प्राइम लेंस में कई लेंस तत्व क्यों होते हैं?

Question

यदि मैं अपने 50 मिमी लेंस के विनिर्देशों को देखता हूं, तो यह कहता है कि इसमें 8 लेंस तत्व हैं, 7 समूहों में। ऐसा क्यों है, 50 मिमी फोकल दूरी के साथ सिर्फ एक लेंस तत्व क्यों नहीं?

Answer 1

वास्तविक मोटाई वाले एकल लेंस प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य को थोड़े अलग कोणों पर अपवर्तित करते हैं। लेंस के सटीक ऑप्टिकल केंद्र के अलावा कहीं और के लिए, यह प्रिज्मीय प्रभाव का कारण बनता है जो लेंस के ऑप्टिकल केंद्र से आगे बढ़ने के रूप में अधिक ध्यान देने योग्य हो जाता है। इसे हम रंगीन विपथन के रूप में संदर्भित करते हैं। यह एकमात्र ऑप्टिकल अपघटन नहीं है जिसका हम एकल लेंस तत्व का उपयोग करते समय सामना करते हैं, लेकिन यह संभवतः सबसे अधिक ध्यान देने योग्य है।

सबसे शुरुआती स्पाईग्लास (दूरबीन) को सीए और अन्य ऑप्टिकल अपघटन से बहुत नुकसान हुआ। प्रकाशिकी के क्षेत्र को इन खामियों से निपटने के लिए विकसित किया गया था, क्योंकि वे 19 वीं शताब्दी के मध्य में फोटोग्राफी की शुरुआत से पहले टेलीस्कोप पर अच्छी तरह से लागू होते थे, प्रकाश संवेदनशील रसायनों का उपयोग करके लेंस द्वारा प्रक्षेपित एक दृश्य को संरक्षित करने के साधन के रूप में।

1600 के दशक में, स्नेलियस ( 'स्नेल के नियम' की उत्पत्ति ) और डेसकार्टेस (निर्माता या कार्टेशियन ज्यामिति ) ने अपवर्तन और परावर्तन के प्रारंभिक नियमों को संहिताबद्ध किया। 1690 तक क्रिश्चियन ह्ययगेन्स ने डेसकार्टेस के काम पर बनाए गए अपने 'ट्रैटि डे ला लुमिएर' या 'ट्रीटीज ऑन लाइट' को लिखा था और प्रकाश के तरंग सिद्धांत को प्रस्तुत किया, पहली बार गणित के आधार पर 1678 में पेरिस एकेडमी ऑफ साइंसेज को प्रस्तुत किया गया था। आइजैक न्यूटन ने 1675 में 'प्रकाश की परिकल्पना' और 'ऑप्टिक्स' प्रकाशित की1705 में जिसमें उन्होंने प्रकाश के कण या कणों के रूप में एक प्रतिस्पर्धी सिद्धांत प्रस्तुत किया था। अगले सौ वर्षों तक न्यूटन के प्रकाश के सिद्धांत को स्वीकार किया गया और ह्यूजेंस की तरंग सिद्धांत को खारिज कर दिया गया। यह 1821 में ऑगस्टिन-जीन फ्रेस्नेल ने ह्यूजेंस के सिद्धांत को नहीं अपनाया और यह दिखाया कि यह आयताकार प्रसार और प्रकाश के विवर्तन प्रभाव को समझा सकता है जो ह्यूजेंस की तरंग सिद्धांत को आम तौर पर स्वीकार किया गया था। इस सिद्धांत को अब Huygens-Fresnel सिद्धांत के रूप में जाना जाता है।

न्यूटन ने यह भी प्रदर्शित किया कि एक प्रिज्म अपने घटक रंगों के एक स्पेक्ट्रम में श्वेत प्रकाश को विघटित करता है, और एक लेंस और दूसरे प्रिज्म को सफेद प्रकाश में बहुरंगी स्पेक्ट्रम के पुन: उपयोग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जिसमें पहले प्रिज्म के समान प्रकाश के समान गुण थे। । हालाँकि, न्यूटन के कॉरपसुलर सिद्धांत के विवरणों को ज्यादातर गलत दिखाया गया है, लेकिन ह्यूजेंस द्वारा इसी तरह के काम के साथ-साथ रंग और अपवर्तन के संबंध में उनकी सफलताएं हैं, जो कि क्रोमेटिक लेंस के विकास को सही करने के लिए यौगिक लेंस के विकास के लिए प्रेरित करती हैं।

