Co robi „powłoka nanokrystaliczna” na tym obiektywie?

Nikkor 85mm f / 1.4G AF-S ma „Nano Crystal Coat” ... Co to jest i dlaczego jest on większość swoich najdroższych obiektywów? Oczywiście jest to powłoka i niektóre linki wydają się wskazywać, że może zwiększyć transmisję i ostrość, ale wydaje mi się sprzeczne z intuicją, że powlekanie czegoś sprawi, że będzie ostrzejsze.

Nanopowłoka: nowa i inna!

Aby dokładniej zająć się powłoką soczewki typu „nanokrystalicznego”, ponieważ inne odpowiedzi wydają się albo dotyczyć ogólnie wielowarstwowego powlekania, albo uważają, że nanotechnologia jest tylko terminem marketingowym.

Nanopowłoka w rzeczywistości NIE jest tym samym co wielowarstwowe, ma bardzo różny wygląd i wpływa na światło w inny sposób. Użycie terminu „Nano Crystal Coating” jest zdecydowanie nie tylko terminem marketingowym! Aby rozpocząć tak prosto, jak to możliwe:

• Wielopowłokowe jest rozwinięciem koncepcji jednopowłokowej i zostało zaprojektowane na podstawie interferencji kształtu fali.
  • Działa poprzez „dostrajanie” światła odbitego w taki sposób, że kształty fali odbitych cząstek wzajemnie się znoszą.
• Nanopowłoka jest znacznie nowszą koncepcją, intrygująco opartą na strukturze i konstrukcji oczu ćmy (które ledwo odbijają jakiekolwiek światło).
  • Zaprojektowany tak, aby przede wszystkim unikać odbicia i kierować promienie świetlne do soczewki, nie pozwalając im w ogóle odbijać.

Wielopowłokowe i interferencje kształtu fali

Światło wykazuje zarówno właściwości cząstek, jak i kształtu fali. Jako takie dwa fotony mogą oddziaływać w taki sposób, że się wzajemnie znoszą. Najlepiej to ilustruje ilustracja, w tym celu pożyczę obraz z Wikipedii. Poniżej znajduje się przykład soczewki z pojedynczą powłoką oraz sposób, w jaki powłoka wytwarza odbite kształty fal fotonów, które są naprzeciw siebie (i dlatego mogą się wzajemnie znosić):

Powłoka antyrefleksyjna ma grubość dokładnie połowy grubości fali światła. Światło odbije się na każdym przecięciu materiału, na przykład między powietrzem a powłoką, a także powłoką i soczewką. Ponieważ powłoka ma grubość równą połowie długości fali światła, odbicie od interfejsu powietrze / powłoka negatywnie zakłóca odbicie od interfejsu powłoka / soczewka, a oba te elementy wzajemnie się znoszą.

Wielowarstwowość działa w ten sam sposób, jednak z wieloma warstwami powłoki o różnych grubościach. Ponieważ kolor światła zależy od jego długości fali, powlekanie soczewki kilkoma warstwami o dokładnie połowie długości fali kluczowych częstotliwości światła (takich jak fioletowy, niebieski, niebiesko-zielony, zielony, żółto-zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony) usunie znacznie więcej światła niż zwykła pojedyncza powłoka. Pojedyncze powłoki zostały na ogół zaprojektowane w pasmach światła od zielonego do żółto-zielonego, ponieważ najczęściej występują w świetle słonecznym i dziennym. Multicoating jest przeznaczony do pracy na pełnym spektrum w jak największym stopniu.

Niedobory Multicoating

Pojawienie się wielopowłoki było ogromnym przełomem pod względem przepuszczalności soczewki (ilości światła, przez którą przepuszczają), osiągając poziomy aż 99%. Wielowarstwowość nie jest jednak idealna. Kiedy występują silne rozbłyski i zjawy, są one w stanie całkowicie odfiltrować światło odbite przy dokładnych długościach fal, które każda warstwa ma odfiltrować. Długości fal w pobliżu zamierzonych częstotliwości zostaną złagodzone, jednak nie zostaną całkowicie anulowane. Jasna, nieosiowa wiązka światła poza osią, na przykład ze słońca w rogu kadru, może nadal tworzyć duże, jasne i bardzo szkodliwe odblaski, zjawy i redukcję kontrastu nawet na soczewkach z wielowarstwową powłoką.

