В чем заключается просветление оптики
Просветление оптики
Просветле́ние о́птики — это нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких плёнок одна поверх другой. Это необходимо для увеличения светопропускания оптической системы. Показатель преломления таких плёнок меньше показателя преломления стёкол линз.
Просветляющие плёнки уменьшают светорассеяние и отражение падающего света от поверхности оптического элемента, соответственно улучшая светопропускание системы и контраст оптического изображения. Просветлённый объектив требует бережного обращения, так как плёнки, нанесенные на поверхность линз, легко повредить. Кроме того, тончайшие пленки загрязнений (жир, масло) на поверхности просветляющего покрытия нарушают его работу и резко увеличивают отражение света от загрязненной поверхности. Следует помнить, что следы пальцев со временем разрушают не только просветление, но и поверхность самого стекла. По методике нанесения и составу просветляющего покрытия просветление бывает физическим (напыление) и химическим (травление).
Содержание
Однослойное просветление
Толщина просветляющего слоя (например, кремниевой кислоты) равняется 1/4 длины световой волны. В этом случае лучи, отражённые от её наружной и внутренней сторон, погасятся вследствие интерференции и их интенсивность станет равной нулю. Для наилучшего эффекта показатель преломления просветляющей плёнки должен равняться квадратному корню показателя преломления оптического стекла линзы. Наиболее подходящим материалом для просветляющей пленки является фторид бария, обладающий весьма низким (n=1,38) показателем преломления. Однако, фторид бария растворим в воде и требует нанесения защитного покрытия.
Отражательная способность стекла, просветленного таким способом, сильно зависит от длины волны, что является основным недостатком однослойного просветления. Минимум отражательной способности соответствует длине волны λ=4d·n, где d — толщина пленки, n — ее показатель преломления, В первых просветлённых объективах добивались понижения коэффициента отражения для лучей зелёного участка спектра (555 нм — область наибольшей чувствительности человеческого глаза), поэтому на отражение, стекла таких объективов имели сине-фиолетовую или голубовато-зелёную окраску («голубая оптика»). Напротив, пропускание света таким объективом максимально на этой длине волны, что приводило к заметному окрашиванию изображения.
В настоящее время однослойное просветление часто используется для лазерной оптики, рассчитанной на работу в узком спектральном диапазоне. Используя стекла с относительно высоким показателем преломления и напыляя пленку фторида бария, удается добиться минимальной отражающей способности около 1 %. Главным преимуществом такого просветления является его дешевизна.
Многослойное просветление
Многослойное просветляющее покрытие представляет собой последовательность чередующихся слоев (их число достигает 15 и более) из двух (или более) материалов с различными показателями преломления. Многослойные просветляющие покрытия характеризуются низкими потерями на отражение (узкополосные покрытия для лазерной оптики с отражательной способностью около 0,3 % и менее, широкополосные — до 0,5 %). Основное преимущество многослойного просветления применительно к фотографической и наблюдательной оптике — незначительная зависимость отражательной способности от длины волны в пределах видимого спектра (на графике отражательной способности от длины волны наблюдаются два и более минимума, разделенных небольшими максимумами, а за пределами рабочей полосы наблюдается сильный рост отражательной способности), что существенно уменьшает искажения цвета. Отражения от поверхности линз с многослойным просветлением в зависимости от качества имеют различные оттенки зеленого и фиолетового цвета, вплоть до очень слабых серо-зеленоватых у объективов последних годов выпуска. Оптика с многослойным просветлением ранее маркировалась буквами МС (например, МС Мир-47М 2,5/20). В настоящее время специальное обозначение многослойного просветления встречается редко, так как его использование стало стандартом. Иногда встречаются «фирменные» обозначения особых его разновидностей SMC (Pentax), Super Integrated Coating, Nano (Nikon) и другие. В состав многослойного просветляющего покрытия, помимо собственно просветляющих слоев, обычно входят вспомогательные слои — улучшающие сцепление со стеклом, защитные, гидрофобные и др.
Инфракрасная оптика
Текстурированные покрытия
Добиться уменьшения отражения можно с помощью текстурирования поверхности, то есть создания на ней массива из конусообразных рассеивателей или двумерных канавок. Такой способ был впервые обнаружен при изучении структуры глаза некоторых видов мотыльков. Наружная поверхность роговицы глаза таких мотыльков, играющая роль линзы, покрыта сетью конусообразных пупырышек, называемых роговичными сосками, обычно высотой не больше 300 нм и примерно таким же расстоянием между ними. Поскольку длина волны видимого света больше размера пупырышек, их оптические свойства могут описываться с помощью приближения эффективной среды. Согласно этому приближению свет распространяется через них так же, как если бы он распространялся через среду с непрерывно меняющейся эффективной диэлектрической проницаемостью. Это в свою очередь приводит к уменьшению коэффициента отражения, что позволяет мотылькам хорошо видеть темноте, а также оставаться незамеченными для хищников вследствие уменьшения отражательной способности от глаз.
См. также
Источники
Литература
Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. М., «Искусство», 1977.
Просветление оптики
В системах с большим числом поверхностей, например в сложных объективах, потери света могут достигать 70% и более. Многократное отражение от преломляющих поверхностей вызывает появление внутри приборов рассеянного света, что ухудшает качество изображений, формируемых оптическими системами приборов. Эти нежелательные явления устраняются с помощью просветления.
Просветлённый объектив требует бережного обращения, так как плёнка, нанесенная на поверхность линз, легко повреждается. Особенно она разрушается маслом и жиром, попадающим на линзу.
Оптические характеристики некоторых просветляющих покрытий
Просветление оптических стекол с низким показателем преломления с помощью однослойных покрытий недостаточно эффективно, что видно из таблицы. Однако однослойные покрытия, нанесенные на стекла с коэффициентом преломления 1,7, обеспечивают почти трехкратное уменьшение коэффициента отражения.
Коэффициенты отражения (в процентах) для некоторых однослойных покрытий
Трехслойные просветляющие покрытия дают возможность получить равномерно низкое (примерно 0,5%) отражение в широком спектральном интервале, например, во всем видимом диапазоне.
Технология изготовления покрытий включает несколько операций по подготовке оптических деталей, герметизации, собственно нанесению покрытий, контролю их характеристик. Наиболее распространенными являются вакуумные и химические методы нанесения покрытий. К вакуумным относятся конденсационные методы, использующие термическое испарение и катодное распыление пленкообразующих материалов. К основным химическим методам относятся метод травления, образование оксидных пленок из растворов гидролизующих соединений, осаждение органических полимерных пленок из растворов в органических растворителях. Химические методы по сравнению с вакуумными не требуют дорогостоящего оборудования и являются более экономичными при получении простейших видов покрытий.
Однако в последние годы в оптическом приборостроении повысился удельный вес и номенклатура покрытий, получаемых вакуумными методами, так как последние отличаются возможностью контроля основных технологических параметров в процессе нанесения покрытий, хорошей повторяемостью результатов и высокой производительностью. Получение качественных просветляющих покрытий осуществляется с помощью вакуумных установок в условиях чистых помещений с низким содержанием пыли в воздухе.
Для нанесения покрытий на линзы из органического оптического стекла в основном используются методы, не требующие обработки при высокой температуре, например, технология нанесения покрытий ионно-плазменным (катодным) распылением пленкообразующих материалов в вакууме (материал катода подвергается воздействию ионов рабочего газа в электрическом поле, распыляется, переносится к детали, конденсируется на ней и образует слой).
К современным технологиям нанесения покрытий относятся также плазменная полимеризация и магнетронное разбрызгивание.
БЛОГ ДМИТРИЯ ЕВТИФЕЕВА
Мои эксперименты в области фотосъемки, статьи по фототехнике и оптике
Просветление объективов. Однослойное и мультипросветление
Наверное мало уже кто помнит, когда выпускались объективы без просветления, тем не менее на рынке много таких линз и линз с однослойным просветлением. В чём отличие таких объективов от объективов с многослойным просветлением?
авторы исходного эссе: http://www.pebbleplace.com/Personal/Contax_db_Coatings.html
http://www.panix.com/
Непросветленные линзы
Я переведу отрывок со своими комментариями. Можете меня поправлять, если есть что.
автор: ALEXANDER LEE
Однослойное просветление
После однослойного просветления проходящий через линзу свет теряет 2-4% на одну пропускающую поверхность. Добавляя просветление в толщину четверти длины волны может очень сильно увеличить эффективность покрытия, но может полностью блокировать некоторые длины волн света или частично блокировать остальные. Обычно голубовато-зеленые длины волн блокируются оранжевым просветлениями, а зеленые блокируются фиолетовым просветлением (прим.ред: речь идёт о видимом спектре).
