Bilangan elemen kanta merupakan penentu kritikal prestasi pengimejan dalam sistem optik dan memainkan peranan penting dalam keseluruhan rangka kerja reka bentuk. Seiring dengan kemajuan teknologi pengimejan moden, permintaan pengguna untuk kejelasan imej, ketepatan warna dan pembiakan perincian halus telah meningkat, yang memerlukan kawalan yang lebih besar ke atas perambatan cahaya dalam sampul fizikal yang semakin padat. Dalam konteks ini, bilangan elemen kanta muncul sebagai salah satu parameter paling berpengaruh yang mengawal keupayaan sistem optik.
Setiap elemen kanta tambahan memperkenalkan tahap kebebasan tambahan, membolehkan manipulasi tepat trajektori cahaya dan tingkah laku pemfokusan di seluruh laluan optik. Fleksibiliti reka bentuk yang dipertingkatkan ini bukan sahaja memudahkan pengoptimuman laluan pengimejan utama tetapi juga membolehkan pembetulan sasaran pelbagai aberasi optik. Aberasi utama termasuk aberasi sfera—yang timbul apabila sinar marginal dan paraksial gagal menumpu pada titik fokus yang sama; aberasi koma—yang ditunjukkan sebagai corengan asimetri sumber titik, terutamanya ke arah pinggir imej; astigmatisme—yang mengakibatkan percanggahan fokus yang bergantung kepada orientasi; kelengkungan medan—di mana satah imej melengkung, yang membawa kepada kawasan tengah tajam dengan fokus tepi yang terdegradasi; dan herotan geometri—yang muncul sebagai ubah bentuk imej berbentuk laras atau kusyen jarum.
Tambahan pula, aberasi kromatik—kedua-dua aksial dan lateral—yang disebabkan oleh penyebaran bahan menjejaskan ketepatan dan kontras warna. Dengan memasukkan elemen kanta tambahan, terutamanya melalui kombinasi strategik kanta positif dan negatif, aberasi ini boleh dikurangkan secara sistematik, sekali gus meningkatkan keseragaman pengimejan merentasi medan pandangan.
Evolusi pesat pengimejan resolusi tinggi telah mengukuhkan lagi kepentingan kerumitan kanta. Dalam fotografi telefon pintar, sebagai contoh, model utama kini mengintegrasikan sensor CMOS dengan bilangan piksel melebihi 50 juta, ada yang mencapai 200 juta, di samping saiz piksel yang semakin berkurangan. Kemajuan ini mengenakan keperluan yang ketat pada konsistensi sudut dan ruang cahaya datang. Untuk memanfaatkan sepenuhnya kuasa penyelesaian tatasusunan sensor berketumpatan tinggi sedemikian, kanta mesti mencapai nilai Fungsi Pemindahan Modulasi (MTF) yang lebih tinggi merentasi julat frekuensi ruang yang luas, memastikan pemaparan tekstur halus yang tepat. Akibatnya, reka bentuk tiga atau lima elemen konvensional tidak lagi mencukupi, mendorong penggunaan konfigurasi berbilang elemen lanjutan seperti seni bina 7P, 8P dan 9P. Reka bentuk ini membolehkan kawalan unggul ke atas sudut sinar serong, menggalakkan kejadian hampir normal pada permukaan sensor dan meminimumkan crosstalk mikrolens. Selain itu, penyepaduan permukaan asfera meningkatkan ketepatan pembetulan untuk aberasi dan herotan sfera, meningkatkan ketajaman tepi ke tepi dan kualiti imej keseluruhan dengan ketara.
Dalam sistem pengimejan profesional, permintaan untuk kecemerlangan optik memacu penyelesaian yang lebih kompleks. Kanta prima apertur besar (cth., f/1.2 atau f/0.95) yang digunakan dalam kamera DSLR dan tanpa cermin mewah sememangnya terdedah kepada aberasi sfera yang teruk dan koma disebabkan oleh kedalaman medan cetek dan daya pemprosesan cahaya yang tinggi. Untuk mengatasi kesan ini, pengeluar secara rutin menggunakan susunan kanta yang terdiri daripada 10 hingga 14 elemen, memanfaatkan bahan canggih dan kejuruteraan ketepatan. Kaca serakan rendah (cth., ED, SD) digunakan secara strategik untuk menyekat serakan kromatik dan menghapuskan pinggiran warna. Elemen asfera menggantikan berbilang komponen sfera, mencapai pembetulan aberasi yang unggul sambil mengurangkan berat dan kiraan elemen. Sesetengah reka bentuk berprestasi tinggi menggabungkan elemen optik difraktif (DOE) atau kanta fluorit untuk menyekat lagi aberasi kromatik tanpa menambah jisim yang ketara. Dalam kanta zum ultra-telefoto—seperti 400mm f/4 atau 600mm f/4—pemasangan optik mungkin melebihi 20 elemen individu, digabungkan dengan mekanisme fokus terapung untuk mengekalkan kualiti imej yang konsisten daripada fokus dekat hingga infiniti.
