प्रकाशिक लेंस डिजाइन: Difference between revisions
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प्रकाशिक लेंस डिजाइन | प्रकाशिक लेंस डिजाइन मूल्य और विनिर्माण सीमाओं सहित प्रदर्शन आवश्यकताओं और बाधाओं के समूह को पूरा करने के लिए [[इंजीनियरिंग डिजाइन प्रक्रिया]] एक लेंस (प्रकाशिकी) की प्रक्रिया है। पैरामीटर में सतह प्रोफ़ाइल प्रकार ([[[[गोला]]कार]], एस्फेयर, [[होलोग्राफिक]], [[विवर्तन]], इत्यादि), साथ ही वक्रता की त्रिज्या (प्रकाशिकी), आगे वाली सतह से दूरी, पदार्थ प्रकार और वैकल्पिक रूप से झुकाव और विकेंद्रीकरण सम्मिलित हैं। यह प्रक्रिया कम्प्यूटेशनल (अभिकलनीय) रूप से गहन है, [[किरण अनुरेखण (भौतिकी)]] या अन्य तकनीकों का उपयोग करके यह मॉडल करने के लिए कि लेंस प्रकाश को कैसे प्रभावित करता है जो इससे गुजरता है। | ||
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विनिर्माण लागत और वितरण फंक्शन भी प्रकाशिक डिजाइन का एक प्रमुख भाग हैं। [[BK7]] सामान्यतौर पर सबसे सस्ता होने के साथ, आकार, कांच के प्रकार, सूचकांक [[अपवर्तक सूचकांक]] गुणवत्ता और उपलब्धता के आधार पर दिए गए आयामों के प्रकाशिक कांच | विनिर्माण लागत और वितरण फंक्शन भी प्रकाशिक डिजाइन का एक प्रमुख भाग हैं। [[BK7]] सामान्यतौर पर सबसे सस्ता होने के साथ, आकार, कांच के प्रकार, सूचकांक [[अपवर्तक सूचकांक]] गुणवत्ता और उपलब्धता के आधार पर दिए गए आयामों के प्रकाशिक कांच के रिक्त मूल्य पचास या अत्यधिक के कारक से भिन्न हो सकती है। 100–150 मिमी से ऊपर दी गई पदार्थ के बड़े और/या मोटे प्रकाशिकी रिक्त मूल्य सामान्यतौर पर भौतिक आयतन की तुलना में तेजी से बढ़ती है, क्योंकि रिक्त मात्रा में स्वीकार्य सूचकांक एकरूपता और आंतरिक [[ birefringence |द्विअपवर्तन]] स्तर प्राप्त करने के लिए आवश्यक रिक्त सामग्री [[एनीलिंग (ग्लास)|(कांच)]] समय में वृद्धि होती है। रिक्त कांच की उपलब्धता किसी दिए गए निर्माता द्वारा कितनी बार विशेष कांच प्रकार बनाया जाता है, और निर्माण मूल्य और अनुसूची को गंभीरता से प्रभावित कर सकता है। | ||
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[[छवि]]यों और प्रवेश पुतली की स्थिति के लिए लेंस को पहले [[पैराएक्सियल सन्निकटन]] का उपयोग करके डिज़ाइन किया जा सकता है, फिर वास्तविक सतहों को डाला और अनुकूलित किया जा सकता है। पैराएक्सियल सिद्धांत को सरल | [[छवि]]यों और प्रवेश पुतली की स्थिति के लिए लेंस को पहले पार्श्व [[पैराएक्सियल सन्निकटन|सिद्धांत]] का उपयोग करके डिज़ाइन किया जा सकता है, फिर वास्तविक सतहों को डाला और अनुकूलित किया जा सकता है। पैराएक्सियल सिद्धांत को सरल कथनों में छोड़ दिया जा सकता है और वास्तविक सतहों का उपयोग करके लेंस को सीधे अनुकूलित किया जा सकता है। लेंस पहले कांच निर्माता की सूची में प्रकाशित अपवर्तन और फैलाव (प्रकाशीय) (एब्बे संख्या देखें) गुणों के औसत सूचकांक का उपयोग करके डिजाइन किए गए हैं और चूँकि [[कांच का मॉडल]] गणनाएं हैं। चूँकि, वास्तविक कांच रिक्त स्थान के गुण इस आदर्श से भिन्न होंगे; अपवर्तन मूल्यों का सूचकांक सूची मूल्यों से 0.0003 या उससे अत्यधिक भिन्न हो सकता है, और फैलाव थोड़ा भिन्न हो सकता है। सूचकांक और फैलाव में ये परिवर्तन कभी-कभी लेंस केंद्रित स्थान और उच्च सुधारित प्रणालियों में इमेजिंग प्रदर्शन को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त हो सकते हैं। | ||
