Những vị khách không mời: Khi ánh sáng đi lang thang

Trong thế giới sản xuất ống kính, ánh sáng là người bạn tốt nhất của chúng ta—cho đến khi không phải như vậy. Cho dù bạn đang sản xuất ống kính cho hệ thống an ninh cao cấp, ADAS ô tô hay máy nội soi y tế tinh tế, bạn đều biết cuộc đấu tranh. Bạn thiết kế một bộ phần tử thủy tinh hoàn hảo, chỉ để một chùm ánh sáng giả phản chiếu xung quanh bên trong và tạo ra "các tạo tác quang học" mà không ai yêu cầu.1

Chúng tôi gọi những vị khách không mời này là "Flare" và "Ghosting". Trong một bộ phim điện ảnh, một chút ánh sáng lóe lên có thể trông rất "nghệ thuật". Nhưng trong thế giới thực? Đó là một thảm họa. Để đảm bảo an ninh, ánh sáng đèn pha đi lạc có thể làm mù camera, khiến camera bị mất biển số.4 Trong hệ thống lái xe tự động (ADAS), đèn "ma" có thể bị thuật toán hiểu sai là chướng ngại vật thực sự, dẫn đến phanh ảo nguy hiểm.6 Và trong phẫu thuật, hình ảnh nội soi sáng lên, có sương mù cũng giống như việc cố gắng lái xe trong một trận bão tuyết—ngoại trừ tính mạng của một ai đó đang gặp nguy hiểm.8

Để loại bỏ những "bóng ma" này ra khỏi ống kính, chúng tôi đã phát triển một loạt công nghệ phủ. Nhưng trước khi nói về cách chữa trị, chúng ta hãy chẩn đoán vấn đề.

Gặp gỡ những "bóng ma" trong ống kính của bạn

Ánh sáng lóa và bóng ma thường được sử dụng thay thế cho nhau, nhưng chúng có tính cách và "hiện trường vụ án" khác nhau.

Ngọn lửa che mặt: "Mạng che mặt trắng" mơ hồ

Ánh sáng lóa của mạng che mặt giống như một thứ giết chết tâm trạng của hình ảnh của bạn. Nó xảy ra khi một nguồn sáng mạnh ở ngay bên ngoài khung hình nhưng ánh sáng của nó vẫn tràn vào ống kính và tán xạ khắp nơi.1 Kết quả? Màu đen sâu của bạn biến thành màu xám bùn, độ tương phản biến mất và toàn bộ hình ảnh trông như được chụp qua một tấm màn ren mỏng màu trắng.3

Đây là cơn ác mộng đối với các camera an ninh nhìn đêm hoặc ống kính ô tô lái xe vào lúc hoàng hôn. Nếu không được xử lý, bề mặt kính tiêu chuẩn sẽ phản chiếu khoảng 4% ánh sáng.12 Trong một ống kính có 10 hoặc 15 thành phần, sự "nổi loạn" ánh sáng đó tăng lên nhanh chóng.

Bóng ma: Bóng ma đa giác

Nếu ngọn lửa là "khói mù" thì bóng ma là "bóng ma". Đây là những điểm sáng riêng biệt, thường có hình đa giác (có hình dạng của khẩu độ thấu kính) xuất hiện đối xứng đối diện với nguồn sáng.10

Bóng ma xảy ra do ánh sáng nảy qua lại giữa các bề mặt thấu kính bên trong.3 Đối với một ống kính zoom phức tạp hoặc một ống kính y tế có độ phóng đại cao với nhiều lớp kính, việc ngăn chặn những "bóng ma" này giống như chơi một trò chơi pinball có tỷ lệ cược cao.

