Lente-elementuen kopurua funtsezko faktorea da sistema optikoetan irudiak sortzeko errendimenduan, eta funtsezko zeregina du diseinu-esparru orokorrean. Irudi-teknologia modernoak aurrera egin ahala, erabiltzaileen irudiaren argitasunaren, koloreen fideltasunaren eta xehetasunen erreprodukzio finen eskakizunak areagotu egin dira, eta horrek argiaren hedapenaren gaineko kontrol handiagoa eskatzen du gero eta trinkoagoak diren gutunazal fisikoetan. Testuinguru honetan, lente-elementuen kopurua sistema optikoaren gaitasuna arautzen duten parametro eraginkorrenetako bat bezala agertzen da.
Lente-elementu gehigarri bakoitzak askatasun-maila inkremental bat sartzen du, argi-ibilbideen eta fokatze-portaeraren manipulazio zehatza ahalbidetuz bide optiko osoan zehar. Diseinu-malgutasun hobetu honek ez du soilik irudi-bide nagusiaren optimizazioa errazten, baita aberrazio optiko anitzen zuzenketa zehatza ere ahalbidetzen du. Aberrazio nagusien artean daude aberrazio esferikoa —erdialdeko eta paraaxialeko izpiak foku-puntu komun batean elkartzen ez direnean sortzen dena; koma-aberrazioa —puntu-iturrien lausotze asimetriko gisa agertzen dena, batez ere irudiaren periferiarantz; astigmatismoa —orientazioaren araberako foku-desberdintasunak sortzen dituena; eremu-kurbadura —irudi-planoa kurbatzen dena, ertz-foku degradatua duten erdiko eskualde zorrotzak sortuz— eta distortsio geometrikoa —upel- edo kuxin-formako irudi-deformazio gisa agertzen dena.
Gainera, materialaren sakabanaketak eragindako aberrazio kromatikoek —bai axialek bai lateralak— koloreen zehaztasuna eta kontrastea kaltetzen dituzte. Lente-elementu gehigarriak sartuz, batez ere lente positibo eta negatiboen konbinazio estrategikoen bidez, aberrazio horiek sistematikoki arindu daitezke, eta horrela irudien uniformetasuna hobetu ikus-eremu osoan.
Bereizmen handiko irudien bilakaera azkarrak lenteen konplexutasunaren garrantzia areagotu du. Smartphone-en argazkilaritzan, adibidez, modelo nagusiek 50 milioi baino gehiagoko pixel kopurua duten CMOS sentsoreak integratzen dituzte orain, batzuk 200 milioira iristen direnak, pixelen tamaina etengabe txikitzen ari diren bitartean. Aurrerapen hauek eskakizun zorrotzak ezartzen dituzte intzidente-argiaren angelu- eta espazio-koherentziari dagokionez. Dentsitate handiko sentsore-multzo horien bereizmen-ahalmena guztiz ustiatzeko, lenteek Modulazio Transferentzia Funtzio (MTF) balio handiagoak lortu behar dituzte maiztasun espazialeko tarte zabal batean, ehundura finen errendatze zehatza bermatuz. Ondorioz, hiru edo bost elementuko diseinu konbentzionalak ez dira nahikoa, eta horrek elementu anitzeko konfigurazio aurreratuak hartzea bultzatu du, hala nola 7P, 8P eta 9P arkitekturak. Diseinu hauek izpi zeiharren angeluen kontrol hobea ahalbidetzen dute, sentsorearen gainazalean intzidentzia ia normala sustatuz eta mikrolenteen gurutzadura minimizatuz. Gainera, gainazal asferikoen integrazioak aberrazio eta distortsio esferikoaren zuzenketa-zehaztasuna hobetzen du, ertz-ertz zorroztasuna eta irudiaren kalitate orokorra nabarmen hobetuz.
Irudi-sistema profesionaletan, bikaintasun optikorako eskariak irtenbide konplexuagoak sortzen ditu. DSLR eta ispilurik gabeko kameretan erabiltzen diren irekidura handiko lente finkoek (adibidez, f/1.2 edo f/0.95) aberrazio esferiko larria eta koma izateko joera dute, eremu-sakonera txikia eta argi-fluxu handia dutelako. Efektu horiei aurre egiteko, fabrikatzaileek 10 eta 14 elementu arteko lente-pilak erabiltzen dituzte ohiko moduan, material aurreratuak eta ingeniaritza zehatza erabiliz. Dispertsio baxuko beira (adibidez, ED, SD) estrategikoki erabiltzen da dispertsio kromatikoa murrizteko eta kolore-ertzak ezabatzeko. Elementu asferikoek hainbat osagai esferiko ordezkatzen dituzte, aberrazio-zuzenketa hobea lortuz, pisua eta elementu kopurua murriztuz. Errendimendu handiko diseinu batzuek elementu optiko difraktiboak (DOE) edo fluorita-lenteak sartzen dituzte aberrazio kromatikoa gehiago murrizteko, masa esanguratsurik gehitu gabe. Ultra-teleobjektibo zoom lenteetan —adibidez, 400 mm f/4 edo 600 mm f/4— multzo optikoak 20 elementu indibidual baino gehiago izan ditzake, foku mugikorreko mekanismoekin konbinatuta, foku hurbiletik infinituraino irudiaren kalitatea koherentea mantentzeko.
