Was bewirkt eine Nanokristallbeschichtung auf dieser Linse?

Die Nikkor 85mm 1: 1,4G AF-S hat einen 'Nano Crystal Coat' ... was ist das und warum ist es auf den meisten ihrer teuersten Objektive? Offensichtlich ist es eine Beschichtung und einige Links scheinen darauf hinzudeuten, dass sie die Transmission und Schärfe erhöhen kann , aber es scheint mir nicht intuitiv zu sein, dass die Beschichtung etwas schärfer macht.

Nanobeschichtung: Neu und anders!

Um genauer auf die Art der Linsenbeschichtung mit "Nanokristallbeschichtung" einzugehen, scheinen andere Antworten entweder die Mehrfachbeschichtung im Allgemeinen zu behandeln oder die Nanotechnologiebeschichtung für einen Marketingbegriff zu halten.

Nanobeschichtung ist eigentlich NICHT dasselbe wie Mehrfachbeschichtung, sie unterscheidet sich stark im Design und beeinflusst das Licht auf unterschiedliche Weise. Die Verwendung des Begriffs "Nanokristallbeschichtung" ist definitiv nicht nur ein Marketingbegriff! So einfach wie möglich beginnen:

• Multicoating ist eine Weiterentwicklung des Konzepts der Einzelbeschichtung und basiert auf Wellenformstörungen.
  • Funktioniert, indem reflektiertes Licht so "abgestimmt" wird, dass sich die Wellenformen der reflektierten Partikel gegenseitig aufheben.
• Nanobeschichtung ist ein viel neueres Konzept, das faszinierend auf der Struktur und dem Design der Mottenaugen basiert (die kaum Licht reflektieren).
  • Entwarf, Reflexion an erster Stelle zu vermeiden und Lichtstrahlen in die Linse zu leiten, ohne sie überhaupt reflektieren zu lassen.

Mehrschichtvergütung und Wellenformstörung

Licht weist sowohl Partikel- als auch Wellenformeigenschaften auf. Somit können zwei Photonen so interagieren, dass sie sich gegenseitig aufheben. Dies lässt sich am besten anhand von Abbildungen veranschaulichen. Zu diesem Zweck leihe ich mir ein Wikipedia-Bild aus. Unten sehen Sie ein Beispiel für eine einfach beschichtete Linse und wie die Beschichtung reflektierte Photonenwellenformen erzeugt, die einander entgegengesetzt sind (und sich daher gegenseitig aufheben können):

Die Antireflexionsbeschichtung ist genau so dick wie die halbe Wellenlänge der Lichtfrequenz. Licht wird an jeder Materialkreuzung reflektiert , z. B. zwischen Luft und Beschichtung sowie Beschichtung und Linse. Da die Beschichtung nur die halbe Wellenlänge des Lichts dick ist, stört die Reflexion von der Grenzfläche Luft / Beschichtung die Reflexion von der Grenzfläche Beschichtung / Linse negativ, und die beiden heben sich gegenseitig auf.

Die Mehrfachbeschichtung funktioniert auf die gleiche Weise, jedoch mit mehreren Schichten der Beschichtung in unterschiedlichen Dicken. Da die Farbe des Lichts durch seine Wellenlänge bestimmt wird, wird eine Linse mit mehreren Schichten genau der halben Wellenlänge der wichtigsten Lichtfrequenzen (wie Violett, Blau, Blaugrün, Grün, Gelbgrün, Gelb, Orange, Rot) beschichtet. hebt wesentlich mehr Licht auf als eine einfache Einzelbeschichtung. Einzelne Beschichtungen wurden im Allgemeinen im grünen bis gelbgrünen Lichtband entworfen, da sie bei Sonnenlicht und Tageslicht am häufigsten auftreten. Die Mehrschichtvergütung soll so weit wie möglich das gesamte Spektrum abdecken.

Mängel der Mehrschichtlackierung

Das Aufkommen der Mehrschichtvergütung war ein großer Durchbruch in Bezug auf die Objektivtransmission (die Lichtmenge, die sie durchlassen) und erreichte Werte von bis zu 99%. Eine Mehrschichtvergütung ist jedoch nicht ideal. Wenn starke Streulicht- und Geisterbilder auftreten, können sie nur das Licht vollständig herausfiltern, das bei den genauen Wellenlängen reflektiert wird, die jede Schicht herausfiltern soll. Wellenlängen in der Nähe der beabsichtigten Frequenzen werden gemindert, jedoch nicht vollständig gelöscht. Ein heller, nicht auftreffender Lichtstrahl außerhalb der Achse, z. B. von der Sonne in der Ecke eines Rahmens, kann auch bei einem Objektiv mit Mehrfachvergütung große, helle und sehr nachteilige Reflexionen, Geisterbilder und Kontrastreduzierungen verursachen.

