PMK is A noBAD Friend

Lens coating hoạt động thế nào

Một chút kiến thức về “Lens coating hoạt động thế nào”

Hôm nay mình viết 1 bài chia sẻ kiến thức về cách hoạt động của lớp coating của lens. Mình sẻ chia bài này làm ba phần nhé.
Phần I : Nguyên lý về sự triệt tiêu phản xạ
Phần II : Tại sao lớp coating của lens lại có màu sắc?
Phần III : Một số câu hỏi về lens coating

Phần I Nguyên lý về sự triệt tiêu

Chúng ta biết ánh sáng biểu hiện như 1 loại sóng cũng giống như âm thanh vậy. Khi ánh sáng va chạm vào bề mặt kính thì ta biết 1 số ánh sáng sẽ đi qua bề mặt và 1 số sẽ bị bề mặt kính làm cho phản xạ. Về tính chất thì ánh sáng đi qua bề mặt kính và ánh sáng bị phản xạ là hoàn toàn giống nhau chỉ khác nhau về chiếu. Như vậy ta thấy rõ răng đối với ống kính máy ảnh ta phải tìm cách triệt tiêu sự phản xạ này đi. Vậy thì làm thế nào để triệt tiêu đây?

Về cơ bản sự phản xạ là 1 tính chất của sóng cho nên nó có thể bị triệt tiêu bằng cách tạo ra 1 bề mặt phản xạ thứ 2 được đặt khác vị trí với bề mặt phản xạ 1 sao cho sóng từ bề mặt này có cùng tần số, độ mạnh cùng hướng nhưng ngược pha để có thể làm triệt tiêu sự phản xạ. Vậy thì dựa vào hình trên ta phải đặt bề mặt 2 này tại vị trí cách bề mặt phản xạ 1(Reflective surface) đúng 1/4 bước sóng từ đó bước sóng từ bề mặt phản xạ 2 tạo ra sẽ có cùng trị số ½ bước sóng cùng chiều nhưng ngược pha dẫn đến sự triệt tiêu phản xạ. Và sau đây là sơ đồ để hiễu rõ hơn :

Sóng từ bê mặt 2 (coating surface) màu xanh dương có cùng tần số độ mạnh nhưng ngược pha => triệt tiêu phản xạ.
Như vậy việc coating 1 cái lens để nhằm mục đích triệt tiêu sự phản xạ. Nhưng chúng ta biết rằng lớp coating này thường được làm từ magnesium fluoride cho nên vấn đề nảy sinh là không phải lớp coating nào cũng có thể làm triệt tiêu sự phản xạ vì chất liệu kính và magnesium fluoride cọ trị số tán xạ (refractive index) khác nhau. Như vậy 2 trường hợp sau đây lớp coating sẽ không hoạt động :
1. Trị số tán xạ của lớp coating bằng trị số tán xạ của kính ( gần bằng 1.6), vậy thì sóng màu đỏ trong sơ đồ bị triệt tiêu nhưng sóng màu xanh thì vẫn còn như vậy mặc dù được coating nhưng lens hoạt động như không có lớp coating vậy.
2. Trị số tán xạ của lớp coating bằng trị số tán xạ của không khí ( bằng 1), vậy thì sóng màu đỏ sẽ tồn tại trong khi sóng màu xanh bị triệt tiêu như vậy thì cũng không triệt tiêu được sự phản xạ.
Vậy thì để triệt tiêu phản xạ thì vật liệu làm coating phải có trị số tán xạ bằng trung bình giữa trị số tán xạ của kính(~1.6) và không khí (1). Tức là gần bằng 1.3. Trên thực tế thì magnesium fluoride có trị số tán xạ là 1.37.
Ok vậy chúng ta đã hiểu lớp coating hoạt động thế nào nhưng tại sao mắt chúng ta lại thấy lens coating có màu sắc vậy chẳng hạn như màu xanh tím hay vàng hoặc đỏ. Chúng ta sẽ đi tìm câu trả lời và sẽ thảo luận 1 số câu hỏi mà nhiều bạn ảnh thường hiểu sai về vai trò của lớp coating trong phần 2 và 3 nhé.

Phần II Tại sao lớp coating của lens lại có màu sắc?

