Nieproszeni goście: Kiedy światło gaśnie

W świecie produkcji soczewek światło jest naszym najlepszym przyjacielem — dopóki tak nie jest. Niezależnie od tego, czy produkujesz soczewki do wysokiej klasy systemów zabezpieczeń, samochodowych ADAS, czy delikatnych endoskopów medycznych, znasz tę walkę. Projektujesz idealny zestaw szklanych elementów, tylko po to, aby zbuntowana wiązka światła odbijała się wewnątrz i tworzyła „optyczne artefakty”, o które nikt nie prosił.1

Nazywamy tych nieproszonych gości „Flarą” i „Ghostingiem”. W filmie kinowym mały błysk może wyglądać „artystycznie”. Ale w prawdziwym świecie? To katastrofa. Ze względów bezpieczeństwa rozbłysk reflektora może oślepić kamerę i spowodować pominięcie tablicy rejestracyjnej.4 W przypadku jazdy autonomicznej (ADAS) algorytm może błędnie zinterpretować „widmo” światła jako rzeczywistą przeszkodę, co może skutkować niebezpiecznym hamulcem fantomowym.6 A podczas operacji zamglony, rozszerzony obraz endoskopu przypomina jazdę w zamieci śnieżnej – z wyjątkiem tego, że w grę wchodzi czyjeś życie.8

Aby wypędzić te „duchy” z naszych soczewek, opracowaliśmy szereg technologii powlekania. Zanim jednak porozmawiamy o lekarstwie, zdiagnozujmy problem.

Poznaj „Duchy” w swoim obiektywie

Flary i duchy są często używane zamiennie, ale mają różne osobowości i „miejsca zbrodni”.

Zasłona: zamglony „biały welon”

Zasłaniający odblask jest jak zabójca nastroju dla Twoich zdjęć. Dzieje się tak, gdy tuż za kadrem znajduje się mocne źródło światła, ale jego światło i tak wpada do obiektywu i rozprasza się wszędzie.1 Wynik? Twoja głęboka czerń zamienia się w błotnistą szarość, kontrast znika, a cały obraz wygląda, jakby został sfilmowany przez cienką białą koronkową zasłonę.3

To koszmar dla noktowizyjnych kamer bezpieczeństwa lub obiektywów samochodowych jadących w stronę zachodu słońca. Bez obróbki standardowa powierzchnia szklana odbija około 4% światła.12 W obiektywie z 10 lub 15 elementami ten „bunt” światła szybko się kumuluje.

Duchy: wielokątny upiór

Jeśli rozbłysk jest „mgłą”, zjawy są „widmem”. Są to wyraźne, często wielokątne plamki światła (przybierające kształt otworu obiektywu), które pojawiają się symetrycznie naprzeciw źródła światła.10

Zjawy powstają w wyniku odbijania się światła pomiędzy wewnętrznymi powierzchniami soczewek.3 W przypadku złożonego obiektywu zmiennoogniskowego lub lunety medycznej o dużym powiększeniu z wieloma warstwami szkła trzymanie tych „duchów” na dystans przypomina grę w pinball o wysokie stawki.

Czujnik/odblask czerwonej kropki: specjalność cyfrowa

W epoce cyfrowej mamy nowy problem: sam czujnik jest lustrem.1 Światło pada na czujnik CMOS/CCD, odbija się z powrotem do tylnego elementu obiektywu, a następnie ponownie odbija się z powrotem do czujnika.10 Często tworzy to wzór czerwonych kropek lub jasnych punktów wokół źródła światła – częsty ból głowy we współczesnym systemie nadzoru.10

3

Powłoki antyrefleksyjne (AR): „Magia” zakłóceń

Naszą główną bronią przeciwko tym artefaktom jest powłoka antyrefleksyjna (AR). Nauka brzmi jak science fiction: wykorzystujemy falową naturę światła, aby odbicia „anulowały się”.17

Sztuczka „ćwierci długości fali”.

Nakładając mikroskopijną folię o bardzo określonej grubości – dokładnie jednej czwartej długości fali światła docelowego – stwarzamy sytuację, w której światło odbite od wierzchu powłoki i światło odbite od szkła pod spodem są zsynchronizowane o 180 stopni.18 Kiedy się spotykają, niszczą się nawzajem, a energia zamiast być odbijana, jest „przepychana” przez soczewkę.

Podstawowa zasada jest taka:

Grubość = długość fali / (4 * współczynnik załamania światła) 18

Jednowarstwowa a wielowarstwowa: dlaczego więcej znaczy lepiej

Na początku stosowano powłoki jednowarstwowe (takie jak fluorek magnezu, MgF2), które świetnie sprawdzały się w przypadku jednego koloru (zwykle zielonego), ale zawodziły w innych. Dlatego tanie soczewki często mają fioletowy lub niebieski odcień – powłoka nie działa w przypadku tych kolorów.12

Nowoczesne profesjonalne soczewki korzystają z technologii „Multilayer AR”. Układając różne materiały (takie jak dwutlenek tytanu, TiO2 i dwutlenek krzemu, SiO2), możemy utrzymać odbicia poniżej 0,5% lub nawet 0,1% w całej tęczy.17

Nanorewolucja: SWC i ASC

Tradycyjne powłoki radzą sobie z soczewkami szerokokątnymi, w których światło pada pod ostrym kątem.22 Do tych „zakrzywionych” soczewek potrzebujemy potężnego pistoletu: nanopowłok.

Powłoka strukturalna o długości podfalowej (SWC): uczenie się od ćm

Ćmy wyewoluowały oczy, które nie odbijają światła – w przeciwnym razie drapieżniki dostrzegłyby je w nocy. Ich oczy są pokryte maleńkimi „nano-czopkami” mniejszymi niż długość fali światła.12

SWC naśladuje to. Zamiast „skaczącego po klifie” skoku z powietrza (indeks 1,0) do szkła (indeks 1,5), SWC tworzy „gładką rampę”. Światło nawet nie zdaje sobie sprawy, że dostaje się do szkła, więc nie odbija się.23 To najlepsza technologia „stealth” w obiektywach szerokokątnych.22

Powłoka sferyczna powietrza (ASC): wychwytywanie światła w bąbelkach

ASC to warstwa zawierająca nanoskopowe kule powietrza.23 Ponieważ powietrze ma najniższy współczynnik załamania światła (1,0), pęcherzyki te tworzą warstwę o „ultra niskim współczynniku”, która pochłania prawie całe światło padające na środek soczewki.23 Jest to idealne rozwiązanie dla kamer bezpieczeństwa, które muszą radzić sobie z reflektorami o dużej intensywności.

18

Soczewki samochodowe: stawka za bezpieczeństwo

W przypadku producentów soczewek samochodowych nie ma miejsca na błędy. Kamera ADAS to „oczy” samochodu. Światło widmo pojawiające się obok prawdziwego samochodu może oszukać komputer samochodu i spowodować błędne obliczenie odległości.6

Co więcej, te soczewki żyją w piekle. Muszą przetrwać od -40 stopni C do 85 stopni C i wytrzymać myjnie samochodowe i żwir.28 W tym celu polecamy:

1. 

Rozpylanie wiązką jonów (IBS): Tworzy to powłokę tak gęstą, że działa jak zbroja, zapobiegając wnikaniu wilgoci i zapobiegając złuszczaniu się powłoki w ekstremalnych temperaturach.17

2. 

3. 

Twarde powłoki (DLC): Dodanie warstw „diamentopodobnego węgla”, aby zapewnić, że soczewka nie zostanie zarysowana przez gruz drogowy.31

4. 

Endoskopy medyczne: wojna z mgłą

Podczas operacji wrogiem nie jest tylko flara – to mgła. Kiedy oscyloskop o temperaturze pokojowej wejdzie w ciepłe, wilgotne ciało, natychmiast zaparowuje.

Reguła „50 milisekund”.

Chirurdzy korzystają z wideo w czasie rzeczywistym. Jeśli luneta zamarza lub tworzy „zaciemniający” odblask, powoduje to wizualne opóźnienie lub zniekształcenie. Badania pokazują, że nawet 50 ms opóźnienia może zaburzyć koordynację ręka-oko chirurga.32

Rozwiązanie?Powłoki superhydrofilowe.33 W przeciwieństwie do powłok „niewrażliwych na wodę” (hydrofobowych), które powodują skraplanie się wody (co powoduje rozproszenie/rozjaśnienie), powłoki superhydrofilowe działają jak mikroskopijna gąbka. Sprawiają, że woda rozpływa się w idealnie płaską, przezroczystą taflę.33 Mgła w zasadzie staje się przezroczystym oknem!

Konserwacja: Nie zabijaj swojej „magii” odciskiem palca

Nawet najlepsza na świecie nanopowłoka SWC może zostać zniszczona przez pojedynczy tłusty odcisk palca. Oleje mają wysoki współczynnik załamania światła, który „wypełnia” nanostruktury, skutecznie zamieniając kosztowną powłokę z powrotem w kawałek odblaskowego szkła.25

Dlatego właśniePowłoka fluorowa (AF). jest niezbędny dla elementu najbardziej zewnętrznego. Tworzy nieprzywierającą powierzchnię, która odpycha tłuszcz i odciski palców, umożliwiając ich wytarcie bez zarysowania delikatnych warstw AR znajdujących się pod spodem.23

Końcowe przemyślenia: równoważenie światła i cienia

Flary i duchy nie są „wadami” — to po prostu fizyka, która robi nam żart. Łącząc tradycyjny wielowarstwowy AR z nanostrukturami i specjalistycznymi powłokami ochronnymi, możemy dostosować idealne „oko” do każdego zastosowania.

W ostatecznym rozrachunku Twoja praca jako producenta soczewek nie ogranicza się tylko do wytwarzania szkła. Chodzi o zapewnienie przejrzystości tam, gdzie jest to najważniejsze: bezpieczeństwa na drogach, precyzji na sali operacyjnej i czujności w nocy.

Przyszłość optyki rysuje się w jasnych barwach — a dzięki odpowiednim powłokom wreszcie będzie wolna od odblasków.