ऑप्टिकल सिस्टम में इमेजिंग प्रदर्शन को निर्धारित करने में लेंस तत्वों की संख्या एक महत्वपूर्ण कारक है और यह समग्र डिज़ाइन ढांचे में केंद्रीय भूमिका निभाती है। आधुनिक इमेजिंग तकनीकों के विकास के साथ, इमेज की स्पष्टता, रंग सटीकता और बारीक विवरणों के पुनरुत्पादन के लिए उपयोगकर्ताओं की मांग तीव्र हो गई है, जिसके कारण तेजी से कॉम्पैक्ट भौतिक परिवेश में प्रकाश के प्रसार पर अधिक नियंत्रण की आवश्यकता हो गई है। इस संदर्भ में, लेंस तत्वों की संख्या ऑप्टिकल सिस्टम की क्षमता को नियंत्रित करने वाले सबसे प्रभावशाली मापदंडों में से एक के रूप में उभरती है।
प्रत्येक अतिरिक्त लेंस तत्व प्रकाश पथ में प्रकाश की दिशा और फोकस व्यवहार को सटीक रूप से नियंत्रित करने की क्षमता प्रदान करता है। यह उन्नत डिज़ाइन लचीलापन न केवल प्राथमिक इमेजिंग पथ के अनुकूलन को सुगम बनाता है, बल्कि कई ऑप्टिकल विकृतियों के लक्षित सुधार की भी अनुमति देता है। प्रमुख विकृतियों में गोलाकार विपथन (स्फेरिकल एबरेशन) शामिल है - जो तब उत्पन्न होता है जब सीमांत और समानांतर किरणें एक सामान्य फोकल बिंदु पर अभिसरित नहीं हो पातीं; कोमा विपथन (कोमा एबरेशन) - जो बिंदु स्रोतों के असममित धुंधलापन के रूप में प्रकट होता है, विशेष रूप से छवि की परिधि की ओर; दृष्टिवैषम्य (एस्टिग्मैटिज्म) - जिसके परिणामस्वरूप अभिविन्यास-निर्भर फोकस विसंगतियां होती हैं; क्षेत्र वक्रता (फील्ड कर्वेचर) - जहां छवि तल वक्रित होता है, जिससे तीक्ष्ण केंद्र क्षेत्र बनते हैं और किनारों का फोकस खराब हो जाता है; और ज्यामितीय विरूपण (जटिल या पिनकुशन के आकार के छवि विरूपण के रूप में दिखाई देता है)।
इसके अलावा, पदार्थ के फैलाव के कारण होने वाले क्रोमैटिक एबरेशन (अक्षीय और पार्श्व दोनों) रंग की सटीकता और कंट्रास्ट को प्रभावित करते हैं। अतिरिक्त लेंस तत्वों को शामिल करके, विशेष रूप से पॉजिटिव और नेगेटिव लेंसों के रणनीतिक संयोजन के माध्यम से, इन एबरेशन को व्यवस्थित रूप से कम किया जा सकता है, जिससे दृश्य क्षेत्र में इमेजिंग की एकरूपता में सुधार होता है।
उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग के तीव्र विकास ने लेंस की जटिलता के महत्व को और भी बढ़ा दिया है। उदाहरण के लिए, स्मार्टफोन फोटोग्राफी में, फ्लैगशिप मॉडल अब 50 मिलियन से अधिक पिक्सेल संख्या वाले CMOS सेंसर को एकीकृत करते हैं, कुछ में तो 200 मिलियन तक भी पहुँच जाते हैं, साथ ही पिक्सेल का आकार लगातार कम होता जा रहा है। इन प्रगति के कारण आपतित प्रकाश की कोणीय और स्थानिक स्थिरता पर कड़ी आवश्यकताएँ उत्पन्न होती हैं। ऐसे उच्च-घनत्व वाले सेंसर सरणियों की विभेदन क्षमता का पूर्ण उपयोग करने के लिए, लेंस को एक विस्तृत स्थानिक आवृत्ति सीमा में उच्च मॉड्यूलेशन ट्रांसफर फंक्शन (MTF) मान प्राप्त करना आवश्यक है, जिससे सूक्ष्म बनावटों का सटीक प्रतिपादन सुनिश्चित हो सके। परिणामस्वरूप, पारंपरिक तीन- या पाँच-तत्व डिज़ाइन अब पर्याप्त