XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

Просветление оптики — технология обработки поверхности линз, призм и других оптических деталей для снижения отражения света от оптических поверхностей, граничащих с воздухом [1]. Это позволяет увеличить светопропускание оптической системы и повысить контрастность изображения за счёт снижения мешающих паразитных отражений в оптической системе.

Большинство применяемых оптических систем, например, объективы фотоаппаратов и видеокамер, состоят из многих линз, и отражение от каждой поверхности раздела стекла с воздухом уменьшает проходящий полезный световой поток. Без применения методов просветления падение интенсивности проходящего света в много линзовой системе может достигать нескольких десятков процентов. Поэтому во всех современных объективах используется просветлённая оптика.

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).

Однослойное просветление

Интерференция в четвертьволновом противобликовом покрытии

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 воны 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.

Рис.1. Интерференция в четвертьволной просветляющей плёнке [3]

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 [3].

Многослойное просветление

Недостаток однослойного просветляющего покрытия, обеспечивающего просветление только для узкого спектрального диапазона, можно преодолеть, применяя многослойные интерференционные покрытия.

Многослойное просветляющее покрытие представляет собой последовательность из не менее чем трёх чередующихся слоёв материалов с различными показателями преломления. Раннее считалось, что для видимой области спектра достаточно 3—4 слоёв. Современные многослойные просветляющие покрытия практически всех изготовителей имеют 6—8 слоёв и характеризуются низкими потерями на отражение во всей видимой области спектра. Основное преимущество многослойного просветления применительно к фотографической и наблюдательной оптике — незначительная зависимость отражательной способности от длины волны в пределах видимого спектра.

В состав многослойного просветляющего покрытия, помимо собственно просветляющих слоёв, обычно входят вспомогательные слои — улучшающие сцепление со стеклом, защитные, гидрофобные и др.

Блеск линз с многослойным просветлением, вызванные отражением вне спектра просветлённой области, имеют различные оттенки зелёного и фиолетового цвета, вплоть до очень слабых серо-зеленоватых у объективов последних годов выпуска. Но цвет блеска не является показателем качества просветляющей технологии [5].

Рис.2. Объективы с многослойным просветлением

Инфракрасная оптика

Некоторые оптические материалы, используемые в инфракрасном диапазоне, имеют очень большой показатель преломления. Например, у германия показатель преломления близок к 4,1. Такие материалы требуют обязательного просветления.

Последовательность чередующихся слоёв (их число достигает 15 и более) из двух (или более) материалов с различными показателями преломления.

Характеризуются низкими потерями на отражение (узкополосные покрытия для лазерной оптики с отражательной способностью около 0,3 % и менее, широкополосные — до 0,5 %).

Основное преимущество — незначительная зависимость отражательной способности от длины волны в пределах видимого спектра, что существенно уменьшает искажение света [4].

Особенности обращения с просветлённой оптикой

Современные просветлённые объективы с интерференционным покрытием требуют бережного обращения, так как тончайшие просветляющие плёнки на линзах легко повредить. Загрязнения на поверхности просветляющего покрытия (пятна жира, масла) ухудшают его оптические свойства и снижают качество изображения из-за увеличения отражения и диффузного рассеяния света. Кроме того, загрязнения (в том числе и отпечатки пальцев) могут привести к разрушению просветляющего покрытия. Современные просветляющие покрытия обычно имеют защитный наружный слой, что делает их более стойкими к неблагоприятному воздействию окружающей среды.

Заключение

Просветление оптики — это один из важнейших параметров, отвечающих за качество изображения, его яркость, четкость, контрастность и насыщенность, и поэтому им нельзя пренебрегать, принимая решения о покупке бинокля, подзорной трубы и других оптических приборов.

Список литературы

Просветление оптики: https://ru.wikipedia.org/wiki/Просветление_оптики

Физика тонких пленок. Современное состояние исследований и технические применения. / Под ред. Хасса Г. и Туна Р. Э.. — М.: Мир, 1967. — Т. Т. 2.. — 396 с: ил с.

Яштолд-Говорко В.А.Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. М., «Искусство», 1977.

Фомин А. В. § 5. Фотографические объективы // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 12—25. — 256 с. — 50 000 экз.

Просветление оптики: https://prezi.com/n4tbdfrjczi1/presentation/

Код для цитирования: Скопировать