Dodatkowo, wielopowłoka wykorzystuje po prostu właściwość światła do zastosowania ujemnej właściwości soczewek ... odbicia ... w celu zminimalizowania wpływu odbicia na jakość obrazu. Jako taka transmisja nie jest idealna, a nawet kilka procent padającego światła może zostać utracone dla dowolnej długości fali, co zwykle skutkuje całkowitą utratą transmisji o 1-2% NA ELEMENT POWŁOKI / GRUPĘ . To prawda, że ​​jest to znacznie mniej niż 8-10%, które istniały kiedyś z pojedynczymi powłokami i niepowlekanymi soczewkami, jednak w złożonych soczewkach z wieloma elementami ogólnie nadal można stracić znaczną ilość światła (tj. Złożona 15-grupowa teleobiektyw może w rezultacie utrata 15-30% całkowitej transmisji w obliczu silnego wybuchu).

Ulepszenia w zakresie nanopowłoki

Nanopowłoka, w przeciwieństwie do wielowarstwowego, nie jest ciągłą ewolucją poprzedniej technologii ... to w rzeczywistości zupełnie nowe podejście do rozwiązania starego problemu. Nanopowłoka opiera się na konstrukcji oczu ćmy, o których wiadomo w społeczności naukowej, że mają jeden z najniższych współczynników odbicia dowolnego materiału. Ogólny projekt oparty jest na strukturach w przybliżeniu kopułowych / kolcach w skali nano, które mają prowadzić jak najwięcej światła do soczewki, unikając całkowicie odbicia, gdy tylko jest to możliwe.

Jeśli i kiedy pojawi się rozbłysk lub zjawa, ponieważ nanopowłoka nie jest zaprojektowana do pracy na danej długości fali światła, ale światło w całości, powstałe artefakty lub utrata kontrastu są znacznie mniejsze niż w przypadku soczewki wielopowłokowej. W wielu przypadkach konieczna jest uważna i ścisła kontrola w celu znalezienia małych elementów rozbłysku i zjawy na zdjęciu wykonanym za pomocą soczewki nanopowłokowej, a gdy istnieje, często nie wpływa negatywnie na IQ.

Poziomy transmisji nanopowłoki wynoszą co najmniej 99,95% NA ELEMENT / GRUPĘ POWLEKANE . Przy utracie 0,05% lub mniejszej, całkowita całkowita utrata transmisji dla dowolnego obiektywu, nawet złożonych soczewek z wieloma grupami elementów, pozostanie bardzo niska (tj. Złożona 15-grupowa teleobiektyw zakończy się całkowitą utratą transmisji 0,75% . )

Projekt nanopowłoki obiektywu

(UWAGA: Dokładna natura światła przechodzącego przez nanokopułkę nie jest szeroko rozpowszechniana, więc mogę tu oprzeć moje wyjaśnienie na tym, co widziałem i czytałem. Nie twierdzę, że jest 100% dokładności, ale myślę, że jest ogólnie dokładna wystarczająco.)

Projekt powyższej ilustracji pochodzi z kilku schematów SWC lub Subwavelenth Structure Coating , które znalazłem na stronach internetowych firmy Canon. W porównaniu z powłoką Nano Crystal firmy Nikon, SWC firmy Canon jest tym samym, chociaż ich konkretne wdrożenie może różnić się szczegółami. Canon wyraźnie przywołuje „kształt klina” struktur w skali nano i przywołuje pseudowarstwową naturę za pomocą klinów o różnej wielkości i wysokości. Rozmiar i grubość warstwy strukturalnej jest wyraźnie zaprojektowana tak, aby była znacznie mniejsza niż długości fali światła widzialnego używanego do większości fotografii (najwyżej około 200 nm, gdzie jako długości fali światła widzialnego mieszczą się w przedziale od 380 nm do około 790 nm).

Technologicznym celem zastosowania takiej struktury jest wyeliminowanie pierwotnej przyczyny odbicia: dużych zmian współczynnika załamania światła na granicach materiału. Zastąpienie wielowarstwowej powłoki, która tworzy wiele interfejsów, w których mogą wystąpić duże zmiany współczynnika załamania światła, strukturalną powłoką, w której nie ma jednego interfejsu, tworząc w ten sposób „gładką warstwę przejściową”. Grubość warstwy jest utrzymywana na niskim poziomie, prawdopodobnie w celu zminimalizowania wpływu na kąt padania promieni przez nią przechodzących (tak naprawdę nie ma konkretnych informacji na temat tego, dlaczego kliny są tak małe).