OK, vậy theo sơ đồ như trên chúng ta cứ áp dụng coat 1 cái lens sao cho lớp coating cách bề mặt kính đúng ¼ bước sóng thì sẽ triệt tiêu hình ảnh phản xạ. Nhưng vấn đề ở đây chúng ta biết màu sắc của sóng lại phụ thuộc vào bước sóng (wavelength) mà mỗi bước sóng thì thể hiện màu sắc khác nhau. Như vậy lớp coating có màu là do chúng ta đã phủ magnesium fluoride ở những bước sóng khác nhau. Ta biết bước sóng ánh sáng có khoảng từ 400nm đến 700nm là từ tím tới đỏ đó cũng là khoảng màu mà mắt người nhìn thấy được. Nhưng thực tế là chúng ta không thể đạt được độ dày lớp phủ bằng đúng ¼ bước sóng. Cho nên những nhà thiết kế lens thông thường phải chọn một trị số trung bình nằm trong khoảng ta nhìn thấy được vì như thế tác dụng của lớp coat sẽ trải rộng nhất có thể.

Như vậy trị số bước sóng thường được chọn là 550nm. Vậy bạn ảnh hãy xem sơ đồ trên khoảng 550nm tương ứng với khoảng màu tím xanh. Vì vậy khi ánh sáng chiếu vào bề mặt kính được phản chiếu chúng ta thấy được ánh sáng phản xạ có màu xanh tím. Nhưng dĩ nhiên là nhà thiết kế lens có thể chọn những bước sóng khác để phủ thì theo sơ đồ trên nước coating sẽ có màu đó.

Phần III Thảo luận về lens coating
Trước khi thảo luận cũng nên tìm hiểu chút về multi coating nhỉ :
Multi Coating :

Việc coating lens đã được tiến hành từ thập niên 40 của thế kỷ 19 kể từ khi nó được phát minh bởi Alexander Smakula là một kỹ sư làm việc cho hãng Carl Zeiss. Cũng trong thập niên này multi coating được giới thiệu bởi bà Katharine Burr Blodgett một nhà vật lý học tốt nghiệp đại học Cambridge Anh quốc và sau này cũng nhận được học hàm Ph.D ( Giáo sư) của Cambridge University. Nhưng multi coating không được chú trọng cho lắm cho đến tận thập niên 70. Xin phép được nói thêm 1 câu chuyện ngoài lề xảy ra ở thập niên 60 đó là sự hợp tác giữa Asahi (Pentax sau này) và đại gia Carl Zeiss vì Carl Zeiss muốn sản xuất nhiều loại máy ảnh SLR nhưng cuối cùng người cộng sự cũa Carl Zeiss lại là Yashica và thành quả của sự hợp tác này là máy ảnh Contax . Sự hợp tác với Asahi cũng đem lại một số thành quả đó là ngàm K mount được thiết kế bởi Carl Zeiss cùng series lens 135 3.5 đến từ cả hai hãng và đặc biệt là quy trình multi coating mới. Quy trình multi coating mới đã mở ra việc áp dụng nhiều lớp coating được sử dụng cho hiệu quả cao nhưng giá thành lại hợp lý. Và từ đây lớp multi coating mới này cho phép đến 99.8% lượng ánh sáng đi vào lens và chỉ để mất 2% ánh sáng. Đến năm 1972 thì Asahi đã tự làm một cải tiến mới mà khi đó họ đặt tên quy trình multi coating này là “Super Multi Coated” (SMC). Thế là 1 thế hệ lenses SMC ra đời và hãng Asahi nói rằng lớp coating của họ có đến 9 lớp (layer). Carl Zeiss tại thời điểm đó cũng sử dụng cùng 1 quy trình multi coating nhưng hóa chất sử dụng thì khác với Asahi và hãng đặt tên cho lớp multi coating mới này là T* vào năm 1973 (trước đó Zeiss có lớp coating gọi là T chỉ là single coating). Việc này đã làm tăng sự cạnh tranh không chỉ giũa hai hãng mà một loạt những đại gia khác như Nikon, Canon, Leitz và Fuji cũng nhảy vào trong đó Fuji cho biết họ sẽ sử dụng coating EBC mà họ cho rằng nó có tới 11 lớp (layer).

