Objektiivin valmistaminen

Suunnittelu

: Lens Design

Objektiivin valmistamiseen kuuluu monta vaihetta, joista ensimmäinen on perussuunnittelu. Minkä tahansa objektiivin perussuunnittelun lähtökohtana on kohdekäyttäjien määritteleminen. Tuleeko objektiivi ammattilaisten ja vaativien amatöörikuvaajien käyttöön vai suunnataanko objektiivi tavallisille kuluttajille? Tämä kriteeri määrittelee tarvittavan suorituskyvyn tason useilla alueilla: optinen suorituskyky, käytön vaatima kestävyys ja ympäristömuuttujat, jotka vallitsevat tyypillisellä käyttöalueella.

Kun kohdemarkkinat on valittu, tulee päättää:

Optisen rakenteen lähtökohta
Käytettävät materiaalit (optiset ja mekaaniset)
Kuinka mekaaniset komponentit prosessoidaan – työstämällä vai valamalla
Minkä tyyppistä AF liitäntää käytetään autofokusobjektiivin osalta

Optista rakennetta lähestyttäessä on olemassa tiettyjä objektiivirakennetekniikan perusmalleja, jotka ovat vakiintuneet eräänlaisiksi “pohjakuvioiksi” tavanomaisessa objektiivirakenteessa sen mukaan, onko kyseessä laajakulma-, tele- tai makro-objektiivi.

Objektiivien suunnittelijat kohtaavat kuitenkin nykyään paljon enemmän haasteita, koska objektiiveissa käytettyjen materiaalien valmistamisessa on edistytty. Tämä koskee optista lasia itseään, metallikomponenttien materiaaleja, muovimateriaaleja ja näiden materiaalien prosessointimenetelmiä. Samalla kun nämä uudet materiaalit antavat objektiivien suunnittelijoille suurempia valinnanmahdollisuuksia ja vapautta erinomaisiin tuotteisiin pyrittäessä, ne asettavat markkinapaineita kustannusten vähentämiseksi. Optimaalisena tavoitteena on valmistaa parempi objektiivi edullisemmin, riippumatta siitä, onko kyse ammattilaiselle vai tavalliselle kuluttajalle tarkoitetusta tuotteesta.

Tietokonesimulaatiot tuotantovalmistelujen tehostamiseksi

Kun optinen suunnittelu on valmis, tietokonesimulaatio antaa tarkan ennusteen objektiivin lopullisesta suorituskyvystä kuva-alueen keskellä ja laidoilla. On syytä huomata, että objektiivinvalmistajat ovat tehneet omia teknologisia löytöjään ja käyttävät omia suunnittelu- ja valmistustekniikkoja, jotka perustuvat kokemukseen. Näihin kuuluvat mm. tietokoneohjelmat, jotka yleisesti kehitetään yksittäisissä yrityksissä ja ovat siksi niiden yksityisosaamista.

Tässä vaiheessa määritellään, vastaako objektiivi alkujaan asetettuja suorituskykykriteerejä. Jos jotain potentiaalisia ongelmia ilmenee, optista rakennetta muutetaan.

Uutta kehitystä mekaniikan suunnittelussa

Kun optiikan suunnittelijat kohtaavat optiseen suorituskykyyn liittyviä haasteita, mekaniikan suunnittelijat työskentelevät tehdäkseen optisesta suunnitelmasta käyttökelpoisen valokuvaajille. Jokaisen optisen elementin liikkeen täytyy olla täysin toimiva ja virheetön ja rakenteen tulee olla niin vankka, että se kestää pitkää käyttöä erilaisissa olosuhteissa.

Hyvin usein, kun optinen rakenne tulee hyvin hienoviritteiseksi, mekaanisen rakenteen pitää ylittää tuo hienoviritteisyys murtamalla tavanomaiset rakennekäytännöt ja etenemällä uuteen metodologiaan, joka asettaa uudet standardit. Tamronin "Triple Cam Design" on täydellinen esimerkki tällaisesta vanhan murtavasta lähestymisestä rakennesuunnittelussa. "Triple Cam Design" on käytössä 28-200mm F/3.8–5.6 Aspherical zoom objektiivissa, joka on voittanut lukuisia palkintoja innovatiivisesta suunnittelustaan ja erinomaisesta hinta/suorituskyky -suhteestaan. Tämä objektiivi ei olisi koskaan tullut markkinoille ilman uuden, mekaanisen rakenteen luomista ja prosessointimetodia, joiden ansiosta objektiivin massatuotanto tuli mahdolliseksi. Sen jälkeen saavutettiin lisää teknistä edistystä eli "Quad Cam", jota käytetään 28-300mm objektiivissa.