Многослойное просветление
Мультипросветление было впервые реализовано как два отдельных покрытия на разных толщинах длин волн (прим.ред: речь про толщину покрытия) на различных пропускающих свет поверхностях (линзах) для того, чтобы сбалансировать цветовой баланс попадающего на пленку (прим.ред: в то время, сейчас сенсор) света. То мультипросветление, которые мы знаем сейчас выглядит как одно покрытие «приклеенное» к другому (впервые использован метод в объективах фирмы Leitz) и уменьшало эффект рассеяния света до ½-1% на одну пропускающую поверхность. Классическое второе покрытие было выполнено из оксида висмута, и имело толщину четверти длины волны (прим.ред: покрытие из 2-х слоёв для выравнивания цветового баланса и не только). Обычно второй слой имел оранжево-жёлтый цвет, а первый слой имел зелёно-голубой, давая в сумме на выходе слабый зелёный цвет просветления. Мультипросветленный Carl Zeiss Planar теперь в сумме терял теперь всего 4-8% света. Огромная разница!
Однослойное и мультипросветление позволило дизайнерам объективов использовать более сложные конструкции объективов с большим воздушным зазором между линзами (прим.ред: иначе значительно усиливались ХА — хроматические аберрации). Разница между непросветленным объективами и просветленными огромна. Разница между однослойным просветлением и многослойным заметно, но не так значительно как между просветленными и непросветленными.
Просветление и мультипросветление открыло путь к ранее невозможным сложным многоэлементным широкоугольным объективам. Просветление не спасёт вас в некоторых сложных условиях освещения, таких как контровый свет солнца, так что используйте бленды! (прим.ред: не спасёт, но разница просто потрясающая при съемке советскими линзами с однослойным просветлением и цейсовским мультипросветлением. Современное цейсовское мультипросветление просто чудо, неплохо сохраняет контраст даже при контровой съемке солнца)»
Комментарии редактора (мои)
Вот теперь мне стало ясно, что кроется в таких эффектах на советской оптике.
зенитар-м 50/1.7 МС многослойное ли просветление на самом деле?
Что-то я теперь стал сомневаться. Вобщем все советские объективы подлежат проверке на качество просветления линз. На них замечено существенное падение контраста при боковом и контровом свете. Да и при обычном тоже контраст невелик. Независимо от аббревиатуры МС!
Хотите бесплатно получать свежие
статьи по фото?
Добавить комментарий Отменить ответ
18 thoughts on “ Просветление объективов. Однослойное и мультипросветление ”
Очень сильно мучает один вопрос:
Имеется камера Nikon D3200 и объектив nikkor 18-55 1:3.5-5.6 ll. На объективе есть просветляющее покрытие. Стоит ли брать поляризационный фильтр с просветляющим покрытием или нужен фильтр без покрытия? Боюсь, что дополнительное просветление будет только во вред.
Вопрос насчет примера в виде гистограммы. Отсутствие диапазона глубоких теней не может ли быть связано с большей экспозицией, например из-за погрешности диафрагмы объектива? То, что светА при этом не выбиты, может быть заслугой внутрикамерной автоматики, работающей на стадии RAW еще до конвертации.
Евгений, снимки сделаны на камеру Canon 5D mark II, на ней нет режима приоритета светов. Света на ней «прекрасно» выбиваются в пересвет.
На какой-то более современной камере, возможно, удалось бы реализовать описанный вами сценарий.
Ну и если говорить о погрешностях диафрагмы, то стоит заметить, что у камер с электрическим управлением диафрагмы она тоже закрывается не всегда идеально в тоже самое положение. Но погрешность ничтожно мала.
Насчет погрешности диафрагмы вопрос непростой, но практически наверняка решаемый. А насчет внутрикамерной обработки я имел ввиду не находящийся по контролем пользователя приоритет светов, а недокументированные и непрописанные в инструкции внутрикамерные процессы обработки. А в равной степени непрописанные процессы обработки в RAW-конверторах фирмы ADOBE и многих других. Это можно проверить только специальными программами типа RAW-digger или новейшей FastRawViewer от LibRAW. Кстати, на их сайте и описано, как происходят эти внутрикамерные фокусы и к чему они приводят.