नहीं हैं, जिसके कारण 7P, 8P और 9P आर्किटेक्चर जैसे उन्नत बहु-तत्व विन्यासों को अपनाया जा रहा है। ये डिज़ाइन तिरछी किरण कोणों पर बेहतर नियंत्रण सक्षम बनाते हैं, सेंसर सतह पर लगभग सामान्य आपतन को बढ़ावा देते हैं और माइक्रोलेंस क्रॉसस्टॉक को कम करते हैं। इसके अलावा, एस्फेरिक सतहों का एकीकरण गोलाकार विपथन और विरूपण के लिए सुधार की सटीकता को बढ़ाता है, जिससे किनारे से किनारे तक की तीक्ष्णता और समग्र छवि गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार होता है।
पेशेवर इमेजिंग सिस्टम में, उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणवत्ता की मांग और भी जटिल समाधानों को जन्म देती है। उच्च-स्तरीय DSLR और मिररलेस कैमरों में उपयोग किए जाने वाले बड़े अपर्चर वाले प्राइम लेंस (जैसे, f/1.2 या f/0.95) अपनी कम डेप्थ ऑफ़ फील्ड और उच्च प्रकाश प्रवाह के कारण स्वाभाविक रूप से गंभीर गोलाकार विपथन और कोमा से ग्रस्त होते हैं। इन प्रभावों को कम करने के लिए, निर्माता उन्नत सामग्रियों और सटीक इंजीनियरिंग का लाभ उठाते हुए, 10 से 14 तत्वों वाले लेंस स्टैक का नियमित रूप से उपयोग करते हैं। क्रोमैटिक डिस्पर्शन को कम करने और रंगीन फ्रिंजिंग को समाप्त करने के लिए कम-डिस्पर्शन वाले ग्लास (जैसे, ED, SD) का रणनीतिक रूप से उपयोग किया जाता है। एस्फेरिक तत्व कई गोलाकार घटकों की जगह लेते हैं, जिससे बेहतर विपथन सुधार प्राप्त होता है, साथ ही वजन और तत्वों की संख्या भी कम हो जाती है। कुछ उच्च-प्रदर्शन डिज़ाइन क्रोमैटिक विपथन को और कम करने के लिए, बिना अधिक वजन बढ़ाए, विवर्तनिक ऑप्टिकल तत्वों (DOE) या फ्लोराइट लेंस का उपयोग करते हैं। अल्ट्रा-टेलीफोटो ज़ूम लेंसों में—जैसे कि 400mm f/4 या 600mm f/4—ऑप्टिकल असेंबली में 20 से अधिक व्यक्तिगत तत्व हो सकते हैं, जो निकट फोकस से लेकर अनंत तक लगातार छवि गुणवत्ता बनाए रखने के लिए फ्लोटिंग फोकस तंत्र के साथ संयुक्त होते हैं।
इन फायदों के बावजूद, लेंस तत्वों की संख्या बढ़ाने से इंजीनियरिंग संबंधी कई महत्वपूर्ण चुनौतियाँ सामने आती हैं। सबसे पहले, प्रत्येक वायु-कांच इंटरफ़ेस लगभग 4% परावर्तन हानि का कारण बनता है। अत्याधुनिक परावर्तक कोटिंग्स—जिनमें नैनो-संरचित कोटिंग्स (ASC), सब-वेवलेंथ संरचनाएं (SWC) और बहु-परत ब्रॉडबैंड कोटिंग्स शामिल हैं—के बावजूद, संचयी संचरण हानि अपरिहार्य रहती है। तत्वों की अत्यधिक संख्या कुल प्रकाश संचरण को कम कर सकती है, जिससे सिग्नल-टू-शोर अनुपात घट जाता है और फ्लेयर, हेज़ और कंट्रास्ट में कमी की संभावना बढ़ जाती है, विशेष रूप से कम रोशनी वाले वातावरण में। दूसरे, निर्माण संबंधी सहनशीलताएँ और भी अधिक चुनौतीपूर्ण हो जाती हैं: प्रत्येक लेंस की अक्षीय स्थिति, झुकाव और रिक्ति को माइक्रोमीटर स्तर की सटीकता के साथ बनाए रखना आवश्यक है। विचलन से अक्ष से बाहर विपथन क्षरण या स्थानीय धुंधलापन हो सकता है, जिससे उत्पादन जटिलता बढ़ जाती है और उपज दर कम हो जाती है।