Abantaila horiek gorabehera, lente elementuen kopurua handitzeak ingeniaritza konpromiso garrantzitsuak dakartza. Lehenik eta behin, aire-beira interfaze bakoitzak % 4ko islapen galera eragiten du gutxi gorabehera. Islatzearen aurkako estaldura aurreratuenekin ere —nanoegituratutako estaldurak (ASC), uhin-luzera azpiko egiturak (SWC) eta banda zabaleko geruza anitzeko estaldurak barne—, transmitantzia galera metatuak saihestezinak dira. Elementu kopuru gehiegizkoak argiaren transmisio osoa degradatu dezake, seinale-zarata erlazioa murriztuz eta distira, lausotasun eta kontraste murrizketaren suszeptibilitatea handituz, batez ere argi gutxiko inguruneetan. Bigarrenik, fabrikazio tolerantziak gero eta zorrotzagoak dira: lente bakoitzaren ardatzeko posizioa, inklinazioa eta tartea mikrometro mailako zehaztasunean mantendu behar dira. Desbideratzeek ardatzetik kanpoko aberrazio degradazioa edo lausotasun lokalizatua eragin dezakete, ekoizpenaren konplexutasuna handituz eta errendimendu tasak murriztuz.
Gainera, lente kopuru handiago batek sistemaren bolumena eta masa handitzen ditu, oro har, kontsumo-elektronikako miniaturizazio-beharrarekin gatazkan. Espazio mugatuko aplikazioetan, hala nola telefonoetan, ekintza-kameretan eta droneetan muntatutako irudi-sistemetan, errendimendu handiko optika formatu trinkoetan integratzeak diseinu-erronka handia dakar. Gainera, osagai mekanikoek, hala nola autofokuko aktuadoreek eta irudien egonkortze optikoaren (OIS) moduluek, lente-taldearen mugimendurako nahikoa tarte behar dute. Optiko-pila konplexuegiek edo gaizki antolatuek aktuadoreen ibilbidea eta erantzun-gaitasuna mugatu ditzakete, fokatze-abiadura eta egonkortze-eraginkortasuna arriskuan jarriz.
Beraz, diseinu optiko praktikoan, lente elementu kopuru optimoa hautatzeak ingeniaritza-konpromisoaren analisi integrala eskatzen du. Diseinatzaileek errendimendu teorikoaren mugak benetako munduko murrizketekin bateratu behar dituzte, besteak beste, helburu-aplikazioa, ingurumen-baldintzak, ekoizpen-kostua eta merkatuaren bereizketa. Adibidez, merkatu masiboko gailuetako kamera mugikorren lenteek normalean 6P edo 7P konfigurazioak hartzen dituzte errendimendua eta kostu-eraginkortasuna orekatzeko, zinema-lente profesionalek, berriz, irudiaren kalitate gorena lehenetsi dezakete tamainaren eta pisuaren kaltetan. Aldi berean, diseinu optikoko softwarean egindako aurrerapenek —adibidez, Zemax eta Code V— optimizazio sofistikatua ahalbidetzen dute aldagai anitzekoetan, ingeniariei sistema handiagoekin pareko errendimendu-mailak lortzeko aukera emanez, elementu gutxiago erabiliz kurbadura-profil finduen, errefrakzio-indizearen hautaketaren eta koefiziente asferikoaren optimizazioaren bidez.
Ondorioz, lente elementuen kopurua ez da soilik konplexutasun optikoaren neurria, baizik eta irudien errendimenduaren goiko muga definitzen duen oinarrizko aldagaia. Hala ere, diseinu optiko bikaina ez da lortzen eskalatze numerikoaren bidez soilik, baizik eta aberrazioen zuzenketa, transmisio-eraginkortasuna, egiturazko trinkotasuna eta fabrikagarritasuna harmonizatzen dituen arkitektura orekatu eta fisikan oinarritutako baten eraikuntza nahita eginez. Aurrera begira, material berritzaileetan egindako berrikuntzek —hala nola errefrakzio-indize handiko eta dispertsio baxuko polimeroak eta metamaterialak—, fabrikazio-teknika aurreratuek —oblea-mailako moldeatzea eta gainazalen prozesamendu librea barne— eta irudi konputazionalek —optikaren eta algoritmoen diseinu bateratuaren bidez— "lente kopuru optimoaren" paradigma birdefinitzea espero da, errendimendu handiagoa, adimen handiagoa eta eskalagarritasun hobea duten hurrengo belaunaldiko irudi-sistemak ahalbidetuz.
Argitaratze data: 2025eko abenduaren 16a