Cosa fa un 'nano cristallo' su questa lente?

La Nikkor 85mm f / 1.4G AF-S ha un 'Nano Crystal Coat' ... cos'è e perché è presente sulla maggior parte dei suoi obiettivi più costosi? Ovviamente è un rivestimento e alcuni collegamenti sembrano indicare che potrebbe aumentare la trasmissione e la nitidezza, ma mi sembra poco intuitivo che rivestire qualcosa lo renderà più nitido.

Nanocoating: nuovo e diverso!

Per affrontare in modo più specifico il tipo di rivestimento per lenti "Nano Crystal Coating", poiché altre risposte sembrano riguardare il multicoating in generale o pensare che il rivestimento per nanotecnologie sia solo un termine di marketing.

Il nanocoating NON è in realtà lo stesso del multicoating, è molto diverso nel design e influenza la luce in modo diverso. L'uso del termine "Nano Crystal Coating" non è sicuramente un termine di marketing! Per iniziare il più semplice possibile:

• Il multicoating è un avanzamento sul concetto di singlecoating ed è progettato sulla base dell'interferenza della forma d'onda.
  • Funziona "accordando" la luce riflessa in modo tale che le forme d'onda delle particelle riflesse si annullino a vicenda.
• Il nanocoating è un concetto molto più nuovo, intrigantemente basato sulla struttura e sul design degli occhi di falena (che a malapena riflettono qualsiasi luce).
  • Progettato per evitare il riflesso in primo luogo e guidare i raggi di luce nell'obiettivo senza consentire loro di riflettere affatto.

Interferenza multicoating e forma d'onda

La luce presenta proprietà sia delle particelle che della forma d'onda. Pertanto, due fotoni possono interagire in modo da annullarsi a vicenda. Questo è meglio dimostrato con l'illustrazione e prenderò in prestito un'immagine di Wikipedia per questo scopo. Di seguito è riportato un esempio di lente a rivestimento singolo e come il rivestimento produce forme d'onda di fotoni riflessi che sono in opposizione tra loro (e quindi in grado di annullarsi a vicenda):

Il rivestimento antiriflesso è progettato per avere lo stesso spessore della metà della lunghezza d'onda della frequenza della luce. La luce si rifletterà ad ogni intersezione del materiale, ad esempio tra l'aria e il rivestimento, nonché il rivestimento e le lenti. Poiché il rivestimento ha lo spessore della metà della lunghezza d'onda della luce, il riflesso dall'interfaccia aria / rivestimento interferisce negativamente con il riflesso dall'interfaccia rivestimento / lente e i due si annullano a vicenda.

Il rivestimento multiplo funziona allo stesso modo, tuttavia con più strati di rivestimento a diversi spessori. Poiché il colore della luce è determinato dalla sua lunghezza d'onda, rivestendo una lente con diversi strati esattamente della metà della lunghezza d'onda delle frequenze chiave della luce (come viola, blu, blu-verde, verde, giallo-verde, giallo, arancione, rosso) annullerà considerevolmente più luce di quanto non faccia un semplice rivestimento singolo. I rivestimenti singoli sono stati generalmente progettati nella fascia di luce da verde a giallo-verde, poiché tendono ad essere più frequenti alla luce del sole e alla luce del giorno. Il multicoating ha lo scopo di lavorare su uno spettro completo il più possibile.

Carenze di Multicoating

L'avvento del multicoating è stato un enorme passo avanti in termini di trasmissione dell'obiettivo (la quantità di luce che permettono di passare), raggiungendo livelli fino al 99%. Il multicoating non è l'ideale, però. Quando si verificano forti bagliori e immagini fantasma, sono solo in grado di filtrare completamente la luce riflessa alle lunghezze d'onda esatte che ogni strato è progettato per filtrare. Le lunghezze d'onda vicine alle frequenze previste saranno mitigate, tuttavia non saranno completamente cancellate. Un fascio di luce non incicente fuori asse brillante, ad esempio dal sole nell'angolo di una cornice, può ancora creare bagliori, effetti fantasma e riduzione del contrasto molto grandi, luminosi e molto dannosi anche su una lente con rivestimento multiplo.

Inoltre, il multicoating sta semplicemente sfruttando una proprietà della luce per utilizzare una proprietà negativa degli obiettivi ... riflettanza ... per ridurre al minimo l'impatto che la riflettanza ha sulla qualità dell'immagine. Pertanto, la trasmissione non è l'ideale e fino a diverse percentuali di luce incidente possono essere perse per una determinata lunghezza d'onda, causando in genere una perdita totale dell'1-2% nella trasmissione PER ELEMENTO / GRUPPO . Certo, che è di gran lunga inferiore all'8-10% di una volta con un singolo rivestimento e lenti non patinate, tuttavia in lenti complesse con molti elementi, una quantità considerevole di luce può comunque essere persa nel complesso (ad esempio un teleobiettivo complesso a 15 gruppi potrebbe finiscono con una perdita del 15-30% nella trasmissione totale a fronte di forti flare.)

Miglioramenti con il nanocoating

Il nanocoating, a differenza del multicoating, non è una continua evoluzione di una tecnologia precedente ... è davvero un approccio completamente nuovo per risolvere un vecchio problema. Il nanocoating si basa sul design degli occhi di falena, che sono noti nella comunità scientifica per avere uno degli indici di riflettanza più bassi di qualsiasi materiale. Il design generale si basa su strutture nano-simili a cupola / punte simili a nanoscala intese a guidare quanta più luce possibile nell'obiettivo, evitando la riflessione interamente quando possibile.

Se e quando si verificano bagliori o effetti fantasma, poiché il nanocoating non è progettato per funzionare su una determinata lunghezza d'onda della luce ma sulla luce nella sua totalità, gli artefatti o la perdita di contrasto risultanti sono notevolmente inferiori rispetto a una lente multicoated. In molti casi, è necessario un attento e attento esame per trovare piccoli elementi di bagliore e ghosting in foto scattate con una lente nanocolata e, quando esiste, spesso non influisce negativamente sul QI.

I livelli di trasmissione per il nanocoating sono almeno del 99,95% PER ELEMENTO / GRUPPO RIVESTITO . Con una perdita dello 0,05% o inferiore, la perdita totale di trasmissione totale per qualsiasi obiettivo, anche obiettivi complessi con molti gruppi di elementi, rimarrà molto bassa (vale a dire un teleobiettivo complesso a 15 gruppi finirebbe con una perdita di trasmissione totale dello 0,75% . )

Progettazione di una lente in nanocoating

(NOTA: la natura esatta della luce che passa attraverso un nanocoat non è ampiamente pubblicizzata, quindi posso solo basare qui la mia spiegazione su ciò che ho visto e letto. Non sto affermando una precisione del 100%, tuttavia penso che sia generalmente accurata abbastanza.)

Il disegno dell'illustrazione sopra è preso da alcuni dei diagrammi SWC, o Subwavelenth Structure Coating , che ho trovato sui siti Web di Canon. Rispetto al rivestimento in cristallo Nano di Nikon, il SWC di Canon è la stessa cosa, sebbene la loro implementazione specifica possa differire nei dettagli. Canon chiama esplicitamente la "forma a cuneo" delle strutture su nanoscala e chiama la natura pseudo-stratificata con zeppe di dimensioni e altezza diverse. Le dimensioni e lo spessore del livello della struttura sono esplicitamente progettate per essere notevolmente più piccole delle lunghezze d'onda della luce visibile utilizzate per la maggior parte della fotografia (circa 200 nm al massimo, dove le lunghezze d'onda della luce visibile vanno da 380 nm a 790 nm circa).

Lo scopo tecnologico per l'utilizzo di tale struttura è quello di eliminare la causa primaria della riflessione: grandi cambiamenti nell'indice di rifrazione ai confini del materiale. Sostituzione del multistrato stratificato, che crea molte interfacce in cui potrebbero esserci grandi cambiamenti nell'indice di rifrazione, con un rivestimento strutturato in cui non esiste un'unica interfaccia , creando così un livello di "transizione graduale". Lo spessore dello strato è ridotto, presumibilmente per ridurre al minimo l'impatto sull'angolo di incidenza dei raggi che lo attraversano (in realtà non si hanno informazioni specifiche concrete sul perché i cunei siano mantenuti così piccoli.)

