Nezvaní hosté: Když se světlo zblázní

Ve světě výroby čoček je světlo naším nejlepším přítelem – dokud tomu tak není. Ať už vyrábíte čočky pro špičkové bezpečnostní systémy, automobilové ADAS nebo jemné lékařské endoskopy, znáte ten boj. Navrhnete dokonalou sadu skleněných prvků, jen aby se uvnitř odrazil podvodný paprsek světla a vytvořil „optické artefakty“, o které nikdo nežádal.1

Těmto nezvaným hostům říkáme „Flare“ a „Ghosting“. Ve filmovém filmu může malá světlice vypadat „umělecky“. Ale v reálném světě? Je to katastrofa. V rámci bezpečnosti může zbloudilý záblesk světlometu oslepit kameru a způsobit, že mine poznávací značku.4 Při autonomním řízení (ADAS) může být „duchové“ světlo algoritmem nesprávně interpretováno jako skutečná překážka, což vede k nebezpečné fantomové brzdě.6 A v chirurgii je mlhavý, rozšířený endoskopický pohled jako snažit se řídit ve vánici – kromě toho, že je v ohrožení něčí život.8

Abychom tyto „duchy“ z našich čoček vyhnali, vyvinuli jsme řadu technologií povrchové úpravy. Ale než budeme mluvit o léčbě, pojďme diagnostikovat problém.

Seznamte se s "duchy" ve vašem objektivu

Vzplanutí a duch se často používají zaměnitelně, ale mají různé povahy a „místa činu“.

Závojová světlice: The Hazy "White Veil"

Závojová světlice je jako zabiják nálady pro vaše obrázky. Stává se to, když je silný zdroj světla těsně mimo rám, ale jeho světlo se stále rozlévá do objektivu a rozptyluje se všude.1 Výsledek? Vaše sytá černá se změní v blátivou šeď, kontrast zmizí a celý snímek vypadá, jako by byl natočen přes tenkou bílou krajkovou záclonu.3

To je noční můra pro bezpečnostní kamery s nočním viděním nebo automobilové čočky jedoucí do západu slunce. Bez úpravy odráží standardní skleněný povrch asi 4 % světla.12 U objektivu s 10 nebo 15 prvky se tato "vzpoura" světla rychle sčítá.

Ghosting: Polygonální fantom

Pokud je světlice „opar“, duch je „přízrak“. Jedná se o zřetelné, často mnohoúhelníkové světelné body (ve tvaru otvoru objektivu), které se objevují symetricky naproti světelnému zdroji.10

Ghosting je způsoben odrazem světla tam a zpět mezi vnitřními povrchy čoček.3 U složitého zoomového objektivu nebo lékařského dalekohledu s velkým zvětšením s mnoha vrstvami skla je držet tyto „duchy“ na uzdě jako hrát hru pinball s vysokými sázkami.

Sensor/Red-Dot Flare: Digitální specialita

V digitálním věku máme nový problém: samotný senzor je zrcadlo.1 Světlo dopadá na snímač CMOS/CCD, odráží se zpět k zadnímu členu objektivu a poté se opět odráží zpět na snímač.10 To často vytváří vzor červených teček nebo jasných bodů kolem světelného zdroje – běžná bolest hlavy v moderním sledování.10

3

Antireflexní (AR) nátěry: „Kouzlo“ rušení

Naší hlavní zbraní proti těmto artefaktům je antireflexní (AR) povlak. Věda zní jako sci-fi: používáme vlnovou povahu světla k tomu, aby se odrazy "samy vymazaly".17

Trik "čtvrtvlnové délky".

Nanesením mikroskopického filmu s velmi specifickou tloušťkou – přesně jednou čtvrtinou vlnové délky cílového světla – vytvoříme situaci, kdy světlo odrážející se od vrchní části povlaku a světlo odrážející se od skla pod ním nejsou synchronizovány o 180 stupňů.18 Když se potkají, navzájem se zničí a energie je „protlačena“ čočkou, místo aby se odrazila.

Základní pravidlo zní:

Tloušťka = vlnová délka / (4 * Index lomu) 18

Jedna vrstva vs. vícevrstvá: Proč je více lepší

V prvních dnech se používaly jednovrstvé povlaky (jako fluorid hořčíku, MgF2), které fungovaly skvěle pro jednu barvu (obvykle zelenou), ale selhávaly u jiných. To je důvod, proč mají levné čočky často fialový nebo modrý odstín – povlak pro tyto barvy nefunguje.12

Moderní profesionální čočky používají "Multilayer AR." Skládáním různých materiálů (jako je oxid titaničitý, TiO2 a oxid křemičitý, SiO2) můžeme udržet odrazy pod 0,5 % nebo dokonce 0,1 % přes celou duhu.17

Nano-revoluce: SWC a ASC

Tradiční povlaky se potýkají s širokoúhlými čočkami, kde světlo dopadá ve strmých úhlech.22 Pro tyto "zakřivené" čočky potřebujeme velké zbraně: nano povlaky.

