Was bewirkt eine „Nano-Kristallbeschichtung“ auf diesem Objektiv?

Nanobeschichtung: Neu und anders!

Um genauer auf die Art der Linsenbeschichtung „Nanokristallbeschichtung“ einzugehen, da andere Antworten sich entweder auf die Mehrfachbeschichtung im Allgemeinen beziehen oder der Meinung sind, dass Nanotechnologiebeschichtung nur ein Marketingbegriff ist.

Nanobeschichtung ist eigentlich NICHT dasselbe wie Mehrfachbeschichtung, sie ist sehr unterschiedlich im Design und beeinflusst das Licht auf andere Weise. Die Verwendung des Begriffs „Nano Crystal Coating“ ist definitiv kein Marketingbegriff! Um so einfach wie möglich zu beginnen:

• Mehrfachbeschichtung ist eine Weiterentwicklung des Konzepts der Einzelbeschichtung und wurde auf der Grundlage von Wellenforminterferenzen entwickelt.
  • Funktioniert, indem reflektiertes Licht so "abgestimmt" wird, dass sich die Wellenformen der reflektierten Partikel gegenseitig aufheben.
• Nanobeschichtung ist ein viel neueres Konzept, das faszinierenderweise auf der Struktur und dem Design von Mottenaugen basiert (die kaum Licht reflektieren).
  • Entwickelt, um Reflexionen von vornherein zu vermeiden und Lichtstrahlen in die Linse zu leiten, ohne dass sie überhaupt reflektiert werden.

Mehrfachbeschichtung und Wellenforminterferenz

Licht weist sowohl Teilchen- als auch Wellenformeigenschaften auf. So können zwei Photonen so interagieren, dass sie sich gegenseitig aufheben. Dies lässt sich am besten mit Illustrationen demonstrieren, und ich werde mir zu diesem Zweck ein Wikipedia-Bild ausleihen. Unten ist 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 Antireflexbeschichtung ist genau so dick wie die halbe Wellenlänge der Lichtfrequenz. Licht wird an jeder Schnittstelle von Material reflektiert, z. B. zwischen Luft und Beschichtung sowie Beschichtung und Linse. Da die Beschichtung so dick wie die halbe Lichtwellenlänge ist, interferiert die Reflexion von der Grenzfläche Luft/Beschichtung negativ mit der Reflexion von der Grenzfläche Beschichtung/Linse, und die beiden heben sich gegenseitig auf.

Mehrfachbeschichtung funktioniert auf die gleiche Weise, jedoch mit mehreren Beschichtungsschichten in unterschiedlichen Dicken. Da die Farbe des Lichts durch seine Wellenlänge bestimmt wird, wird eine Linse mit mehreren Schichten mit genau der halben Wellenlänge der Schlüsselfrequenzen des Lichts (z. B. violett, blau, blaugrün, grün, gelbgrün, gelb, orange, rot) beschichtet. löscht deutlich mehr Licht als eine einfache Einzelbeschichtung. Einzelbeschichtungen wurden im Allgemeinen im grünen bis gelbgrünen Lichtband entworfen, da sie bei Sonnenlicht und Tageslicht am häufigsten vorkommen. Multicoating soll möglichst das gesamte Spektrum abdecken.

Mängel der Mehrfachbeschichtung

Das Aufkommen der Mehrfachvergütung war ein großer Durchbruch in Bezug auf die Lichtdurchlässigkeit (die Lichtmenge, die sie durchlassen) und erreichte Werte von bis zu 99 %. Mehrfachbeschichtung ist jedoch nicht ideal. Wenn starkes Streulicht und Geisterbilder auftreten, können sie nur Licht vollständig herausfiltern, das bei genau den Wellenlängen reflektiert wird, für die jede Schicht ausgelegt ist. Wellenlängen in der Nähe der beabsichtigten Frequenzen werden abgeschwächt, jedoch nicht vollständig gelöscht. Ein heller, nicht störender Lichtstrahl außerhalb der Achse, wie z. B. von der Sonne in der Ecke eines Rahmens, kann immer noch große, helle und sehr nachteilige Streulichter, Geisterbilder und Kontrastreduzierung selbst auf einem Objektiv mit Mehrfachvergütung erzeugen.