Cảm biến/Red-Dot Flare: Chuyên môn kỹ thuật số

Trong thời đại kỹ thuật số, chúng ta gặp phải một vấn đề mới: bản thân cảm biến cũng là một tấm gương.1 Ánh sáng chạm vào cảm biến CMOS/CCD, phản xạ trở lại thành phần thấu kính phía sau và sau đó được phản xạ trở lại cảm biến.10 Điều này thường tạo ra các chấm đỏ hoặc điểm sáng xung quanh nguồn sáng—một vấn đề đau đầu thường gặp trong giám sát hiện đại.10

3

Lớp phủ chống phản chiếu (AR): “Sự kỳ diệu” của sự giao thoa

Vũ khí chính của chúng tôi để chống lại những hiện vật này là lớp phủ chống phản chiếu (AR). Khoa học nghe có vẻ giống khoa học viễn tưởng: chúng ta sử dụng bản chất sóng của ánh sáng để làm cho sự phản xạ "tự hủy bỏ".17

Thủ thuật "Một phần tư bước sóng"

Bằng cách áp dụng một màng siêu nhỏ có độ dày rất cụ thể—chính xác bằng 1/4 bước sóng của ánh sáng mục tiêu—chúng ta tạo ra tình huống trong đó ánh sáng phản chiếu từ phần trên của lớp phủ và ánh sáng phản chiếu từ kính bên dưới không đồng bộ 180 độ.18 Khi gặp nhau, chúng tiêu diệt lẫn nhau và năng lượng bị “đẩy” qua thấu kính thay vì bị phản xạ.

Nguyên tắc cơ bản của ngón tay cái là:

Độ dày = Bước sóng / (4 * Chiết suất) 18

Một lớp so với nhiều lớp: Tại sao càng nhiều càng tốt

Những ngày đầu sử dụng lớp phủ một lớp (như Magiê Fluoride, MgF2), hoạt động tốt với một màu (thường là màu xanh lá cây) nhưng lại thất bại ở những màu khác. Đây là lý do tại sao ống kính giá rẻ thường có tông màu tím hoặc xanh lam—lớp phủ không hoạt động đối với những màu đó.12

Các ống kính chuyên nghiệp hiện đại sử dụng "AR đa lớp". Bằng cách xếp chồng các vật liệu khác nhau (như Titanium Dioxide, TiO2 và Silicon Dioxide, SiO2), chúng ta có thể duy trì độ phản xạ dưới 0,5% hoặc thậm chí 0,1% trên toàn bộ cầu vồng.17

Cuộc cách mạng nano: SWC và ASC

Lớp phủ truyền thống gặp khó khăn với các ống kính góc rộng, nơi ánh sáng chiếu vào ở các góc dốc.22 Đối với những ống kính "cong" này, chúng ta cần những khẩu súng lớn: Lớp phủ nano.

Lớp phủ cấu trúc bước sóng dưới bước sóng (SWC): Học hỏi từ bướm đêm

Bướm đêm đã tiến hóa đôi mắt không phản chiếu ánh sáng—nếu không, kẻ săn mồi sẽ phát hiện ra chúng vào ban đêm. Đôi mắt của chúng được bao phủ bởi những "hình nón nano" nhỏ hơn bước sóng ánh sáng.12

SWC bắt chước điều này. Thay vì nhảy "như vách đá" từ trên không (chỉ số 1.0) sang kính (chỉ số 1.5), SWC tạo ra một "đoạn đường dốc êm ái". Ánh sáng thậm chí không nhận ra nó đang đi vào kính nên nó không phản chiếu.23 Đó là công nghệ "tàng hình" tối ưu dành cho ống kính góc rộng.22

Lớp phủ Air Sphere (ASC): Giữ ánh sáng trong bong bóng

ASC là một lớp chứa các quả cầu khí có kích thước nano.23 Vì không khí có chiết suất thấp nhất (1,0), những bong bóng này tạo ra một lớp "chỉ số cực thấp" hấp thụ gần như toàn bộ ánh sáng chiếu vào tâm thấu kính.23 Đó là giải pháp hoàn hảo cho các camera an ninh phải xử lý ánh đèn sân khấu cường độ cao.

