Lens coating


Fotografie » TechTalk » Fysica | Lenzen » Coating

Bij iedere overgang van glas naar lucht zijn er verliezen door reflektie. Bij gewone lenzen (bijvoorbeeld vergrootglas of brilleglazen) bedragen de verliezen meerdere percenten. In een optiek dat uitgerust met een 10-tal enkelvoudige lenzen lopen de verliezen aardig op. Met een speciale coating kan men de reflekties beperken. Door de verliezen te beperken kan men ook spookbeelden en flares onderdrukken. In het algemeen heeft het beeld meer contrast.

Lees ook de historiek van de lenzen: van enkelvoudige tot complexe lenssystemen.

Het probleem: spookbeelden en flares

Spookbeelden zijn dubbelbeelden die ontstaan omdat zowel het direct licht als het intern gereflecteerd licht de sensor raakt. Spookbeelden treden het vaakst op indien er gebruik gemaakt wordt van goedkope filters (de beruchte UV-filters).

Flares ontstaan indien het licht van een sterke lichtbron intern in de lensconstructie gereflekteerd worden. Voorbeelden van flares en spookbeelden zijn hier te vinden.

Praktisch gezien is er echter weinig verschil tussen de twee fenomenen.

De oplossing

Men moet de lensreflekties en interne reflekties tegenhouden. De interne reflekties tegenhouden kan gebeuren door de constructie van de optiek geribbeld uit te voeren (soms zichtbaar in de zonnekap). De geribbelde struktuur reflekteert niet en vangt dus de verloren lichtstralen op. Lensreflekties kan men onderdrukken door een speciale coating op de lens aan te brengen. We bespreken verder de werking van de coating.

De coating werd door de firma Carl Zeiss uitgevonden juist voor de tweede wereldoorlog en was een militair geheim van de Duitsers. Men had al langer opgemerkt dat oude lenzen die een soort vuile laag over zich gekregen hadden in feite beter werkten dan nieuwe lenzen. Carl Zeiss gebruikt het teken T* (Transparant) op zijn gecoate lenzen.

Het invallend licht heeft een bepaalde frekwentie, en dus een golflengte. De frekwentie of golflengte bepaalt de kleur die waargenomen wordt. Alle kleuren zitten in een relatief smalle band zodat de werking van de coating min-of-meer geldig is voor alle frekwenties. De bedoeling van de coating is de weergekaatste lichtstralen te onderdrukken. Als men een tweede weerkaatsing zou kunnen maken, die de reflektie tegenwerkt (lichtstralen in tegenfase) dan verdwijnt de reflektie. Om een tweede reflektie te bekomen moet de coating de dikte hebben van 1/4 van de golflengte. Op de afbeelding is dit goed te zien: de lichtstralen gereflekteerd door de glasoppervlakte en de lichtstralen gereflekteerd door de coating werken elkaar tegen. Het gewenste effekt is dus (grotendeels) bereikt. Optisch gezien heeft de coating geen invloed op de lens (lenssterkte).

Een ander voorbeeld van destructieve interferentie is te zien op de pagina van de CD spelers waar de "putjes" die de digitale informatie bevatten een diepte hebben van 1/4 de golflengte van het licht.

De coating moet een brekingsindex hebben dat tussen dat van glas (1.6) en lucht (1.0) zit. Zou de coating eenzelfde brekingsindex hebben als dat van glas, dan zou er geen reflektie ontstaan op het grensvlak tussen glas en coating (geen rode weerkaatsing). En omgekeerd, als de coating hetzelfde brekingsindex als lucht heeft, dan is er geen reflektie op de coating zelf. Magnesium fluoride heeft de ideale eigenschappen.

Maar licht bestaat uit stralen van verschillende golflengtes, en dus werkt de coating maar goed voor één frekwentie of lichtkleur. Ook de hoek van het invallend licht speelt een rol. Bij enkelvoudige coatings kiest met een dikte van ongeveer 540nm (nanometer), omdat onze ogen het meest gevoelig zijn voor geel/groen licht. De meeste lichtenergie zit ook rond deze frekwentie. Het geel-groen wordt optimaal onderdrukt. Om het volledig lichtspectrum te onderdrukken worden verschillende coatings aangebracht met verschillende diktes en met een brekingsindex dat verloopt van 1.0 tot 1.6 (meervoudige coating). Een meervoudige coating onderdrukt beter alle kleuren, en dit ongeacht de hoek van het invallend licht.

Waarom ziet mijn lens er diepblauw uit?

Alle kleuren worden evenveel weergekaatst. Maar door de werking van een enkelvoudige coating worden de geel-groene tinten beter onderdrukt. En daarom heeft je lens een diepblauwe schijn: de kleuren die het minst onderdrukt worden, namelijk het complement van groen-geel. Lenzenmakers kunnen ook opteren om iedere lens van de optiek een enkelvoudige coating te geven (brekingsindex 1.3), maar van verschillende dikte: daarom is het mogelijk dat de lens een diepgroene schijn heeft (emerald-kleur) als de objectieflens (de voorste lens) ingesteld staat om orange weerkaatsingen te onderdrukken.

Meervoudig gecoate lenzen onderdrukken beter de reflekties, ongeacht de hoek van het invallend licht, en de lens zal er dan ook donker uitzien. Opgelet, dit is geen getint glas, maar een oppervlakte-effekt! De beste lenzen hebben een coating waarvan het brekingsindex geleidelijk oploopt. Deze lenzen vertonen nagenoeg geen reflekties en zien er donker uit.

In principe heeft de coating weinig invloed op de kleur van het doorgelaten licht. Een enkelvoudige coating heeft de neiging de geel-groene tinten beter door te laten, maar dit fenomeen is nauwelijks zichtbaar (verschil van ongeveer 1%). De automatische witbalans corrigeert een eventuele kleurzweem. Een kleurzweem wordt onderdrukt door iedere lens van de optiek een coating van verschillende dikte te geven (enkelvoudige coating) of door een meervoudige coating aan te brengen op alle lenzen.

Op de foto's rechts zie je iedere keer een niet-gecoate lens links, en een enkelvoudig gecoate lens rechts. De eerste optiek heeft een objectieflens dat geoptimaliseerd is voor geel-groen en de tweede voor orange. De lenzenmaker zorgt er wel voor dat alle individuele lenzen van de optiek samen geen kleurzweem produceren. De niet-gecoate lens is afkomstig van een videocamera van de jaren '80, toen de beeldkwaliteit vooral beperkt werd door de apparatuur (beeldbuis opnemer en videorecorder). Een coating aanbrengen was niet noodzakelijk.

Micro-coating

De beste lenzen gebruiken een coating die bestaan uit micro-kristallen die kleiner zijn dan de golflengte. Het onstaan van reflekties wordt daardoor volledig onderdrukt, ongeacht de golflengte en de invalshoek, daar waar een klassieke coating een reflektie in tegenfase produceerde (de transmissiefaktor van de lens wordt daardoor niet significant beter). De coating bestaat uit een microscopische kristalijne struktuur waarin lucht opgevangen zit. De kristallen zijn kleiner dan de golflengte, waardoor ze als het ware de lichtstralen "absorberen". Nikon noemt deze coating Nano Crystal Coating, Canon Subwavelenth Structure Coating (SWC).

De micro-coating is vooral nuttig voor lenzen met een zeer gebogen frontoppervlakte (veel kans op flares) en/of veel lenselementen (betere transmissiefaktor).

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren