Davetsiz Misafirler: Işık Serseri Olduğunda

Lens üretimi dünyasında ışık en iyi dostumuzdur; ta ki öyle olmayana kadar. İster üst düzey güvenlik sistemleri için lensler, ister otomotiv ADAS'ı, ister hassas tıbbi endoskoplar için lens üretiyor olun, mücadeleyi bilirsiniz. Sadece düzensiz bir ışık huzmesinin içeride yansıyıp kimsenin istemediği "optik eserler" yaratması için mükemmel bir cam öğeler seti tasarlıyorsunuz.1

Bu davetsiz misafirlere "Flare" ve "Gölgelenme" adını veriyoruz. Sinematik bir filmde küçük bir parlama "sanatsal" görünebilir. Ama gerçek dünyada? Bu bir felaket. Güvenlikte, başıboş bir far parlaması kameranın kör olmasına ve plakanın gözden kaçmasına neden olabilir.4 Otonom sürüşte (ADAS), bir "hayalet" ışık, bir algoritma tarafından gerçek bir engel olarak yanlış yorumlanabilir ve bu da tehlikeli bir hayalet frene yol açabilir.6 Ve ameliyatta sisli, genişlemiş bir endoskop görüntüsü, kar fırtınasında araba sürmeye çalışmak gibidir; tek fark, birinin hayatının tehlikede olmasıdır.8

Bu "hayaletleri" lenslerimizden uzaklaştırmak için çeşitli kaplama teknolojileri geliştirdik. Ancak tedaviden bahsetmeden önce sorunu teşhis edelim.

Lensinizdeki "Hayaletler"le Tanışın

Parlama ve gölgelenme sıklıkla birbirinin yerine kullanılır, ancak farklı kişilikleri ve "suç mahalli" vardır.

Örtücü Parıltı: Puslu "Beyaz Peçe"

Örtücü parlama, resimleriniz için ruh halinizi yok eder. Güçlü bir ışık kaynağı çerçevenin hemen dışında olduğunda, ancak ışığı yine de merceğe dökülüp her yere dağıldığında meydana gelir.1 Sonuç? Derin siyahlarınız çamurlu bir griye dönüşür, kontrast kaybolur ve görüntünün tamamı sanki ince beyaz bir dantel perdenin arkasından çekilmiş gibi görünür.3

Bu, gece görüşlü güvenlik kameraları veya gün batımına doğru ilerleyen otomotiv lensleri için bir kabustur. İşlem yapılmadan standart bir cam yüzey ışığın yaklaşık %4'ünü yansıtır.12 10 veya 15 elementli bir mercekte, ışığın bu "isyanı" hızla toplanır.

Gölgelenme: Çokgen Hayalet

Parlama bir "pus" ise gölgelenme bir "hayalet"tir. Bunlar, ışık kaynağının karşısında simetrik olarak görünen, belirgin, genellikle çokgen ışık noktalarıdır (mercek açıklığının şeklini alır).10

Gölgelenme, ışığın dahili mercek yüzeyleri arasında ileri geri sıçramasından kaynaklanır.3 Karmaşık bir zoom lensi veya çok sayıda cam katmana sahip yüksek büyütmeli bir tıbbi dürbün için, bu "hayaletleri" uzakta tutmak, yüksek riskli bir tilt oyunu oynamaya benzer.

Sensör/Kırmızı Nokta Parlaması: Dijital Uzmanlık

Dijital çağda yeni bir sorunumuz var: sensörün kendisi bir ayna.1 Işık CMOS/CCD sensörüne çarpar, arka lens elemanına geri döner ve ardından tekrar sensöre geri yansıtılır.10 Bu genellikle bir ışık kaynağının çevresinde kırmızı noktalar veya parlak noktalardan oluşan bir desen oluşturur; bu, modern gözetimde yaygın bir baş ağrısıdır.10

3

Yansıma Önleyici (AR) Kaplamalar: Parazitin "Büyüsü"

Bu eserlere karşı ana silahımız Yansıma Önleyici (AR) kaplamadır. Bilim kulağa bilim kurgu gibi geliyor: yansımaların "kendilerini iptal etmesi" için ışığın dalga doğasını kullanıyoruz.17

"Çeyrek Dalga Boyu" Hilesi

Çok özel bir kalınlığa (hedef ışığın dalga boyunun tam olarak dörtte biri) sahip mikroskobik bir film uygulayarak, kaplamanın üstünden yansıyan ışık ile alttaki camdan yansıyan ışığın 180 derece senkronize olmadığı bir durum yaratıyoruz.18 Buluştuklarında birbirlerini yok ederler ve enerji yansıtılmak yerine mercekten "itilir".

Temel kural şudur:

Kalınlık = Dalgaboyu / (4 * Kırılma İndisi) 18

Tek Katman ve Çok Katmanlı Karşılaştırması: Neden Daha Fazlası Daha İyidir

İlk günlerde tek katmanlı kaplamalar (Magnezyum Florür, MgF2 gibi) kullanılıyordu; bu, bir renkte (genellikle yeşil) harika sonuç verirken diğerlerinde başarısız oldu. Ucuz lenslerin genellikle mor veya mavi bir renk tonuna sahip olmasının nedeni budur; kaplama bu renkler için işe yaramaz.12

Modern profesyonel lensler "Çok Katmanlı AR"yi kullanır. Farklı malzemeleri (Titanyum Dioksit, TiO2 ve Silikon Dioksit, SiO2 gibi) üst üste koyarak, gökkuşağının tamamında yansımaları %0,5'in, hatta %0,1'in altında tutabiliriz.17

Nano Devrim: SWC ve ASC

Geleneksel kaplamalar, ışığın dik açılarla vurduğu geniş açılı merceklerle mücadele ediyor.22 Bu "kıvrımlı" mercekler için büyük silahlara ihtiyacımız var: Nano kaplamalar.

Alt Dalga Boyu Yapı Kaplaması (SWC): Güvelerden Öğrenim

Güvelerin gözleri ışığı yansıtmayan bir evrim geçirmiştir; aksi takdirde yırtıcı hayvanlar onları geceleri fark edebilirdi. Gözleri, ışığın dalga boyundan daha küçük olan minik "nano-koniler" ile kaplıdır.12

SWC bunu taklit eder. SWC, havadan (indeks 1.0) cama (indeks 1.5) "uçurum benzeri" bir sıçrama yerine "düzgün bir rampa" oluşturur. Işık cama girdiğinin farkına bile varmaz, dolayısıyla yansımaz.23 Geniş açılı lensler için en üstün "gizlilik" teknolojisidir.22

Hava Küresi Kaplama (ASC): Işığı Kabarcıklarda Yakalamak

ASC, nanoskopik hava kürelerini içeren bir katmandır.23 Hava en düşük kırılma indeksine (1,0) sahip olduğundan, bu kabarcıklar merceğin merkezine çarpan ışığın neredeyse tamamını emen "ultra düşük indeksli" bir katman oluşturur.23 Yüksek yoğunluklu spot ışıklarıyla uğraşmak zorunda olan güvenlik kameraları için mükemmel çözümdür.

18

Otomotiv Lensleri: Güvenlik Riskleri

Otomotiv camı üreticileri için hataya yer yoktur. ADAS kamerası arabanın "gözleridir". Gerçek bir arabanın yanında beliren hayalet ışık, arabanın bilgisayarını mesafeleri yanlış hesaplaması için kandırabilir.6

Üstelik bu lensler cehennemde yaşıyor. -40 derece C'den 85 derece C'ye kadar hayatta kalmaları ve araba yıkama ve çakıllara dayanmaları gerekiyor.28 Bunun için şunları öneriyoruz:

1. 

İyon Işını Püskürtme (IBS): Bu, zırh gibi davranacak kadar yoğun bir kaplama oluşturur, nemin içeri sızmasını önler ve aşırı sıcaklıkta kaplamanın soyulmasını engeller.17

2. 

3. 

Sert Kaplamalar (DLC): Lensin yoldaki döküntüler nedeniyle çizilmemesini sağlamak için "Elmas Benzeri Karbon" katmanları eklendi.31

4. 

Tıbbi Endoskoplar: Sisle Savaş

Ameliyatta düşman sadece parlama değil, sistir. Oda sıcaklığındaki bir dürbün sıcak, nemli bir gövdeye girdiğinde anında buğulanır.

"50 Milisaniye" Kuralı

Cerrahlar gerçek zamanlı videoya güveniyor. Bir dürbün buğulanırsa veya "beyazlık" parlaması oluşturursa, görsel gecikme veya bozulma yaratır. Araştırmalar, 50 ms'lik bir gecikmenin bile cerrahın el-göz koordinasyonunu bozabileceğini gösteriyor.32

Çözüm?Süper Hidrofilik Kaplamalar.33 Suyu boncuk haline getiren (saçılmaya/parlamaya neden olan) "sudan korkan" (hidrofobik) kaplamaların aksine, süper hidrofilik kaplamalar mikroskobik bir sünger gibi davranır. Suyun tamamen düz, şeffaf bir tabaka halinde yayılmasını sağlarlar.33 Sis aslında açık bir pencereye dönüşüyor!

Bakım: "Sihrinizi" Parmak İziyle Öldürmeyin

Dünyanın en iyi SWC nano kaplaması bile tek bir yağlı parmak iziyle mahvolabilir. Yağlar, nano yapıları "dolduran" yüksek bir kırılma indeksine sahiptir ve pahalı kaplamanızı etkili bir şekilde bir yansıtıcı cam parçasına dönüştürür.25

İşte bu yüzdenFlor (AF) Kaplama en dıştaki element için hayati öneme sahiptir. Yağ ve parmak izlerini iten "yapışmaz" bir yüzey oluşturarak bunların alttaki hassas AR katmanlarını çizmeden silinmesine olanak tanır.23

Son Düşünceler: Işık ve Gölgeyi Dengelemek

Parlama ve gölgelenme "kusur" değildir; bunlar yalnızca fiziğin bize şaka yapmasıdır. Geleneksel Çok Katmanlı AR'yi Nano yapılar ve özel koruyucu kaplamalarla birleştirerek, her türlü uygulama için mükemmel "göz"ü tasarlayabiliriz.

Sonuçta bir mercek üreticisi olarak işiniz yalnızca cam yapmak değil. Bu, en önemli olan yerde netlik sağlamakla ilgilidir: yollarda güvenlik, ameliyathanede hassasiyet ve geceleri dikkatli olmak.

Optiğin geleceği parlak ve doğru kaplamalarla nihayet parlamasız hale gelecek.