¿Qué hace una 'capa de nanocristal' en esta lente?

Nanorecubrimiento: ¡Nuevo y diferente!

Para abordar más específicamente el tipo de recubrimiento de lente "Nano Crystal Coating", ya que otras respuestas parecen estar abordando el recubrimiento múltiple en general o piensan que el recubrimiento de nanotecnología es solo un término de marketing.

En realidad, el nanorrecubrimiento NO es lo mismo que el multirrecubrimiento, tiene un diseño muy diferente y afecta la luz de una manera diferente. ¡El uso del término "Revestimiento de nanocristal" definitivamente no es solo un término de marketing! Para empezar lo más simple posible:

• Multicoating es un avance en el concepto de singlecoating y está diseñado sobre la base de la interferencia de forma de onda.
  • Funciona "sintonizando" la luz reflejada de tal manera que las formas de onda de las partículas reflejadas se anulan entre sí.
• Nanocoating es un concepto mucho más nuevo, curiosamente basado en la estructura y el diseño de los ojos de las polillas (que apenas reflejan la luz).
  • Diseñado para evitar el reflejo en primer lugar y guiar los rayos de luz hacia la lente sin permitir que se reflejen en absoluto.

Multicapa e interferencia de forma de onda

La luz exhibe propiedades tanto de partículas como de forma de onda. Como tal, dos fotones pueden interactuar de tal manera que se cancelen entre sí. Esto se demuestra mejor con una ilustración, y tomaré prestada una imagen de wikipedia para ese propósito. A continuación se muestra un ejemplo de una lente de una sola capa y cómo la capa produce formas de onda de fotones reflejados que se oponen entre sí (y, por lo tanto, son capaces de cancelarse entre sí):

El revestimiento antirreflectante está diseñado para ser exactamente tan grueso como la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de la luz. La luz se reflejará en cada intersección del material, como entre el aire y el revestimiento, así como entre el revestimiento y la lente. Dado que el recubrimiento es tan grueso como la mitad de la longitud de onda de la luz, el reflejo de la interfaz aire/recubrimiento interfiere negativamente con el reflejo de la interfaz recubrimiento/lente, y los dos se cancelan entre sí.

El revestimiento múltiple funciona de la misma manera, sin embargo, con múltiples capas de revestimiento de diferentes espesores. Dado que el color de la luz está determinado por su longitud de onda, recubrir una lente con varias capas de exactamente la mitad de la longitud de onda de las frecuencias clave de la luz (como violeta, azul, azul verdoso, verde, amarillo verdoso, amarillo, naranja, rojo) cancelará considerablemente más luz que una simple capa única. Los recubrimientos individuales generalmente se diseñaron en la banda de luz verde a amarillo-verde, ya que tienden a ser más frecuentes a la luz del sol y la luz del día. Multicoating está destinado a trabajar en un espectro completo tanto como sea posible.

Deficiencias de multicapa

El advenimiento de multicapa fue un gran avance en términos de transmisión de lentes (la cantidad de luz que dejan pasar), alcanzando niveles tan altos como 99%. Sin embargo, el revestimiento múltiple no es lo ideal. Cuando se producen destellos intensos y efectos fantasma, solo son capaces de filtrar por completo la luz reflejada en las longitudes de onda exactas para las que está diseñada cada capa. Las longitudes de onda cercanas a las frecuencias previstas se mitigarán, sin embargo, no se cancelarán por completo. Un haz de luz no incidente fuera del eje brillante, como el del sol en la esquina de un marco, aún puede crear destellos, imágenes fantasma y reducción de contraste grandes, brillantes y muy perjudiciales, incluso en una lente con revestimiento múltiple.

Además, el recubrimiento múltiple simplemente aprovecha una propiedad de la luz para usar una propiedad negativa de las lentes... la reflectancia... para minimizar el impacto que la reflectancia tiene en la calidad de la imagen. Como tal, la transmisión no es ideal, y se puede perder hasta varios porcentajes de la luz incidente para cualquier longitud de onda dada, lo que generalmente resulta en una pérdida total de transmisión del 1 al 2% POR ELEMENTO/GRUPO RECUBIERTO . Por supuesto, eso es mucho más bajo que el 8-10% que solía existir con lentes de un solo recubrimiento y sin recubrimiento, sin embargo, en lentes complejos con muchos elementos, aún se puede perder una cantidad considerable de luz en general (es decir, un teleobjetivo complejo de 15 grupos podría terminar con una pérdida del 15-30 % en la transmisión total frente a una llamarada fuerte).

Mejoras con Nanocoating

Nanocoating, a diferencia de multicoating, no es una evolución continua de una tecnología anterior... es de hecho un enfoque completamente nuevo para resolver un viejo problema. El nanorrecubrimiento se basa en el diseño de ojos de polilla, que son conocidos en la comunidad científica por tener uno de los índices de reflectancia más bajos de todos los materiales. El diseño general se basa en estructuras a nanoescala con forma de domo/punta destinadas a guiar la mayor cantidad de luz posible hacia la lente, evitando la reflectancia por completo siempre que sea posible.

