Линза элементтерінің саны оптикалық жүйелердегі бейнелеу өнімділігінің маңызды анықтаушысы болып табылады және жалпы жобалау құрылымында орталық рөл атқарады. Қазіргі заманғы бейнелеу технологиялары дамыған сайын, пайдаланушылардың кескіннің анықтығына, түстердің дәлдігіне және ұсақ бөлшектерді қайта шығаруға деген талаптары күшейе түсті, бұл ықшам физикалық конверттердегі жарықтың таралуын бақылауды күшейтуді қажет етті. Осыған байланысты, линза элементтерінің саны оптикалық жүйенің мүмкіндіктерін реттейтін ең ықпалды параметрлердің бірі ретінде пайда болады.
Әрбір қосымша линза элементі жарық траекторияларын және оптикалық жол бойындағы фокустау әрекетін дәл басқаруға мүмкіндік беретін қосымша еркіндік дәрежесін енгізеді. Бұл жақсартылған дизайн икемділігі бастапқы кескіндеу жолын оңтайландыруды жеңілдетіп қана қоймай, сонымен қатар бірнеше оптикалық аберрацияларды мақсатты түрде түзетуге мүмкіндік береді. Негізгі аберрацияларға сфералық аберрация - шекті және параксиалды сәулелер ортақ фокустық нүктеде жиналмаған кезде пайда болатын аберрация; нүктелік көздердің, әсіресе кескін перифериясының асимметриялық жағылуы ретінде көрінетін кома аберрациясы; бағдарға тәуелді фокустық сәйкессіздіктерге әкелетін астигматизм; кескін жазықтығы қисық болатын, жиек фокусы нашарлаған өткір орталық аймақтарға әкелетін өріс қисығы; және бөшке немесе жастық тәрізді кескін деформациясы ретінде көрінетін геометриялық бұрмалану жатады.
Сонымен қатар, материалдың дисперсиясынан туындаған осьтік және бүйірлік хроматикалық аберрациялар түс дәлдігі мен контрастын бұзады. Қосымша линза элементтерін, әсіресе оң және теріс линзалардың стратегиялық үйлесімдері арқылы қосу арқылы бұл аберрацияларды жүйелі түрде азайтуға болады, осылайша көру аймағында кескіннің біркелкілігін жақсартуға болады.
Жоғары ажыратымдылықтағы бейнелеудің жылдам дамуы линзаның күрделілігінің маңыздылығын одан әрі арттырды. Мысалы, смартфон фотографиясында флагмандық модельдер қазір пиксель саны 50 миллионнан асатын, кейбіреулері 200 миллионға жететін CMOS сенсорларын біріктіреді, сонымен қатар пиксель өлшемдері үнемі азаяды. Бұл жетістіктер түсетін жарықтың бұрыштық және кеңістіктік консистенциясына қатаң талаптар қояды. Мұндай жоғары тығыздықтағы сенсорлық массивтердің ажыратымдылық күшін толық пайдалану үшін линзалар кең кеңістіктік жиілік диапазонында модуляциялық тасымалдау функциясының (MTF) жоғары мәндеріне жетуі керек, бұл жұқа текстуралардың дәл көрсетілуін қамтамасыз етеді. Демек, дәстүрлі үш немесе бес элементті дизайн енді жеткіліксіз, бұл 7P, 8P және 9P архитектуралары сияқты озық көп элементті конфигурацияларды қабылдауға әкеледі. Бұл конструкциялар қиғаш сәуле бұрыштарын жоғары деңгейде басқаруға мүмкіндік береді, сенсор бетінде қалыптыға жақын түсуді арттырады және микролинзалардың айқаспалылығын азайтады. Сонымен қатар, асфералық беттерді біріктіру сфералық аберрация мен бұрмалануды түзету дәлдігін арттырады, шетінен шетіне дейінгі айқындықты және жалпы кескін сапасын айтарлықтай жақсартады.
Кәсіби бейнелеу жүйелерінде оптикалық шеберлікке деген сұраныс одан да күрделі шешімдерді талап етеді. Жоғары деңгейлі DSLR және айнасыз камераларда қолданылатын үлкен диафрагмалы прайм линзалар (мысалы, f/1.2 немесе f/0.95) өрістің таяз тереңдігі мен жоғары жарық өткізу қабілетіне байланысты ауыр сфералық аберрация мен комаға бейім. Бұл әсерлерге қарсы тұру үшін өндірушілер үнемі озық материалдар мен дәлдік инженериясын пайдалана отырып, 10-нан 14-ке дейінгі элементтен тұратын линзалар жиынтығын пайдаланады. Төмен дисперсиялық әйнек (мысалы, ED, SD) хроматикалық дисперсияны басу және түс жиектерін жою үшін стратегиялық түрде орналастырылған. Асфералық элементтер бірнеше сфералық компоненттерді ауыстырады, салмақ пен элементтер санын азайта отырып, аберрацияны түзетудің жоғары деңгейіне қол жеткізеді. Кейбір жоғары өнімді конструкцияларға айтарлықтай масса қоспай хроматикалық аберрацияны одан әрі басу үшін дифракциялық оптикалық элементтер (DOE) немесе флюорит линзалары кіреді. Ультра-телефото зум линзаларында, мысалы, 400 мм f/4 немесе 600 мм f/4, оптикалық құрастыру 20 жеке элементтен асып кетуі мүмкін, бұл жақын фокустан шексіздікке дейін кескін сапасын тұрақты ұстау үшін өзгермелі фокус механизмдерімен біріктірілген.
