招かれざる客たち: 光が狂うとき

レンズ製造の世界では、光は私たちの親友です。そうでない限りは。ハイエンドのセキュリティ システム、自動車用 ADAS、または繊細な医療用内視鏡用のレンズを製造している場合でも、その苦労はご存知でしょう。完璧なガラス要素のセットを設計すると、不正な光線が内部で跳ね返り、誰も求めなかった「光学的アーティファクト」が作成されます。1

私たちはこの招かれざる客を「フレア」と「ゴースティング」と呼んでいます。映画のような映画では、小さなフレアが「芸術的」に見えるかもしれません。しかし、現実の世界ではどうでしょうか？それは災害です。セキュリティの面では、ヘッドライトのフレアによってカメラの目がくらみ、ナンバー プレートを見逃してしまう可能性があります。4 自動運転 (ADAS) では、「ゴースト」ライトがアルゴリズムによって実際の障害物と誤って解釈され、危険なファントム ブレーキが発生する可能性があります。6 また、手術では、霧がかかってフレアした内視鏡の視界は、吹雪の中で車を運転しようとしているようなものです。ただし、誰かの命が危険にさらされている場合は別です。8

これらの「ゴースト」をレンズから追い出すために、私たちはさまざまなコーティング技術を開発しました。しかし、治療法について話す前に、問題を診断しましょう。

レンズの中の「幽霊」に会いましょう

フレアとゴースティングは同じ意味で使用されることがよくありますが、それぞれの性格と「犯罪現場」が異なります。

ヴェーリング・フレア：霞んだ「ホワイト・ヴェール」

ベールフレアは、画像のムードを和らげるような効果があります。これは、強い光源がフレームのすぐ外側にあるにもかかわらず、その光がレンズ内に溢れ、あらゆる場所に散乱するときに発生します。1 結果？深い黒が濁った灰色に変わり、コントラストがなくなり、画像全体が薄い白いレースのカーテンを通して撮影されたように見えます。3

これは、日没に向かって走行する暗視セキュリティカメラや自動車用レンズにとっては悪夢です。処理を行わない場合、標準的なガラス表面は約 4% の光を反射します。12 10 または 15 枚の要素を備えたレンズでは、光の「反乱」が急速に増加します。

ゴースティング: 多角形のファントム

フレアが「もや」だとすれば、ゴーストは「幻」です。これらは、光源の反対側に対称的に現れる、はっきりとした、多くの場合多角形の光点 (レンズの絞りの形状をとる) です。10

ゴーストは、レンズの内部表面間で光が往復することによって発生します。3 複雑なズームレンズや多くのガラス層を備えた高倍率の医療用スコープの場合、これらの「ゴースト」を寄せ付けないことは、一か八かのピンボールゲームをするようなものです。

センサー/レッドドット フレア: デジタルの専門分野

デジタル時代には、センサー自体が鏡であるという新たな問題が生じています。1 光は CMOS/CCD センサーに当たり、後部のレンズ要素に反射して再びセンサーに戻ります。10 これにより、光源の周囲に赤い点や明るい点のパターンが作成されることが多く、これは現代の監視においてよくある頭痛の種です。10

3

反射防止 (AR) コーティング: 干渉の「魔法」

これらのアーティファクトに対する当社の主な武器は、反射防止 (AR) コーティングです。この科学は SF のように聞こえます。私たちは光の波の性質を利用して、反射を「打ち消す」ようにしています。17

「4分の1波長」のトリック

ターゲット光の波長のちょうど 4 分の 1 という非常に特定の厚さの顕微鏡フィルムを塗布することにより、コーティングの上部で反射する光とその下のガラスで反射する光が 180 度同期していない状況を作り出します。18 それらが出会うと、それらは互いに破壊し合い、エネルギーは反射されるのではなく、レンズを通して「押し出されて」しまいます。

基本的な経験則は次のとおりです。

厚さ = 波長 / (4 * 屈折率) 18

単層と多層: 多層が優れている理由

初期には単層コーティング (フッ化マグネシウム、MgF2 など) が使用されていましたが、ある色 (通常は緑) ではうまく機能しましたが、他の色ではうまくいきませんでした。安価なレンズが紫や青の色合いを持つことが多いのはこのためです。これらの色にはコーティングが機能していません。12

