Mae nifer yr elfennau lens yn ffactor hollbwysig sy'n pennu perfformiad delweddu mewn systemau optegol ac mae'n chwarae rhan ganolog yn y fframwaith dylunio cyffredinol. Wrth i dechnolegau delweddu modern ddatblygu, mae galw defnyddwyr am eglurder delwedd, ffyddlondeb lliw, ac atgynhyrchu manylion manwl wedi dwysáu, gan olygu bod angen mwy o reolaeth dros ledaeniad golau o fewn amlenni ffisegol sy'n gynyddol gryno. Yn y cyd-destun hwn, mae nifer yr elfennau lens yn dod i'r amlwg fel un o'r paramedrau mwyaf dylanwadol sy'n llywodraethu gallu system optegol.
Mae pob elfen lens ychwanegol yn cyflwyno gradd gynyddrannol o ryddid, gan alluogi trin manwl gywir o lwybrau golau ac ymddygiad ffocysu ar draws y llwybr optegol. Mae'r hyblygrwydd dylunio gwell hwn nid yn unig yn hwyluso optimeiddio'r llwybr delweddu cynradd ond hefyd yn caniatáu cywiriad wedi'i dargedu o nifer o aberiadau optegol. Mae aberiadau allweddol yn cynnwys aberiad sfferig—sy'n codi pan fydd pelydrau ymylol a pharaxial yn methu â chydgyfeirio mewn pwynt ffocal cyffredin; aberiad coma—sy'n amlygu fel smwtshio anghymesur o ffynonellau pwynt, yn enwedig tuag at gyrion y ddelwedd; astigmatiaeth—sy'n arwain at anghysondebau ffocws sy'n ddibynnol ar gyfeiriadedd; crymedd y maes—lle mae plân y ddelwedd yn crwm, gan arwain at ranbarthau canol miniog gyda ffocws ymyl wedi'i ddiraddio; ac ystumio geometrig—sy'n ymddangos fel anffurfiad delwedd siâp casgen neu glustog pin.
Ar ben hynny, mae gwyriadau cromatig—echelinol ac ochrol—a achosir gan wasgariad deunydd yn peryglu cywirdeb a chyferbyniad lliw. Trwy ymgorffori elfennau lens ychwanegol, yn enwedig trwy gyfuniadau strategol o lensys positif a negatif, gellir lliniaru'r gwyriadau hyn yn systematig, a thrwy hynny wella unffurfiaeth delweddu ar draws y maes golygfa.
Mae esblygiad cyflym delweddu cydraniad uchel wedi cynyddu pwysigrwydd cymhlethdod lensys ymhellach. Mewn ffotograffiaeth ffonau clyfar, er enghraifft, mae modelau blaenllaw bellach yn integreiddio synwyryddion CMOS gyda chyfrif picsel sy'n fwy na 50 miliwn, rhai'n cyrraedd 200 miliwn, ochr yn ochr â meintiau picsel sy'n lleihau'n barhaus. Mae'r datblygiadau hyn yn gosod gofynion llym ar gysondeb onglog a gofodol golau sy'n digwydd. Er mwyn manteisio'n llawn ar bŵer datrys araeau synhwyrydd dwysedd uchel o'r fath, rhaid i lensys gyflawni gwerthoedd Swyddogaeth Trosglwyddo Modiwleiddio (MTF) uwch ar draws ystod amledd gofodol eang, gan sicrhau rendro cywir o weadau mân. O ganlyniad, nid yw dyluniadau confensiynol tair neu bum elfen yn ddigonol mwyach, gan ysgogi mabwysiadu ffurfweddiadau aml-elfen uwch fel pensaernïaeth 7P, 8P, a 9P. Mae'r dyluniadau hyn yn galluogi rheolaeth uwch dros onglau pelydr gogwydd, gan hyrwyddo digwyddiad bron yn normal ar wyneb y synhwyrydd a lleihau croestalk microlens. Ar ben hynny, mae integreiddio arwynebau asfferig yn gwella cywirdeb cywiriad ar gyfer gwyriad a gwyriad sfferig, gan wella miniogrwydd ymyl-i-ymyl ac ansawdd cyffredinol y ddelwedd yn sylweddol.
Mewn systemau delweddu proffesiynol, mae'r galw am ragoriaeth optegol yn gyrru atebion hyd yn oed yn fwy cymhleth. Mae lensys prif agorfa fawr (e.e., f/1.2 neu f/0.95) a ddefnyddir mewn camerâu DSLR a di-ddrych pen uchel yn gynhenid dueddol o aberiad sfferig difrifol a choma oherwydd eu dyfnder maes bas a'u trwybwn golau uchel. I wrthweithio'r effeithiau hyn, mae gweithgynhyrchwyr yn rheolaidd yn defnyddio pentyrrau lens sy'n cynnwys 10 i 14 elfen, gan fanteisio ar ddeunyddiau uwch a pheirianneg fanwl gywir. Defnyddir gwydr gwasgariad isel (e.e., ED, SD) yn strategol i atal gwasgariad cromatig a dileu ymylon lliw. Mae elfennau asfferig yn disodli cydrannau sfferig lluosog, gan gyflawni cywiriad aberiad uwchraddol wrth leihau pwysau a chyfrif elfennau. Mae rhai dyluniadau perfformiad uchel yn ymgorffori elfennau optegol diffractif (DOEs) neu lensys fflworit i atal aberiad cromatig ymhellach heb ychwanegu màs sylweddol. Mewn lensys chwyddo ultra-teleffoto - fel 400mm f/4 neu 600mm f/4 - gall y cynulliad optegol fod yn fwy na 20 elfen unigol, ynghyd â mecanweithiau ffocws arnofiol i gynnal ansawdd delwedd cyson o ffocws agos i anfeidredd.