Осы артықшылықтарға қарамастан, линза элементтерінің санын көбейту инженерлік тұрғыдан айтарлықтай ымыраға келуге әкеледі. Біріншіден, әрбір аэро-әйнек интерфейсі шамамен 4% шағылысу шығынын тудырады. Тіпті заманауи шағылыстыруға қарсы жабындармен де, соның ішінде наноқұрылымды жабындар (ASC), толқын ұзындығынан кіші құрылымдармен (SWC) және көп қабатты кеңжолақты жабындармен де, өткізгіштіктің жинақталған шығындары сөзсіз болып қала береді. Элементтердің шамадан тыс саны жалпы жарық өткізгіштігін нашарлатуы мүмкін, сигналдың шуылға қатынасын төмендетеді және әсіресе жарық аз ортада жарқылға, тұманға және контрасттың төмендеуіне сезімталдықты арттырады. Екіншіден, өндірістік төзімділік барған сайын талап етіледі: әрбір линзаның осьтік орналасуы, көлбеуі және арақашықтығы микрометр деңгейіндегі дәлдікте сақталуы керек. Ауытқулар осьтен тыс аберрацияның немесе локализацияланған бұлыңғырлықтың төмендеуіне әкелуі мүмкін, бұл өндірістің күрделілігін арттырады және өнімділік көрсеткіштерін төмендетеді.
Сонымен қатар, линзалар санының көп болуы жүйенің көлемі мен массасын арттырады, бұл тұтынушылық электроникадағы миниатюризация талабына қайшы келеді. Смартфондар, экшн-камералар және дрондарға орнатылған бейнелеу жүйелері сияқты кеңістік шектеулі қолданбаларда жоғары өнімді оптиканы ықшам форма факторларына біріктіру үлкен жобалау қиындығын тудырады. Сонымен қатар, автофокустық жетектері және оптикалық кескінді тұрақтандыру (OIS) модульдері сияқты механикалық компоненттер линзалар тобының қозғалысы үшін жеткілікті кеңістікті қажет етеді. Тым күрделі немесе нашар орналастырылған оптикалық стектері жетектің жүрісі мен жауап беру қабілетін шектеп, фокустау жылдамдығы мен тұрақтандыру тиімділігіне нұқсан келтіруі мүмкін.
Сондықтан, практикалық оптикалық дизайнда линза элементтерінің оңтайлы санын таңдау кешенді инженерлік компромисстік талдауды қажет етеді. Дизайнерлер теориялық өнімділік шектеулерін мақсатты қолдану, қоршаған орта жағдайлары, өндіріс құны және нарықтық дифференциацияны қоса алғанда, нақты әлемдегі шектеулермен үйлестіруі керек. Мысалы, жаппай нарықтағы құрылғылардағы мобильді камера линзалары өнімділік пен шығын тиімділігін теңестіру үшін әдетте 6P немесе 7P конфигурацияларын қабылдайды, ал кәсіби кино линзалары өлшемі мен салмағы есебінен кескіннің ең жоғары сапасына басымдық бере алады. Сонымен қатар, Zemax және Code V сияқты оптикалық дизайн бағдарламалық жасақтамасындағы жетістіктер күрделі көп айнымалы оңтайландыруға мүмкіндік береді, бұл инженерлерге тазартылған қисықтық профильдері, сыну көрсеткішін таңдау және асфералық коэффициентті оңтайландыру арқылы аз элементтерді пайдаланып, үлкен жүйелермен салыстыруға болатын өнімділік деңгейлеріне қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Қорытындылай келе, линза элементтерінің саны тек оптикалық күрделіліктің өлшемі ғана емес, сонымен қатар бейнелеу өнімділігінің жоғарғы шегін анықтайтын негізгі айнымалы болып табылады. Дегенмен, жоғары оптикалық дизайн тек сандық эскалация арқылы ғана емес, аберрацияны түзетуді, беру тиімділігін, құрылымдық ықшамдылықты және өндірістік қабілеттілікті үйлестіретін теңгерімді, физикаға негізделген архитектураны әдейі құру арқылы қол жеткізіледі. Болашақта жаңа материалдардағы инновациялар - мысалы, жоғары сыну индексі бар, төмен дисперсиялық полимерлер мен метаматериалдар - пластина деңгейінде қалыптау және еркін пішінді бетті өңдеуді қоса алғанда, озық өндіріс әдістері - және оптика мен алгоритмдерді бірлесіп жобалау арқылы есептеу бейнелеу - «оңтайлы» линзалар санының парадигмасын қайта анықтайды деп күтілуде, бұл жоғары өнімділікпен, жоғары интеллектпен және жақсартылған масштабталумен сипатталатын келесі буын бейнелеу жүйелерін құруға мүмкіндік береді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 16 желтоқсан