En caso de que se produzcan destellos o imágenes fantasma, dado que el nanorrecubrimiento no está diseñado para funcionar con una longitud de onda de luz dada, sino con la luz en su totalidad, los artefactos resultantes o la pérdida de contraste son considerablemente menores que con una lente multicapa. En muchos casos, se requiere un escrutinio cuidadoso y minucioso para encontrar pequeños elementos de destellos y luces parásitas en las fotos tomadas con una lente con nanorrecubrimiento, y cuando existe, a menudo no afecta negativamente el coeficiente intelectual.

Los niveles de transmisión para el nanorrecubrimiento son de al menos 99,95 % POR ELEMENTO/GRUPO RECUBIERTO . Con una pérdida del 0,05 % o menos, la gran pérdida de transmisión total para cualquier lente, incluso las lentes complejas con muchos grupos de elementos, seguirá siendo muy baja (es decir, un teleobjetivo complejo de 15 grupos terminaría con una pérdida de transmisión total del 0,75 %) . )

Diseño de un nanorrevestimiento de lente

(NOTA: La naturaleza exacta de la luz que pasa a través de una nanocapa no se publicita ampliamente, por lo que solo puedo basar mi explicación aquí en lo que he visto y leído. No pretendo una precisión del 100 %, sin embargo, creo que en general es precisa. suficiente.)

El diseño de la ilustración de arriba está tomado de algunos de los diagramas SWC, o Recubrimiento de Estructura Subwavelenth , que encontré en los sitios web de Canon. En comparación con el revestimiento de nanocristal de Nikon, el SWC de Canon es lo mismo, aunque su implementación específica puede diferir en los detalles. Canon menciona explícitamente la "forma de cuña" de las estructuras a escala nanométrica y la naturaleza de pseudocapas con cuñas de diferentes tamaños y alturas. El tamaño y el grosor de la capa de la estructura están diseñados explícitamente para que sean considerablemente más pequeños que las longitudes de onda de la luz visible que se utilizan para la mayoría de las fotografías (alrededor de 200 nm como máximo, mientras que las longitudes de onda de la luz visible oscilan entre 380 nm y 790 nm).

El propósito tecnológico de usar una estructura de este tipo es eliminar la causa principal de la reflexión: grandes cambios en el índice de refracción en los límites del material. Reemplazo del revestimiento múltiple en capas, que crea muchas interfaces donde podría haber grandes cambios en el índice de refracción, con un revestimiento estructurado donde no hay una interfaz única , creando así una capa de "transición suave". El grosor de la capa se mantiene pequeño, presumiblemente para minimizar el impacto en el ángulo de incidencia de los rayos que la atraviesan (en realidad, no tengo ninguna información concreta sobre por qué las cuñas se mantienen tan pequeñas).

La luz es efectivamente "guiada" a través de la capa de nanoestructura hacia el elemento de la lente. El objetivo final es que la luz atraviese los elementos de la nanoestructura y entre en el elemento de la lente en los espacios entre las cuñas, en gran medida "ilesa". La cantidad de reflexión es mínima, y ​​la reflexión que ocurre generalmente se refleja en la interfaz de nanoestructura/elemento donde existe. Cuando la luz se refleja en un elemento interno de la lente y regresa a un elemento anterior, el mismo recubrimiento de nanoestructura tendrá el mismo efecto en esa luz reflejada, ayudándola a pasar a través de los elementos internos para difundirse sin causar daño en las entrañas de baja reflectividad. de la lente, o directamente hacia afuera del elemento frontal... poco o ningún daño hecho.

¿Mejor nitidez?

Con respecto a si el nanorecubrimiento permite mejorar la nitidez. No me inclinaría a decir que el nanorrecubrimiento en sí mismo realmente puede mejorar mucho la nitidez. Sin duda, mejora la transmisión, de modo que en lentes con muchos grupos de elementos, la pérdida de transmisión total se reduce de varios por ciento a menos, a menudo muy por debajo, del uno por ciento. En términos de mejora general del coeficiente intelectual, la transmisión mejorada también debería mejorar el contraste, incluso a un nivel de microcontraste. El microcontraste mejorado conducirá a mejoras en la nitidez, hasta cierto punto.

La afirmación de una mayor nitidez probablemente se deba a una mayor libertad en el diseño de lentes, y la capacidad de utilizar más elementos de lentes a los que un diseñador de lentes podría verse limitado debido a los requisitos de transmisión. Si solo puede usar 8 elementos de lente con revestimiento múltiple porque más reduciría demasiado la transmisión de luz general, es posible que pueda usar 15 o más con un nanorrevestimiento y aún así tener características de transmisión mucho mejores. Eso ofrece a los diseñadores de lentes la libertad de implementar un mayor control sobre la reproducción de imágenes que en el pasado, lo que en última instancia debería conducir a una mayor nitidez.

