Czy są jakieś tajemnice w projektowaniu soczewek?


22

Schemat budowy obiektywu Canon EF 70-200mm f2.8L IS II USM

Producenci soczewek zwykle udostępniają takie diagramy dla swoich produktów. Jednak wyraźnie pomijają specyfikacje, które pozwoliłyby na pełną analizę układu optycznego, na przykład moc każdego elementu i dokładne odstępy między grupami.

Ale przypuszczalnie inżynier optyczny mógłby zdemontować dowolną próbkę soczewki, aby wyodrębnić tę informację element po elemencie.

Czy zatem przemysł utrzymuje jakiekolwiek pozory „tajemnic” lub zastrzeżonych korzyści w optycznej konstrukcji soczewek, a jeśli tak, to co dokładnie uważa się za wrażliwe i dlaczego?

Wcześniej zakładałem, że konkurencja obiektywów odbywa się całkowicie pod względem jakości szkła, jakości szlifowania / polerowania, montażu i pakowania (tj. Jakości obudowy, szczelności i tolerancji) oraz jakości mechanizmów, takich jak silniki ogniskowania i rzut zoomu. Myślałem, że jedynymi tajemnicami handlowymi, jeśli w ogóle są, są techniki produkcyjne pozwalające na ekonomiczne wytworzenie znanego projektu z określoną tolerancją. Czy faktycznie są jakieś tajemnice projektowe w branży soczewek?

Odpowiedzi:


29

Ogólnie rzecz biorąc, nie ma tajemnic w projektowaniu soczewek. Wszystko, co ważne, wszystkie przełomy itp. Są udostępniane publicznie lub półprywatnie wraz z modyfikacjami poprzez patenty, konferencje, dokumenty itp. Istnieją „tymczasowe tajemnice”, w których coś jest ściśle strzeżone, dopóki nie zostanie opublikowane: Na przykład, ukończyliśmy ostatni element układanki w swobodnej formie bez narzuconych ograniczeń jest pewną formą symetrii, ale nie jest to jeszcze informacja, którą udostępniliśmy, ponieważ jest ona częścią doktoratu, a ochrona IP jest bardzo ważna.

Kiedy przychodzi czas na publikację, wszystko jest opatrzone patentami, na przykład patent Nikon 24 mm f / 1.4G określa wszystkie zalecenia optyczne dla wszystkich. Jest to całkowicie poprawne, z wyjątkiem współczynników asferycznych przynajmniej dla najbardziej wysuniętej z przodu sfery. Projekt jest niezwykle wrażliwy na tę sferę, więc nie ma sposobu, aby brutalna siła zoptymalizowała twoją drogę do właściwych współczynników z podanych. Druga sfera może być również sfałszowana. Pierwszy z nich pozwala obiektywowi na uzyskanie tak szerokiego kąta widzenia, podczas gdy drugi ma na celu zwiększenie wydajności. Ponieważ pierwszy z nich jest nieprawidłowy, projekt całkowicie zawodzi, a drugi po prostu powoduje niską wydajność.

Zeiss publikował również Indeks soczewek fotograficznych Zeissa do około 1950 r., Który szczegółowo opisywał każdy patent i obiektyw w ich produkcji.

Różni producenci preferują różne wybory projektowe, choć nie mogę powiedzieć z całą pewnością, dlaczego. Zeiss preferuje bardziej „eleganckie” rozwiązania projektowe z bardziej „podstawowymi” kształtami elementów i formami projektowymi. Leica często korzysta z nietypowej powierzchni Merte (patrz strona 40). Ogólnie rzecz biorąc, Leica sprowadza też rzeczy do jak najmniejszej liczby elementów dzięki dość ekstremalnym projektom pod względem krzywizny powierzchni.

Canon i Nikon często używają tego, co sprowadza się do podwójnego obiektywu głównego Gaussa z szerokim kątem mocowania przed nim, do projektowania szerokokątnych obiektywów szerokokątnych, takich jak 24 mm / 1,4G, 24 mm / 1,4L.

