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

La Nikkor 85mm f / 1.4G AF-S tiene un 'Nano Crystal Coat' ... ¿qué es eso y por qué está en la mayoría de sus lentes más caras? Obviamente es un recubrimiento y algunos enlaces parecen indicar que puede aumentar la transmisión y la nitidez, pero me parece contrario a la intuición que recubrir algo lo hará más nítido.

Nanocoating: ¡Nuevo y diferente!

Para abordar más específicamente el tipo de recubrimiento de lentes con "recubrimiento de nanocristales", ya que otras respuestas parecen estar dirigidas al recubrimiento múltiple en general o piensan que el recubrimiento de nanotecnología es solo un término de marketing.

Nanocoating en realidad NO es lo mismo que multicapa, tiene un diseño muy diferente y afecta la luz de una manera diferente. El uso del término "Nano Crystal Coating" definitivamente no es solo un término de marketing. Para comenzar lo más simple posible:

• La multicapa es un avance en el concepto de capa única y está diseñado sobre la base de la interferencia de forma de onda.
  • Funciona "sintonizando" la luz reflejada de tal manera que las partículas reflejadas se cancelen entre sí.
• Nanocoating es un concepto mucho más nuevo, intrigantemente basado en la estructura y el diseño de los ojos de polilla (que apenas reflejan la luz).
  • Diseñado para evitar la reflexión en primer lugar, y guiar los rayos de luz hacia la lente sin permitir que reflejen en absoluto.

Multicapa e interferencia de forma de onda

La luz exhibe propiedades de partículas y formas de onda. Como tal, dos fotones pueden interactuar de tal manera que se cancelen entre sí. Esto se demuestra mejor con la ilustración, y tomaré prestada una imagen de wikipedia para ese propósito. A continuación se muestra un ejemplo de una lente de un solo recubrimiento, y cómo el recubrimiento produce formas de onda de fotones reflejadas que están en oposición entre sí (y por lo tanto 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 de material, como entre el aire y el revestimiento, así como el revestimiento y la lente. Dado que el recubrimiento es tan grueso como la mitad de la longitud de onda de la luz, la reflexión desde la interfaz aire / recubrimiento interfiere negativamente con la reflexión desde la interfaz recubrimiento / lente, y los dos se cancelan entre sí.

La multicapa funciona de la misma manera, sin embargo, con múltiples capas de recubrimiento en diferentes espesores. Dado que el color de la luz está determinado por su longitud de onda, recubriendo una lente con varias capas de exactamente la mitad de la longitud de onda de las frecuencias clave de luz (como violeta, azul, azul-verde, verde, amarillo-verde, amarillo, naranja, rojo) cancelará considerablemente más luz que un simple recubrimiento simple. Los recubrimientos individuales generalmente se diseñaron en la banda de luz de verde a amarillo verdoso, ya que tienden a ser más frecuentes en la luz solar y la luz del día. La multicapa está diseñada para funcionar en todo el espectro tanto como sea posible.

Deficiencias de multicapa

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

Además, la multicapa simplemente aprovecha una propiedad de la luz para usar una propiedad negativa de las lentes ... 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 por ciento de la luz incidente para cualquier longitud de onda, lo que generalmente resulta en una pérdida total del 1-2% en la transmisión POR ELEMENTO / GRUPO RECUBIERTO . De acuerdo, eso es mucho más bajo que el 8-10% que solía existir con lentes de recubrimiento simple y sin recubrimiento, sin embargo, en lentes complejas con muchos elementos, 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 un fuerte brote).

Mejoras con Nanocoating

La nanocapa, a diferencia de la multicapa, no es una evolución continua de una tecnología anterior ... de hecho, es un enfoque completamente nuevo para resolver un viejo problema. Nanocoating se basa en el diseño de ojos de polilla, que en la comunidad científica se sabe que tienen uno de los índices de reflectancia más bajos de cualquier material. El diseño general se basa en estructuras a escala de domo / espiga a escala nanométrica destinadas a guiar la mayor cantidad de luz posible hacia la lente, evitando la reflectancia por completo siempre que sea posible.

Si se produce un destello o efecto fantasma, ya que el nano revestimiento no está diseñado para funcionar en una longitud de onda dada de luz sino en total, 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 fantasmas en las fotos tomadas con una lente nano recubierta, y cuando existe, a menudo no afecta negativamente el coeficiente intelectual.

Los niveles de transmisión para nanocoating son al menos 99.95% POR ELEMENTO / GRUPO RECUBIERTO . Con una pérdida de 0.05% o menos, la gran pérdida de transmisión total para cualquier lente, incluso lentes complejas con muchos grupos de elementos, permanecerá muy baja (es decir, un teleobjetivo complejo de 15 grupos terminaría con una pérdida de transmisión total de 0.75% . )

Diseño de una nanocapa 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 estoy reclamando una precisión del 100%, sin embargo, creo que es generalmente precisa suficiente.)

El diseño de la ilustración anterior está tomado de algunos de los diagramas SWC, o Subwavelenth Structure Coating , que he encontrado en los sitios web de Canon. En comparación con el recubrimiento de nanocristales de Nikon, el SWC de Canon es lo mismo, aunque su implementación específica puede diferir en los detalles. Canon explícitamente llama a la "forma de cuña" de las estructuras de nanoescala, y llama a la naturaleza pseudo-capas con cuñas de diferentes tamaños y alturas. El tamaño y el grosor de la capa de estructura están diseñados explícitamente para ser considerablemente más pequeños que las longitudes de onda de la luz visible utilizadas 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 aproximadamente).