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बैच में विभिन्न स्थानों से छोटे | बैच में विभिन्न स्थानों से छोटे सही [[प्रिज्म (ऑप्टिक्स)|प्रिज्म (प्रकाशीय)]] बनाकर और [[स्पेक्ट्रोमीटर]] पर उनके अपवर्तन के सूचकांक को मापकर, सामान्यतौर पर पांच या अत्यधिक [[तरंग दैर्ध्य]] पर कांच के रिक्त उत्पत्ति, या पिघले हुए डेटा को निर्धारित किया जा सकता है। लेंस डिजाइन फंक्शनों में [[वक्र फिटिंग|वक्र आसंजन]] क्रियाविधि होते हैं जो पिघले हुए डेटा को चयनित [[सेलमीयर समीकरण]] में आरोपित कर सकते हैं, जिससे फिटेड वेवलेंथ रेंज के भीतर किसी भी तरंग दैर्ध्य पर अपवर्तन के सूचकांक की गणना की जा सकती है। एक पुन: अनुकूलन, या पिघला हुआ पुन: कंप, तब उपलब्ध होने पर अपवर्तन डेटा के मापा सूचकांक का उपयोग करके लेंस डिज़ाइन पर किया जा सकता है। निर्मित होने पर, परिणामी लेंस का प्रदर्शन वांछित आवश्यकताओं से अधिक निकटता से मेल खाएगा, यदि अपवर्तन के सूचकांक के लिए औसत ग्लास कैटलॉग मान मान लिया गया हो। | ||
डिलीवरी शेड्यूल ग्लास और मिरर की खाली उपलब्धता और प्राप्त करने के लिए लीड समय से प्रभावित होते हैं, किसी प्रोजेक्ट को शुरू करने से पहले एक दुकान को टूलिंग की मात्रा का निर्माण करना चाहिए, भागों पर विनिर्माण सहनशीलता (सख्त सहनशीलता का मतलब लंबे समय तक फैब समय), किसी भी की जटिलता [[ऑप्टिकल कोटिंग्स]] जिन्हें तैयार भागों पर लागू किया जाना चाहिए, लेंस तत्वों को कोशिकाओं में और समग्र लेंस सिस्टम असेंबली में माउंटिंग या बॉन्डिंग में और जटिलताएं, और किसी भी पोस्ट-असेंबली संरेखण और गुणवत्ता नियंत्रण परीक्षण और टूलिंग की आवश्यकता होती है। जहाँ भी संभव हो, किसी भी दुकान पर मौजूदा टूलिंग का उपयोग करके और संभव सीमा तक विनिर्माण सहिष्णुता को अधिकतम करके टूलिंग लागत और वितरण कार्यक्रम को कम किया जा सकता है। | डिलीवरी शेड्यूल ग्लास और मिरर की खाली उपलब्धता और प्राप्त करने के लिए लीड समय से प्रभावित होते हैं, किसी प्रोजेक्ट को शुरू करने से पहले एक दुकान को टूलिंग की मात्रा का निर्माण करना चाहिए, भागों पर विनिर्माण सहनशीलता (सख्त सहनशीलता का मतलब लंबे समय तक फैब समय), किसी भी की जटिलता [[ऑप्टिकल कोटिंग्स]] जिन्हें तैयार भागों पर लागू किया जाना चाहिए, लेंस तत्वों को कोशिकाओं में और समग्र लेंस सिस्टम असेंबली में माउंटिंग या बॉन्डिंग में और जटिलताएं, और किसी भी पोस्ट-असेंबली संरेखण और गुणवत्ता नियंत्रण परीक्षण और टूलिंग की आवश्यकता होती है। जहाँ भी संभव हो, किसी भी दुकान पर मौजूदा टूलिंग का उपयोग करके और संभव सीमा तक विनिर्माण सहिष्णुता को अधिकतम करके टूलिंग लागत और वितरण कार्यक्रम को कम किया जा सकता है। | ||