18

Ống kính ô tô: Yếu tố an toàn

Đối với các nhà sản xuất ống kính ô tô, không có chỗ cho sai sót. Camera ADAS là “con mắt” của ô tô. Ánh sáng ma quái xuất hiện bên cạnh một chiếc ô tô thật có thể đánh lừa máy tính của ô tô tính toán sai khoảng cách.6

Hơn nữa, những ống kính này sống trong địa ngục. Chúng phải tồn tại từ -40 độ C đến 85 độ C và chịu được nước rửa xe và sỏi.28 Đối với điều này, chúng tôi khuyên bạn nên:

1. 

Phương pháp phún xạ chùm ion (IBS): Điều này tạo ra một lớp phủ dày đặc đến mức nó hoạt động giống như áo giáp, ngăn hơi ẩm thấm vào và ngăn lớp phủ bong ra ở nhiệt độ cực cao.17

2. 

3. 

Lớp phủ cứng (DLC): Thêm các lớp "Diamond-Like Carbon" để đảm bảo ống kính không bị trầy xước bởi các mảnh vụn trên đường.31

4. 

Nội soi y tế: Cuộc chiến trên sương mù

Trong phẫu thuật, kẻ thù không chỉ là ánh sáng—mà là sương mù. Khi một ống kính ở nhiệt độ phòng đi vào một cơ thể ấm và ẩm, nó sẽ phun sương ngay lập tức.

Quy tắc "50 mili giây"

Bác sĩ phẫu thuật dựa vào video thời gian thực. Nếu ống ngắm bị mờ hoặc tạo ra ánh sáng lóa "mờ trắng", nó sẽ tạo ra độ trễ hoặc biến dạng hình ảnh. Các nghiên cứu cho thấy rằng ngay cả độ trễ 50ms cũng có thể làm giảm khả năng phối hợp tay và mắt của bác sĩ phẫu thuật.32

Giải pháp?Lớp phủ siêu thấm nước.33 Không giống như các lớp phủ "kỵ nước" (kỵ nước) tạo ra các hạt nước (gây ra sự tán xạ/bùng cháy), lớp phủ siêu ưa nước hoạt động giống như một miếng bọt biển siêu nhỏ. Chúng làm cho nước trải ra thành một tấm phẳng trong suốt hoàn hảo.33 Sương mù về cơ bản trở thành một cửa sổ rõ ràng!

Bảo trì: Đừng giết chết "ma thuật" của bạn bằng dấu vân tay

Ngay cả lớp phủ nano SWC tốt nhất thế giới cũng có thể bị hủy hoại chỉ vì một dấu vân tay dính dầu. Dầu có chỉ số khúc xạ cao giúp "lấp đầy" các cấu trúc nano, biến lớp phủ đắt tiền của bạn trở lại thành một mảnh kính phản chiếu một cách hiệu quả.25

Đây là lý do tại saoLớp phủ Flo (AF) rất quan trọng đối với phần tử ngoài cùng. Nó tạo ra một bề mặt "chống dính" có tác dụng đẩy lùi dầu và dấu vân tay, cho phép xóa sạch chúng mà không làm trầy xước các lớp AR mỏng manh bên dưới.23

Suy nghĩ cuối cùng: Cân bằng ánh sáng và bóng tối

Ánh sáng lóa và bóng ma không phải là "khiếm khuyết"—chúng chỉ là vật lý đang chơi khăm chúng ta. Bằng cách kết hợp AR đa lớp truyền thống với cấu trúc Nano và lớp phủ bảo vệ chuyên dụng, chúng tôi có thể điều chỉnh “con mắt” hoàn hảo cho bất kỳ ứng dụng nào.

Suy cho cùng, với tư cách là nhà sản xuất ống kính, công việc của bạn không chỉ là chế tạo kính. Đó là việc cung cấp sự rõ ràng ở những lĩnh vực quan trọng nhất: an toàn trên đường, độ chính xác trong phòng phẫu thuật và cảnh giác vào ban đêm.

Tương lai của quang học rất tươi sáng—và với lớp phủ phù hợp, cuối cùng nó sẽ không còn hiện tượng lóa.