Bei der Mehrschichtvergütung wird lediglich die Eigenschaft des Lichts ausgenutzt, um eine negative Eigenschaft der Linsen zu nutzen ... Reflexionsvermögen ..., um den Einfluss des Reflexionsvermögens auf die Bildqualität zu minimieren. Daher ist die Transmission nicht ideal, und für jede Wellenlänge können bis zu mehrere Prozent des einfallenden Lichts verloren gehen, was normalerweise zu einem Gesamtverlust der Transmission pro beschichtetem Element / Gruppe von 1 bis 2% führt . Zugegeben, das ist weit weniger als die 8-10%, die früher bei einfach beschichteten und unbeschichteten Objektiven vorlagen. Bei komplexen Objektiven mit vielen Elementen kann jedoch insgesamt noch eine beträchtliche Menge Licht verloren gehen (dh ein komplexes 15-Gruppen-Teleobjektiv könnte verloren gehen) am Ende mit 15-30% Verlust im Gesamtübertragungsangesichts der starken Akzent.)

Verbesserungen bei der Nanobeschichtung

Die Nanobeschichtung ist im Gegensatz zur Mehrfachbeschichtung keine Weiterentwicklung einer früheren Technologie. Sie ist in der Tat ein völlig neuer Ansatz zur Lösung eines alten Problems. Die Nanobeschichtung basiert auf dem Design von Mottenaugen, von denen in der Fachwelt bekannt ist, dass sie einen der niedrigsten Reflexionsindizes aller Materialien aufweisen. Das allgemeine Design basiert auf grob gewölbten / spitzenartigen Strukturen im Nanomaßstab, um so viel Licht wie möglich in die Linse zu leiten und Reflexionen möglichst vollständig zu vermeiden.

Wenn und wenn Streulicht oder Geisterbilder auftreten, sind die resultierenden Artefakte oder Kontrastverluste erheblich geringer als bei einer mehrfach vergüteten Linse, da die Nanobeschichtung nicht für eine bestimmte Lichtwellenlänge, sondern für Licht insgesamt ausgelegt ist. In vielen Fällen ist eine sorgfältige und genaue Prüfung erforderlich, um kleine Elemente von Streulicht und Geisterbildern in Fotos zu finden, die mit einer nanobeschichteten Linse aufgenommen wurden. Wenn dies der Fall ist, wirkt sich dies häufig nicht nachteilig auf den IQ aus.

Der Transmissionsgrad für die Nanobeschichtung beträgt mindestens 99,95% pro beschichtetes Element / Gruppe . Bei einem Verlust von 0,05% oder weniger bleibt der Gesamttransmissionsverlust für jedes Objektiv, selbst für komplexe Objektive mit vielen Elementgruppen, sehr gering (dh ein komplexes 15-Gruppen-Teleobjektiv würde einen Transmissionsverlust von insgesamt 0,75% ergeben . )

Design einer Linsen-Nanobeschichtung

(ANMERKUNG: Die genaue Art des Lichts, das eine Nanobeschichtung passiert, ist nicht allgemein bekannt. Daher kann ich meine Erklärung hier nur auf das stützen, was ich gesehen und gelesen habe. Ich behaupte nicht, dass es 100% genau ist, aber ich denke, dass es im Allgemeinen korrekt ist genug.)

Das Design der obigen Abbildung stammt aus einigen der SWC- Diagramme ( Subwavelenth Structure Coating) , die ich auf den Websites von Canon gefunden habe. Im Vergleich zu Nikons Nanokristallbeschichtung ist die SWC von Canon dieselbe, obwohl sich ihre spezifische Implementierung in den Details unterscheiden kann. Canon nennt die "Keilform" der nanoskaligen Strukturen ausdrücklich und die pseudoschichtige Natur mit Keilen unterschiedlicher Größe und Höhe. Die Größe und Dicke der Strukturschicht ist ausdrücklich so ausgelegt, dass sie beträchtlich kleiner ist als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts, die für die meisten Aufnahmen verwendet werden (höchstens etwa 200 nm, wobei die Wellenlängen des sichtbaren Lichts zwischen 380 nm und 790 nm liegen).

Der technologische Zweck für die Verwendung einer solchen Struktur besteht darin, die Hauptursache der Reflexion zu beseitigen: Große Änderungen des Brechungsindex an den Materialgrenzen. Ersetzen der mehrschichtigen Beschichtung, die viele Grenzflächen schafft, an denen sich der Brechungsindex stark ändern könnte, durch eine strukturierte Beschichtung, an der es keine einzige Grenzfläche gibt, wodurch eine Schicht mit "glattem Übergang" entsteht. Die Dicke der Schicht wird gering gehalten, vermutlich um die Auswirkung der durch sie hindurchtretenden Strahlen auf den Einfallswinkel zu minimieren (es liegen keine konkreten Informationen darüber vor, warum Keile so klein gehalten werden).