Creo que ese es exactamente el caso con los lentes Canon más nuevos, en gran parte de la generación "Mark II" o "nuevos participantes" como el EF 8-15 mm f/4 L Fisheyelente. Probablemente también sea el caso de los objetivos Nikon con NCC. Los lentes más nuevos de Canon están superando significativamente a sus predecesores en el área de MTF (Función de transferencia de modulación, una forma de medir la nitidez y el contraste de un lente). Casi todos los lentes de la serie L de Canon presentados desde mediados de 2008 (posiblemente un poco antes) que usan SWC tienen MTF teóricos (la mayoría de los fabricantes de lentes en estos días generan gráficos MTF a partir de modelos de lentes de computadora) que demuestran saltos significativos en la resolución general , nitidez y contraste, y algunos demostraron resultados casi "perfectos" de acuerdo con el criterio de su MTF (que es ciertamente más bajo de lo que la mayoría de sus lentes deberían ser capaces de resolver, pero consistente en términos de comparación con MTF de lentes más antiguos). )

Entonces, técnicamente, no es el recubrimiento en sí mismo lo que mejora directamente la nitidez (aunque, dado que mejora el contraste, puede tener un ligero impacto directo). Es más probable que las mejoras en la nitidez se deban a la capacidad de realizar mejoras en el diseño de la lente sin preocuparse tanto por la transmisión como en el pasado. (Supongo que eso podría corroborarse o refutarse comparando los diseños de lentes de lentes nuevos con nanorrevestimientos frente a lentes antiguos sin ellos).

Aquí hay una descripción de la implementación de nanorrevestimiento de Pentax, llamada Aero Bright Coating ( fuente ):

... [el] revestimiento Aero Bright original de PENTAX... garantiza un excelente rendimiento antirreflectante en un rango de longitud de onda más amplio para ofrecer imágenes más brillantes y de mayor calidad. Creado con la nanotecnología avanzada de PENTAX, este recubrimiento exclusivo reduce los reflejos de la lente y mejora en gran medida la transmisión de luz al formar una capa de aerogel de sílice con poros uniformes en la superficie de los elementos ópticos.

Tenga en cuenta que Aero Bright Coating solo se usa en algunas lentes selectas, incluidas las lentes DA* 55 mm y DA645 25 mm.

No creo que la capa de nanocristal mejore la nitidez en sí misma. Sin embargo, lo que hace es darle al diseñador de lentes más libertad para diseñar la lente.

Antes de que se usaran los recubrimientos, los diseños prácticos de lentes se limitaban a unos 5 grupos de elementos (como máximo). La capa simple aumentó eso a alrededor de 7 u 8. La capa múltiple lo aumentó a alrededor de una docena o quince.

Cada uno de estos permitió al diseñador de lentes hacer un mejor trabajo al corregir las aberraciones. No solo podían usar más elementos si era necesario, sino que tenían más libertad para separar los elementos en grupos separados, en lugar de agrupar los elementos solo para minimizar los reflejos.

De antemano, no estoy seguro de cuántos grupos más permiten los recubrimientos de nanocristales (o equivalentes de otros proveedores, que se están poniendo en uso), pero es casi seguro que al menos unos pocos. Supongo que también permite un poco más de libertad no solo para agregar más elementos/grupos, sino también para organizarlos un poco más libremente para concentrarse en reducir la aberración sin preocuparse (casi tanto) por la cantidad de destellos/fantasmas que podría introducir.

Supongo que la razón más importante para usar un recubrimiento antirreflectante de sublongitud de onda son los problemas relacionados con la fuerte curvatura de las lentes. Los recubrimientos AR multicapa funcionan perfectamente para superficies planas y lentes que no están demasiado dobladas. Para conocer las asferas fuertes utilizadas, por ejemplo, por Nikon en todos los objetivos zoom nuevos como 14-24 f/2.8, consulte Molde de cristal de precisión de Nikonlos métodos de deposición estándar para recubrimientos AR no logran producir el espesor multicapa correcto en las áreas de pendiente pronunciada. Especialmente en estas regiones empinadas, la pérdida de luz por reflejo Fresnel se convierte en un problema, incluso más graves son los reflejos múltiples dentro de la lente. Los recubrimientos de nanocristales coinciden perfectamente con el índice de refracción del aire al vidrio. Por lo tanto, los destellos, el deslumbramiento y el nivel general de ruido en la imagen mejoran mucho. Esto conduce a un contraste y una resolución mucho mejores. Los recubrimientos de nanocristales y la capacidad de fabricar esferas sólidas a un precio razonable gracias al moldeado de vidrio son una combinación perfecta. Esto ofrece al diseñador óptico total libertad para diseñar lentes perfectos con muy poco ruido.

¡El futuro es brillante!

Reinhard

Parte de la luz que golpea el vidrio se refleja, no a través de la lente. Los revestimientos antirreflectantes reducen esto y permiten que la luz atraviese la lente. Esto se ve mucho en telescopios, binoculares y oculares donde la captación de luz es fundamental.

El artículo de wikipeda tiene una explicación bastante buena.

En cuanto a la parte "Nano", además de aumentar el "precio" de la lente, probablemente se refiera a alguna forma de nanotecnología de consumo para mejorar el recubrimiento, o al menos parecer mejor. Dado el precio de la lente, bueno, ¡ciertamente espero que mejore las cosas!