Евгений, я читал про процессы обработки в разных камерах. В основном все сводится к бездоказательным утверждениям. Наибольшие нападки на Pentax, возможно там что-то и есть, раз столько шума именно про Пентакс.
Но про Canon и Nikon я таких утверждений не слышал.
Переэкспонировать снимок не так сложно и если бы камера занялась спасением светов, то любой опытный фотограф это бы почувствовал и поднял шум. Потому как для таких вещей есть HDR и никому не нужен насильственный HDR.
А тем более про это сказали бы авторы указанных вами программ. Из слов автора RAW-digger я узнал лишь о поправке в минус в Adobe Camera Raw (для всех RAW файлов) и компрессии сигнала в новых камерах Sony.
О том, что есть спасение светов в камерах Canon и Nikon — не видел. Есть вы такое видели, то дайте, пожалуйста, ссылку.
Практикой это не подтверждается т.к. легко снять шкалу с градациями по ступеням и посмотреть как меняется их яркость. Если бы самые яркие, выбивающиеся в белый, становились серыми — это было бы сразу заметно (шкалу я использую).
здесь пример клиппинга светов в зеленом канале, не отображаемый камерной гистограммой
С тем, что гистограмма может неправильно показывать переэкспозицию я не спорил. Но вы говорите, что камера компенсирует света в минус, чтобы не было клиппинга, а это ничем не доказано.
Также, как и предположение о неточно работающей диафрагме на Зенитаре.
Статью про клиппинг зеленого прочитал. Ранее её не читал, но про маджента-фильтры для выравнивания каналов знал. Вот только практической ценности в этом не так много, как хотелось бы.
Дмитрий подскажите приоритет светов работает только в JPEG или в RAW тоже? Приоритет светов это же программный метод. А если он работает в RAW то придётся проявлять только родным конвертером или сторонние эту поправку тоже увидят. Просто нигде внятной информации не нашёл.
К сожалению автор не совсем правильно понимает вопрос о просветлении оптики.
Отражение от поверхности линзы(хоть цейса, хоть нашей) составляет 4,2% при нормальном падении(формула Френеля) поэтому у 4 линз пропускание составит только 68%. остальной свет будет рассеиваться в объективе и даст паразитную засветку.
Пример трехслойного просветления приведен на моей страничке. Цвета просветляющих покрытий зависят от отражения на границах просветляемого диапазона и мало что говорят о качестве просветления. Если только не сравнивать однотипные просветления с ошибками в толщинах.
Виктор, не стоит быть категоричным и желательно внимательно читать, прежде, чем критиковать. Речь была не про 4 линзы, а про 4 поверхности.
Оптические схемы этих объективов (Protar, Dagor, Tessar) можно посмотреть на моём сайте.
Поэтому посчитано всё верно (считал не я).
Примера на вашей страничке не увидел. Только график. График — не пример просветления.
Я нигде не говорил, что цвет просветления говорит о его качестве (это если вы хотели меня поправить). Если дополнить, то — пожалуйста.
Зато по цвету просветления можно отслеживать момент, когда производитель меняет технологию просветления. Меняет её он без предупреждения и это уже сказывается на качестве снимка.
В наше время про ошибки в толщинах просветлений говорить не приходится. Сейчас уже не 1970-ый год, когда и мультипросветления нормального не было. Технологии шагнули далеко вперед. Слоёв наносят уже более семи на нормальных объективах.
Спасибо за комментарий, но желаю вам не быть столь категоричным!
Смею обнаглеть, но, как мне помнится, технологию «мультипросветления» впервые применил не Лейтц, а Фудзи в своих киностеклах. А первые «мультипросветленные» фотостекла сделал Пентакс, кажется в 1967 году (Лейка тогда ничего подобного не производила). Двухслойное просветление, которое тогда было в ходу у многих фирм, в т.ч. и в СССР, и которое жутко косячило цветопередачу, вскорости умерло, благодаря Асахи, которое изобрело чудесный способ накатки разнотолщинных пленок на основе, если память не врет, фтористого лития.
Всё немного не так.
Технологию мультипросветления в лабораторных условиях первым опробовал Zeiss. Но это и логично тк он первый реализовал и качественное однослойное просветление. У них было время экспериментировать всю войну. Тогда оптика была нужна для прицелов и потому финансировались разработки хорошо.
