W układzie optycznym, na każdej granicy ośrodków, następuje zarówno załamanie jak i odbicie światła. Ponieważ najczęściej mamy do czynienia z obiektywami refrakcyjnymi (soczewkowymi), to pierwsze zjawisko jest podstawą działania naszego instrumentu, a drugie niechcianym efektem ubocznym.

Odbite światło to dwa problemy. Po pierwsze, to, co odbije się od granicy, nie dojdzie do detektora. Im więcej odbić, tym mniej światła łapiemy i tym ciemniejszy obraz uzyskujemy. Po drugie, odbite światło nie ginie, lecz wędruje sobie w układzie optycznym generując różnego rodzaju odblaski, bliki, flary, przebarwienia czy spadek kontrastu.

Odblaski powstające w obiektywie Canon EF 70–200 mm f/4L USM przy ogniskowej 70 mm

Problem z odbiciem światła na granicy ośrodków był znany od samych początków fotografii. Z pozoru wydaje się on mało istotny, bo na typowej granicy powietrze-szkło, dla światła padającego pod kątem prostym do powierzchni, aż 95% fotonów przechodzi granicę, a 5% od niej się odbija. Problem w tym, że bardzo szybko zaczęto konstruować obiektywy, które miały ładnych kilka soczewek ustawionych w kilku grupach, co powodowało pojawianie się nawet kilkunastu granic powietrze szkło. Przykładowo, zaprojektowany w roku 1896 przez Paula Rudolpha Zeiss Planar miał 6 soczewek ustawionych w 6 grupach, przez co miał aż 12 granic powietrze szkło. Łatwo w takiej sytuacji policzyć, że jeśli na jednej granicy traciliśmy 5% światła, co dawało współczynnik transmisji wynoszący 0.95, to na całym obiektywie współczynnik ten wynosił 0.95 poniesione do potęgi 12 czyli 0.54. Oznacza to, nie mniej ni więcej, że na samym starcie, bez uwzględnienia pochłaniania światła w szkle czy winietowania, traciliśmy 46% światła! W rzeczywistości było jeszcze gorzej, bo dla światła padającego pod kątem do soczewki transmisja jest jeszcze mniejsza.

----- R E K L A M A -----

PROMOCJA SONY - 50% RABATU NA OBIEKTYW!

Sony A7 III + 24-70/4 ZA FE OSS

10822 zł 9410 zł

Sony A7 IV + 50/1.8 FE

13146 zł 12722 zł

Sony A7 IV + 24-70/4 FE ZA OSS

15122 zł 13710 zł

Sony A7 III + 50/1.8 FE

8846 zł 8422 zł

Schemat obiektywu Zeiss Planar z 1896 roku (źródło: Wikipedia).

Już w roku 1935 zrobiono pierwszy krok w walce z tym problemem. Wtedy w zakładach Carl Zeiss pojawiła się idea nakładania na soczewki cienkich warstw różnego rodzaju substancji, które powodują, że fale odbite od granicy powietrze-substancja oraz substancja-szkło są w przeciwfazie i wygaszają się wzajemnie. Oprócz efektu interferencyjnego, odbicie ulega zmniejszeniu dzięki mniejszej różnicy współczynników załamania na granicy ośrodków (zaobserwowane przez lorda Rayleigha). Idea ta pozostawała tajemnicą wojskową do czasów II wojny światowej, po niej stała się ogólnodostępna i od lat 50. XX wieku wkroczyliśmy w erę powszechnego zastosowania warstw lub powłok…. no właśnie jakich? W języku angielskim określa się je jako antireflection coatings, w naszej ojczystej literaturze spotyka się najczęściej określenie powłoki antyodblaskowe. Problem w tym, że naszym zdaniem nie jest to najszczęśliwsze określenie. Zadaniem tych powłok jest nie tylko walka z odblaskami, które niejako są problemem wtórnym powstałym poprzez zjawisko fizyczne, które nazywamy odbiciem. Cel istnienia powłok to walka z odbiciem światła na granicy ośrodków. Walka ta owocuje zwiększeniem transmisji i pozbyciem się odblasków, a przez to najbardziej odpowiednia nazwa dla tego rodzaju substancji to powłoki antyodbiciowe i tak będziemy je nazywać.

Na początku wcale nie było tak różowo, jak można było się tego spodziewać. Proste powłoki jednowarstwowe, oparte o fluorek magnezu, powodowały, że ilość światła odbitego spadała z 5% do 1.5%. To naprawdę poważny krok w przód, bo teraz transmisja naszego Planara wynosi nie 54% lecz 0.985 poniesione do potęgi 12 czyli 0.83, co przekłada się na wynik 83%. Problem w tym, że powłoki jednowarstwowe były zoptymalizowane dla jednej długości fali, najczęściej dla światła żółtego, czyli środka zakresu widzialnego. Tak było właśnie z fluorkiem magnezu, który od jednej granicy odbijał 1.5% świata żółtego ale jednocześnie 2.2% światła niebieskiego i 3% światła czerwonego. To powodowało, że transmisja takiego Planara, w barwie żółtej, wynosiła owe 83%, ale w barwie niebieskiej już 78%, a w czerwonej tylko 69%. Tak duże różnice w przepuszczalności poszczególnych składowych barwnych powodowały zauważalne zażółcenie obrazu.

Wraz z rozwojem technologii nauczono się radzić sobie także i z tym problemem. Rozwiązaniem okazały się powłoki wielowarstwowe, optymalizowane pod kątem różnych długości fali. W efekcie, współczesne powłoki antyodbiciowe najwyższej klasy potrafią mieć kilkanaście lub więcej warstw i od jednej granicy powietrze-szkło odbijać, dla wielu długości fali, tylko niespełna 0.2%. Dzięki temu najbardziej skomplikowane konstrukcje, zawierające nawet grube kilkanaście czy trochę ponad 20 soczewek, potrafią dawać transmisje na poziomie nawet 95% lub wyższym.

Podsumujmy więc to, co napisaliśmy. Powłoki antyodbiciowe służą do uzyskania jak największej transmisji, zapobieganiu powstawania odblasków, a jednocześnie konstruuje się je tak, aby dawały płaską krzywą transmisji, czyli takie same wartości światła przechodzącego dla wszystkich długości fali. Dzięki temu nasz obiektyw nie gubi światła i w sposób naturalny odwzorowuje kolory.