La luce viene efficacemente "guidata" attraverso lo strato di nanostruttura nell'elemento lente. L'obiettivo finale è che la luce passi attraverso gli elementi della nanostruttura e entri nell'elemento della lente negli spazi tra i cunei, in gran parte "incolume". La quantità di riflessione è minima e ciò che la riflessione si verifica di solito si riflette sull'interfaccia nano-struttura / elemento in cui esiste. Quando la luce si riflette su un elemento interno della lente e fa il backup su un elemento precedente, lo stesso rivestimento a nanostruttura avrà lo stesso effetto su quella luce riflessa, aiutandola a passare attraverso gli elementi interni per diffondersi in modo innocuo dalle viscere a bassa riflettività dell'obiettivo o indietro all'elemento frontale ... poco o nessun danno fatto.

Migliore nitidezza?

Per quanto riguarda se il nanocoating consente una migliore nitidezza. Non sarei propenso a dire che il nanocoating stesso può davvero migliorare molto la nitidezza. Certamente migliora la trasmissione, in modo tale che negli obiettivi con molti gruppi di elementi, la perdita di trasmissione totale è ridotta da diversi percento a di solito sotto, spesso ben al di sotto, dell'uno percento. In termini di miglioramento complessivo del QI, la trasmissione migliorata dovrebbe anche migliorare il contrasto, anche a livello di microcontrasto. Il microcontrasto migliorato porterà ad un certo grado di nitidezza.

L'affermazione di una maggiore nitidezza è più probabile a causa della maggiore libertà nella progettazione degli obiettivi e la possibilità di utilizzare più elementi dell'obiettivo a cui un progettista di obiettivi potrebbe altrimenti essere limitato a causa dei requisiti di trasmissione. Se puoi utilizzare solo 8 elementi dell'obiettivo con rivestimento multiplo perché un numero maggiore ridurrebbe troppo la trasmissione della luce complessiva, potresti essere in grado di utilizzarne 15 o più con un nanococco e avere comunque caratteristiche di trasmissione molto migliori. Ciò offre ai progettisti di obiettivi la libertà di applicare un maggiore controllo sulla riproduzione delle immagini rispetto al passato, il che dovrebbe in definitiva portare a una maggiore nitidezza.

Credo che sia esattamente il caso dei nuovi obiettivi Canon, in gran parte della generazione "Mark II" o dei "nuovi concorrenti" come l' EF 8-15mm f / 4 L Fisheyelente. Probabilmente è anche il caso degli obiettivi Nikon con NCC. I nuovi obiettivi Canon stanno notevolmente superando i loro predecessori nell'area dell'MTF (Modulation Transfer Function, un modo per misurare la nitidezza e il contrasto di un obiettivo). Quasi tutti gli obiettivi Canon serie L introdotti da metà 2008 (forse un po 'prima di quello) che utilizzano SWC hanno teoricamente MTF (la maggior parte dei produttori di obiettivi oggigiorno genera grafici MTF da modelli computerizzati di obiettivi) dimostrando salti significativi sulla risoluzione complessiva , nitidezza e contrasto, con alcuni risultati che dimostrano quasi "perfetti" secondo il criterio del loro MTF (che è certamente inferiore alla maggior parte dei loro obiettivi dovrebbe effettivamente essere in grado di risolversi, ma coerente in termini di confronto con gli MTF degli obiettivi più vecchi. )

Quindi, tecnicamente, non è il rivestimento stesso a migliorare direttamente la nitidezza (sebbene migliorando il contrasto possa avere un leggero impatto diretto). I miglioramenti della nitidezza sono più probabili a causa della capacità di apportare miglioramenti nella progettazione degli obiettivi senza preoccuparsi tanto della trasmissione come in passato. (Immagino che potrebbe essere confermato o confutato confrontando i design delle lenti di nuovi obiettivi con nanococchi rispetto a vecchi obiettivi senza.)