Subwavelength Structure Coating (SWC): Učení od můr

Můry mají vyvinuté oči, které neodrážejí světlo – jinak by je dravci spatřili v noci. Jejich oči jsou pokryty drobnými „nanokuželemi“ menšími, než je vlnová délka světla.12

SWC to napodobuje. Namísto „útesového“ skoku ze vzduchu (index 1.0) na sklo (index 1.5) vytváří SWC „hladkou rampu“. Světlo si ani neuvědomuje, že vstupuje do skla, takže se neodráží.23 Je to dokonalá „stealth“ technologie pro širokoúhlé objektivy.22

Air Sphere Coating (ASC): Zachycování světla v bublinách

ASC je vrstva obsahující nanoskopické vzduchové koule.23 Vzhledem k tomu, že vzduch má nejnižší index lomu (1,0), tyto bubliny vytvářejí vrstvu s „ultra-nízkým indexem“, která absorbuje téměř veškeré světlo dopadající na střed čočky.23 Je to perfektní řešení pro bezpečnostní kamery, které se musí vypořádat s vysoce intenzivními reflektory.

18

Automobilové čočky: Bezpečnostní sázky

Pro výrobce automobilových čoček je nulový prostor pro chyby. Kamera ADAS je „oči“ vozu. Duchové světlo, které se objeví vedle skutečného auta, může oklamat počítač automobilu, aby špatně vypočítal vzdálenosti.6

Navíc tyto čočky žijí v pekle. Musí přežít od -40 stupňů C do 85 stupňů C a odolat mytí aut a štěrku.28 K tomu doporučujeme:

1. 

Iontové naprašování (IBS): To vytváří povlak tak hustý, že působí jako pancíř, který zabraňuje pronikání vlhkosti dovnitř a zabraňuje odlupování povlaku v extrémním horku.17

2. 

3. 

Tvrdé povlaky (DLC): Přidání vrstev "Diamond-Like Carbon", které zajistí, že se čočka nepoškrábe nečistotami ze silnice.31

4. 

Lékařské endoskopy: Válka proti mlze

V chirurgii není nepřítelem jen světlice – je to mlha. Když dalekohled s pokojovou teplotou vstoupí do teplého a vlhkého těla, okamžitě se zamlží.

Pravidlo „50 milisekund“.

Chirurgové se spoléhají na video v reálném čase. Pokud se dalekohled zamlží nebo vytvoří „vybělený“ záblesk, vytvoří vizuální zpoždění nebo zkreslení. Studie ukazují, že i 50 ms zpoždění může narušit koordinaci ruky a oka chirurga.32

Řešení?Superhydrofilní nátěry.33 Na rozdíl od „vodostrašných“ (hydrofobních) povlaků, které vytvářejí vodní kapky (což způsobuje rozptyl/vzplanutí), superhydrofilní povlaky fungují jako mikroskopická houba. Dělají vodu rozprostřenou do dokonale plochého, průhledného plátu.33 Mlha se v podstatě stává čistým oknem!

Údržba: Nezabíjejte své „kouzlo“ otiskem prstu

Dokonce i ten nejlepší nano-nátěr SWC na světě může být zničen jediným mastným otiskem palce. Oleje mají vysoký index lomu, který „vyplňuje“ nanostruktury a efektivně promění váš drahý povlak zpět na kus reflexního skla.25

To je důvod, pročFluorový (AF) povlak je životně důležitý pro nejvzdálenější prvek. Vytváří „nepřilnavý“ povrch, který odpuzuje mastnotu a otisky prstů, což umožňuje jejich setření bez poškrábání jemných AR vrstev pod nimi.23

Závěrečné myšlenky: Vyvážení světla a stínu

Záblesky a duchy nejsou „vady“ – jsou to jen fyzika, která si z nás dělá legraci. Kombinací tradiční vícevrstvé AR s nano-strukturami a specializovanými ochrannými povlaky můžeme přizpůsobit dokonalé „oko“ pro jakoukoli aplikaci.

Koneckonců, vaše práce jako výrobce objektivů není jen výroba skla. Jde o zajištění jasnosti tam, kde na tom nejvíce záleží: bezpečnost na silnicích, přesnost na operačním sále a ostražitost v noci.

Budoucnost optiky je jasná – a se správnými povlaky bude konečně bez záblesků.