Huygens ने अपने स्वयं के यौगिक दूरबीनों का निर्माण किया, जिनके लाभ के बिना अभी तक अक्रोमैटिक लेंस विकसित नहीं किए गए हैं, जो कि सामने और पीछे के तत्वों के बीच लंबी दूरी की आवश्यकता होती है। न्यूटन ने स्वयं आगे कोई अपवर्तक लेंस विकास नहीं किया। उन्होंने अपवर्तन के कारण होने वाले विपत्तियों से बचने के लिए घुमावदार पहली सतह परावर्तक दर्पणों का उपयोग करके समस्या के चारों ओर पूरी तरह से काम करना पसंद किया। वास्तव में, उन्होंने प्रसिद्ध रूप से घोषणा की कि रंगीन विपथन को ठीक नहीं किया जा सकता है क्योंकि वह इस बात पर विचार करने में विफल रहा कि एक व्यक्ति दो प्रकार के ग्लास का उपयोग विभिन्न अपवर्तक गुणों के साथ कर सकता है।

_{क्रिस्टियान Huyens का यौगिक ट्यूबलेस रिफ्रेक्टिंग टेलिस्कोप और न्यूटन का दूसरा रिफ्लेक्टिंग टेलिस्कोप है।}

पहला अक्रोमैटिक लेंस 1733 में बनाया गया था। इसने रंग अपघटन के लिए आंशिक रूप से सही करने के लिए विभिन्न अपवर्तनांक वाले दो तत्वों का उपयोग किया और अपवर्तक दूरबीनों को कम और अधिक कार्यात्मक बनाने की अनुमति दी।

तीन तत्व एपोक्रोमैट ने जल्द ही पालन किया, जो कि साधारण लेंस के मुकाबले एक्ट्रोमैट की तुलना में दो तत्व achromat पर एक बेहतर सुधार था।

लेंसमैकर्स ने जो सीखा है, उसमें से बहुत से क्रोमैटिक एबेरेशन के लिए सही है, एक साधारण लेंस में निहित अन्य, मोनोक्रोमैटिक, ऑप्टिकल एब्रेशन के लिए भी आवेदन किया है।

19 वीं शताब्दी में एक बार जब लेंस द्वारा प्रक्षेपित छवि को संरक्षित करने के तरीके के रूप में रासायनिक फोटोग्राफी का उदय हुआ, तो फ़ोटोग्राफ़िक उपयोग के लिए लेंस बनाने वालों ने प्रकाशिकी के क्षेत्र में जो पहले सीखा था, जो ज्यादातर दूरबीनों और इसी तरह लागू किया गया था और इसके साथ भाग गया। 17 वीं और 18 वीं शताब्दी में खोजे गए ऑप्टिकल सिद्धांतों के आधार पर फोटोग्राफिक लेंस डिज़ाइन के विकास का एक अच्छा सर्वेक्षण , विकिपीडिया पर 'फोटोग्राफ्स लेंस डिज़ाइन का इतिहास' लेख में पाया जा सकता है । (यह बहुत लंबा है और यहां सारांश शामिल करना शामिल है।)

सभी में सात "क्लासिक" ऑप्टिकल विपथन हैं जो यौगिक लेंस अलग-अलग डिग्री पर सही करने का प्रयास करते हैं। ध्यान दें कि ये विपथन लेंस के निर्माण में खामियों का परिणाम नहीं हैं, बल्कि प्रकाश की प्रकृति के कारण ही हैं क्योंकि यह अपवर्तक पदार्थों से गुजरता है। अगर ये अपवर्तक सामग्री गणितीय रूप से परिपूर्ण होती तो भी ये विपथन मौजूद होते।

• Defocus (सबसे कम क्रम जो लेंस और इमेजिंग विमान के बीच की दूरी को बदलकर आसानी से ठीक किया जाता है)
• गोलाकार अब्राहम
• प्रगाढ़ बेहोशी
• दृष्टिवैषम्य
• क्षेत्र वक्रता
• ज्यामितीय विकृति
• रंग संबंधी असामान्यता

Comments

के बाद मैं पहले पैराग्राफ :) समाप्त हो रहा है कि सही किया

— ऑर्बिट

हमेशा की तरह उत्कृष्ट जवाब। मेरा एकमात्र सुझाव 1 पैरा में स्पष्ट करना है कि रंगों के प्रिज्मीय अलगाव को फैलाव कहा जाता है , जो गोलाकार विपथन का कारण है।