Rzeczy takie jak przyspieszenie autofokusa (zdobycie najmniejszych elementów, które można przenieść w celu ogniskowania) są również szeroko rozpowszechnioną wiedzą. Być może najlepiej strzeżoną tajemnicą jest zapłacenie ceny za kod V (kilka tysięcy USD / miesiąc / użytkownika) zamiast Zemax (około 35 000 USD na użytkownika) za jego znacznie lepsze narzędzia do tolerowania projektu i przygotowania go do produkcji.


Aby wyjaśnić przykład patentowy Nikon: czy celowo zaciemnili dokładną specyfikację przedniej asferycznej w patencie? Mimo to, czy nie jest to kwestia pobrania soczewki próbki produkcyjnej i umieszczenia jej przed obiektywometrem, aby uzyskać te współczynniki, czy ktoś powinien chcieć ją odtworzyć, gdy przestanie być patentem? A może mierzenie asferyczne nie jest takie proste?
footwet

2
@feetwet soczewki nie mierzą wymaganych specyfikacji - dotyczą soczewek okularowych. Nikon z pewnością zaciemnił współczynniki asferyczne, aby chronić swój patent intelektualny. Aby ponownie wygenerować współczynniki asferyczne, potrzebny jest profilometr 3D, który zapewnia ograniczony stopień precyzji. Po osiągnięciu etapu dopasowywania krzywej do tego profilu może istnieć wiele rozwiązań z tym profilem. Można również użyć interferometru, ale pierwsza sfera w tej soczewce ma bardzo duże odchylenie - zbyt duże, aby interferometr mógł to zobaczyć.
Brandon Dube,

2
Ogromna ich liczba nie ma dobrego narzędzia do inżynierii odwrotnej. Okulary są szczególnie trudne - nawet jeśli znasz indeks przy jednej długości fali i liczbę V, nie wiesz na pewno, jaki to materiał. Ponadto każda sfera będzie niezwykle trudna do odtworzenia bez oryginalnego równania. Pomiar przestrzeni powietrznej i promieni krzywizny jest również bardzo trudny.
Brandon Dube,

7
Wcale nie wątpię, ale zaciemnianie wydaje się strasznym pogwałceniem ducha systemu patentowego, który jest zasadniczo porozumieniem dotyczącym ujawnienia tajemnic w zamian za ochronę handlową. Jeśli ujawnione tajemnice są w rzeczywistości półprawdami, ochrony tej nie należy udzielać - patent należy unieważnić.
mattdm

1
@mattdm: Patenty muszą zawierać informacje, które typowy specjalista w dziedzinie uznałby za nowatorskie i przydatne. Patent nie musi zawierać wszystkich takich informacji znanych wynalazcy. Jeżeli patent obejmuje projekt, który działałby lepiej niż jakikolwiek inny projekt, który nie opierałby się na zastrzeżonych informacjach, taki projekt kwalifikowałby się jako „nowatorska i użyteczna informacja”, nawet jeśli takie ulepszenia nie byłyby tak duże, jak inne znane wynalazcy .
supercat

0

Oczywiście zawsze można całkowicie przebudować obudowę obiektywu, najpierw umieścić ją w aparacie rentgenowskim pod różnymi kątami, aby określić odległość, możliwe ruchy, wbudowane mechanizmy itp. Następnie rozebrać ją fizycznie, aby sprawdzić soczewki, a następnie określić kształt każdej soczewki i jej właściwości. Możesz także sprawdzić inne obiekty. Jeśli naprawdę chcesz doprowadzić to do skrajności, możesz określić skład każdego obiektu za pomocą analizy elementarnej.


Niemożliwe jest dokładne określenie materiałów optycznych z próbki bez wielu kawałków. Muszą zostać rozbite, aby ustalić, jakie dokładnie są. Ponadto powłoki nie są w stanie precyzyjnie zmienić składu.
Brandon Dube,

1
Ta odpowiedź tak naprawdę nie odpowiada na pytanie, czy istnieją jakieś tajemnice w projektowaniu soczewek. Czy potrafisz opracować odpowiedź?
Hugo,
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.