Walaupun terdapat kelebihan ini, peningkatan bilangan elemen kanta memperkenalkan pertukaran kejuruteraan yang ketara. Pertama, setiap antara muka udara-kaca menyumbang kira-kira 4% kehilangan pantulan. Walaupun dengan salutan anti-reflektif yang canggih—termasuk salutan nano-berstruktur (ASC), struktur sub-panjang gelombang (SWC) dan salutan jalur lebar berbilang lapisan—kehilangan transmisi kumulatif kekal tidak dapat dielakkan. Kiraan elemen yang berlebihan boleh merendahkan jumlah penghantaran cahaya, menurunkan nisbah isyarat-kepada-hingar dan meningkatkan kerentanan terhadap suar, jerebu dan pengurangan kontras, terutamanya dalam persekitaran cahaya malap. Kedua, toleransi pembuatan menjadi semakin menuntut: kedudukan paksi, kecondongan dan jarak setiap kanta mesti dikekalkan dalam ketepatan tahap mikrometer. Penyimpangan boleh menyebabkan degradasi penyimpangan luar paksi atau kabur setempat, meningkatkan kerumitan pengeluaran dan mengurangkan kadar hasil.
Selain itu, kiraan kanta yang lebih tinggi secara amnya meningkatkan isipadu dan jisim sistem, yang bertentangan dengan keperluan pengecilan saiz dalam elektronik pengguna. Dalam aplikasi yang terhad ruang seperti telefon pintar, kamera aksi dan sistem pengimejan yang dipasang pada dron, penyepaduan optik berprestasi tinggi ke dalam faktor bentuk padat memberikan cabaran reka bentuk yang utama. Tambahan pula, komponen mekanikal seperti penggerak autofokus dan modul penstabilan imej optik (OIS) memerlukan ruang yang mencukupi untuk pergerakan kumpulan kanta. Susunan optik yang terlalu kompleks atau tersusun dengan buruk boleh mengehadkan strok dan daya tindak balas penggerak, sekali gus menjejaskan kelajuan pemfokusan dan keberkesanan penstabilan.
Oleh itu, dalam reka bentuk optik praktikal, pemilihan bilangan elemen kanta yang optimum memerlukan analisis pertukaran kejuruteraan yang komprehensif. Pereka bentuk mesti menyelaraskan had prestasi teori dengan kekangan dunia sebenar termasuk aplikasi sasaran, keadaan persekitaran, kos pengeluaran dan pembezaan pasaran. Contohnya, kanta kamera mudah alih dalam peranti pasaran massa biasanya menggunakan konfigurasi 6P atau 7P untuk mengimbangi prestasi dan kecekapan kos, manakala kanta pawagam profesional mungkin mengutamakan kualiti imej muktamad dengan mengorbankan saiz dan berat. Pada masa yang sama, kemajuan dalam perisian reka bentuk optik—seperti Zemax dan Code V—membolehkan pengoptimuman berbilang pembolehubah yang canggih, membolehkan jurutera mencapai tahap prestasi yang setanding dengan sistem yang lebih besar menggunakan elemen yang lebih sedikit melalui profil kelengkungan yang diperhalusi, pemilihan indeks biasan dan pengoptimuman pekali asfera.
Kesimpulannya, bilangan elemen kanta bukan sekadar ukuran kerumitan optik tetapi pembolehubah asas yang menentukan had atas prestasi pengimejan. Walau bagaimanapun, reka bentuk optik yang unggul tidak dicapai melalui peningkatan berangka sahaja, tetapi melalui pembinaan seni bina seimbang dan bermaklumat fizik yang disengajakan yang mengharmonikan pembetulan aberasi, kecekapan penghantaran, kekompakan struktur dan kebolehkilangan. Menjelang masa hadapan, inovasi dalam bahan baharu—seperti polimer indeks biasan tinggi, polimer serakan rendah dan metamaterial—teknik fabrikasi lanjutan—termasuk pengacuan aras wafer dan pemprosesan permukaan bentuk bebas—dan pengimejan pengiraan—melalui reka bentuk bersama optik dan algoritma—dijangka akan mentakrifkan semula paradigma kiraan kanta "optimum", membolehkan sistem pengimejan generasi akan datang yang dicirikan oleh prestasi yang lebih tinggi, kecerdasan yang lebih tinggi dan kebolehskalaan yang lebih baik.
Masa siaran: 16 Dis-2025