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 लेंस (प्रकाशिकी) की प्रक्रिया है। पैरामीटर में सतह प्रोफ़ाइल प्रकार (गोलाकार, एस्फेयर, होलोग्राफिक, विवर्तन, इत्यादि) है, 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 या जो इससे गुजरता है।

डिजाइन आवश्यकताएं
प्रदर्शन आवश्यकताओं में सम्मिलित हो सकते हैं:


 * 1) 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।
 * 2) भौतिक आवश्यकताएँ जैसे वजन, स्थिर आयतन, गतिशील आयतन, गुरुत्वाकर्षण का केंद्र और समग्र विन्यास आवश्यकताएँ होती हैं।
 * 3) पर्यावरण संबंधी आवश्यकताएं: तापमान, दाब, दोलन और विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण की श्रेणी होती 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 मूल्य और वितरण फंक्शन भी प्रकाशिक डिजाइन का 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 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 तीव्रता 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 की 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:

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 आरोपित तरंगदैर्ध्य रेंज के भीतर किसी भी तरंग दैर्ध्य पर अपवर्तन के सूचकांक की गणना की जा सकती है। पुन: अनुकूलन, या पिघला हुआ पुन: कंप, 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 अत्यधिक निकटता से मिलता है, यदि अपवर्तन के सूचकांक के लिए औसत कांच भाग मान लिया जाता है।
 * 1) वांछित कांच के प्रकार के लिए कांच बैच सामग्री को पाउडर अवस्था में मिलाया जाता है,
 * 2) पाउडर मिश्रण को एक भट्टी में एक साथ पिघलाया जाता है,
 * 3) बैच एकरूपता को अधिकतम करने के लिए पिघला हुआ तरल पदार्थ आगे मिलाया जाता है,
 * 4) लेंस रिक्त में डाला और
 * 5) अनीलीकृत रूप से निर्धारित समय-तापमान फंक्शन के अनुसार (कांच) होता है।

वितरण निर्धारित कांच और दर्पण की रिक्त उपलब्धता और प्राप्त करने के लिए समय सिमा से प्रभावित होते हैं, किसी कार्य को प्रारम्भ करने से पहले दुकान को उपकरण की मात्रा का निर्माण करना चाहिए, भागों पर विनिर्माण सहनशीलता (कठोर सहनशीलता का अर्थ लंबे समय तक प्रभावी समय), किसी की जटिलता  प्रकाशी विलेपन जिन्हें तैयार भागों पर क्रियान्वित किया जाना चाहिए, लेंस तत्वों को कोशिकाओं में और समग्र लेंस प्रणाली में परतों को जोड़ा या बांधने में और जटिलताएं, और किसी भी केंद्र-योग संयुग्मन और गुणवत्ता नियंत्रण परीक्षण और उपकरण की आवश्यकता होती है। जहाँ भी संभव हो, किसी भी दुकान पर उपस्थित उपकरण का उपयोग करके और संभव सीमा तक विनिर्माण सहनशीलता को अधिकतम करके उपकरण मूल्य और वितरण कार्यक्रम को कम किया जा सकता है।

लेंस अनुकूलन
साधारण दो-तत्वों हवा-स्थान लेंस में नौ परिवर्तनीय होते हैं (वक्रता और त्रिज्या, दोहरी चौड़ाई, वायु क्षेत्र में चौड़ाई और दो कांच के प्रकार)l विस्तृत वर्णक्रम बंध और फोकल लम्बाई की सिमा पर वास्तविक तापमान के सिमा पर देखने के क्षेत्र बहु-विन्यास में सौ से अत्यधिक आयामों वाला जटिल डिज़ाइन आयतन होता है। अनुकूलन तकनीकें जो इस बहु-आयामी स्थान को संचालित कर सकती हैं और स्थानीय अधिकतम और निम्नतम में आगे बढ़ सकती हैं, 1940 के दशक से अध्ययन किया गया है, जिसकी प्रारम्भ जेम्स जी बेकर और बाद में फेडर ने की थी। व्यान, ग्लेटजेल, स्लेटी और अन्य हैं। डिजिटल कम्प्यूटर के विकास से पहले, बहु-आयामी स्पेस के माध्यम से 2-डी कटौती करने के लिए त्रिकोणमितीय और लघुगुणक तालिकाओं का उपयोग करके लेंस अनुकूलन से हाथ की गणना का कार्य था। कम्प्यूटरीकृत किरण अनुरेखण लेंस के प्रदर्शन को जल्दी से मॉडल करने की अनुमति देता है, जिससे की डिजाइन स्थान को तीव्रता से ढूंढा जा सकता है। यह डिजाइन अवधारणाओं को तीव्रता से परिष्कृत करने की अनुमति देता है। लोकप्रिय प्रकाशिक डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर में ज़ेमैक्स का प्रकाशिकस्टूडियो, संक्षेप V का कोड, और लैम्ब्डा शोध का विन्यास और अनुकूलन के लिए प्रकाशिकी सॉफ़्टवेयर सम्मिलित हैं। अधिकतर कथनों में डिजाइनर को पहले प्रकाशिकी प्रणाली के लिए व्यवहार्य डिजाइन का चयन करना चाहिए, और उसके बाद इसे परिष्कृत करने के लिए संख्यात्मक मॉडलिंग का उपयोग किया जाता है। 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

 * प्रकाशिक इंजीनियरिंग
 * निर्माण और परीक्षण (प्रकाशिक घटक)
 * रे स्थानांतरण आव्यूह विश्लेषण
 * फोटोग्राफिक लेंस डिजाइन
 * अवांछित प्रकाश

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.

बाहरी संबंध

 * The GNU Optical design and simulation library