De ongenode gasten: wanneer het licht schurkenstaat

In de wereld van de lensproductie is licht onze beste vriend, totdat dat niet meer het geval is. Of u nu lenzen produceert voor hoogwaardige beveiligingssystemen, ADAS voor auto's of delicate medische endoscopen, u kent de strijd. Je ontwerpt een perfecte set glaselementen, alleen zodat een valse lichtstraal naar binnen stuitert en 'optische artefacten' creëert waar niemand om heeft gevraagd.1

We noemen deze ongenode gasten 'Flare' en 'Ghosting'. In een filmische film kan een beetje overstraling er 'artistiek' uitzien. Maar in de echte wereld? Het is een ramp. Bij beveiliging kan een verdwaalde koplampfakkel een camera verblinden, waardoor deze een kentekenplaat mist.4 Bij autonoom rijden (ADAS) kan een ‘spooklicht’ door een algoritme verkeerd worden geïnterpreteerd als een echt obstakel, wat kan leiden tot een gevaarlijke fantoomrem.6 En tijdens een operatie is een mistig, wijd uitlopend endoscoopbeeld hetzelfde als proberen in een sneeuwstorm te rijden, behalve dat iemands leven op het spel staat.8

Om deze ‘geesten’ uit onze lenzen te verdrijven, hebben we een reeks coatingtechnologieën ontwikkeld. Maar voordat we over de remedie praten, laten we eerst een diagnose stellen van het probleem.

Maak kennis met de "geesten" in je lens

Flare en ghosting worden vaak door elkaar gebruikt, maar ze hebben verschillende persoonlijkheden en ‘scènes delict’.

Sluier flare: de wazige ‘witte sluier’

Sluierflare is een stemmingsmoordenaar voor uw afbeeldingen. Dit gebeurt wanneer een sterke lichtbron zich net buiten het beeld bevindt, maar het licht nog steeds de lens binnendringt en zich overal verstrooit.1 Het resultaat? Je diepe zwarttinten veranderen in modderig grijs, het contrast verdwijnt en het hele beeld ziet eruit alsof het door een dun wit kanten gordijn is opgenomen.3

Dit is een nachtmerrie voor nachtzichtcamera's of autolenzen die de zonsondergang tegemoet rijden. Zonder behandeling reflecteert een standaard glasoppervlak ongeveer 4% van het licht.12 In een lens met 10 of 15 elementen loopt die "rebellie" van licht snel op.

Ghosting: het veelhoekige spook

Als flare een ‘waas’ is, is ghosting een ‘fantoom’. Dit zijn duidelijke, vaak veelhoekige lichtvlekken (in de vorm van de lensopening) die symmetrisch tegenover de lichtbron verschijnen.10

Beeldschaduwen worden veroorzaakt doordat licht heen en weer stuitert tussen de interne lensoppervlakken.3 Voor een complexe zoomlens of een medische scoop met hoge vergroting en veel glaslagen is het op afstand houden van deze "geesten" net zoiets als het spelen van een flipperkastspel waarbij de inzet hoog is.

Sensor/Red-Dot Flare: de digitale specialiteit

In het digitale tijdperk hebben we een nieuw probleem: de sensor zelf is een spiegel.1 Licht raakt de CMOS/CCD-sensor, stuitert terug naar het achterste lenselement en wordt vervolgens weer teruggekaatst naar de sensor.10 Hierdoor ontstaat vaak een patroon van rode stippen of heldere vlekken rond een lichtbron – een veel voorkomende hoofdpijn bij moderne surveillance.10

3

Antireflecterende (AR) coatings: de "magie" van interferentie

Ons belangrijkste wapen tegen deze artefacten is de antireflecterende (AR) coating. De wetenschap klinkt als sciencefiction: we gebruiken de golfkarakteristiek van licht om reflecties ‘zichzelf op te heffen’.17

De "kwartgolflengte"-truc

Door een microscopisch kleine film aan te brengen met een zeer specifieke dikte (precies een vierde van de golflengte van het doellicht) creëren we een situatie waarin het licht dat weerkaatst door de bovenkant van de coating en het licht dat weerkaatst door het glas eronder 180 graden niet synchroon zijn.18 Wanneer ze elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar en wordt de energie door de lens "geduwd" in plaats van te worden gereflecteerd.

De basisregel is:

Dikte = Golflengte / (4 * Brekingsindex) 18

Enkellaags versus meerlaags: waarom meer beter is

In de begindagen werden enkellaagse coatings gebruikt (zoals Magnesium Fluoride, MgF2), die uitstekend werkten voor één kleur (meestal groen), maar bij andere niet werkten. Dit is de reden waarom goedkope lenzen vaak een paarse of blauwe tint hebben; de coating werkt niet voor die kleuren.12

Moderne professionele lenzen gebruiken 'Multilayer AR'. Door verschillende materialen (zoals titaniumdioxide, TiO2 en siliciumdioxide, SiO2) te stapelen, kunnen we de reflecties over de hele regenboog onder de 0,5% of zelfs 0,1% houden.17

De nanorevolutie: SWC en ASC

Traditionele coatings hebben moeite met groothoeklenzen waarbij het licht onder steile hoeken valt.22 For these "curvy" lenses, we need the big guns: Nano-coatings.