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प्रकाशिक लेंस डिजाइन मूल्य और विनिर्माण सीमाओं सहित प्रदर्शन आवश्यकताओं और बाधाओं के समूह को पूरा करने के लिए इंजीनियरिंग डिजाइन प्रक्रिया एक लेंस (प्रकाशिकी) की प्रक्रिया है। पैरामीटर में सतह प्रोफ़ाइल प्रकार ([[गोलाकार]], एस्फेयर, होलोग्राफिक, विवर्तन, इत्यादि), साथ ही वक्रता की त्रिज्या (प्रकाशिकी), आगे वाली सतह से दूरी, पदार्थ प्रकार और वैकल्पिक रूप से झुकाव और विकेंद्रीकरण सम्मिलित हैं। यह प्रक्रिया कम्प्यूटेशनल (अभिकलनीय) रूप से गहन है, किरण अनुरेखण (भौतिकी) या अन्य तकनीकों का उपयोग करके यह मॉडल करने के लिए कि लेंस प्रकाश को कैसे प्रभावित करता है जो इससे गुजरता है।
डिजाइन आवश्यकताएं
प्रदर्शन आवश्यकताओं में सम्मिलित हो सकते हैं:
- प्रकाशिकी प्रदर्शन (छवि गुणवत्ता): यह विभिन्न आव्यूह द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसमें घिरी हुई ऊर्जा, मॉडुलन स्थानांतरण फंक्शन, स्ट्रील अनुपात, भूत प्रतिबिंब नियंत्रण और पुतली प्रदर्शन (आकार, स्थान और विपथन नियंत्रण) सम्मिलित हैं; छवि गुणवत्ता के मापीय का चुनाव अनुप्रयोग विशिष्ट है।[1][2]
- भौतिक आवश्यकताएँ जैसे वजन, स्थिर आयतन, गतिशील आयतन, गुरुत्वाकर्षण का केंद्र और समग्र विन्यास आवश्यकताएँ होती हैं।
- पर्यावरण संबंधी आवश्यकताएं: तापमान, दबाव, दोलन और विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण के लिए पर्वतमाला होता है।
डिजाइन बाधाओं में वास्तविक लेंस तत्व केंद्र और किनारे की मोटाई, लेंस के बीच न्यूनतम और अधिकतम वायु-स्थान, प्रवेश और निकास कोणों पर अधिकतम बाधाएं, अपवर्तन और फैलाव (प्रकाशिकी) गुणों के भौतिक रूप से जानने योग्य कांच सूचकांक सम्मिलित हो सकते हैं।
विनिर्माण लागत और वितरण फंक्शन भी प्रकाशिक डिजाइन का एक प्रमुख भाग हैं। BK7 सामान्यतौर पर सबसे सस्ता होने के साथ, आकार, कांच के प्रकार, सूचकांक अपवर्तक सूचकांक गुणवत्ता और उपलब्धता के आधार पर दिए गए आयामों के प्रकाशिक कांच के रिक्त मूल्य पचास या अत्यधिक के कारक से भिन्न हो सकती है। 100–150 मिमी से ऊपर दी गई पदार्थ के बड़े और/या मोटे प्रकाशिकी रिक्त मूल्य सामान्यतौर पर भौतिक आयतन की तुलना में तेजी से बढ़ती है, क्योंकि रिक्त मात्रा में स्वीकार्य सूचकांक एकरूपता और आंतरिक द्विअपवर्तन स्तर प्राप्त करने के लिए आवश्यक रिक्त सामग्री (कांच) समय में वृद्धि होती है। रिक्त कांच की उपलब्धता किसी दिए गए निर्माता द्वारा कितनी बार विशेष कांच प्रकार बनाया जाता है, और निर्माण मूल्य और अनुसूची को गंभीरता से प्रभावित कर सकता है।
प्रक्रिया