Durch die Nanostrukturschicht wird Licht effektiv in das Linsenelement "hineingeleitet". Das ultimative Ziel ist es, dass Licht durch die Nanostrukturelemente hindurch und in die Zwischenräume zwischen den Keilen, weitgehend "unbeschadet", in das Linsenelement eintritt. Das Ausmaß der Reflexion ist minimal, und welche Reflexion auftritt, wird normalerweise von der Nanostruktur / Element-Grenzfläche reflektiert, wo eine existiert. Wenn Licht von einem inneren Linsenelement reflektiert wird und zu einem vorherigen Element zurückkehrt, hat die gleiche Nanostrukturbeschichtung den gleichen Effekt auf das reflektierte Licht, sodass es durch die inneren Elemente entweder harmlos von den Innereien mit geringem Reflexionsvermögen diffundiert von der Linse oder gleich wieder raus aus dem Frontelement ... wenig bis gar keinen Schaden angerichtet.

Bessere Schärfe?

Ob die Nanobeschichtung eine verbesserte Schärfe ermöglicht. Ich würde nicht sagen wollen, dass die Nanobeschichtung selbst die Schärfe erheblich verbessern kann. Es verbessert sicherlich die Transmission, so dass bei Objektiven mit vielen Elementgruppen der Gesamttransmissionsverlust von mehreren Prozent auf normalerweise unter, oft deutlich unter einem Prozent reduziert wird. In Bezug auf die allgemeine IQ-Verbesserung sollte die verbesserte Transmission auch den Kontrast verbessern, selbst bei einem Mikrokontrastniveau. Ein verbesserter Mikrokontrast führt zu einer gewissen Verbesserung der Schärfe.

Die Behauptung einer verbesserten Schärfe beruht eher auf mehr Freiheit beim Linsendesign und der Fähigkeit, mehr Linsenelemente zu verwenden, auf die ein Linsendesigner ansonsten aufgrund von Übertragungsanforderungen beschränkt sein könnte. Wenn Sie nur 8 Linsenelemente mit Mehrfachvergütung verwenden können, weil mehr die Lichtdurchlässigkeit insgesamt zu stark verringern würde, können Sie möglicherweise 15 oder mehr mit einer Nanobeschichtung verwenden und haben dennoch weitaus bessere Übertragungseigenschaften. Dies gibt Objektivdesignern die Freiheit, die Bildwiedergabe besser zu steuern als in der Vergangenheit, was letztendlich zu einer besseren Schärfe führen dürfte.

Ich glaube, das ist genau der Fall bei neueren Canon-Objektiven, größtenteils der "Mark II" -Generation oder "Neueinsteigern" wie dem EF 8-15 mm 1: 4 L FisheyeLinse. Dies ist wahrscheinlich auch bei Nikon-Objektiven mit NCC der Fall. Die neueren Objektive von Canon übertreffen ihre Vorgänger im Bereich MTF (Modulation Transfer Function, eine Methode zur Messung der Schärfe und des Kontrasts eines Objektivs) deutlich. Fast alle Objektive der L-Serie von Canon, die seit Mitte 2008 auf den Markt gebracht wurden (möglicherweise etwas früher) und SWC verwenden, verfügen über theoretische MTFs (die meisten Objektivhersteller generieren heutzutage MTF-Diagramme aus Computermodellen von Objektiven), die signifikante Sprünge bei der Gesamtauflösung aufweisen , Schärfe und Kontrast, wobei einige nach dem Kriterium ihrer MTF (das zwar niedriger ist als die meisten ihrer Objektive) nahezu "perfekte" Ergebnisse zeigen, tatsächlich auflösungsfähig sein sollten, aber im Vergleich zu MTFs älterer Objektive konsistent sind. )

Technisch gesehen ist es also nicht die Beschichtung selbst, die die Schärfe direkt verbessert (obwohl sie, da sie den Kontrast verbessert, einen leichten direkten Einfluss haben kann). Verbesserungen der Schärfe sind eher auf die Möglichkeit zurückzuführen, das Objektivdesign zu verbessern, ohne sich um die Übertragung zu kümmern wie in der Vergangenheit. (Ich schätze, das könnte durch den Vergleich der Linsendesigns neuer Linsen mit Nanobeschichtungen mit alten Linsen ohne bestätigt oder widerlegt werden.)