Subwavelength Structure Coating (SWC): leren van motten

Motten hebben ogen ontwikkeld die geen licht reflecteren, anders zouden roofdieren ze 's nachts zien. Hun ogen zijn bedekt met kleine ‘nanokegeltjes’ die kleiner zijn dan de golflengte van licht.12

SWC bootst dit na. In plaats van een ‘klifachtige’ sprong van lucht (index 1,0) naar glas (index 1,5), creëert SWC een ‘soepele helling’. Licht heeft niet eens door dat het het glas binnendringt en reflecteert dus niet.23 Het is de ultieme ‘stealth’-technologie voor groothoeklenzen.22

Air Sphere Coating (ASC): licht vangen in luchtbellen

ASC is een laag met daarin nanoscopische luchtbolletjes.23 Omdat lucht de laagste brekingsindex (1,0) heeft, creëren deze belletjes een "ultra-lage index"-laag die bijna al het licht absorbeert dat het midden van de lens raakt.23 Het is de perfecte oplossing voor beveiligingscamera's die te maken hebben met spotlights met hoge intensiteit.

18

Autolenzen: de veiligheidsbelangen

Voor producenten van autolenzen is er geen ruimte voor fouten. Een ADAS-camera zijn de ‘ogen’ van de auto. Als er een spooklicht naast een echte auto verschijnt, kan de computer van de auto de afstanden verkeerd inschatten.6

Bovendien leven deze lenzen in de hel. Ze moeten overleven van -40 graden C tot 85 graden C en bestand zijn tegen autowasstraten en grind.28 Hiervoor raden wij aan:

1. 

Ionenbundelsputteren (IBS): Hierdoor ontstaat een coating die zo dicht is dat deze als een pantser werkt, waardoor wordt voorkomen dat vocht naar binnen sijpelt en de coating niet loslaat bij extreme hitte.17

2. 

3. 

Harde coatings (DLC): Het toevoegen van "Diamond-Like Carbon"-lagen om ervoor te zorgen dat de lens niet bekrast raakt door wegresten.31

4. 

Medische endoscopen: de oorlog tegen mist

Bij operaties is de vijand niet alleen maar vuurpijlen, maar ook mist. Wanneer een scope op kamertemperatuur een warm, vochtig lichaam binnendringt, beslaat deze onmiddellijk.

De ‘50 milliseconden’-regel

Chirurgen vertrouwen op realtime video. Als een telescoop mist of een "white-out" flare creëert, ontstaat er visuele vertraging of vervorming. Uit onderzoek blijkt dat zelfs een vertraging van 50 ms de hand-oogcoördinatie van een chirurg kan aantasten.32

De oplossing?Superhydrofiele coatings.33 In tegenstelling tot "watervreesende" (hydrofobe) coatings die ervoor zorgen dat water parelt (wat verstrooiing/opflakkering veroorzaakt), werken superhydrofiele coatings als een microscopisch kleine spons. Ze zorgen ervoor dat water zich uitspreidt tot een perfect vlak, transparant vel.33 De mist wordt in wezen een helder raam!

Onderhoud: dood uw "magie" niet met een vingerafdruk

Zelfs de beste SWC-nanocoating ter wereld kan worden verwoest door een enkele olieachtige vingerafdruk. Oliën hebben een hoge brekingsindex die de nanostructuren "opvult", waardoor uw dure coating effectief weer in een stuk reflecterend glas verandert.25

Dit is de reden waarom deFluor (AF)-coating is essentieel voor het buitenste element. Het creëert een "non-stick" oppervlak dat olie en vingerafdrukken afstoot, waardoor ze kunnen worden weggeveegd zonder de delicate AR-lagen eronder te beschadigen.23

Laatste gedachten: evenwicht tussen licht en schaduw

Flare en ghosting zijn geen "defecten"; het zijn gewoon natuurkunde die een grap met ons uithalen. Door traditionele Multilayer AR te combineren met nanostructuren en gespecialiseerde beschermende coatings, kunnen we voor elke toepassing het perfecte "oog" op maat maken.

Uiteindelijk gaat het als lenzenfabrikant niet alleen om het maken van glas. Het gaat om het bieden van duidelijkheid waar het er het meest toe doet: veiligheid op de weg, precisie in de operatiekamer en waakzaamheid in de nacht.

De toekomst van optica ziet er rooskleurig uit, en met de juiste coatings zal deze eindelijk vrij zijn van overstraling.