छवियों और प्रवेश पुतली की स्थिति के लिए लेंस को पहले पार्श्व सिद्धांत का उपयोग करके डिज़ाइन किया जा सकता है, फिर वास्तविक सतहों को डाला और अनुकूलित किया जा सकता है। पैराएक्सियल सिद्धांत को सरल कथनों में छोड़ दिया जा सकता है और वास्तविक सतहों का उपयोग करके लेंस को सीधे अनुकूलित किया जा सकता है। लेंस पहले कांच निर्माता की सूची में प्रकाशित अपवर्तन और फैलाव (प्रकाशीय) (एब्बे संख्या देखें) गुणों के औसत सूचकांक का उपयोग करके डिजाइन किए गए हैं और चूँकि कांच का मॉडल गणनाएं हैं। चूँकि, वास्तविक कांच रिक्त स्थान के गुण इस आदर्श से भिन्न होंगे; अपवर्तन मूल्यों का सूचकांक सूची मूल्यों से 0.0003 या उससे अत्यधिक भिन्न हो सकता है, और फैलाव थोड़ा भिन्न हो सकता है। सूचकांक और फैलाव में ये परिवर्तन कभी-कभी लेंस केंद्रित स्थान और उच्च सुधारित प्रणालियों में इमेजिंग प्रदर्शन को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त हो सकते हैं।
लेंस रिक्त निर्माण प्रक्रिया इस प्रकार है:
- वांछित कांच के प्रकार के लिए कांच बैच सामग्री को पाउडर अवस्था में मिलाया जाता है,
- पाउडर मिश्रण को एक भट्टी में एक साथ पिघलाया जाता है,
- बैच एकरूपता को अधिकतम करने के लिए पिघला हुआ तरल पदार्थ आगे मिलाया जाता है,
- लेंस रिक्त में डाला और
अनुभवजन्य रूप से निर्धारित समय-तापमान फंक्शन के अनुसार एनीलिंग (कांच) होता है।
बैच में विभिन्न स्थानों से छोटे सही प्रिज्म (प्रकाशीय) बनाकर और स्पेक्ट्रोमीटर पर उनके अपवर्तन के सूचकांक को मापकर, सामान्यतौर पर पांच या अत्यधिक तरंग दैर्ध्य पर कांच के रिक्त उत्पत्ति, या पिघले हुए डेटा को निर्धारित किया जा सकता है। लेंस डिजाइन फंक्शनों में वक्र आसंजन क्रियाविधि होते हैं जो पिघले हुए डेटा को चयनित सेलमीयर समीकरण में आरोपित कर सकते हैं, जिससे फिटेड वेवलेंथ रेंज के भीतर किसी भी तरंग दैर्ध्य पर अपवर्तन के सूचकांक की गणना की जा सकती है। एक पुन: अनुकूलन, या पिघला हुआ पुन: कंप, तब उपलब्ध होने पर अपवर्तन डेटा के मापा सूचकांक का उपयोग करके लेंस डिज़ाइन पर किया जा सकता है। निर्मित होने पर, परिणामी लेंस का प्रदर्शन वांछित आवश्यकताओं से अधिक निकटता से मेल खाएगा, यदि अपवर्तन के सूचकांक के लिए औसत ग्लास कैटलॉग मान मान लिया गया हो।
डिलीवरी शेड्यूल ग्लास और मिरर की खाली उपलब्धता और प्राप्त करने के लिए लीड समय से प्रभावित होते हैं, किसी प्रोजेक्ट को शुरू करने से पहले एक दुकान को टूलिंग की मात्रा का निर्माण करना चाहिए, भागों पर विनिर्माण सहनशीलता (सख्त सहनशीलता का मतलब लंबे समय तक फैब समय), किसी भी की जटिलता ऑप्टिकल कोटिंग्स जिन्हें तैयार भागों पर लागू किया जाना चाहिए, लेंस तत्वों को कोशिकाओं में और समग्र लेंस सिस्टम असेंबली में माउंटिंग या बॉन्डिंग में और जटिलताएं, और किसी भी पोस्ट-असेंबली संरेखण और गुणवत्ता नियंत्रण परीक्षण और टूलिंग की आवश्यकता होती है। जहाँ भी संभव हो, किसी भी दुकान पर मौजूदा टूलिंग का उपयोग करके और संभव सीमा तक विनिर्माण सहिष्णुता को अधिकतम करके टूलिंग लागत और वितरण कार्यक्रम को कम किया जा सकता है।
लेंस अनुकूलन