— scottbb

@scottbb हालांकि यह सीए के कारण तीखा है, गोलाकार विपथन भी एक मोनोक्रोमैटिक (सेडेल) विपथन है। विभिन्न अपभ्रंश सभी एक तरह से या किसी अन्य से जुड़े हुए हैं। मैंने उत्तर को यथासंभव सरल रखने और CA पर ध्यान केंद्रित करने के लिए चुना, जो कि ऐतिहासिक रूप से पहला विपथन था, जिसने इसके साथ निपटने के लिए यौगिक लेंस का उपयोग करने का नेतृत्व किया, यह समझने में मदद करने के लिए एक गाइड के रूप में कि हम साधारण एकल लेंस से यौगिक लेंस तक कैसे पहुंचे। आधुनिक फोटोग्राफिक वातावरण में, शब्द फैलाव थोड़ा भरा हुआ है क्योंकि यह सीए के प्रिज्मीय प्रभाव की तुलना में प्रकाश संशोधक का वर्णन करने के लिए अधिक बार उपयोग किया जाता है।

— माइकल सी

उफ़। मेरे कहने का मतलब है, यह रंगीन विपथन का कारण है, गोलाकार (मुख्य रूप से) नहीं। उन पानी को मैला करने का मतलब नहीं था।

— scottbb

शानदार जवाब, स्वीकार किया गया। एक प्रश्न हालांकि, मुझे यह साइट मिल गई है, क्या आप इसे नीचे जोड़ना चाहेंगे, जो रुचि रखते हैं के लिए आगे पढ़ रहे हैं? en.wikipedia.org/wiki/History_of_photographic_lens_design मुझे यह बहुत दिलचस्प लगा।

— कक्षा

Answer 2

तुम यह केर सकते हो। आपकी छवियां, काफी सरल, हालांकि बहुत अच्छी नहीं होंगी।

यह प्रकाशिकी में जल्दी सीख लिया गया था - गैलीलियो गैलीली में रिफ्रेक्टर टेलिस्कोप और मोनोक्लेर के दिनों में - जो कि एक एकल ग्लास तत्व बहुत अच्छी छवि नहीं बनाता है। यह तेज नहीं है; इसमें रंग जमने की प्रवृत्ति होती है (क्योंकि रंग एक ही बिंदु पर केंद्रित नहीं होते हैं); और इससे विकृति होती है।

सही किया, अतिरिक्त तत्वों को जोड़ना इन बुरे व्यवहारों के लगभग सभी को बेअसर कर सकता है। छवियां तेज होती हैं; विकृति दूर हो जाती है; रंग एक साथ ध्यान केंद्रित करते हैं। अधिक तत्वों को जोड़ने के अपने मुद्दे हैं, हालांकि। प्रत्येक हवा से कांच की सतह थोड़ी दूर प्रकाश को दर्शाती है। आधुनिक लेंस में इसे कम करने के लिए बहु-स्तरीय परतें होती हैं, लेकिन यदि आपके पास पर्याप्त तत्व हैं, तो प्रकाश की हानि ध्यान देने योग्य होने लगती है और भड़कने से आपकी छवि को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकती है।

तो, परिणामस्वरूप, सामान्य लेंस (विशेष रूप से पूर्ण-फ्रेम कैमरों के लिए 50-ईश मिमी लेंस) चार और आठ तत्वों (कांच के टुकड़े) के बीच होते हैं। ज्यादातर मामलों में पांच से छह वास्तव में अच्छी तरह से काम करते हैं, लेकिन डिजिटल कैमरे फिल्म की तुलना में रंग घर्षण के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, इसलिए उच्च अंत सामान्य लेंस में सुधार को अधिकतम करने के लिए इससे अधिक तत्व हो सकते हैं। आधुनिक मल्टीकोटिंग इसको उतनी समस्या नहीं बनाता है जितना कि बीस या तीस साल पहले।

ज़ूम लेंस फोकल लंबाई की एक सीमा को संभालते हैं, इसलिए और भी अधिक सुधार की आवश्यकता होती है, इसलिए आप कई बार ऐसे लेंस में दस, पंद्रह, यहां तक ​​कि बीस या अधिक तत्व देखेंगे।

Answer 3

मुझे कई तत्वों के पीछे के कारणों के बारे में एक संक्षिप्त (और पूर्ण नहीं) उत्तर देने दें। प्रत्येक तत्व में आपके पास कुछ हद तक इस तरह के बैरल / पिनकुशन अपभ्रंश और अतिरिक्त तत्व "लड़ाई" हैं।