Darüber hinaus nutzt die Mehrfachbeschichtung einfach eine Eigenschaft des Lichts aus, um eine negative Eigenschaft von Linsen zu nutzen ... Reflexion ... um den Einfluss zu minimieren, den die Reflexion auf die Bildqualität hat. Daher ist die Transmission nicht ideal, und bis zu mehreren Prozent des einfallenden Lichts können für jede gegebene Wellenlänge verloren gehen, was normalerweise zu einem Gesamtverlust von 1–2 % bei der Transmission PRO BESCHICHTETEM ELEMENT/GRUPPE führt . Das ist zwar weit weniger als die 8-10%, die es früher bei einfachvergüteten und unbeschichteten Objektiven gab, aber bei komplexen Objektiven mit vielen Elementen kann insgesamt immer noch eine beträchtliche Menge Licht verloren gehen (z zu einem Verlust von 15-30 % bei der Gesamtübertragung angesichts starker Flares führen.)

Verbesserungen mit Nanobeschichtung

Nanobeschichtung ist im Gegensatz zu Mehrfachbeschichtung keine Weiterentwicklung einer früheren Technologie ... es 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 wissenschaftlichen Gemeinschaft bekannt ist, dass sie einen der niedrigsten Reflexionsindizes aller Materialien aufweisen. Das allgemeine Design basiert auf nanoskaligen, ungefähr kuppel-/stachelartigen Strukturen, die so viel Licht wie möglich in die Linse leiten sollen, wobei Reflexion möglichst vollständig vermieden wird.

Falls Streulicht oder Geisterbilder auftreten, sind die resultierenden Artefakte oder der Kontrastverlust erheblich geringer als bei einer mehrfach beschichteten Linse, da die Nanobeschichtung nicht dafür ausgelegt ist, bei einer bestimmten Lichtwellenlänge, sondern bei Licht insgesamt zu funktionieren. In vielen Fällen ist eine sorgfältige und genaue Prüfung erforderlich, um kleine Elemente von Streulicht und Geisterbildern in Fotos zu finden, die mit einem nanobeschichteten Objektiv aufgenommen wurden, und wenn es vorhanden ist, wirkt es sich oft nicht nachteilig auf den IQ aus.

Die Transmissionswerte für die Nanobeschichtung betragen mindestens 99,95 % PRO BESCHICHTETEM ELEMENT/GRUPPE . Bei einem Verlust von 0,05 % oder weniger bleibt der Gesamtübertragungsverlust für jedes Objektiv, selbst für komplexe Objektive mit vielen Elementgruppen, sehr gering (dh ein komplexes Teleobjektiv mit 15 Gruppen würde am Ende einen Übertragungsverlust von insgesamt 0,75 % aufweisen . )

Design einer Linsen-Nanobeschichtung

(HINWEIS: Die genaue Natur des Lichts, das durch eine Nanobeschichtung dringt, ist nicht weit verbreitet, daher kann ich meine Erklärung hier nur auf das stützen, was ich gesehen und gelesen habe. Ich beanspruche keine 100%ige Genauigkeit, aber ich denke, dass es im Allgemeinen genau ist genügend.)

Das Design der obigen Abbildung stammt von einigen der SWC- oder Subwavelenth Structure Coating -Diagramme, die ich auf den Websites von Canon gefunden habe. Im Vergleich zu Nikons Nano Crystal Coating ist Canons SWC dasselbe, obwohl sich ihre spezifische Implementierung in Details unterscheiden kann. Canon nennt ausdrücklich die „Keilform“ der Nanostrukturen und die Pseudo-Schichtnatur mit Keilen unterschiedlicher Größe und Höhe. Die Größe und Dicke der Strukturschicht ist explizit so ausgelegt, dass sie erheblich kleiner ist als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts, die für die meisten Fotografien verwendet werden (höchstens etwa 200 nm, wobei die Wellenlängen des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 790 nm oder so reichen).

Der technologische Zweck für die Verwendung einer solchen Struktur besteht darin, die Hauptursache der Reflexion zu beseitigen: große Änderungen des Brechungsindex an Materialgrenzen. Ersetzen der geschichteten Mehrfachbeschichtung, die viele Grenzflächen erzeugt, an denen es zu großen Änderungen des Brechungsindex kommen kann, durch eine strukturierte Beschichtung, bei der es keine einzelne Grenzfläche gibt, wodurch eine Schicht mit "glattem Übergang" entsteht. Die Dicke der Schicht wird klein gehalten, vermutlich um den Einfluss auf den Einfallswinkel der durch sie hindurchgehenden Strahlen zu minimieren (wir haben eigentlich keine konkret konkreten Informationen darüber, warum Keile so klein gehalten werden).