एक साधारण दो-तत्व एयर-स्पेस लेंस में नौ चर होते हैं (वक्रता की चार त्रिज्या, दो मोटाई, एक हवाई क्षेत्र की मोटाई और दो ग्लास प्रकार)। एक विस्तृत वर्णक्रमीय बैंड और फोकल लम्बाई की एक सीमा पर और यथार्थवादी तापमान सीमा पर देखने के क्षेत्र में एक बहु-कॉन्फ़िगरेशन लेंस में एक सौ से अधिक आयामों वाला एक जटिल डिज़ाइन वॉल्यूम हो सकता है।
लेंस अनुकूलन तकनीकें जो इस बहु-आयामी अंतरिक्ष को नेविगेट कर सकती हैं और स्थानीय मैक्सिमा और मिनिमा में आगे बढ़ सकती हैं, 1940 के दशक से अध्ययन किया गया है, जिसकी शुरुआत जेम्स जी बेकर और बाद में फेडर ने की थी।[3] व्यान,[4] गंजा सिर,[5] स्लेटी[6] और दूसरे। डिजिटल कम्प्यूटर के विकास से पहले, बहु-आयामी अंतरिक्ष के माध्यम से 2-डी कटौती करने के लिए त्रिकोणमितीय और लॉगरिदमिक तालिकाओं का उपयोग करके लेंस अनुकूलन एक हाथ-गणना कार्य था। कम्प्यूटरीकृत किरण अनुरेखण एक लेंस के प्रदर्शन को जल्दी से मॉडल करने की अनुमति देता है, ताकि डिजाइन स्थान को तेजी से खोजा जा सके। यह डिजाइन अवधारणाओं को तेजी से परिष्कृत करने की अनुमति देता है। लोकप्रिय ऑप्टिकल डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर में ज़ेमैक्स का ऑप्टिकस्टूडियो, Synopsys का कोड V, और लैम्ब्डा रिसर्च का लेआउट और अनुकूलन के लिए ऑप्टिक्स सॉफ़्टवेयर शामिल हैं। ज्यादातर मामलों में डिजाइनर को पहले ऑप्टिकल सिस्टम के लिए एक व्यवहार्य डिजाइन का चयन करना चाहिए, और उसके बाद इसे परिष्कृत करने के लिए संख्यात्मक मॉडलिंग का उपयोग किया जाता है।[7] डिज़ाइनर यह सुनिश्चित करता है कि कंप्यूटर द्वारा अनुकूलित डिज़ाइन सभी आवश्यकताओं को पूरा करता है, और समायोजन करता है या प्रक्रिया को पुनरारंभ करता है जब वे नहीं करते हैं।
यह भी देखें
- ऑप्टिकल इंजीनियरिंग
- निर्माण और परीक्षण (ऑप्टिकल घटक)
- रे ट्रांसफर मैट्रिक्स विश्लेषण
- फोटोग्राफिक लेंस डिजाइन
- आवारा प्रकाश
संदर्भ
टिप्पणियाँ
- ↑ Fischer, Robert E.; Tadic-Galeb, Biljana; Yoder, Paul R. (2008). ऑप्टिकल सिस्टम डिजाइन (2nd ed.). New York: McGraw-Hill. pp. 8, 179–198. ISBN 978-0-07-147248-7.
- ↑ "Modulation Transfer Function".
- ↑ D.P. Feder, "Automatic Optical Design," Appl. Opt. 2, 1209–1226 (1963).
- ↑ C. G. Wynne and P. Wormell, "Lens Design by Computer," Appl. Opt. 2:1223–1238 (1963).
- ↑ "डॉ. एरहार्ट ग्लैटज़ेल (जीवनी)". The Zeiss Historica Society. Archived from the original on January 27, 2013. Retrieved July 21, 2013.
- ↑ Grey, D.S., "The Inclusion of Tolerance Sensitivities in the Merit Function for Lens Optimization", SPIE Vol. 147, pp. 63–65, 1978.
- ↑ Fischer (2008), pp. 171–5.
ग्रन्थसूची
- Smith, Warren J., Modern Lens Design, McGraw-Hill, Inc., 1992, ISBN 0-07-059178-4
- Kingslake, Rudolph, Lens Design Fundamentals, Academic Press, 1978
- Shannon, Robert R., The Art and Science of Optical Design, Cambridge University Press, 1997.
