Een korte geschiedenis van het scherpstellen van camera-lenzen.
De geschiedenis van het scherpstellen van cameralenzen is nauw verbonden met de evolutie van de fotografie zelf. Het concept van scherpstellen houdt in dat de lens wordt aangepast om scherpte en helderheid in het vastgelegde beeld te krijgen. Hier volgt een kort overzicht van de belangrijkste mijlpalen in de ontwikkeling van scherpstelmechanismen voor cameralenzen.
Vaste focuslenzen (19e eeuw):
In de begindagen van de fotografie waren de lenzen vaak fixed focus, wat betekent dat ze een vaste brandpuntsafstand en diafragma hadden. Deze lenzen hadden een grote scherptediepte, waardoor fotografen relatief scherpe beelden konden vastleggen zonder dat ze moesten scherpstellen.
Balg en tandheugel (midden 19e eeuw):
Naarmate camera’s zich ontwikkelden, vooral met de komst van grootformaat en view camera’s, werden balg- en tandheugelmechanismen geïntroduceerd. Fotografen konden de afstand tussen de lens en het filmvlak aanpassen door de balg uit te schuiven of in te trekken. Dit maakte een rudimentaire vorm van scherpstellen mogelijk.
Grondglas en schaalscherpstelling (eind 19e eeuw):
Camera’s begonnen schermen van geslepen glas te bevatten waarop fotografen de scherpstelling visueel konden beoordelen. Daarnaast waren sommige camera’s voorzien van schaalscherpstelling, waarbij de fotograaf de afstand tot het onderwerp schatte en de lens overeenkomstig aanpaste.
Helische focus (begin 20e eeuw):
De introductie van schroefvormige scherpstelmechanismen betekende een belangrijke vooruitgang. Hierbij werd een schroefdraad of spiraalvormige groef op de lenscilinder aangebracht waarmee de afstand tussen lens en film soepel en nauwkeurig kon worden aangepast. Dit ontwerp wordt vandaag de dag nog steeds veel gebruikt in lenzen met handmatige scherpstelling.
Afstandzoekersystemen (jaren 1930-1950):
Rangefinder camera’s werden populair in deze periode, met een aparte zoeker en een afstandszoekermechanisme voor het scherpstellen. De fotograaf stelde scherp tot twee boven elkaar geplaatste beelden op één lijn lagen, wat aangaf dat het onderwerp scherp was.
Single-Lens Reflex (SLR) camera’s (midden 20e eeuw):
Spiegelreflexcamera’s met TTL (through-the-lens) kijk- en scherpstelsystemen werden gemeengoed. Hierdoor konden fotografen precies zien wat de lens “zag” door de zoeker, waardoor nauwkeuriger kon worden scherpgesteld.
Autofocus (jaren 1970-1980):
De komst van autofocus zorgde voor een revolutie in de fotografie. Vroege autofocussystemen gebruikten contrastdetectie– of fasedetectiemethoden. Deze systemen zijn geëvolueerd en de huidige camera’s bevatten vaak geavanceerde autofocustechnologieën, zoals hybride fasedetectie- en contrastdetectiesystemen. Voor het scherpstellen wordt in die tijd een kleine elektrische motor gebruikt die de lenselementen beweegt. Micro-motoren zijn zeer compact en licht, wat geschikt is voor de constructie van kleinere lenzen. Hij stelt meestal ook langzamer en luidruchtiger scherp in vergelijking met de andere autofocusmotortypen in vergelijking met meer geavanceerde motortypen.
Elektronische hulpmiddelen voor scherpstellen (eind 20e eeuw tot heden):
De elektronische hulpmiddelen voor het scherpstellen worden verder uitgebreid met o.a. “focus peaking” en vergroting in elektronische zoekers of op LCD-schermen, deze hulpmiddelen helpen fotografen bij het nauwkeurig handmatig scherpstellen, vooral bij spiegelloze camera’s. Er worden nu ook gelijkstroommotor gebruikt. Dit is een verbetering ten opzichte van de micromotoren. Ze zorgen voor een aangenamere, snellere en stillere autofocuservaring. DC-motoren werken door gebruik te maken van gelijkstroom om de lenselementen aan te drijven voor het scherpstellen. In het laatste decennium komt de Ultrasone motor (USM) steeds vaker voor.
