düzeltmeye devam ederken optik güçlerinin çoğunu korumasını sağlar.
VR Kulaklıkları
Fotoğraf, 1800’lerde lens inovasyonunu yönlendirdiyse, muhtemelen 2000’lerde onu yönlendiren cep telefonudur. Ancak yakın gelecekte ortalığı karıştırabilecek bir özel uygulama daha var: VR. Şu anda, VR kulaklıkları büyük ve hacimlidir. Kısmen bu şekilde hissediyorlar çünkü ağırlıklarının çoğu yüzünüzden uzakta ve daha sert aşağı çekiyorlar. Kulaklık daha ince olsaydı, bu daha rahat bir deneyim sağlardı.
Şu anda, bu yığının çoğu lenslerden ve görüntüyü odaklamak için gereken mesafelerden geliyor, böylece kulaklık açıkken doğru görünüyor. Son zamanlarda, Facebook/Oculus/Meta bazı prototip başlıklarını sergiledi ve birkaçı bunu ele almaya çalıştı. Kullanıcının nereye baktığına bağlı olarak kulaklık, odak düzlemini değiştirmek ve anında yazılımdaki lens bozulmasını düzeltmek gibi şeyler yapar.
Lenslerin Geleceği
Bazıları lenslerden tamamen kurtulabileceğimizi söylüyor. Metalenz gibi birçok şirket silikon nanoyapılardan dalga kılavuzları inşa ediyor. Avantajı, herhangi bir karmaşık muhafaza olmaksızın CMOS görüntü sensörünün tam üstüne paketlenebilmesidir. Gereken doğruluğu ve düşük düzeyde bozulmayı elde etmek için düzinelerce lens kullanan sistemler yalnızca tek bir katmana sıkıştırılabildiğinden, normal kameraların ve spektrometrelerin küçülmesini sağlar.
Ek olarak, daha az ağırlık ve hacim ile daha geniş bir görüş alanı sağlayan dalga kılavuzları ekranlara yerleştirilebileceğinden, bu VR kulaklıklarının çok ilgilendiği bir şeydir. Gelecek, kesinlikle lens tasarımı için birçok heyecan verici yeni gelişmeyi barındırıyor. Daha fazla kontrole sahip daha fazla senaryoda distorsiyonsuz lenslere doğru ilerledikçe, bazıları eski lenslere geri dönüyor. Bazen nostalji için, bazen de görünüşü beğendikleri için. Belki Emporer Nero bugün çeşitli lenslerimize, kameralarımıza ve VR kulaklıklarımıza gözlerini kısarak baksa, yine de yakutu, optik bozulmaları ve hepsini tercih edebilirdi.
[ad_2]
Kaynak : https://hackaday.com/2022/06/28/lenses-from-fire-starters-to-smart-phones-and-vr/