Đây là sơ đồ thể hiện multi coating lens:

Multi coating đơn giản là sử dụng không chỉ Magnesium Fluoride (MgF2) nữa mà nhiều hóa chất khác như Calcium Fluoride (CaF2) và một số Oxit kim loại như Oxit của nhôm . Về nguyên tắc cơ bản thì lớp multi coating này cũng phải tạo ra bề mặt đúng bằng ¼ bước sóng để có thể triệt tiêu phản xạ. Cho nên việc lựa chọn nhiều loại hóa chất có trị số tán xạ từ thấp đến cao và được tráng phủ cẩn thận sao cho độ dày của tất cả các lớp phủ đều đạt dộ dày (thickness) thích hợp.

1. Multi Coating lens và Single Coating lens khác nhau thế nào?

Về bản chất thì chúng khác nhau về trị số tán xạ. Nếu như single coating ở bước sóng 550 nm thì multi coating bao rộng 1 dải từ 400nm đến 700nm. Và multi coating lens khi ánh sáng chiếu vào có thiên hướng tối hơn single coating lens.

2. Vậy khi ta nhìn thấy ánh sáng phản xạ của lens có nhiều màu thì lens đó là multi coating phải không?

Câu trả lời là không. Dù là Single hay Multi coating thì cũng có thể thấy được ánh sáng phản xạ có nhiều màu. Để phân biệt sự khác nhau giữa 2 loại coating này ta phải so sánh độ sáng của lớp coating mà thông thường thì single coating sẽ sáng hơn multi coating.

3. Multi Coating tốt hơn Single Coating nhiều không?

Phải khẳng định rằng sự khác nhau là không nhiều. Nếu có sự khác biệt lớn thì đó là giữa 1 cái lens không được coating và 1 cai lens được coating. Multi coating hay single coating về bản chất là làm sao để ánh sáng đi qua lens là nhiều nhất nên về mặt hiệu quả thì multi coating có phần nhỉnh hơn và do đó cũng mắc hơn. Đó là với hệ thống lens đơn giản không cầu kỳ. Sự khác biệt bắt đầu trở nên lớn hơn khi zoom hoặc tele lens sử dụng hệ thống thấu kính phức tạp gồm nhiều lớp thấu kính hội tụ và phân kỳ. Vì bản thân hệ thống thấu kính này khi ánh sáng đi vào sẽ tạo ra sự phản xạ nội tại. Cho nên với hệ thống lens phức tạp Multi coating hiệu quả hơn nhiêu so với single coating. Và hiệu quả này càng tăng lên đáng kể tỉ lệ thuận với số lớp (layer) của multi coating lens.

4. Lớp coating có đóng vai trò làm màu sắc đúng hơn không?

Không hoàn toàn không. Nhiệm vụ chuyển tải màu sắc đúng hay không đúng là do chất lượng thấu kính chứ không phải lớp coating. Nói cách khác bạn ảnh không thể khập khiểng đánh giá 1 cái lens qua lớp coating được mà phải đánh giá qua nhiều yếu tố như vật liệu làm thấu kính, quy trình giảm nhiệt… Nhưng cũng xin nói thêm là về ảnh màu bạn ảnh chuộng sử dụng Multi coating lens là bởi vì Multi coating lens làm giảm flare là nguyên nhân làm giảm tương phản (contrast) của ảnh màu. Còn trong ảnh đen trắng thì Single coating lens và Multi coating lens không khác nhau là mấy vì việc tăng giảm tương phản của ảnh đen trắng xem ra dễ hơn nhiều so với ảnh màu.

References:
1. Rick Oleson- article ‘ How Lens Coating Work’, no date, http://rick_oleson.tripod.com/index-166.html.
2. Refractive Index, article from Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Refractive_index.
3. Alexander Smakula, article from Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Katherine_Blodgett
4. Katherine_Blodgett, article from Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Katherine_Blodgett
5. Gabriel, Glass metal and Silicium, 3 Feb 2009, http://gabriel.mp3-tech.org/blog/ind…y090203-153355
6. Optical Coating, article from Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_coating

 

KhuongMetal

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s