Prototyyppejä laajoihin käyttökokeisiin

: Special manufacturing

Kun mekaaninen rakennesuunnitelma on valmis, valmistetaan useita prototyyppimalleja, jotta objektiivin suorituskykyä voidaan arvioida erilaisissa, suotuisissa ja vaikeissa olosuhteissa ja jotta voidaan päättää kannattaako objektiivi ottaa sarjatuotantoon. Resoluutio, kontrasti ja värintoisto testataan huolellisesti kaikilla aukoilla, suurimmasta pienimpään, ja kaikilla polttoväleillä, jos kyseessä on zoomobjektiivi. Tähän prosessiin kuuluu mallikaavion kuvaaminen laboratoriossa sekä kenttätestit erilaisissa valaistusolosuhteissa, kuten auringonvalon suuntaan, kohti aurinkoa ja varjossa, jne.

Prototyyppimalleja testataan tämän jälkeen erilaisissa lämpötiloissa ja ympäristöolosuhteissa sen selvittämiseksi, miten nämä tekijät saattavat vaikuttaa objektiivin toimintaan (tarkennusrenkaaseen, zoomausrenkaaseen, himmenninlamellien liikkeeseen). Lisäksi objektiivit asetetaan kiihdytettyyn ikääntymistestiin laboratoriossa kestävyyden takaamiseksi. Optiikka- ja mekaniikkainsinöörit käyttävät kaikkien näiden testien tuloksia rakenteen viimeistelemiseksi.

Autofokus suunnitellaan

Samanaikaisesti optisen ja mekaanisen rakenteen valmistumisen kanssa aloitetaan autofokuksen suunnittelu. Objektiivin täydellisen yhteensopivuuden ja toimivuuden takaamiseksi jokaisessa kameravalmistajien kameramallissa paljon ohjelmistosuunnittelua vaaditaan tässä vaiheessa. Kun AF-yksikön „raakamalli" on valmis, se ladataan prototyyppiobjektiiviin sen käytännön toimivuuden testaamiseksi ja ohjelmiston virittämiseksi yhteen mekaanisen rakenteen kanssa. Tuloksena on kustomoitu mikrosiru (tavallisesti ROM), joka toteuttaa autofokuksen ollessaan liitettynä osaksi objektiivin mekaanista rakennetta.

Sarjavalmistuksen valmistelu

Kun objektiivin yleinen rakenne on valmis, valmistusprosessi alkaa. Prosessissa on monia vaiheita, joiden huipuksi syntyy lopullinen tuote.

Lasielementit

: Aspherical lenses

Optista lasimateriaalia, jota käytetään linsseissä, on saatavissa harvoilta valmistajilta ja usein nämä yritykset toimittavat lasin "puristettuna levynä", eräänlaisena viipaloituna lasilevynä. Lasielementit asetetaan alkuhiontaan, jossa käytetään "kaarevuuden generaattoriksi" kutsuttua konetta. Siinä muodostuu elementin raakamuoto eli kuperuus tai kaarevuus.

Kun hionta edistyy ja elementit saavat yhä enemmän lopullisten määritteittensä mukaista muotoaan, vedessä olevat elementin pintaa muokkaavat kiillotuspartikkelit tulevat yhä hienojakoisemmiksi. Linssin muodon aikaansaaminen ja hionta voi vaihdella lasimateriaalin ominaisuuksien ja linssin halkaisijan sekä muodon mukaan. Tyypillisesti LD ( Low Dispersion) tai AD ( Anomalous Dispersion) lasimateriaali vaatii pidemmän prosessoinnin, mikä johtuu materiaalien pehmeydestä, hauraudesta ja hapettumisesta. Tämä selittää, miksi LD tai AD lasia käyttävät objektiivit ovat suhteessa muita kalliimpia. Lisäksi noiden lasimateriaalien lähtöhinta on tavallisempaa lasia korkeampi. Näiden materiaalien korkeampi hinta on kuitenkin oikeutettu, koska tällaisten high-tech -lasien käyttö vähentää tehokkaasti kromaattista aberraatiota.

Kun lopullinen hionta on suoritettu, linssit käyvät läpi kohdistusprosessin, joka takaa kunkin linssin täydellisen eksentrisiteetin. Toisin sanoen linssien ulompi osa hiotaan tasaisesti optiseen akseliin.