Światło jest skutecznie „wprowadzane” przez warstwę nanostruktury do elementu soczewki. Ostatecznym celem jest, aby światło przepływało przez elementy nanostruktur i wchodziło do elementu soczewki w przestrzenie między klinami, w większości „nietknięte”. Ilość odbić jest minimalna, a to, co występuje, zwykle odbija się od interfejsu nanostruktury / elementu, w którym taki istnieje. Kiedy światło odbija się od wewnętrznego elementu soczewki i powraca do poprzedniego elementu, ta sama nanostrukturalna powłoka będzie miała taki sam wpływ na to odbite światło, pomagając mu przejść przez elementy wewnętrzne, aby albo rozproszyć nieszkodliwie wewnątrz wewnętrznych elementów o niskim współczynniku odbicia obiektywu, lub bezpośrednio przedniego elementu ... niewiele, bez szkody.

Lepsza ostrość?

Odnośnie, czy nanopowłoka pozwala na lepszą ostrość. Nie chciałbym powiedzieć, że sama nanopowłoka może naprawdę znacznie poprawić ostrość. Z pewnością poprawia transmisję, tak że w obiektywach z dużą liczbą grup elementów całkowita utrata transmisji jest zmniejszona z kilku procent do zwykle poniżej, często znacznie poniżej jednego procent. Pod względem ogólnej poprawy IQ poprawiona transmisja powinna również poprawić kontrast, nawet na poziomie mikrokontrastu. Ulepszony mikrokontrast w pewnym stopniu doprowadzi do poprawy ostrości.

Twierdzenie o poprawionej ostrości jest bardziej prawdopodobne ze względu na większą swobodę w projektowaniu soczewek oraz możliwość wykorzystania większej liczby elementów soczewek, które projektant soczewek mógłby w innym przypadku ograniczyć ze względu na wymagania dotyczące transmisji. Jeśli możesz użyć tylko 8 soczewek z powłoką wielowarstwową, ponieważ więcej zmniejszyłoby zbyt dużo ogólną transmisję światła, być może będziesz w stanie użyć 15 lub więcej z powłoką nanopowłokową i nadal mieć znacznie lepsze właściwości transmisji. Daje to projektantom obiektywów swobodę wprowadzania większej kontroli nad odtwarzaniem obrazu niż w przeszłości, co ostatecznie powinno prowadzić do poprawy ostrości.

Uważam, że dokładnie tak jest w przypadku nowszych obiektywów Canon, głównie generacji „Mark II” lub „nowych podmiotów”, takich jak EF 8-15 mm f / 4 L „Rybie oko”obiektyw. Prawdopodobnie dzieje się tak również w przypadku obiektywów Nikon z NCC. Nowsze obiektywy Canona znacznie przewyższają swoich poprzedników w zakresie MTF (funkcja transferu modulacji, sposób pomiaru ostrości i kontrastu obiektywu). Prawie wszystkie obiektywy Canon z serii L wprowadzone od połowy 2008 r. (Możliwe nieco wcześniej), które używają SWC, mają teoretyczne MTF (większość producentów obiektywów obecnie generuje wykresy MTF z komputerowych modeli obiektywów) wykazujące znaczne skoki w ogólnej rozdzielczości , ostrość i kontrast, przy czym niektóre wykazują prawie „doskonałe” wyniki zgodnie z kryterium ich MTF (który jest wprawdzie niższy niż większość ich obiektywów powinien faktycznie być w stanie rozwiązać, ale spójny pod względem porównania z MTF starszych obiektywów. )

Tak więc technicznie nie sama powłoka bezpośrednio poprawia ostrość (chociaż poprawia kontrast, może mieć niewielki bezpośredni wpływ). Poprawa ostrości jest bardziej prawdopodobna ze względu na możliwość ulepszenia konstrukcji obiektywu bez większego zainteresowania transmisją niż w przeszłości. (Wydaje mi się, że można to potwierdzić lub obalić, porównując konstrukcje nowych soczewek z nanopowłokami w porównaniu do starych soczewek bez.)

Oto opis implementacji nanopowłoki przez Pentax, zwanej Aero Bright Coating ( źródło ):

... [oryginalna] powłoka Aero Bright firmy PENTAX ... zapewnia wyjątkową skuteczność przeciwodblaskową w szerszym zakresie długości fal, zapewniając jaśniejszy i lepszej jakości obraz. Ta wyjątkowa powłoka, stworzona przy użyciu zaawansowanej nanotechnologii firmy PENTAX, zmniejsza odbicia soczewek i znacznie poprawia przepuszczalność światła, tworząc warstwę aerożelu krzemionkowego o jednolitych porach na powierzchni elementów optycznych.

Pamiętaj, że powłoka Aero Bright jest stosowana tylko w kilku wybranych obiektywach, w tym w obiektywach DA * 55 mm i DA645 25 mm.

Nie sądzę, że krystaliczny płaszcz Nano poprawia ostrość sam w sobie. Jednak to, co daje projektantowi obiektywów więcej swobody w projektowaniu obiektywu.

Przed zastosowaniem powłok praktyczne konstrukcje soczewek były ograniczone do około 5 grup elementów (maksymalnie). Pojedyncza powłoka zwiększyła ją do około 7 lub 8. Multicoating zwiększył ją do około kilkunastu lub piętnastu.

Każdy z nich pozwolił projektantowi obiektywu lepiej skorygować aberracje. W razie potrzeby mogli nie tylko użyć większej liczby elementów, ale mogli też swobodnie rozdzielać elementy na osobne grupy, zamiast grupować elementy tylko w celu zminimalizowania odbić.

Nie jestem pewien, ile dokładnie grup dopuszczają powłoki nanokrystaliczne (lub ich odpowiedniki od innych dostawców, które wchodzą w życie), ale prawie na pewno przynajmniej kilka. Sądzę, że pozwala to również na nieco więcej swobody, nie tylko na dodawanie kolejnych elementów / grup, ale także na bardziej swobodną aranżację, aby skoncentrować się na zmniejszeniu aberracji bez martwienia się (prawie tak bardzo) o to, ile płomienia / ducha może to zrobić przedstawiać.

Myślę, że najważniejszym powodem stosowania powłoki antyrefleksyjnej podfalowej są problemy związane z silną krzywizną soczewek. Wielowarstwowe powłoki AR doskonale sprawdzają się na płaskich powierzchniach i niezbyt wygiętych soczewkach. Dla mocnych sfer stosowanych np. Przez Nikona we wszystkich nowych obiektywach zmiennoogniskowych, takich jak 14-24 f / 2.8, zobacz Forma do szkła precyzyjnego Nikonstandardowe metody osadzania powłok AR nie dają prawidłowej grubości wielowarstwowej w obszarach o dużym nachyleniu. Zwłaszcza w tych stromych obszarach utrata światła z odbicia Fresnela staje się problemem, jeszcze bardziej dotkliwe są wielokrotne odbicia w soczewce. Powłoki nanokrystaliczne idealnie dopasowują współczynnik załamania światła do szkła. Dzięki temu odblaski, odblaski i ogólny poziom szumów na obrazie ulegają znacznej poprawie. Prowadzi to do znacznie lepszego kontrastu i rozdzielczości. Powłoki nanokrystaliczne i zdolność do tworzenia mocnych sfer za rozsądną cenę dzięki formowaniu szkła są idealnym połączeniem. Daje to projektantowi optycznemu pełną swobodę w projektowaniu doskonałych obiektywów o bardzo niskim poziomie hałasu.

Przyszłość jest jasna!

Reinhard

Część światła, które uderza w szkło, odbija się od tyłu, a nie przez obiektyw. Powłoki antyrefleksyjne zmniejszają to i umożliwiają przechodzenie światła przez soczewkę. Widać to bardzo często w teleskopach, lornetkach i okularach, gdzie zbieranie światła ma kluczowe znaczenie.

Artykuł w Wikipedii ma całkiem dobre wyjaśnienie.

Jeśli chodzi o część „Nano”, oprócz dodawania do „ceny” soczewki, prawdopodobnie odnosi się ona do pewnej formy nanotechnologii konsumenckiej, aby ulepszyć powłokę, a przynajmniej wyglądać lepiej. Biorąc pod uwagę cenę obiektywu, cóż, z pewnością mam nadzieję, że poprawi to sytuację!