इसके अतिरिक्त, लेंसों की संख्या बढ़ने से आमतौर पर सिस्टम का आयतन और द्रव्यमान बढ़ जाता है, जो उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में लघुकरण की अनिवार्यता के विपरीत है। स्मार्टफोन, एक्शन कैमरा और ड्रोन-माउंटेड इमेजिंग सिस्टम जैसे सीमित स्थान वाले अनुप्रयोगों में, उच्च-प्रदर्शन वाले ऑप्टिक्स को कॉम्पैक्ट आकार में एकीकृत करना एक बड़ी डिज़ाइन चुनौती है। साथ ही, ऑटोफोकस एक्चुएटर और ऑप्टिकल इमेज स्टेबिलाइज़ेशन (OIS) मॉड्यूल जैसे यांत्रिक घटकों को लेंस समूह की गति के लिए पर्याप्त स्थान की आवश्यकता होती है। अत्यधिक जटिल या खराब ढंग से व्यवस्थित ऑप्टिकल स्टैक एक्चुएटर की गति और प्रतिक्रियाशीलता को बाधित कर सकते हैं, जिससे फोकस करने की गति और स्थिरीकरण की प्रभावशीलता प्रभावित होती है।
इसलिए, व्यावहारिक ऑप्टिकल डिज़ाइन में, लेंस तत्वों की इष्टतम संख्या का चयन करने के लिए एक व्यापक इंजीनियरिंग ट्रेड-ऑफ विश्लेषण की आवश्यकता होती है। डिज़ाइनरों को सैद्धांतिक प्रदर्शन सीमाओं और वास्तविक दुनिया की बाधाओं, जैसे लक्षित अनुप्रयोग, पर्यावरणीय परिस्थितियाँ, उत्पादन लागत और बाज़ार में अंतर, के बीच सामंजस्य स्थापित करना होगा। उदाहरण के लिए, बड़े पैमाने पर उपयोग होने वाले मोबाइल कैमरा उपकरणों में लेंस आमतौर पर प्रदर्शन और लागत-दक्षता के बीच संतुलन बनाने के लिए 6P या 7P कॉन्फ़िगरेशन अपनाते हैं, जबकि पेशेवर सिनेमा लेंस आकार और वजन की कीमत पर भी उत्कृष्ट छवि गुणवत्ता को प्राथमिकता दे सकते हैं। साथ ही, ज़ेमैक्स और कोड वी जैसे ऑप्टिकल डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर में हुई प्रगति परिष्कृत बहुचर अनुकूलन को सक्षम बनाती है, जिससे इंजीनियर परिष्कृत वक्रता प्रोफाइल, अपवर्तक सूचकांक चयन और एस्फेरिक गुणांक अनुकूलन के माध्यम से कम तत्वों का उपयोग करके बड़े सिस्टम के समान प्रदर्शन स्तर प्राप्त कर सकते हैं।
निष्कर्षतः, लेंस तत्वों की संख्या मात्र प्रकाशीय जटिलता का मापक नहीं है, बल्कि एक मूलभूत कारक है जो इमेजिंग प्रदर्शन की ऊपरी सीमा निर्धारित करता है। हालांकि, बेहतर प्रकाशीय डिज़ाइन केवल संख्यात्मक वृद्धि से ही प्राप्त नहीं होता, बल्कि एक संतुलित, भौतिकी-आधारित संरचना के सुविचारित निर्माण से प्राप्त होता है जो विपथन सुधार, संचरण दक्षता, संरचनात्मक सघनता और निर्माण क्षमता में सामंजस्य स्थापित करता है। भविष्य में, उच्च अपवर्तनांक, निम्न-प्रकीर्णन वाले पॉलिमर और मेटासामग्री जैसे नवीन पदार्थों, वेफर-स्तरीय मोल्डिंग और फ्रीफॉर्म सतह प्रसंस्करण सहित उन्नत निर्माण तकनीकों और प्रकाशिकी एवं एल्गोरिदम के सह-डिज़ाइन के माध्यम से कम्प्यूटेशनल इमेजिंग में नवाचारों से "इष्टतम" लेंस संख्या के प्रतिमान को पुनर्परिभाषित करने की उम्मीद है, जिससे अगली पीढ़ी के इमेजिंग सिस्टम उच्च प्रदर्शन, अधिक बुद्धिमत्ता और बेहतर स्केलेबिलिटी से परिपूर्ण होंगे।
पोस्ट करने का समय: 16 दिसंबर 2025