El propósito tecnológico para usar una estructura de este tipo es eliminar la causa principal de reflexión: grandes cambios en el índice de refracción en los límites del material. Sustitución de capas múltiples en capas, que crea muchas interfaces donde podría haber grandes cambios en el índice de refracción, con un recubrimiento 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 lo atraviesan (en realidad no hay ninguna información concreta específica 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 pase a través de los elementos de nanoestructura e ingrese al elemento de lente en los espacios entre cuñas, en gran parte "intactos". 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 retrocede 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 difundir inofensivamente las entrañas de baja reflectividad de la lente, o directamente hacia atrás el elemento frontal ... poco o ningún daño hecho.

Mejor nitidez?

En cuanto a si el nanocoating permite una nitidez mejorada. No me inclinaría a decir que el nano revestimiento en sí mismo puede mejorar mucho la nitidez. Ciertamente, mejora la transmisión, de modo que en lentes con muchos grupos de elementos, la pérdida total de transmisión se reduce de varios por ciento a usualmente por debajo, 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 nivel de microcontraste. El microcontraste mejorado conducirá a mejoras en la nitidez, hasta cierto punto.

La afirmación de una nitidez mejorada es más probable debido a una mayor libertad en el diseño de la lente, y la capacidad de utilizar más elementos de lente a los que un diseñador de lentes podría limitarse debido a los requisitos de transmisión. Si solo puede usar 8 elementos de lente con multicapa porque más reduciría demasiado la transmisión general de luz, es posible que pueda usar 15 o más con una nanocapa 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 nitidez mejorada.

Creo que ese es exactamente el caso con las nuevas lentes Canon, en gran parte de la generación "Mark II" o "nuevos entrantes" como el EF 8-15mm f / 4 L Fisheyelente. Probablemente también sea el caso con las lentes Nikon con NCC. Las lentes más nuevas de Canon están superando significativamente a sus predecesoras en el área de MTF (Función de transferencia de modulación, una forma de medir la nitidez y el contraste de una lente). Casi todas las lentes de la serie L de Canon introducidas desde mediados de 2008 (posiblemente un poco antes que eso) que usan SWC tienen MTF teóricos (la mayoría de los fabricantes de lentes actualmente generan gráficos MTF a partir de modelos de lentes de computadora) que demuestran saltos significativos en la resolución general , nitidez y contraste, con algunos que demuestran resultados casi "perfectos" según el criterio de su MTF (que es ciertamente más bajo que la mayoría de sus lentes debería ser capaz de resolver, pero consistente en términos de comparación con los MTF de lentes más antiguas. )

Por lo tanto, técnicamente, no es el revestimiento en sí lo que mejora directamente la nitidez (aunque a medida que mejora el contraste puede tener un ligero impacto directo). Las mejoras en la nitidez son más probables debido a la capacidad de hacer mejoras en el diseño de la lente sin tanta preocupación por la transmisión como en el pasado. (Supongo que eso podría ser corroborado o refutado al comparar los diseños de lentes de lentes nuevas con nanocoatings versus lentes viejas sin).

Aquí hay una descripción de la implementación de Pentax de nanocoating, 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 avanzada nanotecnología de PENTAX, este revestimiento 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 seleccionadas, incluidas las lentes DA * 55 mm y DA645 25 mm.

No creo que la capa de nanocristales mejore la nitidez en sí misma. Lo que hace, sin embargo, es si le da al diseñador de lentes más libertad para diseñar la lente.

Antes de que los recubrimientos comenzaran a usarse, los diseños prácticos de lentes se limitaban a aproximadamente 5 grupos de elementos (como máximo). El revestimiento simple aumentó eso a alrededor de 7 u 8. El revestimiento múltiple lo aumentó a alrededor de una docena o quince.

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

Por otro lado, no estoy seguro de cuántos grupos más permiten los recubrimientos de nanocristales (o equivalentes de otros proveedores que están en uso), pero casi con seguridad al menos algunos. 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) sobre la cantidad de destellos / fantasmas que podría introducir.

Supongo que la razón más importante para usar el revestimiento antirreflectante de longitud de onda inferior son los problemas relacionados con la fuerte curvatura de las lentes. Los recubrimientos AR multicapa funcionan perfectamente para superficies planas y lentes que no se doblan demasiado. Para conocer las fuertes esferas utilizadas, por ejemplo, por Nikon en todos los nuevos objetivos con zoom, como 14-24 f / 2.8, consulte Nikon Precision Glass MouldLos métodos de deposición estándar para revestimientos AR no producen el espesor correcto de múltiples capas en las áreas de pendiente pronunciada. Especialmente en estas regiones empinadas, la pérdida de luz del reflejo de 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, la llamarada, el resplandor y el nivel general de ruido en la imagen se mejoran mucho. Esto conduce a un mejor contraste y resolución. Los revestimientos de nanocristales y la capacidad de hacer asferas fuertes a un precio razonable debido al moldeo 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 recubrimientos antirreflectantes disminuyen esto y permiten que la luz pase a través de la lente. Esto se ve mucho en telescopios, binoculares y oculares donde la recolección de luz es crítica.

El artículo de wikipeda tiene una muy buena explicación.

En cuanto a la parte "Nano", además de aumentar el "precio" de la lente, probablemente se esté refiriendo 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!