Но мультипросветления тех времён (2-3 слоя) были малоэффективны и плохо держались на стеклах. Потому никто их не афишировал и старались избегать многослойного просветления. Использовали однослойное на разных поверхностях линзы, чтобы в сумме нейтрализовать смещение цветового баланса на снимке.
Первым двухслойным был объектив Minolta для TTL камер. Но как я уже говорил — плюсов оно не давало по сравнению с однослойным на разных поверхностях линз и потому было забыто.
Настоящее качественное многослойное просветление было разработано американской компанией Optical Coating Laboratory Inc. [OCLI] для космических программ NASA. С этой компанией сотрудничал Carl Zeiss. И в тоже самое время он сотрудничал с Asahi Pentax.
Технологию мультипросветления лицензировали и её получили сразу и Zeiss и Pentax.
Каждый в меру своих умений её модифицировал. Это было возможно тк главная сложность была в способе закрепления слоёв мультипросветления, а не в расчёте их толщин и секрета их состава тоже не было.
Соответственно Asahi Pentax ничего не изобретал.
В пользу этого, кстати, говорит и то, что Canon и Nikon точно также и в том же году лицензировали технологию мультипросветления и выпустили свои мультипросветленные объективы. Выпустили лишь чуть-чуть позже.
Fuji использовала мультипросветление раньше других, но качество его было низкое. В момент (на самом деле только когда Fuji наконец представил свои объективы с EBC просветлением) когда о мультипросветлении заговорил Pentax сделали сравнение просветлений и объективы FUJI проиграли.
Так что говоря о мультипросветлении важно обращать внимание на качество этого просветления. Дело не в том, чтобы что-то как-то закрепить на линзе, но чтобы это просветление давало существенный выигрыш в качестве снимка.
А если говорить про СССР, то мы так и не получили этой технологии. Все варианты нашего просветления не идут в сравнение с западным. К сожалению.
для меня главное не контраст и не просветление, всё дело в личном восприятии картинки, кому-то нравится боке как у 40-го а кого-то и полтинник устраивает, я и сейчас использую и мир, и гелик, и тот же flektogon, потому что у них есть свой характер, (да и стоят копейки) а современная пластмасса с пластиком вместо стёкол — ну да резко. контрастно. и неинтересно.
и кстати непросветлённые не ловят зайцев, практически никогда.
Юрий, про индивидуальный характер стекол никто не спорит, но просветление этому не мешает. Оно добавляет светосилу и повышает контраст.
Про пластик соглашусь. И по большей части причиной перехода на пластик стал автофокус. Тяжело ему железо двигать и быстро батарею сажает. А результат- неприятные на ощупь и недолговечные пластиковые объективы и проч.
Попробуйте как-нибудь дальномерки Цейс. Там объективы меньше и много металла при наличии автофокуса. Просто песня для любителей приятных ощущений от камеры и объектива. Leica не предлагаю по понятным причинам.
Есть также мнение, что однослойное просветление лучше. Почему? потому, что МС облазит за 20-30 лет, а однослойка остается постоянно. Жаль ссылки не могу н айти.
Мнение, Аркадий, это хорошо. Но вот у меня в данный момент на столе лежат аж 5 объективов с мультипросветлением (30-летних) и ни на одном оно не облезло и не собирается.
По моим наблюдениям просветление облезает или из-за некачественного приклеивания (читай на советских объективах) или ввиду неправильного хранения объектива (например, грибок).
про грибок можно почитать здесь http://evtifeev.com/?p=3825
у меня только один такой объектив, да и не объектив даже, а телеконвертер под Никон (К-2Н) с поврежденным просветлением.
про него можно почитать здесь http://evtifeev.com/?p=687
а посмотреть его повреждение можно в этой статье, в разделе «линзы» http://evtifeev.com/?p=3366
Если вы говорите чисто про советские объективы, то, пожалуй, это верно. Я большой разницы просветленными и непросветленными советскими объективами не заметил. Я думаю, она есть, но незначительная. Плохое советское просветление. Что поделать, фотоиндустрия у нас началась с полученных из Германии после войны по репарациям станков и материалов. Союзу не хватило времени с 1945 до «перестройки», чтобы наладить оптическую область.
Если вдруг найдете ссылку — буду признателен!