Dit is de motor die vaak wordt gebruikt bij objectieven in het hogere segment, omdat de kosten hoger zijn in vergelijking met micro- en gelijkstroommotoren. Deze USM autofocusmotor staat bekend om zijn snelle, nauwkeurige en bijna geruisloze autofocuswerking, waardoor hij zeer geschikt is voor sport-, wildlife- en snelle actiefotografie. Deze technologie maakt gebruik van ultrasone trillingen om de scherpstelelementen aan te sturen.
Geavanceerde autofocustechnologieën (heden):
Moderne High-end lenzen maken steeds vaker gebruik van spreekspoelactuators, lineaire-elektromotoren en Piëzo (Ultrasone motor) motoren geholpen door geavanceerde autofocusalgoritmen, waaronder gezichtsdetectie, eyetracking en kunstmatige intelligentieverbeteringen, om snel en nauwkeurig scherp te stellen op onderwerpen.
Een lineaire motor is een elektromotor waarvan de stator en rotor zijn “afgerold”, waardoor hij in plaats van een ronddraaiende- (koppel) een rechtlijnige (lineaire) kracht over zijn lengte produceert. Lineaire motoren kenmerken zich doordat het actieve deel van een lineaire motor eind tops heeft. Met andere woorden, de motor beweegt heen en weer.
Enkele jaren geleden begonnen enkele fabrikanten voice-coil actuators (VCA) toe te passen om de scherpstelelementen te bewegen. In het begin zagen we deze alleen in kleine lenzen, vooral die voor MFT-systemen, Olympus en Panasonic.
Uit het bovenstaande mag worden geconcludeerd dat een lineaire motoren tot de “nieuwigheden” in de fotografie behoren. De techniek is zeker niet nieuw maar de toepassing in lenzen is wel iets van de laatste jaren.
Lineaire motoren komen het meest voor in hoogwaardige zeer nauwkeurige technische toepassingen zoals camera lenzen waar ze linear Induction motors (LIMs) of linear electromagnetic focusing motors (LEMs) worden genoemd.
Voordelen van Lineaire elektromagnetische focusmotoren
Lineaire elektromagnetische focusmotoren bieden verschillende voordelen in verschillende toepassingen dankzij hun unieke ontwerp en functionaliteit. Hier zijn enkele van de voordelen:
Nauwkeurige positionering
Lineaire elektromagnetische scherpstelmotoren bieden nauwkeurige controle over de positionering van optische elementen of andere onderdelen. Deze precisie is cruciaal in toepassingen zoals camera’s, projectoren en andere optische systemen.
Snelle werking
Deze motoren kunnen op hoge snelheid werken, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waar snelle aanpassingen of bewegingen nodig zijn. Dit is gunstig in scenario’s zoals autofocussystemen in camera’s of realtime volgsystemen.
Laag stroomverbruik
In vergelijking met sommige andere soorten actuatoren of motoren kunnen lineaire elektromagnetische focusmotoren worden ontworpen om te werken met een relatief laag energieverbruik. Dit kan voordelig zijn in apparaten die op batterijen werken of in toepassingen waar energiezuinigheid een prioriteit is.
stille werking
De elektromagnetische werking van deze motoren resulteert vaak in een stille en soepele beweging, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waar geluid een probleem is. Dit is vooral belangrijk in consumentenelektronica en apparaten die in stille omgevingen worden gebruikt.
Geen mechanische slijtage
In vergelijking met sommige traditionele mechanische systemen hebben lineaire elektromagnetische motoren minder mechanische onderdelen die aan slijtage onderhevig zijn. Dit kan bijdragen aan een langere operationele levensduur en lagere onderhoudsvereisten.
Compact ontwerp
Deze motoren kunnen worden ontworpen met een compacte vormfactor, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waar de ruimte beperkt is. Dit is vooral belangrijk bij het ontwerpen van draagbare apparaten en geminiaturiseerde systemen.
Hoge betrouwbaarheid
De afwezigheid van fysieke contacten of borstels in het motorontwerp kan bijdragen tot een hogere betrouwbaarheid. Dit komt doordat er minder kans is op mechanische storingen en de afwezigheid van wrijving vermindert de behoefte aan smering en onderhoud.
Directe aandrijving
Lineaire elektromagnetische motoren kunnen direct aangedreven worden, waardoor er geen tandwielen of andere transmissiemechanismen nodig zijn. Dit kan het ontwerp vereenvoudigen en de algehele efficiëntie verbeteren.
Verbeterde reactietijd
Deze motoren hebben vaak een snelle reactietijd, waardoor snelle aanpassingen en bewegingen mogelijk zijn. Dit is vooral belangrijk in toepassingen waar snelle veranderingen nodig zijn, zoals in beeldstabilisatiesystemen.
Veelzijdigheid
Lineaire elektromagnetische focusmotoren kunnen worden ontworpen voor verschillende toepassingen, waaronder optica, robotica, medische apparatuur en meer. Door hun veelzijdigheid zijn ze geschikt voor een breed scala aan industrieën en toepassingen.
Het is belangrijk op te merken dat de specifieke voordelen kunnen variëren afhankelijk van het ontwerp, de grootte en de beoogde toepassing van de lineaire elektromagnetische focusmotor.
Stappenmotoren
De Piëzo-elektrische stappenmotoren, niet te verwarren met de gelijknamige elektromagnetische stappenmotor, worden ook vaak aangetroffen in spiegelloze objectieven, met name in objectieven die zijn ontworpen voor video-opnamen en vloeiende focusovergangen. STM-technologie biedt stille, nauwkeurige, geleidelijke aanpassingen van de scherpstelling en minimale abrupte veranderingen tijdens autofocus. Daardoor is deze in bepaalde scenario’s vaak langzamer dan andere motortypen. STM-motoren zijn geschikt om te worden gebruikt voor video-opnamen met continue autofocus.
Voorbeeld van een stappenmotor (Inchworm motor)
- Eerst wordt een groep ‘vergrendelende’ kristallen geactiveerd om de ene kant te vergrendelen en de andere kant van de ‘sandwich’ van piëzokristallen te ontgrendelen.
- Vervolgens wordt de ‘bewegende’ kristalgroep geactiveerd en vastgehouden. De expansie van deze groep beweegt de ontgrendelde ‘vergrendelende’ groep langs het motortraject. Dit is de enige fase waarin de motor beweegt.
- Dan laat de in fase één getriggerde ‘vergrendel’-groep los (in ‘normaal vergrendelende’ motoren, in de andere triggert het).
- Dan laat de ‘bewegende’ groep los, waardoor de ‘slepende vergrendelingsgroep’ wordt ingetrokken.
- Tot slot keren beide ‘vergrendel’-groepen terug naar hun standaardtoestand.
In de loop van de geschiedenis van het scherpstellen van cameralenzen is de vooruitgang gedreven door de wens naar meer precisie, gebruiksgemak en de veranderende behoeften van fotografen. Vandaag de dag hebben fotografen verschillende scherpstelopties, variërend van handmatige scherpstelling tot geavanceerde autofocussystemen, waarmee ze beelden kunnen vastleggen met een opmerkelijke helderheid en scherpte.
Het Piëzo-elektrische effect is het vermogen van bepaalde materialen om een elektrische lading (Q) te genereren als reactie op toegepaste mechanische kracht.
Een van de unieke kenmerken van het piëzo-elektrisch effect is dat het omkeerbaar is, wat betekent dat materialen die het directe piëzo-elektrische effect vertonen (de opwekking van lading wanneer er een kracht op wordt uitgeoefend) ook het omgekeerde piëzo-elektrische effect vertonen (de opwekking van een kracht wanneer er een elektrisch lading wordt toegepast).