現代のプロ用レンズには「多層AR」が採用されています。異なる素材 (二酸化チタン、TiO2、二酸化シリコン、SiO2 など) を積み重ねることにより、虹全体で反射を 0.5% 未満、さらには 0.1% 未満に抑えることができます。17

ナノ革命: SWC と ASC

従来のコーティングは、光が急角度で当たる広角レンズでは困難を伴いました。22 これらの「曲がりくねった」レンズには、ナノコーティングという大きな武器が必要です。

サブ波長構造コーティング (SWC): 蛾から学ぶ

蛾は光を反射しないように進化した目を持っています。そうしないと、夜に捕食者に発見されてしまいます。彼らの目は、光の波長より小さい小さな「ナノコーン」で覆われています。12

SWCはこれを真似ています。 SWC は、空中 (インデックス 1.0) からガラス (インデックス 1.5) までの「崖のような」ジャンプの代わりに、「滑らかなランプ」を作成します。光はガラスに入っていることに気付かないので、反射しません。23 これは広角レンズの究極の「ステルス」テクノロジーです。22

Air Sphere Coating (ASC): 泡の中に光を閉じ込める

ASC はナノスケールの空気球を含む層です。23 空気の屈折率は最も低い (1.0) ため、これらの泡はレンズの中心に当たるほぼすべての光を吸収する「超低屈折率」層を形成します。23 これは、高強度のスポットライトに対処する必要があるセキュリティ カメラに最適なソリューションです。

18

自動車用レンズ: 安全上の賭け

自動車用レンズのメーカーにとって、間違いは許されません。 ADAS カメラは車の「目」です。本物の車の隣にゴーストライトが現れると、車のコンピュータが距離を誤って計算してしまう可能性があります。6

さらに、これらのレンズは地獄に住んでいます。 -40℃から85℃まで耐え、洗車や砂利にも耐えなければなりません。28 このためには、次のことをお勧めします。

1. 

イオンビームスパッタリング (IBS): これにより、鎧のように機能する非常に緻密なコーティングが形成され、湿気の浸入を防ぎ、極度の熱でコーティングが剥がれるのを防ぎます。17

2. 

3. 

ハードコーティング (DLC): 「ダイヤモンドライクカーボン」層を追加し、道路の破片によるレンズの傷を防ぎます。31

4. 

医療内視鏡: 霧との戦い

手術における敵はフレアだけではなく、霧です。室温のスコープが高温多湿の体内に入ると、すぐに曇ってしまいます。

「50ミリ秒」ルール

外科医はリアルタイム ビデオを頼りにしています。スコープが曇ったり、「ホワイトアウト」フレアが発生したりすると、視覚的な遅れや歪みが生じます。研究によると、たとえ 50 ミリ秒の遅延でも、外科医の手と目の調整が損なわれる可能性があります。32

解決策は？超親水性コーティング.33 水が玉状になる（飛散/フレアの原因となる）「水を嫌う」（疎水性）コーティングとは異なり、超親水性コーティングは微細なスポンジのように機能します。水を完全に平らな透明なシートに広げます。33 霧は本質的に透明な窓になります。

メンテナンス: 指紋であなたの「魔法」を殺さないでください

世界最高の SWC ナノコーティングでさえ、油っぽい拇印 1 つで台無しになる可能性があります。オイルは屈折率が高く、ナノ構造を「埋める」ため、高価なコーティングが効果的に反射ガラスに戻ります。25

このため、フッ素(AF)コーティング 最も外側の要素にとって重要です。油や指紋をはじく「非粘着性」の表面を作成し、その下の繊細な AR 層を傷つけることなく拭き取ることができます。23

最終的な考え: 光と影のバランス

フレアやゴーストは「欠陥」ではありません。物理学が私たちにいたずらをしているだけです。従来の多層 AR とナノ構造および特殊な保護コーティングを組み合わせることで、あらゆる用途に最適な「目」をカスタマイズできます。

結局のところ、レンズメーカーとしての仕事はガラスを作ることだけではありません。道路上の安全、手術室の正確さ、夜間の警戒など、最も重要な点を明確に提供することです。

光学機器の未来は明るいです。適切なコーティングを施すことで、最終的にはフレアのない状態になります。