Ecco una descrizione dell'implementazione del nanocoating di Pentax, chiamata Aero Bright Coating ( fonte ):

... [the] PENTAX-original Aero Bright Coating ... garantisce eccezionali prestazioni anti-riflesso su una gamma di lunghezze d'onda più ampia per offrire immagini più luminose e di qualità superiore. Creato utilizzando la nanotecnologia avanzata di PENTAX, questo esclusivo rivestimento riduce i riflessi delle lenti e migliora notevolmente la trasmissione della luce formando uno strato di aerogel di silice con pori uniformi sulla superficie degli elementi ottici.

Si noti che il rivestimento Aero Bright viene utilizzato solo in alcuni obiettivi selezionati, inclusi gli obiettivi DA * 55mm e DA645 25mm.

Non credo che il rivestimento in cristallo Nano migliori la nitidezza in sé e per sé. Che cosa fa, tuttavia, se si dà al progettista dell'obiettivo più libertà nella progettazione dell'obiettivo.

Prima dell'uso dei rivestimenti, i pratici design delle lenti erano limitati a circa 5 gruppi di elementi (al massimo). Il rivestimento singolo è aumentato a circa 7 o 8. Il rivestimento multiplo l'ha aumentato a circa una dozzina o quindici.

Ognuno di questi ha permesso al progettista di obiettivi di fare un lavoro migliore per correggere le aberrazioni. Non solo potevano usare più elementi se necessario, ma erano più liberi di separare gli elementi in gruppi separati, piuttosto che raggruppare gli elementi solo per minimizzare le riflessioni.

D'altra parte, non sono sicuro di quanti altri gruppi consentano i rivestimenti in nano cristallo (o equivalenti di altri fornitori, che stanno entrando in uso), ma quasi sicuramente almeno alcuni. Immagino che permetta anche un po 'più di libertà non solo per aggiungere più elementi / gruppi, ma anche per organizzarli un po' più liberamente per concentrarsi sulla riduzione dell'aberrazione senza preoccuparsi (quasi altrettanto) di quanto bagliore / ghosting potrebbe introdurre.

Immagino che il motivo più importante per l'utilizzo del rivestimento antiriflesso a lunghezza d'onda inferiore siano i problemi legati alla forte curvatura delle lenti. I rivestimenti AR multistrato sono perfetti per superfici piane e lenti non troppo piegate. Per le aspre aspre utilizzate ad esempio da Nikon in tutti i nuovi obiettivi zoom come 14-24 f / 2.8 vedere Nikon Precision Glass Moldi metodi di deposizione standard per i rivestimenti AR non riescono a produrre lo spessore multistrato corretto nelle aree in forte pendenza. Soprattutto in queste regioni ripide la perdita di luce dovuta al riflesso di Fresnel diventa un problema, ancor più gravi sono i riflessi multipli all'interno dell'obiettivo. I rivestimenti in nano cristallo corrispondono perfettamente all'indice di rifrazione dall'aria al vetro. Pertanto, il chiarore, il riverbero e il livello di rumore complessivo nell'immagine sono molto migliorati. Ciò porta a un contrasto e una risoluzione molto migliori. I rivestimenti in nano cristallo e la capacità di realizzare aspere forti a un prezzo ragionevole grazie allo stampaggio del vetro sono una combinazione perfetta. Ciò offre al progettista ottico la piena libertà di progettare obiettivi perfetti con un rumore molto basso.

Il futuro è luminoso!

Reinhard

Una parte della luce che colpisce il vetro viene riflessa, non attraverso l'obiettivo. I rivestimenti antiriflesso riducono questo aspetto e consentono alla luce di passare attraverso l'obiettivo. Lo vedi molto in telescopi, binocoli e oculari in cui la raccolta della luce è fondamentale.

L' articolo di Wikipeda ha una spiegazione abbastanza buona.

Per quanto riguarda la parte "Nano", oltre ad aggiungere al "prezzo" dell'obiettivo, si sta probabilmente riferendo a una qualche forma di nanotecnologia di consumo per rendere migliore il rivestimento, o almeno apparire meglio. Dato il prezzo dell'obiettivo, beh, spero sicuramente che renda le cose migliori!