Toisen tyyppistä objektiivien valmistuksessa käytettyä linssiä kutsutaan "hybridiasfääriseksi". Sitä käytetään korjaamaan sfääristä aberraatiota, eräänlaista optista kohinaa, joka johtuu siitä, että valonsäteet hajoavat sfäärisiin elementteihin, eivätkä tarkennu samaan pisteeseen kuvatasolla. Tätä kuvanlaadun menetystä voidaan eliminoida suuresti käyttämällä asfäärisiä linssejä. Asfääristen linssien käyttö vähentää myös tehokkaasti objektiivissa syntyvää kuvavääristymää.

Kyseessä on yhdistelmämetodi, jossa lasia ja resiinimateriaaleja liitetään toisiinsa tuottamaan linssi, jonka pinta on nonsfäärinen. Asfäärisen pinnan muodostaminen valmiin linssin pinnalle saadaan aikaan keskittämisprosessin avulla.

Päällystys – ultraohuita kerroksia joilla on valtava vaikutus

: Multi-layered Coating

Kun linssit on muokattu, seuraava vaihe on päällystämisprosessi. Kyseessä on eräs objektiivituotannon kriittisistä tekijöistä, johon jokainen yritys on kehittänyt omat yksilölliset tekniikkansa. Linssin päällystykset palvelevat itse linssin suojaamista hapettumiselta ja samalla ne estävät ei-toivottuja heijastumia.

Heijastumat eivät vain vähennä objektiivin valonläpäisykykyä (jokaisella linssipinnalla noin 4 % valosta häviää heijastumien vuoksi), vaan ne vaikuttavat myös suuressa määrin kuvan kontrastin vähentymiseen, mikä johtaa objektiivin kuvanlaadun huomattavaan heikentymiseen.

Monikalvopäällystyksen tekniikkaa käytetään takaamaan optimaalinen värintoisto ja maksimaalinen valonläpäisy. Nykyään Tamron on kehittänyt uusia "sisäisten pintojen päällystyksiä" (monikalvopäällystyksiä yhdistelmälinssien toisiinsa liitetyillä pinnoilla) heijastumien vähentämiseksi entisestään ja paremman kuvanlaadun takaamiseksi.

Mekaaniset osat

: injection mold

Runkokomponentit ja kosmeettiset osat valmistetaan valumenetelmällä ja/tai työstöprosessilla. Uritetut osat ja helikoidi ovat kaikkein kriittisimpiä komponentteja, koska niiden tarkkuus vaikuttaa suuresti objektiivin lopulliseen laatuun ja toimivuuteen. Nykyään yhä useammat näistä osista valmistetaan muokkaamalla muovia ultratarkalla injektiomuottitekniikalla, joka mahdollistaa korkean tuotantotehokkuuden.

: Components of a lens

Lienee turha edes mainita, mutta objektiivirungon komponentit, jotka valmistetaan muokkaamalla muovia, mahdollistavat objektiivin hyvin pienen painon.

Objektiiviputken sisäpinnat käsitellään huolellisesti ja kokonaan, jotta saadaan heijastamaton pinta. Tämäkin on kriittinen prosessi sellaisten heijastumien vähentämisessä, joita pyrkii syntymään, jos hajavaloa kimpoilee objektiivirungon sisällä.

Sarjatuotanto

: Lens Production

: Quality Control

Kun osien valmistamien on saatu päätökseen, objektiivi kootaan. Useat keskeiset komponentit, kuten himmenninmekanismi, tehdään omana kokoonpanona tuotantotehokkuuden ja rakennespesifikaatioiden tarkan täyttymisen vuoksi. Objektiivin koko mekaaninen rakenne kootaan ja sen jälkeen linssit asennetaan.

Lopullisen kokoamisen jälkeen tapahtuu useita säätöjä sen takaamiseksi, että kaikki toiminnot täyttävät suunnitellut standardit. Tarkastukset koskevat mekaanisia liikkeitä, optista resoluutiota, autofokuksen herkkyyttä, jne. Objektiivista riippuen se voidaan myös asettaa tärinä- ja isku- ja/tai pudotustesteihin.

Sarjatuotanto alkaa kaikkien testien ja säätöjen jälkeen, ja sitten objektiivi tuodaan markkinoille. Kontrollit ja testit jatkuvat myös sarjatuotannon aikana sen takaamiseksi, että korkeat, ISO 9001 sertifikaatin täyttävät, laatuvaatimukset täyttyvät.

Lisäksi kaikki tuotantoprosessit Tamronilla tutkitaan niiden ympäristösopivuuden kannalta. Prosesseja myös optimoidaan jatkuvasti. Tamron on täyttänyt ympäristösitoumuksensa jo vuosien ajan ja edistää aktiivisesti toimenpiteitä, joilla ympäristöä suojellaan yrityksen puitteissa ISO 14001 standardin tiukkojen vaatimusten mukaisesti.