Er gwaethaf y manteision hyn, mae cynyddu nifer yr elfennau lens yn cyflwyno cyfaddawdau peirianneg sylweddol. Yn gyntaf, mae pob rhyngwyneb aer-gwydr yn cyfrannu tua 4% o golled adlewyrchedd. Hyd yn oed gyda haenau gwrth-adlewyrchol o'r radd flaenaf—gan gynnwys haenau nanostrywiedig (ASC), strwythurau is-donfedd (SWC), a haenau band eang aml-haen—mae colledion trawsyrru cronnus yn parhau i fod yn anochel. Gall cyfrifon gormodol o elfennau ddiraddio cyfanswm y trawsyriant golau, gan ostwng y gymhareb signal-i-sŵn a chynyddu'r tebygolrwydd o leihau fflêr, niwl, a chyferbyniad, yn enwedig mewn amgylcheddau golau isel. Yn ail, mae goddefiannau gweithgynhyrchu yn dod yn fwyfwy heriol: rhaid cynnal safle echelinol, gogwydd, a bylchau pob lens o fewn cywirdeb lefel micromedr. Gall gwyriadau achosi dirywiad aberiad oddi ar yr echelin neu aneglurder lleol, gan gynyddu cymhlethdod cynhyrchu a lleihau cyfraddau cynnyrch.
Yn ogystal, mae nifer uwch o lensys yn gyffredinol yn cynyddu cyfaint a màs y system, gan wrthdaro â'r gorchymyn miniatureiddio mewn electroneg defnyddwyr. Mewn cymwysiadau cyfyngedig o ran gofod fel ffonau clyfar, camerâu gweithredu, a systemau delweddu wedi'u gosod ar drôn, mae integreiddio opteg perfformiad uchel i ffactorau ffurf gryno yn cyflwyno her ddylunio fawr. Ar ben hynny, mae angen digon o gliriad ar gydrannau mecanyddol fel gweithredyddion ffocws awtomatig a modiwlau sefydlogi delwedd optegol (OIS) ar gyfer symudiad grŵp lensys. Gall pentyrrau optegol rhy gymhleth neu wedi'u trefnu'n wael gyfyngu ar strôc ac ymatebolrwydd gweithredyddion, gan beryglu cyflymder ffocws ac effeithiolrwydd sefydlogi.
Felly, mewn dylunio optegol ymarferol, mae dewis y nifer gorau posibl o elfennau lens yn gofyn am ddadansoddiad cyfaddawd peirianneg cynhwysfawr. Rhaid i ddylunwyr gysoni terfynau perfformiad damcaniaethol â chyfyngiadau byd go iawn gan gynnwys cymhwysiad targed, amodau amgylcheddol, cost cynhyrchu, a gwahaniaethu yn y farchnad. Er enghraifft, mae lensys camera symudol mewn dyfeisiau marchnad dorfol fel arfer yn mabwysiadu cyfluniadau 6P neu 7P i gydbwyso perfformiad a chost-effeithlonrwydd, tra gall lensys sinema proffesiynol flaenoriaethu ansawdd delwedd eithaf ar draul maint a phwysau. Ar yr un pryd, mae datblygiadau mewn meddalwedd dylunio optegol—megis Zemax a Code V—yn galluogi optimeiddio aml-newidyn soffistigedig, gan ganiatáu i beirianwyr gyflawni lefelau perfformiad sy'n gymharol â systemau mwy gan ddefnyddio llai o elfennau trwy broffiliau crymedd wedi'u mireinio, dewis mynegai plygiannol, ac optimeiddio cyfernod asfferig.
I gloi, nid dim ond mesur o gymhlethdod optegol yw nifer yr elfennau lens ond newidyn sylfaenol sy'n diffinio'r terfyn uchaf ar gyfer perfformiad delweddu. Fodd bynnag, ni chyflawnir dyluniad optegol uwchraddol trwy gynyddu rhifiadol yn unig, ond trwy adeiladu pensaernïaeth gytbwys, sy'n seiliedig ar ffiseg yn fwriadol, sy'n cyd-fynd â chywiro gwyriadau, effeithlonrwydd trosglwyddo, crynoder strwythurol, a gallu i'w gweithgynhyrchu. Gan edrych ymlaen, disgwylir i arloesiadau mewn deunyddiau newydd—megis polymerau a metadeunyddiau â mynegai plygiannol uchel, gwasgariad isel—technegau gwneuthuriad uwch—gan gynnwys mowldio lefel wafer a phrosesu arwyneb rhyddffurf—a delweddu cyfrifiadurol—trwy gyd-ddylunio opteg ac algorithmau—ailddiffinio paradigm cyfrif lensys "gorau posibl", gan alluogi systemau delweddu cenhedlaeth nesaf a nodweddir gan berfformiad uwch, mwy o ddeallusrwydd, a gwell graddadwyedd.
Amser postio: 16 Rhagfyr 2025