इसके अलावा (जहां तक ​​मुझे पता है) तत्वों के बीच एपर्चर यांत्रिकी (पूरे सेंसर / फिल्म प्लेन पर भी रोशनी प्राप्त करने की आवश्यकता) के लिए बेहतर है।

ऑटोफोकस मैकेनिक को अपेक्षाकृत शक्तिशाली ग्लास तत्व को स्थानांतरित करने की आवश्यकता के कारण काफी शक्तिशाली (f / 2 का अर्थ होगा 25 मिमी व्यास का तत्व) होगा।

और यदि आपके पास छवि स्थिरीकरण है तो यह एक समूह (एक या अधिक तत्वों का) है। यदि आपके पास केवल एक तत्व है तो निर्माण काफी जटिल हो जाएगा और आप स्थिरीकरण के इस स्तर तक नहीं पहुंच सकते। इसके अलावा आप खुले छिद्रों के अर्थ में बहुत सीमित होंगे क्योंकि आपको एक विशाल तत्व को स्थानांतरित करने की आवश्यकता होगी।

Answer 4

कुछ सरल कैमरे सिंगल-एलिमेंट लेंस का उपयोग करके प्राप्त कर सकते हैं, हालांकि यह एहसास हुआ कि छवि दूसरे दर्जे की है। आजकल, सापेक्षता के सस्ते कैमरे भी सात व्यक्तिगत लेंस तत्वों से लैस हैं। यदि कैमरा लेंस एकल तत्व प्रकार का है, तो छवि कई दोषों से शादी कर लेगी, जो कि "उन्मूलन" शीर्षक के अंतर्गत आते हैं।

इस तरह के एक अमूर्त रंग से पता चलता है कि एक बहुरंगी, इंद्रधनुषी प्रभाव वस्तुओं के आसपास छवियों को देखा जाता है। जो हो रहा है; विस्टा को शामिल करने वाले विभिन्न रंगों में से प्रत्येक को लेंस से थोड़ी अलग दूरी पर ध्यान केंद्रित करने के लिए लाया जाता है। वायलेट प्रकाश छवियां, सबसे अधिक अपवर्तनीय होने के नाते, पहले ध्यान केंद्रित करने के लिए आता है, लाल छवियां पट्टा अपवर्तनीय होने के कारण, एक फोकस आगे की ओर आती हैं। अन्य रंगों से मिलकर चित्र बीच-बीच में कहीं गिर जाते हैं। इस घटना को रंगीन विपथन कहा जाता है।

अब लेंस से दूर एक छवि रूपों, यह जितना बड़ा होगा। दूसरों के शब्दों में, एक लेंस जो रंगीन विपथन से पीड़ित है, कई छवियों को प्रोजेक्ट करता है, प्रत्येक आकार में भिन्न होगा। इसका परिणाम वर्णिक विपथन से जुड़ा रंग है। वास्तव में दो प्रकार के होते हैं, अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ। हम एक दोहरे (2 तत्व लेंस) के उपयोग से रंगीन विपथन के हानिकारक गुणों को कम कर सकते हैं। एक मुकुट ग्लास और दूसरे फ्लिट का उपयोग करके बनाया जाता है। एक में मजबूत सकारात्मक शक्ति होती है और दूसरी में नकारात्मक शक्ति। जब एक साथ सैंडविच किया जाता है, तो संयोजन रंगीन विपथन को रोकता है। यह 2 तत्व डिजाइन सिर्फ दो रंगों को सही करता है, हम एक तीसरे लेंस को जोड़ सकते हैं जिससे सैंडविच को अक्रोमैटिक ट्रिपलेट (रंग त्रुटि से मुक्त करने के लिए अक्रोमेटिक ग्रीक) हो सकता है।

रंगीन विपथन के प्लेग के अलावा, 6 अन्य प्रमुख विपथन (इस पद पर दूसरों द्वारा उल्लिखित) हैं जिन्हें कम किया जा सकता है। तकनीकी रूप से, प्रत्येक को आकार और सामग्री के रूप में एक विशेष लेंस की आवश्यकता होती है। यह सब और अधिक, लेंस डिजाइनर को कई तत्व लेंस बनाने के लिए मजबूर करता है। कुछ तत्वों को एक साथ सीमेंट किया जाता है; कुछ एयर-स्पेस हैं, कुछ समूह के रूप में आप ज़ूम और फोकस करते हैं।

निचला रेखा: वफादार लेंस अभी तक नहीं बना है। ऑप्टिशियंस को सलाम जो हमारे उपयोग और आनंद के लिए इन चमत्कारों को बनाते हैं!