Licht wird effektiv durch die Nanostrukturschicht in das Linsenelement "hineingeleitet". Das ultimative Ziel ist, dass Licht durch die Nanostrukturelemente hindurchtritt und in den Zwischenräumen zwischen den Keilen weitgehend „unversehrt“ in das Linsenelement eintritt. Die Menge an Reflexion ist minimal, und die Reflexion, die auftritt, wird normalerweise von der Nanostruktur/Element-Grenzfläche reflektiert, wo eine existiert. Wenn Licht von einem internen Linsenelement reflektiert wird und zu einem vorherigen Element zurückkehrt, hat die gleiche Nanostrukturbeschichtung die gleiche Wirkung auf das reflektierte Licht und hilft ihm, durch die internen Elemente zu gelangen, um entweder harmlos von den gering reflektierenden Innereien zu diffundieren des Objektivs oder gleich wieder aus dem vorderen Element ... wenig bis gar kein Schaden angerichtet.

Bessere Schärfe?

In Bezug darauf, ob die Nanobeschichtung eine verbesserte Schärfe ermöglicht. Ich würde nicht sagen, dass die Nanobeschichtung selbst die Schärfe wirklich erheblich verbessern kann. Es verbessert sicherlich die Transmission, so dass bei Objektiven mit vielen Elementgruppen der gesamte Transmissionsverlust von mehreren Prozent auf normalerweise unter, oft deutlich unter ein Prozent reduziert wird. Hinsichtlich der Gesamt-IQ-Verbesserung sollte die verbesserte Übertragung auch den Kontrast verbessern, sogar auf einem Mikrokontrastniveau. Verbesserter Mikrokontrast führt bis zu einem gewissen Grad zu Verbesserungen in der Schärfe.

Der Anspruch auf verbesserte Schärfe ist wahrscheinlicher auf mehr Freiheit beim Linsendesign zurückzuführen, und die Fähigkeit, mehr Linsenelemente zu verwenden, könnte einem Linsendesigner ansonsten aufgrund von Transmissionsanforderungen vorbehalten sein. Wenn Sie mit Mehrfachvergütung nur 8 Linsenelemente verwenden können, weil mehr die Gesamtlichtdurchlässigkeit zu stark verringern würden, können Sie mit einer Nanovergütung möglicherweise 15 oder mehr verwenden und haben immer noch weitaus bessere Übertragungseigenschaften. Dies bietet Objektivdesignern die Freiheit, eine größere Kontrolle über die Bildwiedergabe als in der Vergangenheit zu implementieren, was letztendlich zu einer verbesserten Schärfe führen sollte.

Ich glaube, das ist bei neueren Canon-Objektiven, hauptsächlich der "Mark II"-Generation oder "Neuzugängen" wie dem EF 8-15mm f/4 L Fisheye , genau der FallLinse. Vermutlich ist es 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) erheblich. Fast alle Objektive der L-Serie von Canon, die seit etwa Mitte 2008 (möglicherweise etwas früher) eingeführt wurden und SWC verwenden, haben theoretische MTFs (die meisten Objektivhersteller erstellen heutzutage MTF-Diagramme von Computermodellen von Objektiven), die erhebliche Sprünge bei der Gesamtauflösung zeigen , Schärfe und Kontrast, wobei einige nahezu "perfekte" Ergebnisse nach dem Kriterium ihrer MTF zeigen (die zugegebenermaßen niedriger ist, als die meisten ihrer Objektive eigentlich auflösen sollten, aber im Vergleich mit MTFs älterer Objektive konsistent sind. )

Technisch gesehen ist es also nicht die Beschichtung selbst, die die Schärfe direkt verbessert (obwohl sie durch die Verbesserung des Kontrasts einen leichten direkten Einfluss haben kann). Verbesserungen der Schärfe sind wahrscheinlicher auf die Fähigkeit zurückzuführen, Verbesserungen im Linsendesign vorzunehmen, ohne sich so sehr um die Übertragung zu kümmern wie in der Vergangenheit. (Ich denke, das könnte entweder bestätigt oder widerlegt werden, indem man die Linsendesigns neuer Linsen mit Nanobeschichtungen mit alten Linsen ohne Nanobeschichtung vergleicht.)