Hier ist eine Beschreibung der Pentax-Implementierung der Nanobeschichtung mit dem Namen Aero Bright Coating ( Quelle ):

... [die] PENTAX-Original-Aero-Bright-Beschichtung ... sorgt für hervorragende Antireflexionsleistung über einen breiteren Wellenlängenbereich und liefert Bilder, die heller und von höherer Qualität sind. Diese exklusive Beschichtung wurde mit Hilfe der fortschrittlichen Nanotechnologie von PENTAX hergestellt. Sie reduziert Linsenreflexionen und verbessert die Lichtdurchlässigkeit erheblich, indem eine Silica-Aerogel-Schicht mit gleichmäßigen Poren auf der Oberfläche der optischen Elemente gebildet wird.

Beachten Sie, dass Aero Bright Coating nur für einige ausgewählte Objektive verwendet wird, einschließlich der DA * 55-mm- und DA645-25-mm-Objektive.

Ich glaube nicht, dass die Nanokristallbeschichtung die Schärfe an und für sich verbessert. Was es jedoch tut, wenn dem Objektivdesigner mehr Freiheit bei der Gestaltung des Objektivs eingeräumt wird.

Vor der Verwendung von Beschichtungen waren die praktischen Linsendesigns auf (höchstens) etwa 5 Elementgruppen beschränkt. Die Einzelbeschichtung erhöhte sich auf ungefähr 7 oder 8. Die Mehrschichtbeschichtung erhöhte sich auf ungefähr ein Dutzend oder fünfzehn.

Mit jedem dieser Schritte konnte der Objektivkonstrukteur Aberrationen besser korrigieren. Sie konnten nicht nur bei Bedarf mehr Elemente verwenden, sondern auch Elemente in separate Gruppen unterteilen, anstatt die Elemente nur zu gruppieren, um Reflexionen zu minimieren.

Schon auf den ersten Blick weiß ich nicht genau, wie viele weitere Gruppen die Nanokristallbeschichtungen (oder Äquivalente von anderen Anbietern, die zum Einsatz kommen) zulassen, aber mit ziemlicher Sicherheit zumindest einige wenige. Ich würde vermuten, dass es auch ein bisschen mehr Freiheit gibt, nicht nur mehr Elemente / Gruppen hinzuzufügen, sondern sie auch ein bisschen freier anzuordnen, um sich auf die Reduzierung von Aberrationen zu konzentrieren, ohne sich (fast ebenso) Gedanken darüber zu machen, wie viel Flackern / Geisterbilder dabei entstehen könnten vorstellen.

Ich denke, der wichtigste Grund für die Verwendung von Antireflexionsbeschichtungen mit Subwellenlänge sind die Probleme, die mit der starken Krümmung der Linsen zusammenhängen. Mehrschichtige AR-Beschichtungen eignen sich perfekt für flache Oberflächen und Linsen, die nicht zu stark gebogen sind. Zu den starken Asphären, die Nikon beispielsweise in allen neuen Zoomobjektiven wie 14-24 f / 2.8 verwendet, siehe Nikon Precision Glass MouldDie Standard-Abscheidungsmethoden für AR-Beschichtungen liefern an den Bereichen mit steilem Gefälle nicht die richtige Mehrschichtdicke. Insbesondere in diesen steilen Bereichen wird der Lichtverlust durch Fresnel-Reflexion zum Problem, noch schwerwiegender sind Mehrfachreflexionen innerhalb der Linse. Nanokristallbeschichtungen passen perfekt zum Brechungsindex von Luft zu Glas. Dadurch werden Streulicht, Blendung und das Bildrauschen insgesamt erheblich verbessert. Dies führt zu einem viel besseren Kontrast und einer besseren Auflösung. Nanokristall-Beschichtungen und die Fähigkeit, durch Glasformen starke Asphären zu einem vernünftigen Preis herzustellen, sind eine perfekte Kombination. Dies bietet dem optischen Designer die volle Freiheit, perfekte Linsen mit sehr geringem Rauschen zu entwerfen.

Die Zukunft ist hell!

Reinhard

Licht, das auf Glas trifft, wird reflektiert und nicht durch die Linse. Antireflexbeschichtungen verringern dies und lassen das Licht durch die Linse hindurch. Sie sehen dies häufig in Teleskopen, Ferngläsern und Okularen, bei denen das Sammeln von Licht von entscheidender Bedeutung ist.

Der Wikipeda-Artikel hat eine ziemlich gute Erklärung.

Was den "Nano" -Teil betrifft, so bezieht er sich neben der Erhöhung des "Preises" der Linse wahrscheinlich auf irgendeine Form der Verbrauchernano-Technologie, um die Beschichtung besser zu machen oder zumindest besser auszusehen. Angesichts des Preises des Objektivs würde ich sicherlich hoffen, dass es die Dinge besser macht!