Hier ist eine Beschreibung der Nanobeschichtungsimplementierung von Pentax, genannt Aero Bright Coating ( Quelle ):

...[die] PENTAX-Original-Aero-Bright-Beschichtung ...gewährleistet eine hervorragende Entspiegelungsleistung über einen breiteren Wellenlängenbereich, um Bilder zu liefern, die heller und von höherer Qualität sind. Diese exklusive Beschichtung, die mithilfe der fortschrittlichen Nanotechnologie von PENTAX entwickelt wurde, reduziert Linsenreflexionen und verbessert die Lichtdurchlässigkeit erheblich, indem sie eine Silica-Aerogel-Schicht mit gleichmäßigen Poren auf der Oberfläche der optischen Elemente bildet.

Beachten Sie, dass Aero Bright Coating nur in einigen wenigen ausgewählten Objektiven verwendet wird, einschließlich der DA* 55-mm- und DA645 25-mm-Objektive.

Ich glaube nicht, dass die Nano-Kristallbeschichtung die Schärfe an und für sich verbessert. Was es jedoch tut, wenn es dem Linsendesigner mehr Freiheit bei der Gestaltung der Linse gibt.

Bevor Beschichtungen in Gebrauch kamen, waren praktische Linsendesigns auf etwa 5 Elementgruppen (höchstens) beschränkt. Einzelbeschichtung erhöhte es auf etwa 7 oder 8. Mehrfachbeschichtung erhöhte es auf etwa ein Dutzend oder fünfzehn.

Jede davon ermöglichte es dem Linsendesigner, Aberrationen besser zu korrigieren. Sie konnten nicht nur bei Bedarf mehr Elemente verwenden, sondern waren auch freier, Elemente in separate Gruppen zu unterteilen, anstatt die Elemente nur zu gruppieren, um Reflexionen zu minimieren.

Ich bin mir nicht sicher, wie viele weitere Gruppen die Nanokristallbeschichtungen (oder Äquivalente anderer Anbieter, die zum Einsatz kommen) zulassen, aber mit ziemlicher Sicherheit zumindest einige. Ich denke, es erlaubt auch ein bisschen mehr Freiheit, nicht nur mehr Elemente/Gruppen hinzuzufügen, sondern sie auch etwas freier anzuordnen, um sich auf die Reduzierung von Aberrationen zu konzentrieren, ohne sich (fast so sehr) Gedanken darüber zu machen, wie viel Flare/Ghosting es sein könnte einführen.

Ich denke, der wichtigste Grund für die Verwendung einer Antireflexionsbeschichtung im Subwellenlängenbereich sind die Probleme im Zusammenhang mit der starken Krümmung von Linsen. Mehrschichtige AR-Beschichtungen eignen sich perfekt für flache Oberflächen und Linsen, die nicht zu stark gebogen sind. Für die starken Asphären, die beispielsweise von Nikon in allen neuen Zoomobjektiven wie 14-24 f/2.8 verwendet werden , siehe Nikon Precision Glass MoldDie standardmäßigen Abscheidungsverfahren für AR-Beschichtungen erzeugen in den Bereichen mit steilen Flanken nicht die richtige Mehrschichtdicke. Besonders in diesen steilen Bereichen wird der Lichtverlust durch Fresnel-Reflexion zum Problem, noch gravierender sind Mehrfachreflexionen innerhalb der Linse. Nanokristallbeschichtungen passen den Brechungsindex von Luft zu Glas perfekt an. Somit wird Streulicht, Blendung und der Gesamtrauschpegel im Bild sehr stark verbessert. Dies führt zu einem deutlich besseren Kontrast und Auflösung. Nanokristallbeschichtungen und die Möglichkeit, durch Glasformen starke Asphären zu einem vernünftigen Preis herzustellen, sind eine perfekte Kombination. Dies bietet dem Optikdesigner die volle Freiheit, perfekte Linsen mit sehr geringem Rauschen zu entwerfen.

Die Zukunft ist hell!

Reinhard

Ein Teil des Lichts, das auf Glas trifft, wird zurückgeworfen, nicht durch die Linse. Antireflexbeschichtungen verringern dies und lassen das Licht durch die Linse passieren. Sie sehen dies häufig bei Teleskopen, Ferngläsern und Okularen, bei denen die Lichtsammlung kritisch ist.

Der Wikipedia-Artikel hat eine ziemlich gute Erklärung.

Was den „Nano“-Teil betrifft, so bezieht er sich, abgesehen davon, dass er den „Preis“ der Linse erhöht, wahrscheinlich auf eine Form von Verbraucher-Nanotechnologie, 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!